JPS62104180A - 超高純度ニオブを用いてなるジヨセフソン素子 - Google Patents
超高純度ニオブを用いてなるジヨセフソン素子Info
- Publication number
- JPS62104180A JPS62104180A JP60242977A JP24297785A JPS62104180A JP S62104180 A JPS62104180 A JP S62104180A JP 60242977 A JP60242977 A JP 60242977A JP 24297785 A JP24297785 A JP 24297785A JP S62104180 A JPS62104180 A JP S62104180A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- niobium
- lower electrode
- film
- magnetic field
- trap
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0912—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は格子欠陥が極めて低減されたニオブ系の超高純
度薄膜を用いたジ１セフソン素子に関スる０ 〔従来の技術〕 特性の良いジヲセフソン素子を作製するためＫは次に挙
げる条件を満足せねばならない。第１に２つの超伝導体
を何らかの方法によってその材料によって決まるコヒー
レント長（ξ０）の数倍の距＃ＩＫ近接させることが不
可欠である。ξ。は材料によってまちまちであるが幾ね
１００ ｎｍ未満でありこの値を達成する為には高度の
微細加工技術が要求され、これまで活発な検討がなされ
ているがまだ決定的な方法を見出すまでには致っていな
い。
度薄膜を用いたジ１セフソン素子に関スる０ 〔従来の技術〕 特性の良いジヲセフソン素子を作製するためＫは次に挙
げる条件を満足せねばならない。第１に２つの超伝導体
を何らかの方法によってその材料によって決まるコヒー
レント長（ξ０）の数倍の距＃ＩＫ近接させることが不
可欠である。ξ。は材料によってまちまちであるが幾ね
１００ ｎｍ未満でありこの値を達成する為には高度の
微細加工技術が要求され、これまで活発な検討がなされ
ているがまだ決定的な方法を見出すまでには致っていな
い。
その他にも動作範囲を広くし、操作を容易にするために
高い遷移温度（Ｔｃ）を有することも必要である。さら
に液体ヘリウム温度と室温の温度サイクルに強いことも
求められる。以上の特徴を考慮して鉛合金系及びニオブ
系が選ばれ検討されてきた。
高い遷移温度（Ｔｃ）を有することも必要である。さら
に液体ヘリウム温度と室温の温度サイクルに強いことも
求められる。以上の特徴を考慮して鉛合金系及びニオブ
系が選ばれ検討されてきた。
鉛合金系はξが比較的長い（約１００ ｎｍ）ことから
当初から現在に致るまで最も多く使われた材料で文献数
も多い。しかし、ソフトメタルであるので本質的に温度
サイクルに弱くヒロックが生じやす（安定性に問題があ
ることや模表面の平担性。
当初から現在に致るまで最も多く使われた材料で文献数
も多い。しかし、ソフトメタルであるので本質的に温度
サイクルに弱くヒロックが生じやす（安定性に問題があ
ることや模表面の平担性。
膜の不均一性に問題があり、磁束をトラップしやすいな
どの欠点があった。この点を改善する検討もかなり行な
われているが根本的な対策は得られなかった。そこで温
度サイクルに強く、遷移温度も高いニオブ系が再び注目
されてきた。ニオブはゲッタ作用が強（超伝導特性が劣
化しやすいという欠点があるが、今後の主流になると思
われる。
どの欠点があった。この点を改善する検討もかなり行な
われているが根本的な対策は得られなかった。そこで温
度サイクルに強く、遷移温度も高いニオブ系が再び注目
されてきた。ニオブはゲッタ作用が強（超伝導特性が劣
化しやすいという欠点があるが、今後の主流になると思
われる。
そこで膜質の良好なニオブ又はニオブ系薄膜の作製が非
常に重要になってくる。
常に重要になってくる。
薄膜作製法は種々あるが、広（用いられている方法は蒸
着法とスパッタリング法の２種類である。
着法とスパッタリング法の２種類である。
これらの方法を用いたニオブ系薄膜の製膜はいづれも真
空室内の残留ガスとニオブの反応を防ぐために室内の脱
ガスを充分に行なった上で１０−’Ｐａ以下の超高真空
に排気し、さらに膜形成中の蒸着原子又はスパッタ原子
が基板に到達するまでにガス成分と反応しない様高速で
行なっていた。
空室内の残留ガスとニオブの反応を防ぐために室内の脱
ガスを充分に行なった上で１０−’Ｐａ以下の超高真空
に排気し、さらに膜形成中の蒸着原子又はスパッタ原子
が基板に到達するまでにガス成分と反応しない様高速で
行なっていた。
しかし、蒸着源及びターケラト用のニオブは純度の高い
ものが存在せず、それらに混入している不純物が膜特性
に影響を及ぼしている。すなわちこれら膜を使って作製
したジョセフソン素子又はそれを含む超伝導回路及び受
動素子で構成される超伝導デバイスの特性評価が好結果
とならない原因として蒸着源及びスパッタ用ターゲット
中に含まれる不純物が挙げられていた。
ものが存在せず、それらに混入している不純物が膜特性
に影響を及ぼしている。すなわちこれら膜を使って作製
したジョセフソン素子又はそれを含む超伝導回路及び受
動素子で構成される超伝導デバイスの特性評価が好結果
とならない原因として蒸着源及びスパッタ用ターゲット
中に含まれる不純物が挙げられていた。
超伝導薄膜特性に悪影響を及ぼす薄膜中の不純物の混入
を極力避けることにより磁束のトラップ。
を極力避けることにより磁束のトラップ。
遷移温度の低下、コヒーレンス長ξの変化を最小限にと
どめ、ジョセフソン素子の特性を改善することである。
どめ、ジョセフソン素子の特性を改善することである。
本発明は前記の問題点を解決するためになされたもので
あり、ニオブ系の超伝導薄膜特性を改善するためにガス
成分、アルカリ金属１重金属、半導体の不純物となる元
素が極めて微量か又は検出限界以下である超高純度ニオ
ブを蒸着又はスパッタリングターゲットに用いたジョセ
フソン素子を構成することである。ニオブ化合物として
は例えばＮ１）Ｎがニオブ単体の場合と同様に用いるこ
とができる。
あり、ニオブ系の超伝導薄膜特性を改善するためにガス
成分、アルカリ金属１重金属、半導体の不純物となる元
素が極めて微量か又は検出限界以下である超高純度ニオ
ブを蒸着又はスパッタリングターゲットに用いたジョセ
フソン素子を構成することである。ニオブ化合物として
は例えばＮ１）Ｎがニオブ単体の場合と同様に用いるこ
とができる。
本発明で用いられる超高純度ニオブは本特許出願人が先
に出願した特許出願＆６０−１１８７７４号に記載した
方法により得られるが、その代表的な分析値は表−１に
示す通りであり、ニオブの純度は９９．９９チ以上であ
る。
に出願した特許出願＆６０−１１８７７４号に記載した
方法により得られるが、その代表的な分析値は表−１に
示す通りであり、ニオブの純度は９９．９９チ以上であ
る。
〈表−１〉
超伝導嗅の膜特性は蒸着、スパッタリングのどちらでも
良好なものが得られるが前者の方がより好ましい。
良好なものが得られるが前者の方がより好ましい。
次にこの超高純度ニオブを用いた蒸着法によるジョセフ
ソン素子の作製例を示す（図−１）。
ソン素子の作製例を示す（図−１）。
まず浮遊磁場から素子及びデバイスを遮蔽する目的のグ
ランドブレーンとなるニオブ２を８１基板１上にスパッ
タ法圧より２００〜３００ （ｎｍ）製膜する。さらに
同一真空中におい【、絶縁層となるＳｉ０，３を同様に
スパッタ法を用いて２００〜５００ （ｎｍ）製膜する
。次にジョセフソン素子の下部電極のレジストパタン４
を作製した後、蒸着によりニオブ５を１５０〜２００
（ｎｍ） ］＃模しリフトオフして下部電極を形成する
。その後、上部電極のレジストバタンを形成する。そし
て露出している接合部の下部電極表面をプラズマクリー
ニングし、熱酸化及びプラズマ酸化をほどこし絶縁障壁
６を作製した後、蒸ＬＩＪ７トオフにより上部電極７の
厚さを約４００ ｎｍにする。
ランドブレーンとなるニオブ２を８１基板１上にスパッ
タ法圧より２００〜３００ （ｎｍ）製膜する。さらに
同一真空中におい【、絶縁層となるＳｉ０，３を同様に
スパッタ法を用いて２００〜５００ （ｎｍ）製膜する
。次にジョセフソン素子の下部電極のレジストパタン４
を作製した後、蒸着によりニオブ５を１５０〜２００
（ｎｍ） ］＃模しリフトオフして下部電極を形成する
。その後、上部電極のレジストバタンを形成する。そし
て露出している接合部の下部電極表面をプラズマクリー
ニングし、熱酸化及びプラズマ酸化をほどこし絶縁障壁
６を作製した後、蒸ＬＩＪ７トオフにより上部電極７の
厚さを約４００ ｎｍにする。
本発明により以下の効果が得られる。すなわち超高純１
ｆニオブを用いたことにより、模中に存在する不純物に
よる不均一性を極めて少なくすることができる。これに
より磁束のトラップの原因となるトラップセンタを極め
て少な（することが可能となる。
ｆニオブを用いたことにより、模中に存在する不純物に
よる不均一性を極めて少なくすることができる。これに
より磁束のトラップの原因となるトラップセンタを極め
て少な（することが可能となる。
従来までの超伝導薄膜では、多数個のジョセフソン素子
を作製する場合、最大ジョセフソン素子に対する磁束の
トラップの影響と除去することが難かしかったが本発明
による薄膜を用いることにより、磁界の影響を極めて小
さくできる。また不純物が原因となる薄膜構造上の不完
全性による散乱も極めて低くすることができるために残
留抵抗比（−ρ。Ｖρア、〜、とは３００ Ｋ、ρ掃ま
デバイ温度に比べ充分に低い温度）を小さくすることが
可能となり、その結果より薄い膜で従来と同じＴｃ値を
維持でき、多層の積層構造をとる場合、有利である。こ
れは、熱サイクルに対しても、より強くできるという幅
時的効果も生む。
を作製する場合、最大ジョセフソン素子に対する磁束の
トラップの影響と除去することが難かしかったが本発明
による薄膜を用いることにより、磁界の影響を極めて小
さくできる。また不純物が原因となる薄膜構造上の不完
全性による散乱も極めて低くすることができるために残
留抵抗比（−ρ。Ｖρア、〜、とは３００ Ｋ、ρ掃ま
デバイ温度に比べ充分に低い温度）を小さくすることが
可能となり、その結果より薄い膜で従来と同じＴｃ値を
維持でき、多層の積層構造をとる場合、有利である。こ
れは、熱サイクルに対しても、より強くできるという幅
時的効果も生む。
これらの効果はニオブ薄膜で用いるのみならずニオブ化
合物薄膜の場合及びスパッタリングによる薄膜化の場合
でも同様の効果が得られる。
合物薄膜の場合及びスパッタリングによる薄膜化の場合
でも同様の効果が得られる。
るジョセフソン素子製作例の一例を示すものである０
１・・・基板、２・・・グランドプレーン、３・・・絶
縁層。 ４・・・レジストステンシル、５・・・下部電極。 ６・・・絶縁障壁、７・・・上部電極 特許出願人 東洋曹達工業株式会社 図−１を工、不兄明超尚縄腿ン用〜また黒眉云艮よ′へ ↓↓ ↓ ↓↓ □□−７” ４ ｊルｊ ↓↓ □□□−一一フ７− ↓ 一 □□−一二し 図−１
縁層。 ４・・・レジストステンシル、５・・・下部電極。 ６・・・絶縁障壁、７・・・上部電極 特許出願人 東洋曹達工業株式会社 図−１を工、不兄明超尚縄腿ン用〜また黒眉云艮よ′へ ↓↓ ↓ ↓↓ □□−７” ４ ｊルｊ ↓↓ □□□−一一フ７− ↓ 一 □□−一二し 図−１
Claims (1)
- ガス成分、アルカリ金属、重金属、半導体不純物元素が
極めて微量か又は検出限界以下である超高純度ニオブ単
体又はその化合物を用いてなるジョセフソン素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60242977A JPS62104180A (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | 超高純度ニオブを用いてなるジヨセフソン素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60242977A JPS62104180A (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | 超高純度ニオブを用いてなるジヨセフソン素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62104180A true JPS62104180A (ja) | 1987-05-14 |
Family
ID=17097051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60242977A Pending JPS62104180A (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | 超高純度ニオブを用いてなるジヨセフソン素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62104180A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6863750B2 (en) | 2000-05-22 | 2005-03-08 | Cabot Corporation | High purity niobium and products containing the same, and methods of making the same |
| US7485198B2 (en) * | 2001-01-11 | 2009-02-03 | Cabot Corporation | Tantalum and niobium billets and methods of producing the same |
-
1985
- 1985-10-31 JP JP60242977A patent/JPS62104180A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6863750B2 (en) | 2000-05-22 | 2005-03-08 | Cabot Corporation | High purity niobium and products containing the same, and methods of making the same |
| KR100815034B1 (ko) | 2000-05-22 | 2008-03-18 | 캐보트 코포레이션 | 고순도 니오븀과 이를 함유하는 제품 및 이를 제조하는 방법 |
| US7485198B2 (en) * | 2001-01-11 | 2009-02-03 | Cabot Corporation | Tantalum and niobium billets and methods of producing the same |
| US8231744B2 (en) | 2001-01-11 | 2012-07-31 | Global Advanced Metals, Usa, Inc. | Tantalum and niobium billets and methods of producing the same |
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