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JPH03166776A - トンネル接合素子とその作製方法 - Google Patents

トンネル接合素子とその作製方法

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Publication number
JPH03166776A
JPH03166776A JP1307265A JP30726589A JPH03166776A JP H03166776 A JPH03166776 A JP H03166776A JP 1307265 A JP1307265 A JP 1307265A JP 30726589 A JP30726589 A JP 30726589A JP H03166776 A JPH03166776 A JP H03166776A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
superconducting
superconducting layer
layer
tunnel junction
composite oxide
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
Application number
JP1307265A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideo Itozaki
糸崎 秀夫
Saburo Tanaka
三郎 田中
Shusuke Nakanishi
秀典 中西
Shuji Yatsu
矢津 修示
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP1307265A priority Critical patent/JPH03166776A/ja
Priority to DE69030356T priority patent/DE69030356T2/de
Priority to CA002030713A priority patent/CA2030713C/en
Priority to EP90403363A priority patent/EP0430798B1/en
Publication of JPH03166776A publication Critical patent/JPH03166776A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/10Junction-based devices
    • H10N60/12Josephson-effect devices
    • H10N60/124Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0912Manufacture or treatment of Josephson-effect devices
    • H10N60/0941Manufacture or treatment of Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、トンネル接合素子に関する。より詳細には、
本発明は、複合酸化物超電導材料を用いて形成されるト
ンネル接合を含む素子またはそのトンネル接合素子を含
む回路を形成するための新規な基材の構戒とその作製方
法に関する。
従来の技術 超電導の分野において、非常に薄い非超電導層を挟んだ
1対の超電導層により形成されるトンネル接合を利用す
る技術がある。このトンネル接合は、超電導材料の超電
導エネルギーギャップを反映した非線形の電流/電圧特
性を示し、SQUIDやジョセフソン素子としてセンサ
やスイッチングに利用される。
第1図は、上述のような素子のトンネル接合部の構成を
模式的に示す断面図である。即ち、同図に示すように、
トンネル接合は、基板1上に、第1超電導層2、非超電
導層3および第2超電導層4を順次積層して構成される
この超電導トンネル接合において、第1および第2超電
導層2、4は任意の超電導材料によって形成され、非超
電導層2は、通常、他の材料によって形成される。但し
、ここでは便宜的に非超電導層と呼んでいるが、超電導
トンネル接合の場合は、非超電導層を常伝導材料によっ
て形成することもできる。
しかしながら、非超電導層材料が隣接する超電導層に拡
散することにより周囲の超電導層の超電導性が損なわれ
たり、また、成膜過程においてて下地となる非超電導層
と第2超電導層とのミスマッチにより第2超電導層の特
性が劣化する場合がある。更に、各超電導層の成膜の開
始および終了時には成膜条件が不安定になるので、界面
近傍の性状が悪くなりトンネル整合素子としての特性が
劣化する。
そこで、超電導層と同じ元素を含みながら超電導性のな
い材料、即ち、例えば超電導層をY B a 2Cu3
07によって形成した場合は、Y,BaおよびCuの組
或比を2:l:1等と変えた複合酸化物によって非超電
導層を形成する方法が提案されている。
しかしながら、上述の例のように同じ元素を含む酸化物
を非超電導層としたトンネル接合を作製する場合、実際
には成膜操作が複雑なものになる。
即ち、例えば、何らかのターゲットを使用して蒸着法に
よって成膜しようとすると、超電導層に続いて非超電導
層を形成するためにはターゲットを交換する必要が生じ
、更に、第2超電導層を形成するためには再びターゲッ
トを交換する必要がある。従って、成膜工程の工数が増
し、製造に要する時間が長くなると共に、ターゲットを
交換するために成膜摸作が中断するので界面の品質が劣
化する。
発明が解決しようとする課題 そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、よ
り簡潔にトンネル接合素子を作製することができる新規
な方法と、該方法により得られるシャープな界面を有す
る新規なトンネル接合素子を提供することをその目的と
している。
課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、基板と、該基板上に形成された
結晶格子の連続した複合酸化物薄膜層とからなるトンネ
ル接合素子であって、該複合酸化物薄膜層が、ドーピン
グにより非超電導材料化された非超電導層を含む複合酸
化物超電導材料により形成され、基板の直上に位置する
第1超電導層と該第1超電導層上の非超電導層と該非超
電導層上の第2超電導層とからなる層状のトンネル接合
を構成していることを特徴とするトンネル接合素子が提
供される。
また、上記本発明に係るトンネル接合素子を作製する方
法として、本発明により、基板上に酸化物薄膜として順
次積層された第1超電導層、非超電導層および第2超電
導層を具備するトンネル接合素子を作製する方法であっ
て、第1超電導層の成膜開始から第2超電導層の成膜終
了まで超電導層を形成する酸化物超電導材料の堆積処理
を連続して行い、非超電導層を形成する期間のみ、該酸
化物超電導材料の超電導特性を消失せしめるドーパント
の堆積を、該酸化物超電導材料の堆積と同時に行う工程
を含むことを特徴とするトンネル接合素子の作製方法が
提供される。
作用 本発明に係るトンネル接合素子は、1対の超電導層と非
超電導層とが、結晶格子の連続した複合酸化物によって
構成されており、非超電導層は超電導層と同じ複合酸化
物に任意の元素をドープすることによって形威されてい
ることをその主要な特徴としている。
即ち、複合酸化物系超電導材料は、特定の組戊で、且つ
、特定の条件で成膜した場合にのみ、有効な超電導特性
を発揮する特定の結晶構造を形成する。一方、上記組或
比の複合酸化物薄膜に対してドーピングを行うと、その
結晶構造内にドーパント原子が入り込み、その領域にお
いてのみ超電導特性を失うか、または、超電導臨界温度
が著しく低下する。従って、そのような超電導特性の劣
化した領域は、トンネル接合素子における非超電導層の
材料として使用することができる。
複合酸化物超電導材料を使用した従来のトンネル接合素
子を作製する場合は、非超電導層の組或を超電導の組或
と異なったものとしていたので、基板上に第1超電導層
を成膜した後、ターゲットを取り替えて非超電導層を成
膜し、更にターゲットを取り替えて第2超電導層を成膜
する等の操作が必要であった。このため、製造工程が複
雑な上に、非超電導層と超電導層との界面がシャープに
ならず、トンネル接合素子として所望の特性が実現し難
かった。
これに対して、本発明に係るトンネル接合素子は、第1
超電導層から第2超電導層までの成膜を連続して行い、
非超電導層を形戒する期間のみ任意の他の元素を一時的
にドーピングすることによって作製される。従って、全
体の戒膜を同じ条件の下で連続して行うことができ、得
られるトンネル接合素子においても、全体がエビタキシ
ャルに連続した薄膜として形成される。
尚、ドーパントの添加は、開閉制御可能なシャッタ等を
設けたターゲットまたは蒸発源を含むトーピング用のタ
ーゲットまたは蒸発源を使用して、非超電導層を形戒す
る期間のみシャッターを開く等して実現することができ
る。従って、スパッタリング法、真空蒸着法、MBE法
等の種々の成膜法の何れによっても実現することができ
る。
尚、本発明に係るトンネル接合素子に有利に適用できる
酸化物超電導材料としては、以下のようなものを例示す
ることができる,まず、基板材料としては、、MgO単
結晶基板、AI203単結晶基板、LiNb○3単結晶
基板、LiTa○3単結晶基板、lr02単結晶基板等
を好ましい例として挙げることができる。また、ドーパ
ントとしては、Tl1NbSTa1V,Mo等の公知の
材料の他、.酸化物超電導材料の結晶構造を崩すことな
く超電導性を消失せしめるものであれば、如何なる材料
をも適用することができる。更に、超電導層を形成する
酸化物超電導材料としては、La −Sr−Cu−○系
、Y −Ba −Cu −○系等の周知の複合酸化物超
電導材料の他、B1やTIを含む一連の複合酸化物系超
電導材料のいずれもが適用できる。
尚、本発明に係るトンネル接合素子に適用できる超電導
材料は、これらの複合酸化物に限定されるものではなく
、ドーピングによって超電導特性を制御できるような酸
化物超電導体であれば、いかなるものでも使用すること
ができる。
以下、具体例を挙げて本発明をより具体的に説明するが
、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の技
術的範囲を何・ら限定するものではない。
実施例 同時真空蒸着法により、Y−Ba−Cu−0系複合酸化
物超電導体を使用してトンネル接合素子を作製した。
市販のYSBaおよびCuを蒸発源として用い、Kセル
を用いてそれぞれ蒸発させた。その他の成膜条件は下記
の通りである: 基板       二Mg○単結晶{110}面酸素分
圧     :  2 X 10−6Torr基板温度
     :750℃ 成膜速度     : 5人7秒 上記のような成膜条件で、基板上にIO分間成膜した後
、上記の成膜揉作を続行しながら更に別のKセルを用い
てTiを同時に蒸着した。このとき、Tiの蒸発量は、
Ti単独の成膜を行う場合の0.lA/秒に相当する量
であり、この処理は10秒間実施した。ここで、Tiの
収容されたセルのシャッタを閉じ、更に、Y,Baおよ
びCuの蒸着を10分間続けて成膜処理を終え、試料■
を得た。
一方、比較のために、上記の実施例と同じ装置を使用し
、同じ成膜条件で比較試料を作製した。
但し、ここでは、Y,BaおよびCuの蒸着を10分間
行った後これを一旦停止し、Tiのみの蒸着を10秒間
行った後に、再びYSBaおよびCuの蒸着を10分間
行って、試料■を得た。
以上のようにして得られた2つの試料に対して、それぞ
れ電極を設けて素子化した後、S■S接合の電流一電圧
特性を測定した。
本発明に従って作製した試料■では、特定の領域でその
電流一電圧特性に顕著な非線形性が見出されたが、試料
■は、ほぼ線形の特性を示した。
また、試料■は、十分に冷却しているにも関わらず、零
電圧状態にならなかった。
発明の効果 以上説明したように、本発明によるトンネル接合素子は
、1対の超電導層と非超電導層とがエビタキシャルに連
続した薄膜によって形威されており、非超電導層は超電
導層と同じ結晶構造内にドープされた僅かなドーパント
原子により形成されている。従って、超電導層と非超電
導層との界面において超電導層の構造が乱れることがな
く、極めてシャープな界面が実現される。また、超電導
層と非超電導層とを一定の成膜条件で連続して作製する
ことができるので、効率良く生産することができる。
尚、本発明に係るトンネル接合素子は、それ自体をトン
ネル効果素子として利用できる他、更に、これを公知の
加工法により他の素子あるいは集積回路等を作製するた
めの基材として使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、トンネル接合素子の基本的な構戊を模式的に
示す断面図である。 〔主な参照番号〕 1・・・基板、 2、4・・・超電導層、3・・・・・
非超電導層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板と、該基板上に形成された結晶格子の連続し
    た複合酸化物薄膜層とからなるトンネル接合素子であっ
    て、 該複合酸化物薄膜層が、ドーピングにより非超電導材料
    化された非超電導層を含む複合酸化物超電導材料により
    形成され、基板の直上に位置する第1超電導層と該第1
    超電導層上の非超電導層と該非超電導層上の第2超電導
    層とからなる層状のトンネル接合を構成していることを
    特徴とするトンネル接合素子。
  2. (2)基板上に酸化物薄膜として順次積層された第1超
    電導層、非超電導層および第2超電導層を具備するトン
    ネル接合素子を作製する方法であって、第1超電導層の
    成膜開始から第2超電導層の成膜終了まで超電導層を形
    成する酸化物超電導材料の堆積処理を連続して行い、非
    超電導層を形成する期間のみ、該酸化物超電導材料の超
    電導特性を消失せしめるドーパントの堆積を、該酸化物
    超電導材料の堆積と同時に行う工程を含むことを特徴と
    するトンネル接合素子の作製方法。
JP1307265A 1989-11-27 1989-11-27 トンネル接合素子とその作製方法 Pending JPH03166776A (ja)

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CA002030713A CA2030713C (en) 1989-11-27 1990-11-27 Tunnel junction device composed of compound oxide superconductor material and method for fabricating the same
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