JPS59182586A - ジヨセフソン接合素子 - Google Patents

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】 本発明はジョセフソン接合素子、とくに、平面ブリッジ
形ジョセフソン接合素子の構造に関する。

従来、この棟平面ブリッジ形ジョセフソン接合素子とし
ては、たとえば第１図に示す如く、所定の膜厚の超伝導
薄膜ンＨ字形に加工して第１及び第２の電極部／、２と
幅Ｗでなるブリッジ部３を形成し、さらにブリッジ部３
において、膜厚ｔを有する残余の部分を残して幅Ｌケ有
する溝を形成した接合部≠が構成され接合長をし、接合
部をｔとするものが提案されている二この構成によるジ
ョセフソン接合素子は接合長りおよび接合部！を超伝導
薄膜のコヒーレント長と呼ばれる寸法程度の極微寸法に
選ぶことにより弱結合形ジョセフソン接合素子として作
用するものであるが、電子線露光法等の特別な加工技術
を適用して、’ｅ　／　Ｏｎｍ程度の寸法を精度よく実
飄、する必要があった・しかも、素子特性のばらつきは
この寸法精度にきわめて敏感であるため、索子を再現性
よく製作するには、数１１ｍ以下の尚精度を要するか、
電子緑露光技術を駆使してもこの精度を得るのはきわめ
て困難であり、特性のそろった索子を得ることが困難で
あった。

本発明は、この極微寸法を擬する接合部の構造を改善し
て、特別な微細パターン形成技術な心安とせず、すぐれ
た索子特性が再現性よ（蒔りれるジョセフソン埃会素子
の新しい構造を提条するものである。

第２図は、本発明の実施例で、同図において本発明によ
るジョセフノン接合糸子は、所望の形状に加工された超
伝導薄膜からなる第１及び第２のｔ極ハノ、上記第１の
電極の端面表面に形成された厚みＬの絶ａ層でなる薄膜
ｊ、８よび厚みｔの導電性薄膜６より成り、上記第１お
よび第２の電極／、２が同一平面上におかれ、上記第１
および第２の電極ハ　２の相対向する一対の端面同志で
以って上記絶縁層でなる薄膜ｊがはさまれ、上記絶縁１
層でなる薄膜５を含む第１？よび第２の電極ｌ・コの上
部表面に上記４電性薄朕６が配され、上記絶縁層でなる
薄膜５の上部において上記４電性薄膜６で以って第ｌ及
び第２の電極ハ２が電気的に接続されて接合部≠が構成
されている。

上記構成において、接合長に相当する絶縁層でなる薄膜
ｊの厚みＬを第１及び第１の電極７．２を形成する超伝
導材料のコヒーレントａ程度に選び、かつ、上記導電性
薄膜６の材料として４ヒ一レント長８度の厚み１（接合
部に相当する）の超伝導材料を用いれば、上記第１及び
第２の延極へコが超伝導的に弱く結合され、いわゆる平
面ブリッジ形あるいはｓ−ｓ’−ｓ形の弱結合形ジョセ
フソン接合糸子として作用するものである。また、上記
尋電性薄膜乙の材料として常伝導霊属あるいは半導体材
料等の導電性材料を用いても、上記第１及び第２の電極
／、２が超伝導的に弱（結合され、いわゆる５−Ｎ−８
形の弱結合形ジョセフノン素子として作用することは言
うまでもない。この時導電性材料でなる膜厚はコヒーレ
ント長には限定されずより厚くとも良い。

次に本発明によるジョセフノン接合菓子の製造方法の１
例を第３図に例示する。すなわち、第１の電極形成用に
超伝導薄膜１５を基板／≠の表ｍｌに積層して、第１の
電極の暫定的形状加工用のマスクパターン／ｌを形成す
る（工程（１））。

次ニマスクパターンｌ／をマスクとして、超伝導薄膜／
ｊの前記マスクパターン／／で復われていない領域を除
去して佃定電憤ｔｏを形成し、さらにマスクパターンｌ
ｌを除去した後、通常のレジスト＝でなるリフトオフス
テンシル１２を前記暫定′電極１０上及び基板ｌ≠上に
絶縁層でなる薄１俣の第２の電他仙１の端面及び第２の
電極の前記第１の電極と対向する面とは反対側の端■と
を位置決めする窓を有するようにしてノくターン形成す
る（工程（２〕）。次に暫定電極ｒＯのリフトオフステ
ンシル１２で憶われていない領域を除去してＢｔの電極
ｌを形成した後、試料を酸素ガス雰囲気・酸素プラズマ
雰囲気ないしは陽極酸化媒体中等に設置して第ｌの電極
ｌのリフトオフステンシル１２で覆われていない端面な
酸化して、第１の電極ｌの端部に絶縁層でなる薄膜ｊを
形成する（工程（３））。

この絶縁層でなる赳映ｊｔ工１列として陽極酸化法を用
いた場合を示すならば酸化速度が約／　ｎｍ７分である
ので故旧ｎの幅乞刹する絶線１冑でなる薄膜は容易に制
御できるので精度艮く形Ｊ戊できることになる。次に第
２の電極として適用する超伝導薄）θ之１３を垂直蒸漸
法寺により積層する（工程（４）凡人にリフトオフステ
ンシル１２を除去してリフトオフステンシル１２上に積
層された超伝導薄膜１３をも会わせて除去し、−ｉ面が
前記絶縁層でなる薄膜ｊの端面に接した第２の電極２を
形成する（ｒｌａ（５Ｊ）。これは通常のリフトオフ技
術である。

その後、通常の真空蒸着法等を用いて導電性薄膜（超伝
導薄ｔ２　ｖ含む）を形成し、さらに第１及び第２の電
極の表面の一部に達する幅を有する形状の導亀性薄膜乙
を形成して、第２図に示した構造のジョセフノン接合素
子を得るものである（工程（６））。ここで等電性薄膜
の膜厚の制御も通常の方法で積層しても数ｉｏｏλ／分
の積層速度を有するのが、一般的でめるので数ｎｍの膜
厚は在高に制御卸でざる。

上記の製造法にみるように、本発明によるジョセフノン
接合素子の極微寸法部分は、工程（３）の酸化工程にお
いて形成されるに絶縁層でなる薄膜ｊの厚みによって接
合長が、工＠（６）において形成される専′亀性薄膜乙
の厚みによって接８厚か、それぞれ決足されΦものであ
る。

また、不発明によるジョセフソン嵌曾系子の横這は、第
３図について例示した製造法に限定されるものでないこ
とは言うまでもない。

以上説明したように、不発明によるジョセフソン抜会累
子は、極微寸法を擬する接会部の接合量および接合量が
、敵化朕かりなる絶縁層でなる薄膜や尋′観性薄膜の厚
みなどで決まり、これらはい１″れも放映技術を用いて
尚相反で実現できる構成となっている。このため、多数
の累子を製造した時の個々の木子特性のばらつきを著し
く抑制することができ、また系子特性の制御性や製造再
現性を大幅に改善でざるなど種々の効果を奏する。

４４、図面の簡単な説明 第１図は、従来のジョセンノン接合糸子の構成１ン１、
第２図は本発明によるジョセフノン接合素子の購成図、
第３図は本発明によるジョセフノン接合素子の製造法の
一例の説明に供する工程図である。

ｌ・・・第／の電極、１０・・・暫定電極、！・・・第
２の篭・親、　　／／・・マスクパターン、３・・ブリ
ッジ部、　　／２・・リフトメツステンシル、弘・・・
うター　合　都、　　／３・・第２の一杯用超伝尋薄膜
、ｊ　・・杷胤ｊψノでなる薄膜、／≠　・・基　板、
２　・・尋ｉ性薄１仄、　　／ｊ・・・第／の電極用超
伝専薄膜。

指定代理人 ケ／閉 オＺ閃 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超伝導薄膜からなる第ｌ及び第コの電極力を前記
   第１及び第２の電極を構成する超伝導薄膜の略々コヒー
   レント大の寸法のＩにｉを有する絶縁層でなる薄膜を挾
   任させて１体的に構成されて基板上に設けられ、前記７
   体的に眉４成された第１及び第コの電極並びに絶縁層で
   なる薄膜の表面に導電性薄膜が削す己杷縁層の全幅並び
   にｂ１■記第ｌ及び第２の篭傷の少なくとも一部を覆う
   形状で形成されて、前記第ｌ及び第２の電極が電気的に
   接続されて接合部力玉形成された構造からなることを特
   徴とするジョセフソン接合素子。
2. （２）前記＃電性薄膜が前記第１及び第２の電極を構成
   する超伝導薄膜の略々コヒーレント長の寸法の膜厚を有
   する超伝導薄膜でなること髪＊做とする特許請求の範囲
   第１項記載のジョセフソン接合素子。