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JP2003282981A - ジョセフソン接合素子およびその製造方法 - Google Patents

ジョセフソン接合素子およびその製造方法

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Publication number
JP2003282981A
JP2003282981A JP2002086896A JP2002086896A JP2003282981A JP 2003282981 A JP2003282981 A JP 2003282981A JP 2002086896 A JP2002086896 A JP 2002086896A JP 2002086896 A JP2002086896 A JP 2002086896A JP 2003282981 A JP2003282981 A JP 2003282981A
Authority
JP
Japan
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josephson junction
manufacturing
substrate
forming
junction device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002086896A
Other languages
English (en)
Inventor
Seiji Adachi
成司 安達
Hironori Wakana
裕紀 若菜
Yoshiyasu Ishimaru
喜康 石丸
Masahiro Horibe
雅弘 堀部
Osami Horibe
修身 堀辺
Yoshinobu Taruya
良信 樽谷
Keiichi Tanabe
圭一 田辺
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.)
International Superconductivity Technology Center
Fujitsu Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
International Superconductivity Technology Center
Fujitsu Ltd
Hitachi 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 International Superconductivity Technology Center, Fujitsu Ltd, Hitachi Ltd filed Critical International Superconductivity Technology Center
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Priority to US10/391,412 priority patent/US6790675B2/en
Priority to DE60311166T priority patent/DE60311166T2/de
Priority to EP03251892A priority patent/EP1349219B1/en
Publication of JP2003282981A publication Critical patent/JP2003282981A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H10N60/0941—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49014—Superconductor

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 臨界電流Ｉｃのばらつき１σが８％以下で、
特性が安定してかつ信頼性の高いジョセフソン接合素子
の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板１１に第１超伝導層１２を形成する
工程と、該第１超伝導層１２上に絶縁層１３を形成する
工程と、該絶縁層１３上に第２超伝導層１５を形成する
工程とを含むジョセフソン接合素子１０の製造方法であ
って、前記第２超伝導層１５を形成する工程は、少なく
とも所定の位置の前記絶縁層１３を除去する工程と、前
記第２超伝導層１５を形成する第１の工程と、該第１の
工程で形成した第２超伝導層の上に再び第２超伝導層１
５を形成する第２の工程とを含み、第１の工程は、基板
上の場所による形成条件の差違を抑制する条件で行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超伝導体を用いた
ジョセフソン接合素子の製造方法に関し、特に酸化物高
温超伝導体を用いたジョセフソン接合素子特性にばらつ
きを低減する製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超伝導体は、１）電気抵抗がゼロであ
る、２）完全反磁性である、３）ジョセフソン効果があ
るといった他の物質にない特性を持っており、電力輸
送、発電機、核融合プラズマ閉じ込め、磁気浮上列車、
磁気シールド、高速コンピュータなどへの幅広い応用が
期待されている。１９８６年にBednorzとMullerにより
約３０Ｋという超伝導転移温度Ｔｃをもつ銅酸化物超伝
導体（Ｌａ１−ｘＢａｘ）２ＣｕＯ４が発見された。そ
れ以後ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｙ（Ｔｃ＝９０Ｋ）、Ｂｉ
２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｔｃ＝１１０Ｋ）、Ｔｌ２
Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ ｙ（Ｔｃ＝１２５Ｋ）、ＨｇＢａ
２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｔｃ＝１３５Ｋ）などで相次いで
高い温度での超伝導転移が報告された。現在これらの物
質の作製法、物性、応用などに関して多くの研究がなさ
れている。なかでもＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ超伝導体はＴｌ
やＨｇのような有害な元素を含まず、比較的異方性の小
さな超伝導体であることから電子デバイスや線材の実用
材料として最も有望視されている。
【０００３】ジョセフソン効果を使った電子デバイスへ
の応用には、薄膜技術を用いたジョセフソン接合作製技
術が必要となる。一般に行われている成膜手法として
は、スパッタ法、レーザアブレイション法、真空蒸着
法、分子線エピタキシャル法等の真空容器内で原料を励
起して気相中に飛散させて基板上に堆積させる、いわゆ
る物理蒸着法が用いられる。銅酸化物超伝導体のジョセ
フソン接合としては、バイクリスタル型、バイエピタキ
シャル型、ステップエッジ型、ランプエッジ型、積層型
等様々な素子構造が提案されている。（高田進、応用物
理 ６２（１９９３）ｐ４４３）中でもランプエッジ型
の接合はスイッチ時の駆動能力が大きく臨界電流がトン
ネルバリア層の厚み制御で変えられることもあって有望
視されている（日高睦夫ほか、応用物理 ６７（１９９
８）１１６７）。
【０００４】ジョセフソン接合の性能を示す指標の一つ
としてＩｃＲｎ積があるが、この値が大きい程高速の動
作が可能となる。ＩｃＲｎ積とは、ある温度における臨
界電流Ｉｃすなわち超伝導状態で流れることのできる最
大の電流値と超伝導状態がこわれて常伝導状態になった
際の抵抗率の積を接合のサイズで規格化した値である。
定性的にはスイッチ時の信号の大きさを表す指標であ
る。ランプエッジ型接合においては他の素子構造に比べ
て大きなＩｃＲｎ積が得られている。上下の超伝導電極
としてはＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙが用いられることが多い。
一方では、将来的な大規模集積化に有利な積層型接合も
研究が続けられている。両者とも接合部であるバリア層
にはＰｒＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ層、ＮｂドープＳｒＴｉＯ３
層、プロセス時の損傷層などが用いられる。
【０００５】近年、プロセス時の損傷層を接合部の形成
に利用したジョセフソン接合（ＩＥＪ（Interface-Engi
neered Junction）と呼ばれる。）が盛んに研究されて
いる（B.H. Moeckly et al.、 Appl. Phys. Let
t. 71(1997)2526）。ランプエッジ型接合において透過
型電子顕微鏡観察で１〜２ｎｍ程度の極薄い層の形成が
確認されており、これがジョセフソン接合として機能し
ていると考えられているが、詳細な構造については未だ
解明されていない（J.G. Wen et al.、 “Advances
in Superconductivity XII”− Proc. ISS’99
(1999 10/17-19、 盛岡) p.984およびY. Soutome
et al.、“Advances in Superconductivity XII”
−Proc. ISS’99 (1999 10/17-19、盛岡) p.99
0）。作製時のパラメータが不適切な場合で、損傷層の
厚みが極めて薄くなり厚さの制御が困難になると、とこ
ろどころ接合が短絡してしまうことが起こる。接合部の
厚みの違いによる接合部を介した電流−電圧依存性（Ｉ
−Ｖ特性）は変化する。厚すぎる場合は超伝導電流が流
れることができない。厚さが適当な場合は、臨界電流値
Ｉｃの範囲内で電圧を発生せずに超伝導電流は接合をト
ンネルすることができる。この場合Ｉｃを超えた電流を
流すと急遽電圧が発生する。電圧が発生した状態でのＩ
−Ｖ特性は原点を通る直線に漸近する。このようなジョ
セフソン接合に特徴的なＩ−Ｖ特性はＲＳＪ（Resistiv
ely Shunted Junction）特性と呼ばれる。厚みが薄す
ぎて短絡している場合は、Ｉｃ以上の電流で徐々に電圧
が発生する。磁束が動き出すことによって電圧が誘起さ
れるのでＦＦ（Flux Flow）的Ｉ−Ｖ特性と呼ばれる。
【０００６】ジョセフソン接合を使った超伝導電子デバ
イスを実現するため、具体的には上記のＲＳＪ特性を示
し、適当なＩｃとＩｃＲｎ積の値を有するジョセフソン
接合を多数作製する必要がある。特にＩｃ値は接合構造
や作製プロセスに敏感であり、この値のばらつきを抑え
る技術を確立することが当面の課題とされている。１０
０接合以上の回路を動作させるには特性ばらつき１σを
１０％以下に抑える必要があるという試算がなされてい
る（J. Talvacchio et al.、 IEEE Trans. Appl.
Supercond. 7(1997)2051）。最近、ＩＥＪランプエ
ッジ型ジョセフソン接合においてこの条件を満たす良好
な１σが報告されている。Satohらは超伝導電極にＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｙを、絶縁層に（Ｌａ０．３Ｓｒ
０．７）（Ａｌ０．６５Ｔａ０．３５）Ｏｙを用い、１
００接合で４．２Ｋにおいて１σ=8％を達成した（T.
Satoh et al.、 IEEE Trans. Appl. Supercond.
9(1999)3141）。彼等の発明は、特開２０００−１５
０９７４号公報において開示されている。二つの超伝導
電極間に２ｎｍ以下の厚みで均質なバリア層が形成され
ていることやその界面にエッチング時、絶縁層からＬａ
が混入することが良好な接合特性を与えているという。
ただし、Ｌａ量は極微量で、ビーム径が１nm 程度の電
子線を照射して生ずる特性Ｘ線を用いて分析する分析型
透過電子顕微鏡を用いた手段でも確認できないほどであ
る（J.G. Wen et al.、 Appl. Phys.Lett. 75(19
99)2470）。五月女らは超伝導電極にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
７−ｙを、絶縁層にＣｅＯ２を用い、１００接合で４．
２Ｋにおいて１σ＝７．９％を達成した（五月女ほか、
第62回応用物理学会学術講演会 14ａ−G−7 (2001、
９／１１−１４、 豊田市) 予稿集 No.1、 p.19
5）。彼等はＬａを含む材料はいっさい使っておらず、
二つの超伝導電極間にＬａは混入しない構造とプロセス
によってこの値を達成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ジョセフソン接合の工
業的な応用を考える場合、適当な特性で動作する複数個
の接合を再現性良く作製する技術が必須となる。将来的
な大規模集積化のためには、特性のばらつきの小さなジ
ョセフソン接合を多数作製する必要がある。
【０００８】しかし、これまで動作温度の高い超伝導電
子デバイスの実現を目指してＴｃの高い酸化物高温超伝
導体を用いたジョセフソン接合の研究が行われてきた
が、特性のばらつきが大きく、回路動作の実証はごく小
規模なものに限られ、大規模集積化された実用的な回路
を実現することができなかった。上述のように１００接
合で１σが８％程度のものは報告されているが、さらに
多数の接合でさらに小さな特性ばらつきが実現できるジ
ョセフソン接合の作製方法が切望されている。
【０００９】また、ジョセフソン接合を形成する、バリ
ア層上に形成される第２超伝導層については、素子の特
性のばらつきを抑制する製造方法に関して、これまで十
分に検討されていない。
【００１０】したがって、本発明は、上述した実情に鑑
みてなされたもので、その目的とするところは、特性の
ばらつきが少なく、特性が安定してかつ信頼性の高いジ
ョセフソン接合素子およびその製造方法を提供すること
である。特に、バリア層上の第２超伝導層の初期に形成
される層を基板全体に渡って均一に成膜することによ
り、より特性のばらつきを抑制した、ジョセフソン接合
素子の製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的は請求項１に記
載の如く、基板に第１超伝導層を形成する工程と、該第
１超伝導層上に絶縁層を形成する工程と、該絶縁層上に
第２超伝導層を形成する工程とを含むジョセフソン接合
素子の製造方法であって、前記第２超伝導層を形成する
工程は、少なくとも所定の位置の前記絶縁層を除去する
工程と、前記第２超伝導層を形成する第１の工程と、該
第１の工程で形成した第２超伝導層の上に再び第２超伝
導層を形成する第２の工程とを含むことにより達成され
る。
【００１２】銅酸化物超伝導体を用いたジョセフソン接
合の場合、コヒーレント長が短いことに起因して、信頼
性のあるバリア層を再現性良く形成することが特に困難
になるという特有の問題があった。本願発明者の研究の
結果、バリア層の特性は非超伝導層の形成工程だけで決
定されるのではなく、その後の第２超伝導体の堆積時に
も影響されることがわかった。特にバリア層に近い第２
超伝導体の部分の成膜条件は、ジョセフソン接合の特性
を大きく左右する。基板上に多数のジョセフソン接合を
特性を揃えて作製するには、個々のバリア層の非超伝導
体の均質性のみならず、その上の超伝導体の成膜条件も
揃えなければならない。しかも、接合形成にとって最適
な堆積条件は、良質な超伝導体の成膜条件と必ずしも一
致しない。本発明は、バリア層の上に位置する超伝導体
の成膜を少なくとも二段階分けて行うものである。第１
の工程の成膜条件は、超伝導体として良質のものが得ら
れるかというよりも、基板上の個々の接合に対して均等
な条件であることが重要視される。以降の段階では超伝
導体として良質のものが得られるような条件で成膜が行
われる。
【００１３】本発明によれば、第２超伝導体の形成工程
の初期段階である第１の工程の成膜をジョセフソン接合
形成に適した条件で行うことにより、特性のばらつきが
少なく、特性が安定し、かつ信頼性の高いジョセフソン
接合素子を製造できる。
【００１４】また、請求項２に記載される如く、請求項
１に記載のジョセフソン接合素子の製造方法において、
前記前記絶縁層を除去する工程は、第１超伝導層の一部
を除去する構成とすることができる。
【００１５】請求項２記載の発明によれば、絶縁層を除
去して、第１超伝導層の一部を除去することにより、除
去の際に形成されたごく表面近傍の変質層をバリア層形
成に用いることができ、基板の広い範囲にわたり均一な
バリア層を形成でき、ジョセフソン接合素子のばらつき
を抑制することができる。
【００１６】また、請求項３に記載される如く、請求項
１または２に記載のジョセフソン接合素子の製造方法に
おいて、前記第１の工程は、前記第２の工程に対して、
基板上の場所による形成条件の差違が少なくなるように
行うことにより達成される。
【００１７】また、請求項４に記載される如く、請求項
１から３のいずれか１項に記載のジョセフソン接合素子
の製造方法において、前記第１の工程は、複数の蒸着源
を同時に用いる物理的蒸着法によって行うことにより達
成される。
【００１８】また、請求項５に記載される如く、請求項
１から４のいずれか１項に記載のジョセフソン接合素子
の製造方法において、前記第１の工程は、蒸着源と基板
との間に障害物を設けて物理的蒸着法によって行うこと
により達成される。
【００１９】また、請求項６に記載される如く、請求項
１から５のいずれか１項に記載のジョセフソン接合素子
の製造方法において、前記第１および第２工程は、物理
蒸着法により行い、前記第１の工程は、前記第２の工程
に対して、蒸着源と基板との距離を長くして行うことに
より達成される。
【００２０】また、請求項７に記載される如く、請求項
１から５のいずれか１項に記載のジョセフソン接合素子
の製造方法において、前記第１および第２工程は、物理
蒸着法により行い、前記第１の工程は、前記第２の工程
に対して、蒸着源の励起エネルギーを低下させて行うこ
とにより達成される。
【００２１】また、請求項８に記載される如く、請求項
１から５のいずれか１項に記載のジョセフソン接合素子
の製造方法において、前記第１および第２工程は、物理
蒸着法により行い、前記第１の工程は、前記第２の工程
に対して、雰囲気圧力を高くして行うことにより達成さ
れる。
【００２２】また、請求項９に記載される如く、請求項
１から８のいずれか１項に記載のジョセフソン接合素子
の製造方法において、前記第１の工程は、スパッタ法、
真空蒸着法、あるいは分子線エピタキシー法によって行
い、前記第１の工程は、レーザアブレイション法によっ
て行うことにより達成される。
【００２３】真空容器内で原料を励起して気相中に飛散
させて基板上に堆積させる物理蒸着法で，基板上のどの
部分においても全く同じ条件で堆積させるためには，面
上の蒸着源から均等に飛び出す原料粒子を，その面に対
向しておいた基板上に降り積もらせるのが理想的であ
る。しかし，現実的にそのような設備を組み立てるのは
難しい。多くの場合，基板上での成膜条件のズレは避け
難い。しかし，成膜条件のズレを緩和させる方向に向か
わせることは可能である。
【００２４】物理蒸着法において基板上に降り積もる粒
子のエネルギーを均一化する方法として次の二つが挙げ
られる。１）原料の励起部分もしくは高エネルギー粒子
の密度の高い部分を複数にする。２）原料の励起部分も
しくは高エネルギー粒子の密度の高い部分を基板から遠
ざける。ここで原料の励起源はレーザアブレイション法
ではターゲット上のレーザが照射された部分であり高エ
ネルギー粒子の密度の高い部分はレーザ照射時に現れる
プルームである。スパッタ法の場合は，それぞれターゲ
ット上のプラズマのあたっている部分（エロージョンと
言われる。）とプラズマである。真空蒸着法や分子線エ
ピタキシー法においては蒸発源とその近傍となる。成膜
の初期段階とその後の段階の成膜手段をかえることも有
効である。一般に基板上に降り積もる粒子のエネルギー
の均一性を高い順に並べると，真空蒸着法・分子線エピ
タキシー法＞スパッタ法＞レーザアブレイション法の順
になる。高い方で初期段階を成膜し，その後の成膜を低
い方で行うことで目的は達成できる。
【００２５】本発明によれば、第２超伝導層を形成する
第１の工程において、基板の広い範囲にわたって、蒸着
分子あるいは粒子のエネルギーが均一となる条件により
成膜を行うことにより、ジョセフソン接合素子の特性、
特にＩｃのばらつきを基板の広い範囲にわたって抑制す
ることができ、特性が安定してかつ信頼性の高いジョセ
フソン接合素子を製造することができる。
【００２６】また、請求項１０に記載される如く、請求
項１から９のいずれか１項に記載のジョセフソン接合素
子の製造方法により製造されたジョセフソン接合素子で
あって、Ｉｃのばらつき１σが８％以下であることによ
り達成される。
【００２７】本発明によれば、第２超伝導層を形成する
第１の工程において、基板の広い範囲にわたって、蒸着
分子あるいは粒子のエネルギーが均一となる条件により
成膜を行うことにより、ジョセフソン接合素子の特性、
特にＩｃのばらつきを基板の広い範囲にわたって抑制す
ることができ、１００接合のＩｃのばらつき１σを８％
以下に抑制し、特性が安定してかつ信頼性の高いジョセ
フソン接合素子を実現することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明によって安定的に信頼性の
高いジョセフソン接合が再現性良く製造できる。具体的
には多数のジョセフソン接合を作製した場合、Ｉｃのば
らつきをこれまで以上に小さくすることができる。
【００２９】銅酸化物超伝導体を用いたジョセフソン接
合の場合、コヒーレント長が短いことに起因して、信頼
性のあるバリア層を再現性良く形成することが特に困難
になるという特有の問題があった。これまでの研究は、
バリア層の非超伝導体に何を用い、それをどう積むかに
集中していた。本発明者も、このテーマに関して多くの
試行錯誤を繰り返してきた。その結果、バリア層の特性
は非超伝導層の形成工程だけで決定されるのではなく、
その後の超伝導体堆積時にも少なからず影響されること
が明らかになった。特にバリア層に近い部分の成膜条件
は、ジョセフソン接合の特性を大きく左右する。基板上
に多数のジョセフソン接合を特性を揃えて作製するに
は、個々のバリア層の非超伝導体の均質性のみならず、
その上の超伝導体の成膜条件も揃えなければならない。
しかし、バリア層形成にとって最適な堆積条件は、良質
な超伝導体の成膜条件と必ずしも一致しない。本発明
は、バリア層の上に位置する超伝導体の成膜を少なくと
も二段階分けて行うものである。初期の成膜条件は、超
伝導体として良質のものが得られるかというよりも、基
板上の個々の接合に対して均等な条件であることが重要
視される。以降の段階では超伝導体として良質のものが
得られるような条件で成膜が行われる。
【００３０】真空容器内で原料を励起して気相中に飛散
させて基板上に堆積させる物理蒸着法で、基板上のどの
部分においても全く同じ条件で堆積させるためには、面
上の蒸着源から均等に飛び出す原料粒子を、その面に対
向しておいた基板上に降り積もらせるのが理想的であ
る。しかし、現実的にそのような設備を組み立てるのは
難しい。多くの場合、基板上での成膜条件のズレは避け
難い。しかし、成膜条件のズレを緩和させる方向に向か
わせることは可能である。
【００３１】物理蒸着法において基板上に降り積もる粒
子のエネルギーを均一化する方法として次の二つが挙げ
られる。1) 原料の励起部分もしくは高エネルギー粒子
の密度の高い部分を複数にする。2) 原料の励起部分も
しくは高エネルギー粒子の密度の高い部分を基板から遠
ざける。ここで原料の励起源はレーザアブレイション法
ではターゲット上のレーザが照射された部分であり高エ
ネルギー粒子の密度の高い部分はレーザ照射時に現れる
プルームである。スパッタ法の場合は、それぞれターゲ
ット上のプラズマのあたっている部分（エロージョンと
言われる。）とプラズマである。真空蒸着法や分子線エ
ピタキシー法においては蒸発源とその近傍となる。成膜
の初期段階とその後の段階の成膜手段をかえることも有
効である。一般に基板上に降り積もる粒子のエネルギー
の均一性を高い順に並べると、真空蒸着法・分子線エピ
タキシー法＞スパッタ法＞レーザアブレイション法の順
になる。高い方で初期段階を成膜し、その後の成膜を低
い方で行うことで目的は達成できる。
【００３２】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説
明する。 （第１実施例）第１超伝導体にＹ０．９Ｂａ１．９Ｌａ
０．２Ｃｕ３Ｏｙおよび第２超伝導体にＹｂ０．９Ｂａ
１．９Ｌａ０．２Ｃｕ３Ｏｙを用い、ＩＥＪの手法によ
って接合部を形成するランプエッジ型ジョセフソン接合
素子の製造方法について説明する。本実施例は、第１の
工程において、２本のレーザ光が同時にターゲット表面
に照射され２つの蒸着源を備えたレーザアブレイション
法により行う例である。
【００３３】図１は、本発明による第１実施例に係るジ
ョセフソン接合素子１０の製造工程を示す図である。
【００３４】図１（Ａ）を参照するに、まず、大きさ１
０ｍｍ×１０ｍｍの正方形で、（Ｌａ０．３Ｓ
ｒ０．７）（Ａｌ０．６５Ｔａ０．３５）Ｏ３(以下
「ＬＳＡＴ」と呼ぶ。)などを用いた基板１１上に、オ
フアクシスＲＦスパッタ法により厚さ２００ｎｍの第１
超伝導体１２をＹ０．９Ｂａ１．９Ｌａ０．２Ｃｕ３Ｏ
ｙを用いて形成し、さらにその上に、オフアクシスＲＦ
スパッタ法により厚さ２００ｎｍの層間絶縁層１３をＬ
ＳＡＴを用いて形成する。次に、図１（Ｂ）を参照する
に、フォトリソグラフィ法によるパターニングの後に、
フォトレジストの端部が緩やかな傾斜を持つようにリフ
ロー処理を行ない、イオンエッチングのマスクとなるレ
ジスト１４を形成する。次に、図１（Ｃ）を参照する
に、このレジスト１４を用いて、加速電圧４００Ｖ、イ
オン電流５０ｍＡのＡｒイオン照射により層間絶縁層１
３及び第１超伝導体１２のエッチング処理を行う。Ａｒ
イオン照射は、入射方向を基板表面に対し３０°傾きを
持たせ、基板を回転させながら行う。その結果、層間絶
縁層１３及び第１超伝導体１２のなだらかな斜面が形成
され、斜面の表面はイオン照射による損傷層で覆われて
いる。次に、図１（Ｄ）を参照するに、レジスト１４を
アッシング装置により除去する。この第２超伝導体１５
形成直前の積層された基板５０は、基板１１上に、第１
超伝導体１２、層間絶縁層１３が積層されたものであ
る。
【００３５】次に、この上にレーザアブレイション法に
より第２超伝導体１５を形成した。図２は、レーザアブ
レイション法による基板１００、ターゲット１０１など
の配置を示す図である。図２（Ａ）を参照するに、第１
の工程は、レーザ光を途中で２つに分岐して、２本のレ
ーザ光が同時にターゲット１０１表面に照射されるよう
にして行う。 それぞれ３００ｍＪのレーザ光を直径３
０ｍｍのＹｂ０．９Ｂａ１．９Ｌａ０．２Ｃｕ３Ｏｙ焼
結体のターゲット１０１上に毎秒５回照射する。このタ
ーゲット１０１表面におけるエネルギー密度はそれぞれ
１．０ｍＪ／ｃｍ２である。基板温度６６０℃、雰囲気
圧力は酸素２６．６Ｐａ、基板１００−ターゲット１０
１間距離は６０ｍｍとする。膜質の均一性を図るために
基板５０及びターゲット１０１はそれぞれ３ｒｐｍ、８
ｒｐｍで回転し、レーザ光はターゲット１０１上をスキ
ャンするようにミラーを動かした。ターゲット１０１上
で励起された粒子は運動エネルギーを有して気相に放出
され、気相中にある酸素と衝突してエネルギーを失いな
がら基板１００上に堆積する。
【００３６】通常行われている１つのレーザ光の場合、
図２（Ｃ）に示すように、ターゲットから飛散する粒子
によってプルーム１０３と呼ばれる発光部分が生じる。
本実施例の場合は２つのレーザ光の使用によってプルー
ム１０３は図２（Ａ）のようになる。基板上に到達する
粒子のエネルギーの場所による変化幅は小さくなる。
【００３７】第１の工程の成膜を１０分間行った後に、
レーザ光の分岐をやめて、図２（Ｃ）に示すように、１
本のレーザ光で成膜を行う。レーザ光のエネルギーは６
００ｍＪとし、３０分間成膜を行う。
【００３８】その結果、図１（Ｅ）に示すように、バリ
ア層１６を第１超伝導体１２と第２超伝導体１５とで挟
んだジョセフソン接合を有するジョセフソン接合素子１
０が形成される。さらに、金電極を蒸着、適当なパター
ニングを施すことによって複数のジョセフソン接合素子
１０を作製する。基板１１上には１０個の接合及びシリ
ーズの１００接合が６ｍｍ×６ｍｍの正方形の範囲に均
等に分布するように作製する。
【００３９】基板上に作製した１０個の接合はいずれも
ＲＳＪ型の電流−電圧特性を示した。４．２Ｋにおける
ＩｃＲｎ積は２．１〜２．６ｍＶ、Ｉｃは約０．９ｍＡ
であった。１００接合についてＩｃのばらつき１σを測
定したところ６．２％であった。 （第１比較例）第１実施例と同様にして、ランプエッジ
型ジョセフソン接合の作製を行った。ただし、第２超伝
導体の成膜において、２本のレーザ光を同時にターゲッ
トに照射する第１の工程を省略した。基板上に作製した
１０個の接合はいずれもRＳＪ型の電流−電圧特性を示
した。４．２ＫにおけるＩｃＲｎ積は１．９〜２．７ｍ
Ｖ、Ｉｃは約０．９ｍＡであった。１００接合について
Ｉｃのばらつき１σを測定したところ １２．５％であ
った。 （第２比較例）第１実施例と同様にして、ランプエッジ
型ジョセフソン接合の作製を行った。ただし、第１実施
例と異なる点は、第２超伝導体の成膜において、２本の
レーザ光を同時にターゲットに照射する第１の工程をそ
のまま続けて、１本のレーザ光で成膜を行なう第１実施
例の第２の工程を設けなかった。基板上に作製した１０
個の接合のうち８個はＲＳＪ型の電流−電圧特性を示し
たが、残り２個はＦＦ型の特性であった。第２超伝導体
の成膜後に表面を光学顕微鏡で観察したところ、第１実
施例の場合と比較して粒状の析出が多く見られた。おそ
らくＲＳＪ型を示さなかった接合は、ちょうど析出のあ
る場所にあたってしまい、接合が短絡してしまったもの
と推察される。
【００４０】以上より、第１実施例によれば、第２超伝
導体の形成において、第１の工程で２本のレーザ光を同
時にターゲットに照射し、２つの蒸着源から励起させた
粒子を堆積させることにより、Ｉｃのばらつき１σを
６．２％に抑制することができ、ＩｃＲｎ積が２．１〜
２．６ｍＶと高い、特性が良好なジョセフソン接合素子
を作製することができる。また、第２超伝導体の形成に
おいて、第２の工程では、１本の高出力のレーザ光で第
２超伝導体を成膜することが好ましい。 （第２実施例）本実施例は、第１実施例と同様の第１お
よび第２超伝導体の材料を用い、ＩＥＪの手法によって
接合部を形成するランプエッジ型ジョセフソン接合素子
の製造方法の例あり、第２超伝導体を形成する第１の工
程において、基板とターゲットの間に障害物を設けて成
膜を行うものである。
【００４１】以下、本実施例のジョセフソン接合素子の
製造方法について説明する。
【００４２】第２超伝導体の形成工程直前までの工程
は、第１実施例と同様に行う。第２超伝導体はレーザア
ブレイション法により成膜する。第２超伝導体の第１の
工程の成膜時には、図２（Ｂ）に示すように、基板１０
０とターゲット１０１の間にインコネル製の角棒状の障
害物１０４を設置する。成膜は６００ｍＪのレーザ光を
ターゲット１０１に毎秒５回照射し、ターゲット１０１
から励起した粒子を基板１００上に堆積させることによ
って行なう。ターゲット１０１上で励起された粒子は運
動エネルギーを持って気相に放出され、気相中にある酸
素と衝突して運動エネルギーを失いながら基板１００上
に堆積する。基板１００−ターゲット１０１間に障害物
のない通常の方法では図２（Ｃ）のようにレーザ光を照
射すると飛散する粒子によってプルーム１０３と呼ばれ
る発光部分が生じる。本実施例の場合は障害物によって
プルーム１０５は図２（Ｂ）に示すように変型した。障
害物１０４によって堆積する粒子の数は減り、成膜速度
は小さくなるが、基板１００上に到達する粒子の運動エ
ネルギー差の幅は小さくなる。
【００４３】基板１１上に作製した１０個の接合はいず
れもＲＳＪ型の電流−電圧特性を示した。４．２Ｋにお
けるＩｃＲｎ積は２．０〜２．６ｍＶ、Ｉｃは約０．９
ｍＡであった。１００接合についてＩｃのばらつき１σ
を測定したところ６．６％であった。
【００４４】以上より、本実施例によれば、第１の工程
において、基板とターゲットの間に障害物を設置して、
障害物により粒子の運動エネルギーの高い部分を抑制
し、基板に到達する粒子の運動エネルギー差の幅を小さ
くすることにより、Ｉｃのばらつき１σを６．６％に抑
制でき、ＩｃＲｎ積が２．０〜２．６ｍＶと高い、特性
が良好なジョセフソン接合素子を作製することができ
る。 （第３実施例）本実施例は、第１実施例と同様の第１お
よび第２超伝導体の材料を用い、ＩＥＪの手法によって
接合部を形成するランプエッジ型ジョセフソン接合素子
の製造方法の例であり、第２超伝導体を形成する第１の
工程において、レーザアブレイション法に代えて、２つ
のスパッタカソードを対向して配置したオフアクシスＲ
Ｆスパッタ法によって成膜を行うものである。
【００４５】以下、本実施例のジョセフソン接合素子の
製造方法について説明する。
【００４６】第２超伝導体の形成工程直前までの工程
は、第１実施例と同様に行う。第２超伝導体はオフアク
シスＲＦスパッタ法により成膜する。図３は、オフアク
シスＲＦスパッタ法による基板１００、ターゲット１０
７などの配置を示す図である。図３（Ａ）および（Ｂ）
には、スパッタ分子の運動エネルギー分布を示してあ
る。濃い部分が運動エネルギーが高い部分に相当し、薄
い部分が運動エネルギーの低い部分に相当する。なお、
ターゲット１０７にはスパッタカソードが取付けられる
が、図３ではスパッタカソードは省略されている。
【００４７】図３（Ａ）に示すように、第１の工程の成
膜時には、一つのターゲット１０７Ａに対向に設置した
もう一つのターゲット１０７Ｂも使用して二つのターゲ
ット１０７Ａ、１０７Ｂを用いて成膜する。一つのター
ゲット１０７Ａを用いた図３（Ｂ）に示す場合よりも、
二つのターゲット１０７Ａ、１０７Ｂを用いた図３
（Ａ）に示す場合の方が、基板１００上に到達する粒子
の運動エネルギーの場所による変化幅は小さくなる。第
１の工程の成膜を二つのターゲット１０７Ａ、１０７Ｂ
を用いて１５分間成膜を行った後に、一つのスパッタカ
ソード１０７Ａを使用して第２の工程の成膜を行う。
【００４８】基板上に作製した１０個の接合はいずれも
ＲＳＪ型の電流−電圧特性を示した。４．２Ｋにおける
ＩｃＲｎ積は１．９〜２．６ｍＶ、Ｉｃは約１．０ｍＡ
であった。１００接合についてＩｃのばらつき１σを測
定したところ６．９％であった。
【００４９】本実施例によれば、２つの互いに対向して
設置したターゲットを用いたオフアクシスＲＦスパッタ
法により第１の工程の成膜を行うことにより、Ｉｃのば
らつき１σを６．９％に抑制でき、ＩｃＲｎ積が１．９
〜２．６ｍＶと高い、特性が良好なジョセフソン接合素
子を作製することができる。
【００５０】なお、二つのスパッタカソードを用いたま
まで、第２の工程の成膜を続けることも可能であるが、
一般に複数のカソードを用いて、これらのターゲットの
エロージョンなどを一定のばらつきに抑制して、一定の
品質を維持して生産を続けるのは困難である。スパッタ
法による成膜は用いるカソードの性格やターゲットの品
質等に大きく依存する。カソードの数を増やすことは品
質を保持する上で管理しなければいけない項目を増やす
ことに他ならない。したがって、第２超伝導体の第２の
工程の成膜はできれば少ない数のカソードを用いること
が好ましい。一方、第１の工程の成膜は基板上での堆積
条件の均一性が最も重要である。具体的には基板上に堆
積する粒子の持つエネルギーが揃っていることが最重要
である。よって、本実施例に示した２段階成膜が有効で
ある。 （第４実施例）本実施例は、第１実施例と同様の第１お
よび第２超伝導体の材料を用い、ＩＥＪの手法によって
接合部を形成するランプエッジ型ジョセフソン接合素子
の製造方法の例であり、第２超伝導体を形成する第１の
工程において、基板とターゲットの距離を第２の工程よ
り長くして、レーザアブレイション法によって成膜を行
う例である。
【００５１】以下、本実施例のジョセフソン接合素子の
製造方法について説明する。
【００５２】第２超伝導体の形成工程直前までの工程
は、第１実施例と同様に行う。第２超伝導体はレーザア
ブレイション法により成膜する。６００ｍＪのレーザ光
をターゲット１０１上に毎秒５回照射した。ターゲット
１０１表面におけるエネルギー密度はそれぞれ１．０ｍ
Ｊ／ｃｍ２である。基板温度６６０℃、雰囲気圧力は酸
素２６．６Ｐａ、膜質の均一性を図るために基板１００
及びターゲット１０１はそれぞれ３ｒｐｍ、８ｒｐｍで
回転し、レーザ光がターゲット１０１上をスキャンする
ようにミラーを移動させる。図４（Ａ）に示すように、
第１の工程の成膜時には基板１００とターゲット１０１
の間の距離を長くして行い、第２の工程の成膜時には距
離を近付けて成膜を行う。具体的には第１の工程は８０
ｍｍ、第２の工程は６０ｍｍとした。第１の工程では、
距離はプルームから明らかに離れたところに基板が位置
しており、基板上に到達する粒子の運動エネルギーは低
いので、良質の超伝導体層を作製するには適さない条件
である。しかし、基板１００とターゲット１０１の間の
距離を離すことによって基板上に到達する粒子の運動エ
ネルギー差の幅は小さくなる。
【００５３】基板上に作製した１０個の接合はいずれも
ＲＳＪ型の電流−電圧特性を示した。４．２Ｋにおける
ＩｃＲｎ積は２．０〜２．４ｍＶ、Ｉｃは約０．８ｍＡ
であった。１００接合についてＩｃのばらつき１σを測
定したところ６．０％であった。
【００５４】以上より、本実施例によれば、第１の工程
において、基板とターゲットとの距離を第２の工程に対
して、長くして、基板上に到達する粒子の運動エネルギ
ー差の幅を小さくすることにより、Ｉｃのばらつき１σ
を６．０％に抑制でき、ＩｃＲｎ積が２．０〜２．４ｍ
Ｖと高い、特性が良好なジョセフソン接合素子を作製す
ることができる。 （第５実施例）本実施例は第１実施例と同様の第１およ
び第２超伝導体の材料を用い、ＩＥＪの手法によって接
合部を形成するランプエッジ型ジョセフソン接合素子の
製造方法の例であり、第２超伝導体を形成する第１の工
程において、レーザアブレイション法のレーザエネルギ
ーを３００ｍＪに低下させて成膜を行う例である。
【００５５】以下、本実施例のジョセフソン接合素子の
製造方法について説明する。
【００５６】第２超伝導体の形成工程直前までの工程
は、第１実施例と同様に行う。第２超伝導体はレーザア
ブレイション法により成膜する。第１の工程において、
３００ｍＪのレーザ光をターゲット上に毎秒５回照射し
た。基板とターゲット間距離は６０ｍｍとし、他の条件
は第４実施例と同様である。図５は、本実施例に係るレ
ーザアブレイション法による基板１００、ターゲット１
０１などの配置を示す図である。第１の工程において
は、図４（Ｂ）と比較して、図５に示すように、レーザ
光のエネルギーを３００ｍＪに下げたことによってプル
ームの大きさは小さくなる。レーザプルームから明らか
に離れたところに基板が位置しており、基板上に到達す
る粒子の運動エネルギーは低いので良質の超伝導体層を
作製するには適さない条件である。しかし、相対的に基
板とターゲットの間の距離を離すことによって基板上に
到達する粒子のエネルギー差の幅は小さくなる。
【００５７】基板上に作製した１０個の接合はいずれも
ＲＳＪ型の電流−電圧特性を示した。４．２Ｋにおける
ＩｃＲｎ積は１．９〜２．４ｍＶ、Ｉｃは約０．８ｍＡ
であった。１００接合についてＩｃのばらつき１σを測
定したところ７．０％であった。
【００５８】以上より、本実施例によれば、第１の工程
において、レーザ光のエネルギーを低下させて、基板上
に到達する粒子の運動エネルギー差の幅を小さくするこ
とにより、Ｉｃのばらつき１σを７．０％に抑制でき、
ＩｃＲｎ積が１．９〜２．４ｍＶと高い、特性が良好な
ジョセフソン接合素子を作製することができる。 （第６実施例）本実施例は、第１実施例と同様の第１お
よび第２超伝導体の材料を用い、ＩＥＪの手法によって
接合部を形成するランプエッジ型ジョセフソン接合素子
の製造方法の例であり、第２超伝導体を形成する第１の
工程において、蒸着雰囲気の酸素ガス圧を５３．２Ｐａ
に上げて、レーザアブレイション法によって成膜を行う
例である。
【００５９】以下、本実施例のジョセフソン接合素子の
製造方法について説明する。
【００６０】第２超伝導体の形成工程直前までの工程
は、第１実施例と同様に行う。第２超伝導体はレーザア
ブレイション法により成膜する。第１の工程において、
基板１００とターゲット１０１間距離は６０ｍｍとし、
蒸着雰囲気の酸素ガス圧を５３．２Ｐａに上げて行う。
他の条件は第４実施例と同様である。
【００６１】酸素ガス圧を上げたことによって、ターゲ
ットから放出された粒子がガス中で酸素分子と衝突する
回数が増える。よってエネルギーを早く失い、第５実施
例のプルームと同様に、プルームの大きさは小さくなっ
た。この第１の工程においてプルームから明らかに離れ
たところに基板が位置しており、基板上に到達する粒子
の運動エネルギーは低いので、良質の超伝導体層を作製
するには適さない条件である。しかし、基板上に到達す
る粒子のエネルギー差の幅は小さくなる。
【００６２】基板上に作製した１０個の接合はいずれも
ＲＳＪ型の電流−電圧特性を示した。４．２Ｋにおける
ＩｃＲｎ積は２．１〜２．７ｍＶ、Ｉｃは約１．０ｍＡ
であった。１００接合についてＩｃのばらつき１σを測
定したところ７．１％であった。
【００６３】以上より、本実施例によれば、第１の工程
において、蒸着雰囲気の酸素ガス圧を上げ、基板上に到
達する粒子の運動エネルギーは低下させて堆積すること
により、Ｉｃのばらつき１σを７．１％に抑制でき、Ｉ
ｃＲｎ積が２．１〜２．７ｍＶと高い、特性が良好なジ
ョセフソン接合素子を作製することができる。 （第７実施例）本実施例は、第１超伝導体にＹ０．９Ｂ
ａ１．９Ｌａ０．２Ｃｕ３Ｏｙおよび第２超伝導体にＹ
ｂ０．９Ｂａ１．９Ｌａ０．２Ｃｕ３Ｏｙを用い、バリ
ア層にＰｒＢａ２Ｃｕ３Ｏｙを用いる人工バリア手法に
よって接合部を形成するランプエッジ型ジョセフソン接
合素子の製造方法の例である。
【００６４】以下、本実施例のジョセフソン接合素子２
０の製造方法について説明する。
【００６５】図６は、本実施例に係るジョセフソン接合
素子２０の製造工程を示す図である。
【００６６】図６（Ａ）を参照するに、まず、大きさ１
０ｍｍ×１０ｍｍの正方形で、ＭｇＯなどを用いた基板
２１上に、オフアクシスＲＦスパッタ法により、厚さ２
００ｎｍの第１超伝導体２２をＹ０．９Ｂａ１．９Ｌａ
０．２Ｃｕ３Ｏｙを用いて形成し、さらにその上に、オ
フアクシスＲＦスパッタ法により、厚さ２００ｎｍの層
間絶縁層２３をＣｅＯ２を用いて形成する。次に、図６
（Ｂ）を参照するに、フォトリソグラフィ法によるパタ
ーニングの後に、フォトレジストの端部が緩やかな傾斜
を持つようにリフロー処理を行ない、イオンエッチング
のマスクとなるレジスト２４を形成する。次に、図６
（Ｃ）を参照するに、このレジスト２４を用いて、加速
電圧４００Ｖ、イオン電流５０ｍＡのＡｒイオン照射に
より層間絶縁層２３および第１超伝導体２２のエッチン
グ処理を行う。Ａｒイオン照射は、入射方向を基板表面
に対し３０°傾きを持たせ、基板２１を回転させながら
行う。その結果、層間絶縁層２３及び第１超伝導体２２
のなだらかな斜面が形成される。次に、斜面の損傷層を
薄いリン酸で除去する。次に、図６（Ｄ）を参照する
に、レジスト２４をアッシング装置により除去する。次
に、図６（Ｅ）を参照するに、その上に、オフアクシス
ＲＦスパッタ法によりバリア層２６をＰｒＢａ２Ｃｕ３
Ｏｙを用いて５ｎｍ堆積する。次に、第２超伝導体２５
の第１の工程はオフアクシスＲＦスパッタ法により行
う。Ｙｂ０．９Ｂａ１．９Ｌａ０．２Ｃｕ３Ｏｙを１０
ｎｍ堆積させ、第２の工程は、レーザアブレイション法
により、Ｙｂ ０．９Ｂａ１．９Ｌａ０．２Ｃｕ３Ｏｙを
用いて再び第２超伝導体２５を成膜する。
【００６７】その結果、図６（Ｅ）に示すように、バリ
ア層２６を第１超伝導体２２と第２超伝導体２５とで挟
んだジョセフソン接合を有するジョセフソン接合素子２
０が形成される。さらに、金電極を蒸着、適当なパター
ニングを施すことによって複数のジョセフソン接合素子
２０を作製する。基板２１上には１０個の接合及びシリ
ーズの１００接合が６ｍｍ×６ｍｍの正方形の範囲に均
等に分布するように作製する。
【００６８】基板上に作製した１０個の接合はいずれも
ＲＳＪ型の電流−電圧特性を示した。４．２Ｋにおける
ＩｃＲｎ積は１．８〜２．４ｍＶ、Ｉｃは約０．８ｍＡ
であった。１００接合についてＩｃのばらつき１σを測
定したところ７．２％であった。 （第３比較例）本発明によらない本比較例は、第１の工
程のオフアクシスＲＦスパッタ法による成膜を省き、第
２の工程のレーザアブレイション法により一段階で成膜
した。その他の条件は、第７実施例と同様である。
【００６９】基板上に作製した１０個の接合はいずれも
ＲＳＪ型の電流−電圧特性を示した。４．２Ｋにおける
ＩｃＲｎ積は１．８〜２．７ｍＶ、Ｉｃは約０．８ｍＡ
であった。１００接合についてＩｃのばらつき１σを測
定したところ１０．２％であった。
【００７０】以上より、第７実施例によれば、人工バリ
ア手法によって接合部を形成するランプエッジ型ジョセ
フソン接合素子の製造において、第２超伝導体の形成工
程を第１および第２の工程に分け、第１の工程におい
て、基板上に到達する粒子の運動エネルギーが低く、運
動エネルギー幅の小さいオフアクシスＲＦスパッタ法に
よって成膜することにより、Ｉｃのばらつき１σを７．
２％に抑制でき、ＩｃＲ ｎ積が１．８〜２．４ｍＶと高
い、特性が良好なジョセフソン接合素子を作製すること
ができる。なお、本実施例では第１の工程においてオフ
アクシスＲＦスパッタ法を用いたが、他のスパッタ法、
真空蒸着法、分子エピタキシー法であってもよい。
【００７１】以上本発明の好ましい実施例について詳述
したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の
範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例え
ば、本実施例では、ランプエッジ型ジョセフソン接合素
子についてのみ説明したが、本発明は、積層型ジョセフ
ソン接合素子についても適用可能であり、さらには、積
層型ジョセフソン接合素子のジョセフソン接合が、ＩＥ
Ｊあるいは人工バリア手法によって接合部を形成する場
合のいずれであっても適用可能である。
【００７２】
【発明の効果】以上詳述したところから明らかなよう
に、請求項１記載の発明によれば、第２超伝導体の形成
工程の初期段階である第１の工程の成膜をジョセフソン
接合形成に適した条件で行うことにより、特性のばらつ
きが少なく、特性が安定し、かつ信頼性の高いジョセフ
ソン接合素子を製造できる。
【００７３】また、請求項２記載の発明によれば、絶縁
層を除去して、第１超伝導層の一部を除去することによ
り、除去の際に形成されたごく表面近傍の変質層をバリ
ア層形成に用いることができ、基板の広い範囲にわたり
均一なバリア層を形成でき、ジョセフソン接合素子のば
らつきを抑制することができる。
【００７４】また、請求項３から９に記載の発明によれ
ば、第２超伝導層を形成する第１の工程において、基板
の広い範囲にわたって、蒸着分子あるいは粒子のエネル
ギーが均一となる条件により成膜を行うことにより、ジ
ョセフソン接合素子の特性、特に臨界電流Ｉｃのばらつ
きを基板の広い範囲にわたって抑制することができ、特
性が安定してかつ信頼性の高いジョセフソン接合素子を
製造することができる。
【００７５】また請求項１０に記載の発明によれば、第
２超伝導層を形成する第１の工程において、基板の広い
範囲にわたって、蒸着分子あるいは粒子のエネルギーが
均一となる条件により成膜を行うことにより、ジョセフ
ソン接合素子の特性、特にＩ ｃのばらつきを基板の広い
範囲にわたって抑制することができ、１００接合のＩ ｃ
のばらつき１σを８％以下に抑制し、特性が安定してか
つ信頼性の高いジョセフソン接合素子を実現することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のジョセフソン接合素子の製造工程
を示す図である。
【図２】レーザアブレイション法による基板、ターゲッ
トなどの配置を示す図である。
【図３】オフアクシスＲＦスパッタ法による基板、ター
ゲットなどの配置を示す図である。
【図４】第５実施例に係るレーザアブレイション法によ
る基板、ターゲットなどの配置を示す図である。
【図５】第６実施例に係るレーザアブレイション法によ
る基板、ターゲットなどの配置を示す図である。
【図６】第７実施例のジョセフソン接合素子の製造工程
を示す図である。
【符号の説明】
１０、２０ ジョセフソン接合素子 １１、２１ 基板 １２、２２ 第１超伝導体 １３、２３ 層間絶縁層 １４、２４ レジスト １５、２５ 第２超伝導体 １６、２６ バリア層 １００ 基板 １０１、１０７ ターゲット １０２ 蒸着源 １０３、１０５ プルーム １０４ 障害物
フロントページの続き (72)発明者 安達 成司 東京都江東区東雲一丁目14番３号 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター超電 導工学研究所内 (72)発明者 若菜 裕紀 東京都江東区東雲一丁目14番３号 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター超電 導工学研究所内 (72)発明者 石丸 喜康 東京都江東区東雲一丁目14番３号 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター超電 導工学研究所内 (72)発明者 堀部 雅弘 東京都江東区東雲一丁目14番３号 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター超電 導工学研究所内 (72)発明者 堀辺 修身 東京都江東区東雲一丁目14番３号 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター超電 導工学研究所内 (72)発明者 樽谷 良信 東京都江東区東雲一丁目14番３号 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター超電 導工学研究所内 (72)発明者 田辺 圭一 東京都江東区東雲一丁目14番３号 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター超電 導工学研究所内 Ｆターム(参考） 4K029 BA43 BA50 BB02 BC04 CA01 CA05 DB20 DC16 EA03 4M113 AA06 AA16 AA25 AA37 AD36 AD67 BA04 BA07 BA11 BA14 BB07 BC04 BC08 CA34

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板に第１超伝導層を形成する工程と、
    該第１超伝導層上に絶縁層を形成する工程と、該絶縁層
    上に第２超伝導層を形成する工程とを含むジョセフソン
    接合素子の製造方法であって、 前記第２超伝導層を形成する工程は、少なくとも所定の
    位置の前記絶縁層を除去する工程と、前記第２超伝導層
    を形成する第１の工程と、該第１の工程で形成した第２
    超伝導層の上に再び第２超伝導層を形成する第２の工程
    とを含むことを特徴とするジョセフソン接合素子の製造
    方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のジョセフソン接合素子
    の製造方法において、 前記前記絶縁層を除去する工程は、第１超伝導層の一部
    を除去することを特徴とするジョセフソン接合素子の製
    造方法。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のジョセフソン
    接合素子の製造方法において、 前記第１の工程は、前記第２の工程に対して、基板上の
    場所による形成条件の差違が少なくなるように行うこと
    を特徴とするジョセフソン接合素子の製造方法。
  4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれか１項に記載の
    ジョセフソン接合素子の製造方法において、 前記第１の工程は、複数の蒸着源を同時に用いる物理的
    蒸着法によって行うことを特徴とするジョセフソン接合
    素子の製造方法
  5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれか１項に記載の
    ジョセフソン接合素子の製造方法において、 前記第１の工程は、蒸着源と基板との間に障害物を設け
    て物理的蒸着法によって行うことを特徴とするジョセフ
    ソン接合素子の製造方法
  6. 【請求項６】 請求項１から５のいずれか１項に記載の
    ジョセフソン接合素子の製造方法において、 前記第１および第２工程は、物理蒸着法により行い、 前記第１の工程は、前記第２の工程に対して、蒸着源と
    基板との距離を長くして行うことを特徴とするジョセフ
    ソン接合素子の製造方法
  7. 【請求項７】 請求項１から５のいずれか１項に記載の
    ジョセフソン接合素子の製造方法において、 前記第１および第２工程は、物理蒸着法により行い、 前記第１の工程は、前記第２の工程に対して、蒸着源の
    励起エネルギーを低下させて行うことを特徴とするジョ
    セフソン接合素子の製造方法
  8. 【請求項８】 請求項１から５のいずれか１項に記載の
    ジョセフソン接合素子の製造方法において、 前記第１および第２工程は、物理蒸着法により行い、 前記第１の工程は、前記第２の工程に対して、雰囲気圧
    力を高くして行うことを特徴とするジョセフソン接合素
    子の製造方法
  9. 【請求項９】 請求項１から８のいずれか１項に記載の
    ジョセフソン接合素子の製造方法において、 前記第１の工程は、スパッタ法、真空蒸着法、あるいは
    分子線エピタキシー法によって行い、前記第１の工程
    は、レーザアブレイション法によって行うことを特徴と
    するジョセフソン接合素子の製造方法
  10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれか１項に記載
    のジョセフソン接合素子の製造方法により製造されたジ
    ョセフソン接合素子であって、 Ｉｃのばらつき１σが８％以下であることを特徴とする
    ジョセフソン接合素子。
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