Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本研究では、窒化物超伝導体トンネル接合の障壁層として窒化物との反応性が低いことが予想されるHfに着目、Hf酸化膜を用いた電磁波検出器用窒化物超伝導トンネル接合の開発を目的としている。29年度は、前年度に得られたHf成膜条件の知見から、早い速度で成膜したHf膜の熱酸化HfOxトンネル障壁層を用い、検出器応用上重要となる接合の準粒子トンネル特性の改善、特にギャップ電圧近傍におけるサブギャップリーク電流の低減を目指した。まず、接合下部NbTiN電極の結晶性及び表面粗さの影響を調べるため、Si基板からMgO単結晶基板上に変更して接合を作製した。下部電極層の結晶性・表面粗さの効果は、以前実施した科研費研究のNbNトンネル接合の開発時の知見によるものである。この基板変更により、下部NbTiN層は、(111)(200)配向膜から(200)配向エピタキシャル膜へとかわるとともに表面平坦性が大幅に改善し、自乗平均荒さが0.2nmとなるものが得られたものの、接合特性に大きな違いが生じないことが明らかとなった。また、HfOx膜の他にこれまでに十分実績のあるAl窒化 (AlNx)膜をトンネル障壁層に用いても、同様な結果であることがわかった。これらの結果から、ギャップ電圧近傍のサブギャップリーク電流の増大は、トンネル障壁層に起因するものではなく、超伝導電極内の超伝導特性に起因するものと考えられた。以上の結果を踏まえ、MgO基板上に成膜したエピタキシャルNbN薄膜を用いて、HfOxトンネル障壁層接合を作製し、特性評価を行った。その結果、接合品質パラメータが21以上であり、ギャップ電圧近傍までサブギャップリーク電流の非常に少ない接合の作製に成功した。また、この特性はAlNxトンネル障壁を用いた接合とほぼ同等であり、トンネル障壁層として比較的良好なものをHfOxで実現できることを明らかにした。
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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