高温超伝導体ジョセフソン接合の伝導機構の解明と60Kエレクトロニクスへの展開

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09450142
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 藤巻 朗 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (20183931)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤池 宏之 名古屋大学, 先端技術共同研究センター, 助手 (20273287) ; 井上 真澄 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (00203258) ; 早川 尚夫 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60189636)
• Keywords: 高温超伝導体 / ジョセフソン接合 / 局在準位

Research Abstract

本研究では高温超伝導体ジョセフソン接合の高品質化・高性能化の指針を得、実用化に耐え得る接合作成技術を開発することを目標に据えている。平成10年度は9年度から引き続いて、さまざまな抵抗率を有する材料をジョセフソン接合の障壁層に採用し、その特性を評価した。この結果から、準粒子が障壁層の膜厚・材質などに依存して瀘接トンネル-共鳴トンネルの2つの伝導機構を持つことを明らかにした。高性能なジョセフソン接合は共鳴トンネルの伝導を最小限にとどめること、すなわち高抵抗率の障壁材料を薄く堆積させることで実現された。実際、Ga-doped PrBa_2Cu_3O_Xを障壁層に採用することで接合の特性パラメータであるIcRn積(臨界電流値と接合抵抗の積)は従来の我々の接合に比べ約2倍とすることができた。
しかしながら、上記で得られた接合特性はチップ内においても特性が大きくばらついており、実用化に向けては大きな障害となり得る。そこで、ばらつきの原因を調べるため、接合作製プロセス各時点における電気特性評価、AFM観察を行った。AFM観察では各時点において大きな変化は見られなかったものの、電気特性評価では、ばらつきが障壁層堆積後及び対向電極堆積後に急激に増加していることが判明した。すなわち、堆積という作業をすること自体がばらつきの原因となっていることが明らかとなった。そこで,基部電極表面をエッチングし、そこで形成された表面変質層を障壁層として用いる接合形成法を提案した。これにより、ばらつき自身は従来の約半分に低減化することに成功している。制御性が今後の課題として残るものの、将来有望な接合形成法と考えている。

Research Products

• [Publications] M.Horibe,K.Kawai,A.Fujimaki,H.Hayakawa: "Ramp-edge Josephson junctions using barriers of various resistivities" IEICE Trans.Electronics. Vol.E81-C,No.10. 1526-1531 (1998)
• [Publications] S.Hontsu,M.Nakamori,H.Tabata,A.Fujimaki,J.Ishii,T.Kawai: "Formation of c-axis oriented YBa_2Cu_3O_<7-y> thin film on amorphous substrates with Al(111) buffer layer" Japan J.Appl.Phys.Pt1. Vol.37,No.8. 4358-4361 (1998)