2000 Fiscal Year Annual Research Report
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11650313
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
明連 広昭 埼玉大学, 工学部, 助教授 (20219827)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高田 進 埼玉大学, 工学部, 教授 (80282424)
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| Keywords | NbTiN / 超伝導トンネル素子 / DCマグネトロンスパッタ法 / 単一磁束量子論理回路 / 超伝導論理回路 / 原子間力顕微鏡 / X線回折法 |
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| Research Abstract |
超伝導転移温度が10Kを超え室温で作製可能なNbTiN超伝導薄膜を超伝導電極としたトンネル素子による超伝導集積回路の実現のため、1)NbTiN超伝導薄膜の作製条件の最適化、2)NbTiNトンネル素子の作製、および3)超伝導回路の提案を行った。
直流マグネトロンスパッタ法により作製されたNbTiN超伝導薄膜の結晶性をX線回折装置にて、表面形状を原子間力顕微鏡により確認した。MgO(100)基板上に作製した約300nmのNbTiN薄膜では表面粗さの標準偏差が約8nmとなった。トンネルバリアにもちいるAlN薄膜の厚みが1nm程度であることを考えると表面平坦性のよい薄膜が必要となる。このため、MgO(100)基板上にエピタキシャル成長が可能なNbNをテンプレートとして用い、その上にNbTiN薄膜を成長した。この結果、NbTiN薄膜の表面平坦性は向上し、表面粗さの標準偏差は1.5nm以下となった。さらに、超伝導転移温度は14Kに上昇した。また、流量費がAr:N_2=1:1の条件下で作製したAlN薄膜は半導体的な抵抗-温度特性を示し、4.2Kでの抵抗率は10^9Ω・cm以上となり、トンネルバリアとして充分な特性を示すことが確認された。
以上の薄膜作製条件を用いてNbTiN/AlN/NbTiNトンネル素子を作製した。作製したトンネル素子はNbTiNの超伝導ギャップを反映した準粒子のトンネル特性を示した。しかしながら、超伝導トンネル電流は確認されなかった。今後、トンネルバリアの厚みを薄くすることで超伝導トンネル電流が確認できるトンネル素子が作製可能となると考えられる。
単一磁束量子を用いた論理回路の基本回路としてNANDゲートと新たに提案したNORゲートに関して、ゲートの遅延時間および消費電力等の知見をシミュレーションにより得た。
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[Publications] Hiroaki Myoren,Seiichiro Ono and Susumu Takada: "NAND Gate for SFQ Logic Circuits"IEICE Trans.Electron.. E83-C・1. 81-84 (2000)
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[Publications] Hiroaki Myoren,Seiichiro Ono and Susumu Takada: "Universal NAND Gate based on Single Flux Quntum Logic"Applied Superconductivity 1999. 167・2. 741-744 (2000)
