原子層制御MOCVD法による超伝導/絶縁体/超伝導積層型トンネル接合素子の試作

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08555004
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 小田 俊理 東京工業大学, 量子効果エレクトロニクス研究センター, 教授 (50126314)
• 研究分担者: 吉田 二郎 東芝, 研究開発センター・基礎研究所, 研究主幹
• キーワード: 酸化物超伝導 / MOCVD法 / 原子層結晶成長 / ジョセフソン接合 / 共鳴トンネル / 局在順位 / 分光エリプソメトリ

研究概要

1. 原子層MOCVD法により酸化物超伝導超薄膜を形成し、種々の絶縁性酸化物とのへテロ接合を形成した。YBCO超伝導薄膜上に、SmO2薄膜およびCeO2薄膜を平滑に形成する2段階形成法の有効性を明確にした。絶縁膜としてGa添加PrBa2Cu3O07-x膜の堆積を行い電気伝導機構を調べた。
2. 酸化物超薄膜の結晶成長をその場観察することにより超薄膜形成を再現性良く行うことが可能になった。超音波式MO原料モニターを用いて新しいフィードバック制御法を開発した。分光エリプソメトリ信号と超伝導臨界温度、異相析出物の発生密度との相関を見いだした。
3, 走査プローブ顕微鏡を用いて酸化物超伝導の微細加工を行い、固有ジョセフソン効果に起因する異常電流特性を観測した。5KにおけるIcRn積は2.5mVを得た。
4. デジタル回路応用を目的としたオーバーダンプ型特性を持つ高温超電導ジョセフソン接合を作製するための技術を、近接効果、トンネル効果の両面から追求し、高速動作に不可欠な高いIcRn積を実現するには、局在準位を含むPrBa2Cu3O7-x(PBCO)をバリアとしたトンネル構造が最適であることを結論した。CoドープPBCOをバリアとするランプエッジ型接合はバリア厚が6nmから10nmの範囲で良好なジョセフソン特性を示し、4.2KにおけるIcRn積は最大で2mV以上に達することを確認した。埋め込み型超電導グランドプレーンを採用した単一磁束量子モード分周回路を試作し、この回路を温度12Kにおいて、200GHzの周波数で動作させることに成功した。

研究成果

• [文献書誌] S.Suzuki,H.Tobisaka and S.Oda: "Electric Properties of Coplanar High-Tc Superconducting Field^Effect Devices" Japanese Journal of Applied Physics. 37. 492-495 (1998)
• [文献書誌] Z.Wang and S.Oda: "Atomic Layer-by-Layer Metal-Organic Chemical Vapor Deposition of SrTiO3 Films with a Very smooth Surface" Japanese Journal of Applied Physics. 37. 942-947 (1998)
• [文献書誌] S.Suzuki,S.Sugai and S.Oda: "Electric Field-effect Enhancement by a Combination of Coplanar High-Tc Superconducting Devices with Step Edge Junctions" Japanese Journal of Applied Physics. 37. L784-L786 (1998)
• [文献書誌] T.Nagano,S.Inoue,T.Hashimoto and J.Yoshida: "Interface fabrication of YBa2Cu3Oy ramp-edge junctions with PrBa2(Cu1-xCox)Oy barrier layer in enhanced oxidizing atmosphere" Physica C. 303. 231-245 (1998)
• [文献書誌] 吉田二朗: "高温超電導デバイス技術" 東芝レビュー. 53. 61-64 (1998)
• [文献書誌] 吉田二朗: "単一磁束量子素子を用いた論理回路技術" 応用物理. 67. 410-416 (1998)
• [文献書誌] 吉田二朗: "デバイス化のための薄膜積層技術" 電気学会誌. 118. 765-767 (1998)
• [文献書誌] T.Hashimoto,S.Inoue,T.Nagano and J.Yoshida: "Design and fabrication of a voltage divider utilizing high-Tc ramp-edge Josephson junctions with a ground plane" IEEE Trans.Appl.Supercond.(in press). (1999)
• [文献書誌] J.Yoshida,S.Inoue,T.Hashimoto and T.Nagano: "Characterization of ramp-type Josephson junctions with a Co-doped PrBaCuO barrier" IEEE Trans.Appl.Supercond.(in press). (1999)
• [文献書誌] S.Oda et al: "High-Temperature Superconductors and Novel Inorganic Materials,NATO ASI Series 3 vol.62(eds.by G.Van Tendeloo,E.V.Antipov and S.N.Putilin,Kluwer Academic,Dordorecht)" Atomic Layer MOCVD of Oxide Superconductors and Dielectrics, 75-78 (1999)