酸化物縮退半導体/窒化物超伝導体のタンデム型オンデマンド超伝導素子の開発

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26420334
• 研究機関: 国立研究開発法人情報通信研究機構
• 研究代表者: 牧瀬 圭正 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 主任研究技術員 (60363321)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 超伝導薄膜 / 酸化物薄膜 / 超伝導ー絶縁体転移 / トンネル接合

研究実績の概要

今年度はデバイスプロセスの最適化と応用に向けたデバイス評価を行った。デバイスプロセスに関しては、基本的な構造の検証としてトンネル型の窒化物薄膜ー酸化物薄膜ー窒化物薄膜の3層構造からなる素子の作成を行った。今年度はさらにこれまで行ってきた酸化インジウムー亜鉛薄膜だけでなくビスマス酸化鉄薄膜（BFO）の導入を行った。BFO薄膜はRFスパッタ法とMOD法の２種類で成膜を行った。基板は格子不整合の少ないチタン酸ストロンチウム基板を用いた。その結果、室温でRFスパッタ法で成膜したBFO膜は表面の凹凸が激しく配向もそろっていない。一方でMOD法で成膜した膜においては高温で加熱、焼成することによって配向した膜が得られた。さらに窒化ニオブチタン（NbTiN)薄膜上にBFOを成膜した膜の低温輸送特性を測定したところ、スピン軌道相互作用の変化と思われる磁気抵抗の変調が確認できた。デバイスプロセスではトンネル接合の作成に関して、窒化アルミニウムバリアを用いた微小サイズ接合を実現するために平坦化プロセスを導入した。この平坦化プロセスの導入においてはこれまで行ってきたMgO基板上のエピタキシャル成長させたNbN接合の技術だけでなく、実施者が考案しTiNバッファーを用いたシリコン基板上エピタキシャルNbN接合を用いて実施した。その結果、漏れ電流が小さい電流ー電圧特性を持つトンネル接合の作成に成功した。今後はこれらの結果をもとにデバイス作成と実証を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Dielectric Loss in Superconducting NbN (200) CPW Resonator Developed on Si Substrate (2017)
  • 著者名/発表者名: Qiu W., Makise K., Terai H.
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY 巻: 27 ページ: 1501403-1
  • DOI: 10.1109/TASC.2017.2649840
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of Terahertz SIS Mixers Using Nb/AlN/Nb Junctions Integrated With All-NbTiN Tuning Circuits (2017)
  • 著者名/発表者名: Uzawa, Y., Kroug, M., Kojima T., Makise K., Gonzalez, A., Saito S., Fujii Y., Kaneko K., Terai, H., Wang Z.
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY 巻: 27 ページ: 1500705-1
  • DOI: 10.1109/TASC.2016.2632628
  • 査読あり
• [雑誌論文] Localization and pair breaking parameter in superconducting molybdenum nitride thin films (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsuneoka T., Makise K., Maeda S., Shinozaki B., Ichikawa F.
  • 雑誌名: JOURNAL OF PHYSICS-CONDENSED MATTER 巻: 29 ページ: 015701
  • DOI: 10.1088/0953-8984/29/1/015701
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Duality picture of Superconductor-insulator transitions on Superconducting nanowire (2016)
  • 著者名/発表者名: Makise K., Terai H., Tominari Y., Tanaka S., Shinozaki B.
  • 雑誌名: SCIENTIFIC REPORTS 巻: 6 ページ: 27001-1
  • DOI: 10.1038/srep27001
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Epitaxial NbN/AlN/NbN tunnel junctions on Si substrates with TiN buffer layers (2016)
  • 著者名/発表者名: Sun R., Makise K., Zhang L., Terai H., Wang, Z.
  • 雑誌名: AIP ADVANCES 巻: 6 ページ: 065119
  • DOI: 10.1063/1.4954743
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NbN/AlN/NbN/TiN Tunnel Junctions on Si (100) Substrate for Superconducting Devices (2016)
  • 著者名/発表者名: Makise K., Terai H., Uzawa Y.
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY 巻: 26 ページ: 1100403
  • DOI: 10.1109/TASC.2016.2528548
  • 査読あり
• [学会発表] NbNナノワイヤーの輸送特性と磁場誘起超伝導 (2017)
  • 著者名/発表者名: 篠崎文重、牧瀬圭正、浅野貴行
  • 学会等名: 応用物理学会 春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 神奈川県 横浜市
  • 年月日: 2017-03-14 – 2017-03-17
• [学会発表] Phase slips and Superconductor-Insulator Transition in Nitride nanowire (2016)
  • 著者名/発表者名: 牧瀬圭正、篠崎文重
  • 学会等名: 3rd International Workshop on Superconducting Sensors and Detectors (IWSSD2016)
  • 発表場所: 産業技術総合研究所 茨城県 つくば市
  • 年月日: 2016-11-14 – 2016-11-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 炭化シリコン基板上のNbNナノワイヤーの輸送特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 篠崎文重、牧瀬圭正、浅野貴行
  • 学会等名: 日本物理学会 2016秋季学術講演会
  • 発表場所: 金沢大学 石川県 金沢市
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16