(57)【要約】【課題】超伝導物質である二硼化マグネシウムを用い、電流電圧特性としてＲＳＪ特性を有する積層型の積層型超伝導接合を提供する。【解決手段】積層型超伝導接合は、サファイアからなる基板１上に形成された二硼化マグネシウム（ＭｇＢ２）層からなる下部電極２と、下部電極２上に形成された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層からなる絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）層からなる導体層４と、導体層４上に形成された二硼化マグネシウム（ＭｇＢ２）層からなる上部電極５とを備える。積層型超伝導接合は、その電流電圧特性としてＲＳＪ特性を備える。絶縁層３の膜厚が０．６４ｎｍであり、導体層４の膜厚が５０ｎｍである。【選択図】図１
2008112769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された二硼化マグネシウム層からなる下部電極と、
前記下部電極上に形成された窒化アルミニウム層からなる絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されたアルミニウム層からなる導体層と、
前記導体層上に形成された二硼化マグネシウム層からなる上部電極とを備え、
当該積層型超伝導接合がその電流電圧特性としてＲＳＪ特性を備える
ことを特徴とする積層型超伝導接合。
【請求項２】
前記絶縁層の膜厚が０．６４ｎｍであり、前記導体層の膜厚が５０ｎｍである
ことを特徴とする請求項１記載の積層型超伝導接合。
【請求項３】
基板上に二硼化マグネシウム層からなる下部電極を形成し、
前記下部電極上に窒化アルミニウム層からなる絶縁層を形成し、
前記絶縁層上にアルミニウム層からなる導体層を形成し、
前記導体層上に二硼化マグネシウム層からなる上部電極を形成する積層型超伝導接合の製造方法であって、
少なくとも前記窒化アルミニウム層からなる絶縁層と前記アルミニウム層からなる導体層とを同一真空中で形成する
ことを特徴とする積層型超伝導接合の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁層を、雰囲気ガスとして窒素を用い、基板温度を室温としたアルミニウムのスパッタリングにより形成し、
前記導体層を、雰囲気ガスとしてアルゴンを用い、基板温度を室温としたアルミニウムのスパッタリングにより形成する
ことを特徴とする請求項３記載の積層型超伝導接合の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、積層型超伝導接合及びその製造方法に関し、特に、超伝導物質である二硼化マグネシウムを用い、電流電圧特性としてＲＳＪ特性を有する積層型の積層型超伝導接合及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）の応用範囲がますます拡大している。ＳＱＵＩＤを作成するためには、ＲＳＪ（Resistivity Shunted Junction）様の電流電圧特性を示す接合を形成する必要がある。その一例として、サファイア基板上に段差型ＳＱＵＩＤを形成することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、超伝導物質である二硼化マグネシウムＭｇＢ２は、高い臨界温度（Ｔｃ＝３９Ｋ）、小さい常伝導抵抗率（数μΩ）、小さい磁場侵入長（１００ｎｍ程度）、比較的長いコヒーレンス長（数ｎｍ）と言う優れた特徴を持つため、エレクトロニクスの応用分野において大きな関心と期待が寄せられている。
【０００４】
例えば、本発明者は、基板上に成膜されたＭｇＢ２からなる下部電極と、下部電極上に成膜された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる絶縁層と、絶縁層上に成膜されたＭｇＢ２からなる上部電極とを有するＳＩＳ接合を提案している（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２２４３１１号公報
【特許文献２】特開２００６−２３７３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、ＭｇＢ２／ＡｌＮ／ＭｇＢ２からなるＳＩＳ接合によれば、高い臨界温度を持つＭｇＢ２を上部電極及び下部電極に用いることにより、高いギャップ電圧、高い電流密度及び高い高周波応答特性等を持つ優れたジョセフソン素子を得ることができる。これは、特許文献２の図６に示すような特性に依存する。
【０００６】
このようなＳＩＳ接合について更に研究を進める過程において、本発明者は、ＭｇＢ２からなる上部電極の上に形成されたＡｌＮからなる絶縁層上に、更に、同一真空中においてＡｌからなる導体層を形成することにより、積層型超伝導接合の電流電圧特性としてほぼ理想的なＲＳＪ特性を得ることができることを見出した。
【０００７】
なお、従来の超伝導接合においては、積層型であって、ＲＳＪ特性を備え、高い臨界温度を持つＭｇＢ２を上部電極及び下部電極に用いるものは存在しなかった。
【０００８】
本発明は、超伝導物質である二硼化マグネシウムを用い、電流電圧特性としてＲＳＪ特性を有する積層型の積層型超伝導接合を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、超伝導物質である二硼化マグネシウムを用い、電流電圧特性としてＲＳＪ特性を有する積層型の積層型超伝導接合の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の積層型超伝導接合は、基板上に形成された二硼化マグネシウム層からなる下部電極と、前記下部電極上に形成された窒化アルミニウム層からなる絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたアルミニウム層からなる導体層と、前記導体層上に形成された二硼化マグネシウム層からなる上部電極とを備え、当該積層型超伝導接合がその電流電圧特性としてＲＳＪ特性を備える。
【００１１】
また、好ましくは、本発明の積層型超伝導接合においては、前記絶縁層の膜厚が０．６４ｎｍであり、前記導体層の膜厚が５０ｎｍである。
【００１２】
本発明の積層型超伝導接合の製造方法は、基板上に二硼化マグネシウム層からなる下部電極を形成し、前記下部電極上に窒化アルミニウム層からなる絶縁層を形成し、前記絶縁層上にアルミニウム層からなる導体層を形成し、前記導体層上に二硼化マグネシウム層からなる上部電極を形成し、更に、少なくとも前記窒化アルミニウム層からなる絶縁層と前記アルミニウム層からなる導体層とを同一真空中で形成する。
【００１３】
また、好ましくは、本発明の積層型超伝導接合の製造方法においては、前記絶縁層を、雰囲気ガスとして窒素を用い、基板温度を室温としたアルミニウムのスパッタリングにより形成し、前記導体層を、雰囲気ガスとしてアルゴンを用い、基板温度を室温としたアルミニウムのスパッタリングにより形成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の積層型超伝導接合によれば、積層型超伝導接合の絶縁層として、下部電極上に形成された窒化アルミニウム層からなる本来の絶縁層上に、アルミニウム層からなる導体層（金属層）を備える。即ち、絶縁層と上部電極との間に、導体層が挿入される。これにより、当該積層型超伝導接合がその電流電圧特性としてＲＳＪ特性を備える。この結果、積層型であって、ＲＳＪ特性を備え、高い臨界温度を持つＭｇＢ２を上部電極及び下部電極に用いる積層型超伝導接合を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の積層型超伝導接合によれば、絶縁層の膜厚が０．６４ｎｍであり、導体層の膜厚が５０ｎｍであり、絶縁層に比べて導体層が十分に（例えば、約１００倍）厚い。これにより、当該積層型超伝導接合がその電流電圧特性として、ほぼ理想的なＲＳＪ特性を得ることができる。
【００１６】
また、本発明の積層型超伝導接合の製造方法によれば、積層型超伝導接合の絶縁層としての窒化アルミニウム層からなる絶縁層とアルミニウム層からなる導体層とを、少なくとも同一真空中で形成する。これにより、均一なジョセフソン接合にあたかも均一に抵抗をシャント接続したようなほぼ理想的なＲＳＪ特性を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の積層型超伝導接合の製造方法によれば、絶縁層及び導体層を、雰囲気ガスを変更するのみで、アルミニウムのスパッタリングにより形成する。これにより、絶縁層と導体層との間の界面を極めて平坦で欠陥無く均一に形成し、ほぼ理想的なＲＳＪ特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の積層型超伝導接合の構成図であり、その電流電圧特性として、ほぼ理想的なＲＳＪ特性を備える本発明の積層型超伝導接合の構成の一例を示す。
【００１９】
本発明の積層型超伝導接合は基板１上に形成される。基板１は、例えばサファイアからなる絶縁性の基板１からなる。基板１の積層型超伝導接合が形成される面（主表面）としては、サファイアのＣ−面が用いられる。
【００２０】
本発明の積層型超伝導接合は、超伝導層としての下部電極２と、絶縁物層としての絶縁層３及び導体層４と、超伝導層としての上部電極５とを備える。下部電極２は、基板１上に形成された二硼化マグネシウム（ＭｇＢ２）層からなる。絶縁層３は、下部電極２上に形成された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層からなる。絶縁層３の膜厚は０．６４ｎｍである。導体層４は、絶縁層３上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）層からなる。導体層４の膜厚は５０ｎｍである。上部電極５は、導体層４上に形成された二硼化マグネシウム層からなる。
【００２１】
このように、本発明の積層型超伝導接合は、超伝導層からなる上下の電極の間に、絶縁物層として、本来の絶縁層３であるＡｌＮ層の他に、導体層４であるＡｌ層を備える。即ち、本来の絶縁層３である金属窒化物層の他に、当該金属窒化物を構成する金属からなる導体層４を備える。更に、導体層４であるＡｌ層は、本来の絶縁層３であるＡｌＮ層のおよそ２桁（５０÷０．６４≒７８）程度も厚い。これにより、本発明の積層型超伝導接合は、後述するように、その電流電圧特性としてＲＳＪ特性を備える。
【００２２】
図２は、本発明の積層型超伝導接合の製造に用いる製造装置の構成図であり、カルーセルスパッタリング装置の平面構成の概略を示す。
【００２３】
カルーセルスパッタリング装置は、メインチャンバ（主反応室）２１とサブチャンバ（副反応室）２２を備える。メインチャンバ２１は基板１上に薄膜を形成するための真空室である。サブチャンバ２２はメインチャンバ２１へこれと同等の真空状態で基板１を出し入れするための真空室である。メインチャンバ２１とサブチャンバ２２は、ゲートバルブ３４により、相互に連結され又は隔離される。
【００２４】
メインチャンバ２１は、ターボ分子ポンプ等の高真空ポンプ２３と荒引き用のロータリポンプ２４を備え、所定の真空度まで排気される。これらによる到達真空度は１．５×１０−５Ｐａである。メインチャンバ２１は、ガス供給パイプ２７及び２８を備える。ガス供給パイプ２７は、アルゴン（Ａｒ）ガスや窒素（Ｎ２）ガスを供給する。ガス供給パイプ２８はＡｒガスを供給する。イオンビームソース２９は、ガス供給パイプ２８から供給されたＡｒガスからＡｒイオンを生成して基板１に照射する。サブチャンバ２２は、メインチャンバ２１と同様に、高真空ポンプ２５と荒引き用のロータリポンプ２６を備える。
【００２５】
メインチャンバ２１は、紙面に垂直な方向に延びる中空の六角柱の形状とされ、六角形の器壁の内壁面の一面毎に、ホウ素純度９９．５％のＢターゲット３０、マグネシウム純度９９．９％のＭｇターゲット３１、Ａｌターゲット３２、Ｎｂターゲット３３を備える。他の六角形の壁面に、イオンビームソース２９及びゲートバルブ３４が設けられる。
【００２６】
中空の六角柱状のメインチャンバ２１の中心に、紙面に垂直な方向に延びる中空の六角柱の形状の基板ホルダ３５が設けられる。六角柱状の基板ホルダ３５の外壁面毎に、基板１が保持される。従って、基板１は、Ｂターゲット３０、Ｍｇターゲット３１、Ａｌターゲット３２及びＮｂターゲット３３と、相互に対向するように配置される。六角柱状の基板ホルダ３５の内壁面毎に、２個のランプヒータ３６が設けられる。これにより、基板１がその裏面から加熱される。
【００２７】
基板ホルダ３５は、その中心軸（図示せず）を中心に回転可能に設けられる。即ち、カルーセルスパッタ装置は、多角形筒型の基板ホルダが回転しながら薄膜作成を行う。これにより、膜質や膜厚の均一化される。
【００２８】
なお、図２においては図示していないが、カルーセルスパッタ装置は、マグネトロンスパッタリングを行うために、高周波電源、直流電源、高周波を印加するための高周波電極、直流を印加するための直流電極を備える。また、基板ホルダ３５が基準電位側の電極として用いられる。
【００２９】
図３〜図８は積層型超伝導接合の製造方法の構成図であり、本発明の積層型超伝導接合の製造方法の構成の一例を示す。
【００３０】
最初に、図３に示すように、基板１上に二硼化マグネシウム層からなる下部電極２を形成し、下部電極２上に窒化アルミニウム層からなる絶縁層３を形成し、絶縁層３上にアルミニウム層からなる導体層４を形成し、導体層４上に二硼化マグネシウム層からなる上部電極５を形成する。
【００３１】
即ち、図２に示すスパッタリング装置において、サブチャンバ２２に基板１をセットして、メインチャンバ２１及びサブチャンバ２２を高真空ポンプ２３及び２５とロータリポンプ２４及び２６を到達真空度まで排気し、基板１をゲートバルブ３４を介してメインチャンバ２１に搬送して基板ホルダ３５にセットする。
【００３２】
次に、基板１の表面をクリーニングする。即ち、基板１をランプヒータ３６によって２９０℃に加熱し、基板ホルダ３５を矢印方向に５０ｒｐｍで回転させ、Ａｒガスを供給パイプ２８より供給し、基板１の表面に対してイオンビームソース２９から放出されるイオンビームを照射する。イオンビームのパワーは３００Ｖ×１００ｍＡ、クリーニング時間は５分間である。
【００３３】
次に、メインチャンバ２１を到達真空度まで排気した後、Ａｒガスを供給パイプ２７から供給し、Ｍｇ及びＢのマグネトロンスパッタによりＭｇＢ２膜２を基板１上に１６０ｎｍの膜厚で形成する。この時の成膜条件は、基板温度が２９０℃、供給されるＡｒガスの純度が９９．９９９９％、真空度が５ｍＴｏｒｒ、基板ホルダ３５の回転速度が５０ｒｐｍ、Ｂターゲット３０の印加電力が交流電力８００Ｗ、Ｍｇターゲット３１の印加電力が直流電力３００Ｗである。
【００３４】
メインチャンバ２１の真空中においてＭｇとＢが反応してＭｇＢ２が高速で回転している基板１上に均一に堆積され、又は、基板１上に被着したＭｇとＢが反応してＭｇＢ２が堆積される。この時、Ｍｇ及びＢとＡｒとは反応しないため、ＭｇＢ２の成膜においてＡｒは考慮しなくて良い。薄膜の組成比は、Ｍｇ（ＤＣスパッタ）とＢ（ＲＦスパッタ）の放電電力を独立に制御することによって定めることができる。
【００３５】
このＭｇＢ２の成膜技術は、例えば、本発明者等の出願による特開２００３−１５８３０７号公報に開示されている。これにより、低温プロセスにより積層型超伝導接合を作成することができる。
【００３６】
次に、再度メインチャンバ２１を到達真空度まで排気し、基板１の温度を室温（例えば２５℃）とした後、Ｎ２ガスを供給パイプ２７から供給し、ＡｌのマグネトロンスパッタによりＡｌＮ膜３をＭｇＢ２膜２上に０．６４ｎｍの膜厚で形成する。この時の成膜条件は、基板温度が室温、供給されるＮ２ガスの純度が９９．９９９９％、真空度が５ｍＴｏｒｒ、Ａｌターゲット３２の印加電力が直流電力２００Ｗである。基板ホルダ３５の回転速度は、２個のターゲットからの元素の化合物を生成する必要がないので、０ｒｐｍとされる。ＡｌＮは、ＭｇＢ２と同じ六方晶構造を持ち、ａ軸長が近いので、このＡｌＮ膜を絶縁層として用いることにより、面内配向性や結晶性が改善され、より良好なジョセフソン接合を得ることができる。
【００３７】
ＡｌとＮは容易に反応する。このため、メインチャンバ２１の真空中においてＡｌとＮが反応してＡｌＮがＭｇＢ２膜２上に均一に堆積され、又は、ＭｇＢ２膜２上に堆積したＡｌとＮが反応したＡｌＮが堆積される。
【００３８】
次に、再度メインチャンバ２１を到達真空度まで排気し、基板１の温度は維持したままで、Ａｒガスを供給パイプ２７から供給し、ＡｌのマグネトロンスパッタによりＡｌ膜４をＡｌＮ膜３上に５０ｎｍの膜厚で形成する。この時の成膜条件は、基板温度が室温、供給されるＡｒガスの純度が９９．９９９９％、真空度が２ｍＴｏｒｒ、Ａｌターゲット３２の印加電力が直流電力３００Ｗである。従って、この場合における直流電力は、ＡｌＮ膜３の形成時より大きく（５０％増と）される。基板ホルダ３５の回転速度は、前述のように、０ｒｐｍとされる。ＡｌとＡｒは反応しないため、Ａｌの成膜においてＡｒは考慮しなくて良い。
【００３９】
次に、ＭｇＢ２膜２と同様にして、メインチャンバ２１を到達真空度まで排気した後、Ａｒガスを供給パイプ２７から供給し、Ｍｇ及びＢのマグネトロンスパッタによりＭｇＢ２膜５をＡｌ膜４上に１６０ｎｍの膜厚で形成する。この時の成膜条件は、ＭｇＢ２膜２の場合と同様である。
【００４０】
なお、この後、図示は省略しているが、保護膜として、基板１上の全体に窒化ニオブ（ＮｂＮ）層をスパッタリングにより形成する。この時の成膜条件は、基板温度が室温、供給されるＮ２ガスの純度が９９．９９９９％、真空度が２ｍＴｏｒｒ、Ｎｂターゲット３３の印加電力が直流電力７００Ｗである。基板ホルダ３５の回転速度は、０ｒｐｍとされる。
【００４１】
ＮｂとＮは容易に反応する。このため、メインチャンバ２１の真空中においてＮｂとＮが反応してＮｂＮがＭｇＢ２膜５上に均一に堆積され、又は、ＭｇＢ２膜５上に堆積したＮｂとＮが反応したＮｂＮが堆積される。
【００４２】
以上により、図３に示すように、基板１の主表面上に、超伝導層としてのＭｇＢ２膜２と、絶縁物層としてのＡｌＮ層３及びＡｌ層４と、超伝導層としてのＭｇＢ２膜５とからなる積層型超伝導接合が形成される。この過程において、試料表面を大気中にさらすことなく、同一真空中で積層型超伝導接合を形成することができるので、界面を清浄に保ったまま積層型超伝導接合を形成することができる。また、絶縁物層としてのＡｌＮ層３とＡｌ層４との界面を、清浄に保ったまま界面を形成することができる。
【００４３】
次に、図４に示すように、フォトレジスト（図示せず）を用いたフォトリソグラフィにより、ＭｇＢ２膜５、Ａｌ層４、ＡｌＮ層３、ＭｇＢ２膜２を順にエッチングする。エッチングはＡｒイオンを用いたイオンビームエッチングにより行う。これにより、ＭｇＢ２膜２からなる下部電極２が形成される。この後、フォトレジストを除去する。
【００４４】
次に、図５に示すように、新たなフォトレジスト（膜）６を用いたフォトリソグラフィにより、ＭｇＢ２膜５、Ａｌ層４、ＡｌＮ層３を順にエッチングする。エッチングはＡｒイオンを用いたイオンビームエッチングにより行う。この時、図４に示すエッチングの工程においてＭｇＢ２膜５、Ａｌ層４、ＡｌＮ層３までのエッチング時間を測定しておき、当該時間だけエッチングを行うことにより、ＭｇＢ２膜２がエッチングされずに残される。これにより、積層型超伝導接合の接合部（Ａｌ層４及びＡｌＮ層３）及び上部電極５の形状が決定される。
【００４５】
次に、図６に示すように、フォトレジスト６を残した状態で、ＳｉＯの真空蒸着により、基板１上の全体にＳｉＯ膜７を形成する。ＳｉＯ膜７の膜厚は、図６に示すように、ＭｇＢ２膜５、Ａｌ層４及びＡｌＮ層３の側面を完全に覆い、更に、フォトレジスト６の側面の一部（下部）を覆うような膜厚とされる。なお、フォトレジスト６の側面の上部も極めて薄いＳｉＯ膜７で覆われるが、図示を省略している。
【００４６】
次に、図７に示すように、基板１の全体を例えばアセトンのような有機溶剤に含侵することにより、フォトレジスト６を溶解してリフトオフする。これにより、基板１上のＳｉＯ膜７の中で、図６に示すフォトレジスト６上のＳｉＯ膜７のみが除去され、図７に示すように、上部電極５（図７では見えない）へのコンタクトホール８が形成される。
【００４７】
次に、図２のカルーセルスパッタリング装置を用いて、基板１上の全体にニオブ（Ｎｂ）層９（図８参照）をスパッタリングにより形成する。この時の成膜条件は、基板温度が室温、供給されるＡｒガスの純度が９９．９９９９％、真空度が２ｍＴｏｒｒ、Ｎｂターゲット３３の印加電力が直流電力１．５ＫＷである。基板ホルダ３５の回転速度は、０ｒｐｍとされる。ＮｂとＡｒは反応しないため、Ｎｂの成膜においてＡｒは考慮しなくて良い。この後、図８に示すように、フォトレジスト（図示せず）を用いたフォトリソグラフィにより、Ｎｂ膜９をエッチングする。エッチングはＡｒイオンを用いたイオンビームエッチングにより行う。これにより、Ｎｂ膜９からなる配線層９が形成される。この後、フォトレジストを除去する。
【００４８】
図９は、本発明の積層型超伝導接合の特性を示す特性図であり、特に、本発明の積層型超伝導接合の電流電圧特性を示す。積層型超伝導接合のサイズは２０μｍ角であり、測定時の温度は４．２Ｋである。図９において、縦軸は電流（ｍＡ）を示し、横軸は電圧（ｍＶ）を示す。
【００４９】
図９から判るように、本発明の積層型超伝導接合は、その絶縁層に抵抗性のインピーダンスがシャント接続された電流電圧特性モデル（ＲＳＪモデル）を示す。換言すれば、図９に示す電流電圧特性がＲＳＪ特性である。特に、ほぼ理想的なＲＳＪ特性を示すことが判る。これにより、設計通りの特性を持つ積層型超伝導接合デバイスを製造することができる。
【００５０】
図１０は、本発明の積層型超伝導接合の特性を示す特性図であり、特に、本発明の積層型超伝導接合の磁場臨界電流特性を示す。積層型超伝導接合のサイズは２０μｍ角であり、測定時の温度は４．２Ｋである。図１０において、縦軸は臨界電流（ｍＡ）を示し、横軸は磁場（ａｒｂ．ｕｎｉｔ）を示す。
【００５１】
図１０から判るように、本発明の積層型超伝導接合は、磁場を与えられた状態において、臨界電流が周期的に変化し、その変化の様子がほぼ理想的なフラウンホーファー曲線（理論値）にほぼ一致することが判る。これにより、本発明の積層型超伝導接合がジョセフソン接合の性質を持つことが判り、その内部においてジョセフソン電流がほぼ均一に流れることが判る。従って、本発明の積層型超伝導接合における各々の接合面（界面）が、極めて平坦で欠陥なく均一に形成されていることが判る。特に、絶縁層（Ｉ層）を構成するＡｌＮ層３とＡｌ層４との接合面が、極めて平坦で欠陥なく均一に形成されていることが判る。これにより、積層型超伝導接合のサイズ（面積比）により、これを流れる電流を設計することができる。
【００５２】
図１１は、本発明の積層型超伝導接合の特性を示す特性図であり、特に、本発明の積層型超伝導接合の接合面積―臨界電流特性及びＩＣＲＮ積特性を示す。図１１において、縦軸は、その左辺が単位面積当りの臨界電流ＪＣ（Ａ／ｃｍ２）を、その右辺がＩＣＲＮ積（μＶ）を示し、横軸は接合面積（μｍ２）を示す。ＩＣは臨界電流であり、ＲＮはノーマル抵抗である。即ち、図１１は、積層型超伝導接合のサイズを変化させた場合における当該特性を示す。また、四角形の点が単位面積当りの臨界電流ＪＣを示し、三角形の点がＩＣＲＮ積を示す。
【００５３】
図１１から判るように、本発明の積層型超伝導接合においては、グラフ中における上部の実線で示すように、積層型超伝導接合の接合面積を変化させた場合でも、単位面積当りの臨界電流ＪＣはあまり大きく変化せず、およそ一定であることが判る。従って、本発明の積層型超伝導接合によれば、積層型超伝導接合を均一に形成することができる。また、およそ６００Ａ／ｃｍ２のような大きな電流密度を得ることができる。
【００５４】
また、図１１から判るように、本発明の積層型超伝導接合においては、グラフ中における下部の実線で示すように、積層型超伝導接合の接合面積を変化させた場合でも、ＩＣＲＮ積はあまり大きく変化せず、およそ一定であることが判る。
【００５５】
図１２は、本発明の積層型超伝導接合の特性を示す特性図であり、特に、本発明の積層型超伝導接合のマイクロ波照射特性を示す。積層型超伝導接合のサイズは５μｍ角であり、測定時の温度は４．２Ｋであり、照射周波数は９５．６２２ＧＨｚである。図１２において、縦軸は電流（ｍＡ）を示し、横軸は電圧（ｍＶ）を示す。
【００５６】
図１２から判るように、本発明の積層型超伝導接合は、マイクロ波を照射された状態において、所定の電圧の間隔で、シャピロステップを示すことが判る。これにより、本発明の積層型超伝導接合がジョセフソン接合の性質を持つことが判る。特に、４次のシャピロステップまでが現れているので、照射周波数の４倍の周波数（約４００ＧＨｚ）までの周波数応答が可能であることが判る。従って、本発明の積層型超伝導接合は極めて高速なデバイスとして用いることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上説明したように、本発明によれば、積層型超伝導接合及び積層型超伝導接合の製造方法において、積層型超伝導接合の絶縁層として、窒化アルミニウム層からなる本来の絶縁層上にアルミニウム層からなる十分に厚い導体層を同一真空中で形成するので、積層型であって、その電流電圧特性としてほぼ理想的なＲＳＪ特性を備え、高い臨界温度を持つＭｇＢ２を上部電極及び下部電極に用いる積層型超伝導接合を得ることができる。この結果、本発明の積層型超伝導接合を用いることにより、微小な磁界の測定を行うＳＱＵＩＤデバイスや通信分野における超高速デバイスを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の積層型超伝導接合の構成図である。
【図２】本発明の積層型超伝導接合の製造に用いる製造装置の構成図である。
【図３】本発明の積層型超伝導接合の製造方法の一例を示す図である。
【図４】本発明の積層型超伝導接合の製造方法の一例を示す図である。
【図５】本発明の積層型超伝導接合の製造方法の一例を示す図である。
【図６】本発明の積層型超伝導接合の製造方法の一例を示す図である。
【図７】本発明の積層型超伝導接合の製造方法の一例を示す図である。
【図８】本発明の積層型超伝導接合の製造方法の一例を示す図である。
【図９】本発明の積層型超伝導接合の特性を示す特性図である。
【図１０】本発明の積層型超伝導接合の特性を示す特性図である。
【図１１】本発明の積層型超伝導接合の特性を示す特性図である。
【図１２】本発明の積層型超伝導接合の特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５９】
１    基板
２    下部電極（ＭｇＢ２層）
３    絶縁層（ＡｌＮ層）
４    導体層（Ａｌ層）
５    上部電極（ＭｇＢ２層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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