高品質・高臨界電流密度サブミクロン接合に関する研究

高质量高临界电流密度亚微米结的研究

• 批准号: 09750382
• 负责人: 赤池 宏之
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750382/
• 关键词: 超伝導; ジョセフソン接合; NbN; IOK; オーバーダンプ型接合; プラズマ窒化障壁; Nb; AlOx; Nb障壁; 均一性; 10K動作; 超伝導体; オーバーダンプ特性; 高臨界電流密度; 化学的機械的研磨(CMP)

平成10年度は、下部NbN電極をプラズマ窒化して形成したNbNxあるいはNb/AlOx/Nb三層構造を障壁層としたNbNジョセフソン接合の検討を行った。NbN/NbNx/NbN接合については、10Kで臨界電流密度Jc1.2kA/cm^2、IcRn積0.64mVというオーバーダンプ型接合が得られた。このIcRn積の値はかなり魅力的なものであり、本接合の潜在能力の高さを示すことができた。また、接合特性の均一性では、標準偏差1δが4.2Kで2.9%と比較的良好な結果を得ることができ、集積回路への応用が可能であることがわかった。接合の伝導機構については、ハイバイアス時の接合の電気的特性から、プラズマ窒化NbNx障壁層内の局在準位を介した伝導であることが推測された。このことから、接合特性は、局在準位密度に大きく影響することが予想され、これをプラズマ窒化条件によりいかに制御するかが課題となることがわかった。一方、NbN/Nb/AlOx/Nb/NbN接合では、まず、接合が10Kではオーバーダンプ型になることが確認された。Jc及びIcRn積に関しては、10Kで最大0.44kA/cm^2、0。16mVの値のものまで得られた。10KでのJcはNb層の膜厚に大きく依存し、高いJcを得るには下部Nbを用いない方がいいことがわかった。接合特性の均一性では、標準偏差1δが4.2Kで2.1%と良好な結果が得られた。この接合については、接合特性の均一性がかなり高いことから、Jcの上昇を図れば集積回路に適用可能であることが示された。

1998年，我们研究了NbN约瑟夫森结，使用通过等离子体氮化下NbN电极形成的NbNx或Nb/AlOx/Nb三层结构作为阻挡层。对于NbN/NbNx/NbN结，在10K时获得了临界电流密度为Jc1.2kA/cm^2和IcRn乘积为0.64mV的过倾倒结。 IcRn产物的这个值非常有吸引力，证明了该连接点的巨大潜力。此外，关于键合特性的均匀性，在4.2K时获得了较好的结果，1δ的标准偏差为2.9%，表明其可以应用于集成电路。关于结的导电机制，从高偏压下结的电学特性推断，它是通过等离子体氮化物NbNx势垒层中的局域能级传导的。据此，预测结特性将对局域能级密度产生很大影响，并且发现挑战在于如何通过控制等离子体氮化条件来控制这种影响。另一方面，在NbN/Nb/AlOx/Nb/NbN结中，首次确认该结在10K时变成过倾型。关于Jc和IcRn产品，在10K时获得高达0.44kA/cm^2和0.16mV的值。发现10K时的Jc很大程度上取决于Nb层的厚度，最好不要使用较低的Nb来获得高Jc。至于粘合性能的均匀性，在4.2K时获得了良好的结果，1δ标准偏差为2.1%。由于该结具有相当高的结特性均匀性，因此已表明可以通过增加Jc将其应用于集成电路。

项目成果

H.Akaike: "Overdamped Niobium-nitride Junctions for 10K Operation" IEEE Transactions Applied Superconductivity. 印刷中. (1999)

H. Akaike：“用于 10K 操作的过阻尼铌氮化物结”IEEE Transactions Applied Superconductivity 已出版（1999 年）。

H.Akaike: "Overdamped NbN junctions with NbNx barriers formed by plasma nitridation." Applied Superconductivity. (印刷中). (1998)

H.Akaike：“通过等离子体氮化形成 NbNx 势垒的过阻尼 NbN 结”（正在出版）。