窒化ニオブを用いたジョセフソン接合とその集積化技術の開発

氮化铌约瑟夫森结及其集成技术的研制

基本信息

批准号：
12750296
负责人：
赤池宏之
金额：
$ 1.41万
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：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は、我々が新たに提案したNbN/Nb/AlOx/Nb/NbN接合について、動作温度10Kを念頭において、その特性評価を行った。作製方法として、高品質なNbN薄膜が再現性良く得られることから、ロードロック式超高真空装置を用いて接合の作製を行った。特性評価事項としては、接合の臨界電流密度jc及び特性電圧VcのAl酸化条件依存性、Nb薄膜膜厚依存性を行った。また、単一磁束量子(SlQ)回路作製上重要となる接合特性のチップ内のばらつきを評価した。Al酸化条件依存性においては、酸化時間、酸化ガス圧を変化させることにより、10KでJcを1kA/cm^2から10kA/cm^2の範囲の特性を持つ接合を得ることができた。これは、現時点或は将来的に接合特性として要求されるJcの範囲をほぼ満たしており、良好な結果が得られたと思われる。一方、Vcに関しては、4K動作のNb/AlOx/Nb接合におけるオーバーダンプ特性時のVcとほぼ同様な特性が10Kにおいて得られた。ただし、ときどき例外的にVcの高い接合が得られた。このようなVcの高い接合は、同路の高速動作と直接結びつくため、魅力的である。現時点ではこの原因がまだ解明されていないが、これを解明し接合特性を制御できれば、さらに大きな発展に繋がる。この点が、新たな課題となった。Nb膜厚依存性においては予想通りの結果が得られ、接合の伝導機構において、Nb層の膜厚が重要な役割を果たしていることが確認された。接合特性のチップ内のばらつきにおいては、温度10K、接合数1000個に対し、標準偏差6.3%となった。一方、100個のものに対して4.2Kで2.8%、10Kで4.4%となった。標準偏差値としては、必ずしも充分小さいものが得られているとはいえない。さらに、温度上昇に伴いばらつきが大きくなる傾向がみられ、この原因の究明とばらつきの更なる改善が必要であることがわかった。

今年，我们评估了新提出的 NbN/Nb/AlOx/Nb/NbN 结的特性，并考虑了 10K 的工作温度。作为制造方法，我们使用负载锁定型超高真空装置来制造接合，因为可以获得具有良好再现性的高质量NbN薄膜。特性评价项目包括结临界电流密度jc和特性电压Vc对Al氧化条件和Nb薄膜厚度的依赖性。此外，我们还评估了芯片内结特性的变化，这对于单通量量子 (SlQ) 电路的制造非常重要。关于Al氧化条件的依赖性，通过改变氧化时间和氧化气压，我们能够在10K时获得Jc在1kA/cm^2至10kA/cm^2范围内的结。这几乎满足了现在或将来的接合特性所要求的Jc范围，并且看来获得了良好的结果。另一方面，关于Vc，在10K时获得了与4K操作中Nb/AlOx/Nb结的过转储特性期间的Vc几乎相同的特性。然而，有时会获得异常高的 Vc 结。如此高的 Vc 结很有吸引力，因为它们直接与电路的高速运行相关。目前，其原因尚未阐明，但如果能够阐明这一点并控制粘合性能，将会带来更大的进步。这一点成为了一个新的问题。至于对Nb膜厚度的依赖性，得到了预期的结果，证实了Nb层的厚度在结的导电机制中起着重要作用。关于芯片内键合特性的变化，在 10K 温度和 1000 次键合时，标准偏差为 6.3%。另一方面，对于 100 个项目，4.2K 为 2.8%，10K 为 4.4%。不能说标准差值一定足够小。另外，还发现随着温度上升，分散度有增大的倾向，需要调查其原因，进一步改善分散度。