【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.29】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22AT0011
利用課題名 / Title
ヘリウムイオン顕微鏡技術による高温超伝導体YBCOジョセフソン接合の作製
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
ジョセフソン効果,量子電圧標準,超伝導量子干渉素子（SQUID）,銅酸化物高温超伝導体YBa2Cu3O7（YBCO）,ヘリウムイオンビーム（He—FIB）
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
三澤 哲郎
所属名 / Affiliation
産業技術総合研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
三浦 義隆
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
AT-006：マスクレス露光装置
AT-033：アルゴンミリング装置
AT-045：触針式段差計
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
ジョセフソン効果は量子電圧標準や超伝導量子干渉素子（SQUID）を用いた高感度磁気測定技術などに応用される超伝導現象であり、精密電気計測の基礎をなしている。本研究では銅酸化物高温超伝導体YBa2Cu3O7（YBCO）を用いたジョセフソン接合技術の開発を行っている。本研究ではヘリウムイオン顕微鏡（HIM）を用いて収束させたヘリウムイオンビーム（He—FIB）を照射することによる、局所的物性制御による超伝導トンネル障壁層作製に取り組んでいる。最適なHe—FIB照射条件の解明、作製したジョセフソン接合の特性評価およびSQUID等応用素子の作製に取り組んだ。
実験 / Experimental
【利用した主な装置】
【NPF006】 マスクレス露光装置、【NPF021】 プラズマアッシャー、【NPF022】 UVオゾンクリーナー、【NPF033】 アルゴンミリング装置、【NPF045】 触針式段差計、【NPF080】 ヘリウムイオン顕微鏡
【実験方法】
基板上に製膜されたYBCO薄膜をマイクロブリッジ化し、He—FIB照射によりジョセフソン接合を作製した。
(1) 基板にフォトレジストをスピンコートし90℃でプリベークした。マスクレス露光装置でデバイスパターンを露光したのち現像・洗浄した。アルゴンミリング装置を用いAu保護層およびYBCO層を取り除きデバイスパターンを形成した。最後にレジストを除去した。
(2) さらにレジストを塗布し、重ね露光を行いHe—FIB照射箇所以外を保護するパターンを描画した。ジョセフソン接合箇所のAu保護層をアルゴンミリングに(1)
より除去した。最後にヘリウムイオン顕微鏡を用いサブナノメートル径のHe—FIBを照射し、トンネル障壁層を形成した。
結果と考察 / Results and Discussion
機械式冷凍機を用いた低温実験により、電流―電圧特性（IV特性）の測定を行った。得られたIV特性はジョセフソン接合の実際的挙動を説明するRSJモデルに良く当てはまった。またマイクロ波の照射下においてIV特性は量子化電圧プラトー（シャピロステップ）を示した。He—FIB照射によるジョセフソン接合作製に成功したものの、作製された素子特性のゆらぎが大きいことが分かりつつある。素子特性揺らぎの起源を明らかにすることが今後の課題である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 SEM image of a fabricated YBCO SQUID device.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
YBCOを用いたSQUID構造についても作製を行った。He—FIBを用いたジョセフソン接合作製法は高い素子設計の自由度が特徴であり従来のジョセフソン接合法では実現できなかった複雑な素子構造を実現できる可能性がある。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 井上陸,三澤 哲郎,浦野 千春,永崎 洋,石田 茂之,内田 慎一,小川 真一,森田 行則,西尾 太一郎, "ヘリウムイオン顕微鏡による銅酸化物高温超伝導体YBCOの面内ジョセフソン接合の作製", 日本物理学会2023年春季大会（オンライン開催）, 2023年3/22-25
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件