【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.03.22】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23AT0219
利用課題名 / Title
高温超伝導体ジョセフソン素子の作製
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所 / AIST
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
リソグラフィ/ Lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,量子効果/ Quantum effect,超伝導/ Superconductivity
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物理計測標準研究部門
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
山崎 将嗣,赤松 雅洋,杉山 和義
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-065：顕微レーザーラマン分光装置(RAMAN)
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
ジョセフソン接合は量子電圧標準や超伝導量子干渉素子に利用可能な基本的素子構造である。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。ヘリウムイオン顕微鏡（HIM）による集束ヘリウムイオンビーム（He—FIB）を照射することでYBCO物性をナノメートルレベルで局所制御し、超伝導トンネル障壁層を形成しジョセフソン接合を作製する。特に量子電圧標準技術にも利用されるシャピロステップ特性を最適化するため、ジョセフソン臨界電流およびノーマル抵抗を制御することを目指している。
実験 / Experimental
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形成した。Au/YBCO/Al2O3基板に対しフォトリソグラフィ加工を施しアルゴンミリングにより幅4マイクロメートルのブリッジ構造を作製し、重ね露光と追加のミリングによってHe-FIB照射箇所のAu保護膜を除去した。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を照射しジョセフソン接合とした。照射量を制御することによりジョセフソン臨界電流およびノーマル抵抗、そしてそれらの積で決定される特性周波数の制御を試みた。作製した素子を40 Kまで冷却し抵抗の温度依存性及び電流―電圧特性測定を行った。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。いくつかの温度において電流・電圧特性を行い臨界電流およびノーマル抵抗、特性周波数を評価した。
結果と考察 / Results and Discussion
（１）臨界電流の大きさははヘリウムイオンの照射量に対して指数的な減少傾向を示した。特徴ドーズは42 Kにおいて約26 ions/nmであった。特徴ドーズは温度が上がると減少する傾向を見せた。（２）122 ions/nmから275 ions/nmのドーズ領域において、ノーマル抵抗はドーズの増加に伴い増加し0.5 Ωから3 Ωの値を示した。いずれのドーズにおいても、温度が減少するに伴いノーマル抵抗は減少する傾向を見せた。（３）特性周波数はドーズの増大に伴って減少した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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.
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