專利名稱：約瑟夫遜結(jié)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種約瑟夫遜結(jié)和一種用以制造約瑟夫遜結(jié)的方法，以便獲得廣泛的實(shí)用性，如，超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)，其可用來(lái)測(cè)量象生物磁性的微磁場(chǎng)，超導(dǎo)通量流晶體管，約瑟夫遜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JOFET)。
通常，將約瑟夫遜結(jié)分成隧道型和微橋型，隧道型相對(duì)較通用，而其在制造極薄的絕緣層時(shí)，以及在將結(jié)的尺寸降低到不出現(xiàn)噪聲的程度時(shí)，存在困難。
微橋型包括一微小的橋或連線(下面稱作“連線”)，其用以連接超導(dǎo)電極，其連線通常被稱作“弱連線”。在理論上，這種型式的優(yōu)點(diǎn)在于可將結(jié)的尺寸減小，而實(shí)際上制造具有微小截面和長(zhǎng)度的微小連線是困難的。
現(xiàn)參照?qǐng)D9，描述通常制造準(zhǔn)平面型約瑟夫遜結(jié)的方法所示器件包括下面的超導(dǎo)層101和橫跨在下層上的上超導(dǎo)層102，其間設(shè)置有一絕緣阻擋層或絕緣層103，上層102和下層101可以通過(guò)連線104(弱連線)連接。由于連線104的長(zhǎng)度取決于絕緣層103的厚度，所以與用于微橋型的通常平面型方法相比，可相對(duì)容易地將連線104縮短。
通常的方法是采用電子束曝光以制成細(xì)線，然后通過(guò)陽(yáng)極氧化使它們變得更細(xì)。然而，這種方法效率很低，并且得到的約瑟夫遜結(jié)在質(zhì)量上也是有缺陷的。如果將弱連線曝露于大氣和/或氧化時(shí)，它們易發(fā)生緩慢變化。
按照本發(fā)明，提供一種約瑟夫遜結(jié)，它包括襯底，第一超導(dǎo)層，橫跨在第一層上其間設(shè)置有絕緣層的第二超導(dǎo)層，絕緣層是一種超導(dǎo)材料的氧化物或氮化物，并且絕緣層包括與第一和第二層的各層相接觸的低氧或氮濃度的區(qū)域。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種制造約瑟夫遜結(jié)的方法，其包括下列步驟，制備一襯底，形成第一超導(dǎo)層，形成橫跨在第一層上其間設(shè)置有絕緣層的第二超導(dǎo)層，其中絕緣層是一種超導(dǎo)材料的氧化物或氮化物，并且將離子束注入絕緣層，以便形成用附圖的簡(jiǎn)要描述。


圖1(A)至1(C)分別是表示按照本發(fā)明的約瑟夫遜結(jié)的透視圖，通過(guò)圖1(A)中的箭頭B來(lái)表示一側(cè)視圖，并通過(guò)圖1(A)中的箭頭C來(lái)表示另一側(cè)視圖;
圖2是沿圖1(B)中線A-A所截取的經(jīng)過(guò)放大的局部截面圖;
圖3是經(jīng)過(guò)放大的局部截面圖，其表示按照本發(fā)明制造約瑟夫遜結(jié)的方法;
圖4是一曲線圖，其表示臨界電流值，離子劑量和離子種類之間的關(guān)系;
圖5是經(jīng)過(guò)放大的局部截面圖，其表示按照本發(fā)明制造約瑟夫遜結(jié)的方法的改型;
圖6(A)至6(D)分別表示提供有按照本發(fā)明的約瑟夫遜結(jié)的超導(dǎo)通量流晶體管(su8perconducting flux folw transistor)的透視圖，通過(guò)圖16(A)中的箭頭B表示一側(cè)視圖，通過(guò)圖1(A)中的箭頭C表示另一側(cè)視圖，和沿圖6(B)中的線D-D所截取的局部截面圖;
圖7是一平面圖，其表示圖6(A)至(D)中所示超導(dǎo)通量流晶體管的改型;
圖8(A)至8(C)是以JOFET為例提供有按照本發(fā)明的約瑟夫遜結(jié)的示意平面圖，通過(guò)圖8(A)中的B表示一左側(cè)視圖，和沿圖8(B)中的線C-C所截取的局部截面圖;和圖9是一表示現(xiàn)有技術(shù)的準(zhǔn)平面型約瑟夫遜結(jié)的透視圖。
參照?qǐng)D1(A)至1(C)，在襯底10上提供一下電極1，并且在下電極1上提供一橫跨于其上的上電極2，其間設(shè)置有絕緣層3。上和下電極2和1是由超導(dǎo)薄層如Nb(鈮)制成，絕緣層3是由其氧化物如Nb2O5制成。
上電極2、下電極1和絕緣層3的每個(gè)側(cè)面以預(yù)定角度向襯底10傾斜，由此下電極或?qū)?具有傾斜側(cè)面E1，上電極2具有傾斜側(cè)面E2，絕緣層3具有變化的厚度，亦即，上平面部分為400 厚，而下電極傾斜側(cè)面E1上的傾斜部分為100 厚。
參照?qǐng)D2，絕緣層3包括一區(qū)域4，其中氧的濃度較低或氧原子缺乏，后面，將把該區(qū)域稱作“低氧濃度區(qū)域”。特別是，由于氧原子的缺乏，所以Nb原子主要存在于區(qū)域4中。由此，兩電極1和2之間的導(dǎo)電率通過(guò)Nb元素而被增加。
如圖2所示，其表示沿圖1(B)中的線A-A所截取的垂直截面，尤其是示出了經(jīng)過(guò)放大的傾斜側(cè)面E2的截面表面，低氧濃度區(qū)域4存在于絕緣層3中，其不在下電極1的上表面而是在其傾斜側(cè)面E1上。絕緣層3的所暴露表面通過(guò)P(圖2)來(lái)表示，區(qū)域略微向內(nèi)地在暴露表面P的內(nèi)側(cè)。字母S表示在制造方法中不可避免要完成的步驟S，步驟S不是本發(fā)明的實(shí)質(zhì)部分。
下面將描述按照本發(fā)明制造約瑟夫遜結(jié)方法的典型例子在襯底10上形成第一Nb薄層，并對(duì)其上表面氧化400 厚，然后，通過(guò)平版印刷術(shù)將襯底10構(gòu)型成為下電極1。在將襯底10構(gòu)型的過(guò)程中，形成下電極1的傾斜側(cè)面。將構(gòu)型表面再氧化100 厚。以這種方式，使下電極1覆蓋有一層Nb氧化物如Nb2O5的絕緣層。絕緣層3具有兩種不同的厚度，亦即，在下電極1的上平面上的400 厚，和在下電極1周圍傾斜側(cè)面E1上的100 厚。
在下電極1的整個(gè)表面上形成另一Nb薄層，然后將Nb層和絕緣層3的不必要部分一起腐蝕掉，直到形成上電極2為止。以這種方式，形成下電極1和上電極2，其間設(shè)置有絕緣層3，如圖1所示。在該最后腐蝕階段，產(chǎn)生步驟S。
在該階段，將Nb離子或其它適用的離子注入到靠近傾斜側(cè)面E1和E2結(jié)的地方，如圖3中箭頭所示，將離子以垂直于襯底10的方向在20至40kev下注入，由此，離子層5由傾斜側(cè)面E2的傾斜表面形成50至200 深，其中深度可根據(jù)離子種類和離子能量來(lái)確定。由圖3可以明顯地看到，離子層5和絕緣層3在某一點(diǎn)上相互成直角相交，這里假設(shè)氧原子由于它的比Nb離子具有較長(zhǎng)范圍因而可通過(guò)注入離子束來(lái)反沖，并通過(guò)上和下電極2和1來(lái)收集，由此形成低氧濃度區(qū)域4，其中Nb元素是主要的。以這種方式構(gòu)成了弱連接。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以這種方式制造的約瑟夫遜結(jié)是一種典型的微橋型，其在電流-電壓特性方面沒有磁滯的傾向。由此確定了微橋型高于隧道型的優(yōu)點(diǎn)。
為了檢驗(yàn)約瑟夫遜結(jié)的特性隨時(shí)間變化如何，可將結(jié)放于100%濕度環(huán)境中而不加任何覆蓋，經(jīng)過(guò)20天周期發(fā)現(xiàn)臨界電流值只在10%內(nèi)變化，這表明，按照本發(fā)明的約瑟夫遜結(jié)顯示出只有很小的緩慢變化的優(yōu)異特性。
絕緣層3的厚度是極為重要的，如果它為50 薄的話，器件將出現(xiàn)隧道流，并會(huì)導(dǎo)致成為隧道型。然而，已經(jīng)表明，如果其具有的厚度為400 或以上時(shí)，結(jié)將會(huì)是不適當(dāng)?shù)娜踹B接。
待注入的離子不限于Nb，還可以是Au，Cu，或Si。圖4表示在圖1中所示結(jié)構(gòu)下最終臨界電流值(μA)和注入的離子的種類和數(shù)量之間的關(guān)系，對(duì)于單變化離子所施加能量為20kev，而對(duì)于雙變化離子為40kev。
由圖4可以明顯地看到，臨界電流值與所注入的離子注入劑量之間的關(guān)系實(shí)質(zhì)上可描繪成一直線，其顯示出優(yōu)異的可控制性和再現(xiàn)性，線的傾角變化取決于所注入離子的種類。
如上所述，可以設(shè)想，低氧濃度區(qū)域4的形成是由于通過(guò)注入離子束而使氧原子反沖而由絕緣層3的局部減小得到，這種設(shè)想將通過(guò)下列觀察而支持首先，所得到的結(jié)在電流-電壓特性方面沒有磁滯現(xiàn)象，其次，待注入的離子束不限于Nb，而其可以從較寬范圍的元素如Au，Cu和Si中選取。再有，如果絕緣層3太厚，則在厚的部分上通過(guò)離子注入將不會(huì)形成所期望的弱連接。
通過(guò)觀察將會(huì)理解，絕緣層3的厚度是極其重要的;如果絕緣層3太厚，氧原子很可能會(huì)保留在層3內(nèi)，這與注入的離子束的激勵(lì)關(guān)，并且不能達(dá)到或是下電極1或是上電極2。當(dāng)層3的厚度為最佳值時(shí)，氧原子會(huì)被排出，并通過(guò)下和上電極1和2而吸收，由此，形成所需的低氧濃度區(qū)域4作為弱連接。
通過(guò)觀察可以得出結(jié)論，待注入的離子不限于Nb、Au、Cu或Si，而其它離子種類和高速中性原子如果它們具有驅(qū)動(dòng)氧原子的能力均可以使用。
絕緣層3的材料不限于Nb2O5或類似的超導(dǎo)金屬氧化物，而可以提供使用超導(dǎo)氮化物，它們可有效地作為絕緣體，并且它們能在處于超導(dǎo)體電極1和2附近時(shí)顯示出鄰近效應(yīng);例如，金屬如Al或半導(dǎo)體如Si的氧化物或氮化物。待注入的離子束或中性原子束可以選自那些能夠反沖氧或氮原子的束，這取決于絕緣層3的氧化物或氮化物。這里，鄰近效應(yīng)意味著這樣一種現(xiàn)象，其中本身不具有超導(dǎo)能力的導(dǎo)體在將其放入超導(dǎo)體附近時(shí)會(huì)變?yōu)橐环N超導(dǎo)體。
在上述例子中，將離子束注入以與襯底10成直角地施加到位于傾斜側(cè)面E1的絕緣層3的那部分上。另一種方法是使襯底50傾斜，使得離子注入傾斜地朝向絕緣層53而與襯底10平行。另一方面，可將離子斜對(duì)地注入，如圖5中的箭頭所示。
在上述例子中，可將弱連接制成一低氧濃度或氮濃度區(qū)域，它是通過(guò)將離子束注入夾在下和上電極1和2之間的絕緣層3中而形成的。另一方面，絕緣層可以由一種材料如Al或半導(dǎo)體在將它們放于上和下超導(dǎo)層附近時(shí)具有鄰近效應(yīng)的材料制成，并且絕緣層可以具有低氧或低氮濃度區(qū)域，這要視情況而定。
可以將上述的約瑟夫遜結(jié)應(yīng)用于DC-SQUID和RF-SQUID。
DC-SQUID是一種器件，它提供有兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)成為一個(gè)超導(dǎo)環(huán)路，并且終端可從每個(gè)約瑟夫遜結(jié)取出。當(dāng)給每個(gè)終端加適當(dāng)?shù)钠珘簳r(shí)，輸出電壓V會(huì)周期性地使輸入磁通量φ改變。周期循環(huán)是一物理量，以磁通量來(lái)表示，V-φ關(guān)系可非線性地通過(guò)給其加入適當(dāng)?shù)姆答侂娐?FLL磁通量閉合回路)來(lái)表示，使線性磁檢測(cè)器能夠被組成。RF-SQUID是一種器件，其可用來(lái)測(cè)量磁性，它提供有一單個(gè)約瑟夫結(jié)成為一超導(dǎo)閉合回路。
參照?qǐng)D6(A)至6(D)，將描述應(yīng)用的其它例子在襯底60上構(gòu)成一直的下電極61，在下電極61上是上電極62，它包括支路62a、62b和62c，其各路均覆蓋在下電極61上，兩電極間設(shè)置有絕緣層63。支路62a、62b和62c具有腳部，其連接在上電極62的基部上以便構(gòu)成一整體。作為一整個(gè)的上電極62看上去象字母E。
在直的下電極61旁邊提供有一控制線65，通過(guò)它來(lái)傳遞控制信號(hào)，如下所述。
下電極61、上電極62和控制線65是薄Nb層，而絕緣層63，是Nb的氧化物如Nb2O5。
下電極61、絕緣層63和上電極62的傾斜側(cè)面以預(yù)定角度向襯底60傾斜。下電極61具有縱向傾斜側(cè)面E1，上電極62具有縱向傾斜側(cè)面E2。這傾斜側(cè)面E1和E2以直角相交。每個(gè)絕緣層63在其下電極61的上表面上約為400 ，而在傾斜側(cè)面上約為100 。
如圖2所示，一個(gè)單元的傾斜側(cè)面E1和E2具有四個(gè)弱連接(低氧濃度或氮濃度)區(qū)域64，而總體上，所示出的結(jié)具有十二個(gè)弱連接。弱連接64以參照?qǐng)D2所描述的相同方法來(lái)制成。由于絕緣層63位于控制線65附近，使由控制電流通過(guò)控制線65所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與在每個(gè)弱連接64中產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互吸引。以這種方式，對(duì)流過(guò)弱連接64的電流通過(guò)控制線65中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)調(diào)整。假設(shè)控制電流為一基極電流，則橫跨下電極61和上電極62的電壓與流過(guò)弱連接64的電流I之間的關(guān)系類似于普通晶體管中集電極電壓和集電極電流之間的關(guān)系。由此獲得超導(dǎo)通量晶體管。每個(gè)弱連接64可以比粘著長(zhǎng)度短。還可以將Nb超導(dǎo)層以多級(jí)形式層疊，其間設(shè)置絕緣層。如圖7所示，也還可以在上電極上提供控制線65，其間具有絕緣體。另外，在下電極或上電極上可提供多條控制線65，其間設(shè)置有絕緣體。這些改進(jìn)增強(qiáng)了控制線與弱連接之間的磁耦合，和器件的完整性。
參照?qǐng)D8(A)至8(C)，將描述本發(fā)明所提供的約瑟夫遜FET(JOFET)典型的結(jié)包括在襯底80上所形成的第一超導(dǎo)層81，和部分地覆蓋在第一超導(dǎo)層81上的第二超導(dǎo)層82，其間設(shè)置有絕緣層83。第一和第二超導(dǎo)層81和82是由Nb制成，而絕緣層83是Nb的氧化物如Nb2O5。第一和第二超導(dǎo)層81和82、以及絕緣層83的傾斜側(cè)面是向襯底80傾斜，面對(duì)方向(B)的傾斜側(cè)面用E2表示。而垂直于傾斜側(cè)面E2的傾斜側(cè)面用E1表示。如圖8(C)所示，低氧濃度區(qū)域84略微向內(nèi)地形成在絕緣層83暴露表面P的內(nèi)側(cè)，以便構(gòu)成弱連接。
此外，如圖8(C)所示，可將第二絕緣層85加在第一和第二超導(dǎo)層81和82上，并將門電極86放置在第二絕緣層85上。門電極86是由Au制成，而絕緣層85是由SiO2制成。
由于門電極86位于弱連接84上并靠近弱連接84，使得它會(huì)在第二超導(dǎo)層82的傾斜側(cè)面E2上延伸。當(dāng)給門電極86加偏壓時(shí)，電場(chǎng)會(huì)施加在弱連接84上。當(dāng)電場(chǎng)作用在弱連接84上時(shí)，約瑟夫遜電流的振幅會(huì)變化。設(shè)想第一層81是源，而第二層82是漏，那么漏和源電壓與流過(guò)弱連接84的電流之間關(guān)系可通過(guò)施加在門電極86上的電位來(lái)調(diào)整。以這種方式，示于圖8中的器件便可用作為FET型超導(dǎo)晶體管，通常稱作約瑟夫遜FET(JOFET)。
示于圖8中的JOFET的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就在于，與主要通過(guò)電子束平版印刷處理的通常JOFET相比，可使弱連接長(zhǎng)度比Nb的粘著長(zhǎng)度短，或幾乎等于絕緣層83的厚度。
權(quán)利要求
1.一種約瑟夫遜結(jié)，它包括一襯底；第一超導(dǎo)材料層；第二超導(dǎo)材料層，其橫跨在第一層上，其間設(shè)置有一絕緣層，其中絕緣層是一種超導(dǎo)材料的氧化物；和絕緣層，其包括一與第一和第二層的每層相接觸的低氧濃度區(qū)域，以便用作其間的弱連接。
2.按照權(quán)利要求1的約瑟夫遜結(jié)，其中超導(dǎo)材料是Nb，并且它的氧化物是Nb2O5。
3.一種約瑟夫遜結(jié)，它包括一襯底;第一超導(dǎo)材料層;第二超導(dǎo)材料層，其橫跨在第一層上，其間設(shè)置有一絕緣層，其中絕緣層是一種超導(dǎo)材料的氮化物;和絕緣層，其包括一與第一和第二層的每層相接觸的低氮濃度區(qū)域，以便用作其間的弱連接。
4.一種約瑟夫遜結(jié)，它包括一襯底;第一超導(dǎo)材料層;第二超導(dǎo)材料層，其橫跨在第一層上，其間設(shè)置有一絕緣層，其中絕緣層是一種對(duì)于第一和第二層的超導(dǎo)材料具有鄰近效應(yīng)的材料的氧化物;和絕緣層，其包括一與第一和第二層的每層相接觸的低氧濃度區(qū)域，以便用作其間的弱連接。
5.按照權(quán)利要求4的約瑟夫遜結(jié)，其中超導(dǎo)材料是Nb，并且鄰近效應(yīng)的材料的氧化物是Al2O3。
6.一種約瑟夫遜結(jié)，它包括一襯底;第一超導(dǎo)材料層;第二超導(dǎo)材料層，其橫跨在第一層上，其間設(shè)置有一絕緣層，其中絕緣層是一種對(duì)于第一和第二層的超導(dǎo)材料具有鄰近效應(yīng)的材料的氮化物;和絕級(jí)層，其包括一與第一和第二層的每層相接觸的低氮濃度區(qū)域，以便用作其間的弱連接。
7.一種約瑟夫遜結(jié)，它包括一襯底;一具有縱向傾斜側(cè)面的第一超導(dǎo)材料層;一具有縱向傾斜側(cè)面的第二超導(dǎo)材料層，其覆蓋在第一層上，其間設(shè)置有一絕緣層，使得第一和第二層的傾斜側(cè)面相互相交叉，其中絕緣層是超導(dǎo)材料的氧化物;和其中絕緣層包括一低氧濃度區(qū)域，它與第二層的傾斜側(cè)面相交叉的部分相鄰，低氧濃度區(qū)域與第一和第二層的每層相接觸以便用作其間的弱連接。
8.按照權(quán)利要求7的約瑟夫遜結(jié)，其中超導(dǎo)材料是Nb，它的氧化物是Nb2O5。
9.一種約瑟夫遜結(jié)，它包括一襯底;一具有縱向傾斜側(cè)面的第一超導(dǎo)材料層;一具有縱向傾斜側(cè)面的第二超導(dǎo)材料層，其覆蓋在第一層上，其間設(shè)置有絕緣層，使得第一和第二層的傾斜側(cè)面相互相交叉，其中絕緣層是超導(dǎo)材料的氮化物;和其中絕緣層包括一低氮濃度濃度它與第二層的傾斜側(cè)面相效叉的部分相鄰，低氮濃度區(qū)域與第一和第二層的每層相接觸以便用作其間的弱連接。
10.一種約瑟夫遜結(jié)，它包括一襯底;一具有縱向傾斜側(cè)面的第一超導(dǎo)材料層;一具有縱向傾斜側(cè)面的第二超導(dǎo)材料層，其覆蓋在第一層上，其間設(shè)置有絕緣層，使得第一和第二層的傾斜側(cè)面相互相交叉，其中絕緣層是一種對(duì)于第一和第二層超導(dǎo)材料具有鄰近效應(yīng)的材料氧化物;和其中絕緣層包括一低氧濃度區(qū)域，它與第二層的傾斜側(cè)面相交叉的部分相鄰，低氧濃度區(qū)域與第一和第二層的每層相接觸以便用作其間的弱連接。
11.一種約瑟夫遜結(jié)，它包括一襯底;一具有縱向傾斜側(cè)面的第一超導(dǎo)材料層;一具有縱向傾斜側(cè)面的第二超導(dǎo)材料層，其覆蓋在第一層上，其間設(shè)置有絕緣層，使得第一和第二層的傾斜側(cè)面相互相交叉，其中絕緣層是一種對(duì)于第一和第二層超導(dǎo)材料具有鄰近效應(yīng)的材料氮化物;和其中絕緣層包括一低氮濃度區(qū)域，它與第二層的傾斜側(cè)面相交叉的部分相鄰，低氮濃度區(qū)域與第一和第二層的每層相接觸以便用作其間的弱連接。
12.按照權(quán)利要求1的約瑟夫遜結(jié)，其中絕緣層具有50至400 厚度。
13.按照權(quán)利要求2的約瑟夫遜結(jié)，其中絕緣層具有50至400 厚度。
14.按照權(quán)利要求1的約瑟夫遜結(jié)，其進(jìn)一步包括一控制線，其提供與低氧濃度區(qū)域相鄰，控制線與低氧濃度區(qū)域電磁吸引，以便控制流過(guò)低氧濃度區(qū)域的電流。
15.按照權(quán)利要求2的約瑟夫遜結(jié)，其進(jìn)一步包括一控制線，其提供與低氧濃度區(qū)域相鄰，控制線與低氧濃度區(qū)域電磁吸引，以便控制流過(guò)低氧濃度區(qū)域的電流。
16.按照權(quán)利要求1的約瑟夫遜結(jié)，其進(jìn)一步包括一門電極，其提供與低氧濃度區(qū)域相鄰，以便將電場(chǎng)施加到低氧濃度區(qū)域。
17.按照權(quán)利要求1的約瑟夫遜結(jié)，其進(jìn)一步包括一門電極，其提供與低氮濃度區(qū)域相鄰，以便將電場(chǎng)施加到低氮濃度區(qū)域。
18.按照權(quán)利要求1至5的任一約瑟夫遜結(jié)，其中超導(dǎo)層構(gòu)成一超導(dǎo)環(huán)路，它由兩個(gè)低氧濃度區(qū)域組成。
19.按照權(quán)利要求1至5的任一約瑟夫遜結(jié)，其中超導(dǎo)層構(gòu)成一超導(dǎo)環(huán)路，它由兩個(gè)低氮濃度區(qū)域組成。
20.按照權(quán)利要求1至5的任一約瑟夫遜結(jié)，其中超導(dǎo)層構(gòu)成一超導(dǎo)環(huán)路，它由低氧濃度區(qū)域組成。
21.按照權(quán)利要求1至5的任一約瑟夫遜結(jié)，其中超導(dǎo)層構(gòu)成一超導(dǎo)環(huán)路，它由低氮濃度區(qū)域組成。
22.一種用以制造約瑟夫遜結(jié)的方法，它包括下列步驟制備一襯底;形成第一超導(dǎo)材料層;在第一層上橫跨地形成第二超導(dǎo)材料層，其間設(shè)置絕緣層，其中絕緣層是一種超導(dǎo)材料的氧化物;和將離子束注入絕緣層以便形成連接第一和第二層的低氧濃度區(qū)域。
23.按照權(quán)利要求22的方法，其中超導(dǎo)材料是Nb，而絕緣層是通過(guò)氧化第一層而形成。
24.一種用以制造約瑟夫遜結(jié)的方法，它包括下列步驟制備一襯底;形成第一超導(dǎo)材料層;在第一層上橫跨地形成第二超導(dǎo)材料層，其間設(shè)置絕緣層，其中絕緣層是一種超導(dǎo)材料的氮化物;和將離子束注入絕緣層以便形成連接第一和第二層的低氮濃度區(qū)域。
25.一種用以制造約瑟夫遜結(jié)的方法，它包括下列步驟制備一襯底;形成第一超導(dǎo)材料層;在第一層上橫跨地形成第二超導(dǎo)材料層，其間設(shè)置絕緣層，其中絕緣層是一種對(duì)于第一和第二層超導(dǎo)材料具有鄰近效應(yīng)的材料的氧化物;和將離子束注入絕緣層以便形成連接第一和第二層的低氧濃度區(qū)域。
26.一種用以制造約瑟夫遜結(jié)的方法，它包括下列步驟;制備一襯底;形成第一超導(dǎo)材料層;在第一層上橫跨地形成第二超導(dǎo)材料層，其間設(shè)置絕緣層，其中絕緣層是一種對(duì)于第一和第二層超導(dǎo)材料具有鄰近效應(yīng)的材料的氮化物;和將離子束注入絕緣層以便形成連接第一和第二層的低氮濃度區(qū)域。
27.按照權(quán)利要求22的方法，其進(jìn)一步包括下列步驟在形成第二層以前將第一層表面氧化到第一深度，對(duì)第一層的每側(cè)構(gòu)型直到側(cè)面具有傾斜面，將相同表面氧化到第二深度，其比第一深度要淺，形成第二層，對(duì)第二層的每側(cè)構(gòu)型直到側(cè)面具有傾斜面，其中第一層和第二層的傾斜側(cè)面相交，和將離子注入的垂直于襯底的方向施加到第一和第二層傾斜側(cè)面相交部分上，以便形成低氧濃度區(qū)域。
28.按照權(quán)利要求22的方法，其中將離子束注入以與襯底成對(duì)角的方向施加到襯底上，以便形成低氧濃度區(qū)域。
29.按照權(quán)利要求24的方法，其中將離子束注入以與襯底成對(duì)角的方向施加到襯底上以便形成低氮濃度區(qū)域。
全文摘要
一種約瑟夫遜結(jié)，包括一襯底，第一超導(dǎo)層，橫跨于第一超導(dǎo)層上的第二超導(dǎo)層，其間設(shè)置絕緣層，絕緣層是一種超導(dǎo)材料的氧化物或氮化物，和絕緣層，它包括與第一和第二層的每層相接觸的低氧或氮濃度區(qū)域。一種用以制造約瑟夫遜結(jié)的方法，它包括下列步驟制備一襯底，形成第一超導(dǎo)層，形成第二超導(dǎo)層，其橫跨于第一層上，其間設(shè)置有絕緣層，其中絕緣層是一種超導(dǎo)材料的氧化物或氮化物，和將離子束注入絕緣導(dǎo)，以便形成連接第一和第二層的低氧或氮濃度區(qū)域。
文檔編號(hào)H01L39/24GK1113350SQ9510328
公開日1995年12月13日 申請(qǐng)日期1995年2月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月24日
發(fā)明者長(zhǎng)町信治, 上田雅弘, 品田惠, 吉井光良 申請(qǐng)人:株式會(huì)社島津制作所