大面積接合を用いたNb／AlO_x/Nbジョセフソン接合トンネルバリアの欠陥評価

摘要

超伝導集積回路のジョセフソン接合（JJ）として用いられるNb/AlO_x／Nb接合のほとんど全ての欠陥は、並はずれて大きな臨界電流を持つリークJJである。リークJJ発生原因を分析し、その主要な原因は接合膜下地パーティクルにあるとの仮説を立て、それを証明するための実験を行った。リークJJを効率よく検出するために本実験では20μm角の大面積JJを用いた。実験の結果、下地パーティクル数とリークJJ発生数によい一致が見られたことから、上記仮説は正しいと考えられる。このパーティクルの大きさ、密度はどちらも非常に小さく、通常の顕微鏡観察やプロセスTEGによる評価では発見は極めて困難である。このため、今まで見過ごされてきた欠陥原因である。今後、現状の数万JJより大きな数十万JJあるいは数百万JJ規模の超伝導集積回路を実現するためには、接合膜下地のパーティクル数を減少させることが重要であると考えられる。