Свойства джозефсоновских переходов с прослойкой из сильно легированного аморфного кремния

• Автор: Гудков, Александр Львович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие.

Глава 1. Введение.

1.1. Эффект Джозефсона. Джозефсоновские переходы и их параметры.

1.2. Механизмы протекания тока в джозсфсоновских переходах

1.3. Условия получения высококачественных переходов с непосредственной проводимостью.

1.4. Переходы с легированными полупроводниками.

1.5. Постановка задачи.

Глава 2. Технологические методы формирования

функциональных слоев и джозефсоновской структуры ГЧЬаЗММЬ

2.1. Метод формирования пленок. Конструкция распылительного

2.2. Нанесение пленок 6 и аБ1 и их электрофизические свойства
2.3. Высокочастотная ионная очистка поверхности
2.4. Методика изготовления джозефсоновских переходов ЫЬга
Краткие выводы
Глава 3. Исследование структуры джозефсоновских переходов
мЛаЛЧЬ
3.1. Профильный ОЭС и ЮР анализ тестовых образцов джозефсоновской структуры мЛаБьЫЬ и двухслойных структур НЬтаБ1 и аБШЬ.
3.2. Исследование джозефсоновской структуры методом просвечивающей электронной микроскопии.
3.3. Исследование электрофизических свойств основных слоев ТДП
и двухслойной структуры аБ1МЬп
3.4. Модель структуры ТДП ЫЬ1аБ1ЫЬ
Краткие выводы
Глава 4. Исследование электрофизических свойств
джозефсоновских переходов Ш1аБ1ЛЧЬ.
4.1. Методики и средства измерений электрофизических характеристик джозефсоновских переходов МЬУаБ.
4.2. Вольтамперные характеристики переходов КЬ1аБ1МЬп.
4.3. Температурные зависимости основных электрофизических параметров ТДП МаБИЬ
4.4. Влияние магнитного и СВЧ полей на характеристики ТД
4.5. Исследование зависимостей основных электрических параметров переходов МЛаБИЬ от толщины аБпрослойки
4.6. Физическая модель ТДП ЫЬ1аЛ4Ьп.
Краткие выводы.
Глава 5. Сверхлроводниковые интегральные схемы на основе
ТДП ЧЬ7а8ЛЧЬи.
5.1. Сверхлроводниковые СВЧ ИС на основе ТДП
5.2. ПТсквиды на основе ТДП МЛаБМЬ
5.3. Сверхлроводниковые ИС с квантами магнитного потока.
Краткие выводы.
Заключение.
Приложение 1. Технология формирования и электрические
свойства ДП ИЬаБМЬ
Приложение 2. Методика измерения И.
Список работ автора.
Литература


Широкое применение среди объемных структур получил ТК (рис. Вейдем и др. Кларка (рис. ТК использовали . Предпринимались попытки изготовить ТК из ВТСП (высокотемпературные сверхпроводники) па основе соединения УВаСиО, однако получить ТК со стабильными параметрами не удалось. Среди тонкопленочных структур изготовленных в интегральном исполнении наибольшее распространение получили туннельные планарные и торцевые сэндвич-структуры (рис. I-ирослойками. Наиболее качественные ТО получены с использованием а- -прослойки [], АЬОз - прослойки [-] и УЬ - прослойки [] с электродами из ниобия. Остальные типы ДП из-за неудовлетворительных параметров слабых связей, либо из-за ограниченных технологических возможностей не нашли широкого применения и используются лишь в лабораторных целях. К ним относятся: мостик Дайема [], который сейчас нашел применение в изучении недавно открытой [] высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) []; мостики с измененными свойствами на участке пленки за счет имплантации или диффузии (рис. ВТСП, если появится возможность локально изменять структуру пленки; наконец, большое семейство мостиков переменной толщины (рис. Рис. Различные типы джозефсоновских переходов (а) и возможные варианты их конструкций: точечный джозсфсоновский контакт (б); "капля Кларка” (в); мостик постоянной толщины (мостик Дайема) (г); переход с участком ухудшенной сверхпроводимости (д); мостик на эффекте близости (мостик Нотариса-Мерсеро) (е); переход типа сэндвич -планарный вариант (ж), торцевой вариант (з); мостик переменной толщины (и); тонкопленочные мостиковые переходы с растеканием тока (к,л). Качество ДП зависит от их параметров, которые можно разделить на электрофизические, определяющие характеристики ДП, и тсхпологические, к которым относятся воспроизводимость, однородность, термостабилыюсть, размеры и прочее. Ь играют паразитную роль. Величины С сильно отличаются для различных типов переходов и особенно велики в планарных БТБ переходах. Ц - эффективная индуктивность сверхтока, Ф0 = Ь/2е - квант магнитного потока ([], гл. Флуктуационный ток 1г обусловлен как внутренними (собственными) источниками флуктуаций, так и внешними (наводками). Внутренние флуктуации обусловлены током связанным с нормальной проводимостью. С =1Г(П>Ю . ГгП. M2»2kBT. При больших напряжениях на переходе eV > квТ появляется разогрев носителей полем и возникает дробовой эффект. Однако, формулами (1,) — (1,) пользоваться можно, если считать Т эффективной температурой, превышающей физическую. Ic»Im, ift=2^i. Величина 1а составляет обычно десятые доли микроампера при гелиевых температурах. Внешние флуктуации, как правило, фильтруются индуктивностями подводящих проводов и электродов и на переход попадают лишь низкочастотные компоненты, с которыми можно бороться техническими приемами. Внештгие флуктуации существенно не сказываются, если их размах меньше размаха собственных флуктуаций. In^Ifl,. Перечисленные выше типы ДП отличаются, прежде всего, механизмом протекания тока через них, что нашло свое отражение в вольт-амперных характеристиках (ВАХ) переходов, представленных на рис. Наиболее изученным является туннельный механизм, присущий 8 переходам и подробно описанный в монографиях [6-]. Характерной особенностью ВАХ ТП (рис. КеУроА-, В = Ооехр{-^[2т0(ит-Е)]1/2| . N - электронная концентрация, V? Б0 - множитель, зависящий от показателя преломления, ит - высота барьера, Е - энергия электрона, с! ТП толщина изолирующей прослойки. Иц - сопротивление перехода в нормальном состоянии, т. Разновидностью туннельного механизма протекания тока является резонансный механизм протекания тока через неидеальные барьеры, содержащие упорядоченно расположенные примесные центры. Асламазов и Фистуль теоретически рассмотрели переход с полупроводниковым барьером содержащем в окрестности химического потенциала примесные уровни [,], от которых зависит прозрачность барьера. Было показано, что при определенных условиях резонансная прозрачность играет доминирующую роль по сравнению с обычной туннельной. Увеличенная прозрачность позволяет увеличить с!