Journal of Astronomy and Space Sciences

The Korean Space Science Society (한국우주과학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

FABRICATION OF Nb/Al SUPERCONDUCTING TUNNEL JUNCTION

Nb/Al SUPERCONDUCTING TUNNEL JUNCTION의 제작

  • 조성익 (한국천문연구원, 연세대학교 천문우주학과 우주광학연구실) ;
  • 박영식 (한국천문연구원) ;
  • 박장현 (한국천문연구원) ;
  • 이용호 (한국표준과학연구원) ;
  • 이상길 (한국표준과학연구원) ;
  • 김석환 (연세대학교 천문우주학과 우주광학연구실) ;
  • 한원용 (한국천문연구원)
  • Published : 2004.12.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

We report the successful fabrication and I-V curve superconductivity test results of the Nb/Al-based superconducting tunnel junctions. STJs with side-lengths of 20, 40, 60 and $80{\mu}m$ were fabricated by deposition of polycrystalline Nb/Al/AlOx/Al/Nb 5-layer thin films incorporated on a 3-inch Si wafer. STJ was designed by $Tanner^{TM}$ L-Edit 8.3 program, and fabricated in SQUID fabrication facility, KRISS. S-layer STJ thin-films were fabricated using UV photolithography, DC magnetron sputtering, Reactive ion etching, and CVD(Chemical Vapor Deposition) techniques. Superconducting state test for STJ was succeeded in 4K with liquid helium cooling system. Their performance indicators such ie energy gap, normal resistance, normal resistivity, dynamic resistance, dynamic resistivity, and quality factor were measured from I-V curve. Fabricated Nb/Al STJ shows $11\%$ higher FWHM energy resolution than genuine Nb STJ.

Nb/Al Superconducting Tunnel Junction(STJ) 소자를 제작하여 I-V 특성곡선을 측정하고 제작된 STJ 소자의 초전도체 특성 및 성능 파라미터 값들을 구하였다. 크기가 각각 20, 40, 60, 그리고 $80{\mu}m$인 4종류의 STJ소자를 제작하였으며 각 소자는 총 5층의 Nb/A1/AlOx/Al/Nb 다결정(polycrystalline) 박막으로 구성된 SIS(Superconductor Insulate. Superconductor) 방식의 조셉슨 접합 구조를 갖는다. 이 연구에서 제작한 STJ 소자는 $Tanner^{TM}$ L-Edit 8.3 프로그램으로 설계하였으며 한국표준과학연구원의 SQUID 제조실험실에서 제작하였다. 5층의 STJ 박막은 DC magnetron sputtering, reactive ion etching, CVD(Chemical Vapor Deposition) 장비를 이용해 생성되었다. 제작된 STJ 소자는 액체헬륨으로 냉각(4K)시킨 후 I-V 특성곡선을 측정하여 초전도 특성을 확인하였고, STJ 소자의 성능을 결정하는 파라미터인 energy gap, normal resistance, normal resistivity, dynamic resistance, dynamic resistivity, 그리고 quality factor를 계산하였다. Nb/Al STJ 소자의 FWHM 에너지 분해능 계산 결과, 순수 Nb STJ 소자보다 $11\%$ 우수한 에너지 분해능 특성을 확인하였다.

Keywords

References

  1. 한병성, 황종선 2002, 초전도공학 (서울:동일출판사), pp.62-66
  2. Brammertz, G. 2003, PhD Thesis, Twente University
  3. Brammertz, G., Verhoeve, P., & Martin, D. 2004, Proc of SPIE, 5499, 269 https://doi.org/10.1117/12.551086
  4. Gijsbertsen, J. G. 1995, PhD Thesis, Twente University
  5. Martin, D. D. E., Verhoeve, P., & Peacock, A. 2004, Nucl. Instrument Methods Phys. Res. A, 520, 512 https://doi.org/10.1016/j.nima.2003.11.301
  6. Perryman, M. A. C., Cropper, M., Ramsay, G., Favata, F., Peacock, A., Rando, N., & Reynolds, A. 2001, MNRAS, 324, 899 https://doi.org/10.1046/j.1365-8711.2001.04325.x
  7. Perryman, M. A. C., Favata, F., & Peacock, A. 1999, A&A, 346, L30
  8. Perryman, M. A. C., & Peacock, A. 1993, Nucl. Instrument Methods A, 325, 319 https://doi.org/10.1016/0168-9002(93)91033-J
  9. Rando, N., Andersson, S., Peacock, A., & Verhoeve, P. 2000, Nucl. Instrument Methods A, 444, 441 https://doi.org/10.1016/S0168-9002(99)01433-3
  10. Sato, H., Takizawa, Y., & Ootani W. 2000, Jap. J. Appl. Phys., 39, 5090 https://doi.org/10.1143/JJAP.39.5090
  11. Shiki, S., Sato. H., Takizawa, Y., Kurakudo, M., & Shimizu, H. M. 2004a, Publ. Astron. Soc. Japan 56, L19
  12. Shiki, S., Sato, H., Takizawa, Y., Taino, T., Otani, C., & Shimizu, H. M. 2004b, Nucl. Instrument Methods Phys. Res. A, 520, 530 https://doi.org/10.1016/j.nima.2003.11.306
  13. Twerenbold, D. 1986, Phys. Rev. B, 34, 774