【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.14】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24TU0095

利用課題名 / Title

ジョセフソン素子の開発

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学 / Tohoku Univ.

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）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）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

キーワード / Keywords

電子線リソグラフィ/ EB lithography,量子コンピューター/ Quantum computer,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,エレクトロデバイス/ Electronic device,超伝導/ Superconductivity,膜加工・エッチング/ Film processing/etching

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)

山下 太郎

所属名 / Affiliation

東北大学 大学院工学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

本田浩輝

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

辺見政浩,菊田利行

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

TU-206：アルバックICP-RIE#2
TU-064：エリオニクス 130kV EB描画装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

高コヒーレンスな量子ビット作製のため、サイドウォールスペーサ構造を有するジョセフソン素子の作製を行った。接合部作製に電子線描画装置及びICP-RIEを用いた。

実験 / Experimental

ジョセフソン素子の接合部作製のため、NbN/AlN/NbN3層を電子線描画装置及びICP-RIEを用いて加工した。

結果と考察 / Results and Discussion

電子線描画装置及びICP-RIEにより、サイドウォールスペーサ構造を有するジョセフソン素子の作製を行い電流電圧特性を評価した。その結果、大きなサブギャップ抵抗を有する質の高いジョセフソン素子の開発と臨界電流密度の制御に成功した。なお、エッチング条件と得られたレートは下記の通りである：# SiO₂ etching・Recipe: SIO2-ET6・MFC: Ar: 10 sccm, CHF₃: 20 sccm, CF₄: 30 sccm・APC press: 1.5 Pa・Antenna RF power: 100 W・Bias power: 60 W・Etching rate: 0.98 nm/sec
# NbN etching・Recipe: NBN-ET1・MFC: Ar: 3 sccm, SF6: 20 sccm, CHF₃: 40 sccm・APC press: 1.0 Pa・Antenna RF power: 400 W・Bias power: 60 W・Etching rate: 2.96 nm/sec

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.

1. Koki Honda, Daiki Kurihara, Duong Pham, Hiroki Kutsuma, Hirotaka Terai and Taro Yamashita, “Development of Sidewall Spacer Passivated NbN/AlN/NbN Josephson Junctions for Superconducting Qubits”, 3rd International Workshop of Spin/Quantum Materials and Devices (IWSQMD2024) & 6th Workshop on Quantum and Classical Cryogenic Devices, Circuits, and Systems (QCCC2024), Sendai, Japan, Nov. 5-6, 2024.
2. 本田 浩輝，栗原 大輝，Duong Pham，沓間 弘樹，寺井 弘高，山下 太郎、 「量子ビット応用に向けたsidewall spacer構造を有するNbN/AlN/NbNジョセフソン接合」、 第85回応用物理学会秋季学術講演会、新潟、2024年9月16-20日.

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