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Romano Setzu

Étude et réalisation de jonctions Josephson en nitrure de niobium à barrière semi-métallique en TaxN ; application aux circuits logiques micro-ondes à impulsions quantiques RSFQ

Publié le 12 novembre 2007



Thèse soutenue le 12 novembre 2007 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Joseph Fourier - Grenoble I - Spécialité : Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement

Résumé :
Cette thèse a permis le développement et l'optimisation de jonctions Josephson SNS (Supraconducteur–métal Normal–Supraconducteur) à électrodes NbN et barrière TaxN de haute résistivité. On a montré une bonne reproductibilité des propriétés des couches TaxN en fonction des paramètres du dépôt. Les tricouches NbN/TaxN/NbN présentent la température critique élevée attendue (16K). Les jonctions présentent une dépendance claire du produit RnIc (courant Josephson x résistance normale, indicateur de la fréquence Josephson maximale) en fonction de la pression d'azote dans le dépôt. On a ainsi obtenu sur des collections de jonctions des produits RnIc très élevés, jusqu'à 3,74mV à 4,2K pour des densités de courant critique Jc voisines de 15kA/cm2. Les jonctions présentent les comportements Josephson attendus, (diffraction de Fraunhofer et marches de Shapiro) jusqu'à 14K. La dépendance du Jc des jonctions en fonction de la température a été interpolée en utilisant le modèle des jonctions SNS longues dans la limite sale, donnant une longueur de cohérence du métal normal autour de 3,8nm à 4,2K. Nous avons enfin étudié un procédé de fabrication multiniveaux adapté aux circuits RSFQ (Rapid Single Flux Quantum), comprenant un plan de masse commun et des résistances de polarisation. Pour conclure, nous avons montré la supériorité de performances des jonctions NbN/TaxN/NbN sur les jonctions actuelles en niobium et leur intérêt pour réaliser des circuits numériques RSFQ compacts. En effet ces jonctions s'affranchissent des résistances d'amortissement des jonctions Nb, et peuvent fonctionner jusqu'à des fréquences d'horloge supérieures à 150 GHz et jusqu'à 10K (contre 50 GHz en Nb à 4,2K).

Jury :
Rapporteur : Prof. Paul Crozat
Rapporteur : Dr. Louis Dumoulin
Examinateur : Dr. Alain Benoît
Examinateur : Dr. Luc Lapierre
Invité : M. Michel maignan
Directeur de thèse : Dr. Bernard Salce
Encadrant CEA : Dr. Jean-Claude Villegier

Mots clés :
Jonctions Josephson, NbN, TaN, RSFQ, transition métal-isolant

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