Предельные параметры СИС-переходов в теории и технологические возможности их достижения

Туннельные джозефсоновские переходы типа сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС) имеют боле чем пятидесятилетнюю историю и теоретические оценки предельных параметров устройств для приема и обработки сигналов на их основе выглядят очень перспективно. На практике во многих случаях реально достигнутые параметры оказываются значительно хуже теоретических, так для ниобиевых сквидов характерное напряжение $V_c=I_cR_n$ в лучшем случае достигает 200 $\mu$V, а по теории должно быть до 2 mV. Для терагерцовых СИС смесителей и генераторов главные проблемы – это большая удельная емкость, гистерезис и появление токов утечки. Эти проблемы могут быть связаны с морфологией и кристаллической структурой пленок сверхпроводников. На практике пленки получаются гранулированные, туннельные барьеры оказываются неравномерными, эффективная площадь на уровне 10%, возникают токи утечки, паразитные емкости.
Кристаллическая структура определяет принципиально разные свойства одних и тех же элементов, например, для углерода это алмаз, графит, фуллерены, нанотрубки. Важными элементами перспективной сверхпроводниковой технологии является: применение монокристаллических подложек, согласованных по постоянной решетки и ориентации с выращиваемыми пленками, оптимизация температурных режимов роста, контролируемое формирование оксидного или нитридного туннельного барьера. Одной из опций является применение барьера Шоттки для полупроводниковой прослойки вместо диэлектрической или нормальной металлической. В данном обзоре приведены результаты исследования пленок методами рентгеноструктурной диагностики, атомно-силовой микроскопии, электронной микроскопии, показывающие основные узкие места существующей технологии с напылением пленок ниобия, нитрида ниобия, алюминия на оксидированные стандартные кремниевые подложки, а также результаты квазиэпитаксиального роста пленок на монокристаллических подложках при различных температурных режимах. Воспроизводимое изготовление высококачественных туннельных переходов может быть достигнуто в случае реализации атомарно гладких поверхностей туннельных контактов, что позволит улучшить сигнальные и шумовые характеристики сверхпроводниковых устройств для приема и обработки информации.