DE19940773A1

DE19940773A1 - Hochtemperatur-Supraleiter-Josephson-Übergang-Element und Herstellungsverfahren für dieses

Info

Publication number: DE19940773A1
Application number: DE19940773A
Authority: DE
Inventors: Tetsuro Sato; Jian-Guo Wen; Naoki Koshizuka; Shoji Tanaka
Original assignee: International Superconductivity Technology Center; NEC Corp
Current assignee: International Superconductivity Technology Center; NEC Corp
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2000-03-09
Also published as: US6541789B1; JP2000150974A; JP3278638B2; US20030146432A1

Abstract

In einem Verfahren zum Herstellen eines Josephson-Übergangs wird eine erste supraleitende Schicht auf einem Substrat ausgebildet. Ein Isolationsfilm wird auf der ersten supraleitenden Schicht ausgebildet. Der Isolationsfilm wird derart geätzt, daß er einen geneigten Abschnitt hat. Die erste supraleitende Schicht wird unter Verwendung des geätzten Isolationsfilms als eine Maske derart geätzt, daß sie einen geneigten Abschnitt hat. Eine Sperrschicht wird auf einer Oberfläche des geneigten Abschnitts der ersten supraleitenden Schicht ausgebildet. Eine zweite supraleitende Schicht wird auf der Sperrschicht und dem geneigten Abschnitt der Isolationsschicht ausgebildet.

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Josephson-Übergang-Vor richtung, die einen Hochtemperatur-Oxidsupraleiter verwendet und eine geringe Abweichung in den Eigenschaften bzw. Eigenschafts streuung hat, und ein Herstellungsverfahren für diese Vorrich tung.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Ein Hochtemperatur-Oxidsupraleiter aus einem YBaCuO-System hat eine hohe, kritische Supraleiter-Temperatur (Tc) von ungefähr 90 K. Ein preisgünstiger, flüssiger Stickstoff mit einem Siedepunkt von 77 K kann deshalb als Kühlmittel verwendet werden und eine kleine und handliche Gefriereinheit, mit der die niedrige Tem peratur von ungefähr 60 K leicht erreicht werden kann, kann des halb als Kühleinrichtung verwendet werden. Auch können die Ein richtungen für die Aufrechterhaltung der niedrigen Temperatur vereinfacht werden.

Eine supraleitende elektronische Vorrichtung und Schaltung mit einer hohen Geschwindigkeit und einem niedrigen Energieverbrauch wurde bislang unter Verwendung eines Materials wie z. B. Nb rea lisiert, das eine niedrige kritische Supraleiter-Temperatur Tc hat. In der Industrie besteht wegen dieser Gründe ein großes In teresse an einer Vorrichtung und einer Schaltung, die unter Ver wendung eines Hochtemperatur-Supraleiters realisiert werden kön nen.

Ein Supraleiter aus einem YBaCuO-System ist ein Hauptgegenstand der Studien und Entwicklungen für die Anwendung in einer elek tronischen Vorrichtung zum gegenwärtigen Zeitpunkt. Ein dünner Film bzw. eine dünne Schicht aus einem Hochtemperatur-Supralei ter des YBaCuO-Systems, der eine gute supraleitende Eigenschaft aufweist, kann durch Wachsen in der Dampfphase unter der Bedin gung einer hohen Substrattemperatur von 600 bis 800°C und eines hohen Sauerstoffpartialdrucks in der Größenordnung von 100 mTorr erhalten werden. Einer der supraleitenden Dünnfilme, der beson ders gute Eigenschaften hat, hat eine c-Achse-Ausrichtung, bei der eine c-Achse seiner Kristallstruktur rechtwinklig zu der Substratoberfläche ist. Andererseits ist es in Abhängigkeit von den Wachstumsbedingungen möglich, einen Film mit einer a-Achse- Ausrichtung oder einer b-Achse-Ausrichtung herzustellen. Der Film mit der a-Achse-Ausrichtung oder b-Achse-Ausrichtung ist jedoch im Vergleich zu dem Film mit der c-Achse-Ausrichtung in den supraleitenden Eigenschaften wie z. B. der kritischen Tem peratur Tc für Supraleitung und dem kritischen Stromwert Ic für Supraleitung unterlegen.

Ein Substrat, das aus SrTiO₃, MgO, LaAlO₃ oder NdGaO₃ aus gebildet ist, wird allgemein für das Wachsen des supraleitenden dünnen Films unter Berücksichtigung der Übereinstimmung bzw. An passung an YBaCuO in der Gitterkonstanten und in dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten und bezüglich des Vermeidens bzw. Feh lens von Festphasenreaktionen verwendet. Es wird auch LaSrAlTaO als Substrat verwendet, da es eine gute Gitterübereinstimmung mit YBaCuO und eine niedrige dielektrische Konstante hat und da ein relativ großes Substrat hergestellt werden kann, wie z. B. im Journal of Crystal Growth, Vol. 109, Seiten 447-456, 1991 ge zeigt ist.

Das YBaCuO-System hat eine starke anisotrope Eigenschaft wie die anderen Hochtemperatur-Supraleiter. Die supraleitende Kohärenz länge in der a-Achse-Richtung oder der b-Achse-Richtung ist län ger als in der c-Achse-Richtung. Die Kohärenzlänge in der c-Ach se-Richtung ist sehr kurz, ungefähr 0,3 nm. Es ist deshalb er wünscht, daß ein Strom in der a-Achse-Richtung oder b-Achse- Richtung in den Verdrahtungsabschnitten und den Josephson-Über gängen in der Supraleiter-Schaltung fließt, die einen Hochtem peratur-Supraleiter verwendet.

Aus diesen Gründen ist es schwierig, wenn eine elektronische Hochtemperatur-Supraleiter-Schaltung unter Verwendung eines Dünnfilms mit hoher Qualität in der c-Achse-Ausrichtung herge stellt wird, den Josephson-Übergang mit hoher Qualität in einem Josephson-Übergang vom geschichteten Typ oder vom Sandwichtyp herzustellen, da es erforderlich ist, daß der Strom in der Film dicken-Richtung, das heißt, in der c-Achse-Richtung des Hochtem peratur-Supraleiterkristalls, fließt, was nicht der herkömmli chen Supraleiterschaltung unter Verwendung von Nb entspricht. In diesem Fall ist eine Josephson-Übergang-Vorrichtung vom Kan tentyp, die einen Kantenabschnitt des supraleitenden Dünnfilms verwendet, geeigneter als die Josephson-Übergang-Vorrichtung vom Sandwichtyp, wie in IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, Vol. 27, Nr. 2, März, 1991, Seiten 3062-3065 gezeigt ist. Deshalb wird das Studium und die Entwicklung von Hochtemperatur-Supraleiter- Schaltungen hauptsächlich unter Verwendung der Josephson-Über gang-Vorrichtung vom Kantentyp durchgeführt.

In der Josephson-Übergang-Vorrichtung mit Hochtemperatur-Supra leiter ist die Technik zum Ausbilden einer sehr dünnen Sperr schicht als eine Al₂O₃-Sperrschicht nicht realisiert, die in der Josephson-Übergang-Vorrichtung des Nb-Systems verwendet wird, die eine niedrige kritische Temperatur Tc hat. Deshalb werden ein nicht-supraleitender Oxidfilm, z. B. ein Film aus einem PrBa CuO-System, und ein supraleitender Oxidfilm, z. B. ein Film aus einem Co-dotierten YBaCuO-System, auf einer unteren supraleiten den Schicht als Sperrschicht aufgebracht. Das PrBaCuO-System- Kristall hat eine ähnliche Kristallstruktur wie das YBaCuO-Sy stem-Kristall und das nicht supraleitende PrBaCuO-System-Oxid kann leicht auf der YBaCuO-Schicht hetero-epitaxial aufwachsen. Der supraleitende Film aus Co-dotiertem YBaCuO-System hat auch eine kritische Temperatur Tc, die niedriger als bei dem supra leitenden YBaCuO-Film ist.

In der vorstehenden Vorrichtung besteht das Problem in der Streuung der Eigenschaften des Übergangs, z. B. der supra leitenden, kritischen Stromstärke Ic in einer Vorrichtung mit Josephson-Übergang mit Hochtemperatur-Supraleiter. Bei dem Sperrschicht-Herstellungsverfahren unter Verwendung der Dünn film-Aufwachsmethode ist es schwierig zu erreichen, daß die dün ne Sperrschicht mit ausreichender Gleichmäßigkeit aufwächst. Im Ergebnis ist die Abdeckung der unteren supraleitenden Schicht durch die Sperrschicht niedrig bzw. schlecht, so daß die Eigen schaftsstreuung zwischen den Übergängen groß ist. Aus diesem Grund wurde das Studium der Josephson-Übergang-Vorrichtung mit Hochtemperatur-Supraleiter unter Verwendung einer Schnittstel len- bzw. Grenzschichtsteuertechnik durchgeführt, ohne daß die Dünnfilm-Aufwachstechnik verwendet wurde, wie in "APPLIED PHY SICS LETTERS, VOL. 71, Nr. 17, Oktober 1997, Seiten 2526-2528" beschrieben wird. Bei diesem Verfahren wird, nachdem die untere supraleitende Schicht in eine vorgegebene Form geätzt wurde, eine Kombination aus einem Ausheilprozeß in einem Vakuum und eines Bestrahlungsprozesses mit beschleunigten Ionen durchge führt. Durch den Kombinationsprozess wird der Oberflächenab schnitt der unteren supraleitenden Schicht in der Kristallstruk tur verändert, damit sie die Funktion als Sperrschicht aufweisen kann. Es gibt jedoch die Abweichung bzw. Streuung des kritischen Stromwertes Ic von (1 s = ± 8%) sogar in den 10 Proben der Jo sephson-Übergang-Vorrichtung mit Hochtemperatur-Supraleiter, die durch das vorstehende Verfahren hergestellt wurden.

Auch ist als supraleitendes Material für eine Josephson-Über gang-Vorrichtung mit Hochtemperatur-Supraleiter ein Material aus dem Kupferoxid-System verwendbar und in dem Hochtemperatur bereich anwendbar. In diesem Fall ist es jedoch besonders schwierig, die Sperrschicht auszubilden. Da die Kohärenzlänge nur 1 bis 2 nm in dem Kupferoxid-Systemmaterial kurz ist, ist es erforderlich, daß die Sperrschicht des Josephson-Übergangs auch eine Filmdicke von ungefähr gleich der Kohärenzlänge hat. Wenn die Filmdicke der Sperrschicht dicker bzw. stärker wird als die Kohärenzlänge, kann der Josephson-Strom kaum fließen und die Qualität des Josephson-Übergangs verschlechtert sich. Im Ergeb nis wird die Funktion manchmal nicht erreicht. Bei dem herkömm lichen Verfahren ist es jedoch sehr schwierig, die Sperrschicht eines derart dünnen Filmes tatsächlich auszubilden.

In Verbindung mit der vorstehenden Beschreibung werden eine Jo sephson-Übergang-Vorrichtung und ein Herstellungsverfahren für diese in der offengelegten, japanischen Patentanmeldung (JP-A- Heisei 3-94486) offenbart. In dieser Schrift werden ein Hochtem peratur-Oxidsupraleiter aus LnBa₂Cu₃O_7-8 und ein Isolator aus Ln₂BaCuO₅, der aus den gleichen Elementen wie der Supraleiter aufgebaut ist, kontinuierlich in einer Sputtervorrichtung herge stellt. Dann wird ein Ausheilprozeß bei einer vorgegebenen Tem peratur in einer Sauerstoffatmosphäre ausgeführt, um eine Jo sephson-Übergang-Vorrichtung zu erzeugen.

Ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung vom Sperrschichttyp ist in der offengelegten, japanischen Pa tentanmeldung (JP-A-Heisei 4-317381) offenbart. In dieser Schrift wird ein YBaCuO-Oxid-Supraleiter-Dünnfilm auf einem Sub strat ausgebildet. Der Herstellungsvorgang wird durch ein CVD- Verfahren, ein Sputterverfahren oder ein Dampfab scheidungsverfahren ausgeführt. Als nächstes werden Fe-Ionen in den dünnen Film aus dem Oxid-Supraleiter injiziert und die inji zierten Ionen werden in der Innenrichtung bzw. im Inneren des Dünnfilms durch einen Erwärmungsvorgang verteilt, um eine Sperr schicht auszubilden. Als nächstes wird die Oberfläche der Sperr schicht entfernt, die eine physikalische Beschädigung bzw. einen Schaden durch die Ionenimplantation erlitten hat. Danach wird ein dünner Film bzw. eine dünne Schicht aus einem YBaCuO-Oxid- Supraleiter auf der Sperrschicht als eine Gegenelektrode des Oxid-Supraleiter-Dünnfilms ausgebildet.

Auch in der offengelegten, japanischen Patentanmeldung (JP-A- Heisei 10-173246) sind ein Hochtemperatur-SSNS, eine SNS-Jo sephson-Übergang-Vorrichtung und ein Herstellungsverfahren dafür offenbart. In dieser Schrift wird eine erste supraleitende (HTS) Schicht mit der hohen kritischen Temperatur Tc auf einem Sub strat ausgebildet und eine erste dielektrische Schicht wird auf der HTS-Schicht ausgebildet. Die erste HTS-Schicht und die die lektrische Schicht haben eine geneigte bzw. schräge Kante. Eine 3-schichtige SNS-Struktur ist auf der schrägen Kante ausgebil det, um einen 4-schichtigen SSNS-Übergang auszubilden.

Auch ist das Untersuchungsergebnis des Faktors, der den Wider stand des SNS-Kanten-Übergangs beeinflusst, der Co-dotiertes YBaCuO als eine gewöhnliche Metallschicht verwendet, in "High- Resistance SNS Edge Junctions (SNS-Kanten-Übergänge mit hohem Widerstand)" von Brian D. Hunt (6th International Superconducti ve Electronics Conference 1997) beschrieben.

Überblick über die Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Josephson-Übergang-Vorrichtung mit Hochtemperatur-Supralei ter bereitzustellen, in der eine Sperrschicht mit einer gleich mäßigen Filmdichte und mit einem gleichmäßigen Aufbau mit einer guten Reproduzierbarkeit und einer geringen Streuung ausgebildet werden kann und die überlegen in den Eigenschaften ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Josephson-Übergang-Vorrichtung bereitzustellen, in der eine gute Sperrschicht unter Verwendung eines Kupferoxidsystem-Mate rials als supraleitendes Material ausgebildet werden kann und die bei einer höheren Temperatur angewendet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1, durch den Josephson-Übergang nach Anspruch 34 bzw. durch die Jo sephson-Übergang-Vorrichtung nach Anspruch 44 gelöst.

Um einen Aspekt der vorliegenden Erfindung zu erreichen, weist ein Verfahren (vgl. Anspruch 1) zum Herstellen eines Josephson- Übergangs auf:
Ausbilden einer ersten supraleitenden Schicht auf einem Sub strat;
Ausbilden eines Isolationsfilms bzw. isolierenden Films auf der ersten supraleitenden Schicht;
Ätzen des Isolationsfilms, damit er einen schrägen bzw. geneig ten Abschnitt hat;
Ätzen der ersten supraleitenden Schicht unter Verwendung des ge ätzten Isolationsfilms als eine Maske, damit sie einen schrägen Abschnitt hat bzw. erhält;
Ausbilden einer Sperrschicht auf einer Oberfläche des schrägen Abschnitts der ersten supraleitenden Schicht; und
Ausbilden einer zweiten supraleitenden Schicht auf der Sperr schicht und auf dem schrägen Abschnitt der Isolationsschicht.

Um einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung zu erhalten, weist ein Verfahren zum Herstellen eines Josephson-Übergangs auf:
Ausbilden einer ersten supraleitenden Schicht auf einem Sub strat;
Ausbilden eines Isolationsfilms auf der ersten supraleitenden Schicht;
Ätzen des Isolationsfilms und der supraleitenden Schicht, damit ein schräger Abschnitt erzeugt wird;
Ausbilden einer Sperrschicht auf einer Oberfläche des schrägen Abschnitts der ersten supraleitenden Schicht; und
Ausbilden einer zweiten supraleitenden Schicht auf der Sperr schicht und dem schrägen Abschnitt der Isolationsschicht.

Die erste supraleitende Schicht und die zweite supraleitende Schicht sind bevorzugt supraleitende Schichten aus einem Kup feroxid-System. In diesem Fall kann die supraleitende Schicht aus dem Kupferoxid-System eine supraleitende Schicht aus YBaCuO sein.

Die zweite supraleitende Schicht kann auch in der gleichen Kam mer ausgebildet werden, ohne daß sie einer Atmosphäre ausgesetzt wird, nachdem der geneigte Abschnitt der ersten supraleitenden Schicht ausgebildet worden ist.

Die Sperrschicht hat vorzugsweise eine Filmdicke gleich oder ge ringer als 2 nm. Die Sperrschicht hat auch vorzugsweise eine Pe rowskit-Struktur. In diesem Fall kann ein Material der Sperr schicht eine Gitterkonstante von 0,41 nm bis 0,43 nm haben.

Der Isolationsfilm kann auch zumindest ein Element haben, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus La, Sr, Al, Ca und Ta be steht.

Eine Zusammensetzung der Sperrschicht kann Y_1-xBa₁Cu_xO_y sein (x ist in einem Bereich von 0 bis 1). Insbesondere kann x gleich oder kleiner als 0,5 oder 0 sein.

Die Sperrschicht enthält vorzugsweise zumindest ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus La, Sr, Al, Ca und Ta be steht, die von der Isolationsschicht oder dem Substrat geliefert werden.

Die erste supraleitende Schicht und die Isolationsschicht werden durch ein Ablagerungsverfahren mit gepulstem Laser (pulsed laser deposition) ausgebildet.

Die erste supraleitende Schicht kann bei einer ersten Substrat temperatur ausgebildet werden und die Isolationsschicht kann bei einer zweiten Substrattemperatur, die unter der ersten Substrat temperatur ist, ausgebildet werden.

Das Ätzen einer ersten supraleitenden Schicht kann das Ätzen der ersten supraleitenden Schicht während der Bestrahlung mit iner ten Gasionen aufweisen. In diesem Fall kann das Ätzen einer er sten supraleitenden Schicht das Ätzen der ersten supraleitenden Schicht während der Bestrahlung mit inerten Gasionen und der Drehung des Substrats aufweisen.

Das Ätzen der ersten supraleitenden Schicht und einer Isolati onsschicht kann das Ätzen der ersten supraleitenden Schicht und der Isolationsschicht während einer Bestrahlung mit inerten Ga sionen aufweisen. In diesem Fall kann das Ätzen einer ersten su praleitenden Schicht und einer Isolationsschicht das Ätzen der Isolationsschicht und der ersten supraleitenden Schicht während der Bestrahlung mit inerten Gasionen und der Rotation des Sub strats aufweisen.

Die Isolationsschicht kann, während die erste supraleitende Schicht geätzt wird, derart geätzt werden, daß zumindest eines der Elemente der Isolationsschicht auf einer Oberfläche des schrägen Abschnitts der ersten supraleitenden Schicht wieder ab gelagert wird.

Das Ausbilden einer Sperrschicht kann das Ionenätzen einer Ober fläche des schrägen Abschnitts des Isolationsfilms und einer Oberfläche des schrägen Abschnitts der ersten supraleitenden Schicht aufweisen. Zu diesem Zeitpunkt bzw. bei diesem Schritt kann das Ionenätzen ein Ionenätzen der Oberfläche des schrägen Abschnitts des Isolationsfilms und der Oberfläche des schrägen Abschnitts der ersten supraleitenden Schicht derart enthalten, das zumindest eines der Elemente der Isolationsschicht auf der Oberfläche des schrägen Abschnitts der ersten supraleitenden Schicht wieder abgelagert wird. In diesem Fall kann ein Oberflä chenabschnitt des schrägen Abschnitts, wo zumindest das eine Element wieder abgelagert wird, eine amorphe Schicht ausbilden.

Das Verfahren kann weiterhin das Erwärmen des Substrats in einer Sauerstoffatmosphäre und das Kristallisieren des Oberflächenab schnitts des schrägen Abschnitts aufweisen, wo das zumindest eine Element wieder abgelagert wird. In diesem Fall kann das Kristallisieren ein Abschnitt bzw. Teil des Ausbildens einer zweiten supraleitenden Schicht sein.

Das Verfahren kann weiterhin das Ändern einer Struktur und der Zusammensetzung eines Oberflächenabschnitts des schrägen Ab schnitts der ersten supraleitenden Schicht durch eine Bestrah lung mit Ionen bzw. durch eine Beschädigung oder Einwirkung durch- Ionenbestrahlung aufweisen. In diesem Fall kann das Ändern die Kristallisierung des Oberflächenabschnitts des schrägen Ab schnitts der ersten supraleitenden Schicht aufweisen, während ein Erwärmen der ersten supraleitenden Schicht in einer Sauer stoffatmosphäre ausgeführt wird.

Um eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erfüllen weist ein Verfahren zum Herstellen des Josephson-Übergangs auf:
Ausbilden einer ersten supraleitenden Schicht auf einem Sub strat;
Ausbilden einer isolierenden Zwischenschicht auf der ersten su praleitenden Schicht;
Ausbilden einer zweiten supraleitenden Schicht auf der iso lierenden Zwischenschicht als eine Sperrschicht;
Ätzen der zweiten supraleitenden Schicht und der Sperrschicht, um zwei oder mehr Elektroden auszubilden; und
Ausbilden einer Isolationsschicht zwischen den zwei oder mehr Elektroden.

Die erste supraleitende Schicht und die zweite supraleitende Schicht sind eine supraleitende Schicht aus einem Kupferoxid-Sy stem. In diesem Fall ist die supraleitende Schicht aus dem Kup feroxid-System eine supraleitende YBaCuO-Schicht. In diesem Fall hat die Sperrschicht eine Filmdicke gleich oder kleiner als 2 nm.

Das Verfahren kann weiterhin das Ausführen einer Ionen bestrahlung eines Oberflächenabschnitts der ersten supraleiten den Schicht enthalten, um eine Beschädigung bzw. Veränderung des Oberflächenabschnitts der ersten supraleitenden Schicht zu er zeugen, bevor die Sperrschicht auf der ersten supraleitenden Schicht ausgebildet wird. In diesem Fall kann das Ausführen der Ionenbestrahlung das Ausführen der Ionenbestrahlung bei einer Temperatur des Substrats in einem Bereich von Raumtemperatur bis 700°C aufweisen.

Um noch einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung zu er füllen, hat ein Josephson-Übergang eine erste supraleitende Schicht, die auf einem Substrat ausgebildet ist und einen schrä gen bzw. geneigten Abschnitt hat, einen Isolationsfilm, der auf der ersten supraleitenden Schicht ausgebildet ist und einen schrägen Abschnitt hat, der dem schrägen Abschnitt der ersten supraleitenden Schicht folgt bzw. an diese anschließt, eine Sperrschicht (barrier layer), die auf dem schrägen Abschnitt der ersten supraleitenden Schicht ausgebildet ist und die eine Film dicke bzw. Schichtdicke hat, die gleich oder kleiner als 2 nm ist, und eine zweite supraleitende Schicht, die auf dem schrägen Abschnitt des Isolationsfilms und dem schrägen Abschnitt der Sperrschicht ausgebildet ist.

Die erste supraleitende Schicht und die zweite supraleitende Schicht können hier eine supraleitende Schicht aus einem Kup feroxid-System sein. In diesem Fall kann die Schicht aus dem Kupferoxid-System eine supraleitende YBaCuO-Schicht sein.

Die Sperrschicht kann eine Perowskit-Struktur haben. In diesem Fall kann ein Material der Sperrschicht eine Gitterkonstante von 0,41 nm bis 0,43 nm haben.

Die Isolationsschicht kann zumindest ein Element aufweisen, das aus der Gruppe mit den Elementen La, Sr, Al, Ca und Ta ausge wählt ist.

Eine Zusammensetzung der Sperrschicht ist vorzugsweise Y_1-xBa₁Cu_xO_y (x ist in dem Bereich von 0 bis 1). Der Wert von x kann gleich oder kleiner als 0,5 sein oder 0 sein.

Um einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, hat ein Josephson-Übergang eine erste supraleitende Schicht, die auf einem Substrat ausgebildet ist, zwei oder mehr isolierende Zwischenschichten, die auf der ersten supraleitenden Schicht vorgesehen sind und voneinander entfernt sind und eine Filmdicke gleich oder kleiner als 2 nm haben, und zwei oder mehr zweite supraleitende Schichten, die auf den isolierenden Zwischen schichten entsprechend ausgebildet sind.

Die erste supraleitende Schicht und die zweite supraleitende Schicht können hier eine supraleitende Schicht aus einem Kup feroxid-System sein. Die supraleitende Schicht aus einem Kup feroxid-System kann eine supraleitende Schicht aus YBaCuO sein.

Um noch einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erfül len zu können, wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines Jo sephson-Übergangs ein Material einer Isolationsschicht, die auf einer ersten supraleitenden Schicht ausgebildet wird, in die er ste supraleitende Schicht (ein) diffundiert, um eine Sperrschicht auf einem Oberflächenabschnitt der ersten supraleitenden Schicht auszubilden, und wird eine zweite supraleitende Schicht auf der Sperrschicht ausgebildet, um einen Josephson-Übergang auszubil den.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Diagramm über den wesentlichen Teil der Ausführung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A bis 2G sind Diagramme eines Herstellungsverfahrens eines Hochtemperatur-Supraleiter-Josephson- Übergangs vom Kantentyp gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3A bis 3G sind Diagramme eines Herstellungsverfahrens eines Hochtemperatur-Supraleiter-Josephson- Übergangs vom Kantentyp gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 4A bis 4G sind Diagramme eines Herstellungsverfahrens des Hochtemperatur-Supraleiter-Josephson-Übergangs vom Sandwichtyp gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Eine Sperrschicht in der vorliegenden Erfindung ist eine Schicht, die zwischen einer oberen supraleitenden Schicht und einer unteren supraleitenden Schicht angeordnet ist. Die Sperr schicht hat die Eigenschaft eines Halbleiters oder eines Isola tors in der Temperaturabhängigkeit. Der spezifische Widerstand der Sperrschicht bei Raumtemperatur (25°C) beträgt gleich 1 mOcm oder mehr. Es ist erwünscht, daß die Sperrschicht eine Filmdicke gleich oder kleiner als 10 nm hat, damit diese Funkti on erhalten werden kann. Die untere Grenze der Filmdicke ist nicht speziell definiert. Die Sperrschicht ist im allgemeinen mit einer Dicke von ungefähr einer Atomschicht ausreichend, was jedoch auch von dem Material der Sperrschicht abhängt. Es wird darauf hingewiesen, daß es von Vorteil ist, wenn die Filmdicke der Sperrschicht gleich oder kleiner als 2 nm ist, wenn das Ma terial aus einem Kupferoxid-System für die supraleitende Schicht verwendet wird.

In der vorliegenden Erfindung bedeutet "Diffusion", daß Elemente aus nicht supraleitendem Material oder Ionen, die eine vorgege bene kinetische Energie haben, physisch in eine Schicht einge führt werden und daß die Elemente oder Ionen in der Schicht thermisch diffundieren.

In der vorliegenden Erfindung bedeutet "Veränderung des Mate rials", daß der Oberflächenabschnitt der Materialschicht in der Struktur verändert wird und physisch in der Zusammensetzung durch die nicht supraleitenden Materialelemente oder Ionen, die die vorgegebene kinetische Energie haben, verändert wird.

Das supraleitende Material der vorliegenden Erfindung ist vor zugsweise ein Kupferoxid-System. Wenn das Kupferoxid systemmaterial als supraleitendes Material verwendet wird, ist die Josephson-Übergang-Vorrichtung in einem Hoch temperaturbereich anwendbar. Wie vorstehend erwähnt wurde, gibt es, wenn das Kupferoxidsystemmaterial verwendet wird, ein beson deres Problem darin, daß die Ausbildung der Sperrschicht auf grund der kurzen Kohärenzlänge besonders schwierig ist. In der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch zumindest einen der folgenden Wege gelöst. Das heißt, daß das nicht supralei tende Material auf der Oberfläche der unteren supraleitenden Schicht wieder abgelagert wird und daß die Sperrschicht durch die Diffusion der Elemente oder Ionen aus dem nicht supraleiten den Material ausgebildet wird, oder, daß das Material, das be stimmte Elemente enthält, als das nicht supraleitende Material für die Sperrschicht ausgewählt wird. Ansonsten kann der Ober flächenabschnitt der unteren supraleitenden Schicht im Material durch eine Ionenbestrahlung geändert werden. Es wird darauf hin gewiesen, daß YBaCuO als das Material des zuvor erwähnten Kup feroxid-Systems bevorzugt wird. Es ist besonders einfach für Elemente aus dem nicht supraleitenden Material wie z. B. La, Sr, Al, Ta und Ca in die YBaCuO-Schicht einzudiffundieren. Deshalb kann die Sperrschicht mit einer gleichmäßigen Film- bzw. Schichtdicke und mit einer gleichmäßigen Zusammensetzung in der YBaCuO-Schicht oder auf dem Oberflächenabschnitt der YBaCuO- Schicht ausgebildet werden.

In der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, daß das Mate rial der Sperrschicht die Perowskit-Struktur hat. Ein Epitaxie wachstum wird auf diese Art und Weise einfacher. Das Epita xieaufwachsen auf der YBaCuO-Schicht wird insbesondere verbes sert. Die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung bzw. des Aufbaus und der Filmdicke der Sperrschicht kann somit verbessert werden.

In der vorliegenden Erfindung kann ein Maskenmaterial für Ione nätzen, eine isolierende Zwischenschicht bzw. eine Zwischen schicht-Isolationsschicht und ein Substrat zumindest eines der Elemente La, Sr, Al, Ta oder Ca enthalten. Zumindest eines die ser Elemente diffundiert somit in die untere supraleitende Schicht bzw. in dieser, wenn ein Kantenabschnitt der unteren su praleitenden Schicht durch das Ionenätzen ausgebildet wird. In der vorliegenden Erfindung sind alle, wenn der kantige Oberflä chenabschnitt der unteren supraleitenden Schicht durch das Ione nätzen gereinigt wird, der vorstehenden Elemente wie La, Sr, Al, Ta und Ca dem Oberflächenabschnitt des Substrats oder der iso lierenden Zwischenschicht ausgesetzt. In diesem Fall ist es mög lich, daß die freiliegenden bzw. ausgesetzten Elemente der unte ren supraleitenden Schicht durch die Phänomene wie z. B. einer Wiederanlagerung der freiliegenden Elemente an der Oberfläche der unteren supraleitenden Schicht und der Oberflächendiffusion zugeführt werden können. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Elemente von einer externen Aufdampf- bzw. Gasphasequelle (vapor source) aus zugeführt werden können. Z.B. werden, wenn YBaCuO als das Material für die untere supraleitende Schicht verwendet wird, die zuvor erwähnten Elemente mit den Elementen wie Y, Ba, Cu und O in dem Oberflächenabschnitt der unteren supraleitenden Schicht durch die Ionenbestrahlung gemischt. Die gemischten Ele mente kristallisieren durch einen Erwärmungsvorgang. Auf diese Art und Weise wird eine gleichmäßige Sperrschicht auf dem Kan tenabschnitt der unteren supraleitenden Schicht hergestellt. Im Ergebnis kann eine Josephson-Übergang-Vorrichtung mit Hoch temperatur-Supraleiter vom Kantentyp mit einer hohen Gleichmä ßigkeit hergestellt werden.

Auch kann ein dünner Film, der die Elemente wie z. B. La, Sr, Al, Ta und Ca enthält, als Sperrschicht auf der unteren supraleiten den Schicht abgelagert werden und die obere supraleitende Schicht kann wiederum auf der Sperrschicht abgelagert werden. Auf diese Art und Weise kann eine gleichmäßige Sperrschicht auf der unteren supraleitenden Schicht derart ausgebildet werden, daß die Josephson-Übergang-Vorrichtung mit Hochtemperatur-Supra leiter vom Sandwichtyp mit einer hohe Gleichmäßigkeit herge stellt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, daß beschleunig te Ionen auf die untere supraleitende Schichtoberfläche oder die Sperrschicht auftreffen. Dabei werden das Material in dem Ober flächenabschnitt der unteren supraleitenden Schicht und zumin dest eines der zuvor erwähnten Elemente effektiv derart ge mischt, daß eine gleichmäßigere Sperrschicht ausgebildet werden kann.

Nachfolgend wird die Josephson-Übergang-Vorrichtung der vorlie genden Erfindung im Detail beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht der Josephson-Übergang- Vorrichtung der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 1 ist die Vorrichtung mit Josephson-Übergang der vorliegenden Erfindung aus einer unteren supraleitenden Schicht 2, einer Sperrschicht 3 und einer oberen supraleitenden Schicht 4 zusammengesetzt, die auf einem Substrat 1 in dieser Reihenfolge vorgesehen sind. Die Sperrschicht ist zwischen der unteren supraleitenden Schicht und der oberen supraleitenden Schicht sandwichartig vorgesehen. Die Sperrschicht besteht aus zwei Schichten: einer Schicht, die aus dem Material besteht, das zumindest eines der Elemente wie z. B. La, Sr, Ca, Al und Ta enthält, und die andere Schicht ist mit zumindest einem der zuvor erwähnten Elemente ausgebildet, die in der unteren supraleitenden Schicht eindiffundiert sind. Durch Anwenden dieser Struktur kann die Sperrschicht mit einer gleich mäßigen Filmdicke und mit einer gleichmäßigen Zusammensetzung mit Reproduzierbarkeit ausgebildet werden. Die obere supralei tende Schicht und die untere supraleitende Schicht bilden des halb niemals einen Kurzschluß, wenn die Sperrschicht sehr dünn ist. Wenn der Josephson-Übergang unter Verwendung einer solchen Struktur hergestellt wird, können Josephson-Übergang-Vorrichtun gen mit guten und überragenden Eigenschaften hergestellt werden.

Fig. 2A bis 2G zeigen ein Verfahren zum Herstellen der Jo sephson-Übergang-Vorrichtung mit Hochtemperatur-Supraleiter vom Kantentyp gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Er findung.

Gemäß Fig. 2A wird zuerst ein Aufwachsprozeß für einen zwei schichtigen Film beschrieben. Die untere supraleitende Schicht 2 aus YBa₂Cu₃O_x wird auf dem Substrat 1 ausgebildet und die Isola tionsschicht 5 aus LaSrAlTaO wird auf der unteren supraleitenden Schicht 2 ausgebildet. Somit wird ein zweischichtiger dünner Film ausgebildet. Die beiden Dünnfilmschichten wachsen unter Verwendung eines Ablagerungsverfahren mit gepulstem Laser auf. Der Laser ist ein Excimer-Laser aus KrF. Die Laserwellenlänge beträgt 248 nm, der Laserausgang beträgt 900 mJ und die Laser wiederholungsfrequenz beträgt 7 Hz. Als Aufwachsverfahren für den dünnen Film können auch andere Verfahren, zum Beispiel ein Sputterverfahren und verschiedene Ablagerungsverfahren, z. B. ein Elektronenstrahl-Ablagerungsverfahren bzw. ein Ablagerungsver fahren unter Verwendung einer Wärmequelle, verwendet werden.

Ein LaSrAlTaO(100)-Einkristall wird als Substrat 1 verwendet. Der Aufbau des Substrats ist (La_0,30Sr_0,70) (Al_0,65Ta_0,35) O₃. Die Größe des Substrats nimmt ein Quadrat mit 15 mm × 15 mm ein und die Dicke beträgt 0,5 mm. Die untere supraleitende Schicht 2 aus YBa₂Cu₃O_x wächst zuerst auf dem Substrat 1 in einer Filmauf wachskammer auf, bis sie eine Filmdicke von ungefähr 300 nm hat. Ein gesintertes Target mit der Zusammensetzung aus YBa₂Cu₃O_x wird als Target bzw. Auftreffplatte verwendet. Die Substrattem peratur während des Aufwachsvorgangs beträgt 700°C und das Um gebungsgas ist ein Sauerstoffgas und hat einen Sauerstoffpar tialdruck von ungefähr 200 mTorr. Der aufgewachsene Dünnfilm ist ein Dünnfilm mit einer c-Achse-Ausrichtung. Es gibt kaum eine andere Phase als YBa₂Cu₃O_x und die Oberfläche des erzeugten Dünnfilms ist flach bzw. eben. Die kritische Temperatur Tc des Supraleiters liegt in einem Bereich von ungefähr 85 bis 89 K.

Nachdem die untere supraleitende YBa₂Cu₃O_x-Schicht 2 aufge wachsen ist, wird die Isolationszwischenschicht 5 aus LaSrAlTaO in der gleichen Schichtaufwachskammer ausgebildet, bis sie eine Filmdicke von ungefähr 600 nm hat. Dabei wird ein Einkristall aus LaSrAlTaO als Target verwendet. Der Aufbau des Einkristalls ist (La_0,30Sr_0,70) (Al_0,65Ta_0,35) O₃. Auch ein an derer Aufbau kann verwendet werden, wenn der Aufbau in einem Be reich von (La_0,30±0,20Sr_0,70±0,20) (Al_0,65±0,20Ta_0,35±0,20) O_3±1 ist. Die Substrattemperatur ist auf eine um 10 bis 20°C niedri gere Temperatur als die Substrattemperatur des aufgewachsenen Materials der YBa₂Cu₃O_x-Schicht eingestellt und der Sauerstoff partialdruck beträgt 100 mTorr. Nachdem die zweischichtige Dünnfilmschicht aufgewachsen ist, wird das Substrat für ungefähr eine Stunde in dem Sauerstoffumgebungsgas bei 500 Torr gekühlt und wird dann aus der Filmaufwachskammer entnommen.

Die Filmaufwachsbedingungen und die Filmdicke, die zuvor be schrieben wurden, können geändert werden, solange ein guter Jo sephson-Übergang erreicht wird. Das Target kann ein gesinteter Körper sein, aber das Einkristalltarget wird bevorzugt, da der gesinterte Körper eine niedrigere Dichte als der Einkristall hat. Im Ergebnis werden manchmal feine Partikel auf dem Dünnfilm aufgrund des Ablagerungsverfahrens mit gepulstem Laser in einer höheren Dichte erzeugt.

Nachfolgend wird der Herstellungsvorgang einer Kantenstruktur durch ein Ätzverfahren beschrieben. Der Ätzprozeß ist in einen ersten Prozeß zum Ausbilden einer Ätzmaske aus der Isolations zwischenschicht aus LaSrAlTaO und in einen zweiten Prozeß zum Ausbilden eines supraleitenden Kantenabschnitts unter Verwendung der Maske unterteilt.

Zuerst wird nachfolgend der erste Ätzprozeß beschrieben. Eine Photoresistschicht bzw. Photolackschicht wird mit 1,2 µm auf den Dünnfilm mit zwei Schichten aus LaSrAlTaO/YBa₂Cu₃O_x aufgeschleu dert (spin-coated). Die Photoresistschicht wird dann unter Ver wendung des herkömmlichen Photolithographieverfahrens struk turiert. Dabei wird ein Abschnitt des Isolationszwischenschicht- Musters, der als Kantenübergang wirkt, derart geätzt, daß er pa rallel zu der [100] Richtung oder [010] Richtung der Substrat kristallstruktur ist.

Wie in Fig. 2B gezeigt wird, wird nach der Strukturierung ein Aufschmelzprozeß (reflow process) der Photoresistschicht für 20 Minuten bei 160°C ausgeführt. Im Ergebnis wird der Endabschnitt der Photoresistschicht 6 (ab)gerundet, damit er eine leichte Schräge bzw. Neigung hat.

Als nächstes, wie in Fig. 2C gezeigt ist, wird die Isolations zwischenschicht 5 durch ein Ionenstrahlätzverfahren derart ge ätzt, daß die LaSrAlTaO-Maske für den Kantenabschnitt der supra leitenden Schicht ausgebildet wird. Bei diesem Vorgang strahlen bzw. treffen Ar-Ionen 7 mit einem Winkel von ungefähr 30 Grad zu der Substratoberfläche bei rotierendem Substrat auf. Dieser Win kel kann ein anderer Winkel als 30 Grad sein, soweit der Neigungswinkel des Kantenabschnitts der supraleitenden Schicht, der letztendlich ausgebildet wird, zu groß wird, so daß Kri stallkörner mit unterschiedlichen Orientierungen auf dem geneig ten Kantenabschnitt wachsen. Die Ionenbeschleunigungsspannung beträgt 400 V und der Ionenstrom beträgt 50 mA.

Als nächstes, wie in Fig. 2D gezeigt ist, wird nach dem Ätzpro zeß das Substrat mittels Ultraschall unter Verwendung von Azeton und dann von Isopropanol derart gereinigt, daß die Photoresist schicht gelöst und entfernt wird. Schließlich wird das Substrat für 30 Minuten in einem Sauerstoffplasma gereinigt, das bei 400- W RF bzw. Hochfrequenz aktiviert wird.

Als nächstes wird der zweite Ätzprozeß beschrieben.

Wie in Fig. 2E gezeigt ist, wird bei diesem Prozeß die untere supraleitende Schicht 2 aus YBa₂Cu₃O_x unter Verwendung der Iso lationszwischenschicht 5 aus LaSrAlTaO als Maske geätzt, damit der Kantenabschnitt der supraleitenden Schicht erzeugt werden kann. Bei diesem Prozeß werden Ar-Ionen 8 bei dem Winkel von un gefähr 45 Grad gegenüber der Substratoberfläche bei rotierendem Substrat aufgestrahlt. Da der Auftreffwinkel der Ar-Ionen keinen großen Einfluß auf den Winkel des Kantenabschnitts bei diesem Ätzvorgang hat, kann der Auftreffwinkel in einem Bereich von un gefähr 20 bis 60 Grad sein. Die Ionenbeschleunigungsspannung be trägt 200 V und der Ionenstrom beträgt 15 mA. Um eine Sauer stoffverarmung von der Oberfläche des Kantenabschnitts der su praleitenden Schicht zu vermeiden, wird das Ätzen ausgeführt, während der Sauerstoff, der mit einer Mikrowelle von 2,45 GHz und 120 W aktiviert wird, auf das Substrat gelenkt wird.

Die Isolationszwischenschicht 5 wird bei dem zweiten Ätzprozeß geätzt und die Elemente wie z. B. La, Sr, Al und Ta werden ge sputtert bzw. abgetragen und auf der Oberfläche der unteren su praleitenden Schicht 2 wieder aufgetragen. Die Elemente, die auf der Oberfläche wieder aufgetragen werden, z. B. La, Sr, Al und Ta, diffundieren thermisch bei dem Herstellungsprozeß der oberen supraleitenden Schicht 4 ein und dann wird die Sperrschicht 2 ausgebildet, die zumindest eines der Elemente wie z. B. La, Sr, Al und Ta enthält.

Nach dem Ätzprozeß wird, um eine Ätzbeschädigung der Kantenober fläche zu vermindern, ein Reinigungsvorgang durch niedrig be schleunigte Ionen ausgeführt, während das Substrat rotiert. In diesem Fall beträgt die Ionenbeschleunigungsspannung 50 V, der Ionenstrom 10 mA und die Reinigungszeit 10 Minuten. Der akti vierte Sauerstoff wird in den Reinigungsvorgang auch eingeführt, wie zuvor beschrieben wurde. Es wird darauf hingewiesen, daß dieser Reinigungsvorgang ein verzichtbarer Vorgang bei der Her stellung der Josephson-Übergang-Vorrichtung mit Hochtemperatur- Supraleiter mit einer geringen Streuung ist.

Durch die beiden vorstehend erwähnten Ätzvorgänge werden die gleichen Kantenabschnitte der supraleitenden Schicht in 4 Rich tungen parallel zur [100] Richtung oder zur [010] Richtung des Substrats ausgebildet. Der Winkel des vollständigen bzw. erzeug ten Ätzabschnitts beträgt ungefähr 25 Grad.

Da die LaSrAlTaO-Isolationszwischenschicht selbst als Maske in dem zweiten Ätzprozeß verwendet wird, ist der Masken entfernungsvorgang nicht notwendig. Nach dem Ende der Ätzvorgän ge in einer Ätzkammer kann deshalb die Probe in eine Filmauf wachskammer transportiert werden und kann deshalb in einen Fil mausbildungsvorgang eintreten. Da die Ätzkammer und die Filmauf wachskammer durch ein Beförderungsrohr miteinander verbunden sind, kann die Probe transportiert werden, ohne daß die Oberflä che des Kantenabschnitts der supraleitenden Schicht der Atmo sphäre ausgesetzt werden muß, so daß folglich die Verunreinigung der Oberfläche des Ätzabschnittes vermieden werden kann.

Nachdem die Substrattemperatur wieder auf 700°C angehoben wor den ist, wächst die obere supraleitende Schicht 4 aus YBa₂Cu₃O_x auf dieser Struktur auf, um eine Filmdicke von ungefähr 400 nm zu erzeugen. Der Zustand beim Wachstum dieser Schicht ist der gleiche, wie beim Wachstum der unteren supraleitenden Schicht 2.

Wie in Fig. 2F gezeigt ist wird durch den zuvor beschriebenen Prozeß die Sperrschicht 3 zwischen der oberen supraleitenden Schicht und der unteren supraleitenden Schicht derart ausgebil det, daß sie aus Material zusammengesetzt ist, das zumindest vier Elemente von La, Sr, Al und Ta aufweist. Es kann erforder lich sein, daß eine Sperrschicht dicker als die zuvor erwähnte Sperrschicht sein soll. In diesem Fall kann die Sperrschicht dicker gemacht werden, indem das Material, das zumindest eines der Elemente von La, Sr, Al und Ta, und bevorzugt zumindest vier dieser Elemente, enthält, auf der unteren supraleitenden Schicht 2 abgelagert wird. Diese zusätzliche Sperrschicht kann unter den gleichen Bedingungen wie beim Aufwachsen der unteren supralei tenden Schicht 2 aufwachsen. In diesem Fall kann die Substrat temperatur in einem Bereich von Raumtemperatur bis zu 700°C sein.

Wie in Fig. 2G gezeigt ist, wird, nachdem die obere supra leitende Schicht 4 aus YBa₂Cu₃O_x aufgewachsen ist, die Probe für ungefähr eine Stunde in einer Sauerstoffumgebung von 500 Torr abgekühlt und dann herausgenommen. Die obere supraleitende Schicht 4 wird durch ein herkömmliches Lithographieverfahren und das Ionenstrahlätzverfahren (ion milling) derart bearbeitet, daß die Josephson-Übergang-Vorrichtung vom Kantentyp erzeugt wird, in der die obere supraleitende Schicht und die untere supralei tende Schicht durch die Sperrschicht 3 verbunden sind. Schließ lich werden Kontaktflächen durch Goldablagerung und ein Lift off-Verfahren bzw. Abhebeverfahren ausgebildet.

Die Eigenschaften des Josephson-Übergangs vom Kantentyp, der auf diese Art und Weise hergestellt wird, wurden ermittelt. Jede der proben zeigte gute Josephson-Eigenschaften. Shapiro-Stufen tre ten in der theoretischen Spannung in Antwort auf die Mikrowel lenbestrahlung auf. Auch die periodische Modulation des kriti schen Stroms durch ein Magnetfeld war zu beobachten. Die Strom/Spannungs-Eigenschaft zeigte ungefähr ein Verhalten mit überkritischer Dämpfung. Sie zeigte jedoch eine Hysterese bei niedriger Temperatur bis ungefähr 40 K. Das Produkt (IcRn) aus kritischem Strom und normalem Leitwiderstand war in einem Be reich von ungefähr 2 bis 2,5 mV bei 4,2 K und ungefähr 0,1 mV bei 60 K. Eine charakteristische Streuung bzw. Abweichung der Proben war gering. Die Streuung von 12 Proben bei kritischer Stromdichte beträgt 1s = ± 6% und die Streuung bei 100 Proben bei kritischer Stromdichte beträgt 1s = ± 8%. Diese Werte können durch den zuvor erwähnten Herstellungsvorgang erhalten werden, da die Josephson-Übergang-Vorrichtung mit Hochtemperatur-Supra leiter vom Kantentyp mit einer hohen Gleichmäßigkeit hergestellt wird.

Aus dem Ergebnis einer Querschnittsbetrachtung der Josephson- Übergang-Vorrichtung mittels eines Elektronenstrahlmikroskops hoher Auflösung und durch das Ergebnis der Zusammensetzungsana lyse mittels eines energiedispersiven Röntgenanalyseverfahrens, ergaben sich die nachfolgenden Tatsachen. Es wurde bestätigt, daß die Sperrschicht an der Grenze zwischen der oberen supralei tenden Schicht und der unteren supraleitenden Schicht mit einer Filmdicke von ungefähr 2 nm ausgebildet wird. Die Struktur des Materials der Sperrschicht hat sich als Perowskit-Struktur mit kubischer Symmetrie herausgestellt. Die Gitterkonstante ist in einem Bereich von 0,41 bis 0,43 nm.

In dieser Zusammensetzung nimmt Y aus der Zusammensetzung von YBa₂Cu₃O_x als Zusammensetzung der unteren supraleitenden Schicht zu und Cu bewegt bzw. verschiebt sich auf die abnehmende Seite. Ein Durchschnitt der Analysewerte bei 10 Analysepunkten betrug Y : Ba : Cu = 30 : 43 : 27 (wenn YBa₂Cu₃O_x die Zusammensetzung ist, be trägt er Y : Ba : Cu = 17 : 33 : 50).

Da die Sperrschicht sehr dünn ist, sind Informationen über die obere supraleitende Schicht und die untere supraleitende Schicht aus YBa₂Cu₃O_x in diesem Analyseergebnis enthalten. Das Ana lyseergebnis muß deshalb nicht als Zusammensetzung der Sperr schicht selbst interpretiert werden.

Unter der Annahme, daß das Sperrschichtmaterial die Perowskit- Struktur hat, ist die Zusammensetzung als ABO₃ wiedergegeben. Ein Ion, das einen relativ großen Radius hat, besetzt die Seite A und ein Ion, das einen relativ kleinen Radius hat, besetzt die Seite B. In Anbetracht des Analyseergebnisses für diese Zeit bzw. dafür und diese Ionenradien (Y3⁺: 0,89 Å, Ba2⁺: 1,34 Å, Cu2⁺: 0,72 Å) wird angenommen, daß das Sperrschichtmaterial Y_1-xBa₁Cu_xO_y ist.

Die Kantenoberfläche wurde unmittelbar nach der Ausbildung einer ähnlichen Betrachtung und Analyse unterzogen. Der Zustand "un mittelbar nach der Ausbildung" bedeutet den Zustand, bei dem eine Au-Schicht als Blindschicht für die TEM-Probe bei Raumtem peratur abgelagert wird und bei dem die Oberfläche des Kantenab schnitts keinem Ausheilvorgang unterzogen wird.

Eine amorphe Schicht mit einer Filmdicke in einem Bereich von 1 bis 2 nm, die im wesentlichen die gleiche wie die Sperrschicht war, wurde in der Oberfläche des Kantenabschnitts beobachtet. Auch war die Zusammensetzung der amorphen Schicht im wesentli chen die gleiche wie die der zuvor erwähnten Sperrschicht. Es ist deshalb klar, daß eine Zusammensetzungsänderung in dem amor phen Zustand auftritt. Es wird darauf hingewiesen, daß es einige Beispiele dafür gab, daß Cu kaum in der Zusammensetzungsanalyse der amorphen Schicht festgestellt werden konnte. Da die Au- Schicht auf der einen Seite der amorphen Schicht in dieser Probe ausgebildet wird, ist der Einfluß von YBa₂Cu₃O_x auf das Ana lyseergebnis kleiner als in dem vorstehenden Fall. Aus diesem Ergebnis geht die Möglichkeit hervor, daß Cu-Ionen nicht nur im Vergleich mit YBa₂Cu₃O_x in der amorphen Schicht vermindert sind, sondern daß Cu-Ionen auch fast verloren gehen können. Dies trifft wahrscheinlich auch auf die schließlich ausgebildete Sperrschicht zu.

Aus dem zuvor erwähnten Ergebnis wird die Bildung einer Sperr schicht wie folgt angenommen.

Das heißt, daß in dem Fall, daß der Kantenabschnitt durch das Ionenätzverfahren ausgebildet wird, die Oberfläche des Kantenab schnitts eine Beschädigung bzw. Veränderung durch die Ionenbe strahlung erleidet, wenn der Kantenabschnitt vervollständigt ist. Im Ergebnis ist der Kantenabschnitt mit der amorphen Schicht abgedeckt. In der Zusammensetzung der amorphen Schicht wird Y aus der Zusammensetzung von YBa₂Cu₃O_x durch das bevorzug te Sputterphänomen erhöht und Cu bewegt sich auf die Seite, bei der Cu abnimmt. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, daß Cu- Ionen fast vollständig verloren gehen. Man könnte sich überle gen, daß diese amorphe Schicht durch die Substrattemperaturerhö hung für das Aufwachsen der oberen supraleitenden Schicht er wärmt wird und kristallisiert, um die Sperrschicht auszubilden.

Zuletzt soll die Wirkung, daß Cu-Ionen in der amorphen Schicht abnehmen, bezüglich der Oberfläche des Kantenabschnitts betrach tet werden.

In dem Fall des Aufwachsens eines dünnen Films aus YBa₂Cu₃O_x ist es bekannt, daß, wenn der Cu-Anteil der Dünnfilmzusammensetzung 3 oder mehr wird, ein großer BaCuO_x Anteil bzw. Niederschlag in dem Dünnfilm derart erzeugt wird, daß die Ebenheit des Dünnfilms verschlechtert wird. Von diesem Gesichtspunkt aus wird es bevor zugt, daß, da die Erzeugung dieser Anteile begrenzt werden muß, es nur wenige bzw. einige Cu-Ionen in der amorphen Schicht für die Sperrschicht mit der gleichmäßigen Filmdicke gibt.

Wenn das Substrat aus SrTiO oder MgO anstelle des Substrats aus LaSrAlTaO verwendet wird, wird die Josephson-Übergang-Vorrich tung ähnlich ausgebildet. Die Abweichung des kritischen Strom werts Ic und der kritische Stromwert sind jedoch beide groß. Auch wenn das Substrat aus LaSrAlTaO verwendet wird, ist der kritische Stromwert Ic des Übergangs sehr groß, so daß der Jo sephson-Übergang nicht ausgebildet wird, wenn das Material aus SrTiO, MgO oder SrAlTaO für die Isolationszwischenschicht ver wendet wird. Wenn die Ausbildung eines Josephson-Übergangs in diesen Fällen versucht wird, ist es notwendig die Aufwachs temperatur der oberen supraleitenden Schicht von dem allgemeinen Wert aus gesehen abzusenken. Die Supraleitungseigenschaft der oberen supraleitenden Schicht wird deshalb verschlechtert. Des halb ist es wichtig, ein Material, das Elemente wie z. B. La, Sr, Al und Ta enthält, für die Isolationszwischenschicht zu verwen den. Die Isolationszwischenschicht wird für die Maske zum Zeit punkt des Ionenätzvorgangs zum Zwecke der Herstellung der Jo sephson-Übergang-Vorrichtung mit einer kleinen Eigenschafts streuung verwendet. Wenn das Material, das Elemente wie z. B. La, Sr, Al und Ta, enthält, für das Substrat verwendet wird, wird es immer noch bevorzugt.

Es wird darauf hingewiesen, daß, wenn ein (La_0,20Ca_0,80) (Al_0,60Ta_0,40) O₃ Target anstelle des (La_0,30Sr_0,70) (Al_0,65Ta_0,35) O₃ Targets verwendet wird, eine LaCaAlTaO-Isola tionszwischenschicht anstelle der LaSrAlTaO-Isolationszwischen schicht aufwächst. In diesem Fall kann der Hochtemperatur-Supra leiter-Josephson-Übergang mit kleiner Eigenschaftsstreuung auf die gleiche Art und Weise, wie vorstehend beschrieben wurde, hergestellt werden.

Fig. 3A bis 3G zeigen das Herstellungsverfahren der Josephson- Übergang-Vorrichtung mit Hochtemperatur-Supraleiter vom Kan tentyp gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung. In der zweiten Ausführungsform werden der dünne Isolati onszwischenschichtfilm und die untere supraleitende Schicht zu sammen geätzt.

Gemäß Fig. 3A wird zunächst ein Aufwachsvorgang eines zwei schichtigen Filmes beschrieben. Die untere supraleitende Schicht 2 aus YBa₂Cu₃O_x wird auf dem Substrat 1 ausgebildet und die Iso lationsschicht 5 aus LaSrAlTaO wird auf der unteren supraleiten den Schicht 2 ausgebildet. Der zweischichtige Dünnfilm wird so mit ausgebildet. Die beiden Dünnfilmschichten wachsen mittels eines Ablagerungsverfahrens mit gepulstem Laser auf. Der Laser ist ein Excimer-Laser aus KrF. Die Laserwellenlänge beträgt 248 nm. Das Laserausgangssignal beträgt 900 mJ und die Laser wiederholfrequenz beträgt 7 Hz. Als Aufwachsverfahren für den dünnen Film können auch andere Verfahren wie z. B. ein Sputter verfahren und verschiedene andere Ablagerungsverfahren, z. B. ein Elektronenstrahlablagerungsverfahren bzw. ein Ablagerungsver fahren unter Verwendung einer Wärmequelle verwendet werden.

Ein LaSrAlTaO (100) Einkristall wird als Substrat 1 verwendet. Der Aufbau des Substrats ist (La_0,30Sr_0,70) (Al_0,65Ta_0,35) O₃. Die Größe des Substrats beträgt ein Quadrat von 15 mm × 15 mm und die Dicke beträgt 0,5 mm. Die untere supraleitende Schicht 2 aus YBa₂Cu₃O_x wächst zuerst auf dem Substrat 1 in einer Filmauf wachskammer auf, um eine Filmdicke von ungefähr 300 nm zu erzeu gen. Ein gesintertes Target mit der Zusammensetzung aus YBa₂Cu₃O_x wird als Target verwendet. Die Substrattemperatur wäh rend des Aufwachsens beträgt ungefähr 700°C und die Umgebungs temperatur ist ein Sauerstoffgas und hat einen Sauerstoffpar tialdruck von ungefähr 200 mTorr. Der aufgewachsene Dünnfilm ist ein Dünnfilm mit einer c-Achsen-Orientierung. Es gibt kaum eine andere Phase als YBa₂Cu₃O_x und die Oberfläche des Dünnfilms ist flach bzw. eben. Die kritische Supraleitertemperatur Tc ist auch in einem Bereich von ungefähr 85 bis 89 K.

Nachdem die untere supraleitende Schicht 2 aus YBa₂Cu₃O_x ge wachsen ist, wird die Isolationszwischenschicht 5 aus LaSrAlTaO in der gleichen Filmaufwachskammer ausgebildet, bis eine Filmdicke von ungefähr 300 nm erreicht ist. Zu diesem Zeit punkt wird ein Einkristall aus LaSrAlTaO als Target verwendet. Der Aufbau des Einkristall-Targets ist (La_0,30Sr_0,70) (Al_0,65Ta_0,35) O₃. Ein anderer Aufbau kann verwendet werden, wenn die Zusammensetzung in einem Bereich von (La_0,30±_0,20Sr_0,70±_0,20) (Al_0,65±0,20Ta_0,35±0,20) O_3±1 ist. Die Substrattemperatur ist auf eine Temperatur um 10 bis 20°C unter der Substrattemperatur für das Wachstum der unteren supra leitenden Schicht 2 aus YBa₂Cu₃O_x gesetzt und der Sauerstoffpar tialdruck beträgt 100 mTorr. Nachdem die zweischichtige Dünn filmschicht aufgewachsen ist, wird das Substrat für ungefähr eine Stunde in einem Sauerstoffumgebungsgas bei 500 Torr gekühlt und wird dann aus der Filmaufwachskammer herausgenommen.

Der Filmaufwachszustand und die Filmdicke, die zuvor beschrieben wurde, kann geändert werden, wenn ein guter Josephson-Übergang erreicht wird.

Als nächstes wird der Ausbildungsvorgang für die Kantenstruktur durch ein Ätzverfahren beschrieben.

Zuerst wird eine Photoresistschicht durch Aufschleudern auf den zweischichtigen Dünnfilm aus LaSrAlTaO/YBa₂Cu₃O_x mit 1,2 µm auf gebracht. Die Photoresistschicht wird unter Verwendung des her kömmlichen Photolithographieverfahrens strukturiert. Dabei wird ein Abschnitt des zweischichtigen Dünnfilmmusters, das als Kan tenübergang wirkt, derart geätzt, daß er parallel zu der [100] Richtung [010] Richtung der Substratkristallstruktur ist.

Wie in Fig. 3B gezeigt ist, wird nach der Strukturierung, ein Schmelzvorgang der Photoresistschicht für 20 Minuten bei 160°C ausgeführt. Im Ergebnis wird der Endabschnitt der strukturierten Photoresistschicht 6 so gerundet, daß eine leichte bzw. sanfte Neigung vorhanden ist.

Als nächstes, wie in Fig. 3C gezeigt ist, werden die Isolations zwischenschicht 5 und die untere supraleitende Schicht 2 aus YBa₂Cu₃O_x durch ein Ionenstrahlätzverfahren derart geätzt, daß der Kantenabschnitt der supraleitenden Schicht ausgebildet wird. Bei diesem Vorgang treffen Ar-Ionen 7 mit einem Winkel von unge fähr 30 Grad gegenüber der Substratoberfläche auf, während das Substrat gedreht wird. Dieser Winkel kann ein anderer Winkel als 30 Grad sein, soweit der Neigungswinkel des Kantenabschnitts der supraleitenden Schicht, der schließlich ausgebildet wird, zu groß wird, daß Kristallkörner mit unterschiedlichen Orien tierungen bzw. Ausrichtungen auf bzw. an dem geneigten Kantenab schnitt wachsen. Die Ionenbeschleunigungsspannung beträgt 400 V und der Ionenstrom beträgt 50 mA. Bei diesem Vorgang werden Ele mente wie z. B. La, Sr, Al und Ta von der Isolationszwischen schicht 5 durch Ätzen der Isolationszwischenschicht 5 gesputtert und dann wieder auf der Oberfläche des Kantenabschnitts der un teren supraleitenden Schicht 2 aufgetragen bzw. abgelagert. Die anhaftenden Elemente wie z. B. La, Sr, Al und Ta diffundieren thermisch durch den Herstellungsvorgang der oberen supraleiten den Schicht 4 derart, daß die Sperrschicht 3 derart ausgebildet wird, daß sie zumindest eines der Elemente wie z. B. La, Sr, Al und Ta aufweist.

Als nächstes, wie in Fig. 3D gezeigt ist, und zwar nach dem Ätz vorgang, wird die Probe unter Verwendung von Azeton und dann von Isopropanol derart mittels Ultraschall gereinigt, daß die Pho toresistschicht gelöst und entfernt wird. Schließlich wird die Probe für 30 Minuten in einem Sauerstoffplasma gereinigt, das bei 400-W RF aktiviert wird.

Die Oberfläche des Kantenabschnitts der unteren supraleitenden Schicht wird dann der Atmosphäre und einem organischen Lösungs mittel derart ausgesetzt, daß eine verunreinigte Schicht an bzw. auf der Oberfläche des Kantenabschnitts durch den Entfernungs vorgang des Photoresists ausgebildet wird, der in der Atmosphäre ausgeführt wird. Die verunreinigte Schicht wird durch einen Ionenätzvorgang entfernt. Wie in Fig. 3E gezeigt ist, strahlen Ar-Ionen 8 bei diesem Vorgang mit einem Winkel von ungefähr 45 Grad zu der Substratoberfläche auf, während das Substrat gedreht wird. Da der Auftreffwinkel der Ar-Ionen keinen Einfluß auf den Winkel des Kantenabschnitts in diesem Ätzvorgang hat, kann der Auftreffwinkel in einem Bereich von ungefähr 20 bis 60 Grad sein. Die Ionenbeschleunigungsspannung beträgt 200 V und der Io nenstrom beträgt 15 mA. Um eine Sauerstoffverarmung von der Oberfläche des Kantenabschnitts der supraleitenden Schicht zu vermeiden, wird das Ätzen ausgeführt, während Sauerstoff, der mit einer Mikrowelle von 2,45 GHz und bei 120 W aktiviert wird, auf das Substrat gelenkt wird.

Nach dem Ätzprozeß wird, um eine Ätzbeschädigung der Oberfläche des Kantenabschnitts zu vermindern bzw. zu vermeiden, ein Reini gungsvorgang durch Ionen mit niedriger Beschleunigung ausge führt, während das Substrat gedreht wird. In diesem Fall beträgt die Ionenbeschleunigungsspannung 50 V, der Ionenstrom beträgt 10 mA und die Reinigungszeit beträgt 10 Minuten. Der aktivierte Sauerstoff wird genauso, wie zuvor beschrieben wurde, in den Reinigungsvorgang eingeführt.

Es wird darauf hingewiesen, daß dieser Reinigungsvorgang ein nicht unbedingt erforderlicher Vorgang für die Herstellung der Josephson-Übergang-Vorrichtung mit Hochtemperatur-Supraleiter mit einer kleinen Eigenschaftsstreuung ist.

Durch die zuvor erwähnten Prozesse werden die gleichen Kantenab schnitte der supraleitenden Schicht in vier Richtungen parallel zur [100] Richtung oder der [010] Richtung des Substrats ausge bildet. Der Winkel des vollständigen bzw. hergestellten Kan tenabschnitts beträgt ungefähr 25 Grad.

Nach dem Ätzvorgang zum Entfernen der verunreinigten Schichten den in einer Ätzkammer kann die Probe in eine Filmaufwachskammer transportiert werden und es ist möglich, in einen Filmherstel lungsvorgang einzutreten. Da die Ätzkammer und die Filmaufwachs kammer durch ein Transportrohr verbunden sind, kann die Probe, ohne daß die Oberfläche des Kantenabschnitts der supraleitenden Schicht der Atmosphäre ausgesetzt wird, derart transportiert werden, daß die Verunreinigung der Oberfläche des Kantenab schnitts verhindert werden kann.

Wie in Fig. 3F gezeigt ist, wächst, nachdem die Substrat temperatur auf ungefähr 700°C wiederum erhöht worden ist, die obere supraleitende Schicht 4 aus YBa₂Cu₃O_x in dieser Struktur auf, bis sie eine Filmdicke von ungefähr 400 nm hat. Der Zustand beim Aufwachsen dieser Schicht ist der gleiche wie der Zustand beim Aufwachsen der unteren supraleitenden Schicht 2. Durch den zuvor beschriebenen Vorgang wird die Sperrschicht 3 zwischen der oberen supraleitenden Schicht und der unteren supraleitenden Schicht ausgebildet, die aus den Materialien zusammengesetzt ist, die zumindest vier Elemente aus La, Sr, Al und Ta enthal ten.

Wie in Fig. 3G gezeigt ist, wird, nachdem die obere supra leitende Schicht 4 aus YBa₂Cu₃O_x aufgewachsen ist, die Probe für ungefähr eine Stunde in einer Sauerstoffatmosphäre von 500 Torr gekühlt und dann herausgenommen. Die obere supraleitende Schicht 4 wird mittels des gewöhnlichen Lithographieverfahrens und des Ionenstrahlätzverfahrens derart bearbeitet, daß die Josephson- Übergang-Vorrichtung vom Kantentyp hergestellt wird, in der die obere supraleitende Schicht und die untere supraleitende Schicht durch die Sperrschicht 3 verbunden sind. Zuletzt werden Kontakt flächen (pads) durch Goldaufbringung und ein Lift-off-Verfahren ausgebildet.

Die Eigenschaften des Josephson-Übergangs vom Kantentyp, der auf diese Art und Weise hergestellt wird, wurden ermittelt. Jede der proben zeigte gute Josephson-Eigenschaften. Shapiro-Stufen bzw. Übergänge treten in der theoretischen Spannung in Antwort auf die Mikrowellenbestrahlung auf. Die periodische Modulation des kritischen Stromes durch ein Magnetfeld wurde beobachtet. Die Strom/Spannungs-Eigenschaft zeigte ungefähr ein Verhalten mit überkritischer Dämpfung. Sie weist jedoch eine Hysterese bei der niedrigen Temperatur bis zu ungefähr 40 K auf. Das Produkt (IcRn) aus dem kritischen Strom und dem normalen Leitwiderstand ist in einem Bereich von ungefähr 2 bis 2,5 mV bei 4,2 K und über 0,1 mV bei 60 K. Eine charakteristische Streuung der Proben ist klein. Die Streuung bei 12 Proben der kritischen Stromdichte beträgt 1s = ± 6%. Diese Werte können durch die zuvor erwähnten Herstellungsvorgänge erhalten werden, da die Josephson-Übergang- Vorrichtung mit Hochtemperatur-Supraleiter vom Kantentyp mit einer hohen Gleichförmigkeit bzw. Gleichmäßigkeit hergestellt werden kann.

Wenn das Substrat aus SrTiO oder MgO anstelle des Substrats aus LaSrAlTaO verwendet wird, wird die Josephson-Übergang-Vorrich tung ähnlich hergestellt. Die Streuung des kritischen Stromwerts Ic und die Streuung der kritischen Stromwerte sind jedoch beide groß. Auch wenn das Substrat aus LaSrAlTaO verwendet wird, ist der kritische Stromwert Ic des Übergangs extrem groß, so daß der Josephson-Übergang nicht ausgebildet wird, wenn Material aus SrTiO, MgO oder SrAlTaO für die Isolationszwischenschicht ver wendet wird. Wenn die Ausbildung oder Formation eines Josephson- Übergangs in diesen Fällen versucht wird, ist es notwendig, die Aufwachstemperatur der oberen supraleitenden Schicht kleiner als allgemein zu machen. Die supraleitende Eigenschaft der oberen supraleitenden Schicht wird deshalb verschlechtert. Dann ist es wichtig, das Material, das Elemente wie z. B. La, Sr, Al und Ta enthält, für die Isolationszwischenschicht zu verwenden, die für die Maske bzw. Maskierung zum Zeitpunkt des Ionenätzvorgangs zum Zwecke der Herstellung der Josephson-Übergang-Vorrichtung mit einer kleinen Eigenschaftsstreuung verwendet wird. Wenn das Ma terial, das die Elemente wie z. B. La, Sr, Al und Ta enthält, für das Substrat verwendet wird, ist es immer noch von Vorteil bzw. erwünscht.

Es wird darauf hingewiesen, daß, wenn ein (La_0,20Ca_0,80) (Al_0,60Ta_0,40) O₃ Target anstelle des (La_0,30Sr_0,70) (Al_0,65Ta_0,35) O₃ Target verwendet wird, eine LaCaAlTaO-Isolati onszwischenschicht anstelle der LaSrAlTaO-Isolationszwischen schicht aufwächst. In diesem Fall kann der Hochtemperatur-Supra leiter-Josephson-Übergang mit einer kleiner Eigenschaftsabwei chung auf die gleiche Art und Weise, wie zuvor beschrieben wur de, hergestellt werden.

Fig. 4A bis 4G zeigen den Herstellungsprozeß einer Josephson- Übergang-Vorrichtung mit Hochtemperatur-Supraleiter vom Sand wichtyp gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Er findung. Die Josephson-Übergang-Vorrichtung mit Hochtemperatur- Supraleiter vom Sandwichtyp gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 4A bis 4G beschrieben.

Zuerst wird ein Aufwachsprozeß für einen 3-schichtigen Dünnfilm beschrieben. Wie in Fig. 4A gezeigt ist, wird die untere supra leitende Schicht 2 auf einem Substrat 1 ausgebildet, wird die Sperrschicht 3 auf der unteren supraleitenden Schicht 2 ausge bildet und wird die obere supraleitende Schicht 4 auf der Sperr schicht 3 ausgebildet. Der 3-schichtige Dünnfilm besteht aus drei Schichten, nämlich der unteren supraleitenden Schicht 2 aus YBa₂Cu₃O_x, der Sperrschicht 3, die Elemente wie z. B. La, Sr, Al und Ta enthält, und der oberen supraleitenden Schicht 4 aus YBa₂Cu₃O_x. Diese Dünnfilmschichten wachsen mittels eines Abla gerungsverfahrens mit gepulstem Laser auf. Der Laser ist ein Ex cimer-Laser aus KrF. Die Laserwellenlänge beträgt 248 nm, das Laserausgangssignal beträgt 900 mJ und die Laserwiederholfre quenz beträgt 7 Hz. Ein gesintertes Target aus YBa₂Cu₃O_x wird für das Aufwachsen der supraleitenden Schichten verwendet. Ein Einkristall-Target aus LaSrAlTaO wird für das Aufwachsen der Sperrschicht verwendet. Die Zusammensetzung des Einkristall Tar gets ist (La_0,30Sr_0,70) (Al_0,65Ta_0,35) O₃. Eine andere Zusam mensetzung kann verwendet werden, wenn die Zusammensetzung in einem Bereich von (La_0,30±0,20Sr_0,70±0,20) (Al_0,65±0,20Ta_0,35±0,20) O_3±1 ist.

Ein LaSrAlTaO (100) Einkristall wird als das Substrat 1 verwen det. Die Zusammensetzung des Substrats ist (La_0,30Sr_0,70) (Al_0,65Ta_0,35) O₃. Ein anderer Einkristall aus SrTiO₃, MgO, NdGaO₃ oder LaAlO₃ kann als Substrat 1 verwendet werden. Die Substratoberfläche kann eine der Ebenen wie z. B. die (110) Ebene haben, die gegenüber der (100) Ebene versetzt ist bzw. sind. Die Größe des Substrats beträgt im Quadrat 15 mm × 15 mm und die Dicke beträgt 0,5 mm. Die untere supraleitende Schicht 2 aus YBa₂Cu₃O_x wächst zuerst auf dem Substrat 1 in einer Filmauf wachskammer auf, bis sie die Filmdicke von ungefähr 300 nm er reicht hat.

Die Substrattemperatur während des Aufwachsens beträgt ungefähr 700°C und die Umgebungstemperatur ist ein Sauerstoffgas und hat einen Sauerstoffpartialdruck von ungefähr 200 mTorr. Der ge wachsene Dünnfilm ist ein Dünnfilm mit einer c-Achsen- Orientierung. Es gibt kaum eine andere Phase als YBa₂Cu₃O_x und die Oberfläche des Dünnfilms ist flach. Die kritische Temperatur für Supraleitung Tc ist in einem Bereich von ungefähr B5 bis B9 K.

Nachfolgend wächst die Sperrschicht 3, die Elemente wie z. B. La, Sr, Al und Ta enthält, auf der unteren supraleitenden Schicht 2 in dem gleichen Zustand auf, bis die Filmdicke von 1 bis 10 nm erreicht ist. Zuletzt läßt man die obere supraleitende Schicht 4 aus YBa₂Cu₃O_x auf der Sperrschicht 3 in dem gleichen Zustand aufwachsen, bis die Filmdicke ungefähr 300 nm erreicht hat. So wird der 3-schichtige Dünnfilm ausgebildet. Nach dem Aufwachsen des 3-schichtigen Dünnfilms wird die Probe auf ungefähr 100°C in der Sauerstoffatmosphäre bei ungefähr 500 Torr gekühlt bzw. abgekühlt.

Die Wachsbedingung des Dünnfilms, die Dünnfilmdicke und das Tar get können geändert werden, solange eine Josephson-Übergang-Vor richtung mit guten Eigenschaften erhalten wird. Auch wird bevor zugt, daß, bevor die Sperrschicht 3 abgelagert wird, eine Be schädigung der Oberfläche der unteren supraleitenden Schicht 2 aus YBa₂Cu₃O_x zuvor durch die Bestrahlung mit Ionen wie z. B. Ar gon und Sauerstoff erhalten wird. In diesem Fall ist die Ionen beschleunigungsspannung vorzugsweise in einem Bereich von 50 bis 1000 V, und insbesondere vorzugsweise in einem Bereich von 50 bis 200 V, für eine Josephson-Übergang-Vorrichtung mit einem ho hen kritischen Stromwert Ic. Der Ionenbestrahlungswinkel kann in dem Bereich von 0 bis 90 Grad zu der Substratoberfläche sein. In diesem Fall, wenn ein beschädigter Bereich in dem Oberflächenab schnitt der unteren supraleitenden Schicht 2 aus YBa₂Cu₃O_x flach bzw. oberflächlich sein soll, wird es bevorzugt, einen Winkel auszuwählen, der so klein wie möglich ist. Die Substrat temperatur im Fall der Ionenbestrahlung kann in einem Bereich von Raumtemperatur bis zu 700°C sein. Wenn die Ionenbestrahlung bei der unteren Temperatur in der Nähe der Raumtemperatur ausge führt wird, ist es notwendig, die probe unter der Bedingung des hohen Sauerstoffpartialdrucks von ungefähr 500 Torr zu kühlen, nachdem die untere supraleitende Schicht 2 aufgewachsen ist. Im Fall des Erwärmens der probe für das Aufwachsen der Sperrschicht nach diesem Vorgang, wird es bevorzugt, den hohen Sauerstoffpar tialdruck gleich oder größer als 200 mTorr beizubehalten.

Als nächstes wird der Herstellungsvorgang der Josephson-Über gang-Vorrichtungsstruktur vom Sandwichtyp beschrieben.

Zuerst, wie in Fig. 4C gezeigt ist, wird eine Photoresistschicht 9 auf die 3-schichtige Struktur aufgeschleudert, um eine Dicke von ungefähr 1,2 µm zu erhalten. Dann wird sie unter Verwendung des herkömmlichen Photolithographieverfahrens strukturiert. Die obere supraleitende Schicht 4, die Sperrschicht 3 und die untere supraleitende Schicht 2 werden mittels eines Ionenätzverfahrens unter Verwendung des strukturierten Photoresists als Maske ge ätzt. Somit werden Verdrahtungsmuster der unteren supraleitenden Schicht bestimmt. In diesem Fall wird die strukturierte Pho toresistschicht entfernt. Nachfolgend wird eine weitere Pho toresistschicht auf der 3-schichtigen Struktur aufgeschleudert und wird dann durch das Photolithographieverfahren strukturiert. Die Form der Josephson-Übergang-Vorrichtung vom Sandwichtyp wird durch ein Ionenätzverfahren unter Verwendung der strukturierten Photoresistschicht als Maske festgelegt. Auf diese Art und Weise wird eine Josephson-Übergang-Vorrichtung mit zwei oder mehr Jo sephson-Übergängen, und zwar zwei Josephson-Übergänge in diesem speziellen Beispiel, ausgebildet.

In diesem Fall wird die untere supraleitende Schicht 2 um unge fähr 50 nm in der Tiefe übergeätzt, nachdem das Ätzen der Sperr schicht beendet ist.

Wie in Fig. 4D gezeigt ist, wird nach Beendigung des Ätzens eine Isolationszwischenschicht 10 aus SrTiO₃ auf der probe abgela gert, wenn die strukturierte Photoresistschicht zurückgeblieben ist, damit eine Filmdicke von ungefähr 400 nm erzeugt werden kann. Die Isolationszwischenschicht 10 wächst durch ein Abla gerungsverfahren mit gepulstem Laser bei einer Temperatur nahe der Raumtemperatur auf, und zwar beabsichtigt ohne Substrater wärmung. Der Laser ist ein Excimer-Laser aus KrF. Die Laserwel lenlänge beträgt 248 nm, das Laserausgangssignal beträgt 900 mJ und die Laserwiederholfrequenz beträgt 7 Hz. Ein Einkristall mit der Zusammensetzung aus SrTiO₃ wird als Target verwendet. Ein weiteres Material wie z. B. MgO, LaAlO₃, NdGaO₃ und Y₂O₃ kann für die Isolationszwischenschicht 10 verwendet werden.

Wie in Fig. 4E gezeigt ist, wird, nachdem die Isolations zwischenschicht aufgebracht worden ist, die strukturierte Pho toresistschicht, die zur Festlegung der Übergang-Form verwendet worden ist, mit einem Lösungsmittel entfernt. Im Ergebnis wird ein Teil der Isolationszwischenschicht 10 unter Verwendung des Prinzips des Lift-off-Vorgangs entfernt.

Schließlich werden die normal leitenden Verdrahtungsleitungen der oberen Schicht und die Kontaktflächen aus Gold hergestellt.

Wie in Fig. 4F gezeigt ist, wird ein Dünnfilm 11 aus Gold auf der Probe mit einer Filmdicke von ungefähr 400 nm abgelagert.

Nachfolgend, wie in Fig. 4G gezeigt ist, wird durch ein Ione nätzverfahren unter Verwendung einer strukturierten Photoresist maske der Dünnfilm 11 aus Gold strukturiert, wobei die Maske durch Strukturieren einer Photoresistschicht unter Verwendung des gewöhnlichen Photolithographieprozesses erzeugt wurde. Somit wird eine normal leitende Verdrahtungsleitung und eine Kontakt fläche 20, die mit der oberen supraleitenden Schicht 4 verbunden ist, und eine Kontaktfläche 21, die mit der unteren supra leitenden Schicht 2 verbunden ist, ausgebildet.

Auf diese Art und Weise wird die Josephson-Übergang-Vorrichtung vom Sandwichtyp vervollständigt.

Die Eigenschaften der Josephson-Übergang-Vorrichtung vom Sand wichtyp, die auf diese Art und Weise hergestellt wird, wurden ermittelt. Wenn die abgelagerte Sperrschicht eine Filmdicke gleich oder kleiner als 2 nm hatte, zeigte jede der Proben gute Josephson-Eigenschaften. Shapiro-Stufen erschienen in der theo retischen Spannung in Antwort auf eine Mikrowellenbestrahlung. Die periodische Modulation des kritischen Stromes durch ein mag netisches Feld wurde auch beobachtet. Die Strom/Spannung-Charak teristik zeigt ungefähr ein Verhalten mit kritischer Überdämp fung. Sie zeigt jedoch auch eine Hysterese bei einer niedrigen Temperatur bis zu ungefähr 40 K. Das Produkt (IcRn) aus dem kri tischen Strom und dem normalen Leitwiderstand ist in einem Be reich von ungefähr 1 bis 2 mV bei 4,2 K und ungefähr bei 0,1 mV bei 60 K. Eine charakteristische Streuung der Proben war gering. Die Streuung von 12 Proben bei der kritischen Stromstärke be trägt 1s = ± 5%. Diese Werte können durch den zuvor erläuterten und beschriebenen Herstellungsvorgang erhalten werden, da die Josephson-Übergang-Vorrichtung mit Hochtemperatur-Supraleiter vom Sandwichtyp mit einer hohen Gleichmäßigkeit hergestellt wer den kann.

Es wird darauf hingewiesen, daß die analysierten Ergebnisse auf die zweite Ausführungsform und die dritte Ausführungsform ange wendet werden können.

Wie zuvor beschrieben wurde, ist es gemäß der vorliegenden Er findung möglich, die Sperrschicht mit einer hohen Gleichmäßig keit zwischen der unteren supraleitenden Schicht aus YBaCuO und der oberen supraleitenden Schicht aus YBaCuO herzustellen. Somit kann eine Josephson-Übergang-Vorrichtung mit Hochtemperatur-Su praleiter mit einer hohen Gleichförmigkeit bzw. Gleichmäßigkeit in den Eigenschaften realisiert werden. Die Anwendung von ver schiedenen Supraleiter-Vorrichtungen und -Schaltungen ist deshalb möglich.

Auch ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Prozeß der Abla gerung der Sperrschicht nicht immer in der Josephson-Übergang- Vorrichtung mit Hochtemperatur-Supraleiter notwendig. Es ist deshalb möglich, die Herstellungsvorgänge zu vereinfachen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Josephson-Übergangs, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material einer Isolationsschicht, die auf einer ersten supraleitenden Schicht ausgebildet wird, in die erste supraleitende Schicht eindiffundiert, um eine Sperrschicht auf einem Oberflächenabschnitt der ersten supraleitenden Schicht auszubilden, und daß eine zweite supraleitende Schicht auf die ser Sperrschicht ausgebildet wird, um einen Josephson-Übergang auszubilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren aufweist:
Ausbilden der ersten supraleitenden Schicht auf dem Substrat;
Ausbilden des Isolationsfilms auf der ersten supraleitenden Schicht;
Ätzen des Isolationsfilms derart, daß er einen geneigten Ab schnitt hat;
Ätzen der ersten supraleitenden Schicht unter Verwendung des ge ätzten Isolationsfilms als eine Maske derart, daß sie einen ge neigten Abschnitt hat;
Ausbilden der Sperrschicht auf einer Oberfläche des geneigten Abschnitts der ersten supraleitenden Schicht; und
Ausbilden der zweiten supraleitenden Schicht auf der Sperr schicht und auf dem geneigten Abschnitt der Isolationsschicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren aufweist:
Ausbilden der ersten supraleitenden Schicht auf einem Substrat;
Ausbilden des Isolationsfilms auf der ersten supraleitenden Schicht;
Ätzen des Isolationsfilms und der ersten supraleitenden Schicht derart, daß sie einen geneigten Abschnitt haben;
Ausbilden der Sperrschicht auf der Oberfläche des geneigten Ab schnitts der ersten supraleitenden Schicht; und
Ausbilden der zweiten supraleitenden Schicht auf der Sperr schicht und dem geneigten Abschnitt der Isolationsschicht.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste supraleitende Schicht und die zweite su praleitende Schicht eine supraleitende Schicht aus einem vom Kupferoxid-System sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Schicht aus dem Kupferoxid-System eine supralei tende Schicht aus YBaCuO ist.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite supraleitende Schicht in der gleichen Probenkammer ausgebildet wird, ohne daß sie einer Atmosphäre ausgesetzt wird, nachdem der geneigte Abschnitt der ersten su praleitenden Schicht ausgebildet worden ist.

7. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sperrschicht eine Filmdicke gleich oder kleiner als 2 nm hat.

8. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sperrschicht eine Perowskit-Struktur hat.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material der Sperrschicht eine Gitterkonstante von 0,41 nm bis 0,43 nm hat.

10. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Isolationsfilm zumindest ein Element aufweist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus La, Sr, Al, Ca und Ta besteht.

11. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Aufbau bzw. eine Zusammensetzung der Sperr schicht Y_1-xBa₁Cu_xO_y (x in einem Bereich von 0 bis 1) ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß x gleich oder kleiner als 0,5 ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß x gleich 0 ist.

14. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sperrschicht zumindest ein Element aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus La, Sr, Al, Ca und Ta besteht, das von der Isolationsschicht oder dem Substrat zuge führt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste supraleitende Schicht und die Isolati onsschicht durch ein Ablagerungsverfahren mit gepulstem Laser ausgebildet werden.

16. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste supraleitende Schicht bei einer ersten Substrattemperatur ausgebildet wird und daß die Isolations schicht bei einer zweiten Substrattemperatur ausgebildet wird, die kleiner als die erste Substrattemperatur ist.

17. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen einer ersten supraleitenden Schicht das Ätzen der ersten supraleitenden Schicht aufweist, während mit inaktiven Gasionen bestrahlt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen einer ersten supraleitenden Schicht das Ätzen der ersten supraleitenden Schicht aufweist, während mit inaktiven Gasionen bestrahlt wird und während das Substrat gedreht wird.

19. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen einer ersten supraleitenden Schicht und einer Isolations schicht das Ätzen der ersten supraleitenden Schicht und der Iso lationsschicht aufweist, während mit inaktiven Gasionen be strahlt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen einer ersten supraleitenden Schicht und einer Isolations schicht das Ätzen der Isolationsschicht und der ersten supralei tenden Schicht aufweist, während mit inaktiven Gasionen be strahlt wird und das Substrat gedreht wird.

21. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht geätzt wird, während die erste supraleitende Schicht geätzt wird, so daß zumindest eines der Elemente der Isolationsschicht an bzw. auf einer Oberfläche des geneigten Ab schnitts der ersten supraleitenden Schicht wieder abgelagert wird.

22. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausbilden einer Sperrschicht aufweist:
Ionenätzen einer Oberfläche des geneigten Abschnitts des Isola tionsfilms und einer Oberfläche des geneigten Abschnitts der er sten supraleitenden Schicht, und
daß das Ionenätzen aufweist:
das Ionenätzen der Oberfläche des geneigten Abschnitts des Iso lationsfilms und der Oberfläche des geneigten Abschnitts der er sten supraleitenden Schicht derart, daß zumindest eines der Ele mente der Isolationsschicht auf der Oberfläche des geneigten Ab schnitts der ersten supraleitenden Schicht wieder abgelagert wird.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Oberflächenabschnitt des geneigten Abschnitts, auf dem das zumindest eine Element wieder abgelagert wird, eine amorphe Schicht ausbildet.

24. Verfahren nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, dadurch gekenn zeichnet, daß es weiterhin das Erwärmen des Substrats in einer Sauerstoffumgebung und das Kristallisieren des Oberflächenab schnitts des geneigten Abschnitts aufweist, auf dem das zumin dest eine Element wieder abgelagert wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Kristallisieren einen Teil des Ausbildens einer zweiten supra leitenden Schicht ist.

26. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, das weiterhin aufweist:
Ändern einer Struktur und der Zusammensetzung eines Oberflä chenabschnitts des geneigten Abschnitts der ersten supraleiten den Schicht durch eine Beschädigung beim Bestrahlen mit Ionen.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung aufweist:
Kristallisieren des Oberflächenabschnitts des geneigten Ab schnitts der ersten supraleitenden Schicht, während eine Erwär mung der ersten supraleitenden Schicht in einer Sauerstoffumge bung ausgeführt wird.

28. Verfahren zum Herstellen eines Josephson-Übergangs, das auf weist:
Ausbilden einer ersten supraleitenden Schicht auf einem Sub strat;
Ausbilden einer Zwischenschicht-Isolationsschicht auf der ersten supraleitenden Schicht;
Ausbilden einer zweiten supraleitenden Schicht auf der Sperr schicht;
Ätzen der zweiten supraleitenden Schicht und der Sperrschicht, um zwei oder mehr Elektroden auszubilden; und
Ausbilden einer Isolationsschicht zwischen den zwei oder mehr Elektroden.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die erste supraleitende Schicht und die zweite supraleitende Schicht supraleitende Schichten aus einem Kupferoxid-System sind.

30. Verfahren nach Anspruch 29, worin die supraleitende Schicht aus einem Kupferoxid-System eine supraleitende Schicht aus YBa CuO ist.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sperrschicht eine Filmdicke gleich oder kleiner als 2 nm hat.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, das weiterhin aufweist:
Ausführen einer Ionenbestrahlung eines Oberflächenabschnitt der ersten supraleitenden Schicht, um eine Beschädigung des Oberflä chenabschnitts der ersten supraleitenden Schicht zu erzeugen, bevor die Sperrschicht auf der ersten supraleitenden Schicht ausgebildet wird.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausführen der Bestrahlung durch Ionen aufweist:
Ausführen der Bestrahlung durch Ionen bei einer Temperatur des Substrats in einem Bereich von Raumtemperatur bis 700°C.

34. Josephson-Übergang, gekennzeichnet durch:
eine erste supraleitende Schicht, die auf einem Substrat ausge bildet ist und einen geneigten Abschnitt hat;
einen Isolationsfilm, der auf der ersten supraleitenden Schicht ausgebildet ist und der einen geneigten Abschnitt hat, der an den geneigten Abschnitt der ersten supraleitenden Schicht an schließt;
eine Sperrschicht, die auf dem geneigten Abschnitt der ersten supraleitenden Schicht ausgebildet ist; und
eine zweite supraleitende Schicht, die auf dem geneigten Ab schnitt des Isolationsfilms und auf dem geneigten Abschnitt der Sperrschicht ausgebildet ist.

35. Josephson-Übergang nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht eine Filmdicke hat, die gleich oder kleiner als 2 nm ist.

36. Josephson-Übergang nach Anspruch 34 oder Anspruch 35, da durch gekennzeichnet, daß die erste supraleitende Schicht und die zweite supraleitende Schicht eine supraleitende Schicht aus einem Kupferoxid-System sind.

37. Josephson-Übergang nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Schicht aus einem Kupferoxid-System eine supraleitende Schicht aus YBaCuO ist.

38. Josephson-Übergang nach einem der Ansprüche 34 bis 37, da durch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht eine Perowskit-Struktur hat.

39. Josephson-Übergang nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material der Sperrschicht eine Gitterkonstante von 0,41 nm bis 0,43 nm hat.

40. Josephson-Übergang nach einem der Ansprüche 34 bis 39, da durch gekennzeichnet, daß der Isolationsfilm zumindest ein Ele ment enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus La, Sr, Al, Ca und Ta besteht.

41. Josephson-Übergang nach einem der Ansprüche 34 bis 40, da durch gekennzeichnet, daß eine Zusammensetzung der Sperrschicht gleich Y_1-xBa₁Cu_xO_y (x in einem Bereich von 0 bis 1) ist.

42. Josephson-Übergang nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß x gleich oder kleiner als 0,5 ist.

43. Josephson-Übergang nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß x gleich 0 ist.

44. Josephson-Übergang-Vorrichtung, gekennzeichnet durch:
eine erste supraleitende Schicht, die auf einem Substrat ausge bildet ist;
zwei oder mehr Zwischenschicht-Isolationsfilme, die auf der er sten supraleitenden Schicht entfernt voneinander vorgesehen sind;
zwei oder mehr zweite supraleitende Schichten, die jeweils auf den Zwischenschicht-Isolationsschichten ausgebildet sind.

45. Josephson-Übergang-Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch ge kennzeichnet, daß jeder der Zwischenschicht-Isolationsfilme eine Filmdicke gleich oder kleiner als 2 nm hat.

46. Josephson-Übergang-Vorrichtung nach Anspruch 44 oder An spruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die erste supraleitende Schicht und die zweite supraleitende Schicht eine supraleitende Schicht aus einem Kupferoxid-System sind.

47. Josephson-Übergang-Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch ge kennzeichnet, daß die supraleitende Schicht vom Kupferoxid-Sy stem eine supraleitende Schicht aus YBaCuO ist.