DE4302769A1 - Verfahren zur Herstellung von Josephson- und Tunnelkontakten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Josephson- und Tunnelkontakten

Info

Publication number
DE4302769A1
DE4302769A1 DE4302769A DE4302769A DE4302769A1 DE 4302769 A1 DE4302769 A1 DE 4302769A1 DE 4302769 A DE4302769 A DE 4302769A DE 4302769 A DE4302769 A DE 4302769A DE 4302769 A1 DE4302769 A1 DE 4302769A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
substrate
insulator
shadow mask
barrier layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE4302769A
Other languages
English (en)
Other versions
DE4302769C2 (de
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler Benz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Benz AG filed Critical Daimler Benz AG
Priority to DE4302769A priority Critical patent/DE4302769C2/de
Publication of DE4302769A1 publication Critical patent/DE4302769A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4302769C2 publication Critical patent/DE4302769C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/01—Manufacture or treatment
    • H10N60/0912—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices
    • H10N60/0941—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Josephson- und Tunnelkontakten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solcher Schichtenaufbau ist aus der Zeitschrift "PHYSICAL REVIEW LETTERS", Vol. 67. Nr. 21, S. 3038-3041 (E. Polturak, et. al.) bekannt. In dieser Veröffentlichung wird die Schichtenfolge Supraleiter- Normalleiter-Supraleiter mittels einer Schattenmaske aus Edelstahl hergestellt, welche nach jeder Schichtabscheidung durch einen externen Manipulator verschoben wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß durch die Kontaktmaske eine Verunreinigung der Schichten durch Eisenatome erfolgt. Außerdem verzieht sich die Metallmaske und führt zu schlecht reproduzierbaren Ergebnissen. Aus "Physica C 171" (1990), S. 126-130, ist ein Verfahren mit Argonstrahl-Ätzen bekannt. Die Stellen für den Ätzangriff wurden in einem Photolithographieprozeß erzeugt. Durch den Argonstrahl wird jedoch die Grundelektrode stark geschädigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Josephson- oder einen Tunnelkontakt herzustellen, wobei die Grenzfläche der hochtemperatur­ supraleitenden Grundelektrode nicht geschädigt werden soll.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 die zu erzeugende Struktur;
Fig. 2 die Erzeugung der Grundelektrode;
Fig. 3 die Herstellung der Isolierschicht;
Fig. 4 die Herstellung der Barriereschicht;
Fig. 5 die Herstellung der Deckelektrode;
Fig. 6 das Ergebnis einer Messung bei T = 77 K an der fertiggestellten Schichtenfolge und
Fig. 7 die Messungen an Schichtenfolgen ohne Barrierenschicht.
Um gute Josephson- oder Tunnelkontakte aus Hochtemperatur-Supraleitern (HTSL) zu erhalten, ist es wichtig, daß bei der Präparation die Grenzfläche der HTSL-Grundelektrode nicht geschädigt wird. Mit Hilfe der hier beschriebenen Schattenmaskentechnik wird das Ätzen der Grundelektrode vermieden, da es zu einer Schädigung der Randschicht führen kann. Als Material für die Schattenmaske wurde SrTiO3 gewählt, da es bei den hohen Präparationstemperaturen der Hochtemperatur-Supraleiter (700°C bis 900°C) stabil ist. Das bedeutet, daß keine Atome aus diesem Material herausdiffundieren, wobei Strontium und Titan die supraleitenden Eigenschaften der Hochtemperatur-Supraleiter nicht nennenswert verschlechtern würden. Außerdem verformt sich die Schattenmaske selbst bei hohen Temperaturen nicht wesentlich.
Die Fig. 1 bis 5 beschreiben den Herstellungsprozeß. Zunächst wird in einem besonderen Schritt die Schattenmaske 6 hergestellt. Durch eine Metallmaske hindurch werden etwa 1 µm hohe Füße 10 aus SrTiO3 abgeschieden. Dadurch "schwebt" die Maske, so daß es zu keinem direkten Kontakt zwischen Maske und aufgebrachter Schicht kommt. Andererseits befindet sich die Maske so dicht über dem Substrat, daß man eine Anstiegslänge der Kante der damit hergestellten Elektroden erhält, welche man durch den Auftreffwinkel der Ionen oder Moleküle und den Druck steuern kann. Fig. 2 zeigt die Herstellung der Grundelektrode 2. Auf einem Substrat aus SrTiO3, welche auf einem zur Rotationsachse um α = 55° geneigten Substrathalter befestigt ist, wird zunächst die Schattenmaske 6 befestigt. Durch Laserablation oder Verdampfen wird ein zur Drehachse 8 paralleler Molekularstrahl 7 aus HTSL-Substanz auf das Target gerichtet.
Da die Schattenmaske 6 das Substrat 1 nur zur Hälfte bedeckt, entsteht auf der anderen Hälfte eine im wesentlichen gleichmäßige Schicht des Hochtemperatur-Supraleiters, beispielsweise aus YBa2Cu3O7. Da die Schattenmaske vom Substrat vorzugsweise einen Abstand von etwa 1 µm aufweist, entsteht bei dieser Art der Aufbringung der Schicht eine Übergangszone mit einem Böschungswinkel von etwa 5°. Es wird so lange mit dem Aufwachsen der Schicht fortgefahren, bis diese eine Stärke von 3 · 10-7 m erreicht hat. Als nächstes wird der Winkel zwischen Substrathalter 9 und Rotationsachse 8 auf α = 80° eingestellt. Die Isolationsschicht wird bei einem niedrigeren Sauerstoffpartialdruck aufgebracht als die vorhergehende Schicht. Obwohl die Schattenmaske 6 an ihrem Ort verbleibt, wird die Isolationsschicht 3, welche beispielsweise aus CeO2 besteht, seitlich versetzt über der Grundelektrode 1 abgeschieden. Auf diese Weise wird erreicht, daß ein etwa 0,5 µm breiter Streifen am Fuß der Grundelektrode vom Isolator 3 unbedeckt bleibt.
Vor dem Aufbringen der Barriereschicht 4 wird die Schattenmaske 6 entfernt. Als nächstes wird die normal leitende Barriereschicht 4 abgeschieden. Sie besteht aus einem Material, welches auf der Grundelektrode epitaktisch aufwächst. Das schränkt die Materialwahl auf Substanzen ähnlichen Gittertyps und vergleichbarer Gitterkonstante ein.
Wie Fig. 4 und 5 zeigen, ist der Winkel zwischen dem Substrathalter 9 und der Rotationsachse 8 90° auch beim Abscheiden der Deckelektrode. Anschließend werden die Barriereschicht und die Deckelektrode durch einen Ätzprozeß strukturiert. Auf diese Weise entsteht eine Schichtenfolge, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist und welche die gewünschten Eigenschaften aufweist. Im Falle eines Tunnelkontaktes wird selbstverständlich statt der Barriereschicht eine weitere Isolierschicht abgeschieden. Diese Isolation weist in diesem speziellen Fall eine Stärke von 10-9 < d < 10-7 m auf.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden folgende Materialien und Parameter verwendet:
Als Substrat 1 wird SrTiO3 verwendet. Darauf wird YBa2Cu3O7 als Basiselektrode 2 bei einer Temperatur des Substrats von 850°C und einem Sauerstoffpartialdruck von 20 N/m2 in einer Stärke von d = 3 · 10-7 m abgeschieden.
Der Isolator 3 aus CeO2 wird bei einer Temperatur des Substrats von 680°C bei einem Sauerstoffpartialdruck von p = 0,2 N/m2 bei einer Stärke von 3 · 10-7 m abgeschieden. Darauf wird die Barriereschicht 4 beispielsweise aus Y0,3Pr0,7Ba2Cu3O7 bei einer Temperatur des Substrats von 850°C und einem Sauerstoffpartialdruck von 20 N/m2 mit einer Stärke von 5 · 10-9 m bis 75 · 10-9m abgeschieden. Die Deckelektrode 5 aus dem gleichen Material wie die Basiselektrode wird bei einer Substrattemperatur von 850°C und einem Sauerstoffpartialdruck von 20 N/m2 und einer Stärke von d = 3 · 10-7 m abgeschieden.
In Fig. 6 ist eine U(I)-Kennlinie des Josephson-Elements dargestellt. Die Frequenz des Mikrowellenfeldes betrug 8,74 GHz. Durch das Mikrowellenfeld wird der kritische Strom unterdrückt und die typischer Shappiro-Stufen sind deutlich zu sehen.
Fig. 7 zeigt zwei R(T)-Kurven, welche an einem ohne Barriereschicht hergestellten Tunnelkontakt gemessen wurden, um die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu demonstrieren. Bei Kurve a wurde die Isolationsschicht aus LaAlO3 unter gleichen Bedingungen wie die Grundelektrode aufgebracht: Grundelektrode (YBCO, T = 850°C, p = 20 N/m2, die gleichen Werte wurden für LaAlO3 verwendet. Beim Aufbringen der Schichten wurde ein Winkel von 55° gewählt. Der Anstieg des Widerstands bei tiefen Temperaturen ist darauf zurückzuführen, daß die LaAlO3-Schicht als Isolator die Grundelektrode vollständig bedeckt. Bei der oberen Kurve wurde das LaAlO3 mit einer geänderten Winkeleinstellung von 80° und einem um den Faktor 10 geringeren Sauerstoffpartialdruck aufgebracht. Die Kurve beginnt etwa im Nullpunkt, steigt aber im Gegensatz zur unteren Kurve bereits bei niedrigen Temperaturen an. Der Übergang in den supraleitenden Zustand erfolgt bei 89 K. Die kritische Stromdichte über dem Kontakt bei 77 K beträgt 2 · 106 A/cm2; d. h. hier liegt das Verhalten einer durchgehenden YBCO-Schicht vor, was für die Funktion eines Josephsonkontaktes sehr wichtig ist.

Claims (20)

1. Verfahren zum Herstellen von Josephson- und Tunnelkontakten, bei dem auf einem Substrat zunächst eine Grundelektrode aus einem Hochtemperatur-Supraleitermaterial mittels einer Depositionsmethode unter Zuhilfenahme einer Schattenmaske und darauf ein Isolator auf gleiche Weise abgeschieden werden, worauf eine vergleichsweise dünne Schicht und zum Schluß wieder ein Hochtemperatur-Supraleiter mittels der Schattenmaskentechnik abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrathalter (8) während der Schichtabscheidung rotiert, wobei die Atome (7) koaxial auftreffen, daß während des Abscheidens der ersten beiden Schichten die eine Hälfte des Substrats (1) durch eine Schattenmaske (6) abgedeckt wird, welche von dem Substrat (1) mit Hilfe von kleinen abstandshaltenden Füßchen (10) einen Abstand kleiner als 10 µm aufweist, daß nach dem Aufbringen des Hochtemperatur-Supraleiters (2) als erste Schicht der Sauerstoffpartialdruck und/oder der Winkel α, welchen der Substrathalter während des Aufbringens des Isolators mit der Rotationsachse einschließt, geändert wird, wobei der Druck dabei niedriger gewählt und der Winkel α vergrößert wird, daß nach dem Abscheiden der ersten beiden Schichten die Schattenmaske (6) entfernt wird und daß danach die relativ dünne Barriereschicht (4) und anschließend der Hochtemperatur-Supraleiter als Deckelektrode (5) aufgebracht werden, während der Substrathalter (9) um die Rotationsachse (8) gedreht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schattenmaske (6) aus SrTiO3 besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufbringen der Grundelektrode (2) der Winkel α 50-60° beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufbringen der Grundelektrode (2) der Winkel α 55° beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufbringen des Isolators (3) der Winkel α 70-85° beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α 80° beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriereschicht (4) für einen Josephson-Kontakt normalleitend ist und eine Stärke von 5 · 10-9 bis 75 · 10-9 m aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriereschicht (4) für einen Josephson-Kontakt isolierend ist und eine Stärke von 1 · 10-9 bis 10 · 10-9 m aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitenden Schichten eine Stärke von 3 · 10-7 m aufweisen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorschicht (3) eine Stärke von 10-7-5 · 10-7 m aufweist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitenden Schichten (2, 5) aus YBa2CueO7 bestehen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht (3) aus CeO2 besteht.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriereschicht (4) aus Y0,3Pr0,7Ba2Cu3O7 besteht.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriereschicht (4) aus einem Isolator besteht.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffpartialdruck beim Aufbringen der Supraleiterschicht (2, 5) 20 N/m2 und die Substrattemperatur 850°C beträgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriereschicht (4) bei einer Substrattemperatur von 850°C und einem Sauerstoffpartialdruck von 20 N/m2 aufgebracht wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffpartialdruck beim Aufbringen der Isolatorschicht 0,2 N/m2 beträgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schattenmaske (6) abstandshaltende Füßchen einer Stärke im Bereich von 0,5 bis 2 µm aufweist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schattenmaske (6) abstandshaltende Füßchen einer Stärke im Bereich von 0,8 bis 1,2 µm aufweist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen eines Tunnelkontaktes eine isolierende Barriereschicht (4) von 1 · 10-9 m bis 20 , 109 m aufgebracht wird.
DE4302769A 1993-02-01 1993-02-01 Verfahren zur Herstellung von Josephson- und Tunnelkontakten aus Hochtemperatur-Supraleitern Expired - Fee Related DE4302769C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4302769A DE4302769C2 (de) 1993-02-01 1993-02-01 Verfahren zur Herstellung von Josephson- und Tunnelkontakten aus Hochtemperatur-Supraleitern

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4302769A DE4302769C2 (de) 1993-02-01 1993-02-01 Verfahren zur Herstellung von Josephson- und Tunnelkontakten aus Hochtemperatur-Supraleitern

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4302769A1 true DE4302769A1 (de) 1994-08-04
DE4302769C2 DE4302769C2 (de) 1995-11-02

Family

ID=6479370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4302769A Expired - Fee Related DE4302769C2 (de) 1993-02-01 1993-02-01 Verfahren zur Herstellung von Josephson- und Tunnelkontakten aus Hochtemperatur-Supraleitern

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4302769C2 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0342039A2 (de) * 1988-05-11 1989-11-15 Canon Kabushiki Kaisha Josephson-Einrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE3822905C2 (de) * 1988-07-06 1992-12-17 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen, De
DE4124773A1 (de) * 1991-07-26 1993-01-28 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren zur herstellung eines josephson-elementes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0342039A2 (de) * 1988-05-11 1989-11-15 Canon Kabushiki Kaisha Josephson-Einrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE3822905C2 (de) * 1988-07-06 1992-12-17 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen, De
DE4124773A1 (de) * 1991-07-26 1993-01-28 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren zur herstellung eines josephson-elementes

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GB-Z: Physica C, Bd. 171, 1990, S. 126-130 *
Plenum Press, New York 1988,S. 341-346 *
US-Buch: Harald W. Weber (Hrgb.), High-T¶c¶ Superconductors, Proceedings of an International Discussion Meeting on High-T¶c¶ Superconductors, held Feb. 7-11,1988, at the Castle of Mauterndorf,in Salzburg, Austria *
US-Z: Phys.Rev. Letters, Bd. 67, 1991,S.3038-3041 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE4302769C2 (de) 1995-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4443800C2 (de) Supraleitende Feldeffekteinrichtung mit Korngrenzenkanal und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE2601656A1 (de) Hochohmige metallkeramikschicht und verfahren zu deren herstellung
DE2951287A1 (de) Verfahren zur herstellung von ebenen oberflaechen mit feinsten spitzen im mikrometer-bereich
DE3805010A1 (de) Verfahren zur herstellung duenner schichten aus oxydischem hochtemperatur-supraleiter
DE3878884T2 (de) Josephson-einrichtung, bestehend aus einer josephson-uebergangsstruktur, welche fuer einen oxidsupraleiter geeignet ist.
DE2361804C2 (de) Verfahren zur Herstellung von supraleitenden Kontakten in Tieftemperatur-Schaltkreisen und Anwendung des Verfahrens bei der Herstellung von Tieftemperatur-Schaltkreisen mit Josephson-Elementen
DE2153250C3 (de) Josephson-Kontakt
DE3128982C2 (de) Verfahren zur Herstellung mindestens eines Josephson-Tunnelelementes
DE3903699A1 (de) Bildsensor
DE4302769C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Josephson- und Tunnelkontakten aus Hochtemperatur-Supraleitern
EP1104033B1 (de) Verfahren zur Erzeugung einer supraleitfähigen Schicht
DE2440169A1 (de) Josephson-effekt-uebergang und herstellungsverfahren dafuer
DE4112029C2 (de) Läuferelektrode für einen Verteiler
DE2743641A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen von amorphen halbleitervorrichtungen
DE3822905C2 (de)
DE4120766C2 (de)
DE4210198C2 (de) Verfahren zur Herstellung von schmelztexturierten Hochtemperatur-Supraleitern
EP0591312B1 (de) Strukturierte leiterbahnen und verfahren zur herstellung derselben
DE3924022C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Josephson-Tunnelelementes mit metalloxidischem Supraleitermaterial
DE4302742A1 (de)
DE4322150C1 (de) Verfahren zur Herstellung von epitaktisch gewachsenen, strukturierten, metalloxidischen supraleitenden Schichten
DE4324700C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines einen Josephson-Kontakt enthaltenden SQUIDs aus Hochtemperatur-Supraleitermaterial
DE2459663C2 (de) Verfahren zum herstellen von supraleitfaehigen mikrobruecken
DE19516611C1 (de) Hochtemperatur Supraleiter-Normalleiter-Supraleiter-(HTSL-SNS-)Kontakt, Verfahren zu seiner Herstellung sowie dessen Verwendung
DE3921363A1 (de) Verfahren zur herstellung von supraleitenden elektronischen duennschichtbauelementen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE

8339 Ceased/non-payment of the annual fee