DE4324700C2 - Verfahren zur Herstellung eines einen Josephson-Kontakt enthaltenden SQUIDs aus Hochtemperatur-Supraleitermaterial - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines einen Josephson-Kontakt enthaltenden SQUIDs aus Hochtemperatur-SupraleitermaterialInfo
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- H10N60/0941—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einen Josephson-Kon
takt enthaltenden SQUIDs aus Hochtemperatur-Supraleitermaterial, bei dem der
SQUID durch Abscheidung von HTSL-Material und geeigneter Strukturierung auf
einem Substrat gebildet wird.
Ein solcher SQUID aus hochtemperaturleitendem (HTSL)-Material ist bekannt.
Um die Meßempfindlichkeit eines solchen SQUIDs bezüglich der Messung von
magnetischen Feldern zu erhöhen, bildet man oftmals eine Kombination von
SQUIDs mit einem Flußtransformator. Im Bereich der Tieftemperaturtechnologie
auf der Basis des Materials Niob für Nieder-Hochtemperatur-Supraleiter sind sol
che supraleitenden Bauelemente als Flußtransformator mit integriertem SQUID
bekannt. Im Gebiet der Hochtemperatursupraleitung ist es aus Appl. Phys. Letters,
Bd. 57, 1990, S. 1930-1932 bekannt, die Kombination Flußtransformator-SQUID
in einer sog. flip-chip-Anordnung zu realisieren. Dabei wird ein Flußtransformator,
der auf einem Substrat hergestellt worden ist, über einem SQUID positioniert, der
seinerseits auf einem weiteren Substrat gebildet worden ist. Die so strukturierten
Substratoberseiten werden mit Hilfe einer Fettschicht aufeinandergeklebt.
In nachteiliger Weise weist dieser Flußtransformatorbetrieb Probleme auf, da der
Abstand zwischen Flußtransformator und SQUID beispielsweise im Bereich 0,2
mm und damit relativ groß ist. Dies hat zur Folge, daß die induktive Kopplung
zwischen dem Transformator und dem SQUID zu schwach ist.
Eine wesentliche Rolle spielt dabei der Aspekt, daß der Josephson-Kontakt mit
einer Isolatorschicht und einer weiteren HTSL-Schicht bedeckt werden muß. Dies
erfolgt üblicherweise bei Temperaturen im Bereich von 700°C bis 800°C. In nach
teiliger Weise verlieren bei diesen Temperaturen die beim SQUID vorhandenen
Josephson-Kontakte ihre supraleitenden Eigenschaften für den späteren Einsatz bei
niedrigen Temperaturen.
Zudem nachteilig ist die Alterung des Josephson-Kontaktes innerhalb des SQUIDs,
was zu nichtreproduzierbaren Sensoreigenschaft dieses Bauelementes führt.
Aus der EP 0 467 777 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines einen Josephson-
Kontakt enthaltenden SQUIDs aus Hochtemperatur-Supraleitermaterial entnehm
bar, bei dem auf einem Substrat eine erste Schicht aus HTSL-Material aufgesput
tert und sodann eine Wärmebehandlung durchgeführt wird. Daraufhin werden eine
Isolierschicht und eine zweite Schicht aus HTSL-Material ganzflächig aufgebracht
und sodann gemustert, so daß Seitenflächen der HTSL freiliegen. Danach werden
eine weitere Wärmebehandlung in einer O₂-haltigen Atmosphäre durchgeführt,
welche zum Aufrechterhalten der Supraleitung in der ersten Schicht notwendig ist,
und eine isolierende epitaktische Deckschicht zum Schutz des Josephson-Kontak
tes aufgebracht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, bei dem ein SQUID mit
Josephson-Kontakt hergestellt wird, bei dem auch bei Abdeckung des SQUIDs mit
Hilfe einer oder mehrerer Deckschichten die supraleitenden Eigenschaften des Jo
sephson-Kontaktes weiterhin gesichert bleiben.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1.
Es wurde erkannt, daß durch Bildung einer Deckschicht auf einem SQUID mit
Josephson-Kontakt dieser Kontakt seine supraleitenden Eigenschaften verliert,
zumindest jedoch verringert. Durch die Maßnahme der Justierung vor Bildung der
Deckschicht als auch nach Bildung der Deckschicht kann die Eigenschaft des Jo
sephson-Kontaktes innerhalb des SQUIDs beibehalten werden.
Als hochtemperatursupraleitende Materialien kommen neben YBa₂Cu₃O7-x weitere
metalloxidische supraleitende Materialien in Frage. Als Substratmaterial können
SrTiO₃, LaAlO₃ NdGaO₃ oder MgO gewählt werden. Die Abscheidung der epi
taktischen Schicht aus dem hochtemperatursupraleitenden Material zur Bildung des
HTSL-SQUID kann mit Hilfe der Laserablation, aber auch mit Hilfe anderer
Schichtabscheideverfahren, wie z. B. das Sputtern oder Molekularstrahlepitaxie,
erfolgen. Die Bildung eines SQUIDs aus einer abgeschiedenen HTSL-Schicht ist
auch aus Appl. Phys. Letters, Bd. 60, 1992, S. 645-647 bekannt.
Eine vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus dem
Anspruch 2.
Danach wird bei Induktivität Ls des SQUIDs und bei magnetischem Flußquant
Φo bezüglich der kritischen Stromdichte Ic des Josephson-Kontaktes der
SQUID-Parameter β
β = 2 π LsIc/Φo
auf einen Wert im Bereich von β = 0,75 bis β = 1,40, insbesondere β = 1,0, ju
stiert. Nach der ersteren Justierung vor Bildung der Deckschicht wird diese Schicht
insbesondere aus einem solchen Material, das auch geeignet ist als Substratmate
rial, gebildet. Diese Deckschicht soll epitaktische isolierende Eigenschaften zeigen.
Das Aufbringen der Deckschicht hat zur Folge, daß ein Altern des Josephson-
Kontaktes und damit verbunden eine Veränderung in den Eigenschaften des
SQUIDs verhindert werden kann. Dabei wird nach Bedeckung mit epitaktischem
Isolationsmaterial der kritische Strom Ic des Josephson-Kontaktes wiederum ju
stiert. Insbesondere für den Fall, daß der SQUID-Parameter β < 1 ist, kann durch
eine Temperung je nach gewähltem Material des HTSL, insbesondere im Bereich
von 700°C bis 800°C und insbesondere bei Sauerstoffpartialdrücken im Bereich
von 0,01 mbar bis 10 mbar, der Wert β bis auf β = 1,0 reduziert werden. Dieser
Wert der Temperatur beim Anlassen des SQUIDs soll etwas oberhalb der Ab
scheidetemperatur des epitaktischen Isolationsmaterials liegen.
Insbesondere für den Fall, daß der SQUID-Parameter β 1 ist, empfiehlt sich, die
Justierung in einem Mikrowellenofen durchzuführen.
Es wurde erkannt, daß für diesen Fall ein konstanter Sauerstofffluß eingestellt
werden kann. Im einzelnen wurde das hergestellte SQUID mit einem Verfahren
justiert, das bis zu 7 Schritte enthielt, in folgender Art und Weise:
Es ist dabei vorteilhaft, nach Durchführung dieser aus
7 Einzelschritten bestehenden Prozedur den SQUID-Para
meter β nach jedem einzelnen Schritt der Prozedur zu
bestimmen. Insofern bis zum letzten Schritt Nr. 7 ein
SQUID-Parameter-Wert von β = 1, zumindest
0,75 < β < 1,40 noch nicht erhalten worden ist, kann
durch Wiederholung des 7. Schrittes dieser Prozedur der
β-Wert im durch Anspruch 2 angegebenen Bereich erreicht
werden.
Neben dieser Justierung des kritischen Stromes Ic des
Josephson-Kontaktes des SQUIDs, die sowohl bei der Ju
stierung vor Bildung der Deckschicht als auch nach Bil
dung der Deckschicht eingesetzt werden kann, gibt es
weitere alternative Temperverfahren , insbesondere sol
che, bei denen die Probe in der Herstellungskammer bei
geeigneten Temperaturen und Sauerstoffpartialdrücke be
lassen oder auch durch eine leicht abgeänderte Prozeß
führung der vorher beschriebenen Schrittprozedur behan
delt wird.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines einen Josephson-Kontakt enthaltenden SQUIDs
aus Hochtemperatur-Supraleitermaterial, bei dem der SQUID durch
Abscheidung von Hochtemperatur-Supraleitermaterial und geeigneter
Strukturierung auf einem Substrat gebildet wird, bei dem wenigstens eine
isolierende epitaktische Deckschicht auf dem gebildeten SQUID gebildet wird und
bei dem sowohl vor als auch nach Bildung der Deckschicht der Josephson-Kontakt
des SQUIDs justiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Induktivität Ls des SQUIDs und mit
dem magnetischen Flußquant Φo bezüglich der
kritischen Stromdichte Ic des Josephsons-
Kontaktes der SQUID-Parameter β
auf einen Wert im Bereich von β = 0,75 bis zu
β = 1,40, insb. β = 1,0, justiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Justierung des SQUID-Parameters β der
SQUID geeignet getempert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der SQUID zur Justierung von β bei einer Tem
peratur im Bereich von 700°C bis 800°C getempert
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der SQUID zur Justierung von β bei einem O₂-
Druck im Bereich von 0,01 mbar bis zu 10,0 mbar
getempert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4324700A DE4324700C2 (de) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | Verfahren zur Herstellung eines einen Josephson-Kontakt enthaltenden SQUIDs aus Hochtemperatur-Supraleitermaterial |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4324700A DE4324700C2 (de) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | Verfahren zur Herstellung eines einen Josephson-Kontakt enthaltenden SQUIDs aus Hochtemperatur-Supraleitermaterial |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4324700A1 DE4324700A1 (de) | 1995-01-26 |
DE4324700C2 true DE4324700C2 (de) | 1995-11-02 |
Family
ID=6493499
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4324700A Expired - Fee Related DE4324700C2 (de) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | Verfahren zur Herstellung eines einen Josephson-Kontakt enthaltenden SQUIDs aus Hochtemperatur-Supraleitermaterial |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4324700C2 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19519517A1 (de) * | 1995-06-01 | 1996-12-05 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Mehrkanalsystem mit rf-SQUIDs |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69125425T2 (de) * | 1990-07-16 | 1997-10-23 | Sumitomo Electric Industries | Verfahren zum Herstellen einer supraleitenden Einrichtung aus supraleitendem Material und dadurch hergestellte supraleitende Einrichtung |
-
1993
- 1993-07-23 DE DE4324700A patent/DE4324700C2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4324700A1 (de) | 1995-01-26 |
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