DE68928564T2 - Josephson-Einrichtungen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Oxidsuperleiter verwendende Tunnelkupplungsverbindung-Josephson-Bauelemente und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
• Obwohl konventionell Niobnitrid (NbN), Germaniumniob (Nb&sub3;Ge) und dergleichen als Supraleiter bekannt sind, die binäre Verbindungen vom A15-Typ sind, beträgt die Supraleitungsübergangstemperatur dieser Materialien im besten Fall 24 K, während ein Oxidsupraleiter vom Perowskit-Typ gewöhnlich eine höhere Übergangstemperatur hat, und vorgeschlagen wurde ein Ba-La-Cu-O-Hochtemperatursupraleiter (J.G. Bednorz und K.A. Müller, Zeitschrift für Physik B - Condensed Matter, 64, 189-193 (1986)). Ferner haben einige der kürzlich entdeckten Supraleiter eine Supraleitungsübergangstemperatur über der Temperatur des flüssigen Stickstoffs (77,3 K) und somit geht man davon aus, daß diese Entdeckung das Anwendungsgebiet von Supraleitern erweitert. Insbesondere wurde auch entdeckt, daß ein aus einem Bi-Typ-Schichtoxid aufgebauter Bi-Sr-Ca-Cu-O- Supraleiter eine Supraleitungsübergangstemperatur von 100 K oder mehr hat. (H. Maeda, Y. Tanaka, M. Fukutomi und T. Asano, Japanese Journal of Applied Physics, 27, L209-L210 (1988)). Kürzlich wurde berichtet, daß ein TI-Ba-Ca-Cu-O-Material einen Supraleitungsübergang bei 120 K oder mehr zeigt, und es wurde herausgefunden, daß dies wie die Bi-Typ-Schichtoxide ein Schichtoxid ist (Z.Z. Sheng und A.M. Hermann, Nature, 332, 138-139 (1988)). Obwohl der Supraleitungsmechanismus dieses Materialtyps nicht im einzelnen bekannt ist, besteht die Möglichkeit, daß seine Übergangstemperatur die Raumtemperatur überschreitet. Davon erwartet man im Vergleich zu konventionellen binären Verbindungen vielversprechende Eigenschaften als Supraleiter.
• Ein Josephson-Bauelement mit einer Josephson-Kupplungsverbindung unter Verwendung eines Supraleiters ist als typisches Supraleiter-Bauelement bekannt. Josephson- Kupplungsverbindungen beinhalten einen Tunnelkupplungsverbindungstyp aus auf entgegengesetzten Seiten einer sehr dünnen isolierenden Schicht mit einer Dicke von wenigen Nanometern (wenigen 10 Angstrom) angeordneten Supraleitern, einen Brückentyp aus einem einzelnen Supraleiter mit einem auf die Größe von 1 um zusammengezogenen dünnen Teil, einen Punktkontakttyp unter Verwendung eines aus einem Supraleiter bestehenden scharfen Stiftes und dergleichen. Die obigen Josephson-Bauelemente außer dem Tunnelkupplungsverbindungstyp erfordern eine Lithographietechnologie mit sehr feinen Mustern mit dem Ergebnis einer schlechten Reproduzierbarkeit und Ausbeute, und somit ist es sehr schwierig, viele Josephson-Bauelement zu integrieren. Sie werden daher hauptsächlich unter Verwendung der konventionellen Supraleiter, etwa der binären Verbindungen, hergestellt.
• Andererseits sind als die obigen Oxidsupraleiter verwendende Josephson- Bauelemente die folgenden Prototypen konventionell hergestellt worden: ein Josephson- Bauelement vom Bruchtyp aus einem Oxidsupraleiter, der in zwei Teile geteilt ist und einen leichten dazwischen hergestellten Kontakt hat; ein Brückentyp-Josephson- Bauelement aus einem dünnen Film eines Oxidsupraleiters mit kleinem Aufbau; und ein Josephson-Bauelement vom Proximity-Effekt-Brückentyp (Proximity = Nähe) aus mit einem Edelmetall, etwa Au, Ag oder dergleichen, gekoppelten Oxidsupraleitern. Zusätzlich wurde als Prototyp ein Tunneltyp-Josephson-Bauelement hergestellt, das aufgebaut ist aus einem Oxidsupraleiter, etwa Y-Ba-Cu-O, Bi-Sr-Ca-Cu-O, Ti-Ba-Ca-Cu-O oder dergleichen, und einem Metallsupraleiter, etwa Nb, Pb oder dergleichen.
• Es ist jedoch schwierig gewesen, ein Tunneltyp-Josephson-Bauelement aus nur Oxidsupraleitern herzustellen, weil wohl eine Grenzflächenreaktion auftritt zwischen einer Barrierenschicht und einem Oxidsupraleiterdünnfilm, wenn die Barrierenschicht oder ein zweiter Oxidsupraleiterdünnfilm hergestellt wird, und damit wird die Struktur des ersten oder des zweiten Dünnfilms aus Oxidsupraleiter zerstört und seine Eigenschaften werden verschlechtert.
• Die EP-0 342 038 A2, die in die Frist des Artikels 54(3) EPÜ fällt und am 15. November 1989, das heißt nach Einreichung dieser Patentanmeldung veröffentlicht wurde, offenbart ein Josephson-Bauelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Das Josephson-Bauelement nach diesem Dokument weist einen ersten und einen zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm jeweils aus einem Wismut-Kupfer-enthaltenden Oxidsupraleiter und eine Barrierenschicht dazwischen auf. Die Barrierenschicht weist ein Oxid mit Bi auf. Bei diesem bekannten Josephson-Bauelement gibt es keine isolierende Zwischenschicht zwischen den beiden Dünnfilmen in Bereichen, in denen keine Barrierenschicht vorgesehen ist.
• Das JOURNAL OF PHYSICS D, Band 20, Nr.10, Oktober 1987, Seiten 1330 - 1335, London, Großbritannien, offenbart ein Josephson-Bauelement mit einer Barrierenschicht aus Y&sub2;O&sub3;.
• Das JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, Band 26, Nr.9, September 1987, Sseiten L 1443 - L 1444, offenbart ein Josephson-Bauelement mit einer Barrierenschicht aus Al&sub2;O&sub3;.
• Die US-PS 4 499 119 zeigt ein Josephson-Bauelement mit einer Barrierenschicht aus Si, Ge oder Legierungen daraus.
• Die JP-A-58-002 082 und die JP-A-58-077 265 beschreiben ein Josephson- Bauelement mit einer Barrierenschicht aus Siliziumnitrid.
• Die JP-A-61-220 385 offenbart ein Josephson-Bauelement mit einer Barrierenschicht aus Magnesiumoxid.
• Die JP-A-63-224 273, veröffentlicht am 19. September 1988, offenbart ein Josephson-Bauelement mit einer Barrierenschicht aus Ta.
• In Anbetracht des vorveröffentlichten Standes der Technik ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Josephson-Bauelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, wobei das Josephson-Bauelement eine hervorragende Tunnelkupplungsverbindung aufweist.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Josephson-Bauelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung nach den Ansprüchen 1, 4, 12 bzw. 13. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht.
• Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Josephson-Bauelement;
• Fig. 2 sind Verfahrensquerschnittsansichten, die ein Ausführungsbeispiel für ein Herstellungsverfahren für das erfindungsgemäße Josephson-Bauelement aus Fig. 1 darstellen;
• Fig. 3 sind Verfahrensdiagramme für ein Ausführungsbeispiel eines Herstellungsprozesses für ein erfindungsgemäßes Josephson-Bauelement;
• Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Josephson-Bauelement;
• Fig. 5 sind Verfahrensquerschnittsansichten, die ein Ausführungsbeispiel für ein Herstetlungsverfahren für das erfindungsgemäße Josephson-Bauelement aus Fig. 4 darstellen;
• Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm der Kristalistruktur eines schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms einschließlich Cu-O-Schichten;
• Fig. 7 sind Verfahrensquerschnittsansichten, die ein Ausfiihrungsbeispiel für ein Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemäßes Josephson-Bauelement illustrieren;
• Fig. 8 ist eine schematische Ansicht einer Dünnfilmherstellungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Targets und einem Verschluß bzw. Shutter, die bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Josephson-Bauelements verwendet wird;
• Fig. 9 ist eine Strukturquerschnittsansicht des bei einem erfindungsgemäßen Josephson-Bauelement verwendeten ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms;
• Fig. 10 ist eine schematische Ansicht einer Dünnfilmherstellungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Targets und einem Verschluß bzw. Shutter, die bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Josephson-Bauelements verwendet wird, und
• Fig. 11 ist eine Strukturquerschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des für ein erfindungsgemäßes Josephson-Bauelement verwendeten ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms.
• Wie in Fig. 1 gezeigt ist der erste schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 2 auf einem Substrat 1 gebildet, auf dem Dünnfilm 2 eine Barrierenschicht 3 gebildet, und zur Herstellung einer Kupplungsverbindung (junction) ist der zweite schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 4 gebildet. Ein Zwischenlagenisolationsfilm 5 ist auf solche Weise gebildet, daß er die Kupplungsverbindung umgibt. Ein schichtartiger Oxidsupraleiterdünnfilm 6 für einen Kontakt ist auf dem Zwischenlagenisolationsfilm 5 so gebildet, daß der Dünnfilm 6 mit dem zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm 4 in Kontakt gebracht ist. Damit ist ein erfindungsgemäßes Josephson-Bauelement hergestellt.
• Im folgenden wird ein Herstellungsverfahren für das Josephson-Bauelement aus Fig. 1 anhand Fig. 2 beschrieben. Als Beispiel wird als Substrat 1 ein MgO-Substrat verwendet, der schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 2 vom Bi-Typ, hauptsächlich aufgebaut aus Bi&sub2;Sr&sub2;Ca&sub1;Cu&sub2;Oy ist in einer Dicke von 300 nm bei einer Substrattemperatur von ungefähr 700ºC mit einem RF-Magnetron-Sputterverfahren gebildet, und die Barrierenschicht 3 ist in einer Dicke von 2 nm im gleichen Vakuum gebildet (Fig. 2a). Als Barrierenschicht 3 wird ein mit dem schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm 2 verwandtes Material verwendet, und zwar wird ein Bi-Oxid verwendet. Das Material der Barrierenschicht 3 muß sorgfältig ausgewählt werden, weil beim Aufheizen des Substrats 1 zur weiteren Herstellung der schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilme 4 und 6 Probleme auftreten mit einer Diffusion der Barrierenschicht 3 und Verschlechterung der schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilme 2 oder 4 und dergleichen, oder die Barrierenschicht 3 bricht, so daß ein Kurzschluß der schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilme 2 und 4 verursacht wird.
• Als Material für die Barrierenschicht wird ein Wismutoxid allein oder in Mischung mit Strontiumoxid, Calciumoxid, Bariumoxid, Zinkoxid, Magnesiumoxid und Zirkonoxid und dergleichen verwendet. Diese Materialen verursachen keine gegenseitige Diffusion, und selbst wenn eine gegenseitige Diffusion verursacht wird, verschlechtern sie sich weniger, weil sie aus ähnlichem Material wie der schichtartige Oxidsupraleiterdünnfirm vom Bi-Oxidtyp aufgebaut sind. Als Material für die Barrierenschicht 3 wird eine schichtartige Verbindung vom Bi-Oxidtyp verwendet. Es stellt sich heraus, daß bei Verwendung einer schichtartigen Verbindung vom Bi-Oxidtyp mit zumindest einem Element aus der Gruppe aus Ti, Nb, Ta und W als Material für die Barrierenschicht 3 gleichfalls auch eine Tunnelkupplungsverbindung mit geringerem Leckstrom erhalten werden kann. Ferner kann gleichfalls eine hervorragende Tunnelverbindung gebildet werden, wenn ein Material für die Barrierenschicht 3 aufgebaut ist aus einer schichtartigen Verbindung vom Bi-Oxidtyp mit zumindest einem Element aus der Gruppe aus Ti, Nb und Ta und zumindest einem Element aus der Gruppe aus Pb, Ca, Sr und Ba; einer schichtartigen Verbindung vom Bi- Oxidtyp mit Ti und zumindest einem Metall aus der Gruppe aus Na, K, Fe, Nb und Ta; oder eine schichtartige Verbindung vom Bi-Oxidtyp mit Nb und K. Ferner kann eine hervorragende Tunnelkupplungsverbindung gebildet werden, wenn Bi&sub2;Ti&sub4;O&sub1;&sub1; oder Bi&sub4;Ti&sub3;O&sub1;&sub2; als Material für die Barrierenschicht 3 verwendet wird. Danach wird weiterhin der zweite schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 4 in einer Dicke von ungefähr 400 nm im gleichen Vakuum mit einem RF-Magnetron-Sputterverfahren gebildet (Fig. 2b). Die Substrattemperatur ist ungefähr 700ºC. Auf den wie oben beschrieben kontinuierlich gebildeten Dünnfilm wird mit einem Photolithographieverfahren ein Lackmuster 7 in einer Dicke von ungefähr 1 pm gebildet, und es wird eine Ar-Ionenätzung durchgeführt, um den ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm 2 freizulegen (Fig. 2c). Dann wird der Lack 7 durch O&sub2;-Plasma-Bestrahlung oder dergleichen entfernt, und dann der Zwischenlagenisolationsfilm 5 gebildet. Es kann ein ähnliches Material wie bei der Barrierenschicht 3 verwendet werden. Danach wird ein Aufschleuderglas (spin-on-glass) 8 auf die Zwischenlagenisolationsschicht mit einer Schleudereinrichtung aufgebracht und zum Fließen geheizt, so daß seine Oberfläche flach wird (Fig. 2d). Dann wird seine Oberfläche mit Ar- Ionen geätzt (Fig. 2e). Die Oberfläche des zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 4 wird bei diesem Schritt freigelegt. Ferner wird auf dem zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm 4 der schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 6 für einen Kontakt gebildet, und der schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 6 für einen Kontakt wird mit Photolithographie und Ätzen strukturiert, wodurch ein Josephson-Bauelement hergestellt ist.
• Fig. 3 zeigt Verfahrensdiagramme für ein Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens für ein erfindungsgemäßes Josephson-Bauelement. Auf einem Substrat 1 wird ein erster schichtartiger Oxidsupraleiterdiinnfilm 2 (Filmdicke: 300 nm) vom Bi-Sr-Ca-Cu- O-Typ gebildet, in dem eine (100)-Oberfläche von MgO bei einer Substrattemperatur von ungefähr 700ºC mit einem RF-Magnetron-Sputterverfahren verwendet wird, und dann wird als Barrierenschicht 3 Bi&sub4;Ti&sub3;O&sub1;&sub2; (Filmdicke: 2 nm) mit einem RF-Magnetron- Sputterverfahren abgeschieden, während das Vakuum aufrecht erhalten bleibt (Fig. 3a). Dann wird der erste schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 2 mit Photolithographie und Ar-Ionenätzen strukturiert (Fig. 3b).
• Dann wird ein Negativlack in einer Dicke von 8,0 nm als Schutzschicht aufgeschleudert und ein Positivlack darauf in einer Dicke von 800 nm aufgeschleudert, und danach werden sie belichtet und entwickelt, um eine Struktur aus einem Lack 7 zu definieren, die nur in einem als Kupplungsverbindung dienenden Bereich und einem Kontaktbereich des ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 2 gebildet ist. Bi&sub4;Ti&sub3;O&sub1;&sub2; wird darauf in einer Dicke von 300 nm mit einem RF-Magnetron-Sputterverfahren abgeschieden, um einen Zwischenlagenisolationsfilm 5 zu bilden (Fig. 3c). Die Probe wurde in Aceton getaucht und zum Abheben (lifting off) leicht Ultraschallwellen ausgesetzt (Fig. 3d). Der restliche Lack wird durch Veraschung in Sauerstoffplasma entfernt, und die Barrierenschicht 3 wird gereinigt. Unmittelbar danach wird im gleichen Vakuum der zweite Oxidsupraleiterdünnfilm 4 bei einer Substrattemperatur von 700ºC mit einem RF-Magnetron- Sputterverfahren gebildet. Seine Filmdicke ist 300 nm. Darauf wird ein Lackmuster 9 gebildet, um den zweiten Oxidsupraleiterdünnfilm 4 mit gewöhnlicher Photolithographie zu strukturieren (Fig. 3e). Mit Ar-Ionenätzen (Ar ion milling) wird eine Ätzung durchgeführt, so daß der zweite Oxidsupraleiterdünnfilm 4 strukturiert wird, und gleichzeitig wird ein Fenster in der Barrierenschicht 3 für einen Kontakt mit dem ersten Oxidsupraleiterdünnfilm 2 definiert. Das restliche Lackmuster 9 wird durch Veraschung in Sauerstoffplasma entfernt, und dann wird ein Josephson-Bauelement gebildet durch Heizen bei 845ºC in einer Sauerstoffatmosphäre für 4 Stunden und einen Temperschritt (anneal) durch Abkühlung in einem Ofen auf Raumtemperatur (Fig. 3f). Das wie oben beschrieben hergestellte Josephson-Bauelement entspricht einer Struktur, bei dem der zweite schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 4 und der schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 6 für einen Kontakt aus dem gleichen Material und in Fig. 1 vereinigt sind.
• Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Josephson-Bauelement. Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Herstellungsverfahren dazu.
• In Fig. 4 ist der erste schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 2 auf einem Substrat 1 gebildet, darauf ein dünner Metallfilm 10 gebildet und eine Barrierenschicht 3 und dann der zweite schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 4 sind ferner darauf gebildet, um eine Josephson-Kupplungsverbindung 11 zu bilden, die durch einen Zwischenlagenisolationsfilm 5 umgeben ist. Der untere Abschnitt des Zwischenlagenisolationsfilms 5 steht in Kontakt mit der Oberfläche des dünnen Metallfilms 10, und ein Teil seiner oberen Oberfläche steht in Kontakt mit einem schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm 6 zur Verdrahtung. Ferner steht der schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 6 zur Verdrahtung in Kontakt mit dem zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm 4, und zwar in einem Teil seiner unteren Oberfläche, um einen Supraleiterkontakt zu bilden, und dient als obere Elektrode einer Josephson-Kupplungsverbindung. Zusätzlich bildet ein schichtartiger Oxidsupraleiterdunnfilm 4' für einen direkt auf dem dünnen Metallfilm 10 gebildeten Kontakt durch den dünnen Metallfilm 10 einen Supraleiterkontakt mit dem ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm 2, und zwar wegen eines Proximity-Effekts, und dient als Leitungselektrode (lead electrode) einer unteren Elektrode der Kupplungsverbindung).
• Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Josephson-Bauelements aus Fig. 4 anhand Fig. 5 beschrieben. Auf einem Substrat 1 wird der erste schichtartige Oxidsupraleiterdunnfilm 2 (Filmdicke: 300 nm) vom Bi-Sr-Ca-Cu-O-Typ gebildet unter Verwendung einer MgO-(100)-Oberfläche bei einer Substrattemperatur von 700ºC mit einem RF-Magnetron-Sputterverfahren. Als Target wird eine Zusammensetzung Bi : Sr : Ca Cu = 1,6 : 1 : 1,5 : 2 verwendet, und das Sputtern wird durchgeführt in einer Mischatmosphäre aus Ar und 02 bei 0,5 Pa. Danach wird ein dünner Metallfim 10 aus Au (Filmdicke : 10 nm) darauf durch ein Widerstandsheizverfahren gebildet, ohne das Vakuum zu brechen, und eine Barrierenschicht 3 aus Bi&sub2;O&sub3; (Filmdicke: 2 nm), die als Tunnelbarriere wirkt, wird darauf mit einem RF-Magnetron-Sputterverfahren gebildet. Als Materialien des dünnen Metallfilms 10 werden auch, allein oder gemischt, Ag, Au, Pt, Pd und dergleichen verwendet. Dabei beträgt die Substrattemperatur vorzugsweise 400ºC. Danach wird in einer Dicke von 300 nm und ohne das Vakuum zu brechen der zweite schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 4 aus Bi-Sr-Ca-Cu-O gebildet. Der zweite schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 4 und die Barrierenschicht 3 werden mit einem photolithographischen Verfahren und Ar-Ionenätzen strukturiert, um eine Verbindung 11 zu bilden (Fig. 5b). Ein Lack 7 besteht vorzugsweise aus einem in einer Dicke von 80 nm aufgeschleuderten negativen Typ und einem darauf in einer Dicke von 800 nm aufgeschleuderten positiven Typ, und zwar als Schutzschicht. Es ist bequem, die Ätzung bis zum Freilegen der Oberfläche des dünnen Metallfilms 10 auszuführen. Die Beschleunigungsspannung der Ar-Ionen beträgt vorzugsweise ungefähr 500 V. Als nächstes wird Bi&sub2;O&sub3; in einer Dicke von 300 nm bei Raumtemperatur mit einem rf-Magnetron- Sputterverfahren abgeschieden, um einen Zwischenlagenisolationsfilm 5 zu bilden. Es folgt eine Eintauchung in Aceton und eine leichte Ultraschallwellenbehandlung zum Abheben (lifting off). Der verbleibende Lack wird durch Veraschung im Sauerstoffplasma entfernt, und der zweite schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 4 und der Kontaktabschnitt des dünnen Metallfilms 10 werden gereinigt (Fig. 5c). Dann wird bei einer Temperatur von 700ºC ein schichtartiger Oxidsupraleiterdünnfilm 6 vom Bi-Sr-Ca-Cu-O-Typ zur Verdrahtung gebildet. Seine Dicke ist 300 nm. Ferner wird darauf ein Photolack 9 in einer Dicke von 800 nm aufgeschleudert, belichtet und entwickelt, und somit ein Muster zur Verdrahtung und für einen Supraleiterkontakt des ersten und des zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 2 bzw. 4 gebildet (Fig. 5d). Der Lack kann dabei vom negativen oder vom positiven Typ sein. Danach wird der schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 6 zur Verdrahtung durch Ar-Ionenätzung geätzt. Daraufhin wird der verbleibende Lack 9 durch Veraschung im Sauerstoffplasma entfernt. Es folgt ein Temperschritt in einer Sauerstoffatmosphäre zur Ausbildung eines Josephson-Bauelements. Eine Grenzflächenkontamination kann verhindert werden durch sequentielles Herstellen des ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 2, des dünnen Metallfilms 10, der Barrierenschicht 3 und des zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 4 ohne Bruch des Vakuums. Ferner ist auch zu beachten, daß der dünne Metallfilm 10 als Pufferschicht gegen eine gegenseitige Diffusion zwischen der Barrierenschicht 3 und dem ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm 2 dient, so daß der Freiheitsgrad bei der Auswahl des Materials der Barrierenschicht 3 vergrößert wird. Für eine besonders wirksame Pufferschicht ist es bevorzugt, ein Metall mit zumindest einem Element aus der Gruppe aus Ag, Au, Pt und Pd als Material des dünnen Metallfilms 10 zu verwenden. Ferner wurde beobachtet, daß die Sauerstoffplasmaexposition nach dem Verfahrensschritt aus Fig. 5c eine Tendenz zur Wiederherstellung oder Verbesserung der Supraleitereigenschaften des zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 4 hat. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß die kritische Temperatur der Verbindung zwischen dem ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 2 und dem zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 4 vor dem Tempern, das bei dem Verfahrensschritt aus Fig. 5e ausgeführt wird, nach dem Tempern eine Tendenz zur Erhöhung zeigt. Als schichtartiger Oxidsupraleiter werden bei den obigen Ausführungsbeispielen zusätzlich zu dem Bi-Sr-Ca-Cu-O-Typ auch der Y-Ba- Cu-O-Typ, der Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O-Typ, der Tl-Ba-Ca-Cu-O-Typ, der Tl-Pb-Sr-Ca-Cu-O-Typ und dergleichen verwendet.
• Diese Materialien zeichnen sich dadurch aus, daß sie Cu-O-Schichten enthaltende Kristalle sind. Fig. 6 zeigt schematisch als Beispiel eine schichtartige Kristallstruktur von Bi&sub2;Sr&sub2;Ca&sub2;Cu&sub3;Oy . Die Ziffer 12 bezeichnet den ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm, und Fig. 6 zeigt einen Substratkristalleinheitsabschnitt dieses Dünnfilms 12. Obwohl diese Cu-O-Schicht als an der Supraleitung beteiligt angesehen wird, ist man sich diesbezüglich gegenwärtig noch nicht ganz schlüssig. Ein Ausführungsbeispiel für einen schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm vom Bi-Sr-Ca-Cu-O-Typ wird im folgenden im einzelnen als Beispiel beschrieben.
• Entsprechende Einzelsubstanzen oder Verbindungen als Bestandteile dieser Supraleiter werden als Verdampfungsquellen verdampft und periodisch auf einem Substrat in einem Sauerstoff enthaltenden Gas bei einer Substrattemperatur von 400 bis 900ºC abgeschieden. Man findet, daß bei Regulierung der Verdampfungsrate jeder Verdampfungsquelle bei dieser Gasphasenabscheidung eine Phase mit einer kritischen Temperatur von mindestens 100 K entsprechend einem Abscheidungszyklus auftritt. Die Erfinder haben entdeckt, daß bei einer Substrattemperatur insbesondere im Bereich von 500 bis 900ºC eine Phase mit hervorragender Kristallinität ünd einer kritischen Temperatur von mindestens 100 K gebildet werden kann. Der hergestellte Dünnfilm zeigt einen Supraleitungsübergang von ungefähr 80 K im Zustand wie er ist. Hier wird der Supraleiterdünnfilm bei ungefähr 650ºC oder weniger hergestellt, um eine Diffusion durch die Tunnelbarrierenschicht in einer Josephson-Kupplungsverbindung zu verhindern. Der erste schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm wird wie oben beschrieben hergestellt.
• Es gibt verschiedene Verfahren zur periodischen Abscheidung der entsprechenden einfachen Substanzen oder Verbindungen, die den Supraleiter aufbauen. Im allgemeinen können die periodisch geschichteten Schichten in der Weise gebildet werden, daß ein Verschluß bzw. Shutter vor der Verdampfungsquelle geöffnet und geschlossen wird, wenn eine MBE-Vorrichtung oder Mehrquellen-EB-Gasphasenabscheidungsvorrichtung verwendet wird, oder der Gastyp gewechselt wird, wenn eine Gasphasenepitaxie verwendet wird. Hervorragende geschichtete Filme können auch mit einem Sputterverfahren unter Verwendung einer Plasmaentladung oder eines Laserstrahls hergestellt werden. Diesem Fall sind ein hoher Sauerstoffgasdruck, eine hohe Sputterentladung oder dergleichen beim Sputtern sinnvoll zur Herstellung eines schichtartigen Verbindungsoxids vom Bi-Typ mit einer kritischen Temperatur von mindestens 100 K sind.
• Ferner enthält das schichtartige Verbindungsoxid vom Bi-Typ vorzugsweise Pb.
• Wie in Fig. 7a gezeigt, erleichtert die Herstellung der ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 2 auf dem Substrat 1 mit dem oben beschriebenen Verfahren die darauffolgende Herstellung eines dünnen Metallfilms 10 in der gleichen Vakuum kammer. Insbesondere kann der Dünnfilmsupraleiter hergestellt werden unter Verwendung eines Metalls, einer Legierung oder einer Metallverbindung als eine aus einer Mehrzahl von Verdampfungsquellen. Nach der oben beschriebenen Herstellung des dünnen Metallfilms 10 wird die Probe aus der Atmosphäre entnommen, um die erforderlichen Verfahrensschritte durchzuführen für ein von der Josephson-Kupplungsverbindung Gebrauch machendes Bauelement, wobei Technologien wie die Photolithographie, das lonenätzen, das chemische Ätzen und dergleichen verwendet werden, wie in den Fig. 7b und 7c gezeigt. Nach der Herstellung eines Zwischenlagenisolationsfilms 5 wird die Probe wieder in die Vakuumkammer gesetzt, und es wird eine Barrierenschicht 3 als Isolationsschicht zur Herstellung der Josephson-Kupplungsverbindung auf der Oberfläche der Probe gebildet. Im allgemeinen wird die Barrierenschicht 3 bequem hergestellt durch ein Sputterverfahren oder ein EB-Gasphasenabscheidungsverfahren. Ein Josephson- Kupplungsverbindungsbauelement mit guten Supraleitereigenschaften kann zuverlässig hergestellt werden durch Herstellung des zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 4 ähnlich dem Dünnfilm 2 auf der Barrierenschicht 3 nach dem gleichen Verfahren wie oben.
• Um dieses Dünnfilmherstellungsverfahren im einzelnen zu beschreiben wird, wie in Fig. 8 gezeigt, das Sputtern bei Bi mit einem Target 30 aus Bi gestartet. Die Ziffer 31 bezeichnet ein Sr&sub2;Cu-Target; 32 ein CaCu-Target und 33 ein Pt-Target. Zunächst wird Ar-Gas in eine Vakuumkammer eingeführt und zum Beginn des Sputterns entladen. Das Substrat 1 wird von einem Heizer 24 auf 650ºC geheizt, Sauerstoff wird eingeführt, und die Sputterbedingungen werden eingestellt. Das Bi-Target 30, das Sr&sub2;Cu-Target 31 oder das CaCu-Target 32 werden gesputtert, um Bi, Gruppe IIa-Elemente oder Cu auf der Oberfläche abzuscheiden. In diesem Fall wird der Dünnfilm mit einer zu dem stoichometrischen Verhältnis des schichtartigen Oxidsupraleiters vom Bi-Typ passenden Zusammensetzung hergestellt durch die Einstellung der Sputterbedingungen und Bewegen eines in einem Shutter 22 definierten Schlitzes 23. Insbesondere wird dies realisiert durch Regulieren der Rotationszeit des Shutters. Nach der Herstellung des ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 2 in einer Dicke von 50 nm (500 A) nach diesem Verfahren wie in Fig. 6 gezeigt, wird das Einführen des Sauerstoffgases gestoppt, und das Sputtern nur mit Ar ausgeführt, so daß ein aus Cu oder Pt aufgebauter Dünnfilm in einer Dicke von einigen Nanometern (einigen 10 Angstrom) oder weniger auf der Oberfläche des ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 2 hergestellt wird, um den dünnen Metallfilm 10 zu bilden.
• Mit dieser Probe wird eine Feinprozessierung unter Verwendung einer Photolithographietechnik oder dergleichen durchgeführt, um eine elektrische Verbindung mit dem ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm herzustellen, und auf diese Weise wird eine Elektrode gebildet. Danach wird die Josephson-Kupplungsverbindung mit einer Metallmaske, einem Photolack oder dergleichen maskiert, um den Zwischenlagenisolationsfilm 5 zu bilden. Der Zwischenlagenisolationsfilm 5 ist vorzugsweise aufgebaut aus Material vom Perowskit-Strukturtyp, und zwar unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der zweite schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 4 auf seiner Oberfläche gebildet wird. Zum Beispiel wird eine Verbindung vom Bi-Ti-O-Typ mit Ti, etwa Bi&sub4;Ti&sub3;O&sub1;&sub2;, Bi&sub2;Ti&sub4;O&sub1;&sub1; oder dergleichen vorzugsweise in einer Dicke von 500 nm (5000 Angstrom) auf dem anderen Abschnitt als die Josephson-Kupplungsverbindung gebildet. Danach wird die Maske entfernt, die Oberfläche der Josephson-Kupplungsverbindung freigelegt, die Probe wieder in die Vakuumkammer gesetzt, und eine Isolationsschicht mit einer Dicke von einigen Nanometern (einige 10 Angstrom) oder weniger darauf als Supraleitungstunnelbarrierenschicht 3 gebiidet, um auf der Oberfläche der Probe eine Supralleitungstunnelkupplungsverbindung herzustellen. Obwohl diese Barrierenschicht 3 bequem mit der obigen Sputtertechnik hergestellt werden kann, kann jedes beliebige Verfahren, das einen homogenen und gleichmäßigen Film erzeugen kann, verwendet werden. Das Material für die Barrierenschicht 3 ist vorzugsweise ein Perowskit-Material, etwa Bi&sub4;ti&sub3;O&sub1;&sub2;, Bi&sub2;ti&sub4;O&sub1;&sub1; oder dergleichen, wie im Fall des Zwischenlagenisolationsfilms 5, und zwar unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der zweite schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 4 auf ihrer Oberfläche gebildet wird. Dann kann durch Herstellen des zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 4 auf der Oberfläche der Barrierenschicht 3 eine Supraleitungstunnelkupplungsverbindung mit stabilen Charakteristiken hergestellt werden. Dieser zweite schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 4 wird vorzugsweise im gleichen Vakuumkessel auf die Herstellung der aus dem Perowskit-Isolationsdünnfilm bestehenden Barrierenschicht 3 folgend gebildet. Dieser Dünnfilm kann mit dem gleichen Verfahren wie dem für die Herstellung des obigen ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms verwendeten hergestellt werden, indem das Pt-Target 31 in Fig. 8 durch ein Perowskit- Material ersetzt wird.
• Die Verbesserung der Kristallinität des Supraleiterdünnfilms nach der Erfindung wird erwartet, wenn Perowskit-Materialien wie Bi&sub4;Ti&sub3;O&sub1;&sub2;, Bi&sub2;Ti&sub4;O&sub1;&sub1; und dergleichen als Materialien für den Zwischenlagenisolationsfilm und die Barrierenschicht gewählt werden. Auch wenn das gleiche Verfahren für die Herstellung des Dünnfilms verwendet wird, kann sich die Kristallinität abhängig von der Auswahl des Materials der Isolationsschicht verschlechtern. Es wird eine Diffusion von Atomen durch die Barrierenschicht in der Zusammensetzung des schichtartigen zusammengesetzten Oxids des Bi-Typs und eine anomale Verminderung von Ca und dergleichen beobachtet, wodurch die Eigenschaften der Josephson-Kupplungsverbindung verschlechtert werden.
• Zusätzlich kann die Herstellung des zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 4 in der gleichen Vakuumkammer auf die Herstellung der Barrierenschicht 3 folgend die Kristallinität des zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms 4 weiter verbessern.
• Als nächstes wird ein Ausführungsbeispiel für ein Herstellungsverfahren eines Josephson-Bauelements unter Verwendung eines schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms vom Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O-Typ im einzelnen beschrieben.
• Es gibt verschiedene Verfahren zur periodischen Abscheidung eines Bi-Pb-Typ-Oxids, von Gruppe IIIa-Elementen und Cu. Im allgemeinen können die periodisch geschichteten Schichten in der Weise hergestellt werden, daß ein Shutter vor Verdampfungsquellen geöffnet und geschlossen wird, wenn eine MBE-Vorrichtung oder eine Mehrquellen-EB- Gasphasenabscheidungsvorrichtung verwendet wird, oder der Gastyp gewechselt wird, wenn eine Gasphasenepitaxie verwendet wird. Hervorragende göschichtete Filme können auch erzeugt werden durch ein Sputterverfahren, bei dem ein hoher Sauerstoffgasdruck, eine hohe Sputterentladung oder dergleichen beim Sputtern als geeignet für die Herstellung einer Bi-Typphase mit einer kritischen Temperatur von zumindest 100 K betrachtet werden.
• Fig. 9 zeigt eine Strukturansicht eines schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms vom Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O-Typ. Der schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm 2 ist auf einem Substrat 1 zum Beispiel durch ein Sputterverfahren gebildet. Fig. 10 zeigt eine bei der Erfindung verwendete Sputtervorrichtung. In Fig. 10 bezeichnet die Ziffer 24 einen Heizer, 40 bezeichnet ein Bi-Pb-Legierungstarget, 41 bezeichnet ein Sr-Cu- Legierungstarget, 42 bezeichnet ein Ca-Cu-Legierungstarget. Das Substrat wird auf einer hohen Temperatur von mindestens 600ºC gehalten, und alle Targets werden entladen. Dabei sind Vorkehrungen dafür getroffen, daß die Atommenge aus den entsprechenden Targets vermindert ist, so daß in einer ausreichend steuerbaren Zeitspanne eine einzelne Atomschicht gebildet wird. Insbesondere wird die Entladungsleistung geeignet gesteuert, wobei die Entladungleistung der Targets entweder aus einem Gleichstrom oder einer Hochfrequenz stammt. Obwohl bei einem Gleichstromsputterverfahren nur ein leitfähiges Target gesputtert werden kann, kann bei einem Hochfrequenzsputterverfahren auch ein isolierendes Target gesputtert werden. Wie bei dem obigen, den schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm vom Bi-Sr-Ca-Cu-O-Typ verwendenden Ausführungsbeispiel beschrieben, wird ein drehbarer Shutter 22 mit einem darin definierten Fenster 23 verwendet. Da der Shutter 22 von außen gesteuert wird, um die Position des Fensters 23 und seine Stoppzeit genau zu steuern, können auf dem Substrat 1 sequentiell Atomschichten abgeschieden werden. In dieser Weise wird das Fenster des Shutters zuerst über das Bi-Pb-Legierungstarget bewegt, um nur die von der Bi-Pb-Legierung gesputterten Atome auf das Substrat kommen zu lassen. Die gesputterten Atome werden in der Sputteratmosphäre mit Sauerstoff oxidiert und bilden auf dem Substrat eine (Bi, Pb)&sub2;O&sub2;- Schicht. Danach wird der Shutter sequentiell bewegt, um die tatsächliche Schichtstruktur herzustellen: zum Beispiel werden auf einer (Bi, Pb)&sub2;O&sub2;-Schicht 2a, wie in Fig. 9 gezeigt, jeweils eine Sr-O-Schicht 2b, eine Cu-O-Schicht 2c, eine Ca-Schicht 2d, eine Cu-O-Schicht 2c, eine Ca-Schicht 2d, eine Cu-O-Schicht 2c, eine Sr-O-Schicht 2b und eine (Bi, Pb)&sub2;O&sub2;-Schicht gebildet. Dabei wird das Zusammensetzungsverhältnis der entsprechenden Schichten durch die Zeitperiode gesteuert, in der der Shutter geöffnet und an die Targets-Leistung angelegt ist. Auf diese Weise wird jeder Dünnfilm entsprechend dem stoichometrischen Verhältnis des schichtartigen Oxidsupraleiters vom Bi-Typ hergestellt.
• Obwohl der erhaltene Dünnfilm in dem Zustand, in dem er ist, einen Supraleitungsübergang zeigt, kann ein Dünnfilm mit einer Übergangstemperatur von mindestens 100 K auf sicherere Weise hergestellt werden, wenn er bei 850ºC für 5 Stunden in einer Sauerstoffatmosphäre behandelt wird.
• Desweiteren wird ein alternatives Herstellungsverfahren für einen schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm vom Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O-Typ anhand Fig. 11 beschrieben. Zusätzlich zu den bei dem im Zusammenhang mit den Fig. 9 und 10 beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendeten drei Targets ist ein Bi&sub2;&sub4;Pb&sub2;O&sub4;&sub0;-Target vorgesehen. Zunächst wird Ar-Gas eingeführt und dann ein nicht supraleitender Dünnfilm 33 aus Bi&sub2;&sub4;Pb&sub2;O&sub4; auf einem auf 200ºC geheizten Substrat 1 gebildet, während ein Shutter von den anderen Targets gesputterte Atome davon abhält, auf das Substrat zu kommen. Danach hindert der Shutter von dem Bi&sub2;&sub4;Pb&sub2;O&sub4;&sub0;-Target gesputterte Atome, damit ein Dünnfilm 32 vom (Bi, Pb)-Sr-Ca-Cu-O-Typ gebildet wird. Ferner wird auf dem hergestellten Dünnfilm wieder ein Dünnfilm 33 aus Bi&sub2;&sub4;Pb&sub2;O&sub4;&sub0; gebildet. Fig. 11 zeigt die Struktur der wie oben beschrieben hergestellten Dünnfilme. Sie werden bei 850ºC in einer Sauerstoffatmosphäre für 5 Stunden behandelt, um einen schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm 2 mit stabilen Supraleitungseigenschaften herzustellen. Der nicht supraleitende Dünnfilm 33 wird verwendet, um die Verdampfung von Pb bei einer Hochtemperaturbehandlung zu verhindern, und der gleiche Effekt kann erwartet werden, wenn ein Bi&sub2;O&sub3;-Dünnfilm unter Verwendung von Bi&sub2;O&sub3; anstelle des Targets aus Bi&sub2;&sub4;Pb&sub2;O&sub4;&sub0; verwendet wird.
• Obwohl die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele ein Substrat 1 der MgO-(100)- Oberfläche verwenden, ist die Substratoberfläche nicht auf diese Oberfläche eingeschränkt, und es können noch andere Oberflächen verwendet werden, so lange ein Supraleiterdünnfilm darauf abgeschieden werden kann.
• Obwohl Ausführungsbeispiele der beanspruchten Erfindung beschrieben werden unter Verwendung eines Bi-Sr-Ca-Cu-O- oder Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O-Typ-Oxids als erster schichtartiger Oxidsupraieiterdünnfilm 2, zweiter schichtartiger Oxidsupraleiterdünnfilm 4 und schichtartiger Oxidsupraleiterdünnfilm 6 zur Verdrahtung in Kombination mit einem Zwischenlagenisolationsfilm 5, kann die gleiche Wirkung erzielt werden, wenn eine zusammengesetzte Verbindung vom A-B-Cu-O-Typ oder A-B-Cu-O-S-Typ verwendet wird, wobei A zumindest ein Element aus der Gruppe aus Sc, Y, La und den Lanthanoidelementen mit den Atomzahlen von 57 bis 71 außer den Atomnummern 57, 58, 59 und 61 darstellt; B zumindest ein Element aus der Gruppe aus den Gruppe lla-Elementen, etwa Ba, Sr und dergleichen darstellt; und die Konzentration jedes der Elemente A, B und Cu, das heißt [A], [B] und [Cu] die Ungleichungen erfüllen: 0,5 ≤ ([A] + [B])/[Cu] ≤ 2,5.
• Obwohl die oben beschriebenen Beispiele einen aus zwei Schichten aus einem Negativ- und einem Positiv-Lack bestehenden Lack verwenden, besteht keine Einschränkung auf diese Lacke, und es kann jeder beliebige Lack verwendet werden, so lange er die gleiche Funktion ausübt.
• Ferner kann, obwohl bei den obigen Ausführungsbeispielen ein dünner Metallfilm zwischen dem ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm und einer Barrierenschicht gebildet wurde, dieser entweder zwischen dem zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm und der Barrierenschicht oder auf beiden Seiten der Barrierenschicht gebildet werden.
• Ferner können, obwohl als eines der physikalischen Abscheidungsverfahren ein Sputterverfahren als Verfahren zur Abscheidung eines Supraleiterdünnfilms und einer Barrierenschicht bei den obigen Ausführungsbeispielen beschrieben ist, auch ein anderes physikalisches Abscheidungsverfahren, etwa ein Vakuumgasphasenabscheidungsverfahren, ein Elektronenstrahl-Gasphasenabscheidungsverfahren, ein MBE-Verfahren und ein Laserabscheidungsverfahren, und ferner chemische Abscheidungsverfahren, etwa ein CVD-Verfahren, ein MOCVD-Verfahren und dergleichen bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Josephson-Bauelements verwendet werden.
• Wie oben beschrieben kann erfindungsgemäß ein Josephson-Bauelement realisiert werden, das bei einer höheren Temperatur als der des flüssigen Stickstoffs (77,3 K) arbeiten kann, und auf ein supraleitendes Quanteninterferenz-Bauelement (SQUID), ein Standardspannungs-Bauelement, einen Mischer, einen Computer und dergleichen angewendet werden, und somit ist diese Erfindung vom gewerblichen Standpunkt aus variabel einsetzbar.
• Die Erfindung ist nicht als auf die obigen Ausführungsformen und -beispiele eingeschränkt zu verstehen.

Claims (18)

1. Josephson-Bauelement mit einer Verbindung, die gebildet ist durch Herstellen eines ersten wismutfreien schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (2) mit einer Mehrzahl von Cu-O-Schichten auf einem Substrat (1), einer Barrierenschicht (3) darauf und eines zweiten wismutfreien schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (4) auf der Barrierenschicht (3), wobei die Barrierenschicht (3) eine schichtartige Verbindung ist, die enthält Bi-Oxid und

a) zumindest ein Element aus der Gruppe aus Ti, Nb, Ta und W; oder

b) zumindest ein Element aus der Gruppe aus Ti, Nb und Ta und zumindest ein Element aus der Gruppe aus Pb, Ca, Sr und Ba; oder

c) Ti und zumindest ein Metall aus der Gruppe aus Na, K, Fe, Nb und Ta; oder

d) Nb und K.

2. Josephson-Bauelement nach Anspruch 1, bei dem über dem ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm (2) ein Zwischenlagenisolationsfilm (5) gebildet ist und die Verbindung umgibt, und auf dem zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm (4) der Verbindung ein schichtartiger Oxidsupraleiterdünnfilm (6) zur Verdrahtung gebildet ist.

3. Josephson-Bauelement nach Anspruch 2, bei dem das Material des Zwischenlagenisolationsfilms (5) eine schichtartige Verbindung vom Bi-Oxidtyp ist.

4. Josephson-Bauelement mit einer Verbindung, die gebildet ist durch Herstellen eines ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (2) mit einer Mehrzahl von Cu-O- Schichten auf einem Substrat (1), einer Barrierenschicht (3) darauf und eines zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (4) auf der Barrierenschicht (3), und mit einem über dem ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (2) gebildeten und die Verbindung umgebenden Zwischenlagenisolationsfilm (5) und einem auf dem zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm (4) der Verbindung gebildeten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm (6) zur Verdrahtung, wobei das Material der Barrierenschicht (3) eine schichtartige Verbindung ist, die Bi-Oxid enthält.

5. Josephson-Bauelement nach Anspruch 4, bei der der Zwischenlagenisolationsfilm (5) eine Bi-Oxid enthaltende schichtartige Verbindung ist.

6. Josephson-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem an zumindest einer der Seiten der Barrierenschicht (3), wo der erste oder der zweite schichtartige Superleiterdünnfilm (2, 4) in Kontakt mit der Barrierenschicht (3) gebracht ist, ein dünner Metallfilm (10) aus einem zumindest ein Element aus der Gruppe aus Ag, Au, Pt und Pd enthaltenden Material angeordnet ist.

7. Josephson-Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem ein schichtartiger Oxidsupraleiterdünnfilm (6) für einen Kontakt in Kontakt mit dem ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm (2) gebildet ist, wobei der Kontakt in dem Abschnitt angeordnet ist, wo der Zwischenlagenisolationsfilm (5) nicht gebildet ist.

8. Josephson-Bauelement nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm (2, 4, 6) ausgewählt ist aus der Gruppe aus den schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilmen vom Bi-Typ, den schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilmen vom A- B-Cu-O-Typ und A-B-Cu-O-S-Typ, wobei A zumindest ein Element darstellt aus der Gruppe aus Sc, Y, La und den Lanthanoidelementen mit den Atomzahlen 57 - 71 außer 57, 58, 59 und 61; B zumindest ein Element darstellt aus der Gruppe aus den Gruppe IIa-Elementen; und die Konzentrationen jedes der Elemente A, B und Cu; das heißt [A], [B] und [Cu]; die Ungleichung erfüllen: 0,5 ≤ ([A] + [B]) / [Cu] ≤ 2,5.

9. Josephson-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Material der Barrierenschicht (3) oder des Zwischenlagenisolationsfilms (5) ferner zumindest eines beinhaltet aus der Gruppe aus Strontiumoxid, Calciumoxid, Bariumoxid, Zinkoxid, Magnesiumoxid und Zirconoxid oder eine Mischung daraus.

10. Josephson-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die schichtartige Verbindung Bi&sub2;Ti&sub4;O&sub1;&sub1; ist.

11. Josephson-Bauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem die schichtartige Verbindung Bi&sub4;Ti&sub3;O&sub1;&sub2; ist.

12. Verfahren zur Herstellung eines Josephson-Bauelements beinhaltend das auf einem Substrat (1) Herstellen des ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (2) mit einer Vielzahl von Cu-O-Schichten und einer Barrierenschicht (3) in der gleichen Vakuumkammer;

das Definieren von Strukturen der Barrierenschicht (3) und des ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (2);

das Herstellen eines Zwischenlagenisolationsfilms (5) auf der Barrierenschicht (3);

das Entfernen des Zwischenlagenisolationsfilms (5) in einem als Verbindung dienenden Bereich;

die Exposition gegenüber Sauerstoffplasma;

das Herstellen des zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (4) in Kontakt mit einem Teil der Oberfläche der Barrienschicht (3) und

das Definieren von Strukturen des zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (4),

wobei das Material der Barrierenschicht (3) eine schichtartige Verbindung ist, die Bi- Oxid enthält.

13. Verfahren zur Herstellung eines Josephson-Bauelements beinhaltend:

das auf einem Substrat (1) Herstellen von geschichteten Schichten einschließlich einer zwischen dem ersten und dem zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm (2, 4), die eine Vielzahl von Cu-O-Schichten enthalten, in der gleichen Vakuumkammer hergestellten Barrierenschicht (3);

das Definieren von Strukturen der Barrierenschicht (3) und des zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (4);

das Herstellen eines Zwischenlagenisolationsfilms (5) auf dem ersten und dem zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm (2, 4);

das Entfernen der Zwischenlagenisolationsschicht (5) in einem als Verbindung dienenden Bereich; und

weiterhin die Exposition gegenüber Sauerstoffplasma,

wobei das Material der Barrierenschicht (3) eine schichtartige Verbindung ist, die Bi- Oxid enthält.

14. Verfahren zur Herstellung eines Josephson-Bauelements nach Anspruch 12 oder 13, bei dem

ein dünner Metallfilm (10) hergestellt wird auf der Oberfläche des ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (2) in der gleichen Vakuumkammer wie der, in der der erste schichtartige Oxidsupraleiterdünnfilm (2) hergestellt worden ist, und

weiterhin die Barrierenschicht (3) in der gleichen Vakuumkammer auf dem dünnen Metallfilm (10) hergestellt wird.

15. Verfahren zur Herstellung eines Josephson-Bauelements nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem

nach der Definition von Strukturen des zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (4) eine Exposition gegenüber Sauerstoffplasma durchgeführt wird;

ein schichtartiger Oxidsupraleiterdünnfilm (6) zur Verdrahtung in Kontakt mit dem zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilm (4) hergestellt wird und

Strukturen des schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (6) zur Verdrahtung definiert werden.

16. Verfahren zur Herstellung eines Josephson-Bauelements nach Anspruch 15, bei dem

vor der Herstellung des schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (6) zur Verdrahtung ein Kontakt des ersten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (2) freigelegt wird;

eine Exposition gegenüber Sauerstoffplasma durchgeführt wird;

Strukturen des schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms (6) zur Verdrahtung definiert werden zur Trennung desselben zur Verdrahtung und zum Kontakt.

17. Verfahren zur Herstellung eines Josephson-Bauelements nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem in einer Sauerstoffatmosphäre eine Wärmebehandlung durchgeführt wird bei einer höheren Temperatur als den Kristallisationstemperaturen der schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilme (2, 4, 6) nach der abschließenden Definition der Strukturen der schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilme.

18. Verfahren zur Herstellung eines Josephson-Bauelement nach einem der Ansprüche 12 bis 171 bei dem die Herstellung des ersten und des zweiten schichtartigen Oxidsupraleiterdünnfilms durchgeführt wird durch eins um das andere in der Reihenfolge Sputtern entsprechender Targets der Zusammensetzung Bi : Sr : Ca : Cu = 1,6 : 1 : 1,5 : 2; oder Bi, Sr&sub2;Cu, CaCu; oder Bi-Pb, Sr-Cu, Ca-Cu und Bi&sub2;&sub4;Pb&sub2;O&sub4;&sub0;.