DE69132038T2

DE69132038T2 - Supraleiterübergangsstruktur und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69132038T2
Application number: DE69132038T
Authority: DE
Inventors: Hideo Itozaki; Takashi Matsuura; Saburo Tanaka
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 2000-08-03
Anticipated expiration: 2011-09-21
Also published as: US5488030A; EP0476687A3; DE69132038D1; JPH04130679A; EP0476687B1; EP0476687A2

Description

(Gebiet der Erfindung)

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Supraleiterübergangsstruktur. Speziell bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine neue Supraleiterübergangsstruktur, welche einen Oxidsupraleiter verwendet.

(Stand der Technik)

Es gibt verschiedene Strukturen zur Verwirklichung von Supraleiterübergängen, welche dargestellt werden durch den Josephson-Übergang, und die bevorzugteste Struktur ist der Tunnelübergang, welcher einen dünnen Nicht-Supraleiter (welcher keine Supraleitungs-Eigenschaften hat) umfaßt, der sandwichartig eingeschlossen wird von einem Paar von Supraleitern. Im allgemeinen haben diese Supraleiterübergänge sehr feine Strukturen, und diese Supraleiter und Nicht- Supraleiter werden aus sogenannten Filmen gebildet. Zum Beispiel, bei der Verwirklichung eines Tunnelübergangs unter Verwendung eines supraleitenden Oxidmaterials als Supraleiter, werden ein erster supraleitender Oxidfilm, ein nicht-supraleitender Film und ein zweiter supraleitender Oxidfilm in der genannten Reihenfolge laminiert. Der Nicht- Supraleiter, ein Isolator, z. B. MgO oder anderer, ein Halbleiter, z. B. Si oder anderer oder ein Metall, z. B. Au oder andere, können als Nicht-Supraleiter verwendet werden, und man wählt sie abhängig von der Anwendung. Tunnelartige Supraleiterübergänge, welche solche Strukturen haben, haben voneinander verschiedene Eigenschaften, abhängig von dem gewählten Material. Andererseits wird eine Supraleiterübergangsstruktur, welche keine nichtsupraleitende Schicht hat, die im Barrierenabschnitt eines Tunnels vorgesehen ist, in Appl. Phys. Lett, 56 (7), 12. Februar 1990, Seiten 686 bis 688, veröffentlicht von R. Leibowitz et al. offenbart. Der Oxidsuperleiter, welcher bei der dort offenbarten Supraleiterübergangsstruktur verwendet wurde, ist aus der Y-B-C-O-Gruppe.
JP-A-63 76284 beschreibt eine Hochtemperatur- Supraleiterübergangsstruktur, welche supraleitende Schichten aus (La0,9Ba0,1)&sub2;CuO&sub4; und eine Tunnelbarriere aus einem Oxid von Cu, Mo oder V hat, welche in einem Schritt gebildet werden. Die supraleitenden Schichten werden durch HF- Magnetron-Sputtern in Ar-Gas gebildet, und die Tunnelbarriere wird durch Gleichstrommagnetron-Sputtern gebildet. Ein polykristallines Isoliersubstrat aus La&sub2;CuO&sub4; wird verwendet.
JP-A-2 084 781 beschreibt eine Hochtemperatur-Supraleiter- Übergangsstruktur, welche aus unähnlichen keramischen Supraleitungsmaterialien und einem Heteroübergangsabschnitt gebildet wird, der durch gegenseitige Diffusion auf Grenzflächenoberflächen in einem Prozeß gebildet wird, in welchem der Heteroübergang geformt wird. Beispiele der verwendeten keramischen Supraleitungsmaterialien sind Materialien aus der Gruppe Y-Ba-Co-0 und aus der Gruppe Bi- Sr-Ca-Co-O. Beispiele von verwendeten Substraten sind MgC und SrTiO&sub3;. Die Heteroübergangsstruktur kann in einem Schritt gebildet werden.
JP-A-63 318 186 beschreibt eine Supraleitungsübergangsstruktur, welche zwei supraleitende Schichten hat, die in einer durch eine Tunnelbarriere getrennte Stufe angeordnet sind, und eine Pufferschicht hat, welche aus einem sehr dünnen (z. B. 3 nm) Edelmetallfilm gebildet ist, um eine tunnelartige Vorrichtung mit Josephson- Übergang zu erzeugen. Die Pufferschicht kann aus Au, Pt, Pd, Ag oder einer Legierung gebildet sein.
JP-A-1 012 585 beschreibt eine Supraleiterübergangsstruktur, welche supraleitende Schichten aus Ba&sub2;YCo&sub3;O&sub7; hat, mit einer orthorhombischen Kristallstruktur und einer Barrierenschicht aus einem Material der Gruppe Ba-Y/Cu-O, mit einer tetragonalen Kristallstruktur.
JP-A-1 117 376 beschreibt eine Supraleiterübergangsstruktur, welche zwei supraleitende Schichten aus La-Sr-Cu-O hat, die in einer Stufe angeordnet sind. Die zwei supraleitenden Schichten sind durch einen dünnen Isolierfilm auf der Seitenfläche der Stufe getrennt, welcher durch Dotierung einer der supraleitenden Schichten mit Dotierionen gebildet wird, und durch eine Isolierschicht aus SiO&sub2; auf der oberen Fläche der Stufe.
JP-A-1 039 084 beschreibt eine planare Supraleitungsübergangsstruktur, welche auf einem Substrat aus SrTiO&sub3; gebildet ist, und zwei supraleitende Schichten aus Y- Ba-Co-O hat, mit der c-kristallografischen Achse parallel zur Substratoberfläche ausgerichtet.
JP-A-1 035 971 beschreibt eine Supraleitungsübergangsstruktur, welche zwei supraleitende Schichten und eine Isolierschicht hat, die in einer Stufe angeordnet sind, auf einem perowskit-artigen Oxidisolatorsubstrat. Eine der supraleitenden Schichten des perowskit-artigen Supraleiters ist mit der ckristallographischen Achse senkrecht zur Substratoberfläche ausgerichtet gewachsen.
US-A-5 034 374 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Hochtemperatur-Supraleiters-Josephson-Übergangs, umfassend die Schritte: Bilden eines unteren Keramiksupraleiter-Films auf einem Substrat, Bilden eines oberen Keramikhalbleiters aus einer Keramik eines anderen Systems gegenüber dem unteren Keramiksupraleiter-Film, auf einem Abschnitt des unteren Keramiksupraleiters und auf dem Substrat; und Bilden einer Isolierschicht (Tunnelbarriere) zwischen dem unteren und oberen Keramiksupraleiter-Filmen durch Zwischendiffusion. Der Untere Keramiksupraleiter-Film kann eine Zusammensetzung aus Y-Ba-Cu-O haben, und der obere Keramiksupraleiter-Film kann eine Zusammensetzung aus Be-Sr-Ca-Cu-O haben.
JP-A-62 191 697 beschreibt eine Vorrichtung mit Supraleiterübergang, welche einen perowskit-artigen Oxidsupraleiter verwendet, der ein trivalentes Seltene-Erde- Element als Supraleiterschicht enthält, und einen perowskitartigen Oxidisolator, der ein Seltene-Erde-Element enthält, außer Trivalente, als Tunnelisolierschicht. Da die verschiedenen Schichten sich in den Arten der verwendeten Seltene-Erden-Elemente unterscheiden, aber Elemente mit ähnlichen Eigenschaften verwenden, haben die verschiedenen Schichten ähnliche Kristallstruktur.
JP-A-62 143 631 beschreibt ein Element mit Josephsonbergang, das aus einer Übergangsschicht zwischen Elektroden eines Metalloxid-Supraleiters gebildet ist, wobei die Übergangsschicht aus einem Metalloxid hergestellt wird, das ein anderes Zusammensetzungsverhältnis hat als der Metalloxid-Supraleiter.
"Crystal Orientation of YBa&sub2;Cu&sub3;O7-y Thin Films Prepared by RF Sputtering" von T. Arikawa et al., Japanese Journal of Applied Physics, Band 29, Nr. 12, Dezember 1990, Seiten 2199 bis Seiten 2202 beschreibt die Abhängigkeit von Cu/Y und Ba/Y-Atomverhältnissen von der Substrattemperatur bei der Bildung eines Dünnschicht-Oxidsupraleiters durch Sputtern. Die Dicke des Nicht-Supraleiters eines tunnelartigen Supraleiterübergangs wird durch die Koherenzlänge des Supraleiters bestimmt. Oxidsupraleiter haben sehr kurze Koherenzlängen, und daher müssen tunnelartige Supraleiterübergänge, welche Oxidsupraleiter verwenden, Nicht-Supraleiter mit Dicken von ungefähr einigen Nanometern haben.
Andererseits, im Hinblick auf die Betriebseigenschaften der Supraleiterübergänge, müssen die jeweiligen Schichten Einkristalle sein, oder Polykristalle, welche eine Orientierung haben, die Einkristallen sehr ähnlich ist.
Bei dem oben beschriebenen tunnelartigen Supraleitungsübergang, müssen ein erster supraleitender Oxidfilm, ein nicht-supraleitender Film, und ein zweiter supraleitender Oxidfilm laminiert werden, wobei jeder Film eine gute Kristallinität hat.
Es ist schwer, eine supraleitende Oxidschicht mit guter Kristallinität auf einer supraleitenden Oxidschicht zu bilden, und es ist sehr schwer, eine supraleitende Oxidschicht mit guter Kristallinität weiter auf dem nichtsupraleitenden Film zu bilden, aufgrund von Eigenschaften der Oxidsupraleiter. Konventionell, selbst wenn die oben gebildete Struktur hätte verwirklicht werden sollen, konnten die gewünschten guten Eigenschaften nicht erzielt werden, aufgrund von unzureichenden Bedingungen an der Grenzfläche zwischen dem Oxidsupraleiter und dem Nicht-Supraleiter.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Supraleiterübergangsstruktur und einen Prozeß zu ihrer Herstellung zu schaffen, welche einen Oxidsupraleiter verwenden und einen neuen Aufbau haben, und welche erfolgreich die oben beschriebenen konventionellen Probleme lösen können.
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung in einem Aspekt eine Supraleiterübergangsstruktur, welche eine erste supraleitende Schicht aus einem Oxidsupraleitermaterial umfaßt, die in einem gewünschten Muster auf einem Substrat gebildet ist, so daß die erste supraleitende Schicht eine obere Fläche und eine Vielzahl von Seitenflächen hat; eine nicht-supraleitende Schicht aus einem nicht supraleitenden Material, welche von einem ersten Abschnitt auf der oberen Fläche und einem zweiten Abschnitt auf zumindest einem Teil der Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht gebildet ist, so daß der zweite Abschnitt der nicht supraleitenden Schicht dünner ist als der erste Abschnitt, und eine Tunnelbarriere, bei zumindest dem einen Teil der Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht bildet; und eine zweite supraleitende Schicht des Oxidsupraleitermaterials, welche gebildet ist auf den ersten und zweiten Abschnitten der nicht supraleitenden Schicht auf der Oberfläche des Substrates; wobei die nicht-supraleitende Schicht auch gebildet ist von einem dritten Abschnitt auf einem Teil der Oberfläche des Substrates, welcher an den zumindest einen Teil der Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht angrenzt und sich in eine erste Richtung entlang der Oberfläche des Substrates erstreckt, wobei die Dicke des zweiten Abschnitts der nicht supraleitenden Schicht geringer ist als eine Länge des dritten Abschnitts, der sich in die erste Richtung erstreckt, wobei die ersten, zweiten und dritten Abschnitte der nicht supraleitenden Schicht alle aus dem Nicht-Supraleitermaterial sind; und wobei die zweite supraleitende Schicht auch auf dem dritten Abschnitt der nicht supraleitenden Schicht gebildet ist.
In einem anderen Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Supraleiterübergangsstruktur, umfassend: Abscheiden einer ersten supraleitenden Schicht aus einem Oxidsupraleitermaterial in einem gewünschten Muster auf einem Substrat, so daß die erste supraleitende Schicht eine obere Fläche und eine Vielzahl von Seitenflächen hat;
Abscheiden einer nicht supraleitenden Schicht aus einem nicht supraleitenden Material in einem ersten Abschnitt auf der oberen Fläche und in einem zweiten Abschnitt auf zumindest einem Teil der Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht, so daß der zweite Abschnitt der nicht supraleitenden Schicht dünner ist als der erste Abschnitt, und eine Tunnelbarriere bildet, zumindest an dem Teil der Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht; und Abscheiden einer zweiten supraleitenden Schicht aus dem Oxidsuperleitermaterial auf den ersten und zweiten Abschnitten der nicht-superleitenden Schicht und auf der Oberfläche des Substrates; ferner umfassend das Abscheiden der nicht-superleitenden Schicht in einem dritten Abschnitt auf einem Teil der Oberfläche des Substrates, der angrenzt an zumindest den Teil der Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht und sich in eine erste Richtung entlang der Oberfläche des Substrates erstreckt, so daß die Dicke des zweiten Abschnitts der nicht supraleitenden Schicht geringer ist als die Länge des dritten Abschnitts, der sich in die erste Richtung erstreckt, wobei die ersten, zweiten und dritten Abschnitte der nicht supraleitenden Schicht alle aus dem nicht supraleitenden Material sind; und Abscheiden der zweiten supraleitenden Schicht auf dem dritten Abschnitt der nicht supraleitenden Schicht.
Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen, welche nur als Veranschaulichung dienen, und nicht als Beschränkung der Erfindung anzusehen sind.
Der weitere Umfang der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung geht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A und 1B sind Ansichten der Supraleiter- Übergangsstruktur gemäß einer Ausführung dieser Erfindung, wobei Fig. 1A eine Schnittansicht der Planansicht der Fig. 1B entlang der Linie A-A ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführung

Die Supraleiter-Übergangsstruktur nach der vorliegenden Erfindung hat eine erste supraleitende Schicht aus einem Oxidsupraleiter, und eine zweite supraleitende Schicht aus dem Oxidsupraleiter, welche gebildet ist aus der ersten supraleitenden Schicht in T-Form bezüglich der ersten supraleitenden Schicht, durch eine nicht-supraleitende Schicht, welche ein Isolator ist, und eine Tunnelbarriere zwischen den ersten und zweiten supraleitenden Schichten hat. In der Supraleiter-Übergangsstruktur wird ein Supraleiterübergang für je eine zweite supraleitende Schicht gebildet. Wenn beispielsweise zwei zweite supraleitende Schichten parallel zueinander angeordnet werden, werden zwei Supraleiter-Übergänge gebildet.
Der Supraleiterübergang nach der beanspruchten, vorliegenden Erfindung ist ein tunnelartiger Übergang. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Supraleiterübergang nicht nur durch eine simple, direkte Schichtung der supraleitenden Schicht, der nicht supraleitenden Schicht und der supraleitenden Schicht verwirklicht. Der Supraleiterübergang nach der Erfindung wird gebildet durch die Abschnitte der nicht-superleitenden Schicht, die beschichtet sind auf der ersten supraleitenden Schicht, welche angrenzen an die Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht, und durch den Abschnitt der zweiten supraleitenden Schicht, der geschichtet ist auf der nicht supraleitenden Schicht, welche übereinandergelegt sind mit den Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht. Das bedeutet, daß der Supraleiterübergang in eine Richtung parallel zur Oberfläche des Substrates gebildet ist.
Zu diesem Zweck ist es bei der Supraleiterübergangsstruktur nach der beanspruchten vorliegenden Erfindung vorzuziehen, einen entlang der c-kristallografischen Achse orientierten Film eines Oxidsupraleiters zu verwenden. Dies ist der Grund, warum die kritische Stromdichte und die Koherenzlänge hoch sind in einer Richtung senkrecht zur c-kristallografischen Achse des Oxidsupraleiters. Wenn die Supraleiterübergangsstruktur nach der beanspruchten vorliegenden Erfindung aus einem entlang der ckristallografischen Achse orientierten Oxidsupraleiter gebildet wird, wird ihr Supraleiterübergang in eine Richtung senkrecht zur c-kristallografischen Achse gebildet und hat überlegene Eigenschaften.
Die Supraleiterübergangsstruktur nach der beanspruchten Erfindung ist, wie oben beschrieben, nicht eine Struktur, bei welcher die erste supraleitende Schicht, die nicht supraleitend ist, und die zweite supraleitende Schicht direkt aufeinanderlaminiert bzw. geschichtet sind, und dementsprechend ist es nicht notwendig, die nichtsupraleitende Schicht, welche sandwichartig zwischen die erste und zweite supraleitende Schicht einzuschließen ist, ultradünn zu machen. Die nicht-supraleitende Schicht kann eine beliebige Dicke haben, so lang die nicht-supraleitende Schicht nicht zu dick ist an ihren Abschnitten, welche angrenzen an den Anstiegsabschnitt von einer Kante der ersten supraleitenden Schicht, d. h. deren Seitenfläche, und die zweite supraleitende Schicht, die auf der nichtsupraleitenden Schicht laminiert wird, überlagert werden kann mit den Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht mit der dazwischengelegten nicht supraleitenden Schicht. Die nicht-supraleitende Schicht kann durch jeden beliebigen Prozeß gebildet werden, wie Sputtern, Vakuumverdampfung, MBE, oder Laserabtragung, und es wird besonders bevorzugt, wenn die nicht-supraleitende Schicht durch Zuführung von Materialpartikeln (Moleküle und Gase) aus einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates und Abscheidung auf der Oberfläche des Substrates gebildet wird. Dies ist der Grund, warum die so zugeführten Materialpartikel dick auf der oberen Fläche der ersten supraleitenden Schicht abgeschieden werden können, welche parallel ist mit der Oberfläche des Substrates, und dünn auf den Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht, welche senkrecht sind zur Oberfläche des Substrates.
In der Supraleiter-Übergangsstruktur nach der beanspruchten vorliegenden Erfindung haben die jeweiligen Schichten Teile, die aus der Oberfläche des Substrates gewachsen sind. Folglich ist es leicht, die nicht-supraleitende Schicht epitaktisch auf der ersten supraleitenden Schicht zu wachsen, und auch die zweite supraleitende Schicht auf der nichtsupraleitenden Schicht. Die Schichten der resultierenden Supraleiter-Übergangsstruktur können eine gute Kristallisation haben.
Bei der Supraleiter-Übergangsstruktur nach der beanspruchten vorliegenden Erfindung, selbst wenn eine Viehlzahl von zweiten supraleitenden Schichten vorgesehen ist, werden diese zweiten supraleitenden Schichten gleichzeitig gebildet, so daß alle Supraleiterübergänge gleichzeitig unter den gleichen Bedingungen gebildet werden. Dementsprechend ist es möglich, daß die resultierenden Supraleiterübergänge alle die gleichen Supraleitungseigenschaften haben können.
Bei der Supraleiterübergangsstruktur nach der Erfindung kann das Substrat ein Oxidsubstrat verwenden, wie aus MgO, SrTiO&sub3; oder andere, und die supraleitenden Schichten können einen Oxidsupraleiter verwenden, wie einen Oxidsupraleiter aus der Gruppe Y-Ba-Cu-O, einen Oxidsupraleiter aus der Gruppe Bi-Sr- Ca-Cu-O, einen Oxidsupraleiter aus der Gruppe Ti-Ba-Ca-Cu-O oder einen anderen. Vorzugsweise wird ein Isolator, wie MgO oder ein anderer, als nicht-supraleitende Schicht verwendet.
Die vorliegende beanspruchte Erfindung wird im folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf eine Ausführung beschrieben.
Die Fig. 1A und 1B zeigen schematisch ein Beispiel der Supraleiterübergangsstruktur nach einer Ausführung der vorliegenden beanspruchten Erfindung. Fig. 1A ist eine Schnittansicht, und Fig. 1B ist eine Planansicht. Die Supraleiterübergangsstruktur nach der vorliegenden beanspruchten Erfindung umfaßt eine erste supraleitende Schicht, welche in Streifenform auf einem Substrat gebildet ist, und eine nicht-supraleitende Schicht 3, welche dick gebildet ist an ihrem Abschnitt auf der oberen Oberfläche der ersten supraleitenden Schicht 1, und dünn auf ihren Abschnitten auf den Rändern, d. h. den Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht und eine zweite supraleitende Schicht ist auf der nicht supraleitenden Schicht gebildet, um eine T-Form bezüglich der ersten supraleitenden Schicht zu bilden. Ein tunnelartiger Supraleiterübergang ist an einem Abschnitt 4 gebildet, der durch die ansteigenden Ränder definiert ist, d. h. den Seitenflächen der supraleitenden Schicht 1, den ansteigenden Rändern, d. h. den Seitenflächen der nicht supraleitenden Schicht 2 und den ansteigenden Rändern, d. h. den Seitenflächen der zweiten supraleitenden Schicht 2.
Bei dieser supraleitenden Übergangsstruktur hat die erste supraleitende Schicht 1 eine Dicke von z. B. 300 nm, die nicht-supraleitende Schicht 2 hat eine Dicke von z. B. 10 nm an dem Abschnitt, der parallel ist mit der Oberfläche des Substrates und z. B. 5 nm an dem Abschnitt, der vertikal zur Oberfläche des Substrates ist, und die zweite supraleitende Schicht 2 hat eine Dicke von z. B. 200 nm.

Beispiel 1

Die Supraleitungsübergangsstruktur der Fig. 1A und 1B wurde unter Verwendung eines Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x-Oxidsupraleiter als Oxidsupraleiter hergestellt und mit MgO als Nicht- Supraleiter. Das Substrat 10 wurde bereitgestellt durch MgO (100).
Als erstes wurde die erste supraleitende Schicht 4 auf dem Substrat 10 durch Sputtern gebildet, unter Verwendung einer Maske aus Si-Blech mit einer Öffnung, und eines gesinterten Körper, der Y, Ba und Cu in einem Atomverhältnis 1 : 2 : 4.5 enthielt, als Target. Die Öffnung der Maske, d. h. die ebene Form der ersten supraleitenden Schicht hatte eine Dimension von 2 mm · 50 um, und die erste supraleitende Schicht hatte eine Dicke von 300 nm. Die erste supraleitende Schicht wurde unter Bedingungen gewachsen, welche es der Schicht 1 erlaubten, die c-kristallografische Achse zu haben. Die Sputter-Bedingungen waren wie folgt.
Substrattemperatur 630ºC
Sputtergas Ar 133 Standard mm³ s&supmin;¹ (8 Standard Kubikzentimeter pro Minute; SCCM)
O&sub2; 66.7 Standard mm³ s&supmin;¹ (4 Standard Kubikzentimeter pro Minute; SCCM) Druck 6.7 Pa (5 · 10&supmin;² Torr)
Als nächstes wurde die nicht-supraleitende Schicht 3 auf der so gebildeten ersten supraleitenden Schicht 1 gebildet, unter Verwendung einer Maske und von MgO als Target, durch Sputtern.
Die ebene Form der nicht supraleitenden Schicht 3 hatte eine Abmessungen von 1 mm · 50 um und eine Dicke von 10 nm. Die Sputterbedingungen waren wie folgt:
Substrattemperatur 400ºC
Sputtergas Ar 133 Standard mm³ s&supmin;¹ (8 Standard Kubikzentimeter pro Minute; SCCM)
O&sub2; 66.7 Standard mm³ s-1 (4 Standard Kubikzentimeter pro Minute; SCCM) Druck 6.7 Pa (5 · 10&supmin;² Torr)
Schließlich wurde die zweite supraleitende Schicht 2 unter den gleichen Bedingungen gebildet wie die erste supraleitende Schicht 1. Aber die Maske aus Si-Blech wurde um 90º gedreht, und die Sputterposition wurde bewegt, so daß die zweite supraleitende Schicht 2 in einer T-Form bezüglich der ersten supraleitenden Schicht 1 gebildet wurde. Die zweite supraleitende Schicht 2 hatte eine Dicke von 200 nm.
Der so hergestellte Supraleiterübergang nach der vorliegenden Erfindung hatte die erste und zweite supraleitende Schicht 1, 2 aus einem entlang der c-kristallografischen Achse orientierten Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x-Supraleiter, und die nichtsupraleitende Schicht 3 wurde aus epitaktisch gewachsenem MgO gebildet.
Der so hergestellte Supraleiterübergang nach der vorliegenden Erfindung wurde in eine Vorrichtung eingebaut, um seine Eigenschaften zu messen. Die Vorrichtung wurde bei 85 K abgekühlt, und es wurde eine Mikrowelle mit einer Frequenz von 10 GHz und einer Leistung von 0.1 mW zugeführt. Shapiro- Schritte wurden beobachtet bei Spannungspunkten, die Mehrfache von 20.7 uV waren, und es wurde bestätigt, daß ein Josephson-Übergang verwirklicht wurde.

Beispiel 2

Die Supraleiterübergangsstruktur der Fig. 1 wurde hergestellt unter Verwendung eines Bi&sub2;Sr&sub2;Ca&sub2;Cu&sub3;Ox-Oxidsupraleiters als Oxidsupraleiter, und mit MgO als Nicht-Supraleiter. Das Substrat 10 wurde bereitgestellt durch MgO(100).
Als erstes wurde die erste supraleitende Schicht 1 auf dem Substrat 10 durch Sputtern gebildet, unter Verwendung einer Maske aus Si-Blech, und eines gesinterten Körpers, der Bi, Sr, Ca und Cu in einem Atomverhältnis von 2 : 2 : 2 : 3 enthielt, als Target.
Die ebene Form der ersten supraleitenden Schicht 1 hatte eine Abmessung von 2 mm · 50 um, und eine Dicke 300 nm. Die erste supraleitende Schicht 1 wurde unter Bedingungen gewachsen, welche es der Schicht 1 erlaubten, die Orientierung der ckristallografischen Achse zu haben. Die Sputter-Bedingungen waren wie folgt.
Substrattemperatur 650ºC
Sputtergas Ar 133 Standard mm³ s&supmin;¹ (8 Standard Kubikzentimeter pro Minute; SCCM)
O&sub2; 66.7 Standard mm³ s-1 (4 Standard Kubikzentimeter pro Minute; SCCM)
Druck 6.7 Pa (5 · 10&supmin;² Torr)
Als nächstes wurde die nicht-supraleitende Schicht 3 auf der so gebildeten ersten supraleitenden Schicht 1 durch Sputtern gebildet, unter Verwendung einer weiteren Maske und MgO als Target.
Die ebene Form der nicht supraleitenden Schicht 3 hatte eine Abmessung von 1 mm · 50 um, und eine Dicke von 10 nm. Die Sputterbedingungen waren wie folgt.
Substrattemperatur 400ºC
Sputtergas Ar 133 Standard mm³ s&supmin;¹ (8 Standard Kubikzentimeter pro Minute; SCCM)
O&sub2; 66.7 Standard mm³ s-1 (4 Standard Kubikzentimeter pro Minute; SCCM)
Druck 6.7 Pa (5 · 10&supmin;² Torr)
Schließlich wurde die zweite supraleitende Schicht 2 unter den gleichen Bedingungen gebildet wie die erste supraleitende Schicht 1. Aber die Maske aus Si-Blech wurde um 90º gedreht, und die Sputter-Position wurde bewegt, so daß die zweite supraleitende Schicht 2 gebildet wird in einer T-Form bezüglich der ersten supraleitenden Schicht 1. Die zweite supraleitende Schicht 2 hatte eine Dicke von 200 nm.
Die so gebildete Supraleiter-Übergangsstruktur nach der vorliegenden beanspruchten Erfindung hat erste und zweite supraleitende Schichten 1, 2, die gebildet sind aus einem entlang dem c-kristallografischen Achse orientierten Bi&sub2;Sr&sub2;Ca&sub2;Cu&sub2;Ox-Supraleiter, und eine nicht-supraleitende Schicht 3, die aus epitaktisch gewachsenem MgO gebildet ist.
Der so gebildete Supraleiterübergang nach der beanspruchten vorliegenden Erfindung wurde zu einer Vorrichtung gebaut, um seine Eigenschaften zu messen. Die Vorrichtung wurde bei 85 K abgekühlt und es wurde eine Mikrowelle mit einer Frequenz von 10 GHz und einer Leistung von 0.1 mW zugeführt. Shapiro- Stufen wurden an Spannungspunkten gemessen, die das Mehrfache von 41.3 uV waren und es wurde bestätigt, daß ein Josephson- Übergang verwirklicht wurde.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden beanspruchten Erfindung eine neue tunnelartige supraleitende Übergangsstruktur aus einem Oxidsupraleiter gebildet werden. Die Supraleiterübergangsstruktur nach der vorliegenden beanspruchten Erfindung kann leicht hergestellt werden, ohne direktes Laminieren der supraleitenden Schichten und der nicht supraleitenden Schicht. Folglich kann die resultierende Supraleiterübergangsstruktur leicht gute Eigenschaften haben.
Die vorliegende beanspruchte Erfindung beschleunigt die Supraleitertechnologie für elektronische Vorrichtungen.
Die so beschriebene, beanspruchte Erfindung kann offensichtlich auf viele Arten und Weisen variiert werden.

Claims

1. Supraleiterübergangsstruktur, umfassend:

eine erste supraleitende Schicht (1) eines Oxidsupraleitermaterials, welche gebildet ist in einem gewünschten Muster auf einem Substrat (10), so daß die erste supraleitende Schicht (1) eine obere Fläche und eine Vielzahl von Seitenflächen hat;

eine nicht-supraleitende Schicht (3, 4) aus einem nichtsupraleitenden Material, welche gebildet ist von einem ersten Abschnitt (3) auf der oberen Fläche und einem zweiten Abschnitt (4) auf zumindest einem Teil der Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht (1), so daß der zweite Abschnitt (4) der nicht supraleitenden Schicht (3, 4) dünner ist als der erste Abschnitt und eine Tunnelbarriere bildet zumindest an dem einen Teil der Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht (1); und

eine zweite supraleitende Schicht (2) aus dem Oxidsupraleitermaterial, welche gebildet ist auf den ersten und zweiten Abschnitten der nicht supraleitenden Schicht (3, 4) und auf der Oberfläche des Substrates;

dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-supraleitende Schicht (3, 4) auch gebildet ist von einem dritten Abschnitt auf einem Teil der Oberfläche des Substrates (10), der angrenzt an den zumindest einen Teil der Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht (1) und sich in eine erste Richtung entlang der Oberfläche des Substrates erstreckt, wobei die Dicke des zweiten Abschnitts der nicht supraleitenden Schicht geringer ist als eine Länge des dritten Abschnitts, der sich in die erste Richtung erstreckt, und die ersten, zweiten und dritten Abschnitte der nicht supraleitenden Schicht alle aus dem nicht supraleitenden Material sind; und daß

die zweite supraleitende Schicht (2) auch auf dem dritten Abschnitt der nicht supraleitenden Schicht gebildet ist.

2. Supraleiter-Übergangsstruktur nach Anspruch 1, wobei die erste supraleitende Schicht (1) in Streifenform gebildet ist, und die zweite supraleitende Schicht (2) in Streifenform gebildet ist, welche im wesentlichen eine T-Form bezüglich der ersten supraleitenden Schicht (1) bildet.

3. Supraleiter-Übergangsstruktur nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten supraleitenden Schichten (1, 2) aus einem Kristall gebildet sind, dessen ckristallografische Achse senkrecht zur Oberfläche des Substrates (10) orientiert ist.

4. Supraleiter-Übergangsstruktur nach Anspruch 1, wobei das Substrat (10) aus einem Metalloxid besteht.

5. Supraleiter-Übergangsstruktur nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten leitfähigen Schichten (1, 2) gebildet sind aus einem Material der Gruppe Cu-O, einem Material der Gruppe Bi-Sr-Ca-Cu-O, oder einem Material der Gruppe Ti-Ba-Ca-Cu-O.

6. Supraleiterübergangsstruktur nach Anspruch 1, wobei die nicht-supraleitende Schicht (3) aus einem Metall, einem Halbleiter oder einem Isolator besteht.

7. Verfahren zur Herstellung einer Supraleiter- Übergangsstruktur, umfassend:

Abscheiden einer ersten supraleitenden Schicht (1) eines Oxidsupraleitermaterials in einem gewünschten Muster auf einem Substrat (10), so daß die erste supraleitende Schicht (1) eine obere Fläche und eine Vielzahl von Seitenflächen hat;

Abscheiden einer nicht supraleitenden Schicht (3, 4) aus einem nicht supraleitenden Material in einem ersten Abschnitt (3) auf der oberen -Fläche und in einem zweiten Abschnitt (4) auf zumindest einem Teil der Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht (1), so daß der zweite Abschnitt (4) der nicht supraleitenden Schicht dünner ist als der erste Abschnitt, und eine Tunnelbarriere an zumindest dem Teil der Seitenflächen der ersten supraleitfähigen Schicht (1) bildet; und

Abscheiden einer zweiten supraleitenden Schicht (2) aus dem Oxidsupraleitermaterial auf den ersten und zweiten Abschnitten der nicht supraleitenden Schicht (3, 4) und auf der Oberfläche des Substrates,

gekennzeichnet durch:

Abscheiden der nicht supraleitenden Schicht (3, 4) in einem dritten Abschnitt auf einem Teil der Oberfläche des Substrates (10), welcher angrenzt an den Teil der Seitenflächen der ersten supraleitenden Schicht (1) und sich in eine erste Richtung entlang der Oberfläche des Substrates erstreckt, so daß die Dicke des zweiten Abschnitts der nicht supraleitenden Schicht geringer ist als die Länge des dritten Abschnitts, welcher sich in die erste Richtung erstreckt, wobei die ersten, zweiten und dritten Abschnitte der nicht supraleitenden Schicht alle aus dem Nicht-Supraleitermaterial sind; und

Abscheiden der zweiten supraleitenden Schicht (2) auf dem dritten Abschnitt der nicht-supraleitenden Schicht.

8. Verfahren zur Herstellung einer Supraleiter- Übergangsstruktur nach Anspruch 7, wobei die erste supraleitende Schicht (1) aus dem Oxidsupraleitermaterial abgeschieden wird mit einer Maske mit einer Öffnung, die dem gewünschten Muster entspricht und über dem Substrat (10) positioniert wird.

9. Verfahren zur Herstellung einer Supraleiter- Übergangsstruktur nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten supraleitenden Schichten (1, 2) und die nichtsupraleitende Schicht (3) durch Sputtern, epitaktisches Wachstum, Vakuumverdampfung oder Laserabtragung gebildet werden.