FI111198B - Menetelmä portaan muodostamiseksi substraatin kasvatuspinnalle oksidisuprajohdetta käyttävää suprajohtavaa laitetta varten sekä menetelmä porrastyyppisen Josephson-liitoslaitteen valmistamiseksi - Google Patents
Menetelmä portaan muodostamiseksi substraatin kasvatuspinnalle oksidisuprajohdetta käyttävää suprajohtavaa laitetta varten sekä menetelmä porrastyyppisen Josephson-liitoslaitteen valmistamiseksi Download PDFInfo
- Publication number
- FI111198B FI111198B FI945234A FI945234A FI111198B FI 111198 B FI111198 B FI 111198B FI 945234 A FI945234 A FI 945234A FI 945234 A FI945234 A FI 945234A FI 111198 B FI111198 B FI 111198B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- substrate
- chemical etching
- acid
- etching
- process according
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 137
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 50
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 title claims description 39
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims description 15
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims description 15
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 12
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 51
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 44
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 39
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 36
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 29
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 17
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 15
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 12
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 6
- 229910002370 SrTiO3 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- 229910002244 LaAlO3 Inorganic materials 0.000 claims 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 20
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 15
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 13
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 229910009203 Y-Ba-Cu-O Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- QEWYKACRFQMRMB-UHFFFAOYSA-N fluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)CF QEWYKACRFQMRMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 2
- BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 3-azaniumyl-2-hydroxypropanoate Chemical compound NCC(O)C(O)=O BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100065878 Caenorhabditis elegans sec-10 gene Proteins 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003200 NdGaO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000097 high energy electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- SGWCNDDOFLBOQV-UHFFFAOYSA-N oxidanium;fluoride Chemical compound O.F SGWCNDDOFLBOQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000002128 reflection high energy electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
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)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
111198
Menetelmä portaan muodostamiseksi substraatin kasvatus-pinnalle oksidisuprajohdetta käyttävää suprajohtavaa laitetta varten sekä menetelmä porrastyyppisen Josephson-liitoslaitteen valmistamiseksi 5
Esillä oleva keksintö liittyy menetelmään portaan muodostamiseksi substraatin kasvatuspinnalle oksidisuprajohdetta käyttävää suprajohtavaa laitetta varten ja erityisesti menetelmään portaan muodostamiseksi substraatin kasvatus-10 pinnalle suprajohtavaa laitetta kuten oksidisuprajohteesta valmistettavaa porrastyyppistä Josephson-liitoslaitetta varten.
Josephson-liitoslaite, joka on tunnetuimpia suprajohtavia 15 laitteita, voidaan toteuttaa erilaisina rakenteina, esi merkiksi kerrostettua tyyppiä (tunnelityyppiä) olevana liitoksena, joka on toteutettu ohuella ei-puolijohdeker-roksella, joka on kerrostettu kahden suprajohteen väliin, kärkiliitostyyppisenä liitoksena, mikrosiltatyyppisenä 20 liitoksena ja muuttuvan paksuisena siltatyyppisenä lii toksena, jotka muodostuvat kahdesta suprajohdealueesta, jotka ovat heikosti liitetyt toisiinsa.
Näillä Josephson-liitoksilla on hienorakenteet, joten 25 Josephson-liitoslaitteiden toteuttamiseksi vaaditaan hie- noprosessit.
Kerrostettua tyyppiä olevan liitoksen toteuttamiseksi oksidisuprajohdetta käyttäen ensimmäinen oksidisuprajohde-30 ohutkalvo, ei-suprajohdeohutkalvo ja toinen oksidisupra- johdeohutkalvo kerrostetaan substraatille mainitussa järjestyksessä.
Kerrostettua tyyppiä olevan liitoksen ei-suprajohdekerrok-35 sen paksuuden määrää suprajohteen koherenssipituus. Yleen- 111198 2 sä kerrostettua tyyppiä olevan liitoksen ei-suprajohdeker-roksen paksuuden täytyy olla muutama kertaa suprajohteen koherenssipituus. Koska oksidisuprajohdemateriaaleilla on hyvin lyhyt koherenssipituus, niin ei-suprajohdekerroksen 5 paksuuden täytyy olla muutaman nanometrin luokkaa.
Kerrostettua tyyppiä olevan liitoksen suprajohdekerrosten ja ei-suprajohdekerroksen täytyy olla hienokiteinen edullisten liitosominaisuuksien saamiseksi, ja ne muodostuvat 10 yksittäisistä kiteistä tai muodostuvat monikiteistä, jotka on orientoitu lähes samaan suuntaan. Erittäin ohuen ja hienokiteisen ei-suprajohdekalvon kerrostaminen oksidisup-rajohdekerroksen päälle on hyvin vaikeata. Lisäksi hienokiteisen oksidisuprajohdekerroksen kerrostaminen oksi-15 disuprajohdekerroksen päälle kerrostetun ei-suprajohdekerroksen päälle on hyvin vaikea tehtävä. Vaikka toteutetaan ensimmäisen oksidisuprajohdekerroksen, ei-suprajohdekerroksen ja toisen oksidisuprajohdekerroksen käsittävä kerrostettu rakenne, niin oksidisuprajohdekerrosten ja ei-20 suprajohdekerroksen väliset rajapinnat eivät ole hyvänlaa tuiset, joten kerrostettua tyyppiä oleva liitos ei toimi erityisen hyvin.
Kärkiliitostyyppisen liitoksen, mikrosiltatyyppisen lii- 25 toksen ja muuttuvan paksuisen siltatyyppisen liitoksen valmistamiseksi oksidisuprajohdetta käyttäen kahden suprajohteen heikon liitoksen toteuttavat hienokäsittelyt ovat välttämättömät. Hyvän toistettavuuden omaavan hienokäsit-telyn suorittaminen on hyvin vaikeata.
30 Kärkiliitostyyppinen liitos on muodostettu kahdesta oksi-disuprajohdeohutkalvosta, jotka ovat kosketuksessa toi siinsa erityisen kapealla alueella, joka muodostaa Joseph-son-liitoksen heikon liitoksen.
35 3 111198
Mikrosiltatyyppinen liitos on muodostettu vakiopaksuuden omaavasta oksidisuprajohdeohutkalvosta, joka muodostetaan substraatille ja jonka rakenne tasokuvannossa katsottuna on sellainen, että kahden riittävän leveyden omaavan sup-5 rajohdeohutkalvoalueen väliin on muodostettu erittäin pienen leveyden omaava suprajohdeohutkalvo. Toisin sanoen mainittu erittäin pienen leveyden omaava suprajohdeohut-kalvoalue liittää mainitut kaksi riittävän leveyden omaavaa suprajohdeohutkalvoaluetta toisiinsa. Toisin sanoen 10 Josephson-liitoksen heikko liitos suprajohdeohutkalvossa muodostuu mainittuun erittäin pienen leveyden omaavaan alueeseen.
Toisaalta muuttuvan paksuinen siltatyyppinen liitos on 15 muodostettu riittävän leveyden omaavasta oksidisuprajohdeohutkalvosta, joka on muodostettu substraatille ja jota on paksuussuunnassa osittain syövytetty tai ohennettu siten, että kahden riittävän paksuuden omaavan suprajohdeohutkal-vo-osan väliin muodostuu ohennettu oksidisuprajohdeohut-20 kalvo-osa. Toisin sanoen mainittu ohennettu oksidisupra-johdeohutkalvo-osa liittää mainitut kaksi riittävän paksuuden omaavaa suprajohdeohutkalvo-osaa toisiinsa. Oksidi suprajohdeohutkalvon pienennetyn paksuuden omaavaan osaan muodostuu näin ollen Josephson-liitoksen heikko 25 liitos.
Kuten edellä esitetyn perusteella ymmärretään, Josephson-liitoslaitteen ominaisuuksilla on läheinen suhde suprajoh-deohutkalvon kosketusalueeseen kärkiliitostyyppisessä 30 Josephson-laitteessa, sen suprajohdeohutkalvoalueen leveyteen, jonka leveys on erittäin pieni mikrosiltatyyppisessä Josephson-laitteessa, sekä ohennetun oksidisuprajohdeohut-kalvo-osan paksuuteen muuttuvan paksuisessa siltatyyppi-sessä Josephson-laitteessa, jotka kumpikin muodostavat 35 Josephson-liitoksen heikon liitoksen. Haluttujen ominai- 4 111198 suuksien saamiseksi hyvällä toistettavuudella tarvitaan siis erittäin tarkka, alle mikrometrin tasoa oleva käsittely kuten syövytys.
5 Mikrosiltatyyppistä Josephson-laitetta voidaan pitää parempana kuin muuttuvan paksuista siltatyyppistä Josephson-laitetta, koska mikrosiltatyyppisellä Josephson-laitteella on suhteellisesti tasaisempi pinta, mitä integroidussa piirissä pidetään parempana. Heikon liitoksen muodostami-10 seksi mikrosiltatyyppisessä Josephson-laitteessa on kuitenkin tarpeen muodostaa oksidisuprajohdeohutkalvo, jonka paksuus on suuruusluokkaa 0,5 pm - 1,0 pm, leveydellä joka ei ole suurempi kuin 0,2 pm. On kuitenkin hyvin vaikeata suorittaa tämä hienorakenteen muodostus hyvällä toistetta-15 vuudella.
Toisaalta muuttuvan paksuisessa siltatyyppisessä Josephson-laitteessa ei tarvita hienorakenteen muodostusta heikon liitoksen muodostamiseksi. On kuitenkin hyvin vaikeata 20 säätää heikon liitoksen muodostavan ohennetun osan paksuutta muualla yhtenäiseksi. Lisäksi muuttuvan paksuisella siltatyyppisellä Josephson-laitteella ei luonnostaan voi olla tasaisempaa pintaa. Tätä ei pidetä parhaana integroidussa piirissä käytettäväksi.
25
Edellä mainittujen ongelmien ratkaisemiseksi on suoritettu tutkimuksia sellaisen Josephson-liitoslaitteen muodostamiseksi, joka ottaa huomioon oksidisuprajohteelle ominaisen edun, joka mahdollistaa oksidisuprajohteen hienokäsittelyn 30 välttämisen.
Oksidisuprajohteen suprajohtavuusominaisuudet vaihtelevat huomattavasti kidesuunnasta riippuen. Oksidisuprajohteella on erityisesti suuri kriittinen virrantiheys sen kiteiden 35 c-akselin suuntaa vastaan kohtisuorassa suunnassa. Jos 5 111198 siis toisistaan eriävän kidesuunnan omaavat oksidisupra-johteet liitetään toisiinsa, niin rajapinnan kohdalla oleva raeraja muodostuu heikon liitoksen estokerrokseksi siten, että muodostuu Josephson-liitos. Tätä Josephson-5 liitosta käyttävää Josephson-liitoslaitetta kutsutaan keinotekoisen raerajan omaavaa tyyppiä olevaksi Josephson-liitoslaitteeksi. Tämän tyyppinen Josephson-liitoslaite voidaan valmistaa ilman edellä mainittua hienokäsittelyä.
10 Keinotekoisen raerajan omaavaa tyyppiä olevan Josephson-liitoslaitteen valmistamiseksi tunnetussa tekniikassa oksidisuprajohdeohutkalvo kasvatetaan substraatille, jonka kasvatuspinnassa (deposition surface) on porras (step). Kasvatetulla oksidisuprajohdeohutkalvolla on porrasosassa 15 eri kideorientaatio, joten porrasosan ylä- ja alaosaan muodostuu kaksi raerajaa. Jos portaan korkeus on sopiva, nämä kaksi raerajaa toimivat Josephson-liitoksen heikkona liitoksena. Tätä Josephson-liitosta käyttävää Josephson-laitetta kutsutaan porrastyyppiseksi Josephson-liitoslait-20 teeksi (step type Josephson junction device).
Portaan parhaana pidetyksi korkeudeksi katsotaan 100 - 500 nanometriä ja sen määrää oksidisuprajohdeohutkalvon paksuus.
25
Tunnetussa tekniikassa substraatin porras muodostetaan yleensä fysikaalisella syövytysprosessilla kuten ionisuih-kusyövytyksellä Ar-ioneja käyttäen, reaktiivisella ioni-syövytyksellä, sputterointisyövytyksellä jne. Fysikaalinen 30 syövytysprosessi kuitenkin usein turmelee substraatin kasvatuspinnan kiteisyyden siten, että sen pinnalle ei pystytä kasvattamaan korkealaatuista oksidisuprajohdeohutkal-voa.
111198 6
Esillä olevan keksinnön tavoitteena on siis saada aikaan menetelmä portaan muodostamiseksi substraatin kasvatus-pinnalle oksidisuprajohdetta käyttävää suprajohtavaa laitetta varten, missä edellä mainitut tavallisten tekniikoi-5 den epäkohdat on voitettu.
Esillä olevan keksinnön toisena tavoitteena on saada aikaan menetelmä Josephson-liitoslaitteen valmistamiseksi hyvällä toistettavuudella jo vakiintuneita käsittelytek-10 niikoita käyttäen.
Esillä olevan keksinnön edellä mainitut ja muut tavoitteet on saavutettu esillä olevan keksinnön mukaan menetelmällä portaan muodostamiseksi substraatin kasvatuspinnalle ohut-15 kalvon kerrostamiseksi sen päälle, joka menetelmä käsittää vaiheet, joissa syövytetään osa substraatin kasvatuspinnasta ja suoritetaan substraatin lämpökäsittely syövytetyn pinnan kiteisyyden saattamiseksi entiselleen. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 35
Parhaana pidetyssä suoritusmuodossa lämpökäsittely suori 2 tetaan happiatmosfäärissä. Toisessa parhaana pidetyssä 3 suoritusmuodossa lämpökäsittely suoritetaan suurtyhjössä.
4
Substraatin materiaali määrää, suoritetaanko lämpökäsitte 5 ly happiatmosfäärissä vai suurtyhjössä.
6 7
Esillä olevan keksinnön toisen näkökohdan mukaan on saatu 8 aikaan menetelmä portaan muodostamiseksi substraatin kas 9 vatuspinnalle ohutkalvon kerrostamiseksi sen päälle, joka 10 menetelmä käsittää vaiheet, joissa syövytetään osa subst- 11 raatin kasvatuspinnasta ja lisäksi syövytetään vähän substraatin kasvatuspinnan syövytettyä osaa turmeltuneen pinnan poistamiseksi. Substraatin kasvatuspinnan syövytetty osa syövytetään toisessa syövytysvaiheessa mieluummin 5 nanometrin syvyyteen asti.
7 111198
Parhaana pidetyssä suoritusmuodossa toinen syovytys suoritetaan pientä, esimerkiksi ionisuihkusyövytyksellä 70 - 80 voltin kiihdytysjännitteellä Ar-ioneja käyttäen.
5 Toisessa parhaana pidetyssä suoritusmuodossa toinen syövy-tys suoritetaan kemiallisella syövytyksellä. Tässä tapauksessa kemiallinen syovytys suoritetaan käyttämällä syövy-tysnestettä, joka valitaan ryhmästä, johon kuuluvat rikkihappo, fluorivetyhappo, fosforihappo, natriumhydroksidi- 10 liuos sekä typpihapon ja fluorivetyhapon seos.
Parhaana pidetyssä suoritusmuodossa oksidisuprajohde muodostetaan korkean Tc:n (kriittisen lämpötilan) omaavasta oksidisuprajohteesta, ja muodostetaan erityisesti korkean 15 Tc:n omaavasta kuparioksidityyppisestä yhdisteestä koostuvasta oksidisuprajohdemateriaalista kuten esimerkiksi Y-Ba-Cu-O-yhdistelmän oksidisuprajohdemateriaalista, Bi-Sr-Ca-Cu-O-yhdistelmän oksidisuprajohdemateriaalista ja Tl-Ba-Ca-Cu-O-yhdistelmän oksidisuprajohdemateriaalista.
20 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle portaan muodostamiseksi on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerikkiosassa.
25 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle porrastyyppisen Josephson-liitoslaitteen valmistamiseksi on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 17 tunnusmerkkiosassa.
30 Esillä olevan keksinnön edellä mainitut ja muut tavoitteet, piirteet ja edut käyvät ilmi seuraavassa esitetystä keksinnön parhaana pidettyjen suoritusmuotojen selityksestä, jossa on viitattu oheisiin piirustuksiin.
35 Kuviot IA - IE ovat kaaviollisia poikkileikkauskuvantoja, 8 111198 jotka esittävät prosessia porrastyyppisen Josephson-lii-toslaitteen valmistamiseksi käyttäen substraattia, johon on muodostettu porras esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä; 5 kuvio 1F on porrastyppisen Josephson-liitoslaitteen kaaviollinen tasokuvanto; kuviot 2A ja 2B ovat SrTi03-substraatin syövytetyn osan 10 RHEED (Refractive High Energy Electron Diffraction) -kuvia välittömästi Ar-ioneja käyttävän ionisuihkusyövytyksen jälkeen sekä lämpökäsittelyn jälkeen; ja kuviot 3A - 3D ovat SrTi03-substraattien RHEED-kuvia fluo-15 rivetyhapolla, typpihapon ja fluorivetyhapon seoksella, väkevöidyllä fosforihapolla ja väkevöidyllä natriumhydrok-sidiliuoksella syövyttämisen jälkeen.
Suoritusmuoto 1 20
Porrastyyppinen Josephson-liitoslaite valmistettiin käyttäen yksikiteisiä MgO-substraatteja, YSZ (yttriumstabi-loitu sirkonium) -substraatteja, yksikiteisiä SrTi03-sub-straatteja, yksikiteisiä NdGa03-substraatteja ja 25 yksikiteisiä LaA103-substraatteja, joissa oli esillä olevan keksinnön mukaan muodostetut portaat. Kuvioihin IA IE viitaten selitetään prosessi porrastyyppisten liitoslaitteiden valmistamiseksi.
30 Kuten kuviossa IA on esitetty, substraatille 2 kasvatettiin sputteroimalla Nb-kerros 3, jonka paksuus oli 100 nanometriä. Nb-kerros voidaan kasvattaa myös tyhjöhöyrys-tyksen avulla.
35 Tämän jälkeen Nb-kerroksen 3 vasen puolisko poistettiin 9 111198 valolitografiaprosessilla CF4-plasmaa käyttäen substraatin 2 paljastamiseksi, kuten kuviossa IB on esitetty.
Substraatin 2 paljastettu osa syövytettiin ionisuihkusyö-5 vytyksellä Ar-ioneja käyttäen portaan 23 muodostamiseksi, jonka korkeus oli 200 nanometriä, kuten kuviossa 1C on esitetty. Ionisuihkusyövytys suoritettiin seuraavissa olosuhteissa:
Kiihdytysjännite 600 V
10 Virta 200 mA
Paine 130♦lO'4 Pa
Kestoaika 15 minuuttia
Syövytyksen jälkeen Nb-kerros 3 poistettiin kokonaan CF4-plasmaa käyttäen substraatin 2 ei-syövytetyn pinnan 21 15 paljastamiseksi, kuten kuviossa ID on esitetty.
Tämän jälkeen substraattia 2 lämpökäsiteltiin suurtyhjössä tai happiatmosfäärissä substraatin 2 syövytetyn pinnan 22 kiteisyyden saattamiseksi entiselleen. Kunkin materiaalin 20 lämpökäsittelyolosuhteet ovat seuraavat:
Substraatin Atmosfääri Paine Kuumennus- Kesto- materiaali lämpötila aika 25 MgO Happi 98 kPa 1150 °C < 2 h YSZ Happi 29 kPa 1200 °C < 3 h
SrTi03 Suurtyhjö 130 pPa 1150 °C <5 min 30 · ____ - _
NdGa03 Suurtyhjö 130 μPa 1100 °C <7 min
LaAl03 Suurtyhjö 130 μPa 1050 °C <5 min 35 10 111198 Lämpökäsittelyssä MgO-substraatti kuumennetaan mieluummin välillä 1100 - 1200 °C olevaan lämpötilaan 2-3 tunnin ajaksi; 5 YSZ-substraatti kuumennetaan mieluummin välillä 1150 - 1250 °C olevaan lämpötilaan 3-4 tunnin ajaksi;
SrTi03-substraatti kuumennetaan mieluummin välillä 1050 -1250 °C olevaan lämpötilaan 5-10 minuutin ajaksi; 10
NdGa03-substraatti kuumennetaan mieluummin välillä 1050 -1150 °C olevaan lämpötilaan 7-10 minuutin ajaksi; ja
LaA103-substraatti kuumennetaan mieluummin välillä 1100 -15 1150 °C olevaan lämpötilaan 5-7 minuutin ajaksi.
Syövytettyjen substraattien pinnan kiteisyys evaluoitiin RHEED:n avulla ennen ja jälkeen edellä mainitun lämpökäsittelyn. Kuvio 2A on SrTi03-substraatin syövytetyn osan 20 RHEED-kuva ennen lämpökäsittelyä. Tämä RHEED-kuva on halo-kuvio, joka osoitti, että SrTi03-substraatin syövytetyn osan kiteisyys hävisi 5 nanometrin syvyyteen asti.
Toisaalta kuvio 2B on SrTi03-substraatin syövytetyn osan 25 RHEED-kuva lämpökäsittelyn jälkeen. Kuviossa 2B havaitaan viivakuvio, joka osoitti, että syövytetyn osan kiteisyys oli palautunut entiselleen ja että sen pinta oli hyvänlaatuinen .
30 Samanlaiset tulokset voitiin saada MgO-substraatilla, YSZ-substraatilla ja NdGa03-substraatilla, joten oli selvästi varmistettu, että lämpökäsittely oli tehokas substraatin syövytettyjen osien pintojen kiteisyyden saattamiseksi entiselleen.
35 u 111198 Tämän jälkeen, kuten kuviossa IE on esitetty, substraatin 2 päälle kasvatettiin lasersulatuksella YjBajCUjO^-oksi-disuprajohdeohutkalvo 1, jonka paksuus oli 200 nanometriä. Lasersulatusprosessin olosuhteet olivat seuraavat: 5 Kohde YjBajCUjO,^-tabletti (sintrattu)
Substraatin lämpötila 700 °C
Atmosfääri 02
Paine 53 Pa
Laserin energia 0,4 Joule/pulssi 10 Laserin energiatiheys 2,0 Joule/cm2
Laserin pulssitaajuus 5 Hz Y1Ba2Cu307.x-oksidisuprajohdeohutkalvolla 1 oli kaksi aluetta 11 ja 12, jotka oli muodostettu c-akselin suuntaisesti 15 orientoiduista, yksikiteisistä Y1Ba2Cu307.x-oksidisuprajoh-teista substraatin 2 ei-syövytetylle pinnalle 21 ja syövytetylle pinnalle 22, joita vyöhykkeitä yhdisti portaaseen 23 sijoitettu osa 13, jolla oli eri kideorientaatio. Osien 11 ja 13 sekä osien 12 ja 13 välisiin rajapintoihin muo-20 dostuivat raerajat 51 ja 52. Raerajat 51 ja 52 sekä osa 13 liittivät Y^ajCUjO^-oksidisuprajohdeohutkalvon 1 osat 11 ja 12 heikosti siten, että muodostui Josephson-liitos.
Lopuksi vielä Y^ajCu^^-oksidisuprajohdeohutkalvo 1 muo-25 kattiin valoiitografiaprosessin avulla sellaiseksi, että muodostui siltaosa 10, jonka leveys oli 5 pm ja pituus 10 pm osien 11 ja 12 välillä, kuten kuviossa 1F on esitetty. Täten muodostui porrastyyppinen Josephson-liitoslaite.
30 Edellä mainitun porrastyyppisen Josephson-liitoslaitteen ominaisuudet evaluoitiin nelinapamenetelmällä siten, että Josephson-liitoksen RSJ-tyyppiset (Resistively Shunted Junction; resistiivisesti shuntattu liitos) ominaisuudet voidaan saavuttaa nestetypen lämpötilassa 77,3 K. Mikro-35 aaltosäteilyllä havaittiin selvät mikroaaltotaajuutta 12 111198 vastaavat Shapiro-portaat ja siksi voitiin varmistautua siitä, että hyvä Josephson-liitos oli saatu toteutetuksi.
Yli sata porrastyyppistä Josephson-liitoslaitetta valmis-5 tettiin sekä yksikiteisellä MgO-substraatilla, YSZ-subst-raatilla, yksikiteisellä SrTi03-substraatilla, yksikiteisellä NdGa03-substraatilla että yksikiteisellä LaAl03-substraatilla edellä mainitulla prosessilla sekä tavallisella prosessilla ilman lämpökäsittelyä. Yli 90 prosenttia 10 edellä mainitulla prosessilla valmistetuista porrastyyppi-sistä Josephson-liitoslaitteista toimi 77,3 K:ssa. Toisaalta alle 1 prosenttia tavallisella prosessilla valmistetuista Josephson-liitoslaitteista toimi 77,3 K:ssa.
15 Suoritusmuoto 2
Seuraavassa selitetään porrastyyppisen Josephson-liitos-laitteen valmistusprosessin toinen suoritusmuoto. Tässä toisessa suoritusmuodossa suoritettiin samat käsittelyt 20 kuin kuvioissa IA - 1C on esitetty.
Sen jälkeen kun substraatti 2 oli syövytetty ionisuih-kusyövytyksellä Ar-ioneja käyttäen portaan 23 muodostamiseksi, substraatin 2 syövytettyä pintaa 22 syövytettiin 25 edelleen 5 nanpmetrin syvyyteen asti ionisuihkusyövytyk-sellä pienellä kiihdytysjännitteellä Ar-ioneja käyttäen turmeltuneen pinnan poistamiseksi. Pientä kiihdytysjännitettä käyttäen suoritetun ionisuihkusyövytyksen olosuhteet olivat seuraavat:
30 Kiihdytysjännite 70 - 80 V
Virta 150 - 250 mA
Paine 130-10'4 - 400-10'4 Pa
Kestoaika 30 minuuttia 35 Edellä mainitut olosuhteet olivat yhteisiä sekä yksikitei- 13 111198 selle MgO-substraatille, YSZ-substraatille, yksikiteiselle SrTiOj-substraatille, yksikiteiselle NdGa03-substraatille että yksikiteiselle LaAl03-substraatille.
5 Jos kiihdytys jännite on alle 70 V, niin substraatin syövyttäminen riittävälle syvyydelle vie liian pitkän ajan. Jos kiihdytys jännite on yli 80 V, niin syövytetty pinta turmeltuu uudelleen.
10 Tämän jälkeen Nb-kerros 3 poistettiin kokonaan CF4-plasmaa käyttäen substraatin 2 ei-syövytetyn pinnan 21 paljastamiseksi. Substraatin 2 pinnalle kasvatettiin Y1Ba2Cu307_x-oksi-disuprajohdeohutkalvo 1, jonka paksuus oli 200 nanometriä, lasersulatuksella samoissa olosuhteissa kuin suoritusmuo-15 dolla 1. Y1Ba2Cu307_x-oksidisuprajohdeohutkalvo 1 muokattiin samanlaisen Josephson-liitoslaitteen muodostamiseksi kuin suoritusmuodossa 1.
Edellä mainitun porrastyyppisen Josephson-liitoslaitteen 20 ominaisuudet evaluoitiin nestetypen lämpötilassa, jolloin 70 - 75 prosenttia niistä porrastyyppisistä Josephson-lii-toslaitteista, jotka valmistettiin edellä esitetyllä prosessilla sekä yksikiteisestä MgO-substraatista, YSZ-sub-straatista, yksikiteisestä SrTi03-substraatista, yksiki-25 teisestä NdGa03-substraatista että yksikiteisestä LaAl03- substraatista, toimi nestetypen lämpötilassa.
Suoritusmuoto 3 30 Seuraavassa selitetään porrastyyppisen Josephson-liitos laitteen valmistusprosessin kolmas suoritusmuoto. Tässä kolmannessa suoritusmuodossa käytettiin vain MgO-subst-raatteja ja suoritettiin samat käsittelyt kuin kuvioissa IA - 1C on esitetty.
35 14 111198
Sen jälkeen kun MgO-substraatti 2 oli syövytetty ionisuih-kusyövytyksellä Ar-ioneja käyttäen portaan 23 muodostamiseksi ja sen jälkeen kun Nb-kerros 3 oli kokonaan poistettu CF4-plasmaa käyttäen, substraatin 2 pintaa syövytettiin 5 vielä kemiallisesti 5 nanometrin syvyyteen asti märkäsyö-vytysprosessilla. Kemiallinen syövytys suoritettiin käyttäen vastaavasti rikkihappoa, typpihapon ja fluorivetyha-pon seosta sekä fosforihappoa. Olosuhteet olivat seuraavanlaiset : 10
Happo Lämpötila Kestoaika Väkevöity rikkihappo Huoneen lämpötila 2-5 min 15 Typpihapon ja fluori-vetyhapon seos typpi-:fluorivety-:vesi Huoneen lämpötila 10 - 20 s happo happo 2 : 2 : 1 20 (tilavuussuhde) Väkevöity fosforihappo 100 - 150 °C 10 - 20 s 25 Syövytettyjen substraattien pinnan kiteisyys evaluoitiin RHEED:n avulla ennen ja jälkeen edellä mainitun kemiallisen syövytyksen. RHEED-kuvat olivat halokuvioita ennen kemiallista syövytystä, ja kemiallisen syövytyksen jälkeen niistä tuli viivakuvioita, joten kävi selväksi, että syö-30 vytettyjen osien kiteisyys palautunut entiselleen ja että niiden pinta oli hyvänlaatuinen.
Jos kemiallisen syövytyksen kestoaika oli lyhyempi kuin edellä mainitun välin alarajana oleva kestoaika tai jos 35 hapon lämpötila oli alempi kuin edellä mainitun alueen 15 111198 alarajana oleva lämpötila, niin pinnan kiteisyys ei palautunut entiselleen. Toisaalta jos kemiallisen syövytyksen kestoaika oli pitempi kuin edellä mainitun alueen ylärajana oleva kestoaika tai jos hapon lämpötila oli korkeampi 5 kuin edellä mainitun alueen ylärajana oleva lämpötila, niin substraatin pinta muuttui epätasaiseksi.
Kemiallisen syövytyksen jälkeen substraatin 2 pinnalle kasvatettiin Y^ajCUjO^-oksidi supra j ohdeohutkalvo 1, jonka 10 paksuus oli 200 nanometriä, lasersulatuksella samoissa olosuhteissa kuin suoritusmuodolla 1. Y1Ba2Cu307 x-oks idi -suprajohdeohutkalvo 1 muokattiin samanlaisen Josephson-liitoslaitteen muodostamiseksi kuin suoritusmuodossa 1.
15 Edellä esitetyllä prosessilla valmistettujen edellä mainittujen porrastyyppiSten Josephson-liitoslaitteiden ominaisuudet evaluoitiin nestetypen lämpötilassa. Tällöin ilmeni, että 90 - 92 prosenttia niistä porrastyyppisistä Josephson-liitoslaitteista, jotka muodostettiin väke- 20 vöidyllä rikkihapolla syövytetyille substraateille, toimi nestetypen lämpötilassa. 89 - 92 prosenttia niistä porras-tyyppisistä Josephson-liitoslaitteista, jotka muodostettiin typpihapon ja fluorivetyhapon seoksella syövytetyille substraateille, toimi nestetypen lämpötilassa. 90 - 92 25 prosenttia niistä porrastyyppisistä Josephson-liitoslaitteista, jotka muodostettiin väkevöidyllä fosforihapolla syövytetyille substraateille, toimi nestetypen lämpötilassa.
30 Suoritusmuoto 4
Seuraavassa selitetään porrastyyppisen Josephson-liitos-laitteen valmistusprosessin neljäs suoritusmuoto. Tässä neljännessä suoritusmuodossa käytettiin vain YSZ-subst-35 raatteja ja suoritettiin samat käsittelyt kuin kuvioissa 16 111198 IA - 1C on esitetty.
Sen jälkeen kun YSZ-substraatti 2 oli syövytetty ionisuih-kusyövytyksellä Ar-ioneja käyttäen portaan 23 muodostami-5 seksi ja sen jälkeen kun Nb-kerros 3 oli kokonaan poistettu CF4-plasmaa käyttäen, substraatin 2 pintaa syövytettiin vielä kemiallisesti 5 nanometrin syvyyteen asti märkäsyö-vytysprosessilla. Kemiallinen syövytys suoritettiin käyttäen vastaavasti fluorivetyhappoa sekä typpihapon ja fluo-10 rivetyhapon seosta. Olosuhteet olivat seuraavanlaiset:
Happo Lämpötila Kestoaika
Fluorivetyhappo Huoneen lämpötila 1-3 min 15 (20 - 50 prosenttinen vesiliuos)
Typpihapon ja fluori-vetyhapon seos 20 typpi-: f luorivety--.vesi Huoneen lämpötila 20 - 40 s happo happo 4 : 3 : 1 (ti1avuussuhde) 25
Syövytettyjen substraattien pinnan kiteisyys evaluoitiin RHEEDrn avulla ennen ja jälkeen edellä mainitun kemiallisen syövytyksen. RHEED-kuvat olivat halokuvioita ennen kemiallista syövytystä, ja kemiallisen syövytyksen jälkeen 3 0 niistä tuli viivakuvioita, joten kävi selväksi, että syövytettyjen osien kiteisyys oli palautunut entiselleen ja että niiden pinta oli hyvänlaatuinen.
Jos kemiallisen syövytyksen kestoaika oli lyhyempi kuin 35 edellä mainitun välin alarajana oleva kestoaika tai jos 17 111198 hapon lämpötila oli alempi kuin edellä mainitun alueen . alarajana oleva lämpötila, niin pinnan kiteisyys ei palautunut entiselleen. Toisaalta jos kemiallisen syövytyksen kestoaika oli pitempi kuin edellä mainitun alueen yläraja-5 na oleva kestoaika tai jos hapon lämpötila oli korkeampi kuin edellä mainitun alueen ylärajana oleva lämpötila, niin substraatin pinta muuttui epätasaiseksi.
Kemiallisen syövytyksen jälkeen substraatin 2 pinnalle 10 kasvatettiin Y1Ba2Cu307,x-oksidisuprajohdeohutkalvo 1, jonka paksuus oli 200 nanometriä, lasersulatuksella samoissa olosuhteissa kuin suoritusmuodolla 1. Y1Ba2Cu307.Jt-oksidi -suprajohdeohutkalvo 1 muokattiin samanlaisen Josephson-liitoslaitteen muodostamiseksi kuin suoritusmuodossa 1.
15
Edellä mainitun Josephson-liitoslaitteen ominaisuudet evaluoitiin nestetypen lämpötilassa, jolloin 85 - 88 prosenttia edellä esitetyllä prosessilla valmistetuista Josephson- liitoslaitteista toimi nestetypen lämpötilassa.
20
Suoritusmuoto 5
Seuraavassa selitetään porrastyyppisen Josephson-liitoslaitteen valmistusprosessin viides suoritusmuoto. Tässä > 25 viidennessä suoritusmuodossa käytettiin vain SrTi03-subst-raatteja ja suoritettiin samat käsittelyt kuin kuvioissa IA - 1C on esitetty.
Sen jälkeen kun SrTi03-substraatti 2 oli syövytetty ioni-30 suihkusyövytyksellä Ar-ioneja käyttäen portaan 23 muodostamiseksi ja sen jälkeen kun Nb-kerros 3 oli kokonaan poistettu CF4-plasmaa käyttäen, substraatin 2 pintaa syövytettiin vielä kemiallisesti 5 nanometrin syvyyteen asti märkäsyövytysprosessilla. Kemiallinen syövytys 35 suoritettiin käyttäen vastaavasti fluorivetyhappoa, 18 111198 typpihapon ja fluorivetyhapon seosta, fosforihappoa sekä natriurnhydroksidiliuosta. Olosuhteet olivat seuraavanlaiset : 5 Syövytysneste Lämpötila Kestoaika
Fluorivetyhappo Huoneen lämpötila 5-10 min (10 - 30 prosenttinen vesiliuos) 10 _
Typpihapon ja fluorivetyhapon seos typpi-:fluorivety-:vesi Huoneen lämpötila 30 s - 2 min happo happo 15 3 : 3 : 1 (tilavuussuhde) Väkevöity fosforihappo 100 - 150 °C 10 - 30 s 20 Väkevöity natrium- hydroksidi liuos 80-130 °C 3-5 min
Syövytettyjen substraattien pinnan kiteisyys evaluoitiin 25 RHEEDtn avulla ennen ja jälkeen edellä mainitun kemiallisen syövytyksen. RHEED-kuvat olivat halokuvioita ennen kemiallista syövytystä, ja kemiallisen syövytyksen jälkeen niistä tuli viivakuvioita, joten kävi selväksi, että syövytettyjen osien kiteisyys oli palautunut entiselleen ja 30 että niiden pinta oli hyvänlaatuinen. Substraattien RHEED-kuvat kemiallisen syövytyksen jälkeen on esitetty kuvioissa 3A - 3D.
Jos kemiallisen syövytyksen kestoaika oli lyhyempi kuin 35 edellä mainitun välin alarajana oleva kestoaika tai jos 19 111198 syövytysnesteen lämpötila oli alempi kuin edellä mainitun alueen alarajana oleva lämpötila, niin pinnan kiteisyys ei palautunut entiselleen. Toisaalta jos kemiallisen syövy-tyksen kestoaika oli pitempi kuin edellä mainitun alueen 5 ylärajana oleva kestoaika tai jos syövytysnesteen lämpötila oli korkeampi kuin edellä mainitun alueen ylärajana oleva lämpötila, niin substraatin pinta muuttui epätasaiseksi .
10 Kemiallisen syövytyksen jälkeen substraatin 2 pinnalle kasvatettiin Y^a^jO^-oksidisuprajohdeohutkalvo 1, jonka paksuus oli 200 nanometriä, lasersulatuksella samoissa olosuhteissa kuin suoritusmuodolla 1. Y1Ba2Cu307.x-oks idi -suprajohdeohutkalvo 1 muokattiin samanlaisen Josephson-15 liitoslaitteen muodostamiseksi kuin suoritusmuodossa 1.
Edellä mainitun Josephson-liitoslaitteen ominaisuudet evaluoitiin nestetypen lämpötilassa, jolloin 92 - 95 prosenttia edellä esitetyllä prosessilla valmistetuista Jo-20 sephson-liitoslaitteista toimi nestetypen lämpötilassa.
Suoritusmuoto 6
Seuraavassa selitetään porrastyyppisen Josephson-liitos-25 laitteen valmistusprosessin kuudes suoritusmuoto. Tässä kuudennessa suoritusmuodossa käytettiin vain NdGa03-subst- ) / raatteja ja suoritettiin samat käsittelyt kuin kuvioissa IA - 1C on esitetty.
30 Sen jälkeen kun NdGa03-substraatti 2 oli syövytetty ioni-suihkusyövytyksellä Ar-ioneja käyttäen portaan 23 muodostamiseksi ja sen jälkeen kun Nb-kerros 3 oli kokonaan poistettu CF4-plasmaa käyttäen, substraatin 2 pintaa syövytettiin vielä kemiallisesti 5 nanometrin syvyyteen 35 asti märkäsyövytysprosessilla. Kemiallinen syövytys J0 111198 suoritettiin käyttäen vastaavasti typpihapon ja fluorive-tyhapon seosta sekä natriumhydroksidiliuosta. Olosuhteet olivat seuraavanlaiset: 5 Syövytysneste Lämpötila Kestoaika
Typpihapon ja fluori-vetyhapon seos typpi-:fluorivety-:vesi Huoneen lämpötila 10 - 20 s 10 happo happo 2 2 : 1 (tilavuussuhde) Väkevöity natrium- 15 hydroksidiliuos 80 - 130 °C 3-5 min
Syövytettyjen substraattien pinnan kiteisyys evaluoitiin RHEED:n avulla ennen ja jälkeen edellä mainitun kemialli-20 sen syövytyksen. RHEED-kuvat olivat halokuvioita ennen kemiallista syövytystä, ja kemiallisen syövytyksen jälkeen niistä tuli viivakuvioita, joten kävi selväksi, että syövytettyjen osien kiteisyys oli palautunut entiselleen ja että niiden pinta oli hyvänlaatuinen.
25
Jos kemiallisen syövytyksen kestoaika oli lyhyempi kuin edellä mainitun välin alarajana oleva kestoaika tai jos syövytysnesteen lämpötila oli alempi kuin edellä mainitun alueen alarajana oleva lämpötila, niin pinnan kiteisyys ei 30 palautunut entiselleen. Toisaalta jos kemiallisen syövytyksen kestoaika oli pitempi kuin edellä mainitun alueen ylärajana oleva kestoaika tai jos syövytysnesteen lämpötila oli korkeampi kuin edellä mainitun alueen ylärajana oleva lämpötila, niin substraatin pinta muuttui epätasai-35 seksi.
21 111198
Kemiallisen syövytyksen jälkeen substraatin 2 pinnalle kasvatettiin YaBa2Cu307.x-oksidi supra johdeohutkalvo 1, jonka paksuus oli 200 nanometriä, lasersulatuksella samoissa 5 olosuhteissa kuin suoritusmuodolla 1. Y1Ba2Cu307.x-oksidi-suprajohdeohutkalvo 1 muokattiin samanlaisen Josephson-liitoslaitteen muodostamiseksi kuin suoritusmuodossa 1.
Edellä mainitun Josephson-liitoslaitteen ominaisuudet 10 evaluoitiin nestetypen lämpötilassa, jolloin 90 - 92 prosenttia edellä esitetyllä prosessilla valmistetuista por-rastyyppisistä Josephson-liitoslaitteista toimi nestetypen lämpötilassa.
15 Suoritusmuoto 7
Seuraavassa selitetään porrastyyppisen Josephson-liitoslaitteen valmistusprosessin seitsemäs suoritusmuoto. Tässä seitsemännessä suoritusmuodossa käytettiin vain LaAl03-20 substraatteja ja suoritettiin samat käsittelyt kuin kuvioissa IA - 1C on esitetty.
Sen jälkeen kun LaAl03-substraatti 2 oli syövytetty ioni-suihkusyövytyksellä Ar-ioneja käyttäen portaan 23 muodos-25 tamiseksi ja sen jälkeen kun Nb-kerros 3 oli kokonaan poistettu CF4-plasmaa käyttäen, substraatin 2 pinta syövytettiin vielä kemiallisesti 5 nanometrin syvyyteen asti märkäsyövytysprosessilla. Kemiallinen syövytys suoritettiin käyttäen vastaavasti typpihapon ja fluorivetyhapon 30 seosta, fosforihappoa sekä natriumhydroksidiliuosta. Olosuhteet olivat seuraavanlaiset: 22 111198
Syövytysneste Lämpötila Kestoaika
Typpihapon ja fluori-vetyhapon seos 5 typpi-:fluorivety-:vesi Huoneen lämpötila 1 - 3 s happo happo 2: 2 : 1 (tilavuussuhde) 10 Väkevöity fosforihappo 70 - 110 °C 10 - 30 s Väkevöity natrium- hydroksidi liuos 50-110 °C 1-3 min 15
Syövytettyjen substraattien pinnan kiteisyys evaluoitiin RHEEDin avulla ennen ja jälkeen edellä mainitun kemiallisen syövytyksen. RHEED-kuvat olivat halokuvioita ennen kemiallista syövytystä, ja kemiallisen syövytyksen jälkeen 20 niistä tuli viivakuvioita, joten kävi selväksi, että syövytettyjen osien kiteisyys oli palautunut entiselleen ja että niiden pinta oli hyvänlaatuinen.
Jos kemiallisen syövytyksen kestoaika oli lyhyempi kuin 25 edellä mainitun välin alarajana oleva kestoaika tai jos syövytysnesteen lämpötila oli alempi kuin edellä mainitun alueen alarajana oleva lämpötila, niin pinnan kiteisyys ei palautunut entiselleen. Toisaalta jos kemiallisen syövytyksen kestoaika oli pitempi kuin edellä mainitun alueen 30 ylärajana oleva kestoaika tai jos syövytysnesteen lämpötila oli korkeampi kuin edellä mainitun alueen ylärajana oleva lämpötila, niin substraatin pinta muuttui epätasaiseksi.
23 111198
Kemiallisen syövytyksen jälkeen substraatin 2 pinnalle kasvatettiin Y^ajCUjO^-oksidisuprajohdeohutkalvo 1, jonka paksuus oli 200 nanometriä, lasersulatuksella samoissa olosuhteissa kuin suoritusmuodolla 1. Y1Ba2Cu307.x-oksidi-5 suprajohdeohutkalvo 1 muokattiin samanlaisen Josephson-liitoslaitteen muodostamiseksi kuin suoritusmuodossa 1.
Edellä mainitun Josephson-liitoslaitteen ominaisuudet evaluoitiin nestetypen lämpötilassa, jolloin 90 - 92 pro-10 senttiä edellä esitetyllä prosessilla valmistetuista por-rastyyppisistä Josephson-liitoslaitteista toimi nestetypen lämpötilassa.
Kuten edellä on selitetty, esillä olevan keksinnön mene-15 telmän mukaan tulee mahdolliseksi muodostaa substraattiin porras ilman että substraatin pinnan kiteisyys turmeltuu. Lisäksi esillä olevan keksinnön menetelmän mukaan käsitellyn substraatin pinnalle voidaan kasvattaa korkealaatuinen oksidisuprajohdeohutkalvo siten, että suprajohtavia lait-20 teitä, kuten porrastyyppisiä Josephson-liitoslaitteita, voidaan valmistaa helposti.
Edellä mainituissa suoritusmuodoissa substraatit syövytettiin ionisuihkusyövytyksellä Ar-ioneja käyttäen portaan 25 muodostamiseksi. Esillä olevaa keksintöä voidaan kuitenkin soveltaa mihin tahansa syövytysprosessiin, jos substraatin pinta on menettänyt kiteisyytensä, esimerkiksi reaktiiviseen ionisyövytykseen, sputterointisyövytykseen jne.
30 Lisäksi oksidisuprajohdeohutkalvo voidaan muodostaa paitsi Y-Ba-Cu-O-yhdistelmän oksidisuprajohdemateriaalista myös korkean Tc:n (kriittisen lämpötilan) omaavasta oksidisuprajohdemateriaalista, erityisesti korkean Tc:n omaavasta kuparioksidityyppisestä yhdisteestä koostuvasta 35 oksidisuprajohdemateriaalista, esimerkiksi Bi-Sr-Ca-Cu-O- 24 111198 yhdistelmän oksidisuprajohdemateriaalista ja Ti-Ba-Ca-Cu- 0-yhdistelmän oksidisuprajohdemateriaalista.
Tämä keksintö on siis esitetty ja selitetty sen erityisiin 5 suoritusmuotoihin viitaten. Huomattakoon kuitenkin, että esillä oleva keksintö ei ole mitenkään rajoittunut esitettyjen rakenteiden yksityiskohtiin vaan että muunnelmia ja muunnoksia voidaan tehdä oheisten patenttivaatimusten määrittelemässä suojapiirissä.
Claims (16)
1. Menetelmä portaan muodostamiseksi oksidisubstraatin kasvatuspinnalle askel-tyyppiselle oksidisuprajohde- 5 laitteelle, ohutkalvon kerrostamiseksi sille, tunnettu siitä, että kuivasyövytetään osaa substraatin kasvatus-pinnasta ja siitä, että turmeltuneen pinnan poistamiseksi korkean kidepitoisuuden omaavan pinnan paljastamiseksi ainoastaan substraatin kasvatuspinnan syövytettyä osaa 10 syövytetään vähän lisää ionisuihkusyövytyksellä käyttäen Ar-ioneja ja 70 - 80 voltin kiihdytysjännitettä tai substraatin pintaa syövytetään vähän lisää kemiallisella syövytyksellä.
2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että kemiallinen syövytys suoritetaan käyttäen syövytysnestettä, joka valitaan ryhmästä, johon kuuluvat rikkihappo, fluorivetyhappo, fosforihappo, natrium- hydroksidiliuos sekä typpihapon ja fluorivetyhapon seos. 20
3. Vaatimuksen 2 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että kemiallinen syövytys suoritetaan huoneenlämpöisellä rikkihapolla.
4. Vaatimuksen 3 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että substraatti on yksikiteinen MgO-substraatti ja että kemiallinen syövytys suoritetaan käyttäen väkevöityä rikkihappoa.
5. Vaatimuksen 2 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että kemiallinen syövytys suoritetaan huoneenlämpöisellä fluorivetyhapolla.
6. Vaatimuksen 5 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että 35 substraatti on YSZ-substraatti ja että kemiallinen 111198 syövytys suoritetaan käyttäen fluorivetyhapon 20 - 50- prosenttista vesiliuosta.
7. Vaatimuksen 5 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että 5 substraatti on SrTi03-substraatti ja kemiallinen syövytys suoritetaan käyttäen fluorivetyhapon 10 - 30-prosenttista vesiliuosta.
8. Vaatimuksen 2 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että 10 kemiallinen syövytys suoritetaan käyttäen fosforihappöa 100 - 150 °C lämpötilassa.
9. Vaatimuksen 8 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että substraatti valitaan ryhmästä, johon kuuluvat yksikiteinen
10. Vaatimuksen 2 mukainen menetelmä fr-m-met-t-n siitä, 20 että kemiallinen syövytys suoritetaan käyttäen natrium- hydroksidiliuosta 50 - 130 °C lämpötilassa.
11. Vaatimuksen 10 mukainen menetelmä hunnattai siitä, että substraatti on yksikiteinen SrTi03-substraatti tai 25 yksikiteinen NdGa03-substraatti ja kemiallinen syövytys suoritetaan käyttäen väkevöityä natriumhydroksidiliuosta 80 - 130°C lämpötilassa.
12. Vaatimuksen 10 mukainen menetelmä tunnettu siitä, 30 että substraatti on yksikiteinen LaAl03-substraatti ja kemiallinen syövytys suoritetaan käyttäen väkevöityä natriumhydroksidiliuosta 50 -110 °C lämpötilassa.
13. Vaatimuksen 2 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että 35 kemiallinen syövytys suoritetaan käyttäen huoneenlämpöistä 111198 typpihapon ja fluorivetyhapon seosta.
14. Vaatimuksen 13 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että substraatti on yksikiteinen MgO-substraatti tai 5 NdGa03-substraatti ja että kemiallinen syövytys suoritetaan käyttäen typpihapon ja fluorivetyhapon seosta, joka sisältää 2 tilavuusosaa typpihappoa, 2 tilavuusosaa fluorivetyhappoa ja 1 tilavuusosan vettä.
15. Vaatimuksen 13 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että substraatti on YSZ-substraatti ja että kemiallinen syövytys suoritetaan käyttäen typpihapon ja fluorivetyhapon seosta, joka sisältää 4 tilavuusosaa typpihappoa, 3 tilavuusosaa fluorivetyhappoa ja 1 tila-15 vuusosan vettä.
15 MgO-substraatti, yksikiteinen SrTi03-substraatti ja yksikiteinen LaAl03-substraatti ja syövytys suoritetaan käyttäen väkevöityä fosforihappoa.
16. Vaatimuksen 13 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että substraatti on SrTi03-substraatti tai LaAl03-substraatti ja että kemiallinen syövytys suoritetaan käyttäen 20 typpihapon ja fluorivetyhapon seosta, joka sisältää 3 tilavuusosaa typpihappoa, 3 tilavuusosaa fluorivetyhappoa ja 1 tilavuusosan vettä. 1 Menetelmä porrastyyppisen Josephson-liitoslaitteen 25 valmistamiseksi, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheen, jossa minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-16 mukaisella menetelmällä muodostetun portaan omaavan substraatin kasvatuspinnalle muodostetaan oksidisupra-johdeohutkalvo. 28 111198
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5348838A JPH0779021A (ja) | 1993-07-15 | 1993-12-27 | 成膜用基板に段差を形成する方法 |
| JP34883893 | 1993-12-27 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI945234A0 FI945234A0 (fi) | 1994-11-07 |
| FI945234A FI945234A (fi) | 1995-06-28 |
| FI111198B true FI111198B (fi) | 2003-06-13 |
Family
ID=18399727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI945234A FI111198B (fi) | 1993-12-27 | 1994-11-07 | Menetelmä portaan muodostamiseksi substraatin kasvatuspinnalle oksidisuprajohdetta käyttävää suprajohtavaa laitetta varten sekä menetelmä porrastyyppisen Josephson-liitoslaitteen valmistamiseksi |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5560836A (fi) |
| EP (1) | EP0660428B1 (fi) |
| KR (1) | KR100297531B1 (fi) |
| CA (1) | CA2135500C (fi) |
| DE (1) | DE69428182T2 (fi) |
| DK (1) | DK0660428T3 (fi) |
| FI (1) | FI111198B (fi) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998050965A1 (en) * | 1997-05-02 | 1998-11-12 | Superconductor Technologies, Inc. | Method for preparation of substrates for thin film superconductors and improved devices incorporating substrates |
| DE19808778C2 (de) * | 1998-03-03 | 1999-12-09 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines ABO¶3¶-Substrates mit einer Stufe |
| AUPP590798A0 (en) * | 1998-09-14 | 1998-10-08 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Method of manufacture of high temperature superconductors |
| US6734699B1 (en) | 1999-07-14 | 2004-05-11 | Northrop Grumman Corporation | Self-clocked complementary logic |
| US7015499B1 (en) | 1999-12-01 | 2006-03-21 | D-Wave Systems, Inc. | Permanent readout superconducting qubit |
| US6459097B1 (en) * | 2000-01-07 | 2002-10-01 | D-Wave Systems Inc. | Qubit using a Josephson junction between s-wave and d-wave superconductors |
| US6627915B1 (en) | 2000-08-11 | 2003-09-30 | D-Wave Systems, Inc. | Shaped Josephson junction qubits |
| US6504172B2 (en) | 2001-03-16 | 2003-01-07 | D-Wave Systems, Inc. | Superconducting dot/anti-dot flux qubit based on time-reversal symmetry breaking effects |
| US7002366B2 (en) * | 2003-08-20 | 2006-02-21 | Northrop Grumman Corporation | Superconducting constant current source |
| US20050062131A1 (en) * | 2003-09-24 | 2005-03-24 | Murduck James Matthew | A1/A1Ox/A1 resistor process for integrated circuits |
| ES2331663T3 (es) * | 2007-04-19 | 2010-01-12 | Straumann Holding Ag | Proceso para proporcionar una topografia a la superficie de un implante dental. |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0810757B2 (ja) * | 1987-05-25 | 1996-01-31 | 松下電子工業株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US5077266A (en) * | 1988-09-14 | 1991-12-31 | Hitachi, Ltd. | Method of forming weak-link josephson junction, and superconducting device employing the junction |
| JPH05251771A (ja) * | 1991-12-02 | 1993-09-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 人工粒界型ジョセフソン接合素子およびその作製方法 |
| JP2730368B2 (ja) * | 1991-12-10 | 1998-03-25 | 住友電気工業株式会社 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
| JPH05335638A (ja) * | 1992-05-29 | 1993-12-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ジョセフソン接合構造体およびその作製方法 |
| KR100264006B1 (ko) * | 1993-11-29 | 2000-08-16 | 이형도 | 고온초전도 조셉슨소자의 제조방법 |
| US5780343A (en) * | 1995-12-20 | 1998-07-14 | National Semiconductor Corporation | Method of producing high quality silicon surface for selective epitaxial growth of silicon |
-
1994
- 1994-11-07 FI FI945234A patent/FI111198B/fi not_active IP Right Cessation
- 1994-11-08 DE DE69428182T patent/DE69428182T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-11-08 EP EP94402527A patent/EP0660428B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-11-08 DK DK94402527T patent/DK0660428T3/da active
- 1994-11-09 US US08/338,094 patent/US5560836A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-11-09 CA CA002135500A patent/CA2135500C/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-11-18 KR KR1019940030354A patent/KR100297531B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0660428A2 (en) | 1995-06-28 |
| FI945234A (fi) | 1995-06-28 |
| US5560836A (en) | 1996-10-01 |
| DE69428182D1 (de) | 2001-10-11 |
| FI945234A0 (fi) | 1994-11-07 |
| EP0660428B1 (en) | 2001-09-05 |
| DK0660428T3 (da) | 2001-12-27 |
| CA2135500C (en) | 2000-05-02 |
| CA2135500A1 (en) | 1995-06-28 |
| EP0660428A3 (en) | 1997-07-16 |
| KR100297531B1 (ko) | 2001-10-24 |
| DE69428182T2 (de) | 2002-03-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI111198B (fi) | Menetelmä portaan muodostamiseksi substraatin kasvatuspinnalle oksidisuprajohdetta käyttävää suprajohtavaa laitetta varten sekä menetelmä porrastyyppisen Josephson-liitoslaitteen valmistamiseksi | |
| US5750474A (en) | Method for manufacturing a superconductor-insulator-superconductor Josephson tunnel junction | |
| EP0480814A2 (en) | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same | |
| JPH10173246A (ja) | 高温ｓｓｎｓ及びｓｎｓジョセフソン接合及びその製造方法 | |
| US5439875A (en) | Process for preparing Josephson junction device having weak link of artificial grain boundary | |
| US5382566A (en) | Josephson junction device formed of oxide superconductor and process for preparing the same | |
| EP0675553B1 (en) | A process of producing a superconductor junction material | |
| DE69309306T2 (de) | Elektrische Verbindungsstrukturen | |
| US5354734A (en) | Method for manufacturing an artificial grain boundary type Josephson junction device | |
| US5292717A (en) | Method for the production of a structured composite with high-temperature superconductor material | |
| EP0484232B2 (en) | Superconducting device having an extremely short superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same | |
| JPH05190921A (ja) | 超電導接合を有する素子およびその作製方法 | |
| US5534715A (en) | Josephson junction in a wiring pattern of a superconductor oxide | |
| US6479139B1 (en) | Superconducting substrate structure and a method of producing such structure | |
| EP0484254B1 (en) | Superconducting wiring lines and process for fabricating the same | |
| EP0533519A2 (en) | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same | |
| JP2761504B2 (ja) | 酸化物超伝導デバイスおよびその製造方法 | |
| JP2647985B2 (ja) | ジョセフソン素子 | |
| JPH04268774A (ja) | ジョセフソン接合 | |
| JPH04163808A (ja) | 超伝導デバイスの作製方法 | |
| JPH0563247A (ja) | 超電導接合構造体およびその作製方法 | |
| JPH05327047A (ja) | ジョセフソン素子およびその製造方法 | |
| JPH0730159A (ja) | ジョセフソン接合素子およびその作製方法 | |
| JPH03211777A (ja) | ジョセフソン接合の構造及びその製造方法 | |
| JPH03233981A (ja) | ジョセフソン素子用基板及びその製造法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MA | Patent expired |