JP2004235614A - 高温超伝導固有ジョセフソン接合を利用したテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子、及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高温超伝導固有ジョセフソン接合を利用したテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子を提供する。
【解決手段】 超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造３００よりなり、テラヘルツ電磁波が発振できる電磁波発振部Ａと、前記電磁波発振部Ａと接し、伝導性を持たない絶縁部Ｃと、前記絶縁部Ｃと接し、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造３００よりなり、テラヘルツ電磁波を検出できる電磁波検出部Ｂと、を含んで構成されるテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子を提供する。
【選択図】 図２
【解決手段】 超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造３００よりなり、テラヘルツ電磁波が発振できる電磁波発振部Ａと、前記電磁波発振部Ａと接し、伝導性を持たない絶縁部Ｃと、前記絶縁部Ｃと接し、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造３００よりなり、テラヘルツ電磁波を検出できる電磁波検出部Ｂと、を含んで構成されるテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子を提供する。
【選択図】 図２
Description
本発明は高温超伝導体を利用したテラヘルツ（ＴＨｚ）電磁波発振及び検出用素子に関する。
一般的に、超伝導電極間に約１ｎｍの薄い絶縁層が挿入されており、絶縁層を通じて超伝導電子対を透過できる接合をジョセフソン接合という。ジョセフソン接合の長さがジョセフソンの侵入深さより長いジョセフソン接合に接合面と平行に外部磁場をかける場合、絶縁層にジョセフソンフラクソン（ｆｌｕｘｏｎ）が発生する。ジョセフソンフラクソンは、ジョゼフソン量子化磁束ともよばれ、ジョセフソン接合を透過する通常の大きさのトンネル電流であるジョセフソン透過電流（約１０３アンペア／ｃｍ２）によりローレンツ力を受けて絶縁層に沿ってほぼ光速の１％に近い非常に速い速度で動きながら超伝導電子対のプラズマ振動により超伝導電極間にテラヘルツ帯域の超高周波発振を起こすことができ、この現象はテラヘルツ帯域の電磁波発振素子に応用される。
高い異方性を有する高温超伝導体単結晶、たとえば、Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋ｘまたはＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ単結晶内には単結晶の形成に伴って、超伝導電子対の透過接合である固有ジョセフソン接合（イントリンシックジョセフソン接合）が数ｎｍを周期として均一に積層形成されるということは周知のことである。そこで、前記のように前記高温超伝導体単結晶を構成する直列積層構造の固有ジョセフソン接合と平行に外部磁場をかければジョセフソンフラクソンが発生する。前記ジョセフソンフラクソンに透過電流（トンネルバイアス電流）を加えて、積層構造を持つ超伝導層間の接合に沿って非常に速く運動させれば、それに相応する非常に速い超伝導電子対のプラズマ発振が誘導されて、積層構造に関係するジョセフソン接合の境界面でテラヘルツの高周波帯域の電磁波が発振する。
しかしながら、従来では、固有ジョセフソン接合のフラクソン運動を利用してテラヘルツ電磁波を発振する発振素子を開発するにはまだ技術的な障害があった。すなわち、高温超伝導単結晶でジョセフソンフラクソンのプラズマ発振がおきる絶縁層の誘電率が約１０〜２０であり、自由空間、すなわち、空気の誘電率が約１であるため、前記絶縁層の誘電率と自由空間（空気）の誘電率との間に相当な差がある。これにより、絶縁層と自由空間（空気）との間に存在するインピーダンスの不一致によって、超伝導単結晶の固有ジョセフソン接合内で発振したジョセフソンフラクソンプラズマのテラヘルツ振動を自由空間（空気）の電磁波振動に転換するには相当な技術的な障害がある。その結果、固有ジョセフソン接合内に誘起されたテラヘルツ帯域の電磁波発振を確認することさえ非常に困難にであった。
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、前記の問題点を解決してテラヘルツ帯域の電磁波の発振を確認でき、発振特性及び発振周波数を正確に検出できるテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子を提供するところにある。
また、本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記テラヘルツ電磁波発振及び検出用素子の製造方法を提供するところにある。
前記技術的課題を達成するために、本発明の一例によるテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造（メサ部）よりなり、テラヘルツ電磁波が発振できる電磁波発振部と、前記電磁波発振部と接し、伝導性を持たない絶縁部と、前記絶縁部と接し、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造（メサ部）よりなり、テラヘルツ電磁波を検出できる電磁波検出部と、を含んで構成される。
前記電磁波発振部及び電磁波検出部の超伝導体単結晶はＢｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋ｘまたはＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘの高温超伝導体単結晶で構成される。前記電磁波発振部及び絶縁部はＴ字形の長辺に対応して構成され、前記電磁波検出部はＴ字形の短辺に対応して構成される。超伝導体単結晶メサ構造における前記Ｔ字形の長辺方向に沿う前記電磁波発振部の長さはジョセフソンの侵入深さより長く構成され、超伝導体単結晶メサ構造における前記Ｔ字形の長辺方向に沿う前記電磁波検出部の長さはジョセフソンの侵入深さより短く構成されるべきである。言い換えれば、前記電磁波発振部の超伝導体単結晶メサ構造は、外部磁場に垂直な方向の長さがジョセフソンの侵入深さより長く構成され、前記電磁波検出部の超伝導体単結晶メサ構造は外部磁場に垂直な方向の長さがジョセフソンの侵入深さより短く構成されるべきである。
本発明の他の例によるテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造（メサ部）よりなる第１メサ部と、前記第１メサ部と接し、伝導性を持たない絶縁部と、前記絶縁部と接し、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造（メサ部）よりなる第２メサ部と、を含んで構成される。
前記第１メサ部及び第２メサ部はＢｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋ｘまたはＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘの高温超伝導体単結晶で構成される。前記第１メサ部及び絶縁部はＴ字形の長辺に対応して構成され、前記第２メサ部はＴ字形の短辺に対応して構成される。前記Ｔ字形の長辺方向に沿う前記第１メサ部の長さはジョセフソンの侵入深さより長く構成され、前記Ｔ字形の長辺方向に沿う前記第２メサ部の長さはジョセフソンの侵入深さより短く構成されるべきである。
本発明のさらに他の例によるテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造（メサ部）よりなる第１メサ部と、前記第１メサ部と接し、伝導性を持たない絶縁部と、前記絶縁部と接し、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造（メサ部）よりなる第２メサ部と、を含んで構成され、前記第１メサ部に平行に外部磁場をかけて前記第１メサ部における固有ジョセフソン接合の絶縁層にジョセフソンフラクソンを形成し、前記ジョセフソンフラクソンに前記第１メサ部の超伝導体単結晶のｃ軸に沿って透過電流を加えてジョセフソンフラクソンプラズマ発振を誘起させて前記絶縁部を通過しながらテラヘルツ電磁波に転換し、前記絶縁部と接した第２メサ部に伝えられた前記テラヘルツ電磁波の周波数を検出することを特徴とする。
前記第２メサ部に伝えられた電磁波は逆ジョセフソン効果により、発振振動数（ｆ）に該当する電位値であるＶ＝ｈｆ／２ｅ（ｈはプランク定数、ｅは電子の電荷）でシャピロ階段と呼ばれる電流階段を発生させ、当該電流階段を利用してテラヘルツ帯域の電磁波周波数を検出する。
また、本発明のさらに他の例によるテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は、基板上に付着され、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されておりＴ字形をした超伝導単結晶メサ構造（超伝導単結晶メサ部）よりなる超伝導体単結晶と、前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ構造の下面及び上面の長辺において各々２分割された長辺側の金層と、前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ構造の下面の長辺において２分割された長辺側の金層に形成された第１電圧電極及び第１電流電極と、当該超伝導単結晶メサ構造の上面の長辺において２分割された長辺側の金層に形成された第３電圧電極及び第３電流電極と、前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ構造の下面及び上面の短辺において各々２分割された短辺側の金層と、前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ構造の下面の短辺において２分割された短辺側の金層に形成された第２電圧電極及び第２電流電極と、当該超伝導単結晶メサ構造の上面の短辺において２分割された短辺側の金層に形成された第４電圧電極及び第４電流電極と、前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ構造の下面及び上面での長辺と短辺との連結部分であって金層が前記長辺側の金層と前記短辺側の金層とに分割された部分において形成された絶縁部と、前記第１電圧電極、第１電流電極、第２電圧電極及び第２電流電極の各々の一部面と前記第３電圧電極、第３電流電極、第４電圧電極及び第４電流電極とが露出されるように前記基板上に形成された層間絶縁層と、で構成されており、前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ構造の前記長辺はテラヘルツ電磁波を発振する電磁波発振部であり、前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ構造の短辺は電磁波検出部である。
前記他の技術的課題を達成するために、本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子の製造方法は、第１基板上に超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合よりなる超伝導体単結晶を固定させる段階と、前記超伝導体単結晶表面に第１金層を形成する段階と、前記第１金層及び超伝導体単結晶をパターニングして第１基板上に、超伝導体単結晶基底部、当該超伝導体単結晶基底部に比べて狭い面積のＴ字形の超伝導体単結晶メサ部、及びパターニングされた第１金層を形成する段階と、前記第１金層を前記Ｔ字形の単結晶メサ部の長辺及び短辺において各々２分割する段階と、前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部の長辺において２分割された第１金層上に夫々第１電圧電極及び第１電流電極を形成し、超伝導体単結晶メサ部の短辺において２分割された第１金層上に夫々第２電圧電極及び第２電流電極を形成する段階と、前記第１基板を覆して、最上層に位置する前記第１電圧電極、第１電流電極、第２電圧電極及び第２電流電極を第２基板に付着して固定する段階と、前記第１基板を取り外すとともに前記超伝導体単結晶基底部も取り外して前記超伝導体単結晶メサ部の背面を露出させる段階と、前記超伝導体単結晶メサ部の背面上に第２金層を蒸着する段階と、前記第１電圧電極、第１電流電極、第２電圧電極及び第２電流電極の各々の一部面を露出させるように前記第２基板上に層間絶縁層を形成する段階と、前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部の長辺の第２金層上に第３電圧電極及び第３電流電極を形成し、当該超伝導体単結晶メサ部の短辺の第２金層上に第４電圧電極及び第４電流電極を形成する段階と、前記第２金層を前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部の長辺及び短辺において各々電圧電極及び電流電極別に分割する段階と、前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部の下面及び上面での長辺と短辺との連結部分であって前記第１金層及び第２金層が各々長辺側と短辺側に分割された部分において絶縁部を形成する段階と、を含んでおり、前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ部の前記長辺をテラヘルツ電磁波が発振する電磁波発振部とし、前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ部の前記短辺を電磁波検出部とする。
前記絶縁部は、前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部の下面及び上面での長辺と短辺との連結部分であって前記第１金層及び第２金層が分割された部分にシリコンイオン注入を施して得られる。前記超伝導体単結晶はＢｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋ｘまたはＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘの高温超伝導体単結晶である。
前記超伝導体単結晶を第１基板に固定させる段階は、前記第１基板上にフォトレジストまたはポリイミドを液体状態でスピンコーティングする段階と、前記フォトレジストまたはポリイミドがコーティングされた前記第１基板上に超伝導体単結晶を位置させた後、ハードベーグする段階と、を含んでなる。
前記超伝導体単結晶メサ部、超伝導体単結晶基底部、及びパターニングされた第１金層は微細パターニング工程と乾式エッチング工程とにより形成される。前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部の高さはエッチング時間を調整して調節できる。
以上のような本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は、電磁波発振部で発生したテラヘルツ振動を自由空間に引き出す代わりに絶縁部を通じて電磁波検出部と連係させ、その結果発生する電流対比電圧特性のシャピロ階段を測定することによって電磁波の発振を確認して発振特性及び発振周波数を正確に検出する。
本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は、超伝導体単結晶メサ部でのジョセフソンフラクソンの運動を利用してテラヘルツ発振が可能であり、かつテラヘルツ帯域の振動数を正確に測定することができる。
本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は積層された各ジョセフソン接合から出る電磁波発振の位相が干渉性を有するために単一ジョセフソン接合に比べて出力を非常に向上させることができ、発振がパルスではない連続発振であるためにその応用分野が非常に多様であり、かつ発振周波数を調節できる。
さらに、テラヘルツ帯域の電磁波は二次元医療診断、レーダーモデリング、水分及び化学成分分析、高分子物質の品質検査及び遠距離通信等にその需要が徐々に増大しつつあるが、テラヘルツ周波数帯域の電磁波発振のための明確な技術が確保されていない状態である。したがって、本発明の固有ジョセフソン接合を利用したテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子はこの分野の技術的空白を補充することができる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、次に例示する本発明の実施形態は色々な他の形態に変形でき、本発明の範囲が後述する実施例に限定されることではない。本発明の実施例は当業者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図面において膜または領域の大きさまたは厚さは明細書の明確性のために誇張されている。また、ある膜が他の膜または基板の“上”にあると記載された場合、前記ある膜が前記他の膜の上に直接存在することもあり、その間に第３の他の膜が介在されることもある。
図１は、本発明による高温超伝導体を利用したテラヘルツ（ＴＨｚ）電磁波発振及び検出用素子の概念図である。
具体的に、本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は電磁波発振部Ａと、絶縁部Ｃ及び電磁波検出部Ｂとに大別される。本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は超伝導体単結晶、たとえば、Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋ｘまたはＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘの高温超伝導体単結晶で構成される。本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は超伝導体単結晶メサ構造（メサ部）３００で構成される。
前記超伝導体単結晶メサ構造３００内には、単結晶の形成につれて自然に、２つの固有の超伝導層２と固有の絶縁層４とで構成される固有ジョセフソン接合（イントリンシックジョセフソン接合）６が存在する。したがって、本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は、固有ジョセフソン接合６が複数にわたって直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造（メサ部）で構成される。さらに、前記超伝導体単結晶メサ構造３００において、電磁波発振部Ａは超伝導体単結晶を加工して超伝導体単結晶の長さをジョセフソンの侵入深さより長く構成し、電磁波検出部Ｂでは、電磁波発振部Ａの長手方向に沿った長さ（すなわち、電磁波検出部Ｂの幅に該当）をジョセフソンの侵入深さより短く構成する。
前記メサ構造３００よりなる電磁波発振部Ａ及び電磁波検出部Ｂに対して平行に外部から磁場をかければ、ジョセフソン接合６の絶縁層４にジョセフソンフラクソン１２が形成される。前記ジョセフソンフラクソン１２に外部から超伝導体単結晶のｃ軸に沿って透過電流１４を流せば、透過電流１４はジョセフソンフラクソン１２に対して平面方向にローレンツ力を発生させることなる。このようにして、ジョセフソンフラクソン１２を固有ジョセフソン接合６に沿って光速の１％に近い非常に速い速度で動かす。このようなジョセフソンフラクソン１２の高速運動は積層された超伝導電極間に非常に速い超伝導位相差の経時変化を誘発する。この結果、テラヘルツ（ＴＨｚ）に該当する超伝導位相差の経時変化、すなわち、ｄj／ｄｔは超伝導電子対のプラズマ発振を誘導し、これは発振部Ａと絶縁部Ｃとの境界面でテラヘルツ振動数帯域の電磁波に転換されて電磁波検出部Ｂに伝えられる。
特に、超伝導体単結晶メサ構造３００内の絶縁層４と空気のインピーダンス不一致があるために、固有ジョセフソン接合６内で発振したプラズマのテラヘルツ振動１６を自由空間（空気）の電磁波振動に転換するには相当な難しさがある。そこで、本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は、前記テラヘルツ振動数帯域の電磁波振動１６を自由空間に引き出す代わりに絶縁部Ｃに引き出し、前記絶縁部Ｃを通じてテラヘルツ電磁波を電磁波検出部Ｂに引き出す。このようなジョセフソンフラクソンの運動、ジョセフソンフラクソンプラズマの発振によるテラヘルツ電磁波の生成過程、及び生成された電磁波を再び電磁波検出部Ｂに連結してその発振特性を検出する一連の過程に関する概念が図１に示されている。
図２は、本発明の一例によって製造された高温超伝導体を利用したテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子の構成図である。図２において、図１と同じ参照番号は同じ部材を示す。
具体的に、本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は、固有の超伝導層２と固有の絶縁層４との固有ジョセフソン接合６が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造（メサ部）３００よりなり、テラヘルツ電磁波が発振しうる電磁波発振部Ａ（第１メサ部）を含む。前記電磁波発振部Ａには伝導性を持たない絶縁部Ｃが接している。前記絶縁部Ｃと接し、固有の超伝導層２と固有の絶縁層４との固有ジョセフソン接合６が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造３００（メサ部）よりなり、テラヘルツ電磁波を検出できる電磁波検出部（第２メサ部）Ｂが形成されている。
前記電磁波検出部Ｂ、絶縁部Ｃ及び電磁波発振部ＡはＴ字形の超伝導体単結晶メサ構造３００で構成される。前記電磁波発振部Ａ及び絶縁部ＣはＴ字形の長辺に対応して構成され、前記電磁波検出部ＢはＴ字形の短辺に対応して構成される。前記電磁波検出部Ｂと電磁波発振部Ａとを構成する超伝導体単結晶はＢｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋ｘまたはＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘの高温超伝導体単結晶で構成される。
前記外部磁場に垂直な方向に位置する電磁波発振部（第１メサ部）Ａの長さ、すなわち、電磁発振部Ａにおける前記Ｔ字形の長辺方向に沿う長さはジョセフソンの侵入深さより十分に長いので電磁波発振部（Ａ）内にジョセフソンフラクソンが発生する。一方、外部磁場に垂直な方向に位置する電磁波検出部（第２メサ部）Ｂの長さ、すなわち、電磁波検出部Ｂにおける前記Ｔ字形の長辺方向に沿う長さ（つまり、電磁波検出部Ｂの幅に該当）はジョセフソンの侵入深さより短いので外部磁場下で電磁波検出部内にジョセフソンフラクソンが発生しない。すなわち、前記電磁波発振部Ａの超伝導体単結晶メサ構造は外部磁場に垂直な方向の長さがジョセフソンの侵入深さより長く構成され、前記電磁波検出部Ｂの超伝導体単結晶メサ構造は外部磁場に垂直な方向の長さがジョセフソンの侵入深さより短く構成されなければならない。しかし、電磁波検出部Ｂのジョセフソン接合の面積があまり小さければ充電効果により電磁波検出部のジョセフソン接合特性が失われるので接合面積を少なくとも１μｍ２以上にしなければならない。
前記電磁波発振部Ａ、すなわち、Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の長辺の下面及び上面において、各々２分割された第１金層４００及び第２金層１１００（長辺側に設けられた第１金層４００および第２金層を総称して「長辺側金層」と称する）が設けられている。Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の下面の長辺において２分割された長辺側金層、すなわち２分割された第１金層４００には、各々第１電圧電極５００及び第１電流電極６００が形成されており、Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の上面の長辺において２分割された長辺側金層、すなわち２分割された第２金層１１００には、各々第３電圧電極１２００及び第３電流電極１３００が形成されている。
一方、前記電磁波検出部Ｂ、すなわち、Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の短辺の下面及び上面において、各々２分割された第１金層４００及び第２金層１１００（短辺側に設けられた第１金層４００および第２金層を総称して「短辺側金層」と称する）が設けられている。Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の下面の短辺において２分割された短辺側金層、すなわち２分割された第１金層４００には、各々第２電圧電極７００及び第２電流電極８００が形成されており、Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の上面の短辺において２分割された短辺側金層、すなわち２分割された第２金層１１００には、第４電圧電極１４００及び第４電流電極１５００とが形成されている。
また、前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の長辺と短辺との連結部分には、絶縁部Ｃが形成されており、この箇所で、長辺側金層と短辺側金層とが互いに分離している。すなわち、下面では、前記第１金層４００が長辺側と短辺側に分離しており、上面では、前記第２金層１１００が長辺側と短辺側に分離している。
特に、本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は、超伝導体単結晶メサ部３００の電磁波発振部Ａで発振するジョセフソンフラクソン１２のプラズマ振動を外部の自由空間に引出さない。その代りに、本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は、電磁波発振部（第１メサ部）Ａの側方に、ジョセフソンの侵入深さより短い他の超伝導体単結晶メサ部の電磁波検出部Ｂを位置させ、電磁波発振部Ａと電磁波検出部Ｂとの間に伝導性が失われた絶縁部Ｃを形成する。電磁波発振部Ａで発振したジョセフソンフラクソン１２によるテラヘルツプラズマ振動は絶縁部Ｃを経ながら電磁波に転換される。この時、電磁波発振部Ａと電磁波検出部Ｂとを分離している絶縁部Ｃは元の超伝導体単結晶の固有の絶縁層４と同じ物質よりなっていて誘電率の変化がないので、転換された電磁波が反射されずに電磁波検出部Ｂに伝達される。
特に、本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は、超伝導体単結晶メサ部３００の電磁波発振部Ａで発振するジョセフソンフラクソン１２のプラズマ振動を外部の自由空間に引出さない。その代りに、本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は、電磁波発振部（第１メサ部）Ａの側方に、ジョセフソンの侵入深さより短い他の超伝導体単結晶メサ部の電磁波検出部Ｂを位置させ、電磁波発振部Ａと電磁波検出部Ｂとの間に伝導性が失われた絶縁部Ｃを形成する。電磁波発振部Ａで発振したジョセフソンフラクソン１２によるテラヘルツプラズマ振動は絶縁部Ｃを経ながら電磁波に転換される。この時、電磁波発振部Ａと電磁波検出部Ｂとを分離している絶縁部Ｃは元の超伝導体単結晶の固有の絶縁層４と同じ物質よりなっていて誘電率の変化がないので、転換された電磁波が反射されずに電磁波検出部Ｂに伝達される。
前記絶縁部Ｃを通じて電磁波検出部に伝えられた電磁波は逆ジョセフソン効果により発振振動数ｆに該当する電位値、すなわち、Ｖ＝ｈｆ／２ｅ（ｈはプランク定数、ｅは電子の電荷）で、シャピロ階段と呼ばれる電流階段を発生させ、これを利用してテラヘルツ帯域の電磁波周波数を正確に検出できる。
換言すれば、本発明は電磁波発振部Ａで発生したテラヘルツ振動を自由空間に引き出す代わりに絶縁部Ｃを通じて電磁波検出部Ｂと連係させ、その結果発生する電流対比電圧特性のシャピロ階段を測定することによって電磁波の発振を確認して発振特性及び発振周波数を正確に検出する。
図３ないし図９は、図２の高温超伝導体を利用したテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子の製造方法を示す図面である。図３ないし図９において、図２と同じ参照番号は同じ部材を示す。
図３は、超伝導体単結晶基底部２００、Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００、及びパターニングされた第１金層４００を形成する段階を示す図面である。
具体的に、超伝導体単結晶、たとえばＢｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋ｘまたはＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘの高温超伝導体単結晶を用意する。前記超伝導体単結晶は異方性が非常に大きい高温超伝導体であって、先天的に、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合（イントリンシックジョセフソン接合）と呼ばれるジョセフソン接合が直列に積層された構造を有する。次いで、第１基板１００、たとえばガラス基板、サファイア基板または酸化マグネシウム基板上にネガティブ型フォトレジストまたはポリイミドを液体状態でスピンコーティングする。次いで、前記用意した超伝導体単結晶をフォトレジストまたはポリイミドがコーティングされた第１基板１００上に位置させた後、オーブンでハードベーグして超伝導体単結晶を第１基板１００に固定させる。
次に、接着テープなどを超伝導体単結晶の上端の表面に付着した後、その接着力を利用して超伝導体単結晶の上端の一部を取り外して超伝導体単結晶の表面をきれいにした後に、前記超伝導体単結晶表面に第１金層を約５０ｎｍの厚さに蒸着して形成する。
次に、フォトリソグラフィー工程または電子ビームリソグラフィー工程による微細パターニング工程及び乾式エッチング工程により第１金層及び超伝導体単結晶を適正深さにパターニングする。このようにすれば、図３に示したように第１基板１００上に超伝導体単結晶基底部２００、Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００、及びパターニングされた第１金層４００が形成される。
前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の幅Ｗはジョセフソンの侵入深さより短く１〜５マイクロメートルに形成する。前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の長辺の長さｌ１はジョセフソンの侵入深さより十分に長く約２０〜５０マイクロメートルに形成し、短辺の長さｌ２は約５〜１５マイクロメートルに形成するが、電磁波検出部（図２のＢ）となる接合の面積（ｌ２×Ｗ）が少なくとも１μｍ２以上になるようにｌ２とＷとを適当に調節する。
前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の厚さは約数十〜数百ｎｍに形成する。前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の高さ（厚さ）はエッチング時間を調整して調節する。前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の長辺部分は後で電磁波発振部（図２のＡ）になる部分であり、前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の短辺部分は電磁波検出部（図２のＢ）になる部分である。
図４は、パターニングされた第１金層４００を４部分に分割する段階を示す。すなわち、第１金層４００は、Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の長辺側の部分と短辺側の部分とに分かれており、さらに、超伝導体単結晶メサ部３００の長辺及び短辺において各々が２分割されている。
具体的に、前記電磁波発振部（図２のＡ）及び電磁波検出部（図２のＢ）において各々４端子測定できる構造を得るために、前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の表面にパターニングされた第１金層（Ａｕ）４００をマイクロパターニング工程と、湿式エッチング工程や乾式エッチング工程を利用して４部分に分割する。前記パターニングされた第１金層４００を湿式エッチングする時は蒸溜水と１：１に希釈したＫＩ酸を利用するが、濃度は所望のエッチング時間によって適当に調節する。なお、前記パターニングされた第１金層４００の分割のためのエッチングが第１金層４００の厚さを超えて超伝導体単結晶メサ部３００に数ｎｍも延びても関係ない。
図５は第１電圧電極５００、第１電流電極６００、第２電圧電極７００及び第２電流電極８００を形成する段階を示すものである。
具体的には、前記４つに分割された第１金層４００上に各々電気的に連結される第１電圧電極５００、第１電流電極６００、第２電圧電極７００及び第２電流電極８００を形成する。前記第１電圧電極５００及び第１電流電極６００は電磁波発振部（図２のＡ）に形成され、前記第２電圧電極７００及び第２電流電極８００は電磁波検出部（図２のＢ）に形成される。すなわち、前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の長辺において２分割された第１金層４００上に第１電圧電極５００及び第１電流電極６００を形成する。一方、前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の短辺において２分割された第１金層４００上に第２電圧電極７００及び第２電流電極８００を形成する。前記第１電圧電極５００、第１電流電極６００、第２電圧電極７００及び第２電流電極８００により素子の作動部を外部に連結できる。
前記第１電圧電極５００、第１電流電極６００、第２電圧電極７００及び第２電流電極８００は１００〜３００ｎｍ厚さの金層をマイクロパターニング工程と、湿式エッチング工程または乾式エッチング工程を利用して形成する。前記超伝導体単結晶メサ部３００を通じて電流を最大限均一に流すために、マイクロパターニングが許容する限度内で第１電流電極６００及び第２電流電極８００を最大化して第１電圧電極５００及び第２電圧電極７００を最小化することが望ましい。換言すれば、第１電流電極６００及び第２電流電極８００を各々許容する限度内で第１電圧電極５００及び第２電圧電極７００より大きい面積に形成する。
図６は、第１基板１００を覆して第２基板９００に付着した後、第１基板１００と超伝導体単結晶基底部２００とを取り外す段階を示すものである。
具体的に、図６は超伝導体単結晶メサ部３００の背面に電極を設置するためのへき開工程を主に説明するための図面である。まず、第２基板９００に液状のネガティブ型フォトレジストまたはポリイミドを図３の過程と同一にスピンコーティングする。次いで、第１基板１００を覆して、最上層に位置する第１電圧電極５００、第１電流電極６００、第２電圧電極７００及び第２電流電極８００を図３の過程と同じ方式によりフォトレジストまたはポリイミドがコーティングされた第２基板９００に位置させた後、ハードベーグすることによって前記第１電圧電極５００、第１電流電極６００、第２電圧電極７００及び第２電流電極８００を第２基板９００に付着して固定する。
次いで、物理的な力を加えて前記両基板の間を広げて第１基板１００を第２基板９００から分離するとともに、前記超伝導体単結晶基底部２００も取り外す。これにより、前記第１電圧電極５００、第１電流電極６００、第２電圧電極７００及び第２電流電極８００は第２基板９００に付着され、前記超伝導体単結晶メサ部３００の背面、すなわち超伝導体単結晶基底部２００が分離された面が上に露出される。第１基板１００を取り外す時に超伝導体単結晶基底部２００が超伝導体単結晶メサ部３００から完全に分離されない場合がたびたび発生する。この場合には前述したように接着テープを利用して超伝導体単結晶基底部２００が超伝導体単結晶メサ部３００から完全に分離されるまでへき開過程を反復実行できる。このような工程を進行し終われば超伝導体単結晶メサ部３００の第１電圧電極５００、第１電流電極６００、第２電圧電極７００及び第２電流電極８００を第２基板９００に付着するために使われた固形化されたフォトレジストまたはポリイミドで構成された層間絶縁層１０００の表面が超伝導単結晶メサ部３００の背面と同じ高さに位置する。
次いで、前記超伝導単結晶メサ部３００の背面及び層間絶縁層１０００の表面全体に約１００〜３００ｎｍ厚さの第２金層を形成する。次に、フォトリソグラフィー工程または電子ビームリソグラフィー工程による微細パターニング工程と湿式エッチング工程や乾式エッチング工程により第２金層を図６のように元のＴ字形超伝導単結晶メサ部３００形態に合せてパターニングする。これにより、前記超伝導単結晶メサ部３００の背面上にパターニングされた第２金層１１００が形成される。
次いで、またフォトリソグラフィー工程または電子ビームリソグラフィー工程による微細パターニング工程と乾式エッチング工程とを利用し層間絶縁層１０００をパターニングする。このようにすれば、図６に示したように、前記第１電圧電極５００、第１電流電極６００、第２電圧電極７００及び第２電流電極８００の一部分面が露出されたパターニングされた層間絶縁層１０００が最終的に形成される。
図７は、第３電圧電極１２００、第３電流電極１３００、第４電圧電極１４００及び第４電流電極１５００を形成する段階を示す。
具体的に、前記パターニングされた第２金層１１００に各々電気的に連結される第３電圧電極１２００、第３電流電極１３００、第４電圧電極１４００及び第４電流電極１５００を形成する。前記第３電圧電極１２００及び第３電流電極１３００は電磁波発振部に形成され、前記第４電圧電極１４００及び第４電流電極１５００は電磁波検出部に形成される。前記第３電圧電極１２００、第３電流電極１３００、第４電圧電極１４００、第４電流電極１５００により素子の作動部を外部に連結できる。
前記第３電圧電極１２００、第３電流電極１３００、第４電圧電極１４００、第４電流電極１５００は、１００〜３００ｎｍ厚さの金層をマイクロパターニングする工程と、湿式エッチング工程または乾式エッチング工程とを利用して形成する。前記超伝導体単結晶メサ部３００を通じて電流を最大限均一に流すためにマイクロパターニングが許容する限度内で第３電流電極１３００を最大化し、かつ第３電圧電極１２００を最小化することが望ましい。換言すれば、第３電流電極１３００を、許容する限度内で第３電圧電極１２００より大きい面積に形成する。
図８は、パターニングされた第２金層１１００を４部分に分割する段階を示すものである。
具体的に、図８に示したように前記パターニングされた第２金層１１００を４端子測定のために図５と同じ方法により４部分に分割する。すなわち、パターニングされた第２金層１１００を第３電圧電極１２００、第３電流電極１３００、第４電圧電極１４００及び第４電流電極１５００別に分離する。前記第２金層１１００の分割のためのエッチングが第２金層１１００の厚さを超えて超伝導体単結晶メサ部３００に数ｎｍも延びても関係ない。結果的に、超伝導体単結晶メサ部３００の上下部に４端子測定ができる電極が形成される。
なお、図７に示す第３電圧電極１２００、第３電流電極１３００、第４電圧電極１４００、第４電流電極１５００を形成する段階と、図８に示すパターニングされた第２金層１１００を４部分に分割する段階との順序を変えてもかまわないことはもちろんである。
図９は、絶縁部Ｃを形成する段階を示すものである。
具体的に、前記の４端子測定できる構造を効果的に利用するために、前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００で電磁波発振部（図２のＡ）と電磁波検出部（図２のＢ）とを分離できる絶縁部Ｃを形成する。このために、図９に示したように第３電流電極１３００と電磁波検出部Ｂとの間の超伝導体単結晶メサ部３００にシリコンイオンを注入する。換言すれば、シリコンイオンはＴ字形の超伝導体単結晶メサ部３００において第２金層１１００がエッチングされて分割された部分に注入され、前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部３００の下面及び上面の長辺と短辺との連結部分と、前記第１金層４００及び第２金層１１００が分割された部分とに絶縁部Ｃが形成される。
前記分割された第２金層１１００の超伝導体単結晶メサ部３００に注入されるシリコンイオンは超伝導層であるＣｕ２Ｏ層の酸素と結合してＣｕ２Ｏ層を酸素が非常に足りない状態にする。すなわち、伝導性を有するＣｕ２Ｏ層がシリコンイオンの注入効果によって絶縁層になり、結果的にＴ字形の構造体において左側の長いメサ方向の電磁波発振部Ａと右側の短いメサ方向の電磁波検出部Ｂ間の部位が絶縁部Ｃに変換される効果を得る。このように注入されたＳｉイオンによってＣｕ２Ｏを絶縁層に変える過程を通じて電磁波発振部Ａと電磁波検出部Ｂとの間が連結されている。この結果、電磁波発振部Ａと電磁波検出部Ｂとを電気的には分離させつつ機械的には接続された状態とする。そして、その境界面で超伝導対のプラズマ振動を固有のインピーダンス不整合に起因する反射によってロスすることなく電磁波発振に転換する。この時に発振するテラヘルツ周波数を電磁波発振部Ａ以外の部位に引き出して検出する。
本発明のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子は、テラヘルツ帯域の電磁波の発振が確認でき、かつ発振特性及び発振周波数が正確に検出できて二次元医療診断、レーダーモデリング、水分及び化学成分の分析、高分子物質の品質検査及び遠距離通信などに利用できる。
３００ 超伝導体単結晶メサ構造（メサ部）、
４００ 第１金層、
５００ 第１電圧電極、
６００ 第１電流電極、
７００ 第２電圧電極、
８００ 第２電流電極、
９００ 第２基板、
１０００ 層間絶縁層、
１１００ 第２金層、
１２００ 第３電圧電極、
１３００ 第３電流電極、
１４００ 第４電圧電極、
１５００ 第４電流電極、
Ａ 電磁波発振部（第１メサ部）、
Ｂ 電磁波検出部（第２メサ部）、
Ｃ 絶縁部。
４００ 第１金層、
５００ 第１電圧電極、
６００ 第１電流電極、
７００ 第２電圧電極、
８００ 第２電流電極、
９００ 第２基板、
１０００ 層間絶縁層、
１１００ 第２金層、
１２００ 第３電圧電極、
１３００ 第３電流電極、
１４００ 第４電圧電極、
１５００ 第４電流電極、
Ａ 電磁波発振部（第１メサ部）、
Ｂ 電磁波検出部（第２メサ部）、
Ｃ 絶縁部。
Claims (17)
- 超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造よりなり、テラヘルツ電磁波を発振できる電磁波発振部と、
前記電磁波発振部と接し、伝導性を持たない絶縁部と、
前記絶縁部と接し、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造よりなり、テラヘルツ電磁波を検出できる電磁波検出部と、を含んで構成されることを特徴とするテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子。 - 前記電磁波発振部及び電磁波検出部の超伝導体単結晶はＢｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋ｘまたはＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘの高温超伝導体単結晶で構成されることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子。
- 前記電磁波発振部及び絶縁部はＴ字形の長辺に対応して構成され、前記電磁波検出部はＴ字形の短辺に対応して構成されることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子。
- 前記Ｔ字形の長辺方向に沿う前記電磁波発振部の長さはジョセフソンの侵入深さより長く構成され、前記Ｔ字形の長辺方向に沿う前記電磁波検出部の長さはジョセフソンの侵入深さより短く構成されることを特徴とする請求項３に記載のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子。
- 超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造よりなる第１メサ部と、
前記第１メサ部と接し、伝導性を持たない絶縁部と、
前記絶縁部と接し、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造よりなる第２メサ部と、を含んで構成されることを特徴とするテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子。 - 前記第１メサ部及び第２メサ部はＢｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋ｘまたはＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘの高温超伝導体単結晶で構成されることを特徴とする請求項５に記載のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子。
- 前記第１メサ部及び絶縁部はＴ字形の長辺に対応して構成され、前記第２メサ部はＴ字形の短辺に対応して構成されることを特徴とする請求項５に記載のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子。
- 前記Ｔ字形の長辺方向に沿う前記第１メサ部の長さはジョセフソンの侵入深さより長く構成され、Ｔ字形の長辺方向に沿う前記第２メサ部の長さはジョセフソンの侵入深さより短く構成されることを特徴とする請求項７に記載のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子。
- 超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造よりなる第１メサ部と、
前記第１メサ部と接し、伝導性を持たない絶縁部と、
前記絶縁部と接し、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されている超伝導体単結晶メサ構造よりなる第２メサ部と、を含んで構成され、
前記第１メサ部に平行に外部磁場をかけて当該第１メサ部における固有ジョセフソン接合の絶縁層にジョセフソンフラクソンを形成し、前記ジョセフソンフラクソンに前記第１メサ部の超伝導体単結晶のｃ軸に沿って透過電流を加えてジョセフソンフラクソンプラズマ発振を誘起させて前記絶縁部を通過させながらテラヘルツ電磁波に転換し、前記絶縁部と接した第２メサ部に伝えられた前記テラヘルツ電磁波の周波数を検出することを特徴とするテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子。 - 前記第２メサ部に伝えられた電磁波は、逆ジョセフソン効果により、発振振動数ｆに該当する電位値であるＶ＝ｈｆ／２ｅ（ｈはプランク定数、ｅは電子の電荷）でシャピロ階段と呼ばれる電流階段を発生させ、当該電流階段を利用してテラヘルツ帯域の電磁波周波数を検出することを特徴とする請求項９に記載のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子。
- 基板上に付着され、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層されておりＴ字形をした超伝導単結晶メサ構造よりなる超伝導体単結晶と、
前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ構造の下面及び上面の長辺において各々２分割された長辺側の金層と、
前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ構造の下面の長辺において２分割された長辺側の金層に形成された第１電圧電極及び第１電流電極と、当該超伝導単結晶メサ構造の上面の長辺において２分割された長辺側の金層に形成された第３電圧電極及び第３電流電極と、
前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ構造の下面及び上面の短辺において各々２分割された短辺側の金層と、
前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ構造の下面の短辺において２分割された短辺側の金層に形成された第２電圧電極及び第２電流電極と、当該超伝導単結晶メサ構造の上面の短辺において２分割された短辺側の金層に形成された第４電圧電極及び第４電流電極と、
前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ構造の下面及び上面での前記長辺と前記短辺との連結部分であって金層が前記長辺側の金層と前記短辺側の金層とに分割された部分において形成された絶縁部と、
前記第１電圧電極、第１電流電極、第２電圧電極及び第２電流電極の各々の一部面と、前記第３電圧電極、第３電流電極、第４電圧電極及び第４電流電極とが露出されるように前記基板上に形成された層間絶縁層と、で構成されており、
前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ構造の前記長辺はテラヘルツ電磁波を発振する電磁波発振部であり、前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ構造の前記短辺は電磁波検出部であることを特徴とするテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子。 - 第１基板上に、超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合よりなる超伝導体単結晶を固定させる段階と、
前記超伝導体単結晶表面に第１金層を形成する段階と、
前記第１金層及び超伝導体単結晶をパターニングして、第１基板上に、超伝導体単結晶基底部、当該超伝導体単結晶基底部に比べて狭い面積のＴ字形の超伝導体単結晶メサ部、及びパターニングされた第１金層を形成する段階と、
前記第１金層を前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ部の長辺及び短辺において各々２分割する段階と、
前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部の長辺において２分割された第１金層上に夫々第１電圧電極及び第１電流電極を形成し、超伝導体単結晶メサ部の短辺において２分割された第１金層上に夫々第２電圧電極及び第２電流電極を形成する段階と、
前記第１基板を覆して、最上層に位置する前記第１電圧電極、第１電流電極、第２電圧電極及び第２電流電極を第２基板に付着して固定する段階と、
前記第１基板を取り外すとともに前記超伝導体単結晶基底部も取り外して前記超伝導体単結晶メサ部の背面を露出させる段階と、
前記超伝導体単結晶メサ部の背面上に第２金層を蒸着する段階と、
前記第１電圧電極、第１電流電極、第２電圧電極及び第２電流電極の各々の一部面を露出させるように前記第２基板上に層間絶縁層を形成する段階と、
前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部の長辺の第２金層上に第３電圧電極及び第３電流電極を形成し、当該超伝導体単結晶メサ部の短辺の第２金層上に第４電圧電極及び第４電流電極とを形成する段階と、
前記第２金層を前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部の長辺及び短辺において各々電圧電極及び電流電極別に分割する段階と、
前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部の下面及び上面での長辺と短辺との連結部分であって前記第１金層及び第２金層が各々長辺側と短辺側に分割された部分において絶縁部を形成する段階と、を含んでおり、
前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ部の前記長辺をテラヘルツ電磁波が発振する電磁波発振部とし、前記Ｔ字形の超伝導単結晶メサ部の前記短辺を電磁波検出部とすることを特徴とするテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子の製造方法。 - 前記絶縁部は、前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部の下面及び上面での長辺と短辺との連結部分であって前記第１金層及び第２金層が各々長辺側と短辺側に分割された部分に対してシリコンイオン注入を施して得られることを特徴とする請求項１２に記載のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子の製造方法。
- 前記超伝導体単結晶はＢｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋ｘまたはＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘの高温超伝導体単結晶であることを特徴とする請求項１２に記載のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子の製造方法。
- 前記超伝導体単結晶を第１基板に固定させる段階は、
前記第１基板上にフォトレジストまたはポリイミドを液体状態でスピンコーティングする段階と、
前記フォトレジストまたはポリイミドがコーティングされた前記第１基板上に超伝導体単結晶を位置させた後にハードベーグする段階と、を含んでなることを特徴とする請求項１２に記載のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子の製造方法。 - 前記超伝導体単結晶メサ部、超伝導体単結晶基底部、及びパターニングされた第１金層は、微細パターニング工程と乾式エッチング工程とにより形成されることを特徴とする請求項１２に記載のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子の製造方法。
- 前記Ｔ字形の超伝導体単結晶メサ部の高さはエッチング時間を調整して調節されることを特徴とする請求項１２に記載のテラヘルツ電磁波発振及び検出用素子の製造方法。
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