JP2708671B2 - 超伝導薄膜粒界接合素子の製造方法。 - Google Patents
超伝導薄膜粒界接合素子の製造方法。Info
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Description
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導薄膜粒界接合素
子の製造方法に係り、より詳細には、ＬｎＢａ２Ｃｕ３
Ｏｘ（Ｌｎ：Ｙまたはランタニド元素）超伝導薄膜を用
いた超伝導薄膜粒界接合素子及びその製造方法に関する
ものである。
子の製造方法に係り、より詳細には、ＬｎＢａ２Ｃｕ３
Ｏｘ（Ｌｎ：Ｙまたはランタニド元素）超伝導薄膜を用
いた超伝導薄膜粒界接合素子及びその製造方法に関する
ものである。
【従来の技術】１９８６年に発見されたＬａ１−ｘＭｘ
ＣｕＯ４−ｙ（Ｍ：Ｓｒ，Ｂａ，０＜ｘ＜１）は、超伝
導転移温度（Ｔｃ）が３０〜４０Ｋと従来の金属超伝導
体のＴｃと比較して著しく高いことから、酸化物超伝導
体の探索が進められ、Ｔｃ〜９０Ｋを有するＬｎＢａ２
ＣｕＯｘ酸化物超伝導体（Ｌｎ：Ｙまたはランタニド元
素）、Ｔｃ〜１１０Ｋを有するＢｉＳｒＣａＣｕＯｘ系
酸化物超伝導体、Ｔｃ〜１２０Ｋを有するＴｌＢａＣａ
ＣｕＯｘ系酸化物超伝導体の発見が相次いだ。これらの
高温超伝導体の中で、特にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘを用いた
接合素子が各種報告されている。これらの接合素子は縦
型接合と平面型接合の２種類に分類できる。縦型接合は
上下超伝導薄膜の間に絶縁層または常伝導層を挿入した
トンネル接合に代表されるものであるが、接合層の厚み
によりトンネル電流密度が指数関数的に変化するため、
電流密度の制御ができないという問題がある。一方、平
面型接合の中には、方位の異なる基板を張り合わせ
た、いわゆるバイクリスタル基板を用いた接合と、Ｓ
ｒＴｉＯ３上に形成される薄膜の面内方位とＭｇＯ上に
形成される薄膜の面内方位とが異なることを利用した４
５゜傾角接合と、がある。バイクリスタル基板を用いた
接合を図５をもって説明する。図５（ａ）は薄膜の平面
図、図５（ｂ）は断面図である。図５中、５１，５１’
はＳｒＴｉＯ３基板であり、ＳｒＴｉＯ３基板５１とＳ
ｒＴｉＯ３基板５１’とは方位が異なっている。８は、
方位の異なるＳｒＴｉＯ３基板５１とＳｒＴｉＯ３基板
５１’とを張り合わせた接合部、５３，５３’は、その
バイクリスタル基板上に堆積したＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄
膜、矢印ｃは薄膜５３，５３’のｃ軸方向、矢印（ａ／
ｂ）は薄膜５３，５３’のａ軸もしくはｂ軸方向、５５
は傾角粒界接合である。この接合では、電流の流れるＣ
ｕＯ２面（ａ面もしくはｂ面）が、接合を挟む両電極で
同じ面内にあり、平行に接しているため、漏れ電流が多
くなる。次に、４５゜傾角接合について図６をもって説
明する。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は断面図であ
り、図６中６１はＳｒＴｉＯ３基板、９はＭｇＯ薄膜、
６３，６３’はｃ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、６５
は粒界接合、矢印ｃはＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜６３，６
３’のｃ軸方向、矢印ａ／ｂはＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜
６３，６３’のａ軸もしくはｂ軸方向である。図６から
分かるように、粒界接合６５を挟んで電極の配向軸はｃ
軸で同じであるが、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜６３とＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜６３’とは４５゜の傾角接合となっ
ている。この場合もバイクリスタルの場合と同じように
電流の流れるＣＵＯ２面（ａ面もしくはｂ面）は粒界接
合６５を挟む両電極で同じ面内にあり、平行に接してい
る。そのため、この平面型の４５゜傾角接合方法でも電
流の流れるＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘの中のＣｕＯ２面は常に
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ膜６３，６３’面内にあって、これ
が接合の境界領域及び双方の電極部にあっても常に平行
（ａ／ｂ軸方向−ａ／ｂ軸方向）に連なった接合であ
り、接合の漏れ電流が多くなるという重大な問題があ
る。
ＣｕＯ４−ｙ（Ｍ：Ｓｒ，Ｂａ，０＜ｘ＜１）は、超伝
導転移温度（Ｔｃ）が３０〜４０Ｋと従来の金属超伝導
体のＴｃと比較して著しく高いことから、酸化物超伝導
体の探索が進められ、Ｔｃ〜９０Ｋを有するＬｎＢａ２
ＣｕＯｘ酸化物超伝導体（Ｌｎ：Ｙまたはランタニド元
素）、Ｔｃ〜１１０Ｋを有するＢｉＳｒＣａＣｕＯｘ系
酸化物超伝導体、Ｔｃ〜１２０Ｋを有するＴｌＢａＣａ
ＣｕＯｘ系酸化物超伝導体の発見が相次いだ。これらの
高温超伝導体の中で、特にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘを用いた
接合素子が各種報告されている。これらの接合素子は縦
型接合と平面型接合の２種類に分類できる。縦型接合は
上下超伝導薄膜の間に絶縁層または常伝導層を挿入した
トンネル接合に代表されるものであるが、接合層の厚み
によりトンネル電流密度が指数関数的に変化するため、
電流密度の制御ができないという問題がある。一方、平
面型接合の中には、方位の異なる基板を張り合わせ
た、いわゆるバイクリスタル基板を用いた接合と、Ｓ
ｒＴｉＯ３上に形成される薄膜の面内方位とＭｇＯ上に
形成される薄膜の面内方位とが異なることを利用した４
５゜傾角接合と、がある。バイクリスタル基板を用いた
接合を図５をもって説明する。図５（ａ）は薄膜の平面
図、図５（ｂ）は断面図である。図５中、５１，５１’
はＳｒＴｉＯ３基板であり、ＳｒＴｉＯ３基板５１とＳ
ｒＴｉＯ３基板５１’とは方位が異なっている。８は、
方位の異なるＳｒＴｉＯ３基板５１とＳｒＴｉＯ３基板
５１’とを張り合わせた接合部、５３，５３’は、その
バイクリスタル基板上に堆積したＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄
膜、矢印ｃは薄膜５３，５３’のｃ軸方向、矢印（ａ／
ｂ）は薄膜５３，５３’のａ軸もしくはｂ軸方向、５５
は傾角粒界接合である。この接合では、電流の流れるＣ
ｕＯ２面（ａ面もしくはｂ面）が、接合を挟む両電極で
同じ面内にあり、平行に接しているため、漏れ電流が多
くなる。次に、４５゜傾角接合について図６をもって説
明する。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は断面図であ
り、図６中６１はＳｒＴｉＯ３基板、９はＭｇＯ薄膜、
６３，６３’はｃ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、６５
は粒界接合、矢印ｃはＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜６３，６
３’のｃ軸方向、矢印ａ／ｂはＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜
６３，６３’のａ軸もしくはｂ軸方向である。図６から
分かるように、粒界接合６５を挟んで電極の配向軸はｃ
軸で同じであるが、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜６３とＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜６３’とは４５゜の傾角接合となっ
ている。この場合もバイクリスタルの場合と同じように
電流の流れるＣＵＯ２面（ａ面もしくはｂ面）は粒界接
合６５を挟む両電極で同じ面内にあり、平行に接してい
る。そのため、この平面型の４５゜傾角接合方法でも電
流の流れるＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘの中のＣｕＯ２面は常に
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ膜６３，６３’面内にあって、これ
が接合の境界領域及び双方の電極部にあっても常に平行
（ａ／ｂ軸方向−ａ／ｂ軸方向）に連なった接合であ
り、接合の漏れ電流が多くなるという重大な問題があ
る。
【発明が解決しようとする課題】本発明は、基体上に電
流の流れるＣｕＯ２面が直交する粒界接合を有し、接合
の漏れ電流が少ない超伝導薄膜粒界接合素子の製造方法
を提供することを目的とするものである。
流の流れるＣｕＯ２面が直交する粒界接合を有し、接合
の漏れ電流が少ない超伝導薄膜粒界接合素子の製造方法
を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の超伝導薄膜粒界接合素子の製造方法は、Ｌｎ
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ（Ｌｎ：Ｙあるいはランタニド元素）
に対する格子不整合率が、一方が０．３％以下であり、
他方が１．１％以上である異なる単結晶領域を基体の表
面に形成し、７１５℃以上７７０℃以下の温度でＬｎＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ層を堆積して、前記格子不整合率が０．
３％以下の材料上にａ軸配向したＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
超伝導薄膜を、前記格子不整合率が１．１％以上の材料
上にｃ軸配向したＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導薄膜を相
隣接して形成することを特徴とする。
の本発明の超伝導薄膜粒界接合素子の製造方法は、Ｌｎ
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ（Ｌｎ：Ｙあるいはランタニド元素）
に対する格子不整合率が、一方が０．３％以下であり、
他方が１．１％以上である異なる単結晶領域を基体の表
面に形成し、７１５℃以上７７０℃以下の温度でＬｎＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ層を堆積して、前記格子不整合率が０．
３％以下の材料上にａ軸配向したＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
超伝導薄膜を、前記格子不整合率が１．１％以上の材料
上にｃ軸配向したＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導薄膜を相
隣接して形成することを特徴とする。
【作用】本発明の作用を本発明に密接に関連する実験事
実に基づき説明する。図１は、ＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ３，
ＬａＳｒＧａＯ４，ＰｒＧａＯ３，ＮｄＧａＯ３，Ｌａ
ＡｌＯ３，ＹＡｌＯ３などの材料からなる基体上にＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導体薄膜を形成した時のＹＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｘ薄膜の結晶学的配向軸の基体温度依存性を求め
たものである。ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘに対する格子不整合
率は、これら材料相互で異なる。図１中、ａはＹＢａ２
Ｃｕ３Ｏｘ薄膜がａ軸配向（ＣｕＯ２面は基体表面に垂
直）となる領域、ｃはＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜がｃ軸配
向（ＣｕＯ２面が基体表面に平行）となる領域、（ａ＋
ｃ）はａ軸配向とｃ軸配向が混在するＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ薄膜の成長する領域である。図１から、基体温度が同
じであっても異なる材料からなる基体上ではＹＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｘ超伝導薄膜の結晶方位（配向）は基体材料との
間の格子の不整合率で決まり、格子不整合率が大きい材
料からなる基体上ではＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導薄膜は
ｃ軸配向となり、格子不整合率が小さい基板上ではＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導薄膜はａ軸配向となることを示し
ている。すなわち、例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格
子不整合率が１．１％のＳｒＴｉＯ３を基体に用い、蒸
着材料として、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不整合率が
０．０２％のＰｒＧａＯ３を用いた場合に、例えば、図
１に示した点線の蒸着温度である７５０℃に基板温度を
設定すれば、ＳｒＴｉＯ３基板上に蒸着されたＹＢａ２
Ｃｕ３Ｏｘ薄膜はｃ軸配向（ＣｕＯ２面が基体表面に平
行）となり、一方、ＰｒＧａＯ３上に蒸着されたＹＢａ
２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜はａ軸配向（ＣｕＯ２面は基体表面に
垂直）となる。従って、 従来できなかった電流の流れ
るＣｕＯ２面を直交するようにでき、従来できなかった
漏れ電流を低減できる。尚、格子不整合率Ｍは次の式で
定まる。
実に基づき説明する。図１は、ＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ３，
ＬａＳｒＧａＯ４，ＰｒＧａＯ３，ＮｄＧａＯ３，Ｌａ
ＡｌＯ３，ＹＡｌＯ３などの材料からなる基体上にＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導体薄膜を形成した時のＹＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｘ薄膜の結晶学的配向軸の基体温度依存性を求め
たものである。ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘに対する格子不整合
率は、これら材料相互で異なる。図１中、ａはＹＢａ２
Ｃｕ３Ｏｘ薄膜がａ軸配向（ＣｕＯ２面は基体表面に垂
直）となる領域、ｃはＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜がｃ軸配
向（ＣｕＯ２面が基体表面に平行）となる領域、（ａ＋
ｃ）はａ軸配向とｃ軸配向が混在するＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ薄膜の成長する領域である。図１から、基体温度が同
じであっても異なる材料からなる基体上ではＹＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｘ超伝導薄膜の結晶方位（配向）は基体材料との
間の格子の不整合率で決まり、格子不整合率が大きい材
料からなる基体上ではＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導薄膜は
ｃ軸配向となり、格子不整合率が小さい基板上ではＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導薄膜はａ軸配向となることを示し
ている。すなわち、例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格
子不整合率が１．１％のＳｒＴｉＯ３を基体に用い、蒸
着材料として、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不整合率が
０．０２％のＰｒＧａＯ３を用いた場合に、例えば、図
１に示した点線の蒸着温度である７５０℃に基板温度を
設定すれば、ＳｒＴｉＯ３基板上に蒸着されたＹＢａ２
Ｃｕ３Ｏｘ薄膜はｃ軸配向（ＣｕＯ２面が基体表面に平
行）となり、一方、ＰｒＧａＯ３上に蒸着されたＹＢａ
２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜はａ軸配向（ＣｕＯ２面は基体表面に
垂直）となる。従って、 従来できなかった電流の流れ
るＣｕＯ２面を直交するようにでき、従来できなかった
漏れ電流を低減できる。尚、格子不整合率Ｍは次の式で
定まる。
【実施例】（実施例１） 上述した実験事実をもとに、図２をもって、本発明の実
施例１を説明する。図２は本発明の粒界接合の製法を説
明する図であって、１はＳｒＴｉＯ３基板、２はＰｒＧ
ａＯ３、３はｃ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、４はａ
軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、５はｃ軸配向ＹＢａ２
Ｃｕ３Ｏｘ薄膜３とａ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜４
からなる粒界接合、６はマスクである。図２（ａ）は、
例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不整合率が１．１
％のＳｒＴｉＯ３基板上にマスク材６を乗せた状態を示
している。次にマスクしたところ以外の部分に例えば、
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不整合率が０．０２％のＰ
ｒＧａＯ３を堆積する。この状態からマスク材を取り去
ったものが図２（ｂ）である。最後に図２（ｃ）の基板
上全面にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜を図１の点線で示した
基板温度７５０℃で堆積する。すると、図２（ｃ）に示
したようにＳｒＴｉＯ３基板上にはｃ軸配向したＹＢａ
２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜が堆積され、ＰｒＧａＯ３上にはａ軸
配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜が堆積される。この時にｃ
軸配向したＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜とａ軸配向ＹＢａ２
Ｃｕ３Ｏｘ薄膜との境界領域に粒界接合５が形成され
る。この形成された粒界接合５は両ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
薄膜の境界部分に電流の流れるＣｕＯ２面が直交するｃ
軸配向−ａ軸配向の粒界接合となる。実施例１では、例
として、ＳｒＴｉＯ３（格子不整合１．１％）、ＰｒＧ
ａＯ３（０．０２％）を用いて説明したが、図１に示し
た曲線の変曲点がそれぞれ±１％付近にあるため、格子
不整合率が１％を越える材料（例えばＭｇＯ、ＳｒＴｉ
Ｏ３、ＬａＡｌＯ３、ＹＡｌＯ３等）と越えない材料
（ＰｒＧａＯ３、ＮｄＧａＯ３、ＬａＳｒＧａＯ４等）
を選べばより良いことは言うまでもない。さらにここで
は超伝導材料として、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘを用いて説明
したが、ＹでなくＬｎ（ランタノイド）からなるＬｎＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘであっても、超伝導となる材料であれば
同じある。 （実施例２） 図３をもって実施例２を説明する。実施例２は基板とし
て（１１０）ＰｒＧａＯ３、堆積材としてＳｒＴｉＯ３
を用いた場合である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）
は断面図であり、図中２は基板材料の（１１０）ＰｒＧ
ａＯ３、１は堆積材料のＳｒＴｉＯ３、３はｃ軸配向Ｙ
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、４はａ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ薄膜、５はｃ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜３とａ軸
配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜４からなる粒界接合、７は
基板の面内格子の長軸方向である。実施例２のように基
板に格子不整合率の小さな材料を用いた場合は図２とは
逆にａ軸配向としたい部分にマスクをする事を除けば、
殆ど同じである。ただ、（１１０）ＰｒＧａＯ３、（１
１０）ＮｄＧａＯ３、（１００）ＬａＳｒＧａＯ４等の
ような面内格子が長方形となる材料を基板として用いた
場合、ａ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜の基板面と平行
にあるｃ軸が基板面内格子の長軸方向を向く性質があ
る。例えば、図３（ａ）において、矢印７の面内格子の
長軸方向が粒界接合に垂直の場合、接合面はＹＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｘ薄膜のａ／ｂ軸方向（ＳｒＴｉＯ３上）とＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜のｃ軸方向（ＰｒＧａＯ３基板上）
との接合となる。一方、逆に矢印７の面内格子の長軸方
向が粒界接合に平行の場合、接合面はＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ薄膜のａ軸もしくはｂ軸方向（ＳｒＴｉＯ３上）とＹ
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜のｂ軸方向（ＰｒＧａＯ３基板
上）との電流の流れるＣｕＯ２面が垂直となる接合が形
成される。このように基板方位により粒界接合の接合面
を基板方位により制御することができる。図１では接合
をもともとの基板の片側一箇所にのみ作製したが、マス
クの無い部分を基板上で矩形にし、接合を複数個にして
もよい。その場合、一つの矩形の一辺ではａ軸もしくは
ｂ軸方向とｃ軸方向との接合、他辺ではａ軸もしくはｂ
軸方向とｂ軸方向との接合となり、対向する電極間で一
方がａ軸配向膜、他方がｃ軸配向膜という電流の流れる
ＣｕＯ２面が垂直の接合になり、基板方位により作り分
けられることは言うまでもない。 （実施例３） 図４は実施例３を説明する図であって、図中１はＳｒＴ
ｉＯ３、２は（１１０）ＰｒＧａＯ３、３はｃ軸配向し
たＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、４はａ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ
３Ｏｘ薄膜、５は粒界接合である。この作製方法は図２
と同じようにマスクをした後、基板をエッチングにより
下げ、その掘り下げた穴にＳｒＴｉＯ３１を埋め込んだ
こと以外は図３（ｂ）に示す粒界接合と同じである。こ
の平坦化による利点は接合面５が結晶の乱れのないきれ
いな接合となる点である。なお、以上の例では、異なる
格子不整合率を有する単結晶領域の一方のみを堆積膜に
より形成し、他方の領域は、基板表面をそのまま利用し
たが、両方の領域を共に堆積膜により形成してもよいこ
とはいうまでもない。その場合は、基板として、安価な
ものをしようすることができる。
施例１を説明する。図２は本発明の粒界接合の製法を説
明する図であって、１はＳｒＴｉＯ３基板、２はＰｒＧ
ａＯ３、３はｃ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、４はａ
軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、５はｃ軸配向ＹＢａ２
Ｃｕ３Ｏｘ薄膜３とａ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜４
からなる粒界接合、６はマスクである。図２（ａ）は、
例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不整合率が１．１
％のＳｒＴｉＯ３基板上にマスク材６を乗せた状態を示
している。次にマスクしたところ以外の部分に例えば、
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不整合率が０．０２％のＰ
ｒＧａＯ３を堆積する。この状態からマスク材を取り去
ったものが図２（ｂ）である。最後に図２（ｃ）の基板
上全面にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜を図１の点線で示した
基板温度７５０℃で堆積する。すると、図２（ｃ）に示
したようにＳｒＴｉＯ３基板上にはｃ軸配向したＹＢａ
２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜が堆積され、ＰｒＧａＯ３上にはａ軸
配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜が堆積される。この時にｃ
軸配向したＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜とａ軸配向ＹＢａ２
Ｃｕ３Ｏｘ薄膜との境界領域に粒界接合５が形成され
る。この形成された粒界接合５は両ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
薄膜の境界部分に電流の流れるＣｕＯ２面が直交するｃ
軸配向−ａ軸配向の粒界接合となる。実施例１では、例
として、ＳｒＴｉＯ３（格子不整合１．１％）、ＰｒＧ
ａＯ３（０．０２％）を用いて説明したが、図１に示し
た曲線の変曲点がそれぞれ±１％付近にあるため、格子
不整合率が１％を越える材料（例えばＭｇＯ、ＳｒＴｉ
Ｏ３、ＬａＡｌＯ３、ＹＡｌＯ３等）と越えない材料
（ＰｒＧａＯ３、ＮｄＧａＯ３、ＬａＳｒＧａＯ４等）
を選べばより良いことは言うまでもない。さらにここで
は超伝導材料として、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘを用いて説明
したが、ＹでなくＬｎ（ランタノイド）からなるＬｎＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘであっても、超伝導となる材料であれば
同じある。 （実施例２） 図３をもって実施例２を説明する。実施例２は基板とし
て（１１０）ＰｒＧａＯ３、堆積材としてＳｒＴｉＯ３
を用いた場合である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）
は断面図であり、図中２は基板材料の（１１０）ＰｒＧ
ａＯ３、１は堆積材料のＳｒＴｉＯ３、３はｃ軸配向Ｙ
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、４はａ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ薄膜、５はｃ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜３とａ軸
配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜４からなる粒界接合、７は
基板の面内格子の長軸方向である。実施例２のように基
板に格子不整合率の小さな材料を用いた場合は図２とは
逆にａ軸配向としたい部分にマスクをする事を除けば、
殆ど同じである。ただ、（１１０）ＰｒＧａＯ３、（１
１０）ＮｄＧａＯ３、（１００）ＬａＳｒＧａＯ４等の
ような面内格子が長方形となる材料を基板として用いた
場合、ａ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜の基板面と平行
にあるｃ軸が基板面内格子の長軸方向を向く性質があ
る。例えば、図３（ａ）において、矢印７の面内格子の
長軸方向が粒界接合に垂直の場合、接合面はＹＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｘ薄膜のａ／ｂ軸方向（ＳｒＴｉＯ３上）とＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜のｃ軸方向（ＰｒＧａＯ３基板上）
との接合となる。一方、逆に矢印７の面内格子の長軸方
向が粒界接合に平行の場合、接合面はＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ薄膜のａ軸もしくはｂ軸方向（ＳｒＴｉＯ３上）とＹ
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜のｂ軸方向（ＰｒＧａＯ３基板
上）との電流の流れるＣｕＯ２面が垂直となる接合が形
成される。このように基板方位により粒界接合の接合面
を基板方位により制御することができる。図１では接合
をもともとの基板の片側一箇所にのみ作製したが、マス
クの無い部分を基板上で矩形にし、接合を複数個にして
もよい。その場合、一つの矩形の一辺ではａ軸もしくは
ｂ軸方向とｃ軸方向との接合、他辺ではａ軸もしくはｂ
軸方向とｂ軸方向との接合となり、対向する電極間で一
方がａ軸配向膜、他方がｃ軸配向膜という電流の流れる
ＣｕＯ２面が垂直の接合になり、基板方位により作り分
けられることは言うまでもない。 （実施例３） 図４は実施例３を説明する図であって、図中１はＳｒＴ
ｉＯ３、２は（１１０）ＰｒＧａＯ３、３はｃ軸配向し
たＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、４はａ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ
３Ｏｘ薄膜、５は粒界接合である。この作製方法は図２
と同じようにマスクをした後、基板をエッチングにより
下げ、その掘り下げた穴にＳｒＴｉＯ３１を埋め込んだ
こと以外は図３（ｂ）に示す粒界接合と同じである。こ
の平坦化による利点は接合面５が結晶の乱れのないきれ
いな接合となる点である。なお、以上の例では、異なる
格子不整合率を有する単結晶領域の一方のみを堆積膜に
より形成し、他方の領域は、基板表面をそのまま利用し
たが、両方の領域を共に堆積膜により形成してもよいこ
とはいうまでもない。その場合は、基板として、安価な
ものをしようすることができる。
【発明の効果】以上説明したように、本発明による、粒
界接合の製法によれば、粒界接合を電流の流れるＣｕＯ
２面を垂直に接せさせた漏れ電流の少ないものとして、
歩留まり良く、容易に製造することができる。また、電
流の流れやすいＣｕＯ２面が接合領域で垂直に接してい
ることから新しい電流輸送現象あるいは新しい効果の発
見が期待できる。
界接合の製法によれば、粒界接合を電流の流れるＣｕＯ
２面を垂直に接せさせた漏れ電流の少ないものとして、
歩留まり良く、容易に製造することができる。また、電
流の流れやすいＣｕＯ２面が接合領域で垂直に接してい
ることから新しい電流輸送現象あるいは新しい効果の発
見が期待できる。
【図１】本発明の元となった格子不整合率とａ軸配向／
ｃ軸配向となる基板温度との関係を示した実験結果を示
すグラフであって、縦軸は基板温度、横軸はＹＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｘ薄膜との格子不整合率である。
ｃ軸配向となる基板温度との関係を示した実験結果を示
すグラフであって、縦軸は基板温度、横軸はＹＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｘ薄膜との格子不整合率である。
【図２】本発明による実施例１を説明する図である。
【図３】本発明による実施例２を説明する図である。
【図４】本発明による実施例３を説明する図である。
【図５】はバイクリスタル基板を用いた従来の平面型粒
界接合を示したものである。
界接合を示したものである。
【図６】４５゜の傾角粒界接合を示したものである。
ｃ ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜がｃ軸配向となる領
域、 ａ ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜がａ軸配向となる領
域、 ａ＋ｃ ａ軸配向とｃ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
薄膜とが混在する領域、 ↑ａ ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜のａ軸方向、 ↑ｃ ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜のｃ軸方向、 ↑ａ／ｂ ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜のａ軸もしくは
ｂ−軸方向、 １，１’ ｓｒＴｉＯ３膜、 ２ ＰｒＧａＯ３膜、 ３，３’ ｃ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、 ４ ａ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、 ５ 粒界接合、 ６ マスク材、 ７ 基板方位を示す矢印、 ８ バイクリスタル基板の基板内の軸方位の接合
部分、 ９ ＭｇＯ膜、 ５１，５１’ ｓｒＴｉＯ３膜、 ５３，５３’ ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、 ５５ 粒界接合、 ６１，６１’ ＳｒＴｉＯ３膜、 ６３，６３’ ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、 ６５ 粒界接合。
域、 ａ ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜がａ軸配向となる領
域、 ａ＋ｃ ａ軸配向とｃ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
薄膜とが混在する領域、 ↑ａ ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜のａ軸方向、 ↑ｃ ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜のｃ軸方向、 ↑ａ／ｂ ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜のａ軸もしくは
ｂ−軸方向、 １，１’ ｓｒＴｉＯ３膜、 ２ ＰｒＧａＯ３膜、 ３，３’ ｃ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、 ４ ａ軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、 ５ 粒界接合、 ６ マスク材、 ７ 基板方位を示す矢印、 ８ バイクリスタル基板の基板内の軸方位の接合
部分、 ９ ＭｇＯ膜、 ５１，５１’ ｓｒＴｉＯ３膜、 ５３，５３’ ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、 ５５ 粒界接合、 ６１，６１’ ＳｒＴｉＯ３膜、 ６３，６３’ ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、 ６５ 粒界接合。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−161880（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−46098（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−144994（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−318984（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−267735（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−267736（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 ＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ（Ｌｎ：Ｙあるい
はランタニド元素）に対する格子不整合率が、一方が
０．３％以下であり、他方が１．１％以上である異なる
単結晶領域を基体の表面に形成し、７１５℃以上７７０
℃以下の温度でＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ層を堆積して、前
記格子不整合率が０．３％以下の材料上にａ軸配向した
ＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導薄膜を、前記格子不整合率
が１．１％以上の材料上にｃ軸配向したＬｎＢａ２Ｃｕ
３Ｏｘ超伝導薄膜を相隣接して形成することを特徴とす
る超伝導薄膜粒界接合素子の製造方法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4220778A JP2708671B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 超伝導薄膜粒界接合素子の製造方法。 |
| DE69333799T DE69333799T2 (de) | 1992-07-28 | 1993-07-27 | Bauelement mit Gitteranpassung und Verfahren zu seiner Herstellung |
| DE69328278T DE69328278T2 (de) | 1992-07-28 | 1993-07-27 | Übergangsvorrichtung mit Gitteranpassung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| EP05005034A EP1544926A3 (en) | 1992-07-28 | 1993-07-27 | Superconducting thin film device comprising superconducting oxide multilayer interconnections and method for fabricating the same |
| EP93111981A EP0582889B1 (en) | 1992-07-28 | 1993-07-27 | Junction device with lattice matching and method for fabricating the same |
| US08/097,235 US5593950A (en) | 1992-07-28 | 1993-07-27 | Lattice matching super conducting device with a- and c- axes |
| EP99118017A EP0973208B1 (en) | 1992-07-28 | 1993-07-27 | Lattice matching device and method for fabricating the same |
| US08/479,751 US5821200A (en) | 1992-07-28 | 1995-06-07 | Lattice matching device and method for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4220778A JP2708671B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 超伝導薄膜粒界接合素子の製造方法。 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0653561A JPH0653561A (ja) | 1994-02-25 |
| JP2708671B2 true JP2708671B2 (ja) | 1998-02-04 |
Family
ID=16756424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4220778A Expired - Fee Related JP2708671B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 超伝導薄膜粒界接合素子の製造方法。 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2708671B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0148596B1 (ko) * | 1994-11-28 | 1998-10-15 | 양승택 | 결정 입계 채널을 갖는 초전도 전계효과 소자와 그 제조방법 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01161880A (ja) * | 1987-12-18 | 1989-06-26 | Toshiba Corp | 超電導素子 |
| JPH0446098A (ja) * | 1990-06-13 | 1992-02-17 | Toshiba Corp | 超電導部材 |
| JPH04144994A (ja) * | 1990-10-05 | 1992-05-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 酸化物超電導薄膜の製造方法 |
| JPH04318984A (ja) * | 1991-04-17 | 1992-11-10 | Riken Corp | ジョセフソン接合素子およびその製造方法 |
| JPH05267735A (ja) * | 1992-02-19 | 1993-10-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導接合、超電導素子およびそれらの作製方法 |
| JPH05267736A (ja) * | 1992-02-19 | 1993-10-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導接合を有する素子およびその作製方法 |
-
1992
- 1992-07-28 JP JP4220778A patent/JP2708671B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0653561A (ja) | 1994-02-25 |
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