JP2790494B2 - 超伝導素子 - Google Patents
超伝導素子Info
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- JP2790494B2 JP2790494B2 JP1266439A JP26643989A JP2790494B2 JP 2790494 B2 JP2790494 B2 JP 2790494B2 JP 1266439 A JP1266439 A JP 1266439A JP 26643989 A JP26643989 A JP 26643989A JP 2790494 B2 JP2790494 B2 JP 2790494B2
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- Y10S505/702—Josephson junction present
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超伝導応用技術の超伝導素子に関し、特にア
ルカリ土類金属を含むBi系酸化物超伝導体を一対の電極
とし、この両電極の間にバリア層を設けた構造を有する
超伝導素子に関するものである。
ルカリ土類金属を含むBi系酸化物超伝導体を一対の電極
とし、この両電極の間にバリア層を設けた構造を有する
超伝導素子に関するものである。
従来の技術 近年発見された酸化物超伝導体の中には、その超伝導
遷移温度が液体窒素温度（77.3K）を越えるものがあ
り、超伝導体の応用分野を大きく拡げることとなった。
遷移温度が液体窒素温度（77.3K）を越えるものがあ
り、超伝導体の応用分野を大きく拡げることとなった。
その実用化の一つである超伝導素子について、酸化物
超伝導体を二つに割り、再びわずかに接触させたジョセ
フソン素子、酸化物超伝導体を薄膜にし、小さなくびれ
をつけたブリッジ型ジョセフソン素子、酸化物超伝導体
間をAu,Ag等の貴金属で接続したジョセフソン素子が従
来試作されている。
超伝導体を二つに割り、再びわずかに接触させたジョセ
フソン素子、酸化物超伝導体を薄膜にし、小さなくびれ
をつけたブリッジ型ジョセフソン素子、酸化物超伝導体
間をAu,Ag等の貴金属で接続したジョセフソン素子が従
来試作されている。
発明が解決しようとしている課題 従来試作されている素子のうち、ポイントコンタクト
型と呼ばれる酸化物超伝導体同志を接触させるタイプで
は、再現性が得られず、また特性が非常に不安定であっ
た。
型と呼ばれる酸化物超伝導体同志を接触させるタイプで
は、再現性が得られず、また特性が非常に不安定であっ
た。
さらに酸化物超伝導体にくびれをつけたり、貴金属で
接続したブリッジ型素子では、わずかな静電的ショック
で破損するという欠点があった。
接続したブリッジ型素子では、わずかな静電的ショック
で破損するという欠点があった。
そこで酸化物超伝導体を用いた接合型の構造を持つ超
伝導素子が望まれているが、酸化物超伝導体の成膜温度
が約600℃以上必要なため、上部に位置する超伝導電極
成膜時にバリア層の材料が拡散するか、あるいは超伝導
電極層に用いた材料とバリア層の材料との熱膨張係数が
違うため、室温に戻したときに膜にストレスが入り、上
部に位置する超伝導電極の超伝導性が著しく損なわれた
り、バリア層にピンホールが存在する等の課題があっ
た。
伝導素子が望まれているが、酸化物超伝導体の成膜温度
が約600℃以上必要なため、上部に位置する超伝導電極
成膜時にバリア層の材料が拡散するか、あるいは超伝導
電極層に用いた材料とバリア層の材料との熱膨張係数が
違うため、室温に戻したときに膜にストレスが入り、上
部に位置する超伝導電極の超伝導性が著しく損なわれた
り、バリア層にピンホールが存在する等の課題があっ
た。
また、超伝導電極層に用いた材料とバリア層の材料と
の結晶構造の違いによる格子定数のミスマッチによっ
て、上部に位置する超伝導電極の結晶性が悪く、その超
伝導性が基板上の超伝導電極に比べ劣るなどの課題も指
摘されていた。
の結晶構造の違いによる格子定数のミスマッチによっ
て、上部に位置する超伝導電極の結晶性が悪く、その超
伝導性が基板上の超伝導電極に比べ劣るなどの課題も指
摘されていた。
本発明は、550℃以上で成膜した後室温に戻しても、
膜にストレスが入らず成膜時の結晶性を保ち、液体窒素
温度以上でも良好な超伝導特性を有し、ジョセフソン素
子として応用できる超伝導素子を提供することを目的と
する。
膜にストレスが入らず成膜時の結晶性を保ち、液体窒素
温度以上でも良好な超伝導特性を有し、ジョセフソン素
子として応用できる超伝導素子を提供することを目的と
する。
課題を解決するための手段 本発明は、アルカリ土類金属を含むBi系酸化物超伝導
体からなるＡ電極、およびＢ電極と、Bi−Sr−Cu−Ｏ、
Bi−Ca−Cu−Ｏ、Bi−Ba−Cu−Ｏのうち１つからなり、
前記Ａ電極と前記Ｂ電極とを隔てるバリア層と、前記Ｂ
電極の一部に接触して形成したコンタクト電極と、前記
バリア層の端面を取り囲み、かつ前記コンタクト電極と
前記Ｂ電極および前記コンタクト電極と前記Ａ電極の間
を隔て、前記バリア層より厚い電極間分離層とからなる
ことを特徴とする超伝導素子によって、かかる従来の課
題を解決した。
体からなるＡ電極、およびＢ電極と、Bi−Sr−Cu−Ｏ、
Bi−Ca−Cu−Ｏ、Bi−Ba−Cu−Ｏのうち１つからなり、
前記Ａ電極と前記Ｂ電極とを隔てるバリア層と、前記Ｂ
電極の一部に接触して形成したコンタクト電極と、前記
バリア層の端面を取り囲み、かつ前記コンタクト電極と
前記Ｂ電極および前記コンタクト電極と前記Ａ電極の間
を隔て、前記バリア層より厚い電極間分離層とからなる
ことを特徴とする超伝導素子によって、かかる従来の課
題を解決した。
作用 発明者らは、超伝導素子の構成要素である超伝導素子
のA,B両電極、およびバリア層をすべて、アルカリ土類
金属を含むBi系酸化物とすることで、これら各層の同一
真空中での連続的な成膜が可能であるばかりでなく、各
層とも550℃以上で結晶性の薄膜が成長することを見い
だした。
のA,B両電極、およびバリア層をすべて、アルカリ土類
金属を含むBi系酸化物とすることで、これら各層の同一
真空中での連続的な成膜が可能であるばかりでなく、各
層とも550℃以上で結晶性の薄膜が成長することを見い
だした。
また上部に位置する超伝導電極の超伝導性も、基板上
に成膜した超伝導電極に近いものが得られることを見い
だした。
に成膜した超伝導電極に近いものが得られることを見い
だした。
特にA,B両電極及びバリア層とするBi系酸化物を、基
板表面に対して、それらの結晶のｃ軸が垂直に配向する
ように成膜することにより、良好な結晶性を有し、A,B
両電極においては、より良好な超伝導特性をもつ薄膜を
実現することが可能となることを本発明者らは見いだし
た。
板表面に対して、それらの結晶のｃ軸が垂直に配向する
ように成膜することにより、良好な結晶性を有し、A,B
両電極においては、より良好な超伝導特性をもつ薄膜を
実現することが可能となることを本発明者らは見いだし
た。
実 施 例 本発明はアルカリ土類金属を含むBi系酸化物超伝導体
を一対の電極とし、この両電極の間にバリア層を設けた
構造を有する超伝導素子に関する。
を一対の電極とし、この両電極の間にバリア層を設けた
構造を有する超伝導素子に関する。
本発明の超伝導素子は、特に薄膜形成プロセス及び層
状構造を有する材料を用いた薄膜型素子によって、その
効果をより顕著に示すものである。
状構造を有する材料を用いた薄膜型素子によって、その
効果をより顕著に示すものである。
ここでいう、アルカリ土類金属を含むBi系酸化物と
は、A,B両超伝導電極として、Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ、Bi
−Sr−Ba−Cu−Ｏ、Bi−Ca−Ba−Cu−Ｏの内１つ、ある
いは、少なくともPbを含むBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ、Bi−Sr
−Ba−Cu−Ｏ、Bi−Ca−Ba−Cu−Ｏの内１つが供され
る。
は、A,B両超伝導電極として、Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ、Bi
−Sr−Ba−Cu−Ｏ、Bi−Ca−Ba−Cu−Ｏの内１つ、ある
いは、少なくともPbを含むBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ、Bi−Sr
−Ba−Cu−Ｏ、Bi−Ca−Ba−Cu−Ｏの内１つが供され
る。
このPbを混入すると、結晶化温度の範囲が拡がる効果が
ある。
ある。
特に下記2212相構造のBi系酸化物超伝導体では、結晶
構造が安定に得られる。
構造が安定に得られる。
（Bi1-yPby）２−Sr2−Ca1−Cu2−Ox （但し０≦ｙ＜0.5、ｘは任意） また下記2223相構造のBi系酸化物超伝導体では、より
高温の超伝導遷移温度を有する超伝導体が得られるた
め、超伝導素子の動作温度のマージンが拡がるため好ま
しい。
高温の超伝導遷移温度を有する超伝導体が得られるた
め、超伝導素子の動作温度のマージンが拡がるため好ま
しい。
（Bi1-yPby）２−Sr2−Ca2−Cu3−Ox （但し０＜ｙ＜0.5、ｘは任意） またバリア層の材料としてはBi−Sr−Cu−Ｏ、Bi−Ca
−Cu−Ｏ、Bi−Ba−Cu−Ｏの内１つである。これらのバ
リア層材料は、高温で連続成膜が可能であり、しかもこ
のバリア層も層状構造化合物であるため好ましい。
−Cu−Ｏ、Bi−Ba−Cu−Ｏの内１つである。これらのバ
リア層材料は、高温で連続成膜が可能であり、しかもこ
のバリア層も層状構造化合物であるため好ましい。
つまりこれらはすべて同様な層状ペロブスカイト構造
をとり、そのa,b各結晶方位の格子定数がほぼ一致し、
また熱膨張係数もほとんど一致するために、基板を適当
に選択し基板の格子定数、熱膨張係数を近いものとする
ことによって、基板温度550℃以上で成膜し室温に戻し
ても、ストレスが入らず成膜時の結晶性を保て、しかも
上部に位置する超伝導電極の超伝導性も基板上に成膜し
た超伝導電極の超伝導性と同程度のものが得られること
を見いだした。
をとり、そのa,b各結晶方位の格子定数がほぼ一致し、
また熱膨張係数もほとんど一致するために、基板を適当
に選択し基板の格子定数、熱膨張係数を近いものとする
ことによって、基板温度550℃以上で成膜し室温に戻し
ても、ストレスが入らず成膜時の結晶性を保て、しかも
上部に位置する超伝導電極の超伝導性も基板上に成膜し
た超伝導電極の超伝導性と同程度のものが得られること
を見いだした。
とくに基板として（100）SrTiO3、（100）MgO基板を
用い、Ａ電極、Ｂ電極に主として2212相の下記酸化物超
伝導体を含むBi系酸化物超伝導体を用い、 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca1−Cu2−Ox （但し０≦ｙ＜0.5、ｘは任意） バリア層の材料に、主として2201相の下記酸化物を用い
るか、 Bi2−Sr2−Cu1−Ox （但しｘは任意）、またはＡ電
極、Ｂ電極に主として2223相の下記酸化物超伝導体を含
むBi系酸化物超伝導体を用い、 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca2−Cu3−Ox （但し０＜ｙ＜0.5、ｘは任意） バリア層の材料に、主として2201相の下記酸化物を用い
ると、 Bi2−Sr2−Cu1−Ox （但しｘは任意） 基板温度を600℃から850℃とした場合、各層とも基板に
対し連続的にエピタキシャル成長し、また700℃以下の
酸素中でのアニール処理をしても結晶性を保ったまま
Ａ、Ｂ両電極の超伝導性が向上することを見いだした。
用い、Ａ電極、Ｂ電極に主として2212相の下記酸化物超
伝導体を含むBi系酸化物超伝導体を用い、 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca1−Cu2−Ox （但し０≦ｙ＜0.5、ｘは任意） バリア層の材料に、主として2201相の下記酸化物を用い
るか、 Bi2−Sr2−Cu1−Ox （但しｘは任意）、またはＡ電
極、Ｂ電極に主として2223相の下記酸化物超伝導体を含
むBi系酸化物超伝導体を用い、 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca2−Cu3−Ox （但し０＜ｙ＜0.5、ｘは任意） バリア層の材料に、主として2201相の下記酸化物を用い
ると、 Bi2−Sr2−Cu1−Ox （但しｘは任意） 基板温度を600℃から850℃とした場合、各層とも基板に
対し連続的にエピタキシャル成長し、また700℃以下の
酸素中でのアニール処理をしても結晶性を保ったまま
Ａ、Ｂ両電極の超伝導性が向上することを見いだした。
さらに以上述べたこれらの三層膜を用い接合型の超伝
導素子を作製したところ、液体窒素温度以上でも良好な
超伝導特性を示し、ジョセフソン効果を示すことを見い
だした。
導素子を作製したところ、液体窒素温度以上でも良好な
超伝導特性を示し、ジョセフソン効果を示すことを見い
だした。
以下具体的な実施例を挙げて、本発明をより詳細に説
明する。
明する。
具体的実施例 第１図は本発明の一実施例を示す超伝導素子のプロセ
ス図である。
ス図である。
まず、MgO基板を基体６に用い、rfマグネトロンスパ
ッタリング法によって、主として2212相の下記酸化物超
伝導体を含むBi系酸化物超伝導体 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca1−Cu2−Ox （但し０≦ｙ＜0.5、ｘは任意） が堆積するように調整した、酸化物粉末のターゲットを
用い、厚さ300nmのＡ電極１を堆積させた。ひき続き同
一真空中において、主として2201相の下記Bi系酸化物 Bi2−Sr2−Cu1−Ox （但しｘは任意） が堆積するように調整した、酸化物粉末のターゲットよ
りバリア層３を厚さ3nm堆積させた（第１図（ａ）参
照）。
ッタリング法によって、主として2212相の下記酸化物超
伝導体を含むBi系酸化物超伝導体 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca1−Cu2−Ox （但し０≦ｙ＜0.5、ｘは任意） が堆積するように調整した、酸化物粉末のターゲットを
用い、厚さ300nmのＡ電極１を堆積させた。ひき続き同
一真空中において、主として2201相の下記Bi系酸化物 Bi2−Sr2−Cu1−Ox （但しｘは任意） が堆積するように調整した、酸化物粉末のターゲットよ
りバリア層３を厚さ3nm堆積させた（第１図（ａ）参
照）。
次にＢ電極２となる2212相の下記酸化物超伝導体を含
むBi系酸化物超伝導体 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca1−Cu2−Ox （但し０≦ｙ＜0.5、ｘは任意） を200nm堆積させた（第１図（ｂ）参照）。
むBi系酸化物超伝導体 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca1−Cu2−Ox （但し０≦ｙ＜0.5、ｘは任意） を200nm堆積させた（第１図（ｂ）参照）。
但し基板温度はいずれの場合も650℃である。
その後、ネガレジストを用いたフォトリソグラフィー
およびイオンミリングにより、バリア層３およびＢ電極
２を接合形状にパターニングした（第１図（ｃ）参
照）。
およびイオンミリングにより、バリア層３およびＢ電極
２を接合形状にパターニングした（第１図（ｃ）参
照）。
その後、ネガレジスト７を除去せずに、電極間分離層
４として250nmのCaF2を真空蒸着により堆積後（第１図
（ｄ）参照）、トリクロロエタンによる超音波洗浄、お
よびO2ガスプラズマ処理（1Torr、13.56MHz、400W）に
よるリフトオフ法でＢ電極表面を露出させた（第１図
（ｅ）参照）。
４として250nmのCaF2を真空蒸着により堆積後（第１図
（ｄ）参照）、トリクロロエタンによる超音波洗浄、お
よびO2ガスプラズマ処理（1Torr、13.56MHz、400W）に
よるリフトオフ法でＢ電極表面を露出させた（第１図
（ｅ）参照）。
最後に、メタルマスクを用いＢ電極の一部に接触さ
せ、コンタクト電極として厚み200nmのPtをrfマグネト
ロンスパッタリング法により堆積させ、超伝導素子を完
成させた（第１図（ｆ）参照）。
せ、コンタクト電極として厚み200nmのPtをrfマグネト
ロンスパッタリング法により堆積させ、超伝導素子を完
成させた（第１図（ｆ）参照）。
この製造方法による超伝導素子は良好な超伝導特性お
よびジョセフソン効果を示すことを確認した。
よびジョセフソン効果を示すことを確認した。
第２図は本超伝導素子作製に用いた三層膜のＸ線回折
パターンである。
パターンである。
これによると、650℃の成膜温度において各層はｃ軸
配向を示しており、また高速電子線回折（RHEED）観察
などよりエピタキシャル成長していることが確認され
た。
配向を示しており、また高速電子線回折（RHEED）観察
などよりエピタキシャル成長していることが確認され
た。
この超伝導素子の特性は150μＡの超伝導電流が流れ
（直流ジョセフソン効果）。
（直流ジョセフソン効果）。
一方本実施例に用いたものと同様な三層膜に対し700
℃以下の酸素中でのアニール処理をしても結晶性を保っ
たままであり、かつＡ、Ｂ両電極の超伝導性が向上し、
この三層膜を用いた接合型の超伝導素子の特性の向上が
できることを確認した。
℃以下の酸素中でのアニール処理をしても結晶性を保っ
たままであり、かつＡ、Ｂ両電極の超伝導性が向上し、
この三層膜を用いた接合型の超伝導素子の特性の向上が
できることを確認した。
なお、本発明の実施例において、超伝導素子の構成要
素である超伝導素子のＡ電極、Ｂ電極に主として2212相
の下記酸化物超伝導体を含むBi系酸化物超伝導体を用
い、 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca1−Cu2−Ox （但し０≦ｙ＜0.5、ｘは任意） バリア層の材料に、主として2201相の下記酸化物 Bi2−Sr2−Cu1−Ox （但しｘは任意） を用いたが、Ａ電極、Ｂ電極に主として2223相の下記酸
化物超伝導体を含むBi系酸化物超伝導体を用い、 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca2−Cu3−Ox （但し０＜ｙ＜0.5、ｘは任意） バリア層の材料に、主として2201相の下記酸化物 Bi2−Sr2−Cu1−Ox （但しｘは任意） を用いても同様に良好な結晶性を有する積層膜が製造で
き、さらにそれから良好な超伝導接合を作製できること
を確認した。
素である超伝導素子のＡ電極、Ｂ電極に主として2212相
の下記酸化物超伝導体を含むBi系酸化物超伝導体を用
い、 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca1−Cu2−Ox （但し０≦ｙ＜0.5、ｘは任意） バリア層の材料に、主として2201相の下記酸化物 Bi2−Sr2−Cu1−Ox （但しｘは任意） を用いたが、Ａ電極、Ｂ電極に主として2223相の下記酸
化物超伝導体を含むBi系酸化物超伝導体を用い、 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca2−Cu3−Ox （但し０＜ｙ＜0.5、ｘは任意） バリア層の材料に、主として2201相の下記酸化物 Bi2−Sr2−Cu1−Ox （但しｘは任意） を用いても同様に良好な結晶性を有する積層膜が製造で
き、さらにそれから良好な超伝導接合を作製できること
を確認した。
また、Ａ、Ｂ両電極、およびバリア層をすべて、アル
カリ土類金属を含むｃ軸配向したBi系酸化物とすること
で、各層とも550℃以上で基板に対しｃ軸配向した膜が
成長することを確認し、その三層膜を用いて作製した接
合型の素子が超伝導素子として動作することを確認し
た。
カリ土類金属を含むｃ軸配向したBi系酸化物とすること
で、各層とも550℃以上で基板に対しｃ軸配向した膜が
成長することを確認し、その三層膜を用いて作製した接
合型の素子が超伝導素子として動作することを確認し
た。
但しここで言う、アルカリ土類金属を含むBi系酸化物
とは、Ａ、Ｂ両超伝導電極用としては、Bi−Sr−Ca−Cu
−Ｏ、Bi−Sr−Ba−Cu−Ｏ、Bi−Ca−Ba−Cu−Ｏの内１
種、あるいは、少なくともPbを含むBi−Sr−Ca−Cu−
Ｏ、Bi−Sr−Ba−Cu−Ｏ、Bi−Ca−Ba−Cu−Ｏの内１種
の何れかであり、またバリア層の材料としてはBi−Sr−
Cu−Ｏ、Bi−Ca−Cu−Ｏ、Bi−Ba−Cu−Ｏの内の１種で
ある。
とは、Ａ、Ｂ両超伝導電極用としては、Bi−Sr−Ca−Cu
−Ｏ、Bi−Sr−Ba−Cu−Ｏ、Bi−Ca−Ba−Cu−Ｏの内１
種、あるいは、少なくともPbを含むBi−Sr−Ca−Cu−
Ｏ、Bi−Sr−Ba−Cu−Ｏ、Bi−Ca−Ba−Cu−Ｏの内１種
の何れかであり、またバリア層の材料としてはBi−Sr−
Cu−Ｏ、Bi−Ca−Cu−Ｏ、Bi−Ba−Cu−Ｏの内の１種で
ある。
また700℃以下の酸素中でのアニール処理をしても結
晶性を保ったままＡ、Ｂ両電極の超伝導性が向上するこ
とを確認している。
晶性を保ったままＡ、Ｂ両電極の超伝導性が向上するこ
とを確認している。
さらにコンタクト電極としてはPtを用いたが、Au、A
g、Pd、Cuなどの金属でもよい。
g、Pd、Cuなどの金属でもよい。
発明の効果 以上説明したように、本発明の超伝導素子の構成要素
である超伝導素子のＡ、Ｂ両電極、およびバリア層をす
べて、アルカリ土類金属を含むBi系酸化物とすること
で、熱膨張係数がほとんど一致するために、基板温度55
0℃以上で成膜し室温に戻しても、ストレスが入らず成
膜時の結晶性を保ち、しかも上部に位置する超伝導電極
の超伝導性も基板上に成膜した超伝導電極の超伝導性と
同程度のものが得られる効果がある。
である超伝導素子のＡ、Ｂ両電極、およびバリア層をす
べて、アルカリ土類金属を含むBi系酸化物とすること
で、熱膨張係数がほとんど一致するために、基板温度55
0℃以上で成膜し室温に戻しても、ストレスが入らず成
膜時の結晶性を保ち、しかも上部に位置する超伝導電極
の超伝導性も基板上に成膜した超伝導電極の超伝導性と
同程度のものが得られる効果がある。
特にＡ、Ｂ両電極及びバリア層材料のBi系酸化物を、
基板表面に対してそれらの結晶のｃ軸が垂直に配向する
ように成膜することにより、それら３者のａ、ｂ各結晶
方位の格子定数がほぼ一致するため、良好な結晶性を有
し、Ａ、Ｂ両電極において、より良好な超伝導特性をも
つ薄膜を実現できる効果がある。
基板表面に対してそれらの結晶のｃ軸が垂直に配向する
ように成膜することにより、それら３者のａ、ｂ各結晶
方位の格子定数がほぼ一致するため、良好な結晶性を有
し、Ａ、Ｂ両電極において、より良好な超伝導特性をも
つ薄膜を実現できる効果がある。
また特に基板として（100）SrTiO3、（100）MgO基板
を用い、Ａ電極、Ｂ電極に主として2212相の下記酸化物
超伝導体を含むBi系酸化物超伝導体を用い、 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca1−Cu2−Ox （但し０≦ｙ＜0.5、ｘは任意） バリア層の材料に、主として2201相の下記酸化物 Bi2−Sr2−Cu1−Ox （但しｘは任意） を用いるか、またはＡ電極、Ｂ電極に主として2223相の
下記酸化物超伝導体を含むBi系酸化物超伝導体を用い、 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca2−Cu3−Ox （但し０＜ｙ＜0.5、ｘは任意） バリア層の材料に、主として2201相の下記酸化物 Bi2−Sr2−Cu1−Ox （但しｘは任意） を用いると、基板温度を600℃から850℃とした場合、各
層とも基板に対し連続的にエピタキシャル成長し、また
700℃以下の酸素中でのアニール処理をしても結晶性を
保ったままＡ、Ｂ両電極の超伝導性を向上させる効果が
ある。
を用い、Ａ電極、Ｂ電極に主として2212相の下記酸化物
超伝導体を含むBi系酸化物超伝導体を用い、 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca1−Cu2−Ox （但し０≦ｙ＜0.5、ｘは任意） バリア層の材料に、主として2201相の下記酸化物 Bi2−Sr2−Cu1−Ox （但しｘは任意） を用いるか、またはＡ電極、Ｂ電極に主として2223相の
下記酸化物超伝導体を含むBi系酸化物超伝導体を用い、 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca2−Cu3−Ox （但し０＜ｙ＜0.5、ｘは任意） バリア層の材料に、主として2201相の下記酸化物 Bi2−Sr2−Cu1−Ox （但しｘは任意） を用いると、基板温度を600℃から850℃とした場合、各
層とも基板に対し連続的にエピタキシャル成長し、また
700℃以下の酸素中でのアニール処理をしても結晶性を
保ったままＡ、Ｂ両電極の超伝導性を向上させる効果が
ある。
さらに以上述べたこれらの三層膜を用い接合型の超伝
導素子を作製したところ、良好な超伝導特性を示し、ジ
ョセフソン効果が得られた。
導素子を作製したところ、良好な超伝導特性を示し、ジ
ョセフソン効果が得られた。
現在超伝導応用の一つとして、ジョセフソン素子を構
成要素とする超伝導量子干渉計があげられる。この超伝
導量子干渉計は、磁場に対して非常に高感度に応答し、
生体磁気測定、地磁気測定等の磁気測定や、また低消費
電力のスイッチング素子を用いた計算機メモリー、計算
機ロジック等に応用できる。特に生体磁気測定の分野で
は、従来非侵襲で測定できなかった脳の神経活動を、磁
気的信号として非侵襲で取り出せるため、基礎医学分野
のみならず臨床医学の分野で注目されており、その超伝
導量子干渉計システムを安価で、しかも取扱いの簡単な
液体窒素を用い動作させることが可能となった。
成要素とする超伝導量子干渉計があげられる。この超伝
導量子干渉計は、磁場に対して非常に高感度に応答し、
生体磁気測定、地磁気測定等の磁気測定や、また低消費
電力のスイッチング素子を用いた計算機メモリー、計算
機ロジック等に応用できる。特に生体磁気測定の分野で
は、従来非侵襲で測定できなかった脳の神経活動を、磁
気的信号として非侵襲で取り出せるため、基礎医学分野
のみならず臨床医学の分野で注目されており、その超伝
導量子干渉計システムを安価で、しかも取扱いの簡単な
液体窒素を用い動作させることが可能となった。
本発明の超伝導素子はジョセフソン素子として動作し
ており、この素子を用いると液体窒素温度で動作する超
伝導量子干渉計を構成できる。
ており、この素子を用いると液体窒素温度で動作する超
伝導量子干渉計を構成できる。
これらの点で本発明の、基礎医学分野および臨床医学
分野での生体磁気計測応用、低消費電力のスイッチング
素子を用いた計算機応用、電子機器応用などに対する実
用的効果は大である。
分野での生体磁気計測応用、低消費電力のスイッチング
素子を用いた計算機応用、電子機器応用などに対する実
用的効果は大である。
第１図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）及び
（ｆ）は各々本発明の超伝導素子の製造一方法を説明す
るプロセス図、第２図は本発明の実施例に用いた三層膜
のＸ線回折パターン図である。 １……Ａ電極、２……Ｂ電極、３……バリア層、４……
電極間分離層、５……コンタクト電極、６……基体、７
……ネガレジスト。
（ｆ）は各々本発明の超伝導素子の製造一方法を説明す
るプロセス図、第２図は本発明の実施例に用いた三層膜
のＸ線回折パターン図である。 １……Ａ電極、２……Ｂ電極、３……バリア層、４……
電極間分離層、５……コンタクト電極、６……基体、７
……ネガレジスト。
フロントページの続き (72)発明者 瀬恒 謙太郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−97074（ＪＰ，Ａ) Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．ｐａｒｔ２ ｌｅｔ ｔｅｒｓ Ｖｏｌ．27．Ｎｏ．９ Ｐ Ｐ．Ｌ1629−1630
Claims (3)
- 【請求項１】基体上にアルカリ土類金属を含むBi系酸化
物超伝導体からなるＡ電極を設け、前記Ａ電極上にBi−
Sr−Cu−Ｏ、Bi−Ca−Cu−ＯもしくはBi−Ba−Cu−Ｏの
内何れか一種からなるバリア層を設け、前記バリア層上
に前記Ａ電極と同一材料からなるＢ電極を設け、かつ少
なくとも前記Ｂ電極の一部と接するコンタクト電極と、
前記Ｂ電極の端面、前記バリア層の端面及び前記Ａ電極
とを分離する電極間分離層とを有することを特徴とする
超伝導素子において、前記Bi系酸化物超伝導体の材料
が、主として2212相の下記酸化物超伝導体 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca1−Cu2−Ox、 （但し０≦ｙ＜0.5、ｘは任意） もしくは、主として少なくともPbを含む2223相の下記酸
化物超伝導体 （Bi1-yPby）２−Sr2−Ca2−Cu3−Ox、 （但し０＜ｙ＜0.5、ｘは任意） の内何れか一種であり、かつ前記Ａ電極、前記バリア
層、前記Ｂ電極を550℃以上の温度に加熱した前記基体
上に形成することを特徴とする超伝導素子。 - 【請求項２】バリア層の材料が、主として2201相の下記
酸化物 Bi2−Sr2−Cu1−Ox（但しｘは任意） であることを特徴とする請求項１記載の超伝導素子。 - 【請求項３】Ａ電極、Ｂ電極及びバリア層を、すべてｃ
軸配向させて形成したことを特徴とする請求項１もしく
は２記載の超伝導素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1266439A JP2790494B2 (ja) | 1989-10-13 | 1989-10-13 | 超伝導素子 |
| EP90119499A EP0422641B1 (en) | 1989-10-13 | 1990-10-11 | Superconductor device |
| DE69010445T DE69010445T2 (de) | 1989-10-13 | 1990-10-11 | Supraleitende Einrichtung. |
| US08/183,795 US5480859A (en) | 1989-10-13 | 1994-01-21 | Bi-Sr-Ca-Cu-O superconductor junction through a Bi-Sr-Cu-O barrier layer |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP1266439A JP2790494B2 (ja) | 1989-10-13 | 1989-10-13 | 超伝導素子 |
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|---|---|
| JPH03127876A JPH03127876A (ja) | 1991-05-30 |
| JP2790494B2 true JP2790494B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=17430953
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1266439A Expired - Lifetime JP2790494B2 (ja) | 1989-10-13 | 1989-10-13 | 超伝導素子 |
Country Status (4)
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| EP (1) | EP0422641B1 (ja) |
| JP (1) | JP2790494B2 (ja) |
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| US4880771A (en) * | 1988-02-12 | 1989-11-14 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Bismuth-lead-strontium-calcium-cuprate superconductors |
| US4950643A (en) * | 1988-03-25 | 1990-08-21 | Eastman Kodak Company | Metalorganic deposition process for preparing heavy pnictide superconducting oxide films |
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| JPH01305580A (ja) * | 1988-06-03 | 1989-12-08 | Mitsubishi Metal Corp | 半導体素子製造用超電導セラミック薄膜形成単結晶ウエハー材 |
| US4962086A (en) * | 1988-06-08 | 1990-10-09 | International Business Machines Corporation | High Tc superconductor - gallate crystal structures |
| US4956335A (en) * | 1988-06-20 | 1990-09-11 | Eastman Kodak Company | Conductive articles and processes for their preparation |
| US5106819A (en) * | 1988-07-08 | 1992-04-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Oxide superconducting tunnel junctions and manufacturing method for the same |
| JPH02177381A (ja) * | 1988-09-22 | 1990-07-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超伝導体のトンネル接合素子 |
| US5047390A (en) * | 1988-10-03 | 1991-09-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Josephson devices and process for manufacturing the same |
| JP2501629B2 (ja) * | 1988-10-03 | 1996-05-29 | 住友電気工業株式会社 | 超電導弱接合 |
| US5087605A (en) * | 1989-06-01 | 1992-02-11 | Bell Communications Research, Inc. | Layered lattice-matched superconducting device and method of making |
-
1989
- 1989-10-13 JP JP1266439A patent/JP2790494B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-10-11 DE DE69010445T patent/DE69010445T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-10-11 EP EP90119499A patent/EP0422641B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-01-21 US US08/183,795 patent/US5480859A/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．ｐａｒｔ２ ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．２７．Ｎｏ．９ ＰＰ．Ｌ１６２９−１６３０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69010445T2 (de) | 1994-10-20 |
| EP0422641B1 (en) | 1994-07-06 |
| JPH03127876A (ja) | 1991-05-30 |
| EP0422641A2 (en) | 1991-04-17 |
| EP0422641A3 (en) | 1991-08-07 |
| US5480859A (en) | 1996-01-02 |
| DE69010445D1 (de) | 1994-08-11 |
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