JP2877313B2 - マイクロブリッジの製造方法及びｄｃ−ｓｑｕｉｄの製造方法 - Google Patents
マイクロブリッジの製造方法及びｄｃ−ｓｑｕｉｄの製造方法Info
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- JP2877313B2 JP2877313B2 JP63072392A JP7239288A JP2877313B2 JP 2877313 B2 JP2877313 B2 JP 2877313B2 JP 63072392 A JP63072392 A JP 63072392A JP 7239288 A JP7239288 A JP 7239288A JP 2877313 B2 JP2877313 B2 JP 2877313B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は酸化物超伝導膜のマイクロブリッジの製造方
法及びDC−SQUIDの製造方法に関する。
法及びDC−SQUIDの製造方法に関する。
（ロ）従来の技術 ジョセフソン素子の磁場に敏感な性質を利用したセン
サとしてのSQUID（Superconducting quantum interfere
nce device）は、酸化物超伝導体、たとえばBa−Ｙ−Cu
−Ｏ系超伝導体が窒素の液体温度以上で超伝導状態を示
すことが発見された後、この超伝導体の応用として最も
有望視されているものの１つであり、その製造方法につ
いて種々研究されている。その研究成果の１つに、論文
「DC−SQUID with High−Critical Temperature Oxide
−Supercoductor Film」（H,Nakane他４名）（Japanese
Journal of Applied Physics.Vol.26,No.11,1987年11
月,pp,L1925〜L1926）がある。
サとしてのSQUID（Superconducting quantum interfere
nce device）は、酸化物超伝導体、たとえばBa−Ｙ−Cu
−Ｏ系超伝導体が窒素の液体温度以上で超伝導状態を示
すことが発見された後、この超伝導体の応用として最も
有望視されているものの１つであり、その製造方法につ
いて種々研究されている。その研究成果の１つに、論文
「DC−SQUID with High−Critical Temperature Oxide
−Supercoductor Film」（H,Nakane他４名）（Japanese
Journal of Applied Physics.Vol.26,No.11,1987年11
月,pp,L1925〜L1926）がある。
この論文におけるDC−SQUIDの作成は次のとおりであ
る。すなわち、rf−マグネトロンスパッタリング法によ
り、BaCuO2とY2Cu2O5をターゲット材として、強制加熱
をしていないMgO（100）基板上にBaCuO2薄膜とY2Cu2O5
薄膜を堆積させ、その直後に酸素雰囲気下で900℃２時
間のアニール処理を施こし、BaCuO2とY2Cu2O5の化学反
応により超伝導薄膜YBa2 Cu3O7-δを形成する。この薄
膜上に通常の写真印刷システムによってフォトレジスト
パターンを形成し、硝酸の１％水溶液を用いて化学エッ
チング法によりSQUIDパターンを形成するものである。
このようにして作成したSQUIDにおける化学エッチング
による孔は1mm×0.2mmである。
る。すなわち、rf−マグネトロンスパッタリング法によ
り、BaCuO2とY2Cu2O5をターゲット材として、強制加熱
をしていないMgO（100）基板上にBaCuO2薄膜とY2Cu2O5
薄膜を堆積させ、その直後に酸素雰囲気下で900℃２時
間のアニール処理を施こし、BaCuO2とY2Cu2O5の化学反
応により超伝導薄膜YBa2 Cu3O7-δを形成する。この薄
膜上に通常の写真印刷システムによってフォトレジスト
パターンを形成し、硝酸の１％水溶液を用いて化学エッ
チング法によりSQUIDパターンを形成するものである。
このようにして作成したSQUIDにおける化学エッチング
による孔は1mm×0.2mmである。
（ハ）発明が解決しようとする課題 ところがこの化学エッチング法によるSQUIDの製造方
法は、化学エッチングを行うために水溶液を必要とし、
酸化物超伝導薄膜にとって好ましくない。その理由は、
酸化物超伝導薄膜が水と反応して超伝導特性を劣化する
からである。
法は、化学エッチングを行うために水溶液を必要とし、
酸化物超伝導薄膜にとって好ましくない。その理由は、
酸化物超伝導薄膜が水と反応して超伝導特性を劣化する
からである。
また、化学エッチング法においては、基板上に形成し
た薄膜にフォトレジストパターンによりマスキングを施
こす必要があり、製造上煩わしいだけでなく、薄膜のサ
イドエッチングが生じ、フォトレジストパターンとの寸
法シフトが生じ、おのずと化学エッチングにより形成さ
れる孔が大きくなり、微弱な磁場に対する感知精度のよ
いSQUIDを形成し難いものであった。
た薄膜にフォトレジストパターンによりマスキングを施
こす必要があり、製造上煩わしいだけでなく、薄膜のサ
イドエッチングが生じ、フォトレジストパターンとの寸
法シフトが生じ、おのずと化学エッチングにより形成さ
れる孔が大きくなり、微弱な磁場に対する感知精度のよ
いSQUIDを形成し難いものであった。
一方、基板上に作成した酸化物超伝導体薄膜を、サブ
ミクロンオーダーの微細加工を行うには、酸化物超伝導
薄膜としてはその結晶粒界が成長していないことが望ま
しい。
ミクロンオーダーの微細加工を行うには、酸化物超伝導
薄膜としてはその結晶粒界が成長していないことが望ま
しい。
本発明はかかる点に鑑み発明されたものにして、酸化
物超伝導薄膜にマイクロブリッジを作製するマイクロブ
リッジの製造方法及びこの製造方法を用いたDC−SQUID
の製造方法を提供することを目的とする。
物超伝導薄膜にマイクロブリッジを作製するマイクロブ
リッジの製造方法及びこの製造方法を用いたDC−SQUID
の製造方法を提供することを目的とする。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明のマイクロブリッジの製造方法は、酸化物超伝
導膜に孔を形成してなるマイクロブリッジを作製するマ
イクロブリッジの製造方法であって、薄膜を形成した基
板を準備する工程と、前記薄膜に集束イオンビームによ
るスパッタエッチングにて基板に到達しない孔を形成し
てマイクロブリッジを作製する工程と、を有し、前記薄
膜は超伝導性を引き出すためのアニール処理が施されて
いないことを特徴とする。
導膜に孔を形成してなるマイクロブリッジを作製するマ
イクロブリッジの製造方法であって、薄膜を形成した基
板を準備する工程と、前記薄膜に集束イオンビームによ
るスパッタエッチングにて基板に到達しない孔を形成し
てマイクロブリッジを作製する工程と、を有し、前記薄
膜は超伝導性を引き出すためのアニール処理が施されて
いないことを特徴とする。
また、本発明のDC−SQUIDの製造方法は、酸化物超伝
導膜に孔を形成してなるマイクロブリッジを備えたDC−
SQUIDの製造方法であって、薄膜を形成した基板を準備
する工程と、前記薄膜に集束イオンビームによるスパッ
タエッチングにて基板に到達しない孔を形成してマイク
ロブリッジを作製する工程と、を有し、前記薄膜は超伝
導性を引き出すためのアニール処理が施されていないこ
とを特徴とする。
導膜に孔を形成してなるマイクロブリッジを備えたDC−
SQUIDの製造方法であって、薄膜を形成した基板を準備
する工程と、前記薄膜に集束イオンビームによるスパッ
タエッチングにて基板に到達しない孔を形成してマイク
ロブリッジを作製する工程と、を有し、前記薄膜は超伝
導性を引き出すためのアニール処理が施されていないこ
とを特徴とする。
（ホ）作用 基板上に形成した薄膜に、集束イオンビームによるス
パッタエッチングにて基板に到達しない孔を形成するた
め、酸化物超伝導体にとって不都合な水を使用する必要
がない。また、スパッタエッチングに際して前記薄膜上
にマスキングを施す必要がないと共に化学エッチング時
に生ずるサイドエッチングも生じなく、前記孔を化学エ
ッチングを施すものに比し相対的に小さくすることがで
き、感知し得る磁界強度をより小さくすることができ
る。特に、前記孔が基板に到達しないものであるため、
基板に到達する孔を形成するときのように、スパッタエ
ッチング時に集束イオンビームが前記孔の周囲の薄膜に
照射されることにより、この周囲の薄膜の結晶構造がく
ずれて実質的に孔が大きくなる恐れを低減できる。
パッタエッチングにて基板に到達しない孔を形成するた
め、酸化物超伝導体にとって不都合な水を使用する必要
がない。また、スパッタエッチングに際して前記薄膜上
にマスキングを施す必要がないと共に化学エッチング時
に生ずるサイドエッチングも生じなく、前記孔を化学エ
ッチングを施すものに比し相対的に小さくすることがで
き、感知し得る磁界強度をより小さくすることができ
る。特に、前記孔が基板に到達しないものであるため、
基板に到達する孔を形成するときのように、スパッタエ
ッチング時に集束イオンビームが前記孔の周囲の薄膜に
照射されることにより、この周囲の薄膜の結晶構造がく
ずれて実質的に孔が大きくなる恐れを低減できる。
また、前記準備された薄膜が超伝導性を引き出すため
のアニール処理が施されていないので、このアニール処
理する場合に比べてこの薄膜の結晶粒界が成長していな
い。従って、前記スパッタエッチングによる微細加工が
可能となり、前記孔をより小さくすることができる。
のアニール処理が施されていないので、このアニール処
理する場合に比べてこの薄膜の結晶粒界が成長していな
い。従って、前記スパッタエッチングによる微細加工が
可能となり、前記孔をより小さくすることができる。
（ヘ）実施例 本発明の一実施例を図面に基いて説明する。
第１図は本発明により製造したDC−SQUIDの斜視図で
あり、第２図は同平面図である。これらの図面におい
て、基板（１）上にTl−Ba−Ca−Cu−Ｏ系の酸化物超伝
導薄膜（２）が形成され、この薄膜に孔（３）及びマイ
クロブリッジ（４）（４）が形成されている。
あり、第２図は同平面図である。これらの図面におい
て、基板（１）上にTl−Ba−Ca−Cu−Ｏ系の酸化物超伝
導薄膜（２）が形成され、この薄膜に孔（３）及びマイ
クロブリッジ（４）（４）が形成されている。
このDC−SQUIDは次のように形成される。
まず、基板（１）上に酸化物超伝導薄膜（２）をrf−
スパッタリング法により対向電極である陽陰極の内、陽
極は接地されると共にその上に超伝導薄膜を堆積させる
基板（１）が置かれ、陰極は超伝導焼結体からなるター
ゲット材から構成しており、負の高い電圧が印加されて
いる。
スパッタリング法により対向電極である陽陰極の内、陽
極は接地されると共にその上に超伝導薄膜を堆積させる
基板（１）が置かれ、陰極は超伝導焼結体からなるター
ゲット材から構成しており、負の高い電圧が印加されて
いる。
実施例では基板（１）としてMgO（100）を用いたが、
Al2O3（サファイア）、YSZ（イットリアで安定化したジ
ルコニア）あるいはSrTiO3（チタン酸ストロンチウム）
結晶を用いてもよい。
Al2O3（サファイア）、YSZ（イットリアで安定化したジ
ルコニア）あるいはSrTiO3（チタン酸ストロンチウム）
結晶を用いてもよい。
また、実施例では基板（１）を600℃に加熱し、基板
（１）上に形成される薄膜が、アニール処理を施こすこ
となく、Tl2Ba2Ca2Cu3Oxの酸化物超伝導薄膜になるよう
に、ターゲット材の組成をTl3Ba2Ca2Cu3Oxとした。
（１）上に形成される薄膜が、アニール処理を施こすこ
となく、Tl2Ba2Ca2Cu3Oxの酸化物超伝導薄膜になるよう
に、ターゲット材の組成をTl3Ba2Ca2Cu3Oxとした。
かくして基板（１）上に膜厚２μｍのTl−Ba−Ca−Cu
−Ｏ系の酸化物超伝導薄膜（２）を作製した。
−Ｏ系の酸化物超伝導薄膜（２）を作製した。
この薄膜（２）の電気抵抗特性を測定したところ、Tc
（end）＝98Kで超伝導転移が観測された。また、この薄
膜（２）のＸ線回折テストを行なったところ、この薄膜
はペロブスカイトに類似の構造であり、Ｃ軸配向してい
ることが確認された。
（end）＝98Kで超伝導転移が観測された。また、この薄
膜（２）のＸ線回折テストを行なったところ、この薄膜
はペロブスカイトに類似の構造であり、Ｃ軸配向してい
ることが確認された。
次にこの薄膜（２）に集束イオンビームによるスパッ
タエッチングにて孔（３）を形成してマイクロブリッジ
（４）（４）を作製した。すなわち、薄膜（２）を形成
した基板（１）を集束イオンビーム装置の試料ステージ
上に載置し、Auをイオン源として用い、加速電圧80KV、
ドーズ量５×1017イオン／cm2としてスパッタエッチン
グを行った。２つの各マイクロブリッジ（４）（４）の
幅は20μｍのものを得た。この場合に、第２図のIII−I
II断面図である第３図に示すように、孔（３）は基板
（１）に到達しない深さであり、実施例では0.5〜1.0μ
ｍにした。孔（３）の底部に残る膜（５）は、集束イオ
ンビームの拡散及び基板（１）との相互拡散で超伝導特
性が劣化していると考えられる。続いて、酸素雰囲気中
で940℃２分間アニール処理を行った。
タエッチングにて孔（３）を形成してマイクロブリッジ
（４）（４）を作製した。すなわち、薄膜（２）を形成
した基板（１）を集束イオンビーム装置の試料ステージ
上に載置し、Auをイオン源として用い、加速電圧80KV、
ドーズ量５×1017イオン／cm2としてスパッタエッチン
グを行った。２つの各マイクロブリッジ（４）（４）の
幅は20μｍのものを得た。この場合に、第２図のIII−I
II断面図である第３図に示すように、孔（３）は基板
（１）に到達しない深さであり、実施例では0.5〜1.0μ
ｍにした。孔（３）の底部に残る膜（５）は、集束イオ
ンビームの拡散及び基板（１）との相互拡散で超伝導特
性が劣化していると考えられる。続いて、酸素雰囲気中
で940℃２分間アニール処理を行った。
このようにして形成したDC−SQUIDに磁場を付与した
ところ、磁束の量子干渉効果による電圧の振動が観測さ
れた。温度を変えたときの磁場−電圧特性を第４図に示
す。この図面中Ｔは温度であり、IBはDC−SQUIDのバイ
アス電流である。この図面から明らかなように95Kにお
いては量子干渉効果を観測することができた。
ところ、磁束の量子干渉効果による電圧の振動が観測さ
れた。温度を変えたときの磁場−電圧特性を第４図に示
す。この図面中Ｔは温度であり、IBはDC−SQUIDのバイ
アス電流である。この図面から明らかなように95Kにお
いては量子干渉効果を観測することができた。
以上の実施例において基板（１）上にアニール処理を
施こすことなく、酸化物超伝導薄膜（２）を形成する方
法として、特別なターゲット材を使用したrf−スパッタ
リング法を用いたが、この方法に代って、固体酸素源
（分子状態で照射される酸化物、たとえばSb2O3、As
2O3）を１つの蒸発源として使用し、Tl,Ba,Ca及びCuの
各蒸発源と併用して、基板上に各原子又は分子を堆積さ
せるMolecular Beam Epitaxy法を用いてもよい。
施こすことなく、酸化物超伝導薄膜（２）を形成する方
法として、特別なターゲット材を使用したrf−スパッタ
リング法を用いたが、この方法に代って、固体酸素源
（分子状態で照射される酸化物、たとえばSb2O3、As
2O3）を１つの蒸発源として使用し、Tl,Ba,Ca及びCuの
各蒸発源と併用して、基板上に各原子又は分子を堆積さ
せるMolecular Beam Epitaxy法を用いてもよい。
また、基板上にアニール処理によって形成した酸化物
超伝導薄膜に前述の集束イオンビームによるスパッタエ
ッチングを行う場合には、前記孔の寸法は、前述の従来
例のものより小さいが、前述の実施例のものより大きく
なる。
超伝導薄膜に前述の集束イオンビームによるスパッタエ
ッチングを行う場合には、前記孔の寸法は、前述の従来
例のものより小さいが、前述の実施例のものより大きく
なる。
基板上にアニール処理によって酸化物超伝導薄膜を形
成するには、次のようにすればよい。前述の実施例にお
けるrf−スパッタリング法でターゲット材としてTl3Ba2
Ca2Cu3Ox系酸化物超伝導材を使用して、基板上にスパッ
タリングして基板上に薄膜とたとえば２μｍ形成する。
この状態ではこの薄膜は超伝導性を示さない。その後、
この基板上の薄膜を、たとえば酸化雰囲気中で940℃２
分間アニール処理を行い急冷する。かくして得た薄膜は
超伝導性を示す。
成するには、次のようにすればよい。前述の実施例にお
けるrf−スパッタリング法でターゲット材としてTl3Ba2
Ca2Cu3Ox系酸化物超伝導材を使用して、基板上にスパッ
タリングして基板上に薄膜とたとえば２μｍ形成する。
この状態ではこの薄膜は超伝導性を示さない。その後、
この基板上の薄膜を、たとえば酸化雰囲気中で940℃２
分間アニール処理を行い急冷する。かくして得た薄膜は
超伝導性を示す。
このようにアニール処理により作成した酸化物超伝導
薄膜は、その結晶粒界がアニール処理により成長するた
め、集束イオンビームによるスパッタエッチングを行う
とき微細加工に限界があり、前述の実施例のように結晶
粒界が成長していない酸化物超伝導薄膜に対するものに
比し、前記孔の寸法が大きくなる。
薄膜は、その結晶粒界がアニール処理により成長するた
め、集束イオンビームによるスパッタエッチングを行う
とき微細加工に限界があり、前述の実施例のように結晶
粒界が成長していない酸化物超伝導薄膜に対するものに
比し、前記孔の寸法が大きくなる。
（ト）発明の効果 本発明は、従来の化学エッチング法において使用する
水溶液は不要となり、酸化物超伝導薄膜の超伝導特性、
特にTc特性の劣化を抑制できる。
水溶液は不要となり、酸化物超伝導薄膜の超伝導特性、
特にTc特性の劣化を抑制できる。
また、前記孔の形成にマスキングが不要となり、さら
に化学エッチング法において生じるサイドエッチングも
生じないので、前記孔及びマイクロブリッジの寸法精度
を高めることができ、これらの寸法をより小さくするこ
とにより、DC−SQUIDの場合、感知精度を高めることが
できる。特に、前記孔が基板に到達しないものであるた
め、基板に到達する孔を形成するときのように、スパッ
タエッチング時に集束イオンビームが前記孔の周囲の薄
膜に照射されることにより、この周囲の薄膜の結晶構造
がくずれて実質的に孔が大きくなることを抑制できる。
に化学エッチング法において生じるサイドエッチングも
生じないので、前記孔及びマイクロブリッジの寸法精度
を高めることができ、これらの寸法をより小さくするこ
とにより、DC−SQUIDの場合、感知精度を高めることが
できる。特に、前記孔が基板に到達しないものであるた
め、基板に到達する孔を形成するときのように、スパッ
タエッチング時に集束イオンビームが前記孔の周囲の薄
膜に照射されることにより、この周囲の薄膜の結晶構造
がくずれて実質的に孔が大きくなることを抑制できる。
更に、前記準備された薄膜は超伝導性を引き出すため
のアニール処理が施されていないので、この薄膜の結晶
粒界が成長していないので、前記孔の寸法をより小さく
することができ、DC−SQUIDの場合、さらに磁場の感知
精度を高めることができる。
のアニール処理が施されていないので、この薄膜の結晶
粒界が成長していないので、前記孔の寸法をより小さく
することができ、DC−SQUIDの場合、さらに磁場の感知
精度を高めることができる。
第１図は本発明により製造したDC−SQUIDの斜視図、第
２図は同平面図、第３図は第２図のIII−III断面図、第
４図はDC−SQUIDの磁場−電圧特性図である。 （１）…基板、（２）…酸化物超伝導薄膜、（３）…
孔、（４）（４）…マイクロブリッジ。
２図は同平面図、第３図は第２図のIII−III断面図、第
４図はDC−SQUIDの磁場−電圧特性図である。 （１）…基板、（２）…酸化物超伝導薄膜、（３）…
孔、（４）（４）…マイクロブリッジ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金田 和博 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 鈴木 茂雄 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 水上 敦夫 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 桑原 英樹 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−269586（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−9703（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−114084（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 39/00 H01L 39/22 H01L 39/24
Claims (2)
- 【請求項１】酸化物超伝導薄膜に孔を形成してなるマイ
クロブリッジを作製するマイクロブリッジの製造方法で
あって、 薄膜を形成した基板を準備する工程と、前記薄膜に集束
イオンビームによるスパッタエッチングにて基板に到達
しない孔を形成してマイクロブリッジを作製する工程
と、を有し、前記薄膜は超伝導性を引き出すためのアニ
ール処理が施されていないことを特徴とするマイクロブ
リッジの製造方法。 - 【請求項２】酸化物超伝導薄膜に孔を形成してなるマイ
クロブリッジを備えたDC−SQUIDの製造方法であって、 薄膜を形成した基板を準備する工程と、前記薄膜に集束
イオンビームによるスパッタエッチングにて基板に到達
しない孔を形成してマイクロブリッジを作製する工程
と、を有し、前記薄膜は超伝導性を引き出すためのアニ
ール処理が施されていないことを特徴とするDC−SQUID
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63072392A JP2877313B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | マイクロブリッジの製造方法及びｄｃ−ｓｑｕｉｄの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63072392A JP2877313B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | マイクロブリッジの製造方法及びｄｃ−ｓｑｕｉｄの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0256980A JPH0256980A (ja) | 1990-02-26 |
| JP2877313B2 true JP2877313B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=13487958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63072392A Expired - Fee Related JP2877313B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | マイクロブリッジの製造方法及びｄｃ−ｓｑｕｉｄの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2877313B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4743559B1 (ja) * | 2010-03-09 | 2011-08-10 | 株式会社寺本自動車商会 | エンジンのブローバイガス還元装置 |
-
1988
- 1988-03-25 JP JP63072392A patent/JP2877313B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0256980A (ja) | 1990-02-26 |
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