JP3059794B2 - 超電導電磁波検出素子におけるマイクロブリッジ部形成方法 - Google Patents
超電導電磁波検出素子におけるマイクロブリッジ部形成方法Info
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- JP3059794B2 JP3059794B2 JP3240540A JP24054091A JP3059794B2 JP 3059794 B2 JP3059794 B2 JP 3059794B2 JP 3240540 A JP3240540 A JP 3240540A JP 24054091 A JP24054091 A JP 24054091A JP 3059794 B2 JP3059794 B2 JP 3059794B2
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Landscapes
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、超電導電磁波検出素
子におけるマイクロブリッジ部形成方法に関する。
子におけるマイクロブリッジ部形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導体特有の現象であるジョセフソン
効果を利用した電磁波検出素子は、Ｎｂ系で、ポイント
コンタクトタイプ、ＳＩＳタイプのものが作られ、一部
実用化されている。しかし、マイクロブリッジタイプの
ものは、インピーダンスが低い（０．１Ω以下）ために
実用化されていない。
効果を利用した電磁波検出素子は、Ｎｂ系で、ポイント
コンタクトタイプ、ＳＩＳタイプのものが作られ、一部
実用化されている。しかし、マイクロブリッジタイプの
ものは、インピーダンスが低い（０．１Ω以下）ために
実用化されていない。
【０００３】一方、酸化物超電導体においては、ＳＩＳ
タイプではトンネル現象も確認されていず、今だ十分な
特性を得られるものができていない。また、ポイントコ
ンタクトタイプも、酸化物接点の劣化によって特性が劣
り、再現性がなく、ヒートサイクルにも弱いといった問
題がある。
タイプではトンネル現象も確認されていず、今だ十分な
特性を得られるものができていない。また、ポイントコ
ンタクトタイプも、酸化物接点の劣化によって特性が劣
り、再現性がなく、ヒートサイクルにも弱いといった問
題がある。
【０００４】マイクロブリッジタイプのものは粒界を利
用したものだけがジョセフソン効果を示しているが、再
現性、インピーダンスが低いといった問題がある。
用したものだけがジョセフソン効果を示しているが、再
現性、インピーダンスが低いといった問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、酸化物超
電導体の粒界に形成される粒界ジョセフソン接合の直列
成分を有効に利用することにより、素子抵抗を高めて電
磁波とのインピーダンスマッチングを向上させ、電磁波
検出の感度を向上させたマイクロブリッジ型超電導電磁
波検出素子を再現性良く、安定的に製造できる超電導電
磁波検出素子におけるマイクロブリッジ部形成方法を提
供することを目的とする。
電導体の粒界に形成される粒界ジョセフソン接合の直列
成分を有効に利用することにより、素子抵抗を高めて電
磁波とのインピーダンスマッチングを向上させ、電磁波
検出の感度を向上させたマイクロブリッジ型超電導電磁
波検出素子を再現性良く、安定的に製造できる超電導電
磁波検出素子におけるマイクロブリッジ部形成方法を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明による超電導電
磁波検出素子におけるマイクロブリッジ部形成方法は、
酸化物超電導体バルクにマイクロブリッジ部を形成する
超音波加工において、超音波加工用ホーンと発振コーン
との間に振幅低減用ホーンを取り付けたことを特徴とす
る。
磁波検出素子におけるマイクロブリッジ部形成方法は、
酸化物超電導体バルクにマイクロブリッジ部を形成する
超音波加工において、超音波加工用ホーンと発振コーン
との間に振幅低減用ホーンを取り付けたことを特徴とす
る。
【０００７】酸化物超電導体としては、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ
−Ｏ系、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｔｌ−Ｂａ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系等が用いられる。加工破損の低減およ
び微細加工精度を向上させるために、超音波加工に用い
る研磨粉として平均粒径１μｍ以下のアルミナを用いる
ことが好ましい。また、酸化物超電導体の水分に対する
劣化を防止するために、研磨粉を混合する溶剤として、
非含水性で粘度が２ｃｍ ｐｏｉｓｅ以下の溶剤を用い
ることが好ましい。このような溶剤としては、たとえ
ば、商品名「ＯＳ ＬＵＢＲＩＣＡＮＴ ＴＹＰＥ Ｉ
Ｉ」（ＨＹＰＲＥＺ社製）を用いることが好ましい。
−Ｏ系、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｔｌ−Ｂａ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系等が用いられる。加工破損の低減およ
び微細加工精度を向上させるために、超音波加工に用い
る研磨粉として平均粒径１μｍ以下のアルミナを用いる
ことが好ましい。また、酸化物超電導体の水分に対する
劣化を防止するために、研磨粉を混合する溶剤として、
非含水性で粘度が２ｃｍ ｐｏｉｓｅ以下の溶剤を用い
ることが好ましい。このような溶剤としては、たとえ
ば、商品名「ＯＳ ＬＵＢＲＩＣＡＮＴ ＴＹＰＥ Ｉ
Ｉ」（ＨＹＰＲＥＺ社製）を用いることが好ましい。
【０００８】
【作用】酸化物超電導体バルクにマイクロブリッジ部を
形成する超音波加工において、超音波加工用ホーンと発
振コーンとの間に振幅低減用ホーンを取り付けることに
より、超音波振幅が低減される。これにより、マイクロ
ブリッジ部のクラック等による加工ダメージが低減し、
加工前の臨界電流値を９０％以上確保することができ
る。
形成する超音波加工において、超音波加工用ホーンと発
振コーンとの間に振幅低減用ホーンを取り付けることに
より、超音波振幅が低減される。これにより、マイクロ
ブリッジ部のクラック等による加工ダメージが低減し、
加工前の臨界電流値を９０％以上確保することができ
る。
【０００９】さらに、超音波加工に用いる研磨粉として
均粒径１μｍ以下のアルミナを用いるとともに、研磨粉
を混合する溶剤として、非含水性で粘度が２ｃｍ ｐｏ
ｉｓｅ以下の溶剤を用いることにより、加工精度が向上
し、従来５０μｍ加工が限界であったマイクロブリッジ
部の幅を２０μｍまで加工することが可能となる。ま
た、マイクロブリッジ部の切削端面の凹凸を低減でき
る。さらに、水分の影響を排除でき超電導体の劣化を低
減できる。
均粒径１μｍ以下のアルミナを用いるとともに、研磨粉
を混合する溶剤として、非含水性で粘度が２ｃｍ ｐｏ
ｉｓｅ以下の溶剤を用いることにより、加工精度が向上
し、従来５０μｍ加工が限界であったマイクロブリッジ
部の幅を２０μｍまで加工することが可能となる。ま
た、マイクロブリッジ部の切削端面の凹凸を低減でき
る。さらに、水分の影響を排除でき超電導体の劣化を低
減できる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００１１】図１はこの発明に用いられる超音波加工装
置を示す模式図であり、図１（ａ）は全体を、図１
（ｂ）は要部を示す。
置を示す模式図であり、図１（ａ）は全体を、図１
（ｂ）は要部を示す。
【００１２】この超音波加工装置は、超音波加工用ホー
ン１２と発振コーン１０との間に振幅低減用ホーン１１
を取り付けることにより超音波振幅を低減している。こ
の振幅低減用ホーン１１は、図１（ｂ）に示すように、
全体の長さをｂとすると、幅広の直径部分の長さがｂ／
２、その直径がｂ／４の比率で円筒状に形成される。
ン１２と発振コーン１０との間に振幅低減用ホーン１１
を取り付けることにより超音波振幅を低減している。こ
の振幅低減用ホーン１１は、図１（ｂ）に示すように、
全体の長さをｂとすると、幅広の直径部分の長さがｂ／
２、その直径がｂ／４の比率で円筒状に形成される。
【００１３】この比率の場合、振幅は約２．４-1倍の振
幅となる。このように、ホーンの一部に幅広部を設ける
ことによって、音波の発振（放射）をさせ振幅を弱め、
振幅２〜３μｍから１μｍに低減している。例えば、ｂ
を１００ｍｍとすると、幅広部の長さは５０ｍｍ、その
直径は２５ｍｍφとなり、またｃ部分の直径を１５ｍｍ
φに構成した場合、３μｍの振幅が、３／２．４＝１．
２５μｍとなり、振幅が約１μｍに低減される。
幅となる。このように、ホーンの一部に幅広部を設ける
ことによって、音波の発振（放射）をさせ振幅を弱め、
振幅２〜３μｍから１μｍに低減している。例えば、ｂ
を１００ｍｍとすると、幅広部の長さは５０ｍｍ、その
直径は２５ｍｍφとなり、またｃ部分の直径を１５ｍｍ
φに構成した場合、３μｍの振幅が、３／２．４＝１．
２５μｍとなり、振幅が約１μｍに低減される。
【００１４】図２は、超電導電磁波検出装置を示してい
る。超電導電磁波検出装置は、結晶化ガラス基板１と、
基板１上にガラス粉末２を介して接着された超電導電磁
波検出素子３とからなる。超電導電磁波検出素子３は、
平均で１５μｍ以下のほぼ均一な超電導体の粒子の焼結
体からなり、ブリッジ部（弱結合部）４を有する。この
ブリッジ部４は、幅ｗが５０μｍ、長さｌが３００μｍ
であり、厚みｔは全体の厚みと同じく５０μｍであり、
超音波加工により形成される。
る。超電導電磁波検出装置は、結晶化ガラス基板１と、
基板１上にガラス粉末２を介して接着された超電導電磁
波検出素子３とからなる。超電導電磁波検出素子３は、
平均で１５μｍ以下のほぼ均一な超電導体の粒子の焼結
体からなり、ブリッジ部（弱結合部）４を有する。この
ブリッジ部４は、幅ｗが５０μｍ、長さｌが３００μｍ
であり、厚みｔは全体の厚みと同じく５０μｍであり、
超音波加工により形成される。
【００１５】図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、超電導電磁波
検出装置の製造工程を示している。まず、検出素子３に
用いる酸化物超電導体（Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x ）を共
沈粉末を用い、プレス（２トン／ｃｍ2 ）、一次焼成８
７０℃で９時間、二次焼成９４５℃で８時間行ってバル
ク体５として作製する。
検出装置の製造工程を示している。まず、検出素子３に
用いる酸化物超電導体（Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x ）を共
沈粉末を用い、プレス（２トン／ｃｍ2 ）、一次焼成８
７０℃で９時間、二次焼成９４５℃で８時間行ってバル
ク体５として作製する。
【００１６】すなわち、硝酸イットリウムＹ（ＮＯ3 ）
3 ・３．５Ｈ2 Ｏ、硝酸バリウムＢａ（（ＮＯ3 ）2 ・
２Ｈ2 Ｏをそれぞれ水に溶解し、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕがモル
比で１：２：３になるように混合する。ついで、蓚酸Ｈ
2 Ｃ2 Ｏ4 ・２Ｈ2 Ｏの水溶液をＢａ元素２モルに対し
７モル加えて反応させる。なお、この際にアンモニア水
ＮＨ4 ＯＨを滴下してｐＨ調整して、ｐＨ＝４〜７、具
体的にはｐＨ＝４．６とし、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕの組成比が
１：２：３になるようにする。
3 ・３．５Ｈ2 Ｏ、硝酸バリウムＢａ（（ＮＯ3 ）2 ・
２Ｈ2 Ｏをそれぞれ水に溶解し、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕがモル
比で１：２：３になるように混合する。ついで、蓚酸Ｈ
2 Ｃ2 Ｏ4 ・２Ｈ2 Ｏの水溶液をＢａ元素２モルに対し
７モル加えて反応させる。なお、この際にアンモニア水
ＮＨ4 ＯＨを滴下してｐＨ調整して、ｐＨ＝４〜７、具
体的にはｐＨ＝４．６とし、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕの組成比が
１：２：３になるようにする。
【００１７】この反応により生ずる沈澱物をろ過し水洗
いした後、十分乾燥してほぼ０．３μｍの超電導素体の
粉末を得た。このようにして得られた粉末を、１次焼成
として、大気中において８３０〜８９０℃で９時間焼成
する。この温度範囲は、８３０℃より低いと酸素の取込
みが不十分となり、また、８９０℃を越えるときには粉
末の粒径が大きくなることから定められている。この実
施例では、８７０℃で９時間焼成した。この１次焼成し
た粉末粒子を約２トン／ｃｍ2 の圧力で、約１０ｍｍ×
５ｍｍ×１ｍｍの整形体を形成した。
いした後、十分乾燥してほぼ０．３μｍの超電導素体の
粉末を得た。このようにして得られた粉末を、１次焼成
として、大気中において８３０〜８９０℃で９時間焼成
する。この温度範囲は、８３０℃より低いと酸素の取込
みが不十分となり、また、８９０℃を越えるときには粉
末の粒径が大きくなることから定められている。この実
施例では、８７０℃で９時間焼成した。この１次焼成し
た粉末粒子を約２トン／ｃｍ2 の圧力で、約１０ｍｍ×
５ｍｍ×１ｍｍの整形体を形成した。
【００１８】この整形体を、二次焼成として、酸素雰囲
気下において９１０〜９４５℃の温度で８時間焼成す
る。この温度範囲は、粒成長と所望状態の粒界を得るた
めに定められている。この実施例では、９４５℃で８時
間焼成して、平均粒径１５μｍ以下の粒子の焼結体から
なり、粒界ジョセフソン接合を有する酸化物超電導焼結
体バルク５を得た。
気下において９１０〜９４５℃の温度で８時間焼成す
る。この温度範囲は、粒成長と所望状態の粒界を得るた
めに定められている。この実施例では、９４５℃で８時
間焼成して、平均粒径１５μｍ以下の粒子の焼結体から
なり、粒界ジョセフソン接合を有する酸化物超電導焼結
体バルク５を得た。
【００１９】このバルク５を超電導体と同程度の熱膨張
係数（１４０×１０-7）を持つ基板１に取り付けること
により、ヒートサイクルにおける劣化を極力抑えること
ができる（図２（ａ））。この実施例では、バルク５を
結晶化ガラス基板１に低融点（４００℃以下）のガラス
粉末２を用いて接着した。
係数（１４０×１０-7）を持つ基板１に取り付けること
により、ヒートサイクルにおける劣化を極力抑えること
ができる（図２（ａ））。この実施例では、バルク５を
結晶化ガラス基板１に低融点（４００℃以下）のガラス
粉末２を用いて接着した。
【００２０】この後、このバルク５をその厚みが５０μ
ｍになるまで、均一に研磨した（図２（ｂ））。そし
て、高周波（２５ＫＨｚ）超音波加工によりブリッジ幅
１００μｍ以下、長さ３００μｍ以下の形状のブリッジ
部４を形成し、検出素子３を作成した（図２（ｃ））。
ｍになるまで、均一に研磨した（図２（ｂ））。そし
て、高周波（２５ＫＨｚ）超音波加工によりブリッジ幅
１００μｍ以下、長さ３００μｍ以下の形状のブリッジ
部４を形成し、検出素子３を作成した（図２（ｃ））。
【００２１】この超音波加工において、前述したよう
に、超音波加工用ホーン１２と発振コーン１０との間に
振幅低減用ホーン１１を取り付けることにより、超音波
振幅を振幅２〜３μｍから１μｍに低減し、さらに超音
波加工時の研磨粉として平均粒径１μｍ以下のアルミナ
を使用した。その際、研磨粉を混合する溶剤として、非
含水性で粘度が２ｃｍ ｐｏｉｓｅ以下の商品名「ＯＳ
ＬＵＢＲＩＣＡＮＴＴＹＰＥ ＩＩ」（ＨＹＰＲＥＺ
社製）を使用した。
に、超音波加工用ホーン１２と発振コーン１０との間に
振幅低減用ホーン１１を取り付けることにより、超音波
振幅を振幅２〜３μｍから１μｍに低減し、さらに超音
波加工時の研磨粉として平均粒径１μｍ以下のアルミナ
を使用した。その際、研磨粉を混合する溶剤として、非
含水性で粘度が２ｃｍ ｐｏｉｓｅ以下の商品名「ＯＳ
ＬＵＢＲＩＣＡＮＴＴＹＰＥ ＩＩ」（ＨＹＰＲＥＺ
社製）を使用した。
【００２２】ブリッジ部形成後、検出素子３の両端部に
Ａｕを蒸着して、図示しない電極を形成した。
Ａｕを蒸着して、図示しない電極を形成した。
【００２３】検出素子３のＩ−Ｖ特性を４端子法で温度
５０Ｋで測定し、そのデータより、臨界電流度Ｊｃおよ
び素子抵抗ＲN を測定した。
５０Ｋで測定し、そのデータより、臨界電流度Ｊｃおよ
び素子抵抗ＲN を測定した。
【００２４】表１は、上記実施例の超音波加工条件で作
製したサンプルおよび従来法の超音波加工条件で作製し
たサンプルの歩留り、加工前後の臨界電流度Ｊｃ値の変
化および素子抵抗ＲN の値を示したものである。ブリッ
ジ部４の寸法は、幅ｗが５０μｍ、長さｌが３００μ
ｍ、厚みｔが５０μｍである。従来法は、振幅減衰ホー
ンを用いず、研磨粉をカーボングラファイト（平均粒径
１μｍ）を用い、溶剤として水を用いたものである。
製したサンプルおよび従来法の超音波加工条件で作製し
たサンプルの歩留り、加工前後の臨界電流度Ｊｃ値の変
化および素子抵抗ＲN の値を示したものである。ブリッ
ジ部４の寸法は、幅ｗが５０μｍ、長さｌが３００μ
ｍ、厚みｔが５０μｍである。従来法は、振幅減衰ホー
ンを用いず、研磨粉をカーボングラファイト（平均粒径
１μｍ）を用い、溶剤として水を用いたものである。
【００２５】
【表１】
【００２６】つまり、この実施例によれば、歩留り、加
工前後の臨界電流度Ｊｃの低下が大きく改善されてい
る。
工前後の臨界電流度Ｊｃの低下が大きく改善されてい
る。
【００２７】また、上記実施例の超音波加工条件によ
り、ブリッジ部４の幅ｗを２０μｍに加工したものはＲ
N ＝０．７〜０．８Ωとなった。従来法では２０μｍ加
工は破損のため、ブリッジ加工は不可能であった。
り、ブリッジ部４の幅ｗを２０μｍに加工したものはＲ
N ＝０．７〜０．８Ωとなった。従来法では２０μｍ加
工は破損のため、ブリッジ加工は不可能であった。
【００２８】
【発明の効果】この発明によれば、歩留り、加工前後の
臨界電流度の低下が大きく改善される。また、より微細
なブリッジ幅の加工を精度良く行えるので、電磁波検出
素子として重要なパラメータである素子抵抗を向上させ
ることができ、電磁波とのインピーダンスマッチングが
改善できる。これは、この発明による超音波加工法によ
り、サンプルに与える応力の低減、加工精度の向上、劣
化因子の除去に寄る効果である。
臨界電流度の低下が大きく改善される。また、より微細
なブリッジ幅の加工を精度良く行えるので、電磁波検出
素子として重要なパラメータである素子抵抗を向上させ
ることができ、電磁波とのインピーダンスマッチングが
改善できる。これは、この発明による超音波加工法によ
り、サンプルに与える応力の低減、加工精度の向上、劣
化因子の除去に寄る効果である。
【図１】この発明に用いられる超音波加工装置を示す模
式図である。
式図である。
【図２】この発明の実施例である超電導電磁波検出素子
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図３】超電導電磁波検出装置の製造方法を示す工程図
である。
である。
１ 結晶化ガラス基板 ２ ガラス粉末 ３ 超電導電磁波検出素子 ４ マイクロブリッジ部 ５ 酸化物超電導焼結体バルク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−4574（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−101356（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−81469（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/24 B24B 1/04 H01L 39/22 H01L 39/00
Claims (3)
- 【請求項１】 酸化物超電導体バルクにマイクロブリッ
ジ部を形成する超音波加工において、超音波加工用ホー
ンと発振コーンとの間に振幅低減用ホーンを取り付けた
ことを特徴とする超電導電磁波検出素子におけるマイク
ロブリッジ部形成方法。 - 【請求項２】 超音波加工に用いる研磨粉として平均粒
径１μｍ以下のアルミナを用いることを特徴とする請求
項１記載の超電導電磁波検出素子におけるマイクロブリ
ッジ部形成方法。 - 【請求項３】 研磨粉を混合する溶剤として、非含水性
で粘度が２ｃｍ ｐｏｉｓｅ以下の溶剤を用いることを
特徴とする請求項２記載の超電導電磁波検出素子におけ
るマイクロブリッジ部形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3240540A JP3059794B2 (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 超電導電磁波検出素子におけるマイクロブリッジ部形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3240540A JP3059794B2 (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 超電導電磁波検出素子におけるマイクロブリッジ部形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555653A JPH0555653A (ja) | 1993-03-05 |
| JP3059794B2 true JP3059794B2 (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=17061056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3240540A Expired - Lifetime JP3059794B2 (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 超電導電磁波検出素子におけるマイクロブリッジ部形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3059794B2 (ja) |
-
1991
- 1991-08-26 JP JP3240540A patent/JP3059794B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0555653A (ja) | 1993-03-05 |
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