JP3068917B2 - 超電導デバイス - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、積層構造の超電導ト
ランジスタ等に応用することができる超電導デバイスに
関する。
ランジスタ等に応用することができる超電導デバイスに
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、我が国における超電導エレクトロ
ニクスの進歩は目覚ましく、これに伴って転移温度Tc
の高いビスマス系超電導物質やイットリウム系超電導物
質が提案されている。
ニクスの進歩は目覚ましく、これに伴って転移温度Tc
の高いビスマス系超電導物質やイットリウム系超電導物
質が提案されている。
【0003】ところで、上記超電導物質を用いて超電導
デバイスを作製する場合には、例えば、一定の作動電圧
を有し回路動作の安定性に優れたトンネル型接合が用い
られる。このトンネル型接合は、SIS(Sは超電導薄
膜、Iは絶縁層)からなるサンドイッチ構造となってい
るが、この場合、S層に上記ビスマス系超電導物質等を
用いると、コヒーレンス長が短いことに起因して、I層
の厚みを1〜1.5nm以下に設定する必要を生じる。
デバイスを作製する場合には、例えば、一定の作動電圧
を有し回路動作の安定性に優れたトンネル型接合が用い
られる。このトンネル型接合は、SIS(Sは超電導薄
膜、Iは絶縁層)からなるサンドイッチ構造となってい
るが、この場合、S層に上記ビスマス系超電導物質等を
用いると、コヒーレンス長が短いことに起因して、I層
の厚みを1〜1.5nm以下に設定する必要を生じる。
【0004】そこで、超電導物質として、Ba0.6K0.4
BiO3という組成からなるコヒーレンス長の長い超電
導物質を用いるようなものが提案されている。この超電
導物質を用いると、転移温度Tcはバルク状態でTc=
約30Kと若干低く、薄膜の場合には更に低くなるが、
I層の厚みを約4nm以下に設定するればよいので、超
電導デバイスの製造が容易となる。
BiO3という組成からなるコヒーレンス長の長い超電
導物質を用いるようなものが提案されている。この超電
導物質を用いると、転移温度Tcはバルク状態でTc=
約30Kと若干低く、薄膜の場合には更に低くなるが、
I層の厚みを約4nm以下に設定するればよいので、超
電導デバイスの製造が容易となる。
【0005】ところで、上記Ba0.6K0.4BiOx組成
の超電導薄膜は、SrTiO3(110)からなる基板
に、分子線エピタキシャル(MBE)法またはマグネト
ロンスパッタリングを用いて、この基板上に(110)
方向に配向したBa0.6K0.4BiO3を形成している。
の超電導薄膜は、SrTiO3(110)からなる基板
に、分子線エピタキシャル(MBE)法またはマグネト
ロンスパッタリングを用いて、この基板上に(110)
方向に配向したBa0.6K0.4BiO3を形成している。
【0006】しかしながら、SrTiO3基板は高価で
あるので、イットリウム系の超電導薄膜の基板として用
いられている安価で誘電率が低いMgO基板をBa0.6
K0.4BiO3組成の超電導薄膜に用いることが考えら
れ、種々の検討がなされいる。
あるので、イットリウム系の超電導薄膜の基板として用
いられている安価で誘電率が低いMgO基板をBa0.6
K0.4BiO3組成の超電導薄膜に用いることが考えら
れ、種々の検討がなされいる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、(10
0)面または(110)面のMgO基板上に、Ba1-x
KxBiO3を400℃以下の低温の基板温度で成膜する
と多結晶膜が形成され、配向しないという問題があり、
Ba1-xKxBiO3に対しては、MgO基板で配向性の
あるエピタキシャル成長はできなかった。
0)面または(110)面のMgO基板上に、Ba1-x
KxBiO3を400℃以下の低温の基板温度で成膜する
と多結晶膜が形成され、配向しないという問題があり、
Ba1-xKxBiO3に対しては、MgO基板で配向性の
あるエピタキシャル成長はできなかった。
【0008】また、Ba1-xRbxBiO3組成の超電導
薄膜においても、Ba1-xKxBiO3と同様に安価で誘
電率が低いMgO基板を用いて、配向性のあるエピタキ
シャル成長膜を形成することが望まれていた。
薄膜においても、Ba1-xKxBiO3と同様に安価で誘
電率が低いMgO基板を用いて、配向性のあるエピタキ
シャル成長膜を形成することが望まれていた。
【0009】この発明は、係る現状を考慮してなされた
ものであって、生産性を向上しつつMgO基板を用いて
配向性のある超電導薄膜を提供することを目的としてい
る。
ものであって、生産性を向上しつつMgO基板を用いて
配向性のある超電導薄膜を提供することを目的としてい
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、基板として
結晶方位(111)面のMgOを用い、この基板の(1
11)面上にBa1-xKxBiO3(0.2<x<0.
5)組成からなる超電導薄膜を設けたことを特徴とす
る。
結晶方位(111)面のMgOを用い、この基板の(1
11)面上にBa1-xKxBiO3(0.2<x<0.
5)組成からなる超電導薄膜を設けたことを特徴とす
る。
【0011】また、この発明は、基板として結晶方位
(111)面のMgOを用い、この基板の(111)面
上にBa1-xRbxBiO3(0.2<x<0.5)組成
からなる超電導薄膜を設けたことを特徴とする。
(111)面のMgOを用い、この基板の(111)面
上にBa1-xRbxBiO3(0.2<x<0.5)組成
からなる超電導薄膜を設けたことを特徴とする。
【0012】
【作用】基板として結晶方位(111)面のMgOを用
いることで、この基板上に形成されるBa1-xKxBiO
3(0.2<x<0.5)又はBa1-xRbxBiO
3(0.2<x<0.5)組成の薄膜は(111)配向
で成長する。従って、MgO基板で配向性のあるエピタ
キシャル成長膜が得られる。
いることで、この基板上に形成されるBa1-xKxBiO
3(0.2<x<0.5)又はBa1-xRbxBiO
3(0.2<x<0.5)組成の薄膜は(111)配向
で成長する。従って、MgO基板で配向性のあるエピタ
キシャル成長膜が得られる。
【0013】
【実施例】この発明の一実施例を、図1及び図2に基づ
いて、以下に説明する。
いて、以下に説明する。
【0014】図1はこの発明の製造方法により作成した
超電導薄膜を用いた超電導デバイスの一例を示す断面図
であり、(111)面のMgO基板上1に、SIS(S
は超電導薄膜、Iは絶縁層)から成るサンドイッチ構造
の本体部2が形成された構造となっている。上記S層3
a・3bは厚み約1000Åであって、(111)配向
で成長したBa0.6K0.4BiO3(BKBO)またはB
a0.6Rb0.4BiO3(BRBO)から構成される。一
方、上記I層4は厚み約4nmであって、MgOから構
成される。
超電導薄膜を用いた超電導デバイスの一例を示す断面図
であり、(111)面のMgO基板上1に、SIS(S
は超電導薄膜、Iは絶縁層)から成るサンドイッチ構造
の本体部2が形成された構造となっている。上記S層3
a・3bは厚み約1000Åであって、(111)配向
で成長したBa0.6K0.4BiO3(BKBO)またはB
a0.6Rb0.4BiO3(BRBO)から構成される。一
方、上記I層4は厚み約4nmであって、MgOから構
成される。
【0015】ここで、上記構造の超電導デバイスを、以
下のようにして作製した。先ずBa0.6K0.4BiO3を
用いた場合につき説明する。
下のようにして作製した。先ずBa0.6K0.4BiO3を
用いた場合につき説明する。
【0016】(111)面のMgO基板1をエチルアル
コール中で超音波洗浄した後、煮沸、乾燥させる。次
に、この洗浄された基板1を、スパッタリングターゲッ
トが装着されたrf−マグネトロンスパッタ装置内に取
付けた後、装置内圧が10-4〜10-6Paとなるまで真
空引きを行う。
コール中で超音波洗浄した後、煮沸、乾燥させる。次
に、この洗浄された基板1を、スパッタリングターゲッ
トが装着されたrf−マグネトロンスパッタ装置内に取
付けた後、装置内圧が10-4〜10-6Paとなるまで真
空引きを行う。
【0017】次いで、装置内に、ArガスとO2ガスと
を導入する。この際、ArガスとO2ガスとの比は5
0:50に、且つ装置内ガス圧は80Paとなる様に設
定した。
を導入する。この際、ArガスとO2ガスとの比は5
0:50に、且つ装置内ガス圧は80Paとなる様に設
定した。
【0018】この後、装置の正負極間に50〜150W
の放電電力を印加することによって装置内にプラズマを
発生させた後、装置内の加熱装置により基板1を300
℃〜400℃に加熱する。
の放電電力を印加することによって装置内にプラズマを
発生させた後、装置内の加熱装置により基板1を300
℃〜400℃に加熱する。
【0019】しかる後、0.5〜2時間プレスパッタを
行った後、基板1を300℃〜500℃に加熱した状態
で、装置内シャッタを開成して本スパッタを開始する。
これにより、S層3aの形成が開始される。この際、成
膜速度は、500Å/hrであるので、約2時間本スパ
ッタを行う。本スパッタ終了後、上記シャッタを閉成し
更にプラズマを消灯させる。このスパッタリングにより
(111)面のMgO基板1上にBKBOが(111)
配向で成長する。この後、Arガスの導入を中止すると
共に、O2ガスの導入状態を維持する。これにより、基
板1がO2ガス雰囲気で冷却されることになる。
行った後、基板1を300℃〜500℃に加熱した状態
で、装置内シャッタを開成して本スパッタを開始する。
これにより、S層3aの形成が開始される。この際、成
膜速度は、500Å/hrであるので、約2時間本スパ
ッタを行う。本スパッタ終了後、上記シャッタを閉成し
更にプラズマを消灯させる。このスパッタリングにより
(111)面のMgO基板1上にBKBOが(111)
配向で成長する。この後、Arガスの導入を中止すると
共に、O2ガスの導入状態を維持する。これにより、基
板1がO2ガス雰囲気で冷却されることになる。
【0020】次いで、上記S層3a上に、スパッタリン
グ法或いは蒸着法により、MgO膜(厚さ4nm)を形
成してI層4を形成した後、上記と同様の方法でI層上
にS層3bを形成する。
グ法或いは蒸着法により、MgO膜(厚さ4nm)を形
成してI層4を形成した後、上記と同様の方法でI層上
にS層3bを形成する。
【0021】さて、上記スパッタリングターゲットは、
バリウム化合物(例えば、BaCO3、BaO、Ba
(NO)2)、カリウム化合物(例えば、KO2、K2C
O3、KNO3)、ビスマス化合物(例えばBi2O3)を
基板温度に適した所定の割合で混合した後、チッソガス
雰囲気(600〜700℃)で2〜5時間、酸素ガス雰
囲気(400〜500℃)で2〜5時間焼成し、更に、
1〜3ton/cm2の圧力でプレスすることによって
作製した。
バリウム化合物(例えば、BaCO3、BaO、Ba
(NO)2)、カリウム化合物(例えば、KO2、K2C
O3、KNO3)、ビスマス化合物(例えばBi2O3)を
基板温度に適した所定の割合で混合した後、チッソガス
雰囲気(600〜700℃)で2〜5時間、酸素ガス雰
囲気(400〜500℃)で2〜5時間焼成し、更に、
1〜3ton/cm2の圧力でプレスすることによって
作製した。
【0022】上記S層3をX線回折法により調べたの
で、その結果を図3に示す。図2から明らかなように、
このXRDパターンにはBa0.6K0.4BiO3(11
1)以外には、MgO(111)基板によるピークしか
みられずS層3は完全に(111)方向を向いているこ
とが確認された。また、ピークの幅は単結晶構造の基板
と近似している。このことから、S層3の膜質が良好で
あることが窺える。
で、その結果を図3に示す。図2から明らかなように、
このXRDパターンにはBa0.6K0.4BiO3(11
1)以外には、MgO(111)基板によるピークしか
みられずS層3は完全に(111)方向を向いているこ
とが確認された。また、ピークの幅は単結晶構造の基板
と近似している。このことから、S層3の膜質が良好で
あることが窺える。
【0023】また、RHEED法によって得られた写真
により、S層3はエピタキシャル成長していることを確
認した。
により、S層3はエピタキシャル成長していることを確
認した。
【0024】次に、Ba0.6Rb0.4BiO3を用いた場
合の超電導デバイスの製造方法につき説明する。
合の超電導デバイスの製造方法につき説明する。
【0025】前述のBa0.6K0.4BiO3と同様に、
(111)面のMgO基板1をエチルアルコール中で超
音波洗浄した後、煮沸、乾燥させる。次に、この洗浄さ
れた基板1を、スパッタリングターゲットが装着された
rf−マグネトロンスパッタ装置内に取付けた後、装置
内圧が10-4〜10-6Paとなるまで真空引きを行う。
(111)面のMgO基板1をエチルアルコール中で超
音波洗浄した後、煮沸、乾燥させる。次に、この洗浄さ
れた基板1を、スパッタリングターゲットが装着された
rf−マグネトロンスパッタ装置内に取付けた後、装置
内圧が10-4〜10-6Paとなるまで真空引きを行う。
【0026】次いで、装置内に、ArガスとO2ガスと
を導入する。この際、ArガスとO2ガスとの比は5
0:50に、且つ装置内ガス圧は80Paとなる様に設
定した。
を導入する。この際、ArガスとO2ガスとの比は5
0:50に、且つ装置内ガス圧は80Paとなる様に設
定した。
【0027】この後、装置の正負極間に50〜150W
の放電電力を印加することによって装置内にプラズマを
発生させた後、装置内の加熱装置により基板1を300
℃〜400℃に加熱する。
の放電電力を印加することによって装置内にプラズマを
発生させた後、装置内の加熱装置により基板1を300
℃〜400℃に加熱する。
【0028】しかる後、0.5〜2時間プレスパッタを
行った後、基板1を300℃〜500℃に加熱した状態
で、装置内シャッタを開成して本スパッタを開始する。
これにより、S層3aの形成が開始される。この際、成
膜速度は、500Å/hrであるので、約2時間本スパ
ッタを行う。本スパッタ終了後、上記シャッタを閉成し
更にプラズマを消灯させる。このスパッタリングにより
(111)面のMgO基板1上にBRBOが(111)
配向で成長する。この後、Arガスの導入を中止すると
共に、O2ガスの導入状態を維持する。これにより、基
板1がO2ガス雰囲気で冷却されることになる。
行った後、基板1を300℃〜500℃に加熱した状態
で、装置内シャッタを開成して本スパッタを開始する。
これにより、S層3aの形成が開始される。この際、成
膜速度は、500Å/hrであるので、約2時間本スパ
ッタを行う。本スパッタ終了後、上記シャッタを閉成し
更にプラズマを消灯させる。このスパッタリングにより
(111)面のMgO基板1上にBRBOが(111)
配向で成長する。この後、Arガスの導入を中止すると
共に、O2ガスの導入状態を維持する。これにより、基
板1がO2ガス雰囲気で冷却されることになる。
【0029】次いで、上記S層3a上に、スパッタリン
グ法或いは蒸着法により、MgO膜(厚さ4nm)を形
成してI層4を形成した後、上記と同様の方法でI層上
にS層3bを形成する。
グ法或いは蒸着法により、MgO膜(厚さ4nm)を形
成してI層4を形成した後、上記と同様の方法でI層上
にS層3bを形成する。
【0030】上記スパッタリングターゲットは、バリウ
ム化合物(例えば、BaCO3、BaO、Ba(N
O)2)、ルビジウム化合物(例えば、RbO2、Rb2
CO3、RbNO3)、ビスマス化合物(例えばBi
2O3)を基板温度に適した所定の割合で混合した後、チ
ッソガス雰囲気(600〜700℃)で2〜5時間、酸
素ガス雰囲気(400〜500℃)で2〜5時間焼成
し、更に、1〜3ton/cm2の圧力でプレスするこ
とによって作製した。
ム化合物(例えば、BaCO3、BaO、Ba(N
O)2)、ルビジウム化合物(例えば、RbO2、Rb2
CO3、RbNO3)、ビスマス化合物(例えばBi
2O3)を基板温度に適した所定の割合で混合した後、チ
ッソガス雰囲気(600〜700℃)で2〜5時間、酸
素ガス雰囲気(400〜500℃)で2〜5時間焼成
し、更に、1〜3ton/cm2の圧力でプレスするこ
とによって作製した。
【0031】上記S層3をX線回折法により調べた結
果、このXRDパターンにはBa0.6Rb0.4BiO
3(111)以外には、MgO(111)基板によるピ
ークしかみられずS層3は完全に(111)方向を向い
ていることが確認された。また、ピークの幅は単結晶構
造の基板と近似している。このことから、S層3の膜質
が良好であることが窺える。
果、このXRDパターンにはBa0.6Rb0.4BiO
3(111)以外には、MgO(111)基板によるピ
ークしかみられずS層3は完全に(111)方向を向い
ていることが確認された。また、ピークの幅は単結晶構
造の基板と近似している。このことから、S層3の膜質
が良好であることが窺える。
【0032】また、RHEED法によって得られた写真
により、S層3はエピタキシャル成長していることを確
認した。
により、S層3はエピタキシャル成長していることを確
認した。
【0033】尚、上述した実施例においては、スッパタ
リング法により、Ba0.6K0.4BiO3又はBa0.6Rb
0.4BiO3を形成したが、スッパタリング法に限らず、
分子線エピタキシャル法、蒸着法等により、Ba0.6K
0.4Bi3O又はBa0.6Rb0.4BiO3膜を(111)
方向に同様に形成することができる。
リング法により、Ba0.6K0.4BiO3又はBa0.6Rb
0.4BiO3を形成したが、スッパタリング法に限らず、
分子線エピタキシャル法、蒸着法等により、Ba0.6K
0.4Bi3O又はBa0.6Rb0.4BiO3膜を(111)
方向に同様に形成することができる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、基板として結晶方位(111)面のMgOを用いる
ことで、この基板上に(111)配向でBa1-XKXBi
O3(0.2<X<0.5)又はBa1-XRbXBiO
3(0.2<X<0.5)組成の薄膜を成長させること
ができ、MgO基板で配向性のあるエピタキシャル成長
膜を得ることができる。
ば、基板として結晶方位(111)面のMgOを用いる
ことで、この基板上に(111)配向でBa1-XKXBi
O3(0.2<X<0.5)又はBa1-XRbXBiO
3(0.2<X<0.5)組成の薄膜を成長させること
ができ、MgO基板で配向性のあるエピタキシャル成長
膜を得ることができる。
【図1】この発明の超電導薄膜(S層)を用いた超電導
デバイスの一例を示す断面図である。
デバイスの一例を示す断面図である。
【図2】S層のX線回折パターンを示すグラフである。
1 基板 2 本体部 3a S層 3b S層 4 I層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 和彦 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 善里 順信 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 平2−107597(JP,A) 特開 平2−114678(JP,A) 特開 平1−107581(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 39/00 H01L 39/22 - 39/24
Claims (2)
- 【請求項1】 基板として結晶方位(111)面のMg
Oを用い、この基板の(111)面上にBa1-xKxBi
O3(0.2<x<0.5)組成からなる超電導薄膜を
設けたことを特徴とする超電導デバイス。 - 【請求項2】 基板として結晶方位(111)面のMg
Oを用い、この基板の(111)面上にBa1-xRbxB
iO3(0.2<x<0.5)組成からなる超電導薄膜
を設けたことを特徴とする超電導デバイス。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP3285620A JP3068917B2 (ja) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | 超電導デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
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JP3285620A JP3068917B2 (ja) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | 超電導デバイス |
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JPH05102537A JPH05102537A (ja) | 1993-04-23 |
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-
1991
- 1991-10-04 JP JP3285620A patent/JP3068917B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH05102537A (ja) | 1993-04-23 |
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