JP3075788B2 - 弱結合型超電導薄膜の製造方法 - Google Patents
弱結合型超電導薄膜の製造方法Info
- Publication number
- JP3075788B2 JP3075788B2 JP03224610A JP22461091A JP3075788B2 JP 3075788 B2 JP3075788 B2 JP 3075788B2 JP 03224610 A JP03224610 A JP 03224610A JP 22461091 A JP22461091 A JP 22461091A JP 3075788 B2 JP3075788 B2 JP 3075788B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- superconducting
- superconducting thin
- film
- conductive substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、段差部分に弱結合を
形成する弱結合型超電導薄膜の製造方法に関する。
形成する弱結合型超電導薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超電導体を用いたジョセフソン素
子は、液体窒素温度で動作する電磁波ヘテロダインセン
サやＳＱＵＩＤ磁気センサへの応用が期待されている。
現在まで研究が進んでいる多結晶膜の自然粒界を用いた
接合では、電磁波照射時のＩ−Ｖ特性の飛びやＳＱＵＩ
Ｄの低周波ノイズが問題となっている。これらは接合が
多接点であることや、粒界を通したｆｌｕｘの移動など
に起因していると考えられており、粒界のない高品質の
超電導薄膜を用いた接合が求められている。
子は、液体窒素温度で動作する電磁波ヘテロダインセン
サやＳＱＵＩＤ磁気センサへの応用が期待されている。
現在まで研究が進んでいる多結晶膜の自然粒界を用いた
接合では、電磁波照射時のＩ−Ｖ特性の飛びやＳＱＵＩ
Ｄの低周波ノイズが問題となっている。これらは接合が
多接点であることや、粒界を通したｆｌｕｘの移動など
に起因していると考えられており、粒界のない高品質の
超電導薄膜を用いた接合が求められている。
【０００３】そこで、高臨界電流密度を持つ粒界の少な
いｃ軸配向性薄膜を用い、基板に予め設けた段差部分を
弱結合型の接合部としたマイクロブリッジとする超電導
電磁波センサが提案されている（１９９０年度秋期低温
工学超電導学会予稿集Ａ２−７）。
いｃ軸配向性薄膜を用い、基板に予め設けた段差部分を
弱結合型の接合部としたマイクロブリッジとする超電導
電磁波センサが提案されている（１９９０年度秋期低温
工学超電導学会予稿集Ａ２−７）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
段差部分を有する弱結合型素子においては、弱結合部分
の膜厚の制御ができないという難点があった。また、弱
結合部分を形成するために、超電導膜にエッチングを施
す必要があり、プロセスが複雑になるという問題があっ
た。
段差部分を有する弱結合型素子においては、弱結合部分
の膜厚の制御ができないという難点があった。また、弱
結合部分を形成するために、超電導膜にエッチングを施
す必要があり、プロセスが複雑になるという問題があっ
た。
【０００５】この発明は、上述した問題点を解消するた
めになされたもので、製造プロセスの容易な弱結合型超
電導膜の製造方法を提供することを課題とする。
めになされたもので、製造プロセスの容易な弱結合型超
電導膜の製造方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の弱結合型超電
導薄膜の製造方法は、一部に凸部が設けられた導電性基
板上に絶縁膜を形成し、前記導電性基板に負バイアスを
印加しつつ、スパッタリング法にて、前記絶縁膜上に超
電導薄膜を積層形成することを特徴とする。
導薄膜の製造方法は、一部に凸部が設けられた導電性基
板上に絶縁膜を形成し、前記導電性基板に負バイアスを
印加しつつ、スパッタリング法にて、前記絶縁膜上に超
電導薄膜を積層形成することを特徴とする。
【０００７】また、この発明の弱結合型超電導薄膜の製
造方法は、一部に凸部が設けられた導電性基板上に絶縁
膜を形成し、前記導電性基板に高周波バイアス電圧を印
加しつつ、スパッタリング法にて、前記絶縁膜上に超電
導薄膜を積層形成することを特徴とする。
造方法は、一部に凸部が設けられた導電性基板上に絶縁
膜を形成し、前記導電性基板に高周波バイアス電圧を印
加しつつ、スパッタリング法にて、前記絶縁膜上に超電
導薄膜を積層形成することを特徴とする。
【０００８】
【作用】バイアスを印加しつつ、スパッタリングで超電
導薄膜を形成すると、超電導膜は凸部のエッジ部でＡｒ
+イオンにより２次元的（ｘ，ｙ両軸方向）に逆スパッ
タされる。一方、超電導粒子は電荷をもたないので１次
元的（ｙ軸方向）に正スパッタされる。
導薄膜を形成すると、超電導膜は凸部のエッジ部でＡｒ
+イオンにより２次元的（ｘ，ｙ両軸方向）に逆スパッ
タされる。一方、超電導粒子は電荷をもたないので１次
元的（ｙ軸方向）に正スパッタされる。
【０００９】正スパッタされる超電導粒子と逆スパッタ
される超電導粒子との割合、すなわち、正スパッタ超電
導粒子／逆スパッタ超電導粒子の割合が平坦部よりもエ
ッジ部を含んだ凸部の方が小さい。従って、段差のない
平坦な超電導薄膜が形成され、凸部に弱結合を作成する
ことができる。
される超電導粒子との割合、すなわち、正スパッタ超電
導粒子／逆スパッタ超電導粒子の割合が平坦部よりもエ
ッジ部を含んだ凸部の方が小さい。従って、段差のない
平坦な超電導薄膜が形成され、凸部に弱結合を作成する
ことができる。
【００１０】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。図１はこの発明の一実施例を工程別に示す断
面図である。
説明する。図１はこの発明の一実施例を工程別に示す断
面図である。
【００１１】図１（イ）に示すように、基板として一部
に凸部３を形成した導電性基板１上にＭｇＯ、ＳｉＯ2
等の絶縁膜２を積層したものを用意する。
に凸部３を形成した導電性基板１上にＭｇＯ、ＳｉＯ2
等の絶縁膜２を積層したものを用意する。
【００１２】そして、この導電性基板１上に負電圧をか
けると、図１（ロ）の矢符に示すような電界部分とな
る。この状態でＲＦスパッタリングにより、Ｙ1Ｂａ2Ｃ
ｕ3Ｏx（以下、ＹＢＣＯと略記する。）組成の超電導薄
膜を形成する。尚、ここで白抜の丸はＡｒ+イオンを示
し、黒丸は超電導粒子である。
けると、図１（ロ）の矢符に示すような電界部分とな
る。この状態でＲＦスパッタリングにより、Ｙ1Ｂａ2Ｃ
ｕ3Ｏx（以下、ＹＢＣＯと略記する。）組成の超電導薄
膜を形成する。尚、ここで白抜の丸はＡｒ+イオンを示
し、黒丸は超電導粒子である。
【００１３】この状態でスパッタリングを行なうと、図
１（ハ）に示すように積層すなわち、正スパッタされた
超電導膜は、凸部３のエッジ部でＡｒ+イオンにより２
次元的（図中ｘ，ｙ両軸方向）に逆スパッタされる。一
方、超電導粒子は電荷をもたないので１次元的（図中ｙ
軸方向）に正スパッタ、すなわち積層される。
１（ハ）に示すように積層すなわち、正スパッタされた
超電導膜は、凸部３のエッジ部でＡｒ+イオンにより２
次元的（図中ｘ，ｙ両軸方向）に逆スパッタされる。一
方、超電導粒子は電荷をもたないので１次元的（図中ｙ
軸方向）に正スパッタ、すなわち積層される。
【００１４】正スパッタされる超電導粒子と逆スパッタ
される超電導粒子との割合正スパッタ超電導粒子／逆ス
パッタ超電導粒子が、平坦部よりもエッジ部を含んだ凸
部３の方が小さいため、振幅、周波数バイアス電圧を調
整すれば、図１（ニ）に示すように段差のない平坦な超
電導薄膜４が形成され、任意の弱結合を形成できる。
される超電導粒子との割合正スパッタ超電導粒子／逆ス
パッタ超電導粒子が、平坦部よりもエッジ部を含んだ凸
部３の方が小さいため、振幅、周波数バイアス電圧を調
整すれば、図１（ニ）に示すように段差のない平坦な超
電導薄膜４が形成され、任意の弱結合を形成できる。
【００１５】ところで、凸部のある導電性基板上に、直
にＹＢＣＯ膜を直流バイアススパッタリング法で積層さ
せることもできる。しかしながら、作成されたデバイス
の基板が導電性であるため、基板とＹＢＣＯ膜との間で
電流リークが生じ、電流パスがジョセフソンジャンクシ
ョンに限られなくなる。また、結晶学上から考えても、
ＹＢＣＯ膜は下地の構造に影響される。一般に、格子定
数などの面から、下地基板としてＭｇＯを使用すると超
電導性のよいＹＢＣＯ膜が成膜できる。
にＹＢＣＯ膜を直流バイアススパッタリング法で積層さ
せることもできる。しかしながら、作成されたデバイス
の基板が導電性であるため、基板とＹＢＣＯ膜との間で
電流リークが生じ、電流パスがジョセフソンジャンクシ
ョンに限られなくなる。また、結晶学上から考えても、
ＹＢＣＯ膜は下地の構造に影響される。一般に、格子定
数などの面から、下地基板としてＭｇＯを使用すると超
電導性のよいＹＢＣＯ膜が成膜できる。
【００１６】従って、この実施例のように、凸部３を一
部に設けた導電性基板１上にＭｇＯ膜２を積層させたも
のを用意し、電流リークを防ぐように構成する。
部に設けた導電性基板１上にＭｇＯ膜２を積層させたも
のを用意し、電流リークを防ぐように構成する。
【００１７】一方、直流バイアスでは、絶縁体であるＭ
ｇＯ膜２上に、Ａｒ+イオンからくる正電荷がチャージ
アップされ、スパッタレートが低下する。そして、ＹＢ
ＣＯ膜の平坦化が難しくなる場合があり、結果的に望ま
しいデバイスが得られないということがある。
ｇＯ膜２上に、Ａｒ+イオンからくる正電荷がチャージ
アップされ、スパッタレートが低下する。そして、ＹＢ
ＣＯ膜の平坦化が難しくなる場合があり、結果的に望ま
しいデバイスが得られないということがある。
【００１８】そこでＭｇＯ膜２のインピーダンスを低下
させるため、高周波バイアスをかけてスパッタすること
により平坦化が容易に行なえる。
させるため、高周波バイアスをかけてスパッタすること
により平坦化が容易に行なえる。
【００１９】以下、高周波バイアス電圧をかけて積層し
たＹＢＣＯ膜の実施例を示す。
たＹＢＣＯ膜の実施例を示す。
【００２０】図３はこの発明に用いて好適なＲＦスパッ
タリング装置の概略図である。この図３に従いＲＦスパ
ッタリング装置について簡単に説明する。
タリング装置の概略図である。この図３に従いＲＦスパ
ッタリング装置について簡単に説明する。
【００２１】５０はベルジャーであり、図示しない。真
空ポンプにより排気系５７にて、排気され所定の真空度
に設定される。
空ポンプにより排気系５７にて、排気され所定の真空度
に設定される。
【００２２】５４は基板１を保持するホルダーであり、
このホルダー５４に基板を加熱する基板加熱ヒータ５８
が配置されている。５１、５２は冷却水が供給される冷
却系である。５３はターゲット、５５はマグネットであ
る。６３、６４はバルブであり、図示しないガスボンベ
からＯ2及びＡｒガスが夫々供給される。
このホルダー５４に基板を加熱する基板加熱ヒータ５８
が配置されている。５１、５２は冷却水が供給される冷
却系である。５３はターゲット、５５はマグネットであ
る。６３、６４はバルブであり、図示しないガスボンベ
からＯ2及びＡｒガスが夫々供給される。
【００２３】６０はバイアス供給手段であり、この供給
手段により基板１０に負バイアス又は高周波バイアスが
付与される。
手段により基板１０に負バイアス又は高周波バイアスが
付与される。
【００２４】５６はシャッタである。６２はＲＦ電源、
６１はマッチングボックスである。
６１はマッチングボックスである。
【００２５】さて、このＲＦスパッタリング装置を用い
て基板１上にＹＢＣＯ膜を形成する場合につき説明す
る。
て基板１上にＹＢＣＯ膜を形成する場合につき説明す
る。
【００２６】基板ホルダー５４に、一部に凸部３を形成
し、その表面にＭｇＯ膜２を積層した導電性基板１を取
付ける。
し、その表面にＭｇＯ膜２を積層した導電性基板１を取
付ける。
【００２７】そして、ターゲット５３として、例えばＹ
1Ｂａ2Ｃｕ4.5Ｏxを用いる。バイアス供給手段６０によ
り、バイアス電圧を周波数１５０ＫＨＺで振幅を０〜６
０（Ｖ）まで変化させ、下記の成膜条件で、基板１上に
２０００ÅのＹＢＣＯ膜４を形成した。
1Ｂａ2Ｃｕ4.5Ｏxを用いる。バイアス供給手段６０によ
り、バイアス電圧を周波数１５０ＫＨＺで振幅を０〜６
０（Ｖ）まで変化させ、下記の成膜条件で、基板１上に
２０００ÅのＹＢＣＯ膜４を形成した。
【００２８】 スパッタ電力 １００（Ｗ） スパッタ時間 １００（分） 真空度 ５．０×１０-2（Ｔｏｒｒ） アルゴン流量 ４ｍリットル／分 酸素流量 １ｍリットル／分
【００２９】ここで、ＹＢＣＯ膜の平坦化の度合を調べ
るために平坦化率Ｋを Ｋ＝（１−ｂ／ａ）×１００（％）と定義する。尚、
ａ、ｂは、図１（ハ）に夫々示す部分の高さである。
るために平坦化率Ｋを Ｋ＝（１−ｂ／ａ）×１００（％）と定義する。尚、
ａ、ｂは、図１（ハ）に夫々示す部分の高さである。
【００３０】バイアス電圧周波数１５０ＫＨｚで振幅を
０〜６０（Ｖ）まで変化させたときの実施例を表１に示
す。
０〜６０（Ｖ）まで変化させたときの実施例を表１に示
す。
【００３１】
【表１】
【００３２】このようにバイアス電圧を６０Ｖ印加する
と各平坦な超電導薄膜４が得られた。
と各平坦な超電導薄膜４が得られた。
【００３３】次に、バイアス電圧１５０ＫＨＺ、６０
（Ｖ）で成膜したサンプルのＩ−Ｖ特性を図４に示す。
尚、このときのＹＢＣＯ膜４の膜厚は２１００Åであ
る。
（Ｖ）で成膜したサンプルのＩ−Ｖ特性を図４に示す。
尚、このときのＹＢＣＯ膜４の膜厚は２１００Åであ
る。
【００３４】また、このときマイクロブリッジ部の構成
は図２に示すように、ＭｇＯ膜２の凸部の幅（Ａ）は３
０μｍ、ブリッジ部の長さ（Ｂ）は２００μｍ、幅１０
０μｍである。
は図２に示すように、ＭｇＯ膜２の凸部の幅（Ａ）は３
０μｍ、ブリッジ部の長さ（Ｂ）は２００μｍ、幅１０
０μｍである。
【００３５】また、１２ＧＨＺ、−２０ｄＢｍの電磁波
を照射した場合のＩ−Ｖ特性の変化を図５に示す。この
図５に示すように、ジョセフソン接合に特徴的なシャピ
ロ（定電圧）ステップが観測され、ジョセフソン接合素
子として動作していることを確認した。
を照射した場合のＩ−Ｖ特性の変化を図５に示す。この
図５に示すように、ジョセフソン接合に特徴的なシャピ
ロ（定電圧）ステップが観測され、ジョセフソン接合素
子として動作していることを確認した。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、正スパッタされる超電導粒子と逆スパッタされる超
電導粒子との割合、すなわち正スパッタ超電導粒子／逆
スパッタ超電導粒子の割合が平坦部よりもエッジ部を含
んだ凸部の方が小くなり、段差のない平坦な超電導薄膜
が形成され、凸部に弱結合を形成することができる。
ば、正スパッタされる超電導粒子と逆スパッタされる超
電導粒子との割合、すなわち正スパッタ超電導粒子／逆
スパッタ超電導粒子の割合が平坦部よりもエッジ部を含
んだ凸部の方が小くなり、段差のない平坦な超電導薄膜
が形成され、凸部に弱結合を形成することができる。
【図１】この発明の一実施例を工程別に示す断面図であ
る。
る。
【図２】この発明の一実施例の上面図である。
【図３】この発明に用いて好適なＲＦスパッタリング装
置の概略図である。
置の概略図である。
【図４】この発明により製造した素子のＩ−Ｖ特性図で
ある。
ある。
【図５】この発明により製造した素子に１２ＧＨＺ−２
０ｄＢｍの電磁波を照射した場合のＩ−Ｖ特性図であ
る。
０ｄＢｍの電磁波を照射した場合のＩ−Ｖ特性図であ
る。
１ 導電性基板 ２ 絶縁膜 ３ 凸部 ４ 超電導薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−272172（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−234479（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−275634（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−264911（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−233549（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−86575（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】 一部に凸部が設けられた導電性基板上に
絶縁膜を形成し、前記導電性基板に負バイアスを印加し
つつ、スパッタリング法にて、前記絶縁膜上に超電導薄
膜を積層形成することを特徴とする弱結合型超電導薄膜
の製造方法。 - 【請求項２】 一部に凸部が設けられた導電性基板上に
絶縁膜を形成し、前記導電性基板に高周波バイアス電圧
を印加しつつ、スパッタリング法にて、前記絶縁膜上に
超電導薄膜を積層形成することを特徴とする弱結合型超
電導薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03224610A JP3075788B2 (ja) | 1991-08-10 | 1991-08-10 | 弱結合型超電導薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03224610A JP3075788B2 (ja) | 1991-08-10 | 1991-08-10 | 弱結合型超電導薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0548167A JPH0548167A (ja) | 1993-02-26 |
| JP3075788B2 true JP3075788B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=16816426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03224610A Expired - Lifetime JP3075788B2 (ja) | 1991-08-10 | 1991-08-10 | 弱結合型超電導薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3075788B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6160266A (en) * | 1996-02-22 | 2000-12-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Superconducting device and a method of manufacturing the same |
-
1991
- 1991-08-10 JP JP03224610A patent/JP3075788B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0548167A (ja) | 1993-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3275836B2 (ja) | 超電導デバイス | |
| JP3207058B2 (ja) | 超電導体薄膜及びその製造方法 | |
| JPH02186683A (ja) | 弱結合ジョセフソン接合の形成法及びこれを用いた超電導素子 | |
| KR0132061B1 (ko) | 초전도 박막의 제작 방법 | |
| US6541789B1 (en) | High temperature superconductor Josephson junction element and manufacturing method for the same | |
| JPH01161881A (ja) | ジョセフソン素子およびその製造方法 | |
| JP2523647B2 (ja) | 金属酸化物超電導薄膜 | |
| JP3075788B2 (ja) | 弱結合型超電導薄膜の製造方法 | |
| Villegier et al. | RF-sputter-deposited magnesium oxide films as high-quality adjustable tunnel barriers | |
| US5225396A (en) | Method for forming an oxide superconducting film | |
| JP2602304B2 (ja) | 複合酸化物超電導薄膜の製造方法 | |
| JP2500302B2 (ja) | 超電導素子及び超電導回路 | |
| JP2529347B2 (ja) | 超電導薄膜の作製方法 | |
| JP2994190B2 (ja) | 高温超電導薄膜構造およびその作製方法 | |
| JPH06263588A (ja) | 酸化物超電導膜の製造方法 | |
| Jin et al. | Fabrication of HTS Josephson junctions on substrates prepared by focused ion beam system | |
| JP2005113220A (ja) | 多結晶薄膜及びその製造方法、酸化物超電導導体 | |
| JP2567446B2 (ja) | 超電導薄膜の作製方法 | |
| EP0485141B1 (en) | Composite superconductor | |
| JP3240686B2 (ja) | 高品質な酸化物超電導薄膜および超電導接合の作製方法 | |
| JP3570418B2 (ja) | 超伝導デバイス | |
| JP2525852B2 (ja) | 超電導薄膜の作製方法 | |
| JP2501615B2 (ja) | 超電導薄膜の作製方法 | |
| JPH01183496A (ja) | 単結晶酸化物超伝導薄膜の製造方法 | |
| JP2778119B2 (ja) | 複合酸化物超電導薄膜と、その成膜方法 |