JP3107322B2 - 超電導デバイスの製造方法 - Google Patents
超電導デバイスの製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、マイクロ波ミキサ、
超電導トランジスタ等に用いられるトンネル型接合構造
の超電導デバイスの製造方法に関する。
超電導トランジスタ等に用いられるトンネル型接合構造
の超電導デバイスの製造方法に関する。
【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
の高いビスマス系酸化物超電導物質やイットリウム系酸
化物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
の高いビスマス系酸化物超電導物質やイットリウム系酸
化物超電導物質が提案されている。
【０００３】ところで、上記酸化物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又はＳＩ
Ｎ（Ｓは超電導体、Ｉは絶縁層、Ｎは常伝導体）からな
るサンドイッチ構造となっているが、この場合、Ｓ層上
にＭｇＯ等の絶縁層を設けた後、超電導体又は常伝導体
を積層形成している。
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又はＳＩ
Ｎ（Ｓは超電導体、Ｉは絶縁層、Ｎは常伝導体）からな
るサンドイッチ構造となっているが、この場合、Ｓ層上
にＭｇＯ等の絶縁層を設けた後、超電導体又は常伝導体
を積層形成している。
【０００４】又、ＳＩＳからなるサンドイッチ構造にお
いて、薄く且つ均一なトンネルバリヤとして、非晶質マ
グネシウム酸化物を用いることが特公平２−５５９５５
号公報（国際特許分類 Ｈ０１Ｌ ３９／２２）に開示
されている。
いて、薄く且つ均一なトンネルバリヤとして、非晶質マ
グネシウム酸化物を用いることが特公平２−５５９５５
号公報（国際特許分類 Ｈ０１Ｌ ３９／２２）に開示
されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のトンネルバリヤ
として、非晶質マグネシウム酸化物を用いたＳＩＳから
なるサンドイッチ構造においては、超電導体としてＮ
ｂ，Ｎｂ3Ｇｅ，Ｐｂ等の金属系超電導材料を用いてい
る。この金属系超電導材料においては、スパッタリング
などで非晶質マグネシウム酸化物を形成する時に、相互
拡散などは発生しないため、界面にダメージがなく良好
な接合が得られる。
として、非晶質マグネシウム酸化物を用いたＳＩＳから
なるサンドイッチ構造においては、超電導体としてＮ
ｂ，Ｎｂ3Ｇｅ，Ｐｂ等の金属系超電導材料を用いてい
る。この金属系超電導材料においては、スパッタリング
などで非晶質マグネシウム酸化物を形成する時に、相互
拡散などは発生しないため、界面にダメージがなく良好
な接合が得られる。
【０００６】これに対してビスマス系酸化物超電導物質
やイットリウム系酸化物超電導物質において、この酸化
物超電導材料上にスパッタリングなどで非晶質マグネシ
ウム酸化物を形成すると、下部の酸化物超電導材料に非
晶質マグネシウム酸化物の材料が拡散し、界面にダメー
ジが発生する。特に、酸化物超電導物質においては、そ
の組成比によって、超電導体になったり、半導体になっ
たりとその特性が相違する。従って、非晶質マグネシウ
ム酸化物の材料が酸化物超電導材料に拡散するとその特
性が変化し、良好なトンネル接合が得られないという問
題があった。
やイットリウム系酸化物超電導物質において、この酸化
物超電導材料上にスパッタリングなどで非晶質マグネシ
ウム酸化物を形成すると、下部の酸化物超電導材料に非
晶質マグネシウム酸化物の材料が拡散し、界面にダメー
ジが発生する。特に、酸化物超電導物質においては、そ
の組成比によって、超電導体になったり、半導体になっ
たりとその特性が相違する。従って、非晶質マグネシウ
ム酸化物の材料が酸化物超電導材料に拡散するとその特
性が変化し、良好なトンネル接合が得られないという問
題があった。
【０００７】この発明者等は、酸化物超電導物質上に形
成する非晶質絶縁材料の形成温度等につき鋭意検討した
結果、所定温度以下で形成した非晶質絶縁材料であれば
酸化物超電導物質に拡散が発生しないことを見出した。
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良好なトンネル型接合が得られる超
電導デバイスの提供を目的としている。
成する非晶質絶縁材料の形成温度等につき鋭意検討した
結果、所定温度以下で形成した非晶質絶縁材料であれば
酸化物超電導物質に拡散が発生しないことを見出した。
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良好なトンネル型接合が得られる超
電導デバイスの提供を目的としている。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明に
かかる超電導デバイスの製造方法は、Ｂａ1-xＫxＢｉＯ
3（０．２＜Ｘ＜０．５）という組成からなる酸化物超
電導体上に、非晶質材料からなる絶縁層を３００℃以下
の温度で形成した後、その非晶質材料からなる絶縁層の
表面に熱処理を施して結晶系絶縁層を形成し、この結晶
系絶縁層上に超電導層を形成することを特徴とする。
かかる超電導デバイスの製造方法は、Ｂａ1-xＫxＢｉＯ
3（０．２＜Ｘ＜０．５）という組成からなる酸化物超
電導体上に、非晶質材料からなる絶縁層を３００℃以下
の温度で形成した後、その非晶質材料からなる絶縁層の
表面に熱処理を施して結晶系絶縁層を形成し、この結晶
系絶縁層上に超電導層を形成することを特徴とする。
【００１２】また、この発明の第２の発明にかかる超電
導デバイスの製造方法は、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏxか
らなる酸化物超電導体上に、非晶質材料からなる絶縁層
を２５０℃以下の温度で形成した後、その非晶質材料か
らなる絶縁層の表面に熱処理を施して結晶系絶縁層を形
成し、この結晶系絶縁層上に超電導層を形成することを
特徴とする。
導デバイスの製造方法は、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏxか
らなる酸化物超電導体上に、非晶質材料からなる絶縁層
を２５０℃以下の温度で形成した後、その非晶質材料か
らなる絶縁層の表面に熱処理を施して結晶系絶縁層を形
成し、この結晶系絶縁層上に超電導層を形成することを
特徴とする。
【００１３】更に、この発明の第３の発明にかかる超電
導デバイスの製造方法は、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏxからなる酸
化物超電導体上に、非晶質材料からなる絶縁層を１５０
℃以下の温度で形成した後、その非晶質材料からなる絶
縁層の表面に熱処理を施して結晶系絶縁層を形成し、こ
の結晶系絶縁層上に超電導層を形成することを特徴とす
る。
導デバイスの製造方法は、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏxからなる酸
化物超電導体上に、非晶質材料からなる絶縁層を１５０
℃以下の温度で形成した後、その非晶質材料からなる絶
縁層の表面に熱処理を施して結晶系絶縁層を形成し、こ
の結晶系絶縁層上に超電導層を形成することを特徴とす
る。
【００１４】また、上記非晶質材料は、ＭｇＯ，ＳｒＴ
ｉＯ3，ＺｒＯx，ＹＳＺ，ＬａＧａＯ3，ＬａＡｌＯ3，
ＮｄＧａＯ3から選択される。
ｉＯ3，ＺｒＯx，ＹＳＺ，ＬａＧａＯ3，ＬａＡｌＯ3，
ＮｄＧａＯ3から選択される。
【００１５】
【作用】この発明によれば、上記酸化物超電導体の表面
に夫々所定温度以下で非晶質絶縁材料形成することで、
酸化物超電導体への拡散が抑制され、良好な接合界面が
得られる。しかも非晶質絶縁材料は酸化物超電導体上に
緻密に形成され、超電導体表面に凹凸が存在してもピン
ホール発生するおそれもない。従って、リークのない非
常に良好なトンネル接合が形成できる。
に夫々所定温度以下で非晶質絶縁材料形成することで、
酸化物超電導体への拡散が抑制され、良好な接合界面が
得られる。しかも非晶質絶縁材料は酸化物超電導体上に
緻密に形成され、超電導体表面に凹凸が存在してもピン
ホール発生するおそれもない。従って、リークのない非
常に良好なトンネル接合が形成できる。
【００１６】また、非晶質絶縁材料の表面を結晶化させ
その上に、超電導体との格子定数のミスマッチ等による
格子のみだれを抑制でき、極薄膜での絶縁性が高く、均
質な超電導体が得られる。
その上に、超電導体との格子定数のミスマッチ等による
格子のみだれを抑制でき、極薄膜での絶縁性が高く、均
質な超電導体が得られる。
【００１７】
【実施例】この発明の一実施例を、図面に基づいて、以
下に説明する。
下に説明する。
【００１８】図１は、この発明にかかる超電導デバイス
の第１の実施例を示す断面図であり、ＳＩＮ（Ｓは超電
導体、Ｉは絶縁層、Ｎは常伝導体）から成るサンドイッ
チ構造が形成された構造となっている。上記Ｓ層１及び
Ｎ層３は、厚み約１０００Åであって、Ｓ層１はＢａ
0.6Ｋ0.4ＢｉＯ3、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2ＯxまたはＹ1
Ｂａ2Ｃｕ3ＯxからＮ層５はＡｕ等から構成される。一
方、上記Ｉ層２は厚み約４０Åであって、ＭｇＯ，Ｓｒ
ＴｉＯ3，ＺｒＯx，ＹＳＺ，ＬａＧａＯ3，ＬａＡｌ
Ｏ3，ＮｄＧａＯ3から選択される非晶質材料よりなる。
この非晶質材料からなるＩ層２はスパッタリング法など
により形成されるが、この絶縁層の成膜時の温度は下地
となる超電導材料に応じて設定される。即ち、各超電導
材料の安定性が確保できる温度で拡散が発生しない温度
である。Ｂａ0.6Ｋ0.4ＢｉＯ3の場合は３００℃以下、
Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏxの場合は２５０℃以下、Ｙ1Ｂ
ａ2Ｃｕ3Ｏxの場合は１５０℃以下である。
の第１の実施例を示す断面図であり、ＳＩＮ（Ｓは超電
導体、Ｉは絶縁層、Ｎは常伝導体）から成るサンドイッ
チ構造が形成された構造となっている。上記Ｓ層１及び
Ｎ層３は、厚み約１０００Åであって、Ｓ層１はＢａ
0.6Ｋ0.4ＢｉＯ3、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2ＯxまたはＹ1
Ｂａ2Ｃｕ3ＯxからＮ層５はＡｕ等から構成される。一
方、上記Ｉ層２は厚み約４０Åであって、ＭｇＯ，Ｓｒ
ＴｉＯ3，ＺｒＯx，ＹＳＺ，ＬａＧａＯ3，ＬａＡｌ
Ｏ3，ＮｄＧａＯ3から選択される非晶質材料よりなる。
この非晶質材料からなるＩ層２はスパッタリング法など
により形成されるが、この絶縁層の成膜時の温度は下地
となる超電導材料に応じて設定される。即ち、各超電導
材料の安定性が確保できる温度で拡散が発生しない温度
である。Ｂａ0.6Ｋ0.4ＢｉＯ3の場合は３００℃以下、
Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏxの場合は２５０℃以下、Ｙ1Ｂ
ａ2Ｃｕ3Ｏxの場合は１５０℃以下である。
【００１９】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、Ｓ層１としてＢａ0.6Ｋ
0.4ＢｉＯ3を用いる場合につき説明する。
のようにして作製した。先ず、Ｓ層１としてＢａ0.6Ｋ
0.4ＢｉＯ3を用いる場合につき説明する。
【００２０】Ｂａ0.6Ｋ0.4ＢｉＯ3単結晶からなる超電
導体基板を用意する。このＢａ0.6Ｋ 0.4ＢｉＯ3組成の
超電導体は、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏx、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3
Ｏx系とは異なり、その表面にＢａＯ，ＢａＢｉＯ3，Ｋ
Ｏ2と考えられる絶縁層となる酸化膜バリア（native ba
rrier）が形成されている。この酸化膜バリアを絶縁層
としてこの上に超電導体を設けてトンネル接合を作るこ
ともできるが、このトンネル接合は強い非線形を示す有
効なコンダクタンスを得ることができるが、図３に示す
ように、かなり非線形の弱いものができる場合が有り、
このままでは再現性に乏しいという欠点が有る。そこ
で、この酸化膜バリアの上に非晶質材料からなるＩ層２
を形成する。
導体基板を用意する。このＢａ0.6Ｋ 0.4ＢｉＯ3組成の
超電導体は、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏx、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3
Ｏx系とは異なり、その表面にＢａＯ，ＢａＢｉＯ3，Ｋ
Ｏ2と考えられる絶縁層となる酸化膜バリア（native ba
rrier）が形成されている。この酸化膜バリアを絶縁層
としてこの上に超電導体を設けてトンネル接合を作るこ
ともできるが、このトンネル接合は強い非線形を示す有
効なコンダクタンスを得ることができるが、図３に示す
ように、かなり非線形の弱いものができる場合が有り、
このままでは再現性に乏しいという欠点が有る。そこ
で、この酸化膜バリアの上に非晶質材料からなるＩ層２
を形成する。
【００２１】Ｂａ0.6Ｋ0.4ＢｉＯ3組成の単結晶基板１
をスパッタリングターゲットとしてＭｇＯ焼結体又はパ
ウダーを固めたものをスパッタリング装置内に配置した
後、スパッタリング装置内に、Ａｒガスを導入し、装置
内ガス圧は１〜１０Ｐａとなる様に設定した。
をスパッタリングターゲットとしてＭｇＯ焼結体又はパ
ウダーを固めたものをスパッタリング装置内に配置した
後、スパッタリング装置内に、Ａｒガスを導入し、装置
内ガス圧は１〜１０Ｐａとなる様に設定した。
【００２２】この後、基板を３００℃以下、この実施例
では室温に保ち、５０〜１００ＷのＲＦ出力を印加する
ことによって、アモルファスＭｇＯを成膜する。成膜速
度は２〜４０Å／minで、約２０〜４０Åのアモルファ
スＭｇＯからなるＩ層２を積層する。尚、この成膜温度
は、３００℃以下で有れば良いが、酸化膜バリア拡散の
発生を考慮すると、１００℃以下室温までが望ましい。
では室温に保ち、５０〜１００ＷのＲＦ出力を印加する
ことによって、アモルファスＭｇＯを成膜する。成膜速
度は２〜４０Å／minで、約２０〜４０Åのアモルファ
スＭｇＯからなるＩ層２を積層する。尚、この成膜温度
は、３００℃以下で有れば良いが、酸化膜バリア拡散の
発生を考慮すると、１００℃以下室温までが望ましい。
【００２３】Ｉ層２上にＥＢ蒸着法または蒸着により膜
厚２０００ÅのＡｕ等のＮ層５に設ける。
厚２０００ÅのＡｕ等のＮ層５に設ける。
【００２４】図４にこの実施例におけるトンネル接合の
コンダクタンスを示す。この図４に示すように、酸化膜
バリアの上にアモルファスＭｇＯを積層することで、Ｂ
ＫＢＯのエネルギーギャップに相当する２〜３meVで強
い非線形を示すデバイスを再現良く得ることができる。
コンダクタンスを示す。この図４に示すように、酸化膜
バリアの上にアモルファスＭｇＯを積層することで、Ｂ
ＫＢＯのエネルギーギャップに相当する２〜３meVで強
い非線形を示すデバイスを再現良く得ることができる。
【００２５】次にＳ層１としてＢａ0.6Ｋ0.4ＢｉＯ3の
薄膜を用いる場合につき説明する。基板（図示しない）
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。
薄膜を用いる場合につき説明する。基板（図示しない）
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を３００℃
〜５００℃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を３００℃
〜５００℃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１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し３５０℃以
上の温度で１時間程度保持する。その後、温度を低下
し、基板をＯ2ガス雰囲気で冷却する。そのＳ層１表面
にＢａＯ，ＢａＢｉＯ3，ＫＯ2と考えられる絶縁層とな
る酸化膜バリア（native barrier）が形成される。
行った後、基板を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１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し３５０℃以
上の温度で１時間程度保持する。その後、温度を低下
し、基板をＯ2ガス雰囲気で冷却する。そのＳ層１表面
にＢａＯ，ＢａＢｉＯ3，ＫＯ2と考えられる絶縁層とな
る酸化膜バリア（native barrier）が形成される。
【００２９】続いて、スパッタリングターゲットとして
ＭｇＯ焼結体又はパウダーを固めたものをスパッタリン
グ装置内に配置した後、スパッタリング装置内に、Ａｒ
ガスを導入し、装置内ガス圧は１〜１０Ｐａとなる様に
設定した。
ＭｇＯ焼結体又はパウダーを固めたものをスパッタリン
グ装置内に配置した後、スパッタリング装置内に、Ａｒ
ガスを導入し、装置内ガス圧は１〜１０Ｐａとなる様に
設定した。
【００３０】この後、基板を３００℃以下、この実施例
では室温に保ち、５０〜１００ＷのＲＦ出力を印加する
ことによって、アモルファスＭｇＯを成膜する。成膜速
度は２〜４０Å／minで、約２０〜４０Åのアモルファ
スＭｇＯからなるＩ層２を積層する。
では室温に保ち、５０〜１００ＷのＲＦ出力を印加する
ことによって、アモルファスＭｇＯを成膜する。成膜速
度は２〜４０Å／minで、約２０〜４０Åのアモルファ
スＭｇＯからなるＩ層２を積層する。
【００３１】Ｉ層２上にＥＢ蒸着法または蒸着により膜
厚２０００ÅのＡｕ等のＮ層５に設ける。
厚２０００ÅのＡｕ等のＮ層５に設ける。
【００３２】次にＳ層１としてＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏxを用い
る場合につき説明する。
る場合につき説明する。
【００３３】Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏx単結晶からなる超電導体
基板を用意する。そして、スパッタリングターゲットと
してＭｇＯ焼結体又はパウダーを固めたものをスパッタ
リング装置内に配置した後、スパッタリング装置内に、
Ａｒガスを導入し、装置内ガス圧は１〜１０Ｐａとなる
様に設定した。
基板を用意する。そして、スパッタリングターゲットと
してＭｇＯ焼結体又はパウダーを固めたものをスパッタ
リング装置内に配置した後、スパッタリング装置内に、
Ａｒガスを導入し、装置内ガス圧は１〜１０Ｐａとなる
様に設定した。
【００３４】この後、基板を１５０℃以下、この実施例
では室温に保ち、５０〜１００ＷのＲＦ出力を印加する
ことによって、アモルファスＭｇＯを成膜する。成膜速
度は２〜４０Å／minで、約２０〜４０Åのアモルファ
スＭｇＯからなるＩ層２を積層する。成膜時の温度を１
５０℃以上に上げるとＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏx表面層から酸素
が抜け超電導性が劣化する。
では室温に保ち、５０〜１００ＷのＲＦ出力を印加する
ことによって、アモルファスＭｇＯを成膜する。成膜速
度は２〜４０Å／minで、約２０〜４０Åのアモルファ
スＭｇＯからなるＩ層２を積層する。成膜時の温度を１
５０℃以上に上げるとＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏx表面層から酸素
が抜け超電導性が劣化する。
【００３５】Ｉ層２上にＥＢ蒸着法または蒸着により膜
厚２０００ÅのＡｕ等のＮ層５に設ける。
厚２０００ÅのＡｕ等のＮ層５に設ける。
【００３６】次にＳ層１としてＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏ
xを用いる場合につき説明する。
xを用いる場合につき説明する。
【００３７】単結晶Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏx基板１を
用意し、ソースとしてＭｇＯ溶融体を真空チャンバー内
に入れ、真空チャンバー内で背圧１×１０-9Ｔｏｒｒと
なる様に設定した。
用意し、ソースとしてＭｇＯ溶融体を真空チャンバー内
に入れ、真空チャンバー内で背圧１×１０-9Ｔｏｒｒと
なる様に設定した。
【００３８】この後、で基板を２５０℃以下、この実施
例では室温に保ち、ＥＢガンによりアモルファスＭｇＯ
を成膜する。成膜速度は２×１０Å／minで、約２０〜
４０ÅのアモルファスＭｇＯからなるＩ層２を積層す
る。
例では室温に保ち、ＥＢガンによりアモルファスＭｇＯ
を成膜する。成膜速度は２×１０Å／minで、約２０〜
４０ÅのアモルファスＭｇＯからなるＩ層２を積層す
る。
【００３９】Ｉ層２上にＥＢ蒸着法または蒸着により膜
厚２０００ÅのＡｕ等のＮ層５に設ける。
厚２０００ÅのＡｕ等のＮ層５に設ける。
【００４０】図５に示すＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏx基板
１０にＭｇＯ１１とＮｂ１２の構造において、この発明
によるアモルファスＭｇＯと結晶系ＭｇＯを夫々形成
し、図中矢印方向からエッチングしながら深さ方向の原
子成分を観察した結果を図６及び図７に示す。図６はこ
の発明によるもの、図７は従来例による積層構造のオー
ジェ電子分光図である。
１０にＭｇＯ１１とＮｂ１２の構造において、この発明
によるアモルファスＭｇＯと結晶系ＭｇＯを夫々形成
し、図中矢印方向からエッチングしながら深さ方向の原
子成分を観察した結果を図６及び図７に示す。図６はこ
の発明によるもの、図７は従来例による積層構造のオー
ジェ電子分光図である。
【００４１】図６及び図７から明らかのように、この発
明によれば、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏxの拡散が抑制さ
れていることが分かる。
明によれば、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏxの拡散が抑制さ
れていることが分かる。
【００４２】図８にこの発明によるもの、図９に従来例
による転移温度（Ｔｃ）を測定した結果を夫々示す。
による転移温度（Ｔｃ）を測定した結果を夫々示す。
【００４３】図８及び図９から明らかのように、転移温
度（Ｔｃ）の違いにより、この発明によるものは超電導
体にダメージが受けていないことが分かる。
度（Ｔｃ）の違いにより、この発明によるものは超電導
体にダメージが受けていないことが分かる。
【００４４】図２は、この発明にかかる超電導デバイス
の第２の実施例を示す断面図であり、ＳＩＳ（Ｓは超電
導体、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１及びＮ層
３は、厚み約１０００Åであって、Ｓ層１はＢａ0.6Ｋ
0.4ＢｉＯ3、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2ＯxまたはＹ1Ｂａ2
Ｃｕ3ＯxからＮ層５はＡｕ等から構成される。Ｓ層３は
Ｂａ0.6Ｋ0.4ＢｉＯ3又はＢａ0.6Ｒｂ0.4ＢｉＯ3からＮ
層５はＡｕ等から構成される。
の第２の実施例を示す断面図であり、ＳＩＳ（Ｓは超電
導体、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１及びＮ層
３は、厚み約１０００Åであって、Ｓ層１はＢａ0.6Ｋ
0.4ＢｉＯ3、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2ＯxまたはＹ1Ｂａ2
Ｃｕ3ＯxからＮ層５はＡｕ等から構成される。Ｓ層３は
Ｂａ0.6Ｋ0.4ＢｉＯ3又はＢａ0.6Ｒｂ0.4ＢｉＯ3からＮ
層５はＡｕ等から構成される。
【００４５】一方、上記Ｉ層２は厚み約４０Åであっ
て、ＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ3，ＺｒＯx，ＹＳＺ，ＬａＧａ
Ｏ3，ＬａＡｌＯ3，ＮｄＧａＯ3から選択される非晶質
材料よりなる。この非晶質材料からなるＩ層２とこのＩ
層２を３００〜４００℃で熱処理（レーザアニール等）
をおこなって結晶化させたＩ層２１とからなる。Ｉ層２
はスパッタリング法などにより形成されるが、この絶縁
層の成膜時の温度は下地となる超電導材料に応じて設定
される。即ち、各超電導材料の安定性が確保できる温度
で拡散が発生しない温度である。Ｂａ0.6Ｋ0.4ＢｉＯ3
の場合は３００℃以下、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏxの場
合は２５０℃以下、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏxの場合は１５０℃
以下である。また、一旦超電導材料上に非晶質材料から
なるＩ層２を形成すると、その後、温度を上昇させても
相互拡散は発生しない。従って、熱処理（レーザアニー
ル等）をおこなって非晶質層を結晶化させても超電導材
料と非晶質材料との間で拡散することはない。
て、ＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ3，ＺｒＯx，ＹＳＺ，ＬａＧａ
Ｏ3，ＬａＡｌＯ3，ＮｄＧａＯ3から選択される非晶質
材料よりなる。この非晶質材料からなるＩ層２とこのＩ
層２を３００〜４００℃で熱処理（レーザアニール等）
をおこなって結晶化させたＩ層２１とからなる。Ｉ層２
はスパッタリング法などにより形成されるが、この絶縁
層の成膜時の温度は下地となる超電導材料に応じて設定
される。即ち、各超電導材料の安定性が確保できる温度
で拡散が発生しない温度である。Ｂａ0.6Ｋ0.4ＢｉＯ3
の場合は３００℃以下、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏxの場
合は２５０℃以下、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏxの場合は１５０℃
以下である。また、一旦超電導材料上に非晶質材料から
なるＩ層２を形成すると、その後、温度を上昇させても
相互拡散は発生しない。従って、熱処理（レーザアニー
ル等）をおこなって非晶質層を結晶化させても超電導材
料と非晶質材料との間で拡散することはない。
【００４６】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。
して作製した。
【００４７】Ｓ層３を形成し、その形成時に、過剰カリ
ウム（Ｋ）はＳ層１表面上に非晶質材料からなるＩ層２
の形成方法は前述した第１の実施例と同じなので、ここ
では説明を省略し、Ｉ層２の表面上に結晶化絶縁層２１
を形成する方法を説明する。
ウム（Ｋ）はＳ層１表面上に非晶質材料からなるＩ層２
の形成方法は前述した第１の実施例と同じなので、ここ
では説明を省略し、Ｉ層２の表面上に結晶化絶縁層２１
を形成する方法を説明する。
【００４８】上記各超電導材料に適した温度で成膜した
非晶質Ｉ層２の表面に３００〜４００℃の温度でレーザ
アニールを施し、表面上に多結晶絶縁層２１を形成す
る。
非晶質Ｉ層２の表面に３００〜４００℃の温度でレーザ
アニールを施し、表面上に多結晶絶縁層２１を形成す
る。
【００４９】この多結晶絶縁層２１上にスパッタリング
によりＮｂ等の超電導体層３を形成する。この時、絶縁
層は結晶系であるので、格子のミスマッチ等による格子
のみだれがなく、極薄膜の超電導体層３が形成される。
によりＮｂ等の超電導体層３を形成する。この時、絶縁
層は結晶系であるので、格子のミスマッチ等による格子
のみだれがなく、極薄膜の超電導体層３が形成される。
【００５０】尚、上記の実施例においては非晶質材料と
してＭｇＯを用いた場合について説明したが、ＭｇＯ以
外にＳｒＴｉＯ3，ＺｒＯx，ＹＳＺ，ＬａＧａＯ3，Ｌ
ａＡｌＯ3，ＮｄＧａＯ3を用いても同様の効果が得られ
る。
してＭｇＯを用いた場合について説明したが、ＭｇＯ以
外にＳｒＴｉＯ3，ＺｒＯx，ＹＳＺ，ＬａＧａＯ3，Ｌ
ａＡｌＯ3，ＮｄＧａＯ3を用いても同様の効果が得られ
る。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、酸化物超電導体の表面に夫々所定温度以下で非晶質
絶縁材料形成することで、酸化物超電導体への拡散が抑
制され、良好な接合界面が得られる。しかも非晶質絶縁
材料は酸化物超電導体上に緻密に形成され、超電導体表
面に凹凸が存在してもピンホール発生するおそれもな
い。従って、リークのない非常に良好なトンネル接合が
形成できる。
ば、酸化物超電導体の表面に夫々所定温度以下で非晶質
絶縁材料形成することで、酸化物超電導体への拡散が抑
制され、良好な接合界面が得られる。しかも非晶質絶縁
材料は酸化物超電導体上に緻密に形成され、超電導体表
面に凹凸が存在してもピンホール発生するおそれもな
い。従って、リークのない非常に良好なトンネル接合が
形成できる。
【００５２】また、非晶質絶縁材料の表面を結晶化させ
その上に、超電導体との格子定数のミスマッチ等による
格子のみだれを抑制でき、極薄膜での絶縁性が高く、均
質な超電導体が得られる。
その上に、超電導体との格子定数のミスマッチ等による
格子のみだれを抑制でき、極薄膜での絶縁性が高く、均
質な超電導体が得られる。
【図１】この発明の第１の実施例を示す断面図である。
【図２】この発明の第２の実施例を示す断面図である。
【図３】ＢＫＢＯの酸化膜バリアのみ用いたトンネル型
接合におけるトンネルコンダクタンスを示すグラフであ
る。
接合におけるトンネルコンダクタンスを示すグラフであ
る。
【図４】この発明によるトンネル型接合におけるトンネ
ルコンダクタンスを示すグラフである。
ルコンダクタンスを示すグラフである。
【図５】この発明と従来例との効果を測定するために形
成したデバイスを示す断面図である。
成したデバイスを示す断面図である。
【図６】この発明によるオージェ電子分光図である。
【図７】従来例による積層構造のオージェ電子分光図で
ある。
ある。
【図８】この発明による転移温度（Ｔｃ）を測定した結
果を示すグラフである。
果を示すグラフである。
【図９】従来例による転移温度（Ｔｃ）を測定した結果
を示すグラフである。
を示すグラフである。
１ Ｓ層 ２ Ｉ層（非晶質材料） ３ Ｎ層 ４ Ｓ層 ２１ Ｉ層（結晶系材料）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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２−162779（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−23675（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−186681（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−38075（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−68181（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−283086（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−55652（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/22 H01L 39/24
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｂａ1-xＫxＢｉＯ3（０．２＜Ｘ＜０．
５）という組成からなる酸化物超電導体上に、非晶質材
料からなる絶縁層を３００℃以下の温度で形成した後、
その非晶質材料からなる絶縁層の表面に熱処理を施して
結晶系絶縁層を形成し、この結晶系絶縁層上に超電導層
を形成することを特徴とする超電導デバイスの製造方
法。 - 【請求項２】 Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏxからなる酸化
物超電導体上に、非晶質材料からなる絶縁層を２５０℃
以下の温度で形成した後、その非晶質材料からなる絶縁
層の表面に熱処理を施して結晶系絶縁層を形成し、この
結晶系絶縁層上に超電導層を形成することを特徴とする
超電導デバイスの製造方法。 - 【請求項３】 Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏxからなる酸化物超電導
体上に、非晶質材料からなる絶縁層を１５０℃以下の温
度で形成した後、その非晶質材料からなる絶縁層の表面
に熱処理を施して結晶系絶縁層を形成し、この結晶系絶
縁層上に超電導層を形成することを特徴とする超電導デ
バイスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03342032A JP3107322B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 超電導デバイスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03342032A JP3107322B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 超電導デバイスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05152627A JPH05152627A (ja) | 1993-06-18 |
| JP3107322B2 true JP3107322B2 (ja) | 2000-11-06 |
Family
ID=18350649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03342032A Expired - Fee Related JP3107322B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 超電導デバイスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3107322B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4741805B2 (ja) * | 2004-03-04 | 2011-08-10 | シャープ株式会社 | 超電導素子 |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP03342032A patent/JP3107322B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05152627A (ja) | 1993-06-18 |
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