JP3270317B2 - 超電導デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超電導デバイスに関
する。特に本発明は、超電導体で形成される動作領域と
半導体又は金属体で形成される動作領域とを備えた超電
導デバイスに関する。

【０００２】さらに、本発明は３端子構造を有する超電
導デバイスに関する。特に本発明は、超電導体−半導体
接合構造を有し、前記超電導体には少なくとも２つの動
作領域が形成され、この２つの動作領域間には結晶粒界
接合（不整合領域、人工粒界接合領域）が形成される、
超電導デバイスに関する。

【０００３】

【従来の技術】３端子構造を有する超電導デバイス（単
一素子及び集積回路素子を含む。）として半導体バイポ
ーラトランジスタのベース領域に超電導体を用いた超電
導トランジスタが知られている。半導体バイポーラトラ
ンジスタにおいてはベース領域の抵抗が動作速度、消費
電力及び発熱を決定する重要な要因であり、ベース領域
の抵抗が減少できると動作速度が高速化でき、消費電力
が減少でき、さらに発熱が減少できる。そこで、超電導
トランジスタにおいてベース領域に超電導体が使用さ
れ、前述の技術的課題が解決されている。

【０００４】超電導トランジスタの代表的なエミッタ−
ベース構造にはＮＩＳ（Ｎormal metal Ｉnsulator Ｓ
uperconductor ）型積層構造があり、このＮＩＳ型積層
構造についての研究開発が盛んに行われている。ＮＩＳ
型積層構造においては、金属体、絶縁体、超電導体が順
次積層され、各々エミッタ領域、トンネルバリア領域、
ベース領域が形成される。このＮＩＳ型積層構造が適用
される超電導トランジスタにおいてコレクタ領域は半導
体で形成され、この半導体は超電導トランジスタを搭載
する基板としても使用される。

【０００５】前記ベース領域を形成する超電導体にはＢ
ａＫＢｉＯ系超電導体が使用できる。ＢａＫＢｉＯ系超
電導体は比較的低温度において成膜できるので、コレク
タ領域である半導体（半導体基板）の表面上にＢａＫＢ
ｉＯ系超電導体を成膜する場合には半導体の熱的損傷が
防止できる。つまり、ＢａＫＢｉＯ系超電導体は半導体
との積層構造が実現できる超電導体として使用される。

【０００６】前記コレクタ領域を形成する半導体には例
えばＮｂが導入されたＳｒＴｉＯ₃結晶基板（単結晶基
板）が使用できる。ＳｒＴｉＯ₃ 結晶基板はＢａＫＢｉ
Ｏ系超電導体の結晶構造と同様なペロブスカイト結晶構
造を有する。また、ＳｒＴｉＯ₃ 結晶基板の結晶格子間
隔（ａ軸長）がＢａＫＢｉＯ系超電導体の結晶格子間隔
（ａ軸長）に対して近似する。従って、ＳｒＴｉＯ₃ 結
晶基板の表面上にはＢａＫＢｉＯ系超電導体の薄膜が成
膜できる。

【０００７】前述のＮＩＳ型構造が適用された超電導ト
ランジスタにおいてはベース領域（ＢａＫＢｉＯ系超電
導体）とコレクタ領域（ＳｒＴｉＯ₃ 結晶基板）との間
の界面からコレクタ領域側にショットキーバリア領域が
形成される。エミッタ領域から注入された注入キャリア
に基づき、前記ショットキーバリア領域においては注入
キャリアが透過し、ベース領域からコレクタ領域に注入
キャリアが注入される。このベース領域からコレクタ領
域に注入される注入キャリアに基づき、コレクタ電流が
流れる。ベース領域からコレクタ領域に到達する注入キ
ャリアの到達率の向上には、ショットキーバリア領域の
障壁高さを低く設定し、またショットキーバリア領域の
障壁長さを短く設定することが有効な技術である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記超
電導トランジスタにおいて、注入キャリアの到達率の向
上を目的としてショットキーバリア領域の障壁高さを低
く設定した場合にはこの障壁高さに応じて障壁長さが短
くなり、ショットキーバリア領域を透過しベース領域か
らコレクタ領域にリークするキャリアが増大する。すな
わち、超電導トランジスタにおいては、ベース領域−コ
レクタ領域間電流にリーク電流が加算されるので、電流
電圧特性が劣化する。

【０００９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものである。従って、本発明の目的は下記の通りであ
る。

【００１０】（１）本発明の目的は、注入キャリアの注
入効率が向上でき、かつリークキャリアが減少でき、電
流電圧特性に優れた超電導デバイスの提供にある。

【００１１】（２）本発明の目的は、上記超電導デバイ
スが簡易に実現できる製造方法の提供にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、表面上に超電導薄膜が成膜できる結晶構
造を有し、特定の元素が減少すると絶縁体から半導体に
改質できる結晶体の表面層をプラズマ化された粒子、イ
オン等により叩き、前記結晶体の表面層の特定の元素を
叩き出して前記結晶体の表面層を半導体に改質し、この
改質された半導体で第１動作領域を形成する工程と、前
記第１動作領域と接合分離され、かつ超電導体で形成さ
れる第２動作領域を前記第１動作領域の表面上に形成す
る工程と、を備え、前記結晶体は、ＳｒＴｉＯ₃で形成
され、前記第１動作領域は、結晶体の表面層の組成元素
である酸素濃度をプラズマ化された粒子、イオン等によ
り減少して形成され、前記第２動作領域及び第３動作領
域を形成する超電導体は、ＢａＫＢｉＯ系超電導体又は
ＢａＲｂＢｉＯ系超電導体で形成され、前記プラズマ化
された粒子、イオン等による酸素濃度の減少には、Ａｒ
ガス、Ｎ₂ガスのいずれかの不活性ガスをプラズマ化し
たものが使用され、結晶体としてのＳｒＴｉＯ₃は５×
１０¹³atoms／cm²−５×１０¹⁴atoms／cm²の範囲内で酸
素濃度が減少されることを特徴とする。これにより、理
想的な障壁形状を有するショットキーバリア領域が実現
できるとともに結晶体の表面層のエッチング作用が支配
的にならず、表面層の荒れが防止できる（超電導体が成
膜できる）。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２９】図１は本発明の実施形態を説明する超電導
デバイスの基本断面構造図である。本実施形態に係る超
電導デバイスには３端子構造を有する超電導トランジス
タが使用される。超電導トランジスタはエミッタ領域
Ｅ、ベース領域Ｂ及びコレクタ領域Ｃの３つの動作領域
を備え、基本的構造はＳｉ半導体バイポーラトランジス
タに類似する。

【００３０】前記超電導トランジスタのエミッタ領域
Ｅ、ベース領域Ｂは各々超電導体２で形成される。さら
に、エミッタ領域Ｅとベース領域Ｂとは同一層の超電導
体２で形成される。同一層の超電導体２はエミッタ領域
Ｅとして使用される超電導体２、ベース領域Ｂとして使
用される超電導体２がいずれも製造プロセスにおいて同
一製造工程で成膜される。

【００３１】前記超電導体２には、比較的低温度におい
てエピタキシャル薄膜が成膜でき、熱処理の影響が少な
くともコレクタ領域Ｃに及ばない材料が選択される。具
体的には４００℃前後の低温度において結晶化熱処理が
実現でき、酸化物超電導体に属するＢａＭＢｉＯ系超電
導体が使用される。このＢａＭＢｉＯ系超電導体にはＢ
ａＫＢｉＯ系超電導体及びＢａＲｂＢｉＯ系超電導体が
含まれる。

【００３２】前記超電導体２において、エミッタ領域Ｅ
とベース領域Ｂとの間には結晶粒界接合３が形成され
る。結晶粒界接合３はエミッタ領域Ｅである超電導体２
とベース領域Ｂでありかつ同一層である超電導体２との
間を接合分離し、２つの動作領域が構成される。結晶粒
界接合３はトンネルバリア領域と等価である。さらに、
結晶粒界接合３はコヒーレンス長に対応した数ｎｍ程度
の極めて小さい粒界幅寸法（トンネル絶縁膜として見る
と薄い膜厚）で形成され、欠陥がなくかつ均一な粒界幅
寸法で形成される。従って、超電導トランジスタにおい
ては、エミッタ領域Ｅ、結晶粒界接合３及びベース領域
Ｂでエミッタ−ベース間接合構造が形成され、ＳＩＳ型
構造が実現できる。

【００３３】前記コレクタ領域Ｃには基本的機能として
前述の超電導体２が成膜でき、かつ導電性領域として使
用できる材料が選択される。超電導体２にはペロブスカ
イト結晶構造（一般的な化学構造式：ＡＢＯ₃ ）を有す
るＢａＭＢｉＯ系超電導体が使用される。従って、コレ
クタ領域ＣにはＢａＭＢｉＯ系超電導体と同一結晶構造
か類似した結晶構造、又はＢａＭＢｉＯ系超電導体と同
一結晶格子間隔か近似した結晶格子間隔を有する材料が
使用される。本実施形態において、コレクタ領域Ｃには
ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１が使用される。このＳｒＴｉ
Ｏ₃ 結晶体基板１にはＮｂ又はＬａの導入で半導体化が
なされ、ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１は導電性領域として
形成される。

【００３４】図２（Ａ）は本実施形態に係るＳＩＳ型構
造のエミッタ−ベース接合の極低温（５Ｋ及び１０Ｋ）
における電流電圧特性図である。図２（Ａ）中、横軸は
超電導トランジスタのエミッタ領域−ベース領域間電圧
（Ｖ_EB）を示し、縦軸はエミッタ領域−ベース領域間電
流（Ｉ_EB）を示す。図２（Ｂ）はＮＩＳ型構造のエミッ
タ−ベース接合の極低温における電流電圧特性図であ
る。図２（Ｂ）中、横軸は超電導トランジスタのエミッ
タ領域−ベース領域間電圧（Ｖ_EB）を示し、縦軸はエミ
ッタ領域−ベース領域間電流（Ｉ_EB）を示す。

【００３５】ＮＩＳ型構造のエミッタ−ベース接合で
は、２段式の冷凍機で実現される最低到達温度１０Ｋ付
近において、図２（Ｂ）に破線で示すＯＦＦ抵抗の低下
が起こるため、スイッチング特性の劣化と無駄な電流が
流れることによる電力消費が発生する。また、電流電圧
特性が温度変化に対して敏感に反応し、電流電圧特性が
変化するので、冷凍機コールドヘッド上の温度むらや温
度変動に対して特性が一定にならない欠点がある。

【００３６】これに対して、ＳＩＳ型構造のエミッタ−
ベース接合の電流電圧特性は、図２（Ａ）中に示すよう
に、１０Ｋ付近と５Ｋ付近の温度では電流電圧特性がほ
とんど変化しない（ＯＦＦ抵抗が変化しない）。この結
果、冷凍機実装時のスイッチング特性の向上が実現でき
るとともに低消費電力化が実現できる。さらに、温度む
らや温度変化に対する影響が小さくなる。

【００３７】実施例１ 次に、本発明の実施例１について説明する。本発明の実
施例１は最も基本的なＳＩＳ型構造を有する超電導トラ
ンジスタの構造について説明する。

【００３８】図３は本発明の実施例１に係る超電導トラ
ンジスタの断面図である。図３に示すように、３端子構
造を有する超電導トランジスタにはバイクリスタル結晶
基板（バイクリスタル結晶体）１０が利用される。本実
施例においてはＳＩＳ型構造を有する超電導トランジス
タを実現するために超電導体２にはＢａＫＢｉＯ系超電
導体が使用されるので、バイクリスタル結晶基板１０に
は例えばＳｒＴｉＯ₃結晶体基板が使用される。バイク
リスタル結晶基板１０は結晶方位が異なる２枚のＳｒＴ
ｉＯ₃ 結晶体基板１及びＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２を
張り合わせて構成される。張合わせには熱処理が使用さ
れ、ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１、１２間が強固に結合さ
れるとともに張合せられ結合された部分には異なる結晶
方位に基づく結晶粒界３Ｇが形成される。

【００３９】前記バイクリスタル結晶基板１０のうち図
中右側のＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１にはＮｂ（又はＬ
ａ）が導入され、このＮｂが導入されたＳｒＴｉＯ₃ 結
晶体基板１は半導体化（導電性領域として使用）され
る。つまり、このＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１は超電導ト
ランジスタのコレクタ領域Ｃ（又はエミッタ領域Ｅ）と
して使用される。Ｎｂは例えば１０¹⁸−１０²⁰atoms/cm
³ 程度の濃度において導入される。Ｎｂは例えばイオン
注入法又は拡散法により導入される。また、Ｌａは例え
ば１０¹⁸−１０²¹atoms/cm³ 程度の濃度において導入さ
れる。

【００４０】前記バイクリスタル結晶基板１０のうち図
中左側のＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２にはＮｂが導入さ
れず、このＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２は絶縁体領域と
して使用される。バイクリスタル結晶基板１０において
は例えば３００−６００μｍ程度の厚さのものが使用さ
れる。

【００４１】前記バイクリスタル結晶基板１０の表面上
には超電導体２が形成され、この超電導体２にはベース
領域Ｂ、エミッタ領域Ｅ（又はコレクタ領域Ｃ）が形成
される。具体的にはＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１の表面上
に形成された超電導体２にはベース領域Ｂが形成され、
ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２の表面上に形成された超電
導体２にはエミッタ領域Ｅが形成される。

【００４２】前記ベース領域Ｂを形成する超電導体２、
エミッタ領域Ｅを形成する超電導体２は同一層で形成さ
れる。この超電導体２においてベース領域Ｂとエミッタ
領域Ｅとの間には結晶粒界接合３が生成され、この結晶
粒界接合３でベース領域Ｂとエミッタ領域Ｅとの間が接
合分離される。結晶粒界接合３はトンネルバリア領域と
して機能する。前記結晶粒界接合３は前記バイクリスタ
ル結晶基板１０の結晶粒界３Ｇに基づき形成され、結晶
粒界接合３は結晶粒界３Ｇに対して自己整合で形成され
る。すなわち、バイクリスタル結晶基板１０のＳｒＴｉ
Ｏ₃ 結晶体基板１の表面上にはこのＳｒＴｉＯ₃ 結晶体
基板１に対して自己整合でベース領域Ｂが形成される。
同様に、ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２の表面上にはこの
ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２対して自己整合でエミッタ
領域Ｅが形成される。前記ベース領域Ｂ及びエミッタ領
域Ｅを形成する超電導体２は例えば９０−２５０ｎｍ程
度の膜厚で形成される。

【００４３】＜製造方法＞次に、前述の超電導トランジ
スタの製造方法について、前述の図３を使用し説明す
る。

【００４４】まず、バイクリスタル結晶基板１０が用意
される。バイクリスタル結晶基板１０はＮｂが導入され
半導体化されたＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１とＮｂが導入
されないＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２とを張合せて形成
される。半導体化されたＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１はコ
レクタ領域Ｃとして形成される。なお、絶縁体領域とし
て見なせる範囲であれば、微量のＮｂがＳｒＴｉＯ₃ 結
晶体基板１２に導入されていてもよい。また、ＳｒＴｉ
Ｏ₃ 結晶体基板１とＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２とを張
合せた後にＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１に選択的にＮｂ
（又はＬａ）が導入され、バイクリスタル結晶基板１０
が形成されてもよい。

【００４５】次に、前記バイクリスタル結晶基板１０の
表面上に超電導体２が形成される。本実施例において超
電導体２にはＢａ_1-x Ｋ_x ＢｉＯ₃ 超電導体が使用され
る。この超電導体２は本実施例において高周波マグネト
ロンスパッタ法で成膜される。成膜条件は例えば基板温
度３５０−４００℃、チャンバ内ガス圧力８０Ｐａ、高
周波パワー５０−１００Ｗに設定される。前記超電導体
２が成膜されると、バイクリスタル結晶基板１０の結晶
粒界３Ｇに基づき超電導体２に結晶粒界接合３が形成さ
れ、ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１の表面上にはベース領域
Ｂが、ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２の表面上にはエミッ
タ領域Ｅが各々形成できる。ＢａＫＢｉＯ系超電導体
（ＢａＲｂＢｉＯ系超電導体も同様）は前述の基板温度
が示すように比較的低温度（４００℃前後）において成
膜できるので、バイクリスタル結晶基板１０のキャリア
状態が変化しない。つまり、ＢａＫＢｉＯ系超電導体に
おいては、下地のバイクリスタル結晶基板１０、特にコ
レクタ領域Ｃとして使用されるＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板
１に熱的損傷を与えずに成膜が行える。

【００４６】なお、前記超電導体２は高周波マグネトロ
ンスパッタ法での成膜に限定されず、レーザ蒸着法、反
応性同時蒸着法等の成膜法でも成膜できる。

【００４７】これら一連の製造工程が完了すると、３端
子構造を有する超電導トランジスタが完成する。

【００４８】図４（Ａ）は本実施例に係るＳＩＳ型構造
を有する超電導トランジスタのエミッタ−ベース接合の
電流電圧特性図である。図４（Ｂ）はＮＩＳ型構造を有
する超電導トランジスタのエミッタ−ベース接合の電流
電圧特性図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）において各
々横軸は超電導トランジスタのエミッタ領域−ベース領
域間電圧（Ｖ_EB）を示し、縦軸はエミッタ領域−ベース
領域間電流（Ｉ_EB）を示す。実験データは４. ８Ｋの極
低温度における電流電圧特性を示す。

【００４９】ＮＩＳ型構造を有する超電導トランジスタ
においては、図４（Ｂ）に示すように、ＯＦＦ抵抗が小
さくＯＮ／ＯＦＦ比が大きいので、極低温度において電
流消費率が増大する。

【００５０】これに対して、本実施例に係る超電導トラ
ンジスタにおいては、図４（Ａ）に示すように、ＯＦＦ
抵抗が大きくＯＮ／ＯＦＦ比が小さいので、極低温度に
おいて電流消費率が減少できる。つまり、スイッチング
特性が向上でき、無駄な電流はほとんど流れないので、
超電導トランジスタの低消費電力化が実現できる。

【００５１】さらに、本実施例に係る超電導トランジス
タにおいては、バイクリスタル結晶基板１０のＳｒＴｉ
Ｏ₃ 結晶体基板１がコレクタ領域Ｃとして兼用され、同
一層の超電導体２にエミッタ領域Ｅ及びベース領域Ｂが
形成され、バイクリスタル結晶基板１０及び超電導体２
の２つの領域（２つの層）に合計３個の動作領域が形成
されるので、構造が簡素化できる。

【００５２】実施例２ 本実施例２は、前述の実施例１に係るＳＩＳ型構造を有
する超電導トランジスタにおいてバイクリスタル結晶基
板の表面層にコレクタ領域が形成される、本発明の第２
実施例である。

【００５３】図５は本発明の実施例２に係る超電導トラ
ンジスタの断面図である。図５に示すように、本実施例
に係る３端子構造を有する超電導トランジスタにおいて
はバイクリスタル結晶基板１０の表面層に半導体領域
（導電性領域）１３が形成される。この半導体領域１３
はコレクタ領域Ｃとして使用される。

【００５４】前記バイクリスタル結晶基板１は互いに結
晶方位が異なる２つのＳｒＴｉＯ₃結晶体基板１２を張
合せて構成される。２つのＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２
は基本的にはいずれも絶縁体として形成される。このバ
イクリスタル結晶基板１０のうちベース領域Ｂとして使
用される超電導体２下に位置するＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基
板１２の表面層にのみ半導体化がなされ、コレクタ領域
Ｃとして使用される半導体領域１３が形成される。

【００５５】本実施例において前記コレクタ領域Ｃ（半
導体領域５）はプラズマ表面還元法で形成される。この
プラズマ表面還元においては、ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板
１２の表面がプラズマ化された粒子、イオン等で叩か
れ、ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２の表面層の特定の組成
元素が叩き出され、ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２の表面
層の組成元素の比率が変更できる。プラズマ表面還元に
は不活性ガス、具体的にはＡｒガス、Ｎ₂ ガスのいずれ
かが使用できる。本実施例において、不活性ガスには質
量が大きく叩き出す効率が高いＡｒガスが使用され、Ｓ
ｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２の表面層のＯ（酸素）原子が
叩き出される。

【００５６】図６は本実施例に係る超電導トランジスタ
のエネルギバンド構造図である。図６中、符号ε_F はフ
ェルミ準位エネルギレベル、符号Ｖ_EBはエミッタ−ベー
ス間電位、符号Ｖ_BCはベース−コレクタ間電位である。
符号Δは超電導体２のエネルギギャップである。

【００５７】前述の実施例１に係る超電導トランジスタ
においては、コレクタ領域Ｃとベース領域Ｂとの間の界
面からコレクタ領域Ｃ側に向かって、図６中、破線で示
すショットキーバリア領域Ｓ_B1が形成される。超電導体
２とＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１とが接合された場合、通
常、ショットキーバリア領域Ｓ_B1は急峻に立ち上がった
形状を有し、かつ裾広がりの形状を有する。ショットキ
ーバリア領域Ｓ_B1の障壁高さＳ_H はフェルミ準位エネル
ギレベルε_F に超電導体２のエネルギギャップΔを加え
たエネルギレベル（ε_F ＋Δ）よりも遥かに高い。超電
導トランジスタにおいては、エミッタ−ベース間電位Ｖ
_EBによりエミッタ領域Ｅからベース領域Ｂにキャリアが
注入され、ベース−コレクタ間電位Ｖ_BCによりベース領
域Ｂに注入されたキャリアはコレクタ領域Ｃに注入され
る。このベース領域Ｂからコレクタ領域Ｃに注入される
キャリアはショットキーバリア領域Ｓ_B1を透過する。ベ
ース領域Ｂからコレクタ領域Ｃに注入されるキャリアの
注入効率（コレクタ到達率）はショットキーバリア領域
Ｓ_B1の障壁長Ｓ_L を短くすれば高められる。ところが、
ショットキーバリア領域Ｓ_B1の障壁長Ｓ_L を短くすれば
全体的に障壁長Ｓ_Lが短くなり、ベース領域Ｂからコレ
クタ領域Ｃにリークするキャリアが増大する（リーク電
流が増大する）。

【００５８】本実施例に係る超電導トランジスタにおい
ては、プラズマ表面還元法によりＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基
板１２の表面層の酸素原子がＡｒガスで叩き出され、表
面層の酸素原子の濃度が減少され、コレクタ領域Ｃとし
て使用される半導体領域１３が形成される。つまり、表
面層の電荷中性条件が崩れ（ＳｒＴｉＯ₃ - δ結晶体に
形成され）、表面層全体に電荷を持つので、ショットキ
ーバリア領域Ｓ_B2は、図６中、実線で示す理想的な障壁
高さＳ_HBで形成される。すなわち、ショットキーバリア
領域Ｓ_B2の障壁高さＳ_HBはフェルミ準位エネルギレベル
ε_F に超電導体２のエネルギギャップΔを加えたエネル
ギレベル（ε_F ＋Δ）と同一かそれに近い高さに設定さ
れる。このような理想的な障壁高さＳ_HBに設定されたシ
ョットキーバリア領域Ｓ_B2においては、ベース領域Ｂか
らコレクタ領域Ｃに注入されるキャリアの透過経路にお
いて障壁がなくなり、逆にベース領域Ｂからコレクタ領
域Ｃにリークするキャリアのリーク経路においてショッ
トキーバリア領域Ｓ_B2の障壁長が長く設定できる。この
結果、超電導トランジスタにおいては、コレクタ注入効
率が向上でき、ベース−コレクタ間電流量が増加できる
ので、電流増幅率（ｈ_FE）が向上できるとともに、キャ
リアのリークがショットキーバリア領域Ｓ_B2で阻止で
き、ベース−コレクタ間リーク電流が阻止できるので、
消費電力が減少できる。

【００５９】図７はプラズマ表面還元法において不活性
ガスの加速電圧とＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２の表面層
のキャリア濃度との間の関係を示す図である。図７中、
横軸はＡｒガスの加速電圧Ｖを示し、縦軸はＳｒＴｉＯ
₃ 結晶体基板１２の表面層からＡｒで叩き出されるキャ
リア濃度（Ｏ₂ 濃度）atoms/cm² を示す。

【００６０】図７に示すように、Ａｒの加速電圧が２０
０Ｖ未満の場合においては、５×１０¹³atoms/cm² 程度
以下のキャリアしか叩き出せないので、ＳｒＴｉＯ₃ 結
晶体基板１２の表面層の電荷中性条件は崩せない。つま
り、ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２の表面層は絶縁性に近
く（ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２そのものの性質に近
く）、コレクタ領域Ｃとして使用される半導体領域１３
としては形成されず、さらにベース領域Ｂとコレクタ領
域Ｃとの界面には図６に示す障壁高さＳ_H 及び障壁長Ｓ
_L を有するショットキーバリア領域Ｓ_B1が形成される。

【００６１】逆に、Ａｒの加速電圧が４００Ｖを超える
場合においては、５×１０¹⁴atoms/cm² 程度以上のキャ
リアが叩き出されるので、ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２
の表面層の電荷中性条件は崩せるが、同時にＡｒの加速
電圧が強すぎてエッチング作用が支配的になり、ＳｒＴ
ｉＯ₃ 結晶体基板１２の表面が荒れる。結果的には、Ｓ
ｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２の表面上に超電導体２自体が
成膜できなくなる。

【００６２】Ａｒの加速電圧が２００−４００Ｖの範囲
内の場合においては、５×１０¹³atoms/cm² 程度から５
×１０¹⁴atoms/cm² 程度のキャリアが叩き出され、Ｓｒ
ＴｉＯ₃ 結晶体基板１２の表面層の電荷中性条件が崩せ
るとともに、同時にＡｒの加速電圧が適正でエッチング
作用が支配的にならず、ＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２の
表面の荒れが問題にならない。つまり、ベース領域Ｂと
コレクタ領域Ｃとの界面には理想的な障壁高さＳ_HBを有
するショットキーバリア領域Ｓ_B2が形成され、かつＳｒ
ＴｉＯ₃ 結晶体基板１２の表面上には超電導体２が成膜
できる。

【００６３】＜製造方法＞次に、前述の超電導トランジ
スタの製造方法について前述の図５を使用し簡単に説明
する。前記超電導トランジスタにおいて超電導体２の基
本的な成膜方法については前述の実施例１で説明した製
造方法と同様であるので、ここでの説明は省略し、主に
プラズマ表面還元法について説明する。

【００６４】まず、バイクリスタル結晶基板１０が準備
される。このバイクリスタル結晶基板１０は前述のよう
に結晶方位が互いに異なる２枚のＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基
板１２を張合せて形成される。

【００６５】次に、バイクリスタル結晶基板１０の一方
のＳｒＴｉＯ₃ 結晶体基板１２の表面層にコレクタ領域
Ｃとして使用される半導体領域１３が形成される。半導
体領域１３がＮｂ（又はＬａ）のイオン注入法で形成さ
れる場合には、バイクリスタル結晶基板１０の他方（エ
ミッタ領域Ｅが形成される領域）のＳｒＴｉＯ₃ 結晶体
基板１２の表面上がマスクで被覆された状態において一
方（ベース領域Ｂが形成される領域）のＳｒＴｉＯ₃ 結
晶体基板１２の表面層にＮｂが導入される。Ｎｂは１０
¹⁸−１０²⁰atoms/cm³ 程度の濃度で導入され、加速エネ
ルギは数−数十ＫｅＶ程度に設定される。なお、Ｌａが
使用される場合、Ｌａは１０¹⁸−１０²¹atoms/cm³ 程度
の濃度で導入される。

【００６６】また、半導体領域１３がプラズマ表面還元
法で形成される場合においては、Ａｒガス流量１０−３
０sccm、基板水冷１０℃、加速電圧２００−４００Ｖの
条件で行う。

【００６７】次に、前記バイクリスタル結晶基板１０の
表面上に超電導体２が形成される。前述の実施例の製造
方法と同様に、本実施例においては超電導体２にＢａ
_1-x Ｋ_x ＢｉＯ₃ 超電導体が使用される。この超電導体
２は高周波マグネトロンスパッタ法で成膜され、比較的
低温度において成膜できるので、バイクリスタル結晶基
板１０のキャリア状態が変化しない。特にプラズマ表面
還元法で形成される半導体領域１３においては、キャリ
ア濃度（酸素濃度）に変化を与えないので、ベース領域
Ｂとコレクタ領域Ｃとの界面には理想的な障壁高さＳ
_HB を有するショットキーバリア領域Ｓ_B2が形成でき
る。

【００６８】前記超電導体２が形成されると、ベース領
域Ｂ、コレクタ領域Ｃ及び結晶粒界接合３が形成され、
３端子構造を有する超電導トランジスタが完成する。

【００６９】実施例３ 本実施例３は、バイクリスタル結晶基板の表面上にバイ
クリスタル結晶薄膜が形成され、このバイクリスタル結
晶薄膜上に超電導トランジスタが形成される、本発明の
第３実施例である。

【００７０】図８は本発明の実施例３に係る超電導トラ
ンジスタの断面図である。図８に示すように、本実施例
に係る３端子構造を有する超電導トランジスタにおいて
は、バイクリスタル結晶基板１４の表面上にバイクリス
タル結晶薄膜４が形成され、このバイクリスタル結晶薄
膜４上に半導体５、超電導体２が積層される。

【００７１】前記バイクリスタル結晶基板１４は前述の
ように結晶方位が互いに異なる２枚の結晶体基板１４Ａ
及び１４Ｂを張合せて形成される。超電導体２、半導体
５はいずれもバイクリスタル結晶薄膜４の表面上に成膜
されるので、バイクリスタル結晶薄膜４に超電導体２、
半導体５がいずれも成膜できる材料が使用される。従っ
て、バイクリスタル結晶基板１４にはバイクリスタル結
晶薄膜４が成膜できる材料が使用される。バイクリスタ
ル結晶薄膜４に少なくとも超電導体２が成膜できるＳｒ
ＴｉＯ₃ 、ＢａＢｉＯ₃ 、ＫＮｂＯ₃ 、ＫＴａＯ₃ 又は
ＣｅＯ₂ のいずれかが使用される場合には、バイクリス
タル結晶基板１４の結晶体基板１４Ａ及び１４ＢにはＭ
ｇＯ、ＹＳＺ又はＡｌ₂ Ｏ₃ のいずれかが使用できる。
結晶体基板１４Ａと１４Ｂとの間には結晶粒界３Ｇが形
成される。

【００７２】バイクリスタル結晶薄膜４はバイクリスタ
ル結晶基板１４と半導体５との間、バイクリスタル結晶
基板１４と超電導体２との間の各々においてバッファ層
として機能する。前記バイクリスタル結晶薄膜４は結晶
体薄膜４Ａ及び４Ｂで形成される。結晶体薄膜４Ａはバ
イクリスタル結晶基板１４の結晶体基板１４Ａの表面
（本実施例においてコレクタ領域Ｃ及びベース領域Ｂの
形成領域）上に形成され、結晶体薄膜４Ａは結晶体基板
１４Ａの結晶構造に基づき成膜される。結晶体薄膜４Ｂ
は結晶体基板１４Ｂの表面（本実施例においてエミッタ
領域Ｅの形成領域）上に形成され、結晶体薄膜４Ｂは結
晶体基板１４Ｂの結晶構造に基づき成膜される。バイク
リスタル結晶薄膜４の結晶体薄膜４Ａと結晶体薄膜４Ｂ
とは同一層で形成される（製造プロセスにおいては、同
一成膜工程で形成される）。従って、結晶体薄膜４Ａと
結晶体薄膜４Ｂとは互いに異なる結晶方位を有する結晶
構造において形成され、結晶体薄膜４Ａと結晶体薄膜４
Ｂとの間には結晶粒界１５が形成される。この結晶粒界
１５はバイクリスタル結晶基板１４に形成される結晶粒
界３Ｇに対して自己整合で形成される。

【００７３】前記半導体５は結晶体薄膜４Ａの表面上に
結晶体薄膜４Ａに対して選択的に形成され、本実施例に
おいて半導体５はコレクタ領域Ｃとして使用される。半
導体５には前述のように超電導体２が成膜できる、例え
ばＳｒＴｉＯ₃ 薄膜が使用される。コレクタ領域Ｃとし
て使用される半導体５は結晶体薄膜４Ａに対して自己整
合で形成される。

【００７４】図９は超電導トランジスタの要部拡大断面
図である。半導体５のエミッタ領域Ｅ側に相当する端面
は上層に形成される超電導体２に不必要な結晶粒界接合
を形成しないために滑らかな形状において形成され、又
は緩やかな傾斜角度に設定される。本発明者が行った基
礎研究によれば、半導体５の端面と半導体５の底面とが
なす傾斜角度θが２０度以下であれば、超電導体２に不
必要な結晶粒界接合が形成されないことが確認された。
すなわち、本実施例において、半導体５の端面の傾斜角
度θは２０度以下に設定される。

【００７５】前記半導体５の端面（エミッタ領域Ｅ側の
端面）はバイクリスタル結晶薄膜４の結晶粒界１５に一
致する位置（Ｐ₁ ）、又はこの一致する位置（Ｐ₁ ）か
ら若干コレクタ領域Ｃ側に後退した位置（Ｐ₂ ）に設定
される。半導体５の端面が結晶粒界１５に一致する位置
（Ｐ₁ ）に設定される場合には、エミッタ領域Ｅとコレ
クタ領域Ｃとの間のキャリア注入距離が非常に短くなる
ので、エミッタ領域Ｅからコレクタ領域Ｃに注入される
キャリアの注入効率が向上できる。一方、半導体５の端
面が後退する位置（Ｐ₂ ）に設定される場合には、エミ
ッタ領域Ｅとコレクタ領域Ｃとの間の離隔距離が確保で
き、エミッタ領域Ｅとコレクタ領域Ｃとの間の短絡が防
止できるので、超電導トランジスタの動作上の信頼性が
向上できる。本実施例においては、キャリアの注入効率
を向上しつつ超電導トランジスタの動作上の信頼性を向
上するために、半導体５の端面は若干後退した位置（Ｐ
₂）に設定される。本実施例において、超電導トランジ
スタの製造方法については後に説明するが、半導体５は
マスク後退法でパターンニングされるので、半導体５の
端面の若干後退した位置（Ｐ₂ ）は結晶粒界１５に一致
する位置（Ｐ₁ ）から製造プロセスで許容されるオーバ
ーエッチング量程度の微細寸法分後退した位置に設定さ
れる。

【００７６】超電導体２は半導体５の表面上及びバイク
リスタル結晶薄膜４の結晶体薄膜４Ｂの表面上に形成さ
れる。半導体５の表面上に形成された超電導体２、結晶
体薄膜４Ｂの表面上に形成された超電導体２はいずれも
同一層で形成される。半導体５の表面上に形成された超
電導体２はコレクタ領域Ｃとして使用される。結晶体薄
膜４Ｂの表面上に形成された超電導体２はエミッタ領域
Ｅとして使用される。コレクタ領域Ｃとエミッタ領域Ｅ
との間には半導体５による段差が形成されるが、半導体
５の端面が滑らかな形状で形成され又は半導体５の端面
の傾斜角度θが２０度以下に設定されているので、超電
導体２には結晶粒界接合３以外の不必要な結晶粒界接合
が形成されない。結晶粒界接合３はエミッタ領域Ｅとベ
ース領域Ｂとの間においてバイクリスタル結晶薄膜４の
結晶体薄膜４Ａと結晶体薄膜４Ｂとの界面に形成される
結晶粒界１５に基づきこの結晶粒界１５に対して自己整
合で形成される。

【００７７】＜製造方法＞次に、前述の超電導トランジ
スタの製造方法について説明する。図１０（Ａ）乃至図
１０（Ｄ）は前述の超電導トランジスタの製造方法を各
製造工程毎に示す断面図である。

【００７８】まず、バイクリスタル結晶基板１４が準備
される。このバイクリスタル結晶基板１４は結晶方位が
互いに異なる２枚の結晶体基板１４Ａ、１４Ｂを張合せ
て形成される。本実施例において、結晶体基板１４Ａ、
１４Ｂには各々ＭｇＯ結晶体基板が使用される。

【００７９】次に、図１０（Ａ）に示すように、バイク
リスタル結晶基板１４の表面上にバイクリスタル結晶薄
膜（バッファ層）４が形成される。バイクリスタル結晶
薄膜４には例えばＫＮｂＯ₃ 結晶体薄膜が使用され、こ
のＫＮｂＯ₃ 結晶体薄膜は例えば高周波マグネトロンス
パッタ法により形成される。高周波マグネトロンスパッ
タ法は、基板温度４００−５００℃、ガス流量比Ａｒ：
Ｏ₂ ＝１：１、ガス圧力４Ｐａ、高周波出力５０−１０
０Ｗの条件で行われる。バイクリスタル結晶薄膜４の膜
厚は例えば１０−１００ｎｍで形成される。このような
条件下で形成されるバイクリスタル結晶薄膜４において
は、バイクリスタル結晶基板１４の結晶体基板１４Ａの
表面上に形成される結晶体薄膜４Ａが下地の結晶体基板
１４Ａの結晶構造及び結晶方位に基づき同様な結晶構造
及び結晶方位で形成される。同様に、バイクリスタル結
晶基板１４の結晶体基板１４Ｂの表面上に形成される結
晶体薄膜４Ｂが下地の結晶体基板１４Ｂの結晶構造及び
結晶方位に基づき同様な結晶構造及び結晶方位で形成さ
れる。

【００８０】バイクリスタル結晶基板１４の結晶粒界３
Ｇに基づき、この結晶粒界３Ｇに対して自己整合でバイ
クリスタル結晶薄膜４の結晶体薄膜４Ａと結晶体薄膜４
Ｂとの間には結晶粒界１５が形成される。

【００８１】次に、図１０（Ｂ）に示すように、バイク
リスタル結晶薄膜４の表面上に半導体５が形成される。
半導体５には例えばＮｂ（又はＬａ）が導入されたＳｒ
ＴｉＯ₃ 結晶体薄膜が使用される。このＳｒＴｉＯ₃ 結
晶体薄膜は例えば高周波マグネトロンスパッタ法により
形成される。高周波マグネトロンスパッタ法は、基板温
度６００−７００℃、ガス流量比Ａｒ：Ｏ₂ ＝９：１、
ガス圧力４Ｐａ、高周波出力５０−１００Ｗの条件で行
われる。バイクリスタル結晶薄膜４の膜厚は例えば５０
−１００ｎｍで形成される。

【００８２】次に、図１０（Ｃ）に示すように、前記半
導体５がパターンニングされ、コレクタ領域Ｃの形成領
域の半導体５は残されるとともにエミッタ領域Ｅの形成
領域において半導体５が除去される。この残された半導
体５によりコレクタ領域Ｃが完成する。

【００８３】半導体５のパターンニングには例えばマス
ク後退法が使用される。図１１は前記半導体５のパター
ンニング工程を経時的に示す用部拡大断面図である。図
１１に示すように、マスク後退法には半導体５のエッチ
ング速度に比べてエッチング速度が速いエッチングマス
ク１６が使用され、半導体５がエッチングされるととも
にエッチングマスク１６がエッチングされる。半導体
５、エッチングマスク１６の各々のエッチング進行状態
は同図に一点鎖線で示され、エッチングマスク１６のエ
ッチングの進行が半導体５のエッチングの進行に比べて
速く、エッチングマスク１６のパターンが縮小する（パ
ターンが後退する）。本実施例においてエッチングには
ドライ（dry ）エッチング法が使用され、エッチングガ
スには例えばＡｒガスが使用される。前記エッチングマ
スク１６には例えば感光性レジスト薄膜が使用され、レ
ジスト材料自体の調整、レジストのポストベークの調整
によりエッチングマスク１６のエッチング速度が制御で
きる。

【００８４】次に、図１０（Ｄ）に示すように、前記半
導体５の表面上及びバイクリスタル結晶薄膜４の結晶体
薄膜４Ｂの表面上に超電導体２が形成される。超電導体
２の形成方法については前述の形成方法と同様であるの
で、ここでの説明は省略する。超電導体２が形成される
と、半導体５の表面上に形成された超電導体２によりベ
ース領域Ｂが完成し、結晶体薄膜４Ｂの表面上に形成さ
れた超電導体２によりエミッタ領域Ｅが完成する。

【００８５】前記超電導体２が形成されると、エミッタ
領域Ｅ、ベース領域Ｂ、コレクタ領域Ｃ及び結晶粒界接
合３が形成され、３端子構造を有する超電導トランジス
タが完成する。

【００８６】実施例４ 本実施例４は、半導体で形成された単一（シングル）結
晶基板の表面上に超電導トランジスタが形成され、この
超電導トランジスタのエミッタ領域とベース領域との間
の結晶粒界接合がステップエッジ法で形成される、本発
明の第４実施例である。

【００８７】図１２は本発明の実施例４に係る超電導ト
ランジスタの断面図である。図１２に示すように、本実
施例に係る３端子構造を有する超電導トランジスタにお
いては、単一結晶基板１７の表面上に絶縁体１８、超電
導体２が積層される。

【００８８】前記単一結晶基板１７は半導体で形成さ
れ、本実施例においてはＮｂ（又はＬａ）が導入された
ＳｒＴｉＯ₃ 結晶基板が使用される。この単一結晶基板
１７は基板として使用されるとともにコレクタ領域Ｃと
して使用される。

【００８９】前記絶縁体１８はエミッタ領域Ｅの形成領
域において単一結晶基板１７と超電導体２との間に形成
される。この絶縁体１８は基本的には単一結晶基板（コ
レクタ領域Ｃ）１７と超電導体（エミッタ領域Ｅ）２と
の間を電気的に分離する。絶縁体１８には絶縁性を有
し、かつ表面上に超電導体２が成膜できる材料が使用さ
れる。例えば、絶縁体１８にはＳｒＴｉＯ₃ 、ＢａＢｉ
Ｏ₃ 、ＫＮｂＯ₃ 、ＫＴａＯ₃ 又はＣｅＯ₂ のいずれか
が使用できる。

【００９０】さらに、絶縁体１８のコレクタ領域Ｃ側の
端面は鋭い形状で形成され、又は急峻な傾斜角度で形成
され、この部分により超電導体２のベース領域Ｂとエミ
ッタ領域Ｅとの間に結晶粒界接合３Ｂ及び３Ｅが形成さ
れる。すなわち、ステップエッジ法により結晶粒界接合
３Ｂ及び３Ｅが形成される。本実施例において、前記絶
縁体１８の端面と底面とがなす絶縁体１８の端面の傾斜
角度δは３０−９０度に設定される。つまり、前述の実
施例３で説明した半導体５の端面の傾斜角度θの設定理
由とは逆に、積極的に超電導体２に結晶粒界接合３Ｂ及
び３Ｅを形成するので、絶縁体１８の端面の傾斜角度δ
には２０度を超える角度が必要になる。本実施例におい
ては、絶縁体１８の端面と上面との間及び絶縁体１８の
端面と単一結晶基板１７の表面との間の２ヵ所に角部分
が形成されるので、超電導体２のベース領域Ｂとエミッ
タ領域Ｅとの間に２つの結晶粒界接合３Ｂ及び３Ｅが形
成される。結晶粒界接合３Ｂはベース領域Ｂ側に形成さ
れ、結晶粒界接合３Ｅはエミッタ領域Ｅ側に形成され
る。従って、本実施例において、超電導トランジスタの
エミッタ領域Ｅとベース領域Ｂとの接合構造はＳＩＳＩ
Ｓ接合構造で構成される。

【００９１】前記超電導体２は例えば絶縁体１８の膜厚
に対して０. ３−０. ８倍の膜厚において形成され、例
えば絶縁体１８は３００ｎｍの膜厚で形成される。絶縁
体１８は例えば前述の実施例３の製造方法で説明したマ
スク後退法で形成できる。

【００９２】前記超電導体２は前記エミッタ領域Ｅの形
成領域において絶縁体１８の表面上に形成され、コレク
タ領域Ｃの形成領域において単一結晶基板１７の表面上
に形成される。

【００９３】なお、本発明においては、前述の実施例２
と実施例４とを組み合わせることができる。すなわち、
単一結晶基板１７の表面層にプラズマ表面還元法により
コレクタ領域Ｃである半導体が形成できる。この半導体
は絶縁体１８をマスクとして形成できる。

【００９４】

【発明の効果】本発明においては、以下に記載する効果
が得られる。

【００９５】（１）注入キャリアの注入効率が向上で
き、かつリークキャリアが減少でき、電流電圧特性に優
れた超電導デバイスが提供できる。

【００９６】（２）上記超電導デバイスが簡易に実現で
きる製造方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態を説明する超電導デバイス
の基本断面構造図である。

【図２】 （Ａ）は超電導トランジスタにおいてＳＩＳ
型構造における電流電圧特性図である。（Ｂ）は超電導
トランジスタにおいてＮＩＳ型構造における電流電圧特
性図である。

【図３】 本発明の実施例１に係る超電導トランジスタ
の断面図である。

【図４】 （Ａ）は本実施例１に係るＳＩＳ型構造を有
する超電導トランジスタの電流電圧特性図である。
（Ｂ）はＮＩＳ型構造を有する超電導トランジスタの電
流電圧特性図である。

【図５】 本発明の実施例２に係る超電導トランジスタ
の断面図である。

【図６】 前記超電導トランジスタのエネルギバンド構
造図である。

【図７】 プラズマ表面還元法において不活性ガスの加
速電圧と基板の表面層のキャリア濃度との間の関係を示
す図である。

【図８】 本発明の実施例３に係る超電導トランジスタ
の断面図である。

【図９】 前記超電導トランジスタの要部拡大断面図で
ある。

【図１０】 （Ａ）乃至（Ｄ）は前述の超電導トランジ
スタの製造方法を各製造工程毎に示す断面図である。

【図１１】 前述の超電導トランジスタの製造方法にお
いて特定の製造工程を示す断面図である。

【図１２】 本発明の実施例４に係る超電導トランジス
タの断面図である。

【符号の説明】

１，１２，１４Ａ，１４Ｂ 結晶体基板、２ 超電導
体、３，３Ｂ，３Ｅ 結晶粒界接合、３Ｇ，１５ 結晶
粒界、４ バイクリスタル結晶薄膜、４Ａ，４Ｂ結晶体
薄膜、１０，１４ バイクリスタル結晶基板、１３ 半
導体領域、１６エッチングマスク、１７ 基板、１８
絶縁体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 39/22 - 39/24 H01L 39/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面上に超電導薄膜が成膜できる結晶構
   造を有し、特定の元素が減少すると絶縁体から半導体に
   改質できる結晶体の表面層をプラズマ化された粒子、イ
   オン等により叩き、前記結晶体の表面層の特定の元素を
   叩き出して前記結晶体の表面層を半導体に改質し、この
   改質された半導体で第１動作領域を形成する工程と、 前記第１動作領域と接合分離され、かつ超電導体で形成
   される第２動作領域を前記第１動作領域の表面上に形成
   する工程と、 を備え、前記結晶体は、ＳｒＴｉＯ₃で形成され、 前記第１動作領域は、結晶体の表面層の組成元素である
   酸素濃度をプラズマ化された粒子、イオン等により減少
   して形成され、 前記第２動作領域及び第３動作領域を形成する超電導体
   は、ＢａＫＢｉＯ系超電導体又はＢａＲｂＢｉＯ系超電
   導体で形成され、 前記プラズマ化された粒子、イオン等による酸素濃度の
   減少には、Ａｒガス、Ｎ₂ガスのいずれかの不活性ガス
   をプラズマ化したものが使用され、 結晶体としてのＳｒＴｉＯ₃は５×１０¹³atoms／cm²−
   ５×１０¹⁴atoms／cm²の範囲内で酸素濃度が減少される
   ことを特徴とする超電導デバイスの製造方法。