JP3282747B2 - 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、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成する場合には、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（ここで、Ｓは超電導薄膜、Ｉは絶縁層、Ｎは常伝導
体）からなる積層構造となっている。
超電導デバイスを作成する場合には、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（ここで、Ｓは超電導薄膜、Ｉは絶縁層、Ｎは常伝導
体）からなる積層構造となっている。
【０００４】酸化物超電導体のなかで、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ
Ｃｕ2Ｏx（以下、ＢＳＣＣＯという。）やＹ1Ｂａ2Ｃｕ
3Ｏｘ（以下、ＹＢＣＯという。）組成の超電導体は、
ｃ軸に垂直方向に層状の積層構造を有している。例え
ば、ＢＳＣＣＯにおいては、ＢｉＯ、ＳｉＯ、ＣｕＯ2
とＣａの積層構造をなしており、この各層の中でＣｕＯ
2層が超電導層（Ｓ）特性を備える。このＢＳＣＣＯ
は、Ｎ／Ｓ／Ｓ／Ｎ構造をとる。
Ｃｕ2Ｏx（以下、ＢＳＣＣＯという。）やＹ1Ｂａ2Ｃｕ
3Ｏｘ（以下、ＹＢＣＯという。）組成の超電導体は、
ｃ軸に垂直方向に層状の積層構造を有している。例え
ば、ＢＳＣＣＯにおいては、ＢｉＯ、ＳｉＯ、ＣｕＯ2
とＣａの積層構造をなしており、この各層の中でＣｕＯ
2層が超電導層（Ｓ）特性を備える。このＢＳＣＣＯ
は、Ｎ／Ｓ／Ｓ／Ｎ構造をとる。
【０００５】従来、トンネル型接合は、層状酸化物超電
導体の（００１）配向面上に絶縁層を設け、その上に対
向電極としてＳ層又はＮ層を設けた構造となっている。
そのため、層状構造の酸化物超電導体をもう一方の電極
とした場合では、超電導特性を有しない酸化物超電導体
の最も表面に近いＮ層からリーク電流が発生し、理想的
なヒステリシスカーブを持つ電流・電圧（Ｉ−Ｖ）特性
が得られなかった。
導体の（００１）配向面上に絶縁層を設け、その上に対
向電極としてＳ層又はＮ層を設けた構造となっている。
そのため、層状構造の酸化物超電導体をもう一方の電極
とした場合では、超電導特性を有しない酸化物超電導体
の最も表面に近いＮ層からリーク電流が発生し、理想的
なヒステリシスカーブを持つ電流・電圧（Ｉ−Ｖ）特性
が得られなかった。
【０００６】そこで、この出願人は、異方性を持つ酸化
物超電導体単結晶のｃ軸に平行な断面壁に位置する段差
部に絶縁膜を隔てて超電導体層、又は常伝導層を設けた
超電導体デバイスを提案している（特願平２−４１３４
８０号参照）。
物超電導体単結晶のｃ軸に平行な断面壁に位置する段差
部に絶縁膜を隔てて超電導体層、又は常伝導層を設けた
超電導体デバイスを提案している（特願平２−４１３４
８０号参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した構造において
は、酸化物超電体のｃ軸に平行な断面壁に位置する段差
部から電子が超電体のＣｕＯ2面に直接トンネルするこ
とができる。
は、酸化物超電体のｃ軸に平行な断面壁に位置する段差
部から電子が超電体のＣｕＯ2面に直接トンネルするこ
とができる。
【０００８】しかしながら、上述した構造においても、
段差部全面に絶縁膜を介して超電導体層又は常伝導体層
との接合が形成されているため、酸化物超電導体の中の
常伝導体特性を有する層（Ｎ層）を介してリーク電流が
発生し、理想的なヒステリシスカーブを持つＩ−Ｖ特性
が得られていない。
段差部全面に絶縁膜を介して超電導体層又は常伝導体層
との接合が形成されているため、酸化物超電導体の中の
常伝導体特性を有する層（Ｎ層）を介してリーク電流が
発生し、理想的なヒステリシスカーブを持つＩ−Ｖ特性
が得られていない。
【０００９】この発明は上述した従来の問題点を解決す
るためになされたものにして、その目的とするところは
超電導体層のみに電子を直接トンネルすることができ、
良好なヒステリシスカーブを持つＩ−Ｖ特性が得られる
超電導デバイスを提供することにある。
るためになされたものにして、その目的とするところは
超電導体層のみに電子を直接トンネルすることができ、
良好なヒステリシスカーブを持つＩ−Ｖ特性が得られる
超電導デバイスを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明による超電導デ
バイスは、層状構造酸化物超電導体の超電導層に対して
のみ、対向電極をトンネル現象を生じる所定の空隙もし
くは絶縁層を介して配設し、前記超電導体層との間でト
ンネル接合を形成することを特徴とする。
バイスは、層状構造酸化物超電導体の超電導層に対して
のみ、対向電極をトンネル現象を生じる所定の空隙もし
くは絶縁層を介して配設し、前記超電導体層との間でト
ンネル接合を形成することを特徴とする。
【００１１】
【作用】この発明による超電導体デバイスによれば、層
状構造の酸化物超電導体の超電導体層のみに電子をトン
ネルすることができるので、ＩーＶ特性の非線形特性を
改善することができる。
状構造の酸化物超電導体の超電導体層のみに電子をトン
ネルすることができるので、ＩーＶ特性の非線形特性を
改善することができる。
【００１２】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
【００１３】図１及び図２は、この発明の第１実施例の
超電導デバイスをその製造工程別に示す断面図である。
超電導デバイスをその製造工程別に示す断面図である。
【００１４】この実施例は、層状酸化物超電導体である
Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏｘ単結晶を用いる。そして、こ
のＢＳＣＣＯ単結晶の劈界面の中で超電導体層特性を有
するＣｕＯ2面にのみニードルを数ｎｍの距離を隔てて
配設する。その状態で電圧を印加することにより、トン
ネル効果が発生し、ＣｕＯ2面から直接超電導体の電子
をピックアップするものである。
Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏｘ単結晶を用いる。そして、こ
のＢＳＣＣＯ単結晶の劈界面の中で超電導体層特性を有
するＣｕＯ2面にのみニードルを数ｎｍの距離を隔てて
配設する。その状態で電圧を印加することにより、トン
ネル効果が発生し、ＣｕＯ2面から直接超電導体の電子
をピックアップするものである。
【００１５】次に、この超電導デバイスの製造例を図１
及び図２に従い詳しく説明する。基板１としては、Ｌａ
ＡｌＯ3（１００）配向基板、ＳｒＴｉＯ3（１００）配
向基板又はＭｇＯ（１００）配向基板が用いられ、この
実施例では、基板１としてＳｒＴｉＯ3（１００）配向
基板を用いる。そして、この基板１を超高真空（１０-8
Ｐａ）の下で、ＭＢＥ法により蒸着源としてＢｉ、Ｓ
ｒ、Ｃａ、Ｃｕを用いて１ユニットセル蒸着後、基板温
度を３００〜３５０℃に設定し、ＮＯ2（１０-5Ｐａ）
の雰囲気下で酸化、結晶化を行う。上記の操作を繰り返
して層状形状のＢＳＣＣＯ超電導薄膜２を形成する（図
１（ａ）参照）。このＢＳＣＣＯ超電導薄膜２がベース
層として用いられる。
及び図２に従い詳しく説明する。基板１としては、Ｌａ
ＡｌＯ3（１００）配向基板、ＳｒＴｉＯ3（１００）配
向基板又はＭｇＯ（１００）配向基板が用いられ、この
実施例では、基板１としてＳｒＴｉＯ3（１００）配向
基板を用いる。そして、この基板１を超高真空（１０-8
Ｐａ）の下で、ＭＢＥ法により蒸着源としてＢｉ、Ｓ
ｒ、Ｃａ、Ｃｕを用いて１ユニットセル蒸着後、基板温
度を３００〜３５０℃に設定し、ＮＯ2（１０-5Ｐａ）
の雰囲気下で酸化、結晶化を行う。上記の操作を繰り返
して層状形状のＢＳＣＣＯ超電導薄膜２を形成する（図
１（ａ）参照）。このＢＳＣＣＯ超電導薄膜２がベース
層として用いられる。
【００１６】このＭＢＥ法により形成されたＢＳＣＣＯ
酸化物超電導薄膜では、Ｔｃ＝８５Ｋのものが得られ
る。
酸化物超電導薄膜では、Ｔｃ＝８５Ｋのものが得られ
る。
【００１７】このように形成したＢＳＣＣＯ膜２を、た
とえばＩＢＥ（ＩＯＮ ＢＥＡＭＥＣＨＩＮＧ）法によ
りエッチングを行いｃ軸に平行な断面を露出させる。即
ち、ｃ軸に配向したＢＳＣＣＯ膜２のＣｕＯ2面を露出
させる（図１（ｂ）参照）。
とえばＩＢＥ（ＩＯＮ ＢＥＡＭＥＣＨＩＮＧ）法によ
りエッチングを行いｃ軸に平行な断面を露出させる。即
ち、ｃ軸に配向したＢＳＣＣＯ膜２のＣｕＯ2面を露出
させる（図１（ｂ）参照）。
【００１８】尚、エッチング法としては、他にＲＩＥ
（リアクティブイオンビームエッチング）法、ＥＣＲプ
ラズマエッチング法、ＨＣＬＯ4、ＮａＣｌＯ4の混合水
溶液、又はＢｒのエタノール溶液を用いたケミカルエッ
チング法を用いてもよい。
（リアクティブイオンビームエッチング）法、ＥＣＲプ
ラズマエッチング法、ＨＣＬＯ4、ＮａＣｌＯ4の混合水
溶液、又はＢｒのエタノール溶液を用いたケミカルエッ
チング法を用いてもよい。
【００１９】次に、このＢＳＣＣＯ膜２を含めて基板１
全面にコレクタ材料となるＳｎＯｘなどの半導体膜３を
積層形成する（図１（ｃ）参照）。
全面にコレクタ材料となるＳｎＯｘなどの半導体膜３を
積層形成する（図１（ｃ）参照）。
【００２０】そして、ＢＳＣＣＯ膜２の一方のｃ軸に平
行な断面上のＣｕＯ2が露出するように半導体膜３をエ
ッチング除去する（図１（ｄ）参照）。
行な断面上のＣｕＯ2が露出するように半導体膜３をエ
ッチング除去する（図１（ｄ）参照）。
【００２１】続いて、露出させたＢＳＣＣＯ膜２のＣｕ
Ｏ2表面にニードル４を接する寸前の１ｎｍ程度まで近
づけて配置する（図２（ａ）参照）。この状態で電圧を
印加するとトンネル効果と呼ばれる現象が発生し、Ｃｕ
Ｏ2面から電子を直接トンネルさせることが出来る。こ
のニードル４としてはＳＴＭ（走査型顕微鏡）に用いら
れるニードルと同様のものを使用すればよい。即ち、Ｃ
ｕＯ2面にのみ対向するように先端部が極細の針を白金
（Ｐｔ）などにより形成すればよい。そして、このニー
ドル４をエミッタとして用い、ＢＳＣＣＯ膜２の一面に
電子取り出し用電極５を設け、ニードル４（エミッタ
層）とＢＳＣＣＯ膜２との間で単一電子トンネル素子が
構成され、更にコレクタにＳｎＯｘ等の半導体層３を用
いた超電導三端子素子が得られる（図２（ｂ）参照）。
Ｏ2表面にニードル４を接する寸前の１ｎｍ程度まで近
づけて配置する（図２（ａ）参照）。この状態で電圧を
印加するとトンネル効果と呼ばれる現象が発生し、Ｃｕ
Ｏ2面から電子を直接トンネルさせることが出来る。こ
のニードル４としてはＳＴＭ（走査型顕微鏡）に用いら
れるニードルと同様のものを使用すればよい。即ち、Ｃ
ｕＯ2面にのみ対向するように先端部が極細の針を白金
（Ｐｔ）などにより形成すればよい。そして、このニー
ドル４をエミッタとして用い、ＢＳＣＣＯ膜２の一面に
電子取り出し用電極５を設け、ニードル４（エミッタ
層）とＢＳＣＣＯ膜２との間で単一電子トンネル素子が
構成され、更にコレクタにＳｎＯｘ等の半導体層３を用
いた超電導三端子素子が得られる（図２（ｂ）参照）。
【００２２】このようにＣｕＯ2面にのみトンネル接合
を形成することにより、リーク電流が流れることがなく
なり、理想的なヒステリシスカーブを持つトンネル電流
が得られる。
を形成することにより、リーク電流が流れることがなく
なり、理想的なヒステリシスカーブを持つトンネル電流
が得られる。
【００２３】図３は、この発明による超電導デバイスと
従来の超電導デバイスによるＩ−Ｖ特性図である。図３
（ａ）はこの発明による超電導デバイス、図３（ｂ）は
異方性を持つ酸化物超電導体単結晶のｃ軸に平行な断面
壁に位置する段差部に絶縁膜を常伝導体層を接合した従
来の超電導デバイスのＩ−Ｖ特性をそれぞれ示す。この
図３から明らかなように、段差部全面に絶縁膜を介して
常伝導体層を設けた従来の超電導デバイスによれば、リ
ーク電流により理想的なヒステリシスカーブを持つＩ−
Ｖ特性が得られない。これに対して、この発明によるも
のにおいては、常伝導体（Ｎ層）からのリーク電流がな
くなり、超電導デバイスの超電導層ＣｕＯ2のみから超
電導のトンネルが生じるので理想的なヒステリシスカー
ブを持つＩ−Ｖ特性が得られる。
従来の超電導デバイスによるＩ−Ｖ特性図である。図３
（ａ）はこの発明による超電導デバイス、図３（ｂ）は
異方性を持つ酸化物超電導体単結晶のｃ軸に平行な断面
壁に位置する段差部に絶縁膜を常伝導体層を接合した従
来の超電導デバイスのＩ−Ｖ特性をそれぞれ示す。この
図３から明らかなように、段差部全面に絶縁膜を介して
常伝導体層を設けた従来の超電導デバイスによれば、リ
ーク電流により理想的なヒステリシスカーブを持つＩ−
Ｖ特性が得られない。これに対して、この発明によるも
のにおいては、常伝導体（Ｎ層）からのリーク電流がな
くなり、超電導デバイスの超電導層ＣｕＯ2のみから超
電導のトンネルが生じるので理想的なヒステリシスカー
ブを持つＩ−Ｖ特性が得られる。
【００２４】尚、上述した実施例においては、ＢＳＣＣ
Ｏ膜２をＭＢＥ法で作成したが、ＭＢＥ法以外にイオン
ビームスパッタ法を用いてＢＳＣＣＯ膜２を作成するこ
とが出来る。イオンビームスパッタ法を用いる場合に
は、基板１としてＭｇＯ（１００）配向基板を用いて、
ターゲットしてＢｉＯ、Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏｘを用い、
１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2の酸素（Ｏ2）雰囲気下で、基
板温度を６００〜６５０℃、スパッタ速度を０．０１ｎ
ｍ／ｓｅｃとし、ＢｉＯを０．３ｎｍ、Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ
3Ｏｘを０．６ｎｍ交互に積層する。そして、Ｏ2雰囲気
下で冷却することでＢＳＣＣＯ酸化膜超電導薄膜が得ら
れる。このＢＳＣＣＯ酸化膜超電導薄膜はアズデボジシ
ョン（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）でＴｃ＝７６Ｋが
得られる。
Ｏ膜２をＭＢＥ法で作成したが、ＭＢＥ法以外にイオン
ビームスパッタ法を用いてＢＳＣＣＯ膜２を作成するこ
とが出来る。イオンビームスパッタ法を用いる場合に
は、基板１としてＭｇＯ（１００）配向基板を用いて、
ターゲットしてＢｉＯ、Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏｘを用い、
１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2の酸素（Ｏ2）雰囲気下で、基
板温度を６００〜６５０℃、スパッタ速度を０．０１ｎ
ｍ／ｓｅｃとし、ＢｉＯを０．３ｎｍ、Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ
3Ｏｘを０．６ｎｍ交互に積層する。そして、Ｏ2雰囲気
下で冷却することでＢＳＣＣＯ酸化膜超電導薄膜が得ら
れる。このＢＳＣＣＯ酸化膜超電導薄膜はアズデボジシ
ョン（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）でＴｃ＝７６Ｋが
得られる。
【００２５】また、上述した実施例においては、基板上
にＢＳＣＣＯ膜を設けているが、ＢＳＣＣＯ単結晶基板
を用いて、この基板に段差処理を施してｃ軸に平行な断
面壁面を形成してもよい。
にＢＳＣＣＯ膜を設けているが、ＢＳＣＣＯ単結晶基板
を用いて、この基板に段差処理を施してｃ軸に平行な断
面壁面を形成してもよい。
【００２６】次に、この発明の第２実施例につき図４及
び図５を参照して説明する。図４及び図５は、この発明
の第２実施例の超電導デバイスをその製造工程別に示す
断面図である。
び図５を参照して説明する。図４及び図５は、この発明
の第２実施例の超電導デバイスをその製造工程別に示す
断面図である。
【００２７】この実施例は、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃｕ1Ｏｘ単結
晶基板１０を用意し（図４（ａ）参照）、この単結晶基
板１０の表面上にＳｒＴｉＯ3、ＭｇＯ等の絶縁膜１１
をスパッタリング法などにより形成する（図４（ｂ）参
照）。この絶縁膜１１の膜厚は、後に成膜する層状酸化
物超電導体であるＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏｘの最下層の
ＢｉＯ面と任意のＣｕＯ2との距離に等しくなるように
制御する。たとえば、半ユニットセルＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣ
ｕ2Ｏｘの場合、０．４６又は１．０４ｎｍの膜厚に設
定する。
晶基板１０を用意し（図４（ａ）参照）、この単結晶基
板１０の表面上にＳｒＴｉＯ3、ＭｇＯ等の絶縁膜１１
をスパッタリング法などにより形成する（図４（ｂ）参
照）。この絶縁膜１１の膜厚は、後に成膜する層状酸化
物超電導体であるＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏｘの最下層の
ＢｉＯ面と任意のＣｕＯ2との距離に等しくなるように
制御する。たとえば、半ユニットセルＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣ
ｕ2Ｏｘの場合、０．４６又は１．０４ｎｍの膜厚に設
定する。
【００２８】そして、絶縁膜１１に膜厚１００〜２００
ｎｍの金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）から成るエミッタ層
１２を蒸着又はスパッタリング法により形成する（図４
（ｃ）参照）。
ｎｍの金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）から成るエミッタ層
１２を蒸着又はスパッタリング法により形成する（図４
（ｃ）参照）。
【００２９】続いて、機械研磨後、イオンミリングによ
り、基板１０、絶縁膜１１及びエミッタ層１２を研磨
し、図４（ｄ）に示すように、基板１０表面の一部に表
面からの角度θが５から３０°のテーパ状にエミッタ層
１２を成形する。エミッタ層１２と基板１０の間には絶
縁膜１１を介在させたままである。そして、このエミッ
タ層１２の先端部１２ａがニードルとして用いられる。
り、基板１０、絶縁膜１１及びエミッタ層１２を研磨
し、図４（ｄ）に示すように、基板１０表面の一部に表
面からの角度θが５から３０°のテーパ状にエミッタ層
１２を成形する。エミッタ層１２と基板１０の間には絶
縁膜１１を介在させたままである。そして、このエミッ
タ層１２の先端部１２ａがニードルとして用いられる。
【００３０】その後、図４（ｅ）に示すように、フッ酸
（ＨＦ）７％の水溶液で１〜１０秒程度エッチングし、
絶縁膜１１の一部を除去する。
（ＨＦ）７％の水溶液で１〜１０秒程度エッチングし、
絶縁膜１１の一部を除去する。
【００３１】然る後、図５（ａ）に示すように、層状酸
化物超電導体であるＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2ＯｘをＭＢＥ
法などにより基板１０上に成膜する。この成膜により、
基板１０上にエピタキシャルＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏｘ
薄膜１からなるベース層１３が形成される。一方、エミ
ッタ層１２は金又は白金で形成されているため、この上
には非晶質薄膜１４が形成される。また、絶縁層１１の
膜厚は層状酸化物超電導体であるＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2
Ｏｘの最下層のＢｉＯ面と任意のＣｕＯ2との距離に等
しくなるように制御されているので、エミッタ層１２の
先端部１２ａは超電導体層特性を有するＣｕＯ2面にの
み対向して配設される。更に、ＣｕＯ2表面とエミッタ
層１２の先端部１２ａは１ｎｍ程度空隙が設けられ、電
圧を印加することにより、トンネル効果が発生するよう
に構成されている。
化物超電導体であるＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2ＯｘをＭＢＥ
法などにより基板１０上に成膜する。この成膜により、
基板１０上にエピタキシャルＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏｘ
薄膜１からなるベース層１３が形成される。一方、エミ
ッタ層１２は金又は白金で形成されているため、この上
には非晶質薄膜１４が形成される。また、絶縁層１１の
膜厚は層状酸化物超電導体であるＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2
Ｏｘの最下層のＢｉＯ面と任意のＣｕＯ2との距離に等
しくなるように制御されているので、エミッタ層１２の
先端部１２ａは超電導体層特性を有するＣｕＯ2面にの
み対向して配設される。更に、ＣｕＯ2表面とエミッタ
層１２の先端部１２ａは１ｎｍ程度空隙が設けられ、電
圧を印加することにより、トンネル効果が発生するよう
に構成されている。
【００３２】その後、ＨＮＯ3，Ｈ2ＰＯ4を用いて、ベ
ース層１３をパターニングすると共に、非晶質薄膜１４
を除去する（図５（ｂ）参照）。
ース層１３をパターニングすると共に、非晶質薄膜１４
を除去する（図５（ｂ）参照）。
【００３３】次に、ＳｎＯｘ等の半導体からなるコレク
タ領域１５を設けることにより、エミッタに単一電子ト
ンネル素子を又ベースに酸化物超電導体を用い、更にコ
レクタにＳｎＯｘ等の半導体層３を用いた超電導三端子
素子が得られる（図５（ｃ）参照）。
タ領域１５を設けることにより、エミッタに単一電子ト
ンネル素子を又ベースに酸化物超電導体を用い、更にコ
レクタにＳｎＯｘ等の半導体層３を用いた超電導三端子
素子が得られる（図５（ｃ）参照）。
【００３４】次に、この発明の第３実施例につき図６及
び図７を参照して説明する。図６及び図７は、この発明
の第３実施例の超電導デバイスをその製造工程別に示す
断面図である。この第３実施例は前述した第２実施例と
主としてテーパ状にエミッタ層１２を形成する工程が相
違する。
び図７を参照して説明する。図６及び図７は、この発明
の第３実施例の超電導デバイスをその製造工程別に示す
断面図である。この第３実施例は前述した第２実施例と
主としてテーパ状にエミッタ層１２を形成する工程が相
違する。
【００３５】この実施例は、前述の実施例と同様にＢｉ
2Ｓｒ2Ｃｕ1Ｏｘ単結晶基板１０を用意し（図６（ａ）
参照）、この単結晶基板１０の表面上に非晶質ＭｇＯか
らなる絶縁膜１１をスパッタリング法などにより形成す
る（図６（ｂ）参照）。この絶縁膜１１の膜厚は、後に
成膜する層状酸化物超電導体であるＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ
2Ｏｘの最下層のＢｉＯ面と任意のＣｕＯ2との距離に等
しくなるように制御する。たとえば、半ユニットセルＢ
ｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏｘの場合、１．０４＋３０．３６
×ｎ（ｎ：２〜３Å）の膜厚に設定する。
2Ｓｒ2Ｃｕ1Ｏｘ単結晶基板１０を用意し（図６（ａ）
参照）、この単結晶基板１０の表面上に非晶質ＭｇＯか
らなる絶縁膜１１をスパッタリング法などにより形成す
る（図６（ｂ）参照）。この絶縁膜１１の膜厚は、後に
成膜する層状酸化物超電導体であるＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ
2Ｏｘの最下層のＢｉＯ面と任意のＣｕＯ2との距離に等
しくなるように制御する。たとえば、半ユニットセルＢ
ｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏｘの場合、１．０４＋３０．３６
×ｎ（ｎ：２〜３Å）の膜厚に設定する。
【００３６】そして、絶縁膜１１に膜厚２００ｎｍの金
（Ａｕ）から成るエミッタ層１２を蒸着又はスパッタリ
ング法により形成する（図６（ｃ）参照）。
（Ａｕ）から成るエミッタ層１２を蒸着又はスパッタリ
ング法により形成する（図６（ｃ）参照）。
【００３７】続いて、エミッタ層１２にレジスト膜２１
を塗布し、パターニングした後（図６（ｄ）参照）、こ
のレジスト膜２１をマスクとして３０〜４５°の角度
（θ）でイオンミリングにより、絶縁膜１１の一部とエ
ミッタ層１２を研磨し、図６（ｅ）に示すように、先端
部の角度（θ）が表面から３０〜４５°のテーパ状にな
るようにエミッタ層１２を成形する。エミッタ層１２と
基板１０の間には絶縁膜１１を介在させたままである。
そして、このエミッタ層１２の先端部１２ａがニードル
として用いられる。
を塗布し、パターニングした後（図６（ｄ）参照）、こ
のレジスト膜２１をマスクとして３０〜４５°の角度
（θ）でイオンミリングにより、絶縁膜１１の一部とエ
ミッタ層１２を研磨し、図６（ｅ）に示すように、先端
部の角度（θ）が表面から３０〜４５°のテーパ状にな
るようにエミッタ層１２を成形する。エミッタ層１２と
基板１０の間には絶縁膜１１を介在させたままである。
そして、このエミッタ層１２の先端部１２ａがニードル
として用いられる。
【００３８】このイオンミリングは、例えば、アルゴン
イオンを用いたイオンビームミリングが用いられる。こ
の処理は、ガス圧を２×１０-4Ｔｏｒｒ、加速電圧を３
００Ｖ、イオン電流密度を０．３２Ａ／ｃｍ2に設定
し、ミリング時間１０分で２００ｎｍのＡｕ層をミリン
グすることができる。
イオンを用いたイオンビームミリングが用いられる。こ
の処理は、ガス圧を２×１０-4Ｔｏｒｒ、加速電圧を３
００Ｖ、イオン電流密度を０．３２Ａ／ｃｍ2に設定
し、ミリング時間１０分で２００ｎｍのＡｕ層をミリン
グすることができる。
【００３９】その後、図７（ａ）に示すように、フッ酸
（ＨＦ）７％の水溶液で１〜１０秒程度エッチングし、
絶縁膜１１の一部を除去する。
（ＨＦ）７％の水溶液で１〜１０秒程度エッチングし、
絶縁膜１１の一部を除去する。
【００４０】然る後、図７（ｂ）に示すように、層状酸
化物超電導体であるＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2ＯｘをＭＢＥ
法などにより基板１０上に成膜する。この成膜により、
基板１０上にエピタキシャルＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏｘ
薄膜１からなるベース層１３が形成される。一方、エミ
ッタ層１２は金で形成されているため、この上には非晶
質薄膜１４が形成される。また、絶縁層１１の膜厚は層
状酸化物超電導体であるＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏｘの最
下層のＢｉＯ面と任意のＣｕＯ2との距離に等しくなる
ように制御されているので、エミッタ層１２の先端部１
２ａは超電導体層特性を有するＣｕＯ2面にのみ対向し
て配設される。更に、前述の実施例と同様にＣｕＯ2表
面とエミッタ層１２の先端部１２ａは１ｎｍ程度空隙が
設けられ、電圧を印加することにより、トンネル効果が
発生するように構成されている。
化物超電導体であるＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2ＯｘをＭＢＥ
法などにより基板１０上に成膜する。この成膜により、
基板１０上にエピタキシャルＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏｘ
薄膜１からなるベース層１３が形成される。一方、エミ
ッタ層１２は金で形成されているため、この上には非晶
質薄膜１４が形成される。また、絶縁層１１の膜厚は層
状酸化物超電導体であるＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏｘの最
下層のＢｉＯ面と任意のＣｕＯ2との距離に等しくなる
ように制御されているので、エミッタ層１２の先端部１
２ａは超電導体層特性を有するＣｕＯ2面にのみ対向し
て配設される。更に、前述の実施例と同様にＣｕＯ2表
面とエミッタ層１２の先端部１２ａは１ｎｍ程度空隙が
設けられ、電圧を印加することにより、トンネル効果が
発生するように構成されている。
【００４１】その後、ＨＮＯ3，Ｈ2ＰＯ4を用いて、ベ
ース層１３をパターニングすると共に、非晶質薄膜１４
を除去する（図７（ｃ）参照）。
ース層１３をパターニングすると共に、非晶質薄膜１４
を除去する（図７（ｃ）参照）。
【００４２】次に、ＳｎＯｘ等の半導体からなるコレク
タ領域１５を設けることにより、エミッタに単一電子ト
ンネル素子を又ベースに酸化物超電導体を用い、更にコ
レクタにＳｎＯｘ等の半導体層３を用いた超電導三端子
素子が得られる（図７（ｄ）参照）。
タ領域１５を設けることにより、エミッタに単一電子ト
ンネル素子を又ベースに酸化物超電導体を用い、更にコ
レクタにＳｎＯｘ等の半導体層３を用いた超電導三端子
素子が得られる（図７（ｄ）参照）。
【００４３】次に、この発明の第４の実施例につき、図
８及び図９を参照して説明する。上述した第１ないし第
３の実施例においては、ベース、エミッタ層間を１ｎｍ
の空隙を設けてトンネル現象を生じるように構成してい
るのに対し、この第４の実施例では、ベース、エミッタ
層上に膜厚１〜７ｎｍ程度の非晶質ＭｇＯ膜からなる絶
縁層２２を真空蒸着法などにより形成し、ベース層１
３、エミッタ１２間に絶縁層２２を介在させている。
８及び図９を参照して説明する。上述した第１ないし第
３の実施例においては、ベース、エミッタ層間を１ｎｍ
の空隙を設けてトンネル現象を生じるように構成してい
るのに対し、この第４の実施例では、ベース、エミッタ
層上に膜厚１〜７ｎｍ程度の非晶質ＭｇＯ膜からなる絶
縁層２２を真空蒸着法などにより形成し、ベース層１
３、エミッタ１２間に絶縁層２２を介在させている。
【００４４】この実施例においては、前述の第２及び第
３実施例において、コレクタ領域１５を形成した後に、
蒸着温度を室温、蒸着速度を０．１ｎｍ／ｓｅｃ、蒸着
時真空度を１×１０-6Ｔｏｒｒに設定して、真空蒸着に
より膜厚１〜７ｎｍの非晶質ＭｇＯ膜２２をエミッタ層
１２とベース層１３上に形成する（図８参照）。このよ
うに、非晶質ＭｇＯ膜からなる絶縁層２２を設けること
により、図９の拡大図に示すように、ベース層１３、エ
ミッタ層１２間に非晶質ＭｇＯ膜からなる絶縁層２２が
設けられる。
３実施例において、コレクタ領域１５を形成した後に、
蒸着温度を室温、蒸着速度を０．１ｎｍ／ｓｅｃ、蒸着
時真空度を１×１０-6Ｔｏｒｒに設定して、真空蒸着に
より膜厚１〜７ｎｍの非晶質ＭｇＯ膜２２をエミッタ層
１２とベース層１３上に形成する（図８参照）。このよ
うに、非晶質ＭｇＯ膜からなる絶縁層２２を設けること
により、図９の拡大図に示すように、ベース層１３、エ
ミッタ層１２間に非晶質ＭｇＯ膜からなる絶縁層２２が
設けられる。
【００４５】尚、上記実施例において、エミッタ層１２
の先端部１２ａとベース層１３との間隙は、第２及び第
３実施例より少し大きくし、すなわち１〜７ｎｍの範囲
で選択して、ＭｇＯ膜が両者の間に確実に入り込むよう
に構成する方がよい。
の先端部１２ａとベース層１３との間隙は、第２及び第
３実施例より少し大きくし、すなわち１〜７ｎｍの範囲
で選択して、ＭｇＯ膜が両者の間に確実に入り込むよう
に構成する方がよい。
【００４６】このように構成することで、温度変化によ
り、エミッタ１２の先端部が超電導特性を有する面から
ずれるのが防止できると共に、機械的強度大きくするこ
とができる。
り、エミッタ１２の先端部が超電導特性を有する面から
ずれるのが防止できると共に、機械的強度大きくするこ
とができる。
【００４７】尚、上述した各実施例においては、基板１
０としてＢｉ2Ｓｒ2ＣｕＯｘ単結晶基板を用いたが、Ｓ
ｒＴｉＯ3の基板上に形成した薄膜を用いてもよい。
又、その 化学組成は、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏｘ、Ｂｉ
2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏｘ等でもよい。更に、ベース層の組
成としては、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣｕＯｘ、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃ
ｕ3Ｏｘ等でもよい。
０としてＢｉ2Ｓｒ2ＣｕＯｘ単結晶基板を用いたが、Ｓ
ｒＴｉＯ3の基板上に形成した薄膜を用いてもよい。
又、その 化学組成は、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏｘ、Ｂｉ
2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏｘ等でもよい。更に、ベース層の組
成としては、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣｕＯｘ、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃ
ｕ3Ｏｘ等でもよい。
【００４８】又、上述した各実施例は層状酸化物超電導
体としてＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏxを用いているが、他の
層状酸化物超電導体、たとえばＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘ組成
の超電導体を用いることもできる。
体としてＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏxを用いているが、他の
層状酸化物超電導体、たとえばＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘ組成
の超電導体を用いることもできる。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による超
電導体デバイスによれば、層状構造の酸化物超電導体の
超電導体層のみに電子をトンネルすることができるの
で、ＩーＶ特性の非線形特性を改善することができる。
電導体デバイスによれば、層状構造の酸化物超電導体の
超電導体層のみに電子をトンネルすることができるの
で、ＩーＶ特性の非線形特性を改善することができる。
【図１】この発明の第一実施例の超電導デバイスをその
製造工程別に示す断面図である。
製造工程別に示す断面図である。
【図２】この発明の第１実施例の超電導デバイスをその
製造工程別に示す断面図である。
製造工程別に示す断面図である。
【図３】この発明による超電導デバイスと従来の超電導
デバイスによるＩ−Ｖ特性図である。
デバイスによるＩ−Ｖ特性図である。
【図４】この発明の第２実施例の超電導デバイスをその
製造工程別に示す断面図である。
製造工程別に示す断面図である。
【図５】この発明の第２実施例の超電導デバイスをその
製造工程別に示す断面図である。
製造工程別に示す断面図である。
【図６】この発明の第３実施例の超電導デバイスをその
製造工程別に示す断面図である。
製造工程別に示す断面図である。
【図７】この発明の第３実施例の超電導デバイスをその
製造工程別に示す断面図である。
製造工程別に示す断面図である。
【図８】この発明の第４実施例の超電導デバイスを示す
断面図である。
断面図である。
【図９】この発明の第４実施例の要部を示す断面図であ
る。
る。
１ 基板（ＳｒＴｉＯ3） ２ ＢＳＣＣＯ薄膜（ベース層） ３ 半導体膜（コレクタ層） ４ ニードル（エミッタ層） １０ ＢＳＣＣＯ単結晶基板 １１ 絶縁膜 １２ エミッタ層 １３ ＢＳＣＣＯ薄膜（ベース層） １４ 半導体膜（コレクタ層） ２２ 絶縁層（非晶質ＭｇＯ膜）
フロントページの続き (72)発明者 善里 順信 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−10675（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−211777（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−222378（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/22 - 39/24 H01L 39/00
Claims (2)
- 【請求項１】層状構造酸化物超電導体の超電導層に対し
てのみ、トンネル現象が生じる所定の空隙を設けて対向
電極を配設し、前記超電導体層との間でトンネル接合を
形成することを特徴とする超電導デバイス。 - 【請求項２】層状構造酸化物超電導体の超電導層に対し
てのみ、絶縁層を介して対向電極を配設し、前記超電導
体層との間でトンネル接合を形成することを特徴とする
超電導デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11385593A JP3282747B2 (ja) | 1992-05-08 | 1993-04-16 | 超電導デバイス |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-143599 | 1992-05-08 | ||
| JP14359992 | 1992-05-08 | ||
| JP11385593A JP3282747B2 (ja) | 1992-05-08 | 1993-04-16 | 超電導デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0621522A JPH0621522A (ja) | 1994-01-28 |
| JP3282747B2 true JP3282747B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=26452760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11385593A Expired - Fee Related JP3282747B2 (ja) | 1992-05-08 | 1993-04-16 | 超電導デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3282747B2 (ja) |
-
1993
- 1993-04-16 JP JP11385593A patent/JP3282747B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0621522A (ja) | 1994-01-28 |
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