JP4056575B2 - Superconducting device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超伝導応用技術を利用した超伝導素子及びその製造方法に関する。さらに詳細には、酸化物超伝導体を用いた超伝導素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
超伝導電子デバイスの基本であるジョセフソン接合を含む素子を作製する場合には、障壁となるトンネル層を制御性良く形成する必要がある。超伝導素子を作製する際に、トンネル層を制御性良く形成するためには、界面においては、超伝導コヒーレンス長が重要なパラメータとなる。
【0003】
ジョセフソン接合からなる超伝導素子の種類には、大きく分けて、積層型と平坦型とがある。超伝導素子を構成する酸化物超伝導体は、結晶構造、組成によって、超伝導特性が敏感に影響を受けるため、接合界面の欠陥で劣化層が生じる。この場合、コヒーレンス長が短いと、良好な接合特性が得られなくなる。積層型で広く用いられるc軸配向薄膜においては、c軸方向のコヒーレンス長が短く、トンネル接合の作製が困難であり、形成の際の再現性が問題となっていた。
【0004】
また、集積化素子の実現が期待される超伝導素子においては、ジョセフソン接合間の特性の一致が感度に影響を与えることが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上の点に鑑みて、再現性の研究が活発に続けられていた。このうち、基板上に1次元的な粒界のあるバイクリスタル基板に作製した粒界接合を用いた平坦型のものが再現性が良いことから、比較的容易にジョセフソン接合の作製を実現している。しかし、超伝導素子を作製する位置に関しては固定されるため、集積化する場合に問題となっており、積層型、平坦型ともに、実用上の問題点を有していた。
【0006】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、基板上の任意の場所に再現性良く形成される良質の超伝導素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る超伝導素子は、断面三角形状の凸部領域からなるゲート電極を表面に有する加工基板と、前記加工基板の上に形成された酸化物薄膜層と、前記酸化物薄膜層上に形成された酸化物超伝導膜と、前記凸部領域の先端上の前記酸化物超伝導薄膜の内部に形成された結晶粒界からなるジョセフソン結合部と、前記結晶粒界を挟むドレイン電極およびソース電極とを備えたことを特徴とする。この超伝導素子の構成によれば、基板上の任意の位置に凸部領域を設けることにより、前記加工基板上の任意の場所に再現性良く良質の超伝導素子を実現することが可能となる。
【0008】
また、前記本発明の超伝導素子の構成においては、前記凸部領域が、配向結晶化した金属であることが好ましい。この好ましい例によれば、凸部領域上に酸化物薄膜及び超伝導薄膜を結晶性良く形成することが可能となり、良質の超伝導素子を比較的容易に作製することができる。また、この場合には、前記配向結晶化した金属が、白金であることが好ましい。
【0009】
また、前記本発明の超伝導素子の構成においては、前記凸部領域が、細線状であることが好ましい。
また、前記本発明の超伝導素子の構成においては、前記酸化物薄膜層が、絶縁膜であることが好ましい。
【0010】
以上のように構成された超伝導素子によれば、線状凸部領域に配向結晶化した金属(金属薄膜)を用いることにより、前記金属(金属薄膜)を電界印加用の電極として用いることが可能となり、粒界接合部のキャリアを電界制御する電界効果素子を構成することができる。
【0011】
また、本発明に係る超伝導素子の第1の製造方法は、前記断面三角形状の凸部領域からなるゲート電極を表面に有する加工基板に前記酸化物超伝導膜を形成する工程、前記酸化物超伝導膜をアニールすることによって、前記酸化物超伝導膜を配向結晶化させ、前記加工基板と前記酸化物超伝導膜との間に前記酸化物薄膜層を形成し、かつ前記凸部領域の先端上の前記酸化物超伝導薄膜の内部に前記結晶粒界を形成する工程、および前記結晶粒界を挟むように前記ドレイン電極及びソース電極を形成する工程を有する。この超伝導素子の第1の製造方法によれば、凸部領域上の酸化物超伝導膜内に、結晶粒界を形成することが可能となるため、ジョセフソン接合を有する素子を比較的容易に製造することができる。
【0012】
また、前記本発明の超伝導素子の第1の製造方法においては、前記加工基板の上に酸化物超伝導膜を堆積した後、高温アニールを行う。これによれば、酸化物超伝導膜の結晶性や超伝導特性を向上することができるだけでなく、酸化物超伝導膜と凸部領域との界面に高抵抗の酸化物層を形成することが可能であるため、金属である凸部領域と酸化物超伝導膜との絶縁を容易に行うことができる。また、この場合には、前記酸化物膜および前記酸化物超伝導膜が多結晶状態またはアモルファス状態の膜であることが好ましい。この好ましい例によれば、高温アニールを行うことにより、結晶粒が大きく、超伝導特性および粒界抵抗の高い素子を実現できる。
【0013】
また、本発明に係る超伝導素子の第2の製造方法は、前記断面三角形状の凸部領域からなるゲート電極を表面に有する加工基板に前記酸化物薄膜層を形成する工程、前記加工基板を加熱しながら、前記酸化物薄膜層上に前記酸化物超伝導膜を形成することによって、前記凸部領域上の前記酸化物超伝導薄膜の内部に前記結晶粒界を形成する工程、および前記結晶粒界を挟むように前記ドレイン電極及びソース電極を形成する工程を有する。これによれば、電界効果素子のチャネル層の厚さや特性を制御しやすいために、素子を容易に製造することができる。
【0014】
前記断面三角形状の凸部領域からなるゲート電極を表面に有する加工基板は、走査可能な針の先端部と基板の表面との間に電界を印加して前記凸部領域を前記基板の上に形成することよって得ることが好ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。ここでは、代表的な実施形態について説明するが、これによって本発明が限定されるものではない。
【0016】
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態における超伝導素子の製造工程を示す工程断面図である。以下、図1(a)〜図1(e)に基づいて、超伝導素子の製造工程について説明する。
【0017】
図1(a)は、本実施の形態における超伝導素子を構成する基板11を示している。この基板11としては、例えば、SrTiO3 単結晶基板を用いることができる。
【0018】
図1(b)に示す工程においては、基板11の温度を500℃とし、アルゴン雰囲気60mTorr(約8.0Pa)の下で、基板11上に約100nm厚の白金薄膜12を堆積した。形成された白金薄膜12は、(100)に配向していた。以下、この工程で形成された基板(基板11上に約100nm厚の白金薄膜12が形成されている)を『薄膜基板』という。
【0019】
次に、図1(c)に示す工程においては、走査型トンネル顕微鏡を用いて、その探針13と薄膜基板表面との間に2nAのトンネル電流を流し、バイアス電圧を−4V印加した。これにより、薄膜基板表面の原子群が誘導され、薄膜基板上に細線状の凸部領域14が形成された。使用した走査型トンネル顕微鏡の探針13は、金又は白金である。原子間力顕微鏡(AFM)による観察により、加工領域(この工程で加工された領域)に、断面三角形状の凸部部分が形成されていることが確認された。この加工された凸部領域14は、用いた探針の走査により、幅が約250nm程度、高さが約10nm程度であった。以下、この工程で形成された基板を『加工基板』という。
【0020】
次に、図1(d)に示す工程においては、加工基板上に、スパッタ法により、多結晶状態又はアモルファス状態のBi2 Sr2 CaCu2 Ox 酸化物超伝導薄膜15を約200nmの膜厚で形成した。この状態で、酸素と窒素の混合雰囲気(内、酸素2〜15%)中、約800℃から850℃の温度で、高温アニールを行うことにより、酸化物超伝導薄膜15を配向結晶化させた。この工程を経た状態を示しているのが、図1(e)である。つまり、図1(e)においては、高温アニール工程によって、配向結晶化した酸化物超伝導薄膜17が形成されている。このとき、白金薄膜12と配向結晶化した酸化物超伝導薄膜17との間には、高抵抗の酸化物薄膜層16が形成されていることが認められた。また、凸部領域14上に粒界18が形成されていることが認められた。
【0021】
次に、図1(f)に示す工程においては、粒界18部分が結晶粒界型のジョセフソン接合部となるように、フォトリソグラフィ及びArイオンを用いたエッチング技術により、幅1μm、長さ10μmの配線パターンとなっている超伝導ブリッジを凸部領域を横切るように形成した後、配線用金属電極19a,19bを形成し、超伝導素子を作成した。ここで、配線用金属電極19a,19bは、それぞれ凸部領域14上に形成されている粒界18を挟むようにして形成されている。そして、配線用金属電極19a,19bと白金薄膜12の凸部領域14とが超伝導素子の各電極として機能する。例えば、配線用金属電極19aがドレイン電極、配線用金属電極19bがソース電極、白金薄膜12の凸部領域14がゲート電極という具合にである。
【0022】
図2は、以上の工程を経て形成された本実施の形態における超伝導素子の素子形状を示す平面図である。図2から明らかなように、基板11上には配向結晶化した酸化物超伝導薄膜17が形成されており、粒界18部分が結晶粒界型のジョセフソン接合部となっている。
【0023】
図3は、本実施の形態における超伝導素子の電流−電圧特性を示す図である。図3に示すように、本実施の形態の超伝導素子においては、温度T〜83K下においてマイクロ波を照射したところ、典型的なシャピロステップが観測された。これにより、ジョセフソン接合素子が得られたことが確認された。
【0024】
以上説明した本実施の形態に係る超伝導素子の製造方法によれば、凸部領域14上の酸化物超伝導薄膜内に結晶粒界を形成することが可能であるため、ジョセフソン接合を有する超伝導素子を比較的容易に製造することができる。また、凸部領域14が形成された白金薄膜12の上に酸化物超伝導膜17を堆積させた後に高温アニールを行うことによって、酸化物超伝導薄膜の結晶性や超伝導特性を向上させることができるだけでなく、白金薄膜12と酸化物超伝導薄膜17との間に高抵抗の酸化物薄膜層16を形成させることが可能であるため、白金薄膜12と酸化物超伝導薄膜17との絶縁を容易に行うことができる。
【0025】
尚、本実施の形態においては、凸部領域14を形成した基板上に、スパッタ法により、多結晶状態又はアモルファス状態のBi2 Sr2 CaCu2 Ox 酸化物超伝導薄膜15を形成することにより、ジョセフソン接合素子を作製する場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこの方法に限定されるものではない。例えば、次のようにしてジョセフソン接合素子を作製することもできる。まず、凸部領域を形成した基板上に、半導体的な伝導を示すBi2 Sr2 CuOy 酸化物薄膜をスパッタ法によって堆積する。次いで、基板温度を650℃とし、アルゴンと酸素の混合雰囲気(内、酸素10〜25%)7.5mTorr(約1.0Pa)の下で、高温アニールをせずに同じくスパッタ法によりc軸配向のBi2 Sr2 CaCu2 Ox 酸化物超伝導薄膜を形成する。以上のようにして作製されたジョセフソン接合素子もジョセフソン効果を示すことが認められた。しかし、臨界電流と接合抵抗との積であるIc ・Rn を比較した場合、高温アニールしたものの方が約2倍大きく、1.5mV程度であった。
【0026】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態における超伝導素子について説明する。図4は本発明の第2の実施の形態における超伝導素子を示す断面図である。本実施の形態における超伝導素子は、以下のようにして作製される。
【0027】
まず、基板41の温度を500℃とし、アルゴン雰囲気60mTorr(約8.0Pa)の下で、スパッタ法により、基板41上の全面に約150nm厚の白金薄膜を堆積した。堆積した白金薄膜は(100)に配向していた。本実施の形態においては、白金薄膜の膜厚を約150nmに設定しているが、必ずしもこの膜厚に限定されるものではなく、後にこの白金薄膜の上に形成される膜を適当に形成し得る膜厚であればよい(つまり、適当な『ぬれ性』が得られる厚さであればよい)。従って、例えば、白金薄膜の厚さは80nm程度であってもよい。
【0028】
その後、フォトリソグラフィ及びArイオンを用いたエッチング技術により、白金薄膜を、幅1μm、長さ10μmの細線状(細線状の白金薄膜42)に加工する。上記基板41としては、例えば、MgO単結晶基板を用いることができる。
【0029】
次に、その上に膜厚500nmのSrTiO3 薄膜43を、さらにその上に膜厚100nmのYBa2 Cu3 O7 酸化物超伝導薄膜44を、それぞれスパッタ法により、エピタキシャル成長させることによって形成した。これらの薄膜の形成は、基板41の温度を650℃とし、アルゴンと酸素の混合雰囲気40mTorr(約5.3Pa)の下で行った。
【0030】
次に、図2とほぼ同様の形状となるように、加工領域(加工された凸部領域)を横切るように、幅1μm、長さ10μmの配線パターンとなっている超伝導ブリッジをフォトリソグラフィ及びArイオンを用いたエッチング技術によって形成した。
【0031】
以上の工程により作製された超伝導素子の断面を示しているのが図4である。図4において、41は基板、42は細線状に加工された白金薄膜、43はSrTiO3 薄膜、44はYBa2 Cu3 O7 酸化物超伝導薄膜、45は粒界部分、46、47は電極である。図4は、細線状に加工された白金薄膜42をゲート電極とし、電極46、電極47をそれぞれソース電極、ドレイン電極として、またSrTiO3 薄膜43をゲートバリアとして用いたときの、電界によって粒界に流れる超伝導電流を制御する電界効果素子の構成を示したものである。
【0032】
つまり、図4における超伝導素子は、基板41上に配向結晶化した金属からなる凸部領域(細線状に加工された白金薄膜)42をゲート電極として設け、その上に酸化物絶縁膜(SrTiO3 薄膜43)を堆積させ、さらにその上にYBa2 Cu3 O7 酸化物超伝導薄膜44を堆積させることにより、凸部領域42上に粒界部分45が形成され、この粒界部分45を挟んでドレイン電極46、ソース電極47が形成されている。この素子においては、ゲート電極(白金薄膜42)に電圧を印加することにより、ドレイン電極46、ソース電極47間のコンダクタンスが変化した。これにより、電界効果型素子を得ることができた。
【0033】
以上説明した本実施の形態に係る超伝導素子の製造方法によれば、電界効果型素子のチャネル層の厚さや特性を制御しやすいために、素子を容易に製造することができる。
【0034】
尚、本実施の形態においては、フォトリソグラフ及びArイオンを用いたエッチング技術により、ゲート電極部(凸部領域42)を形成する場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこの方法に限定されるものではない。例えば、走査型トンネル顕微鏡を用いて、探針と薄膜基板表面との間に電界を印加することにより、ゲート電極部(凸部領域42)を形成してもよい。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来の平坦型の超伝導素子であるバイクリスタル基板などを用いたタイプが抱えていた課題を解消することが可能となり、基板上の任意の場所に再現性良く形成される良質の超伝導素子およびその製造方法を提供することができる。また、加工した凸部領域に配向結晶化した金属を用いることにより、電界効果素子をも構成することができる。従って、簡便な作製プロセスによって素子を作製することができるため、集積化技術を向上させ、トランジスタ回路あるいは単一磁束量子素子などを用いた超伝導回路を得ることができ、超伝導電子素子を実現する上での基礎技術となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における超伝導素子の製造工程を示す工程断面図
【図2】本発明の第1の実施の形態における超伝導素子の素子形状を示す平面図
【図3】本発明の第1の実施の形態における超伝導素子の電流−電圧特性を示す図
【図4】本発明の第2の実施の形態における超伝導素子を示す断面図
【符号の説明】
11,41 基板
12 白金薄膜
13 走査型トンネル顕微鏡の探針
14 凸部領域
15 酸化物超伝導薄膜
16 酸化物薄膜層
17 酸化物超伝導薄膜(高温アニール工程の後配向結晶化したもの)
18 粒界
19a,19b 配線用金属電極
42 細線状に加工した白金薄膜(ゲート電極)
43 SrTiO3 薄膜(ゲートバリア)
44 超伝導薄膜
45 粒界部分
46 電極(ソース電極)
47 電極(ドレイン電極)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a superconducting element using superconducting application technology and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a superconducting element using an oxide superconductor and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
When fabricating an element including a Josephson junction, which is the basis of a superconducting electronic device, it is necessary to form a tunnel layer serving as a barrier with good controllability. When forming a superconducting element, the superconducting coherence length is an important parameter at the interface in order to form the tunnel layer with good controllability.
[0003]
The types of superconducting elements comprising Josephson junctions are broadly classified into a stacked type and a flat type. Since the superconducting characteristics of the oxide superconductor constituting the superconducting element are sensitively affected by the crystal structure and composition, a deteriorated layer is generated due to a defect at the junction interface. In this case, if the coherence length is short, good bonding characteristics cannot be obtained. In a c-axis oriented thin film widely used in a laminated type, the coherence length in the c-axis direction is short, making it difficult to produce a tunnel junction, and reproducibility during formation has been a problem.
[0004]
Further, in superconducting elements expected to realize integrated elements, it is known that the matching of characteristics between Josephson junctions affects the sensitivity.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above points, research on reproducibility has continued actively. Among these, the flat type using a grain boundary junction fabricated on a bicrystal substrate having a one-dimensional grain boundary on the substrate has good reproducibility, so that a Josephson junction can be fabricated relatively easily. ing. However, since the position where the superconducting element is manufactured is fixed, there is a problem in integration, and both the stacked type and the flat type have practical problems.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a high-quality superconducting element formed with good reproducibility at an arbitrary place on a substrate and a method for manufacturing the same. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the object, the superconducting device according to the invention, a processed substrate having a gate electrode made of triangular cross-section convex region on the surface, the oxide thin layer formed on the working board The oxide superconducting film formed on the oxide thin film layer ; and the Josephson coupling part comprising a crystal grain boundary formed inside the oxide superconducting thin film on the tip of the convex region; A drain electrode and a source electrode sandwiching the crystal grain boundary are provided. According to the structure of this superconducting element, it is possible to realize a high-quality superconducting element with good reproducibility at an arbitrary position on the processed substrate by providing a convex region at an arbitrary position on the substrate. .
[0008]
Moreover, in the structure of the superconducting element of the present invention, it is preferable that the convex region is a metal crystallized by orientation. According to this preferred example, an oxide thin film and a superconducting thin film can be formed on the convex region with good crystallinity, and a high-quality superconducting element can be produced relatively easily. In this case, the oriented and crystallized metal is preferably platinum.
[0009]
Moreover, in the structure of the superconducting element of the present invention, it is preferable that the convex region is a thin line .
In the configuration of the superconducting element of the present invention, the oxide thin film layer is preferably an insulating film.
[0010]
According to the superconducting element configured as described above, the metal (metal thin film) can be used as an electrode for applying an electric field by using a metal (metal thin film) crystallized in the linear convex region. Thus, it is possible to configure a field effect element that controls the electric field of carriers at the grain boundary junction.
[0011]
The first method of manufacturing a superconducting device according to the present invention includes the step of forming the oxide superconducting film on a processing substrate having a gate electrode formed on a surface thereof having a triangular section in the cross section, the oxide The oxide superconducting film is oriented and crystallized by annealing the superconducting film, the oxide thin film layer is formed between the processed substrate and the oxide superconducting film, and the convex region Forming a crystal grain boundary inside the oxide superconducting thin film on the tip; and forming the drain electrode and the source electrode so as to sandwich the crystal grain boundary . According to the first manufacturing method of the superconducting element, it is possible to form a crystal grain boundary in the oxide superconducting film on the convex region, and therefore, an element having a Josephson junction is relatively easy. Can be manufactured.
[0012]
Further, the in the first method of manufacturing a superconducting device of the present invention, after depositing an oxide superconducting film on said processing board, intends line high-temperature annealing. According to which this, not only it is possible to improve the crystallinity and the superconducting properties of the oxide superconducting film, forming an oxide layer of high resistivity at the interface between the oxide superconductor film and the convex regions Therefore, it is possible to easily insulate the metal convex region and the oxide superconducting film. In this case, the oxide film and the oxide superconducting film are preferably films in a polycrystalline state or an amorphous state. According to this preferable example, by performing high-temperature annealing, an element having large crystal grains and high superconducting characteristics and grain boundary resistance can be realized.
[0013]
Further, a second method for manufacturing a superconducting device according to the present invention includes a step of forming the oxide thin film layer on a processed substrate having a gate electrode formed on the surface thereof having a convex region having a triangular cross section. Forming the crystal grain boundary inside the oxide superconducting thin film on the convex region by forming the oxide superconducting film on the oxide thin film layer while heating, and the crystal Forming the drain electrode and the source electrode so as to sandwich the grain boundary. According to is this, for easy control of the thickness and characteristics of the channel layer in the field-effect element, it is possible to easily manufacture the device.
[0014]
The processed substrate having a gate electrode composed of a convex region having a triangular cross section on the surface, an electric field is applied between the tip of the scannable needle and the surface of the substrate to place the convex region on the substrate. It is preferable to obtain by forming.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described more specifically using embodiments. Here, although typical embodiment is described, this invention is not limited by this.
[0016]
(First embodiment)
FIG. 1 is a process cross-sectional view showing a process for manufacturing a superconducting element in the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the manufacturing process of the superconducting element will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (e).
[0017]
FIG. 1A shows a
[0018]
In the process shown in FIG. 1B, a platinum
[0019]
Next, in the process shown in FIG. 1C, a 2 nA tunnel current was passed between the
[0020]
Next, in the step shown in FIG. 1D, a polycrystalline or amorphous Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O x oxide superconducting
[0021]
Next, in the step shown in FIG. 1 (f), a width of 1 μm and a length are obtained by photolithography and an etching technique using Ar ions so that the
[0022]
FIG. 2 is a plan view showing the element shape of the superconducting element in the present embodiment formed through the above steps. As is apparent from FIG. 2, an oriented supercrystallized
[0023]
FIG. 3 is a diagram showing current-voltage characteristics of the superconducting element in the present embodiment. As shown in FIG. 3, in the superconducting device of the present embodiment, a typical Shapiro step was observed when microwaves were irradiated at a temperature of T to 83K. This confirmed that a Josephson junction element was obtained.
[0024]
According to the method for manufacturing a superconducting element according to the present embodiment described above, a crystal grain boundary can be formed in the oxide superconducting thin film on the convex region 14, so that a Josephson junction is provided. Superconducting elements can be manufactured relatively easily. In addition, the
[0025]
In the present embodiment, the Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O x oxide superconducting
[0026]
(Second Embodiment)
Next, a superconducting element in the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a superconducting element in the second embodiment of the present invention. The superconducting element in the present embodiment is manufactured as follows.
[0027]
First, a platinum thin film having a thickness of about 150 nm was deposited on the entire surface of the
[0028]
Thereafter, the platinum thin film is processed into a thin wire shape (thin wire-like platinum thin film 42) having a width of 1 μm and a length of 10 μm by photolithography and an etching technique using Ar ions. As the
[0029]
Next, an SrTiO 3
[0030]
Next, a superconducting bridge having a wiring pattern having a width of 1 μm and a length of 10 μm is formed so as to cross the processing region (processed convex region) so as to have a shape substantially similar to that of FIG. It formed by the etching technique using Ar ion.
[0031]
FIG. 4 shows a cross section of the superconducting element manufactured by the above process. In FIG. 4, 41 is a substrate, 42 is a thin platinum film processed into a thin line, 43 is a SrTiO 3 thin film, 44 is a YBa 2 Cu 3 O 7 oxide superconducting thin film, 45 is a grain boundary portion, and 46 and 47 are electrodes. It is. FIG. 4 shows a case where a thin film-processed platinum
[0032]
That is, the superconducting element in FIG. 4 is provided with a convex region (platinum thin film processed into a thin line shape) 42 made of oriented and crystallized metal on a
[0033]
According to the method for manufacturing a superconducting element according to the present embodiment described above, since the thickness and characteristics of the channel layer of the field effect element can be easily controlled, the element can be manufactured easily.
[0034]
In this embodiment, the case where the gate electrode portion (convex region 42) is formed by an etching technique using photolithography and Ar ions has been described as an example. However, the present embodiment is not necessarily limited to this method. It is not a thing. For example, the gate electrode portion (convex region 42) may be formed by applying an electric field between the probe and the surface of the thin film substrate using a scanning tunneling microscope.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to solve the problems of the conventional type using a bicrystal substrate, which is a flat superconducting element, and can be placed anywhere on the substrate. It is possible to provide a high-quality superconducting element formed with good reproducibility and a method for manufacturing the same. Moreover, a field effect element can also be comprised by using the orientation crystallized metal for the processed convex part area | region. Therefore, since the device can be manufactured by a simple manufacturing process, the integration technology can be improved, and a superconducting circuit using a transistor circuit or a single flux quantum device can be obtained, thereby realizing a superconducting electronic device. It becomes the basic technology in doing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process cross-sectional view showing a manufacturing process of a superconducting element in the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing an element shape of the superconducting element in the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing current-voltage characteristics of the superconducting element in the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the superconducting element in the second embodiment of the present invention.
DESCRIPTION OF
18
43 SrTiO 3 thin film (gate barrier)
44 Superconducting
47 electrode (drain electrode)
Claims (9)
前記加工基板の上に形成された酸化物薄膜層と、
前記酸化物薄膜層上に形成された酸化物超伝導膜と、
前記凸部領域の先端上の前記酸化物超伝導薄膜の内部に形成された結晶粒界からなるジョセフソン結合部と、
前記結晶粒界を挟むドレイン電極およびソース電極と
を備えた超伝導素子。 A processed substrate having a gate electrode formed of a convex region having a triangular cross section on the surface ;
An oxide thin film layer formed on the working board,
And the oxide formed on the oxide thin film layer on the superconducting film,
Josephson coupling part consisting of crystal grain boundaries formed inside the oxide superconducting thin film on the tip of the convex region;
A superconducting device comprising a drain electrode and a source electrode sandwiching the crystal grain boundary .
前記加工基板の上に形成された酸化物薄膜層と、
前記酸化物薄膜層上に形成された酸化物超伝導膜と、
前記凸部領域の先端上の前記酸化物超伝導薄膜の内部に形成された結晶粒界からなるジョセフソン結合部と、
前記結晶粒界を挟むドレイン電極およびソース電極と
を備えた超伝導素子の製造方法であって、
前記断面三角形状の凸部領域からなるゲート電極を表面に有する加工基板に前記酸化物超伝導膜を形成する工程、
前記酸化物超伝導膜をアニールすることによって、前記酸化物超伝導膜を配向結晶化させ、前記加工基板と前記酸化物超伝導膜との間に前記酸化物薄膜層を形成し、かつ前記凸部領域の先端上の前記酸化物超伝導薄膜の内部に前記結晶粒界を形成する工程、および
前記結晶粒界を挟むように前記ドレイン電極及びソース電極を形成する工程
を有する超伝導素子の製造方法。 A processed substrate having a gate electrode formed of a convex region having a triangular cross section on the surface ;
An oxide thin film layer formed on the working board,
And the oxide formed on the oxide thin film layer on the superconducting film,
Josephson coupling part consisting of crystal grain boundaries formed inside the oxide superconducting thin film on the tip of the convex region;
A drain electrode and a source electrode sandwiching the crystal grain boundary;
A method of manufacturing a superconducting device comprising:
A step of forming the oxide superconducting film on a processing substrate having a gate electrode formed of a convex region having a triangular cross section on the surface;
The oxide superconducting film is annealed to crystallize the oxide superconducting film, form the oxide thin film layer between the processed substrate and the oxide superconducting film, and Forming the crystal grain boundary inside the oxide superconducting thin film on the tip of the partial region; and
Forming the drain electrode and the source electrode so as to sandwich the crystal grain boundary
The manufacturing method of the superconducting element which has this.
前記加工基板の上に形成された酸化物薄膜層と、An oxide thin film layer formed on the processed substrate;
前記酸化物薄膜層上に形成された酸化物超伝導膜と、An oxide superconducting film formed on the oxide thin film layer;
前記凸部領域の先端上の前記酸化物超伝導薄膜の内部に形成された結晶粒界からなるジョセフソン結合部と、Josephson coupling part consisting of crystal grain boundaries formed inside the oxide superconducting thin film on the tip of the convex region;
前記結晶粒界を挟むドレイン電極およびソース電極とA drain electrode and a source electrode sandwiching the crystal grain boundary;
を備えた超伝導素子の製造方法であって、A method of manufacturing a superconducting device comprising:
前記断面三角形状の凸部領域からなるゲート電極を表面に有する加工基板に前記酸化物薄膜層を形成する工程、Forming the oxide thin film layer on a processing substrate having a gate electrode formed of a convex region having a triangular cross section on the surface;
前記加工基板を加熱しながら、前記酸化物薄膜層上に前記酸化物超伝導膜を形成することによって、前記凸部領域の先端上の前記酸化物超伝導薄膜の内部に前記結晶粒界を形成する工程、およびBy forming the oxide superconducting film on the oxide thin film layer while heating the processed substrate, the crystal grain boundary is formed inside the oxide superconducting thin film on the tip of the convex region. And the process of
前記結晶粒界を挟むように前記ドレイン電極及びソース電極を形成する工程Forming the drain electrode and the source electrode so as to sandwich the crystal grain boundary
を有する超伝導素子の製造方法。A method of manufacturing a superconducting element having
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