JP7283034B2 - 超電導デバイス及び超電導デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
最初に、ステップエッジ型のジョセフソン接合を有する超電導デバイスについて説明する。この超電導デバイスは、図1に示されるように、酸化物結晶基板10の表面には段差11が形成されており、この酸化物結晶基板10の上に、高温超電導膜30がエピタキシャル成長により形成されている。このように形成された高温超電導膜30は、c軸方向([001]方向)に高配向なエピタキシャル膜であり、酸化物結晶基板10の表面に形成された段差11により結晶粒界が生成され、この結晶粒界によりジョセフソン接合31が形成される。高温超電導膜30は、パルスレーザー堆積(PLD:Pulsed Laser Deposition)法、共蒸着法、スパッタ法、分子線エピタキシー法等により高温超電導膜を成膜することにより形成される。SQUIDは、このようなジョセフソン接合31が形成されたデバイスであるが、良好な特性のSQUIDを高い歩留まりで製造するためには、ジョセフソン接合31の接合界面は良好であるものが求められる。
次に、第1の実施の形態における超電導デバイスについて説明する。本実施の形態における超電導デバイスは、図3及び図4に示されるように、表面に段差11が形成されている酸化物結晶基板10の表面に、低温超電導膜120を形成し、低温超電導膜120の上には、高温超電導膜130が形成されている構造のものである。尚、本願においては、低温超電導膜120を第1の超電導膜と記載し、高温超電導膜130を第2の超電導膜と記載する場合がある。
次に、図3に示される本実施の形態における超電導デバイスに対応する図5(a)に示される試料S1と、図1の超電導デバイスに対応する図5(b)に示される試料S2及びS3を作製し、X線回折による分析を行った。この結果について以下に説明する。試料S1は、PLD法により低温超電導膜120及び高温超電導膜130を順に形成したものであり、試料S2は、PLD法により高温超電導膜30を形成したものであり、試料S3は、共蒸着法により高温超電導膜30を形成したものである。尚、試料S1、S2、S3はX線回折による分析を行うための試料であるため、酸化物結晶基板10には段差11は形成されてはいない。よって、高温超電導膜にはジョセフソン接合は形成されてはいない。
次に、本実施の形態における超電導デバイスの製造方法について、図8から図10に基づき説明する。
次に、本実施の形態における磁気センサについて説明する。本実施の形態における磁気センサは、図11に示されるように、DC-SQUID150aを用いた磁気センサせあり、DC-SQUID150aと検出コイル171とが結合された構造の直接結合型マグネットメータである。具体的には、DC-SQUID150aの一部が開いており、その開いている部分に検出コイル171を結合することにより、磁気センサ180が形成されており、DC-SQUID150aと検出コイル171により、閉じられたループが形成されている。尚、検出コイル171の大きさは10mm×10mmであり、DC-SQUID150a及び検出コイル171により形成される閉じられたループ内に入り込んだ磁束の磁束密度を検出することができる。また、本実施の形態は、用途や検出感度に応じて、SQUIDを用いた磁束トランス型やマルチループ型にしてもよく、更に、使用される環境における磁場の影響を抑えるため、グラジオメータの素子構造であってもよい。
次に、第2の実施の形態における超電導デバイスについて説明する。本実施の形態における超電導デバイスは、酸素の組成比の異なる複数の低温超電導層により低温超電導膜が形成されている。酸素の組成比の異なる複数の低温超電導層により低温超電導膜を形成することにより、低温超電導膜の最上層の酸素の組成比を高温超電導膜の酸素の組成比に近づけることができ、高温超電導膜の結晶性をより一層向上させることができる。
(付記1)
結晶基板の上に形成された第1の超電導膜と、
前記第1の超電導膜の上に形成された第2の超電導膜と、
を有し、
前記第1の超電導膜及び前記第2の超電導膜は、RBa2Cu3O7-x(Rは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb)により形成されており、
前記第2の超電導膜は、前記第1の超電導膜よりも、超電導転移温度が高いことを特徴とする超電導デバイス。
(付記2)
前記第1の超電導膜の超電導転移温度は77K未満であり、
前記第2の超電導膜の超電導転移温度は77K以上であることを特徴とする付記1に記載の超電導デバイス。
(付記3)
結晶基板の上に形成された第1の超電導膜と、
前記第1の超電導膜の上に形成された第2の超電導膜と、
を有し、
前記第1の超電導膜及び前記第2の超電導膜は、RBa2Cu3O7-x(Rは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb)により形成されており、
前記第2の超電導膜は、前記第1の超電導膜よりも、酸素の組成比が高いことを特徴とする超電導デバイス。
(付記4)
前記第2の超電導膜は、前記第1の超電導膜よりも、酸素の組成比が高いことを特徴とする付記1または2に記載の超電導デバイス。
(付記5)
前記第1の超電導膜のxの範囲は0.5<x<1であり、
前記第2の超電導膜のxの範囲は0<x<0.5であることを特徴とする付記3または4に記載の超電導デバイス。
(付記6)
前記第1の超電導膜は正方晶であり、
前記第2の超電導膜は斜方晶であることを特徴とする付記1から5のいずれかに記載の超電導デバイス。
(付記7)
前記第1の超電導膜は、酸素の組成比の異なる複数の超電導層により形成されており、
前記結晶基板の側の超電導層における酸素の組成比よりも、前記第2の超電導膜の側の超電導層における酸素の組成比が高いことを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の超電導デバイス。
(付記8)
前記第1の超電導膜は、前記結晶基板の側から前記第2の超電導膜の側に向かって酸素の組成比が徐々に増加するように組成傾斜していることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の超電導デバイス。
(付記9)
前記結晶基板の表面には段差が形成されており、
前記第2の超電導膜には、前記段差に起因するジョセフソン接合が形成されていることを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の超電導デバイス。
(付記10)
前記結晶基板は、酸化物結晶基板であることを特徴とする付記1から9のいずれかに記載の超電導デバイス。
(付記11)
結晶基板の上に、パルスレーザ堆積法により第1の超電導膜を形成する工程と、
結晶第1の超電導膜の上に、パルスレーザ堆積法により第2の超電導膜を形成する工程と、
を有し、
前記第1の超電導膜及び前記第2の超電導膜は、RBa2Cu3O7-x(Rは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb)により形成されており、
前記第2の超電導膜は、前記第1の超電導膜よりも、超電導転移温度が高いことを特徴とする超電導デバイスの製造方法。
(付記12)
前記第1の超電導膜の超電導転移温度は77K未満であり、
前記第2の超電導膜の超電導転移温度は77K以上であることを特徴とする付記11に記載の超電導デバイスの製造方法。
(付記13)
結晶基板の上に、パルスレーザ堆積法により第1の超電導膜を形成する工程と、
結晶第1の超電導膜の上に、パルスレーザ堆積法により第2の超電導膜を形成する工程と、
を有し、
前記第1の超電導膜及び前記第2の超電導膜は、RBa2Cu3O7-x(Rは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb)により形成されており、
前記第2の超電導膜は、前記第1の超電導膜よりも、酸素の組成比が高いことを特徴とする超電導デバイスの製造方法。
(付記14)
前記第2の超電導膜は、前記第1の超電導膜よりも、酸素の組成比が高いことを特徴とする付記11または12に記載の超電導デバイスの製造方法。
(付記15)
前記第1の超電導膜のxの範囲は0.5<x<1であり、
前記第2の超電導膜のxの範囲は0<x<0.5であることを特徴とする付記13または14に記載の超電導デバイスの製造方法。
(付記16)
前記結晶基板の表面には段差が形成されており、
前記第2の超電導膜には、前記段差に起因するジョセフソン接合が形成されることを特徴とする付記11から15のいずれかに記載の超電導デバイスの製造方法。
(付記17)
前記ジョセフソン接合の両側の前記第2の超電導膜の上に、電極を形成する工程を有することを特徴とする付記11から16のいずれかに記載の超電導デバイスの製造方法。
(付記18)
前記結晶基板は、酸化物結晶基板であることを特徴とする付記11から17のいずれかに記載の超電導デバイスの製造方法。
11 段差
120 低温超電導膜
130 高温超電導膜
131 ジョセフソン接合
Claims (10)
- 結晶基板の上に形成された第1の超電導膜と、
前記第1の超電導膜の上に形成された第2の超電導膜と、
を有し、
前記第1の超電導膜及び前記第2の超電導膜は、RBa2Cu3O7-x(Rは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb)から構成され、
前記第2の超電導膜は、前記第1の超電導膜よりも、超電導転移温度が高いことを特徴とする超電導デバイス。 - 前記第1の超電導膜の超電導転移温度は77K未満であり、
前記第2の超電導膜の超電導転移温度は77K以上であることを特徴とする請求項1に記載の超電導デバイス。 - 結晶基板の上に形成された第1の超電導膜と、
前記第1の超電導膜の上に形成された第2の超電導膜と、
を有し、
前記第1の超電導膜及び前記第2の超電導膜は、RBa2Cu3O7-x(Rは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb)から構成され、
前記第2の超電導膜は前記第1の超電導膜よりも、酸素の組成比が高いことを特徴とする超電導デバイス。 - 前記第1の超電導膜のxの範囲は0.5<x<1であり、
前記第2の超電導膜のxの範囲は0<x<0.5であることを特徴とする請求項3に記載の超電導デバイス。 - 前記第1の超電導膜は正方晶であり、
前記第2の超電導膜は斜方晶であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の超電導デバイス。 - 前記第1の超電導膜は、酸素の組成比の異なる複数の超電導層により形成されており、
前記結晶基板の側の超電導層における酸素の組成比よりも、前記第2の超電導膜の側の超電導層における酸素の組成比が高いことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の超電導デバイス。 - 前記第1の超電導膜は、前記結晶基板の側から前記第2の超電導膜の側に向かって酸素の組成比が徐々に増加するように組成傾斜していることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の超電導デバイス。
- 前記結晶基板の表面には段差が形成されており、
前記第2の超電導膜には、前記段差に起因するジョセフソン接合が形成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の超電導デバイス。 - 結晶基板の上に、パルスレーザ堆積法により第1の超電導膜を形成する工程と、
結晶第1の超電導膜の上に、パルスレーザ堆積法により第2の超電導膜を形成する工程と、
を有し、
前記第1の超電導膜及び前記第2の超電導膜は、RBa2Cu3O7-x(Rは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb)から構成され、
前記第2の超電導膜は前記第1の超電導膜よりも、超電導転移温度が高いことを特徴とする超電導デバイスの製造方法。 - 前記結晶基板の表面には段差が形成されており、
前記第2の超電導膜には、前記段差に起因するジョセフソン接合が形成されることを特徴とする請求項9に記載の超電導デバイスの製造方法。
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