JPH0195576A

JPH0195576A - 薄膜超電導素子の製造方法

Info

Publication number: JPH0195576A
Application number: JP62252895A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Miyauchi; 美智博宮内; Kentaro Setsune; 瀬恒　謙太郎; Takashi Hirao; 孝平尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-10-07
Filing date: 1987-10-07
Publication date: 1989-04-13
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPH081971B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、超電導素子、特に弱結合部を有する複合化合
物薄膜を°用いた超電導素子の製造方法に関するもので
ある。

従来の技術従来、超電導体としては、Ａ１５型２元系化合物として
窒化ニオブ（ＮｂＮ）やニオブ３ゲルマニラム（Ｎｂ３
Ｇｅ）などが知られていた。また、これらの材料を用い
た超電導素子も種々提案されている。しかし、これらの
材料の超電導転移温度ＴＣはたかだか２４にであった。

また、ペロブスカイト系化合物としては、Ｂａ−Ｐｂ−
Ｂ　ｉ　−０系（特開昭６０−１７３８８５号）が知ら
れており、この系の材料を用いた超電導素子も数多く研
究されている。しかし、この材料のＴｃは１３に程度と
低く実用化は困難であった。ところがＴｃが３０〜４０
Ｋを示すＢａ−Ｌａ−Ｃｕ−０系の高温超電導体が提案
された［Ｊ、Ｇ、Ｂｅｄｎｏｒｚ　ａｎｄ　Ｋ、Ａ、Ｍ
ｕｌｌｅｒ、ツアイト　シュリフト　フェア　フィジー
ク（Ｚｅｉｔｓｈｒｉｆｔ　ｆｕｒ　ｐｈｙｓｉｋ　Ｂ
）−Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ　Ｍａｔｔｅｒ　６４．１８９
−１９３　（１９８６）］　、さらに、最近提案された
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系では９０Ｋを越えるＴｃが報告さ
れており［Ｍ、　Ｋ、　Ｎｕ等、フィジカル　レピュー
レターズ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ）　Ｖｏｌ、５８．Ｎｏ。

９．９０８−９１０（１９８７）］　、液体窒素の沸点
（７７Ｋ）よりも高くなったことで実用化が有望となっ
てきた。

発明が解決しようとする問題点Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系に代表される複合化合物材料は、
例えばスパッタリング法等の薄膜形成手法を用いると、
薄膜状の高温超電導体として形成される。しかしながら
、この超電導薄膜を利用して素子を作製するためのプロ
セス技術が確立されておらず、新規素子の作製が困難で
ある。

゛　　問題点を解決するための手段この複合１ヒ合物薄膜の性質は、下地の基板の影響を非
常に強く受ける。ある種の単結晶基板を用いるとエピタ
キシャル成長により単結晶の複合化合物薄膜を得ること
ができる。また、非晶質基板上には単結晶の複合化合物
薄膜を得ることはできない、複合化合物薄膜が単結晶で
あるかないかによって、超電導転移温度Ｔｃや結合状態
が大きく異なる。この性質を利用して、複合化合物がエ
ピタキシャル成長する単結晶基板の１部に、イオンを注
入して単結晶基板の１部を非晶質化した基板上に、複合
化合物薄膜を形成することにより、単結晶上には超伝導
薄膜が非晶質上には弱結合の薄膜が形成される。この弱
結合によって超電導体薄膜が少なくとも２つの領域に分
離した構造を有することになり、これを用いて超電導素
子を形成することができる。

作用本発明に係る薄膜超電導素子の製造方法は、複合化合物
超電導体を薄膜化しているため、従来の焼結体に比べ均
質な超電導体を用いていること、基板を微細加工してい
るなめ超電導体薄膜を微細加工することなく弱結合部を
形成することができるため、非常に高精度な超電導素子
を容易に形成することができる。

実施例本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図に示すように、単結晶基板１上にレジスト等でマ
スクパターン２を形成する。超電導薄膜の作製が数百度
の高温で行われ、超電導素子は液体窒素温度（−１９６
℃）の低温で動作させるため、基板と超電導薄膜との密
着性が悪くなり破損する場合があるが、基板の線熱膨張
係数が１１０−６ｄｅ”以上であれば薄膜の破損もなく
実用されることを確認した。また結晶性の超電導薄膜を
基板上°に形成するためには、単結晶の基板が有効であ
ることを確認した０、シたがって、ここで用いる基板と
しては、酸化マグネシウム、サファイア（α−Ａ１２０
３）、スピネル、チタン酸ストロンチウム、シリコン、
ガリウムひ素、ふり化カルシウム等の単結晶基板が超電
導素子の作製に有効であった。このマスクを通して酸素
或は窒素等のイオン３を注入して単結晶基板１の１部を
非晶質化した。

注入条件として、イオンの加速電圧は５ｋＶ以上であり
注入量はＩ　Ｘ　１０”〜Ｉ　Ｘ　Ｉ　Ｏ”ｃｍ−”で
ある、１０はこの非晶質化部分を示す。

次に、第２図に示すように、レジスト２を除去して単結
晶基板１の表面を露出させた後、高周波プレナーマグネ
トロンスバッタにより、焼結しなＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７タ
ーゲットをＡｒと０２の混合ガス雰囲気でスパッタリン
グ蒸着して、上記基板上にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７薄ｌｌ１
４を形成した。スパッタリング条件は、ガス圧力０．５
Ｐａ、スパッタリング電力１５０Ｗ、基板温度７００℃
であった。膜厚は約１μｍであった。このＹＢａ２Ｃｕ
３Ｏ７薄膜４を形成後、酸素ガス雰囲気中８００℃で約
５時間熱処理を行った。このようにして、同一の薄膜４
中に弱結合部５を有する超電導薄膜を基板上に得ること
ができる。単結晶基板１上のＹＢａ２ＣｕｌＯフ薄膜４
は単結晶であり、その超電導転移温度ＴＣは８２にであ
った。非晶質部分１０上の弱結合部を構成するＹＢａ２
Ｃｕ３Ｏ７は１作成条件によって常電導体あるいは半導
体あるいは絶縁体あるいは超伝導を示すが単結晶上に比
べてＴｃが非常に低いものができる。このようにして、
この弱結合部５を用いて、例えば超伝導電極が２つ即ち
二端子素子であると、弱結合形かトンネル形のジョセフ
ソン素子等の超伝導素子を作成す、ることができる。

超電導薄膜として、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０以外に元素のモ
ル比が０．５≦（Ａ＋Ｂ）／Ｃｕ≦２．５であるＡ元素、Ｂ元素およびＣｕを含む酸化物を用いて
も良い、ここに、ＡはＳｃおよびランタン系列元素（原
子番号５７〜７１）のうち少なくと°も１種、ＢはＩＩ
ａ族元素のうち少なくとも１種の元素を含むものである
。

発明の効果以上のような方法により容易に薄膜超伝導素子を作成す
ることができる。複合化合物薄膜にレジストを塗布した
りエツチング等の微細加工を行うことなく、弱結合を有
する超伝導薄膜を得ることができるため、超伝導特性の
劣下なしで良好な超伝導素子を得ることができる。また
、素子の分離は、超電導体の距離即ちイオン注入層の領
域を大きくすることによってできるため、１回のマスク
工程と１回の薄膜形成工程によって集積した超伝導素子
を形成することができる。また、ＳｔやＧａＡｓ等の半
導体やＣａＦ２等の絶縁体上に超伝導素子を形成できる
ため、他のデバイスと積層した新規なデバイスを作成す
ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例による薄膜超電
導素子の製造方法の基本概念断面図である。１・・・単結晶基板（サファイア）、２・・・レジスト
、３・・・酸素あるいは窒素イオン、４・・・ＹＢａ２
Ｃｕ３０フ薄膜、５・・・弱結合部、１０・・・非晶質
部分代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図第２１１１

Claims

【特許請求の範囲】（１）単結晶基板の１部にイオンを注入して、前記単結
晶基板の１部を非晶質化し、前記基板上に複合化合物を
用いた超電導体被膜を形成することを特徴とする薄膜超
電導素子の製造方法。（２）非晶質化した基板上の複合化合物薄膜が弱結合状
態であり、この弱結合部によって前記超電導体被膜を少
なくとも２つの領域に分離した構造を形成することを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜超電導素子の
製造方法。（３）複合化合物として元素のモル比率が０．５≦（Ａ＋Ｂ）／Ｃｕ≦２．５であるＡ元素、Ｂ元素およびＣｕを含む酸化物を用いる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜超電
導素子の製造方法。ここに、ＡはＳｃ、Ｙおよびランタン系列元素（原子番
号５７〜７１）のうち少なくとも１種、ＢはIIａ族元素
のうち少なくとも１種の元素を示す。（４）単結晶基板として、サファイア、酸化マグネシウ
ム、スピネル、チタン酸ストロンチウム、シリコン、ガ
リウムひ素、インジウム燐、ふっ化カルシウム等の単結
晶の少なくとも１種で構成したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の薄膜超電導素子の製造方法。（５）酸素あるいは窒素のイオンを少なくとも１種を加
速して単結晶基板に注入することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の薄膜超電導素子の製造方法。