JPH02156687A - Ｓｑｕｉｄリング - Google Patents

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、高臨界温度酸化物超伝導体薄膜を用いる５Ｑ
ＵＩＤ　リングに関し、特に、リング部のスリット部の
インダクタンスを低減化させるための接地面を有する５
ＱＩＩＩＤ　リングに関するものである。

［従来の技術］ 集積回路技術および薄膜技術を用いて作製される超伝導
量子干渉素子（Ｓｕｐｅｒ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＱｌ
ｌａｎｔｕＬＩｌｊｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｐｅｖｉ
ｃｅ：５ＱＵＩＤ）を構成する主コイル（ＳＱＵＩＤリ
ング）は、基本的に第４図に示すように、５ＱＵＩＤ　
リング１および開口部２が矩形であり、開口部２および
外部がスリット部３により連結される構造をしている。

５ＱＵＩＤ　リングｌのインダクタンスは、５Ｑｔｌｌ
Ｄの動作を決定づけるパラメータであり、５ＱＩＩＩＤ
リング１の構造そのもので決定されるため、リング形状
の設計および加工が特に重要となる。

基本的に第４図に示される５ＱＵＩＤ　リング１のイン
ダクタンスは、リングサイズが高温酸化物超伝導体の磁
束侵入距離λ〜０，３μｍ−１，０μｍより十分大きく
、しかもリング全体のサイズが開口部２に比べて十分大
きければ、リングを流れる電流は開口部２およびスリッ
ト部３のエツジ部に集中するために、開口部２の形状で
決まるインダクタンスＬｃとスリット部３のインダクタ
ンスＬｓの和として与えられる。開口部２の一辺の長さ
をｄとすると、開口部２のインダクタンスＬｃはほぼｄ
に比例する関数として次式で表わされる。

Ｌｃ−１，２５μＯｄ 一方、スリット部３のインダクタンスは次式で与えられ
る。

Ｌｃ〜１．２５μｏ（Ｗ”Ｓ）／２〜０．６２５１１　
ｏＷここで、μ。は真空の透磁率、Ｗはスリット部３の
長さ、Ｓはスリット部３の幅である。

スリット部３の幅Ｓは、スリット部３の長さＷに比べて
十分小さいため０．８２５μ。Ｓは無視できるので、ス
リット部３のインダクタンスＬｓはスリット部３の長さ
Ｗで規定される。

次に、５ＱＵＩＤ　リングの開口部およびスリット部の
インダクタンスについて説明する。

第４図に示した５ＱＵＩＤリングの開口部２および接地
面のないスリット部３の概念断面図は第５図に示すよう
に、矩形の断面を持つ幅すのストリップライン４および
、５が、距離ｃをおいて隔てられ、逆向きに電流が流れ
ているものである。このストリップライン４および５の
単位長さあたりのインダクタンスは、文献ｒＤＣ５ＱＵ
ＩＤ：ＴｔｌＥ　５ＴＡＴＥＳＯＦ　　八ＲＴ　　Ｍ、
Ｂ、Ｋｅｔｃｈｅｎ：ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓ、Ｍａｇ
ｎ、ＭへＧ−１７（１９８１）３８７　Ｊにおいて導出
されており、単位長さ当りのインダクタンスをＬとする
と、 Ｌ〜μ。Ｋ　（ｍ）　／に’　（ｍ） ただし、＋＋ｒ　（１＋２ｂ／ｃ）−２である。

ここでに（ｍ）およびに’　（ｍ）は第一種完全楕円積
分である。数値計算を行うことにより、５ＱＵＩＤ　リ
ングの開口部２およびスリット部３のインダクタンスを
求めることができるが、ｌ）＞＞（であればインダクタ
ンスはｂおよびＣには無関係に次の形となる。

Ｊ−〜０．６２５　ｕ　。

５ＱＵＩＤリングの開口部２の長さは、向かい合う２辺
が一対であることを考慮すると、等価的に２ｄとなる。

スリット部３の長さは、等価的にＷａ５となる。

［発明が解決しようとする課題］ 開口部２の長さとスリット部３の長さを比較した場合に
、ｄ＜＜ＷであればＬｃ＜＜Ｌｓとなり、５ＱＵＩＤイ
ンダクタンスが、スリット部３のインダクタンスＬｓで
規定されることの問題点には次のようなものがある。

（１）　５ＱｌｌｒＤインダクタンスは、通常１００ｐ
Ｈ程度の値が望ましいが、５ＱＵＩＤインダクタンスを
ｌ　ＯＯｐ　）１以下に制御するためには、スリット部
３の長さＷを１２０μｍ以下にする必要がある。しかし
、５ＱＵＩＤリングの大きさ自体が小さくなりすぎるた
め、超伝導薄膜トランス結合用の信号人力薄膜コイル等
を５ＱＵＩＤリング上に多層配線する場合に、制限が生
ずる。

（２）人力コイルの各ターンは、スリット部３の一部お
よび開口部２と鎖交するため、５ＱＵＩＤ　リングと人
力コイルの相互インダクタンスは全鎖交磁束を評価して
設計せねばならず、回路設計が煩雑になる。

これらの問題点を解決するために、金属系の低臨界温度
超伝導材料に対して提案された構造に、第６図に示すよ
うなオーバーラツプ部６を有する５ＱＵＩＤリング（文
献ｒＪ、Ｍ、Ｊａｙｃｏｘ　ａｎｄ　Ｍ、Ｂ。

Ｋｅｔｃｈｅｎ：ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、Ｍａｇｎ、Ｍ
ＡＧ−１７１９８１４９９Ｊに記載）がある。第６図に
示す構造は、超伝導薄膜を用いてスリットの片側から反
対側にひさしを出したものであり、次のような利点を持
つ。

ａ、オーバーラツプ部６の上下の超伝導薄膜による鏡像
の効果により、スリット部３（第４図参照）に流れる電
流はオーバーラツプ部６の幅に広がるため、電流がエツ
ジ部に集中している場合に比較してスリット部３のイン
ダクタンスを著しく低減することができる。

ｂ　スリット部３のインダクタンスを低減した結果、５
ＱＵＩＤインダクタンスは開口部２のインダクタンスで
規定できるだけでなく、人力コイルの各ターンは開口部
２のみと鎖交するので、５ＱＩＩＩＤインダクタンスと
人力コイルとの相互インダクタンスの設計が容易となる
。

しかし、オーバーラツプ構造は、以下に述べる理由によ
り高臨界温度酸化物超伝導体薄膜に対して適用すること
はできない。

（１）スリット部３の片側６Ａの部分に対してひさし形
のオーバーラツプ部６の薄膜と５ＱＩＩＩＤ　リング薄
膜との間に絶縁層を形成する必要があるが、この絶縁層
はオーバーラツプ部６の薄膜が段差切れを起こさない程
度以下、すなわち通常は４００ｎａ＋以下にする必要が
ある。ところが、オーバーラツプ部６と５ＱＵＩＤ　リ
ングのスリットのもう片側６Ｂとは、超伝導接触させる
必要がある。

この超伝導接触を実現するためには、８００℃程度以上
の高温で２時間程度熱処理せねばらなず、熱処理の間に
、５ＱｔｌｌＤ　’）ング薄膜と絶縁層（ＭｇＯ。

ＺｒＯ２，Ａｕ　２０３，５ｉＯｚまたはＹ２Ｏ３等）
および絶縁層とオーバーラツプ部６の薄膜との間で激し
い相互拡散が生じ、その拡散深さが２００ｎｍ以上に及
ぶため、超伝導薄膜の劣化はもちろんのこと、絶縁層が
実質的に存在しないことになる。

（２）　５ＱｔｌｌＤ　リングは、雑音を低減する観点
から、単結晶薄膜で形成するのが望ましい。ところが、
オーバーラツプ構造を実現するには、少なくともひさし
形のオーバーラツプ部の薄膜は、多結晶薄膜で形成せざ
るを得ない。このため、雑音が増加する。

以上のように、薄膜技術および集積回路技術を利用して
、高臨界温度酸化物超伝導材料を用いた５ＱＵＩＤを作
製しようとすると、基本となる５ＱｔｌｌＤリングの形
成においてインダクタンスを制御できないという大きな
問題が生じていた。

本発明の目的は上述の問題点を解決し、高臨界温度酸化
物超伝導体薄膜を用いた５ＱｔｌｌＤの構成において、
オーバーラツプ構造をもつ５ＱｔｌｌＤリングと同様に
、スリット部のインダクタンスを低減することかできる
、高温酸化物超伝導体薄膜からなる接地面を有する５Ｑ
ｔｌｌｌ）リングを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、矩形の開
口部およびスリット部を有し、酸化物超伝導体からなる
リング部と、リング部が載置される基板と、基板のリン
グ部が載置された面の反対側の面に接し、かつスリット
部の直下に設置された酸化物超伝導体からなる接地面と
を具えたことを特徴とする。

［作　用］ 本発明によれば、高臨界温度酸化物超伝導体薄膜を用い
た５ＱＵＩＤを形成するにあたって、全体および中央の
開口部が矩形であり、開口部と外部がスリット部により
連結される５ＱＩＩＩ［ｌ　リング（ＳＱｔｌｌ［１用
主コイル）において、５ＱＵＩＤインダクタンスを開口
部のインダクタンスで規定するために、スリットの直下
でリング部を形成する基板面の反対側に高臨界温度酸化
物超伝導体薄膜からなる接地面を設置している。

この設置により、スリット部エツジに集中して流れよう
とする電流を接地面の幅に広げてスリット部のインダク
タンスを低減化することができる。

第１図は本発明による埋め込み接地面を有する５ＱＵＩ
Ｄ　リングの外観斜視図である。リング部１八が基板７
の上面に載置されている。接地面８は基板７の凹部を挟
んでリング部ｌへのスリット部の下側に埋め込まれてい
る。

接地面つぎのスリット部の概念断面図は、第２図に示す
ように矩形の断面を持つ幅Ｗのストリップライン９およ
び１０が、スリット部幅Ｓをおいて隔てられ、幅２℃の
ストリップライン１１が、ｈの距離をおいてストリップ
ライン９およびｌＯの直下に存在するものである。

この構造の単位長さ当りのインダクタンスしは、１〉〉
Ｓであれば２λの幅に磁束侵入距離λの厚さにだけ往復
電流が流れる向かい合ったストリップラインのインダク
タンスになり、次式で表わされる。

Ｌ〜　４μ。（ｈ÷２λ）７２℃ しかして、リング部を形成する前に、第１図に示したよ
うに、基板７面の裏側の一部に接地面８を埋め込むため
の凹部をエツチング加工して掘り下げておく。しかる後
、接地面８を形成すべき基板７の面上に、接地面となる
高臨界温度酸化物薄膜を形成し、例えばイオンミリング
によりこの薄膜を加工して接地面のパターンを形成する
。

その後、リング部を形成すべき基板７面にリング部用高
臨界温度酸化物超伝導薄膜を形成し、接地面と同様、例
えばイオンミリングにより加工して、リング部のパター
ンを形成して、接地面を有する高臨界温度酸化物超伝導
薄膜５ＱＩＩＩＤリングの形成が完了する。

第３図に、接地面を埋め込むための凹部を形成する工程
を示す。

■基板７の裏側全面に金属薄膜１２を形成する。

■金属薄膜１２上にレジスト１３のマスクを形成する。

■レジスト１３をマスクにして、Ｒ，ｉＥ、（Ｒｅａｃ
ｔｉｖｅＩＨｌ：ｔｃｈｉｎｇ反応性イオンエツチング
）により金属薄膜１２をエツチングする。

■金属薄Ｉ摸１２をマスクとして、イオンミリングによ
り、基板７を加工する。

■ｌｔ、１．Ｅ、により金属薄［１２を除去する。

［実施例］ 以下に本発明の実施例について具体的に説明する。

実施例ｌ ５ｒＴｉＯ５単結晶基板（１ｃ＋＋＋ｘ　１ｃｍ、０．
２ｍｍ厚）　（００１）面を２枚用意して、Ｂｉ２５ｒ
２Ｃａ、Ｃｕ３０×薄膜を用いて、１枚の基板には接地
面のないリング部、他の１枚には裏側の面に埋め込み接
地面のついたリング部を形成して、各々のインダクタン
スの評価を行った。

すなわち、１枚は３ｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３０ターゲツ
ト（１００ｎｖφ　５ｍｍ厚）を用いて、５Ｐａの＾ｒ
＋５０ｖｏｌｌｏ２混合ガス中で１５０Ｗの電力を印加
してｒｆマグネトロンスパッタ法により、５００℃に加
熱した基板上に酸化物超伝導薄膜を４００ｎｍの厚さに
形成した。

次に、レジストコート・露光・現像を行い、Ａ「による
イオンミリング　（Ａｒ電圧、０５Ｐａ、加速電圧ａｏ
ｏｖ、ビーム電流密度２．６ｍＡ／ｃｍ２）で酸化物薄
膜を加工して、全体の大鮒さ１ａ＋ｍ　Ｘ　１ｍｍ　、
開口部１００μｍＸ１００μｍ、スリットの幅ｌＯμｍ
のリング部を形成した。

他の１枚は、第３図にその工程を示したように、まず、
５ｒＴｉＯ，、基板の片側面に、接地面を埋め込むため
の凹部を掘り下げるためのマスクをＭｏ薄膜により形成
した。次に、Ａ「によるイオンミリング（Ａｒ電圧、０
５Ｐａ、加速電圧ａｏｏｖ　、ビーム電流密度２．６ｍ
Ａ／ｃｍ２）で５ｒＴｉ０３基板を０．１８ｍｍ−１−
ツチングした。

その後、ＣＦ４ガスによるＲ、１．Ｅ、により、Ｍｏ薄
膜を完全にエツチングし、リング部薄膜を形成する基板
面とわずか２０μｍの淳みたけ離れて近接した凹部を形
成した。

次に、Ｂｉ２５ｒ２Ｃａ２Ｃｕ３０ｘターゲツトを用い
て、接地面を形成する側の基板面に、ｒｆマグネトロン
スパッタ法により、接地面用Ｂｉ２５ｒ２Ｃａ２Ｃｕ３
０Ｘ薄膜を２μｍの厚さに形成（Ａｒ＋５０ｖｏ１．！
ｋＯ□ガス圧５Ｐａ、ｒｆ電力２００Ｗ、基板温度６０
０℃）した。レジストコート・露光・現像を行った後、
Ａｒによるイオンミリング（Ａｒ電圧、０５Ｐａ、加速
電圧ａｏｏｖ、ビーム電流密度２．６＋ｎＡ／ｃｍ２）
で酸化物薄膜を加工して、幅１００μｍの接地面の形成
を完了した。

その後、他の１枚の基板と同様にして、全体の大きさｌ
＋ｎｍ　Ｘ　１ｍｍ、開口部１００　ｐｍ　Ｘ１００　
μｍ　、スリットの幅１０μｍのリング部を接地面と反
対側の基板面に形成した。このとぎ、接地面とリング部
とは５ｒＴｊ（ｈ単結晶で隔離されているため、それぞ
れ、基板との相互拡散の少ない良好な界面を形成するこ
とができ、絶縁ももちろん良好であった。

接地面のない５ＱＵＩＤ　リングのインダクタンスの理
論予測値Ｌ１は、次のようになる。

Ｌ、Ｎ１．２５μＯ（ｄ、Ｗ／２）　〜８６３．５ｐＨ
ここで、１．２５μ。ｄの項は開口部のインダクタンス
である。

一方、接地面つき５ＱＵＩＤ　リングのインダクタンス
の理論予測値Ｌ２は次式で与えられる。

Ｌ＋〜１．２５μｏｄ”４μｏ　　（ｈ＋２λ）Ｗ／２
１ここで、ｈは接地面とリング部薄膜との距離。

２Ｊ２は接地面の幅、λは磁束侵入距離である。

酸化物薄膜のλを１μｍとすると、Ｌ２は次のようにな
る。

Ｌ２〜（１５７４１１０）　ｐＨ〜２７０　ｐ　Ｈこれ
らの５ＱＩＩＩＤ　リングを用いて５ＱＵＩＤを作製し
て、５ＱＵＩＤの動作により実際のインダクタンスを評
価したところ、接地面なしの５ＱＩＩＩＤリングのイン
ダクタンスは８８０ｐ）Ｉ　、接地面つきの５ＱＩＩＩ
Ｄリングのインダクタンスは２８０ｐＨであった。

このように、接地面つきの５ＱＵＩＤ　リングでは、ス
リット部のインダクタンスを大幅に低減することができ
た。

なお、本実施例においては高臨界温度酸化物超伝導薄膜
にＢｉ２５ｒ２（：ａ２Ｃｕ、Ｏｘを用いたが、これに
限らず他のＢ１−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０高臨界温度酸化
物超伝導薄膜を用いることかできる。

実施例２ ＳｒＴｉＯ３単結晶基板（１０ｍｍｘ　１０ｍｍ、０．
１５ｍｍ厚）（００１）面を５枚用息して、Ｂ１２Ｍ１
２Ｍ２２Ｃｕ３０ｙ　（ＭｌはＳ「あるいはＢａ、　Ｍ
２はＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、ｌ１ｇあるいはＣａ）薄
膜を用いた、接地面を有する５（ＩＵＩＤリングを形成
し、そのインダクタンスを評価した。

まず、５ｒＴｉ０３基板の接地面を形成する基板面に、
接地面を埋め込む凹部を形成するためのマスクパターン
を、Ｎｂ金属薄膜を用いて（ｄｃマグネトロンスパッタ
、　１００ａ＋ｍφターゲット、スパッタ電流１．５Ａ
、１０μｍ厚）、レジストコート・露光・現像を行い、
Ｒ，１，Ｅ、により形成した。

続いて、１０μｍのＮｂ薄膜をマスクとして、Ａｒによ
るイオンミリング（Ａｒ電圧、０５Ｐａ、加速電圧ａｏ
ｏｖ、ビーム電流密度２．８ｍＡ／ｃｍ’）で５ｒＴｉ
０３基板を加工して、幅４００　ｐｍ　、長さ６００μ
ｍ、深さ１４５μｍの凹部を形成し、ＮｂマスクはＩｌ
、１．Ｅ、により除去した。

上述のように加工した５枚の基板を用いて、Ｂ１２１２
Ｍ２２Ｃｕ３０）（ターゲット（１００ｍｍφ、　５＋
ｎ＋ｎ厚、旧はＳ「あるいはＢａ、　Ｍ２はＢｅ、Ｍｇ
、Ｚｎ、Ｃｄ、）ＩｇあるいはＣａ）を用いて、５Ｐａ
のＡｒ＋５０ｖｏ１．％ＦＯ２ガス中で２００Ｗの電力
を印加して、「ｆマグネトロンスパッタリングにより、
接地面を形成する側の基板面に６００℃の基板温度でＢ
１２Ｍ１２Ｍ２２Ｃｕ、０．薄膜を５　μｍの厚さに形
成した。

次に、レジストコート・露光・現像を行い、Ａｒによる
イオンミリング　（Ａｒ電圧、０５Ｐａ、加速電圧ａｏ
ｏｖ、ビーム電流密度２．８ｍ＾／ｃｍ２）で酸化物薄
膜を加工して、埋め込みを行う凹部に、幅３００μ■、
長さ５００　μｍの接地面を形成した。

次に、接地面と反対側の基板面に、接地面形成に用いた
のと同じＢ１２Ｍ１２Ｍ２２Ｃｕ３０３Ｂターゲツトを
用いて、５ＰａのＡｒ＋５０ｖｏ１．零ｎ２ガス中で２
００Ｗの電力を印加してｒｆマグネトロンスパッタ法に
より、５００℃に加熱した基板上に酸化物超伝導薄膜を
４００ｎｍの厚さに形成した。

次に、レジストコート・露光・現像を行い、Ａｒによる
イオンミリング（Ａｒ電圧、０５Ｐａ、加速電圧８００
Ｖ、ビーム電流密度２．６［１１＾／ｃｍ勺で酸化物薄
膜を加工して、全体の大きさ１ｍｍ　Ｘ　１ｍｍ、開口
部１００　μｍ　Ｘ１００　μｍ、スリットの幅１００
μｍのリング部を形成した。

このとき、接地面とリング部とは５ｒＴｉ０３単結晶で
隔離されているため、それぞれ、基板との相互拡散の少
ない良好な界面を形成することができ、絶縁ももちろん
良好であった。

５ＱＩＩＩＤ　リングのインダクタンスの理論予測値し
。

は、実施例１における結果を用いると、接地面がない場
合の〜ａ６ｏｐｏに比較して小さく、Ｌ２〜（１５７＋
１１．７）ｐＨ〜１７０ｐＨである。

作製された５ＱＬＩＩＤリングを用いて５ＱＵＩＤを作
製して、５ＱＵＩＤ動作により実際のインダクタンスを
評価したところ、表１に示す結果が得られた。表１から
分かるように、これら接地面付きの５ＱＵＩＤリングで
は、スリット部のインダクタンスを大幅に低減して、開
口部のインダクタンスのみで５ＱＵＩＤのインダクタン
スを規定することができた。

なお、本実施例においては高臨界温度酸化物超伝導薄膜
にＢ１２Ｍ１２Ｍ２２Ｃｕ３０ｘを用いたが、これに限
らず他の［１１−Ｍｌ−Ｍ２−Ｃｕ−０高臨臨界環酸化
物超伝導薄膜を用いることができる。

実施例３ ＳｒＴｉＯ，、単結晶基板（２０ｍｍｘ　２０ｍｍ、０
．１５ｍｍ厚）（００１）面を２０枚用意して、！！！
族金属元素に対応する高臨界温度酸化物超伝導体により
、基板の裏側面に埋め込まれた接地面を有する５Ｑｔｌ
ＩＤリングを形成して、そのインダクタンスを評価した
。

まず、５ｒＴｉＯｓ基板の接地面を形成する基板面に、
接地面を埋め込む凹部を形成するためのマスクパターン
を、Ｎｂ金属薄膜を用いて（ｄｃマグネトロンスパッタ
、　１００ｍｍφターゲット、スパッタ電流１．５Ａ、
１０μｍ厚）、レジストコート・露光・現像を行い、Ｒ
，１，Ｅ、により形成した。

続いて、１０μｍのＮｂ薄膜をマスクとして、Ａｒによ
るイオンミリング（へ電圧０．０５Ｐａ、加速電圧ａｏ
ｏｖ、ビーム電流密度２．６ｍＡ／ｃｎ＋２）により５
ｒＴｉＯ＋基板を加工して、幅５００μ１．長さ６００
μｍ、深さ１４５μｍの凹部を形成し、ＮｂマスクはＲ
，１，Ｅ、により除去した。

上述のように加工した２０枚の基板を用いて、Ｍ１２Ｂ
ａ２Ｃａ２ＣＬｌｓＯ）（ターゲット（１００ｎ＋ｎ＋
φ、　５＋ｏｎ＋厚、　ＭｌはＩＩＩ族金属元素Ｓｃ、
Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、釦、Ｐｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、
Ｄｙ。

）１ｏ、Ｅｒ、ソｂ、Ｌｕ、Ｂ、　Ａｌ１　、Ｇａ、Ｉ
ｎおよびＴｆｌの中から選ばれた１種以上の元素）を用
いて、５ＰａのＡｒ＋５０ｖｏ１．！に０２ガス中で２
００Ｗの電力を印加して、ｒｆマグネトロンスパッタリ
ングにより、接地面を形成する側の基板面に６００℃の
基板温度で旧２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３０Ｘ薄膜を５　μｍ
の厚さに形成した。

次に、レジ各トコート・露光・現像を行い、＾ｒによる
イオンミリング　（Ａｒ電圧、０５Ｐａ、加速電圧ａｏ
ｏｖ、ビーム電流密度２．６ｍＡ／ｃｍ２）で酸化物薄
膜を加工して、埋め込みを行う凹部に、幅４００μｍｎ
、長さ５００μｍの接地面を形成した。

次に、接地面と反対側の基板面に、接地面形成に用いた
のと同じＭ１２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３０．ターゲットを用
いて、５ＰａのＡｒ＋５０ｖｏ１．％；０２ガス中で２
００ｗの電力を印加してｒｆマグネトロンスパッタ法に
より、５００℃に加熱した基板上に酸化物超伝導薄膜を
４００ｎｍの厚さに形成した。

次に、レジストコート・露光・現像を行い、Ａ「による
イオンミリング（Ａｒ電圧、０５Ｐａ、加速電圧ａｏｏ
ｖ、ビーム電流密度２．６ｍ＾／Ｃｌ１１２）で酸化物
薄膜を加工して、全体の大きさ１ｍｍ　Ｘ　１＋ｎｌ１
１．開口部１００　μｍ　Ｘ１００　μｍ、スリットの
幅１００μｍのリング部を形成した。

このとき、接地面とリング部とは５ｒＴｉＯ，単結晶で
隔離されているため、それぞれ、基板との相互拡散の少
ない良好な界面を形成することができ、絶縁ももちろん
良好であった。

５ＱＵＩＤ　リングのインダクタンスの理論予測値は、
実施例１における結果を用いると、接地面かない場合の
〜８６０ｐＨに比較して小さく、Ｌ２〜（１５７÷８．
７５）ｐＨ〜１６ａｐＨである。

作製された５ＱＵＩＤリングを用いて５ＱＵＩＤを作製
して実際のインダクタンスを評価したところ、表２に示
す結果が得られた。表２から分かるように、これら接地
面付きの５ＱＵＩＤ　リングでは、スリット部のインダ
クタンスを大幅に低減して、開口部のインダクタンスの
みで５ＱＩＩ［Ｄのインダクタンスを規定することがで
きた。

なお、本実施例においては高臨界温度酸化物超伝導薄膜
にＭＩＪａ２Ｃａ２Ｃｕ３０×を用いたが、これに限ら
ず他のＭｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０高臨界温度酸化物超
伝導薄膜を用いることができる。

実施例４ ＳｒＴｉＯ，！ｆ−結晶基板（２０ｍｍＸ２０ＩＲＩ１
１．０．１５ｍｍ厚）（００１）面を１４枚用意して、
１ｖおよびＶ族元素に対応する高臨界温度酸化物超伝導
体により、裏側面に埋め込まれた接地面を有する５ＱＵ
ＩＤリングを形成して、そのインダクタンスを評価した
。

まず、５ｒＴｉＯ，基板の接地面を形成する基板面に、
接地面を埋め込む凹部を形成するためのマスクパターン
を、Ｎｂ金属薄膜を用いて（ｄｃマグネトロンスパッタ
、　！００＋＋＋ｍφターケット、スパッタ電流１．５
Ａ、１ＱＩＩ厚）、レジストコート・露光・現像を行い
、Ｒ，１，Ｅ、により形成した。

続いて、１０μｍのＮｂ薄膜をマスクとして、Ａｒによ
るイオンミリング（＾ｒ電圧、０５Ｉ’ａ、加速電圧ａ
ｏｏｖ、ビーム電流密度２．８ｍＡ／ｃｍ２）により５
ｒＴｉ０３基板を加工して、幅５００μｍ、長さ６ＧＯ
μｍ、深さ１４５　μｍの凹部を形成し、Ｎｂマスクは
Ｉｌ、１．Ｈにより除去した。

上述のように加工した１４枚の基板を用いて、Ｍ１２Ｓ
ｒ２Ｃａ２Ｃｕ３（ＩＸターゲット（１００ｍｍφ、　
５ｍｍ厚、　ＭｌはＳｔ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、　ＴＪｌ
、Ｚｒ、Ｉｆｆ、Ｐ、八ｓ、Ｓｂ、［ｌｉ、Ｖ、Ｎｂお
よびＴａの中から選ばれた１　ｆｆｆｉ以上の元素）を
用いて、５ＰａのＡｒ＋５０ｖｏ１．亀０２ガス中で２
００Ｗの電力を印加して、ｒｆマグネトロンスパッタリ
ングにより、接地面を形成する側の基板面に６００℃の
基板温度でＭ１２Ｓｒ２Ｃａ２ＣｕｓＯｘ薄膜を５　μ
ｍの厚さに形成した。

次に、レジストコート・露光・現像を行い、Ａｒによる
イオンミリング　（Ａｒ電圧、０５Ｐａ、加速電圧ａｏ
ｏｖ、ビーム電流密度２．６ｍＡ／ｍ２）で酸化物薄膜
を加工して、埋め込みを行う凹部に、幅４００μｍ、長
さ５００μｍの接地面を形成した。

次に、接地面と反対側の基板面に、接地面形成に用いた
のと同じＭ１２ＳｒｚＣａ２Ｃｕ３０Ｘターゲットを用
いて、５ＰａのＡｒ＋５０ｖｏ１．９６０２ガス中で２
００Ｗの電力を印加して「ｆマグネトロンスパッタ法に
より、５００℃に加熱した基板上に酸化物超伝導薄膜を
４００ｎｍの厚さに形成した。

次に、レジストコート・露光・現像を行い、計によるイ
オンミリング（Ａｒ電圧、０５Ｐａ、加速電圧ａｏｏｖ
、ビーム電流密度２．６ｍＡ／ｃｍ２）で酸化物薄膜を
加工して、全体の大きさ１ｍｍ　Ｘ　１ｍｍ、開口部１
００μｍＸ１００μｍ、スリットの幅１００μｍのリン
グ部を形成した。

このとき、接地面とリング部とは、５ｒＴｉ０３単結晶
で隔離されているため、それぞれ、基板との相互拡散の
少ない良好な界面を形成することができ、絶縁ももちろ
ん良好であった。

５ＱＬＩＩＤ　リングのインダクタンスの理論予測値は
、実施例１における結果を用いると、接地面がない場合
の〜８６０９Ｈに比較して小さく、し２〜（１５７＋８
．７５）ｐｌ（〜１６ａｐｌ（である。

作製された５ＱＩＩＩＤリングを用いて５ＱＵＩＤを作
製して実際のインダクタンスを評価したところ、表３に
示す結果が得られた。表３から分かるように、これら接
地面付きの５ＱＵＩロリングでは、スリット部のインダ
クタンスを大幅に低減して、開口部のインダクタンスの
みで５ＱＩＩＩＤのインダクタンスを規定することがで
きた。

に、スリットの直下でリング部を形成する基板面の反対
側に高温酸化物超伝導薄膜からなる接地面を設置するよ
うにしたので、スリット部エツジに集中して流れようと
する電流を接地面の幅に広げてスリット部のインダクタ
ンスを低減化し、また、接地面とリング部との距以を近
づけるために接地面をリング部を形成する基板に埋め込
むようにしたので、高性能の５ＱＵＩＤリングを提供す
ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は高臨界温度酸化物超伝導
体薄膜を用いた５ＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）を形
成するにあたって、全体および中央の開口部が矩形で、
開口部と外部がスリット部により連結されるリング部に
おいて、５ＱｔｌｌＤインダクタンスを開口部のインダ
クタンスで規定するため

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による埋め込み接地面を有する５ＱＩＩ
ＩＤ　リングの外観斜視図、 第２図は本発明による５ＱＵＩＤリングの接地面つきの
スリット部の概念断面図、 第３図は本発明による５ＱｔｌｌＤリングの接地面を埋
め込むための凹部を形成する工程の概念図、第４図は従
来の５ＱｔｌｌＤす、ングの見取図、第５図は従来の５
ＱＩＩＩＤリング開口部およびスリット部の概念断面図
、 第６図はオーバーラツプ構造を有する５ＱＵＩＤリ ングを示す図である。 ＩＡ・・・リング部、 ・・・基板、 ・・・接地面、 ９、ｔｏ、１１ ・・・ストリップライン、 １２・・・金属薄膜、 １３・・・レジスト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）矩形の開口部およびスリット部を有し、酸化物超伝
   導体からなるリング部と、 該リング部が載置される基板と、 該基板の前記リング部が載置された面の反対側の面に接
   し、かつ前記スリット部の直下に設置された酸化物超伝
   導体からなる接地面とを 具えたことを特徴とするＳＱＵＩＤリング。 ２）前記接地面を、前記基板の裏側に埋め込むことを特
   徴とする請求項１記載のＳＱＵＩＤリング。 ３）前記酸化物超伝導体の組成式がＭ１＿ＵＭ２＿ＸＭ
   ３＿ＹＣｕＯ＿Ｚ（ただし、０＜Ｕ＜１、０＜ｘ＜１、
   ０＜Ｙ＜１、２＜Ｚ＜４）であり、Ｍ１、Ｍ２およびＭ
   ３はＩＩＩ族金属元素（Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、
   よびＴｌ）、ＩＩ族金属元素（Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ
   、Ｂａ、Ｚｎ、ＣｄおよびＨｇ）、ＩＶ族元素（Ｓｉ、
   Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｌ、ＺｒおよびＨｆ）およびＶ族
   元素（Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｖ、ＮｂおよびＴａ）の
   うちの１種以上の元素であることを特徴とする請求項１
   または２に記載のＳＱＵＩＤリング。