JPH04119905A - 薄膜超伝導体および超伝導素子とそれらの製造方法 - Google Patents
薄膜超伝導体および超伝導素子とそれらの製造方法Info
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は超伝導体薄膜とその製造方法 および超伝導素
子とその製造方法に関する。
子とその製造方法に関する。
従来の技術
従＊ Ａ１５型２元系化合物窒化ニオブ（ＮｂＮ）や
ニオブ３ゲルマニウム（ＮｂｓＧｅ）などを用いた超伝
導素子が種々提案されている。しかしこれらの材料の超
伝導転移温度Ｔｃはたかだか２４にでありへ まな ペロブスカイト系化合物として４友ＢａＰｂ−Ｂ
１−０系（特開昭６Ｏ−１７３８８５）が知られており
、この系の材料を用いた超伝導材料も数多く研究されて
いる。しかし この材料のＴｏは１３に程度と低く実用
化は困難であっ九これに対してＬ ａ−５ｒ−Ｃｕ−０
系 Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−○系 Ｂ ｉ −３ｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−０系Ｔｌ−Ｂａ−３ｒ−Ｃｕ−〇系など常伝導状態
における電荷輸送担体を、電子の空孔とするＰ型酸化物
超伝導材料（よ 超伝導機構の詳細は明かではないが、
転移温度が液体窒素温度以上と高く、量子干渉素子等各
種エレクトロニクス分野への応用が期待されていも まｆ＝ Ｎ ｄ −Ｃｅ −Ｃｕ−〇栗 Ｎｄ−Ｃｕ
−○−Ｆ系などはＮｄ２ＣｕＯａ型結晶構造を有しＰ型
超伝導材料と異なり常伝導状態における電荷輸送担体を
電子とするＮ型酸化物超伝導材料であり、このＮ型酸化
物超伝導材料Ｌ 転移温度が高く、その実用化に大きな
期待が寄せられていもまたこの種の材料を素子として実
用化する場合、薄膜状に加工することが素子の小型化及
び取扱性等で強く要望されているが、従来の技術で（よ
良好な超伝導特性を有する薄膜作製は非常に困難とさ
れている。つまりこれら新しい超伝導材料１よ主として
焼結という過程でしか形成できず、セラミックの粉末あ
るいはブロックの形でしか得られていなかった しかし
近年超伝導材料の薄膜化についても積極的に検討されて
おり、超伝導素子等の超伝導材料応用技術に拍車がかか
つていも発明が解決しようとする課題 これらのＦ型超伝導材料及びＮ型超伝導材料は結晶中に
含まれる酸素原子の量、節板 酸化状態によって絶縁体
（半導体）−超伝導体の変化を示す。従って良好な超伝
導材料を得るには 結晶性並びに配向性の向上並びに酸
化状態の制御か必要であるが、 それらが困難であると
言う課題があつ九 さらにこれら超伝導材料の製法として従来専ら用いられ
ていた焼結の製造方法において（表 酸素雰囲気下で８
００℃以上での高温プロセスと１００℃／時以下の徐冷
プロセス もしくは真空（還元雰囲気）下８００℃以上
での高温での慎重なアニールプロセスを必要としており
、高温炉等の設備と長い処理時間が必要であると言う課
題もあった またこれまでに薄膜法で作製されたこれらＰ梨Ｎ型何れ
の超伝導体薄膜においてＬ 超伝導臨界状態に於ける電
流密度が小さく、また電流密度の時間に対する減少が著
しく、安定法 信頼性の高い超伝導デバイスは実現困難
と考えられてきｔ、：。
ニオブ３ゲルマニウム（ＮｂｓＧｅ）などを用いた超伝
導素子が種々提案されている。しかしこれらの材料の超
伝導転移温度Ｔｃはたかだか２４にでありへ まな ペロブスカイト系化合物として４友ＢａＰｂ−Ｂ
１−０系（特開昭６Ｏ−１７３８８５）が知られており
、この系の材料を用いた超伝導材料も数多く研究されて
いる。しかし この材料のＴｏは１３に程度と低く実用
化は困難であっ九これに対してＬ ａ−５ｒ−Ｃｕ−０
系 Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−○系 Ｂ ｉ −３ｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−０系Ｔｌ−Ｂａ−３ｒ−Ｃｕ−〇系など常伝導状態
における電荷輸送担体を、電子の空孔とするＰ型酸化物
超伝導材料（よ 超伝導機構の詳細は明かではないが、
転移温度が液体窒素温度以上と高く、量子干渉素子等各
種エレクトロニクス分野への応用が期待されていも まｆ＝ Ｎ ｄ −Ｃｅ −Ｃｕ−〇栗 Ｎｄ−Ｃｕ
−○−Ｆ系などはＮｄ２ＣｕＯａ型結晶構造を有しＰ型
超伝導材料と異なり常伝導状態における電荷輸送担体を
電子とするＮ型酸化物超伝導材料であり、このＮ型酸化
物超伝導材料Ｌ 転移温度が高く、その実用化に大きな
期待が寄せられていもまたこの種の材料を素子として実
用化する場合、薄膜状に加工することが素子の小型化及
び取扱性等で強く要望されているが、従来の技術で（よ
良好な超伝導特性を有する薄膜作製は非常に困難とさ
れている。つまりこれら新しい超伝導材料１よ主として
焼結という過程でしか形成できず、セラミックの粉末あ
るいはブロックの形でしか得られていなかった しかし
近年超伝導材料の薄膜化についても積極的に検討されて
おり、超伝導素子等の超伝導材料応用技術に拍車がかか
つていも発明が解決しようとする課題 これらのＦ型超伝導材料及びＮ型超伝導材料は結晶中に
含まれる酸素原子の量、節板 酸化状態によって絶縁体
（半導体）−超伝導体の変化を示す。従って良好な超伝
導材料を得るには 結晶性並びに配向性の向上並びに酸
化状態の制御か必要であるが、 それらが困難であると
言う課題があつ九 さらにこれら超伝導材料の製法として従来専ら用いられ
ていた焼結の製造方法において（表 酸素雰囲気下で８
００℃以上での高温プロセスと１００℃／時以下の徐冷
プロセス もしくは真空（還元雰囲気）下８００℃以上
での高温での慎重なアニールプロセスを必要としており
、高温炉等の設備と長い処理時間が必要であると言う課
題もあった またこれまでに薄膜法で作製されたこれらＰ梨Ｎ型何れ
の超伝導体薄膜においてＬ 超伝導臨界状態に於ける電
流密度が小さく、また電流密度の時間に対する減少が著
しく、安定法 信頼性の高い超伝導デバイスは実現困難
と考えられてきｔ、：。
この臨界超伝導電流を改善するために 中性子やＴ線等
を照射して、ピニングセンターを作製する手法が提案さ
れていも しかしこの手法では確かに反磁化の大きさか
ら求めた臨界電流密度は向上するが、実際の輸送電流よ
り求めた臨界電流密度は向上し難く、また中性子やＴ線
照射と言った危険が伴うと言った課題があった 本発明は薄膜超伝導体の結晶性並びに配向性を向上し
臨界超伝導電流を高めた超伝導体並びに超伝導素子を提
供することを目的とする。
を照射して、ピニングセンターを作製する手法が提案さ
れていも しかしこの手法では確かに反磁化の大きさか
ら求めた臨界電流密度は向上するが、実際の輸送電流よ
り求めた臨界電流密度は向上し難く、また中性子やＴ線
照射と言った危険が伴うと言った課題があった 本発明は薄膜超伝導体の結晶性並びに配向性を向上し
臨界超伝導電流を高めた超伝導体並びに超伝導素子を提
供することを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は係る従来の課題を克服するためになされたもの
で、温度４８Ｋ、外磁場１５０Ｏｅ中での反磁化の大き
さから求めた臨界電流密度が３００万Ａ／ｃｍ”以上で
あり、かつ温度４８Ｋ、零磁場での輸送電流より求めた
臨界電流密度が３００万Ａ ／ Ｃｍ ”以上である薄
膜超伝導体と、この超伝導体を用いた超伝導素子とを提
案するものであムさらに本発明はこの超伝導体もしくは
超伝導素子を実現するために 基体に超伝導体の構成要
素の薄膜を形成する薄膜堆積工程において、前記薄膜の
形成時または形成後番ミ 紫外線以上のエネルギを有
する光子を照射することによる製造方法も提案するもの
であム 作用 本発明の薄膜超伝導体は 層状構造を有する薄膜超伝導
体であり、しかも結晶性と配向性とを向上させたた敢
反磁化の大きさから求めた臨界電流密度及び零磁場での
輸送電流より求めた臨界電流密度が、共に大きくしかも
同程度の値を現出すも 本発明の薄膜超伝導体は 超伝導体の構成要素を規則正
しく層状に堆積して得られるた数 それだけでも結晶性
並びに配向性が整っている。
で、温度４８Ｋ、外磁場１５０Ｏｅ中での反磁化の大き
さから求めた臨界電流密度が３００万Ａ／ｃｍ”以上で
あり、かつ温度４８Ｋ、零磁場での輸送電流より求めた
臨界電流密度が３００万Ａ ／ Ｃｍ ”以上である薄
膜超伝導体と、この超伝導体を用いた超伝導素子とを提
案するものであムさらに本発明はこの超伝導体もしくは
超伝導素子を実現するために 基体に超伝導体の構成要
素の薄膜を形成する薄膜堆積工程において、前記薄膜の
形成時または形成後番ミ 紫外線以上のエネルギを有
する光子を照射することによる製造方法も提案するもの
であム 作用 本発明の薄膜超伝導体は 層状構造を有する薄膜超伝導
体であり、しかも結晶性と配向性とを向上させたた敢
反磁化の大きさから求めた臨界電流密度及び零磁場での
輸送電流より求めた臨界電流密度が、共に大きくしかも
同程度の値を現出すも 本発明の薄膜超伝導体は 超伝導体の構成要素を規則正
しく層状に堆積して得られるた数 それだけでも結晶性
並びに配向性が整っている。
しかし本発明はそれだけに留まらず、基体への薄膜を積
層する薄膜堆積工程において、薄膜形成時もしくは薄膜
形成後又は薄膜堆積時もしくは薄膜堆積後へ 紫外線以
上のエネルギを有する光子を照射することで、堆積した
薄膜中の酸素の欠陥を作成し この欠陥がピニングセン
ターとして作用するた敢 臨界電流密度が向上する。
層する薄膜堆積工程において、薄膜形成時もしくは薄膜
形成後又は薄膜堆積時もしくは薄膜堆積後へ 紫外線以
上のエネルギを有する光子を照射することで、堆積した
薄膜中の酸素の欠陥を作成し この欠陥がピニングセン
ターとして作用するた敢 臨界電流密度が向上する。
実施例
本発明に係わる薄膜超伝導体（よ 超伝導体構成要素自
体を薄膜状態で堆積して作製されるた教焼結による超伝
導体と比べ均質で結晶性及び配向性も良好であａ この
ため本発明の超伝導体法それ自体でも超伝導特性に優れ
また容易に製造できも つまり本発明の超伝導体の薄膜化は 超伝導体の素材を
原子状態の極微粒子に分解してか収 基体上に複合化合
物薄膜として堆積させることにより達成されも このた
め焼結体に比べ かなり低い温度で結晶性もしくは配向
性の良℃＼ より均質な膜を得ることができも しかし本発明者らは鋭意努力の結果超伝導薄膜の結晶性
及び配向性向上を計ることにより、臨界電流密度が飛躍
的に向上することを見いだし 周辺技術を決定すること
により本発明を完成させｔ４本発明の薄膜超伝導体（戴
高温超伝導体として期待されている酸化物超伝導体で
あａ この酸化物超伝導体（よ 臨界温度が高温であるが、
薄膜堆積工程で得られる薄膜の結晶性 配向性及び酸素
並びに酸素欠陥の量＋ｉ 高臨界電流密度等の良好な
超伝導特性を出現させるには必ずしも充分ではなｔ、％
従って結晶性と配向性とを向上させ、酸素の取り込
みもしくは酸素欠陥の生成等の処理が必要であム しか
も超伝導体の転移温度はそのままにするた教 元素配列
を変化しないことが必要であム また酸化物超伝導体のフラックスピンニング力は非常に
弱く、例えば液体窒素温度においては大きなフラックス
クリープが観測されも この現象のためは 従来超伝導
体の臨界電流密度の経時変化が大きいと言う課題があっ
た さらに高温酸化物超伝導体はそのコヒーレンス長が短い
ので、結晶中に酸素欠陥を均一に作ることが磁束量子線
のピンニングに有効であム一方高温超伝導体中の酸素欠
陥（戴 その周囲と比較して自由エネルギが小さく、臨
界状態に於ける磁束量子線の有効なピンニングセンタと
なム以上の点から本発明の薄膜超伝導体は 基体上に薄
膜形成時またはその後番ミ 紫外線以上のエネルギを
有する光子照射を行１．％ 薄膜中に均一な酸素欠陥
を発生させ、この酸素欠陥が有効なピンニングセンタと
して作用し 高臨界電流密度が得られも この紫外線以上のエネルギを有する光子照射で、薄膜超
伝導体の金属元素のオーダリングを破壊せず、超伝導体
中に酸素欠陥を導入できも本発明で言う紫外線以上のエ
ネルギと（よ 具体的には数ｅＶ以上１００ｋｅＶ以下
であム数マイクロメータ以下の膜厚を有する薄膜超伝導
体では 用いる光子のエネルギーによっては膜厚全体に
わたり均一な酸素欠陥を作ることが可能となム また紫外線以上のエネルギを有する光子の照射と酸素雰
囲気下での熱処理 酸素イオンや励起状態の酸素原子の
照射などによって、結晶性及び配向性の向上や酸素原子
または欠陥の含有量制御が可能であム すなわち本発明では Ｐ型超伝導体の結晶性もしくは配
向性の向上処理の仕方として、光子照射を薄膜堆積と同
時番ミ あるいは薄膜堆積を中断して行１．Ｘ、酸化
処理の仕方として酸素雰囲気下での熱処理 酸素イオン
や励起状態の酸素原子の照射を薄膜堆積と同時（ミ あ
るいは薄膜堆積を中断して行う。つまり薄膜堆積工程
結晶性もしくは配向性向上処理工程と酸化処理工程とを
交互に繰り返すことにより、高性能の超伝導材料を制御
法安定性良く実現した技術である。
体を薄膜状態で堆積して作製されるた教焼結による超伝
導体と比べ均質で結晶性及び配向性も良好であａ この
ため本発明の超伝導体法それ自体でも超伝導特性に優れ
また容易に製造できも つまり本発明の超伝導体の薄膜化は 超伝導体の素材を
原子状態の極微粒子に分解してか収 基体上に複合化合
物薄膜として堆積させることにより達成されも このた
め焼結体に比べ かなり低い温度で結晶性もしくは配向
性の良℃＼ より均質な膜を得ることができも しかし本発明者らは鋭意努力の結果超伝導薄膜の結晶性
及び配向性向上を計ることにより、臨界電流密度が飛躍
的に向上することを見いだし 周辺技術を決定すること
により本発明を完成させｔ４本発明の薄膜超伝導体（戴
高温超伝導体として期待されている酸化物超伝導体で
あａ この酸化物超伝導体（よ 臨界温度が高温であるが、
薄膜堆積工程で得られる薄膜の結晶性 配向性及び酸素
並びに酸素欠陥の量＋ｉ 高臨界電流密度等の良好な
超伝導特性を出現させるには必ずしも充分ではなｔ、％
従って結晶性と配向性とを向上させ、酸素の取り込
みもしくは酸素欠陥の生成等の処理が必要であム しか
も超伝導体の転移温度はそのままにするた教 元素配列
を変化しないことが必要であム また酸化物超伝導体のフラックスピンニング力は非常に
弱く、例えば液体窒素温度においては大きなフラックス
クリープが観測されも この現象のためは 従来超伝導
体の臨界電流密度の経時変化が大きいと言う課題があっ
た さらに高温酸化物超伝導体はそのコヒーレンス長が短い
ので、結晶中に酸素欠陥を均一に作ることが磁束量子線
のピンニングに有効であム一方高温超伝導体中の酸素欠
陥（戴 その周囲と比較して自由エネルギが小さく、臨
界状態に於ける磁束量子線の有効なピンニングセンタと
なム以上の点から本発明の薄膜超伝導体は 基体上に薄
膜形成時またはその後番ミ 紫外線以上のエネルギを
有する光子照射を行１．％ 薄膜中に均一な酸素欠陥
を発生させ、この酸素欠陥が有効なピンニングセンタと
して作用し 高臨界電流密度が得られも この紫外線以上のエネルギを有する光子照射で、薄膜超
伝導体の金属元素のオーダリングを破壊せず、超伝導体
中に酸素欠陥を導入できも本発明で言う紫外線以上のエ
ネルギと（よ 具体的には数ｅＶ以上１００ｋｅＶ以下
であム数マイクロメータ以下の膜厚を有する薄膜超伝導
体では 用いる光子のエネルギーによっては膜厚全体に
わたり均一な酸素欠陥を作ることが可能となム また紫外線以上のエネルギを有する光子の照射と酸素雰
囲気下での熱処理 酸素イオンや励起状態の酸素原子の
照射などによって、結晶性及び配向性の向上や酸素原子
または欠陥の含有量制御が可能であム すなわち本発明では Ｐ型超伝導体の結晶性もしくは配
向性の向上処理の仕方として、光子照射を薄膜堆積と同
時番ミ あるいは薄膜堆積を中断して行１．Ｘ、酸化
処理の仕方として酸素雰囲気下での熱処理 酸素イオン
や励起状態の酸素原子の照射を薄膜堆積と同時（ミ あ
るいは薄膜堆積を中断して行う。つまり薄膜堆積工程
結晶性もしくは配向性向上処理工程と酸化処理工程とを
交互に繰り返すことにより、高性能の超伝導材料を制御
法安定性良く実現した技術である。
またＮ型超伝導体で４１ 紫外線以上のエネルギを有
する光子の照射により、結晶性もしくは配向性の向上や
酸素含有量の制御が可能である。
する光子の照射により、結晶性もしくは配向性の向上や
酸素含有量の制御が可能である。
ＰＷ Ｎ型いずれの超伝導薄膜でＬ この紫外線以上
のエネルギを有する光子の照射は 結晶中のＯまたはＦ
などの陰イオンを電子励起により中性化し 結晶から離
脱させることにより酸化物を還元する。また酸化物の還
元と同時に ボテンシャルエネルギが結晶格子に開放さ
れるので、内殻励起状態の緩和によるスパイク的な一格
子振動を励起し これが陽イオンの原子配列をより整列
させて結晶の配向性を向上させるという効果をもたらす
。
のエネルギを有する光子の照射は 結晶中のＯまたはＦ
などの陰イオンを電子励起により中性化し 結晶から離
脱させることにより酸化物を還元する。また酸化物の還
元と同時に ボテンシャルエネルギが結晶格子に開放さ
れるので、内殻励起状態の緩和によるスパイク的な一格
子振動を励起し これが陽イオンの原子配列をより整列
させて結晶の配向性を向上させるという効果をもたらす
。
こうして得られた超伝導体中の酸素欠陥１１ 磁束量
子線の有効なピンニングセンタとなり、臨界電流密度を
向上させるとともに フラックスクリープの活性化エネ
ルギを増大させることができも特に光子を全反射角以下
の入射角度で薄膜表面に照射すると、金属元素のオーダ
リングを破壊せず薄膜表面第１層のみに酸素欠陥が導入
されるため好ましｔ℃ この表面酸素欠陥の分布を、薄膜堆積工程と、紫外線以
上のエネルギを有する光子を全反射角以下で照射する工
程とを交互に繰り返すことにより、原子的スケールで、
すなわち薄膜堆積表面の第１層のみの酸素欠陥を導入制
御することが可能となム 臨界状態での磁束量子線（よ 薄膜中を直線で貫らぬい
ているのではなく、膜厚中で曲がりくねっていると考え
られていも この磁束量子線を有効にピン止めするには 前述したよ
うに酸化物超伝導体のコヒーレンス長が短い点を考慮す
ると、膜厚方向に数人〜画人程度の間隔で酸素欠陥を分
布させると良１．％本発明の薄膜超伝導体（よ 紫外線
以上のエネルギを有する光子の照射を、薄膜堆積時もし
くは堆積後に行う。
子線の有効なピンニングセンタとなり、臨界電流密度を
向上させるとともに フラックスクリープの活性化エネ
ルギを増大させることができも特に光子を全反射角以下
の入射角度で薄膜表面に照射すると、金属元素のオーダ
リングを破壊せず薄膜表面第１層のみに酸素欠陥が導入
されるため好ましｔ℃ この表面酸素欠陥の分布を、薄膜堆積工程と、紫外線以
上のエネルギを有する光子を全反射角以下で照射する工
程とを交互に繰り返すことにより、原子的スケールで、
すなわち薄膜堆積表面の第１層のみの酸素欠陥を導入制
御することが可能となム 臨界状態での磁束量子線（よ 薄膜中を直線で貫らぬい
ているのではなく、膜厚中で曲がりくねっていると考え
られていも この磁束量子線を有効にピン止めするには 前述したよ
うに酸化物超伝導体のコヒーレンス長が短い点を考慮す
ると、膜厚方向に数人〜画人程度の間隔で酸素欠陥を分
布させると良１．％本発明の薄膜超伝導体（よ 紫外線
以上のエネルギを有する光子の照射を、薄膜堆積時もし
くは堆積後に行う。
例えばこの光子の照射工程を予め行った酸化物組成物を
、焼結により超伝導体を形成してＬ この焼結により光
子照射で作成されたピンニングセンタが破壊されてしま
うた取 効果は全く無（℃また本発明の超伝導体の光子
照射工程には 紫外線以上のエネルギであればよく、中
性子やγ線等の危険な電子線照射を施さなくてよ（℃
このため非常に安全て 工業的価値も高（℃ また中性
子やγ線等の高エネルギ線の照射を行うと、構成する金
属原子にまで破壊を及ぼし このため反磁界の大きさか
ら求めた臨界電流密度は改善されるが、零磁場での輸送
電流から求めた臨界電流密度は改善されな（ｌ 従って本発明の薄膜超伝導体ｉｔ 外磁場１５０Ｏｅ
中で反磁化の大きさから求めた臨界電流密度と、零磁場
で輸送電流から求めた臨界電流密度とが共に大きな超伝
導体が達成できも 本発明の超伝導体力＜、 Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｘ （但し
ＡはＮｄ、Ｓ亀 Ｐｒの内少なくとも１檄 ＢはＣｅ、
Ｔｈの内少な、くとも１稼 ＸはＯまたはＦの内少なく
とも１種）の所謂Ｎ型酸化物超伝導体またｉ；Ａ Ａ
−Ｂ −Ｃｕ −０（但しＡはＴｌ、Ｂｉ。
、焼結により超伝導体を形成してＬ この焼結により光
子照射で作成されたピンニングセンタが破壊されてしま
うた取 効果は全く無（℃また本発明の超伝導体の光子
照射工程には 紫外線以上のエネルギであればよく、中
性子やγ線等の危険な電子線照射を施さなくてよ（℃
このため非常に安全て 工業的価値も高（℃ また中性
子やγ線等の高エネルギ線の照射を行うと、構成する金
属原子にまで破壊を及ぼし このため反磁界の大きさか
ら求めた臨界電流密度は改善されるが、零磁場での輸送
電流から求めた臨界電流密度は改善されな（ｌ 従って本発明の薄膜超伝導体ｉｔ 外磁場１５０Ｏｅ
中で反磁化の大きさから求めた臨界電流密度と、零磁場
で輸送電流から求めた臨界電流密度とが共に大きな超伝
導体が達成できも 本発明の超伝導体力＜、 Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｘ （但し
ＡはＮｄ、Ｓ亀 Ｐｒの内少なくとも１檄 ＢはＣｅ、
Ｔｈの内少な、くとも１稼 ＸはＯまたはＦの内少なく
とも１種）の所謂Ｎ型酸化物超伝導体またｉ；Ａ Ａ
−Ｂ −Ｃｕ −０（但しＡはＴｌ、Ｂｉ。
Ｙもしくはランタン系列元素（原子番号５７〜７１）の
内少なくともＩＩＬ ＢはＩｌａ族元素の内少なくと
も１種）であると、零抵抗値転移温度（ＴＣ）が高いた
め好まししｔ また本発明の薄膜超伝導体の製造方法（よ 構成元素を
層状に基体上に形成して単位原子層を形成する薄膜形成
工程と、この薄膜形成工程を繰り返して得られる単位格
子を堆積する薄膜堆積工程とに分けられ 光子照射工程
はこの薄膜形成工程もしくは薄膜堆積工程の何れかの最
中もしくは工程後に施すと効果はあム 同様にＰ型薄膜超伝導体の場合の酸化処理工程Ｌ 光子
照射工程時もしくは工程後に施せばよりもＰ型薄膜超伝
導体の場合にζ友 薄膜堆積工程もしくは薄膜形成工程
と、光子照射工程並びに酸化処理工程とを交互に行うこ
とにより、より超伝導特性が良好鷹 即ちより高臨界電
流密度を有する超伝導体が形成できるため好ましくを 酸化処理工程で用いる酸素源としては 酸素イオンある
いは励起状態の準安定酸素原子を照射する力＼ もしく
はオゾンを含む気体中で行うと、酸化処理がより確実に
行えるため好ましｔ〜また薄膜堆積工程において、 １
回に堆積する薄膜の厚みが１０Å以上１００Å以下であ
ると、照射する光子が低エネルギでも効果があり、Ｐ型
超伝導の場合の酸化処理工程も短時間で確実に行えるた
め好ましｕ％ また上述したように磁束量子線を有効
にピン止めするためにＬ １回の堆積膜厚はこの範囲で
行うのが好ましく− さらに薄膜堆積工程あるいは薄膜堆積工程 光子照射工
程または酸化処理工程の何れかの工程における基体の温
度を変化させることにより、各工程を最適状態に制御で
きるため好ましｕ％以上のように本発明の超伝導体は
臨界電流密度が、反磁化の大きさからと輸送電流からと
の両方共に高いた取 この性質を利用した超伝導素子が
作成できも 例えば本発明の超伝導体薄膜は フラックスピンニング
力が一様に強められているた臥 高性能の超伝導磁気メ
モリを実現できも つまりこの紫外線以上のエネルギを
有する光子照射ならびに必要ならば酸化処理を施した超
伝導体薄膜は 磁化曲線が従来知られているものとは全
く異なるものであり、経時変化が小さく安定であるため
超伝導磁気メモリとして優れた可能性をもっていもすな
わち強い超伝導体と弱い超伝導体とで（表磁化の絶体値
が大きく異なるので、適当なスレシュホールドを設けて
メモリ状態を区別できも強い超伝導体の薄膜で（よ フ
ラックスピンニング力の分布が一様になっているために
印加磁場を強くしていくとある磁場で大きな反磁化状
態から小磁化状態へ突然転移すも しかもこの転移は非
可逆的であり、いったん小磁化状態に転移すると大磁化
状態には戻らな１．％ この非可逆転移を利用して超
伝導磁気メモリを構成し そのメモリ状態を１と０とし
て区別することができもまた本発明の超伝導体を応用し
た素子としてＣ友超伝導トランジスタも挙げられも すなわち本発明の超伝導体を、超伝導ソース領域および
超伝導ドレイン領域が同−元素及び同一組成から成る高
温超伝導体薄膜にし 超伝導ソース領域および超伝導ド
レイン領域のみを光子の照射により結晶性を向上させた
材料を用いることによりソース・チャンネル間およびド
レイン・チャンネル間で良好な接合が得られ また 素
子特性の経時変化が軽減され安定で良好な動作の可能な
電界効果型の超伝導トランジスタが実現でき４本発明の
超伝導トランジスタの製造方法の実施において、紫外線
以上のエネルギを有する光子を超伝導体薄膜に対しゲー
ト電極側より照射すると同時または照射後に酸化処理を
施すことにより、超伝導ソース領域および超伝導ドレイ
ン領域のみの結晶性を向上させてチャンネル層より超伝
導特性の優れた超伝導領域が形成出来も この隊 ゲー
ト電極が光子のマスクとなって、自己整合的にチャンネ
ル層とゲート電極のアラインメントが実現されるた数
極めて短い０．１μｍ程度のゲート長の超伝導トランジ
スタでも製造が容易となムこのため特にゲート電極の材
料として（よ 遮光性の優れた金属またζ友 シリサイ
ドを用いると効果が大である。
内少なくともＩＩＬ ＢはＩｌａ族元素の内少なくと
も１種）であると、零抵抗値転移温度（ＴＣ）が高いた
め好まししｔ また本発明の薄膜超伝導体の製造方法（よ 構成元素を
層状に基体上に形成して単位原子層を形成する薄膜形成
工程と、この薄膜形成工程を繰り返して得られる単位格
子を堆積する薄膜堆積工程とに分けられ 光子照射工程
はこの薄膜形成工程もしくは薄膜堆積工程の何れかの最
中もしくは工程後に施すと効果はあム 同様にＰ型薄膜超伝導体の場合の酸化処理工程Ｌ 光子
照射工程時もしくは工程後に施せばよりもＰ型薄膜超伝
導体の場合にζ友 薄膜堆積工程もしくは薄膜形成工程
と、光子照射工程並びに酸化処理工程とを交互に行うこ
とにより、より超伝導特性が良好鷹 即ちより高臨界電
流密度を有する超伝導体が形成できるため好ましくを 酸化処理工程で用いる酸素源としては 酸素イオンある
いは励起状態の準安定酸素原子を照射する力＼ もしく
はオゾンを含む気体中で行うと、酸化処理がより確実に
行えるため好ましｔ〜また薄膜堆積工程において、 １
回に堆積する薄膜の厚みが１０Å以上１００Å以下であ
ると、照射する光子が低エネルギでも効果があり、Ｐ型
超伝導の場合の酸化処理工程も短時間で確実に行えるた
め好ましｕ％ また上述したように磁束量子線を有効
にピン止めするためにＬ １回の堆積膜厚はこの範囲で
行うのが好ましく− さらに薄膜堆積工程あるいは薄膜堆積工程 光子照射工
程または酸化処理工程の何れかの工程における基体の温
度を変化させることにより、各工程を最適状態に制御で
きるため好ましｕ％以上のように本発明の超伝導体は
臨界電流密度が、反磁化の大きさからと輸送電流からと
の両方共に高いた取 この性質を利用した超伝導素子が
作成できも 例えば本発明の超伝導体薄膜は フラックスピンニング
力が一様に強められているた臥 高性能の超伝導磁気メ
モリを実現できも つまりこの紫外線以上のエネルギを
有する光子照射ならびに必要ならば酸化処理を施した超
伝導体薄膜は 磁化曲線が従来知られているものとは全
く異なるものであり、経時変化が小さく安定であるため
超伝導磁気メモリとして優れた可能性をもっていもすな
わち強い超伝導体と弱い超伝導体とで（表磁化の絶体値
が大きく異なるので、適当なスレシュホールドを設けて
メモリ状態を区別できも強い超伝導体の薄膜で（よ フ
ラックスピンニング力の分布が一様になっているために
印加磁場を強くしていくとある磁場で大きな反磁化状
態から小磁化状態へ突然転移すも しかもこの転移は非
可逆的であり、いったん小磁化状態に転移すると大磁化
状態には戻らな１．％ この非可逆転移を利用して超
伝導磁気メモリを構成し そのメモリ状態を１と０とし
て区別することができもまた本発明の超伝導体を応用し
た素子としてＣ友超伝導トランジスタも挙げられも すなわち本発明の超伝導体を、超伝導ソース領域および
超伝導ドレイン領域が同−元素及び同一組成から成る高
温超伝導体薄膜にし 超伝導ソース領域および超伝導ド
レイン領域のみを光子の照射により結晶性を向上させた
材料を用いることによりソース・チャンネル間およびド
レイン・チャンネル間で良好な接合が得られ また 素
子特性の経時変化が軽減され安定で良好な動作の可能な
電界効果型の超伝導トランジスタが実現でき４本発明の
超伝導トランジスタの製造方法の実施において、紫外線
以上のエネルギを有する光子を超伝導体薄膜に対しゲー
ト電極側より照射すると同時または照射後に酸化処理を
施すことにより、超伝導ソース領域および超伝導ドレイ
ン領域のみの結晶性を向上させてチャンネル層より超伝
導特性の優れた超伝導領域が形成出来も この隊 ゲー
ト電極が光子のマスクとなって、自己整合的にチャンネ
ル層とゲート電極のアラインメントが実現されるた数
極めて短い０．１μｍ程度のゲート長の超伝導トランジ
スタでも製造が容易となムこのため特にゲート電極の材
料として（よ 遮光性の優れた金属またζ友 シリサイ
ドを用いると効果が大である。
また本発明の超伝導体（友 超伝導トランジスタばかり
でなく、同様の効果を利用してジョセフソン素子とする
こともできも 本発明の超伝導体を用いたジョセフソン素子の製造方法
（ヨ（イ）超伝導体薄膜表面に紫外線以上のエネルギを
有する光子を照射した黴 微小な間隙部で分離された２
つの領域のみを選択的に酸化処理を施す力＼ または（
ロ）金属酸化物超伝導薄膜表面の微小な間隙部で分離さ
れた２つの領域のみに選択的に紫外線以上のエネルギを
有する光子を照射すると同線 または 照射後に上記超
伝導体薄膜表面に酸化処理を施す力＼ または（ハ）超
伝導薄膜表面の微小な間隙部で分離された２つの領域の
みに選択的に紫外線以上のエネルギを有する光子を照射
すると同時、また（よ 照射後に上記超伝導体薄膜表面
の上記２つの領域のみに酸化処理を施すの主に３つの手
法により、前記超伝導体中の前記間隙部に接合部を形成
して得られもまた 接合部形成のマスクパターンとして
ＰＭＭＡ等のアクリル樹脂系やＣＭＳ等のスチレン樹脂
系の電子線レジストあるいは光りソグラフィ用のネガレ
ジストを用いることもできも また エツチングなどを用いないたべ 形状の変化がな
く、積層化などの際にも有効であ４本発明の超伝導体を
用いたジョセフソン素子の製造方法は 超伝導薄膜表面
に紫外線以上のエネルギを有する光子を照射することに
より、超伝導体中のＣｕ酸化物が還元される結果 超伝
導特性が劣化し その抵 微小な間隔部で分離された２
つの領域のみを選択的に酸化処理し 超伝導性を再び可
逆的に回復させ、前記間隙部に弱結合のジョセフソン接
合を形成すも この方法でＣヨ 酸化処理が限られた領域のみに限定
されるた敢 酸化により損傷を受ける回路などと同一基
板上に形成できも また光子は表面全域に照射できるた数 コリメイトされ
ていない光源でも利用できも さらに超伝導薄膜表面の微小な間隔部で分離された２つ
の領域のみに紫外線以上のエネルギを有する光子を照射
し その後酸化処理することによって照射された部分の
みの超伝導特性を向上させ、前記間隙部が弱結合型のジ
ョセフソン接合とな４この方法で超伝導薄膜表面に選択
的に光子を照射するには 従来からある光リソグラフィ
ーの手法をそのまま利用でき、また酸化処理は部分的に
行う必要がないなどか収 従来半導体集積回路作製で用
いられてきた技術を流用できる部分が多く、作製が容易
である。
でなく、同様の効果を利用してジョセフソン素子とする
こともできも 本発明の超伝導体を用いたジョセフソン素子の製造方法
（ヨ（イ）超伝導体薄膜表面に紫外線以上のエネルギを
有する光子を照射した黴 微小な間隙部で分離された２
つの領域のみを選択的に酸化処理を施す力＼ または（
ロ）金属酸化物超伝導薄膜表面の微小な間隙部で分離さ
れた２つの領域のみに選択的に紫外線以上のエネルギを
有する光子を照射すると同線 または 照射後に上記超
伝導体薄膜表面に酸化処理を施す力＼ または（ハ）超
伝導薄膜表面の微小な間隙部で分離された２つの領域の
みに選択的に紫外線以上のエネルギを有する光子を照射
すると同時、また（よ 照射後に上記超伝導体薄膜表面
の上記２つの領域のみに酸化処理を施すの主に３つの手
法により、前記超伝導体中の前記間隙部に接合部を形成
して得られもまた 接合部形成のマスクパターンとして
ＰＭＭＡ等のアクリル樹脂系やＣＭＳ等のスチレン樹脂
系の電子線レジストあるいは光りソグラフィ用のネガレ
ジストを用いることもできも また エツチングなどを用いないたべ 形状の変化がな
く、積層化などの際にも有効であ４本発明の超伝導体を
用いたジョセフソン素子の製造方法は 超伝導薄膜表面
に紫外線以上のエネルギを有する光子を照射することに
より、超伝導体中のＣｕ酸化物が還元される結果 超伝
導特性が劣化し その抵 微小な間隔部で分離された２
つの領域のみを選択的に酸化処理し 超伝導性を再び可
逆的に回復させ、前記間隙部に弱結合のジョセフソン接
合を形成すも この方法でＣヨ 酸化処理が限られた領域のみに限定
されるた敢 酸化により損傷を受ける回路などと同一基
板上に形成できも また光子は表面全域に照射できるた数 コリメイトされ
ていない光源でも利用できも さらに超伝導薄膜表面の微小な間隔部で分離された２つ
の領域のみに紫外線以上のエネルギを有する光子を照射
し その後酸化処理することによって照射された部分の
みの超伝導特性を向上させ、前記間隙部が弱結合型のジ
ョセフソン接合とな４この方法で超伝導薄膜表面に選択
的に光子を照射するには 従来からある光リソグラフィ
ーの手法をそのまま利用でき、また酸化処理は部分的に
行う必要がないなどか収 従来半導体集積回路作製で用
いられてきた技術を流用できる部分が多く、作製が容易
である。
また 本発明の製造方法では超伝導薄膜表面の微小な間
隔部で分離された２つの領域のみに紫外線以上のエネル
ギを有する光子を照射し その微前記２つの領域のみを
酸化処理し超伝導特性を向上させ、前記間隙部に弱結合
のジョセフソン接合を形成すも この方法では光子の照射及び酸化処理は金属酸化物超伝
導薄膜表面の限られた部分に対してのみ行われることか
収 ジョセフソン接合形成を必要としない部分に照射及
び酸化処理の影響を及ぼすことがなく、ジョセフソン素
子と他の機能素子との集積化などを考慮した場合有効で
あム本発明の超伝導薄膜形成装置の装置構成としてζ戴
例えば同一の形成槽内鳳 被膜堆積のための蒸着源と
、結晶性もしくは配向性向上並びに還元処理のための装
置 そしてＰ型超伝導体では酸化処理のための装置を備
えたものが必要であム本発明の薄膜堆積方法として（よ
スパッタ法分子線エピタキシー、 レーザーアブレー
ション。
隔部で分離された２つの領域のみに紫外線以上のエネル
ギを有する光子を照射し その微前記２つの領域のみを
酸化処理し超伝導特性を向上させ、前記間隙部に弱結合
のジョセフソン接合を形成すも この方法では光子の照射及び酸化処理は金属酸化物超伝
導薄膜表面の限られた部分に対してのみ行われることか
収 ジョセフソン接合形成を必要としない部分に照射及
び酸化処理の影響を及ぼすことがなく、ジョセフソン素
子と他の機能素子との集積化などを考慮した場合有効で
あム本発明の超伝導薄膜形成装置の装置構成としてζ戴
例えば同一の形成槽内鳳 被膜堆積のための蒸着源と
、結晶性もしくは配向性向上並びに還元処理のための装
置 そしてＰ型超伝導体では酸化処理のための装置を備
えたものが必要であム本発明の薄膜堆積方法として（よ
スパッタ法分子線エピタキシー、 レーザーアブレー
ション。
ケミカル ベイパー デポジッション等通常の手法が適
応できるが、 薄膜形成時の制御法 光子照射並びにＰ
型超伝導体の場合には酸化処理等が容易に行えるた敢
スパッタ法が好ましく℃結晶性向上 配向性向上および
酸素欠陥作成のための光子照射装置としてζよ Ｘ線源
もしくは紫外線源が供されＬＸ線照射処理は通常のＷ、
Ｍｏ、 Ｒｈ、 Ｃｕ、 Ｆｅ、 Ｃｏ、
Ｃｒ、 ＡＩ、 Ｍｇ。
応できるが、 薄膜形成時の制御法 光子照射並びにＰ
型超伝導体の場合には酸化処理等が容易に行えるた敢
スパッタ法が好ましく℃結晶性向上 配向性向上および
酸素欠陥作成のための光子照射装置としてζよ Ｘ線源
もしくは紫外線源が供されＬＸ線照射処理は通常のＷ、
Ｍｏ、 Ｒｈ、 Ｃｕ、 Ｆｅ、 Ｃｏ、
Ｃｒ、 ＡＩ、 Ｍｇ。
Ｚｒなどのｘｉｔ また紫外線照射処理はＨ，Ｈｅ、
Ｎｅなどの紫外線源をもち１．％ このＸ線または紫
外線を超電導薄膜に照射することにより行われも Ｘ線や紫外線の利用ζよ イオンビームや電子ビームの
利用と異なり、金属元素同士の比率の変化や局所的な大
きな温度上縁 また薄膜の結晶性の低下等を引き起こさ
ずに均一性の良好な処理を可能とするので、本発明は非
照射部の薄膜に大きな損傷を与えないという利点を有す
も 基体の材料としてＩよ 高結晶性の酸化物層を積層する
ためには単結晶の基板が有効であり、酸化マグネシラｌ
−，ＬａＡｌＯｓ、ＬａＧａＯｓ、チタン酸ストロンチ
ウム等の単結晶が供されもまた本発明者ら（よ 基板表
面に薄膜酸化物層を付着させる場合、その薄膜酸化物層
に超伝導特性を持たせるために（友 基板の温度範囲と
してＰ型では５００〜９００ｔ、Ｎ型では４ｏｏ〜１１
゜０℃が適当であることを確認しな 化合物薄膜の結晶
法 組砥 表面状態を最適なものとするための最適基板
温度はこの範囲に存在すム 本発明者ら（友 結晶性の高い薄膜が初期特性並びに長
期的安定性に優れており、成膜中あるいは直後の結晶性
および酸素原子または酸素欠陥含有量の制御が、 より
良好な超伝導特性をもたらすことを確認し九 この確認に基づき製造プロセスからみて、−旦薄膜形成
槽の外に被膜を取り出すと、空気中の水分等が表面に吸
着し 被膜の構成元素と反応して特性を劣化させてしま
うた取 この結晶性向上並びに還元処理とＰ型超伝導体
の酸化処理を薄膜形成行程の一部として組み入れる必要
がある。
Ｎｅなどの紫外線源をもち１．％ このＸ線または紫
外線を超電導薄膜に照射することにより行われも Ｘ線や紫外線の利用ζよ イオンビームや電子ビームの
利用と異なり、金属元素同士の比率の変化や局所的な大
きな温度上縁 また薄膜の結晶性の低下等を引き起こさ
ずに均一性の良好な処理を可能とするので、本発明は非
照射部の薄膜に大きな損傷を与えないという利点を有す
も 基体の材料としてＩよ 高結晶性の酸化物層を積層する
ためには単結晶の基板が有効であり、酸化マグネシラｌ
−，ＬａＡｌＯｓ、ＬａＧａＯｓ、チタン酸ストロンチ
ウム等の単結晶が供されもまた本発明者ら（よ 基板表
面に薄膜酸化物層を付着させる場合、その薄膜酸化物層
に超伝導特性を持たせるために（友 基板の温度範囲と
してＰ型では５００〜９００ｔ、Ｎ型では４ｏｏ〜１１
゜０℃が適当であることを確認しな 化合物薄膜の結晶
法 組砥 表面状態を最適なものとするための最適基板
温度はこの範囲に存在すム 本発明者ら（友 結晶性の高い薄膜が初期特性並びに長
期的安定性に優れており、成膜中あるいは直後の結晶性
および酸素原子または酸素欠陥含有量の制御が、 より
良好な超伝導特性をもたらすことを確認し九 この確認に基づき製造プロセスからみて、−旦薄膜形成
槽の外に被膜を取り出すと、空気中の水分等が表面に吸
着し 被膜の構成元素と反応して特性を劣化させてしま
うた取 この結晶性向上並びに還元処理とＰ型超伝導体
の酸化処理を薄膜形成行程の一部として組み入れる必要
がある。
本発明者ら（表 結晶性向上並びに還元のための処理と
Ｐ型超伝導体の酸化のための処理の仕方として、Ａ）薄
膜堆積直後の後処理として行う、Ｂ）薄膜堆積と同時に
行う、あるいｒ、ｔｃ＞薄膜堆積を中断して行う、すな
わ板 薄膜堆積行程と結晶性向上並びに還元処理工程
Ｐ型超伝導体の酸化処理行程とを交互に繰り返すといっ
た大別して３種類の方法を試へ いずれも全く結晶性向
上処理酸化処理を施さない場合に比べ 特性が優れた超
伝導薄膜を得ることが出来ることを実験によって確認し
た まずＰ型超伝導体薄膜形成中にＸ線照射を行ない薄膜形
成後直ちに形成槽内に酸素ガスを導入し焼結体と同様の
徐冷プロセスによって後処理として酸化処理を施せば
良好な超伝導特性を得ることができも さらにＸ線照射により薄膜の結晶性が向上しかつ酸素が
薄膜中に最も有効に取り込まれるの（よ薄膜形成の基板
温度以下かつ常温以上のある限られた温度範囲であり、
結晶性向上並びに還元とＰ型超伝導体の酸化の処理（よ
この温度範囲で一定時間行うことによって最も効率的
かつ簡便に行える。
Ｐ型超伝導体の酸化のための処理の仕方として、Ａ）薄
膜堆積直後の後処理として行う、Ｂ）薄膜堆積と同時に
行う、あるいｒ、ｔｃ＞薄膜堆積を中断して行う、すな
わ板 薄膜堆積行程と結晶性向上並びに還元処理工程
Ｐ型超伝導体の酸化処理行程とを交互に繰り返すといっ
た大別して３種類の方法を試へ いずれも全く結晶性向
上処理酸化処理を施さない場合に比べ 特性が優れた超
伝導薄膜を得ることが出来ることを実験によって確認し
た まずＰ型超伝導体薄膜形成中にＸ線照射を行ない薄膜形
成後直ちに形成槽内に酸素ガスを導入し焼結体と同様の
徐冷プロセスによって後処理として酸化処理を施せば
良好な超伝導特性を得ることができも さらにＸ線照射により薄膜の結晶性が向上しかつ酸素が
薄膜中に最も有効に取り込まれるの（よ薄膜形成の基板
温度以下かつ常温以上のある限られた温度範囲であり、
結晶性向上並びに還元とＰ型超伝導体の酸化の処理（よ
この温度範囲で一定時間行うことによって最も効率的
かつ簡便に行える。
この効果ζよ 結晶性向上並びに還元処理とＰ型超伝導
体の酸化処理を、被膜堆積を中断して行う、すなわち被
膜堆積行程と結晶性向上並びに還元処理工程とＰ型超伝
導体の酸化処理工程とを交互に繰り返す場合にも見られ
も これらの結晶性向上並びに還元処理とＰ型超伝導体の酸
化処理を施すべき温度（戴 薄膜の構成元素の種類 表
面状態によっても異なるたべ 各場合について最適なも
のを選ぶ必要があるが、−船釣には４５０℃以下３００
℃以上の温度範囲にあム な耘 処理時間についてｋ
被膜の種類 膜束 表面状態に応じて必要最小限の値が
存在すム結晶性向上並びに還元処理とＰ型超伝導体の酸
化処理を薄膜堆積と同時に行う場合、あるいは薄膜堆積
を中断して行う、すなわ板 薄膜堆積工程と結晶性向上
並びに還元処理とＰ型超伝導体の酸化処理行程とを交互
に繰り返す場合に用いる酸化処理の方法としてζよ 少
なくとも酸素を含むガスの放電により生成される酸素イ
オンにより処理す黴 あるいは励起状態にある中性酸素
原子を照射することが効果的かつ簡便である。
体の酸化処理を、被膜堆積を中断して行う、すなわち被
膜堆積行程と結晶性向上並びに還元処理工程とＰ型超伝
導体の酸化処理工程とを交互に繰り返す場合にも見られ
も これらの結晶性向上並びに還元処理とＰ型超伝導体の酸
化処理を施すべき温度（戴 薄膜の構成元素の種類 表
面状態によっても異なるたべ 各場合について最適なも
のを選ぶ必要があるが、−船釣には４５０℃以下３００
℃以上の温度範囲にあム な耘 処理時間についてｋ
被膜の種類 膜束 表面状態に応じて必要最小限の値が
存在すム結晶性向上並びに還元処理とＰ型超伝導体の酸
化処理を薄膜堆積と同時に行う場合、あるいは薄膜堆積
を中断して行う、すなわ板 薄膜堆積工程と結晶性向上
並びに還元処理とＰ型超伝導体の酸化処理行程とを交互
に繰り返す場合に用いる酸化処理の方法としてζよ 少
なくとも酸素を含むガスの放電により生成される酸素イ
オンにより処理す黴 あるいは励起状態にある中性酸素
原子を照射することが効果的かつ簡便である。
この様な効率的なＰ型超伝導体の酸化処理を、薄膜形恋
結晶性向上並びに還元処理の後の後処理工程として用
いた場合、臨界温度が短時間で最大値に到達するものへ
臨界電流密度が処理時間に依存して増加し続は最大値
に到達するにＣｔ 十数時間のオーダーの処理時間を
要すも このことは 酸化処理が酸素の拡散挙動によって律速さ
扛 超伝導体薄膜全体に行き渡るのには長時間を要する
ことを意味していると考えられも従って、十分な酸化処
理を施した良質の超伝導薄膜を得るには 酸化処理を薄
膜堆積 結晶性向上並びに還元処理と同時に行う力＼
あるいは 薄膜堆積 結晶性向上並びに還元処理を中断
して、すなわ板 薄膜堆積行程と結晶性向上並びに還元
処理行程と酸化処理行程とを交互に繰り返しながら行う
のが望まし℃〜 結晶性向上並びに還元処理と酸化処理を施すという点か
らだけでは 結晶性向上並びに還元処理と酸化処理＆友
薄膜堆積と同時に行うのが最も望ましいが、薄膜堆積
過程の種類によって（友 処理温度が堆積基板温度に限
定されるために十分な効果が得られな（＼ あるいは高
エネルギーの酸素がかえって悪影響を及ぼす場合もある
ことも考えられも そこで本発明者ら（友 むしろ結晶性向上並びに還元処
理と酸化処理を薄膜堆積を中断して行う、すなわち薄膜
堆積行程と結晶性向上並びに還元処理工程と酸化処理工
程とを交互に繰り返しながら行なった場合の方が、超伝
導特性上向等もしくはそれ以上の効果が得られることを
実験により確認した これら薄膜堆積過程においては 堆積直後の各構成元素
は励起状態にあり、場合によって（上 安定化するのに
数分のオーダーの時間を要するものも多く、特に積層構
造をとるものについては １周期構造（すなわち単位格
子）分堆積させる毎に堆積を中断して安定化が図られて
いる場合もある。
結晶性向上並びに還元処理の後の後処理工程として用
いた場合、臨界温度が短時間で最大値に到達するものへ
臨界電流密度が処理時間に依存して増加し続は最大値
に到達するにＣｔ 十数時間のオーダーの処理時間を
要すも このことは 酸化処理が酸素の拡散挙動によって律速さ
扛 超伝導体薄膜全体に行き渡るのには長時間を要する
ことを意味していると考えられも従って、十分な酸化処
理を施した良質の超伝導薄膜を得るには 酸化処理を薄
膜堆積 結晶性向上並びに還元処理と同時に行う力＼
あるいは 薄膜堆積 結晶性向上並びに還元処理を中断
して、すなわ板 薄膜堆積行程と結晶性向上並びに還元
処理行程と酸化処理行程とを交互に繰り返しながら行う
のが望まし℃〜 結晶性向上並びに還元処理と酸化処理を施すという点か
らだけでは 結晶性向上並びに還元処理と酸化処理＆友
薄膜堆積と同時に行うのが最も望ましいが、薄膜堆積
過程の種類によって（友 処理温度が堆積基板温度に限
定されるために十分な効果が得られな（＼ あるいは高
エネルギーの酸素がかえって悪影響を及ぼす場合もある
ことも考えられも そこで本発明者ら（友 むしろ結晶性向上並びに還元処
理と酸化処理を薄膜堆積を中断して行う、すなわち薄膜
堆積行程と結晶性向上並びに還元処理工程と酸化処理工
程とを交互に繰り返しながら行なった場合の方が、超伝
導特性上向等もしくはそれ以上の効果が得られることを
実験により確認した これら薄膜堆積過程においては 堆積直後の各構成元素
は励起状態にあり、場合によって（上 安定化するのに
数分のオーダーの時間を要するものも多く、特に積層構
造をとるものについては １周期構造（すなわち単位格
子）分堆積させる毎に堆積を中断して安定化が図られて
いる場合もある。
この様な堆積中断時間ＪＱ 結晶性もしくは配向性向
上並びに還元処理と酸化処理を施せば 短時間で理想的
な結晶性もしくは配向性向上並びに還元処理と酸化処理
を施せると考えられも本発明者らζ友 適当な堆積時間
毎に中断し 結晶性向上並びに還元処理と酸化処理を施
すことによって、優れた特性を有するＰ型超伝導薄膜を
得ることが出来ることを確認しｔラ 更番二 その堆
積時間間隔として、その間に堆積される被膜の厚みが１
０Å以上１００Å以下とするものが有効であることを確
認した 次にＮ型薄膜超伝導体について述べも Ｎ型超伝導体も
薄膜形成中にＸ線照射を行なしＸ、薄膜を１２００℃以
下８００℃以上の温度範囲で真空中に保持すると、良好
な超伝導特性を得ることができも 更に Ｘ線照射により薄膜の結晶性向上と還元が最も有
効に行われるのζ友 薄膜形成の基板温度以下かつ常温
以上のある限られた温度範囲であり、結晶性向上と還元
処理（よ この温度範囲で一定時間行うことによって最
も効率的かつ簡便に行えもこの効果＆よ 結晶性向上並
びに還元処理を薄膜堆積を中断して行う、すなわ板 薄
膜堆積工程と結晶性向上並びに還元処理とを交互に繰り
返す場合にも見られることを、本発明者らは実験により
確認しな これらの結晶性向上並びに還元処理を施すべき温度は
薄膜の組忌 表面状態によっても異なるた数 各場合に
ついて最適なものを選ぶ必要があるが、 −船釣には９
００℃以下６００℃以上の温度範囲にあム な抵 処理時間についてＬ 薄膜の組成 膜束表面状態
に応じて必要最小限の値が存在すム結晶性向上並びに還
元処理を施すという点からだけでζよ この処理を薄膜
堆積と同時に行うのが最も望ましいが、 薄膜堆積過程
の種類によってζ表処理温度が堆積基板温度に限定され
るために十分な効果が得られない場合もあム そこで本発明者らは むしろ結晶性向上並びに還元処理
を薄膜堆積を中断して行う、すなわち薄膜堆積行程と結
晶性向上並びに還元処理を交互に繰り返しながら行なっ
た場合の方が、 超伝導特性に同等もしくはそれ以上の
効果が得られることを実験により確認し九 実施例１ 第１図に示したようへ 酸化マグネシウム（ＭｇＯ）単
結晶（１００）面を基板１１として用し＼高周波プレー
ナーマグネトロンスパッタ法により、焼結した酸化物高
温超伝導材料で形成したターゲット１３を、Ａｒと０２
の混合ガス雰囲気でスパッタリング蒸着して、基板１１
上に結晶性のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜として４元複合銅
酸化物薄膜１２を堆積させた この場合、ガス圧力４；
Ｌｏ、４Ｐａ、スパッタリング電力１６ＱＷ、 スパ
ッタリング時間１時阻 薄膜の膜厚０．５ μ八 基
板温度６００℃でありへ 先ず抵抗率の温度依存性と以下に示す３通りの後処理と
の関係について調べた 後処理は（ａ）Ｘ線管２０とし
てＲｈ管球をもちＬｚ Ｘ線照射による結晶性向上処
理と薄膜形成後直ちく 形成槽内に０２ガス導入口１９
から酸素ガスを導入し 焼結体と同様の徐冷プロセスに
よる後処理としての酸化処理を全く施さない場合、 （
ｂ）Ｒｈ管球をもちいたＸ線照射による結晶性向上処理
を施さない場合、 （ｃ）Ｒｈ管球をもちいたＸ線照射
による結晶性向上処理と薄膜形成後直ちに形成槽内に酸
素ガスを導入し 焼結体と同様の徐冷プロセスによる後
処理としての酸化処理を全て施した場合を挙（ず、それ
ぞれの抵抗率の温度依存性を第２図（ａ）、 （ｂ）そ
して（ｃ）に示す。
上並びに還元処理と酸化処理を施せば 短時間で理想的
な結晶性もしくは配向性向上並びに還元処理と酸化処理
を施せると考えられも本発明者らζ友 適当な堆積時間
毎に中断し 結晶性向上並びに還元処理と酸化処理を施
すことによって、優れた特性を有するＰ型超伝導薄膜を
得ることが出来ることを確認しｔラ 更番二 その堆
積時間間隔として、その間に堆積される被膜の厚みが１
０Å以上１００Å以下とするものが有効であることを確
認した 次にＮ型薄膜超伝導体について述べも Ｎ型超伝導体も
薄膜形成中にＸ線照射を行なしＸ、薄膜を１２００℃以
下８００℃以上の温度範囲で真空中に保持すると、良好
な超伝導特性を得ることができも 更に Ｘ線照射により薄膜の結晶性向上と還元が最も有
効に行われるのζ友 薄膜形成の基板温度以下かつ常温
以上のある限られた温度範囲であり、結晶性向上と還元
処理（よ この温度範囲で一定時間行うことによって最
も効率的かつ簡便に行えもこの効果＆よ 結晶性向上並
びに還元処理を薄膜堆積を中断して行う、すなわ板 薄
膜堆積工程と結晶性向上並びに還元処理とを交互に繰り
返す場合にも見られることを、本発明者らは実験により
確認しな これらの結晶性向上並びに還元処理を施すべき温度は
薄膜の組忌 表面状態によっても異なるた数 各場合に
ついて最適なものを選ぶ必要があるが、 −船釣には９
００℃以下６００℃以上の温度範囲にあム な抵 処理時間についてＬ 薄膜の組成 膜束表面状態
に応じて必要最小限の値が存在すム結晶性向上並びに還
元処理を施すという点からだけでζよ この処理を薄膜
堆積と同時に行うのが最も望ましいが、 薄膜堆積過程
の種類によってζ表処理温度が堆積基板温度に限定され
るために十分な効果が得られない場合もあム そこで本発明者らは むしろ結晶性向上並びに還元処理
を薄膜堆積を中断して行う、すなわち薄膜堆積行程と結
晶性向上並びに還元処理を交互に繰り返しながら行なっ
た場合の方が、 超伝導特性に同等もしくはそれ以上の
効果が得られることを実験により確認し九 実施例１ 第１図に示したようへ 酸化マグネシウム（ＭｇＯ）単
結晶（１００）面を基板１１として用し＼高周波プレー
ナーマグネトロンスパッタ法により、焼結した酸化物高
温超伝導材料で形成したターゲット１３を、Ａｒと０２
の混合ガス雰囲気でスパッタリング蒸着して、基板１１
上に結晶性のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜として４元複合銅
酸化物薄膜１２を堆積させた この場合、ガス圧力４；
Ｌｏ、４Ｐａ、スパッタリング電力１６ＱＷ、 スパ
ッタリング時間１時阻 薄膜の膜厚０．５ μ八 基
板温度６００℃でありへ 先ず抵抗率の温度依存性と以下に示す３通りの後処理と
の関係について調べた 後処理は（ａ）Ｘ線管２０とし
てＲｈ管球をもちＬｚ Ｘ線照射による結晶性向上処
理と薄膜形成後直ちく 形成槽内に０２ガス導入口１９
から酸素ガスを導入し 焼結体と同様の徐冷プロセスに
よる後処理としての酸化処理を全く施さない場合、 （
ｂ）Ｒｈ管球をもちいたＸ線照射による結晶性向上処理
を施さない場合、 （ｃ）Ｒｈ管球をもちいたＸ線照射
による結晶性向上処理と薄膜形成後直ちに形成槽内に酸
素ガスを導入し 焼結体と同様の徐冷プロセスによる後
処理としての酸化処理を全て施した場合を挙（ず、それ
ぞれの抵抗率の温度依存性を第２図（ａ）、 （ｂ）そ
して（ｃ）に示す。
またそれぞれの後処理の場合の結晶性を示すＸ線回折図
形を、第３図（ａ）、 （ｂ）そして（ｃ）に示す。
形を、第３図（ａ）、 （ｂ）そして（ｃ）に示す。
第２図から酸化処理のみの場合（すなわち（ｂ））に比
べ 結晶性向上処理を用いた場合（すなわち（ａ）及び
（Ｃ））にはより一層の超伝導特性の向上が得られるこ
とがわかム また第３図からｃｔ 結晶性向上処理により薄膜のＣ
面配向性が向上し結晶性が良くなること、そして酸化処
理により面間隔が減少することがわかさらに本発明者ら
１よ 結晶性向上処理と酸化処理の仕方として、 （イ
）薄膜堆積後の後処理として行う、 （ロ）薄膜堆積と
同時に行う、あるいζ友（ハ）薄膜堆積を中断して行う
、すなわ板 薄膜堆積行程と結晶性向上処理行程と酸化
処理行程とを交互に周期的に繰り返すといった大別して
３種類の方法を試み九 この場合、酸化処理工程 たＥＣＲ酸素プラズマ酸化法を用（Ｘ 処理条件（表マ
イクロ波パワー２００Ｗ、 酸素ガス圧８．５×１０
−’Ｔｏｒｒ、バイアス電圧５０Ｖで行なッ九（ハ）の
薄膜堆積工程と結晶性向上処理工程と酸化処理工程とを
交互に周期的に繰り返す場合、１周期に堆積させる被膜
の厚みおよび結晶性向上処理時間と酸化処理時間を、そ
れぞれ約１００人、１０分、 ７２秒とし通 酸化処理法（イ）および（ハ）による場合 いずれｋＨ
ｅＩＩ紫外線照射による結晶性向上処理時間を２時俣
酸化処理の温度を４５０’ｔ−処理時間を１時間としへ 第４図に示すように （イ）、（ロ）および（ハ）の何
れの薄膜堆積工程と結晶性向上処理工程と酸化処理工程
との組合せを用いてＬ 全く結晶性向上処理と酸化処理
を施さない場合に比べ高い転移温度を得ることが出来
また大きな臨界電流密度が得られることが分かも この種の複合酸化物薄膜の構成元素の違いによる超伝導
特性の変化の詳細は明かではなく、また結晶性向上処理
と酸化処理の最適条件の変化の詳細も明かではな（℃
しかしなか収 納品性向上処理と酸化処理が超伝導特性
に大きな影響を及ぼすことは間違いなく、本発明はＰ型
薄膜超伝導体形成の結晶性向上処理と酸化処理の工程を
確立するものであム 実施例２ 第５図に示したように チタン酸ストロンチウム単結晶
の（１００）面を基板５１として用（＼高周波プレーナ
ーマグネトロンスパッタ法により、焼結した酸化物高温
超伝導材料で形成したターゲット５３を、Ａｒと０２の
混合ガス雰囲気でスパッタリング蒸着して、基板５１上
に結晶性のＮｄ−Ｃｅ−Ｃｕ−０薄膜として４元複合銅
酸化物薄膜５２を堆積させ九 この場合、ガス圧が、友
。
べ 結晶性向上処理を用いた場合（すなわち（ａ）及び
（Ｃ））にはより一層の超伝導特性の向上が得られるこ
とがわかム また第３図からｃｔ 結晶性向上処理により薄膜のＣ
面配向性が向上し結晶性が良くなること、そして酸化処
理により面間隔が減少することがわかさらに本発明者ら
１よ 結晶性向上処理と酸化処理の仕方として、 （イ
）薄膜堆積後の後処理として行う、 （ロ）薄膜堆積と
同時に行う、あるいζ友（ハ）薄膜堆積を中断して行う
、すなわ板 薄膜堆積行程と結晶性向上処理行程と酸化
処理行程とを交互に周期的に繰り返すといった大別して
３種類の方法を試み九 この場合、酸化処理工程 たＥＣＲ酸素プラズマ酸化法を用（Ｘ 処理条件（表マ
イクロ波パワー２００Ｗ、 酸素ガス圧８．５×１０
−’Ｔｏｒｒ、バイアス電圧５０Ｖで行なッ九（ハ）の
薄膜堆積工程と結晶性向上処理工程と酸化処理工程とを
交互に周期的に繰り返す場合、１周期に堆積させる被膜
の厚みおよび結晶性向上処理時間と酸化処理時間を、そ
れぞれ約１００人、１０分、 ７２秒とし通 酸化処理法（イ）および（ハ）による場合 いずれｋＨ
ｅＩＩ紫外線照射による結晶性向上処理時間を２時俣
酸化処理の温度を４５０’ｔ−処理時間を１時間としへ 第４図に示すように （イ）、（ロ）および（ハ）の何
れの薄膜堆積工程と結晶性向上処理工程と酸化処理工程
との組合せを用いてＬ 全く結晶性向上処理と酸化処理
を施さない場合に比べ高い転移温度を得ることが出来
また大きな臨界電流密度が得られることが分かも この種の複合酸化物薄膜の構成元素の違いによる超伝導
特性の変化の詳細は明かではなく、また結晶性向上処理
と酸化処理の最適条件の変化の詳細も明かではな（℃
しかしなか収 納品性向上処理と酸化処理が超伝導特性
に大きな影響を及ぼすことは間違いなく、本発明はＰ型
薄膜超伝導体形成の結晶性向上処理と酸化処理の工程を
確立するものであム 実施例２ 第５図に示したように チタン酸ストロンチウム単結晶
の（１００）面を基板５１として用（＼高周波プレーナ
ーマグネトロンスパッタ法により、焼結した酸化物高温
超伝導材料で形成したターゲット５３を、Ａｒと０２の
混合ガス雰囲気でスパッタリング蒸着して、基板５１上
に結晶性のＮｄ−Ｃｅ−Ｃｕ−０薄膜として４元複合銅
酸化物薄膜５２を堆積させ九 この場合、ガス圧が、友
。
、３Ｐａ、スパッタリング電力１６０Ｗ、 スパッタ
リング時間１時阻 薄膜の膜厚０．８μ瓜 基板温度６
５０℃であった Ｘ線管５４としてＲｈ管球をもちＬｘ Ｘ線照射によ
る結晶性向上並、びに還元処理を、薄膜を１１００℃で
８Ｘ１０−’Ｔｏｒｒの真空中に保持して行い良好な超
伝導特性を得ｔ４ 還元処理の効果を確かめるた＆（ａ）Ｒｈ管球をもちい
たＸ線照射による結晶性向上処理を施さない場合、 （
ｂ）Ｒｈ管球をもちいたＸ線照射による結晶性向上並び
に還元処理を施した場合について、それぞれの抵抗率の
温度依存性を第６図（ａ）及び（ｂ）に示も また（ｂ）の結晶性を示すＸ線回折図形を第７図に示す
。
リング時間１時阻 薄膜の膜厚０．８μ瓜 基板温度６
５０℃であった Ｘ線管５４としてＲｈ管球をもちＬｘ Ｘ線照射によ
る結晶性向上並、びに還元処理を、薄膜を１１００℃で
８Ｘ１０−’Ｔｏｒｒの真空中に保持して行い良好な超
伝導特性を得ｔ４ 還元処理の効果を確かめるた＆（ａ）Ｒｈ管球をもちい
たＸ線照射による結晶性向上処理を施さない場合、 （
ｂ）Ｒｈ管球をもちいたＸ線照射による結晶性向上並び
に還元処理を施した場合について、それぞれの抵抗率の
温度依存性を第６図（ａ）及び（ｂ）に示も また（ｂ）の結晶性を示すＸ線回折図形を第７図に示す
。
第６図から結晶性向上並びに還元処理を施した場合（す
なわち（ｂ））、超伝導性が得られることがわかム また第７図からは結晶性向上並びに還元処理により、高
いＣ面配向性を持つ薄膜が得られることがわかも 本発明者ら（よ 結晶性向上並びに還元処理の仕方とし
て、 （イ）薄膜堆積後の後処理として行う、（ロ）薄
膜堆積と同時に行う、あるい（友（ハ）薄膜堆積を中断
して行う、すなわ板 薄膜堆積行程と結晶性向上並びに
還元処理行程とを交互に周期的に繰り返すといった大別
して３種類の方法を試み九 但しくハ）の薄膜堆積工程
と結晶性向上並びに還元処理工程とを交互に周期的に繰
り返す場合、 １周期に堆積させる被膜の厚みおよび結
晶性向上並びに還元処理時間を、それぞれ約１００人、
１０分としｔら （イ）、（ロ）および（ハ）の何れの薄膜堆積工程と結
晶性向上並びに還元処理工程の組合せを用いてＬ 高い
転移温度を得ることが出来 また大きな臨界電流密度が
得られることを本発明者らは本実施例で確認した この種の複合酸化物薄膜の組成の違いによる超伝導特性
の変化の詳細は明かではなく、また 結晶性向上並びに
還元処理の最適条件の変化の詳細も明かではなｔ℃ しかしなか収 結晶性向上並びに還元処理が超伝導特性
に大きな影響を及ぼすことは間違いなく、本発明はＮｄ
ａＣｕＯＡ型結晶構造の新しいＮ型超伝導体薄膜の結晶
性向上並びに還元処理の工程を確立するものであム 実施例３ 第８図（上 本発明の一実施例の全反射角以下で光子を
照射する薄膜超伝導体の製造装置の基本構成断面図であ
ム 同一の形成槽内に 薄膜堆積のための蒸着源（ここでは
例として高周波マグネトロンスパッタ装置８１）と、表
面酸素欠陥を作るため堆積した薄膜表面に全反射角以下
の入射角で紫外線以上のエネルギを有する光子を照射す
るための装置（ここでは例としてＲｈＸ線管球８２）、
そしてＰ型超伝導体に適用するための酸化処理装置（こ
こでは−例としてＥＣＲ酸素プラズマ発生装置８３）が
設置されていも 超伝導体薄膜８４をＭｇ○単結晶基板８５上に形成すも 薄膜堆積工程と光子照射工程とを交互に繰り返すバ そ
の光子照射間隔として、その間に堆積される薄膜の厚み
が１０Å以上１００Å以下とすると、特に臨界状態での
磁束量子線のピン止めに有効であることを確認し九 こ
れは高温超伝導体のコヒーレンス長が短いことを反映し
ており、酸素欠陥はその周囲と比較して自由エネルギが
小さく臨界状態に於ける磁束量子線の有効なピンニング
センタとなることを示していも つまり第９図に示すように膜厚方向に数人〜画人程度の
間隔で酸素欠陥を分布させると、全膜厚にわたり磁束量
子線を真直にピン止めできるものと考えられも 実施例４ 結晶化還元処理を超伝導体薄膜に施した試料（ロ）と、
その処理を行なわなかった試料（イ）へ一定温度の下で
測定した磁化曲線を第１０図（ａ）に示す。
なわち（ｂ））、超伝導性が得られることがわかム また第７図からは結晶性向上並びに還元処理により、高
いＣ面配向性を持つ薄膜が得られることがわかも 本発明者ら（よ 結晶性向上並びに還元処理の仕方とし
て、 （イ）薄膜堆積後の後処理として行う、（ロ）薄
膜堆積と同時に行う、あるい（友（ハ）薄膜堆積を中断
して行う、すなわ板 薄膜堆積行程と結晶性向上並びに
還元処理行程とを交互に周期的に繰り返すといった大別
して３種類の方法を試み九 但しくハ）の薄膜堆積工程
と結晶性向上並びに還元処理工程とを交互に周期的に繰
り返す場合、 １周期に堆積させる被膜の厚みおよび結
晶性向上並びに還元処理時間を、それぞれ約１００人、
１０分としｔら （イ）、（ロ）および（ハ）の何れの薄膜堆積工程と結
晶性向上並びに還元処理工程の組合せを用いてＬ 高い
転移温度を得ることが出来 また大きな臨界電流密度が
得られることを本発明者らは本実施例で確認した この種の複合酸化物薄膜の組成の違いによる超伝導特性
の変化の詳細は明かではなく、また 結晶性向上並びに
還元処理の最適条件の変化の詳細も明かではなｔ℃ しかしなか収 結晶性向上並びに還元処理が超伝導特性
に大きな影響を及ぼすことは間違いなく、本発明はＮｄ
ａＣｕＯＡ型結晶構造の新しいＮ型超伝導体薄膜の結晶
性向上並びに還元処理の工程を確立するものであム 実施例３ 第８図（上 本発明の一実施例の全反射角以下で光子を
照射する薄膜超伝導体の製造装置の基本構成断面図であ
ム 同一の形成槽内に 薄膜堆積のための蒸着源（ここでは
例として高周波マグネトロンスパッタ装置８１）と、表
面酸素欠陥を作るため堆積した薄膜表面に全反射角以下
の入射角で紫外線以上のエネルギを有する光子を照射す
るための装置（ここでは例としてＲｈＸ線管球８２）、
そしてＰ型超伝導体に適用するための酸化処理装置（こ
こでは−例としてＥＣＲ酸素プラズマ発生装置８３）が
設置されていも 超伝導体薄膜８４をＭｇ○単結晶基板８５上に形成すも 薄膜堆積工程と光子照射工程とを交互に繰り返すバ そ
の光子照射間隔として、その間に堆積される薄膜の厚み
が１０Å以上１００Å以下とすると、特に臨界状態での
磁束量子線のピン止めに有効であることを確認し九 こ
れは高温超伝導体のコヒーレンス長が短いことを反映し
ており、酸素欠陥はその周囲と比較して自由エネルギが
小さく臨界状態に於ける磁束量子線の有効なピンニング
センタとなることを示していも つまり第９図に示すように膜厚方向に数人〜画人程度の
間隔で酸素欠陥を分布させると、全膜厚にわたり磁束量
子線を真直にピン止めできるものと考えられも 実施例４ 結晶化還元処理を超伝導体薄膜に施した試料（ロ）と、
その処理を行なわなかった試料（イ）へ一定温度の下で
測定した磁化曲線を第１０図（ａ）に示す。
測定装置としては５ＱＵＩＤ磁束計を用ｕＸ、外部磁場
はＣ軸と平行に（すなわち膜面垂直方向）に印加した 処理を加えていない試料（イ）の磁場による磁化の変化
は 通常よくみられる第２種超伝導体のそれであム 一方結晶化還元処理を施した試料（ロ）で（よ外部磁場
を増やしていくと、反磁化はほぼ直線的に増加し ある
特定の磁場で突然数十分の−に減少すム −旦減少した
反磁化は 外部磁場の値をゼロにもどしても回復するこ
とはな（〜 また温度を変化させても回復することはな
ｔ℃ さらに一定外部磁場の下での反磁化の！（友 時
間変化にたいしてほとんど減少しなｔ℃ これらの結果ｃヨ 本発明の超伝導体薄膜ではフラッ
クスピンニング力の強度分布が均一であることによると
考えられる。つまり、零磁場下で冷却した「結晶化還元
処理を施した超伝導体薄膜」に外部磁場を印加してゆく
と、ある外部磁場までは完全反磁性体としてふるまｔ、
Ｌ 大きな反磁化を示す。しかし外部磁場による超伝
導体薄膜内部への侵入圧力が、あるフラックスピンニン
グ力を越えたとたん 磁束は一挙に内部に侵入し反磁化
の値はたちまち減少してしまう。しかも−且 「結晶化
還元処理を施した超伝導体薄膜」内部にフラックスが侵
入してしまえば 外部磁場をゼロにもどしても反磁化の
値は回復しな（箋 このような特異な磁気的振舞い（よ
本発明によってはじめて明かとなったものであム Ｐ型超伝導体でζ友 酸化処理をともなう紫外線以上の
エネルギを有する光子の照射により強い超伝導体ができ
、酸化処理だけでは弱い超伝導体ができるので、フォト
リソグラフィーの手法を用いバタン化した光子照射のあ
と全面に酸化を行なえば例えば 例えば第１０図（ｂ）
に示したようなビットバタンを構成でき、上に述べたよ
うな性質を利用した超伝導磁気メモリを作製することが
可能であム 超伝導磁気メモリの読み出しζよ 膜面直上の磁場が大
きく異なることを利用し 磁気ヘッドやホール素子ヘッ
ド等の磁気検出器を使用して容易に行なうことができも また 一定磁場下での完全反磁性状態を１、フラックス
が侵入した微小反磁化状態を０に対応させることとし
あらかじめメモリビットをすべて１としたの板 一部分
のメモリビットにパルス磁場を加えてフラックスを侵入
させＯのビットを作り、超伝導磁気メモリへの書き込み
を行なう方法もあム ここで０から１に変えるに！友
例えばレーザーパルス等で一旦転移温度以上に熱し 零
磁場中で冷却し再び外部磁場を加えることにより行なう
等の手法がある。
はＣ軸と平行に（すなわち膜面垂直方向）に印加した 処理を加えていない試料（イ）の磁場による磁化の変化
は 通常よくみられる第２種超伝導体のそれであム 一方結晶化還元処理を施した試料（ロ）で（よ外部磁場
を増やしていくと、反磁化はほぼ直線的に増加し ある
特定の磁場で突然数十分の−に減少すム −旦減少した
反磁化は 外部磁場の値をゼロにもどしても回復するこ
とはな（〜 また温度を変化させても回復することはな
ｔ℃ さらに一定外部磁場の下での反磁化の！（友 時
間変化にたいしてほとんど減少しなｔ℃ これらの結果ｃヨ 本発明の超伝導体薄膜ではフラッ
クスピンニング力の強度分布が均一であることによると
考えられる。つまり、零磁場下で冷却した「結晶化還元
処理を施した超伝導体薄膜」に外部磁場を印加してゆく
と、ある外部磁場までは完全反磁性体としてふるまｔ、
Ｌ 大きな反磁化を示す。しかし外部磁場による超伝
導体薄膜内部への侵入圧力が、あるフラックスピンニン
グ力を越えたとたん 磁束は一挙に内部に侵入し反磁化
の値はたちまち減少してしまう。しかも−且 「結晶化
還元処理を施した超伝導体薄膜」内部にフラックスが侵
入してしまえば 外部磁場をゼロにもどしても反磁化の
値は回復しな（箋 このような特異な磁気的振舞い（よ
本発明によってはじめて明かとなったものであム Ｐ型超伝導体でζ友 酸化処理をともなう紫外線以上の
エネルギを有する光子の照射により強い超伝導体ができ
、酸化処理だけでは弱い超伝導体ができるので、フォト
リソグラフィーの手法を用いバタン化した光子照射のあ
と全面に酸化を行なえば例えば 例えば第１０図（ｂ）
に示したようなビットバタンを構成でき、上に述べたよ
うな性質を利用した超伝導磁気メモリを作製することが
可能であム 超伝導磁気メモリの読み出しζよ 膜面直上の磁場が大
きく異なることを利用し 磁気ヘッドやホール素子ヘッ
ド等の磁気検出器を使用して容易に行なうことができも また 一定磁場下での完全反磁性状態を１、フラックス
が侵入した微小反磁化状態を０に対応させることとし
あらかじめメモリビットをすべて１としたの板 一部分
のメモリビットにパルス磁場を加えてフラックスを侵入
させＯのビットを作り、超伝導磁気メモリへの書き込み
を行なう方法もあム ここで０から１に変えるに！友
例えばレーザーパルス等で一旦転移温度以上に熱し 零
磁場中で冷却し再び外部磁場を加えることにより行なう
等の手法がある。
これらの超伝導磁気メモリ（よ 経時変化が小さく時間
的に非常に安定であム この超伝導体薄膜に対する結晶化還元処理の効果（友
材料がＮ型の超伝導体であってもＰ型のそれであっても
同様であム このような超伝導磁気メモリに適応できる本発明の薄膜
超伝導体の製造方法について、さらに詳細に説明すも 第１１図に示す形成装置を用（Ｘ 酸化マグネシウム単
結晶（１００）面を基体１１１とし 高周波プレーナー
マグネトロンスパッタ法により焼結した酸化物高温超電
導材料で形成したターゲット１１３を、Ａｒと０２の混
合ガス雰囲気でスパッタリング蒸着して、基板加熱ヒー
タ１１６で加熱した基板１１１上に 結晶性のＹ−Ｂａ
−Ｃｕ−０薄膜の４元複合銅酸化物薄膜１１５を堆積し
九この場合、ガス圧力！’！、、０．４Ｐａ、スパッタ
リング電力１６０Ｗ、スパッタリング時間１時皿薄膜の
膜厚０．５ μ爪 基板温度６００℃であっち 結晶性向上処理はＸ線管１１６としてＲｈ管球をもちい
たＸ線照射により行（′Ｖ、酸化処理は４元複合銅酸化
物薄膜１１５形成後直ちに 形成槽１１２内に酸素ガス
を導入しておこなった第１０図（ａ）の磁場特性図から
れかるように本発明における結晶化還元処理を施してな
い超伝導体薄膜でζ友 反磁化はゆるやかに変化しフラ
ックスが徐々に侵入していく。一方前記処理を施した超
伝導体薄膜でｇｉＴ＝４８にでは磁化がＨ＝２００Ｏｅ
までほぼ直線的に増加し その後Ｈ＝４００Ｏｅで最大
磁化１０１０００Ｏｅ／ｃｃを示した さらに磁場を強
くしていくと、超伝導体薄膜に磁束が侵入して、磁化の
値は約数十分の−に減少すも 外径１ｍｍ程度の試料の
表面磁場を低温用ホール素子で測定すると、Ｔ＝４８Ｋ
において、反磁化状態（Ｍ＝１００００ ｅｍｕ／ｃ
ｃ）ではＨ＝４００Ｏｅ、磁束侵入状態ではＨ＝２０Ｏ
ｅであり、反磁化状態の方が磁束侵入状態に比べてはる
かに表面磁場が大きく、この差は容易に検出できも 実施例５ 本発明の薄膜超伝導体の別の応用例として、ジョセフソ
ン素子を説明すも 超伝導体薄膜を基体上にスパッタリング法で形成し 酸
素雰囲気中で熱処理 あるいは酸素イオンまたは励起状
態の中性酸素原子を打ち込んで超電導性を得も さらに 前記超伝導体薄膜の一部分にＸ線または紫外線
を照射することにより弱結合部を形成すも 但し この弱結合部はＸ線または紫外線の照射量によっ
て常電導体力＼ 半導体力＼ 絶縁体の性質の何れかを
示すことを、本発明によって分かったこの場合超電導電
極が２−１．即ち二端子素子であると、弱結合部かトン
ネル形のジョセフソン素子となム この薄膜の形成（よ 物理的気相成長法に限定されたも
のではなく、化学的気相成長法例えば常圧あるいは減圧
化学的気相成長法 プラズマ化学的気相成長法 光化学
的気相成長法も組成を合致させれば有効であることを本
発明者らは確認しｔ４これらの薄膜を酸素処理すること
により得た超電導性を、Ｘ線または紫外線照射処理する
ことにより制御すると、この超電導薄膜は常電導体 半
導恢 あるいは絶縁体の性質を示すようになることも本
発明によって見いだした この効果は酸化処理により超電導性を得るために最適化
された薄膜超電導体に Ｘ線または紫外線を照射して薄
膜を還元し 結晶中の酸素量を制御して超電導に対する
酸素の最適条件をくずしＸ線または紫外線照射部の超電
導性を消失させるためと考えられも また Ｘ線や紫外線はその波長が短く、加工する超電導
薄膜の領域を微細に制御し 精機 微細な銅酸化物薄膜
の還元処理を可能とすムこれより、サブミクロン加工を
必要とするジョセフソンデバイス等のデバイス作製がＸ
線や紫外線の照射により容易に行われるようになム本発
明の薄膜超伝導体のジョセフソン素子への応用例につい
て、図面を用いてさらに詳細に説明すも 第１２図に示したように 金属酸化物超伝導体薄膜１２
２を基板１２１上番ミ 例えばスパッタリング法で形
成すも また 必要に応じて酸素雰囲気中で熱処還 あるいは酸
素イオンまたは励起状態の中性酸素原子を、金属酸化物
超伝導薄膜１２２に打ち込んで超伝導性を得も さらに 金属酸化物超伝導薄膜１２２の表面に紫外線以
上のエネルギを有する光子を照射し その後選択的に酸
化処理をすることにより、間隙部１２４で分離された２
つの電極部１２３を形成すも 酸化処理の方法としては 少なくとも酸素を含むガスの
放電により生成される酸素イオンあるいは励起状態にあ
る中性酸素原子を照射すべ またはオゾンを含む気体中
にで処理することが効果的かつ簡便である。
的に非常に安定であム この超伝導体薄膜に対する結晶化還元処理の効果（友
材料がＮ型の超伝導体であってもＰ型のそれであっても
同様であム このような超伝導磁気メモリに適応できる本発明の薄膜
超伝導体の製造方法について、さらに詳細に説明すも 第１１図に示す形成装置を用（Ｘ 酸化マグネシウム単
結晶（１００）面を基体１１１とし 高周波プレーナー
マグネトロンスパッタ法により焼結した酸化物高温超電
導材料で形成したターゲット１１３を、Ａｒと０２の混
合ガス雰囲気でスパッタリング蒸着して、基板加熱ヒー
タ１１６で加熱した基板１１１上に 結晶性のＹ−Ｂａ
−Ｃｕ−０薄膜の４元複合銅酸化物薄膜１１５を堆積し
九この場合、ガス圧力！’！、、０．４Ｐａ、スパッタ
リング電力１６０Ｗ、スパッタリング時間１時皿薄膜の
膜厚０．５ μ爪 基板温度６００℃であっち 結晶性向上処理はＸ線管１１６としてＲｈ管球をもちい
たＸ線照射により行（′Ｖ、酸化処理は４元複合銅酸化
物薄膜１１５形成後直ちに 形成槽１１２内に酸素ガス
を導入しておこなった第１０図（ａ）の磁場特性図から
れかるように本発明における結晶化還元処理を施してな
い超伝導体薄膜でζ友 反磁化はゆるやかに変化しフラ
ックスが徐々に侵入していく。一方前記処理を施した超
伝導体薄膜でｇｉＴ＝４８にでは磁化がＨ＝２００Ｏｅ
までほぼ直線的に増加し その後Ｈ＝４００Ｏｅで最大
磁化１０１０００Ｏｅ／ｃｃを示した さらに磁場を強
くしていくと、超伝導体薄膜に磁束が侵入して、磁化の
値は約数十分の−に減少すも 外径１ｍｍ程度の試料の
表面磁場を低温用ホール素子で測定すると、Ｔ＝４８Ｋ
において、反磁化状態（Ｍ＝１００００ ｅｍｕ／ｃ
ｃ）ではＨ＝４００Ｏｅ、磁束侵入状態ではＨ＝２０Ｏ
ｅであり、反磁化状態の方が磁束侵入状態に比べてはる
かに表面磁場が大きく、この差は容易に検出できも 実施例５ 本発明の薄膜超伝導体の別の応用例として、ジョセフソ
ン素子を説明すも 超伝導体薄膜を基体上にスパッタリング法で形成し 酸
素雰囲気中で熱処理 あるいは酸素イオンまたは励起状
態の中性酸素原子を打ち込んで超電導性を得も さらに 前記超伝導体薄膜の一部分にＸ線または紫外線
を照射することにより弱結合部を形成すも 但し この弱結合部はＸ線または紫外線の照射量によっ
て常電導体力＼ 半導体力＼ 絶縁体の性質の何れかを
示すことを、本発明によって分かったこの場合超電導電
極が２−１．即ち二端子素子であると、弱結合部かトン
ネル形のジョセフソン素子となム この薄膜の形成（よ 物理的気相成長法に限定されたも
のではなく、化学的気相成長法例えば常圧あるいは減圧
化学的気相成長法 プラズマ化学的気相成長法 光化学
的気相成長法も組成を合致させれば有効であることを本
発明者らは確認しｔ４これらの薄膜を酸素処理すること
により得た超電導性を、Ｘ線または紫外線照射処理する
ことにより制御すると、この超電導薄膜は常電導体 半
導恢 あるいは絶縁体の性質を示すようになることも本
発明によって見いだした この効果は酸化処理により超電導性を得るために最適化
された薄膜超電導体に Ｘ線または紫外線を照射して薄
膜を還元し 結晶中の酸素量を制御して超電導に対する
酸素の最適条件をくずしＸ線または紫外線照射部の超電
導性を消失させるためと考えられも また Ｘ線や紫外線はその波長が短く、加工する超電導
薄膜の領域を微細に制御し 精機 微細な銅酸化物薄膜
の還元処理を可能とすムこれより、サブミクロン加工を
必要とするジョセフソンデバイス等のデバイス作製がＸ
線や紫外線の照射により容易に行われるようになム本発
明の薄膜超伝導体のジョセフソン素子への応用例につい
て、図面を用いてさらに詳細に説明すも 第１２図に示したように 金属酸化物超伝導体薄膜１２
２を基板１２１上番ミ 例えばスパッタリング法で形
成すも また 必要に応じて酸素雰囲気中で熱処還 あるいは酸
素イオンまたは励起状態の中性酸素原子を、金属酸化物
超伝導薄膜１２２に打ち込んで超伝導性を得も さらに 金属酸化物超伝導薄膜１２２の表面に紫外線以
上のエネルギを有する光子を照射し その後選択的に酸
化処理をすることにより、間隙部１２４で分離された２
つの電極部１２３を形成すも 酸化処理の方法としては 少なくとも酸素を含むガスの
放電により生成される酸素イオンあるいは励起状態にあ
る中性酸素原子を照射すべ またはオゾンを含む気体中
にで処理することが効果的かつ簡便である。
この２つの酸化処理は共に試料を加熱する必要がない上
べ 前者については比較的短時間で処理が終る利点があ
り、後者ではレジストなどに代表される有機材料が侵さ
れることが少ないので、通常のレジスト膜を酸化処理の
際のマスクに利用できると言う利点がある。
べ 前者については比較的短時間で処理が終る利点があ
り、後者ではレジストなどに代表される有機材料が侵さ
れることが少ないので、通常のレジスト膜を酸化処理の
際のマスクに利用できると言う利点がある。
また 薄膜１２２の内で、電極部１２３は超伝導性を持
板 間隙部１２４を含む電極部１２３以外の部分は 光
子が照射され酸化処理は行われていないた数 常電導体
力＼ 半導体力＼ 絶縁体の性質の何れかを示す。
板 間隙部１２４を含む電極部１２３以外の部分は 光
子が照射され酸化処理は行われていないた数 常電導体
力＼ 半導体力＼ 絶縁体の性質の何れかを示す。
この場合、間隙部１２４ Ｌｔ、 弱結合あるいはト
ンネル結合となり、二端子素子であると、ジョセフソン
素子となる。
ンネル結合となり、二端子素子であると、ジョセフソン
素子となる。
前述のように超伝導薄膜にＸ線あるいは紫外線など紫外
線以上のエネルギを有する光子を照射することにより、
この超伝導薄膜を常電導恢 半導体 あるいは絶縁体の
性質を示すように制御できることも本発明者らは見いだ
し九 紫外線よりも波長の短い光子としては通常のＷ、
Ｍｏ、 Ｒｈ。
線以上のエネルギを有する光子を照射することにより、
この超伝導薄膜を常電導恢 半導体 あるいは絶縁体の
性質を示すように制御できることも本発明者らは見いだ
し九 紫外線よりも波長の短い光子としては通常のＷ、
Ｍｏ、 Ｒｈ。
Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、ＡＩ、Ｍｇ、ＺｒなどのＸ線
管、または）Ｌ Ｈｅ、 Ｎｅなどの紫外線源ある
いは水銀ランプからの輻射光等をもちいる。
管、または）Ｌ Ｈｅ、 Ｎｅなどの紫外線源ある
いは水銀ランプからの輻射光等をもちいる。
第１３図（よ この特性を確認するための基礎実験の結
果の１例を示したもので、Ｂ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−○
超伝導薄膜を例に取って、その抵抗率の温度変化につい
て、作製直後（１３１）、 ３時間の紫外線照射後（１
３２）、その後の酸化処理の後（１３３）の３つ状態で
それぞれ測定したものであム 薄膜作製直後（よ 約４５にで超伝導を示していたもの
が（１３１）、照射後は室温での抵抗率が約８倍に増加
し 超伝導は示さなくなったが（１３２）、酸化処理に
よってほとんど作製直後の特性に回復している（１３３
）。
果の１例を示したもので、Ｂ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−○
超伝導薄膜を例に取って、その抵抗率の温度変化につい
て、作製直後（１３１）、 ３時間の紫外線照射後（１
３２）、その後の酸化処理の後（１３３）の３つ状態で
それぞれ測定したものであム 薄膜作製直後（よ 約４５にで超伝導を示していたもの
が（１３１）、照射後は室温での抵抗率が約８倍に増加
し 超伝導は示さなくなったが（１３２）、酸化処理に
よってほとんど作製直後の特性に回復している（１３３
）。
この結果ζ戴 照射が薄膜を還元し 超伝導を失わせる
が、 酸化処理によって可逆的に特性を回復させること
ができることを示している。
が、 酸化処理によって可逆的に特性を回復させること
ができることを示している。
次に具体的材料を挙げて、本発明の薄膜超伝導体をジョ
セフソン素子として用いた一実施例を示す。
セフソン素子として用いた一実施例を示す。
第１２図に示したように （１００）面ＭｇＯ単結晶を
基板１２１として用（＼ 焼結して作成したＹ Ｂ ａ
２ Ｃｕ ａ 、 ｓ Ｑ ｘ ターゲットを、高周
波ブレナーマグネトロンスバッタにより、Ａｒと０２の
混合ガス雰囲気でスパッタリング蒸着して、基板１２１
上に金属酸化物超伝導薄膜１２２として結品性のＹＢａ
ｅＣｕ＝○〒薄膜を付着させたこの場合 ガス圧力は０
、５ Ｐ ａ、 スパッタリング電力１５０Ｗ、
スパッタリング時間２０分、薄膜の膜厚０．２μ瓜
基板温度７００℃であっな このようにして得られた薄膜１２２は超伝導性を示し
その転移温度は９０にであっ九この本実施例では薄Ｍ１
２２の膜厚ＩＬ０．２μｍである力＜、膜厚は０．１μ
ｍかそれ以下の薄い場合でｋ １０μｍ以上の厚い場
合でも超伝導が発生することを確認し九 さらに この超伝導薄膜１２２に対して、低圧水銀ラン
プを用いて紫外線を約３時間照射し 薄膜１２２を還元
させ超伝導性を失わせたそして、第１４図に示すように
金属酸化物超伝導薄膜１４２上番ミ レジスト膜１４
３を用いてマスクパターンを形成したのぢ オゾン発生
装置を利用し 数％のオゾンを含む酸素中に数時間放置
し 超伝導薄膜１４２の表面の内レジスト膜１４３に覆
われていない部分に酸化処理を行し入 電極部１４４と
した 最後に 有機溶剤でレジスト膜１４３を取り除き、 ２
つの電極部１４４に測定用端子を導電ペーストで接着し
この端子に８５Ｈｚの交流電圧を印加し この端子を
通して間隙部１４５を流れる電流との関係を観測しな その結果 観測された電流・電圧特性（よ ジョセフソ
ン接合特有の非線形性を有してい九さら置 この間隙部
１４５に２０ＧＨｚのマイクロ波を照射したとこへ 電
流・電圧特性の曲線上に電圧のステップが観測され こ
のステップの位置とマイクロ波の周波数の関係か技 こ
のステップはジョセフソン接合特有のいわゆるシャピロ
ステップであることがわかっｆミ これらの結果かぺ 試作した素子ｉ：１１．．ｓＮｓ形
（超伝導体・常伝導体・超伝導体）のジョセフソン接合
が形成されていることが分かつ旭この方法により、制御
性良く弱結合形のジョセフソン素子を形成することかで
きな この場合、 レジストは有機溶剤のみで現像できるＰＭ
ＭＡ、あるいはネガレジスト等が適していも また通常これらのレジスト１Ｌ２００℃以上に加熱され
た場合変質してしまいレジストとしての機能を発揮でき
ないものが多いが、 本発明のオゾン処理による酸化の
方法（友 有機薄膜であるレジストを侵すことは少なく
、また 基板温度を上昇させることもなく効果的であム 実施例６ 超伝導薄膜を基板上にスパッタリング法で形成し 必要
に応じて酸素雰囲気中で熱処理 あるいは酸素イオンま
たは励起状態の中性酸素原子を打ち込んで超伝導性を得
九 次に 薄膜上の微小な間隙部で分離された２つの電極部
へ 選択的に紫外線以上のエネルギを有する光子を照射
すも そして照射と同時、あるいはその後、薄膜の表面
に酸化処理を施したこの方法により光子が照射されてい
ない間隙部４ｔ、 照射された電極部に比べてその超
伝導特性が悪く、照射及び酸化処理の条件を適当に制御
することによって、弱結合型のジョセフソン接合となム 本発明の製造方法では選択的に酸化処理をする必要はな
く、試料全体を酸化処理しても良いことか収 実施例５
で述べたような酸素プラズマに侵され易いレジスト膜等
のマスクを酸化処理の際に利用する必要はな（ち そのたべ 短時間で済む酸素プラズマを用いて酸化処理
できる利点があも また 必ずしもレジストをマスクに用いる必要はなく、
通常のフォトリソグラフィーの手法に従１、Ｘ、例えば
パターン化されたクロム等の薄膜をガラス板等上に形
成してできた通常のフォトマスクを超伝導薄膜上に接触
させ、このフォトマスクを通して紫外線を照射すること
によってｋ 選択的に電極部のみに光子を照射すること
が可能であム 実施例７ 超伝導薄膜を基板にスパッタリング法で形成し必要に応
じて酸素雰囲気中で熱処理 あるいは酸素イオンまたは
励起状態の中性酸素原子を打ち込んで超伝導性を得も 次＆ミ 薄膜上の微小な間隙部で分離された２つの電極
部に選択的に紫外線以上のエネルギを有する光子を照射
すも そして、照射と同時あるいはその後前記電極部に
選択的に酸化処理を施しへ光子が照射されていない間隙
部（よ 照射された電極部に比べてその超伝導特性が悪
く、照射及び酸化処理の条件を適当に制御することによ
って弱結合型のジョセフソン接合となム 本実施例で（友 電極部以外の部分は光子照射や酸化処
理が成されないことか技 同一基板上に他の機能素子な
どを集積化する場合などでＬ それら機能素子に悪影響
を及ぼすことがないという利点かあも 紫外線以上のエネルギを有する光子の照射はその波長が
短いことから、加工する超伝導薄膜の領域を微細に制御
し 精微 微細な超伝導体薄膜の還元処理を可能とする
ので、サブミクロン加工を必要とするジョセフソンデバ
イス等のデバイス作製が、 これら光子の照射により容
易に行われるようになム 実施例８ 第１５図に 本発明の薄膜超伝導体の別の応用例の超伝
導トランジスタの基本構成断面医 第１６図に本超伝導
トランジスタの製造方法の断面工程図を示す。
基板１２１として用（＼ 焼結して作成したＹ Ｂ ａ
２ Ｃｕ ａ 、 ｓ Ｑ ｘ ターゲットを、高周
波ブレナーマグネトロンスバッタにより、Ａｒと０２の
混合ガス雰囲気でスパッタリング蒸着して、基板１２１
上に金属酸化物超伝導薄膜１２２として結品性のＹＢａ
ｅＣｕ＝○〒薄膜を付着させたこの場合 ガス圧力は０
、５ Ｐ ａ、 スパッタリング電力１５０Ｗ、
スパッタリング時間２０分、薄膜の膜厚０．２μ瓜
基板温度７００℃であっな このようにして得られた薄膜１２２は超伝導性を示し
その転移温度は９０にであっ九この本実施例では薄Ｍ１
２２の膜厚ＩＬ０．２μｍである力＜、膜厚は０．１μ
ｍかそれ以下の薄い場合でｋ １０μｍ以上の厚い場
合でも超伝導が発生することを確認し九 さらに この超伝導薄膜１２２に対して、低圧水銀ラン
プを用いて紫外線を約３時間照射し 薄膜１２２を還元
させ超伝導性を失わせたそして、第１４図に示すように
金属酸化物超伝導薄膜１４２上番ミ レジスト膜１４
３を用いてマスクパターンを形成したのぢ オゾン発生
装置を利用し 数％のオゾンを含む酸素中に数時間放置
し 超伝導薄膜１４２の表面の内レジスト膜１４３に覆
われていない部分に酸化処理を行し入 電極部１４４と
した 最後に 有機溶剤でレジスト膜１４３を取り除き、 ２
つの電極部１４４に測定用端子を導電ペーストで接着し
この端子に８５Ｈｚの交流電圧を印加し この端子を
通して間隙部１４５を流れる電流との関係を観測しな その結果 観測された電流・電圧特性（よ ジョセフソ
ン接合特有の非線形性を有してい九さら置 この間隙部
１４５に２０ＧＨｚのマイクロ波を照射したとこへ 電
流・電圧特性の曲線上に電圧のステップが観測され こ
のステップの位置とマイクロ波の周波数の関係か技 こ
のステップはジョセフソン接合特有のいわゆるシャピロ
ステップであることがわかっｆミ これらの結果かぺ 試作した素子ｉ：１１．．ｓＮｓ形
（超伝導体・常伝導体・超伝導体）のジョセフソン接合
が形成されていることが分かつ旭この方法により、制御
性良く弱結合形のジョセフソン素子を形成することかで
きな この場合、 レジストは有機溶剤のみで現像できるＰＭ
ＭＡ、あるいはネガレジスト等が適していも また通常これらのレジスト１Ｌ２００℃以上に加熱され
た場合変質してしまいレジストとしての機能を発揮でき
ないものが多いが、 本発明のオゾン処理による酸化の
方法（友 有機薄膜であるレジストを侵すことは少なく
、また 基板温度を上昇させることもなく効果的であム 実施例６ 超伝導薄膜を基板上にスパッタリング法で形成し 必要
に応じて酸素雰囲気中で熱処理 あるいは酸素イオンま
たは励起状態の中性酸素原子を打ち込んで超伝導性を得
九 次に 薄膜上の微小な間隙部で分離された２つの電極部
へ 選択的に紫外線以上のエネルギを有する光子を照射
すも そして照射と同時、あるいはその後、薄膜の表面
に酸化処理を施したこの方法により光子が照射されてい
ない間隙部４ｔ、 照射された電極部に比べてその超
伝導特性が悪く、照射及び酸化処理の条件を適当に制御
することによって、弱結合型のジョセフソン接合となム 本発明の製造方法では選択的に酸化処理をする必要はな
く、試料全体を酸化処理しても良いことか収 実施例５
で述べたような酸素プラズマに侵され易いレジスト膜等
のマスクを酸化処理の際に利用する必要はな（ち そのたべ 短時間で済む酸素プラズマを用いて酸化処理
できる利点があも また 必ずしもレジストをマスクに用いる必要はなく、
通常のフォトリソグラフィーの手法に従１、Ｘ、例えば
パターン化されたクロム等の薄膜をガラス板等上に形
成してできた通常のフォトマスクを超伝導薄膜上に接触
させ、このフォトマスクを通して紫外線を照射すること
によってｋ 選択的に電極部のみに光子を照射すること
が可能であム 実施例７ 超伝導薄膜を基板にスパッタリング法で形成し必要に応
じて酸素雰囲気中で熱処理 あるいは酸素イオンまたは
励起状態の中性酸素原子を打ち込んで超伝導性を得も 次＆ミ 薄膜上の微小な間隙部で分離された２つの電極
部に選択的に紫外線以上のエネルギを有する光子を照射
すも そして、照射と同時あるいはその後前記電極部に
選択的に酸化処理を施しへ光子が照射されていない間隙
部（よ 照射された電極部に比べてその超伝導特性が悪
く、照射及び酸化処理の条件を適当に制御することによ
って弱結合型のジョセフソン接合となム 本実施例で（友 電極部以外の部分は光子照射や酸化処
理が成されないことか技 同一基板上に他の機能素子な
どを集積化する場合などでＬ それら機能素子に悪影響
を及ぼすことがないという利点かあも 紫外線以上のエネルギを有する光子の照射はその波長が
短いことから、加工する超伝導薄膜の領域を微細に制御
し 精微 微細な超伝導体薄膜の還元処理を可能とする
ので、サブミクロン加工を必要とするジョセフソンデバ
イス等のデバイス作製が、 これら光子の照射により容
易に行われるようになム 実施例８ 第１５図に 本発明の薄膜超伝導体の別の応用例の超伝
導トランジスタの基本構成断面医 第１６図に本超伝導
トランジスタの製造方法の断面工程図を示す。
第１５図において、基板１５１上鳳 Ａ−Ｂ−Ｃｕ−０
（但ｔ、、ＡはＢｉ、ＴＩ、Ｐｂ、Ｙおよびランタン系
列元素（原子番号５７〜７１の元魚但し５８、５９、６
１を除（）のうちの少なくとも一種 ＢはＩＩａ族元素
のうち少なくとも一種の元素）で表わされる銅酸化物薄
膜を堆積すムこの銅酸化物薄膜にチャンネル層１５４の
部分を除き、紫外線の波長以下の波長を有する光子の照
射により、チャンネル層１５４より結晶性の向上した材
料で構成された超伝導ソース領域１５２および前記超伝
導ドレイン領域１５３が形成される。
（但ｔ、、ＡはＢｉ、ＴＩ、Ｐｂ、Ｙおよびランタン系
列元素（原子番号５７〜７１の元魚但し５８、５９、６
１を除（）のうちの少なくとも一種 ＢはＩＩａ族元素
のうち少なくとも一種の元素）で表わされる銅酸化物薄
膜を堆積すムこの銅酸化物薄膜にチャンネル層１５４の
部分を除き、紫外線の波長以下の波長を有する光子の照
射により、チャンネル層１５４より結晶性の向上した材
料で構成された超伝導ソース領域１５２および前記超伝
導ドレイン領域１５３が形成される。
チャンネル層１５４上には ゲート絶縁膜１５５と更に
その上にゲート電極１５６が形成された構成となってい
も この紫外線以上のエネルギを有する光子の照射による酸
化物超伝導薄膜の結晶性が向上することと、また更に酸
化処理と組み合わせることにより臨界温度の上昇と臨界
電流密度の向上とを利用し超伝導トランジスタが実現で
きる。
その上にゲート電極１５６が形成された構成となってい
も この紫外線以上のエネルギを有する光子の照射による酸
化物超伝導薄膜の結晶性が向上することと、また更に酸
化処理と組み合わせることにより臨界温度の上昇と臨界
電流密度の向上とを利用し超伝導トランジスタが実現で
きる。
本発明の超伝導トランジスタ（友 ゲート長が０゜１μ
ｍ程度の極めて短い素子であり、本素子の製造に当たっ
ては 以下に述べる方法が極めて有効である。
ｍ程度の極めて短い素子であり、本素子の製造に当たっ
ては 以下に述べる方法が極めて有効である。
第１６図に従って、本発明の超伝導トランジスタの製造
方法の実施例を述べる。
方法の実施例を述べる。
酸化マグネシウム単結晶（１００）面を基板１６１とし
て用し＼ 高周波プレーナーマグネトロンスパッタ法に
より、焼結した酸化物高温超伝導材料で形成したターゲ
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、上記基板上に結晶性のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−〇薄
膜として酸化物薄膜１６８を堆積させた（第１６図（ａ
））。この場合、ガス圧力ｉ飄０．４ Ｐａ、スパッ
タリング電力１００Ｗ、 スパッタリング時間１０分
、薄膜の膜厚５０ｎｒｒＫ 基板温度６００ｔであっ九
次番二 酸化物薄膜１６８の全面上＆ミ ゲート絶縁膜
１６５およびゲート電極１６６をスパッタ蒸着により形
成しん ゲート絶縁膜１６５としては２０ ｎｍ厚の酸
化ジルコニウムを用し＼ ゲート電極１６６としては２
００ｎｍ厚の白金（Ｐｔ）を用いた このゲート絶縁膜及びゲート電極をフォトプロセスとＡ
ｒイオンエチング技術により、ゲート電極部のみ残して
酸化物薄膜１６８の表面が露出するまでエツチングを行
なった（第１６図（ｂ））。
て用し＼ 高周波プレーナーマグネトロンスパッタ法に
より、焼結した酸化物高温超伝導材料で形成したターゲ
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、上記基板上に結晶性のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−〇薄
膜として酸化物薄膜１６８を堆積させた（第１６図（ａ
））。この場合、ガス圧力ｉ飄０．４ Ｐａ、スパッ
タリング電力１００Ｗ、 スパッタリング時間１０分
、薄膜の膜厚５０ｎｒｒＫ 基板温度６００ｔであっ九
次番二 酸化物薄膜１６８の全面上＆ミ ゲート絶縁膜
１６５およびゲート電極１６６をスパッタ蒸着により形
成しん ゲート絶縁膜１６５としては２０ ｎｍ厚の酸
化ジルコニウムを用し＼ ゲート電極１６６としては２
００ｎｍ厚の白金（Ｐｔ）を用いた このゲート絶縁膜及びゲート電極をフォトプロセスとＡ
ｒイオンエチング技術により、ゲート電極部のみ残して
酸化物薄膜１６８の表面が露出するまでエツチングを行
なった（第１６図（ｂ））。
なおゲート電極長としては０． ２μ八 幅５μｍとし
た その後、酸化物薄膜１６８の表面を紫外線以上のエネル
ギを有する光子１６７、例えｉｉ Ｘ線を照射した後
、あるい（友 照射中に酸化処理を行う。
た その後、酸化物薄膜１６８の表面を紫外線以上のエネル
ギを有する光子１６７、例えｉｉ Ｘ線を照射した後
、あるい（友 照射中に酸化処理を行う。
この結果 ゲート電極１６６カ曵 光子１６７のマスク
となって、ゲート電極１６６の下部の酸化物薄膜１６８
Ｃ；＆ 半導体的な抵抗あるいは弱い超伝導特性を
示すチャンネル層薄膜１６４となムまた 膜の上部にゲ
ート電極のない酸化物薄膜１６８ｆ；Ａ 光子１６７
の照射によって膜の結晶性が良くなり、高い臨界温度及
び大きな臨界電流を有する超伝導薄膜となり、それぞれ
ソース領域１６２及びドレイン領域１６３を形成し 素
子が完成すも Ｘ線照射にζ戴 Ｒｈ管球をもちいたＸ線源を用Ｕｔ
酸化処理の方法として３表 酸素雰囲気中で２００〜
８００℃の温度で熱処理を行なう力＼ ＥＣＲ酸素プラ
ズマを照射する方法などが有効であム処理条件の例とし
て（よ マイクロ波パワー２００ｗ、酸素ガス圧８．
５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ、 バイアス電圧５０Ｖである
。
となって、ゲート電極１６６の下部の酸化物薄膜１６８
Ｃ；＆ 半導体的な抵抗あるいは弱い超伝導特性を
示すチャンネル層薄膜１６４となムまた 膜の上部にゲ
ート電極のない酸化物薄膜１６８ｆ；Ａ 光子１６７
の照射によって膜の結晶性が良くなり、高い臨界温度及
び大きな臨界電流を有する超伝導薄膜となり、それぞれ
ソース領域１６２及びドレイン領域１６３を形成し 素
子が完成すも Ｘ線照射にζ戴 Ｒｈ管球をもちいたＸ線源を用Ｕｔ
酸化処理の方法として３表 酸素雰囲気中で２００〜
８００℃の温度で熱処理を行なう力＼ ＥＣＲ酸素プラ
ズマを照射する方法などが有効であム処理条件の例とし
て（よ マイクロ波パワー２００ｗ、酸素ガス圧８．
５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ、 バイアス電圧５０Ｖである
。
作製した素子は４．２にで臨界電流１０μＡが得られ
ゲート・ソース間に２０Ｖの電圧を印加することにより
５μＡまで低下し 電界により超伝導電流の制御が出来
ることを確認しなな較 本実施例で（よ 基板に酸化マ
グネシュウムを用いたが、何もこれに限定することはな
く、他に同様な機能を有するものであれば何でも良１．
％また 酸化物薄膜１６８の材料としてＹ−ＢａＣｕ−
０を用いたが、 何もこれに限定することはなく、前述
の実施例に記述のような材料であれば何でも良しも また ゲート絶縁膜の材料として酸化ジルコニュウムを
用いたが、何もこれに限定することはなく、他に同様な
機能を有するものであれば何でも良しも 更Ｃミ ゲート電極材料として、 Ｐｔを用いた力ｉ
何もこれに限定することはなく、他に同様な機能を有す
るものであれば何でも良しＸ。
ゲート・ソース間に２０Ｖの電圧を印加することにより
５μＡまで低下し 電界により超伝導電流の制御が出来
ることを確認しなな較 本実施例で（よ 基板に酸化マ
グネシュウムを用いたが、何もこれに限定することはな
く、他に同様な機能を有するものであれば何でも良１．
％また 酸化物薄膜１６８の材料としてＹ−ＢａＣｕ−
０を用いたが、 何もこれに限定することはなく、前述
の実施例に記述のような材料であれば何でも良しも また ゲート絶縁膜の材料として酸化ジルコニュウムを
用いたが、何もこれに限定することはなく、他に同様な
機能を有するものであれば何でも良しも 更Ｃミ ゲート電極材料として、 Ｐｔを用いた力ｉ
何もこれに限定することはなく、他に同様な機能を有す
るものであれば何でも良しＸ。
以上実施例に於いては銅の酸化物を含む高温超伝導体に
ついて説明したが、本発明の効果は光子照射により酸素
欠陥が発現する高温超伝導体であれば有効であも した
がって銅を含まな（＼ 例えばＢＫＢ （Ｂ ａ−に−
Ｂ １−０）系材料でも本発明は有効であム また酸素
を硫黄で置換した硫黄化合物において収 光子の照射に
より硫黄の欠陥が発生するた敢 シェブレル化合物でも
同様に本発明の効果が有用であること勿論であ本発明の
効果 本発明は温度４８Ｋ、外磁場１５０Ｏｅ中での反磁化の
大きさから求めた臨界電流密度が３００万Ａ／ａｍ’以
上であり、かつ温度４８Ｋ、零磁場での輸送電流より求
めた臨界電流密度が３００万Ａ／ｃｍ’以上である薄膜
超伝導体であり、この薄膜超伝導体！表 基体に超伝導
体の構成要素の薄膜を堆積する薄膜堆積工程において、
前記薄膜の層を形成する薄膜形成時もしくは薄膜形成後
または薄膜堆積時もしくは薄膜堆積工程 紫外線以上の
エネルギを有する光子を照射して得られもこのため本発
明の薄膜超伝導体（よ 本発明は薄膜超伝導体の結晶性
並びに配向性を向上Ｌ 臨界超伝導電流を高めた超伝導
体並びに超伝導素子を提供できる効果がある。
ついて説明したが、本発明の効果は光子照射により酸素
欠陥が発現する高温超伝導体であれば有効であも した
がって銅を含まな（＼ 例えばＢＫＢ （Ｂ ａ−に−
Ｂ １−０）系材料でも本発明は有効であム また酸素
を硫黄で置換した硫黄化合物において収 光子の照射に
より硫黄の欠陥が発生するた敢 シェブレル化合物でも
同様に本発明の効果が有用であること勿論であ本発明の
効果 本発明は温度４８Ｋ、外磁場１５０Ｏｅ中での反磁化の
大きさから求めた臨界電流密度が３００万Ａ／ａｍ’以
上であり、かつ温度４８Ｋ、零磁場での輸送電流より求
めた臨界電流密度が３００万Ａ／ｃｍ’以上である薄膜
超伝導体であり、この薄膜超伝導体！表 基体に超伝導
体の構成要素の薄膜を堆積する薄膜堆積工程において、
前記薄膜の層を形成する薄膜形成時もしくは薄膜形成後
または薄膜堆積時もしくは薄膜堆積工程 紫外線以上の
エネルギを有する光子を照射して得られもこのため本発
明の薄膜超伝導体（よ 本発明は薄膜超伝導体の結晶性
並びに配向性を向上Ｌ 臨界超伝導電流を高めた超伝導
体並びに超伝導素子を提供できる効果がある。
本発明の超伝導体薄膜（よ 従来の焼結体に比べ均質か
つ薄膜単結晶化されているが故艮 本発明により非常に
高精度の超伝導素子が実現が可能となも また本発明の薄膜超伝導体を用いた超伝導素子（よ 高
温超伝導体を用いる素子の信頼法 長期安定性を確保す
るプロセスが提供されるので、本発明は工業上極めて大
きな価値を有するものであムまたこれまでは超伝導臨界
状態に於ける電流密度が小さ（、電流密度の時間に対す
る対数的な減少が著しいことか収 高温超伝導体では安
定性及び信頼性の高い超伝導デバイスは実現困難と考え
られてきため交 本発明により酸素欠陥よりなる磁束量
子線の有効ピンニングセンタを、原子的スケールで制御
導入することが可能となり、臨界電流密度を向上させる
とともく フラックスクリープの活性化エネルギを増大
させることができたこれにより高温超伝導体での安定性
及び信頼性の高い超伝導素子が実現する。
つ薄膜単結晶化されているが故艮 本発明により非常に
高精度の超伝導素子が実現が可能となも また本発明の薄膜超伝導体を用いた超伝導素子（よ 高
温超伝導体を用いる素子の信頼法 長期安定性を確保す
るプロセスが提供されるので、本発明は工業上極めて大
きな価値を有するものであムまたこれまでは超伝導臨界
状態に於ける電流密度が小さ（、電流密度の時間に対す
る対数的な減少が著しいことか収 高温超伝導体では安
定性及び信頼性の高い超伝導デバイスは実現困難と考え
られてきため交 本発明により酸素欠陥よりなる磁束量
子線の有効ピンニングセンタを、原子的スケールで制御
導入することが可能となり、臨界電流密度を向上させる
とともく フラックスクリープの活性化エネルギを増大
させることができたこれにより高温超伝導体での安定性
及び信頼性の高い超伝導素子が実現する。
この光子の照射による超伝導薄膜の処理は 堆積した薄
膜の温度上昇がなく、制御性もよく、かス 中性子やＴ
線と言った人体に危険を及ぼす光子照射ではないた玖
処理が簡単である。
膜の温度上昇がなく、制御性もよく、かス 中性子やＴ
線と言った人体に危険を及ぼす光子照射ではないた玖
処理が簡単である。
第１図 第５図 第８図及び第１１図は本発明の一実施
例の薄膜超伝導体の製造装置の概念構成断面医 第２図
第４１１Ａ 第６図及び第１３図は本発明の薄膜超
伝導体の超伝導特性を示す電気抵抗率の温度依存性を示
す＠ 第３図（ａ）、 （ｂ）、（Ｃ）及び第７図は
本発明の結晶性向上処理と酸化処理に基づく薄膜超伝導
体の結晶性を示すＸ線回折医 第９図は本発明の膜厚方
向に周期的に酸素欠陥を含む超伝導体薄膜の断面医 第
１０図（ａ）は本発明による処理の有無による薄膜超伝
導体の反磁化の磁場変化を示す匝 第１０図（ｂ）は本
発明の薄膜超伝導体の一応用例の超伝導磁気メモリのパ
ターンへ 第１２図は本発明の薄膜超伝導体の他の応用
例のジョセフソン素子の製造方法の概念斜視は 第１４
図は本発明の超伝導素子の一実施例のジョセフソン素子
の製造方法の内の１過程の概念斜視図 第１５図は本発
明の薄膜超伝導体の別の応用例の超伝導トランジスタの
概念構成断面＠ 第１６図（ａ）、 （ｂ）及び（ｃ
）は本発明の超伝導素子の一実施例の超伝導トランジス
タの製造方法を示す断面工程図であム１１、 ５１．
８５． １１１． １２１． １４１゜１５１．１６１
・・・基板 １２． ５２． １１５・・・４元複合銅
酸化物薄＠ ２０． ５４．．８２． １１６・・・
Ｘ線管（紫外線以上のエネルギを有する光子源）。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名菓 図 ′Ｘ空樺気 巻 情 卑・ （ｍｆ’１ｃｒｎン 図 強 Ｎ （ｆ正電 羊 位） 鞘 （ρ 図 第 図 ２θ ２θ（″） ６ρ 柩坑’ｌｉ”（帆ＡＣ帆） ＾ 蟇 軛 ４ 化１色 −自９１ｍｍ清＾唆 溝 賢 潰 Ｘ ν背菅 （弊タトシ（１メ上 の エネルギー＠ｉす６７１ｉ子ｈ） 形 成 帽 第 図 ｆｉ 度 ０り 殊 康 （イ王１１章イｆ、） 第 図 ８に ターケソト 第 図 起１か１怜濤霞 第１０図 橿 場 （Ｏｅ） 第１ １図 真隻等気 第１２図 ７２４間坤部 層 抗 牽 （ｍｎｃｍ） （ノコ 第１４図 ／４４ 電倫部 Ｗ！ 枯 超１云勇ソーヌ鍾仄 Ｍ！伝導トしイン鏝払 チャンネル壜漬饅 ケート鳥遜今＆４Ｍ睦 手続補正書（方式） 平成 ３年２月２０日゛ 薄膜超伝導体および超伝導素子とそれらの製造方法補正
をする者 事件との関係 住 所 名 称 代表者
例の薄膜超伝導体の製造装置の概念構成断面医 第２図
第４１１Ａ 第６図及び第１３図は本発明の薄膜超
伝導体の超伝導特性を示す電気抵抗率の温度依存性を示
す＠ 第３図（ａ）、 （ｂ）、（Ｃ）及び第７図は
本発明の結晶性向上処理と酸化処理に基づく薄膜超伝導
体の結晶性を示すＸ線回折医 第９図は本発明の膜厚方
向に周期的に酸素欠陥を含む超伝導体薄膜の断面医 第
１０図（ａ）は本発明による処理の有無による薄膜超伝
導体の反磁化の磁場変化を示す匝 第１０図（ｂ）は本
発明の薄膜超伝導体の一応用例の超伝導磁気メモリのパ
ターンへ 第１２図は本発明の薄膜超伝導体の他の応用
例のジョセフソン素子の製造方法の概念斜視は 第１４
図は本発明の超伝導素子の一実施例のジョセフソン素子
の製造方法の内の１過程の概念斜視図 第１５図は本発
明の薄膜超伝導体の別の応用例の超伝導トランジスタの
概念構成断面＠ 第１６図（ａ）、 （ｂ）及び（ｃ
）は本発明の超伝導素子の一実施例の超伝導トランジス
タの製造方法を示す断面工程図であム１１、 ５１．
８５． １１１． １２１． １４１゜１５１．１６１
・・・基板 １２． ５２． １１５・・・４元複合銅
酸化物薄＠ ２０． ５４．．８２． １１６・・・
Ｘ線管（紫外線以上のエネルギを有する光子源）。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名菓 図 ′Ｘ空樺気 巻 情 卑・ （ｍｆ’１ｃｒｎン 図 強 Ｎ （ｆ正電 羊 位） 鞘 （ρ 図 第 図 ２θ ２θ（″） ６ρ 柩坑’ｌｉ”（帆ＡＣ帆） ＾ 蟇 軛 ４ 化１色 −自９１ｍｍ清＾唆 溝 賢 潰 Ｘ ν背菅 （弊タトシ（１メ上 の エネルギー＠ｉす６７１ｉ子ｈ） 形 成 帽 第 図 ｆｉ 度 ０り 殊 康 （イ王１１章イｆ、） 第 図 ８に ターケソト 第 図 起１か１怜濤霞 第１０図 橿 場 （Ｏｅ） 第１ １図 真隻等気 第１２図 ７２４間坤部 層 抗 牽 （ｍｎｃｍ） （ノコ 第１４図 ／４４ 電倫部 Ｗ！ 枯 超１云勇ソーヌ鍾仄 Ｍ！伝導トしイン鏝払 チャンネル壜漬饅 ケート鳥遜今＆４Ｍ睦 手続補正書（方式） 平成 ３年２月２０日゛ 薄膜超伝導体および超伝導素子とそれらの製造方法補正
をする者 事件との関係 住 所 名 称 代表者
Claims (18)
- （１）温度４８Ｋ、外磁場１５０Ｏｅ中での反磁化の大
きさから求めた臨界電流密度が３００万Ａ／ｃｍ＾２以
上であり、かつ温度４８Ｋ、零磁場での輸送電流より求
めた臨界電流密度が３００万Ａ／ｃｍ＾２以上であるこ
とを特徴とする薄膜超伝導体。 - （２）超伝導体がＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｘで表わされる化合物
薄膜であることを特徴とする、請求項１記載の薄膜超伝
導体。 ここに、ＡはＮｄ、Ｓｍ、Ｐｒのうちの少なくとも一種
、ＢはＣｅ、Ｔｈのうち少なくとも一種の元素を示し、
ＸはＯまたはＦのうち少なくとも一種の元素を示す。 - （３）超伝導体がＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏで表わされる化合物
であることを特徴とする、請求項１記載の薄膜超伝導体
。 ここに、ＡはＴｌ、Ｂｉ、Ｙおよびランタン系列元素（
原子番号５７〜７１）のうちの少なくとも一種、ＢはI
Iａ族元素のうち少なくとも一種の元素を示す。 - （４）基体に超伝導体の構成要素の薄膜を堆積する薄膜
堆積工程において、前記薄膜の層を形成する薄膜形成時
もしくは薄膜形成後または薄膜堆積時もしくは薄膜堆積
後に、紫外線以上のエネルギを有する光子を照射するこ
とを特徴とする薄膜超伝導体の製造方法。 - （５）紫外線以上のエネルギを有する光子の照射時また
は照射後に、酸化処理工程を施すことを特徴とする、請
求項４記載の薄膜超伝導体の製造方法。 - （６）薄膜堆積工程として、薄膜形成または薄膜堆積と
、紫外線以上のエネルギを有する光子照射工程と、酸化
処理工程とを交互に繰り返すことを特徴とする、請求項
４もしくは５何れかに記載の薄膜超伝導体の製造方法。 - （７）酸化処理工程が、酸素イオンあるいは励起状態に
ある準安定酸素原子を照射する酸化であることを特徴と
する、請求項５もしくは６何れかに記載の薄膜超伝導体
の製造方法。 - （８）酸化処理工程が、オゾンを含む気体中での酸化で
あることを特徴とする、請求項５もしくは６何れかに記
載の薄膜超伝導体の製造方法。 - （９）薄膜堆積工程において、１回に堆積させる薄膜の
厚みが１０Å以上１００Å以下であることを特徴とする
、請求項４もしくは６何れかに記載の薄膜超伝導体の製
造方法。 - （１０）薄膜堆積工程、紫外線以上のエネルギを有する
光子照射工程、酸化処理工程の何れかの工程において、
基体の温度を変化させることを特徴とする、請求項４〜
９何れかに記載の薄膜超伝導体の製造方法。 - （１１）Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ（但しＡはＴｌ、Ｂｉ、Ｙお
よびランタン系列元素（原子番号５７〜７１）のうちの
少なくとも一種、ＢはIIａ族元素のうち少なくとも一種
の元素を示す）で表わされる超伝導体、あるいはＡ−Ｂ
−Ｃｕ−Ｘ（但しＡはＮｄ、Ｓｍ、Ｐｒのうちの少なく
とも一種、ＢはＣｅ、Ｔｈのうち少なくとも一種、Ｘは
ＯまたはＦのうち少なくとも一種の元素を示す）で表わ
される超伝導体の内少なくとも１種の超伝導体の薄膜形
成時もしくは薄膜形成後又は薄膜堆積時もしくは薄膜堆
積後に、紫外線以上のエネルギを有する光子を照射する
ことを特徴とする、請求項４〜６、９もしくは１０何れ
かに記載の薄薄膜超伝導体の製造方法。 - （１２）紫外線以上のエネルギを有する光子の薄膜表面
への照射が、全反射角以下であることを特徴とする、請
求項４〜６、１０もしくは１１何れかに記載の薄膜超伝
導体の製造方法。 - （１３）温度４８Ｋ、外磁場１５０Ｏｅ中での反磁化の
大きさから求めた臨界電流密度と、温度４８Ｋ、零磁場
中での輸送電流より求めた臨界電流密度とが共に３００
万Ａ／ｃｍ＾２以上である強い超伝導体領域と、前記超
伝導体より臨界電流密度が小さい弱い超伝導体領域とを
含むことを特徴とする超伝導素子。 - （１４）弱い超伝導体領域により強い超伝導体領域を分
断した形状を有することを特徴とする、請求項１３記載
の超伝導素子。 - （１５）請求項１３もしくは１４何れかに記載の超伝導
素子の強い超伝導体が、基体上に薄膜形成時もしくは薄
膜形成後又は薄膜堆積時もしくは薄膜堆積後、酸化処理
を伴う紫外線以上のエネルギを有する光子を照射したこ
とを特徴とする、超伝導素子の製造方法。 - （１６）請求項１３もしくは１４何れかに記載の超伝導
素子の弱い超伝導体が、基体上に薄膜形成時もしくは薄
膜形成後又は薄膜堆積時もしくは薄膜堆積後、紫外線以
上のエネルギを有する光子を照射したことを特徴とする
、超伝導素子の製造方法。 - （１７）酸化処理工程が、酸素イオンあるいは励起状態
にある準安定酸素原子をする酸化であることを特徴とす
る、請求項１５記載の超伝導素子の製造方法。 - （１８）酸化処理工程が、オゾンを含む気体中での酸化
であることを特徴とする、請求項１５記載の超伝導素子
の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21449889 | 1989-08-21 | ||
| JP21449689 | 1989-08-21 | ||
| JP1-214498 | 1989-08-21 | ||
| JP1-214496 | 1989-08-21 | ||
| JP2-99704 | 1990-04-16 | ||
| JP9970490 | 1990-04-16 | ||
| JP9970290 | 1990-04-16 | ||
| JP2-99702 | 1990-04-16 | ||
| JP10130190 | 1990-04-17 | ||
| JP2-101301 | 1990-04-17 | ||
| JP14310490 | 1990-05-31 | ||
| JP2-143104 | 1990-05-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04119905A true JPH04119905A (ja) | 1992-04-21 |
| JP2965641B2 JP2965641B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=27552075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2216885A Expired - Fee Related JP2965641B2 (ja) | 1989-08-21 | 1990-08-16 | 超伝導素子の製造方法 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP0414205B1 (ja) |
| JP (1) | JP2965641B2 (ja) |
| KR (1) | KR940006779B1 (ja) |
| DE (1) | DE69029234T2 (ja) |
Cited By (2)
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| US10722845B1 (en) * | 2012-07-31 | 2020-07-28 | Raytheon Company | Isotope enrichment for improved magnetic materials |
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- 1990-08-16 JP JP2216885A patent/JP2965641B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1990-08-21 US US07/571,095 patent/US5145830A/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-08-21 KR KR1019900012872A patent/KR940006779B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1990-08-21 EP EP90115988A patent/EP0414205B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-08-21 DE DE69029234T patent/DE69029234T2/de not_active Expired - Fee Related
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| KR910005498A (ko) | 1991-03-30 |
| US5145830A (en) | 1992-09-08 |
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| EP0414205B1 (en) | 1996-11-27 |
| EP0414205A2 (en) | 1991-02-27 |
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