JPH04186783A - 超伝導素子の作製方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、超伝導素子の作製方法に関する。

［従来の技術］ 第１図は、上記の一般的なトンネル接合型の超伝導素子
の断面図である。図において、１は下部酸化物超伝導体
、２は中間層、３は上部酸化物超伝導体であり、酸化物
超伝導体が中間層を挟み込むようなトンネル型のジョセ
フソン接合を有する。

従来の超伝導素子の作製方法は、下部酸化物超伝導薄膜
形成後、その上に別のあるいは同一の成膜室内で中間層
を形成する。中間層としては、Ｍｇｏ、５ｒＴｉＣｈ、
Ｙ２Ｏ３あるいはＰｒＢａ２Ｃｕ　ｘ　Ｏ、等が用いら
れている。さらに中間層の上に上部酸化物超伝導体を成
膜しトンネル接合を形成する（特開平２−１２５６７２
）。

また、成膜は真空中で行われるので酸化物超伝導体を得
るためには酸素を供給する必要がある。

この時、酸素の供給が不十分であると酸化物超伝導体は
得られない。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら前述のような酸化物超伝導体と中間層とを
別の成膜室中で形成する方法では、酸化物超伝導体が水
分に敏感であるため、−旦成膜室から取り出し大気にさ
らすと特性が劣化する。さらに、アニールすると表面が
凸凹になってしまうという問題点を有する。

また、同一成膜室中で形成する方法においても中間層に
ＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ３等のように酸化物超伝導体の構成
元素と異なる元素を含み、かつ、酸化物超伝導体と結晶
構造、格子定数、熱膨張係数等が異なる物質を用いる場
合、酸化物超伝導体と中間層の間で相互拡散や格子の不
整合が起こったりして、酸化物超伝導体の数Ａ〜数十人
という短いコヒーレンス長と同程度の厚みを持った中間
層を形成することは困離であり良好なトンネル接合が得
られないという問題点を有する。さらに、元素数が多く
なるため制御因子も多くなり工程が複雑になるという問
題点を有する。

一方、酸化物超伝導体の構成元素から成るＹ　２０３等
を中間層として用いる場合、相互拡散により化学量論組
成からずれたり、結晶構造、格子定数が異なるため整合
性が悪いという問題点を有する。

さらに、酸化物超伝導体の構成元素の一つを他の元素で
置換したＰｒＢａ２ＣｕｚＯｖなどを中間層として用い
た場合、酸化物超伝導体と結晶構造が同じで格子定数も
ほぼ等しいが、相互拡散が起こったり制御因子が多くな
るなどの問題点を有する。

そこで本発明はこのような従来の問題点を解法するもの
で、その目的とするところは簡単な工程で良好なトンネ
ル接合を形成できる超伝導素子の作製方法を提供するこ
とにある。

Ｃ課題を解法するための手段］ 本発明の超伝導素子の作製方法は、同一成膜室内で酸化
物超伝導体間に絶縁膜等の中間層を介して形成する超伝
導素子の作製方法において、成膜中マイクロ波パワーを
変えて酸素プラズマを制御することにより前記酸化物超
伝導体と中間層を連続形成することを特徴とする。

［実施例コ 以下、本発明の実施例について説明する。

酸化物超伝導体として、Ｙ　Ｂ　ａ　２　Ｃｕ　ａｏ　
７−Ｘを用いる。ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘは、Ｘ＜０．
５のとき斜方晶の超伝導体となるがＸ≧０．５のとき正
方晶の非超伝導体となる。しかし、斜方晶と正方晶の違
いはあるものの、格子定数９組成、結晶構造ともほぼ等
しい。このような酸化物超伝導体を薄膜で得る場合、一
般に成膜は真空中で行なうので酸素の供給が必要になる
。基板温度や併給量などの条件が同じ場合、供給酸素と
してはただの酸素分子よりも酸素ラジカルや酸素イオン
のような活性な酸素を用いたほうが酸化には有効である
。

しかし、活性酸素をむやみに供給すれば良いというわけ
ではなく、平滑な表面を有する特性のよい超伝導薄膜を
得るためには、その供給量を適度にする必要がある。供
給量が多すぎると表面の平滑性が失われたり、逆に特性
が劣化してしまう恐れがある。一方、供給量が少なすぎ
ると酸化が十分に行なわれず上記のような正方晶の非超
伝導体になる。そこでこのことを利用して、上記の非超
伝導体を中間層として用い、超伝導薄膜と中間層を連続
形成する。活性酸素の供給量を変える方法として、供給
酸素（酸素分子を意味する）量を変えるものとマイクロ
波パワーを変えるものとがあるが、ここでは後者の方法
をとる。

ここでは成層方法としてＭＢＥ法を用い、超伝導体およ
び中間層を同一成膜室で形成する。蒸着物質としてＹ、
ＢａおよびＣｕの各金属を選び、原子層レベルの制御を
するためにそれぞれクヌードセン・セルを用いて三元蒸
着する。中間層もこれらの物質を用いるので、これ以上
蒸着源を増やす必要はない。基板には５ｒＴｉＯ３（１
１０）を用い、基板温度は下部超伝導体、中間層、上部
超伝導体の全ての成膜において相転移温度以下の５５０
℃とする。蒸着前の成膜室中の初期真空度は１０−’Ｔ
ｏｒｒ台である。

第２図に本発明の一実施例である超伝導素子の作製工程
を断面図を用いて具体的に示す０図において４は基板を
示す、まず第２図（ａ）において、下部酸化物超伝導体
を成膜する。成膜速度は０゜５人／Ｓ、　　膜厚は１０
００人とした。成膜中ＥＣＲ酸素プラズマにより酸素ラ
ジカルの活性な酸素を基板付近に供給する。ＲＦ酸素プ
ラズマを用いても良いが、ＲＦよりＥＣＨの方がプラズ
マ密度が大きく酸化効率がよいので、ここではＥＣＲ酸
素プラズマを用いる。酸素の供給口と基板との距離は５
ｃｍである。供給酸素の流量はｌＯ１０５ｃとした。こ
の時、成膜室中の真空度は１．ｏ＊１０−’Ｔｏｒｒで
あり、基板付近ではこれよりさらに１桁程度低い。マイ
クロ波パワーは１５０．Ｗとした、これらの条件で形成
した膜は配向し、ゼロ抵抗を示す温度は８５に以上であ
ることを予め確認している。なお、膜表面をＲＨＥＥＤ
で観察したところストリークパターンを示し非常に滑ら
かであった。

続いて第２図（ｂ）において中間層を形成する。

中間層の膜厚は３０Ａとした。下部酸化物超伝導薄膜が
所定の膜厚になったら基板直下のシャッターを閉じ、成
膜室を大気にさらすことなく中間層を形成するためのメ
タルマスク５を挿入する。その直後酸素流量はそのまま
でマイクロ波パワーを２０Ｗまで下げ、プラズマ密度を
調整する。それ以外は下部酸化物超伝導薄膜を成膜した
ときとすべて同じ条件とした。プラズマが安定したら再
びシャッターを開ける。このパワーにおけるプラズマ密
度では活性酸素の供給量は不十分であり、従って非超伝
導体のＹＢ　ａ２ｃ　ｕ３ｃ）ｒ−ｖ　　（Ｖ２Ｃ。

５）を生じる。実際、この膜は配向した正方品であり、
ゼロ抵抗を示さないことを予め確認している。中間層の
成膜中、ＲＨＥＥＤで表面の観察をしたところスポット
も見られるがほぼストリークパターンを示し、表面の滑
らかさをほぼ維持していることが判る。

最後に第２図（ｃ）において、上部酸化物超伝導薄膜を
形成する。膜厚は８００人とした。中間層が所定の膜厚
に達したら、メタルマスクはそのままでシャッターを閉
じる。さらに酸素流量は変えずにマイクロ波パワーを再
び１５０Ｗに上げる、その他の条件も、下部超伝導薄膜
を形成したときと同じにする。プラズマが安定したらシ
ャッターを開ける。成膜後ＲＨＥＥＤで観察したところ
ストリークパターンを示し表面は滑らかであった。

この膜も配向し、Ｔｃは８５に以上を示す。

このようにして作製した超伝導素子を液体窒素温度（７
７Ｋ）でマイクロ波を照射して評価したところ、シャピ
ロステップが確認できた。

さらに、蒸着源を一つ増やすだけで電極も１ｎ−ｓｉｔ
ｕで連続形成できる。

ここに埜げた実施例はあくまでも一実施例にすぎず、酸
化物超伝導体としてＢ１５ｒＣａＣｕＯ系、あるいはＴ
ＩＢａＣａＣｕｏ系を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によ゛れば、成膜中マイクロ波
パワーを変えて酸素プラズマを制御することにより、作
製工程の簡略化が図れるとともに、極めて薄い中間層を
形成することが可能となり、液体窒素温度でジョセフソ
ントンネル接合特性を示す超伝導素子を提供できるとい
う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般的なトンネル型のジョセフソン接合を有
する超伝導素子の断面図。 第２図は、本発明の一実施令である断面図を用いた超伝
導素子の作製工程を示す図。 １・・・下部酸化物超伝導体、２・・・中間層、３・・
・上部酸化物超伝導体、４・・・基板５・・・メタルマ
スク 以　　上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　鈴木喜三部　他１名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 同一成膜室内で酸化物超伝導体間に絶縁膜等の中間層を
   介して形成する超伝導素子の作製方法において、成膜中
   マイクロ波パワーを変えて酸素プラズマを制御すること
   により前記酸化物超伝導体と中間層を連続形成すること
   を特徴とする超伝導素子の作製方法。