JPH04240174A - 超電導部材の製造方法 - 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】

【０００１】

【発明の目的】

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、銅系酸化物超電導体層
を用いた超電導部材の製造方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来から、ある温度以下でその電気抵抗
が零となる超電導物質は数多く発見されており、それら
を用いて超電導導線や超電導電子デバイス等を実現しよ
うとする試みが種々検討されてきている。また、最近、
液体窒素の沸点温度以上の転移温度を有する銅酸化物系
の高温超電導体が種々発見され、これらはより高温での
動作が可能な超電導素子材料としての可能性を秘めてい
ることから注目を集めている。

【０００４】このような銅系酸化物超電導体を用いて超
電導素子を構成する場合、良好な薄膜を形成することが
重要であることはもちろんのこと、電極を形成したり、
あるいは超電導／常伝導／超電導または超電導／常伝導
／絶縁層／超電導体等といった積層構造体を作製する上
で、酸化物超電導体薄膜上に良好な金属層を形成するこ
とが重要である。この金属層には、以下に示すような特
性が求められている。すなわち、それ自体安定で容易に
酸化されず、また酸化物超電導体層との間に絶縁体等か
らなる反応層を形成せず、さらには酸化物超電導体層の
表面近傍部の特性を低下さない等の特性が求められる。 このような点から、銀や金等の貴金属を用いることが一
般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような貴金属は、酸化物超電導体との濡れ性が悪いた
めに、充分に密着した接合面が得られないという問題を
有していた。すなわち、銅系酸化物超電導体層上に銀等
の貴金属層を形成した場合、良好なコンタクトが得られ
ている面積は極僅かであり、接触抵抗を十分に低くする
ことは非常に困難であった。このように、銅系酸化物超
電導体層と銀等の貴金属層との間に接触抵抗が存在する
と、例えば電極として利用する場合、良好なオーミック
電極とすることができないという問題がある。また、超
電導／常伝導／超電導というように、常伝導層を近接効
果層として利用する超電導素子では、超電導層と常伝導
層間の接合部の臨界電流はこれらの接触状態に大きく左
右されるため、これらの間で良好な接触状態が得られて
いないと、ジョセフソン接合を含む超電導素子の特性に
重大な悪影響を及ぼしてしまう。

【０００６】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、銅系酸化物超電導体に対して良好な
電気的接触が得られる金属層を再現性よく形成すること
を可能にした超電導部材の製造方法を提供することを目
的としている。

【０００７】

【発明の構成】

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明の超電導
部材の製造方法は、基体上に銅系酸化物超電導体層を形
成する工程と、前記銅系酸化物超電導体層を大気に晒す
ことなく、前記基体温度を　１００℃以下に保った状態
で該銅系酸化物超電導体層上に銅層を形成し、引き続い
て前記銅層上に貴金属層を形成する工程とを有すること
を特徴とするものである。

【０００９】本発明に用いられる銅系酸化物超電導体と
しては、超電導状態を実現できるものであれば特に限定
されるものではなく、例えば希土類元素含有のペロブス
カイト構造を有する酸化物超電導体や、　Ｂｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−
Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体等が適用される。

【００１０】上記希土類元素を含有し、ペロブスカイト
構造を有する酸化物超電導体としては、例えばＲＥ　Ｍ
２　Ｃｕ３　Ｏ　７−δ系（ＲＥは　Ｙ、Ｌａ、Ｓｃ、
Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙ
ｂ、Ｌｕ等の希土類元素から選ばれた少なくとも　１種
の元素を、Ｍ　はＢａ、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なく
とも　１種の元素を、δは酸素欠陥を表し通常　１以下
の数、Ｃｕの一部はＴｉ、Ｖ　、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｚｎ等で置換可能）の酸化物等が例示される
。

【００１１】また、Ｂｉ系酸化物超電導体は、（式中、
Ｂｉの一部はＰｂ等で、またＳｒやＣａの一部は希土類
元素等で置換可能）等で表されるものであり、また　Ｔ
ｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体も同様な構
造を有するものである。

【００１２】本発明の超電導部材の製造方法においては
、まず基体上に銅系酸化物超電導体層を、例えばスパッ
タ法、反応性蒸着法、クラスターイオンビーム法等の通
常の成膜法によって形成する。上記基体の構成素材とし
ては、　ＭｇＯ、　ＳｒＴｉＯ３　、　ＹＳＺ（　Ｙ安
定化　ＺｒＯ２　）、　ＬａＡｌＯ３　、　ＬａＧａＯ
３　のような酸化物や、Ｓｉ、ＧａＡｓのような半導体
等が例示される。

【００１３】次に、銅系酸化物超電導体層を大気に晒ら
さないようにしながら、上記銅系酸化物超電導体層上に
銅層を、スパッタ法や蒸着法等によって所定の厚さに形
成する。この銅層を形成する際の基体温度は、　１００
℃以下とする。この銅層形成時の基体温度が　１００℃
を超えると、銅系酸化物超電導体と銅との反応を増長し
、界面に絶縁体や半導体等からなる反応層が形成され、
良好な電気的接触を得ることが困難となる。また、この
銅層を形成する以前に、銅系酸化物超電導体層を大気に
晒らしてしまうと、酸化物超電導体層の表面近傍部から
酸素が離脱し、特性の低下を招いてしまう。

【００１４】そして、上記銅層の形成に引き続いて、こ
の銅層上に貴金属層、例えば銀層や金層等を所定の厚さ
でスパッタ法や蒸着法等によって形成する。この貴金属
層の形成は、上記銅層が酸化されないような状態を維持
しつつ形成するものとし、この貴金属層の形成によって
以後の銅層の酸化は防止される。

【００１５】本発明における上記銅層の厚さは、銅層と
貴金属層とを合計した厚さの　１％〜７０％の範囲とな
るように選択することが好ましい。銅層の厚さが全厚の
　１％未満では、貴金属層と銅系酸化物超電導体層との
接触状態を十分に改善することが困難となり、また銅層
の厚さが全厚の７０％　を超えると、銅と貴金属との相
互拡散によって、銅が貴金属層表面まで拡散する可能性
があり、これによって銅の酸化を招く恐れがある。また
、これらの個々の厚さとしては、銅層は　１ｎｍ〜５０
ｎｍ程度、貴金属層は５０ｎｍ以上程度とすることが好
ましい。

【００１６】

【作用】本発明の超電導部材の製造方法においては、ま
ず銅系酸化物超電導体上に銅層を形成している。この銅
層は、銅系酸化物超電導体層表面に強固にかつ広範囲な
面積によって付着する。また、成膜した銅系酸化物超電
導体層を大気に晒すことなく銅層を形成しているため、
酸化物超電導体層の表面近傍部からの酸素の離脱等によ
る特性の低下を招くこともなく、かつ界面に反応層が形
成されることもない。そして、このような銅層上に引き
続いて貴金属層を形成しており、銅と貴金属とはなじみ
がよいため、これらの界面においても良好な電気的接触
が得られる。また、この貴金属層が銅層の酸化を防止す
るため、銅系酸化物超電導体層から貴金属層への良好な
電気的接触が得られる。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 実施例１〜４ まず、図１に示すように、　ＳｒＴｉＯ３　　（１００
）結晶基板１上に、反応性スパッタ法によって厚さ　３
００ｎｍの　ＹＣａ２　Ｃｕ３　Ｏ　７−δ組成を有す
る銅系酸化物超電導体層２を形成した。この銅系酸化物
超電導体層２の形成は、スパッタガスとして酸素とアル
ゴンとの混合ガス（酸素５０％）を用い、スパッタ圧を
１．３Ｐａ　に設定し、また基板温度は　７１０℃とし
た。上記銅系酸化物超電導体層２の成膜後、成膜室内に
　０．９気圧まで酸素を導入し、次いで　１００℃以下
に冷却した後、排気を行って純アルゴンを導入し、０．
３５Ｐａの圧力下で１０ｎｍ以下の種々の厚さで銅層３
を形成した。 これらの銅層３の形成に引き続いて、５０ｎｍ〜　１０
０ｎｍの種々の厚さで金層４を形成した。これら銅層３
と金層４の厚さは、表１に示す通りである。

【００１８】このようにして得た貴金属層（金層４）と
銅系酸化物超電導体層２とのコンタクト状態を評価する
ために、金層４上にさらにＰｂＩｎを形成してＳＮＳ接
合（超電導／常伝導／超電導）を作製し、　Ｙ−Ｃａ−
Ｃｕ−Ｏ電極（銅系酸化物超電導体層２）とＰｂＩｎ電
極との間に流れる超電導電流の最大値を四端子法で４．
２Ｋで測定し、この超電導電流の値を測定に用いた試料
の電極面積で割った値を臨界電流密度として、接合部の
特性を評価した。その結果を表１に示す。

【００１９】また、本発明との比較として、銅層を介在
させることなく、　Ｙ系酸化物超電導体層上に直接金層
を形成したものを用いて、上記実施例と同様に接合特性
を評価した。その結果を併せて表１に示す。

【００２０】（以下余白） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　表１　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　銅膜厚　　　　　　金膜厚　　　　　　臨界
電流密度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（ｎｍ）　　　　　　（ｎｍ）　　　　（×１０
　３　　Ａ／ｃｍ２）　　　　　　　　　　　　　　　
　１　　　　　　　２　　　　　　　　　１００　　　
　　　　　　　　　１１．２　　　　　　　　　　　　
　　実施例　　２　　　　　　　４　　　　　　　　　
１００　　　　　　　　　　　　　９．５　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　３　　　　　　　９
　　　　　　　　　１００　　　　　　　　　　　　　
９．０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
４　　　　　　　１　　　　　　　　　　５０　　　　
　　　　　　　　１２．５　　　　　　　　　　　　　
　比較例　　　　　　　　　　　０　　　　　　　　　
１００　　　　　　　　　　　　　５．５　　　　　　
表１の結果から明らかなように、上記各実施例によって
得られたＳＮＳ接合は、いずれも１０４　Ａ／ｃｍ２　
程度の臨界電流密度を有しており、酸化物超電導体層へ
のコンタクトの問題が大幅に改善されていることを示唆
している。 これに対して、比較例によって得られたＳＮＳ接合は、
１０３Ａ／ｃｍ２　程度の臨界電流密度しか得られなか
った。また、金電極の代りに１００％銅電極を形成した
場合には、銅電極自体の酸化が問題となった。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超電導部
材の製造方法によれば、接触抵抗が充分に小さい金属層
を銅系酸化物超電導体上に再現性よく形成することが可
能となる。したがって、酸化物超電導体を用いたジョセ
フソン素子等の各種超電導素子や超電導配線等の実現に
大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によって作製した超電導部材
の構造を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１……基板 ２……銅系酸化物超電導体層 ３……銅層 ４……金層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基体上に銅系酸化物超電導体層を形成
   する工程と、前記銅系酸化物超電導体層を大気に晒すこ
   となく、前記基体温度を　１００℃以下に保った状態で
   、該銅系酸化物超電導体層上に銅層を形成し、引き続い
   て前記銅層上に貴金属層を形成する工程とを有すること
   を特徴とする超電導部材の製造方法。