JPH04330789A - 酸化物超電導体を用いて超電導接合を形成する方法 - 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】

【産業上の利用分野】本発明は超電導接合の形成方法に
関するものであり、特に、基板上に第１の酸化物超電導
体薄膜層と非超電導体薄膜層と第２の酸化物超電導体薄
膜層とをこの順番で積層することによって超電導接合（
ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｊｕｎｃｔｉｏｎ）
を形成する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ジョセフソン素子（Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ
　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）や酸化物超電導体と半導体を組み
合わせた超電導トランジスタ等のデバイスを作る場合に
は、基板上に少なくとも１層の超電導材料の薄膜層とそ
の他の薄膜層とを形成する必要がある。以下の説明では
、本発明をジョセフソン素子に用いられるジョセフソン
接合の形成方法について主として説明するが、本発明は
ジョセフソン接合以外の超電導薄膜デバイスの製造に応
用することも可能である。ジョセフソン接合とよばれる
超電導接合には各種の形式があるが、最も単純な構造は
一対の超電導体の間に薄い非超電導体の層を挟んだトン
ネル型のジョセフソン接合である。実際には、基板上に
積層した第１の超電導体薄膜層／非超電導体薄膜層／第
２の超電導体薄膜層の順番で成膜された積層体を微細加
工することによって、トンネル型の超電導接合素子が作
られる。トンネル型の超電導接合における非超電導体薄
膜層の厚さは、超電導体のコヒーレンス長によって決ま
る。金属系の超電導材料を用いたトンネル型の超電導接
合素子の試作は既にいくつか発表されているが、酸化物
系の超電導材料を用いたトンネル型の超電導接合素子を
作成するには種々の課題を解決しなければならないため
、酸化物系の超電導材料を用いたトンネル型超電導接合
の作製例は少ない。その理由としては下記を挙げること
ができる：

【０００３】先ず、酸化物超電導材料はコヒ
ーレンス長が非常に短いため、酸化物超電導材料を用し
たトンネル型超電導接合では非超電導体薄膜層の厚さを
数ｎｍ程度に薄くしなければならない。さらに、超電導
薄膜デバイスの特性を良くするには、上記の各薄膜層は
結晶性が良くなければならず、全ての薄膜層が単結晶で
あるのが好ましく、上記の各薄膜層の中に多結晶やアモ
ルファスの薄膜があると、ジョセフソン素子の特性が安
定しない。特に、非超電導体薄膜層の上に第２の超電導
体薄膜層を結晶性よく形成しなければならないが、従来
方法では、非超電導体薄膜の結晶性が良くないため、そ
の上に積層される第２の酸化物超電導薄膜の結晶性も悪
く、第２の超電導体薄膜層を結晶性よく形成するのは困
難であった。 単結晶の薄膜は、トンネル型ジョセフソン素子だけでな
く、酸化物超電導体と半導体を組み合わせた超電導トラ
ンジスタ等の素子でも同様に要求される。従って、従来
方法で作ったトンネル型超電導接合は、酸化物超電導体
と非超電導体膜との界面状態が良好でないため、所望の
電気特性は得られなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は従来技
術の問題点を解決して、酸化物超電導体薄膜層上に結晶
性のよい薄膜が成膜できるようにすることによって、実
用的使用可能な高温酸化物超電導材料を用いた超電導接
合を形成できるようにすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点から
提供される方法は、基板上に第１の酸化物超電導体薄膜
層と非超電導体薄膜層と第２の酸化物超電導体薄膜層と
をこの順番で積層することって超電導接合を形成する方
法において、非超電導体薄膜層をＭｇＯの薄膜層によっ
て構成し、このＭｇＯの薄膜層を形成する際に基板を　
２００〜４００　℃の温度に加熱することを特徴とする
方法にある。

【０００６】ＭｇＯの薄膜層の厚さは１〜１０ｎｍにす
るのが好ましい。第１と第２の酸化物超電導体薄膜層お
よび非超電導体薄膜層は物理蒸着法で形成するのが好ま
しく、特に、ＭｇＯの薄膜層と第２の超電導体薄膜とは
真空蒸着法で形成するのが好ましい。また、第１の酸化
物超電導体薄膜層はａ軸配向膜またはｃ軸配向膜である
のが好ましい。第１および第２の酸化物超電導体薄膜層
はＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系複合酸化物、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−Ｏ系複合酸化物およびＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏ系複合酸化物によって構成される群の中から選択さ
れる１種であるのが好ましく、基板はＭｇＯの単結晶基
板　（１００）面であるのが好ましい。特に好ましくは
、ＭｇＯの薄膜層を第１の酸化物超電導体薄膜層上に成
膜する前に、第１の酸化物超電導体薄膜層と非超電導体
薄膜層とを有する基板を　６００〜６５０　℃の範囲の
温度に加熱する。この加熱は酸素雰囲気下で行うのが好
ましい。

【０００７】本発明の第２の観点から提供される方法は
、基板上に第１の酸化物超電導体薄膜層と非超電導体薄
膜層と第２の酸化物超電導体薄膜層とをこの順番で積層
することによって超電導接合を形成する方法において、
非超電導体薄膜層を第２の酸化物超電導体薄膜層上に成
膜する前に、第１の酸化物超電導体薄膜層と非超電導体
薄膜層とを有する基板を　６００〜６５０　℃の範囲の
温度に加熱することを特徴とする方法にある。

【０００８】

【作用】先ず、本発明方法によって作られる超電導接合
構造を図１を用いて説明する。図１は、本発明によって
作られる超電導接合の概念的な断面図であり、この超電
導接合は、基板４上に第１の酸化物超電導体薄膜層１と
、非超電導体であるＭｇＯの薄膜層３と、第２の酸化物
超電導体薄膜層２とがこの順番で積層された構造をして
いる。

【０００９】本発明方法の第１の特徴は非超電導体薄膜
層をＭｇＯの薄膜層によって構成し、このＭｇＯの薄膜
層を形成する際に基板を　２００〜４００　℃の温度に
加熱する点にある。すなわち、基板温度が　２００℃未
満の場合には、形成されたＭｇＯ薄膜層の結晶性が悪く
なり、アモルファス状態となる。逆に基板温度が　４０
０℃を超えると、形成したＭｇＯ層が多結晶になって、
所望の超電導接合を形成することはできない。本発明方
法では、ＭｇＯ薄膜層の厚さも重要であり、ＭｇＯ層の
厚さは１〜１０ｎｍにするのが好ましい。ＭｇＯ層の厚
さが１ｎｍ未満では、ＭｇＯ層をむらなく均一に形成す
るのが困難であり、また、ＭｇＯ薄膜層の結晶性も悪く
なる。逆に、ＭｇＯ層の厚さが１０ｎｍを超えると結晶
性が乱れて第２の酸化物超電導体薄膜層を正確に積層で
きなくなり、また、所望のコヒーレンス長が得られなく
なる。従って、ＭｇＯの薄膜層の厚さは１〜１０ｎｍに
する。

【００１０】本発明の第１および第２の酸化物超電導体
薄膜層および非超電導体薄膜層は任意の方法で形成する
ことができるが、一般にはスパッタリング法、真空蒸着
法、分子ビームエピタキシ法等の物理蒸着法で形成する
のが好ましい。なお、化学的蒸着法を用いることもでき
る。本発明の好ましい実施態様では、第１の超電導体薄
膜層をスパッタリング法、真空蒸着法、分子ビームエピ
タキシ法等の方法で形成し、ＭｇＯ層と第２の超電導体
薄膜層は、下層に与える影響が少ない点から、真空蒸着
法で形成する。

【００１１】本発明方法の第２の特徴は第１の超電導体
薄膜層と第２の超電導体薄膜層の結晶方向を互いに一致
させることができる点にある。すなわち、第１の超電導
体薄膜層をｃ軸配向の薄膜にした場合には、第２の超電
導体薄膜層もｃ軸配向の薄膜となり、第１の超電導体薄
膜層をａ軸配向の薄膜にした場合には、第２の超電導体
薄膜層もａ軸配向の薄膜となる。これらの超電導体薄膜
層の結晶方向は用途に応じて選択することができる。超
電導体薄膜層の配向方向は、一般に、基板の加熱温度を
変えることによって行うことができる。一例として、Ｙ
−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系複合酸化物の薄膜をＭｇＯの単結晶
基板の　（１００）面上にスパッターで成膜する場合に
は、基板温度を約　６３０℃に加熱するとｃ軸配向のＹ
−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ複合酸化物薄膜となり、約　６００℃
に加熱するとｃ軸配向のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ複合酸化物
薄膜となる。

【００１２】本発明方法で用いられる第１および第２の
酸化物超電導体薄膜層は公知の任意の複合酸化物超電導
材料で構成することができる。特に好ましい複合酸化物
超電導材料しては、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　等のＹ
−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系複合酸化物、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃ
ｕ３Ｏｘ　等のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系複合酸化
物およびＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ　等のＴｌ−Ｂ
ａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系複合酸化物を挙げることができる
。特に、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘは結晶性のよい高品
質な薄膜が安定に得られるので好ましく、Ｂｉ２Ｓｒ２
Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ　およびＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ　は超電導臨界温度Ｔｃ　が高いので好ましい。第１
および第２の酸化物超電導体薄膜層とＭｇＯの薄膜層の
本発明で定義した以外の成膜条件は、通常の知識を有す
る当業者が公知の成膜条件の中から適宜選択することが
できる。基板材料は特に限定されないが、酸化物の単結
晶基板を用いるのが好ましい。酸化物の単結晶基板とし
ては一般にＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ３，　　ＬａＡｌＯ３，
ＬａＧａＯ３，　　ＹＳＺ等を用いることができるが、
本発明では特にＭｇＯの単結晶基板の　（１００）面を
成膜面として用いるのか好ましい。

【００１３】本発明方法の好ましい実施態様では、第２
の酸化物超電導体薄膜層を非超電導体薄膜層のＭｇＯの
薄膜層を上に成膜する前に、ＭｇＯの薄膜層の表面を　
６００〜６５０℃の範囲の温度に予め加熱する。この加
熱操作によって、第２の酸化物超電導体薄膜層が成膜さ
れる非超電導体薄膜層ＭｇＯの表面を清浄にし、第２の
酸化物超電導体薄膜層の品質を向上させることができる
。この非超電導体薄膜層の表面の清浄方法は、非超電導
体薄膜層がＭｇＯ以外の場合にも応用することができる
。

【００１４】従って、本発明の第２の観点によって提供
される方法は、非超電導体薄膜層上に第２の酸化物超電
導体薄膜層を成膜する前に、第１の酸化物超電導体薄膜
層と非超電導体薄膜層とを有する基板を　６００〜６５
０　℃の範囲の温度に予め加熱することを特徴としてい
る。この場合、第２の酸化物超電導体薄膜層が成膜され
る非超電導体薄膜層としては、上記ＭｇＯの他に、Ｓｒ
ＴｉＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＬａＧａＯ３　等の酸化物の
層を挙げることができる。 この表面清浄方法は、第１の酸化物超電導薄膜層の形成
手段と、その上に形成される他の薄膜層（非超電導体薄
膜層および第２の酸化物超電導体薄膜層）の形成手段と
が異なる場合に特に有効である。例えば、第１の酸化物
超電導薄膜層をスパッタリング法で形成し、その上に非
超電導体薄膜を真空蒸着法で形成する場合には、第１の
酸化物超電導薄膜を有する基板をスパッタリング装置の
チャンバーから真空蒸着装置のチャンバーへ移送しなけ
ればならないが、この移送時に酸化物超電導薄膜は大気
に触れて表面が変質するので、上記の加熱を行うことに
よって、大気に触れて変質した酸化物超電導薄膜の表面
を改質することができる。

【００１５】この加熱温度は　６００℃未満では効果が
なく、酸化物超電導薄膜の表面は清浄にならない。逆に
、　６５０℃超える温度にまで加熱した場合には、酸化
物超電導薄膜が再結晶したり、基板上に形成された第１
の酸化物超電導薄膜層中に基板材料の成分が拡散して、
第１の酸化物超電導薄膜層が劣化する。この加熱時間を
少なくとも５分間以上行うのが好ましい。上記の表面清
浄方法に用いられる操作条件は、非超電導体薄膜として
ＭｇＯを用いた場合に説明した上記の操作条件と同じに
することができる。以下、本発明の実施例を説明するが
、以下の実施例は本発明の技術的範囲をなんら限定する
ものではない。

【００１６】

【実施例】

実施例１ 先ず、ＭｇＯの単結晶基板の　（１００）面上にスパッ
タリング法によって第１の超電導体薄膜層となるＹ１Ｂ
ａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　の組成を有する超電導薄膜を形成
した。本実施例では、基板温度を変えることによって、
ｃ軸配向およびａ軸配向のＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　
超電導薄膜を形成した。主要な成膜条件を以下に示す： 　　　　基板温度　　　　　　　　　　　　ｃ軸配向膜
を形成する場合　　　６３０℃　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　ａ軸配向膜を形成する場合
　　　６００℃　　　　スパッタリングガス　　Ａｒ　
　８　ＳＣＣＭＯ２　４　ＳＣＣＭ ガス圧力　　　　　　　　　　　　５×１０−２　Ｔｏ
ｒｒ膜厚　　　　　　　　　　　　　　　　３００　ｎ
ｍ次に、こうして得られた第１の超電導体薄膜層を有す
る基板をスパッタリング装置から取り出して、真空蒸着
装置のチャンバーへ移送し、第１の超電導体薄膜層上に
、非超電導体薄膜層となるＭｇＯ薄膜を真空蒸着法で形
成した。主要な成膜条件は以下の通り： 基板温度　　　　　　　　　　　　　　　　　４００℃
ガス圧力　　　　　　　　　　　　　　　　４×１０−
４　Ｔｏｒｒ膜厚　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　５　ｎｍさらに、同じ真空蒸着装置のチャンバ
ー中で、上記で得られたＭｇＯ薄膜上に第２の超電導体
層となるＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　超電導薄膜層を同
じく真空蒸着法で形成した。主要な成膜条件は以下の通
り： 基板温度　　　　　　　　　　　　　　　　　６３０℃
ガス圧力　　　　　　　　　　　　　　　　４×１０−
４　Ｔｏｒｒ膜厚　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　２００　ｎｍ上記手順で作製された超電導接合
では、第１のＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　超電導体薄膜
層がｃ軸配向の場合には、第２のＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７
−Ｘ　超電導体薄膜層もｃ軸配向になり、また、第１の
Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　超電導体薄膜層がａ軸配向
の場合には、第２のＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　超電導
体薄膜層もａ軸配向になるということは、各超電導接合
の断面の走査型電子顕微鏡　（ＳＥＭ）の像から確認さ
れた。第２図（ａ）　は第１と第２のＹ１Ｂａ２Ｃｕ３
Ｏ７−Ｘ　超電導体薄膜がｃ軸配向をしている超電導接
合の走査型電子顕微鏡写真であり、第２図（ｂ）　は第
１と第２のＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　超電導体薄膜が
ａ軸配向をしている超電導接合の走査型電子顕微鏡写真
である。第２図（ａ）　および（ｂ）　のいずれの超電
導接合においても、第１および第２のＹ１Ｂａ２Ｃｕ３
Ｏ７−Ｘ　超電導体薄膜を構成する結晶は、同一の結晶
方向に配向している。また、中間のＭｇＯ薄膜層と第１
および第２のＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　超電導体薄膜
との間の界面は非常にシャープで、極端に大きな乱れは
ない。

【００１７】実施例２ 実施例１と同じ操作を繰り返したが、第１および第２の
超電導体薄膜層をＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　ではなく
、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ　に代えた。この場合
の主要な成膜条件は以下の通り： 　　　　基板温度　　　　　　　　　　　　ｃ軸配向膜
を形成する場合　　　６６０℃　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　ａ軸配向膜を形成する場合
　　　６３０℃　　　　スパッタリングガス　　Ａｒ　
　８　ＳＣＣＭＯ２　４　ＳＣＣＭ ガス圧力　　　　　　　　　　　　５×１０−２　Ｔｏ
ｒｒ膜厚　　　　　　　　　　　　　　　　３００　ｎ
ｍ第１の超電導薄膜層上に真空蒸着法で形成するＭｇＯ
薄膜の主要な成膜条件を以下の通り： 基板温度　　　　　　　　　　　　　　　　　４００℃
ガス圧力　　　　　　　　　　　　　　　　４×１０−
４Ｔｏｒｒ膜厚　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　５　ｎｍ次に、このＭｇＯ薄膜上に真空蒸着法で
形成する第２の超電導体層となるＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃ
ｕ３Ｏｘ　超電導薄膜の主要な成膜条件は以下の通り： 基板温度　　　　　　　　　　　　　　　　　６６０℃
ガス圧力　　　　　　　　　　　　　　　　　　４×１
０−４　Ｔｏｒｒ膜厚　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２００　ｎｍこの実施例でも、実施例１の
場合と同様に、第１のＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ　
超電導体薄膜層がｃ軸配向の場合には、第２のＢｉ２Ｓ
ｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ　超電導体薄膜層もｃ軸配向にな
り、また、第１のＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ　超電
導体薄膜層がａ軸配向の場合には、第２のＢｉ２Ｓｒ２
Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ　超電導体薄膜層もａ軸配向になると
いうことが、各超電導接合の断面の走査型電子顕微鏡（
ＳＥＭ）　の像から確認され、第１および第２のＢｉ２
Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ　超電導体薄膜を構成する結晶
は、同一の結晶方向に配向しており、また、中間のＭｇ
Ｏ薄膜層と第１および第２のＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３
Ｏｘ　超電導体薄膜との間の界面は非常にシャープで、
極端に大きな乱れはなかった。

【００１８】実施例３ 実施例１の操作を繰り返したが、本実施例ではＭｇＯ薄
膜の成膜時の基板温度を変えて形成した。図３はその結
果を示したものであり、この図には、第１の酸化物超電
導薄膜であるＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　上に形成され
たＭｇＯ薄膜の表面の凹凸状態およびこのＭｇＯ薄膜の
結晶方向の基板温度依存性を示している。このＭｇＯ薄
膜の凹凸状態および結晶方向走査型電子顕微鏡写真から
評価したものである。 図３のグラフから分かるように、基板温度が　４００℃
を超えると第１の酸化物超電導薄膜であるＹ１Ｂａ２Ｃ
ｕ３Ｏ７−Ｘ　上に形成されたＭｇＯ薄膜の表面の平滑
性が悪くなり、また、基板温度が　２００℃未満ではこ
のＭｇＯ薄膜がアモルファスとなることを示している。 また、基板温度が　４００℃を超えると、第２の酸化物
超電導薄膜であるＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　が成長す
る下地層であるＭｇＯ薄膜の成長面に　（１００）面の
みでなく（１１０）　面も含まれるようになるため、結
晶性が悪化することを示している。従って、第１の酸化
物超電導薄膜と同じ成長面上に第２の酸化物超電導薄膜
を成長させるのに必要な表面が平滑で且つ結晶性に優れ
た　（１００）面を有するＭｇＯ薄膜を形成するために
は、ＭｇＯ薄膜の成膜時の基板温度を　２００〜４００
　℃としなければならない。

【００１９】実施例４ 本実施例では、ＭｇＯ薄膜を成膜する前に、第１の酸化
物超電導薄膜を熱処理した。先ず、ＭｇＯの単結晶基板
の　（１００）面上にスパッタリング法によって第１の
超電導体薄膜層となるＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　の組
成を有する超電導薄膜を形成した。主要な成膜条件を以
下に示す：基板温度　　　　　　　　　　　　　　　　
６３０　℃スパッタリングガス　　Ａｒ　　８　ＳＣＣ
ＭＯ２　４　ＳＣＣＭ ガス圧力　　　　　　　　　　　　　　　　５×１０−
２　Ｔｏｒｒ膜厚　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　３００　ｎｍ次に、この第１の酸化物超電導薄
膜を形成したＭｇＯ基板を真空蒸着装置に移動し、基板
付近にノズルを介して酸素ガスを供給しながら、以下の
条件で処理して、第１の酸化物超電導薄膜を表面を清浄
にした：基板温度　　　　　　　　　　　　　　　　　
６００℃雰囲気ガス　　　　　　　　　　　　　　Ｏ２
　圧力　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４×
１０−４Ｔｏｒｒ熱処理時間　　　　　　　　　　　　
　　　　３０分なお、上記ガス圧力は真空蒸着装置のチ
ャンバ内の圧力であり、基板付近の圧力はノズルが近く
にあるため、上記の値より１〜２桁高いと考えられる。 処理が終了した後、基板温度が４００　℃になるまで放
冷し、同じ真空蒸着装置のチャンバ内で熱処理後の第１
の酸化物超電導薄膜上に真空蒸着法でＭｇＯの薄膜形成
した。主要な成膜条件を以下に示す： 基板温度　　　　　　　　　　　　　　　　　４００℃
ガス圧力　　　　　　　　　　　　　　　　４×１０−
４　Ｔｏｒｒ膜厚　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　５　ｎｍ次に、得られたＭｇＯ薄膜上に第２の
超電導体層となるＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　の超電導
薄膜を同じく真空蒸着法で形成した。主要な成膜条件を
以下に示す： 基板温度　　　　　　　　　　　　　　　　　６３０℃
ガス圧力　　　　　　　　　　　　　　　　４×１０−
４　Ｔｏｒｒ膜厚　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　２００　ｎｍ本実施例で作製した超電導接合の
断面を断面透過型電子顕微鏡　（ＴＥＭ）で観察した。 断面は非常にシャープで結晶の乱れは１ｎｍ幅以下で、
ほとんどないことが確認された。比較例として、ＭｇＯ
薄膜を形成する前に第１の酸化物超電導薄膜を加熱処理
しないで（すなわち、表面を清浄にしないで）作製した
超電導接合の場合には、ＭｇＯ薄膜層と第１の酸化物超
電導薄膜層との間の界面に５〜１０　ｎｍ　幅の結晶の
乱れが観察された。

【００２０】実施例５ 実施例４の操作を繰り返したが、第１および第２の酸化
物超電導薄膜をＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　に代えて、
Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ　とした。第１の超電導
体薄膜層となるＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ　超電導
薄膜のスパッタリング法の主要な成膜条件は下記の通り
： 基板温度　　　　　　　　　　　　　　　　　６６０℃
スパッタリングガス　　Ａｒ　　８　ＳＣＣＭＯ２　４
　ＳＣＣＭ ガス圧力　　　　　　　　　　　　　　　　５×１０−
２　Ｔｏｒｒ膜厚　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　３００　ｎｍ次に、この第１の酸化物超電導薄
膜を形成したＭｇＯ基板を真空蒸着装置に移動し、以下
の条件で処理して表面を清浄にした： 基板温度　　　　　　　　　　　　　　　　　６００℃
雰囲気ガス　　　　　　　　　　　　　　Ｏ２　圧力　
　　　　　　　　　　　　　４×１０−４　Ｔｏｒｒ熱
処理時間　　　　　　　　　　　　　　　　３０分処理
後、基板温度が４００　℃になるまで放冷し、第１の酸
化物超電導薄膜上にＭｇＯ薄膜を同じチャンバー中で真
空蒸着法で形成した。主要な成膜条件を以下に示す：基
板温度　　　　　　　　　　　　　　　　　４００℃ガ
ス圧力　　　　　　　　　　　　　　　　４×１０−４
Ｔｏｒｒ膜厚　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　５ｎｍ最後に、このＭｇＯ薄膜上に第２の超電導
体層となるＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ　超電導薄膜
を同じチャンバー中で真空蒸着法で形成した。主要な成
膜条件を以下に示す：基板温度　　　　　　　　　　　
　　　　　　６５０℃ガス圧力　　　　　　　　　　　
　　　　　４×１０−４Ｔｏｒｒ膜厚　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　３００ｎｍ本実施例で作製
した超電導接合の断面を断面透過型電子顕微鏡　（ＴＥ
Ｍ）で観察したところ、断面は非常にシャープで結晶の
乱れはほとんどないことが確認された。比較例として、
ＭｇＯ薄膜を形成する前に、酸化物超電導薄膜を加熱せ
ずに　（表面を清浄にしない）　で作製した超電導接合
では界面に５〜１０ｎｍ幅の結晶の乱れが観察された。

【００２１】実施例６ 実施例４と同じ操作を繰り返したが、非超電導体薄膜層
として、ＭｇＯの薄膜の代わりにＳｒＴｉＯ３　の薄膜
を用いた。主要な成膜条件を以下に示す： 基板温度　　　　　　　　　　　　　　　　　６１０　
　℃ガス圧力　　　　　　　　　　　　　　　　４×１
０−４　Ｔｏｒｒ膜厚　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　５　ｎｍ断面透過型電子顕微鏡　（ＴＥＭ
）で観察した本実施例で作製した超電導接合の断面も非
常にシャープで結晶の乱れは１ｎｍ幅以下で、ほとんど
ないことが確認された。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
方法は以下のような利点を有している：（１）　酸化物
超電導薄膜上に結晶性に優れた他の薄膜を形成すること
ができる。 （２）　酸化物超電導体材料を用いた電子デバイスを開
発するのに必須な酸化物超電導体材料を用いたトンネル
型の超電導接合を実現することができる。 （３）　上下に積層される酸化物超電導体薄膜の結晶方
向を制御することができるので、臨界電流密度を高くす
る方向を用途に応じて選択して基板平面に対して平行（
ｃ軸配向）または直角（ａ軸配向）にすることができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明方法で作製される超電導接合の概念
的断面図。

【図２】　　本発明方法の実施例１で作製された超電導
接合の断面の結晶構造を示す走査型電子顕微鏡　（ＳＥ
Ｍ）写真。

【図３】　　本発明方法の実施例３で作製された、第１
の酸化物超電導薄膜層のＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ　上
に形成されたＭｇＯ薄膜層の表面凹凸状態および結晶方
向の基板温度依存性を示すグラフ。

【符号の説明】

１：第１の酸化物超電導体薄膜層　　２：第２の酸化物
超電導体薄膜層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上に第１の酸化物超電導体薄膜層
   と非超電導体薄膜層と第２の酸化物超電導体薄膜層とを
   この順番で積層することによって超電導接合を形成する
   方法において、上記非超電導体薄膜層がＭｇＯの薄膜層
   によって構成され、このＭｇＯの薄膜層を形成する際に
   基板を　２００〜４００　℃の温度に加熱することを特
   徴とする方法。
2. 【請求項２】　　基板上に第１の酸化物超電導体薄膜層
   と非超電導体薄膜層と第２の酸化物超電導体薄膜層とを
   この順番で積層することによって超電導接合を形成する
   方法において、非超電導体薄膜層を第２の酸化物超電導
   体薄膜層上に成膜する前に、第１の酸化物超電導体薄膜
   層と非超電導体薄膜層とを有する基板を　６００〜６５
   ０　℃の範囲の温度に加熱することを特徴とする方法。