JPH0435073A - 酸化物超伝導素子およびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、酸化物超伝導素子およびその製造方法に係り
、より詳細には、ジョセフソン接合を有する超伝導素子
の超伝導体に酸化物超伝導体の使用を可能たらしめた酸
化物超伝導素子およびその製造方法に開する。

［従来の技術］ １９８７年、液体窒素温度具−トて超伝導性を示す酸化
物か発見されて以来、この新物質を応用する様々な試み
かなざわてぎた。中ても、ジョセフソン効果（弱接合し
た二つの超伝導体の間に生ずる電流か、外部からの磁界
などによって制御できる現象）を用いた電子デバイスは
重要なものとなっている。

従来のジョセフソン接合としては、（１）超伝導体の薄
膜にくひれだ部分を持つブリッジ型、（２）２つの超伝
導体の薄膜の間に絶縁層をはさむトンネル型（あるいは
積層型）、（３）超伝導物質同士を微小領域のみ接触さ
せるポイント接続型なとかある。

しかし、酸化物超伝導体は、高温熱処理（６００〜９０
０℃）により粒状構造をとり易く、コヒーレント長ξか
従来の金属系超伝導体に較へて短く（〜数１０人）、さ
らに結晶異方性かあるという特徴を持つ。

このため、酸化物超伝導体の薄膜を用いて電子デバイス
用のジョセフソン接合を作製する場合、次にあげるよう
な問題か生する。

（１）ブリッジ型のくひれの部分は粒界の数か１〜２つ
であることか望まねているが、現状では粒径および粒界
の制御か困難である。同時に、素子の集積化を行う場合
それぞれの接合の特性を一様に揃えることが困難である
。

（２）トンネル型の場合は絶縁層かコヒーレンス長の１
０分の１程度の厚さか求められるか、酸化物超伝導体で
はコヒーレンス長が短いために、数原子層の絶縁層をピ
ンホールなく成膜することか必要となり、これは現在の
技術水準では困難である。

（３）ポイント型は、比較的簡単に実現てきるか、作製
条件の制御性に乏しく、複雑な制御を必要とするため歩
留良く製造することか困難である。

そこで、上述したような問題を解決し、酸化物超伝導体
の適用が可能な電子デバイス用の酸化物超伝導素子およ
びその製造方法か切望されている。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、比較的容易に、しかも歩留りよく製造
することか可能な酸化物超伝導素子およびその製造方法
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の酸化物超伝導素子は、狭幅帯状に非超伝導体を
拡散せしめた酸化物超伝導体の薄膜を基板上に設けるこ
とを特徴とする。

本発明の酸化物超伝導素子の製造方法は、基板」二に、
狭幅帯状の非超伝導体の薄膜を形成し、該非超伝導体の
薄膜を含む基板面全体に亘って酸化物超伝導体の薄膜を
形成するとともに、熱処理により前記酸化物超伝導体の
薄膜内に前記非超伝導体を拡散せしめ、前記酸化物超伝
導体と非超伝導体の領域の比を制御せしめることを第１
の特徴とする。

本発明の酸化物超伝導素子の製造方法は、基板上に酸化
物超伝導体の薄膜を形成し、該酸化物超伝導体の薄膜」
二に狭幅帯状の非超伝導体の薄膜を形成するとともに、
熱処理により前記酸化物超伝導体のＲ１］？を内に前記
非超伝導体を拡散せしめ、前記酸化物超伝導体と非超伝
導体の領域の比を制御せしめることを第２の特徴とする
。

本発明の酸化物超伝導素子の製造方法は、基板上に非超
伝導体の薄膜を形成し、該非超伝導体薄膜をエツチング
することにより狭幅帯状の非超伝導体パターンを形成し
、該非超伝導体パターンを含む基板面全体に亘って酸化
物超伝導体の薄膜を形成すると共に、熱処理により前記
酸化物超伝導体の薄膜内に前記非超伝導体パターンを拡
散せしめ、前記酸化物超伝導体と非超伝導体パターンの
領域の比を制御せしめることを第３の特徴とする。

口作用］ 以下に本発明の作用を詳細な構成とともに説明する。

従来の技術は、一部分にくびれを作ったり、（超伝導体
）／（常伝導体（絶縁体））／（超伝導体）と積層する
ことによって形成されており、酸化物超伝導体の薄膜で
ジョセフソン接合を製作することには多くの技術的問題
かあったことは前述した通っである。

本発明では、酸化物超伝導体の薄膜と幅の狭い帯状（狭
幅帯状）の非超伝導体の薄膜とを積層して配置し、高温
熱処理を行う。熱処理を行うと、非超伝導体は超伝導体
の薄膜内に拡散し、超伝導体領域か少なくなり、非超伝
導体領域か形成され弱接合か得られる。熱処理に際して
、熱処理温度、熱処理時間を適宜変化させると、非超伝
導体の拡散ン栗さ（すなわち非超伝導体の領域の厚み）
及び拡散幅を制御することかでき、ひいては酸化物超伝
導体領域と非超伝導体領域との比を制御することができ
る。

なお、狭幅帯状の非超導電体層の幅は、拡散後に弱接合
か得られる幅に適宜設定すればよい。例えは、数十人〜
数μｍの範囲に設定すれはよい。

このように、本発明においては、熱処理条件を制御する
たけて超伝導体領域と非超伝導体領域との比を制御する
ことかできるので、必ずしも高精度の加工を必要とせす
、容易に高い歩留りをもって酸化物超伝導素子の製造か
可能となる。

［実施例］ （実施例１） 第１図は本発明の第一の実施例を説明する図であって、
１はＭｇｏ、ＳｒＴｉＯ３，ＹＳＺ（イツトリア安定ジ
ルコニア）などからなる基板、２はＢｉ２５ｒ２Ｃａｏ
−、Ｃｕ、Ｏｘ（ｎは１〜３の整数）の一般式で示され
る酸化物超伝導体の薄膜、３はＦｅ、Ａｇ、ＳｉＯなど
の非超伝導体の薄膜である。

第１図においては、基板１の上に、例えばスパッタ成膜
法を用いて非超伝導体の薄膜３を薄く帯状に蒸着しく第
１図（ａ））、さらにその上に酸化物超伝導体の薄膜２
を同様な方法で蒸着しく第１図（ｂ））、この積層膜に
、例えば酸素７囲気中で９００″’ＣＸ１時間の熱処理
を施す。このような積層構造になっているので、熱処理
によって非超伝導体の薄膜３から非超伝導体が超伝導体
の薄膜２内に拡散し、超伝導領域を少なくして、弱接合
部を形成する（第１図（Ｃ））。

第２図においては、第１図と作製工程が異なり、最初に
前述した基板１の上に例えばスパッタ装置などを用いて
前記酸化物超伝導体の薄膜２を蒸着する（第２図（ａ）
）。さらにその上に前記非超伝導体の薄膜３を薄く帯状
に蒸着しく第２図（ｂ））、この積層膜に熱処理を施す
。この構造も第１図（Ｃ）と同様に、熱処理によって非
超伝導体か酸化物超伝導体の薄膜２内に拡散し、超伝導
領域を少なくして、弱接合部を形成する（第２図（Ｃ）
）。

以上述へたように、本発明によれば、従来の製造技術に
比べて比較的簡単に、また接合部の制御性よくジョセフ
ソン接合を有する酸化物超伝導体素子を作製することが
できる。

（実施例２） 第３図は本発明の第二の実施例を説明する図であって、
基板１．酸化物超伝導体の薄膜２．非超伝導体の薄膜３
は実施例１と同様のものである。

最初に、基板１上に例えはスパッタ装置などを用いて非
超伝導体の薄膜３を蒸着させる（第３図（ａ））。この
上にレジストをコートし通常の露光・現像工程を経てレ
ジストパターンを作製し、耐浸食性を得るために１６０
℃でボストアニールを行う。次にイオンビームエツチン
グ装置などを用いて、非超伝導体の薄膜３をエツチング
し、酸素プラズマアッシャ−によってレジストの除去と
非超伝導体のパターンの形成を行う（第３図（ｂ））。

次に、この非超伝導体パターン上に酸化物超伝導体の薄
膜２を蒸着する。このような積層膜を例えば酸素雰囲気
中で熱処理することにより、非超伝導体が酸化物超伝導
体の薄膜２の内部に拡散し、超伝導領域を少なくして、
ジョセフソン接合を構成する（第３図（Ｃ））。

以上述べたように、本発明によれば、大面積の超伝導体
の薄膜においても少ない工程で、また接合部の制御性よ
くジョセフソン結合を作製することができ、酸化物超伝
導素子の集積化において有効である。

なお、実施例１および２において、熱処理条件を変化さ
せることにより、超伝導体と非超伝導体の領域の比を制
御することができる。

［発明の効果コ 以上述へたように本発明により、非超伝導体の拡散現象
を利用した電子デバイス用ジョセフソン接合は、少ない
工程数で制御性のよい素子を形成できる。従って、比較
的容易に、しかも歩留まりよく酸化物超伝導素子を提供
できる利点かある。

特に、請求項３に係る発明によれば、上記利点に加え、
大面積の基板に酸化物超伝導素子の集積化を行い得ると
いう利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明によりて作製した非超伝導
体の拡散を用いたジョセフソン結合の製造方法を示す工
程概念図である。第３図は、基板上に非超伝導体を蒸着
した後、パターンニングを行い、さらに酸化物超伝導体
を蒸着、熱処理することにより集積化可能なジョセフソ
ン結合を作製する方法を示す工程概念図である。 （符号の説明） １・・・基板 ２・・・酸化物超伝導体の薄膜 ３・・・非超伝導体の薄膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）狭幅帯状に非超伝導体を拡散せしめた酸化物超伝
   導体の薄膜を基板上に設けることを特徴とする酸化物超
   伝導素子。
2. （２）基板上に、狭幅帯状の非超伝導体の薄膜を形成し
   、該非超伝導体の薄膜を含む基板面全体に亘って酸化物
   超伝導体の薄膜を形成するとともに、熱処理により前記
   酸化物超伝導体の薄膜内に前記非超伝導体を拡散せしめ
   、前記酸化物超伝導体と非超伝導体の領域の比を制御せ
   しめることを特徴とする酸化物超伝導素子の製造方法。
3. （３）基板上に酸化物超伝導体の薄膜を形成し、該酸化
   物超伝導体の薄膜上に狭幅帯状の非超伝導体の薄膜を形
   成するとともに、熱処理により前記酸化物超伝導体の薄
   膜内に前記非超伝導体を拡散せしめ、前記酸化物超伝導
   体と非超伝導体の領域の比を制御せしめることを特徴と
   する酸化物超伝導素子の製造方法。
4. （４）基板上に非超伝導体の薄膜を形成し、該非超伝導
   体薄膜をエッチングすることにより狭幅帯状の非超伝導
   体パターンを形成し、該非超伝導体パターンを含む基板
   面全体に亘って酸化物超伝導体の薄膜を形成すると共に
   、熱処理により前記酸化物超伝導体の薄膜内に前記非超
   伝導体パターンを拡散せしめ、前記酸化物超伝導体と非
   超伝導体パターンの領域の比を制御せしめることを特徴
   とする酸化物超伝導素子の製造方法。