JPH05167121A - 超電導素子の形成方法 - Google Patents

超電導素子の形成方法

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JPH05167121A
JPH05167121A JP3351674A JP35167491A JPH05167121A JP H05167121 A JPH05167121 A JP H05167121A JP 3351674 A JP3351674 A JP 3351674A JP 35167491 A JP35167491 A JP 35167491A JP H05167121 A JPH05167121 A JP H05167121A
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JP
Japan
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thin film
superconducting
oxide superconducting
superconducting thin
forming
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Withdrawn
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JP3351674A
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English (en)
Inventor
Takao Nakamura
孝夫 中村
Michitomo Iiyama
道朝 飯山
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化物超電導薄膜を劣化させることなく、酸
化物超電導薄膜中に膜厚変化型の超電導素子を形成す
る。 【構成】 酸化物超電導薄膜2上全体に拡散材料層3を
形成した後、所定の領域のみを所定の加熱量で局所的に
加熱し、その領域でのみ拡散材料を酸化物超電導薄膜2
中に熱拡散させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導素子の形成方法
に関する。より詳細には、本発明は、酸化物超電導薄膜
の実質的な膜厚の変化により形成される超電導素子の新
規な形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来知られていた超電導材料は一般にヘ
リウムの液化温度以下の極低温でしか超電導体にならな
かったので、これを実用的に利用できる分野は非常に限
られていた。しかしながら、1986年に[La,Ba]2CuO4
るいは[La,Sr]2CuO4 等の複合酸化物焼結体が高い臨界
温度を有する超電導材料であることが報告されて以来、
Y−Ba−Cu−O系あるいはBi−Sr−Ca−Cu−O系等の複
合酸化物が極めて高い温度範囲で超電導特性を示すこと
が次々に確認された。このような高い温度で超電導特性
を示す材料は、廉価な液体窒素を冷却媒体として使用す
ることができるので、超電導技術の応用が俄かに現実的
な課題として検討されるようになってきている。
【0003】酸化物超電導体は当初焼結体として合成さ
れていたが、今日では、各種の蒸着法により薄膜として
合成することで極めて品質の高いものが得られるように
なってきている。このような酸化物超電導薄膜を使用す
れば、ジョセフソン素子等の機能素子を形成することが
できる。
【0004】酸化物超電導薄膜を使用した素子の基本的
な形成方法のひとつとして、膜厚変化により素子を形成
する方法がある。即ち、超電導体は、その超電導電流路
としての電流容量を適切に設定することにより、ジョセ
フソン素子や保護素子等を形成することができる。
【0005】図2は、上述のような膜厚変化型の超電導
素子の構成例を示す図である。
【0006】同図には、基板1上の酸化物超電導薄膜2
中に造り込まれたジョセフソン素子2aおよび保護素子
2bが示されている。即ち、ジョセフソン素子2aの領
域では、酸化物超電導薄膜2の膜厚が極限まで薄くされ
ており、この部分に、所謂ジョセフソン接合が形成され
ている。また、保護素子2bの領域では、酸化物超電導
薄膜2の膜厚が僅かに薄くなっており、この保護素子2
bを含む回路に大きな超電導電流が流れた場合には、ま
ず、この保護素子2bの部分で超電導が破れ、他の領域
に過大な電流が流れることを防止する。
【0007】上述のような膜厚変化型の超電導素子は、
一旦成膜した酸化物超電導薄膜2を適宜加工することに
より、複数の超電導素子を含む回路を一括して形成する
ことができるので、最終的に超電導集積回路の作製等に
応用することが期待されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の構
成の超電導素子を形成するためには、酸化物超電導薄膜
を所定のパターンに従って物理的に加工する必要があ
る。即ち、既に形成されている酸化物超電導薄膜上に対
して、レジスト層の装荷や除去あるいはエッチング等の
工程を含む加工を施す必要が生じる。
【0009】また、前述のように、ジョセフソン素子と
保護素子とは、それぞれそれを形成するために必要な膜
厚が異なり、当然加工の条件も異なっている。このた
め、従来の構造では、互いに膜厚の異なる素子を含む回
路を形成する場合に、2回以上のフォトプロセスが必要
になる。
【0010】しかしながら、上述のような各種の加工方
法は制御性が低く、所望の仕様を満足できるような加工
を確実に行うことは難しく、また、一旦形成した素子を
再加工することは事実上できない。また、上述のような
加工の過程で酸化物超電導薄膜の特性が劣化したり、酸
化物超電導薄膜の表面性状が劣化してしまう場合があ
る。また、この形状の素子は表面段差を有し、更に上層
に配線層等を積層することが難しい。
【0011】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、酸化物超電導薄膜の特性並びに性状を劣化さ
せることなく、また、表面の平坦性に優れた、所望の特
性の超電導素子を再現性良く実現することができる新規
な超電導素子とその形成方法を提供することをその目的
としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明に従うと、
基板上に形成された酸化物超電導薄膜により形成された
超電導素子を形成する方法であって、基板上に形成され
た酸化物超電導薄膜の直上に、熱拡散可能な材料で形成
された拡散材料薄膜を装荷する工程と、該拡散材料薄膜
の所定の領域を所定の加熱量で局所加熱する工程とを含
むことを特徴とする超電導素子の形成方法が提供され
る。
【0013】
【作用】本発明に係る超電導素子の形成方法は、局所加
熱による拡散材料の熱拡散で、酸化物超電導薄膜の所定
の領域の実質的な膜厚を変化させることをその主要な特
徴としている。
【0014】従来の超電導素子の形成方法では、一旦形
成した酸化物超電導薄膜を物理的に加工してその膜厚を
変更していた。しかしながら、薄膜の物理加工は、その
過程において薄膜に損傷を与える場合があった。これに
対して、本発明に係る形成方法によれば、熱拡散により
膜厚を変化させているので、薄膜自体に対する物理加工
なしに形成することができる。従って、表面の平坦性を
損なうことがない。
【0015】即ち、本発明に係る方法においては、酸化
物超電導薄膜上に拡散材料層を装荷した上で、素子を形
成する領域のみを局所加熱する方法により所望の膜厚を
形成している。
【0016】ここで使用する拡散材料としては、半導体
あるいは金属から広く選択することができる。
【0017】また、局所加熱を実施する方法としては、
レーザビーム照射や、収束イオンビームの照射を例示で
きる。これらの方法によれば、基板上の所望の領域のみ
を加熱することができる。また、加熱量も容易に調節で
きるので、形成する素子の用途や仕様に応じて適切な加
熱量を選択することができる。
【0018】更に、素子の形成工程が終了した後も、素
子の特性をモニタしながら再処理することもできる。
【0019】尚、熱拡散工程において、酸化物超電導薄
膜の表面が酸化等によって劣化することを防止するため
に、酸化物超電導薄膜の表面を何らかの保護膜で被覆し
ておくことが好ましい。
【0020】以上のようにして作製された超電導素子
は、酸化物超電導薄膜が当初の優れた特性を維持してお
り、更に、素子表面の平坦性が高いので、多層構造等に
も適している。
【0021】以上のような特徴を備えた本発明に係る超
電導素子の材料としては、いわゆる酸化物超電導体の薄
膜全般を適用することができるが、特に代表的なものと
して、Y1Ba2Cu37-x 、Bi2Sr2Ca2Cu3x 、Tl2Ba2Ca2
Cu3x 等を例示することができる。
【0022】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
【0023】
【実施例】図1は本発明に係る超電導素子の形成方法を
工程毎に示す図である。
【0024】本発明に係る超電導素子を作製する場合
は、まず、図1(a) に示すように、基板1上に形成され
た酸化物超電導薄膜2上に、SiまたはNi等により、拡散
材料層3を全体に成膜し、更に、後述の加熱工程におい
て酸化物超電導薄膜2の表面が劣化しないように保護層
5を成膜する。尚、保護層5の材料としては、CaF2
ポリフロロカーボン等を例示することができる。
【0025】以上のような工程を経た後、レーザビーム
により、基板上の所定の領域のみを局所加熱して、その
領域でのみ拡散材料を酸化物超電導薄膜2中に拡散させ
る。こうして、酸化物超電導薄膜2内には、拡散領域3
a、3bが形成される。
【0026】ここで、拡散領域3a、3bにおいては酸
化物超電導薄膜2が非超電導体化し、酸化物超電導薄膜
2の実質的な膜厚は、その拡散領域3a、3bの厚さに
応じて変化する。拡散領域3a、3bの厚さは、局所加
熱時の加熱量によって異なり、それぞれに所望の素子が
形成される。即ち、本実施例においては、拡散領域3a
の形成された領域ではジョセフソン素子2aが形成さ
れ、拡散領域3bの形成された領域では保護素子2bが
形成される。
【0027】〔作製例〕図1に示した方法並びに構造で
超電導素子を作製した。
【0028】まず、15mm×8mm、厚さ 0.5mmのMgO(1
00)基板を用意し、下記の表1に示す条件で、超電導
薄膜2としてY1Ba2Cu37-x 薄膜を成膜した。
【0029】
【表1】
【0030】続いて、Y1Ba2Cu37-x 薄膜上全体に拡
散材料層としてSi薄膜を成膜した。成膜条件は下記の表
2に示す通りである。
【0031】
【表2】
【0032】続いて、保護層5として、CaF2 薄膜を成
膜した。蒸着条件は、下記の表3に示す通りである。
【0033】
【表3】
【0034】続いて、基板表面でのスポット径が10μm
のレーザ光を用い、基板上の複数の領域を加熱した。使
用したレーザの仕様並びに処理条件は下記の表4に示す
通りである。
【0035】
【表4】
【0036】以上のような一連の工程の結果形成された
超電導素子を、液体窒素による冷却下で動作させたとこ
ろ、それぞれジョセフソン素子あるいは保護素子として
機能していることが確認された。
【0037】
【発明の効果】以上詳述の如く、本発明に係る超電導素
子は、その形成過程において酸化物超電導薄膜を物理加
工する工程を含まないので、酸化物超電導薄膜自体が劣
化することがない。
【0038】また、熱拡散工程後に、加熱した領域を部
分加熱により再処理することができるので、確実に所望
の特性を実現することができる。
【0039】以上のような特徴を有する本発明に係る超
電導素子は、表面の平坦性が高く、一括形成が可能なこ
とから、多層構造を含む超電導集積回路の構成素子とし
て好適である。また、プロセスが簡単なので、工業的な
利用にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超電導素子の形成方法を工程毎に
示す図である。
【図2】従来の超電導素子の典型的な構成を示す図であ
る。
【符号の説明】
1・・基板、 2・・酸化物超電導薄膜、 2a・・ジョセフソン素子、 2b・・保護素子、 3・・拡散材料層、 3a、3b・・拡散領域、 5・・保護層
【手続補正書】
【提出日】平成4年8月3日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0024
【補正方法】変更
【補正内容】
【0024】本発明に係る超電導素子を作製する場合
は、まず、図1(a) に示すように、基板1上に形成され
た酸化物超電導薄膜2に所要の回路パターンを形成した
上に、SiまたはNi等により、拡散材料層3を全体に成膜
し、更に、後述の加熱工程において酸化物超電導薄膜2
の表面が劣化しないように保護層5を成膜する。尚、保
護層5の材料としては、CaF2、ポリフロロカーボン等
を例示することができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成された酸化物超電導薄膜によ
    り形成された超電導素子を形成する方法であって、基板
    上に形成された酸化物超電導薄膜の直上に、熱拡散可能
    な材料で形成された拡散材料薄膜を装荷する工程と、該
    拡散材料薄膜の所定の領域を所定の加熱量で局所加熱す
    る工程とを含むことを特徴とする超電導素子の形成方
    法。
JP3351674A 1991-12-12 1991-12-12 超電導素子の形成方法 Withdrawn JPH05167121A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200057064A (ko) 2017-11-15 2020-05-25 이구루코교 가부시기가이샤 용량 제어 밸브 및 용량 제어 밸브의 제어 방법
US11156301B2 (en) 2018-01-26 2021-10-26 Eagle Industry Co., Ltd. Capacity control valve
KR20210136128A (ko) 2019-04-03 2021-11-16 이구루코교 가부시기가이샤 용량 제어 밸브
KR20210142187A (ko) 2019-04-03 2021-11-24 이구루코교 가부시기가이샤 용량 제어 밸브
US11225962B2 (en) 2018-05-23 2022-01-18 Eagle Industry Co., Ltd. Capacity control valve

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Effective date: 19990311