JPH05190926A - 超電導装置の作製方法およびこの方法による超電導装置 - Google Patents
超電導装置の作製方法およびこの方法による超電導装置Info
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- JPH05190926A JPH05190926A JP4196401A JP19640192A JPH05190926A JP H05190926 A JPH05190926 A JP H05190926A JP 4196401 A JP4196401 A JP 4196401A JP 19640192 A JP19640192 A JP 19640192A JP H05190926 A JPH05190926 A JP H05190926A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 MgＯ基板上に形成されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化
物超電導薄膜上に、SrTiＯ3 絶縁体膜および第２のＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜を積層した後、いわゆるパ
ターニング加工を行って、最も下層の酸化物超電導薄膜
の側面が露出したらＯ2雰囲気、Ｏ3雰囲気またはＯ3を
含むＯ2雰囲気下で加熱し、酸化物超電導薄膜を構成す
る酸化物超電導体結晶中に酸素を取り込ませてから、全
体を貴金属で被覆する。 【効果】 最下層のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の
結晶性、超電導特性を回復させ、積層膜を形成した後の
加工工程、配線工程でＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜
から酸素が抜けることなく、高性能な超電導装置が作製
可能である。また、ヒステリシス特性が解消された超電
導装置が提供される。
物超電導薄膜上に、SrTiＯ3 絶縁体膜および第２のＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜を積層した後、いわゆるパ
ターニング加工を行って、最も下層の酸化物超電導薄膜
の側面が露出したらＯ2雰囲気、Ｏ3雰囲気またはＯ3を
含むＯ2雰囲気下で加熱し、酸化物超電導薄膜を構成す
る酸化物超電導体結晶中に酸素を取り込ませてから、全
体を貴金属で被覆する。 【効果】 最下層のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の
結晶性、超電導特性を回復させ、積層膜を形成した後の
加工工程、配線工程でＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜
から酸素が抜けることなく、高性能な超電導装置が作製
可能である。また、ヒステリシス特性が解消された超電
導装置が提供される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導装置の作製方法
およびこの方法で作製される超電導装置に関する。より
詳細には、基板上に形成された酸化物超電導薄膜上に、
非超電導体薄膜、半導体薄膜等他の薄膜を積層して超電
導装置を作製する方法およびこの方法で作製される新規
な超電導装置に関する。
およびこの方法で作製される超電導装置に関する。より
詳細には、基板上に形成された酸化物超電導薄膜上に、
非超電導体薄膜、半導体薄膜等他の薄膜を積層して超電
導装置を作製する方法およびこの方法で作製される新規
な超電導装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超電導体を超電導装置に使用する
場合、酸化物超電導体を薄膜化し、積層することが必要
となる。例えば、トンネル型ジョセフソン接合と称され
る超電導体−絶縁体−超電導体接合を酸化物超電導体を
使用して実現する場合、第１の酸化物超電導薄膜、非超
電導体薄膜および第２の酸化物超電導薄膜を順次積層し
なければならない。
場合、酸化物超電導体を薄膜化し、積層することが必要
となる。例えば、トンネル型ジョセフソン接合と称され
る超電導体−絶縁体−超電導体接合を酸化物超電導体を
使用して実現する場合、第１の酸化物超電導薄膜、非超
電導体薄膜および第２の酸化物超電導薄膜を順次積層し
なければならない。
【０００３】トンネル型ジョセフソン接合においては、
非超電導体の厚さは、超電導体のコヒーレンス長によっ
て決まる。酸化物超電導体は、コヒーレンス長が非常に
短いため、酸化物超電導体を使用したトンネル型ジョセ
フソン接合では、非超電導体薄膜の厚さは数nm程度にし
なければならないとされている。
非超電導体の厚さは、超電導体のコヒーレンス長によっ
て決まる。酸化物超電導体は、コヒーレンス長が非常に
短いため、酸化物超電導体を使用したトンネル型ジョセ
フソン接合では、非超電導体薄膜の厚さは数nm程度にし
なければならないとされている。
【０００４】一方、素子としての特性を考慮すると、上
記の各薄膜は結晶性がよくなければならない。即ち、全
ての薄膜が単結晶であることが好ましく、いずれかの薄
膜が多結晶またはアモルファスである場合には、ジョセ
フソン素子の性能は安定しない。
記の各薄膜は結晶性がよくなければならない。即ち、全
ての薄膜が単結晶であることが好ましく、いずれかの薄
膜が多結晶またはアモルファスである場合には、ジョセ
フソン素子の性能は安定しない。
【０００５】結晶性のよい薄膜が要求されるのは、上記
のトンネル型ジョセフソン素子に限られるわけではな
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である。しかしながら、酸化
物超電導薄膜は、空気に触れると表面から約１nm程度の
部分の超電導性、結晶性がともに消失する。通常、酸化
物超電導薄膜上に他の薄膜を積層する場合には、異なる
成膜装置を使用するので、搬送の際に酸化物超電導薄膜
が空気に触れることが避けられなかった。そのため、従
来は、酸化物超電導薄膜上に他の薄膜を積層する前に、
酸化物超電導薄膜を１×10-9Torr程度の超高真空中で約
700 ℃まで加熱する熱処理を行っていた。
のトンネル型ジョセフソン素子に限られるわけではな
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である。しかしながら、酸化
物超電導薄膜は、空気に触れると表面から約１nm程度の
部分の超電導性、結晶性がともに消失する。通常、酸化
物超電導薄膜上に他の薄膜を積層する場合には、異なる
成膜装置を使用するので、搬送の際に酸化物超電導薄膜
が空気に触れることが避けられなかった。そのため、従
来は、酸化物超電導薄膜上に他の薄膜を積層する前に、
酸化物超電導薄膜を１×10-9Torr程度の超高真空中で約
700 ℃まで加熱する熱処理を行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記の熱処理を行った
酸化物超電導薄膜は、表面の結晶性が改善され、その上
に積層する薄膜をエピタキシャル成長させることができ
る。しかしながら、上記のように高真空中で酸化物超電
導薄膜を加熱すると、薄膜を構成している酸化物超電導
体結晶中の酸素が失われ、薄膜の超電導特性が悪化した
り、薄膜が超電導性を示さなくなる。
酸化物超電導薄膜は、表面の結晶性が改善され、その上
に積層する薄膜をエピタキシャル成長させることができ
る。しかしながら、上記のように高真空中で酸化物超電
導薄膜を加熱すると、薄膜を構成している酸化物超電導
体結晶中の酸素が失われ、薄膜の超電導特性が悪化した
り、薄膜が超電導性を示さなくなる。
【０００７】一方、酸素中で熱処理を行うと、薄膜の超
電導特性に問題が生じることはないが、薄膜表面の結晶
性は改善されない。そのために、酸化物超電導薄膜上に
他の薄膜を積層してから、酸素またはオゾン中で熱処理
する方法も考えられている。しかしながら、このような
方法で酸化物超電導薄膜を処理した場合でも、その後の
工程で酸化物超電導薄膜が加熱された場合に、酸化物超
電導体結晶中の酸素が再び失われることがある。
電導特性に問題が生じることはないが、薄膜表面の結晶
性は改善されない。そのために、酸化物超電導薄膜上に
他の薄膜を積層してから、酸素またはオゾン中で熱処理
する方法も考えられている。しかしながら、このような
方法で酸化物超電導薄膜を処理した場合でも、その後の
工程で酸化物超電導薄膜が加熱された場合に、酸化物超
電導体結晶中の酸素が再び失われることがある。
【０００８】そこで、本発明の目的は、上記従来技術の
問題点を解決して、酸化物超電導薄膜の超電導特性を損
なわずに特性の優れた超電導装置を作製する方法を提供
することにある。
問題点を解決して、酸化物超電導薄膜の超電導特性を損
なわずに特性の優れた超電導装置を作製する方法を提供
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、基板上
に形成された酸化物超電導薄膜と、この酸化物超電導薄
膜上に積層された他の薄膜とを有する超電導装置を作製
する方法において、前記酸化物超電導薄膜表面上に他の
薄膜を積層し、次いで前記酸化物超電導薄膜の側面が露
出する加工を行った後、全体をＯ2 雰囲気、Ｏ3 雰囲気
またはＯ3 を含むＯ2 雰囲気下で加熱して前記酸化物超
電導薄膜を構成する酸化物超電導体結晶中に酸素を取り
込ませてから、全体を貴金属で被覆する工程を含むこと
を特徴とする超電導装置の作製方法が提供される。
に形成された酸化物超電導薄膜と、この酸化物超電導薄
膜上に積層された他の薄膜とを有する超電導装置を作製
する方法において、前記酸化物超電導薄膜表面上に他の
薄膜を積層し、次いで前記酸化物超電導薄膜の側面が露
出する加工を行った後、全体をＯ2 雰囲気、Ｏ3 雰囲気
またはＯ3 を含むＯ2 雰囲気下で加熱して前記酸化物超
電導薄膜を構成する酸化物超電導体結晶中に酸素を取り
込ませてから、全体を貴金属で被覆する工程を含むこと
を特徴とする超電導装置の作製方法が提供される。
【００１０】また、本発明では、上記の方法により作製
される超電導装置として、基板上に形成された第１の酸
化物超電導薄膜と、該第１の酸化物超電導薄膜上に積層
された非超電導体薄膜と、該非超電導体薄膜上に積層さ
れた第２の酸化物超電導薄膜とを具備する超電導装置に
おいて、前記第１の酸化物超電導薄膜、前記非超電導体
薄膜および前記第２の酸化物超電導薄膜の側面に貴金属
の薄膜を具備し、該貴金属の薄膜が、前記第１の酸化物
超電導薄膜と前記第２の酸化物超電導薄膜とを接続する
抵抗素子として機能することを特徴とする超電導装置が
提供される。
される超電導装置として、基板上に形成された第１の酸
化物超電導薄膜と、該第１の酸化物超電導薄膜上に積層
された非超電導体薄膜と、該非超電導体薄膜上に積層さ
れた第２の酸化物超電導薄膜とを具備する超電導装置に
おいて、前記第１の酸化物超電導薄膜、前記非超電導体
薄膜および前記第２の酸化物超電導薄膜の側面に貴金属
の薄膜を具備し、該貴金属の薄膜が、前記第１の酸化物
超電導薄膜と前記第２の酸化物超電導薄膜とを接続する
抵抗素子として機能することを特徴とする超電導装置が
提供される。
【００１１】
【作用】本発明の方法は、基板上に形成された酸化物超
電導薄膜上に、他の薄膜、例えばMgＯ、SrTiＯ3 等の絶
縁体膜、Si等の半導体膜を積層して超電導装置を作製す
る場合に、各種薄膜を積層した後、いわゆるパターニン
グ加工を行って、最も下層の酸化物超電導薄膜の側面が
露出したらＯ2 雰囲気、Ｏ3 雰囲気またはＯ3 を含むＯ
2 雰囲気下で加熱し、酸化物超電導薄膜を構成する酸化
物超電導体結晶中に酸素を取り込ませてから、全体を貴
金属で被覆するところにその主要な特徴がある。
電導薄膜上に、他の薄膜、例えばMgＯ、SrTiＯ3 等の絶
縁体膜、Si等の半導体膜を積層して超電導装置を作製す
る場合に、各種薄膜を積層した後、いわゆるパターニン
グ加工を行って、最も下層の酸化物超電導薄膜の側面が
露出したらＯ2 雰囲気、Ｏ3 雰囲気またはＯ3 を含むＯ
2 雰囲気下で加熱し、酸化物超電導薄膜を構成する酸化
物超電導体結晶中に酸素を取り込ませてから、全体を貴
金属で被覆するところにその主要な特徴がある。
【００１２】本発明の方法は、結晶中の酸素が失われて
超電導特性が劣化した酸化物超電導薄膜に対して特に有
効である。具体的には、空気に触れる等して、表面の結
晶性が劣化した酸化物超電導薄膜を高真空中で加熱処理
して表面の結晶性を回復させ、その上に他の薄膜をエピ
タキシャル成長させて超電導装置を作製する場合等に有
効である。
超電導特性が劣化した酸化物超電導薄膜に対して特に有
効である。具体的には、空気に触れる等して、表面の結
晶性が劣化した酸化物超電導薄膜を高真空中で加熱処理
して表面の結晶性を回復させ、その上に他の薄膜をエピ
タキシャル成長させて超電導装置を作製する場合等に有
効である。
【００１３】本発明の方法は、いわゆるパターニングで
露出した側面から薄膜の内部に酸素を供給するので、本
発明の方法で作製する超電導装置においては、酸化物超
電導薄膜の中心部まで十分酸素が供給され得る形状でな
ければならない。例えば、平面形が矩形である場合に
は、酸化物超電導薄膜の露出している側面（通常は対向
している）間の幅は、１〜３μｍ程度以下であることが
好ましい。しかしながら、上記の寸法は、電子デバイス
としては極めて一般的な寸法であるので、本発明の方法
を適用可能な超電導装置には、寸法の制限は事実上な
い。
露出した側面から薄膜の内部に酸素を供給するので、本
発明の方法で作製する超電導装置においては、酸化物超
電導薄膜の中心部まで十分酸素が供給され得る形状でな
ければならない。例えば、平面形が矩形である場合に
は、酸化物超電導薄膜の露出している側面（通常は対向
している）間の幅は、１〜３μｍ程度以下であることが
好ましい。しかしながら、上記の寸法は、電子デバイス
としては極めて一般的な寸法であるので、本発明の方法
を適用可能な超電導装置には、寸法の制限は事実上な
い。
【００１４】一方、酸化物超電導体は、結晶のｃ軸に垂
直な方向に酸素が動き易い。即ち、結晶中の酸素が失わ
れる場合も、結晶中に酸素が拡散していって取り込まれ
る場合も、主にこの方向に酸素が動く。従って、本発明
の方法で作製する超電導装置では、酸化物超電導薄膜
は、ｃ軸配向であることが好ましい。
直な方向に酸素が動き易い。即ち、結晶中の酸素が失わ
れる場合も、結晶中に酸素が拡散していって取り込まれ
る場合も、主にこの方向に酸素が動く。従って、本発明
の方法で作製する超電導装置では、酸化物超電導薄膜
は、ｃ軸配向であることが好ましい。
【００１５】本発明の方法においては、加熱温度は400
〜500 ℃が好ましく、Ｏ2 雰囲気で処理する場合にはＯ
2 分圧は５〜100Torr、Ｏ3雰囲気で処理する場合には、
Ｏ3 分圧は0.1〜10Torrが好ましい。加熱温度が400℃未
満では、酸化物超電導薄膜が十分酸素を取り込むことが
できず、500℃を超えると、隣接する薄膜間で拡散が起
こったりするためである。また、Ｏ2分圧、Ｏ3分圧は、
加熱温度と密接な関係がある。一般に加熱温度が高い場
合には、Ｏ2分圧、Ｏ3分圧は共に高くしなければならな
い。例えばＯ2雰囲気において加熱温度400℃では、Ｏ2
分圧５〜20Torrが好ましいが、加熱温度500℃で処理す
る場合、Ｏ2分圧が10Torr未満では酸化物超電導薄膜を
十分酸化できない。従って、加熱温度500℃で処理する
場合は、Ｏ2分圧は10〜100Torrとすることが好ましい。
また、Ｏ3雰囲気において加熱温度400℃では、Ｏ3分圧
0.1〜１Torrが好ましいが、加熱温度500℃で処理する場
合、Ｏ3分圧が0.2Torr未満では酸化物超電導薄膜を十分
酸化できない。従って、加熱温度500℃で処理する場合
は、Ｏ3分圧は0.2〜10Torrとすることが好ましい。
〜500 ℃が好ましく、Ｏ2 雰囲気で処理する場合にはＯ
2 分圧は５〜100Torr、Ｏ3雰囲気で処理する場合には、
Ｏ3 分圧は0.1〜10Torrが好ましい。加熱温度が400℃未
満では、酸化物超電導薄膜が十分酸素を取り込むことが
できず、500℃を超えると、隣接する薄膜間で拡散が起
こったりするためである。また、Ｏ2分圧、Ｏ3分圧は、
加熱温度と密接な関係がある。一般に加熱温度が高い場
合には、Ｏ2分圧、Ｏ3分圧は共に高くしなければならな
い。例えばＯ2雰囲気において加熱温度400℃では、Ｏ2
分圧５〜20Torrが好ましいが、加熱温度500℃で処理す
る場合、Ｏ2分圧が10Torr未満では酸化物超電導薄膜を
十分酸化できない。従って、加熱温度500℃で処理する
場合は、Ｏ2分圧は10〜100Torrとすることが好ましい。
また、Ｏ3雰囲気において加熱温度400℃では、Ｏ3分圧
0.1〜１Torrが好ましいが、加熱温度500℃で処理する場
合、Ｏ3分圧が0.2Torr未満では酸化物超電導薄膜を十分
酸化できない。従って、加熱温度500℃で処理する場合
は、Ｏ3分圧は0.2〜10Torrとすることが好ましい。
【００１６】本発明の方法では、上記のように酸化物超
電導薄膜に酸素を取り込ませた後に全体を貴金属で被覆
する。貴金属としては、酸化物超電導体と反応性が低い
Au、Ag等が好ましく、貴金属の層の厚さは10〜50nmが好
ましい。貴金属で被覆することにより、後の工程で酸化
物超電導薄膜が加熱されても、酸化物超電導体結晶中の
酸素が失われることがない。また、酸化物超電導薄膜中
に周囲の物質から不純物が入り込むことも阻止される。
従って、本発明の方法により作製された超電導装置は、
酸化物超電導薄膜の優れた特性がそのまま活かされた高
性能なものになる。上記の貴金属の層はスパッタリング
法、真空蒸着法等任意の方法で形成できるが、上記の貴
金属の層を形成する際に、酸化物超電導体結晶中の酸素
が失われる温度領域（例えば、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系酸化物
超電導体では400 ℃前後である）を、酸化物超電導薄膜
が通過することは避け、この温度領域よりも低い温度で
上記の貴金属層を形成しなければならない。
電導薄膜に酸素を取り込ませた後に全体を貴金属で被覆
する。貴金属としては、酸化物超電導体と反応性が低い
Au、Ag等が好ましく、貴金属の層の厚さは10〜50nmが好
ましい。貴金属で被覆することにより、後の工程で酸化
物超電導薄膜が加熱されても、酸化物超電導体結晶中の
酸素が失われることがない。また、酸化物超電導薄膜中
に周囲の物質から不純物が入り込むことも阻止される。
従って、本発明の方法により作製された超電導装置は、
酸化物超電導薄膜の優れた特性がそのまま活かされた高
性能なものになる。上記の貴金属の層はスパッタリング
法、真空蒸着法等任意の方法で形成できるが、上記の貴
金属の層を形成する際に、酸化物超電導体結晶中の酸素
が失われる温度領域（例えば、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系酸化物
超電導体では400 ℃前後である）を、酸化物超電導薄膜
が通過することは避け、この温度領域よりも低い温度で
上記の貴金属層を形成しなければならない。
【００１７】一方、本発明においては、本発明の方法で
作製される新規な超電導装置が提供される。この超電導
装置は、基板上で積層された第１の酸化物超電導薄膜、
非超電導体薄膜および第２の酸化物超電導薄膜を備える
ジョセフソン素子、超電導トランジスタであり、第１の
酸化物超電導薄膜および第２の酸化物超電導薄膜を電気
的に結合する貴金属の薄膜を具備し、該貴金属の薄膜が
抵抗素子として機能するところにその主要な特徴があ
る。本発明の超電導装置は、第１の酸化物超電導薄膜お
よび第２の酸化物超電導薄膜が、抵抗素子である貴金属
の薄膜で電気的に結合されているので、従来のこの構成
の超電導装置が必ず示したヒステリシス特性が解消され
ている。従って、電子機器に使用する場合に回路を容易
に構成することが可能である。
作製される新規な超電導装置が提供される。この超電導
装置は、基板上で積層された第１の酸化物超電導薄膜、
非超電導体薄膜および第２の酸化物超電導薄膜を備える
ジョセフソン素子、超電導トランジスタであり、第１の
酸化物超電導薄膜および第２の酸化物超電導薄膜を電気
的に結合する貴金属の薄膜を具備し、該貴金属の薄膜が
抵抗素子として機能するところにその主要な特徴があ
る。本発明の超電導装置は、第１の酸化物超電導薄膜お
よび第２の酸化物超電導薄膜が、抵抗素子である貴金属
の薄膜で電気的に結合されているので、従来のこの構成
の超電導装置が必ず示したヒステリシス特性が解消され
ている。従って、電子機器に使用する場合に回路を容易
に構成することが可能である。
【００１８】本発明の方法は、任意の酸化物超電導体に
適用できるが、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X系酸化物超電導体は安定
的に高品質の結晶性のよい薄膜が得られるので好まし
い。また、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 系酸化物超電導体は、特に
その超電導臨界温度Ｔc が高いので好ましい。
適用できるが、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X系酸化物超電導体は安定
的に高品質の結晶性のよい薄膜が得られるので好まし
い。また、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 系酸化物超電導体は、特に
その超電導臨界温度Ｔc が高いので好ましい。
【００１９】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
【００２０】
【実施例】本発明の方法でMgＯ基板上に第１の酸化物超
電導薄膜、SrTiＯ3 薄膜、第２の酸化物超電導薄膜を順
に積層し、本発明の超電導装置を作製した。図１および
図２を参照して、その手順を説明する。
電導薄膜、SrTiＯ3 薄膜、第２の酸化物超電導薄膜を順
に積層し、本発明の超電導装置を作製した。図１および
図２を参照して、その手順を説明する。
【００２１】まず、MgＯ基板４の（１００）面上に、ス
パッタリング法により、第１の超電導体層１となるＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X超電導薄膜を形成した。主な成膜条件を以下
に示す。 基板温度 700℃ スパッタリングガス Ar 90 ％ Ｏ2 10 ％ 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 400nm
パッタリング法により、第１の超電導体層１となるＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X超電導薄膜を形成した。主な成膜条件を以下
に示す。 基板温度 700℃ スパッタリングガス Ar 90 ％ Ｏ2 10 ％ 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 400nm
【００２２】次に、この酸化物超電導薄膜を形成したMg
Ｏ基板を真空蒸着装置に移動し、以下の条件で処理し、
表面の結晶性を回復させた。 圧力 １×10-9Torr 基板温度 700 ℃ 処理時間 ３分
Ｏ基板を真空蒸着装置に移動し、以下の条件で処理し、
表面の結晶性を回復させた。 圧力 １×10-9Torr 基板温度 700 ℃ 処理時間 ３分
【００２３】上記の処理の後、基板温度が400 ℃になる
まで放冷し、酸化物超電導薄膜上に絶縁体層３となるSr
TiＯ3 薄膜をイオンビームスパッタリング法で形成し
た。 基板温度 700℃ 酸素圧力 ４×10-6Torr 膜厚 3nm
まで放冷し、酸化物超電導薄膜上に絶縁体層３となるSr
TiＯ3 薄膜をイオンビームスパッタリング法で形成し
た。 基板温度 700℃ 酸素圧力 ４×10-6Torr 膜厚 3nm
【００２４】さらに、このSrTiＯ3 薄膜３上に第２の超
電導体層２となるＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X超電導薄膜をレーザア
ブレーション法で形成した。主な成膜条件を以下に示
す。 基板温度 700℃ 酸素圧力 10Torr 膜厚 400nm
電導体層２となるＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X超電導薄膜をレーザア
ブレーション法で形成した。主な成膜条件を以下に示
す。 基板温度 700℃ 酸素圧力 10Torr 膜厚 400nm
【００２５】図１(a)に、上記の手順で３層を積層した
状態を示す。上記の熱処理の影響で第２の超電導体層２
を構成する酸化物超電導体がＹ1Ba2Cu3Ｏ6.9であるのに
対し、第１の超電導体層１を構成する酸化物超電導体
は、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ6.4となっていた。また、第１の超電導
体層１および第２の超電導体層２は、ｃ軸配向の結晶で
構成され、SrTiＯ3 層３はほぼ単結晶であった。
状態を示す。上記の熱処理の影響で第２の超電導体層２
を構成する酸化物超電導体がＹ1Ba2Cu3Ｏ6.9であるのに
対し、第１の超電導体層１を構成する酸化物超電導体
は、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ6.4となっていた。また、第１の超電導
体層１および第２の超電導体層２は、ｃ軸配向の結晶で
構成され、SrTiＯ3 層３はほぼ単結晶であった。
【００２６】次に、第１の超電導体層１、SrTiＯ3 層３
および第２の超電導体層２の３層を積層したものを、フ
ォトリソグラフィとArイオンエッチングにより加工し、
図１(b)に示すよう幅１μｍの線状とした。このように
加工した後、酸素雰囲気中で熱処理を行った。熱処理条
件を以下に示す。 基板温度 400 ℃ Ｏ2 分圧 10 Torr 処理時間 4 時間
および第２の超電導体層２の３層を積層したものを、フ
ォトリソグラフィとArイオンエッチングにより加工し、
図１(b)に示すよう幅１μｍの線状とした。このように
加工した後、酸素雰囲気中で熱処理を行った。熱処理条
件を以下に示す。 基板温度 400 ℃ Ｏ2 分圧 10 Torr 処理時間 4 時間
【００２７】この熱処理により、第１の超電導体層１を
構成する酸化物超電導体はＹ1Ba2Cu3Ｏ6.9となった。こ
の処理の後、図１(c) に示すようAu薄膜９をスパッタリ
ング法で形成し、第１の超電導体層１、SrTiＯ3 層３お
よび第２の超電導体層２の３層をAu薄膜９で被覆した。
主な成膜条件を以下に示す。 基板温度 340℃ スパッタリングガス Ar 100％ 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 30nm この場合、特に基板温度は、400 ℃以下のなるべく低い
温度とする。これは、第１および第２の超電導体層を構
成する酸化物超電導体Ｙ1Ba2Cu3Ｏ6.9結晶中の酸素は、
400 ℃前後で最も動き、失われ易いからである。
構成する酸化物超電導体はＹ1Ba2Cu3Ｏ6.9となった。こ
の処理の後、図１(c) に示すようAu薄膜９をスパッタリ
ング法で形成し、第１の超電導体層１、SrTiＯ3 層３お
よび第２の超電導体層２の３層をAu薄膜９で被覆した。
主な成膜条件を以下に示す。 基板温度 340℃ スパッタリングガス Ar 100％ 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 30nm この場合、特に基板温度は、400 ℃以下のなるべく低い
温度とする。これは、第１および第２の超電導体層を構
成する酸化物超電導体Ｙ1Ba2Cu3Ｏ6.9結晶中の酸素は、
400 ℃前後で最も動き、失われ易いからである。
【００２８】第１の超電導体層１、SrTiＯ3 層３および
第２の超電導体層２の３層をAu薄膜で被覆した後、図１
(d)に示すよう全体の上にSiＯ2 層５を800 nmの厚さに
堆積させ、さらにレジスト６で覆った。このレジスト膜
６とSiＯ2 層５を反応性イオンエッチングで、図１(e)
に示すよう第２の超電導体層２の表面が出るまでエッチ
ングした。次に、図１(f)に示すよう全体の上にAu層７
を真空蒸着により形成した。Au層７上に図２(g)に示す
ようレジスト膜８を上記の３層と交差するように幅１μ
ｍで形成した。
第２の超電導体層２の３層をAu薄膜で被覆した後、図１
(d)に示すよう全体の上にSiＯ2 層５を800 nmの厚さに
堆積させ、さらにレジスト６で覆った。このレジスト膜
６とSiＯ2 層５を反応性イオンエッチングで、図１(e)
に示すよう第２の超電導体層２の表面が出るまでエッチ
ングした。次に、図１(f)に示すよう全体の上にAu層７
を真空蒸着により形成した。Au層７上に図２(g)に示す
ようレジスト膜８を上記の３層と交差するように幅１μ
ｍで形成した。
【００２９】Arイオンミリングにより、第１の超電導体
層１のレジスト８に覆われていない部分が約半分の厚さ
となるまでエッチングした。さらにこの部分11にメタラ
イズ層を形成して電極とし、図２(h)に示すよう本発明
の超電導装置が完成した。完成後再び、上記本発明の方
法で作製した超電導装置の第１の超電導体層１、第２の
超電導体層２およびSrTiＯ3 層３の結晶状態を確認した
ところ、いずれもほぼ単結晶の良好な結晶状態であっ
た。また、第１の超電導体層１および第２の超電導体層
２は、いずれもｃ軸配向の結晶で構成されていた。ま
た、第１および第２の超電導体層の臨界温度Ｔc はそれ
ぞれ90Ｋおよび89Ｋであった。
層１のレジスト８に覆われていない部分が約半分の厚さ
となるまでエッチングした。さらにこの部分11にメタラ
イズ層を形成して電極とし、図２(h)に示すよう本発明
の超電導装置が完成した。完成後再び、上記本発明の方
法で作製した超電導装置の第１の超電導体層１、第２の
超電導体層２およびSrTiＯ3 層３の結晶状態を確認した
ところ、いずれもほぼ単結晶の良好な結晶状態であっ
た。また、第１の超電導体層１および第２の超電導体層
２は、いずれもｃ軸配向の結晶で構成されていた。ま
た、第１および第２の超電導体層の臨界温度Ｔc はそれ
ぞれ90Ｋおよび89Ｋであった。
【００３０】一方、酸素雰囲気中で熱処理する工程を含
まない従来の方法で作製したジョセフソン素子では、第
１の超電導体層１を構成する酸化物超電導体がＹ1Ba2Cu
3Ｏ6.4であり、この層は、液体窒素温度でも超電導性を
示さなかった。
まない従来の方法で作製したジョセフソン素子では、第
１の超電導体層１を構成する酸化物超電導体がＹ1Ba2Cu
3Ｏ6.4であり、この層は、液体窒素温度でも超電導性を
示さなかった。
【００３１】上記本発明の方法で作製した本発明の超電
導装置の特性を測定した。図３に測定結果を示す。図３
のグラフからわかるように、本発明の超電導装置は、特
性のループが一意に決まるので、実用性が高い。
導装置の特性を測定した。図３に測定結果を示す。図３
のグラフからわかるように、本発明の超電導装置は、特
性のループが一意に決まるので、実用性が高い。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法に従
うと、高性能なトンネル型ジョセフソン素子等の超電導
装置を酸化物超電導体を使用して作製することができ
る。また、本発明では、ヒステリシス特性を補正したジ
ョセフソン素子等の装置が提供される。本発明により、
酸化物超電導体の電子デバイスへの応用がさらに促進さ
れる。
うと、高性能なトンネル型ジョセフソン素子等の超電導
装置を酸化物超電導体を使用して作製することができ
る。また、本発明では、ヒステリシス特性を補正したジ
ョセフソン素子等の装置が提供される。本発明により、
酸化物超電導体の電子デバイスへの応用がさらに促進さ
れる。
【図１】本発明の方法により、超電導装置を作製する工
程を説明する図である。
程を説明する図である。
【図２】本発明の方法により、超電導装置を作製する工
程の図１から続く工程を説明する図である。
程の図１から続く工程を説明する図である。
【図３】本発明の超電導装置の特性図である。
１、２ 超電導体層、 ３ 絶縁体層、 ４ 基板、 ５ SiＯ2 層、 ６、８ レジスト、 ７、９ Au層
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に形成された酸化物超電導薄膜
と、この酸化物超電導薄膜上に積層された他の薄膜とを
有する超電導装置を作製する方法において、前記酸化物
超電導薄膜表面上に他の薄膜を積層し、次いで前記酸化
物超電導薄膜の側面が露出する加工を行った後、全体を
Ｏ2 雰囲気、Ｏ3 雰囲気またはＯ3 を含むＯ2 雰囲気下
で加熱して前記酸化物超電導薄膜を構成する酸化物超電
導体結晶中に酸素を取り込ませてから、全体を貴金属で
被覆する工程を含むことを特徴とする超電導装置の作製
方法。 - 【請求項２】 基板上に形成された第１の酸化物超電導
薄膜と、該第１の酸化物超電導薄膜上に積層された非超
電導体薄膜と、該非超電導体薄膜上に積層された第２の
酸化物超電導薄膜とを具備する超電導装置において、前
記第１の酸化物超電導薄膜、前記非超電導体薄膜および
前記第２の酸化物超電導薄膜の側面に貴金属の薄膜を具
備し、該貴金属の薄膜が、前記第１の酸化物超電導薄膜
と前記第２の酸化物超電導薄膜とを接続する抵抗素子と
して機能することを特徴とする超電導装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4196401A JPH05190926A (ja) | 1991-07-02 | 1992-06-30 | 超電導装置の作製方法およびこの方法による超電導装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-188073 | 1990-07-02 | ||
| JP18807391 | 1991-07-02 | ||
| JP4196401A JPH05190926A (ja) | 1991-07-02 | 1992-06-30 | 超電導装置の作製方法およびこの方法による超電導装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05190926A true JPH05190926A (ja) | 1993-07-30 |
Family
ID=26504720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4196401A Withdrawn JPH05190926A (ja) | 1991-07-02 | 1992-06-30 | 超電導装置の作製方法およびこの方法による超電導装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05190926A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113299819A (zh) * | 2021-05-21 | 2021-08-24 | 上海科技大学 | 一种超导转变边探测器及其制备方法 |
-
1992
- 1992-06-30 JP JP4196401A patent/JPH05190926A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113299819A (zh) * | 2021-05-21 | 2021-08-24 | 上海科技大学 | 一种超导转变边探测器及其制备方法 |
| CN113299819B (zh) * | 2021-05-21 | 2023-02-28 | 上海科技大学 | 一种超导转变边探测器及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990831 |