JPH06112713A - 基板の対向する両面上に高温超伝導体膜を作製する方法 - Google Patents
基板の対向する両面上に高温超伝導体膜を作製する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 薄い誘電体層によって隔離された高Ｔｃ超伝
導体からなる装置の構成を可能にする。 【構成】 インピーダンス整合が所望の場合に有用で、
特にマイクロ波周波数に適した超伝導電子回路デバイス
であり、薄い誘電体層の両面に超伝導体層を有する回路
である。イットリウムバリウム銅酸化物（ＹＢＣＯ）の
ような超伝導体１０をアルミニウム酸ランタンのような
第１の基板１２上に形成する。金のような保護層１６を
ＹＢＣＯ上に堆積し、第２の担持基板２０を保護された
ＹＢＣＯにボンディングする。次に第１の基板を薄くし
て薄い誘電体層１２とし、その上に超伝導体の第２の層
１４をエピタキシャル成長させて所望の回路を作る。
導体からなる装置の構成を可能にする。 【構成】 インピーダンス整合が所望の場合に有用で、
特にマイクロ波周波数に適した超伝導電子回路デバイス
であり、薄い誘電体層の両面に超伝導体層を有する回路
である。イットリウムバリウム銅酸化物（ＹＢＣＯ）の
ような超伝導体１０をアルミニウム酸ランタンのような
第１の基板１２上に形成する。金のような保護層１６を
ＹＢＣＯ上に堆積し、第２の担持基板２０を保護された
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て薄い誘電体層１２とし、その上に超伝導体の第２の層
１４をエピタキシャル成長させて所望の回路を作る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、広い範囲の周波数に
わたる信号、特に高い周波数、とりわけマイクロ波周波
数の信号を取扱う電子回路装置（デバイス）の製造に関
する。特に、超伝導材料、ことに高臨界温度（Ｔｃ）の
超伝導体（ＨＴＳ）から作られた装置がこの方法および
製品発明の対象である。
わたる信号、特に高い周波数、とりわけマイクロ波周波
数の信号を取扱う電子回路装置（デバイス）の製造に関
する。特に、超伝導材料、ことに高臨界温度（Ｔｃ）の
超伝導体（ＨＴＳ）から作られた装置がこの方法および
製品発明の対象である。
【０００２】
【従来の技術】低周波からマイクロ波（約３〜３００Ｇ
ＨZ ）に至るスペクトラム範囲で動作する電子装置は通
信、データ処理および他の応用分野で重要である。これ
らの装置は伝送線、フィルタ、共振器、遅延線および他
の構造を含んでいる。これらの装置の性能は、銅または
金のような通常の金属導体より抵抗損失が少なく、信号
の分散が小さい超伝導材料の使用によって高められてい
る。
ＨZ ）に至るスペクトラム範囲で動作する電子装置は通
信、データ処理および他の応用分野で重要である。これ
らの装置は伝送線、フィルタ、共振器、遅延線および他
の構造を含んでいる。これらの装置の性能は、銅または
金のような通常の金属導体より抵抗損失が少なく、信号
の分散が小さい超伝導材料の使用によって高められてい
る。
【０００３】元素ニオブのような慣例の超伝導体は液体
ヘリウムの沸点（４Ｋ）の近傍の温度で動作される装置
を必要とするので、その温度を維持するのは困難であ
り、かつ費用を要する。より高いＴｃの超伝導体によれ
ば装置はより実際的な液体窒素の沸点（７７Ｋ）または
その近傍で動作することができる。より新しい高Ｔｃ超
伝導体は電子の移動が銅と酸素の原子で形成された面内
で起る層状ペロブスカイトの種類に属するものである。
その結果、これらの材料は銅酸化物超伝導体または簡単
に銅酸塩（ｃｕｐｒａｔｅ）と呼ばれる。これらの超伝
導体の例は種々の化学量論的化合物ＹＢａＣｕＯ，Ｌａ
ＳｒＣｕＯ，ＢｉＳｒＣａＣｕＯおよびＴｌＢａＣａＣ
ｕＯを含む。特に興味のある材料は組成比が１：２：
３：７のイットリウム，バリウム，銅および酸素で構成
される化合物（ＹＢＣＯ）である。
ヘリウムの沸点（４Ｋ）の近傍の温度で動作される装置
を必要とするので、その温度を維持するのは困難であ
り、かつ費用を要する。より高いＴｃの超伝導体によれ
ば装置はより実際的な液体窒素の沸点（７７Ｋ）または
その近傍で動作することができる。より新しい高Ｔｃ超
伝導体は電子の移動が銅と酸素の原子で形成された面内
で起る層状ペロブスカイトの種類に属するものである。
その結果、これらの材料は銅酸化物超伝導体または簡単
に銅酸塩（ｃｕｐｒａｔｅ）と呼ばれる。これらの超伝
導体の例は種々の化学量論的化合物ＹＢａＣｕＯ，Ｌａ
ＳｒＣｕＯ，ＢｉＳｒＣａＣｕＯおよびＴｌＢａＣａＣ
ｕＯを含む。特に興味のある材料は組成比が１：２：
３：７のイットリウム，バリウム，銅および酸素で構成
される化合物（ＹＢＣＯ）である。
【０００４】ＨＴＳ技術の電子装置への応用、特に電磁
スペクトラムのマイクロ波領域への応用は、ＨＴＳフィ
ルムの製造上の要件のために面倒であった。特にマイク
ロ波部品に必要な基本的装置の形状寸法配置（ｇｅｏｍ
ｅｔｒｙ）は現在実際に用いられている材料および方法
では実現が困難であった。典型的なマイクロ波回路素子
および一般的なインピーダンス整合された伝送線は接地
面の金属化、接地面を覆う誘電体層、および誘電体層上
で能動回路を含んでいる薄いストリップ導体層からな
る。交流信号の伝搬は主として接地面と薄いストリップ
との間の誘電体層中を伝搬する電磁波による。
スペクトラムのマイクロ波領域への応用は、ＨＴＳフィ
ルムの製造上の要件のために面倒であった。特にマイク
ロ波部品に必要な基本的装置の形状寸法配置（ｇｅｏｍ
ｅｔｒｙ）は現在実際に用いられている材料および方法
では実現が困難であった。典型的なマイクロ波回路素子
および一般的なインピーダンス整合された伝送線は接地
面の金属化、接地面を覆う誘電体層、および誘電体層上
で能動回路を含んでいる薄いストリップ導体層からな
る。交流信号の伝搬は主として接地面と薄いストリップ
との間の誘電体層中を伝搬する電磁波による。
【０００５】回路素子は効果的なかつ無反射動作のため
にインピーダンス整合される必要がある。その構造のイ
ンピーダンスは誘電体層の厚さ、その誘電定数および導
体ストリップの幅によって決定される。標準の５０オー
ムインピーダンスに対して、通常用いられている誘電材
料では誘電体層の厚さは導体層の線幅とほぼ等しくされ
ている。数μｍ程度の線幅をもつ高実装密度の回路にお
いては、誘電体の厚さも僅か数μｍ程度でなければなら
ない。
にインピーダンス整合される必要がある。その構造のイ
ンピーダンスは誘電体層の厚さ、その誘電定数および導
体ストリップの幅によって決定される。標準の５０オー
ムインピーダンスに対して、通常用いられている誘電材
料では誘電体層の厚さは導体層の線幅とほぼ等しくされ
ている。数μｍ程度の線幅をもつ高実装密度の回路にお
いては、誘電体の厚さも僅か数μｍ程度でなければなら
ない。
【０００６】高温超伝導膜を非常に薄い、おそらく数μ
ｍという薄さの誘電体層の両面に作製することの困難性
がＨＴＳマイクロ波装置の開発を制約していた。常識的
にはこの問題に対して２つの可能な解決法が考えられ
る。第１の解決法はアルミニウム酸ランタンまたはサフ
ァイヤなどの薄い誘電体基板の両面に超伝導体膜を堆積
する方法であろう。第２の解決法は厚い基板上に多層
（超伝導体、誘電体、超伝導体）を順次に堆積する方法
であろう。残念ながら、いずれの方法もＨＴＳ薄膜の堆
積に対する基本的な要件のために実際的でない。
ｍという薄さの誘電体層の両面に作製することの困難性
がＨＴＳマイクロ波装置の開発を制約していた。常識的
にはこの問題に対して２つの可能な解決法が考えられ
る。第１の解決法はアルミニウム酸ランタンまたはサフ
ァイヤなどの薄い誘電体基板の両面に超伝導体膜を堆積
する方法であろう。第２の解決法は厚い基板上に多層
（超伝導体、誘電体、超伝導体）を順次に堆積する方法
であろう。残念ながら、いずれの方法もＨＴＳ薄膜の堆
積に対する基本的な要件のために実際的でない。
【０００７】ＨＴＳ膜の有利な特性は高度の結晶的規則
性（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｒｄｅｒ）をもって成
長した試料においてのみ利用可能である。この規則性を
維持するために、高品質ＨＴＳ膜を、好ましくは膜と化
学的に作用せずかつ超伝導体が配向成長可能な結晶構造
を有する基板材料上に成長させる。アルミニウム酸ラン
タンまたはチタン酸ストロンチウムのように超伝導体と
格子整合している基板は、それらが超伝導体をその上に
エピタキシャル成長させるためのほぼ理想的なテンプレ
ートを提供するので特にこの目的に適している。
性（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｒｄｅｒ）をもって成
長した試料においてのみ利用可能である。この規則性を
維持するために、高品質ＨＴＳ膜を、好ましくは膜と化
学的に作用せずかつ超伝導体が配向成長可能な結晶構造
を有する基板材料上に成長させる。アルミニウム酸ラン
タンまたはチタン酸ストロンチウムのように超伝導体と
格子整合している基板は、それらが超伝導体をその上に
エピタキシャル成長させるためのほぼ理想的なテンプレ
ートを提供するので特にこの目的に適している。
【０００８】サファイヤおよびシリコンのような他の好
ましい基板は上述した基準の１つまたはそれ以上を満た
しておらず、ＨＴＳ膜との化学的安定性または近接した
格子整合の点で欠けている。それにもかかわらず、基板
とＨＴＳ膜との間に薄い緩衝層（ｂｕｆｆｅｒ ｌａｙ
ｅｒ）を堆積することによってシリコンおよびサファイ
ヤ上に高品質のＨＴＳ膜を成長させることができる。
ましい基板は上述した基準の１つまたはそれ以上を満た
しておらず、ＨＴＳ膜との化学的安定性または近接した
格子整合の点で欠けている。それにもかかわらず、基板
とＨＴＳ膜との間に薄い緩衝層（ｂｕｆｆｅｒ ｌａｙ
ｅｒ）を堆積することによってシリコンおよびサファイ
ヤ上に高品質のＨＴＳ膜を成長させることができる。
【０００９】ＨＴＳ膜は一般にＨＴＳ材料の構成成分を
気化し基板上に衝突させることによって形成される。成
分はレーザアブレーション、スパッタリングまたは他の
技術によって気化され得る。基板は適当な結晶構造を形
成するのに適した温度、典型的には７００℃以上に酸素
に富む雰囲気中で保たれねばならない。技術的に有用な
寸法（１〜５平方ｃｍ）の基板上に均一に優れた特性の
ＨＴＳ膜を成長させるために、基板の温度をその全面積
にわたって狭い範囲内に制御しなければならない。この
温度制御を行うために基板はヒーターに締付け保持され
またはしっかりと接着される。放射加熱によって温度を
制御することも可能である。
気化し基板上に衝突させることによって形成される。成
分はレーザアブレーション、スパッタリングまたは他の
技術によって気化され得る。基板は適当な結晶構造を形
成するのに適した温度、典型的には７００℃以上に酸素
に富む雰囲気中で保たれねばならない。技術的に有用な
寸法（１〜５平方ｃｍ）の基板上に均一に優れた特性の
ＨＴＳ膜を成長させるために、基板の温度をその全面積
にわたって狭い範囲内に制御しなければならない。この
温度制御を行うために基板はヒーターに締付け保持され
またはしっかりと接着される。放射加熱によって温度を
制御することも可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】これらの加熱技術は必
然的に薄く脆い基板に機械的および熱的な歪を与え、基
板が２５０μｍという厚さであっても許容できない量の
破壊をもたらす。明らかに、１０倍または１００倍も薄
い基板では連続した物理的な支持なしでは構造的な完全
性を保ち得ないだろう。従って、上述した常識的な第１
の解決法によれば、このような薄い誘電体基板の両面に
ＨＴＳ膜を堆積することは非常に困難であり、そして、
基板の厚さが減少するにつれて、これに対する挑戦は一
層やりにくくなる。そして、しかも、２５０μｍまたは
それ以上の厚さの基板はマイクロ波回路における線幅お
よび部品密度に許容し得ない制約をもたらす。
然的に薄く脆い基板に機械的および熱的な歪を与え、基
板が２５０μｍという厚さであっても許容できない量の
破壊をもたらす。明らかに、１０倍または１００倍も薄
い基板では連続した物理的な支持なしでは構造的な完全
性を保ち得ないだろう。従って、上述した常識的な第１
の解決法によれば、このような薄い誘電体基板の両面に
ＨＴＳ膜を堆積することは非常に困難であり、そして、
基板の厚さが減少するにつれて、これに対する挑戦は一
層やりにくくなる。そして、しかも、２５０μｍまたは
それ以上の厚さの基板はマイクロ波回路における線幅お
よび部品密度に許容し得ない制約をもたらす。
【００１１】常識的な第２の解決法は適当な基板上に超
伝導体、誘電体および超伝導体の層を順次に堆積する方
法である。第１の解決法の考え方は２５０μｍ以下の自
立（ｆｒｅｅ ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板が薄すぎて加工
できないために実行不能であったが、第２の解決法の考
え方は厚い誘電体を堆積することが実際的でないために
うまく行かない。所望の結晶品質および誘電特性を有す
る誘電体材料を１／２μｍを超える厚さに成長させるこ
とは非常に困難である。もし結晶構造が劣っていれば超
伝導体の第２の層の成長を支持することはできないだろ
う。もし誘電体または超伝導体の品質が劣っていれば装
置の性能も劣るだろう。
伝導体、誘電体および超伝導体の層を順次に堆積する方
法である。第１の解決法の考え方は２５０μｍ以下の自
立（ｆｒｅｅ ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板が薄すぎて加工
できないために実行不能であったが、第２の解決法の考
え方は厚い誘電体を堆積することが実際的でないために
うまく行かない。所望の結晶品質および誘電特性を有す
る誘電体材料を１／２μｍを超える厚さに成長させるこ
とは非常に困難である。もし結晶構造が劣っていれば超
伝導体の第２の層の成長を支持することはできないだろ
う。もし誘電体または超伝導体の品質が劣っていれば装
置の性能も劣るだろう。
【００１２】この発明は上述した問題を解決し、適当に
薄い誘電体基板によって隔離された高Ｔｃ超伝導体から
有用な装置の構成を可能にするものである。
薄い誘電体基板によって隔離された高Ｔｃ超伝導体から
有用な装置の構成を可能にするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による薄い誘電体層の対向する両面上に超伝
導層を有する超伝導電子構造体の作製方法は第１の機械
的に安定な基板上に超伝導材料の第１の層を形成する工
程；前記超伝導材料の第１の層の上に保護層を形成する
工程；第２の機械的に安定な基板を前記保護層に結合さ
せる工程；前記第１の基板を薄くして誘電体層を形成す
る工程；および超伝導材料の第２の層を前記誘電体層の
前記保護層と反対の面上に形成する工程；を具えたこと
を特徴とする。
に、本発明による薄い誘電体層の対向する両面上に超伝
導層を有する超伝導電子構造体の作製方法は第１の機械
的に安定な基板上に超伝導材料の第１の層を形成する工
程；前記超伝導材料の第１の層の上に保護層を形成する
工程；第２の機械的に安定な基板を前記保護層に結合さ
せる工程；前記第１の基板を薄くして誘電体層を形成す
る工程；および超伝導材料の第２の層を前記誘電体層の
前記保護層と反対の面上に形成する工程；を具えたこと
を特徴とする。
【００１４】ここで、前記超伝導材料の第２の層をパタ
ーニングして電子回路構造体を形成してもよい。
ーニングして電子回路構造体を形成してもよい。
【００１５】前記超伝導材料の第１および第２の層が物
理的気相堆積法によって形成され、または前記超伝導材
料の第１および第２の層が化学的気相堆積法によって形
成されてもよい。
理的気相堆積法によって形成され、または前記超伝導材
料の第１および第２の層が化学的気相堆積法によって形
成されてもよい。
【００１６】前記超伝導材料がビスマス酸塩であって
も、前記超伝導材料が銅酸塩であっても、あるいは前記
超伝導材料はＹＢＣＯを含んでもよい。
も、前記超伝導材料が銅酸塩であっても、あるいは前記
超伝導材料はＹＢＣＯを含んでもよい。
【００１７】前記第１の基板はアルミニウム酸ランタ
ン，酸化マグネシウムまたは没食子酸ネオジムを含んで
もよい。
ン，酸化マグネシウムまたは没食子酸ネオジムを含んで
もよい。
【００１８】前記保護層が酸素源を含でもよく、前記源
がＹＢＣＯであっても、あるいは酸化銀であってもよ
い。
がＹＢＣＯであっても、あるいは酸化銀であってもよ
い。
【００１９】前記保護層が金，銀または金と銀の合金を
含んでも、あるいは保護層が酸化物であってもよく、酸
化物がＳｉＯ2 であっても、あるいはＡｌ2 Ｏ3 であっ
てもよい。
含んでも、あるいは保護層が酸化物であってもよく、酸
化物がＳｉＯ2 であっても、あるいはＡｌ2 Ｏ3 であっ
てもよい。
【００２０】前記結合させる工程が、前記保護層の前記
超伝導材料の第１の層とは反対の面上にボンディング層
を形成する工程；および前記第２の機械的に安定な基板
を前記ボンディング層の前記保護層と反対の面に結合さ
せる工程；を具えてもよい。
超伝導材料の第１の層とは反対の面上にボンディング層
を形成する工程；および前記第２の機械的に安定な基板
を前記ボンディング層の前記保護層と反対の面に結合さ
せる工程；を具えてもよい。
【００２１】ここで、前記ボンディング層が接着剤を含
んでも、または前記ボンディング層が金，銀、または金
と銀の合金を含んでもよい。
んでも、または前記ボンディング層が金，銀、または金
と銀の合金を含んでもよい。
【００２２】前記第１の基板がサファイヤまたはシリコ
ンを含んでもよい。
ンを含んでもよい。
【００２３】前記ＹＢＣＯ層と前記第１の基板との間に
緩衝材料を堆積する工程を含んでもよく、前記緩衝材料
がチタン酸ストロンチウム，チタン酸カルシウム，酸化
マグネシウムおよびイットリア安定化ジルコニアからな
る群から選ばれてもよい。
緩衝材料を堆積する工程を含んでもよく、前記緩衝材料
がチタン酸ストロンチウム，チタン酸カルシウム，酸化
マグネシウムおよびイットリア安定化ジルコニアからな
る群から選ばれてもよい。
【００２４】前記結合させる工程が、前記保護層の前記
超伝導材料の第１の層とは反対の面上にボンディング層
を形成する工程；および前記第２の機械的に安定な基板
を前記ボンディング層の前記保護層とは反対の面に結合
させる工程；具えてもよい。
超伝導材料の第１の層とは反対の面上にボンディング層
を形成する工程；および前記第２の機械的に安定な基板
を前記ボンディング層の前記保護層とは反対の面に結合
させる工程；具えてもよい。
【００２５】前記ボンディング層が接着剤であっても、
前記ボンディング層が貴金属であってもよい。
前記ボンディング層が貴金属であってもよい。
【００２６】前記保護層が貴金属であってもよく、前記
保護層が酸化シリコンまたは酸化アルミニウムであって
もよい。
保護層が酸化シリコンまたは酸化アルミニウムであって
もよい。
【００２７】本発明による超伝導マイクロ波装置の作製
方法は、第１の基板上に超伝導材料の第１の層を形成す
る工程；前記超伝導材料の第１の層の上に保護層を形成
する工程；第２の基板を前記保護層に結合させる工程；
前記第１の基板を約１ないし２５０μｍの範囲の厚さに
薄くしてマイクロ波領域のスペクトラムに適する誘電体
層を形成する工程；および前記誘電体層上に超伝導材料
の第２の層を形成して信号伝達回路を形成する工程；を
具えたことを特徴とする。
方法は、第１の基板上に超伝導材料の第１の層を形成す
る工程；前記超伝導材料の第１の層の上に保護層を形成
する工程；第２の基板を前記保護層に結合させる工程；
前記第１の基板を約１ないし２５０μｍの範囲の厚さに
薄くしてマイクロ波領域のスペクトラムに適する誘電体
層を形成する工程；および前記誘電体層上に超伝導材料
の第２の層を形成して信号伝達回路を形成する工程；を
具えたことを特徴とする。
【００２８】本発明によるマイクロ波回路は請求項２，
８，２１または２７の方法によって作製された超伝導電
子構造体を有することを特徴とする。
８，２１または２７の方法によって作製された超伝導電
子構造体を有することを特徴とする。
【００２９】本発明による超伝導マイクロ波回路装置
は、超伝導材料の第１の層；パターニングして回路を形
成した超伝導材料の第２の層；および前記第１および第
２の層の間にあり、約１ないし２５０μｍの範囲の厚さ
を有する誘電体層；を組合せ具えたことを特徴とする。
は、超伝導材料の第１の層；パターニングして回路を形
成した超伝導材料の第２の層；および前記第１および第
２の層の間にあり、約１ないし２５０μｍの範囲の厚さ
を有する誘電体層；を組合せ具えたことを特徴とする。
【００３０】さらに、本発明による超伝導回路の支持の
ために有用な超伝導電子構造体は、第１の基板；該第１
の基板の表面にエピタキシャル成長させた超伝導材料の
層；前記超伝導材料の層の前記第１の基板とは反対側の
面上に形成された保護層；および前記超伝導材料の層の
前記保護層の側と結合された支持基板；を組合せ具えた
ことを特徴とする。
ために有用な超伝導電子構造体は、第１の基板；該第１
の基板の表面にエピタキシャル成長させた超伝導材料の
層；前記超伝導材料の層の前記第１の基板とは反対側の
面上に形成された保護層；および前記超伝導材料の層の
前記保護層の側と結合された支持基板；を組合せ具えた
ことを特徴とする。
【００３１】ここで、前記支持基板がボンディング層に
よって前記保護層と結合され、該ボンディング層は金，
銀，金と銀の合金および有機接着剤からなる群から選ば
れた材料を含んでもよい。
よって前記保護層と結合され、該ボンディング層は金，
銀，金と銀の合金および有機接着剤からなる群から選ば
れた材料を含んでもよい。
【００３２】超伝導材料がＹＢＣＯであり、第１の基板
がアルミニウム酸ランタンまたは酸化マグネシウムであ
ってもよく、超伝導材料がＹＢＣＯであり、第１の基板
がサファイヤまたはシリコンであり、さらに前記第１の
基板と前記超伝導材料の間に緩衝層を含んでもよい。
がアルミニウム酸ランタンまたは酸化マグネシウムであ
ってもよく、超伝導材料がＹＢＣＯであり、第１の基板
がサファイヤまたはシリコンであり、さらに前記第１の
基板と前記超伝導材料の間に緩衝層を含んでもよい。
【００３３】前記緩衝層はチタン層ストロンチウム，チ
タン酸カルシウム，酸化マグネシウムおよびイットリア
安定化ジルコニアからなる群から選ばれた材料としても
よい。
タン酸カルシウム，酸化マグネシウムおよびイットリア
安定化ジルコニアからなる群から選ばれた材料としても
よい。
【００３４】前記第１の基板の厚さが約５０８μｍ（２
０ｍｉｌｓ）であってもよく、前記支持基板が前記保護
層にボンディング層で結合され、該ボンディング層は
金，銀，金と銀の合金および有機接着剤からなる群から
選ばれた材料を含んでもよい。
０ｍｉｌｓ）であってもよく、前記支持基板が前記保護
層にボンディング層で結合され、該ボンディング層は
金，銀，金と銀の合金および有機接着剤からなる群から
選ばれた材料を含んでもよい。
【００３５】本発明による超伝導電子構造体のための基
板を薄くする方法は、機械的に安定な第１の基板上に超
伝導材料の層を形成する工程；前記超伝導材料の層上に
保護層を形成する工程；機械的に安定な担持基板を前記
保護層に結合させる工程；および前記第１の基板を前記
担持基板で支持しながら前記第１の基板を薄くする工
程；を具えたことを特徴とする。
板を薄くする方法は、機械的に安定な第１の基板上に超
伝導材料の層を形成する工程；前記超伝導材料の層上に
保護層を形成する工程；機械的に安定な担持基板を前記
保護層に結合させる工程；および前記第１の基板を前記
担持基板で支持しながら前記第１の基板を薄くする工
程；を具えたことを特徴とする。
【００３６】本発明による薄い誘電体層の対向する両面
に超伝導体層を有する超伝導電子構造体の作製方法は、
超伝導材料の第１の層を第１の機械的に安定な基板上に
形成する工程；第２の機械的に安定な基板を前記超伝導
材料の第１の層に結合させる工程；前記第１および第２
の基板のうちの一方を薄くして誘電体層を形成する工
程；および 前記誘電体層の前記超伝導材料の第１の層
とは反対の面上に超伝導材料の第２の層を形成する工
程；を具えたことを特徴とする。
に超伝導体層を有する超伝導電子構造体の作製方法は、
超伝導材料の第１の層を第１の機械的に安定な基板上に
形成する工程；第２の機械的に安定な基板を前記超伝導
材料の第１の層に結合させる工程；前記第１および第２
の基板のうちの一方を薄くして誘電体層を形成する工
程；および 前記誘電体層の前記超伝導材料の第１の層
とは反対の面上に超伝導材料の第２の層を形成する工
程；を具えたことを特徴とする。
【００３７】ここで、前記第１および第２の基板のうち
の一方が前記第１の基板であり、前記結合させる工程
が、保護層を前記超伝導材料の第１の層上に形成する工
程；および前記第２の機械的に安定な基板を前記保護層
と結合させる工程；を具えてもよい。
の一方が前記第１の基板であり、前記結合させる工程
が、保護層を前記超伝導材料の第１の層上に形成する工
程；および前記第２の機械的に安定な基板を前記保護層
と結合させる工程；を具えてもよい。
【００３８】
【作用】要約すれば、この発明は、１〜２５０μｍの範
囲の厚さの誘電体層を有する現実的かつ健全なＨＴＳ装
置の製造を可能にするものである。新規な製造手順は好
都合に取扱うのに十分な厚さの第１の基板上にＨＴＳ膜
を堆積することから始まる。次に超伝導体は特別な保護
層、超伝導体外へのおよび超伝導体内への酸素のマイグ
レーションを規制する保護膜で覆われる。この保護層は
また超伝導体が処理の間および膜成長の間将来の膜と反
応することを防ぐ。銅酸化物超伝導体は非常に反応し易
く、それらの化学量論または結晶構造のいかなる崩壊も
速やかに超伝導性を劣化させる。
囲の厚さの誘電体層を有する現実的かつ健全なＨＴＳ装
置の製造を可能にするものである。新規な製造手順は好
都合に取扱うのに十分な厚さの第１の基板上にＨＴＳ膜
を堆積することから始まる。次に超伝導体は特別な保護
層、超伝導体外へのおよび超伝導体内への酸素のマイグ
レーションを規制する保護膜で覆われる。この保護層は
また超伝導体が処理の間および膜成長の間将来の膜と反
応することを防ぐ。銅酸化物超伝導体は非常に反応し易
く、それらの化学量論または結晶構造のいかなる崩壊も
速やかに超伝導性を劣化させる。
【００３９】保護された超伝導層は次に第２の担持基板
に結合されて、超伝導体は２つの安定化基板の間に機械
的に挟まれる。かく安定化された状態で、もとの第１の
基板は今や所望の薄さまで機械加工および研磨すること
ができ、必要に応じて１〜２５０μｍ厚の誘電体層を形
成することができる。次に誘電体層に第２の超伝導体を
堆積して、超伝導体−誘電体−超伝導体（ＳＤＳ）構造
が完成される。このＳＤＳ構造は、マイクロ波回路だけ
でなく、インピーダンス整合が望まれる直流への応用さ
え含む、任意の周波数で動作する部品、デバイスおよび
回路に対して適しており、かつ有用である。
に結合されて、超伝導体は２つの安定化基板の間に機械
的に挟まれる。かく安定化された状態で、もとの第１の
基板は今や所望の薄さまで機械加工および研磨すること
ができ、必要に応じて１〜２５０μｍ厚の誘電体層を形
成することができる。次に誘電体層に第２の超伝導体を
堆積して、超伝導体−誘電体−超伝導体（ＳＤＳ）構造
が完成される。このＳＤＳ構造は、マイクロ波回路だけ
でなく、インピーダンス整合が望まれる直流への応用さ
え含む、任意の周波数で動作する部品、デバイスおよび
回路に対して適しており、かつ有用である。
【００４０】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００４１】図１はＳＤＳ構造を用いた超伝導マイクロ
波回路の典型的な部分を示す。基本的な要素は接地面超
伝導体層１０，薄い誘電体層１２および超伝導材料のス
トリップ１４である。信号は主に接地面１０およびスト
リップ１４によって境界づけられた誘電体層１２内を電
磁波の形で伝搬する。ストリップ１４を非常に長くし
て、信号遅延線のような装置を作ることができ、または
容量的に結合したギャップを形成してフィルタまたは共
振器を作ることができ、または単純に信号が搬送される
伝送線として用いることもできる。典型的に用いられる
特性インピーダンスに対して、誘電体の厚さＤＴは線の
幅ＬＷの程度である必要がある。現在の設計に適用可能
な、所要の回路実装密度を実現するためにはＬＷは１μ
ｍ程度の小さな値とすることができ、これはＤＴが１μ
ｍという薄さでなければならないであろうことを意味し
ている。図２〜図６は、図１に示したＨＴＳ膜およびＤ
Ｔが１〜２５０μｍの範囲であることが可能な適用可能
な誘電体を用いた特別なＳＤＳ構造を作る方法の各段階
を示す。
波回路の典型的な部分を示す。基本的な要素は接地面超
伝導体層１０，薄い誘電体層１２および超伝導材料のス
トリップ１４である。信号は主に接地面１０およびスト
リップ１４によって境界づけられた誘電体層１２内を電
磁波の形で伝搬する。ストリップ１４を非常に長くし
て、信号遅延線のような装置を作ることができ、または
容量的に結合したギャップを形成してフィルタまたは共
振器を作ることができ、または単純に信号が搬送される
伝送線として用いることもできる。典型的に用いられる
特性インピーダンスに対して、誘電体の厚さＤＴは線の
幅ＬＷの程度である必要がある。現在の設計に適用可能
な、所要の回路実装密度を実現するためにはＬＷは１μ
ｍ程度の小さな値とすることができ、これはＤＴが１μ
ｍという薄さでなければならないであろうことを意味し
ている。図２〜図６は、図１に示したＨＴＳ膜およびＤ
Ｔが１〜２５０μｍの範囲であることが可能な適用可能
な誘電体を用いた特別なＳＤＳ構造を作る方法の各段階
を示す。
【００４２】図２において、超伝導材料の第１の層１０
は第１の基板１２上にエピタキシャル成長されている。
ＹＢＣＯは好ましい超伝導体であり、一方、アルミニウ
ム酸ランタンまたは酸化マグネシウムは好ましい基板材
料である。超伝導膜を成長させまたは堆積する個別の方
法は本発明に対して特に重要ではない。好ましい堆積方
法はレーザアブレーションおよびオフアクシス（ｏｆｆ
−ａｘｉｓ）スパッタリングであるが、任意の堆積処理
法を使用することができ、他の形式の物理的気相堆積
法、化学的気相堆積法、有機金属化学的気相堆積法およ
び液層エピタキシさえも高品質の膜を堆積する点での発
展がありさえすれば含まれる。
は第１の基板１２上にエピタキシャル成長されている。
ＹＢＣＯは好ましい超伝導体であり、一方、アルミニウ
ム酸ランタンまたは酸化マグネシウムは好ましい基板材
料である。超伝導膜を成長させまたは堆積する個別の方
法は本発明に対して特に重要ではない。好ましい堆積方
法はレーザアブレーションおよびオフアクシス（ｏｆｆ
−ａｘｉｓ）スパッタリングであるが、任意の堆積処理
法を使用することができ、他の形式の物理的気相堆積
法、化学的気相堆積法、有機金属化学的気相堆積法およ
び液層エピタキシさえも高品質の膜を堆積する点での発
展がありさえすれば含まれる。
【００４３】一般に、最高品質のＹＢＣＯ膜は現場堆積
法（ｉｎ ｓｉｔｕ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃ
ｅｓｓ）によって、換言すれば、超伝導結晶構造を形成
するために堆積後の高温のアニールを必要としない処理
法によって作られる。しかし、他の当業者はいわゆる
“フッ化バリウム”技術によって高品質のＹＢＣＯを作
ることを報告している。その方法においては、膜は初め
にフッ素を含む非晶質構造で形成され、その後酸素雰囲
気中で高温でアニールしてフッ素を酸素中に駆逐し、所
望の結晶構造を作る。本発明の膜はフッ化バリウム技術
で作ることができ、その場合は適宜なアニール工程が含
まれなければならない。
法（ｉｎ ｓｉｔｕ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃ
ｅｓｓ）によって、換言すれば、超伝導結晶構造を形成
するために堆積後の高温のアニールを必要としない処理
法によって作られる。しかし、他の当業者はいわゆる
“フッ化バリウム”技術によって高品質のＹＢＣＯを作
ることを報告している。その方法においては、膜は初め
にフッ素を含む非晶質構造で形成され、その後酸素雰囲
気中で高温でアニールしてフッ素を酸素中に駆逐し、所
望の結晶構造を作る。本発明の膜はフッ化バリウム技術
で作ることができ、その場合は適宜なアニール工程が含
まれなければならない。
【００４４】もし第１の基板１２がサファイヤまたはシ
リコンであれば、構造は層１０と１２との間に堆積され
た薄い誘電体緩衝層を含んでもよい。ＹＢＣＯはサファ
イヤおよびシリコンと化学的に反応し、それによってそ
の超伝導特性は劣化する。この劣化はＹＢＣＯまたは基
板材料のいずれとも反応しない中間に介在する緩衝層を
一層またはそれ以上堆積することによって防ぐことがで
きる。適当な緩衝層材料はチタン酸ストロンチウム，チ
タン酸カルシウム、酸化マグネシウムおよびイットリア
安定化ジルコニアを含む。中間介在の緩衝層はまたＹＢ
ＣＯのエピタキシをも改善する。中間の緩衝層１１を組
込んだ実施例は後に図７に関して議論されるであろう。
リコンであれば、構造は層１０と１２との間に堆積され
た薄い誘電体緩衝層を含んでもよい。ＹＢＣＯはサファ
イヤおよびシリコンと化学的に反応し、それによってそ
の超伝導特性は劣化する。この劣化はＹＢＣＯまたは基
板材料のいずれとも反応しない中間に介在する緩衝層を
一層またはそれ以上堆積することによって防ぐことがで
きる。適当な緩衝層材料はチタン酸ストロンチウム，チ
タン酸カルシウム、酸化マグネシウムおよびイットリア
安定化ジルコニアを含む。中間介在の緩衝層はまたＹＢ
ＣＯのエピタキシをも改善する。中間の緩衝層１１を組
込んだ実施例は後に図７に関して議論されるであろう。
【００４５】なおも図２を参照するに、基板１２はこの
段階ではおそらく２０ミル（５０８μｍ）の厚さＳＴを
もっており、この厚さは基板を妥当な程度に安定にかつ
加工可能にする。この厚さは基板１２を構造的に安定に
し、かつ横方向の十分な熱伝導を許し超伝導層１０の成
長の間ほぼ７５０℃の均一な一定温度において、上部の
成長表面を熱的に一様にする。好ましい実施例において
は、基板１２はヒーターに銀ペーストで保持され、金属
箔に締付け保持され、銀合金でろう付けされ、または放
射加熱されて成長表面にわたって完全に均一な温度を確
保する。
段階ではおそらく２０ミル（５０８μｍ）の厚さＳＴを
もっており、この厚さは基板を妥当な程度に安定にかつ
加工可能にする。この厚さは基板１２を構造的に安定に
し、かつ横方向の十分な熱伝導を許し超伝導層１０の成
長の間ほぼ７５０℃の均一な一定温度において、上部の
成長表面を熱的に一様にする。好ましい実施例において
は、基板１２はヒーターに銀ペーストで保持され、金属
箔に締付け保持され、銀合金でろう付けされ、または放
射加熱されて成長表面にわたって完全に均一な温度を確
保する。
【００４６】図３は処理方法の次の段階を示し、保護層
（または複数の保護層）１６が超伝導体層１０の上に堆
積されている。保護層１６は、ＨＴＳ結晶相のあるも
の、特にＹＢＣＯ化合物についてのものが堆積処理で用
いられる温度と圧力で不安定なために使用される。超伝
導材料は酸素を失い易く、そのことはその超伝導特性を
劣化させる。例えば高温で低酸素圧力に遭遇すると超伝
導の斜方晶系（ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ）のＹＢＣＯ
相は酸素を失い正方対称（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌｓｙｍ
ｍｅｔｒｙ）を有する正方晶系の絶縁相に変態するだろ
うし、もしくはＹ2 ＢＣｕＯ5 ，ＢａＣｕＯ2 および／
またはＣｕ2 Ｏ等の種に分解さえするかもしれない。さ
らに、ＹＢＣＯは多くの物質と反応し易く、保護なしで
は引きつづく処理工程で劣化し得る。保護膜１６は酸素
の拡散を規制し、超伝導体層１０と次のボンディグ層と
の間の化学作用または拡散を防ぐ。層１６は銀，金また
はＳｉＯ2 またはＡｌ2 Ｏ3 のような酸化物を含んでも
よい。金は入手可能な材料の中で最も反応し難い元素で
あり、化学的な拡散および酸素の損失を最もよく規制す
るので好ましものである。あるいはまた、層１６は他の
ＹＢＣＯ層または高温で分解して酸素を放出する酸化銀
のような他の酸化物を含んでもよい。
（または複数の保護層）１６が超伝導体層１０の上に堆
積されている。保護層１６は、ＨＴＳ結晶相のあるも
の、特にＹＢＣＯ化合物についてのものが堆積処理で用
いられる温度と圧力で不安定なために使用される。超伝
導材料は酸素を失い易く、そのことはその超伝導特性を
劣化させる。例えば高温で低酸素圧力に遭遇すると超伝
導の斜方晶系（ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ）のＹＢＣＯ
相は酸素を失い正方対称（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌｓｙｍ
ｍｅｔｒｙ）を有する正方晶系の絶縁相に変態するだろ
うし、もしくはＹ2 ＢＣｕＯ5 ，ＢａＣｕＯ2 および／
またはＣｕ2 Ｏ等の種に分解さえするかもしれない。さ
らに、ＹＢＣＯは多くの物質と反応し易く、保護なしで
は引きつづく処理工程で劣化し得る。保護膜１６は酸素
の拡散を規制し、超伝導体層１０と次のボンディグ層と
の間の化学作用または拡散を防ぐ。層１６は銀，金また
はＳｉＯ2 またはＡｌ2 Ｏ3 のような酸化物を含んでも
よい。金は入手可能な材料の中で最も反応し難い元素で
あり、化学的な拡散および酸素の損失を最もよく規制す
るので好ましものである。あるいはまた、層１６は他の
ＹＢＣＯ層または高温で分解して酸素を放出する酸化銀
のような他の酸化物を含んでもよい。
【００４７】ニオブのような低Ｔｃ超伝導材料に対して
開発されたマイクロ波技術においては、クロムおよびイ
ンジウム合金のような酸素と反応する種を超伝導膜に直
接に接して、またはその極く近傍に用いることができ
る。これらと同じ方法を高Ｔｃ超伝導体に用いると製造
過程においてＨＴＳ膜からの酸素の損失が生じ、従って
超伝導特性が劣化する。しかし、銀，金および二酸化シ
リコンのような材料は最小の劣化を生ずるに過ぎず実際
にはＨＴＳ膜上に保護障壁を形成する。ＹＢＣＯの表面
抵抗はこれらの材料によって重大な影響を受けないこと
が見出された。
開発されたマイクロ波技術においては、クロムおよびイ
ンジウム合金のような酸素と反応する種を超伝導膜に直
接に接して、またはその極く近傍に用いることができ
る。これらと同じ方法を高Ｔｃ超伝導体に用いると製造
過程においてＨＴＳ膜からの酸素の損失が生じ、従って
超伝導特性が劣化する。しかし、銀，金および二酸化シ
リコンのような材料は最小の劣化を生ずるに過ぎず実際
にはＨＴＳ膜上に保護障壁を形成する。ＹＢＣＯの表面
抵抗はこれらの材料によって重大な影響を受けないこと
が見出された。
【００４８】図４において、図３に示した構造が逆にさ
れ、かつ適当なボンディング層１８で担持基板２０に結
合されている。ボンディング層１８は金属元素もしくは
合金を含んでもよく、それらは適当に拡散ボンディング
されまたは加熱溶融される。これらの層１８は層１６ま
たは２０上に化学的または物理的堆積法によって直接に
堆積された薄い金属箔または薄い金属膜からなっていて
もよい。あるいはまた、有機接着剤を使用することもで
きる。保護層１６が銀または金で作られると、それはま
たボンディング層１８としても働く。ボンディング層に
よって行われた結合は機械的な結合であるが、これに限
られることなく、化学的結合を形成することも同様に可
能である。担持基板２０は構造を機械的に安定にする。
担持基板２０は著しく温度が変化している時に機械的な
応力を消去するように、好ましくは第１の基板１２と同
じ材料または少なくとも類似の熱機械的特性を有する材
料で作られる。超伝導体層１０は今や第１の基板１２と
担持基板２０との間に挟まれており、超伝導体層１０を
汚染しまたは物理的に損傷するおそれなく、第１の基板
１２を研磨してその厚さを所望値にまで減少させること
ができる。さらに、基板１２は担持基板２０によって物
理的破壊に対して物理的に支持される。
れ、かつ適当なボンディング層１８で担持基板２０に結
合されている。ボンディング層１８は金属元素もしくは
合金を含んでもよく、それらは適当に拡散ボンディング
されまたは加熱溶融される。これらの層１８は層１６ま
たは２０上に化学的または物理的堆積法によって直接に
堆積された薄い金属箔または薄い金属膜からなっていて
もよい。あるいはまた、有機接着剤を使用することもで
きる。保護層１６が銀または金で作られると、それはま
たボンディング層１８としても働く。ボンディング層に
よって行われた結合は機械的な結合であるが、これに限
られることなく、化学的結合を形成することも同様に可
能である。担持基板２０は構造を機械的に安定にする。
担持基板２０は著しく温度が変化している時に機械的な
応力を消去するように、好ましくは第１の基板１２と同
じ材料または少なくとも類似の熱機械的特性を有する材
料で作られる。超伝導体層１０は今や第１の基板１２と
担持基板２０との間に挟まれており、超伝導体層１０を
汚染しまたは物理的に損傷するおそれなく、第１の基板
１２を研磨してその厚さを所望値にまで減少させること
ができる。さらに、基板１２は担持基板２０によって物
理的破壊に対して物理的に支持される。
【００４９】図５において、第１の基板１２は研磨され
薄い誘電体層１２が形成されている。層１２は所望に応
じて１〜２５０μｍの範囲の厚さまで機械加工されまた
は化学的にエッチングされて電子回路のための誘電体層
を形成することができる。
薄い誘電体層１２が形成されている。層１２は所望に応
じて１〜２５０μｍの範囲の厚さまで機械加工されまた
は化学的にエッチングされて電子回路のための誘電体層
を形成することができる。
【００５０】最後に、図６において、第２の超伝導体層
１４が誘電体層１２の上に堆積される。第２の超伝導体
層１４は次に標準の技術によってパターニングされ、図
１に関して議論したような所望の装置、部品または回路
を形成してもよい。担持基板２０をヒーターにろう付け
および／または締付け保持しまたは放射加熱によって再
び加熱を行い、第２の超伝導体層１４の高品質エピタキ
シャル成長を行う。複合ＳＤＳ構造は１つの基板より厚
いので、成長表面において最適温度を与えるためにはよ
り多くのエネルギーを基板ヒーターに供給しなければな
らないだろう。所望に応じて、図６において担持基板２
０の底面に超伝導材料の他の層を堆積しパターニングす
ることによって付加的な回路を加えてもよい。
１４が誘電体層１２の上に堆積される。第２の超伝導体
層１４は次に標準の技術によってパターニングされ、図
１に関して議論したような所望の装置、部品または回路
を形成してもよい。担持基板２０をヒーターにろう付け
および／または締付け保持しまたは放射加熱によって再
び加熱を行い、第２の超伝導体層１４の高品質エピタキ
シャル成長を行う。複合ＳＤＳ構造は１つの基板より厚
いので、成長表面において最適温度を与えるためにはよ
り多くのエネルギーを基板ヒーターに供給しなければな
らないだろう。所望に応じて、図６において担持基板２
０の底面に超伝導材料の他の層を堆積しパターニングす
ることによって付加的な回路を加えてもよい。
【００５１】前述の如く、図７に示すように、層１０と
１２の間に堆積された薄い誘電体緩衝層１１を含んで、
超伝導体層が基板と化学的に反応してそのためにその超
伝導特性が劣化するのを防ぐことが望ましいかもしれな
い。この劣化は超伝導体および基板のいずれの材料とも
化学的に反応しない中間介在の緩衝層１１を一層または
それ以上堆積することによって防ぐことができる。適当
な緩衝層材料はチタン酸ストロンチウム，チタン酸カル
シウム，酸化マグネシウムおよびイットリア安定化ジル
コニアを含む。中間介在の緩衝層はまた超伝導体の面内
（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）エピタキシまたは面内方位（ｉｎ
−ｐｌａｎｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を改善するこ
ともできる。ここで面内方位とは、基板表面の面内にお
ける結晶方位であって、良い面内エピタキシは大傾角結
晶粒界（ｌａｒｇｅ−ａｎｇｌｅｇｒａｉｎ ｂｏｕｎ
ｄａｒｉｅｓ）が少なく、従って結晶粒の境界において
弱結合（ｗｅａｋ−ｌｉｎｋ）ジョセフソン接合が少な
いことを意味する。図７の構造は、図４と同様に、逆に
され、ボンディング層１８で担持基板２０に結合され
る。基板１２は適当な誘電体層に薄くされ、第２の中間
介在緩衝層２１が層１２の上に堆積され、ついで第２の
超伝導体層１４が堆積されて図８に示されるＳＤＳ構造
が形成される。図８の構造は緩衝層１１および２１を含
んでいる以外は図６に示した構造と基本的に同じであ
る。
１２の間に堆積された薄い誘電体緩衝層１１を含んで、
超伝導体層が基板と化学的に反応してそのためにその超
伝導特性が劣化するのを防ぐことが望ましいかもしれな
い。この劣化は超伝導体および基板のいずれの材料とも
化学的に反応しない中間介在の緩衝層１１を一層または
それ以上堆積することによって防ぐことができる。適当
な緩衝層材料はチタン酸ストロンチウム，チタン酸カル
シウム，酸化マグネシウムおよびイットリア安定化ジル
コニアを含む。中間介在の緩衝層はまた超伝導体の面内
（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）エピタキシまたは面内方位（ｉｎ
−ｐｌａｎｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を改善するこ
ともできる。ここで面内方位とは、基板表面の面内にお
ける結晶方位であって、良い面内エピタキシは大傾角結
晶粒界（ｌａｒｇｅ−ａｎｇｌｅｇｒａｉｎ ｂｏｕｎ
ｄａｒｉｅｓ）が少なく、従って結晶粒の境界において
弱結合（ｗｅａｋ−ｌｉｎｋ）ジョセフソン接合が少な
いことを意味する。図７の構造は、図４と同様に、逆に
され、ボンディング層１８で担持基板２０に結合され
る。基板１２は適当な誘電体層に薄くされ、第２の中間
介在緩衝層２１が層１２の上に堆積され、ついで第２の
超伝導体層１４が堆積されて図８に示されるＳＤＳ構造
が形成される。図８の構造は緩衝層１１および２１を含
んでいる以外は図６に示した構造と基本的に同じであ
る。
【００５２】本技術の効果はＹＢＣＯを超伝導体として
用い、およびボンディング層１８および保護層１６の双
方に金を用いたマイクロ波平行板共振器の製造によって
確認された。ボンディングは温度８００℃、一軸性の高
圧で行われた。共振器は６．４１ＧＨｚの周波数でほぼ
６０４０のＱを持っていた。さらに金および銀の拡散ボ
ンディングが両面ＹＢＣＯ構造を作るために用いられて
成功した。
用い、およびボンディング層１８および保護層１６の双
方に金を用いたマイクロ波平行板共振器の製造によって
確認された。ボンディングは温度８００℃、一軸性の高
圧で行われた。共振器は６．４１ＧＨｚの周波数でほぼ
６０４０のＱを持っていた。さらに金および銀の拡散ボ
ンディングが両面ＹＢＣＯ構造を作るために用いられて
成功した。
【００５３】本発明はＢａ1-x Ｋx ＢｉＯ3 またはＢａ
1-x Ｒｂx ＢｉＯ3 のようなビスマス酸塩超伝導体に対
してもまた適している。ビスマス酸塩はより低い超伝導
転移温度をもっているが、立方構造の利点を有し、ヒス
テリシスジョセフソン接合を作るのに向いている。ヒス
テリシスジョセフソン接合は良く知られている各種の超
伝導論理素子に基づいたディジタル信号処理回路を集積
化することを可能にする。ビスマス酸塩は酸素損失を受
けないが、非常に薄い誘電体の対向する両面上に２つの
超伝導体層を形成する点については同様の問題がある。
1-x Ｒｂx ＢｉＯ3 のようなビスマス酸塩超伝導体に対
してもまた適している。ビスマス酸塩はより低い超伝導
転移温度をもっているが、立方構造の利点を有し、ヒス
テリシスジョセフソン接合を作るのに向いている。ヒス
テリシスジョセフソン接合は良く知られている各種の超
伝導論理素子に基づいたディジタル信号処理回路を集積
化することを可能にする。ビスマス酸塩は酸素損失を受
けないが、非常に薄い誘電体の対向する両面上に２つの
超伝導体層を形成する点については同様の問題がある。
【００５４】この発明は、全ての既知の酸化物超伝導体
およびアルミニウム酸ランタン，没食子酸ネオジム，ア
ルミニウム酸カルシウムネオジム，サファイヤ，シリコ
ン，没食子酸ランタンストロンチウムおよび酸化イット
リウムを含み、その上にＨＴＳ膜が堆積される全ての既
知の基板に対して適している。基板材料は、ある程度ま
で超伝導膜の品質および緩衝層の必要性を決定するが、
その他の点では、基板の材料は本発明の新規性に関して
基本的ではない。
およびアルミニウム酸ランタン，没食子酸ネオジム，ア
ルミニウム酸カルシウムネオジム，サファイヤ，シリコ
ン，没食子酸ランタンストロンチウムおよび酸化イット
リウムを含み、その上にＨＴＳ膜が堆積される全ての既
知の基板に対して適している。基板材料は、ある程度ま
で超伝導膜の品質および緩衝層の必要性を決定するが、
その他の点では、基板の材料は本発明の新規性に関して
基本的ではない。
【００５５】この開示において記述された方法は、これ
まで決して得られなかった構造を作ることができるもの
であり、その構造は広い範囲の厚さの層間誘電体層をも
って作製されるＨＴＳマイクロ波装置および回路および
他のインピーダンス整合された装置および回路を許容す
るものである。特に開示された新しいプロセスは従来技
術に比べ、より密度が高い回路およびより高い周波数の
部品を作るのに用いることができる。列挙された工程の
僅かな変更はもちろん可能である。しかし、発明は特許
請求の範囲の記載およびその均等の範囲に従ってのみ限
定されるべきである。
まで決して得られなかった構造を作ることができるもの
であり、その構造は広い範囲の厚さの層間誘電体層をも
って作製されるＨＴＳマイクロ波装置および回路および
他のインピーダンス整合された装置および回路を許容す
るものである。特に開示された新しいプロセスは従来技
術に比べ、より密度が高い回路およびより高い周波数の
部品を作るのに用いることができる。列挙された工程の
僅かな変更はもちろん可能である。しかし、発明は特許
請求の範囲の記載およびその均等の範囲に従ってのみ限
定されるべきである。
【００５６】なお、もとの基板を薄くして薄い誘電体層
を作る代りに、第２に被着された基板を薄くすることが
できることに注意すべきである。後者の場合、第２の超
伝導体は薄くされた第１の基板上にでなく、薄くされた
第２の基板上に形成されるべきである。
を作る代りに、第２に被着された基板を薄くすることが
できることに注意すべきである。後者の場合、第２の超
伝導体は薄くされた第１の基板上にでなく、薄くされた
第２の基板上に形成されるべきである。
【図１】本発明の作製手順によって得られる所望のＳＤ
Ｓ構造の動作層の部分を示す斜視図である。
Ｓ構造の動作層の部分を示す斜視図である。
【図２】図１に示した構造を作製するのに用いられる順
次の工程において第１の基板上に第１の超伝導体層を堆
積した工程を示す図である。
次の工程において第１の基板上に第１の超伝導体層を堆
積した工程を示す図である。
【図３】図１に示した構造を作製するのに用いられる順
次の工程において第１の超伝導体層上に保護層を付加し
た工程を示す図である。
次の工程において第１の超伝導体層上に保護層を付加し
た工程を示す図である。
【図４】図１に示した構造を作製するのに用いられる順
次の工程において図３の構造を担持基板に結合させて構
造を機械的に安定化させた工程を示す図である。
次の工程において図３の構造を担持基板に結合させて構
造を機械的に安定化させた工程を示す図である。
【図５】図１に示した構造を作製するのに用いられる順
次の工程において第１の基板の厚さを減少させ薄い誘電
体層を作成した工程を示す図である。
次の工程において第１の基板の厚さを減少させ薄い誘電
体層を作成した工程を示す図である。
【図６】図１に示した構造を作製するのに用いられる順
次の工程において第２の超伝導体層を加えてＳＤＳ構造
を作った工程を示す図である。
次の工程において第２の超伝導体層を加えてＳＤＳ構造
を作った工程を示す図である。
【図７】第１の基板と第１の超伝導体層との間に緩衝層
を設けた以外は図２と類似の本発明の第２の実施例を示
す図である。
を設けた以外は図２と類似の本発明の第２の実施例を示
す図である。
【図８】図６のＳＤＳ構造に誘電体層と双方の超伝導体
層との間に緩衝層を介挿させたＳＤＳ構造を示す図であ
る。
層との間に緩衝層を介挿させたＳＤＳ構造を示す図であ
る。
１０，１４ 超伝導体層 １１，２１ 緩衝層 １２ 第１の基板 １６ 保護層 １８ ボンディング層 ２０ 第２の基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブラディ エフ． コール アメリカ合衆国 94086 カリフォルニア 州 サニーベイル ヘンダーソン アベニ ュ 1235エイ (72)発明者 ランディ ダブリュ． サイモン アメリカ合衆国 94002 カリフォルニア 州 ベルモント アーバー アベニュ 2008
Claims (47)
- 【請求項１】 第１の機械的に安定な基板上に超伝導材
料の第１の層を形成する工程；前記超伝導材料の第１の
層の上に保護層を形成する工程；第２の機械的に安定な
基板を前記保護層に結合させる工程；前記第１の基板を
薄くして誘電体層を形成する工程；および超伝導材料の
第２の層を前記誘電体層の前記保護層と反対の面上に形
成する工程；を具えたことを特徴とする薄い誘電体層の
対向する両面上に超伝導層を有する超伝導電子構造体の
作製方法。 - 【請求項２】 前記超伝導材料の第２の層をパターニン
グして電子回路構造体を形成することを特徴とする請求
項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記超伝導材料の第１および第２の層が
物理的気相堆積法によって形成されることを特徴とする
請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記超伝導材料の第１および第２の層が
化学的気相堆積法によって形成されることを特徴とする
請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記超伝導材料がビスマス酸塩であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 前記超伝導材料が銅酸塩であることを特
徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記超伝導材料はＹＢＣＯを含むことを
特徴とする請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 前記第１の基板はアルミニウム酸ランタ
ン，酸化マグネシウムまたは没食子酸ネオジムを含むこ
とを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 前記保護層が酸素源を含むことを特徴と
する請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記源がＹＢＣＯであることを特徴と
する請求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記源が酸化銀であることを特徴とす
る請求項９に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記保護層が金，銀または金と銀の合
金を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記保護層が酸化物であることを特徴
とする請求項８に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記酸化物がＳｉＯ2 であることを特
徴とする請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記酸化物がＡｌ2 Ｏ3 であることを
特徴とする請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記結合させる工程が、 前記保護層の前記超伝導材料の第１の層とは反対の面上
にボンディング層を形成する工程；および前記第２の機
械的に安定な基板を前記ボンディング層の前記保護層と
は反対の面に結合させる工程；を具えたことを特徴とす
る請求項１に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記ボンディング層が接着剤を含むこ
とを特徴とする請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記ボンディング層が金，銀、または
金と銀の合金を含むことを特徴とする請求項１６に記載
の方法。 - 【請求項１９】 前記第１の基板がサファイヤまたはシ
リコンを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記ＹＢＣＯ層と前記第１の基板との
間に緩衝材料を堆積する工程を含むことを特徴とする請
求項１９に記載の方法。 - 【請求項２１】 前記緩衝材料がチタン酸ストロンチウ
ム，チタン酸カルシウム，酸化マグネシウムおよびイッ
トリア安定化ジルコニアからなる群から選ばれることを
特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 【請求項２２】 前記結合させる工程が、 前記保護層の前記超伝導材料の第１の層とは反対の面上
にボンディング層を形成する工程；および前記第２の機
械的に安定な基板を前記ボンディング層の前記保護層と
は反対の面に結合させる工程；を具えたことを特徴とす
る請求項２１に記載の方法。 - 【請求項２３】 前記ボンディング層が接着剤であるこ
とを特徴とする請求項２２に記載の方法。 - 【請求項２４】 前記ボンディング層が貴金属であるこ
とを特徴とする請求項２２に記載の方法。 - 【請求項２５】 前記保護層が貴金属であることを特徴
とする請求項２１，２３または２４に記載の方法。 - 【請求項２６】 前記保護層が酸化シリコンまたは酸化
アルミニウムであることを特徴とする請求項２１，２３
または２４に記載の方法。 - 【請求項２７】 第１の基板上に超伝導材料の第１の層
を形成する工程；前記超伝導材料の第１の層の上に保護
層を形成する工程；第２の基板を前記保護層に結合させ
る工程；前記第１の基板を約１ないし２５０μｍの範囲
の厚さに薄くしてマイクロ波領域のスペクトラムに適す
る誘電体層を形成する工程；および前記誘電体層上に超
伝導材料の第２の層を形成して信号伝達回路を形成する
工程；を具えたことを特徴とする超伝導マイクロ波装置
の作製方法。 - 【請求項２８】 請求項２の方法によって作製された超
伝導電子構造を有することを特徴とするマイクロ波回
路。 - 【請求項２９】 請求項８の方法によって作製された超
伝導電子構造を有することを特徴とするマイクロ波回
路。 - 【請求項３０】 請求項２１の方法によって作製された
超伝導電子構造を有することを特徴とするマイクロ波回
路。 - 【請求項３１】 請求項２７の方法によって作製された
超伝導電子構造を有することを特徴とするマイクロ波回
路。 - 【請求項３２】 超伝導材料の第１の層；パターニング
して回路を形成した超伝導材料の第２の層；および前記
第１および第２の層の間にあり、約１ないし２５０μｍ
の範囲の厚さを有する誘電体層；を組合せ具えたことを
特徴とする超伝導マイクロ波回路装置。 - 【請求項３３】 前記超伝導材料が銅酸塩であることを
特徴とする請求項３２に記載の装置。 - 【請求項３４】 前記超伝導材料がビスマス酸塩である
ことを特徴とする請求項３２に記載の装置。 - 【請求項３５】 第１の基板；該第１の基板の表面にエ
ピタキシャル成長させた超伝導材料の層；前記超伝導材
料の層の前記第１の基板とは反対側の面上に形成された
保護層；および前記超伝導材料の層の前記保護層の側と
結合された支持基板；を組合せ具えたことを特徴とする
超伝導回路の支持のために有用な超伝導電子構造体。 - 【請求項３６】 前記支持基板がボンディング層によっ
て前記保護層と結合され、該ボンディング層は金，銀，
金と銀の合金および有機接着剤からなる群から選ばれた
材料を含むことを特徴とする請求項３５に記載の構造
体。 - 【請求項３７】 超伝導材料がＹＢＣＯであり、第１の
基板がアルミニウム酸ランタンまたは酸化マグネシウム
であることを特徴とする請求項３５に記載の構造体。 - 【請求項３８】 超伝導材料がＹＢＣＯであり、第１の
基板がサファイヤまたはシリコンであり、さらに前記第
１の基板と前記超伝導材料の間に緩衝層を含むことを特
徴とする請求項３５に記載の構造体。 - 【請求項３９】 前記緩衝層はチタン層ストロンチウ
ム，チタン酸カルシウム，酸化マグネシウムおよびイッ
トリア安定化ジルコニアからなる群から選ばれた材料で
あることを特徴とする請求項３８に記載の構造体。 - 【請求項４０】 前記第１の基板の厚さが約５０８μｍ
（２０ｍｉｌｓ）であることを特徴とする請求項３５に
記載の構造体。 - 【請求項４１】 前記支持基板が前記保護層にボンディ
ング層で結合され、該ボンディング層は金，銀，金と銀
の合金および有機接着剤からなる群から選ばれた材料を
含むことを特徴とする請求項４０に記載の構造体。 - 【請求項４２】 超伝導材料がＹＢＣＯであり、第１の
基板がアルミニウム酸ランタンまたは酸化マグネシウム
であることを特徴とする請求項４１に記載の構造体。 - 【請求項４３】 超伝導材料がＹＢＣＯであり、第１の
基板がサファイヤまたはシリコンであり、さらに前記第
１の基板と前記超伝導材料との間に緩衝層が設けられて
いることを特徴とする請求項４０に記載の構造体。 - 【請求項４４】 前記緩衝層がチタン酸ストロンチウ
ム，チタン酸カルシウム，酸化マグネシウムおよびイッ
トリア安定化ジルコニアからなる群から選ばれた材料で
あることを特徴とする請求項４３に記載の構造体。 - 【請求項４５】 機械的に安定な第１の基板上に超伝導
材料の層を形成する工程；前記超伝導材料の層上に保護
層を形成する工程；機械的に安定な担持基板を前記保護
層に結合させる工程；および前記第１の基板を前記担持
基板で支持しながら前記第１の基板を薄くする工程；を
具えたことを特徴とする超伝導電子構造のための基板を
薄くする方法。 - 【請求項４６】 超伝導材料の第１の層を第１の機械的
に安定な基板上に形成する工程；第２の機械的に安定な
基板を前記超伝導材料の第１の層に結合させる工程；前
記第１および第２の基板のうちの一方を薄くして誘電体
層を形成する工程；および前記誘電体層の前記超伝導材
料の第１の層とは反対の面上に超伝導材料の第２の層を
形成する工程；を具えたことを特徴とする薄い誘電体層
の対向する両面に超伝導体層を有する超伝導電子構造体
の作製方法。 - 【請求項４７】 前記第１および第２の基板のうちの一
方が前記第１の基板であり、前記結合させる工程が、 保護層を前記超伝導材料の第１の層上に形成する工程；
および前記第２の機械的に安定な基板を前記保護層と結
合させる工程；を具えたことを特徴とする請求項４６に
記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4222828A JPH06112713A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 基板の対向する両面上に高温超伝導体膜を作製する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4222828A JPH06112713A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 基板の対向する両面上に高温超伝導体膜を作製する方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06112713A true JPH06112713A (ja) | 1994-04-22 |
Family
ID=16788551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4222828A Pending JPH06112713A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 基板の対向する両面上に高温超伝導体膜を作製する方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06112713A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9362477B2 (en) | 2010-02-05 | 2016-06-07 | Sunam Co., Ltd. | Method of forming ceramic wire, system of forming the same, and superconductor wire using the same |
-
1992
- 1992-08-21 JP JP4222828A patent/JPH06112713A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9362477B2 (en) | 2010-02-05 | 2016-06-07 | Sunam Co., Ltd. | Method of forming ceramic wire, system of forming the same, and superconductor wire using the same |
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