JPH06132577A - 酸化物超伝導ジョセフソン素子の作製方法 - Google Patents
酸化物超伝導ジョセフソン素子の作製方法Info
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- JPH06132577A JPH06132577A JP4282684A JP28268492A JPH06132577A JP H06132577 A JPH06132577 A JP H06132577A JP 4282684 A JP4282684 A JP 4282684A JP 28268492 A JP28268492 A JP 28268492A JP H06132577 A JPH06132577 A JP H06132577A
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 単一粒界の段差構造を持つ酸化物超伝導ジョ
セフソン素子を作製する。 【構成】 誘電体基板1上にタンタル極薄膜2を蒸着
し、レジスト3をかけてエッチングをすると、タンタル
極薄膜2によるマスクが形成される。次にイオンビーム
照射により段差をエッチングにより形成し、その後、マ
スクとして用いたタンタルを除去する。このようにして
段差が形成された基板1上に超伝導薄膜を形成して酸化
物超伝導ジョセフソン素子を形成する。
セフソン素子を作製する。 【構成】 誘電体基板1上にタンタル極薄膜2を蒸着
し、レジスト3をかけてエッチングをすると、タンタル
極薄膜2によるマスクが形成される。次にイオンビーム
照射により段差をエッチングにより形成し、その後、マ
スクとして用いたタンタルを除去する。このようにして
段差が形成された基板1上に超伝導薄膜を形成して酸化
物超伝導ジョセフソン素子を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は酸化物超伝導薄膜を用い
た超伝導ジョセフソン素子の作製方法に関するものであ
る。
た超伝導ジョセフソン素子の作製方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ジョセフソン素子は、超伝導体の間に薄
い絶縁体をはさんでサンドイッチ構造となっているジョ
セフソン接合を有している。このジョセフソン素子の作
製は、当初、ニオブなどの金属系超伝導体により成功し
た。なお、上記サンドイッチ構造の接合は、超伝導体
(S)、絶縁体(I)、超伝導体(S)を順に重ねた構
造であるため、SIS接合と称している。
い絶縁体をはさんでサンドイッチ構造となっているジョ
セフソン接合を有している。このジョセフソン素子の作
製は、当初、ニオブなどの金属系超伝導体により成功し
た。なお、上記サンドイッチ構造の接合は、超伝導体
(S)、絶縁体(I)、超伝導体(S)を順に重ねた構
造であるため、SIS接合と称している。
【0003】酸化物超伝導体を用いたジョセフソン素子
は、上述したSIS接合による作製が試みられた。しか
しこのようにすると、コヒーレンス長が短い、薄膜作製
時に基板を高温にするので中間絶縁層が拡散し超伝導層
が劣化するなどの理由で作製が困難であることがわかっ
た。
は、上述したSIS接合による作製が試みられた。しか
しこのようにすると、コヒーレンス長が短い、薄膜作製
時に基板を高温にするので中間絶縁層が拡散し超伝導層
が劣化するなどの理由で作製が困難であることがわかっ
た。
【0004】このため、超伝導薄膜の一部に人為的に超
伝導性の弱い部分を作製するウィークリンク型の超伝導
デバイスが作製されている。ウィークリンク(弱結合)
の作製方法として、結晶方位の違う2つの基板を融着し
て、その境界部を利用したものや、誘電体を積層した上
に超伝導を作製し、成長した膜の方位の違いを利用する
方法などが検討されている。
伝導性の弱い部分を作製するウィークリンク型の超伝導
デバイスが作製されている。ウィークリンク(弱結合)
の作製方法として、結晶方位の違う2つの基板を融着し
て、その境界部を利用したものや、誘電体を積層した上
に超伝導を作製し、成長した膜の方位の違いを利用する
方法などが検討されている。
【0005】その中の1つに酸化物超伝導薄膜デバイス
を作製するために、基板上に金属薄板マスクやレジスト
を用いて、化学(ウエット)エッチング法や物理(ドラ
イ)エッチング法により微細な段差を形成し、その上に
酸化物超伝導薄膜をエピタキシャル成長させ、段差部に
超伝導性の弱い粒界構造を形成する段差構造を持つジョ
セフソン接合がある。図3はこのようにして作製したデ
バイスであり、4は誘電体基板、5は超伝導薄膜、6は
粒界である。
を作製するために、基板上に金属薄板マスクやレジスト
を用いて、化学(ウエット)エッチング法や物理(ドラ
イ)エッチング法により微細な段差を形成し、その上に
酸化物超伝導薄膜をエピタキシャル成長させ、段差部に
超伝導性の弱い粒界構造を形成する段差構造を持つジョ
セフソン接合がある。図3はこのようにして作製したデ
バイスであり、4は誘電体基板、5は超伝導薄膜、6は
粒界である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで上述した手法
(エッチングによる段差形成→エピタキシャル成長によ
る粒界構造の形成)を採用すると次のような問題があっ
た。即ち、加工におけるプロセスにおいて、レジストは
イオンミリングによってその端部が後退し、エッチング
された段差が垂直にならない。また金属マスクは密着性
が悪いために、段差部を正確に形成することが難しい。
一方、レジスト(1〜3μm)や金属薄板マスク(0.1
〜0.5mm)の厚さにより、イオンビームが照射されない
部分ができるシャドーイング効果や、必要以上にエッチ
ングされるオーバーエッチングの影響があり、垂直に近
く結晶性の良い段差を実現することは難しい。このよう
な影響のため段差がなだらかな斜面構造となり、図3に
示すように2ケ所以上で粒界6を持つようになる。この
ため、デバイス形状に加工後、臨界温度が低くなった
り、臨界電流密度が小さくなったり、また、粒界にトラ
ップされる磁束が電流の流れによって動きだす磁束フロ
ーの影響で雑音が大きくなるという問題があった。
(エッチングによる段差形成→エピタキシャル成長によ
る粒界構造の形成)を採用すると次のような問題があっ
た。即ち、加工におけるプロセスにおいて、レジストは
イオンミリングによってその端部が後退し、エッチング
された段差が垂直にならない。また金属マスクは密着性
が悪いために、段差部を正確に形成することが難しい。
一方、レジスト(1〜3μm)や金属薄板マスク(0.1
〜0.5mm)の厚さにより、イオンビームが照射されない
部分ができるシャドーイング効果や、必要以上にエッチ
ングされるオーバーエッチングの影響があり、垂直に近
く結晶性の良い段差を実現することは難しい。このよう
な影響のため段差がなだらかな斜面構造となり、図3に
示すように2ケ所以上で粒界6を持つようになる。この
ため、デバイス形状に加工後、臨界温度が低くなった
り、臨界電流密度が小さくなったり、また、粒界にトラ
ップされる磁束が電流の流れによって動きだす磁束フロ
ーの影響で雑音が大きくなるという問題があった。
【0007】そこで、本発明の目的は段差構造を持つジ
ョセフソン接合において超伝導特性を劣化させる粒界を
複数発生することなく、1つの粒界からなる接合を持つ
超伝導ジョセフソン素子を作製することである。
ョセフソン接合において超伝導特性を劣化させる粒界を
複数発生することなく、1つの粒界からなる接合を持つ
超伝導ジョセフソン素子を作製することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、酸化物超伝導薄膜を用いた段差構造を持つ超伝導
ジョセフソン素子において、垂直に近い段差を形成する
ため、基板上に蒸着したタンタル極薄膜をマスクとする
ことによりエッチングを行いデバイス形状に加工するこ
とを特徴とする。
明は、酸化物超伝導薄膜を用いた段差構造を持つ超伝導
ジョセフソン素子において、垂直に近い段差を形成する
ため、基板上に蒸着したタンタル極薄膜をマスクとする
ことによりエッチングを行いデバイス形状に加工するこ
とを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明では基板上に極薄膜タンタルを蒸着し、
このタンタル薄膜を加工して、基板に密着した精密なマ
スクを形成することにより、シャドーイングやオーバー
エッチングの影響の少ない加工方法を用いて、単一粒界
の段差構造を持つ、超伝導ジョセフソン素子を作製する
ことができる。
このタンタル薄膜を加工して、基板に密着した精密なマ
スクを形成することにより、シャドーイングやオーバー
エッチングの影響の少ない加工方法を用いて、単一粒界
の段差構造を持つ、超伝導ジョセフソン素子を作製する
ことができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。
説明する。
【0011】<第1実施例>本発明の第1実施例を、図
1を参照しつつ説明する。図1に示すように、格子定数
や熱膨張率が超伝導薄膜の格子定数、熱膨張率に近い誘
電体基板1、例えば、酸化マグネシウム、チタン酸スト
ロンチウムなどをよく洗浄し(図1(a))、基板1の
表面にタンタルをイオンビームスパッタ装置などを用い
て100nm程度蒸着してタンタル極薄膜2を形成する
(図1(b))。次にレジスト3を1〜3μm塗布して
(図1(c))、露光・現像しレジストのマスクを形成
する。このようにして積層した基板1をチャンバー内に
入れて、アルゴンガスを用いたイオンビームエッチング
装置でエッチングを行うとタンタルがエッチングされ
て、タンタルの極薄膜マスクが形成される。なおレジス
ト3としては、例えばAZ−1370を用いる。
1を参照しつつ説明する。図1に示すように、格子定数
や熱膨張率が超伝導薄膜の格子定数、熱膨張率に近い誘
電体基板1、例えば、酸化マグネシウム、チタン酸スト
ロンチウムなどをよく洗浄し(図1(a))、基板1の
表面にタンタルをイオンビームスパッタ装置などを用い
て100nm程度蒸着してタンタル極薄膜2を形成する
(図1(b))。次にレジスト3を1〜3μm塗布して
(図1(c))、露光・現像しレジストのマスクを形成
する。このようにして積層した基板1をチャンバー内に
入れて、アルゴンガスを用いたイオンビームエッチング
装置でエッチングを行うとタンタルがエッチングされ
て、タンタルの極薄膜マスクが形成される。なおレジス
ト3としては、例えばAZ−1370を用いる。
【0012】次に、有機溶剤や酸素プラズマアッシング
によってレジストを完全に除去した後に、窒素イオンを
用いて、基板1に垂直に入射するようにイオンビーム照
射し(図1(d))、200〜300nmの深さの段差を
エッチングによって形成する。図2に示すように、窒素
イオンによるタンタルのエッチングレートは非常に小さ
いため、タンタルをマスクとして誘電体基板の段差が形
成される。この時、タンタルマスク基板1に密着してい
るため、シャドーイングやオーバーエッチングの影響が
非常に少なく、垂直に近い形状の段差が形成される。
によってレジストを完全に除去した後に、窒素イオンを
用いて、基板1に垂直に入射するようにイオンビーム照
射し(図1(d))、200〜300nmの深さの段差を
エッチングによって形成する。図2に示すように、窒素
イオンによるタンタルのエッチングレートは非常に小さ
いため、タンタルをマスクとして誘電体基板の段差が形
成される。この時、タンタルマスク基板1に密着してい
るため、シャドーイングやオーバーエッチングの影響が
非常に少なく、垂直に近い形状の段差が形成される。
【0013】さらに、再度アルゴンイオンでエッチング
を行うと、このマスクとして用いたタンタルを除去する
ことができる。(図1(e))。
を行うと、このマスクとして用いたタンタルを除去する
ことができる。(図1(e))。
【0014】また、本方法のもう一つの利点は、基板1
の表面が現像工程において、タンタル極薄膜2によって
保護されているので、現像液や洗浄液に直接触れること
がない点である。通常の工程では問題になる基板最表面
の汚染なども完全に防ぐことができる。そして、基板最
表層のイオンエッチングによるダメージを回復するため
1000〜1100℃の高温熱処理炉でアニールした
後、基板上に酸化物超伝導薄膜を形成すると、結晶は基
板方位に沿って成長するので、上部の超伝導薄膜と下部
の超伝導薄膜は基板と平行な面に接合を形成する。
の表面が現像工程において、タンタル極薄膜2によって
保護されているので、現像液や洗浄液に直接触れること
がない点である。通常の工程では問題になる基板最表面
の汚染なども完全に防ぐことができる。そして、基板最
表層のイオンエッチングによるダメージを回復するため
1000〜1100℃の高温熱処理炉でアニールした
後、基板上に酸化物超伝導薄膜を形成すると、結晶は基
板方位に沿って成長するので、上部の超伝導薄膜と下部
の超伝導薄膜は基板と平行な面に接合を形成する。
【0015】このような方法を用いると図4に示す段差
構造ができ、膜厚と段差の高さによって明確に電気特性
を制御するとができる。なお図4において7は粒界、8
は超伝導薄膜(例えばYBaCUO)、9は誘電体基板
である。
構造ができ、膜厚と段差の高さによって明確に電気特性
を制御するとができる。なお図4において7は粒界、8
は超伝導薄膜(例えばYBaCUO)、9は誘電体基板
である。
【0016】この様な方法で作製した基板1上に超伝導
薄膜を成膜することにより、図4に示すように、粒界7
を1つしか含まない段差構造を持つ酸化物超伝導ジョセ
フソン素子が作製される。
薄膜を成膜することにより、図4に示すように、粒界7
を1つしか含まない段差構造を持つ酸化物超伝導ジョセ
フソン素子が作製される。
【0017】<第2実施例>上述した第1実施例の方法
において、タンタル極薄膜を任意の形状に加工すること
が可能なので非常に微細な接合を狭い面積に多数作製で
きる。このため多チャンネルSQUIDや集積された論
理素子を1枚の基板上に均質に形成できる。また、SI
S構造の超伝導デバイスと違い、誘電体を電流の流れに
対して直列に配置する必要がないので、回路のキャパシ
タンスを低く抑さえることができるため、高周波を用い
た信号処理回路を形成することが可能となる。
において、タンタル極薄膜を任意の形状に加工すること
が可能なので非常に微細な接合を狭い面積に多数作製で
きる。このため多チャンネルSQUIDや集積された論
理素子を1枚の基板上に均質に形成できる。また、SI
S構造の超伝導デバイスと違い、誘電体を電流の流れに
対して直列に配置する必要がないので、回路のキャパシ
タンスを低く抑さえることができるため、高周波を用い
た信号処理回路を形成することが可能となる。
【0018】<第3実施例>上述した第1実施例の方法
において、垂直に近いトレンチ(溝)が形成できるの
で、図5に示すように段差の高さより薄く超伝導薄膜1
1を形成することにより、溝の内部に超伝導薄膜を形成
する。その上からさらに基板10と同じ誘電体12を形
成する。このようにして積層した誘電体12と基板10
に囲まれた超伝導配線を実現できる。さらにこの基板の
上面と下面にグランドとなる超伝導薄膜13,14を蒸
着すると1枚の基板で超伝導ストリップライン構造が実
現できる。なお超伝導薄膜11としては、例えばYBa
CUOを用いる。
において、垂直に近いトレンチ(溝)が形成できるの
で、図5に示すように段差の高さより薄く超伝導薄膜1
1を形成することにより、溝の内部に超伝導薄膜を形成
する。その上からさらに基板10と同じ誘電体12を形
成する。このようにして積層した誘電体12と基板10
に囲まれた超伝導配線を実現できる。さらにこの基板の
上面と下面にグランドとなる超伝導薄膜13,14を蒸
着すると1枚の基板で超伝導ストリップライン構造が実
現できる。なお超伝導薄膜11としては、例えばYBa
CUOを用いる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
粒界を1つしか含まない接合を作製することが可能であ
り、段差構造を持つ酸化物超伝導ジョセフソン素子とし
て高品質のデバイスを作製することができる。
粒界を1つしか含まない接合を作製することが可能であ
り、段差構造を持つ酸化物超伝導ジョセフソン素子とし
て高品質のデバイスを作製することができる。
【図1】酸化物超伝導ジョセフソン素子の作製方法を示
す説明図。
す説明図。
【図2】各種材料のイオンエッチングレートを示す特性
図。
図。
【図3】従来の作製方法による酸化物超伝導ジョセフソ
ン素子を示す構成図。
ン素子を示す構成図。
【図4】本発明による酸化物超伝導ジョセフソン素子を
示す構成図。
示す構成図。
【図5】酸化物超伝導ストリップラインの作製方法を示
す説明図。
す説明図。
1 誘電体基板 2 タンタル極薄膜 3 レジスト 4,9 誘電体基板 5,8 超伝導薄膜 6,7 粒界 10,12 誘電体基板 11,12,13 超伝導薄膜
Claims (1)
- 【請求項1】 酸化物超伝導薄膜を用いた段差構造を持
つ超伝導ジョセフソン素子において、 垂直に近い段差を形成するため、基板上に蒸着したタン
タル極薄膜をマスクとすることによりエッチングを行い
デバイス形状に加工することを特徴とする酸化物超伝導
ジョセフソン素子の作製方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4282684A JPH06132577A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 酸化物超伝導ジョセフソン素子の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4282684A JPH06132577A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 酸化物超伝導ジョセフソン素子の作製方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06132577A true JPH06132577A (ja) | 1994-05-13 |
Family
ID=17655716
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4282684A Withdrawn JPH06132577A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 酸化物超伝導ジョセフソン素子の作製方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06132577A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3812135A1 (de) * | 1987-04-20 | 1988-11-10 | Gen Electric | Verfahren zum herstellen von elektrischen kontakten hoher ausbeute an amorphes n(pfeil hoch)+(pfeil hoch)-silizium |
KR100309675B1 (ko) * | 1998-11-23 | 2001-12-17 | 오길록 | 고온초전도계단형모서리조셉슨접합제작방법 |
-
1992
- 1992-10-21 JP JP4282684A patent/JPH06132577A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3812135A1 (de) * | 1987-04-20 | 1988-11-10 | Gen Electric | Verfahren zum herstellen von elektrischen kontakten hoher ausbeute an amorphes n(pfeil hoch)+(pfeil hoch)-silizium |
DE3812135B4 (de) * | 1987-04-20 | 2005-09-29 | General Electric Co. | Verfahren zum Herstellen von elektrischen Kontakten hoher Ausbeute an amorphes N+-Silizium |
KR100309675B1 (ko) * | 1998-11-23 | 2001-12-17 | 오길록 | 고온초전도계단형모서리조셉슨접합제작방법 |
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