JPH06502450A - 超伝導膜の現場成長法 - Google Patents

超伝導膜の現場成長法

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JPH06502450A
JPH06502450A JP4500665A JP50066592A JPH06502450A JP H06502450 A JPH06502450 A JP H06502450A JP 4500665 A JP4500665 A JP 4500665A JP 50066592 A JP50066592 A JP 50066592A JP H06502450 A JPH06502450 A JP H06502450A
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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】 超伝導膜の現場成長法 発明の分野 この発明は、比較的高い蒸気圧を有する物質を含む超伝導膜の現場(in 5i tu)成長法に関する。
発明の背景 超伝導現象は、最初に1911年1ニカメリン・オンネスにより発見された。超 伝導は、試料が十分低温に冷却されたときに!気抵抗がOになっている金属と合 金の状態をいう。試料が常電気伝導から超伝導状態への相転移をする温度を、臨 海温度T泌いう。最近まで、調べられた超伝導物質の臨界温度は比較的低く、液 体ヘリウムの使用を含む、高価な冷却装置を必要とした。
1986年の初めの臨界温度30eKの超伝導材料の発表から始まって、より高 い転移温度の超伝導材料が次々と発表された。現在、比較的安価で冷却材として 簡単に使用できる液体窒素の沸点を十分越えた臨界温度を有する超伝導材料が存 在する。
初め、比較的高い温度の超伝導を示す化合物は、典型的にはYBCO化合物とい う、アルカリ土類金属、および、バリウム、イツトリウムなどの希土票金属と銅 との組み合わせに基づいていた。YBC○化合物の後で、ビスマスを含む化合物 が発見された。1988年の初期から始まって、タリウムを基にした超伝導体が 作製された。その組成は、一般的に、タリウム、カルシウム、バリウム、銅およ び酸素の種々の化学量論比を有する。今日では、超伝導体の最高転移温度は、タ リウムを含む化合物において見いだされている。6個の異なった超伝導相が同定 されている。たとえば、G、Karen、、A、Gupta and R,J。
Baseman、Appl−Phys、Lett、54.1920 (1989 )参照。転移温度は、TIICaBazCu20.(−1122相″)の906 KからTf2Ca2Ba2Cu3CL (−2223相“)の123°Kまで分 布する。さらに、多数の異なったタリウムを基にした化合物が同定されていて、 鉛を含むものもある。以下では、すべてのこれらの化合物を総称してタリウムを 基にした化合物という。
一般に認められているように、最高品質の高温超伝導体は単結晶物質上に成長し たエピタキシャル膜であり、好ましい結晶成長法は、気相蒸着法によるものであ る。現場(in 5itu)成長、すなわち、基板上での気相からの結晶の直接 成長は、ある種の超伝導化合物に対して達成されている。たとえば、イツトリウ ム、バリウム、銅および酸素(YBCO)の超伝導膜は、気相蒸着法により現場 で成長された。重要なことは、YBCO化合物は、関連する蒸着温度の範囲では 事実上揮発性を持たない種を含んでいることである。その結果、基板温度は、必 要な原子の移動を促進するのに十分な高温にまで上げることができ、これにより 高品質の結晶成長を可能にする。YBCO膜は、レーザ融食法(laser a bLation)を用いて、すなわち、組成物ターゲットを融食(ablate )するパルスレーザの使用により、そして分子ビームエピタキシ(MBE)法を 用いて、現場で成長された。
タリウムを基にする化合物を成長する試みは成功しなかった。タリウムを基にす る化合物の現場成長に対する主な障害は、タリウムの揮発性である。成長過程の 矛盾する要求が、タリウムの処理において現れる。一方では、結晶の現場成長を 達成するために、基板は、到達する原子の十分な表面移動性を可能にするために 必要な高温まで加熱されねばならない。他方では、タリウムの揮発性は、温度と ともに増加し、これが、蒸着が可能な最高温度を制限する。従来技術によって理 解されるように、これらの温度範囲は重ならない。特に、一般に信じられている ように、相形酸の成功のために十分な原子移動性の最低温度は、約500℃を越 えるのに対して、タリウムの組込み(1ncorporation)のための最 高温度は400℃である。したがって、従来技術の立場からみれば、矛盾する成 長過程の要求は、タリウムのような高蒸気圧の材料を含む超伝導体の現場成長を 不可能にするようlこみえる。実際に、1人の研究者は、タリウムを基にした化 合物が現場で成長できることを信じないと公に述べた(W、Y、Lee、Ele ctronic Materials Conference、5anta B arbara。
Ca、、1990年6月22−29日))。
以前は、タリウムを基にした超伝導膜の成長の最も成功する方法は、混合化合物 前駆体のアモルファス蒸着と、蒸着後の島処理過捏との多段階過程からなってい た。夕」ノウムを基にした膜を成長するのj二成功した種々の方法と装置が、本 出願の被譲渡人に譲藁された以下の米国出願に開示され、参照のために以下に記 される。オルソン(Olson)等、超伝導薄相組成および方法(出願番号第0 7/238.919号(1988年8月31日出願))、オルソン(Olson )等、液相タリウム法および超伝導生産物(出願番号第07/308.149号 (1989年2月8日出liり ) 、および、エディ(Eddy)等、タリウ ム超伝導膜のための制御された酸化タリウム蒸発法および反応室設計(出願番号 第071516.078号(1990年4月27日出願))。特に、タリウム、 カルシウム、バリウムおよび銅を含む酸化金g!4前駆体は、たとえばレーザ融 食法によって、基板の上にアモルファスに堆積され、蒸着後の熱処理に供される 。種々の方法が、タリウムの揮発性の問題を克服するために記載されている。
液相からタリウムを基にした膜を成長する望ましさは明らかである。タリウムを 基にした化合物の比較的高い転移温度が得られれば、現場成長による崖結晶エビ タキノヤル成長の可能性と組み合わせて、高品質の膜が得られるだろう。しか1 7、タリウムを基にした超伝導膜を現場で成長する試みは成功したことがなく、 当該技術分野の研究者は、タリウムを基にした摸の成長に対する不信を表明して いた。
発明の概要 タリウムを基にした薄膜の超伝導相は、タリウムの揮発性を制御することにより 、王に結晶成長中の膜表面での活性(元素)酸素の供給によって、成長される。
二の方法は、以下の工程からなる。第1に、基板が、所望の結晶相の成長を起こ すのに必要な表面移動性を可能にするのに十分な温度に加熱される。菓2に、タ リウムを含む所望の材料の気相が、生成される。第3に、中間の活性酸素領域が 、成長中の膜の隣りに生成される。
好ましい実施例では、気相は、タリウムに富むターゲットのレーザ融食によって 生成される。活性酸素は、真空室内の蒸気中のエネルギの高い種の酸素との衝突 によって生成される。1122相は、4torrの酸素圧でタリウムに富んだ( thalliurn rich)ターゲットのレーザ融食を用いて、575℃の 温度で成長が成功した。
結晶成長を#II御する3つのキー変数は同定された。これらの因子は、次のと おりである。タリウムの揮発性の抑制、膜中の相安定性の維持(基板に到達する 蒸気における陽イオン種の組込みに十分な活性酸素を供給する)、エネルギの高 い種による成長中の膜の衝撃(タリウムの蒸発を生じるような膜の再スパツタと 損傷を起こす)の減少。
これらの変数と矛盾しない気相生成と酸素形成の任意の源が利用可能である。
たとえば、気相は、通常の分子ビームエピタキシ装置を用いて、生成できる。活 性酸素は、酸素のマイクロ波解離によって、または、熱的に解離されたオゾンを 供給することにより、生成できる。
したがって、この発明の王な目的は、高蒸気圧成分を含む超伝導膜の現場成長法 を提供することである。
この発明の第2の目的は、従来の方法で可能であるよりも高品質のタリウムを含 んだ超伝導薄膜の成長法を提供することである。
この発明の第3の目的は、タリウムを基にした超伝導体のエピタキシャル膜の成 長法を提供することである。
図面の簡単な説明 第1図は、レーザ融食真空系の断面図である。
第2図は、種々の温度での真掌室内の酸素圧に対するタリウムのパーセント組成 のグラフである。
第3図は、種ケの酸素圧に対する温度の関数としてのタリウム組込みパーセント を示すグラフである。
発明の詳細な説明 この発明の1実施例において、レーザ融食が、蒸着のための蒸気を生成するため に用いられ、活性酸素が、蒸気中のエネルギの高い種と酸素との衝突によって生 成される。真空室内の酸素圧は、十分な活性酸素の生成を与えるために増加され る。この実施例は、第1図に関して詳細に説明される。
箪1図は、レーザ融食真空系10の断面図を示す。基板12と、成長中の膜14 は、回転せず加熱される基板保持体16に熱的に結合される。ヒータは、水晶ハ ロゲンランプで熱せられるインコネルのブロックからなる。基板12は、インジ ウムはんだでブロック16に熱的に結合される。温度はブロック16の中に、直 接に基板12の下に、埋め込まれた熱電対によって測定される。1つのホットブ レステ作製されたTらCa2Ba2O,(T153atomic%)組成のター ゲット20が、基板12に対向して位置される。好ましくは、このターゲットは 、alll+のタリウムを含む(なぜなら、これにより、高温で蒸着された膜中 のタリウム組込みを増加することが見いだされた)。ターゲット20は、好まし くは、回転される。
必要なエネルギを有するレーザは、融食の目的のために、ターゲット20に焦点 を合わす。シーメンスXeCl/308nmエキシマレーザ(XP2020型) が、±5%のビーム一様性と1%より少ないパルス−パルス間不安定性を有する パルスを作るために用いられた。一様なビーム強度とパルス−パルス安定性とを 備えたレーザビームを発生するレーザの使用は、一部は、ターゲット2oにおい て融食が蒸発に対向して生じることを保証するために、望ましい。レーザビーム 22は、レンズ24を通して焦点が合わされ、レーザ窓26を介して真空室3゜ に入る。オプションの観察ポート28を、真空室30内を見るために設置するこ とができる。
酸素気体(02)は、気体人口32を通って真空室30内に供給される。真空室 30は、少なくとも1torrの真空を生成できる真空系(図示しない)と結合 される。概観すると、基板12の上でのタリウムを含む超伝導体相の成長法は、 以下のとおりである。基板12は、基板12の清浄化と研磨を含む公知の技術を 用いて作られる。好ましい実施例では、アルミン酸ランタンLa、AlOsの基 板が基板12として使用できる。ターゲット20は、以上に説明したように、好 ましくはタリウムを多くして作製される。次に、真空室30は、排気され、所望 の酸素圧が、入口ボート32を通って与えられる。物質12は、水晶ハロゲンラ ンプ(図示しない)でインコネルブロック16を照射することによって希望の温 度に加熱される。蒸着のために、レーザ光22は、レンズ24を通ってターゲッ ト20の上に焦点が合わされる。2〜8J/am2のレーザエネルギ密度の範囲 は、ターゲット20を融食するのに十分なエネルギを与える。レーザエネルギ密 度が融食開始点(約1.5J/cmり以下に落ちるとき、ターゲット20から融 食されたタリウム量が急速に減少することが見いだされた。好ましくは、0.1 〜100Hzの間の反復速度のパルスレーザビームが用いられる。ターゲット2 0がレーザビーム22により融食されたときに、蒸気煙(plu+ge) 36 は物質12に向いている。
希望の超伝導体相の効果的形成に関連した多数の因子が同定された。第1に、タ リウムの揮発性が、レーザパルスの間の時間中に抑圧されねばならない。すなわ ち、相安定性が促進されねばならない。第2に、基板での蒸気煙36の到達の間 に膜14の表面に十分な原子酸素が存在しなければならない。第3に、蒸気煙3 6内のエネルギの高い種による、成長する膜14の衝撃は、膜からの再スパツタ と膜からのタリウム損失を増加する損傷を減少するために、減少されねばならな い。これらの全因子は、種々の超伝導相と結晶の品買の対処技術において制御さ れねばならない。
La、AlO3基板12の上での1122相の成長の場合には、575℃の基板 温度と4torrの酸素圧が、1122相膜14のエピタキ7ヤル成長を生じる 。
他の因子は、これらの目標と矛盾しないようにパラメータを変えることにより対 策できる。一般に、より高温での膜の成長は、希望の相の高品質膜の形成を可能 にする。
好ましい実施例では、活性酸素は、真空室30内で2原子酸素02を供給するこ とにより膜表面の隣に供給される。02と蒸気融食煙36内のエネルギの高い種 との間の衝突は、活性酸素Oと若干のすシン03を生成する。加熱される基板1 2の上でのオゾンの熱解離は、また、活性酸素の生成を生じる。1122相成長 の場合に、o2圧力は、煙ビーム36の等偏圧(約lt+)rr)のオーダであ る。利用可能な最大酸素圧は、平均自由行程がターゲット20と基板12との距 離よりずっと短いときに、ターゲット20から基板12への材料の輸送が過剰の 衝突によって停止する圧力である。基板温度575℃での1122相の形成のた め、02圧のおよその下限は、約IJ/cm”のレーザエネルギの条件下で、1 torrである。もしレーザエネルギが対応して減少されるならば、10”to r「まで低下した酸素圧が、使用できる。
02圧力を増加することにより、膜の質は、3つの主な理由により改善される。
第1に、煙36内のエネルギの高い種の平均自由行程を減少することにより、種 は遅くなり、これにより、膜14からの再スパツタをし成長中の膜の損傷を起こ すポテンシャルを減少する。第2に、追加の02圧が、膜14における相形成と 相安定性のための十分な原子酸素を発生するために必要である。第3に、膜14 に既に形成された結晶からのタリウム損失を安定化するために、より高い02圧 が、レーザパルス間に酸素を与える。
タリウムを基にした超伝導体が相安定性を保つ温度を、活性酸素の存在が増加す ることが見いだされた。たとえば、真空中で加熱されたとき、タリウムは、40 0℃まで膜中に残るが、500℃では残らない。対照的に、オゾンと酸素の5% 混合物で加熱されたとき、タリウムは、600℃まで膜中に残る。したがって、 酸素圧は、成長する膜との反応のための十分な活性酸素を供給することの相安定 性を促進することと、煙36中のエネルギの高い種のエネルギレベルを減少する こととの2つの機能を考慮して、決定されねばならない。
タリウム揮発性の抑制、十分な活性酸素の供給、および、エネルギの高い種によ る成長中の膜の衝撃の減少という3変数と矛盾しないならば、蒸気発生と酸素形 成の任意の源が使用できる。
第2の実施例では、比較的高い酸素圧によって穏やかにされたレーザ融食煙36 におけるエネルギの高い種の存在と関連した問題は、本質的にエネルギの低い種 を供給する源を用いることによって避けられる。この実施例では、陽イオンの到 着の間の膜表面での十分な原子酸素の供給は、真空室の高い酸素圧の使用とちが った技術で対応できる。これらは、以下で説明される。
たとえば、気相は、半導体の多層膜成長に用いられるのと同様な通常の分子ビー ムエピタキシ装置を用いて発生できる。特に、クヌートセン流出セル、電子ビー ム蒸発セル、または気体分留セルは、(タリウム、カルシウム、バリウム、鉛な どの)陽イオンの本質的に低エネルギの気体種源として使用できる。陽イオン源 は、金属それ自身か、または金属酸化物である。典型的には、膜成長の間の真空 室の圧力は、10−4から10”torrの範囲である。陽イオン源は、101 3−10”atoms cm”5ec−’、好ましくは10”〜1016a t  oms cm−2sec−1の範囲内で、成長中の表面に粒子流束を与える。
希望の温度に依存して400〜1000℃の基板温度が、有効である。
活性酸素は、成長中の膜に十分な活性酸素を供給する任意の技術によって供給さ れる。エネルギの高い種の酸素との衝突による活性酸素の生成に加えて、活性酸 素は、酸素のマイクロ波解離によって生成でき、または、熱的に解離されるオゾ ンを供給することによって生成できる。
実験結果 第1表は、膜の化学と性質に対する蒸着条件の効果を決定するためになされた1 7の蒸着実験をまとめたものである。実験第4〜第12は、融食と輸送の過程を 研究するために、室温でなされ、実験第13〜第20は、相形成に必要な条件を 決定するために、高温で行われた。
第1表 シリコン(100)基板は、蒸着材料の解析に役立つ室温実験で用いられた。
高温実験では、超伝導膜の作製を可能にするためにLaAl○、上に蒸着が行わ れた。ターゲットから基板への距離は、7cmであった実験第8を除いて、5c mであった。レーザパルス速度は10Hzであった。すべての実験は、図1に関 連して説明された系で実行された。
室温実験の分析は、室温で蒸着された膜の化学組成が基板12とターゲット20 との間隔によって著しくは影響されないことを示した。蒸着された膜中のタリウ ム成分は、5mtorrでの蒸着において、200mtorrでの蒸着に比べ、 明らかに減少した。この減少したタリウム成分は、低い真空室圧力でのエネルギ の高い種による優先的な再スパツタによるものであると信じられる。200mt orr以上で、煙の種は、大部分の運動エネルギを、真空室の気体との衝突によ り失い、蒸着中の膜14を再スパツタするのに十分なエネルギを著しい程度に持 たない。
蒸着された膜の表面形状は、真空室の圧力とともに変わるが、調べられたレーザ エネルギ範囲では変化しない。低圧で蒸着された膜は、ミクロンの大きさの丸い 粒子(典型的にはレーザ融食により作られた蒸着物)を除いて、滑らかである。
200mtorrで蒸着された膜、典型的には、蒸発により作られた室温蒸着物 は、粗い表面を備える。膜表面は、5mtorrから200mtorrの間で、 しだいに粗くなる。滑らかな表面は、エネルギの高い種による蒸着の衝撃と再ス パツタとによるものと信じられる。衝撃は、到達する種に表面移動性を与え、表 面を平らにするのを助ける。しかし、再スパツタがこれらの膜の主な効果である と信じられる。低圧蒸着物におけるより低いタリウム成分は、再スパツタが起こ っていることを示す。再スパツタは、これらの条件では、部分的には種々の種に 対する原子質量の大きな範囲のために、優先的に起こる。
現場YBCO蒸着と関連して、レーザパルス当たりの膜成長速度が0.1−1t orrの範囲で真空室の圧力とともに増加することが以前に見いだされていた。
エネルギの高い種がないとき、真空室の圧力の増加は、ターゲット20から基板 12への正味の輸送を減少すると予想される。誹り高い真空室の圧力での輸送の 増加は、真空室の気体が、煙3Gでのエネルギの高い種を遅くしていて、これに より、輸送効率の減少よりも速く蒸着物の再スパツタを減少する。正味の結果は 、圧力の増加に伴う正味の蒸着の増加である。この効果の限界は、約10tor rである。
高温での結果が示したことは、蒸着された膜14でのタリウム組込みが550℃ を越えると著しく減少すること、および、この減少が真空室の圧力を増加するこ とによりずらすことができることである。1122相は、550℃と575℃で 形成された。ただし、結晶の質は、575℃ではるかに改善された。これらの膜 は、エピタキシを示し、金属的挙動と半導体的挙動との混合の抵抗R(T)を示 した。2122相、2223相などの他の相は、基板温度を変え、ターゲット組 成を変え、活性酸素の効果的源を備えることにより作製された。
第2図は、550℃より上の温度での正味のタリウム組込みの劇的な減少を示す 。この低下は、融食煙36中のエネルギの高い種による蒸着物からのタリウムの 再スパツタとレーザパルスの間での膜表面でのタリウムの不安定(タリウムのT l2Oとしての損失)を含む、複数の効果の結合から生じたとわれわれは信じる 。示されるように、タリウムの組成は、真空室の酸素圧を増加することにより、 著しく増加できた。このデータは、第3図に再度プロットされ、この効果をさら に直接的に示す。
高温で成長された膜の表面形状は、500℃を越えた温度での著しい表面移動性 を示す。著しい表面移動性は、結晶性の、単−相の、エピタキシャルな膜の形□ 成のために要求され、希望の結晶品質の他の相の形成のために500℃を十分越 えた温度を要求する。
この発明は、特定の好ましい実施例を用いて説明されたが、多くの変形は、当業 者にとって明らかである。したがって、添付された請求の範囲は、そのような変 形を含むように、従来技術をみて、できるだけ広(解釈されるべきである。
FIG、 2゜ 温度 (°C) 国際plf:報告 °゛″″#″N′awmaws m話”/II愕Qj 1071111

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)結晶性基板上にタリウムを含む超伝導膜を生産する方法であって、結晶成 長に十分な表面移動性を可能にする温度に基板を加熱する工程、基板とタリウム 源との間に10−2から10torrの間の圧力で酸素を供給する工程、および タリウムを含むターゲットをレーザで融食することによりタリウムの源を生成す る工程 からなる方法。
  2. (2)請求の範囲第1項に記載された方法において、上記の膜がタリウム、カル シウム、バリウム、銅および酸素を含む方法。
  3. (3)請求の範囲第1項に記載された方法において、上記のターゲットがタリウ ム、カルシウム、バリウムおよび銅を含む方法。
  4. (4)請求の範囲第2項に記載された方法において、上記のレーザで融食される ターゲットがタリウムに富む方法。
  5. (5)請求の範囲第1項に記載された方法において、上記の圧力が1と10to rrの間である方法。
  6. (6)請求の範囲第1項に記載された方法において、上記の基板が、500℃よ り高温に加熱される方法。
  7. (7)高い蒸気圧である少なくとも1つの材料を含む種々の材料を含む超伝導体 を基板上に生産する方法において、 結晶成長を可能にするのに十分な温度に基板を加熱する工程、上記の材料の気相 を生成する工程、および超伝導体を成長する領域の隣に活性酸素を供給する工程 とからなる方法。
  8. (8)請求の範囲第7項に記載された方法において、上記の超伝導体がタリウム を含む方法。
  9. (9)請求の範囲第8項に記載された方法において、上記の超伝導体がカルシウ ム、バリウム、銅および酸素を含む方法。
  10. (10)請求の範囲第7項に記載された方法において、上記の基板が、少なくと も550℃より高温に加熱される方法。
  11. (11)請求の範囲第7項に記載された方法において、上記の気相が、高蒸気圧 相の材料を含むターゲットのレーザ融食によって生成される方法。
  12. (12)請求の範囲第7項に記載された方法において、上記の気相が、熱蒸発源 によって生成される方法。
  13. (13)請求の範囲第7項に記載された方法において、上記の熱蒸発源が、クヌ ードセンセルである方法。
  14. (14)請求の範囲第12項に記載された方法において、上記の熱蒸発源が、電 子ビーム源である方法。
  15. (15)請求の範囲第7項に記載された方法において、上記の気相が、ガス分解 セルによって生成される方法。
  16. (16)請求の範囲第7項に記載された方法において、上記の活性酸素が、2原 子酸素のマイクロ波解離によって供給される方法。
  17. (17)請求の範囲第7項に記載された方法において、上記の活性酸素が、オゾ ンの解離によって供給される方法。
  18. (18)タリウム、カルシウム、バリウム、銅および酸素からなる薄膜超伝導体 であって、 結晶成長に十分な表面移動性を可能にする温度に基板を加熱する工程、タリウム を含むターゲットをレーザで融食することによりタリウムの源を生成する工程、 および 基板とタリウム源との間に1から10torrの間の圧力で酸素を供給する工程 によって基板上に成長した薄膜超伝導体。
  19. (19)請求の範囲第18項に記載された薄膜超伝導体において、上記の基板が アルミン酸ランタンである薄膜超伝導体。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05255842A (ja) * 1992-03-11 1993-10-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ・スパッタリング装置
US5850089A (en) * 1992-03-13 1998-12-15 American Research Corporation Of Virginia Modulated-structure of PZT/PT ferroelectric thin films for non-volatile random access memories
JPH08246134A (ja) * 1995-03-07 1996-09-24 Sumitomo Electric Ind Ltd レーザー蒸着法による薄膜製造方法及び薄膜製造装置
US5892243A (en) * 1996-12-06 1999-04-06 Trw Inc. High-temperature SSNS and SNS Josephson junction and method of making junction
US6120857A (en) * 1998-05-18 2000-09-19 The Regents Of The University Of California Low work function surface layers produced by laser ablation using short-wavelength photons
WO2001051907A1 (en) * 2000-01-11 2001-07-19 Guenther Detlef Radially homogeneous high energy density uv sample ablating laser radiation in 'pure' solid to gas sample preparation, for analysis by icp-ms and icp-oes
US20030054105A1 (en) * 2001-08-14 2003-03-20 Hammond Robert H. Film growth at low pressure mediated by liquid flux and induced by activated oxygen
US20040022947A1 (en) * 2002-08-01 2004-02-05 Duignan Michael T. Method for creating microstructure patterns by contact transfer technique
US9741918B2 (en) 2013-10-07 2017-08-22 Hypres, Inc. Method for increasing the integration level of superconducting electronics circuits, and a resulting circuit

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4878989A (en) * 1986-11-26 1989-11-07 Texas Instruments Incorporated Chemical beam epitaxy system
KR910007382B1 (ko) * 1987-08-07 1991-09-25 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼 초전도 재료 및 초전도 박막의 제조방법
EP0431160B1 (en) * 1988-03-16 1995-05-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Process for producing thin-film oxide superconductor

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