JPH0778640A - 酸化物超伝導体とのコンタクト構造及びその形成方法 - Google Patents

酸化物超伝導体とのコンタクト構造及びその形成方法

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JPH0778640A
JPH0778640A JP5225751A JP22575193A JPH0778640A JP H0778640 A JPH0778640 A JP H0778640A JP 5225751 A JP5225751 A JP 5225751A JP 22575193 A JP22575193 A JP 22575193A JP H0778640 A JPH0778640 A JP H0778640A
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JP
Japan
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metal
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low melting
barrier layer
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JP5225751A
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Atsushi Tanaka
厚志 田中
Akihiko Akasegawa
章彦 赤瀬川
Takuya Uzumaki
拓也 渦巻
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化物超伝導体と常伝導金属の間の良好な電
気的コンタクトを得ること。 【構成】 配線板などの酸化物超伝導体(例、Bi系)
の表面に金属接続層(例、Au,Ag)を形成後、低融
点金属(例、In−Sn,Sn−Ag,Pb−Sn)と
加熱下に反応しないバリヤ層(例、Pt)を形成してか
ら、低融点金属を用いて常伝導体(リード、フリップチ
ップ等)と接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は酸化物超伝導体と常伝導
金属とのコンタクト構造及びその形成方法に係る。
【0002】
【従来の技術】超伝導体を高周波デバイス、電子デバイ
ス、回路基板等に用いるためには酸化物超伝導体と常伝
導体との良好なコンタクトが不可欠である。酸化物超伝
導体は通常の金属に較べキャリア濃度が少なく、通常金
属との接触界面における障壁は高くなりやすい。超伝導
体自身は極めて抵抗が小さく、損失がほとんどない理想
的な導体と考えられるが実用に際しては、通常金属との
接触抵抗が比較的大きな値を持ち、接触抵抗は通常金属
同士よりも数桁大きくなることも珍しくなく、酸化物超
伝導体と常伝導体との良好なコンタクトを再現性よく形
成することが課題となっていた。
【0003】酸化物超伝導体と常伝導体との電気的コン
タクト(オーミックコンタクト)をとる方法としては超
伝導薄膜上に金または銀の薄膜を堆積させ、それに対し
In−Snなどのはんだにより常伝導体に接続する方法
が一般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
によると、低融点はんだが金属薄膜と反応し、例えばI
n−Au,In−Agなどの合金を作ってしまう。この
ような合金は、機械的に強度が低く、脆く、電気抵抗も
高い。また、化学的に不安定であり信頼性に乏しい。さ
らに、再度はんだ付けをしようとしても、化学組成が最
初にあったはんだとは異なるため、融点が変化してお
り、プロセス上の困難を引き起こしてしまうなどの問題
があった。
【0005】このように金又は銀の薄膜に直接はんだ付
けを行なう結果としてコンタクト抵抗が大きくなり、超
伝導体の持つ事実上のゼロ抵抗という特長を失わせてし
まうものである。また機械的に強度が十分でなく脆いた
め、冷却過程、熱サイクルによりはんだ付けが劣化して
しまうなどの問題があった。本発明はこうした課題を解
決し、超伝導膜と常伝導体との良好なコンタクトを得る
ことを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は酸化物超伝導体表面に金属接続層を有し、
低融点金属で常伝導金属と金属接続層間の電気的接続を
取るコンタクト構造において、金属接続層と低融点金属
との間の高温反応を防止するバリヤ層を有することを特
徴とする酸化物超伝導体のコンタクト構造、および、酸
化物超伝導体上に金属接続層を形成し、金属接続層上に
バリヤ層を形成し、低融点金属を用いて常伝導金属をバ
リヤ層に接続する工程を含み、バリヤ層が低融点金属層
と金属接続層との間の高温反応を防止する材料からなる
ことを特徴とする酸化物超伝導体とのコンタクト方法を
提供する。
【0007】本発明の酸化物超伝導体はBi2 Sr2
2 Cu3 x ,Bi2 Sr2 CaCu2 x ,YBa
2 Cu3 7-δなどである。典型的には配線板の超伝導
配線層であるが、その他バルクの超伝導体などにも適用
できる。酸化物超伝導体との電気的および機械的に良好
なコンタクトを確保するために、酸化物超伝導体の上に
金属接続層、例えば、金又は銀の層をスパッタ等で形成
する。金属接続層の厚さとしては一般的には2000Å
以上、好ましくは4000Å〜8000Åである。金属
接続層は堆積後、アニール処理して酸化物超伝導体との
間の良好なコンタクトを確保するようにされるが、本発
明ではバリヤ層形成後に行なうことが都合がよい。
【0008】金属接続層上に、本発明によりバリヤ層を
形成する。バリヤ層には、次に用いる低融点金属と加熱
処理(はんだ付け)時に反応せず、金属接続層とも少な
くとも処理温度で反応しない良導体を用いる。一般的に
は熱処理温度で次の低融点金属の成分と固溶体を形成し
ない金属を用いることができる。今日般用される低融点
金属であるIn系などを考慮すると、白金、パラジウム
などの貴金属類が好適である。
【0009】バリヤ層の厚さとしては500Å〜300
0Å、より好ましくは1000Å〜2000Åである。
500Åより薄いと低融点はんだが金又は銀と反応して
しまい、一方3000Åより厚いと貴金属の薄膜が内部
応力のため剥れ易くなってしまう。バリヤ層の形成方法
も限定されず、スパッタ等によることができる。前記の
如く、バリヤ層形成後、300℃以上の温度アニール処
理して、接続層金属を酸化物超伝導体中に拡散させて微
視的に結合させて金属接続層と酸化物超伝導体との密着
性及びオーミックコンタクトを確実にすることが好まし
い。また、このとき酸素雰囲気中で熱処理することが、
酸化物超伝導体の超伝導特性を保持し、又は向上させる
上で好ましい。
【0010】バリヤ層を形成後、リード線、リードワイ
ヤ、フリップチップなどとの接続を低融点金属を用いて
行なうが、その接続の仕方は限定的ではない。例えば、
リード線を低融点金属を用いて直接にバリヤ層上にはん
だ付けしてもよい。しかし、バリヤ層上に低融点はんだ
層を設けてから、リード線その他とはんだ付けすること
がプロセス的には好ましい。
【0011】接続に用いる低融点金属は、特に限定され
ず、例えば、In−Sn(融点117℃),Sn−Ag
(221℃),Pb−Sn(183℃),Pb−Inな
どのはんだであることができる。本発明で低融点金属と
は一般的には300℃以下、より好ましくは200℃以
下の融点でかつ常温以上の融点を有する金属を指称す
る。
【0012】
【作用】本発明によれば、接続層の銀又は金などが酸化
物超伝導体に拡散し微視的に結合し、強固な密着層を形
成する一方、バリア層があるためこの銀又は金などの電
極と低融点はんだとは反応せず、電気的に接触抵抗が少
なく機械的には密着強度に優れた良好なコンタクトを形
成することが可能になる。
【0013】
【実施例】図1にプロセスのフローチャート、図2に主
な工程における試料の模式断面図を示す。 (1)MgO単結晶基板1の(100)面上にRFスパ
ック法でBa3 Sr2 Ca2 Cu3 x 超伝導薄膜2を
厚さ約5000Åに堆積した(図2(A))。スパッタ
条件はRFパワー25W、雰囲気ガスAr:O2 =1:
1、圧力10Pa、基板加熱温度770℃、10時間であ
った。堆積後、大気中845℃で40分間アニールし
た。 (2)Bi系超伝導薄膜2上に先ずAg層3を5000
Å蒸着し、続いてPt層4を2000Å蒸着した(図2
(B))。この試料をO2 ガスをフローさせた電気炉中
に置き、400℃に加熱し10分間放置する。これによ
り、Agが超伝導体中に拡散し、電極は超伝導薄膜と電
気的、機械的に強固に密着させた。 (3)この電極に合わせフォトレジスト(図示せず)を
所望の超伝導パターンにパターニングし、希釈したリン
酸で超伝導膜をエッチングした(図2(C))。 (4)レジストを除去した後、In−Snの薄膜5を1
0μm厚に蒸着した(図2(D))。その後金リボン6
とはんだ付け7を行ない、超伝導薄膜と常伝導回路とを
接続した。
【0014】以上のプロセスにより形成した超伝導/常
伝導の接続部分の断面構造は図2(E)に示されてい
る。以上のプロセスで図3(A)に示すような試料を作
製した。超伝導層10上に150μm×150μmの方
形電極(常伝導接続部)11〜14を等間隔に形成し
た。この試料を用いて超伝導膜と常伝導膜の間のコンタ
クト抵抗を測定した。図3(B)は図3(A)の試料の
等価回路図である。
【0015】 超伝導膜10が超伝導を示すことを確認した。 I1 + からI1 - へ一定電流を流しながら、V2
3 間の電圧を測定して、V2 ,V3 間の超伝導膜の試
料抵抗Rs を算出した。 次に、I1 + からI1 - への電流を停止し、I2 +
からI2 - へ上記と同一の一定電流を流して、このとき
のV2 −V3 間の電圧を測定し、V2 ,V3 間の電極1
3−試料−電極14の間の抵抗Rを求めた。この抵抗R
は上記試料抵抗Rs および常伝導膜(電極)13又は1
4と超伝導膜10との間の抵抗Rc との間に次の関係が
ある。
【0016】R=Rs +2Rc 従って、これからRc すなわち超伝導膜と電極(常伝導
体)との間のコンタクト抵抗が求められる。結果を表1
に示す。なお、常温(300K)における値は参考値で
ある。表には、従来技術として、上記と同様であるがA
g上に直接In−Snはんだで接続した場合のコンタク
ト抵抗も示す。
【0017】 表1 コンタクト抵抗の測定結果 300K (Ωcm2) 77.3K (Ωcm2) 本発明による 3.5×10-6 5.4×10-7 従来技術による 5.5×10-5 7.8×10-6 本発明により形成したコンタクトでは、液体窒素温温度
で10-7Ωcm2 のオーダの抵抗を示しており、電気的に
十分低いコンタクト抵抗となっている。例えば100μ
m角の電極を仮定した場合、10-7Ωcm2 の抵抗率を有
するコンタクトは1mΩの抵抗を持つことになり、実用
的には十分低い抵抗と考えられる。
【0018】なお、上記の実施例では金リボンを接続し
たが、本発明はこれに限定されず、例えば、図4に示す
ように超伝導膜21に対してクリップチップ22をはん
だ付け23する場合にも有効である。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、銀
又は金などの電極を形成し、さらにその上にバリア層と
して白金などの薄膜層を形成し、その後低融点はんだに
よるはんだ付けをすることでコンタクト抵抗の低い超伝
導/常伝導のコンタクトを得ることができ、さらにその
上部にIn−Snの共晶はんだなどを用いたはんだ付け
を行なうことで電気的に接触抵抗が少なく機械的には密
着強度に優れた良好な超伝導/常伝導の接続を形成する
ことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のフローチャートである。
【図2】実施例の主な工程における試料の断面図であ
る。
【図3】コンタクト抵抗測定用試料及びその等価回路を
示す。
【図4】他の実施例を示す。
【符号の説明】
1…MgO基板 2…Ba−Sr−Ca−Cu−O超伝導膜 3…Ag層(金属接続層) 4…Pt層(バリヤ層) 5…In−Sn層 6…金リボン

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化物超伝導体表面に金属接続層を有
    し、低融点金属で常伝導金属と金属接続層間の電気的接
    続を取るコンタクト構造において、金属接続層と低融点
    金属との間の高温反応を防止するバリヤ層を有すること
    を特徴とする酸化物超伝導体のコンタクト構造。
  2. 【請求項2】 前記金属接続層が金又は銀からなり、前
    記バリヤ層が白金からなる請求項1記載のコンタクト構
    造。
  3. 【請求項3】 前記低融点金属がIn−Sn,Sn−A
    g又はPb−Snはんだである請求項1又は2記載のコ
    ンタクト構造。
  4. 【請求項4】 前記酸化物超伝導体が配線基板の配線層
    である請求項1〜3のいずれか1項に記載のコンタクト
    構造。
  5. 【請求項5】 前記常伝導金属がリード線、リボン又は
    フリップチップである請求項1〜4のいずれか1項に記
    載のコンタクト構造。
  6. 【請求項6】 酸化物超伝導体上に金属接続層を形成
    し、金属接続層上にバリヤ層を形成し、低融点金属を用
    いて常伝導金属をバリヤ層に接続する工程を含み、バリ
    ヤ層が低融点金属層と金属接続層との間の高温反応を防
    止する材料からなることを特徴とする酸化物超伝導体と
    のコンタクト方法。
  7. 【請求項7】 前記バリヤ層の形成後、バリヤ層上に低
    融点金属層を形成し、それから常伝導体の前記接続を行
    なう請求項6記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記金属接続層及びバリヤ層を形成後、
    300℃以上の温度で酸素を含む雰囲気中で熱処理を行
    なう請求項6又は7記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記金属接続層が金又は銀からなり、前
    記バリヤ層が白金からなる請求項6,7又は8記載の方
    法。
  10. 【請求項10】 前記低融点金属層がIn−Sn,Sn
    −Ag又はPb−Snはんだである請求項6〜9のいず
    れか1項記載の方法。
JP5225751A 1993-09-10 1993-09-10 酸化物超伝導体とのコンタクト構造及びその形成方法 Withdrawn JPH0778640A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012109254A (ja) * 2011-12-27 2012-06-07 Toshiba Corp 超電導電流リード
CN113963945A (zh) * 2021-10-28 2022-01-21 沈阳铁路信号有限责任公司 铁路应答器上的高频电感器漆包线与线绕柱焊锡方法

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