JPH08116099A - 超伝導素子およびその作製方法 - Google Patents
超伝導素子およびその作製方法Info
- Publication number
- JPH08116099A JPH08116099A JP6250689A JP25068994A JPH08116099A JP H08116099 A JPH08116099 A JP H08116099A JP 6250689 A JP6250689 A JP 6250689A JP 25068994 A JP25068994 A JP 25068994A JP H08116099 A JPH08116099 A JP H08116099A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- superconducting thin
- superconducting
- type substrate
- electrode portion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 広範な応用に適するよう、弱結合型からトン
ネル接合まで再現性よく得られる超伝導素子とその作製
方法を提供する。 【構成】 面方位が同じあるいは異なる二つの基板の接
合部に段差を設けた段差型基板の下段側に段差の高さと
一致すよう第一の超伝導電極を形成した後、上段側に第
二の超伝導電極を形成する。または、前記段差型基板の
下段側に段差の高さと一致すよう第一の超伝導電極と半
導体あるいは絶縁体を積層した後、上段側に第二の超伝
導電極を形成する。さらにこれらの工程をすべて同一チ
ャンバー中で行なう。
ネル接合まで再現性よく得られる超伝導素子とその作製
方法を提供する。 【構成】 面方位が同じあるいは異なる二つの基板の接
合部に段差を設けた段差型基板の下段側に段差の高さと
一致すよう第一の超伝導電極を形成した後、上段側に第
二の超伝導電極を形成する。または、前記段差型基板の
下段側に段差の高さと一致すよう第一の超伝導電極と半
導体あるいは絶縁体を積層した後、上段側に第二の超伝
導電極を形成する。さらにこれらの工程をすべて同一チ
ャンバー中で行なう。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種センサ、スイッチ
ング素子、演算素子等のマイクロエレクトロニクス分野
に応用される超伝導素子およびその作製方法に関するも
のである。
ング素子、演算素子等のマイクロエレクトロニクス分野
に応用される超伝導素子およびその作製方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超伝導体を用いた能動デバイスと
してジョセフソン接合の開発が行なわれている。ジョセ
フソン接合の開発の流れは、粒界接合型とトンネル接合
型の大きく二種類に分けることができる。
してジョセフソン接合の開発が行なわれている。ジョセ
フソン接合の開発の流れは、粒界接合型とトンネル接合
型の大きく二種類に分けることができる。
【０００３】粒界接合型に関しては、例えば特開平５−
２８３７６０号公報、特開平５−１６０４４８号公報に
記載されているようにバイクリスタル基板（双結晶基
板）や段差型基板を用いることによって、弱結合型のジ
ョセフソン接合が再現性良く得られるようになってき
た。
２８３７６０号公報、特開平５−１６０４４８号公報に
記載されているようにバイクリスタル基板（双結晶基
板）や段差型基板を用いることによって、弱結合型のジ
ョセフソン接合が再現性良く得られるようになってき
た。
【０００４】一方、トンネル接合型に関しては、ナノメ
ートルオーダーの絶縁体や半導体などの中間層を超伝導
体で挟んだ積層構造が一般的であり、現在その開発が行
なわれているところである。
ートルオーダーの絶縁体や半導体などの中間層を超伝導
体で挟んだ積層構造が一般的であり、現在その開発が行
なわれているところである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のバイク
リスタル基板や段差型基板を用いた接合は、図１３に示
すように基板上に一度に超伝導薄膜を形成するので弱結
合の作製は可能であるが、トンネル接合へ展開すること
はできない。弱結合はトンネル接合のようにヒステリシ
スを示さないため、ＳＱＵＩＤなどのセンサの応用には
よいが、さらに広範囲な応用、たとえば論理素子等のデ
ィジタル応用には適さない。すなわち弱結合だけでは応
用範囲が狭くなってしまう。
リスタル基板や段差型基板を用いた接合は、図１３に示
すように基板上に一度に超伝導薄膜を形成するので弱結
合の作製は可能であるが、トンネル接合へ展開すること
はできない。弱結合はトンネル接合のようにヒステリシ
スを示さないため、ＳＱＵＩＤなどのセンサの応用には
よいが、さらに広範囲な応用、たとえば論理素子等のデ
ィジタル応用には適さない。すなわち弱結合だけでは応
用範囲が狭くなってしまう。
【０００６】一方、トンネル接合は、薄い均一な中間層
の形成が困難、さらには中間層の上に形成される超伝導
薄膜の特性が下部の超伝導薄膜の特性に比べて劣るなど
の問題点を有し、実用に耐え得るものはまだ実現されて
いない。
の形成が困難、さらには中間層の上に形成される超伝導
薄膜の特性が下部の超伝導薄膜の特性に比べて劣るなど
の問題点を有し、実用に耐え得るものはまだ実現されて
いない。
【０００７】本発明は以上述べた問題点を解決するもの
であり、同じテクノロジーを用い、広範な応用に適する
弱結合型からトンネル接合まで再現性よく得られる超伝
導素子とその作製方法を提供することにある。
であり、同じテクノロジーを用い、広範な応用に適する
弱結合型からトンネル接合まで再現性よく得られる超伝
導素子とその作製方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の超伝導素子は、
段差型基板の下段側に第１の電極部である酸化物超伝導
薄膜を段差部の高さと一致するよう形成し、さらに段差
型基板の上段側に前記酸化物超伝導薄膜の一部に接する
よう第２の電極部である酸化物超伝導薄膜を形成したこ
とを特徴とする。
段差型基板の下段側に第１の電極部である酸化物超伝導
薄膜を段差部の高さと一致するよう形成し、さらに段差
型基板の上段側に前記酸化物超伝導薄膜の一部に接する
よう第２の電極部である酸化物超伝導薄膜を形成したこ
とを特徴とする。
【０００９】さらに、本発明の超伝導素子は、段差型基
板の下段側に第１の電極部である酸化物超伝導薄膜を段
差部の高さと一致するよう形成した後、該酸化物超伝導
薄膜表面の一部を還元処理し、さらに段差型基板の上段
側に前記還元処理した表面の一部に接するよう第２の電
極部である酸化物超伝導薄膜を形成したことを特徴とす
る。さらに、本発明の超伝導素子は、段差型基板の下段
側に第１の電極部である酸化物超伝導薄膜を段差部の高
さより低くなるよう形成した後、該酸化物超伝導薄膜上
に半導体あるいは絶縁体を段差部の高さと一致するよう
形成し、さらに段差型基板の上段側に前記半導体あるい
は絶縁体の一部に接するよう第２の電極部である酸化物
超伝導薄膜を形成したことを特徴とする。
板の下段側に第１の電極部である酸化物超伝導薄膜を段
差部の高さと一致するよう形成した後、該酸化物超伝導
薄膜表面の一部を還元処理し、さらに段差型基板の上段
側に前記還元処理した表面の一部に接するよう第２の電
極部である酸化物超伝導薄膜を形成したことを特徴とす
る。さらに、本発明の超伝導素子は、段差型基板の下段
側に第１の電極部である酸化物超伝導薄膜を段差部の高
さより低くなるよう形成した後、該酸化物超伝導薄膜上
に半導体あるいは絶縁体を段差部の高さと一致するよう
形成し、さらに段差型基板の上段側に前記半導体あるい
は絶縁体の一部に接するよう第２の電極部である酸化物
超伝導薄膜を形成したことを特徴とする。
【００１０】さらに、本発明の超伝導素子は、接合部に
制御電極を形成したことを特徴とする。さらに、本発明
の超伝導素子は、前記段差型基板は面方位が同じあるい
は異なる二つの基板を段差をつけてはり合わせてなるこ
とを特徴とする。
制御電極を形成したことを特徴とする。さらに、本発明
の超伝導素子は、前記段差型基板は面方位が同じあるい
は異なる二つの基板を段差をつけてはり合わせてなるこ
とを特徴とする。
【００１１】また、本発明の超伝導素子の作製方法は、
段差型基板の下段側に第１の電極部である酸化物超伝導
薄膜を形成し、さらに段差型基板の上段側に前記酸化物
超伝導薄膜の一部に接するよう第２の電極部である酸化
物超伝導薄膜を形成して得られる超伝導素子、あるいは
段差型基板の下段側に第１の電極部である酸化物超伝導
薄膜を形成した後、該酸化物超伝導薄膜表面の一部を還
元処理し、さらに段差型基板の上段側に前記還元処理し
た表面の一部に接するよう第２の電極部である酸化物超
伝導薄膜を形成して得られる超伝導素子、あるいは段差
型基板の下段側に第１の電極部である酸化物超伝導薄膜
を形成した後、該酸化物超伝導薄膜上に半導体あるいは
絶縁体を形成し、さらに段差型基板の上段側に前記半導
体あるいは絶縁体の一部に接するよう第２の電極部であ
る酸化物超伝導薄膜を形成して得られる超伝導素子を作
製する方法であって、一連の工程をメタルマスクを用い
てすべて同一チャンバー中で行なうことを特徴とする。
段差型基板の下段側に第１の電極部である酸化物超伝導
薄膜を形成し、さらに段差型基板の上段側に前記酸化物
超伝導薄膜の一部に接するよう第２の電極部である酸化
物超伝導薄膜を形成して得られる超伝導素子、あるいは
段差型基板の下段側に第１の電極部である酸化物超伝導
薄膜を形成した後、該酸化物超伝導薄膜表面の一部を還
元処理し、さらに段差型基板の上段側に前記還元処理し
た表面の一部に接するよう第２の電極部である酸化物超
伝導薄膜を形成して得られる超伝導素子、あるいは段差
型基板の下段側に第１の電極部である酸化物超伝導薄膜
を形成した後、該酸化物超伝導薄膜上に半導体あるいは
絶縁体を形成し、さらに段差型基板の上段側に前記半導
体あるいは絶縁体の一部に接するよう第２の電極部であ
る酸化物超伝導薄膜を形成して得られる超伝導素子を作
製する方法であって、一連の工程をメタルマスクを用い
てすべて同一チャンバー中で行なうことを特徴とする。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を実施例に従い詳細に説明す
る。
る。
【００１３】（実施例１）図１は本発明の実施例１にお
ける超伝導素子の断面図である。超伝導素子は、段差型
基板１上に形成され、第１超伝導電極部２、第２超伝導
電極部３、Ａｕ電極４、５から構成されている。
ける超伝導素子の断面図である。超伝導素子は、段差型
基板１上に形成され、第１超伝導電極部２、第２超伝導
電極部３、Ａｕ電極４、５から構成されている。
【００１４】図２に図１に示した超伝導素子の作製プロ
セスを示す。まず図２（ａ）において、メタルマスク７
を用いてＳｒＴｉＯ3 単結晶の段差型基板１の下段部に
段差の高さと一致するよう酸素プラズマを照射しなが
ら、第１の電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜２
をその場成長させる。このとき薄膜の形成は、分子線の
方向性が高いＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ
Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用い斜め方向（図中の↓方
向）から蒸着する。続いて図２（ｂ）においてメタルマ
スクを交換し、段差型基板１の上段部に下段部に形成し
た超伝導薄膜２の一部に接するよう酸素プラズマを照射
しながら、第２の電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導
薄膜３を同様にその場成長させる。第１の電極部である
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜２と第２の電極部であるＹ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３はともにＣ軸配向の単結晶
薄膜であり、Ｔｃは各８５Ｋで特性的にもほぼ同程度で
ある。最後に図２（ｃ）においても同様に、メタルマス
ク９を用いてＡｕ電極４、５を形成する。ここで段差の
高さと一致するように第１電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
y 超伝導薄膜２を形成するのは、第１電極部であるＹＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜２と第２電極部であるＹＢａ2
Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３とが接する界面領域以外に弱結
合が生じないように、第２電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
y 超伝導薄膜３を均一にし、かつ高品質な状態を維持す
るためである。また、第１電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
y 超伝導薄膜２の最終層と第２電極部であるＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏy 超伝導薄膜３の第１層の選択も重要である。
セスを示す。まず図２（ａ）において、メタルマスク７
を用いてＳｒＴｉＯ3 単結晶の段差型基板１の下段部に
段差の高さと一致するよう酸素プラズマを照射しなが
ら、第１の電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜２
をその場成長させる。このとき薄膜の形成は、分子線の
方向性が高いＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ
Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用い斜め方向（図中の↓方
向）から蒸着する。続いて図２（ｂ）においてメタルマ
スクを交換し、段差型基板１の上段部に下段部に形成し
た超伝導薄膜２の一部に接するよう酸素プラズマを照射
しながら、第２の電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導
薄膜３を同様にその場成長させる。第１の電極部である
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜２と第２の電極部であるＹ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３はともにＣ軸配向の単結晶
薄膜であり、Ｔｃは各８５Ｋで特性的にもほぼ同程度で
ある。最後に図２（ｃ）においても同様に、メタルマス
ク９を用いてＡｕ電極４、５を形成する。ここで段差の
高さと一致するように第１電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
y 超伝導薄膜２を形成するのは、第１電極部であるＹＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜２と第２電極部であるＹＢａ2
Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３とが接する界面領域以外に弱結
合が生じないように、第２電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
y 超伝導薄膜３を均一にし、かつ高品質な状態を維持す
るためである。また、第１電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
y 超伝導薄膜２の最終層と第２電極部であるＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏy 超伝導薄膜３の第１層の選択も重要である。
【００１５】上記方法で得られた超伝導素子は、第１電
極部の超伝導薄膜２および第２電極部の超伝導薄膜３中
はＣ軸と垂直に、すなわちＣｕＯ面に沿って電流が流れ
る。超伝導薄膜の接合部６ではＣ軸方向に、すなわちＣ
ｕＯ面に垂直に電流が流れる。従って、接合部に弱結合
が形成される。図１に示した超伝導素子の７７Ｋにおけ
る電流−電圧特性を図３に示す。弱結合型の特性が得ら
れていることがわかる。そしてこの特性は、接合部の長
さＬを変えることによって変化させることができる。
極部の超伝導薄膜２および第２電極部の超伝導薄膜３中
はＣ軸と垂直に、すなわちＣｕＯ面に沿って電流が流れ
る。超伝導薄膜の接合部６ではＣ軸方向に、すなわちＣ
ｕＯ面に垂直に電流が流れる。従って、接合部に弱結合
が形成される。図１に示した超伝導素子の７７Ｋにおけ
る電流−電圧特性を図３に示す。弱結合型の特性が得ら
れていることがわかる。そしてこの特性は、接合部の長
さＬを変えることによって変化させることができる。
【００１６】さらに、接合部４にマイクロ波を照射する
ことにより、シャピロステップも観測されている。これ
らの特性は、再現性よく得られる。
ことにより、シャピロステップも観測されている。これ
らの特性は、再現性よく得られる。
【００１７】また、接合部をパターニングすることによ
り複数の接合を直列接続することも可能である。
り複数の接合を直列接続することも可能である。
【００１８】ここで段差型基板の作製方法としてはイオ
ンエッチングが一般的であるが、この場合段差の角度は
水平方向に対して７０゜以上にすることは困難であるた
め、面方位が同じあるいは異なる二つの基板を段差をつ
けてはり合わせた方が急峻な段差が得られより特性，再
現性が良い。この時段差の角度は水平方向に対して８０
〜１００゜が適当であり、より好ましくは８５〜９５゜
の範囲がよい。すなわち、段差の角度が９０゜に近いほ
ど第１電極部である超伝導薄膜２の段差部近傍における
結晶性がよく、それが素子としての特性、再現性を高め
る一つの要因となり本構造の特徴が生かされる。さらに
その場合、特に面方位の異なる二つの基板を用いた方が
ジョセフソン接合の形成により効果的であり、従来の弱
結合型素子よりも特性，再現性に優れている。また、面
方位の異なる基板を用いることにより、第１電極部の超
伝導薄膜２および第２電極部の超伝導薄膜３の配向は基
板に垂直方向および平行方向に関して種々の組合せが可
能であり、これによって特性も制御できる。さらに複数
のメタルマスクを自動交換できるアクチュエータとシャ
ッター付の複数の蒸発源を一つのチャンバー内に装備
し、上記超伝導素子を同一チャンバー中で大気にさらす
ことなく連続的に作製することにより再現性はさらに良
くなる。
ンエッチングが一般的であるが、この場合段差の角度は
水平方向に対して７０゜以上にすることは困難であるた
め、面方位が同じあるいは異なる二つの基板を段差をつ
けてはり合わせた方が急峻な段差が得られより特性，再
現性が良い。この時段差の角度は水平方向に対して８０
〜１００゜が適当であり、より好ましくは８５〜９５゜
の範囲がよい。すなわち、段差の角度が９０゜に近いほ
ど第１電極部である超伝導薄膜２の段差部近傍における
結晶性がよく、それが素子としての特性、再現性を高め
る一つの要因となり本構造の特徴が生かされる。さらに
その場合、特に面方位の異なる二つの基板を用いた方が
ジョセフソン接合の形成により効果的であり、従来の弱
結合型素子よりも特性，再現性に優れている。また、面
方位の異なる基板を用いることにより、第１電極部の超
伝導薄膜２および第２電極部の超伝導薄膜３の配向は基
板に垂直方向および平行方向に関して種々の組合せが可
能であり、これによって特性も制御できる。さらに複数
のメタルマスクを自動交換できるアクチュエータとシャ
ッター付の複数の蒸発源を一つのチャンバー内に装備
し、上記超伝導素子を同一チャンバー中で大気にさらす
ことなく連続的に作製することにより再現性はさらに良
くなる。
【００１９】（実施例２）本発明の実施例２における超
伝導素子の断面を図４に示す。超伝導素子は、段差型基
板１１上に形成され、第１超伝導電極部１２、第２超伝
導電極部１３、中間層１４、Ａｕ電極１５、１６から構
成されている。
伝導素子の断面を図４に示す。超伝導素子は、段差型基
板１１上に形成され、第１超伝導電極部１２、第２超伝
導電極部１３、中間層１４、Ａｕ電極１５、１６から構
成されている。
【００２０】本発明の実施例２における超伝導素子は、
本発明の実施例１における超伝導素子と同じテクノロジ
ーを用いて作製できる。図５に図４に示した超伝導素子
の作製プロセスを示す。まず図５（ａ）において、メタ
ルマスク２０を用いてＳｒＴｉＯ3 単結晶の段差型基板
１１の下段部に段差の高さと一致するよう酸素プラズマ
を照射しながら第１の電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超
伝導薄膜１２をＭＢＥ法を用いてその場成長させる。次
に図５（ｂ）において、メタルマスクを交換しＡｕ電極
１５を形成する。続いて図５（ｃ）において、Ａｕ電極
で覆われていない第１電極部の表面を還元処理する。こ
れによって、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy の酸素を脱離させ、表面
を半導体層あるいはＴｃが最初に形成した超伝導薄膜１
２よりも低くなるような超伝導体層とし中間層１４を形
成する。この時、後工程の第２電極部であるＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏy 超伝導薄膜１３を形成する際に、中間層に酸素
が拡散しても接合部１９において中間層が最初に形成し
た超伝導薄膜１２に復帰しないよう十分還元することが
重要である。次に図５（ｄ）において、再びメタルマス
ク２２を用いて段差型基板１１の上段部に下段部に形成
した中間層１４の一部に接するよう、酸素プラズマを照
射しながら第２電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy超伝導薄
膜１３を第１電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜
１２と同様にその場成長させる。この第２電極部である
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜１３はＳｒＴｉＯ3 基板上
に形成されるので、その超伝導特性は第１電極部である
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy超伝導薄膜１２と同様でＴｃ＝８５Ｋ
の良好な単結晶薄膜である。そして最後に図５（ｅ）に
おいて、Ａｕ電極１６を形成する。
本発明の実施例１における超伝導素子と同じテクノロジ
ーを用いて作製できる。図５に図４に示した超伝導素子
の作製プロセスを示す。まず図５（ａ）において、メタ
ルマスク２０を用いてＳｒＴｉＯ3 単結晶の段差型基板
１１の下段部に段差の高さと一致するよう酸素プラズマ
を照射しながら第１の電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超
伝導薄膜１２をＭＢＥ法を用いてその場成長させる。次
に図５（ｂ）において、メタルマスクを交換しＡｕ電極
１５を形成する。続いて図５（ｃ）において、Ａｕ電極
で覆われていない第１電極部の表面を還元処理する。こ
れによって、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy の酸素を脱離させ、表面
を半導体層あるいはＴｃが最初に形成した超伝導薄膜１
２よりも低くなるような超伝導体層とし中間層１４を形
成する。この時、後工程の第２電極部であるＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏy 超伝導薄膜１３を形成する際に、中間層に酸素
が拡散しても接合部１９において中間層が最初に形成し
た超伝導薄膜１２に復帰しないよう十分還元することが
重要である。次に図５（ｄ）において、再びメタルマス
ク２２を用いて段差型基板１１の上段部に下段部に形成
した中間層１４の一部に接するよう、酸素プラズマを照
射しながら第２電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy超伝導薄
膜１３を第１電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜
１２と同様にその場成長させる。この第２電極部である
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜１３はＳｒＴｉＯ3 基板上
に形成されるので、その超伝導特性は第１電極部である
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy超伝導薄膜１２と同様でＴｃ＝８５Ｋ
の良好な単結晶薄膜である。そして最後に図５（ｅ）に
おいて、Ａｕ電極１６を形成する。
【００２１】上記方法で得られた超伝導素子の電流−電
圧特性を７７Ｋで測定したところ、図６に示すような結
果が得られた。また、接合部にマイクロ波を照射したと
ころシャピロスッテプも観察された。すなわち、ジョセ
フソン接合が形成されているのである。
圧特性を７７Ｋで測定したところ、図６に示すような結
果が得られた。また、接合部にマイクロ波を照射したと
ころシャピロスッテプも観察された。すなわち、ジョセ
フソン接合が形成されているのである。
【００２２】従来と比べ、接合の上部に形成される第２
電極部である超伝導薄膜が高品質であり、作製条件が同
じであれば、上記特性は再現性よく得られる。複数のメ
タルマスクを自動交換できるアクチュエータとシャッタ
ー付の複数の蒸発源を一つのチャンバー内に装備し、上
記超伝導素子を同一チャンバー中で大気にさらすことな
く連続的に作製することにより再現性はさらに良くな
る。
電極部である超伝導薄膜が高品質であり、作製条件が同
じであれば、上記特性は再現性よく得られる。複数のメ
タルマスクを自動交換できるアクチュエータとシャッタ
ー付の複数の蒸発源を一つのチャンバー内に装備し、上
記超伝導素子を同一チャンバー中で大気にさらすことな
く連続的に作製することにより再現性はさらに良くな
る。
【００２３】さらに、接合部に制御電極を形成すること
により、電界効果型素子の作製も可能である。図７に電
界効果型素子の断面を示す。これは、図４に示した超伝
導素子の接合部１９に誘電体膜１７、制御電極１８を形
成することにより得られる。
により、電界効果型素子の作製も可能である。図７に電
界効果型素子の断面を示す。これは、図４に示した超伝
導素子の接合部１９に誘電体膜１７、制御電極１８を形
成することにより得られる。
【００２４】図８に制御電極への印加電圧Ｖg の有無に
よる電流−電圧特性を示す。制御電極に電圧を印加する
ことにより電流−電圧特性が制御できることがわかる。
よる電流−電圧特性を示す。制御電極に電圧を印加する
ことにより電流−電圧特性が制御できることがわかる。
【００２５】（実施例３）本発明の実施例３における超
伝導素子の構成は、図９に示すように本発明の実施例２
における超伝導素子のそれと同様である。すなわち、段
差型基板３１、第１超伝導電極部３２、第２超伝導電極
部３３、中間層３４、Ａｕ電極３５、３６から構成され
ている。
伝導素子の構成は、図９に示すように本発明の実施例２
における超伝導素子のそれと同様である。すなわち、段
差型基板３１、第１超伝導電極部３２、第２超伝導電極
部３３、中間層３４、Ａｕ電極３５、３６から構成され
ている。
【００２６】本発明の実施例３における超伝導素子は、
本発明の実施例１，実施例２における超伝導素子と同じ
テクノロジーを用いて作製できる。図１０に図９に示し
た超伝導素子の作製プロセスを示す。まず図１０（ａ）
において、メタルマスク４０を用いてＳｒＴｉＯ3 単結
晶の段差型基板３１の下段部に段差の高さよりも低くな
るよう酸素プラズマを照射しながら第１の電極部である
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３２をＭＢＥ法を用いてそ
の場成長させる。次に図１０（ｂ）において、メタルマ
スクを交換し中間層３４を段差の高さと一致するよう形
成する。ここでは中間層として超伝導薄膜と格子整合性
がよいＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏy 半導体を用い、第１電極部で
あるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜の場合と同様にＭＢＥ
法によりその場成長させる。続いて図１０（ｃ）におい
て、再びメタルマスク４２を用いて段差型基板３１の上
段部に下段部に形成した中間層３４の一部に接するよ
う、酸素プラズマを照射しながら第２電極部であるＹＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３３を第１電極部であるＹＢａ
2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３２と同様にその場成長させる。
この第２電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３３
はＳｒＴｉＯ3 基板上に形成されるので、その超伝導特
性は第１電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３２
と同様でＴｃ＝８５Ｋの良好な単結晶薄膜である。そし
て最後に図１０（ｄ）において、Ａｕ電極３５，３６を
形成する。
本発明の実施例１，実施例２における超伝導素子と同じ
テクノロジーを用いて作製できる。図１０に図９に示し
た超伝導素子の作製プロセスを示す。まず図１０（ａ）
において、メタルマスク４０を用いてＳｒＴｉＯ3 単結
晶の段差型基板３１の下段部に段差の高さよりも低くな
るよう酸素プラズマを照射しながら第１の電極部である
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３２をＭＢＥ法を用いてそ
の場成長させる。次に図１０（ｂ）において、メタルマ
スクを交換し中間層３４を段差の高さと一致するよう形
成する。ここでは中間層として超伝導薄膜と格子整合性
がよいＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏy 半導体を用い、第１電極部で
あるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜の場合と同様にＭＢＥ
法によりその場成長させる。続いて図１０（ｃ）におい
て、再びメタルマスク４２を用いて段差型基板３１の上
段部に下段部に形成した中間層３４の一部に接するよ
う、酸素プラズマを照射しながら第２電極部であるＹＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３３を第１電極部であるＹＢａ
2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３２と同様にその場成長させる。
この第２電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３３
はＳｒＴｉＯ3 基板上に形成されるので、その超伝導特
性は第１電極部であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３２
と同様でＴｃ＝８５Ｋの良好な単結晶薄膜である。そし
て最後に図１０（ｄ）において、Ａｕ電極３５，３６を
形成する。
【００２７】上記方法で得られた超伝導素子の電流−電
圧特性を７７Ｋで測定したところ、図６と同様な結果が
得られた。また、接合部にマイクロ波を照射したところ
シャピロスッテプも観察された。すなわち、ジョセフソ
ン接合が形成されているのである。そして、これらの特
性は再現性よく得られる。
圧特性を７７Ｋで測定したところ、図６と同様な結果が
得られた。また、接合部にマイクロ波を照射したところ
シャピロスッテプも観察された。すなわち、ジョセフソ
ン接合が形成されているのである。そして、これらの特
性は再現性よく得られる。
【００２８】従来と比べ、接合の上部に形成される第２
電極部である超伝導薄膜は下部電極と同程度の高品質な
ものが得られている。その結果、７７Ｋにおいても良好
なジョセフソン接合特性が得られる。複数のメタルマス
クを自動交換できるアクチュエータとシャッター付の複
数の蒸発源を一つのチャンバー内に装備し、上記超伝導
素子を同一チャンバー中で大気にさらすことなく連続的
に作製することにより再現性はさらに良くなる。
電極部である超伝導薄膜は下部電極と同程度の高品質な
ものが得られている。その結果、７７Ｋにおいても良好
なジョセフソン接合特性が得られる。複数のメタルマス
クを自動交換できるアクチュエータとシャッター付の複
数の蒸発源を一つのチャンバー内に装備し、上記超伝導
素子を同一チャンバー中で大気にさらすことなく連続的
に作製することにより再現性はさらに良くなる。
【００２９】さらに、接合部に制御電極を形成すること
により、電界効果型素子の作製も可能である。図１１に
電界効果型素子の断面を示す。これは図７に示した超伝
導素子の構成と同じであり、接合部３９に誘電体膜３
７、制御電極３８を形成することにより得られる。この
素子の制御電極への印加電圧Ｖg の有無による電流−電
圧特性は図８と同様であり、制御電極に電圧を印加する
ことにより電流−電圧特性が制御できる。
により、電界効果型素子の作製も可能である。図１１に
電界効果型素子の断面を示す。これは図７に示した超伝
導素子の構成と同じであり、接合部３９に誘電体膜３
７、制御電極３８を形成することにより得られる。この
素子の制御電極への印加電圧Ｖg の有無による電流−電
圧特性は図８と同様であり、制御電極に電圧を印加する
ことにより電流−電圧特性が制御できる。
【００３０】また、中間層３４に絶縁体を用いてもよ
い。この場合、第１および第２電極部である超伝導薄膜
３２，３３はａ軸配向させるのが好ましい。素子の構成
および作製プロセスは図９および図１０の場合と同様で
ある。まず第１電極部である超伝導薄膜３２をａ軸配向
させる。次に中間層３４を形成する。ここでは中間層に
ＳｒＴｉＯ3 を用いた。続いて第２電極部である超伝導
薄膜３３をａ軸配向させる。第２電極部であるＹＢａ2
Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３３はＳｒＴｉＯ3 基板上に形成
されるので、その超伝導特性は第１電極部であるＹＢａ
2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３２と同様でＴｃ＝８０Ｋの良好
なａ軸配向のエピタキシャル薄膜が得られる。そして最
後Ａｕ電極３５，３６を形成する。
い。この場合、第１および第２電極部である超伝導薄膜
３２，３３はａ軸配向させるのが好ましい。素子の構成
および作製プロセスは図９および図１０の場合と同様で
ある。まず第１電極部である超伝導薄膜３２をａ軸配向
させる。次に中間層３４を形成する。ここでは中間層に
ＳｒＴｉＯ3 を用いた。続いて第２電極部である超伝導
薄膜３３をａ軸配向させる。第２電極部であるＹＢａ2
Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３３はＳｒＴｉＯ3 基板上に形成
されるので、その超伝導特性は第１電極部であるＹＢａ
2Ｃｕ3Ｏy 超伝導薄膜３２と同様でＴｃ＝８０Ｋの良好
なａ軸配向のエピタキシャル薄膜が得られる。そして最
後Ａｕ電極３５，３６を形成する。
【００３１】得られた超伝導素子の電流−電圧特性を７
７Ｋで測定したところ、図１２に示すようなトンネル型
のジョセフソン接合特性が得られた。接合の上部に形成
される第２電極部である超伝導薄膜は下部電極と同程度
の均一で高品質なものが得られるため、これらの特性は
再現性よく得られる。上部電極を下部電極と同一平面基
板上に形成する図１４に示すような従来の素子もある
が、この場合接合界面が図中のａ方向とｂ方向の二通り
あり、また上部電極の段差部に弱接合部が形成される可
能性があるため、本素子の方が再現性に優れている。複
数のメタルマスクを自動交換できるアクチュエータとシ
ャッター付の複数の蒸発源を一つのチャンバー内に装備
し、上記超伝導素子を同一チャンバー中で大気にさらす
ことなく連続的に作製することにより再現性はさらに良
くなる。
７Ｋで測定したところ、図１２に示すようなトンネル型
のジョセフソン接合特性が得られた。接合の上部に形成
される第２電極部である超伝導薄膜は下部電極と同程度
の均一で高品質なものが得られるため、これらの特性は
再現性よく得られる。上部電極を下部電極と同一平面基
板上に形成する図１４に示すような従来の素子もある
が、この場合接合界面が図中のａ方向とｂ方向の二通り
あり、また上部電極の段差部に弱接合部が形成される可
能性があるため、本素子の方が再現性に優れている。複
数のメタルマスクを自動交換できるアクチュエータとシ
ャッター付の複数の蒸発源を一つのチャンバー内に装備
し、上記超伝導素子を同一チャンバー中で大気にさらす
ことなく連続的に作製することにより再現性はさらに良
くなる。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、段差
型基板を用いその下段部と上段部にそれぞれ独立して超
伝導薄膜を形成することにより、同じテクノロジーで弱
結合型からトンネル型まで従来よりも再現性よくジョセ
フソン接合が得られる超伝導素子を提供することができ
るという効果を有する。さらに、これを同一チャンバー
中で連続的に作製することにより、その再現性をさらに
向上させることができる。これによって各種センサ、ス
イッチング素子、演算素子等のマイクロエレクトロニク
ス分野への幅広い応用が期待できる。
型基板を用いその下段部と上段部にそれぞれ独立して超
伝導薄膜を形成することにより、同じテクノロジーで弱
結合型からトンネル型まで従来よりも再現性よくジョセ
フソン接合が得られる超伝導素子を提供することができ
るという効果を有する。さらに、これを同一チャンバー
中で連続的に作製することにより、その再現性をさらに
向上させることができる。これによって各種センサ、ス
イッチング素子、演算素子等のマイクロエレクトロニク
ス分野への幅広い応用が期待できる。
【図１】本発明の実施例１における超伝導素子の断面
図。
図。
【図２】本発明の実施例１における超伝導素子の作製プ
ロセスを示す図。
ロセスを示す図。
【図３】本発明の実施例１における超伝導素子の電流−
電圧特性を示す図。
電圧特性を示す図。
【図４】本発明の実施例２における超伝導素子の断面
図。
図。
【図５】本発明の実施例２における超伝導素子の作製プ
ロセスを示す図。
ロセスを示す図。
【図６】本発明の実施例２における超伝導素子の電流−
電圧特性を示す図。
電圧特性を示す図。
【図７】本発明の実施例２における電界効果型素子の断
面図。
面図。
【図８】本発明の実施例２における電界効果型素子の電
流−電圧特性を示す図。
流−電圧特性を示す図。
【図９】本発明の実施例３における超伝導素子の断面
図。
図。
【図１０】本発明の実施例３における超伝導素子の作製
プロセスを示す図。
プロセスを示す図。
【図１１】本発明の実施例３における電界効果型素子の
断面図。
断面図。
【図１２】本発明の実施例３における電界効果型素子の
電流−電圧特性を示す図。
電流−電圧特性を示す図。
【図１３】従来の段差型基板を用いた超伝導素子の断面
図。
図。
【図１４】従来の超伝導素子の断面図。
１，１１，３１，１０１…段差型基板 ２，１２，３２，２０２…第１電極部の酸化物超伝導薄
膜 ３，１３，３３，２０３…第２電極部の酸化物超伝導薄
膜 ４，５，１５，１６，３５，３６…Ａｕ電極 ６，１９，３９…接合部 ７，８，９，２０，２１，２２，２３…メタルマスク ４０，４１，４２，４３…メタルマスク １４，３４，２０４…中間層 １７，３７…誘電体膜 １８，３８…制御電極 １０２…酸化物超伝導薄膜 １０３…粒界接合部 ２０１…基板
膜 ３，１３，３３，２０３…第２電極部の酸化物超伝導薄
膜 ４，５，１５，１６，３５，３６…Ａｕ電極 ６，１９，３９…接合部 ７，８，９，２０，２１，２２，２３…メタルマスク ４０，４１，４２，４３…メタルマスク １４，３４，２０４…中間層 １７，３７…誘電体膜 １８，３８…制御電極 １０２…酸化物超伝導薄膜 １０３…粒界接合部 ２０１…基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下田 達也 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 段差型基板の下段側に第１の電極部であ
る酸化物超伝導薄膜を段差部の高さと一致するよう形成
し、さらに段差型基板の上段側に前記酸化物超伝導薄膜
の一部に接するよう第２の電極部である酸化物超伝導薄
膜を形成したことを特徴とする超伝導素子。 - 【請求項２】 段差型基板の下段側に第１の電極部であ
る酸化物超伝導薄膜を段差部の高さと一致するよう形成
した後、該酸化物超伝導薄膜表面の一部を還元処理し、
さらに段差型基板の上段側に前記還元処理した表面の一
部に接するよう第２の電極部である酸化物超伝導薄膜を
形成したことを特徴とする超伝導素子。 - 【請求項３】 段差型基板の下段側に第１の電極部であ
る酸化物超伝導薄膜を段差部の高さより低くなるよう形
成した後、該酸化物超伝導薄膜上に半導体あるいは絶縁
体を段差部の高さと一致するよう形成し、さらに段差型
基板の上段側に前記半導体あるいは絶縁体の一部に接す
るよう第２の電極部である酸化物超伝導薄膜を形成した
ことを特徴とする超伝導素子。 - 【請求項４】 接合部に制御電極を形成したことを特徴
とする請求項２、３記載の超伝導素子。 - 【請求項５】 段差型基板は面方位が同じあるいは異な
る二つの基板の接合部に段差を設けたことを特徴とする
請求項１、２、３記載の超伝導素子。 - 【請求項６】 段差型基板の下段側に第１の電極部であ
る酸化物超伝導薄膜を形成し、さらに段差型基板の上段
側に前記酸化物超伝導薄膜の一部に接するよう第２の電
極部である酸化物超伝導薄膜を形成して得られる超伝導
素子、あるいは段差型基板の下段側に第１の電極部であ
る酸化物超伝導薄膜を形成した後、該酸化物超伝導薄膜
表面の一部を還元処理し、さらに段差型基板の上段側に
前記還元処理した表面の一部に接するよう第２の電極部
である酸化物超伝導薄膜を形成して得られる超伝導素
子、あるいは段差型基板の下段側に第１の電極部である
酸化物超伝導薄膜を形成した後、該酸化物超伝導薄膜上
に半導体あるいは絶縁体を形成し、さらに段差型基板の
上段側に前記半導体あるいは絶縁体の一部に接するよう
第２の電極部である酸化物超伝導薄膜を形成して得られ
る超伝導素子を作製する方法であって、一連の工程をメ
タルマスクを用いてすべて同一チャンバー中で行なうこ
とを特徴とする超伝導素子の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6250689A JPH08116099A (ja) | 1994-10-17 | 1994-10-17 | 超伝導素子およびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6250689A JPH08116099A (ja) | 1994-10-17 | 1994-10-17 | 超伝導素子およびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08116099A true JPH08116099A (ja) | 1996-05-07 |
Family
ID=17211586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6250689A Pending JPH08116099A (ja) | 1994-10-17 | 1994-10-17 | 超伝導素子およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08116099A (ja) |
-
1994
- 1994-10-17 JP JP6250689A patent/JPH08116099A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5322526A (en) | Method for manufacturing a superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material | |
| US5846846A (en) | Method for making a superconducting field-effect device with grain boundary channel | |
| JPH104222A (ja) | 酸化物超電導体素子及びその製造方法 | |
| EP0545801B1 (en) | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same | |
| US5416072A (en) | Superconducting device having an thin superconducting channel formed of oxide superconducting material | |
| EP0421889B1 (en) | Method for forming a continuous oxide superconductor layer having different thickness portions for superconductor device | |
| US5539215A (en) | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material | |
| US5621223A (en) | Superconducting device having a reduced thickness of oxide superconducting layer and method for manufacturing the same | |
| US5854493A (en) | Superconduting device having an extremely short superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same | |
| EP0551033B1 (en) | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same | |
| JP3189403B2 (ja) | 超電導接合を有する素子およびその作製方法 | |
| US5408108A (en) | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material | |
| JPH08116099A (ja) | 超伝導素子およびその作製方法 | |
| EP0546959B1 (en) | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material | |
| JP2680949B2 (ja) | 超電導電界効果型素子の作製方法 | |
| US5770470A (en) | High temperature superconducting electric field effect device and a method for fabricating the same | |
| JP2667289B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JP2691065B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| US6020596A (en) | Superconducting device including an isolation layer | |
| JPH02234480A (ja) | 酸化物超伝導トンネル接合素子 | |
| JPH1126822A (ja) | 高温超伝導ジョセフソン素子およびその製造方法 | |
| EP0893835A2 (en) | Superconducting field effect device having a superconducting channel and method for manufacturing the same | |
| JPH06268269A (ja) | 電流変調装置 | |
| JPH05152631A (ja) | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 | |
| JPH05251775A (ja) | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 11 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090529 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |