JPH081971B2 - 薄膜超電導素子の製造方法 - Google Patents
薄膜超電導素子の製造方法Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超電導素子、特に弱結合部を有する複合化
合物薄膜を用いた超電導素子の製造方法に関するもので
ある。
合物薄膜を用いた超電導素子の製造方法に関するもので
ある。
従来の技術 従来、超電導体としては、A15型２元系化合物として
窒化ニオブ（NbN）やニオブ３ゲルマニウム（Nb3Ge）な
どが知られていた。また、これらの材料を用いた超電導
素子も種々提案されている。しかし、これらの材料の超
電導転移温度Tcはたかだか24Kであった。また、ペロブ
スカイト系化合物としては、Ba−Pb−Bi−Ｏ系（特開昭
60−173885号）が知られており、この系の材料を用いた
超電導素子も数多く研究されている。しかし、この材料
のTcは13K程度と低く実用化は困難であった。ところが
Ｔが30〜40Kを示すBa−La−Cu−Ｏ系の高温超電導体が
提案された［J.G.Bednorz and K.A.Muller,ツァイト
シュリフト フェア フィジーク（Zeitshrift fur phy
sik B）−Condensed Matter 64,189−193（1986）］。
さらに、最近提案されたＹ−Ba−Cu−Ｏ系では90Kを越
えるTcが報告されており［M.K.Wu等、フィジカル レビ
ューレターズ（Physical Review Letters）Vol.58,No.
9,908−910（1987）］、液体窒素の沸点（77K）よりも
高くなったことで実用化が有望となってきた。
窒化ニオブ（NbN）やニオブ３ゲルマニウム（Nb3Ge）な
どが知られていた。また、これらの材料を用いた超電導
素子も種々提案されている。しかし、これらの材料の超
電導転移温度Tcはたかだか24Kであった。また、ペロブ
スカイト系化合物としては、Ba−Pb−Bi−Ｏ系（特開昭
60−173885号）が知られており、この系の材料を用いた
超電導素子も数多く研究されている。しかし、この材料
のTcは13K程度と低く実用化は困難であった。ところが
Ｔが30〜40Kを示すBa−La−Cu−Ｏ系の高温超電導体が
提案された［J.G.Bednorz and K.A.Muller,ツァイト
シュリフト フェア フィジーク（Zeitshrift fur phy
sik B）−Condensed Matter 64,189−193（1986）］。
さらに、最近提案されたＹ−Ba−Cu−Ｏ系では90Kを越
えるTcが報告されており［M.K.Wu等、フィジカル レビ
ューレターズ（Physical Review Letters）Vol.58,No.
9,908−910（1987）］、液体窒素の沸点（77K）よりも
高くなったことで実用化が有望となってきた。
発明が解決しようとする問題点 Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系に代表される複合化合物材料は、例
えばスパッタリング法等の薄膜形成手法を用いると、薄
膜状の高温超電導体として形成される。しかしながら、
この超電導薄膜を利用して素子を作製するためのプロセ
ス技術が確立されておらず、新規素子の作製が困難であ
る。
えばスパッタリング法等の薄膜形成手法を用いると、薄
膜状の高温超電導体として形成される。しかしながら、
この超電導薄膜を利用して素子を作製するためのプロセ
ス技術が確立されておらず、新規素子の作製が困難であ
る。
問題点を解決するための手段 この複合化合物薄膜の性質は、下地の基板の影響を非
常に多く受ける。ある種の単結晶基板を用いるとエピタ
キシャル成長により単結晶の複合化合物薄膜を得ること
ができる。また、非晶質基板上には単結晶の複合化合物
薄膜を得ることはできない。複合化合物薄膜が単結晶で
あるかないかによって、超電導転移温度Tcや結合状態が
大きく異なる。この性質を利用して、複合化合物がエピ
タキシャル成長する単結晶基板の１部に、イオンを注入
して単結晶基板の１部を非晶質化した基板上に、複合化
合物薄膜を形成することにより、単結晶上には超伝導薄
膜が非晶質上には弱結合の薄膜が形成される。この弱結
合によって超電導体薄膜が少なくとも２つの領域に分離
した構造を有することになり、これを用いて超電導素子
を形成することができる。
常に多く受ける。ある種の単結晶基板を用いるとエピタ
キシャル成長により単結晶の複合化合物薄膜を得ること
ができる。また、非晶質基板上には単結晶の複合化合物
薄膜を得ることはできない。複合化合物薄膜が単結晶で
あるかないかによって、超電導転移温度Tcや結合状態が
大きく異なる。この性質を利用して、複合化合物がエピ
タキシャル成長する単結晶基板の１部に、イオンを注入
して単結晶基板の１部を非晶質化した基板上に、複合化
合物薄膜を形成することにより、単結晶上には超伝導薄
膜が非晶質上には弱結合の薄膜が形成される。この弱結
合によって超電導体薄膜が少なくとも２つの領域に分離
した構造を有することになり、これを用いて超電導素子
を形成することができる。
作用 本発明に係る薄膜超電導素子の製造方法は、複合化合
物超電導体を薄膜化しているため、従来の焼結体に比べ
均質な超電導体を用いていること、基板を微細加工して
いるため超電導体薄膜を微細加工することなく弱結合部
を形成することができるため、非常に高精度な超電導素
子を容易に形成することができる。
物超電導体を薄膜化しているため、従来の焼結体に比べ
均質な超電導体を用いていること、基板を微細加工して
いるため超電導体薄膜を微細加工することなく弱結合部
を形成することができるため、非常に高精度な超電導素
子を容易に形成することができる。
実施例 本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図に示すように、単結晶基板１上にレジスト等で
マスクパターン２を形成する。超電導薄膜の作製が数百
度の高温で行われ、超電導素子は液体窒素温度（−196
℃）の低温で動作させるため、基板と超電導薄膜との密
着性が悪くなり破損する場合があるが、基板の線熱膨張
係数が10-6deg-1以上であれば薄膜の破損もなく実用さ
れることを確認した。また結晶性の超電導薄膜を基板上
に形成するためには、単結晶の基板が有効であることを
確認した。。したがって、ここで用いる基板としては、
酸化マグネシウム、サファイア（α−Al2O3）、スピネ
ル、チタン酸ストロンチウム、シリコン、ガリウムひ
素、ふっ化カルシウム等の単結晶基板が超電導素子の作
製に有効であった。このマスクを通して酸素或は窒素等
のイオン３を注入して単結晶基板１の１部を非晶質化し
た。注入条件として、イオンの加速電圧は5kV以上であ
り注入量は１×1013〜１×1018cm-2である。10はこの非
晶質化部分を示す。
マスクパターン２を形成する。超電導薄膜の作製が数百
度の高温で行われ、超電導素子は液体窒素温度（−196
℃）の低温で動作させるため、基板と超電導薄膜との密
着性が悪くなり破損する場合があるが、基板の線熱膨張
係数が10-6deg-1以上であれば薄膜の破損もなく実用さ
れることを確認した。また結晶性の超電導薄膜を基板上
に形成するためには、単結晶の基板が有効であることを
確認した。。したがって、ここで用いる基板としては、
酸化マグネシウム、サファイア（α−Al2O3）、スピネ
ル、チタン酸ストロンチウム、シリコン、ガリウムひ
素、ふっ化カルシウム等の単結晶基板が超電導素子の作
製に有効であった。このマスクを通して酸素或は窒素等
のイオン３を注入して単結晶基板１の１部を非晶質化し
た。注入条件として、イオンの加速電圧は5kV以上であ
り注入量は１×1013〜１×1018cm-2である。10はこの非
晶質化部分を示す。
次に、第２図に示すように、レジスト２を除去して単
結晶基板１の表面を露出させた後、高周波プレナーマグ
ネトロンスパッタにより、焼結したYBa2Cu3O7ターゲッ
トをArとO2の混合ガス雰囲気でスパッタリング蒸着し
て、上記基板上にYBa2Cu3O7薄膜４を形成した。スパッ
タリング条件は、ガス圧力0.5Pa、スパッリング電力150
W,基板温度700℃であった。膜厚は約１μｍであった。
このYBa2Cu3O7薄膜４を形成後、酸素ガス雰囲気中800℃
で約５時間熱処理を行った。このようにして、同一の薄
膜４中に弱結合部５を有する超電導薄膜を基板上に得る
ことができる。単結晶基板１上のYBa2Cu3O7薄膜４は単
結晶であり、その超電導転移温度Tcは82Kであった。非
晶質部分10上の弱結合部を構成するYBa2Cu3O7は，作成
条件によって常電導体あるいは半導体あるいは絶縁体あ
るいは超伝導を示すが単結晶上に比べてTcが非常に低い
ものができる。このようにして、この弱結合部５を用い
て、例えば超伝導電極が２つ即ち二端子素子であると、
弱結合部がトンネル形のジョセフソン素子等の超伝導素
子を作成することができる。このような効果は、他のイ
オン注入技術を用いても得ることができた。
結晶基板１の表面を露出させた後、高周波プレナーマグ
ネトロンスパッタにより、焼結したYBa2Cu3O7ターゲッ
トをArとO2の混合ガス雰囲気でスパッタリング蒸着し
て、上記基板上にYBa2Cu3O7薄膜４を形成した。スパッ
タリング条件は、ガス圧力0.5Pa、スパッリング電力150
W,基板温度700℃であった。膜厚は約１μｍであった。
このYBa2Cu3O7薄膜４を形成後、酸素ガス雰囲気中800℃
で約５時間熱処理を行った。このようにして、同一の薄
膜４中に弱結合部５を有する超電導薄膜を基板上に得る
ことができる。単結晶基板１上のYBa2Cu3O7薄膜４は単
結晶であり、その超電導転移温度Tcは82Kであった。非
晶質部分10上の弱結合部を構成するYBa2Cu3O7は，作成
条件によって常電導体あるいは半導体あるいは絶縁体あ
るいは超伝導を示すが単結晶上に比べてTcが非常に低い
ものができる。このようにして、この弱結合部５を用い
て、例えば超伝導電極が２つ即ち二端子素子であると、
弱結合部がトンネル形のジョセフソン素子等の超伝導素
子を作成することができる。このような効果は、他のイ
オン注入技術を用いても得ることができた。
超電導薄膜として、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ以外に元素のモル
比が 0.5≦（Ａ＋Ｂ）/Cu≦2.5 であるＡ元素、Ｂ元素およびCuを含む酸化物を用いても
良い。ここに、ＡはScおよびランタン系列元素（原子番
号57〜71）のうち少なくとも１種、ＢはII a属元素のう
ち少なくとも１種の元素を含むものである。
比が 0.5≦（Ａ＋Ｂ）/Cu≦2.5 であるＡ元素、Ｂ元素およびCuを含む酸化物を用いても
良い。ここに、ＡはScおよびランタン系列元素（原子番
号57〜71）のうち少なくとも１種、ＢはII a属元素のう
ち少なくとも１種の元素を含むものである。
発明の効果 以上のような方法により容易に薄膜超伝導素子を作成
することができる。複合化合物薄膜にレジストを塗布し
たりエッチング等の微細加工を行うことなく、弱結合を
有する超伝導薄膜を得ることができるため、超伝導特性
の劣化なしで良好な超伝導素子を得ることができる。ま
た、素子の分離は、超電導体の距離即ちイオン注入層の
領域を大きくすることによってできるため、１回のマス
ク工程と１回の薄膜形成工程によって集積した超伝導素
子を形成することができる。また、SiやGaAs等の半導体
やCaF2等の絶縁体上に超伝導素子を形成できるため、他
のデバイスと積層した新規なデバイスを作成することが
できるようになる。
することができる。複合化合物薄膜にレジストを塗布し
たりエッチング等の微細加工を行うことなく、弱結合を
有する超伝導薄膜を得ることができるため、超伝導特性
の劣化なしで良好な超伝導素子を得ることができる。ま
た、素子の分離は、超電導体の距離即ちイオン注入層の
領域を大きくすることによってできるため、１回のマス
ク工程と１回の薄膜形成工程によって集積した超伝導素
子を形成することができる。また、SiやGaAs等の半導体
やCaF2等の絶縁体上に超伝導素子を形成できるため、他
のデバイスと積層した新規なデバイスを作成することが
できるようになる。
第１図および第２図は本発明の一実施例による薄膜超電
導素子の製造方法の基本概念断面図である。 １……単結晶基板（サファイア）、２……レジスト、３
……酸素あるいは窒素イオン、４……YBa2Cu3O7薄膜、
５……弱結合部、10……非晶質部分
導素子の製造方法の基本概念断面図である。 １……単結晶基板（サファイア）、２……レジスト、３
……酸素あるいは窒素イオン、４……YBa2Cu3O7薄膜、
５……弱結合部、10……非晶質部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｂ 12/06 ＺＡＡ
Claims (5)
- 【請求項１】単結晶基板の１部にイオンを注入して、前
記単結晶基板の１部を非晶質化し、前記基板上に複合化
合物を用いた超電導体被膜を形成することを特徴とする
薄膜超電導素子の製造方法。 - 【請求項２】非晶質化した基板上の複合化合物薄膜が弱
結合状態であり、この弱結合部によって前記超電導体被
膜を少なくとも２つの領域に分離した構造を形成するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜超電導
素子の製造方法。 - 【請求項３】複合化合物として元素のモル比率が 0.5≦（Ａ＋Ｂ）/Cu≦2.5 であるＡ元素、Ｂ元素およびCuを含む酸化物を用いるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜超電導
素子の製造方法。 ここに、ＡはSc,Yおよびランタン系列元素（原子番号57
〜71）のうち少なくとも１種、ＢはII a族元素のうち少
なくとも１種の元素を示す。 - 【請求項４】単結晶基板として、サファイア、酸化マグ
ネシウム、スピネル、チタン酸ストロンチウム、シリコ
ン、ガリウムひ素、インジウム燐、ふっ化カルシウム等
の単結晶の少なくとも１種で構成したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の薄膜超電導素子の製造方
法。 - 【請求項５】酸素あるいは窒素のイオンを少なくとも１
種を加速して単結晶基板に注入することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の薄膜超電導素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62252895A JPH081971B2 (ja) | 1987-10-07 | 1987-10-07 | 薄膜超電導素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62252895A JPH081971B2 (ja) | 1987-10-07 | 1987-10-07 | 薄膜超電導素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0195576A JPH0195576A (ja) | 1989-04-13 |
| JPH081971B2 true JPH081971B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=17243662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62252895A Expired - Fee Related JPH081971B2 (ja) | 1987-10-07 | 1987-10-07 | 薄膜超電導素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH081971B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02154484A (ja) * | 1988-12-06 | 1990-06-13 | Nec Corp | ジヨセフソン素子 |
| JP2012109263A (ja) * | 2012-02-08 | 2012-06-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導テープ線材の製造方法、超電導テープ線材、および超電導機器 |
-
1987
- 1987-10-07 JP JP62252895A patent/JPH081971B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0195576A (ja) | 1989-04-13 |
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