JPH08340134A - 超伝導デバイス装置及びその製造方法 - Google Patents
超伝導デバイス装置及びその製造方法Info
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- JPH08340134A JPH08340134A JP7144956A JP14495695A JPH08340134A JP H08340134 A JPH08340134 A JP H08340134A JP 7144956 A JP7144956 A JP 7144956A JP 14495695 A JP14495695 A JP 14495695A JP H08340134 A JPH08340134 A JP H08340134A
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- JP
- Japan
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- film
- superconducting
- superconducting device
- bicrystal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い環境温度で使用でき、高周波特性に優れ
た超伝導デバイス装置を提供する。 【構成】 超伝導デバイスと基板の中間部に低誘電率で
且つ基板と超伝導体との格子定数・線膨張係数・結晶構
造が近く相性の良いエピタキシャル膜を形成すること、
低誘電率の下地層を残し超伝導デバイスの下部に位置す
る基板を除去することによって減衰定数αや放射損を抑
え、特性インピーダンス調整後の導体幅を広く出来るた
め加工による超伝導体の劣化が少なくなり、更に弱結合
部の臨界温度の低下を抑制できる。
た超伝導デバイス装置を提供する。 【構成】 超伝導デバイスと基板の中間部に低誘電率で
且つ基板と超伝導体との格子定数・線膨張係数・結晶構
造が近く相性の良いエピタキシャル膜を形成すること、
低誘電率の下地層を残し超伝導デバイスの下部に位置す
る基板を除去することによって減衰定数αや放射損を抑
え、特性インピーダンス調整後の導体幅を広く出来るた
め加工による超伝導体の劣化が少なくなり、更に弱結合
部の臨界温度の低下を抑制できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電磁波検出器、磁気検出
器、スイッチング装置、メモリー装置等に用いる超伝導
デバイス装置に関する。
器、スイッチング装置、メモリー装置等に用いる超伝導
デバイス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超伝導体には金属超伝導体と比べ
（１）臨界温度が高い（１００Ｋを越える材料も多数発
見されている）、（２）エネルギーギャップが大きい、
（３）異方性が強い、（４）コヒーレント長が短い、と
いう４つの特徴がある。これらの特徴は応用、作製方法
に大きな影響を与えている。良い面では（１）により使
用環境の制限が少なくなり民生機器への応用も含め幅広
い分野への応用が可能になって来た。更に（２）により
新たに今まで利用されていなかったミリ波領域から遠赤
外領域までの電磁波帯で利用できる高周波検出装置が期
待されている。この様な大きな期待を持たせる反面
（３）により形成する膜の結晶方位の制御が必要になり
所定の結晶面を持つ単結晶基板を用い超伝導膜をエピタ
キシャル成長させることが必要不可欠となった。更に
（４）により金属超伝導体では容易に作製出来たＳＩＳ
接合型ジョセフソン接合では絶縁層を数ｎｍと極めて薄
くする必要があるため積層技術が極めて困難となり今だ
にエネルギーギャップが明確に確認されていない。
（１）臨界温度が高い（１００Ｋを越える材料も多数発
見されている）、（２）エネルギーギャップが大きい、
（３）異方性が強い、（４）コヒーレント長が短い、と
いう４つの特徴がある。これらの特徴は応用、作製方法
に大きな影響を与えている。良い面では（１）により使
用環境の制限が少なくなり民生機器への応用も含め幅広
い分野への応用が可能になって来た。更に（２）により
新たに今まで利用されていなかったミリ波領域から遠赤
外領域までの電磁波帯で利用できる高周波検出装置が期
待されている。この様な大きな期待を持たせる反面
（３）により形成する膜の結晶方位の制御が必要になり
所定の結晶面を持つ単結晶基板を用い超伝導膜をエピタ
キシャル成長させることが必要不可欠となった。更に
（４）により金属超伝導体では容易に作製出来たＳＩＳ
接合型ジョセフソン接合では絶縁層を数ｎｍと極めて薄
くする必要があるため積層技術が極めて困難となり今だ
にエネルギーギャップが明確に確認されていない。
【０００３】この様な背景の中、酸化物超伝導体を用い
たジョセフソン接合は逆に欠点とされていた特徴を積極
的に利用した弱結合型が主に検討されている。この弱結
合型にはＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍａｇｎ．，ＭＡＧ−
２７，Ｎｏ．２，Ｍａｒｃｈ１９９１，ｐｐ２５６５や
電子情報通信学会 信学技法 ＳＣＥ９４−１１，１９
９４−０４，ｐｐ６５に述べられている様にＭｇＯまた
はＳｒＴｉＯ3単結晶を結晶軸をずらして接合したバイ
クリスタル基板を用いる方法とＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
Ｌｅｔｔ．，６１（９），３１Ａｕｇｕｓｔ １９９
２，ｐｐ１１２８や電子情報通信学会論文誌，Ｃ−１
１，Ｖｏｌ．Ｊ７６−ｃ−１１，Ｎｏ．６，ｐｐ３６４
に述べられている様にイオンビーム等により段差を形成
したＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3、ＬａＡｌＯ3等単結晶基板を
用いる方法がある。また超伝導デバイス装置は基板上に
単純にジョセフソン接合を形成するだけではなく例えば
電磁波検出器では超伝導アンテナ、超伝導フィルター、
超伝導遅延回路等他の素子と組合わせてモノリシック化
する傾向にある。
たジョセフソン接合は逆に欠点とされていた特徴を積極
的に利用した弱結合型が主に検討されている。この弱結
合型にはＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍａｇｎ．，ＭＡＧ−
２７，Ｎｏ．２，Ｍａｒｃｈ１９９１，ｐｐ２５６５や
電子情報通信学会 信学技法 ＳＣＥ９４−１１，１９
９４−０４，ｐｐ６５に述べられている様にＭｇＯまた
はＳｒＴｉＯ3単結晶を結晶軸をずらして接合したバイ
クリスタル基板を用いる方法とＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
Ｌｅｔｔ．，６１（９），３１Ａｕｇｕｓｔ １９９
２，ｐｐ１１２８や電子情報通信学会論文誌，Ｃ−１
１，Ｖｏｌ．Ｊ７６−ｃ−１１，Ｎｏ．６，ｐｐ３６４
に述べられている様にイオンビーム等により段差を形成
したＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3、ＬａＡｌＯ3等単結晶基板を
用いる方法がある。また超伝導デバイス装置は基板上に
単純にジョセフソン接合を形成するだけではなく例えば
電磁波検出器では超伝導アンテナ、超伝導フィルター、
超伝導遅延回路等他の素子と組合わせてモノリシック化
する傾向にある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の弱結合
型の超伝導デバイス装置は以下の様な問題を有してい
た。
型の超伝導デバイス装置は以下の様な問題を有してい
た。
【０００５】（１）安定した弱結合素子を得るには基板
はｎｍレベルの平坦性を必要とするがバイクリスタル基
板の場合、研磨時に接合部にストレスが集中し接合部周
辺の凹凸が大きくなり易かった。故に平坦性をｎｍレベ
ルに抑えられ且つ大幅なコスト高にならない基板材料は
限定された。ちなみに現在これらを満たしている材料は
ＭｇＯとＳｒＴｉＯ3のみである。しかしＭｇＯは周知
のごとく酸化物超伝導体との格子定数のミスマッチが大
きく超伝導薄膜をエピタキシャル成長させる上で好まし
くない、更に水分に弱く研磨時や保管に於て表面が劣化
し易い問題があった。ＳｒＴｉＯ3は誘電率（εr＝３１
０）が高く伝送線路では減衰定数α（Ｎｐ／ｍ）や放射
損が大きくなり特性劣化を招いていた。更に誘電率が高
いと特性インピーダンスＺLを調整する関係から導体幅
をμｍオーダーまで細くする必要があり微細加工により
超伝導体のＴｃが低下する問題があった。
はｎｍレベルの平坦性を必要とするがバイクリスタル基
板の場合、研磨時に接合部にストレスが集中し接合部周
辺の凹凸が大きくなり易かった。故に平坦性をｎｍレベ
ルに抑えられ且つ大幅なコスト高にならない基板材料は
限定された。ちなみに現在これらを満たしている材料は
ＭｇＯとＳｒＴｉＯ3のみである。しかしＭｇＯは周知
のごとく酸化物超伝導体との格子定数のミスマッチが大
きく超伝導薄膜をエピタキシャル成長させる上で好まし
くない、更に水分に弱く研磨時や保管に於て表面が劣化
し易い問題があった。ＳｒＴｉＯ3は誘電率（εr＝３１
０）が高く伝送線路では減衰定数α（Ｎｐ／ｍ）や放射
損が大きくなり特性劣化を招いていた。更に誘電率が高
いと特性インピーダンスＺLを調整する関係から導体幅
をμｍオーダーまで細くする必要があり微細加工により
超伝導体のＴｃが低下する問題があった。
【０００６】（２）（１）のバイクリスタル基板の様な
製造不可能という致命的な問題ではないが、単一基板で
も誘電率の低いＲＥＡｌＯ3、ＲＥＧａＯ3基板（ここで
ＲＥは希土類元素）等は容易に量産出来て且つ需要が多
いＳｒＴｉＯ3に比べ１．５〜２倍と価格が高い問題が
あった。
製造不可能という致命的な問題ではないが、単一基板で
も誘電率の低いＲＥＡｌＯ3、ＲＥＧａＯ3基板（ここで
ＲＥは希土類元素）等は容易に量産出来て且つ需要が多
いＳｒＴｉＯ3に比べ１．５〜２倍と価格が高い問題が
あった。
【０００７】（３）イオンビームにより段差を形成した
基板を用いる方法は段差部に複数の結晶粒界が形成され
易く、粒界部分では歪により酸素欠損が生じＴｃの低下
を招いていた。複数の結晶粒界が出来るのはＳＥＭ、Ｔ
ＥＭ、ＡＦＭによる観察からエッチング低部は超伝導膜
が島状成長し易く且つ元素のマイグレーションが悪いた
めその近傍にブロック状の結晶（異相も含む）が成長し
易いここと段差上部の超伝導膜がエッチング低部側に迫
り出して成長し連続してスムースに成長しないため等が
考えられる。
基板を用いる方法は段差部に複数の結晶粒界が形成され
易く、粒界部分では歪により酸素欠損が生じＴｃの低下
を招いていた。複数の結晶粒界が出来るのはＳＥＭ、Ｔ
ＥＭ、ＡＦＭによる観察からエッチング低部は超伝導膜
が島状成長し易く且つ元素のマイグレーションが悪いた
めその近傍にブロック状の結晶（異相も含む）が成長し
易いここと段差上部の超伝導膜がエッチング低部側に迫
り出して成長し連続してスムースに成長しないため等が
考えられる。
【０００８】本発明は以上述べた問題点を解決するもの
であり本来の超伝導デバイスの持つ特性を引出し、高い
環境温度で使用出来、且つ安定した超伝導デバイス装置
を低コストで容易に得んとするものである。
であり本来の超伝導デバイスの持つ特性を引出し、高い
環境温度で使用出来、且つ安定した超伝導デバイス装置
を低コストで容易に得んとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明よりなる超伝導デバイス装置は結晶軸に角度
ずれを持って接合されたバイクリスタル基板を用いて弱
結合を形成する超伝導デバイス装置に於てＸＴｉＯ3よ
りなるバイクリスタル基板上にＲＥＡｌＯ3、ＲＥＧａ
Ｏ3、ＲＥＸＡｌＯ4またはＲＥＸＧａＯ4の何れかのエ
ピタキシャル膜を形成し、更に該エピタキシャル膜上に
酸化物超伝導薄膜を所定の形状で基板の接合部を少なく
とも１ヶ所以上横切る様に形成して成ること、エッチン
グにより基板に形成した段差を用いて弱結合を形成する
超伝導デバイス装置に於て段差を形成した基板上にＲＥ
ＡｌＯ3、ＲＥＧａＯ3、ＲＥＸＡｌＯ4またはＲＥＸＧ
ａＯ4の何れかのエピタキシャル膜を形成し、更に該エ
ピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄膜を所定の形状で基
板の段差部を少なくとも１ヶ所以上横切る様に形成して
成ること、結晶軸に角度ずれを持って接合され、且つ接
合部に段差を形成したＸＴｉＯ3よりなるバイクリスタ
ル基板上にＲＥＡｌＯ3、ＲＥＧａＯ3、ＲＥＸＡｌＯ4
またはＲＥＸＧａＯ4の何れかのエピタキシャル膜を形
成し、更に該エピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄膜を
所定の形状で基板の接合段差部を少なくとも１ヶ所以上
横切る様に形成して成ることを特徴とする。ここでＸは
アルカリ土類、ＲＥは希土類元素のうち一種の元素を示
す。更に段差を用いた弱結合超伝導デバイス装置の製造
方法に於て基板上にエッチングにより段差を形成した
後、該基板上に基板と同じ組成のホモエピタキシャル膜
を形成、次に該ホモエピタキシャル膜上に酸化物超伝導
薄膜を金属マスクまたは成膜後リソグラフィーとエッチ
ングにより所定の形状で基板の段差部を少なくとも１ヶ
所以上横切る様に形成したこと、バイクリスタル基板を
用いた弱結合超伝導デバイスの製造に於てバイクリスタ
ル基板上に基板と同じ組成のホモエピタキシャル膜を形
成し、次に該ホモエピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄
膜を金属マスクまたは成膜後リソグラフィーとエッチン
グにより所定の形状で基板の段差部を少なくとも１ヶ所
以上横切る様に形成したことを特徴とする。更に基板上
に超伝導デバイス装置を形成させる方法に於いて、
（ａ）基板上に該基板より少ない誘電率を持つ材料より
なる下地層を形成する工程、（ｂ）前記下地層上に金属
マスクまたはフォトリソグラフィーを用い超伝導デバイ
スを形成する工程、（ｃ）超伝導デバイスの下部に位置
する基板の所定の箇所あるいは全部を除去する工程、を
含むこと、基板と下地層の中間にＰｔ層を形成すること
を特徴とする。また超伝導デバイス装置を作製する工程
内に応力が加わる工程がある場合は強度を持たせるため
基板の除去は必要な箇所だけ行うことが好ましい。
に、本発明よりなる超伝導デバイス装置は結晶軸に角度
ずれを持って接合されたバイクリスタル基板を用いて弱
結合を形成する超伝導デバイス装置に於てＸＴｉＯ3よ
りなるバイクリスタル基板上にＲＥＡｌＯ3、ＲＥＧａ
Ｏ3、ＲＥＸＡｌＯ4またはＲＥＸＧａＯ4の何れかのエ
ピタキシャル膜を形成し、更に該エピタキシャル膜上に
酸化物超伝導薄膜を所定の形状で基板の接合部を少なく
とも１ヶ所以上横切る様に形成して成ること、エッチン
グにより基板に形成した段差を用いて弱結合を形成する
超伝導デバイス装置に於て段差を形成した基板上にＲＥ
ＡｌＯ3、ＲＥＧａＯ3、ＲＥＸＡｌＯ4またはＲＥＸＧ
ａＯ4の何れかのエピタキシャル膜を形成し、更に該エ
ピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄膜を所定の形状で基
板の段差部を少なくとも１ヶ所以上横切る様に形成して
成ること、結晶軸に角度ずれを持って接合され、且つ接
合部に段差を形成したＸＴｉＯ3よりなるバイクリスタ
ル基板上にＲＥＡｌＯ3、ＲＥＧａＯ3、ＲＥＸＡｌＯ4
またはＲＥＸＧａＯ4の何れかのエピタキシャル膜を形
成し、更に該エピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄膜を
所定の形状で基板の接合段差部を少なくとも１ヶ所以上
横切る様に形成して成ることを特徴とする。ここでＸは
アルカリ土類、ＲＥは希土類元素のうち一種の元素を示
す。更に段差を用いた弱結合超伝導デバイス装置の製造
方法に於て基板上にエッチングにより段差を形成した
後、該基板上に基板と同じ組成のホモエピタキシャル膜
を形成、次に該ホモエピタキシャル膜上に酸化物超伝導
薄膜を金属マスクまたは成膜後リソグラフィーとエッチ
ングにより所定の形状で基板の段差部を少なくとも１ヶ
所以上横切る様に形成したこと、バイクリスタル基板を
用いた弱結合超伝導デバイスの製造に於てバイクリスタ
ル基板上に基板と同じ組成のホモエピタキシャル膜を形
成し、次に該ホモエピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄
膜を金属マスクまたは成膜後リソグラフィーとエッチン
グにより所定の形状で基板の段差部を少なくとも１ヶ所
以上横切る様に形成したことを特徴とする。更に基板上
に超伝導デバイス装置を形成させる方法に於いて、
（ａ）基板上に該基板より少ない誘電率を持つ材料より
なる下地層を形成する工程、（ｂ）前記下地層上に金属
マスクまたはフォトリソグラフィーを用い超伝導デバイ
スを形成する工程、（ｃ）超伝導デバイスの下部に位置
する基板の所定の箇所あるいは全部を除去する工程、を
含むこと、基板と下地層の中間にＰｔ層を形成すること
を特徴とする。また超伝導デバイス装置を作製する工程
内に応力が加わる工程がある場合は強度を持たせるため
基板の除去は必要な箇所だけ行うことが好ましい。
【００１０】
【実施例】以下、実施例に従って本発明を詳細に説明し
ていく。
ていく。
【００１１】（実施例１）本発明よりなる超伝導デバイ
ス装置の断面構造を図１に示す。先ず最初に境界面のａ
軸方位が３６．８゜の（１００）ＳｒＴｉＯ3バイクリ
スタル基板１上に酸素ラジカルビームを照射し表面の汚
染層を除去する。除去状態はＲＨＥＥＤ（反射電子線回
折）により確認する。次に大気に晒す事なくＲＦマグネ
トロンスパッタ法により表１の組成のエピタキシャル膜
２を２００〜５００ｎｍ形成する。尚表１中の格子定数
は疑似正方晶として表している。エピタキシャル膜２の
形成条件はターゲット：表１の化学量論組成の焼結体、
ＲＦパワー：１００Ｗ、ＲＦパワー密度：３．５Ｗ／ｃ
ｍ2、成長速度：０．３〜０．４Å／ｓｅｃ、基板温
度：６５０〜７００℃、ガス分圧（Ａｒ＋酸素）：１０
０ｍＴｏｒｒ・５０ｍＴｏｒｒである。基板温度６５０
℃以下では結晶性の良いエピタキシャル成長膜は得られ
ない。
ス装置の断面構造を図１に示す。先ず最初に境界面のａ
軸方位が３６．８゜の（１００）ＳｒＴｉＯ3バイクリ
スタル基板１上に酸素ラジカルビームを照射し表面の汚
染層を除去する。除去状態はＲＨＥＥＤ（反射電子線回
折）により確認する。次に大気に晒す事なくＲＦマグネ
トロンスパッタ法により表１の組成のエピタキシャル膜
２を２００〜５００ｎｍ形成する。尚表１中の格子定数
は疑似正方晶として表している。エピタキシャル膜２の
形成条件はターゲット：表１の化学量論組成の焼結体、
ＲＦパワー：１００Ｗ、ＲＦパワー密度：３．５Ｗ／ｃ
ｍ2、成長速度：０．３〜０．４Å／ｓｅｃ、基板温
度：６５０〜７００℃、ガス分圧（Ａｒ＋酸素）：１０
０ｍＴｏｒｒ・５０ｍＴｏｒｒである。基板温度６５０
℃以下では結晶性の良いエピタキシャル成長膜は得られ
ない。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】得られたエピタキシャル膜２の結晶特性は
ほぼ同じであったのでＰｒＧａＯ3を例に述べる。結晶
方位はＸＲＤとＴＥＭの制限視野回折像から（１１０）
ＰＧＯ‖（１００）ＳＴＯ、＜００１＞ＰＧＯ‖＜０１
０＞ＳＴＯでエピタキシャル成長膜であった。但しＡｌ
系の場合は（１００）ＰＡＯ‖（１００）ＳＴＯであ
る。結晶性はＲＢＳ（ラザフォード後方散乱法）のチャ
ネリングモードから得られたχminは３％以下と小さく
優れていた。尚Ｈｅ4+イオンは基板面に対して垂直に入
射している。この様にして得られたエピタキシャル膜２
はバイクリスタル基板１の特性を引き継ぎ同じくバイク
リスタルになっている。３は接合部である。
ほぼ同じであったのでＰｒＧａＯ3を例に述べる。結晶
方位はＸＲＤとＴＥＭの制限視野回折像から（１１０）
ＰＧＯ‖（１００）ＳＴＯ、＜００１＞ＰＧＯ‖＜０１
０＞ＳＴＯでエピタキシャル成長膜であった。但しＡｌ
系の場合は（１００）ＰＡＯ‖（１００）ＳＴＯであ
る。結晶性はＲＢＳ（ラザフォード後方散乱法）のチャ
ネリングモードから得られたχminは３％以下と小さく
優れていた。尚Ｈｅ4+イオンは基板面に対して垂直に入
射している。この様にして得られたエピタキシャル膜２
はバイクリスタル基板１の特性を引き継ぎ同じくバイク
リスタルになっている。３は接合部である。
【００１５】次にこのエピタキシャル膜２上にＭＢＥ装
置によりＥＣＲ酸素ラジカルビーム（イオンを分離しラ
ジカルのみ）を照射しながらＫ−ｃｅｌｌによりＹ、Ｂ
ａ、Ｃｕの各金属を蒸着しＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-xよりなる
酸化物超伝導膜４を１００〜３００ｎｍ形成した。この
時の酸化物超伝導膜４の形成条件は真空度：５×１０-5
Ｔｏｒｒ、基板温度：６５０〜６７０℃、成長速度：
０．１〜０．３Å／ｓｅｃである。得られた酸化物超伝
導薄膜４はバイクリスタルの接合部３以外ではｃ軸配向
したエピタキシャル成長膜であり、臨界温度は８７Ｋで
あった。次にフォトリソグラフィーとＡｒイオンビーム
エッチングによりジョセフソン接合５、アンテナ６、フ
ィルター、ｅｔｃをモノリシック化した超伝導デバイス
装置を得た。ジュセフソン接合５部周辺の部分平面図を
図２に示す。ジョセフソン接合５は接合部３を３回横断
することにより３段直列構造になっている。７はバイア
ス線路である。
置によりＥＣＲ酸素ラジカルビーム（イオンを分離しラ
ジカルのみ）を照射しながらＫ−ｃｅｌｌによりＹ、Ｂ
ａ、Ｃｕの各金属を蒸着しＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-xよりなる
酸化物超伝導膜４を１００〜３００ｎｍ形成した。この
時の酸化物超伝導膜４の形成条件は真空度：５×１０-5
Ｔｏｒｒ、基板温度：６５０〜６７０℃、成長速度：
０．１〜０．３Å／ｓｅｃである。得られた酸化物超伝
導薄膜４はバイクリスタルの接合部３以外ではｃ軸配向
したエピタキシャル成長膜であり、臨界温度は８７Ｋで
あった。次にフォトリソグラフィーとＡｒイオンビーム
エッチングによりジョセフソン接合５、アンテナ６、フ
ィルター、ｅｔｃをモノリシック化した超伝導デバイス
装置を得た。ジュセフソン接合５部周辺の部分平面図を
図２に示す。ジョセフソン接合５は接合部３を３回横断
することにより３段直列構造になっている。７はバイア
ス線路である。
【００１６】得られた超伝導デバイス装置をスターリン
グサイクルの閉サイクル冷凍機により冷却し、検波特性
を評価した。印加したマイクロ波の周波数は９．９５Ｇ
Ｈｚである。必要な検波特性を満たした使用動作温度を
従来のＳｒＴｉＯ3バイクリスタル基板を用いた比較例
と共に表２に示した。
グサイクルの閉サイクル冷凍機により冷却し、検波特性
を評価した。印加したマイクロ波の周波数は９．９５Ｇ
Ｈｚである。必要な検波特性を満たした使用動作温度を
従来のＳｒＴｉＯ3バイクリスタル基板を用いた比較例
と共に表２に示した。
【００１７】表２から判るようにほぼ同等の検波特性を
得るのに本実施例では従来例に比べ高温で動作が可能と
なっている。これは高誘電率の基板と超伝導薄膜の中間
に低誘電率で且つバイクリスタル基板１と酸化物超伝導
膜４両材料に対して格子定数、線膨張係数、結晶構造が
近く相性の良い材料よりなるエピタキシャル膜２を形成
したことにより減衰定数αや放射損を抑え更に特性イン
ピーダンス調整後の導体幅を広く出来るため加工による
超伝導体の劣化が少なくなったためと考えられる。 尚
本実施例ではバイクリスタル基板にＳｒＴｉＯ3単結晶
を用いたが他にバイクリスタル基板が容易に出来るＣａ
ＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3を用いても何等差し支えない。但
しＳｒＴｉＯ3が最も多く用いられているのはこの中で
酸化物超伝導体に最も格子定数の近い材料であるためで
あり、例えばＳｒＴｉＯ3より格子定数の大きなＢａＴ
ｉＯ3を用いる場合は基板と酸化物超伝導の格子定数の
中間の格子定数を持つＬａＧａＯ3を選択し連続的にミ
スマッチを抑えるとより結晶性の優れた膜を得られるた
めより好ましい。
得るのに本実施例では従来例に比べ高温で動作が可能と
なっている。これは高誘電率の基板と超伝導薄膜の中間
に低誘電率で且つバイクリスタル基板１と酸化物超伝導
膜４両材料に対して格子定数、線膨張係数、結晶構造が
近く相性の良い材料よりなるエピタキシャル膜２を形成
したことにより減衰定数αや放射損を抑え更に特性イン
ピーダンス調整後の導体幅を広く出来るため加工による
超伝導体の劣化が少なくなったためと考えられる。 尚
本実施例ではバイクリスタル基板にＳｒＴｉＯ3単結晶
を用いたが他にバイクリスタル基板が容易に出来るＣａ
ＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3を用いても何等差し支えない。但
しＳｒＴｉＯ3が最も多く用いられているのはこの中で
酸化物超伝導体に最も格子定数の近い材料であるためで
あり、例えばＳｒＴｉＯ3より格子定数の大きなＢａＴ
ｉＯ3を用いる場合は基板と酸化物超伝導の格子定数の
中間の格子定数を持つＬａＧａＯ3を選択し連続的にミ
スマッチを抑えるとより結晶性の優れた膜を得られるた
めより好ましい。
【００１８】（実施例２）先ず（１００）ＳｒＴｉＯ3
単結晶基板１ａ上に段差を形成する。単結晶基板１ａ上
にＮｂ薄膜を形成し更にフォトリソグラフィーとＣＦ4
＋酸素の混合ガスを用いたＲＩＥによりＮｂ薄膜をパタ
ーニングする。次にパターニングしたＮｂ薄膜をマスク
としてＡｒイオンビームエッチングにより基板１ａ上に
段差３ａを形成する。マスクはその後ＲＩＥにより剥離
する。得られた段差３ａの断面形状を図３に示す。深さ
は１００〜３００ｎｍ、傾斜角は２０〜４５゜である。
単結晶基板１ａ上に段差を形成する。単結晶基板１ａ上
にＮｂ薄膜を形成し更にフォトリソグラフィーとＣＦ4
＋酸素の混合ガスを用いたＲＩＥによりＮｂ薄膜をパタ
ーニングする。次にパターニングしたＮｂ薄膜をマスク
としてＡｒイオンビームエッチングにより基板１ａ上に
段差３ａを形成する。マスクはその後ＲＩＥにより剥離
する。得られた段差３ａの断面形状を図３に示す。深さ
は１００〜３００ｎｍ、傾斜角は２０〜４５゜である。
【００１９】次に図３に示す様に段差３ａを形成した基
板１ａ上にＰｒＧａＯ3よりなるエピタキシャル膜２
を、更にその上にＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-xより成る酸化物超
伝導膜４を実施例１と同じ条件で形成した。その後酸化
物超伝導膜４ａをパターニングしてモノリシック化した
超伝導デバイス装置を得た。なおジョセフソン接合５は
実施例１の様なメアンダ状による連続形成ではなく図４
に示すように複数の段差部３ａを横切ることにより平面
上直線的に形成されている。メアンダ状はミリ波の様な
高周波になるとインダクタンス成分を持つため本実施例
の様に直線的であることが好ましい。
板１ａ上にＰｒＧａＯ3よりなるエピタキシャル膜２
を、更にその上にＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-xより成る酸化物超
伝導膜４を実施例１と同じ条件で形成した。その後酸化
物超伝導膜４ａをパターニングしてモノリシック化した
超伝導デバイス装置を得た。なおジョセフソン接合５は
実施例１の様なメアンダ状による連続形成ではなく図４
に示すように複数の段差部３ａを横切ることにより平面
上直線的に形成されている。メアンダ状はミリ波の様な
高周波になるとインダクタンス成分を持つため本実施例
の様に直線的であることが好ましい。
【００２０】
【表３】
【００２１】得られた超伝導デバイス装置を実施例１と
同様に評価した。結果を表３（左）にＳｒＴｉＯ3基板
をそのまま用いた場合の比較例とともに示した。表から
判るように高誘電率の基板と超伝導薄膜の中間に低誘電
率で且つ基板、超伝導膜と共に格子定数、線膨張係数、
結晶構造が近く相性の良いエピタキシャル膜２を形成し
たことにより、より高温で使用可能となり実施例１と同
様な効果が見られた。
同様に評価した。結果を表３（左）にＳｒＴｉＯ3基板
をそのまま用いた場合の比較例とともに示した。表から
判るように高誘電率の基板と超伝導薄膜の中間に低誘電
率で且つ基板、超伝導膜と共に格子定数、線膨張係数、
結晶構造が近く相性の良いエピタキシャル膜２を形成し
たことにより、より高温で使用可能となり実施例１と同
様な効果が見られた。
【００２２】またモノリシック化した超伝導デバイス装
置の評価だけでなく直列に連続形成したジョセフソン接
合部のみの臨界温度の測定も行った。結果を表３（右）
に示す。表から判るように本発明によると低誘電率化し
たことによる改良だけでなく、ジョセフソン接合５の臨
界温度低下抑制効果も僅かではあるが見られる。この効
果のメカニズムに付いてはより顕著に効果が見られた実
施例４に於いて詳細に述べる。
置の評価だけでなく直列に連続形成したジョセフソン接
合部のみの臨界温度の測定も行った。結果を表３（右）
に示す。表から判るように本発明によると低誘電率化し
たことによる改良だけでなく、ジョセフソン接合５の臨
界温度低下抑制効果も僅かではあるが見られる。この効
果のメカニズムに付いてはより顕著に効果が見られた実
施例４に於いて詳細に述べる。
【００２３】尚実施例ではエピタキシャル膜２にＰｒＧ
ａＯ3を用いているがＬａＡｌＯ3、ＰｒＡｌＯ3、Ｎｄ
ＡｌＯ3 、ＳｍＡｌＯ3、ＬａＧａＯ3、ＳｒＬａＡｌＯ
4、ＬａＳｒＧａ０4等超伝導体と相性の良い低誘電率材
料であれば何等差し支えない。
ａＯ3を用いているがＬａＡｌＯ3、ＰｒＡｌＯ3、Ｎｄ
ＡｌＯ3 、ＳｍＡｌＯ3、ＬａＧａＯ3、ＳｒＬａＡｌＯ
4、ＬａＳｒＧａ０4等超伝導体と相性の良い低誘電率材
料であれば何等差し支えない。
【００２４】この様に本実施例は実施例１の様に基板の
製造制約に起因した改良ではないが大量生産され価格の
安いＳｒＴｉＯ3を用いる事が出来るためコストダウン
に有効である。
製造制約に起因した改良ではないが大量生産され価格の
安いＳｒＴｉＯ3を用いる事が出来るためコストダウン
に有効である。
【００２５】（実施例３）先ず境界面のａ軸方位が３
６．８゜の（１００）ＳｒＴｉＯ3バイクリスタル基板
１の接合部３に図５（平面は図２参照）に示すようイオ
ンビームによりエッチングし接合段差部３ｂを形成す
る、その後実施例１と同様な工程により超伝導デバイス
装置を得た。用いたエピタキシャル膜２は表１の材料で
ある。結果は実施例１、実施例２より使用環境温度は若
干低下するものの同様な効果が見られ、更にバイクリス
タルと段差を組み合わせることにより、工程が増えたに
も関わらず特性バラツキは実施例１、２より減少しバラ
ツキの抑制効果が見られた。
６．８゜の（１００）ＳｒＴｉＯ3バイクリスタル基板
１の接合部３に図５（平面は図２参照）に示すようイオ
ンビームによりエッチングし接合段差部３ｂを形成す
る、その後実施例１と同様な工程により超伝導デバイス
装置を得た。用いたエピタキシャル膜２は表１の材料で
ある。結果は実施例１、実施例２より使用環境温度は若
干低下するものの同様な効果が見られ、更にバイクリス
タルと段差を組み合わせることにより、工程が増えたに
も関わらず特性バラツキは実施例１、２より減少しバラ
ツキの抑制効果が見られた。
【００２６】（実施例４）（１１０）ＰｒＧａＯ3、
（１００）ＬａＡｌ０3と（１００）ＳｒＴｉＯ3単結晶
基板１ａ上に実施例２と同様に段差を形成する。
（１００）ＬａＡｌ０3と（１００）ＳｒＴｉＯ3単結晶
基板１ａ上に実施例２と同様に段差を形成する。
【００２７】次に段差３ａを形成した単結晶基板１ａ上
に単結晶基板１ａと同じ組成のＰｒＧａＯ3とＳｒＴｉ
Ｏ3エピタキシャル膜２ａを１〜３ｎｍ、更にその上に
酸化物超伝導膜４を実施例１と同じ条件で形成した。そ
の後酸化物超伝導膜４をパターニングして超伝導デバイ
ス装置を得た。なお図６の様に本実施例ではジョセフソ
接合部のみを評価するため他の素子は形成しなかった。
に単結晶基板１ａと同じ組成のＰｒＧａＯ3とＳｒＴｉ
Ｏ3エピタキシャル膜２ａを１〜３ｎｍ、更にその上に
酸化物超伝導膜４を実施例１と同じ条件で形成した。そ
の後酸化物超伝導膜４をパターニングして超伝導デバイ
ス装置を得た。なお図６の様に本実施例ではジョセフソ
接合部のみを評価するため他の素子は形成しなかった。
【００２８】段差部３ａの周部をＳＥＭ、断面ＴＥＭ、
ＡＦＭで観察したところ段差上部、エッチング低部共に
超伝導膜は平坦で良い表面モフォロジーを示し、コーナ
ー部も含め連続してスムースに形成されていた。これは
エッチングにより荒れた（欠陥）基板のエッチング低部
やコーナー部がホモエピタキシャル膜を形成することに
より結晶面が補整され平坦に且つスムースになり後に形
成する酸化物超伝導膜４が層状に成長し易くなったため
と考えられる。
ＡＦＭで観察したところ段差上部、エッチング低部共に
超伝導膜は平坦で良い表面モフォロジーを示し、コーナ
ー部も含め連続してスムースに形成されていた。これは
エッチングにより荒れた（欠陥）基板のエッチング低部
やコーナー部がホモエピタキシャル膜を形成することに
より結晶面が補整され平坦に且つスムースになり後に形
成する酸化物超伝導膜４が層状に成長し易くなったため
と考えられる。
【００２９】次に直列に連続形成したジョセフソン接合
の臨界温度を測定した。結果をホモエピタキシャル膜を
形成しない比較例と共に表４に示した。
の臨界温度を測定した。結果をホモエピタキシャル膜を
形成しない比較例と共に表４に示した。
【００３０】
【表４】
【００３１】表４から判るように本発明によると高い臨
界温度を示した。これは段差部３ａに於ける複数の粒界
の発生と歪を抑えているため酸素欠損が少なくなり臨界
温度の低下が少なくなった為と考えられる。
界温度を示した。これは段差部３ａに於ける複数の粒界
の発生と歪を抑えているため酸素欠損が少なくなり臨界
温度の低下が少なくなった為と考えられる。
【００３２】また液体窒素温度（７７Ｋ）に於いて９．
９５ＧＨｚのマイクロ波を照射したところノイズラウン
ディングを示すもののシャピロステップ（ＡＣジョセフ
ソン効果）を確認した。
９５ＧＨｚのマイクロ波を照射したところノイズラウン
ディングを示すもののシャピロステップ（ＡＣジョセフ
ソン効果）を確認した。
【００３３】（実施例５）先ず最初に境界面のａ軸方位
が２４゜の（１００）ＳｒＴｉＯ3バイクリスタル基板
１上に酸素ラジカルビームを照射し表面の汚染層を除去
する。次に大気に晒す事なくＲＦマグネトロンスパッタ
法により基板と同じ組成のＳｒＴｉＯ3よりなるホモエ
ピタキシャル膜（形成すると基板と見分けが付かなくな
るが実施例１の２に相当する）を１〜３ｎｍ形成する。
ホモエピタキシャル膜の形成条件はターゲット：化学量
論組成の焼結体、ＲＦパワー：１００Ｗ、ＲＦパワー密
度：３．８Ｗ／ｃｍ2、成長速度：０．５Å／ｓｅｃ、
基板温度：６５０℃、ガス分圧（Ａｒ＋酸素）：１００
ｍＴｏｒｒ・５０ｍＴｏｒｒである。また成膜中にＲＨ
ＥＥＤ振動をモニターし最も平坦性の良いところで成膜
を終了する。
が２４゜の（１００）ＳｒＴｉＯ3バイクリスタル基板
１上に酸素ラジカルビームを照射し表面の汚染層を除去
する。次に大気に晒す事なくＲＦマグネトロンスパッタ
法により基板と同じ組成のＳｒＴｉＯ3よりなるホモエ
ピタキシャル膜（形成すると基板と見分けが付かなくな
るが実施例１の２に相当する）を１〜３ｎｍ形成する。
ホモエピタキシャル膜の形成条件はターゲット：化学量
論組成の焼結体、ＲＦパワー：１００Ｗ、ＲＦパワー密
度：３．８Ｗ／ｃｍ2、成長速度：０．５Å／ｓｅｃ、
基板温度：６５０℃、ガス分圧（Ａｒ＋酸素）：１００
ｍＴｏｒｒ・５０ｍＴｏｒｒである。また成膜中にＲＨ
ＥＥＤ振動をモニターし最も平坦性の良いところで成膜
を終了する。
【００３４】次にこのホモエピタキシャル膜上にＭＢＥ
装置によりＥＣＲ酸素ラジカルビーム（イオンを分離し
ラジカルのみ）を照射しながらＫ−ｃｅｌｌによりＹ
ｂ、Ｂａ、Ｃｕの各金属を蒸着しＹｂＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x
よりなる酸化物超伝導膜４を１００ｎｍ形成した。この
時の酸化物超伝導膜４の形成条件は真空度：５×１０-5
Ｔｏｒｒ、基板温度：６５０℃、成長速度：０．３Å／
ｓｅｃである。得られた酸化物超伝導薄膜４はバイクリ
スタルの接合部３以外ではｃ軸配向したエピタキシャル
成長膜であり、臨界温度はＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-xより僅か
低い８４Ｋであった。その後酸化物超伝導膜４を図７に
示すようにパターニングして超伝導デバイス装置を得
た。なお本実施例ではジョセフソン接合５部のみを評価
するため他の素子は形成しなかった。次に直列に連続形
成したジョセフソン接合５の臨界温度とそのバラツキを
測定した。結果をホモエピタキシャル膜を形成しない比
較例と共に表５に示した。
装置によりＥＣＲ酸素ラジカルビーム（イオンを分離し
ラジカルのみ）を照射しながらＫ−ｃｅｌｌによりＹ
ｂ、Ｂａ、Ｃｕの各金属を蒸着しＹｂＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x
よりなる酸化物超伝導膜４を１００ｎｍ形成した。この
時の酸化物超伝導膜４の形成条件は真空度：５×１０-5
Ｔｏｒｒ、基板温度：６５０℃、成長速度：０．３Å／
ｓｅｃである。得られた酸化物超伝導薄膜４はバイクリ
スタルの接合部３以外ではｃ軸配向したエピタキシャル
成長膜であり、臨界温度はＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-xより僅か
低い８４Ｋであった。その後酸化物超伝導膜４を図７に
示すようにパターニングして超伝導デバイス装置を得
た。なお本実施例ではジョセフソン接合５部のみを評価
するため他の素子は形成しなかった。次に直列に連続形
成したジョセフソン接合５の臨界温度とそのバラツキを
測定した。結果をホモエピタキシャル膜を形成しない比
較例と共に表５に示した。
【００３５】
【表５】
【００３６】表５から判るように本発明によると実施例
４ほど顕著ではないが高い臨界温度を示した。これはバ
イクリスタル基板の研磨時に於ける接合部への応力の集
中により周部より大きくなった凹凸や欠陥がホモエピタ
キシャル膜を形成することにより補整され原子レベルで
高精度な接合界面になり、後に形成する超伝導薄膜４の
粒界部の幅即ちジョセフソン接合距離ｗも安定して精度
よく出来るためである。基板の接合部が安定していない
とジョセフソン接合距離ｗが大きくバラツクだけでなく
全体的に長くなる傾向にありトンネル電流が低下し、臨
界温度も低下する。
４ほど顕著ではないが高い臨界温度を示した。これはバ
イクリスタル基板の研磨時に於ける接合部への応力の集
中により周部より大きくなった凹凸や欠陥がホモエピタ
キシャル膜を形成することにより補整され原子レベルで
高精度な接合界面になり、後に形成する超伝導薄膜４の
粒界部の幅即ちジョセフソン接合距離ｗも安定して精度
よく出来るためである。基板の接合部が安定していない
とジョセフソン接合距離ｗが大きくバラツクだけでなく
全体的に長くなる傾向にありトンネル電流が低下し、臨
界温度も低下する。
【００３７】ＳｒＴｉＯ3を用いる場合は誘電率を問題
としないＳＱＵＩＤの様な超伝導デバイス装置に有効で
ある。
としないＳＱＵＩＤの様な超伝導デバイス装置に有効で
ある。
【００３８】尚本実施例では容易にバイクリスタル基板
１の形成できるＳｒＴｉＯ3を用いたがバイクリスタル
の形成出来る材料であれば効果は同じであり何等差し支
えない。
１の形成できるＳｒＴｉＯ3を用いたがバイクリスタル
の形成出来る材料であれば効果は同じであり何等差し支
えない。
【００３９】（実施例６）本実施例の基板には厚さ２０
０μｍと薄い（１００）ＳｒＴｉＯ3バイクリスタル基
板１を用いる。先ず最初にバイクリスタル基板１の表面
に酸素ラジカルビームを照射し表面の汚染層を除去す
る。次に大気に晒す事なくＲＦマグネトロンスパッタ法
によりＬａＡｌＯ3よりなるエピタキシャル成長した下
地層２ａを２００ｎｍ〜７００ｎｍ形成する。下地層２
ａの形成条件はターゲット：化学量論組成の焼結体、Ｒ
Ｆパワー：１００Ｗ、ＲＦパワー密度：３．５Ｗ／ｃｍ
2、成長速度：０．３５Å／ｓｅｃ、基板温度：６６０
℃、ガス分圧（Ａｒ＋酸素）：１００ｍＴｏｒｒ・５０
ｍＴｏｒｒである。この下地層２ａはバイクリスタル基
板１の結晶特性を引継ぎ同じくバイクリスタルと成って
いる。
０μｍと薄い（１００）ＳｒＴｉＯ3バイクリスタル基
板１を用いる。先ず最初にバイクリスタル基板１の表面
に酸素ラジカルビームを照射し表面の汚染層を除去す
る。次に大気に晒す事なくＲＦマグネトロンスパッタ法
によりＬａＡｌＯ3よりなるエピタキシャル成長した下
地層２ａを２００ｎｍ〜７００ｎｍ形成する。下地層２
ａの形成条件はターゲット：化学量論組成の焼結体、Ｒ
Ｆパワー：１００Ｗ、ＲＦパワー密度：３．５Ｗ／ｃｍ
2、成長速度：０．３５Å／ｓｅｃ、基板温度：６６０
℃、ガス分圧（Ａｒ＋酸素）：１００ｍＴｏｒｒ・５０
ｍＴｏｒｒである。この下地層２ａはバイクリスタル基
板１の結晶特性を引継ぎ同じくバイクリスタルと成って
いる。
【００４０】次にフォトリソグラフィーとフッ酸を用い
たウエットエッチングによりバイクリスタル基板１を図
８に示す様に裏面から下地層２ａまで除去する。除去範
囲は後に形成するアンテナ、伝送路、等超伝導デバイス
８の下部である。
たウエットエッチングによりバイクリスタル基板１を図
８に示す様に裏面から下地層２ａまで除去する。除去範
囲は後に形成するアンテナ、伝送路、等超伝導デバイス
８の下部である。
【００４１】尚バイクリスタル基板１と下地層２ａは同
質の材料であるためエッチング液の種類に因らずエッチ
ングレートは近い値を示しバイクリスタル基板１のみを
エッチングするには精密な制御が必要である。精密な制
御を避けるにはバイクリスタル基板１と下地層２ａの中
間にＰｔ層を形成すると良い。Ｐｔは王水以外の酸には
侵されないためバイクリスタル基板１のみのエッチング
が容易に出来る。但しその場合Ｐｔ層もエピタキシャル
成長させる必要がある。ＰｔとＳｒＴｉＯ3（１００）
の格子定数の整合性（それぞれ３．９２４と３．９０
５）と密着性は良く、パワー：１００Ｗ、成長速度：１
〜５Å／ｓｅｃ、基板温度：５８０〜６３０℃、ガス分
圧（Ａｒ）：６ｍＴｏｒｒの成膜条件でエピタキシャル
成長する。Ｐｔは本来１１１配向し易い材料であり、基
板温度は高過ぎても、低過ぎても１１１配向するため注
意が必要である。またＰｔ層はストリップライン、マイ
クロストリップラインを形成する場合はグランドとして
利用出来る。
質の材料であるためエッチング液の種類に因らずエッチ
ングレートは近い値を示しバイクリスタル基板１のみを
エッチングするには精密な制御が必要である。精密な制
御を避けるにはバイクリスタル基板１と下地層２ａの中
間にＰｔ層を形成すると良い。Ｐｔは王水以外の酸には
侵されないためバイクリスタル基板１のみのエッチング
が容易に出来る。但しその場合Ｐｔ層もエピタキシャル
成長させる必要がある。ＰｔとＳｒＴｉＯ3（１００）
の格子定数の整合性（それぞれ３．９２４と３．９０
５）と密着性は良く、パワー：１００Ｗ、成長速度：１
〜５Å／ｓｅｃ、基板温度：５８０〜６３０℃、ガス分
圧（Ａｒ）：６ｍＴｏｒｒの成膜条件でエピタキシャル
成長する。Ｐｔは本来１１１配向し易い材料であり、基
板温度は高過ぎても、低過ぎても１１１配向するため注
意が必要である。またＰｔ層はストリップライン、マイ
クロストリップラインを形成する場合はグランドとして
利用出来る。
【００４２】次に下地層２ａ上に実施例１と同様にＹＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7-xより成る酸化物超伝導膜４を形成し、更
に酸化物超伝導膜４をパターニングしてモノリシック化
した超伝導デバイス装置を得た。本実施例では酸化物超
伝導膜４の劣化を極力抑えるため、基板１の裏面をエッ
チング除去してから酸化物超伝導膜４を形成しているが
酸化物超伝導膜４の形成法によっては基板の一部を除去
したことによる熱伝導の不均一性、歪等により逆に良い
酸化物超伝導膜４が得られない場合がある。その場合は
保護膜等劣化防止を施し酸化物超伝導薄膜４を形成後基
板の除去を行う。但し酸化物超伝導薄膜４のパターニン
グは劣化防止の面から基板１の除去後が好ましい。
ａ2Ｃｕ3Ｏ7-xより成る酸化物超伝導膜４を形成し、更
に酸化物超伝導膜４をパターニングしてモノリシック化
した超伝導デバイス装置を得た。本実施例では酸化物超
伝導膜４の劣化を極力抑えるため、基板１の裏面をエッ
チング除去してから酸化物超伝導膜４を形成しているが
酸化物超伝導膜４の形成法によっては基板の一部を除去
したことによる熱伝導の不均一性、歪等により逆に良い
酸化物超伝導膜４が得られない場合がある。その場合は
保護膜等劣化防止を施し酸化物超伝導薄膜４を形成後基
板の除去を行う。但し酸化物超伝導薄膜４のパターニン
グは劣化防止の面から基板１の除去後が好ましい。
【００４３】次にモノリシック化した超伝導デバイス装
置を実施例１と同様な条件で評価した。結果を表６に示
す。
置を実施例１と同様な条件で評価した。結果を表６に示
す。
【００４４】
【表６】
【００４５】表６から判るようにほぼ同等の検波特性を
得るのに本実施例では従来例に比べ高温で動作が可能と
なっており、その改善効果は実施例１より更に顕著にな
っている。これは超伝導アンテナ、超伝導伝送線路等、
超伝導デバイス８の下部に位置する高誘電率の基板を完
全に除去し低誘電率の下地層２ａのみにしたためより顕
著に減衰定数αや放射損を抑え、特性インピーダンス調
整後の導体幅を広く出来て微細加工による超伝導体の劣
化が少なくなったためと考えられる。（ちなみに特性イ
ンピーダンス５０Ω、線幅５０μｍのコプレーナー伝送
線路では、周波数９．９５ＧＨｚ、温度６７Ｋに於て
９．９×１０-2ｄＢ／ｍと低い減衰定数を確認してい
る。） 尚実施例ではバイクリスタル基板１を用いたが段差型ジ
ョセフソン接合を形成する場合は単結晶基板を用いても
よく、エピタキシャル膜２にＬａＡｌＯ3を用いたがＰ
ｒＡｌＯ3、ＮｄＡｌＯ3 、ＳｍＡｌＯ3、ＬａＧａＯ
3、ＰｒＧａＯ3、ＳｒＬａＡｌＯ4、ＬａＳｒＧａ０4、
ＭｇＯ等を用いても低誘電率で基板やＰｔと相性のよい
材料であれば何等差し支えない。ＭｇＯは前述したよう
に基板に用いる場合は研磨、保管に於ける水分による表
面劣化が問題であるが、エピタキシャル膜２として用い
る場合は工程を大気に晒す事なく、ドライプロセスで行
い必要に応じて保護膜を形成すると問題ではない。また
ＭｇＯは超伝導材料との格子定数のマッチングがＬａＡ
ｌＯ3等と比べて悪いが誘電率はより低いため特に誘電
率を問題とする超伝導デバイス装置には有効である。更
に本実施例では超伝導デバイス装置の機械的強度を考慮
し基板の除去を部分的に行っているが後に補強工程を付
加すると基板を全部除去しても良い。
得るのに本実施例では従来例に比べ高温で動作が可能と
なっており、その改善効果は実施例１より更に顕著にな
っている。これは超伝導アンテナ、超伝導伝送線路等、
超伝導デバイス８の下部に位置する高誘電率の基板を完
全に除去し低誘電率の下地層２ａのみにしたためより顕
著に減衰定数αや放射損を抑え、特性インピーダンス調
整後の導体幅を広く出来て微細加工による超伝導体の劣
化が少なくなったためと考えられる。（ちなみに特性イ
ンピーダンス５０Ω、線幅５０μｍのコプレーナー伝送
線路では、周波数９．９５ＧＨｚ、温度６７Ｋに於て
９．９×１０-2ｄＢ／ｍと低い減衰定数を確認してい
る。） 尚実施例ではバイクリスタル基板１を用いたが段差型ジ
ョセフソン接合を形成する場合は単結晶基板を用いても
よく、エピタキシャル膜２にＬａＡｌＯ3を用いたがＰ
ｒＡｌＯ3、ＮｄＡｌＯ3 、ＳｍＡｌＯ3、ＬａＧａＯ
3、ＰｒＧａＯ3、ＳｒＬａＡｌＯ4、ＬａＳｒＧａ０4、
ＭｇＯ等を用いても低誘電率で基板やＰｔと相性のよい
材料であれば何等差し支えない。ＭｇＯは前述したよう
に基板に用いる場合は研磨、保管に於ける水分による表
面劣化が問題であるが、エピタキシャル膜２として用い
る場合は工程を大気に晒す事なく、ドライプロセスで行
い必要に応じて保護膜を形成すると問題ではない。また
ＭｇＯは超伝導材料との格子定数のマッチングがＬａＡ
ｌＯ3等と比べて悪いが誘電率はより低いため特に誘電
率を問題とする超伝導デバイス装置には有効である。更
に本実施例では超伝導デバイス装置の機械的強度を考慮
し基板の除去を部分的に行っているが後に補強工程を付
加すると基板を全部除去しても良い。
【００４６】以上実施例１〜６に於いて１２３構造のＹ
系酸化物超伝導材料で本発明を説明したが１２４構造や
２４７構造のＹ系、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3ＯXを代表と
するＢｉ系、Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏyを代表とするＴ
ｌ系、Ｌａ1.8Ｓｒ0.2ＣｕＯ4を代表とするＬａ系、Ｂ
ａ0.65Ｋ0.35ＢｉＯ3を代表とするＢＫＢＯ系、Ｎｄ1.8
5Ｃｅ0.15ＣｕＯ4-zを代表とするＮｄ系超伝導材料等で
あっても何等差し支えない。
系酸化物超伝導材料で本発明を説明したが１２４構造や
２４７構造のＹ系、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3ＯXを代表と
するＢｉ系、Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏyを代表とするＴ
ｌ系、Ｌａ1.8Ｓｒ0.2ＣｕＯ4を代表とするＬａ系、Ｂ
ａ0.65Ｋ0.35ＢｉＯ3を代表とするＢＫＢＯ系、Ｎｄ1.8
5Ｃｅ0.15ＣｕＯ4-zを代表とするＮｄ系超伝導材料等で
あっても何等差し支えない。
【００４７】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれば
超伝導デバイス装置に於て超伝導デバイスと基板の中間
部に低誘電率で且つ基板と超伝導体との格子定数・線膨
張係数・結晶構造が近く相性の良いエピタキシャル膜を
形成すること、基板上にホモエピタキシャル膜を形成し
その上に超伝導デバイスを形成すること、低誘電率の下
地層を残し超伝導デバイスの下部に位置する基板を除去
することによって減衰定数αや放射損を抑え、特性イン
ピーダンス調整後の導体幅を広く出来るため加工による
超伝導体の劣化が少なくなり、更に弱結合部の臨界温度
の低下を抑制できるため本来の超伝導デバイスの持つ特
性を引出し、高い環境温度で使用可能で且つ特性の安定
した超伝導デバイス装置を得られる。
超伝導デバイス装置に於て超伝導デバイスと基板の中間
部に低誘電率で且つ基板と超伝導体との格子定数・線膨
張係数・結晶構造が近く相性の良いエピタキシャル膜を
形成すること、基板上にホモエピタキシャル膜を形成し
その上に超伝導デバイスを形成すること、低誘電率の下
地層を残し超伝導デバイスの下部に位置する基板を除去
することによって減衰定数αや放射損を抑え、特性イン
ピーダンス調整後の導体幅を広く出来るため加工による
超伝導体の劣化が少なくなり、更に弱結合部の臨界温度
の低下を抑制できるため本来の超伝導デバイスの持つ特
性を引出し、高い環境温度で使用可能で且つ特性の安定
した超伝導デバイス装置を得られる。
【図１】 本発明よりなる第１の実施例に於ける超伝導
デバイス装置の部分断面図。
デバイス装置の部分断面図。
【図２】 本発明よりなる第１の実施例に於ける超伝導
デバイス装置のジョセフソン接合部周辺の部分平面図。
デバイス装置のジョセフソン接合部周辺の部分平面図。
【図３】 本発明よりなる第２の実施例に於ける超伝導
デバイス装置の部分断面図。
デバイス装置の部分断面図。
【図４】 本発明よりなる第２の実施例に於ける超伝導
デバイス装置のジョセフソン接合部周辺の部分平面図。
デバイス装置のジョセフソン接合部周辺の部分平面図。
【図５】 本発明よりなる第３の実施例に於ける超伝導
デバイス装置の部分断面図。
デバイス装置の部分断面図。
【図６】 本発明よりなる第４の実施例に於ける超伝導
デバイス装置のジョセフソン接合部の平面図。
デバイス装置のジョセフソン接合部の平面図。
【図７】 本発明よりなる第５の実施例に於ける超伝導
デバイス装置のジョセフソン接合部の平面図。
デバイス装置のジョセフソン接合部の平面図。
【図８】 本発明よりなる第６の実施例に於ける超伝導
デバイス装置の部分断面図。
デバイス装置の部分断面図。
１ ・・・ バイクリスタル基板 １ａ・・・ 単結晶基板 ２ ・・・ エピタキシャル膜 ２ａ・・・ 下地層 ３ ・・・ 接合部 ３ａ・・・ 段差部 ３ｂ・・・ 接合段差部 ４ ・・・ 酸化物超伝導薄膜 ５ ・・・ ジョセフソン接合 ６ ・・・ 超伝導アンテナ ７ ・・・ バイアス線路 ８ ・・・ 超伝導デバイス ｗ ・・・ ジョセフソン接合距離
Claims (7)
- 【請求項１】 結晶軸に角度ずれを持って接合されたバ
イクリスタル基板を用いて弱結合を形成する超伝導デバ
イス装置に於てＸＴｉＯ3よりなるバイクリスタル基板
上にＲＥＡｌＯ3、ＲＥＧａＯ3、ＲＥＸＡｌＯ4または
ＲＥＸＧａＯ4の何れかのエピタキシャル膜を形成し、
更に該エピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄膜を所定の
形状で基板の接合部を少なくとも１ヶ所以上横切る様に
形成して成ることを特徴とする超伝導デバイス装置。こ
こでＸはアルカリ土類、ＲＥは希土類元素のうち一種の
元素を示す。 - 【請求項２】 エッチングにより基板に形成した段差を
用いて弱結合を形成する超伝導デバイス装置に於て段差
を形成した基板上にＲＥＡｌＯ3、ＲＥＧａＯ3、ＲＥＸ
ＡｌＯ4またはＲＥＸＧａＯ4の何れかのエピタキシャル
膜を形成し、更に該エピタキシャル膜上に酸化物超伝導
薄膜を所定の形状で基板の段差部を少なくとも１ヶ所以
上横切る様に形成して成ることを特徴とする超伝導デバ
イス装置。ここでＸはアルカリ土類、ＲＥは希土類元素
のうち一種の元素を示す。 - 【請求項３】 結晶軸に角度ずれを持って接合され、且
つ接合部に段差を形成したＸＴｉＯ3よりなるバイクリ
スタル基板上にＲＥＡｌＯ3、ＲＥＧａＯ3、ＲＥＸＡｌ
Ｏ4またはＲＥＸＧａＯ4の何れかのエピタキシャル膜を
形成し、更に該エピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄膜
を所定の形状で基板の接合段差部を少なくとも１ヶ所以
上横切る様に形成して成ることを特徴とする超伝導デバ
イス装置。ここでＸはアルカリ土類、ＲＥは希土類元素
のうち一種の元素を示す。 - 【請求項４】 段差を用いた弱結合超伝導デバイス装置
の製造方法に於て基板上にエッチングにより段差を形成
した後、該基板上に基板と同じ組成のホモエピタキシャ
ル膜を形成、次に該ホモエピタキシャル膜上に酸化物超
伝導薄膜を金属マスクまたは成膜後リソグラフィーとエ
ッチングにより所定の形状で基板の段差部を少なくとも
１ヶ所以上横切る様に形成したことを特徴とする超伝導
デバイス装置の製造方法。 - 【請求項５】 バイクリスタル基板を用いた弱結合超伝
導デバイスの製造に於てバイクリスタル基板上に基板と
同じ組成のホモエピタキシャル膜を形成し、次に該ホモ
エピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄膜を金属マスクま
たは成膜後リソグラフィーとエッチングにより所定の形
状で基板の接合部を少なくとも１ヶ所以上横切る様に形
成したことを特徴とする超伝導デバイス装置の製造方
法。 - 【請求項６】 基板上に超伝導デバイス装置を形成させ
る方法に於いて、（ａ）基板上に該基板より少ない誘電
率を持つ材料よりなる下地層を形成する工程、（ｂ）前
記下地層上に金属マスクまたはフォトリソグラフィーを
用い超伝導デバイスを形成する工程、（ｃ）超伝導デバ
イスの下部に位置する基板の所定の箇所あるいは全部を
除去する工程、を含むことを特徴とする超伝導デバイス
装置の製造方法。 - 【請求項７】 基板と下地層の中間にＰｔ層を形成する
ことを特徴とする請求項６記載の超伝導デバイス装置の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14495695A JP3739436B2 (ja) | 1995-06-12 | 1995-06-12 | 超伝導デバイス装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP14495695A JP3739436B2 (ja) | 1995-06-12 | 1995-06-12 | 超伝導デバイス装置及びその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08340134A true JPH08340134A (ja) | 1996-12-24 |
| JP3739436B2 JP3739436B2 (ja) | 2006-01-25 |
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|---|---|---|---|
| JP14495695A Expired - Fee Related JP3739436B2 (ja) | 1995-06-12 | 1995-06-12 | 超伝導デバイス装置及びその製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3739436B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6111268A (en) * | 1996-01-12 | 2000-08-29 | International Business Machines Corporartion | Electronic device |
| WO2021018380A1 (en) * | 2019-07-29 | 2021-02-04 | Microsoft Technology Licensing Llc | Fabrication method for semiconductor nanowires coupled to a superconductor |
-
1995
- 1995-06-12 JP JP14495695A patent/JP3739436B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2022545618A (ja) * | 2019-07-29 | 2022-10-28 | マイクロソフト テクノロジー ライセンシング，エルエルシー | 超伝導体に結合された半導体ナノワイヤの製造方法 |
| US11588093B2 (en) | 2019-07-29 | 2023-02-21 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Fabrication method for semiconductor nanowires coupled to a superconductor |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3739436B2 (ja) | 2006-01-25 |
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