JPS5846198B2 - 酸化物超伝導体ジョセフソン素子の製造方法 - Google Patents
酸化物超伝導体ジョセフソン素子の製造方法Info
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- JPS5846198B2 JPS5846198B2 JP55102081A JP10208180A JPS5846198B2 JP S5846198 B2 JPS5846198 B2 JP S5846198B2 JP 55102081 A JP55102081 A JP 55102081A JP 10208180 A JP10208180 A JP 10208180A JP S5846198 B2 JPS5846198 B2 JP S5846198B2
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- barrier layer
- layer
- superconductor
- josephson device
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0912—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は酸化物超伝導材料である。
ＢａＰ ｂ １−ｘＢ １ｘ０３ （０，０５＜ｘ＜０
．３ ）を用イタショセフノン素子の製造方法に関する
ものである。
．３ ）を用イタショセフノン素子の製造方法に関する
ものである。
ジョセフソン素子は将来の超大型電子計算機を構成する
素子と目されているが、現在のｐｂ金合金の金属超伝導
材料によるジョセフソン素子は、障壁層（または絶縁層
）が室温と液体ヘリウム（４，２ｋ）の温度サイクルの
ために破壊し、素子の信頼性がまだ十分ではない。
素子と目されているが、現在のｐｂ金合金の金属超伝導
材料によるジョセフソン素子は、障壁層（または絶縁層
）が室温と液体ヘリウム（４，２ｋ）の温度サイクルの
ために破壊し、素子の信頼性がまだ十分ではない。
現在において、温度サイクルに対する寿命の最も長いＰ
ｂ−Ｉｎ−Ａｕ合金においても最高で約５００回で、こ
れでは不十分である。
ｂ−Ｉｎ−Ａｕ合金においても最高で約５００回で、こ
れでは不十分である。
障壁層が温度サイクルに対して破壊される原因は、超伝
導体層と障壁層の間における熱膨張係数及び結晶系の不
整合にあると考えられている。
導体層と障壁層の間における熱膨張係数及び結晶系の不
整合にあると考えられている。
この原因を取り除くには超伝導体層と障壁層とを同一の
系列の材料で構成する方法が先ずあげられる。
系列の材料で構成する方法が先ずあげられる。
しかし通常の金属または合金では同じ系列の材料で超伝
導体と絶縁体を得るのは困難である。
導体と絶縁体を得るのは困難である。
また、ＢａＰｂ １−ｘＢ １ｘ０３ （０，０５＜ｘ
＜０．３ ）酸化物超伝導材料ではこれが可能であるが
、しかし、この場合には数１ＯＡという非常に弱い膜を
形成することが技術的に困難であった。
＜０．３ ）酸化物超伝導材料ではこれが可能であるが
、しかし、この場合には数１ＯＡという非常に弱い膜を
形成することが技術的に困難であった。
本発明の目的は基板上に順次積層された第１の超伝導体
層、障壁層、第２の超伝導体層を包含するトンネル接合
形ジョセフソン素子において、上記各層がＢａＰｂ１−
ｘＢｊｘ０３（０，０５＜ｘ＜０．３）酸化物超伝導材
料を用いて形成され、そして、障壁層が非常に薄い膜か
ら成るものを簡単に製造する方法を提供することである
。
層、障壁層、第２の超伝導体層を包含するトンネル接合
形ジョセフソン素子において、上記各層がＢａＰｂ１−
ｘＢｊｘ０３（０，０５＜ｘ＜０．３）酸化物超伝導材
料を用いて形成され、そして、障壁層が非常に薄い膜か
ら成るものを簡単に製造する方法を提供することである
。
本発明の酸化物超伝導体ジョセフソン素子の製造方法は
基板上に第１の超伝導体層を形成する第１の工程と、上
記第１の超伝導体層上に障壁層を形成する第２の工程と
、上記障壁層上に第２の超伝導体層を形成する第３の工
程を包含し、上記第１および第３の工程は共に酸化物超
伝導材料ＢａＰｂ１ｘＢｉｘ０３（０，０５＜ｘ＜０．
３ ）より成るターゲットを使用し、酸素の割合を３０
〜６０％とするアルゴン・酸素混合雰囲気中で雰囲気圧
力を４−ＬＩＯＸｌｏ−２Ｔｏｒｒとするスパッタリン
グを実施した後、熱処理することから成り、上記第２の
工程は酸化物超伝導材料ＢａＰｂｔ−ｘＢｉｘ０３ （
０，０５＜ｘ＜０．３）より成るターゲットを使用し、
酸素の割合を１０％以下とするアルゴン・酸素混合雰囲
気中で雰囲気圧力を１〜１０ＸＩＯ−２Ｔｏｒｒとする
スパッタリングを実施することから成ることを特徴とす
る。
基板上に第１の超伝導体層を形成する第１の工程と、上
記第１の超伝導体層上に障壁層を形成する第２の工程と
、上記障壁層上に第２の超伝導体層を形成する第３の工
程を包含し、上記第１および第３の工程は共に酸化物超
伝導材料ＢａＰｂ１ｘＢｉｘ０３（０，０５＜ｘ＜０．
３ ）より成るターゲットを使用し、酸素の割合を３０
〜６０％とするアルゴン・酸素混合雰囲気中で雰囲気圧
力を４−ＬＩＯＸｌｏ−２Ｔｏｒｒとするスパッタリン
グを実施した後、熱処理することから成り、上記第２の
工程は酸化物超伝導材料ＢａＰｂｔ−ｘＢｉｘ０３ （
０，０５＜ｘ＜０．３）より成るターゲットを使用し、
酸素の割合を１０％以下とするアルゴン・酸素混合雰囲
気中で雰囲気圧力を１〜１０ＸＩＯ−２Ｔｏｒｒとする
スパッタリングを実施することから成ることを特徴とす
る。
本発明において、第１．第２および第３の工程における
スパッタリングは直流スパッタリングであってもよいが
、好ましくは陽極電圧を１〜２ｋＶとする高周波スパッ
タリングである。
スパッタリングは直流スパッタリングであってもよいが
、好ましくは陽極電圧を１〜２ｋＶとする高周波スパッ
タリングである。
また第１および第３の工程において、スパッタリングに
より生成したＢａＰｂ１−ＸＢｉｘＯ３薄膜の熱処理は
レーザー照射により実施されてもよい。
より生成したＢａＰｂ１−ＸＢｉｘＯ３薄膜の熱処理は
レーザー照射により実施されてもよい。
Ｂ ａＰ ｂ ｉ −ＸＢ Ｉ ｘ０３（０，０５＜ｘ
＜ ０．３ ）は酸化物であるために、通常Ｐｂ系合
金で行なわれている酸化法による絶縁層の形成ができな
い。
＜ ０．３ ）は酸化物であるために、通常Ｐｂ系合
金で行なわれている酸化法による絶縁層の形成ができな
い。
したがってこの材料を用いたジョセフノン素子の障壁層
の作製には酸化法以外の他の方法が適用されねばならな
い。
の作製には酸化法以外の他の方法が適用されねばならな
い。
本発明者等はＢａＰｂ１−）（Ｂｉ）（０３（０，０５
＜ｘ＜０．３）酸化物超伝導材料からジョセフノン素子
を製造するためにスパッタリング法によって上記材料の
薄膜化を行う場合、スパッタリング条件によってＢａＰ
ｂ １−ｘＢｉ）（０３薄膜の電気的及び超伝導的性質
が著しく異なったものになってしまうことを見い出した
。
＜ｘ＜０．３）酸化物超伝導材料からジョセフノン素子
を製造するためにスパッタリング法によって上記材料の
薄膜化を行う場合、スパッタリング条件によってＢａＰ
ｂ １−ｘＢｉ）（０３薄膜の電気的及び超伝導的性質
が著しく異なったものになってしまうことを見い出した
。
即ち、スパッタ時におけるアルゴン酸素混合雰囲気にお
ける酸素分圧が小さいと（前記工程２の範囲）ＢａＰｂ
１−ＸＢｉｘＯ３薄膜の電気抵抗は大きくなり、半導体
的な特性を示す様になり、そして超伝導転移温度Ｔｃは
非常に低くなるか、または超伝導を示さなくなる。
ける酸素分圧が小さいと（前記工程２の範囲）ＢａＰｂ
１−ＸＢｉｘＯ３薄膜の電気抵抗は大きくなり、半導体
的な特性を示す様になり、そして超伝導転移温度Ｔｃは
非常に低くなるか、または超伝導を示さなくなる。
この性質を利用して障壁層を形成することができる。
即ちスパッタリングによって薄膜を形成する過程で、あ
る一定時間だけスパッタ条件を前記工程１から工程２に
変更することにより、障壁層の形成が可能である。
る一定時間だけスパッタ条件を前記工程１から工程２に
変更することにより、障壁層の形成が可能である。
スパッタリング時雰囲気の酸素分圧が低い場合に形成さ
れた薄膜が超伝導にならない（またはＴｃが非常に低く
なるく３Ｋ）原因としてＢａ／（Ｐｂ＋Ｂｉ）の化学量
論組成からのずれがあげられる。
れた薄膜が超伝導にならない（またはＴｃが非常に低く
なるく３Ｋ）原因としてＢａ／（Ｐｂ＋Ｂｉ）の化学量
論組成からのずれがあげられる。
即ち、酸素分圧が小さいと、ＰｂまたはＢｉが薄膜中か
ら欠乏し薄膜の組成がＢａ□＋ヶＰｂｏ、７Ｂｉｏ、３
０ａとなり、化学量論比からずれる。
ら欠乏し薄膜の組成がＢａ□＋ヶＰｂｏ、７Ｂｉｏ、３
０ａとなり、化学量論比からずれる。
そのため抵抗率は大きくなり、超伝導を示さなくなる（
またはＴｃが非常に低くなる）と考えられる。
またはＴｃが非常に低くなる）と考えられる。
第１図は本発明の第１の工程に基づいて作成された第１
の超伝導体層の特性を示すグラフであって、その詳細は
以下の通りである。
の超伝導体層の特性を示すグラフであって、その詳細は
以下の通りである。
ＢａＣＯ３、Ｐｂ０２ｔ およびＢｉ２Ｏ３を組成が
ＢａＰｂ□、７Ｂ ｉ□、３０３になる様に配合し、Ｓ
ＯＯ℃で２時間酸素フロー中で反応させ、得られた粉末
をディスク状に成型し、８８０℃で８時間酸素フロー中
で焼結する。
ＢａＰｂ□、７Ｂ ｉ□、３０３になる様に配合し、Ｓ
ＯＯ℃で２時間酸素フロー中で反応させ、得られた粉末
をディスク状に成型し、８８０℃で８時間酸素フロー中
で焼結する。
これをターゲットとして０２４９％のＡｒ−０２混合雰
囲気中、陽極電圧１．６ｋＶ印加の下で高周波スパッタ
する。
囲気中、陽極電圧１．６ｋＶ印加の下で高周波スパッタ
する。
これを空気中５００’Ｃ１１２時間熱処理したＢａＰｂ
□、７Ｂｉ□、３０３薄膜の低温における抵抗率及び超
伝導転移の様子を第１図に示す。
□、７Ｂｉ□、３０３薄膜の低温における抵抗率及び超
伝導転移の様子を第１図に示す。
第１図中＆ ｔ １） ｔ ｅはスパッタ時のＡｒ−４
９％０２混合雰囲気圧力をそれぞれ４Ｘ１０ Ｔｏ
ｒｒ−６Ｘ１０−２Ｔｏｒｒｓ８Ｘ１０−２Ｔｏｒｒに
保って底膜した場合の膜の抵抗率を示している。
９％０２混合雰囲気圧力をそれぞれ４Ｘ１０ Ｔｏ
ｒｒ−６Ｘ１０−２Ｔｏｒｒｓ８Ｘ１０−２Ｔｏｒｒに
保って底膜した場合の膜の抵抗率を示している。
一方、本発明の第２の工程に基づいて同じターゲットで
陽極電圧１．６ｋＶ、さらに０２１０％のＡｒ−０２混
合雰囲気中でスパッタしてＢａＰｂ１−ＸＢ １Ｘ０３
（０，０５＜ｘ＜０．３ ）の薄膜を形成する。
陽極電圧１．６ｋＶ、さらに０２１０％のＡｒ−０２混
合雰囲気中でスパッタしてＢａＰｂ１−ＸＢ １Ｘ０３
（０，０５＜ｘ＜０．３ ）の薄膜を形成する。
さらにこの薄膜を空気中で５００’Ｃ・１２時間熱処理
した。
した。
得られた１３ａｌ＋（ｔｐｂＯ，７１３ｔＯ，３ｏ３薄
膜の低温における抵抗率及び超伝導転移の様子を第２図
に示す。
膜の低温における抵抗率及び超伝導転移の様子を第２図
に示す。
第２図中ａ、ｂ、ｃはスパッタ時のＡｒ −１０，２％
０２混合雰囲気の圧力をそれぞれ４Ｘ１０ Ｔｏｒｒ
、６Ｘ１０ Ｔｏｒｒｔ８×１０ Ｔｏｒｒに保
って成膜した場合の膜の抵抗率を示している。
０２混合雰囲気の圧力をそれぞれ４Ｘ１０ Ｔｏｒｒ
、６Ｘ１０ Ｔｏｒｒｔ８×１０ Ｔｏｒｒに保
って成膜した場合の膜の抵抗率を示している。
第３図は超伝導体層と障壁層になる層のそれぞれの抵抗
率温度依存性を示している。
率温度依存性を示している。
これより、４２にで障壁層として作用することがわかる
。
。
本発明の方法の一実施例を以下に工程順に説明する。
先ず、本発明の第１の工程に基づくスパッタ及び熱処理
により第１図に示される特性の超伝導体層を得る。
により第１図に示される特性の超伝導体層を得る。
その後エツチング（１０％希塩酸溶液）を行って所望形
状の第１超伝導体層を得る。
状の第１超伝導体層を得る。
その後、フォトリングラフ工程により障壁層及び第２超
伝導体層のパターンをレジストで形成する。
伝導体層のパターンをレジストで形成する。
逆スパツタにより第１超伝導体層の表面をクリーニング
し、その後本発明の第２の工程に基づいて約３０秒から
３００秒（障壁層の厚さにして４０λ〜４００Ａに対応
する）スパッタし続けて上記第１の工程でスパッタし第
２超伝導体層を形成する。
し、その後本発明の第２の工程に基づいて約３０秒から
３００秒（障壁層の厚さにして４０λ〜４００Ａに対応
する）スパッタし続けて上記第１の工程でスパッタし第
２超伝導体層を形成する。
この間、基板は水冷されており基板温度は１００℃以下
に保たれ、レジストは破壊されない。
に保たれ、レジストは破壊されない。
更にレジストを保護する場合にはレジストの上にＡｌを
蒸着しておく。
蒸着しておく。
リフトオフ法を行った後５００℃１２時間空気中で熱処
理しＢａＰｂ１−ｘＢｉ）（０３酸化物超伝導材料によ
るトンネル接合形ジョセフソン素子を得る。
理しＢａＰｂ１−ｘＢｉ）（０３酸化物超伝導材料によ
るトンネル接合形ジョセフソン素子を得る。
リフトオフを行った後の最後の熱処理は、障壁層の厚さ
が薄く拡散の恐れがある場合にはＡｒレーザー（ＩＯＷ
ＣＷ）を照射して、障壁層の拡散を防ぎ、同様の素子を
得ることができる。
が薄く拡散の恐れがある場合にはＡｒレーザー（ＩＯＷ
ＣＷ）を照射して、障壁層の拡散を防ぎ、同様の素子を
得ることができる。
以上述べたように本発明の方法によれば酸化物超伝導材
料であるＢａＰｂ １−ＸＢ ｉ ｘｏ３（０，０５＜
ｘ＜０．３）を用いて薄い障壁層を有するトンネル接合
型ジョセフソン素子を作製することが可能である。
料であるＢａＰｂ １−ＸＢ ｉ ｘｏ３（０，０５＜
ｘ＜０．３）を用いて薄い障壁層を有するトンネル接合
型ジョセフソン素子を作製することが可能である。
また同一のターゲットを使用しスパッタ条件を変えるだ
けで障壁層を形成できるため、簡便なスパッタ装置でも
素子の作製が可能であるという利点を有している。
けで障壁層を形成できるため、簡便なスパッタ装置でも
素子の作製が可能であるという利点を有している。
第１図は本発明の第１の工程に基づいて作成した第１の
超電導層の低温における抵抗率であり、第２図は本発明
の第２の工程に基づいて形成したＢａＰｂ１−ｘＢｉｘ
Ｏ３薄膜を空気中５００℃１２時間熱処理したものの低
温における抵抗率であり、第３図は超伝導層と障壁層の
薄膜の低温における電気抵抗を示したものである。
超電導層の低温における抵抗率であり、第２図は本発明
の第２の工程に基づいて形成したＢａＰｂ１−ｘＢｉｘ
Ｏ３薄膜を空気中５００℃１２時間熱処理したものの低
温における抵抗率であり、第３図は超伝導層と障壁層の
薄膜の低温における電気抵抗を示したものである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板上に第１の超伝導体層を形成する第１の工程と
、 上記第１の超伝導体層上に障壁層を形成する第２の工程
と、 上記障壁層上に第２の超伝導体層を形成する第３の工程
を包含し、上記第１および第３の工程は共に酸化物超伝
導材料Ｂ ａ Ｐ ｂ ］ −Ｘ Ｂ ｉ ｘ ０３（
０，０５＜ｘ＜０．３ ）より成るターゲットを使用し
、酸素の割合を３０〜６０％とするアルゴン・酸素混合
雰囲気中で雰囲気圧力を４〜１０ＸＩＯゝＴｏｒｒ
とするスパッタリングを実施した後、熱処理することか
ら成り、 上記第２の工程は酸化物超伝導材料ＢａＰｂ１−ｘＢｌ
ｘｏ３（０，０５＜ｘ＜０．３ ）より成るターゲッ
トを使用し、酸素の割合を１０％以下とするアルゴン・
酸素混合雰囲気中で雰囲気圧力を１〜１０Ｘ１０
Ｔｏｒｒとするスパッタリングを実施することから成る
ことを特徴とする酸化物超伝導体ジョセフソン素子の製
造方法。 ２ 第１．第２および第３の工程におけるスパッタリン
グは共に陽極電圧を１〜２ｋＶとする高周波スパッタリ
ングである特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 熱処理はレーザー照射によって実施される特許請求
の範囲第１項記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55102081A JPS5846198B2 (ja) | 1980-07-25 | 1980-07-25 | 酸化物超伝導体ジョセフソン素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55102081A JPS5846198B2 (ja) | 1980-07-25 | 1980-07-25 | 酸化物超伝導体ジョセフソン素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5727079A JPS5727079A (en) | 1982-02-13 |
| JPS5846198B2 true JPS5846198B2 (ja) | 1983-10-14 |
Family
ID=14317819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55102081A Expired JPS5846198B2 (ja) | 1980-07-25 | 1980-07-25 | 酸化物超伝導体ジョセフソン素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5846198B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63227766A (ja) * | 1986-10-27 | 1988-09-22 | Hitachi Ltd | 超微粒子膜の形成方法 |
| DE3850580T2 (de) * | 1987-01-30 | 1994-10-27 | Hitachi Ltd | Supraleiteranordnung. |
| JPS63206462A (ja) * | 1987-02-24 | 1988-08-25 | Kawatetsu Kogyo Kk | 導電性又は超伝導性薄膜の製造方法 |
| JPH0634418B2 (ja) * | 1987-09-07 | 1994-05-02 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 超電導素子の作製方法 |
| JPS6446990A (en) * | 1987-08-17 | 1989-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Josephson element and manufacture thereof |
| JPH0284732A (ja) * | 1988-02-04 | 1990-03-26 | Fujitsu Ltd | 超伝導体素子の製造方法 |
| JPH01205578A (ja) * | 1988-02-12 | 1989-08-17 | Mitsubishi Electric Corp | 超伝導電界効果トランジスタ |
| JPH0262082A (ja) * | 1988-08-29 | 1990-03-01 | Fujitsu Ltd | 超伝導トランジスタ |
| JPH02234480A (ja) * | 1989-03-07 | 1990-09-17 | Nec Corp | 酸化物超伝導トンネル接合素子 |
| JPH02260674A (ja) * | 1989-03-31 | 1990-10-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | トンネル型ジョセフソン素子とその作製方法 |
| US5828079A (en) * | 1992-06-29 | 1998-10-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Field-effect type superconducting device including bi-base oxide compound containing copper |
-
1980
- 1980-07-25 JP JP55102081A patent/JPS5846198B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5727079A (en) | 1982-02-13 |
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