JPS63291485A - 酸化物超電導回路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えばジョセフソン素子などとして使用可
能な酸化物超電導回路の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

近時、常電導状態から超電導状態に遷移する臨界温度（
’ｒｅ）が極めて高い値を示す酸化物系の超電導体が種
々発見されつつある。そして、このような酸化物超電導
体は、従来の合金系あるいは金属間化合物系超電導体に
比べて臨界温度が高いことから、実用上極めて有望な超
電導材料とされている。

このような酸化物超電導体を用いた電気回路を製造する
には、基板上に例えばスパッタ法等の薄膜形成法により
酸化物超電導体あるいは酸化物超電導体の原料からなる
酸化物層を形成し、次いでこの酸化物層の一部にエツチ
ングや切削加工を施して所望の回路パターンを形成した
のち、熱処理して上記酸化物層を酸化物超電導体層とす
る方法が採られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような方法では、上記酸化物層層に
直接エツチングや切削加工を施すことによって回路パタ
ーンを得るようにしているが、上記酸化物層を構成する
元素の中にはエツチングが極めて困難な元素らあり、ま
た切削加工により回路に歪みを与えて特性を劣化させる
恐れがあり、特性の良好な回路パターンを形成できない
場合がある。このため、上記のような酸化物層を直接エ
ツチングすることなく、あるいは切削することなく容易
に酸化物超電導体からなる回路パターンを形成し得る方
法の開発が望まれているのか現状である。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の第１の発明では、基板上に、酸化物超電導体
となる元素組成と同じ元素組成の酸化物からなる酸化物
層を形成し、次いでこの酸化物層上にこの酸化物層の元
素組成にとって不用の元素を含有する拡散物質層を回路
パターンで形成したのち、熱処理して上記不用元素を酸
化物層内に拡散させることをその解決手段とした。

また、この発明の第２の発明では、基板上に、酸化物超
電導体となる元素組成より一部の元素が不足した元素組
成の酸化物からなる酸化物層を形成し、次いでこの酸化
物層上にこの酸化物層の不足元素を含有する拡散物質層
を回路パターンで形成したのち、熱処理して上記不足元
素を酸化物層内に拡散させることをその解決手段とした
。

以下、この発明の詳細な説明する。

まず、第１の発明を説明する。

この発明では、第１図に示すように、酸化物超電導回路
の回路基板となる基板ｌを用意する。この基板１を形成
する材料としては、耐熱セラミックスなどが選ばれ、具
体的には例えばＡｃ２０３（アルミナ）、Ｓ　ｒＴ　ｉ
ｏ　ａ（チタン酸ストロンチウム）、Ｓｉ（シリコン）
、ＬｉＮｂ０．（ニオブ酸リチウム）などが好適に用い
られる。

次に、この基板１上に酸化物超電導体となる元素組成と
同じ元素組成の酸化物からなる酸化物層２を例えばスパ
ッタ法により形成する。ここで、上記酸化物層２は、Ａ
、ｘＢｘｃｕＯｙ（但し、ＡはＳｃ　、Ｙ、Ｌａ　、Ｙ
ｂ　、Ｃｅ　、Ｐｒ　、Ｎｄ　、Ｐｍ　、Ｓｍ　。

Ｅｕ　、Ｇｄ　、Ｔｂ　、Ｄｙ　、Ｈｏ　、Ｅｒ　、Ｔ
ｍ　、Ｌｕ等の周期律表第１１１ａ族元素を１１以上表
し、ＢはＢｅ。

Ｓｒ　、Ｍｇ　、Ｂａ　、Ｒａ等のアルカリ土類金属元
素をｌｕ以上表す。）の組成式で示され、かつ上記ｘ、
ｙが０．３≦Ｘ≦０．６．１≦ｙ≦８で決められる酸化
物超電導体の元素組成と同じ元素組成の酸化物からなる
ものである。そして、このような酸化物層２の厚さは、
最終的に得られる酸化物超電導体層の厚さなどに応じて
決められる。また、この酸化物層２の形成には、上記の
スパッタ法の他に、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、
ＣＶＤ（化学的気相成長法）、ゾルゲル法、あるいは上
記原料のスラリーを基板Ｉ上に塗布する方法など種々の
方法を用いることができる。

次いで、この酸化物層２上に拡散物質層３を形成する。

この拡散物質層３は、上記酸化物層２の元素組成にとっ
て不用の元素を拡散物質として含有してなるものである
。上記の拡散物質としては、金属、半導体、アルカリ金
属などが選ばれるが、特に原子半径が小さく拡散速度が
大きいナトリウム、ホウ素などの元素が好適に用いられ
る。そして、このような拡散物質層３の形成には、上述
の酸化物層２の形成方法と同様の方法を用いることがで
きる。

次に、この拡散物質層３に、第２図に示すように例えば
エツチング処理を施して拡散物質層３に溝部分３ａを形
成し、この溝部分３ａを用いて所望の回路パターンを形
成する。ここで、上記エツチング処理には、通常のドラ
イエツチング法、ウェットエツチング法などの方法を用
いることができる。また、上記拡散物質層３に溝部分３
ａを形成するには、エツチング処理の他に切削加工をら
用いることができる。

次に、このようにして拡散物質層３に回路パターンが形
成された基板１全体に対して熱処理を施す。この熱処理
は、この例において、加熱炉内で二段階に分けて行なわ
れる。すなわち、まず、処理温度４００〜５００℃、処
理時間２〜２０時間の条件で前段の熱処理が行なわれ、
次いで処理温度８００〜１１００℃程度、処理時間１〜
３００時間の条件で後段の熱処理が行なわれる。そして
、このような熱処理は、アルゴンガス、窒素ガス等の不
活性ガス、酸素ガス、塩素ガス、フッ素ガスなどのガス
雰囲気あるいはこれらの混合ガス雰囲気で行なわれるこ
とが望ましい。また、この熱処理には、エキシマレーザ
、アルゴンレーザ、炭酸ガスレーザ、色素レーザ、ＹＡ
Ｇレーザ等の各種レーザ、アークイメージレグなどの手
段を用いることができる。

このような前段の熱処理により、第３図に示すように、
酸化物層２のうちの拡散物質層３により覆われた部分２
ｂは、この内部に拡散物質層２からの拡散物質が熱拡散
することから、この部分２ｂの元素組成が変化して超電
導特性を示さず、酸化物超電導回路の絶縁部分となる。

また、後段の熱処理により、酸化物層２のうちの拡散物
質Ｒ３が除去された部分２ａは、周期律表第ｍａ族元素
とアルカリ土類金属元素と銅と酸素とが十分反応して、
層状ペロブスカイト型の酸化物超電導体となる。そして
、この部分２ａは、上記拡散物質層３に対するエツチン
グ処理により形成された回路パターンに対応しており、
酸化物超電導回路の導電部分となる。

この方法によれば、基板ｌ上に酸化物超電導体の元素組
成と同じ元素組成の酸化物からなる酸化物層２を形成し
、次いでこの酸化物層２上にこの酸化物層２の元素組成
にとって不用の元素を含有する拡散物質層３を回路パタ
ーンで形成したのち、熱処理して上記不用元素を酸化物
層２内に拡散させるようにしたので、酸化物層２のうち
の拡散物質層３が除去された部分２ａを酸化物超電導体
とし、酸化物層２のうちの拡散物質層３により覆われた
部分２ｂを絶縁体とすることができ、よって拡散物質層
３に形成した回路パターンと同じ回路パターンで容易に
酸化物超電導回路を得ることができる。したがって、こ
の方法によって製造された酸化物超電導回路は、例えば
ジョセフソン素子としてコンピュータ内に搭載されたり
、あるいはトランジスタのゲートとして用いられたりし
て実用に供せられる。

次に、この発明の第２の発明を説明する。

この発明では、基板ｉ上の酸化物層２を形成する材料と
して、酸化物超電導体となる元素組成より一部の元素が
不足した元素組成の酸化物を用いる。次いで、この酸化
物層２上にこの酸化物層２の元素組成にとって不足して
いる元素を拡散物質として含有する拡散物質層３を形成
したのち、この拡散物質層３を回路パターンでエツチン
グ処理する。次に、この基板１全体を熱処理する。この
熱処理により、この例において酸化物層２のうち拡散物
質層３により覆われた部分２ｂは、拡散物質層３から不
足元素が拡散することから酸化物超電導体となる。特に
、この場合、酸化物層２と拡散物質層３とは、両界面に
おいて共析晶となることから、酸化物層２と上記共析晶
とは、共に酸化物超電導体となる。まｔこ、酸化物層２
のうちの拡散物質層３が除去された部分２ａは、酸化物
層２の元素組成が変化しないことから、超電導特性を示
さない絶縁体となる。

したがって、この方法によれば、酸化物層２の拡散物質
層３が除去された部分２ａを絶縁体とし、酸化物層２の
拡散物質ｙｆＡ３により覆われた部分２ｂを酸化物超電
導体とすることができ、よって拡散物質層３に形成した
回路パターンと同じ回路パターンで容易に酸化物超電導
回路を得ることができる。

なお、この発明では、上述の如く酸化物層２上に拡散物
質層３を形成したのち、この拡散物質層３にエツチング
処理により回路パターンを形成したが、酸化物層２上に
拡散物質層３を形成する際に酸化物層２上に回路パター
ンのマスクを施したうえで回路パターンの拡散物質層３
を形成するようにしてもよい。

〔製造例〕

（製造例１） 直径２インチのＡＱｔＯａ基板上に、元素組成がＢ　ａ
ｏ、ｓＹ　ｏ、ｓＣｕｏ　４で厚さ約ｌμ肩の酸化物層
をスパッタ法により形成した。ターゲットとしては、元
素組成がＢ　ａｏ、ｔＹ　ｏ、ｓｃ　ｕ＋、ｔｏ　４の
６のを用い、スパッタ時の基板温度を約４５０°Ｃに設
定した。

次に、上記酸化物層上に厚さ約ＩＪ、ｚｘのＢ２Ｏ３か
らなる拡散物質層をやはリスバッタ法により形成した。

次いで、この拡散物質層にＥＣＩ”ｔドライエソヂング
装置を用いて回路パターンを形成した。

次に、」二記基板全体をまず約４５０℃に加熱して拡散
物質層のＢ、０３をこの拡散物質層に対応した酸化物層
内に拡散させたのち、８００℃に加熱して上記酸化物層
と拡散物質層との共析量を形成した。

この共析量およびこの共析量の下側の酸化物層は電気抵
抗がｌＯΩ・ｃＲであり、超電導特性を示さなかった。

また、拡散物質層が形成されていない部分の酸化物層は
電気抵抗がｌｏ−４Ω・ｃｍであり、臨界温度が９０に
であった。

（製造例２） 直径２インチのＳ　ｒＴ　ｉｏ　ｓの基板上に、元素組
成がＢ　ａｏ、ａＹ　ｏ、ｓｃ　ｕｏ、ｓｏ　４で厚さ
約１μｘの酸化物層をスパッタ法により形成した。次い
で、この酸化物層上に厚さ約０．５μ肩のＣｕ＊Ｏから
なる拡散物質層を形成した。次に、出力２０ｖの炭酸ガ
スレーザのレーザ光を上記拡散物質層の上部に照射して
、拡散物質層の表面温度が８００〜９００°Ｃとなるよ
うに熱処理した。この熱処理により、酸化物層のＩ３　
ａｏ、５Ｙ　ｏ、Ｉｌｃ　ｕｕ、ｓｏ　４と拡散物質層
のＣｕｔＯとのＪ（折品を形成させた。この共析量およ
びこの共析量の下側の酸化物層は、Ｂ　ａｏ、ｓＹ　Ｑ
、５ｃ　ｕｏ　４の元素組成を有する層状ペロブスカイ
ト型の酸化物超電導体であり、その臨界温度は９０にで
あった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の第１の発明によれば、
酸化物層の拡散物質層が除去された部分を酸化物超電導
体とし、酸化物層の拡散物質層により覆われた部分を絶
縁体とすることができ、よって拡散物質層に形成した回
路パターンと同じ回路パターンで容易に酸化物超電導回
路を得ることができる。

また、第２の発、明によれば、酸化物層の拡散物質層が
除去された部分を絶縁体とし、酸化物層の拡散物質層に
より覆われた部分を酸化物超電導体とすることができ、
よって拡散物質層に形成した回路パターンと同じ回路パ
ターンで容易に酸化物超電導回路を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、この発明の製造方法の一例を説明す
るためのらので、第１図は基板上に酸化物層か形成され
た製造途中の回路を示す概略断面図、第２図はパターン
形成された拡散物質層を有する製造途中の回路を示す概
略断面図、第３図はこの発明によって製造された回路を
示す概略断面図である。 １・・・基板、２・・・酸化物層、３・・・拡散物質層
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に、酸化物超電導体となる元素組成と同じ
   元素組成の酸化物からなる酸化物層を形成し、次いでこ
   の酸化物層上にこの酸化物層の元素組成にとって不用の
   元素を含有する拡散物質層を回路パターンで形成したの
   ち、熱処理して上記不用元素を酸化物層内に拡散させる
   ことを特徴とする酸化物超電導回路の製造方法。
2. （２）基板上に、酸化物超電導体となる元素組成より一
   部の元素が不足した元素組成の酸化物からなる酸化物層
   を形成し、次いでこの酸化物層上にこの酸化物層の不足
   元素を含有する拡散物質層を回路パターンで形成したの
   ち、熱処理して上記不足元素を酸化物層内に拡散させる
   ことを特徴とする酸化物超電導回路の製造方法。