KR940006779B1 - 박막 초전도체 및 초전도 디바이스의 제조방법 - Google Patents

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켄타로 세쯔네
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마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

박막 초전도체 및 초전도 디바이스의 제조방법
제1도는 본 발명의 일실시예와 박막 P형 초전도체의 제조장치의 기본구성 단면도.
제2도는 본 발명의 결정성 향상처리와 산화처리에 의거한 박막 P형 초전도체의 초전도특성을 나타내는 전기저항율의 온도의존성을 도시한 도면.
제3도는 본 발명의 결정성 향상처리와 산화처리에 의거한 박막 P형 초전도체의 결정성을 나타내는 X선회절도형
제4도는 본 발명의 각종 결정성 향상처리와 산화처리의 조합에 의거한 박막 P형 초전도체의 초전도특성을 나타내는 전기저항율의 온도의존성을 도시한 도면.
제5도는 본 발명의 일실시예의 박막 N형 초전도체의 제조장치의 기본구성 단면도.
제6도는 본 발명의 결정성 향상 및 환원처리에 의거한 박막 N형 초전도체의 초전도특성을 나타내는 전기저항율의 온도 의존성을 도시한 도면.
제7도는 본 발명의 결정성 향상 처리와 산화처리에 의거한 박막 N형 초전도체의 결정성을 나타내는 X선 회절도형
제8도는 본 발명의 일실시예의 전체 반사각 이하로 전자파를 조사하는 것을 특징으로 하는 박막 초전도체의 기본구성 단면도.
제9도는 막두께방향으로 주기적으로 산소결합을 포함하는 초전도체 박막의 단면도.
제10도(a)는 본 발명에 의한 처리를 실시한 경우와 실시하지 않은 경우에 의거한 박막 초전도체의 반자화의 자장변화를 도시한 도면.
제10도(b) 및 (c)는 마찬가지 경우의 박막 초전도체의 임계전류밀도의 온도 의존성을 도시한 그래프.
제11도는 본 발명의 일실시예의 박막 초전도체의 제조장치의 기본구성 단면도.
제12도는 본 발명의 일실시예의 조셉슨소자의 제조방법의 기본개념도.
제13도는 금속산화물 초전도 박막의 제작직후, 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파를 조사한 후 및 산화처리를 한 후의 저항율의 온도변화의 관측예.
제14도는 본 발명의 일실시예의 조셉슨소자의 제조방법중의 1과정의 개념도.
제15도는 본 발명의 일실시예의 초전도 트랜지스터의 기본구성 단면도.
제16도는 본 발명의 초전도 트랜지스터의 제조방법을 도시한 개략 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11, 51, 85, 111, 121, 141, 151, 161 : 기판
12, 115 : 4원 복합구리 산화물 박막 13, 53, 86, 113 : 목표물
14, 117 : 마그네트론 음극 16 : 플라즈마생성실
17 : 도파관 18 : 마그네트
19 : O2가스도입구 20 : X선관
52, 84 : 초전도체 박막 54 : 처리장치(X선 또는 자외선 조사)
55, 116 : 기판가열 히이터 56, 112 : 형성조
81 : 마그네트론 스퍼터장치 82 : 사이드윈도우형 X선관
83 : ECR플라즈마 조사장치 87 : 형성·조사조
122, 142 : 금속산화물, 초전도 박막 123, 144 : 전극부
124, 145 : 간극부 143 : 레지스트막
152, 162 : 초전도 소스영역 153, 163 : 초전도 드레인 영역
154, 164 : 채널층 박막 155, 164 : 채널층 박막
155, 165 : 게이트절연막 156, 166 : 게이트 전극
167 : 전자파 168 : 산화물 박막
본 발명은 초전도체 박막과 그 제조방법 및 박막 초전도체 디바이스와 그 제조 방법에 관한 것이다.
La-Sr-Cu-O계, Y-Ba-Cu-O계, Bi-Sr-Ca-Cu-O계, Tl-Ba-Sr-Cu-O계 등 상전도(常傳道) 상태에 있어서의 전하수동담체를 전자의 정공으로 하는 P형 산화물 초전도재료는, 초전도기구의 자세한 내용은 명확하지는 않으나, 전이온도가 액체질소의 온도이상으로 높아서, 양자간섭소자 등 각종 전자공학분야에의 응용이 기대되고 있다.
이들 재료는, 결정중에 함유된 산소원자의 양, 즉 산화상태에 따라서 절연체(반도체)-초전도체의 변화를 보인다. 양호한 초전도재료를 얻으려면, 결정성의 향상 및 산화상태의 제어가 필요하다. 이제까지 얻어지고 있는 소결체의 초전도재료의 제조방법에 있어서는 산소분위기하에서 800℃이상에서의 고온프로세스와 100℃/시 이하의 서냉프로세스를 필요로 하고 있으며, 고온로 등의 설비와 오랜 처리시간이 필요하였다.
이들 P형 초전도재료와 달리, Nd-Ce-Cu-O계, Nd-Cu-O-F계 등은 Nd2CuO4형 결정구조를 가지고, 상전도상태에 있어서의 전하수송 담체를 전자로 하는 N형 산화물 초전도재료이다.
N형 초전도재료에 있어서는 P형 초전도재료와 마찬가지로, 결정중에 함유된 산소결함의 양, 즉 산화상태에 따라서 절연체(반도체)-초전도체의 변화를 보인다. 양호한 초전도재료를 얻으려면, 결정성의 향상 및 산호결함(산화상태)의 제어가 필요하다. 이제까지 얻어지고 있는 초전도재료의 제조방법에 있어서는, 진공(환원분위기)하 800℃이상에서의 고온의 신중한 어닐링프로세스가 필요하였다.
이를 새로운 초전도재료는 현재의 기술에서는 주로 소결이라는 과정으로 밖에 형성할 수 없어, 세라믹 분말 혹은 볼록의 형태로 밖에 얻을 수 없다. 다른 한편 이 종류의 재료를 실용화할 경우, 박막 형상으로 가공하는 것이 강하게 요망되고 있으나, 종래의 기술에서는 양호한 초전도특성을 가진 박막의 제작은 매우 곤란하게 되어 있다.
이제까지 제작된 이들 P형, N형의 어느 초전도체 박막에 있어서도 초전도 임계상태가 있어서의 전류밀도가 작고, 또 전류밀도의 시간에 대한 대수적인 감소가 현저하여, 안정성, 신뢰성이 높은 초전도 디바이스는 실현곤란하다고 생각되어 왔다.
이를 P형 및 N형 구리화합물 초전도체를 자기메모리로서 사용할 경우, 1과 0을 구별하는 방법으로서 여러가지 방식이 고안되고 있다. 초전도체 박막을 초전도 자기메모리로서 이용하려고 할 경우, 종래의 제안에서는, 초전도체의 소재중 혹은 초전도체에 포위된 공간내에 보충된 자속양자(플럭소이드)를 검출기로 검출하여, 플러소이드의 유무를 조사하여 1과 0의 메모리상태를 구별하는 것으로서 구리화합물 초전도체 중 고온전이점을 가진 것을 사용하면 액체질소온도에 있어서 초전도 자기메모리를 동작시킬 수 있다.
종래, A 15형 2원계 화합물인 질화니오브(NbN)나 니오브 3게르나늄(Nb 3 Ge)등을 사용한 초전도 소자가 여러가지 제안되고 있다. 그러나, 이들 재료의 초전도 전이온도 Tc는 겨우 24K였다. 또, 페로브스카이트계 화합물로서는 Ba-Pb-Bi-O계(일본국 특개소 60-173885호)가 알려져 있으며, 이 계의 재료를 사용한 초전도 소자도 수없이 연구되고 있다. 그러나, 이 재료의 Tc는 13K정도로 낮아서 실용화는 곤란하였다. 고온 초전도재료는 전이온도가 액체 질소온도이상으로 높아서 그 실용화에 큰 기대가 모아지고 있다.
최근 고온 초전도체 박막을 사용한 전계효과형의 초전도트랜지스터가 보고 되어 있다(A. Yoshida, H.Tamura, K. Gotoh, N. Fujimaki, and S. Hasuo, Extended Abstracts of 1989 International Superconductivity Electronics conference, De 2-2). 이것은 MgO기판상에 Ba-Y-Cu-O초전도 박막을 형성한 후, 질소분위기중 600℃에서 열처리를 함으로써 초전도박막의 환원을 행하여 산소가 결손된 반도체적인 특성의 박막으로 한 것위에, BaF2로 이루어진 게이트 절연막과 금게이트전극을 형성한 후, 산소플라즈마중에 노출시켜 소스영역 및 드레인영역에 상당하는 박막에 산소를 도핑해서 초전도특성을 회복시켜 각각 소스영역 및 드레인영역으로서 초전도 트랜지스터를 제작하고 있다.
본 발명에 관한 초전도체의 박막화는 초전도체의 소재를 원자상태에 극미립자로 분해하고 나서 기체상에 복합화합물 박막으로서 퇴적시킴으로써 달성된다. 소결체에 비해서 상당히 낮은 온도에서 결정성이 좋은 보다 균질한 막을 얻을 수 있다. 그러나, 복합화합물박막의 형성과정에서 얻어지는 박막의 결정성이나 그것에 도입되는 산소(결함)의 양은 양오한 초전도 특성을 얻기에는 반드시 충분하지는 않고, 최량의 초전도특성을 가지게 하려면 결정성의 향상과 충분한 산소의 도입, 또는 산소결함의 생성을 위한 처리를 실시할 필요가 있다.
일반적으로 구리화합물 초전도체 박막의 플럭스피닝력은 매우 약하고 액체질소 온도에서는 큰 플러그스크리프가 관측된다. 이 현상이 존재하기 때문에, 지금까지 구리화합물 초전도체 박막을 초전도 자기메모리의 메모리매체로서 사용할 경우 그 특성의 경시변화 등의 불안정성이 실용화에 대한 큰 문제가 되고 있었다. 구리화합물 초전도체 박막의 임계 전류밀도를 향사시키는 동시에 플럭스 크리프의 활성화 에너지를 증대시키기 위해서는 적당한 자속양자선의 피닝센터를 박막중에 적당한 정도의 밀도로 생성시킬 필요가 있다.
본 발명의 목적은 상기 종래의 과제를 해결한 것으로서, 임계전류밀도가 높은 동시에 플럭스피닝력이 강한 초전도 박막을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 상기 종래의 과제를 해결한 것으로서, 임계전류밀도가 높은 동시에 플럭스피닝력이 강한 초전도체 박막을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 박막중의 산고결함 등의 결함제어가 가능한 박막초전도 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다. 즉, 산소결함의 제어에 의해 최량의 초전도특성(높은 임계전류밀도)을 얻는 일이 가능하다. 이 산소결함의 제어를 행하기 위하여 자외선이상의 에너지를 가진 전자파를 조사한다. 이 전자파의 조사는 광자와 전자의 반응에 구리산화물 초전도체 박막층에 격자산소의 결정결함을 생성시키고, 이것이 임계전류밀도를 결정하는 자속양자선의 피닝센터로 되어서, 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파를 조사한 구리산화물초전도체 박막의 높은 임계전류밀도를 장시간 유지할 수 있는 원인이 된다.
본 발명의 또 다른 목적은 플럭스크리프가 작은 초전도 트랜지스터의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또, 본 발명의 다른 목적은 상기 초전도체 박막을 사용한 기억특성이 뛰어난 초전도 자기메모리의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 조셉슨소자를 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
즉, 지금까지의 고온 초전도체를 진공중에서 고온으로 가열하는 방법에서는 초전도체 박막과 통상의 반도체 전자회로와의 집적화 등이 곤란하여, 수소이온 등의 환원성이 있는 활성이온을 조사하는 방법에서는 활성이농에 의해 초전도체가 손상을 입고, 그후의 산화처리에 의해서도 그 초전도 특성이 회복되지 않는 등의 결점이 있으며, 조셉슨소자의 제작에의 적용은 곤란하였으나, 본 발명과 같이 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파의 조사에서는 이와 같은 문제점은 없고, 신규한 고온 초전도체 박막을 사용한 조셉슨소자의 제조방법을 제공한다.
또, 종래의 Ba-Y-Cu-O계 초전도박막을 사용하여 산소농도의 제어에 의해 소스영역 및 드레인영역을 초전도체화해서 제작한 초전도트랜지스터에서는 산소 원자의 확산에 의해 소자 특성의 경시변화가 크다는 문제점이 있으며, 경시변화가 작은 초전도트랜지스터를 실현하는 것이 요망되고 있다.
본 발명에 관한 초전도 박막에 있어서도 그 결정구조와 산소원자 또는 산소 결함의 함유량 즉 산화 상태는 분위기와 온도에 따라서 변화하여 초전도특성도 변화한다. 그 초전도 특성느 적당한 결정성 향상 및 산화 또는 환원을 위한 처리에 의해서 어느 정도 개선시킬 수는 있으나, 그 효과는 산소의 확산거동에 의해 영향을 받거나, 일단 외기에 접하여 비가역적인 산화 또는 환원반응을 받은 부분에는 유효하지 못하다.
본 발명자들은 초전도 박막에 대한 결정성 향상 및 산소원자 또는 산소결함의 함유량 제어를 위한 처리를 상기한 복합화합물 박막형성시 또는 그후에 형성조내 또는 형성조외에서 자외선 이상의 에너지(2eV 이상 100keV미만)를 가진 전자파 조사 및 산화처리를 행함으로써, 양호한 초전도박막을 제어성, 안정성 좋게 실현할 수 있다는 것을 발전하여 본 발명에 이른 것이다. 고온 초전도체 박막중의 산소결함은 그 주위와 비교해서 자유에너지가 작아서 임계 상태에 있어서의 자속양자선의 유효한 피닝센터가 된다. 상기한 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파조사에서는 금속원소의 배열을 파괴시킴이 없이 초전도체중에 산소 결함을 도입할 수 있다. 고온 초전도체는 그 코히어런스길이가 짧기 때문에 결정중의 산소결함을 균일하게 만드는 것이 자속양자선의 피닝에 유효하다.
수 μm이하의 막두께를 가진 박막 초전도체서는 사용하는 전자파의 에너지에 따라서는 막두께 전체에 걸쳐 균일한 산소결함을 만드는 것이 가능해진다. 이것만으로도 박막 초전도체의 임계전류밀도를 향상시키는 동시에 플럭스크리프의 활성화 에너지를 증대시킬 수 있으나, 전자파를 전(全) 반사각이하의 입사각도로 박막표면에 조사하면 표면제 1층에만 산소결함이 도입된다는 것을 발견하여 본 발명에 이른 것이다. 이 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파 조사 및 필요하면 산화처리를 실시한 초전도체 박막은 그 자화곡선이 종래 알려져 있는 것과는 전혀 다른 것으로서, 경시변화가 작고 안정하기 때문에 자기메모리 매체로서 뛰어난 가능성을 가지고 잇다.
본 발명의 조셉슨 소자의 제조 방법에서는 기판상에 산화물초전도체 박막을 형성하고 이 산화물초전도체박막의 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파를 조사함으로써 얻은, 외부자장 150Oe하에서 48k에서 측정된 반자화의 크기로부터 얻어진 임계전류밀도가 300만 A/cm2이상이고 제로자장하에서 48k에서 측정된 수송전류로부터 얻어진 임계전류밀도가 300만 A/cm2이상인 산화물초전도체 박막상의 미소 간극부에 의해서 분리된 2개의 영역을 선택적으로 산화처리를 실시하거나, 또는 상기 산화물초전도체 박막표면에 미소 간극부에 의해서 분리된 2개의 영역에만 선택적으로 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파를 조사함과 동시에 또는 조사한 후에 상기 초전도체 박막표면에 산화처리를 실시함으로써, 상기 초전도체중의 상기 간극부에 접합부를 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 접합부형성용의 마스크패턴으로서 PMMA등의 아크릴수지계나 CMS등의 스티렌수지계의 전자선 레지스트 혹은 사진 평판용의 네가티브 레지스트를 사용할 수도 있다. 또, 산소이온 혹은 여기상태에 있는 준안정 산소원자를 조사하거나, 혹은 오존을 포함한 분위기중에서 산화처리할 수도 있다.
또한, 본 발명은, 채널층의 표면에 게이트절연막을 개재해서 형성할 게이트전극과, 외부자장 150Oe하에서 48K에서 측정된 반자화의 크기로해서 얻어진 임계전류밀도가 300만 A/cm2이상이고 제로자장하에서 48K에서 측정된 수송전류로부터 얻어진 임계전류밀도가 300만 A/cm2이상인 강초전도체 박막으로 각각 이루어진 초전도 소스영역 및 초전도 드레인영역을 포함하는 산화물초전도 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 기판상에 상기 산화물초전도체 박막을 형성하는 공정과, 상기 초전도체 박막을 패턴가공하여 초전도 소스영역, 채널층 및 초전도 드레인 영역에 상당하는 부분을 형성하는 공정과, 상기 채널층에 상당하는 상기 산화물 초전도체 박막의 표면부에 게이트절연막 및 게이트전극을 형성하는 공정과, 상기 게이트전극을 마스크로서 사용하여 상기 산화물초전도체 박막상에 자외선이상의 에너지를 가진 전자파를 조사함과 동시에 또는 조사한 후에 상기 초전도체 박막을 산화처리해서, 초전도 소스영역 및 초전도 드레인 영역의 결정성을 향상시킴과 동시에 채널층을 형성하는 공정으로 구성된 것을 특징으로 한다. 특히 게이트전극 재료로서는 자외선파장 이하의 파장을 가진 전자파를 차폐하는 재료로서 금속 또는 규화물을 사용하면 된다.
본 발명에 관한 박막 초전도체는 종래의 소결체에 비해서 균질이며, 자외선이상의 에너지를 가진, 즉 자외선파장 이하의 파장을 가진 전자파의 조사와 산소분위기 하에서의 열처리, 산소이온이나 여기상태의 산소원자의 조사 등에 의해서 결정성의 향상이나 산소원자 또는 결함의 함유량 제어가 가능하다. 본 발명에서는 P형 초전도체의 결정성 향상처리의 방법으로서 X선 조사나 자외선조사를 박막퇴적과 동시에, 혹은 박막 퇴적을 중단하여 행하고, 산화처리의 방법으로서 산소분위기 하에서의 열처리, 산소이온이나 여기상태의 산소원자의 조사를 박막퇴적과 동시에, 혹은 박막퇴적을 중단하여 행한다. 즉, 박막퇴적행정, 결정성 향상처리행정 및 산화처리행정을 교호로 반복함으로써, 고성능의 초전도재료로 제어성 및 안정성 좋게 실현하려고하는 점에 큰 특색이 있다.
N형 초전도체에서는 자외선이상의 에너지를 가진 전자파의 조사에 의해 결정성의 향상이나 산소함유량의 제어가 가능하다.
P형, N형의 어느 초전도 박막에서는 이 자외선이상의 에너지를 가진 전자파의 조사는 결정중의 O 또는 F등의 음이온을 전자여기에 의해 중성화하여 결정으로 부터 이탈시킴으로써 산화물을 환원한다. 또, 동시에 그 퍼텐셜 에너지가 결정격자에 개방되기 때문에 스파이크적인 격자진동을 여기하고 이것이 양이온의 원자배열을 보다 정렬시켜 결정의 배향성을 향상시키는 효과를 가져온다.
전자파를 그 전자파의 에너지와 초전도체의 전자밀도에 의해서 결정되는 전반사각 이하의 입사각도는 박막 표면에 조사하면 금속원소의 배열을 파괴시킴이 없이, 박막표면 제1층에만 산소 결함이 도입된다. 초전도체중의 산고결함은 자속양자선의 유효한 피닝센터가 되고 임계전류밀도를 향상시키는 동시에 플럭스크리프의 활성화 에너지를 증대시킬 수 있다. 이 표면산소 결함의 분포를 박막 퇴적행정과 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파를 전반사각 이하로 조사하는 행정을 교호로 반복함으로써 원자적 스케일로 제어하는 것이 가능해진다. 임계 상태에서의 자속 양자선은 박막속을 직선으로 관통하고 있는 것이 아니라 막두께속에서 꼬불꼬불 구부러져 있다. 이 자속양자선을 유효하게 핀고정하려면 막두께방향으로 수 Å∼수 100Å정도의 간격으로 산소결함을 분포시키면 된다.
이 초전도체 박막은 플럭스피닝력이 똑같이 강해지고 있기 때문에, 고성능의 초전도 메모리를 실현할 수 있다. 또 이 초전도체 박막에서는 플럭스피닝력의 분포가 똑같아지고 있기 때문에 인가자장을 강하게 해가면 소정 자장에서 큰 반자화상태로부터 소자화상태로 갑자기 전이한다. 또한, 이 전이는 비가역적이며, 일단 소자화상태로 전이하면 대자화상태로는 복귀하지 않는다. 이 비가역전이를 이용하여 초전도 자기메모리를 구성하고, 그 메모리상태의 1과 0을 구별하는 것이다.
본 발명의 조셉슨소자의 제조방법은 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파의 조사 및 산화처리에 의해서만 제작할 수 있기 때문에, 종래 행하여져온 미세한 다리 구조를 에칭 등에 의해서 제작하는 데 비해서 극히 간단한 프로세스에 의해서 조셉슨소자를 제작할 수 있다. 또, 에칭 등을 사용하지 않기 때문에 형상의 변화가 없고, 적층화 등을 행할 때에도 유효하다. 본 발명에 관한 제조방법에서는 초전도 박막표면에 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파를 조사함으로써, 초전도체 중의 구리산화물이 환원되는 결과, 초전도 특성이 열화하고, 그후, 미소한 간극부에 의해서 분리된 2개의 영역만을 선택적으로 산화처리하여 초전도성을 다시 가역적으로 회복시키고, 상기 간극부에 약결합의 조센슨 접합을 형성한다. 이 방법에서는, 산화처리가 제한된 영역에만 한정되기 때문에 산화에 의해 손상을 입는 회로등과 동일한 기판상에 형성할 수 있다. 전자파는 표면전역에 조사할 수 있기 때문에, 평행하게 되어 있지 않은 광원으로도 이용할 수 있다. 또 초전도 박막표면의 미소한 간극부에 의해서 분리된 2개의 영역에만 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파를 조사하고, 그후 산화처리함으로써 조사된 부분만의 초전도특성을 향상시키고, 상기 간극부가 약결합형의 조셉슨 접합이 된다. 이 방법으로 초전도 박막표면에 선택적으로 전자파를 조사하려면 종래부터 있는 사진평판의 수법을 그대로 이용할 수 있고, 또 산화처리는 부분적으로 행할 필요 등이 없기 때문에, 종래 반도체 집적회로 제작에서 사용되어온 기술을 유용할 수 있는 부분이 많아 제작이 용이하다. 또, 본 발명의 제조방법에서는 초전도 박막표면의 미소한 간극부에 의해서 분리된 2개의 영역에만 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파를조사하고, 그후 상기 2개의 영역만을 산화처리하여 초전도 특성을 형상시켜, 상기 간극부에 약결합의 조셉슨 접합을 형성한다. 이 방법에서는 전자파의 조사 및 산화처리는 금속산화물 초전도 박막표면의 한정된 부분에 대해서만 행해지기 때문에 조셉슨 접합형성을 필요로 하지 않는 부분에 조사 및 산화처리의 영향을 미치지 않고, 조셉슨소자와 다른 기능소자의 집적화 등을 고려한 경우 유효하다.
본 발명의 실시에 있어서, 초전도 소스영역 및 초전도 드레인영역이 동일원소, 동일조성으로 이루어진 고온 초전도체 박막이며, 초전도 소스영역 및 초전도 드레인 영역만을 전자파의 조사에 의해 결정성을 향상시킨 재료를 사용함으로써 소스·채널사이 및 드레인·채널사이에서 양호한 접합을 얻을 수 있고, 또 소자특성의 경시변화가 경감되어 안정되고 양호한 동작이 가능한 전계효과형의 초전도 트랜지스터를 실현할 수 있다.
본 발명의 초전도 트랜지스터의 제조방법의 실시에 있어서, 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파를 초전도체 박막에 대하여 게이트전극쪽으로부터 조사하는 동시에 또는 조사후에 산화처리를 실시함으로써 초전도소스영역 및 초전도 드레인영역만의 결정성을 향상시켜 채널층보다 초전도특성이 뛰어난 초전도영역을 형성할 수 있다. 이때 게이트전극이 전자파의 마스크가 되어 자기 정합적으로 채널층과 게이트전극의 위치조정이 실현되기 때문에, 극히 짧은 0.1μm정도의 게이트 길이의 초전도 트랜지스터로도 제조가 용이해진다. 특히 게이트전극의 재료로서는, 차광성이 뛰어난 금속 또는 규화물을 사용하면 효과가 크다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
[실시예 1]
상기한 초전도 박막형성장치의 장치구성으로서는, 에를들면 제1도에 도시한 바와 같이, 동일한 형성조내에 피막퇴적을 위한 증착원과 결정성 향상 및 환원처리를 위한 장치, 그리고 P형 초전도체에서는 산화처리를 위한 장치를 구비한 것이 필요하다. 제1도의 예에서는 증착원으로서는, 고주파 마그네트론 스퍼터 정치를, 결정성 향상을 위한 장치로서는 X선원을, P형 초전도체의 산화처리를 위한 장치로서는 ECR산소플라즈마 발생장치를 사용하고 있다. 증착원과 결정성 향상을 위한 장치, 그리고 산화처리를 위한 장치의 조합의 종류에 따라서는 형성조를 분리하여 로드록기구를 설치해서 기판(11)을 홀더마다 이동시킬 필요가 있다.
제1도에 도시한 바와 같이 4원화합물박막(12)을 예를들면 스퍼터링법에 의해서 형성한다. 이 경우, 기판(11)으로서는, 결정성이 높은 4원화합물박막(12)을 형성하기 위하여 단결정의 기판이 유효하며, 산화마그네슘, LaAlO3, LaCaO3, 티탄산 스트론튬 등의 단결정을 사용한다.
본 발명자들은 박막(12)을 기판(11)의 표면에 부착시킬 경우, 초전도특성을 갖게 하기 위해서는 기판의 온도범위로서, P형에서는 500∼900℃, N형에서는 400∼1100℃ 가 적당하다는 것을 확인하였다. 화합물 박막의 결정성, 조성 및 표면상태를 최적인 것으로 하기 위한 최적기판온도는 이 범위에 존재한다.
Bi계 혹은 Y계 등 P형 초전도체 A-B-Cu-O는 결정구조나 조성식이 아직 명확하게는 결정되어 있지않으나, 산소 결손량이 적은 것일수록 초전도 전이온도가 높아지고 있다. 소결체에 있어서는, 산소 분위기하에서의 800℃이상의 고온처리에 이은, 100℃/시 이하의 서냉 프로세스에 의해서 결정상태의 안정화와 산소의 공급(산화처리)이 행하여지고 있다.
본 발명자들은 결정성이 높은 박막이 초기 특성 및 장기적 안정성이 뛰어나며, 막형성층 혹은 막형성 직후의 결정성 및 산소원자 또는 결함 함유량의 제어가 보다 양호한 초전도 특성을 가져오는 것을 확인하였다. 제조프로세스로 보아, 일단 박막형성조밖으로 피막을 꺼내면, 공기중의 수분 등이 표면에 흡착하여, 피막의 구성원소와 반응하여 특성을 열화시켜 버리기 때문에, 이 결정성 향상 및 환원처리와 P형 초전도체의 산화처리를 박막형성행정의 일부로서 편성할 필요가 있다.
본 발명자들은, 결정성 향상 및 환원처리와 P형 초전도체의 산화를 위한 처리방법으로서 ① 박막퇴적직후의 후처리로서 행하는 방법, ③ 박막퇴적과 동시에 행하는 방법, 혹은 ③ 박막퇴적을 중단하여 행하는, 즉, 박막퇴적행정과 결정성 향상 및 환원처리행정, P형 초전도체의 산화처리행정을 교호로 반복하여 행하는 방법과 같이 대별하여 3종류의 방법을 시도하여, 모두 완전히 결정성 향상처리 및 산화처리를 실시하지 않을 경우에 비해서 특성이 뛰어난 초전도 박막을 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.
먼저, 본 발명들은 P형 초전도체 박막형성에 X선 조사를 행하여 박막형성후 곧바로 형성조내에 산소가스를 도입하여, 소결체와 마찬가지의 서냉프로세스에 의하여 후처리로서 산화처리를 실시하면 양호한 초전도 특성을 얻을 수 있다는 것을 발견하였다. 본 발명자들은, 또 X선 조사에 의해 박막의 결정성이 향상되고 또한 산소가 박막중에 가장 유효하게 도입되는 것은 박막형성의 기판 온도이하 또한 상온이상의 소정의 한정된 온도범위인 것을 발견하여, 결정성 향상 및 환원과 P형 초전도체의 산화처리는, 이 온도범위에서 일정시간 행함으로써 가장 효율적으로 또한 간편하게 행할 수 있다는 것을 발견하였다. 이 효과는, 결정성 향상 및 환원처리와 P형 초전도체의 산화처리를, 피막퇴적을 중단하여 행하는, 즉 피막 퇴적행정과 결정성향상 및 환원처리공정과 P형 초전도체의 산화처리행정을 교호로 반복할 경우에도 볼 수 있다는 것을 본 발명자들은 확인하였다. 이들 결정성 향상 및 환원처리와 P형 초전도체의 산화처리를 실시할 수 있는 온도는 박막의 구성원소의 종류, 표면상태에 따라서도 다르기 때문에, 각 경우에 대하여 최적인 것을 선택할 필요가 있으나, 본 발명자들은 450℃이하 300℃이상의 온도범위에 있다는 것을 확인하였다. 또한, 처리시간에 대해서도, 피막의 종류, 막두께, 표면상태에 따라서 필요최소한의 값이 존재한다.
본 발명자들은 결정성 향상 및 환원처리와 P형 초전도체의 산화처리를 박막퇴적과 동시에 향할 경우, 혹은 박막퇴적을 중단하여 행하는 즉, 박막퇴적행정과 결정성 향상 및 환원처리와 P형 초전도체의 산화처리행정을 교호로 반복할 경우에 사용하는 산화처리의 방법으로서는 적어도 산소를 함유한 가스의 방전에 의해 생성되는 산소이온에 의해 처리하거나 혹은 여기 상태에 있는 중성 산소원자를 조사는 것이 효과적이고 또한 간편하다는 것을 발견하였다. 예를들면 제1도에 도시한 ECR산소 플라즈마 발생장치를 사용하여 형성조에 연결된 플라즈마 생성실(16)내에 산소가스 혹은 산소를 함유한 혼합가스를 도입하고, 이 가스에 마이크로파를 조사하여 방전 플라즈마를 발생시키고, 이에 마그네트(18)에 의해서 자장을 인가하여, 이온화의 확룰을 높임으로써 고에너지의 산소이온 및 중성산소 원자가 P형 초전도체 박막을 효율적으로 산화한다는것을 발견하였다.
이와 같은 효율적인 P형 초전도체의 산화처리를 박막형성, 그리고 결정성 향상 및 환원처리후의 후 처리행정으로서 사용하였을 경우, 임계온도가 단시간에 최대치에 도달하나, 임계전류밀도가 처리시간에 의존하여 계속 증가하여 최대치에 도달하려면 수십시간 정도의 처리시간을 요한다. 이것은 산화처리가 산소의 확산거동에 의해서 영향을 받고, 초전도체 박막전체에 골고루 미치는데 매우 긴 시간을 요한다는 것을 의미하고 있다고 생각된다. 따라서 충분한 산화처리를 실시한 양질의 초전도박막을 얻으려면 산화처리를 박막퇴적, 결정성 향상 및 환원처리와 동시에 행하거나 혹은 박막퇴적, 결정성 향상 및 환원처리를 중단하고, 즉 박막퇴적행정과 결정성 향상 및 환원처리행정과 산화처리행정을 교호로 반복하면서 행하는 것이 바람직하다고 생각된다.
결정성 향상 및 환원처리와 산화처리를 실시한다는 점에서만은 결정성 향상 및 환원처리의 산화처리는 박막퇴적과 동시에 행하는 것이 가장 바람직하나, 박막 퇴적 과정의 종류에 따라서는, 처리온도가 퇴적기판온도에 한정되기 때문에 충분한 효과를 얻을 수 없거나, 혹은 고에너지의 산소가 오히려 나쁜 영향을 미칠경우도 있다는 것이 확인되었다. 본 발명자들은, 오히려 결정성 향상 및 환원 처리와 산화처리를 박막퇴적을 중단하여 행하는 즉, 박막퇴적행정과 결정성 향상 및 환원처리공정과 산화처리행정을 교호로 반복하면서 행하였을 경우가 동등 혹은 그 이상의 효과를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다. 이들 박막퇴적과정에 있어서는, 퇴적직후의 각 구성원소는 여기상태에 있으며, 경우에 따라서는 안정화하는 데 수분 정도의 시간을 요하는 것도 많고, 특히 적층구조를 취하는 것에 대해서는 1주기 구조분의 박막을 퇴적시킬 매마다 퇴적을 중단하여 안정화가 도모되고 있는 경우도 있다. 이와 같은 퇴적중단시간에 결정성 향상 및 환원처리가 산화처리를 실시하면 단시간에 이상적인 결정성 향상 및 환원처리와 산화처리를 실시할 수 있다고 생각된다. 본 발명자들은 적당한 퇴적시간마다 증단하여, 결정성 향상 및 환원처리와 산화처리를 실시함으로써 뛰어난 특성을 가진 P형 초전도 박막을 얻을 수 있다는 것을 확인하였다. 또 그 퇴적시간 간격으로서, 그 사이에 퇴적되는 피막의 두께를 10Å이상 100Å이하로 하는 것이 유효하다는 것을 확인하였다.
[구체적 실시예 1]
산화마그네숨 단결정(100)면을 기판(11)으로서 사용하고, 고주파 플레이너 마그네트론 스퍼터법에 의해 소결한 산화물 고온 초전도재료로 형성한 목표물(13)을 Ar과 O2의 혼합가스 분위기에서 스퍼터링 증착하여, 상기 기판상에 결정성의 Y-Ba-Cu-O박막으로서 퇴적시켰다. 이 경우, 가스 압력은 0.4Pa, 스퍼터링 전력 160W, 스퍼터링시간 1시간, 박막의 막두께 0.5μm, 기판온도 600℃였다. Rh관구를 사용한 X선조사에 의한 결정성 향상처리와 박막형성후 곧바로 형성조내에 산소가스를 도입하여, 소결체와 마찬가지의 서냉프로세스에 의한 후처리로서의 산화처리를 전혀 실시하지 않을 경우, Rh관구를 사용한 X선 조사에 의한 결정성 향상처리를 실시하지 않을 경우, Rh관구를 사용한 X선 조사에 의한 결정성 형성처리와 박막형성후 곧 바로 형성조내에 산소가스를 도입하여, 소결체와 마찬가지의 서냉프로세스에 의한 후처리로서의 산화처리를 모두 실시하였을 경우의 각각의 저항율의 온도의존성을 제2도(a), (b) 그리고 (c)에 도시한다. 또 각각의 경우의 결정성을 표시하는 X선 회절도형을 제3도(a), (b) 그리고 (c)에 도시한다. 제2도로부터 산화처리만 행한 경우에 비해서 결정성 향상처리를 사용한 경우에는 더 한층의 초전도 특성의 향상을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 또 제3도로부터는 결정성 향상처리에 의해 박막의 c면 배향성이 향상되어 결정성이 좋아진다는 것, 그리고 산화처리에 의해 면간극이 감소한다는 것을 알 수 있다.
본 발명자들은, 결정성 향상처리와 산화처리의 방법으로서, ① 박막퇴적후의 후처리로서 행하는 방법, ②박막퇴적과 동시에 행하는 방법, 혹은 ③ 박막퇴적을 중단하여 행하는, 즉 박막퇴적행정과 결정성 향상처리행정과 산화처리행정을 교호로 주기적으로 반복하는 방법과 같이 대별하여 3종류의 방법을 시도하였다. 이경우, 산화처리법으로서는 제1도에 도시한 ECR산소 플라즈마 산화법을 사용하고, 처리조건은 마이크로파 파워 200W, 산소가스압 8.5×10-4Torr, 바이어스 전압 50V에서 행하였다. ③의 박막퇴적행정과 결정성 향상처리행정과 산화처리행정을 교호로 주기적으로 반복할 경우 1주기에 퇴적시키는 피막의 두께 및 결정성향상처리 시간과 산화처리시간을 각각 약 100Å, 10분, 72초로 하였다. 산화처리법 ① 및 ②에 의한 경우,모두 HeII자외선 조사에 의한 결정성 향상 처리시간을 2시간, 산화처리의 온도를 450℃, 처리시간을 1시간으로 하였다.
제4도에 도시한 바와 같이, ①, ② 및 ③의 박막퇴적행정과 결정성 향상처리행정과 산화처리행정의 어느조합을 사용하여도, 전혀 결정성 향상처리와 산화처리를 실시하지 않은 경우에 비해서 높은 전이온도를 얻을 수 있고, 또 큰 임계전류밀도를 얻을 수 있다는 것을 발명자들은 확인하였다.
이 종류의 복합산화물 박막의 구성원소의 차이에 따른 초전도특성 변화의 자세한 내용은 명백하지 않고, 또 결정성 향상처리와 산화처리의 최적조건의 변화의 자세한 내용도 명백하지 않다. 그러나, 결정성 향상처리와 산화처리가 초전도특성에 큰 영향을 미치는 것은 틀림없고, 본 발명은 P형 초전도체 박막형성의 결정성 향상처리와 산화처리의 공정을 확립하는 것이다.
[실시예 2]
N형 초전도체박막 형성중에 X선 조사를 행하여 박막을 1200℃이하 800℃이상의 온도범위에서 진공중에 유지하면 양호한 초전도특성을 얻을 수 있다는 것을 발결하였다. 또, X선 조사에 의해 박막의 결정성 향상과 환원이 가장 유효하게 행하여지는 것은 박막형성의 기판온도이하 또한 상온 이상의 어떤 한정된 온도범위인 것을 발견하고, 결정성 향상과 환원처리는 이 온도범위에서 일정시간 행함으로써 가장 효율적으로 또한 간편하계 행할 수 있다는 것을 발견하였다. 이 효과는 결정성 향상 및 환원처리를 박막퇴적을 중단하여 행하는 즉, 박막퇴적행정과 결정성 향상 및 환원처리를 교호로 반복할 경우에도 얻을 수 있다는 것을 본 발명자들은 확인하였다. 이들 결정성 향상 및 환원처리를 실시할 수 있는 온도는 박막의 조성, 표면상태에 따라서도 다르기 때문에, 각 경우에 대하여 최적온도를 선택할 필요가 있으나, 본 발명자들은 900℃이하 600℃이상의 온도범위에 있다는 것을 확인하였다. 또한 처리시간에 대해서도 박막의 조성, 막두께, 표면상태에 따라서 필요최소한의 값이 존재한다.
결정성 향상 및 환원처리를 실시한다는 점에서만은 이 처리를 박막퇴적과 동시에 행하는 것이 가장 바람직하나, 박막퇴적과정의 종류에 따라서는 처리온도가 퇴적기판온도에 한정되기 때문에, 충분한 효과를 얻을수 없는 경우도 있다는 것이 확인되었다. 본 발명자들은 오히려 결정성 향상 및 환원처리를 박막퇴적을 중단하여 행하는, 즉 박막퇴적행정과 결정성 향상 및 환원처리를 교호로 반복하면서 행하였을 경우가 동등 혹은 그 이상의 효과를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.
[구체적 실시예 2]
티탄산스트론튬단결정(100)면을 기판(51)으로서 사용하고 고주파 플레이너 마그네트론스퍼터법에 의해 소결한 산화물 고온 초전도재료로 형성한 목표물(53)을 Ar과 O2의 혼합가스분위기에서 스퍼터링 증착하여 상기 기판상에 결정성의 Nd-Ce-Cu-O박막으로서 퇴적시켰다. 이 경우 가스압력은 0.3Pa, 스퍼터링전력160W, 스퍼터링시간 1시간, 박막의 막두께 0.8μm, 기판온도 650℃였다. Rh판구를 사용한 X선 조사에 의한 결정성 향상 및 환원처리를 박막을 1100℃에서 8×10-7Torr의 진공중에 유지해서 행하여 양호한 초전도특성을 얻었다. Rh관구를 사용한 X선 조사에 의한 결정성 향상처리를 실시하지 않을 경우, Rh관구를 사용한 X선 조사에 의한 결정성 향상 및 환원처리를 실시한 경우의 각각의 저항율의 온도의존성을 제6도(a), (b)에 도시한다. 또 제6도(b)의 결정성을 표시하는 X선 회절도형을 제7도에 도시한다. 제6도로부터 결정성 향상 및 환원처리를 실시한 경우 초전도성이 얻어진다는 것을 알 수 있다. 또 제7도로부터 결정성 향상 및 환원처리에 의해 높은 c면 배향성을 가진 박막이 얻어진다는 것을 알 수 있다.
본 발명자들은 결정성 향상 및 환원처리의 방법으로서, ① 박막퇴적후의 후처리로서 하는 방법, ② 박막퇴적과 동시에 행하는 방법, 혹은 ③ 박막퇴적을 중단하여 행하는, 즉 박막퇴적행정과 결정성 향상 및 환원처리행정을 교호로 주기적으로 반복하는 것과 같이 대별하여 3종류의 방법을 시도하였다. ③의 박막퇴적행정과 결정성 향상 및 환원처리행정을 교호로 주기적으로 반복할 경우, 1주기에 퇴적시키는 피막의 두께 및 결정성 향상 및 환원처리시간을 각각 약 100Å, 10분으로 하였다. ①, ② 및 ③의 박막퇴적행정과 결경성향상 및 환원처리행정의 어느조합을 사용하여도 높은 전이돈도를 얻을 수 있고, 또 큰 임계전류밀도를 얻을수 있다는 것을 본 발명자들은 확인하였다.
이런 종류의 복합산화물박막의 조성의 차이에 따른 초전도특성의 변화의 자세한 내용은 명백하지는 않고, 또 결정성 향상 및 환원처리의 최적조건의 변화의 자세한 내용은 명백하지는 않다. 그러나, 결정성 향상 및 환원처리가 초전도특성에 큰 영향을 미치는 것은 틀림없고, 본 발명은 Nd2CuO4형 결정구조의 새로운 N형 초전도체박막의 결정성 향상 및 환원처리의 공정을 확립하는 것이다.
[실시예 3]
제8도는 본 발명의 일실시예의 전반사각이하로 전자파를 조사하는 것을 특징으로 하는 박막초전도체의 기본구성단면도이다. 동일한 형성조내에, 박막퇴적을 위한 증착원(여기서는 예로서 고주파 마그네트론 스퍼터장치)(81)과 표면산소 결함을 만들기 위하여 퇴적한 박막표면에 전반사각이하의 입사각으로 자외선이상의 에너지를 가진 전자파를 조사하기 위한 장치(여기서는 예로서 Rhx선관구)(82), 그리고 P형 초전도체에 적용하기 위한 산화처리장치(여기서는 일례로서 ECR산소플라즈마 발생장치)(83)가 설치되어 있다. 초전도체박막(84)을 단결정기판(85)상에 형성한다. 박막퇴적행정과 전자파조사행정을 교호로 반복하나, 그 전자파조사간격으로서, 그 사이에 퇴적되는 박막의 두께를 10Å이상 100Å이하로 하면 임계 상태에서의 자속양자선의 핀고정에 유효하다는 것을 확인하였다. 이것은 고온초전도체의 코히어런스길이가 짧다는 것을 반영하고 있으며, 산소결함은 그 주위와 비교해서 자유에너지가 작아 임계상태에 있어서의 자속양자선의 유효한 피닝센터가 되는 것을 표시하고 있다. 즉, 제9도에 도시한 바와 같이 막두께 방향으로 수 Å∼100Å정도의 간격으로 산고결항을 분포시키면 전체 막두께에 걸쳐 자속양자선을 똑바로 핀고정할 수 있다고 생각된다.
[실시예 4]
결정화 환원처리를 초전도체박퇴적과 동시에 행한 시료의 일정온도하에 측정한 자화곡선을 제10도에 도시한다. 측정창치로서는 SQUID 자속계를 사용하여 외부자장은 c측과 평행하게(즉 막면수직방향으로) 인가하였다. 외부자장을 증가시켜가면 반자화는 거의 직선적으로 증가하여 어느 특정한 자장에서 갑자기 수십분의 1로 감소한다. 일단 감소한 반자화는 외부자장의 값을 0으로 복귀시켜도 회복되지는 않는다. 또, 온도를 변화시켜도 회복되지는 않는다. 일정 외부 자장하에서의 반자화의 값은 시간변화에 대하여 거의 감소하지 않는다. 이들 결과는 본 발명의 초전도체 박막에서는 플럭스피닝력의 강도분포가 균일하다는데 기인한다고 생각된다. 즉 0자장하에서 냉각한 초전도체 박막에 외부자장을 인가해가면 어느 외부자장까지는 완전반자성체로서 거동하여 큰 반자화를 나타낸다. 그러나 외부자장에 대한 초전도체 박막내부에의 침입압력이 어떤 플럭스피닝력을 초과하자마자 자속은 한번에 내부에 침입하여 반자화의 값은 곧 감소해 버린다. 일단 초전도체 박막내부에 플럭스가 침입해버리면 외부자장을 0으로 복귀시켜도 반자화의 값은 회복되지 않는다. 이와같은 특이한 자기적 거동은 본 발명자들이 처음으로 발견한 것이다.
이 성질을 이용하여 초전도 자기메모리를 제작하는 것이 가능하다. 예를들면 일정자장하에서의 완전반자성 상태를 1로 하고, 플럭스가 침입한 미소반자화상태를 0에 대응시킨다. 초전도 자기메모리에의 기록은, 미리 메모리비트를 모두 1로한 후, 일부분의 메모리비트에 펄스자장을 가하여 플럭스를 침입시켜 0의 비트를 만든다. 또 0으로부터 1로 바꾸려면 레이저 펄스 등에 의해서 일단 전이온도 이상으로 가열하여 0자장중에서 냉각하고 다시 외부자장을 가함으로써 완전반자성 상태를 회복할 수 있다. 초전도 자기메모리의 판독은 막면바로위의 자장이 1과 0에서 크게 다르다는 것을 이용하여 자기헤드나 홀소자헤드 등의 자기검출기를 사용해서 용이하게 행할 수 있다. 이 초전도 자기메모리는 경시변화가 작고 시간적으로 매우 안정하다는 것을 본 발명자는 확인하였다. 이 초전도체 박막에 대한 결정화 환원처리에 효과는 재료가 N형인 초전도체에 있어서도 P형인 초전도체에 있어서도 마찬가지이다.
[구체적 실시예 4]
제11도에 도시한 형성장치를 사용하여, 산화마그네슘 단결정(100)면을 기판(111)으로 하고, 고주파 플레이너 마그네스트론 스퍼터법에 의해 소결한 산화물고온 초전도재료로 형성한 목표물(113)을 Ar과 O2의 혼합가스 분위기에서 스퍼터링증착하여, 기판가열히이터(116)에 의해서 가열한 기판(111)상에 결정성의 Y-Ba--Cu-O박막(115)을 퇴적하였다. 이 경우 가스압력은 0.4Pa, 스퍼터링 전력 160W, 스퍼터링시간 1시간, 박막의 막두께 0.5μm, 기판온도 600℃였다. 결정성 향상처리는 Rh관구를 사용한 X선 조사에 의해행하고, 산화처리는 초전도체 박막(115)형성후 곧바로 형성조(112)내에 산소가스를 도입하여 행하였다. 제10(a)의 자장특성도로부터의 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 있어서의 결정화 환원처리를 실시하지 않은 초전도체 박막에서는 반자화는 완만하게 변화하여, 플럭스가 서서히 침입해간다. 그러나 상기 처리를 실시한 초전도체 박막에는 T=48k에서는 자화가 H=200Oe까지 거의 직선적으로 증가하고, 그후 H=400Oe에서 최대자화 10000emu/cc를 나타낸다. 참고로, 제10도(b)에 산소어닐링, 즉 산소처리와 함께 X선 조사를 행한 경우와 X선 조사를 행하지 않은 경우의 JcM(빈의 모델(Bean's mode)에 의해 측정한 임계전류밀도)의 온도 의존성을, 그리고 제10도(c)에 마찬가지 경우의 JcT(전류-전압(I-V)특성 측정으로부터 결정된 임계전류밀도)의 온도의존성을 각각 도시하였다. 이들 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제10(b)에 있어서는, 자외선이상의 에너지를 가진 전자파, 즉 X선을 조사하지 않은 경우에는 48k,150Oe조건에서 임계전류밀도가 대략 50만 A/cm2이었던 것이 X선의 조사를 행하면 300만 A/cm2이상으로 증대하며, 제10도(c)에있어서는 48k, 제로자장의 조건에서 x선 조사을 행하지 않은 경우에는 대략 100만 A/cm2이었던 것이 X선의 조사를 행하면 임계전류밀도가 300만 A/cm2이상으로 증가하며, 이에 따라 장시간에서의 안정성도 향상된다. 또 저장을 강하게 해가면 초전도체 박막에 자속이 침입해서 자화의 값은 약 수십분의 1로 감소한다. 외경 1mm정도인 시료의 표면자장을 저온용 홀소자로 측정하면 T=48k에 있어서, 반자화상태(M=10000emu/cc)에서는H=400Oe, 자속침입상태에서는H=20Oe로서 반자화상태가 자속침입상태에 비해서 훨씬 표면자장이 커서 이 차이는 용이하게 검출할 수 있다.
[실시예 5]
초전도체 박막을 기체상에 스퍼터링법에 의해서 형성하고, 산소분위기중에서 열처리, 혹은 산소이온 또는 여기상태의 중성산소원자를 집어넣어 초전도성을 얻는다. 또 상기 초전도체 박막의 일부분에 X선 또는 자외선을 조사함으로써 약결합부를 형성한다. 단 이 약결합부는 X선 또는 자외선의 조사량에 따라서 상전도체나 반도체나 절연체의 성질의 어느 하나를 나타낸다는 것을 본 발명자들은 확인하였다. 이 경우 초전도전극이 2개, 즉 2단자소자라면 약결합부는 터널형의 조셉슨소자가 된다. 이 박막의 형성은 물리적 기성성장법에 한정된 것이 아니라, 화학적 기상성장법 예를들면 상압 혹은 강압화학적 기상성장법, 플라즈마화학적 기상성장법, 광화학적 기상성장법도 조성을 합치시키면 유효하다는 것을 본 발명자들은 확인하였다. 이들 박막을 산소처리함으로써 얻은 초전도성을 X선 또는 자외선 조사처리함으로써 제어하면, 이 초전도 박막은 상전도체, 반도체 혹은 절연체의 성질을 나타내게 된다는 것을 본 발명자들은 발견하였다. X선 또는 자외선 조사처리는 통상의 W, Mo, Rh, cu, Fe, Co, Cr, Al, Mg, Zr등의 X선관 또는 H, He, Ne등의 자외선원을 사용하고, 이 X선 또는 자외선을 초전도 박막에 조사함으로써 행하여진다. 이 효과는 산화처리에 의해 초전도성을 얻기 위하여 최적화된 박막초전도체인 X선 또는 자외선을 조사하여 박막을 환원시키고, 결정중의 산소량을 제어하여 초전도에 대한 산소의 최적조건을 붕괴하여 X선 도는 자외선 조사부의 초전도성을 소실시키기 때문이라고 생각된다.
X선이나 자외선의 이용은 이온비임이나 전자비임의 이용과 달리, 금속원소끼리의 비율의 변화나 국소적인 큰 온도상승, 또 박막의 결정성의 저하 등을 야기하지 않고 균일하게 양호한 처리를 가능하게 하기 때문에 본 발명은 비조사부의 박막에 큰 손상을 주지않는다는 이점을 가진다. 또 X선이나 자외선은 그 파장이 짧고 가공할 초전도박막의 영역을 미세하게 제어하여 정밀, 미세한 구리산화물 박막의 환원처리를 가능하게한다. 이에 의해 서브마이크론 가공을 필요로 하는 조셉슨 디바이스 등의 다비이스 제작이 X선이나 자외선의 조사에 의해 용이하게 행하여지게 된다.
[실시예 6]
본 발명의 실시예를 도면을 사용하여 설명한다.
제12도에 있어서, 초전도체박막(122)을 기판(121)상에 예를들면 스퍼터링법에 의해서 형성한다. 또 필요에 따라서 산소분위기중에서 열처리, 혹은 산소이온 또는 여기 상태의 중성산소원자를 집어넣어 초전도성을 얻는다. 또 박막(122)의 표면에 자외선이상의 에너지를 가진 전자파를 조사하고, 그후 선택적으로 산화처리를 함으로써, 간극부(124)에 의해서 분리된 2개의 전극부(123)를 형성하였다. 산화처리방법으로서는 적어도 산소를 함유한 가스의 방전에 의해 생성되는 산소 이온 혹은 여기상태에 있는 중성산소원자를 조사하거나 또는 오존을 함유한 기체 중에서 처리하는 것이 효과적이고 또한 간편하다는 것을 발견하였다, 이들 2개의 산화처리는 모두 시료를 가열할 필요가 없는 데다가 전자에 대해서는 비교적 단시간에 처리가 종료하는 이점이 있으며 후자에서는 레지스트 등으로 대표되는 유기재료가 침입되는 일이 적기 때문에, 통상의 레지스트막을 산화처리시의 마스크로 이용할 수 있다는 이점이 있다. 또, 박막(122)내에서 전극부(123)는 초전도성을 가지고, 간극부(124)를 포함한 전극부(123)이외의 부분은 전자파가 조사되어 산화처리를 행하여지고 있지 않기 때문에 상전도체나 반도체나 절연체의 성질의 어느 하나를 나타낸다는 것을 본 발명자들은 확인하였다. 이 경우, 간극부(124)는 약결합 혹은 터널결합이 되고, 2단소자라면 조셉슨소자가 된다.
상기한 바와 같이 초전도박막에 X선, 자외선 또는 γ선 등 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파를 조사함으로서 이 초전도박막을 상전도체, 반도체 혹은 절연체의 성질을 나타내도록 제어할 수 있다는 것을 본 발명자들은 발견하였다. 자외선 보다도 파장이 짧은 전자파로서는 통상의 W, Mo, Rh, Cu, Fe, Co, Cr,Al, Mg, Zr등의 X선관 또는 H, He, Ne등의 자외선원 혹은 수온램프로부터의 복사광 혹은 방사성 원소로부터 γ붕괴에 의해서 방사되는 γ선 등을 사용한다. 제13도는 이 특성을 확인하기 위한 기초실험의 결과의 일례를 도시한 것으로서, Bi-Sr-Ca-Cu-O초전도박막을 예를 들어서 그 저항율의 온도변화에 대하여 제작직후(131), 3시간의 자외선 조사후(132), 그후의 산화처리후(133)의 3가지 상태에서 각각 측정한 것이다. 박막제작직후는 약 45k에서 초전도를 나타내고 있었던 것이(131), 자외선 조사후는 실내온도에서의 저항율이 약 8배로 증가하고 초전도는 나타내지 않게 되었으나(132), 산화처리에 의해서 거의 제작직후의 특성을 회복하고 있다(133). 이 결과는, 자외선 조사가 박막을 환원시켜 초전도를 잃게 하나 산화처리에 의해서 가역적으로 특성을 회복시킬 수 있다는 것을 나타내고 있다.
[구체적 실시예 6]
(100)면 MgO단결정을 기판(121)으로서 사용하고, 고주파 플레이니 마그네트론스퍼터에 의해, 소결한YBa2Cu4.5Ox목표룰을 Ar과 O2의 혼합가스분위기에서 스퍼터링 증착하여 상기 기판상에 결정성의 YBa2Cu3O7박막으로서 부착시켰다.
이 경우, 가스압력은 0.5Pa, 스퍼터링전력 150w, 스퍼터링시간 20분, 박막의 막두께 0.2μm, 기판온도700℃였다. 이와 같이 하여 얻어진 박막은 초전도성을 나타내고, 그 전이온도는 90k였다.
이 실시예에서는 박막(122)의 막두께는 0.2μm이었으나, 막두께가 0.1μm이거나 그 이하로 얇은 경우, 10μm이상의 두꺼운 경우도 초전도가 발생한다는 것을 확인하였다.
또, 이 초전도박막(122)에 대하여 저온수은램프를 사용하여 자외선을 약 3시간 조사하여 박막(122)을 환원시켜 초전도성을 잃게 하였다. 그리고 제14도에 도시한 바와 같이 초전도박막(142)상에 레지스트막(143)을 사용하여 마스크패턴을 형성한 후 오존발생장치를 이용하여 수 %의 오존을 함유한 산소중에 수시간 방치하고, 초전도박막(142)의 표면중에 레지스트막(143)에 덮여 있지 않은 부분에 산화처리를 행하여 전극부(144)로 하였다.
최후에 유기용제에 의하여 레지스트막(143)을 제거하고 2개의 전극부(144)에 측정용 단자를 도전페이스트로 접착하고, 이 단자에 85Hz의 교류전압을 인가하고 이 단자를 통해서 간극부(145)를 흐르는 전류와의 관계를 관측하였다. 그 결과 관측된 전류, 전압특성은 조셉슨 접합특유의 비선형성을 가지고 있었다. 또, 이 간극부(145)에 20GHz의 마이크로파를 조사하였더니, 전류·전압특성곡선상에 전압의 스텝이 관측되고, 이 스텝의 위치와 마이크로파의 주파수의 관계로부터 이 스텝은 조셉슨 접합특유의 소위 샤피로스텝(Shappirostep)이라는 것을 알 수 있었다. 이들 결과로부터, 샘플로 제작한 소자는 SNS형(초전도체·상전도체·초전도체)의 조셉슨 접합이 형성되어 있다는 것을 알 수 있었다.
이 방법에 의해, 제어성 좋게 약결합형의 조셉슨 소자를 형성할 수 있었다. 이 경우, 레지스트는 유기용제만으로 현상할 수 있는 전자선에 대한 PMMA, 혹은 네가티브 레지스트 등이 적합하다. 통상 이들 레지스트는 200℃이상으로 가열된 경우 변질해 버려서 레지스트로서의 기능을 발휘할 수 없는 것이 많으나 본 발명의 오존처리에 의한 산화방법은 유기박막인 레지스트를 침입하는 일은 적고, 또 기판온도를 상승시키는일도 없어 효과적이다.
[실시예 7]
초전도박막을 기판상에 스퍼터링법에 의해서 형성하고, 필요에 따라서 산소분위기중에서 열처리, 혹은 산소이온 또는 여기상태의 중성산소원자를 집어넣어 초전도성을 얻는다. 다음에 박막상의 미소한 간극부에 의해서 분리된 2개의 전극부에 선택적으로 자외선이상의 에너지를 가진 전자파를 조사한다. 그리고 조사와 동시에 혹은 그후 박막의 표면에 산화처리를 실시한다. 이 방법에 의해 전자파가 조사되지 않은 간극부는 조사된 전극부에 비해서 그 초전도특성이 나빠서 조사 및 산화처리의 조건을 적당히 제어함으로써 약결합형의 조셉슨 접합이 된다는 것을 확인하였다. 본 발명의 제조방법에서는 선택적으로 산화처리를 할 필요는 없고 시료전체를 산화처리해도 되기 때문에 구체적 실시예 5에서 설명한 바와 같은 산소플라즈마에 침입하기 쉬운 레지스트막 등의 마스크를 산화처리시에 이용할 필요는 없다. 그 때문에 단시간으로 가능한 산소플라즈마를 사용하여 산화처리할 수 있는 이점이 있다. 또, 반드시 레지스트를 마스크에 사용할 필요는 없고 통상의 사진평판수법에 따라서 예를들면 패턴화된 크롬 등의 박막을 유리판 등위에 형성하여 생긴 통상의 포토마스크를 초전도박막상에 접촉시키고, 이 포모마스크를 통하여 자외선을 조사함으로써도 선택적으로 전극부에만 전자파를 조사하는 것이 가능하다.
[실시예 8]
초전도박막을 기판에 스퍼터링법에 의해서 형성하고, 필요에 따라서 산소분위기중에서 열처리, 혹은 산소이온 또는 여기상태의 중성산소 원자를 집어넣어 초전도성을 얻는다. 다음에 박막상의 미소한 간극부에 의해서 분리된 2개의 전극부에 선택적으로 자외선이상의 에너지를 가진 전자파를 조사한다. 그리고 조사와 동시에 혹은 그후 상기 전극부에 선택적으로 산하처리를 실시한다. 전자파가 조사되지 않은 간극부는 조사된 전극부에 비해서 그 초전도특성이 나빠서 조사 및 산화처리의 조건을 적당히 제어함으로써 약결합형의 조셉슨 접합이 된다는 것을 확인하였다. 본 제조방법에서는 전극부이외의 부분은 전자파 조사나 산화처리가 이루어지지 않기 때문에 동일기판상에 다른 기능소자 등을 집적화할 경우 등에도 그들 기능소자에 악영향을 미치는 일 이 없다는 이점이 있다.
자외선 이상의 에너지를 가진 전자파의 조사는 그 파장이 짧기 때문에 가공할 초전도박막의 영역을 미세하게 제어하고, 정밀, 미세한 초전도체박막의 환원처리를 가능하게 하기 때문에 서브마이크론가공을 필요로하는 조셉슨 디바이스 등의 디바이스 제작이 이들 전자파의 조사에 의해 용이하게 행하여지게 된다.
[실시예 9]
본 발명의 실시예를 도면과 함께 설명한다.
제15도는 본 발명의 일실시예의 초전도박막 트렌지스터의 기본구성 단면도, 제16도는 본 발명의 초전도박막 트랜지스터의 제조방법을 도시한 단면행정도이다. 제15도에 있어서, 기판(151)상에, A-B-Cu-O로 표시되는 산화물 박막으로 이루어져, 자외선의 파장이하의 파장을 가진 전자파의 조사에 의해 상기 채널층보다 결정성이 향상된 재료로 구성된 초전도소스영역(152) 및 상기 초전도드레인 영역(153)이 형성되고, 이들과 접하도록 동일기판(151)상에 동일구성원소로 이루어진 산화물박막으로 이루어진 채널층박막(154)이 형성되어 있다. 여기서, A는 Bi, Tl, Pb, Y 및 란탄계열원소(원자번호 57∼71의 원소, 단 원자번호 58,59,61을 제외)중의 적어도 1종류, b는 IIa족 원소중 적어도 1종류의 원소이다. 채널층(154) : 상에는 게이트절연막(155)과 또 그 위에 게이트전극(156)이 형성된 구성으로 되어 있다. 본 발명의 초전도박막 트랜지스터는 게이트길이가 0.1μm정도인 극히 짧은 소자이며, 본 소자의 제조에 있어서는, 이하에 설명하는 방법이 극히 유효하다.
본 발명자들은 자외선이상의 에너지를 가진 전자파의 조사에 의해 이와 같은 산화물 초전도박막의 결정성이 향상한다는 것을 발견하고, 또한 산화처리와 조합함으로써 임계온도의 상승과, 임계전류밀도의 향상을 확인하였다. 이것과, 게이트 전극을 전자파의 마스크로 함으로써 보다 미세한 게이트전극구조에도 적용가능한 자체위치조정프로세스를 발명하였다.
제16도에 따라서, 본 발명의 초전도박막 트랜지스터의 제조방법의 실시예를 설명한다. 산화마그네슘 단결정(100)면을 기판(161)으로서 사용하고, 고주파 플레이너 마그네트론 스퍼터법에 의해 소결한 산화물 고온초전도재료로 형성한 목표물을 Ar과 O2의 혼합가스 분위기에서 스퍼터링 증착하여, 상기 기판상에 결정성의 Y-Ba-Cu-O박막으로서 산화물박막(168)을 퇴적시켰다(제16도(a)). 이 경우, 가스압력은 0.4Pa, 스퍼터링전력 100w, 스퍼터링신간 10분, 박막의 막두께 50nm, 기판온도 600℃였다. 다음에, 산화물박막(168)의 전체면위에 게이트절연막(165) 및 게이트전극(166)을 스퍼터증착에 의해 형성하였다. 게이트절연막(165)으로서는 20nm두께의 산화지르코늄을 사용하고 게이트전극(166)으로서는 200nm두께의 백금(Pt)을 사용하였다. 이들은 포토프로세스와 Ar이온 에칭기술에 의해 게이트 전극부만 남기고 산화물박막(168)의 표면이 노출할 때까지 에칭을 행하였다(제16도(b)). 게이트전극길이로서는 0.2μm, 폭 5μm로 하였다 그후산화물박막(168)의 표면을 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파(167), 예를들면 X선을 조사한 후, 혹은 조사중에 산화처리를 행한다. 이결과, 게이트전극(166)이 전자파(167)의 마스크가 되어 게이트전극(166)의 하부의 산화물박막(168)은 반도체적인 저항 혹은 약한 초전도특성을 나타내는 채널층박막(164)이 된다. 또, 막의 상부에 게이트전극이 없는 산화물박막(168)은 전자파(167)의 조사에 의해서 막의 결정성이 좋아져서 높은 임계온도 및 큰 임계전류를 가진 초전도박막이 되고, 각각 소스영역(162) 및 드레인영역(163)을 형성하여 소자가 완성된다. X선 조사에는 Rh관구를 사용한 X선원을 사용하고, 산화처리의 방법으로서는, 산소분위기중에서 200℃∼800℃의 온도에서 열처리를 행하거나 ECR산소프라스마를 조사하는 방법등이 유효하다. 처리조건의 예로서는, 마이크로파파워 200W, 산소가스압 8.5×10-4Torr, 바이어스전압 50v이다. 이와같이 제작한 소자는 4.2k에서 임계전류 10μm를 얻을 수 있고, 게이트·소스간에 20V의 전압을 인가함으로써 5μA까지 저하하여 전계에 의해 초전도전류의 제어를 할 수 있다는 것을 확인하였다.
또한, 본 실시예에서는, 기판에 산화마그네슘을 사용하였으나, 특히 이에 한정되는 것이 아니라, 이 밖에 마찬가지의 기느을 가진 것이라면 무엇이든 된다. 또 산화물박막(168)의 재료로서 Y-Ba-Cu-O를 사용하였으나, 특히 이에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예에 설명한 바와 같은 재료라면 무엇이든 된다. 또, 게이트 절연막의 재료로서 산화지르코늄을 사용하였으나, 특히 이에 한정되는 것이 아니라, 이밖에 마찬가지의 기능을 가진 것이라면 무엇이든 된다. 또, 게이트전극 재료로서 Pt를 사용하였으나, 특히 이에 한정되는 것이 아니라 이 밖에 마찬가지의 기능을 가진 것이라면 무엇이든 된다.
본 발명에 의해 고온 초전도체를 사용하는 소장의 신뢰성, 장기 안정성을 확보하는 프로세스가 제공되기 때문에 본 발명은 공업상 극히 큰 가치를 가지는 것이다. 사용되는 초전도체박막은 종래의 소결체에 비해서 균질 또한 박막 단결정화되어 있기 때문에, 본 발명에 의해 매우 고정밀도의 초전도소자를 실현가능하게 된다. P형 초전도체의 효율적이고 또한 간편한 결정성 향상처리와 산화처리과정을 발견하고 있는 점에 큰 특색이 있다. 또, 본 발명에 의해 N형의 박막초전도체를 사용하는 소자의 신뢰성, 장기 안정성을 확보하는 프로세스가 제공되고, 효율적이고 또한 간편한 N형 초전도체의 결저성 향상 및 환원처리과정을 발견하고 있는 점에 큰 특색이 있다.
이상의 실시예에 있어서는, 구리의 산하물을 함유한 고온초전도체에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 효과는 전자파 조사에 의해 산소결함이 발생하는 고온 초전도체라면 유효하다. 따라서 구리를 함유하지 않은, 예를들면 BKB(Ba-K-Bi-O)계 재료이어도 본 발명은 유효하다. 산소를 황으로 치환한 황화합물에 있어서 전자파의 조사에 의해 황결함이 발생하기 때문에, 마찬가지로 세브렐화합물(Chevrel compound)로도 본발명의 효과를 기대할 수 있다.
이제까지는 초전도 임계상태에 있어서의 전류밀도가 작고 또 전류밀도의 시간에 대한 대수적인 감소가 현저하기 때문에 고온초전도체에서는 안정성, 신뢰성이 높은 초전도 디바이스는 실현 곤란하다고 생각되어 왔으나, 본 발명에 의해 산소 결함으로 이루어진 자속양자선의 유효 피닝센터를 원자적 스케일로 제어·도입하는 것이 가능해져셔 임계전류밀도를 향상시키는 동시에 플럭스 크리프의 활성화 에너지를 증대시킬 수 있었다. 이에 의해 고온 초전도체에서의 안정성·신뢰성이 높은 초전도 디바이스를 실현할 기초가 주어졌다.
본 발명의 박막형성시 또는 형성후에서의 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파 조사에 의한 고온 초전도체의 결정화 환원처리에 의해 플럭스피닝력을 강하게 한 고온 초전도체박막을 실현하고, 이것을 사용한 기억유지특성이 뛰어난 초전도 자기메모리를 실현할 수 있다.
본 발명에 관한 박막초전도소자의 제조방법은 박막화한 균일성이 좋은 초전도체에 부분적으로 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파를 조사한다는 점에 큰 특징이 있다. X선 또는 자외선 조사에 의한 구리산화물박막의 환원처리는 박막의 온도 상승이 없고, 제어성도 좋고 또한 처리가 간단하다. 이 자외선이상의 에너지를 가진 전자파의 조사를 행하면, 48k 그리고 150Oe의조건에서 100만 A/cm2미만이었던 미조사된 것의 임계전류밀도가 300만 A/cm2이상으로 증대한다. 또, 장시간에서의 안정성도 향상한다. 조사하지 않은 것에서는 1000초의 시간 경과에서 임계전류밀도가 초기치의 70%정도까지 감소하나, 조사한 것에서는 1000초경과해도 임계전류밀도의 감소가 초기치의 10%정도까지로 되어, 자외선이상의 에너지를 가진 전자파의 조사에 의해 실용가능한 재료를 제공할 수 있다. 따라서, 매우 고정밀도의 약결합부를 가진 균일성이 좋은 박막초전도 소자가 본 발명에 의해 용이하게 실현된다.
본 발명에 관한 조셉슨 소자의 제조법은 박막화한 균일성이 좋은 초전도체에 자외선이상의 에너지를 가진전자파의 조사와 산화처리를 실시한다는 점에 큰 특징이 있다. 이 전자파의 조사에 의한 초전도박막의 처리는 박막의 온도상승이 없고, 제어성도 좋고, 또한 처리가 간단하다. 따라서 매우 고정밀도의 약결합부를 가진 균일성이 좋은 조셉슨 소자가 본 발명에 의해 용이하게 실현된다. 또, 예를들면 Si 혹은 GaAs등의 디바이어스와의 집적화가 가능해진다. 본 발명의 조셉슨 소자의 제조방법은 SQUID등의 각종 초전도 디바이스의 제조에 실용된다. 또, 본 발명은 극히 양호한 특성을 가진 고온 초전도체박막을 사용한 초전도 트랜지스터를 제공한다. 본 발명의 실시예 의해 고온 초전도체를 사용하는 초전도 트랜지스터의 신뢰성, 장기안정성을 확보하고 제조를 용이하게 하는 프로세스가 제공된다. 본 발명에 의해 매우 고정밀도의 초전도 트랜지스터를 실현할 수 있다.

Claims (9)

  1. 기판상에 산화물초전도체 박막을 형성하고, 이 산화물초전도체 박막에 자외선이상의 에너지를 가진 전자파를 조사함으로써, 외부자장 150Oe하에서 48k에서 측정된 반자화의 크기로부터 얻어진 임계전류밀도가 300마누A/cm2이상이고 제로 자장하에서 48k에서 측정된 수송전류로부터 얻어진 임계전류밀도가 300만 A/cm2이상인 산하물초전체 박막을 제작하는 공정과, 상기 산화물초전도체 박막의 미소부상에 자외선이상의 에너지를 가진 전자파를 조사함으로써 약결합부를 형성하여 산화물초전도체 박막이 상기 약결합부에 의해 적어도 2개의 영역으로 분리된 구조를 형성하는 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 박막 P형 산화물초전도 소자의 제조방법.
  2. 기판상에 산하물초전도체 박막을 형성하고 이 산화물초전도체 박막에 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파를 조사함으로써, 외부자장 150Oe하에서 48k에서 측정된 반자화의 크기로부터 얻어딘 임계전류밀도가300만 A/m2이상이고 제로자장하에서 48k에서 측정된 수송전류로부터 얻어진 임계전류밀도가 300만 A/cm2이상인 산화물초전도체 박막을 제작하는 공정과, 상기 산화물초전도체 박막상의 미소간극부에 의해 분리된 2개의 영역을 선택적으로 산화처리해서 상기 산화물초전도체 박막중에 접합부를 형성하는 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 조셉슨 소자의 제조방법.
  3. 기판상에 산하물초전도체 박막을 형성하고 이 산화물초전도체 박막에 자외선 이상의 에너지를 가진 전자파를 조사함으로써, 얻어진 외부자장 150Oe하에서 48k에서 축정된 반자화의 크기로부터 얻어진 임계전류밀도가 300만 A/cm2이상이고 제로자장하에서 48k에서 측정된 수송전류로부터 얻어진 임계전류밀도가 300만 A/cm2이상인 P형 산화물초전도체 박막의 이소 간극부에 의해서 분리된 2개의 영역에만 자외선이상의 에너지를 가진 전자파를 선택적으로 조사함과 동시에 또는 조사한 후에, 상기 산화물초전도체 박막의 표면에 산화처리를 실시하는 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 조셉슨 소자의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 접합부를 형성하기 위한 마스크패턴을 이용하고, 이 마스크패턴으로서 아크릴계수지나 스티렌계수지 또는 사진평판용의 네가티브레지스트를 사용하는 것을 특징으로 하는 조셉슨 소자의 제조방법.
  5. 제2항에 있어서, 산소이온 또는 여기상태에 있는 준안정상태의 산소원자의 조사에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 조셉슨 소자의 제조방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 산화처리공정은 오존을 함유한 기체를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 조셉슨 소자의 제조 방법.
  7. 채널층의 표면에 게이트절연막을 개재해서 형성한 게이트전극과, 외부자장 150Oe하에서 48k에서 측정된 반자화의 크기로부터 얻어진 임계전류밀도가 300만 A/cm2이상이고 제로자장하에서 48k에서 측정된 수송전류로 부터 얻어진 임계전류밀도가 300만 A/cm2이상인 강초전도체박막으로 각각 이루어진 초전도 소스영역 및 초전도 드레인영역을 포함하는 산화물초전도 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 기판상에 상기 산화물초전도체박막을 형성하는 공정파, 상기 산화물초전도체 박막을 패턴가공하여 초전도 소스영역, 채널층 및 초전도 드레인영역에 상당하는 부분을 형성하는 공정과 상기 채널층에 상당하는 상기 산화물초전도체 박막의 표면부에 게이트 절연막 및 게이트전극을 형성하는 공정과, 상기 게이트전극을 마스크로서 사용하여 상기 산화물초전도체 박막상에 자외선이상의 에너지를 가진 전자파를 조사함과 동시에 또는 조사한 후에 상기 초전도체 박막을 산화처리해서, 초전도 소스영역 및 초전도 드레인 영역의 결정성을 향상시킴과 동시에 채널층을 형성하는 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 산화물 초전도 트랜지스터의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 게이트전극의 재료로서, 금속 또는 규화물을 사용하는 것을 특징으로 하는 산화물초전도 트랜지스터의 제조방법.
  9. 외부자장 150Oe하에서 48k에서 측정된 반자화의 크기로부터 얻어진 임계전류밀도가 300만 A/cm2이상이고 제로자장하에서 48k에서 측정된 수송전류로부터 얻어진 임계전류밀도가 300만 A/cm2이상인 적어도 1개의 강초전도체와, 상기 강초전도체보다 임계전류밀도가 적은 적어도 1개의 약초전도체를 포함하는 동시에, 자화의 절대치에 응한 메모리상태의 구별이 가능한 산화물초전도 자기메모리의 제조방법에 있어서, 박막산화물초전도체에 자외선이상의 에너지를 가진 전자파의 조사와 더불어 산화처리를 실시하여 상기 강초전도체를 준비하는 공정과, 박막산화물초전도체에 자외선이상의 에너지를 가진 전자파의 조사만을 행하여 상기 약초전도체를 준비하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물초전도 자기메모리의 제조방법.
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