KR950004595B1 - YBa₂Cu₃O_y 기판을 이용한 죠셉슨 터널접합(tunnel junction) 제조방법 - Google Patents
YBa₂Cu₃O_y 기판을 이용한 죠셉슨 터널접합(tunnel junction) 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
내용없음
Description
제1도는 종래 기술을 이용하여 제조한 죠셉슨 터널접합의 단면도.
제2도는 본 발명의 방법을 이용하여 제조한 죠셉슨 터널접합의 단면도.
제3도는 본 발명의 방법에 따른 죠셉슨 터널접합 제조공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : 절연판
3 : 초전도체층
본 발명은 초전도성을 갖지 않는 YBa2Cu3Oy화합물을 기판으로 이용하여 죠셉슨 터널접합을 제조하는 방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 반도성의 YBa2Cu3Oy(y≤6.5) 기판에 절연성 박막을 입히고 패터닝(pattering)한 후, 기판의 일부를 초전도체를 변화시키고, 그 위에 초전도성 YBa2Cu3Oy박막을 입히고 패터닝(patterign)하여 죠셉슨 터널접합을 제조하는 방법에 관한 것이다.
두개의 초전도상 사이에 위치하는 얇은 절연체를 전자가 통과하는 터널효과를 나타내는 죠셉슨 터널접합은 일반적으로 제1도에 도시된 바와같이 절연성의 기판위에 첫번째 초전도 박막을 입히고, 그 위에 터널배리어(tunnel barrier)인 절연막을 입힌 후, 그 위에 두번째 초전도 박막을 입혀 초전도체-절연체-초전도체의 소자구조로 제조한다. 이 방법은 결정구조가 단순하고 제작이 용이한 금속의 저온 초전도체에서 많이 사용되던 방법으로 기판물질에 영향을 받지 않고 비교적 용이하게 죠셉슨 터널접합을 제조할 수 있었다.
그러나, 임계온도(Tc)가 더욱 높은 초전도체가 발견되고, 이들의 결정구조가 복잡할 뿐만 아니라 열에 의한 특성변화가 심각하기 때문에 종래의 방법으로 죠셉슨 터널접합을 제조할 경우에는 초전도 박막의 특성이 저하되는 단점이 있었다. 즉, 고온 초전도체의 결정구조가 매우 복잡하고, 종래의 방법은 초전도체로 성장시키는 공정이 장시간의 고온 열처리를 포함하고 있어 두개의 박막층을 제조할 경우, 첫번째 초전도 박막과 절연막을 제조한 후 두번째 초전도 박막을 제조하기 위한 열처리 공정 도중 첫번째 초전도 박막의 특성이 급격히 저하되었다.
한편, 디바이스의 고집적화 및 소자의 대량생산으로 인하여 죠셉슨 터널접합은 크기가 작아야하며, 대량 생산시 크기의 오차가 적어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 두개의 초전도 박막의 특성이 매우 양호하며, 크기가 작고, 대량생산시 크기의 오차가 적은 죠셉슨 터널접합의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해서 YBa2Cu3Oy기판위에 절연박막을 형성시키고 패터닝(patterning)하여 기판의 일부를 초전도체로 만든후, 제2의 초전도 박막을 증착이나 스퍼터링(sputtering) 또는 화학적 증착(CVD; Chemical Vapor Deposition)으로 형성시킴으로서 죠셉슨 터절소자의 구조를 완성시켰다.
본 발명을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
반도성 세라믹의 전기적 성격을 갖는 YBa2Cu3Oy기판위에 50∼500nm의 두께로 절연성 박막층을 입히고 표면 초전도층을 제작하고자 하는 부분의 절연막을 패터닝(pattering) 기술로 제저한 다음, 이를 400∼700℃의 로(furnace)에 넣어 산소를 확산시켜 절연막이 제거된 부분을 초전도체로 제조한다. 즉, 산소를 확산시킴으로서 YBa2Cu3Oy의 산호함량이 증가하게 되고, 이에 따라 기판이 반도성 세라믹으로 부터 고온 초전도체로 변하게 한다. 부분적으로 초전도상을 형성시킨 기판위에 고온 초전도성의 YBa2Cu3Oy박막을 증착이나 스퍼터링 또는 화학적 증착의 방법으로 입히고 패터닝 기술을 사용하여 죠셉슨 터널접합을 제작할 부분과 배선을 제외한 부분의 초전도 박막을 제거하여 본 발명의 죠셉슨 터널접합을 제조하였다.
절연막이 제거된 부분에 산소를 확산시킬때 초전도체가 되지 않아야 하는 부분은 산소확산의 배리어(barrier)인 절연체 박막으로 가려져 있어 산소가 그 표면으로 부터 직접확산 되지는 않지만, 산소는 모든 방향으로 확산되므로 초전도체로 변화된 박막층의 경계면은 제2도에 도시되어 있는 바와같이 산소확산 시간에 따라 표면에 수직한 방향과 수평한 방향으로 퍼져나가, 결국 절연박막의 일부분이 초전도체 위에 형성된 것과 같은 결과가 나타나게 된다.
다음의 실시예는 본 발명에 따른 죠셉슨 터널접합의 제조방법을 좀더 구체적으로 설명하는 것이지만, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
통상적인 방법으로 제조된 것으로서 반도성 세라믹(ceramic)의 전기적 특성을 갖는 YBa2Cu3Oy기판위에 200nm 두께의 절연성 박막층(Si3N4)을 입히고 표면 초전도층을 제작하고자 하는 부분의 절연막을 패터닝(patterning) 기술로 제조한다. 이 상태에서 시편을 550℃의 로에 넣고 산소를 확산시킨다. 이때에 산소와 접촉한 부분은 산소의 함량이 증가하여 제1의 초전도체가 되며, 산소확산 시간에 따라 기판과 산소가 수직한 방향과 평행한 방향으로 퍼져나가 절연막의 밑부분까지 초전도상이 확장된다. 즉, 산소확산을 통하여 초전도체 표면 박막층과 접하고 있는 절연층은 초전도체 위에 제작된 것과 같은 형태가 된다. 그 다음에 일부분이 초전도상으로 변한 기판위에 500nm의 두께로 초전도성 YBa2Cu3Oy박막을 스퍼터링(sputtrting) 방법으로 제조하고, 패터닝 기술로 죠셉슨 터널접합을 제작할 부분과 배선을 제외한 부분의 초전도 박막을 제거하여 초전도체-절연체-초전도체의 죠셉슨 터널접합과 외부와의 전기적 연결구조를 완성하였다.
상술한 바와같이, 본 발명의 방법으로 제조된 죠셉슨 터널접합은 종래의 방법으로 제조된 것에 비해 크기가 작고, 절연박막의 양측에 위치하는 초전도체의 결정구조가 고온 초전도 특성을 나타내기에 적합한 고온 초전도체 죠셉슨 터널접합이고, 대량 생산시 접합 크기의 오차가 1㎛이하 이었다.
또한, 죠셉슨 터널접합의 크기는 산소확산 공정을 정밀하게 조작하므로서 더욱 균일하게 할 수 있다.
Claims (3)
- 반도성 YBa2Cu3Oy(y≤6.5) 기판에 절연성 박막을 입히고 패터닝(patterning) 한 후, 산소를 확산시켜 기판의 일부를 초전도체로 변화시키고, 절연막 위에 초전도성 YBa2Cu3Oy박막을 입히고 패터닝 함을 특징으로 하는 죠셉슨 터널접합의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 산소확산으로 인해 초전도체로 변한 부분은 절연막 밑의 기판의 일부분과 절연막이 제거된 부분임을 특징으로 하는 죠셉슨 터널접합의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 산소확산은 400∼700℃의 로(furnace)에서 행함을 특징으로 하는 죠셉슨 터널접합의 제조방법.
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