RU2133525C1 - Superconducting quantum interference transmitter and process of its manufacture - Google Patents
Superconducting quantum interference transmitter and process of its manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2133525C1 RU2133525C1 RU97117338/25A RU97117338A RU2133525C1 RU 2133525 C1 RU2133525 C1 RU 2133525C1 RU 97117338/25 A RU97117338/25 A RU 97117338/25A RU 97117338 A RU97117338 A RU 97117338A RU 2133525 C1 RU2133525 C1 RU 2133525C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- superconducting
- electrodes
- film
- bridges
- substrate
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электронным устройствам, использующим эффект Джозефсона в слабых связях сверхпроводников YBa2Cu3O7-x, и способам изготовления этих устройств. Изобретение может быть использовано при разработке высокочувствительных сверхпроводящих датчиков магнитного потока и детекторов электромагнитного поля, при изготовлении этих устройств из высоко температурных сверхпроводников с малой величиной длин когерентности.The invention relates to electronic devices using the Josephson effect in weak bonds of YBa 2 Cu 3 O 7-x superconductors, and methods for manufacturing these devices. The invention can be used in the development of highly sensitive superconducting magnetic flux sensors and electromagnetic field detectors, in the manufacture of these devices from high temperature superconductors with small coherence lengths.
Известны высокотемпературные сверхпроводящие электронные устройства, в которых имеются сверхпроводящие электроды и мостики для образования контура квантования. High temperature superconducting electronic devices are known in which there are superconducting electrodes and bridges to form a quantization loop.
Размеры мостиков выбираются исходя из необходимых значений критических токов слабых связей в предположении наличия в них Джозефсоновских свойств. Известны различные способы изготовления мостиков (слабых связей): на толстых керамических пленках толщиной d = 100 мкм, выращенных аэрозольным методом седиментации [1]; на поликристаллических пленках, выращенных CVD методом [2] , толщиной d = 2 мкм и с плотностью Jc = 104 А/см2. Необходимые значения критических токов слабых связей достигались также на ВТСП эпитаксиальных пленках, выращенных на бикристаллических подложках [3], на ступеньках [4] и т. д. Джозефсоновские переходы на монокристаллических пленках формировались также облучением области слабой связи высокоэнергетическими ионами Si++ или Au+ с плотностью 1014-1018 ион/см2. Малые токи в области слабых связей достигнуты также методом электронной микрофотографии, с помощью которого изготовлены мостики шириной 100-110 нм [5]. Но этот способ требует весьма дорогостоящего оборудования.The dimensions of the bridges are selected based on the required values of the critical currents of weak bonds under the assumption that they have Josephson properties. There are various methods of manufacturing bridges (weak bonds): on thick ceramic films with a thickness of d = 100 μm, grown by aerosol sedimentation [1]; on polycrystalline films grown by CVD method [2], with a thickness d = 2 μm and with a density J c = 10 4 A / cm 2 . The required values of the critical weak-bond currents were also achieved on HTSC epitaxial films grown on bicrystal substrates [3], on steps [4], etc. Josephson junctions on single-crystal films were also formed by irradiating the weak-binding region with high-energy Si ++ or Au + ions with a density of 10 14 -10 18 ion / cm 2 . Small currents in the region of weak bonds were also achieved by electron micrograph, using which bridges 100-110 nm wide were made [5]. But this method requires very expensive equipment.
Известен также сверхпроводящий прибор с тонким слоем оксидного сверхпроводника и способ его изготовления [6], в котором на поверхности подложки сформированы два участка сверхпроводящей пленки, имеющей относительно большую толщину, которые соединяются третьим участком из оксидного сверхпроводника, имеющим чрезвычайно малую толщину. Поверх третьего участка нанесен барьерный слой из несверхпроводящего материала, служащий источником диффузии. Верхняя часть и обе боковые поверхности последнего слоя покрыты изоляционным слоем. Все три сверхпроводящих участка сформированы из одного и того же оксидного сверхпроводника. Изоляционный слой выполнен из того же сверхпроводника и подвергнут диффузии одного из материалов, содержащихся в слое и являющихся источником диффузии. В результате при переходе первого и второго сверхпроводящих участков в сверхпроводящее состояние изоляционный слой остается несверхпроводящим и поэтому ток между первым и вторым участками может течь только через третий сверхпроводящий участок. Also known is a superconducting device with a thin layer of oxide superconductor and a method for its manufacture [6], in which two sections of a superconducting film having a relatively large thickness are formed on the surface of the substrate, which are connected by a third section of an oxide superconductor having an extremely small thickness. A barrier layer of nonsuperconducting material is applied over the third section, which serves as a diffusion source. The upper part and both side surfaces of the last layer are coated with an insulating layer. All three superconducting sites are formed from the same oxide superconductor. The insulating layer is made of the same superconductor and subjected to diffusion of one of the materials contained in the layer and which are the source of diffusion. As a result, during the transition of the first and second superconducting sections to the superconducting state, the insulating layer remains non-superconducting and therefore the current between the first and second sections can only flow through the third superconducting section.
Недостатком этого прибора и способа его изготовления является необходимость изготовления сверхпроводящих слоев различной толщины, что приводит к сложностям изготовления, использованию дополнительных материалов для слоя, являющегося источником диффузии и т. д. The disadvantage of this device and its manufacturing method is the need to manufacture superconducting layers of various thicknesses, which leads to manufacturing difficulties, the use of additional materials for the layer, which is the source of diffusion, etc.
Известен также тонкопленочный сверхпроводящий прибор и способ его изготовления [7] . Прибор содержит подложку с выступом на рабочей поверхности, покрытую тонкой пленкой оксидного проводника. Пленка закрывает выступ подложки и имеет плоскую верхнюю поверхность, причем над выступом находится тонкий участок пленки, а по бокам более толстые ее области. Ток протекает через участок пленки меньшей толщины. Also known is a thin-film superconducting device and a method for its manufacture [7]. The device contains a substrate with a protrusion on the working surface, covered with a thin film of an oxide conductor. The film covers the protrusion of the substrate and has a flat upper surface, with a thin portion of the film above the protrusion, and thicker regions on the sides. Current flows through a portion of the film of smaller thickness.
Недостатком прибора и способа его изготовления является сложность изготовления подложки с выступом, нанесение сверхпроводящей пленки разной толщины, выравнивание до плоской верхней поверхности. The disadvantage of the device and the method of its manufacture is the difficulty of manufacturing a substrate with a protrusion, the deposition of a superconducting film of different thicknesses, alignment to a flat top surface.
Известен СКВИД дифференциального типа [8], содержащий выполненные на одной и той же изоляционной подложке в форме цилиндра не менее двух тонких сверхпроводящих кольцеобразных пленок с узким зазором и два сверхпроводящих электрода, обеспечивающих дифференциальное взаимное соединение концевых участков указанных сверхпроводящих кольцеобразных пленок. Электроды скрещены друг с другом через изоляционный слой. На участке скрещивания электродов в результате обеспечения электропроводного состояния участка изоляционного слоя сформирован переход Джозефсона. Недостатком этого СКВИДа является сложность изготовления и слабая устойчивость слабой связи к термоциклированию, которая разрушается при термоударах. Known SQUID differential type [8], containing made on the same insulating substrate in the form of a cylinder at least two thin superconducting ring-shaped films with a narrow gap and two superconducting electrodes that provide differential mutual connection of the end sections of these superconducting ring-shaped films. The electrodes are crossed with each other through an insulating layer. A Josephson junction is formed at the electrode crossing section as a result of providing the electrical conductive state of the insulation layer section. The disadvantage of this SQUID is the manufacturing complexity and poor resistance of the weak bond to thermal cycling, which is destroyed by thermal shock.
Известен сверхпроводниковый элемент со слабой связью [9], выполненный на монокристаллической подложке из MgO с ориентацией 100. В качестве высокотемпературного сверхпроводника использована расположенная в области рядом с Джозефсоновским переходом тонкая пленка YBCuO, нанесенная на поверхность подложки. Два электрода соединены областью со слабой связью из пленки YBaCuO. Непосредственно над участком слабой связи на поверхности подложки создана пересекающая участок слабой связи открытая зона, открывающая несколько кристаллических поверхностей. Тонкая пленка везде, кроме как над открытой зоной, ориентирована вдоль оси с, а над открытой зоной имеет случайную ориентацию кристаллов. Таким образом удалось обеспечить заданный критический ток перехода Ic не слишком сужая ширину участка со слабой связью, что упрощает технологию изготовления сверхпроводникового элемента. Однако упрощая допуски при оптической литографии, получаем весьма сложный процесс подготовки подложки с пересекающимися участками разной кристаллической ориентации.A weakly coupled superconductor element [9] is known that is made on a single crystal MgO substrate with an orientation of 100. A thin YBCuO film deposited on the surface of a substrate located in the region near the Josephson junction is used as a high-temperature superconductor. The two electrodes are connected by a weakly bonded region of a YBaCuO film. An open zone intersecting the weak bond region is opened directly above the weak-bond region on the substrate surface, opening several crystalline surfaces. A thin film everywhere, except above the open zone, is oriented along the c axis, and above the open zone has a random orientation of the crystals. Thus, it was possible to provide a given critical junction current I c without narrowing the width of the weakly coupled region, which simplifies the manufacturing technology of the superconducting element. However, simplifying the tolerances in optical lithography, we obtain a very complex process of preparing a substrate with intersecting sections of different crystalline orientations.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является сверхпроводящее электронное устройство и способ его изготовления [10]. Closest to the claimed technical essence and the achieved result is a superconducting electronic device and a method for its manufacture [10].
Известное устройство содержит сверхпроводящие электроды из монокристаллического материала и мостики из сверхпроводящего поликристаллического материала. Длина, ширина и толщина мостика выбраны таким образом, чтобы быть больше размера зерна в поликристаллическом материале, но не превышая перколяционной длины в системе из межзеренных переходов в поликристаллическом сверхпроводящем материале. The known device contains superconducting electrodes of single crystal material and bridges of superconducting polycrystalline material. The length, width and thickness of the bridge are chosen so as to be larger than the grain size in the polycrystalline material, but not exceeding the percolation length in the system of intergranular transitions in the polycrystalline superconducting material.
Известное устройство изготавливают путем нанесения на изолирующую подложку пленки из сверхпроводящего материала и последующего формирования из нее мостиков и электродов. Подложку выполняют из монокристаллического материала. В местах будущего расположения мостиков на нее наносят поликристаллический изолирующий слой, после чего на всю подложку наносят сверхпроводящую тонкую пленку при условиях обеспечивающих эпитаксиальный рост сверхпроводящей пленки на монокристаллической подложке. The known device is made by applying a film of a superconducting material to an insulating substrate and then forming bridges and electrodes from it. The substrate is made of single crystal material. In places of the future location of the bridges, a polycrystalline insulating layer is applied to it, after which a superconducting thin film is applied to the entire substrate under conditions providing epitaxial growth of the superconducting film on a single-crystal substrate.
В конкретном примере выполнения описан СКВИД-сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик, содержащий два мостика, выполненные из поликристаллического материала YBa2Cu3O7-x, и электроды, соединяющие мостики таким образом, что электроды образуют контур с включенными в него мостиками. Электроды выполнены из монокристаллической пленки YBa2Cu3O7-x, нанесенной непосредственно на монокристаллическую изолирующую подложку из MgO. Мостики имеют ширину и длину 15 мкм, толщину 1 мкм и расположены на изолирующих слоях.In a specific embodiment, a SQUID superconducting quantum interference sensor is described comprising two bridges made of polycrystalline material YBa 2 Cu 3 O 7-x and electrodes connecting the bridges in such a way that the electrodes form a circuit with the bridges included in it. The electrodes are made of a single-crystal film YBa 2 Cu 3 O 7-x deposited directly on a single-crystal insulating substrate of MgO. Bridges have a width and length of 15 μm, a thickness of 1 μm and are located on the insulating layers.
В конкретном случае способ изготовления СКВИДа осуществляется следующим образом. Сначала на всю подложку из монокристаллического MgO напыляют поликристаллическую пленку MgO и в местах будущего расположения мостиков из поликристаллической пленки MgO с помощью фотолитографии формируют изолирующие слои с размерами не превышающими перколяционную длину в поликристаллической пленке из YBa2Cu3O7-x, образующейся на подложке из поликристаллического MgO. Далее на подложку напыляют пленку YBa2Cu3O7-x при условиях, обеспечивающих эпитаксиальный рост пленки на монокристаллическом MgO и формируют мостики и электроды. При этом на поликристаллическом MgO образуются мостики из поликристаллического YBa2Cu3O7-x. Получаемые мостики имеют размеры 15х15 мкм при толщине 1 мкм, что больше размеров зерна (а=0.5 мкм) в поликристаллической пленке, но меньше перколяционной длины (L=100 мкм) в этой пленке.In a specific case, the method of manufacturing SQUID is as follows. First, a polycrystalline MgO film is sprayed onto the entire substrate of single-crystal MgO and, in the future locations of the bridges from the polycrystalline MgO film, insulating layers are formed using photolithography with dimensions not exceeding the percolation length in the polycrystalline film from YBa 2 Cu 3 O 7-x formed on the substrate from polycrystalline MgO. Then, a YBa 2 Cu 3 O 7-x film is sprayed on the substrate under conditions providing epitaxial film growth on single-crystal MgO and bridges and electrodes are formed. In this case, bridges of polycrystalline YBa 2 Cu 3 O 7-x are formed on polycrystalline MgO. The resulting bridges have dimensions 15x15 μm with a thickness of 1 μm, which is larger than the grain size (a = 0.5 μm) in the polycrystalline film, but less than the percolation length (L = 100 μm) in this film.
Недостатками известного устройства и способа его изготовления является достаточно высокий уровень шумов, составляющий 10-3-10-4 Ф0/Гц1/2, обусловленный большой массой материала сверхпроводника, образующего джозефсоновские мостики, а также наличие несверхпроводящих границ между зернами поликристаллической пленки и деградация СП-свойств при термоциклировании пленок по этим же межзеренным границам, невоспроизводимость электрофизических характеристик в процессе работы, как следствие разрушения ВТСП-пленок. Кроме того, недостатком способа является также дополнительная технология по нанесению поликристаллического изолирующего подслоя.The disadvantages of the known device and method of its manufacture is a fairly high noise level of 10 −3 −10 −4 F 0 / Hz 1/2 , due to the large mass of the superconductor material forming the Josephson bridges, as well as the presence of nonsuperconducting boundaries between the grains of the polycrystalline film and degradation SP properties during thermal cycling of films along the same grain boundaries, irreproducibility of electrophysical characteristics during operation, as a result of the destruction of HTSC films. In addition, the disadvantage of this method is also an additional technology for applying a polycrystalline insulating sublayer.
Задачей нашего изобретения является создание СКВИДа и способа его изготовления, обеспечивающего понижение шумов, повышение устойчивости к термоциклированию а также повышение воспроизводимости характеристик в процессе эксплуатации. Указанный результат достигается тем, что в сверхпроводящем квантовом интерференционном датчике, содержащем электроды и мостики из сверхпроводящего материала, электроды и мостики выполнены из монокристаллической эпитаксиальной сверхпроводящей пленки YBaCuO толщиной 10-25 нм. Электроды и мостики выполнены на изолирующей монокристаллической подложке из SrTiO3, LaAlO3 или Al2O3. С целью обеспечения лучшего контакта при включении датчика в схему и сохранения высокотемпературных сверхпроводящих свойств электроды выполнены на подслое из золота или платины.The objective of our invention is the creation of SQUID and a method for its manufacture, which ensures lower noise, increased resistance to thermal cycling and also increased reproducibility of characteristics during operation. This result is achieved by the fact that in a superconducting quantum interference sensor containing electrodes and bridges of superconducting material, the electrodes and bridges are made of YBaCuO single crystal epitaxial superconducting film with a thickness of 10-25 nm. The electrodes and bridges are made on an insulating single-crystal substrate of SrTiO 3 , LaAlO 3 or Al 2 O 3 . In order to provide better contact when the sensor is included in the circuit and to preserve the high-temperature superconducting properties, the electrodes are made on a sublayer of gold or platinum.
Указанный технический результат достигается также тем, что в способе изготовления сверхпроводящего интерференционного датчика, основанном на нанесении на изолирующую подложку сверхпроводящей пленки с последующим формированием из нее мостиков и электродов на монокристаллическую подложку при температуре T = 820-840oC наносят сверхтонкую пленку YBaCuO толщиной 10-25 нм, например методом лазерной абляции при следующих параметрах напыления: плотность мощности W≈109 Вт/см2, длины волны излучения λ = 1,06 мкм, частота следования импульсов ν = 14 Гц, длительность импульса τ = 20 нс, давлении P=0.1 тopp.The indicated technical result is also achieved by the fact that in the method of manufacturing a superconducting interference sensor based on applying a superconducting film to an insulating substrate with subsequent formation of bridges and electrodes from it on a single-crystal substrate at a temperature of T = 820-840 ° C, an ultra-thin YBaCuO film of 10- thickness is applied 25 nm, for example by laser ablation under the following deposition parameters: power density W≈10 9 W / cm 2, wavelength λ = 1,06 m, the pulse repetition frequency ν = 14 Hz, long lnost pulse τ = 20 ns, pressure P = 0.1 topp.
Пленки, полученные указанным методом, имеют зеркальную поверхность без капель. Films obtained by this method have a mirror surface without drops.
Затем методом фотолитографии и сухого травления формируют мостики и электроды, образующие контур квантования для измерения магнитного потока в СКВИДе. Разработанный ранее авторами метод сухого травления обеспечил возможность получения методом фотолитографии слабых джозефсоновских связей (мостиков) шириной порядка 1-2 мкм [11]. Then, bridges and electrodes are formed by photolithography and dry etching, forming a quantization loop for measuring magnetic flux in SQUID. The dry etching method previously developed by the authors made it possible to obtain weak Josephson bonds (bridges) with a width of the order of 1-2 μm by photolithography [11].
Для лучшего обеспечения контакта при включении датчика в измерительную схему и устранения деградации сверхпроводящих свойств на монокристаллическую подложку перед напылением сверхтонкой сверхпроводящей пленки в местах будущего расположения электродов наносят подслой золота или платины, например с помощью термоиспарителя, при температуре подложки соответственно 900-1000oC и 1700-1800oC.To better ensure contact when the sensor is included in the measuring circuit and to eliminate the degradation of superconducting properties, a sublayer of gold or platinum, for example, using a thermal evaporator, is applied at a substrate temperature of 900-1000 o C and 1700, respectively, before depositing an ultrathin superconducting film on the single crystal substrate -1800 o C.
Для получения пленок с совершенными параметрами авторами проведены исследования зависимости плотности критического тока от температуры подложки при напылении (фиг.1) и зависимости плотности критического тока от толщины пленки (фиг.2). To obtain films with perfect parameters, the authors studied the dependence of the critical current density on the substrate temperature during sputtering (Fig. 1) and the dependence of the critical current density on the film thickness (Fig. 2).
Как показано на фиг.1 температура начала эпитаксиального роста ВТСП-пленок составляет 820-840oC и имеет резкий скачок плотности тока Jc (на три порядка) при значениях температуры подложки от 780 до 820oC, то есть происходит изменение характера роста пленок с поликристаллического на монокристаллический эпитаксиальный. В связи с этим в способе изготовления СКВИДа использовано найденное значение температуры подложки для монокристаллического эпитаксиального роста пленки (820-840oC).As shown in figure 1, the temperature of the onset of epitaxial growth of HTSC films is 820-840 o C and has a sharp jump in current density J c (three orders of magnitude) at substrate temperatures from 780 to 820 o C, that is, the nature of the growth of the films changes from polycrystalline to single crystal epitaxial. In this regard, the found value of the substrate temperature for single-crystal epitaxial film growth (820-840 o C) was used in the method for manufacturing SQUID.
При изучении зависимости плотности критического тока Jc эпитаксиальных тонких и сверхтонких пленок от толщины (фиг.2) авторами установлено, что сверхтонкая пленка толщиной 10-25 нм имеет значение Jc на два порядка отличающееся от Jc тонких пленок (≈100 нм). Это позволяет выбирать требуемое значение критического тока Ic джозефсоновского перехода. Эпитаксиальную сверхтонкую пленку толщиной до ≈25 нм выращивают на монокристаллической изолирующей подложке методом лазерной абляции при условиях, обеспечивающих рост высококачественной монокристаллической YBaCuO пленки. До толщины ≈10 нм сверхпроводящая пленка имеет низкие значения плотности критического тока Jc≈103 А/см2. При дальнейшем увеличении толщины начинает расти монокристаллическая пленка с высоким значением плотности критического тока Jc≈106 А/см2.When studying the dependence of the critical current density J c of epitaxial thin and ultrathin films on the thickness (Fig. 2), the authors found that an ultrathin film 10–25 nm thick has a value of J c two orders of magnitude different from J c of thin films (≈100 nm). This allows you to select the required value of the critical current I c Josephson junction. An epitaxial ultrathin film up to ≈25 nm thick is grown on a single-crystal insulating substrate by laser ablation under conditions that ensure the growth of a high-quality single-crystal YBaCuO film. Up to a thickness of ≈10 nm, the superconducting film has low critical current densities J c ≈10 3 A / cm 2 . With a further increase in thickness, a single-crystal film begins to grow with a high critical current density J c ≈10 6 A / cm 2 .
Толщина высококачественного слоя составляет 5-15 нм. Тогда при ширине мостика ω = 1 - 2 мкм критический ток Ic составляет ≈0-800 мкА. Таким образом, путем варьирования толщины высококачественного слоя можно подбирать нужные значения Ic. Микромостики и электроды, образующие контур квантования, изготавливались методом оптической фотолитографии. При этом травление пленок осуществлялось методом сухого травления, позволяющем получать более качественно чем при жидкостном травлении (без бокового подтравливания) слабые джозефсоновские связи шириной ω = 1-2 мкм.The thickness of the high-quality layer is 5-15 nm. Then, with a bridge width of ω = 1 - 2 μm, the critical current I c is ≈0-800 μA. Thus, by varying the thickness of the high-quality layer, it is possible to select the desired values of I c . Microbridges and electrodes forming a quantization loop were made by optical photolithography. In this case, the films were etched using the dry etching method, which made it possible to obtain weak Josephson bonds with a width of ω = 1-2 μm more efficiently than with liquid etching (without side etching).
По мнению авторов наиболее вероятно, что джозефсоновская связь осуществляется на структурных и кристаллических неоднородностях ВТСП-пленки. According to the authors, it is most likely that the Josephson bond is realized on the structural and crystalline inhomogeneities of the HTSC film.
Заявляемый СКВИД изображен на фиг. 3 СКВИД содержит мостики 1, 2 и электроды 3, 4, выполненные из монокристаллической эпитаксиальной пленки YBaCuO 6 толщиной 10-25 нм, нанесенной на монокристаллическую подложку 9 из SrTiO3 (100), LaAlO3 (100) или Al2O3 (100).The inventive SQUID is depicted in FIG. 3 SQUID contains bridges 1, 2 and electrodes 3, 4 made of a single-crystal YBaCuO 6 epitaxial film 10–25 nm thick deposited on a single-crystal substrate 9 of SrTiO 3 (100), LaAlO 3 (100), or Al 2 O 3 (100 )
Для обеспечения надежного электрического контакта при включении датчика в схему в местах расположения электродов на подложку нанесены площадки 8 из золота или платины. Мостики 1, 2 и электроды 3, 4 образуют контур квантования 5, предназначенный для измерения магнитного потока в СКВИДе. Работа СКВИДа основана на зависимости его критического тока Ic от величины внешнего магнитного потока Ф, наведенного в контуре 5. Наибольшая чувствительность СКВИДа к магнитному потоку в заявляемом устройстве достигается тем, что мостики из сверхтонкой монокристаллической пленки обладают присущим монокристаллам внутриструктурными неоднородностями, проявляющими свойства слабых связей.To ensure reliable electrical contact when the sensor is included in the circuit at the locations of the electrodes, pads 8 of gold or platinum are applied to the substrate. Bridges 1, 2 and electrodes 3, 4 form a quantization loop 5, designed to measure magnetic flux in SQUID. The operation of SQUID is based on the dependence of its critical current I c on the magnitude of the external magnetic flux Φ induced in circuit 5. The greatest sensitivity of SQUID to magnetic flux in the inventive device is achieved by the fact that the bridges from an ultrathin single-crystal film have intrinsic structural inhomogeneities inherent in single crystals that exhibit weak coupling properties .
Способ изготовления СКВИДа заключается в следующем. На монокристаллическую подложку из SrTiO3 (100), LaAlO3 (100) или Al2O3 (100) наносят сверхтонкую пленку YBaCuO толщиной 10-25 нм, например методом лазерной абляции.A method of manufacturing SQUID is as follows. An ultrathin YBaCuO film 10–25 nm thick, for example, by laser ablation, is applied to a single-crystal substrate of SrTiO 3 (100), LaAlO 3 (100), or Al 2 O 3 (100).
Значения параметров напыления следующие: плотность мощности лазерного излучения W≈109 Вт/см2, длина волны излучения λ = 1.06 мкм, частота следования импульсов ν = 14 Гц, длительность импульса τ = 20 нс, температура подложки 820-840oC, давление воздуха 0.1 торр.The values of the deposition parameters are as follows: laser radiation power density W≈10 9 W / cm 2 , radiation wavelength λ = 1.06 μm, pulse repetition rate ν = 14 Hz, pulse duration τ = 20 ns, substrate temperature 820-840 o C, pressure air 0.1 torr.
Затем методом фотолитографии и сухого травления по патенту РФ N 1823732 формируют мостики 3,4 шириной 1 мкм и длиной 35 мкм, а также электроды 1, 2, имеющие контакты для задания тока смещения и для измерения напряжения на СКВИДе. Мостики 3, 4 и электроды 1, 2 образуют контур квантования, предназначенный для измерения магнитного потока в СКВИДе. Then, by means of photolithography and dry etching according to RF patent N 1823732, bridges 3.4 are formed with a width of 1 μm and a length of 35 μm, as well as electrodes 1, 2 having contacts for setting the bias current and for measuring voltage on a SQUID. Bridges 3, 4 and electrodes 1, 2 form a quantization loop designed to measure magnetic flux in SQUID.
Для лучшего обеспечения контакта при включении датчика в измерительную схему и устранения деградации сверхпроводящих свойств при термоциклировании на монокристаллическую подложку перед напылением сверхпроводящей пленки в местах будущего расположения электродов методом термического испарения наносится золотая пленка или пленка из платины. Проведенные нами исследования показали, что сверхпроводящая пленка на золоте или платине выдерживает достаточно большое количество термоциклов (свыше 500) без изменения сверхпроводящих параметров. To better ensure contact when the sensor is included in the measuring circuit and to eliminate the degradation of superconducting properties during thermal cycling, a gold film or a platinum film is deposited on the monocrystalline substrate before the deposition of the superconducting film in the places of the future location of the electrodes. Our studies have shown that a superconducting film on gold or platinum can withstand a sufficiently large number of thermal cycles (over 500) without changing the superconducting parameters.
Источники информации
1. СФХТ, 1989, т.2., N 5.Sources of information
1. SFKhT, 1989, t.2., N 5.
2. Japanese Jumal of Appled Physics, vol 2, no 1, january, 1990, pp 74-78. 2. Japanese Jumal of Appled Physics, vol 2, no 1, january, 1990, pp 74-78.
3. LEE Transaction on Applied Superon, vol 3, no 1, march, 1993. 3. LEE Transaction on Applied Superon, vol 3, no 1, march, 1993.
4. Appl. Phys. Lett. 65(14)3, oktober, 1994. 4. Appl. Phys. Lett. 65 (14) 3, oktober, 1994.
5. Appl. Phys. Lett. 65(19) 7, november, 1997. 5. Appl. Phys. Lett. 65 (19) 7, november, 1997.
6. Заявка ЕПВ N 0475338, МПК H 01 L 39/22, 38/24. 6. Application EPO N 0475338, IPC H 01 L 39/22, 38/24.
7. Заявка ЕПВ N 0477063, МПК H 01 L 39/22, 39/24. 7. Application EPO N 0477063, IPC H 01 L 39/22, 39/24.
8. Заявка Японии N 4-58716, МПК H 01 L 39/22. 8. Japanese application N 4-58716, IPC H 01 L 39/22.
9. Заявка Японии N 3-108782, МПК H 01 L 39/22. 9. Application of Japan N 3-108782, IPC H 01 L 39/22.
10. А.с. СССР N 1785056, МПК H 01 L 39/22, 39/24. 10. A.S. USSR N 1785056, IPC H 01 L 39/22, 39/24.
11. Патент РФ N 1823732, МПК H 01 L 39/24. 11. RF patent N 1823732, IPC H 01 L 39/24.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97117338/25A RU2133525C1 (en) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | Superconducting quantum interference transmitter and process of its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97117338/25A RU2133525C1 (en) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | Superconducting quantum interference transmitter and process of its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2133525C1 true RU2133525C1 (en) | 1999-07-20 |
Family
ID=20198226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97117338/25A RU2133525C1 (en) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | Superconducting quantum interference transmitter and process of its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2133525C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450389C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Method for forming smooth ultrathin ybco films with high conductivity |
| US8216979B2 (en) | 2006-02-16 | 2012-07-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of manufacturing superconducting thin film material, superconducting device and superconducting thin film material |
| RU2538932C2 (en) * | 2013-05-06 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные решения" | METHOD OF FORMING CONTACT PADS ON YBA2CU3O7-x FILMS |
| RU2538931C2 (en) * | 2013-05-06 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные решения" | METHOD OF FORMING HIGH CURRENT-CARRYING CAPACITY YBa2Cu3O7-x FILMS ON GOLD BUFFER UNDERLAYER |
| RU2539911C2 (en) * | 2013-05-06 | 2015-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные решения" | METHOD FOR FORMATION OF SUPERCONDUCTING ULTRATHIN FILM YBa2Cu3O7-X ON DIELECTRIC SUBSTRATES |
| RU2579813C1 (en) * | 2014-12-30 | 2016-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Reinforcing superconducting metamaterial |
-
1997
- 1997-10-21 RU RU97117338/25A patent/RU2133525C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8216979B2 (en) | 2006-02-16 | 2012-07-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of manufacturing superconducting thin film material, superconducting device and superconducting thin film material |
| RU2450389C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Method for forming smooth ultrathin ybco films with high conductivity |
| RU2538932C2 (en) * | 2013-05-06 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные решения" | METHOD OF FORMING CONTACT PADS ON YBA2CU3O7-x FILMS |
| RU2538931C2 (en) * | 2013-05-06 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные решения" | METHOD OF FORMING HIGH CURRENT-CARRYING CAPACITY YBa2Cu3O7-x FILMS ON GOLD BUFFER UNDERLAYER |
| RU2539911C2 (en) * | 2013-05-06 | 2015-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные решения" | METHOD FOR FORMATION OF SUPERCONDUCTING ULTRATHIN FILM YBa2Cu3O7-X ON DIELECTRIC SUBSTRATES |
| RU2579813C1 (en) * | 2014-12-30 | 2016-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Reinforcing superconducting metamaterial |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Barner et al. | All a‐axis oriented YBa2Cu3O7− y‐PrBa2Cu3O7− z‐YBa2Cu3O7− y Josephson devices operating at 80 K | |
| KR910002311B1 (en) | A superconductor device | |
| EP0494580B1 (en) | Superconducting field-effect transistor with inverted MISFET structure and method for making the same | |
| Huang et al. | Josephson tunneling through locally thinned silicon wafers | |
| JPH05160449A (en) | Josephson junction structure | |
| RU2133525C1 (en) | Superconducting quantum interference transmitter and process of its manufacture | |
| US5462762A (en) | Fabrication method of superconducting quantum interference device constructed from short weak links with ultrafine metallic wires | |
| CA2186359C (en) | Superconductive junction | |
| Jia et al. | High‐temperature superconductor Josephson junctions with a gradient Pr‐doped Y1− x Pr x Ba2Cu3O7− δ (x= 0.1, 0.3, 0.5) as barriers | |
| EP0597663B1 (en) | Process of producing a Josephson junction | |
| US6160266A (en) | Superconducting device and a method of manufacturing the same | |
| US5856205A (en) | Josephson junction device of oxide superconductor having low noise level at liquid nitrogen temperature | |
| JPH02194667A (en) | Superconducting transistor and manufacture thereof | |
| KR100282356B1 (en) | high temperature supperconductive josephon device and its fabricating method | |
| JP3000166B2 (en) | Superconducting switching element | |
| JP3379533B2 (en) | Method for manufacturing superconducting device | |
| Savvides | Niobium step-edge superconducting junctions | |
| KR960014974B1 (en) | Super conducting quantum interference device and manufacturing method thereof | |
| JP3267353B2 (en) | Manufacturing method of weak junction type Josephson device using edge junction of submicron area | |
| KR100416755B1 (en) | Ramp-edge high-temperature superconducting josephson junction structure using gallium doping ybco and fabricating method thereof | |
| Petersen et al. | Biepitaxial Josephson junctions and SuFET technology for the preparation of HTS-JoFETs | |
| JP3267352B2 (en) | Superconducting quantum interference device and method of manufacturing the same | |
| Jourdan et al. | Evidence for unconventional superconductivity in UPd2Al3 thin films | |
| Linzen et al. | Application of silicon substrates for high-Tc Josephson junctions and SQUIDs | |
| Schilling et al. | DC-SQUIDs of YBa/sub 2/Cu/sub 3/O/sub 7/with artificial PrBa/sub 2/Cu/sub 3/O/sub x/barriers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041022 |