JPH01101677A - 電子装置 - Google Patents

電子装置

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JPH01101677A
JPH01101677A JP62260384A JP26038487A JPH01101677A JP H01101677 A JPH01101677 A JP H01101677A JP 62260384 A JP62260384 A JP 62260384A JP 26038487 A JP26038487 A JP 26038487A JP H01101677 A JPH01101677 A JP H01101677A
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JP
Japan
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crystal
film
electronic device
rare earth
superconductive
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JP62260384A
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English (en)
Inventor
Masao Ecchu
昌夫 越中
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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、超伝導体結晶と絶縁体結晶からなる、超伝
導現象を利用した電子装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来より、ジョセフソン素子や5QUIDのような超伝
導現象を応用した電子装置の絶縁膜としては、Aβ、O
,、SiO□、SiO等の無定形薄膜が用いられてきた
(文献例;早用:応用物理51、患10 (1982)
 1104)。これは、これらの電子装置にこれまで使
用されてきた超伝導体が、pb。
Nb等の等友釣な超伝導性を持つ材料であったため、特
に、超伝導体の結晶方位をそろえる必要性や利点がなか
ったからである。
一方、最近、液体窒素温度(77°K)以上で、超伝導
特性を示す希土類複合酸化物超伝導材料が発見された。
これは、斜方晶酸素欠損ペロプスカイト構造を有する結
晶であり、C軸方向とその垂直方向との超伝導性に大き
な異方性を有している。
特に、C軸に垂直方向の臨界電流密度は、C軸方向のそ
れに比べて著しく大きい(文献例;エノモト 他 JJ
AP 26.No、7 (1987)LL248) 、
従って、上記希土類複合酸化物超伝導材料を用いる場合
には、該材料の結晶方位を制御して臨界電流密度の大き
いC軸に垂直な方向を有効に利用することが、性能の良
い電子装置を得る上で重要であった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかるに、従来のような無定形の絶縁膜を用いたのでは
、超伝導体の間に絶縁膜がはさまれてなる構造を形成す
るのに、絶縁膜の両側の超伝導体の結晶方位を制御する
ことが極めて困難であり、超伝導体として希土類複合酸
化物超伝導材料を用いその結晶方位を制御して有効に利
用することが困難であるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、77”K以上の温度で超伝導現象を示す希土
類複合酸化物超伝導材料をその結晶方位を制御して有効
利用でき、高性能な電子装置を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る電子装置は、希土類複合酸化物超伝導体
結晶膜の間に絶縁膜がはさまれてなる構造を形成するの
に、該絶縁膜として、■族フッ化物絶縁体結晶を用いた
ものである。
〔作用〕
この発明においては、■族フッ化物絶縁体結晶は、希土
類複合酸化物超伝導体結晶との間の実質的な格子不整合
を小さくでき、かつその熱膨張係数も該超伝導体結晶の
値に近い値にできるので、上記超伝導体結晶膜上に上記
絶縁体結晶膜を、及び上記絶縁体結晶膜上に上記超伝導
体結晶膜をそれぞれエピタキシャル成長して形成すると
、各結晶膜は結晶方位のそろった、品質の良い結晶膜と
なり、上層、下層の上記超伝導体結晶膜はその結晶方位
が所定の関係をもつこととなる。従って、上記超伝導体
材料をその結晶方位を制御して有効利用でき、電子装置
の性能向上を図ることができる。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第1図はこの発明の一実施例による電子装置を示す。図
において、1は希土類複合酸化物エピタキシャル超伝導
体を堆積するための単結晶基板で、ここではSrTiO
3(110)基板を用いている。2は5rTiOz  
(110)基板1上にエピタキシャル成長された、斜方
晶酸素欠損ペロブスカイト構造の希土類複合酸化物超伝
導体の薄膜で、ここではY B a z Cu 307
−δ薄膜である。3は該薄膜2上にエピタキシャル成長
された、螢石型構造の■族フッ化物絶縁体の薄膜で、こ
こではBa、−、−、S r、Ca、Fz薄膜である。
4は該薄膜3上にエピタキシャル成長されたYBa、C
u、0.−δ薄膜である。
本実施例に示す構造は、下層、上層のエピタキシャル超
伝導体薄膜2.4が、エピタキシャル絶縁体薄膜3に設
けられた微小な孔を通して接続されており、いわゆるブ
リフジ型ジョセフソン接合としての機能を有する。
次に、本実施例装置の製造方法を第2図を用いて説明す
る。第2図(a)は単結晶基板1、ここでは5rTiO
s  (110)基板を示す。次に、希土類複合酸化物
超伝導体であるYB az Cus 0ff−δ薄膜2
を上記基板1上に、スパッタリング法、電子ビーム蒸着
法、分子線エピタキシー法、クラスターイオンビーム法
、熱CVD法、プラズマエンハンストCVD法、光CV
D法などによりエピタキシャル成長する(第2図(b)
)。次に、■族フッ化物絶縁体であるB a I−X−
y S rXCa、 F。
薄膜3を上記薄膜2上に、分子線エピタキシー法やクラ
スターイオンビーム法などによりエピタキシャル成長す
る(第2図(C1)、次に、B a I−)l−ITS
r、Ca、Fz fi膜3に微小な孔をあけるために、
孔の大きさに相当した太さの電子ビームを酸素の存在す
る真空中で上記薄膜3に照射し、その照射部を蒸留水又
は希塩酸などによりエツチングする(第2図(d))。
もちろん、この孔は、通常のレジストを用いたフォトリ
ソグラフィーにより作ってもよい、そして、微小な孔の
あけられたBat−x−y S r x Ca y F
 z薄膜3上にYBaz Cu307−δ薄膜4をエピ
タキシャル成長する(第2図(e))。こうして第1図
に示す構造が形成される。
ところで、−例として混晶比をx =0.95.y=0
゜05と設定した場合のB a 1−x−v S r 
X Ca y F zエピタキシャル絶縁体膜とY B
 a z Cu307−δ膜との格子定数及び熱膨張係
数を表1に示す。
表1 表1かられかるように、YBa2Cus O?−δのa
軸及びb軸の格子定数a、bの値を1.5倍した値は、
Bat−X−Y S rx Cay Fz  (X=0
゜95、 y −0,05)の格子定数aとそれぞれ1
%以内の誤差で等しく、またYBa、Cus Oツーδ
のC軸の格子定数Cは、B a l−X−+1 S r
 X Ca y F 2(x −0,95+y−0,0
5)の格子定数aの値を2倍した値に、やはり1%以内
の誤差で等しく、両者の実質的な格子不整合は極めて小
さい。また、熱膨張係数についても、両者は比較的近い
値を有している。
従って、本実施例では、YBa、  Cu、、Ol−δ
薄膜2上にエピタキシャル成長したB a I−x−y
 Sr、Ca、F、薄膜3、及びB ar−x−y S
 r z Ca、Fz薄膜3上にエピタキシャル成長し
たYBa z Cus 07−δ薄膜4をそれぞれ結晶
方位のそろった、品質の良い結晶膜として得ることがで
きる。ただし、Bat−8−y S rX Ca y 
F 2の混晶比の値x、yは、ここでは−例としてx 
=0.95.y−0,05としたが、これは堆積方法、
基板温度などを考慮して、YBaz Cu30?−δと
の間の実質的な格子不整合が極めて小さく、かつ熱膨張
係数も該YB ax Cus O?−δと比較的近い値
となるような最適な値に調整することが必要である。
また、本実施例では、単結晶基板1として5rTie3
 (110)を用いているので、Y B a zCu、
O,−δ薄膜2のC軸は、基板面に対して平行となる。
このように、本実施例では、絶縁膜として■族フッ化物
絶縁体結晶であるBa、□−、5rXCayFt結晶を
用い、基板1としてS r T i Ox  (110
)を用いたので、YBaz Cu30?−δ薄膜2,4
はともに、そのC軸が基板面に対して平行となり、臨界
電流密度が大きく超伝導特性の優れたC軸に垂直な方位
が、基板の垂直方向にそろうこととなり、超伝導体薄膜
2.4の接続によってつくられるジョセフソン接合を高
品質なものにできる。
なお、上記実施例では、希土類複合酸化物超伝導体とし
て−,YBaz Cus Car−δについてのみ示し
たが、Yの代わりにLa、Nd、Sm、Eu。
Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Ybのいずれかを用い
てもよしく。ただし、この時、B a I−8−ツSr
、Ca、F、膜の混晶比の値x、  yは、格子定数の
値を考慮して、希土類複合酸化物超伝導体との間の実質
的な格子不整合が極めて小さく、かつ熱膨張係数も該希
土類複合酸化物超伝導体に比較的近い値になるような最
適な値に調整することが必要である。
また、上記実施例では、半導体結晶として、Sr T 
i 03  (110)を用いた場合を示したが、これ
は5rTi○3  (110)でもよく、さらには、こ
れらの材料及び面方位に限るわけではなく、用途に応じ
たものを用いればよい。
また、この発明の他の実施例として、上記実施例と同様
の超伝導体結晶薄膜の間に■族フッ化物絶縁体結晶薄膜
をはさんだ構造において、該絶縁体結晶薄膜の膜厚を2
0〜30人とし、その両側の超伝導体結晶薄膜間にトン
ネル現象による結合を与え、ジッセフソン接合として機
能するようにしたものがある。これにおいても、上記実
施例と同様の効果を奏する。
また、この発明のさらに他の実施例として、上述の3N
構造において、中間層の絶縁体結晶薄膜を、その両側の
超伝導体結晶薄膜を電気的に絶縁する層間絶縁膜として
使用するようにしたものがある。これにおいても、上記
実施例と同様の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明の電子装置によれば、希土類複合
酸化物超伝導体結晶膜の間に絶縁膜がはさまれてなる構
造を形成するのに、該絶縁膜として、■族フッ化物絶縁
体結晶を用いるようにしたので、上層の超伝導結晶膜と
下層のそれとの結晶方位を所定の関係にそろえることが
でき、77゜K以上で動作する上記希土類複合酸化物超
伝導体材料を有効利用でき、装置の性能向上を図ること
ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による電子装置を示す断面
図、第2図はこの発明の一実施例による電子装置の製造
方法を示す工程別断面図である。 図において、1は単結晶基板、2.4は希土類複合酸化
物超伝導体膜、3はフッ化物絶縁体膜である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)超伝導体膜間に絶縁体膜がはさまれてなる三層構
    造を有する電子装置において、 希土類複合酸化物超伝導体結晶膜上にII族フッ化物絶縁
    体結晶膜をエピタキシャル成長して形成し、該絶縁体結
    晶膜上に希土類複合酸化物超伝導体結晶膜をエピタキシ
    ャル成長して形成してなることを特徴とする電子装置。
  2. (2)上記希土類複合酸化物超伝導体結晶は、斜方晶酸
    素欠損ペロブスカイト構造を有するものであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の電子装置。
  3. (3)上記II族フッ化物絶縁体結晶は、螢石型構造を有
    するものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    又は第2項記載の電子装置。
  4. (4)上記電子装置は、上記II族フッ化物絶縁体結晶膜
    に形成された微小な孔を介して両面の上記超伝導体結晶
    膜が接続されてなるブリッジ型ジョセフソン接合として
    機能するものであることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項ないし第3項のいずれかに記載の電子装置。
  5. (5)上記電子装置は、上記II族フッ化物絶縁体結晶膜
    が、両側の上記超伝導結晶膜の間にトンネル現象による
    接合を与え、ジョセフソン接合として機能するものであ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項
    のいずれかに記載の電子装置。
  6. (6)上記電子装置は、上記II族フッ化物絶縁体結晶膜
    が、両側の上記超伝導体結晶を電気的に絶縁する層間絶
    縁膜として機能するものであることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の電子装
    置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01276679A (ja) * 1988-04-27 1989-11-07 Fujitsu Ltd 超伝導セラミック線路
JPH02298087A (ja) * 1989-05-12 1990-12-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 超電導素子の製造方法
JPH04111368A (ja) * 1990-08-30 1992-04-13 Mitsubishi Electric Corp 酸化物超電導体膜の形成方法
US5821556A (en) * 1994-03-25 1998-10-13 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Superconductive junction

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