JPH01143342A - 超伝導接続装置およびその製造方法 - Google Patents

超伝導接続装置およびその製造方法

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JPH01143342A
JPH01143342A JP62302248A JP30224887A JPH01143342A JP H01143342 A JPH01143342 A JP H01143342A JP 62302248 A JP62302248 A JP 62302248A JP 30224887 A JP30224887 A JP 30224887A JP H01143342 A JPH01143342 A JP H01143342A
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JP
Japan
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thin film
ribbon
island
superconducting
wiring
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JP62302248A
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English (en)
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Yutaka Iwasaki
裕 岩崎
Shuichi Kameyama
亀山 周一
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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 本発明は、超伝導体等を用いた超伝導接続体装置に関す
るもので、特に化合物等の超伝導体薄膜を組入れた超伝
導接続体装置の構造ならびにその製造方法に係るもので
ある。
従来の技術 従来、比較的高温の臨界転移温度を有する超伝導体とし
て、窒化ニオブ(NbN)やゲルマニウムニオブ(Nb
:1Ge)などが知られていたが、これらの素材の超伝
導転移温度はたかだか240にであった。さらに高い転
移温度が期待されるものとして、ペロブスカイト系3元
化合物のBa−La−Cu−〇系などが提案されていた
。しかしながら、最近の研究によれば、Y−Ba−Cu
−0系の材料が液体窒素温度を越える可能性が示唆され
(M、に、Wu  等、フィジカル レビュー レター
ズ(Pysical  Review  Letter
s) Vol、 58、No、 9、PP、 908−
910(1987)) 、現実に、90°に以上の転移
温度を有する超伝導化合物が報告されてきている。
発明が解決しようとする問題点 単結晶性の超伝導薄膜は、多結晶性の超伝導薄膜に比べ
て、その配線等の臨界電流密度が大きく取れること、さ
らに、配線等の受動素子ではなく能動素子の活性領域と
しても使用され、その実用化が急がれていた。Y −B
 a −Cu −0系の化合物の薄膜は、焼結法あるい
はスパッタリング法で形成しても、超伝導性を示すセラ
ミックの粉体、塊状体などが比較的得られやすいが、臨
界電流の大きい結晶軸のそろった単結晶性の強い薄膜が
得られにくかった。しかしながら、本発明者等の知りえ
たところでは、スパッタリング法においても、結晶を堆
積させる基体として、高温に加熱されたサファイア(α
−AI203)、酸化マグネシウム、スピネル、シリコ
ン、ガリウムひ素等の単結晶を用いることが、単結晶性
の良い超伝導薄膜を形成するために、非常に有効である
ことを見いだした。
さらに、このように形成された薄膜は基体の平面に対し
て、その結晶のC軸が垂直に立ちやすく、しかも、この
平面方向くC軸に垂直な方向)に流れる超伝導電流のキ
ャリア密度が、C軸に沿った方向(C軸に平行な方向)
に流れる超伝導電流のキャリア密度よりも数倍大きいこ
とが見いだされた。すなわち、C軸に垂直な方向に超伝
導電流を流しやすく、C軸に平行な方向には、超伝導電
流を取り出しにくかった。さらには、超伝導のコヒーレ
ンス長もC軸に垂直な方向には、数十ナノ・メータ、C
軸に平行な方向には、数ナノ・メータ程度で、同じく、
数倍の差があることが知られた。
このように、Y−Ba−Cu−0系等の化合物の薄膜超
伝導体を、例えば、集積回路超伝導接続体装置の配線等
の用途に用いたとき、基体の水平面方向に流れやすい超
伝導電流の異方性がみられやすく、平面に垂直な方向に
電流を取り出しにくいという問題が有った。
問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、基体上に形成さ
れ、基体に平行な平面方向に流れやすい導電性の異方性
がみられる第1のリボン状薄膜と、前記第1のりホン状
薄膜に局所的に形成した島状の等方的導電性を示す部分
と、前記島状部分の上−4= 部に接続して形成された、導電性の異方性がみられない
等方性の第2のリボン状薄膜とから構成され、第1のリ
ボン状薄膜の島状部分の側面から第2のリボン状薄膜へ
電流を取り出すことを特徴とする超伝導接続体装置と、
基体上に、基体に対して平行な平面方向に流れやすい導
電性の異方性がみられる第1のリボン状薄膜を形成する
工程と、前記第1のリボン状薄膜の表面から島状部分を
形成する工程と、前記島状部分の上部に接続した、導電
性の異方性がみられない等方性の第2のリボン状薄膜を
形成する工程とからなり、第1のリボン状薄膜の島状部
分の側面から第2のリボン状薄膜へ電流を取り出すこと
を特徴とする超伝導接続体装置の製造方法を提供する。
作用 本発明の方法により、例えば、基体に平行な平面方向に
流れやすい導電性の異方性がみられるY−Ba−Cu−
0系の材料のリボン状薄膜において、この異方性のリボ
ン状薄膜に局所的に形成した島状の等方的導電性を示す
部分を形成することにより、この島状部分の側面から、
基体に平行な平面方向に流れる電流を取り出すことが容
易になる。したがって、この島状部分上部に接して異方
性のないリボン状薄膜の導電膜を形成すれば良いことに
なる。この時、これら2つのリボン状薄膜が超伝導性を
示せば、電気抵抗のない多層配線が実現できる。さらに
は、空の溝ではなく島状部分を形成するので、異方性の
ないリボン状薄膜を溝部に均質に埋め込む困難を避ける
ことが出来る。
また、島状部分の側面から最大限に電流を取り出すため
には、異方性のリボン状薄膜の底面まで島状部分を形成
し側面の面積を最大にしておくことが好ましい。一方、
異方性の薄膜の平面に対して垂直な方向の薄膜のコヒー
レンス長が、薄膜の厚みに対して比較的大きい場合、必
ずしも、薄膜の底面に達するまで島状部分を形成する必
要はない。
すなわち、島状部分の下に、コヒーレンス長程度あるい
はそれ以下の薄膜が残っていても島状部分の底部から超
伝導電流を取り出すことが可能なためである。
実施例 以下、本発明の方式による超伝導配線を用いた超伝導接
続体装置の構造を、第1の実施例として、第1図を参照
して詳細に説明する。
結晶性のサファイア(α−A1203)の基体100上
に、700−10000Cの基体温度で形成されたC軸
がほぼ基体−の平面に垂直な方向に配列されたY−Ba
−Cu−〇系結晶の厚さ約1000ナノ・メータのリボ
ン状の超伝導性の第1の薄膜配線110と、この薄膜の
表面を被覆するシリコン酸化膜120に開口されたアル
ゴンイオン注入により結晶性を乱され等方向に電流が流
れるように変質された島状部分140A、140Bと、
この島状部分140の上部に接続された多結晶状(基体
温度200−500°Cで形成)のY−Ba−Cu−0
系結晶の厚さ約1500ナノ・メータの第2の超伝導薄
膜配線160A、160Bが形成されている。ここに、
超伝導配線160Cは、超伝導配線110上を通過する
配線である。本発明の構造によれば、等方向に電流を流
せる配線160Aから流れ込んだ電流は、配線110に
形成された島状部分14OAの側面150Aから一様に
流れ込み、島状部分140Bの側面150Bから配線1
60Bに、良好に、取り出された。もし、この様な配置
において配線160Cの下の酸化膜120に開口を設け
、配線110に島状部分を形成せずに、配線110と配
線160Cとを接続したとしても、配線160Aから流
れ込んだ電流は、配線160(jこは流れ込まずに、大
部分の電流が島状部分140Bの側面150Bから配線
160Bに取り出される。なお、配線110の低面に達
するまで島状部分140A、140Bを形成する必要は
なく、島状部分140A、、140Bの下に、配線11
0の膜に垂直な方向のコヒーレンス長以下の厚さ1部分
190A、190Bが残っていても良い。なお、厚さ1
はコヒーレンス長以上でもよいが、以下であると島状部
分140A、140Bの低部から有効に電流が取り出さ
れる。
なお、基体100としては、シリコン単結晶などの他の
基体を用いることも可能である。
本発明の方式による超伝導配線を用いた超伝導接続体装
置の製造方法を、第2の実施例として、第2図(a)〜
(c)を参照して詳細に説明する。
第2図(a)のごとく、結晶性のサファイア(α−A1
203)の基体100上に、700−10000Cの基
体温度で、C軸がほぼ基体の平面に垂直な方向に配列さ
れるようにY−Ba−Cu−〇系結晶の厚さ約1000
ナノ・メータのリボン状の超伝導性の薄膜を形成し、通
常のホトエツチング工程とアルゴン等を用いた物理的エ
ツチングにより、リボン状の配線110を形成し、さら
に、全面に、シリコン酸化膜等の絶縁膜120を形成し
た。さらに、通常のホトエツチング工程により絶縁膜1
20に開口部を設け、アルゴンイオン130を絶縁膜1
20をマスクとして、リボン状の配線110に注入し深
さ約800ナノ・メータのほぼ垂直な側面の結晶性を乱
し等方向導電性を示す島状部分140A、140Bを形
成する。
第2図(b)のごとく、全面に、多結晶状(基体温度2
00−500°Cで形成)のY−Ba−Cu−O系結晶
の厚さ約1500ナノ・メータ超伝導薄膜160を堆積
させ、さらに、通常のホトエツチング工程により、レジ
スト・パターン180A、180B、180Cを形成し
た。
第2図(C)のごとく、レジスト・パターン180A、
180B、180Cをマスクとして、超伝導薄膜160
をアルゴン等を用いた物理的エツチングにより、リボン
状の超伝導配線160A。
160B、160Cを形成し、レジスト180A等を除
去した。ここに、超伝導配線160Cは、超伝導配線1
10上を通過する配線である。
以上のように、本発明の製造方法によれば、等方向に電
流を流せる配線160Aから流れ込んだ電流は、配線1
10に形成された島状部分140Aの側面から一様に流
れ込み、島状部分140Bの側面150Bから配線16
0Bに、良好に、取り出された。なお、本発明の実施例
としては、おもに、配線の形成法について述べたが、結
晶性に優れた第1層目の配線110等の結晶部を直接に
ジョセフソン、バイポーラ等の種々の能動素子の領域と
して使えることは当然であり、したがって、さらに高度
な超伝導電子回路が形成されうる。
発明の効果 本発明による構造と製造方法によれば、特に、電流の異
方性のある超伝導体薄膜どうしを良好に接続しながら配
線、素子等を形成し、集積化された超伝導接続体装置の
提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による構造の第1の実施例を示す断面図
、第2図(a)〜(c)は本発明による製造方法の第2
の実施例を示す一連の工程断面図である。 100・・・基体、110・・・異方性超伝導膜、12
0・・・絶縁膜、130・・・アルゴンイオン、140
・・・島状部分、150・・・島状部分の側面、160
・・・等方性超伝導膜、180・・・レジスト、190
・・・島状部分の下部。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基体上に形成され、基体に平行な平面方向に流れ
    やすい導電性の異方性がみられる第1のリボン状薄膜と
    、前記第1のリボン状薄膜に局所的に形成した島状の等
    方的導電性を示す部分と、前記島状部分の上部に接続し
    て形成された導電性の異方性がみられない等方性の第2
    のリボン状薄膜とから構成され、第1のリボン状薄膜の
    島状部分の側面から第2のリボン状薄膜へ電流を取り出
    すことを特徴とする超伝導接続体装置。
  2. (2)島状部分をイオン注入法により形成することを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の超伝導接続体装置
    。
  3. (3)島状部分の底面が第1のリボン状薄膜を、少なく
    とも突き抜けていることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項ないし第2項いずれか記載の超伝導接続体装置。
  4. (4)島状部分の底面と第1のリボン状薄膜の底部との
    間に残された薄膜の厚みが、少なくとも、基体に垂直な
    方向のコヒーレンス長と同程度以下であることをを特徴
    とする特許請求の範囲第3項記載の超伝導接続体装置。
  5. (5)基体上に、基体に対して平行な平面方向に流れや
    すい導電性の異方性がみられる第1のリボン状薄膜を形
    成する工程と、前記第1のリボン状薄膜の表面から伝導
    性の異方性を示さない島状部分を形成する工程と、前記
    島状部分の上部に接続した、導電性の異方性がみられな
    い等方性の第2のリボン状薄膜を形成する工程とからな
    り、第1のリボン状薄膜の島状部分の側面から第2のリ
    ボン状薄膜へ電流を取り出すことを特徴とする超伝導接
    続体装置の製造方法。
  6. (6)リボン状薄膜が超伝導膜であることを特徴とする
    特許請求の範囲第5項記載の超伝導接続体装置の製造方
    法。
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