JPH02211679A - 酸化物超伝導体薄膜作製用基板 - Google Patents
酸化物超伝導体薄膜作製用基板Info
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- JPH02211679A JPH02211679A JP1031958A JP3195889A JPH02211679A JP H02211679 A JPH02211679 A JP H02211679A JP 1031958 A JP1031958 A JP 1031958A JP 3195889 A JP3195889 A JP 3195889A JP H02211679 A JPH02211679 A JP H02211679A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔従来の技術〕
液体窒素温度以上で超伝導を示す酸化物高温超伝導体が
発見され、これを応用する研究がなされている。特に、
この超伝導体をエレクトロニクスに応用すれば、従来は
極低温でのみ可能であった超高速コンピューターやセン
サーが液体窒素温度で作動できるため、特に力が注がれ
ている。
発見され、これを応用する研究がなされている。特に、
この超伝導体をエレクトロニクスに応用すれば、従来は
極低温でのみ可能であった超高速コンピューターやセン
サーが液体窒素温度で作動できるため、特に力が注がれ
ている。
しかしながら、この高温超伝導体は様々な問題を有する
ため、現在のところ実用化には至っていない。問題の一
つは、高温超伝導体のコヒーレント長が、従来の超伝導
体に比較して異常に短いため、従来の超伝導体において
は作製可能なトンネル型ジョセフソン接合が、高温超伝
導体においては、従来の超伝導体と同じ手法では形成で
きないということである。一方、この高温超伝導体は酸
化物であることから、多結晶体では粒界が存在する。こ
の粒界を積極的に利用した、粒界型ジョセフソン接合は
簡単に形成できるため、５ＱＵＩＤ等の試作の報告があ
る。しかしながら、これらの粒界型ジョセフソン接合は
、自然に生じる粒界を利用するため、信頬性、再現性に
欠けていた。
ため、現在のところ実用化には至っていない。問題の一
つは、高温超伝導体のコヒーレント長が、従来の超伝導
体に比較して異常に短いため、従来の超伝導体において
は作製可能なトンネル型ジョセフソン接合が、高温超伝
導体においては、従来の超伝導体と同じ手法では形成で
きないということである。一方、この高温超伝導体は酸
化物であることから、多結晶体では粒界が存在する。こ
の粒界を積極的に利用した、粒界型ジョセフソン接合は
簡単に形成できるため、５ＱＵＩＤ等の試作の報告があ
る。しかしながら、これらの粒界型ジョセフソン接合は
、自然に生じる粒界を利用するため、信頬性、再現性に
欠けていた。
しかし、人工的に粒界を作成すれば、粒界型ジョセフソ
ン接合といえども高信頬性、高再現性を得ることができ
る。そこで、本発明では、超伝導体薄膜を形成する基板
に処理を施すことによって人工的に粒界を形成すること
を目的とする。現在までに、高温超伝導体の単結晶薄膜
は様々な方法で得られている。これらは、粒界が全く存
在しないため、そのままではジョセフソン特性は得られ
ない。これらの薄膜は、基板に対してヘテロエピタキシ
ャル成長をするため、基板としては表面の非常に清浄な
ものが要求される。逆に言えば、意図的に表面に傷を付
けてやれば、その部分の結晶性は悪くなり粒界等が発生
する。この傷をつける際の方法としては、機械的、化学
的な方法が好ましい。化学的に形成する方法としては、
例えばレーザーによる高温下での化学反応とエツチング
によって形成するなどの方法がある。
ン接合といえども高信頬性、高再現性を得ることができ
る。そこで、本発明では、超伝導体薄膜を形成する基板
に処理を施すことによって人工的に粒界を形成すること
を目的とする。現在までに、高温超伝導体の単結晶薄膜
は様々な方法で得られている。これらは、粒界が全く存
在しないため、そのままではジョセフソン特性は得られ
ない。これらの薄膜は、基板に対してヘテロエピタキシ
ャル成長をするため、基板としては表面の非常に清浄な
ものが要求される。逆に言えば、意図的に表面に傷を付
けてやれば、その部分の結晶性は悪くなり粒界等が発生
する。この傷をつける際の方法としては、機械的、化学
的な方法が好ましい。化学的に形成する方法としては、
例えばレーザーによる高温下での化学反応とエツチング
によって形成するなどの方法がある。
では、具体的に傷による粒界の発生について説明しよう
。
。
第１図に、基板（３）表面に掘られた溝のまわりで薄膜
が成長する様子を示す。特に、溝の底部は基板の結晶性
が損なわれている（２）とする。
が成長する様子を示す。特に、溝の底部は基板の結晶性
が損なわれている（２）とする。
最初、薄膜は一様に成長する（第１図（ａ））が、溝の
底部に成長する膜は、基板の結晶性が悪いため非晶質も
しくは多結晶（１）である。しばらくすると、溝の端の
部分に結晶性の良好な膜（５）が成長するようになる（
第１図（ｂ））。最後には、溝の両端から成長した単結
晶膜がぶつかり、そこに粒界（４）ができる（第１図（
Ｃ））。
底部に成長する膜は、基板の結晶性が悪いため非晶質も
しくは多結晶（１）である。しばらくすると、溝の端の
部分に結晶性の良好な膜（５）が成長するようになる（
第１図（ｂ））。最後には、溝の両端から成長した単結
晶膜がぶつかり、そこに粒界（４）ができる（第１図（
Ｃ））。
以上が基板表面に意図的に付けられた溝に粒界ができる
機構である。以上かられかるように、溝の深さは膜厚程
度、および溝の底部の結晶性が損なわれていることが必
要である。ただし、溝の底部の結晶性が損なわれている
とは、必ずしも結晶方位が基板表面と異なるとか、非晶
質であるとかということを意味するのではなく、基板表
面のような平坦性がないということでもよい。
機構である。以上かられかるように、溝の深さは膜厚程
度、および溝の底部の結晶性が損なわれていることが必
要である。ただし、溝の底部の結晶性が損なわれている
とは、必ずしも結晶方位が基板表面と異なるとか、非晶
質であるとかということを意味するのではなく、基板表
面のような平坦性がないということでもよい。
また、もし溝の深さが膜厚より小さければ、粒界は単結
晶膜に覆いかくされてしまい、逆に溝の深さが膜厚より
大きければ、膜は溝で分断されてしまいジョセフソン特
性は得られない。
晶膜に覆いかくされてしまい、逆に溝の深さが膜厚より
大きければ、膜は溝で分断されてしまいジョセフソン特
性は得られない。
そして、もし溝の幅が極端に狭い時は、溝が上に述べた
様な溝としての機能を果たさないため好ましくはなく、
逆に溝が広すぎる場合は溝の両側から成長した単結晶膜
の間に溝の底から成長した非晶質或いは多結晶膜が入り
込むために粒界が得られない。従って、以上述べた内容
から溝の幅は０．１〜１０μｍ、溝の深さは０．０１〜
１０μｍが好ましい粒界が作製できる範囲である。また
、溝の底部の結晶性が基板表面と同じ程度であれば、溝
の底からも単結晶膜が成長して、やはり粒界は発生しな
い。従って溝の形成に際しては深さをコントロルでき、
なおかつ溝の底部の結晶性を変えられる方法が求められ
る。以下に、実施例としてレーザを用いた熱化学的な反
応による溝の形成方法を示すが、この方法は上記の２つ
の条件を満足する方法の１つである。
様な溝としての機能を果たさないため好ましくはなく、
逆に溝が広すぎる場合は溝の両側から成長した単結晶膜
の間に溝の底から成長した非晶質或いは多結晶膜が入り
込むために粒界が得られない。従って、以上述べた内容
から溝の幅は０．１〜１０μｍ、溝の深さは０．０１〜
１０μｍが好ましい粒界が作製できる範囲である。また
、溝の底部の結晶性が基板表面と同じ程度であれば、溝
の底からも単結晶膜が成長して、やはり粒界は発生しな
い。従って溝の形成に際しては深さをコントロルでき、
なおかつ溝の底部の結晶性を変えられる方法が求められ
る。以下に、実施例としてレーザを用いた熱化学的な反
応による溝の形成方法を示すが、この方法は上記の２つ
の条件を満足する方法の１つである。
〔実施例１〕
基板として、酸化物超伝導体の薄膜形成によく用いられ
る酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の単結晶（１工）を用い
た。まず、（ＭｇＯ）単結晶の（１００）面を研磨し、
平坦な状態にした。そして、こ４の面に塩化カリウム（
ＫＣＩ）を、０．１μｍ蒸着した（１０）。さらにレー
ザー光の吸収を良くするために、そのうえに１０ｎｍの
炭素膜（１９）を蒸着した。この基板に第２図に示すよ
うなレーザー加工装置を用いて、レーザー光（１２）を
照射した。レザーのビーム径は約５μｍ、出力は２Ｗ、
走査速度は毎秒１０ｍｍであった。レーザー照射によっ
て、蒸着された塩化カリウムと基板の酸化マグネシウム
が反応し、塩化マグネシウム（ＭｇＣＩ）が生成した（
１３）と考えられる（第３図（ｂ））。酸化マグネシウ
ムは難溶性（溶解度；水ｉｏｏ ｇに０゜６２ｍ ｇ
）であるのに対し、塩化カリウム、塩化マグネシウムは
水溶性（それぞれ、水１００ｇに２７．６ｇ、５２．８
ｇ、いずれも０°Ｃでの値）であるので、水で洗浄する
ことによって容易に、これらを取り除くことができる（
第３図（Ｃ））。溝の深さは約０．１μｍであった。溝
の深さはレーザーの出力にほぼ比例することがわかった
。
る酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の単結晶（１工）を用い
た。まず、（ＭｇＯ）単結晶の（１００）面を研磨し、
平坦な状態にした。そして、こ４の面に塩化カリウム（
ＫＣＩ）を、０．１μｍ蒸着した（１０）。さらにレー
ザー光の吸収を良くするために、そのうえに１０ｎｍの
炭素膜（１９）を蒸着した。この基板に第２図に示すよ
うなレーザー加工装置を用いて、レーザー光（１２）を
照射した。レザーのビーム径は約５μｍ、出力は２Ｗ、
走査速度は毎秒１０ｍｍであった。レーザー照射によっ
て、蒸着された塩化カリウムと基板の酸化マグネシウム
が反応し、塩化マグネシウム（ＭｇＣＩ）が生成した（
１３）と考えられる（第３図（ｂ））。酸化マグネシウ
ムは難溶性（溶解度；水ｉｏｏ ｇに０゜６２ｍ ｇ
）であるのに対し、塩化カリウム、塩化マグネシウムは
水溶性（それぞれ、水１００ｇに２７．６ｇ、５２．８
ｇ、いずれも０°Ｃでの値）であるので、水で洗浄する
ことによって容易に、これらを取り除くことができる（
第３図（Ｃ））。溝の深さは約０．１μｍであった。溝
の深さはレーザーの出力にほぼ比例することがわかった
。
こうして第４図（ａ）に示すように、幅５μｍの溝（１
４）を基板の中央部のＩ’ｍｍＯ幅に１０本形成した。
４）を基板の中央部のＩ’ｍｍＯ幅に１０本形成した。
次に、この上に超伝導体薄膜（１５）を０．２μｍ形成
した。第４図（ａ）の点線で囲まれた部分（Ｂ）の拡大
図を第４図（ｂ）に示す。
した。第４図（ａ）の点線で囲まれた部分（Ｂ）の拡大
図を第４図（ｂ）に示す。
また、超伝導体薄膜はＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超伝導体で
、電子ビーム蒸着法によって作成した。
、電子ビーム蒸着法によって作成した。
さらに、この膜にフォトリソグラフィー法によって、第
４図（ａ）の様なパターンを形成した。走査型電子顕微
鏡による観察によって、基板に形成された溝の部分に粒
界が発生していることがわかった。この超伝導体膜の電
圧−電流特性を第５図に示す。これはトンネル型ジョセ
フソン接合の特性に近いものである。
４図（ａ）の様なパターンを形成した。走査型電子顕微
鏡による観察によって、基板に形成された溝の部分に粒
界が発生していることがわかった。この超伝導体膜の電
圧−電流特性を第５図に示す。これはトンネル型ジョセ
フソン接合の特性に近いものである。
以上述べてきたように粒界を人工的に形成することによ
って、信頼性、再現性のあるジョセフソン接合が得られ
る０本発明を超伝導エレクトロニクスに応用することが
容易であることは明らかである。よって本発明は工業上
有益である。
って、信頼性、再現性のあるジョセフソン接合が得られ
る０本発明を超伝導エレクトロニクスに応用することが
容易であることは明らかである。よって本発明は工業上
有益である。
第１図は人工的に付けられた溝による粒界の発生プロセ
スを示す。 （ａ）膜成長初期 （ｂ）膜成長中期 （Ｃ）成膜終了 第２図はレーザー加工装置の概略を示す。 第３図はレーザー照射による溝の形成を示す。 （ａ）反応膜（ＫＣＩ）の堆積 （ｂ）レーザー照射 （ｃ）水による洗浄の後 第４図（ａ）は粒界型ジョセフソン接合の形成を示す。 第４図（ｂ）は第４図（ａ）のＢの部分の拡大図を示す
。 第５図は形成された粒界型ジョセフソン接合の電圧−電
流特性を示す。 非晶質もしくは多結晶質の膜 結晶性の損なわれている部分 基板 粒界 単結晶膜 レンズ サンプル Ｘ−Ｙステージ ９ ・ １０・ １１・ １２・ １３・ １４・ １５・ １６・ １７・ １９・ ・レーザー ・ＫＣＩ２膜 ・ＭｇＯ基板 ・レーザー光 ・ＫＣＩ２とＭｇＯの反応生成物 ・溝 ・超伝導体薄膜 ・電極 ・リード ・炭素膜
スを示す。 （ａ）膜成長初期 （ｂ）膜成長中期 （Ｃ）成膜終了 第２図はレーザー加工装置の概略を示す。 第３図はレーザー照射による溝の形成を示す。 （ａ）反応膜（ＫＣＩ）の堆積 （ｂ）レーザー照射 （ｃ）水による洗浄の後 第４図（ａ）は粒界型ジョセフソン接合の形成を示す。 第４図（ｂ）は第４図（ａ）のＢの部分の拡大図を示す
。 第５図は形成された粒界型ジョセフソン接合の電圧−電
流特性を示す。 非晶質もしくは多結晶質の膜 結晶性の損なわれている部分 基板 粒界 単結晶膜 レンズ サンプル Ｘ−Ｙステージ ９ ・ １０・ １１・ １２・ １３・ １４・ １５・ １６・ １７・ １９・ ・レーザー ・ＫＣＩ２膜 ・ＭｇＯ基板 ・レーザー光 ・ＫＣＩ２とＭｇＯの反応生成物 ・溝 ・超伝導体薄膜 ・電極 ・リード ・炭素膜
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、表面に幅０．１〜１０μｍ、深さ０．０１〜１０μ
ｍの溝を有することを特徴とする酸化物超伝導体薄膜作
製用基板。 ２、特許請求の範囲第１項において、それらの溝は、機
械的、化学的に形成されることを特徴とする酸化物超伝
導体薄膜作製用基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1031958A JPH02211679A (ja) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | 酸化物超伝導体薄膜作製用基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1031958A JPH02211679A (ja) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | 酸化物超伝導体薄膜作製用基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02211679A true JPH02211679A (ja) | 1990-08-22 |
Family
ID=12345468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1031958A Pending JPH02211679A (ja) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | 酸化物超伝導体薄膜作製用基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02211679A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH098370A (ja) * | 1995-06-16 | 1997-01-10 | Hitachi Ltd | 酸化物超電導回路 |
| CN115050887A (zh) * | 2022-04-26 | 2022-09-13 | 哈尔滨工程大学 | 自下而上的新型高温超导弱连接方法 |
-
1989
- 1989-02-10 JP JP1031958A patent/JPH02211679A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH098370A (ja) * | 1995-06-16 | 1997-01-10 | Hitachi Ltd | 酸化物超電導回路 |
| CN115050887A (zh) * | 2022-04-26 | 2022-09-13 | 哈尔滨工程大学 | 自下而上的新型高温超导弱连接方法 |
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