JPH02237180A - 薄膜超伝導体およびその製造方法 - Google Patents
薄膜超伝導体およびその製造方法Info
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- JPH02237180A JPH02237180A JP1058324A JP5832489A JPH02237180A JP H02237180 A JPH02237180 A JP H02237180A JP 1058324 A JP1058324 A JP 1058324A JP 5832489 A JP5832489 A JP 5832489A JP H02237180 A JPH02237180 A JP H02237180A
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- 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
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
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】
産業上の利用分野
本発明は超伝導体に関するものである。特に層状構造酸
化物超伝導体により形成された薄膜超伝導体およびその
製造方法に関するものである。
化物超伝導体により形成された薄膜超伝導体およびその
製造方法に関するものである。
従来の技術
超伝導体として、Ａｌ５型２元化合物である窒化ニオブ
（Ｎ ｂ Ｎ）やゲルマニウム二オブ（Ｎｂ３Ｇｅ）な
どが知られていたが、これらの材料の超伝導転移温度は
たかだか２４Ｋであった。一方、ペロブスカイト系３元
化合物は、さらに高い転移温度が期待され、Ｂａ−Ｌａ
Ｃｕ−０系の高温超伝導体が提案された［Ｊ．Ｇ．
Ｄｅｎｄｏｒｚ ａｎｄＫ．Ａ．Ｍｕｌｌｅｒ．ファイ
ト シュリフト フユア フィシ゛−ク（Ｚｅｊｔｓｈ
ｒ１ｆｔ ｆＵｒ ｐｈｙｓｌｋ Ｂ）−Ｃｏｎ
ｄｅｎｓｅｄ Ｍａｔｔｅｒ Ｇ４，１８９−１９
３（１９８Ｇ）コ。
（Ｎ ｂ Ｎ）やゲルマニウム二オブ（Ｎｂ３Ｇｅ）な
どが知られていたが、これらの材料の超伝導転移温度は
たかだか２４Ｋであった。一方、ペロブスカイト系３元
化合物は、さらに高い転移温度が期待され、Ｂａ−Ｌａ
Ｃｕ−０系の高温超伝導体が提案された［Ｊ．Ｇ．
Ｄｅｎｄｏｒｚ ａｎｄＫ．Ａ．Ｍｕｌｌｅｒ．ファイ
ト シュリフト フユア フィシ゛−ク（Ｚｅｊｔｓｈ
ｒ１ｆｔ ｆＵｒ ｐｈｙｓｌｋ Ｂ）−Ｃｏｎ
ｄｅｎｓｅｄ Ｍａｔｔｅｒ Ｇ４，１８９−１９
３（１９８Ｇ）コ。
さらに、近年発見された酸化物超伝導．体の中には、そ
の超伝導遷移温度が液体窒素温度（７７．３ケルビン）
を越えるものがあり、超伝導体の応用分野を大きく広げ
るものと思われる。特にＢｉＦｆｆ状構造酸化物により
形成されたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃ ｕ − ０系の超伝
導体は、１００Ｋ以上の超伝導転移温度を示すことも発
見された。［Ｉｌ．Ｍａｅｄａ， Ｙ．Ｔａｎａｋａ，
Ｍ．Ｆｕｋｕｔｏｍｌ ａｎｄ Ｔ．Ａｓａｎ
ｏ＋シ゛ヤハ゜ニース”・シ゛ヤーナル・オフ゛ ・戸
゜ライト゜ ・フィシ”フケス（Ｊａｐａｎｅ筺ｅ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ人ｐｐｌｌｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ）Ｖｏ１．２７，Ｌ２０９−２１０（１９８８）コ
最近ではＴＩ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の材料が１
２０ケルビン以上で超伝導転移を示すことが報告されて
おり、Ｂｉ系と共に層状構造酸化物であることがわかっ
ている。［Ｚ．Ｚ．Ｓｈｅｎｇ ａｎｄ Ａ．Ｍ．Ｈｅ
ｒｍａｎｎ，ネイチｔ−（Ｌｅｔｔｅｒ ｔｏ Ｎ
ａｔｕｒｅ）Ｖｏ１．３３２，１３８−１３９（１９８
８）コ。この種の材料の超伝導機構の詳細は明らかでは
ないが、転移温度が室温以上に高くなる可能性があり、
高温超伝導体として従来の２元化合物より、より有望な
特性が期待される。
の超伝導遷移温度が液体窒素温度（７７．３ケルビン）
を越えるものがあり、超伝導体の応用分野を大きく広げ
るものと思われる。特にＢｉＦｆｆ状構造酸化物により
形成されたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃ ｕ − ０系の超伝
導体は、１００Ｋ以上の超伝導転移温度を示すことも発
見された。［Ｉｌ．Ｍａｅｄａ， Ｙ．Ｔａｎａｋａ，
Ｍ．Ｆｕｋｕｔｏｍｌ ａｎｄ Ｔ．Ａｓａｎ
ｏ＋シ゛ヤハ゜ニース”・シ゛ヤーナル・オフ゛ ・戸
゜ライト゜ ・フィシ”フケス（Ｊａｐａｎｅ筺ｅ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ人ｐｐｌｌｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ）Ｖｏ１．２７，Ｌ２０９−２１０（１９８８）コ
最近ではＴＩ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の材料が１
２０ケルビン以上で超伝導転移を示すことが報告されて
おり、Ｂｉ系と共に層状構造酸化物であることがわかっ
ている。［Ｚ．Ｚ．Ｓｈｅｎｇ ａｎｄ Ａ．Ｍ．Ｈｅ
ｒｍａｎｎ，ネイチｔ−（Ｌｅｔｔｅｒ ｔｏ Ｎ
ａｔｕｒｅ）Ｖｏ１．３３２，１３８−１３９（１９８
８）コ。この種の材料の超伝導機構の詳細は明らかでは
ないが、転移温度が室温以上に高くなる可能性があり、
高温超伝導体として従来の２元化合物より、より有望な
特性が期待される。
超伝導素子の代表的なものとして、超伝導体により形成
したジ日セフソン接合を利用した接合素子が知られてい
る。この分野に関する従来技術は、電気学会クライオエ
レクトロニクス専門委員会編の「ジロセフソン効果〈基
礎と応用〉」電気学会発行コロナ社発売（昭和５３年）
に体系的かつ詳細に記述されている。ジョセフソン接合
には非常に薄い（数１ＯＡ）絶縁層をはさんで両側に超
伝導体を配置したトンネル接合型や、一本の超伝導体を
一部細かく（１μｍ）＜びれさせたブリッジ型、超伝導
材料の鋭い針を用いた点接触型があり、これらの作成方
法では上記の文献に詳細に報告されているように、いず
れのタイプでも超＠細加工技術を必要とし、再現性が悪
いため歩どまりが低く、多数のジ日セフソン接合素子を
集積化することは著しく困難であった。
したジ日セフソン接合を利用した接合素子が知られてい
る。この分野に関する従来技術は、電気学会クライオエ
レクトロニクス専門委員会編の「ジロセフソン効果〈基
礎と応用〉」電気学会発行コロナ社発売（昭和５３年）
に体系的かつ詳細に記述されている。ジョセフソン接合
には非常に薄い（数１ＯＡ）絶縁層をはさんで両側に超
伝導体を配置したトンネル接合型や、一本の超伝導体を
一部細かく（１μｍ）＜びれさせたブリッジ型、超伝導
材料の鋭い針を用いた点接触型があり、これらの作成方
法では上記の文献に詳細に報告されているように、いず
れのタイプでも超＠細加工技術を必要とし、再現性が悪
いため歩どまりが低く、多数のジ日セフソン接合素子を
集積化することは著しく困難であった。
この様な理由から超伝導体を薄膜化して絶縁体膜、ある
いは導電体膜との積層構造を形成することにより、再現
性に優れ、集積化の可能なジｅセフソン接合素子を形成
する試みが行われている。
いは導電体膜との積層構造を形成することにより、再現
性に優れ、集積化の可能なジｅセフソン接合素子を形成
する試みが行われている。
発明が解決しようとしている課題
液体窒素温度を越える動作温度を有する酸化物超伝導体
を用いたジジセフソン素子としては前記のプレー・ク型
、およびブリッジ型が試作されているが、酸化物超伝導
薄膜を積層したトンネル型ジョセフソン素子は作成困難
であった。この原因としては、絶縁体膜よりなる障壁層
を酸化物超伝導薄膜の表面に形成する時に障壁層と酸化
物超伝導薄膜との界面反応が起こり、酸化物超伝導薄膜
の特性劣化を引き起こすものと考えられ、大きな問題と
なっていた。
を用いたジジセフソン素子としては前記のプレー・ク型
、およびブリッジ型が試作されているが、酸化物超伝導
薄膜を積層したトンネル型ジョセフソン素子は作成困難
であった。この原因としては、絶縁体膜よりなる障壁層
を酸化物超伝導薄膜の表面に形成する時に障壁層と酸化
物超伝導薄膜との界面反応が起こり、酸化物超伝導薄膜
の特性劣化を引き起こすものと考えられ、大きな問題と
なっていた。
本発明は、良好な接合を有する再現性のよい超伝導トン
ネル接合構造を提供することを目的とす課題を解決する
ための手段 本発明は、基体上に形成された、少なくとも複数のＣｕ
−０層を有する層状構造酸化物薄膜からなる薄膜超伝導
体において、基体上に第一の届状構造酸化物薄膜を形成
し、望ましくは、この届状構造酸化物薄膜の表面を空気
雰囲気にさらすことなく、連続して金属薄膜を形成し、
さらにその上に、絶縁体薄膜を形成し、その後第二の層
状構造酸化物薄膜を形成する事により、前記課題を解決
するものである。特に居状構造酸化物薄膜をＢｉ届状構
造酸化物により形成し、金属層を銅、あ，コ・いは白金
等により形成し、障壁層としての絶１′フ層をＢ ｉ
ａＴ ｔ ａｏ＋２＋ あるいは１３ ｉ ２Ｔ ｉ
４０ Ｉ＋のようなＢｉを含む層状化合物により形成
した薄膜超伝導体に関するものである。
ネル接合構造を提供することを目的とす課題を解決する
ための手段 本発明は、基体上に形成された、少なくとも複数のＣｕ
−０層を有する層状構造酸化物薄膜からなる薄膜超伝導
体において、基体上に第一の届状構造酸化物薄膜を形成
し、望ましくは、この届状構造酸化物薄膜の表面を空気
雰囲気にさらすことなく、連続して金属薄膜を形成し、
さらにその上に、絶縁体薄膜を形成し、その後第二の層
状構造酸化物薄膜を形成する事により、前記課題を解決
するものである。特に居状構造酸化物薄膜をＢｉ届状構
造酸化物により形成し、金属層を銅、あ，コ・いは白金
等により形成し、障壁層としての絶１′フ層をＢ ｉ
ａＴ ｔ ａｏ＋２＋ あるいは１３ ｉ ２Ｔ ｉ
４０ Ｉ＋のようなＢｉを含む層状化合物により形成
した薄膜超伝導体に関するものである。
作用
本発明の第一の層状構造酸化物薄膜は、例えば１１．
空槽内でのスパッタリングなどにより形成される。さら
に金属薄膜も同様の方法により形成゛１゛，”るが、本
発明の構造の薄膜超伝導体における金屑薄膜を、第一の
層状構造酸化物超伝導薄膜を形成した後、同一の真空槽
内で連続して形成することにより、第一の層状構造酸化
物薄膜の表面を空気雰囲気などにさらすことによる不用
な汚染を防止し、金属薄膜で被覆することにより安定で
清浄な界面を形成することが可能となることを見いだし
た。そして薄膜を形成した表面が、空気雰囲気などにさ
らしても安定である金属材料を・選択することにより、
この金属表面上に絶縁体薄膜を形成して、さらにその上
に超伝導薄膜を形成することにより、従来困難とされて
いた、ジｅセフソン接合を利用した超伝導素子を酸化物
超伝導体により実現することが可能となる。また、金属
表面が安定であれば、これを加工した後の絶縁体層、及
び超伝導層の形成も可能となる。さらに、絶縁層を第二
の超伝導層と類似の構造を持つベロブスカイト酸化物と
することにより結晶格子定数等の整合性を改善でき、第
二の超伝導層の形成時の結晶性を改善することが可能と
なり、それ故に良好なジ日セフソン接合特性を実現し得
るものである。また，第一 第二の超伝導層としてＢｉ
層状構造複合酸化物を用い、さらにこれにｐｂを添加す
ることにより、この構造の薄膜超伝導体の結晶性を改善
でき、それ故に超伝導特性を改善し得ることを発明者ら
は見いだした。
空槽内でのスパッタリングなどにより形成される。さら
に金属薄膜も同様の方法により形成゛１゛，”るが、本
発明の構造の薄膜超伝導体における金屑薄膜を、第一の
層状構造酸化物超伝導薄膜を形成した後、同一の真空槽
内で連続して形成することにより、第一の層状構造酸化
物薄膜の表面を空気雰囲気などにさらすことによる不用
な汚染を防止し、金属薄膜で被覆することにより安定で
清浄な界面を形成することが可能となることを見いだし
た。そして薄膜を形成した表面が、空気雰囲気などにさ
らしても安定である金属材料を・選択することにより、
この金属表面上に絶縁体薄膜を形成して、さらにその上
に超伝導薄膜を形成することにより、従来困難とされて
いた、ジｅセフソン接合を利用した超伝導素子を酸化物
超伝導体により実現することが可能となる。また、金属
表面が安定であれば、これを加工した後の絶縁体層、及
び超伝導層の形成も可能となる。さらに、絶縁層を第二
の超伝導層と類似の構造を持つベロブスカイト酸化物と
することにより結晶格子定数等の整合性を改善でき、第
二の超伝導層の形成時の結晶性を改善することが可能と
なり、それ故に良好なジ日セフソン接合特性を実現し得
るものである。また，第一 第二の超伝導層としてＢｉ
層状構造複合酸化物を用い、さらにこれにｐｂを添加す
ることにより、この構造の薄膜超伝導体の結晶性を改善
でき、それ故に超伝導特性を改善し得ることを発明者ら
は見いだした。
実施例
層状構造酸化物において、Ｙ Ｂａ Ｃｕ Ｏｒ
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０、ＴＩ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ
−０などが超伝導体として確認されている。
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０、ＴＩ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ
−０などが超伝導体として確認されている。
これらの特徴としては、ｃｕ−０層を含む結晶であるこ
とが挙げられる。第１図は例としてＢｆ＊Ｓｒ２ｃａａ
ＣｕａＯｙの層状の結晶構造を模式的に示したものであ
る。１１は第１の層状構造酸化物超伝導薄膜であり、第
１図はこの薄膜１１の基体結晶ユニット部分を示す。こ
のＣｕ−０層が超伝導性になんらかの寄与をしていると
考えられているが、今のところ結論はでていない。ここ
では例としてＢ ｉ−Ｓ ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系につい
ての検討例を述べる。
とが挙げられる。第１図は例としてＢｆ＊Ｓｒ２ｃａａ
ＣｕａＯｙの層状の結晶構造を模式的に示したものであ
る。１１は第１の層状構造酸化物超伝導薄膜であり、第
１図はこの薄膜１１の基体結晶ユニット部分を示す。こ
のＣｕ−０層が超伝導性になんらかの寄与をしていると
考えられているが、今のところ結論はでていない。ここ
では例としてＢ ｉ−Ｓ ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系につい
ての検討例を述べる。
基体温度４００−９００℃でこれらの超伝導体を構成す
るそれぞれの元素単体、あるいは化合物を蒸発源として
、酸素を含むガス中で交互に蒸着し、基体上に周期的に
積層させる。この蒸着に於で、各々の蒸発源からの蒸着
レートを調整すると、積層周期に対応して臨界温度１０
０Ｋ以上の相が出現することがわかった。本発明者らは
、基体温度が特に５００−θＯＯ℃の場合には１００Ｋ
以上の臨界温度の相の結晶性が非常に良好なものが形成
し得ることを発見した。形成した薄膜はそのままの状態
で８０Ｋ程度の超伝導転移を示す。ここではジョセフン
ン接合部に於でトンネル障壁層を透過して生じる拡散を
防ぐため、超伝導薄膜作製温度は６５０度程度以下とす
る。この様にして第一・の超伝導薄膜を形成する。
るそれぞれの元素単体、あるいは化合物を蒸発源として
、酸素を含むガス中で交互に蒸着し、基体上に周期的に
積層させる。この蒸着に於で、各々の蒸発源からの蒸着
レートを調整すると、積層周期に対応して臨界温度１０
０Ｋ以上の相が出現することがわかった。本発明者らは
、基体温度が特に５００−θＯＯ℃の場合には１００Ｋ
以上の臨界温度の相の結晶性が非常に良好なものが形成
し得ることを発見した。形成した薄膜はそのままの状態
で８０Ｋ程度の超伝導転移を示す。ここではジョセフン
ン接合部に於でトンネル障壁層を透過して生じる拡散を
防ぐため、超伝導薄膜作製温度は６５０度程度以下とす
る。この様にして第一・の超伝導薄膜を形成する。
超伝導体を構成するそれぞれの元素単体、あるいは化合
物を周期的に積層させる方法としては、いくつか考えら
れる。一般に、ＭＢＥ装置あるいは多源のＥＢ蒸着装置
で蒸発源・の前を［ｌ７１閉シャツ・“一で制御したり
、気相成長法で形成する際にゲスの種類を切り替えたり
することにより、周期的積層を達成することができる。
物を周期的に積層させる方法としては、いくつか考えら
れる。一般に、ＭＢＥ装置あるいは多源のＥＢ蒸着装置
で蒸発源・の前を［ｌ７１閉シャツ・“一で制御したり
、気相成長法で形成する際にゲスの種類を切り替えたり
することにより、周期的積層を達成することができる。
プラズマ放電、あるいはレーザをもちいたスパッタリン
グ法によっても良好な積層膜形成が可能であるが、この
場合、スパッタ中の高い酸素ガス圧、スパッタ放電など
が、Ｂｉ層吠構造複合酸化物の１００Ｋ以上の臨界温度
を持つ相の形成に都合がよいと考えられる。
グ法によっても良好な積層膜形成が可能であるが、この
場合、スパッタ中の高い酸素ガス圧、スパッタ放電など
が、Ｂｉ層吠構造複合酸化物の１００Ｋ以上の臨界温度
を持つ相の形成に都合がよいと考えられる。
また、このＢｉ層状構造複合酸化物はＰｂを含むことが
望ましい。
望ましい。
この様な方法を用いて、第２図（ａ）に示したように、
第一の超伝導薄［１１を基体１０上に形成することによ
り、同一真空槽内で引き続いて金属薄膜１２を形成する
ことが容易となる。つまり、複数の蒸発源の一つを金属
元素、合金、あるいは金属化合物とすることにより本発
明の薄膜超伝導体を形成することが出来る。この様にし
て金属薄膜１２を形成した後、第２図（ｂ）， （ｃ）
に示したように、試料を大気中に取り出してフｔトリソ
グラフィ、イオンエッチング、化学エッチング等の技術
を用いて、ジョセフソン接合を利用する素子に必要な加
工を行なう。層間絶縁膜１３の形成も含めてその後、こ
の試料を再び真空槽内に設置し、試料の表面にジｅセフ
ソン接合を形成するための障壁層である絶縁居１４を形
成する。一般的に絶縁層工４の形成にはスパッタリング
法やＥＢ蒸着法などが都合がよい。形成された絶縁層１
４上に、上述と同様の方法を用いて薄膜１１と同様の第
二の超伝導薄膜１５を形成することにより、良好な超伝
導特性を示すジロセフソン、接合素子を信頓性よく作製
することが可能となる。
第一の超伝導薄［１１を基体１０上に形成することによ
り、同一真空槽内で引き続いて金属薄膜１２を形成する
ことが容易となる。つまり、複数の蒸発源の一つを金属
元素、合金、あるいは金属化合物とすることにより本発
明の薄膜超伝導体を形成することが出来る。この様にし
て金属薄膜１２を形成した後、第２図（ｂ）， （ｃ）
に示したように、試料を大気中に取り出してフｔトリソ
グラフィ、イオンエッチング、化学エッチング等の技術
を用いて、ジョセフソン接合を利用する素子に必要な加
工を行なう。層間絶縁膜１３の形成も含めてその後、こ
の試料を再び真空槽内に設置し、試料の表面にジｅセフ
ソン接合を形成するための障壁層である絶縁居１４を形
成する。一般的に絶縁層工４の形成にはスパッタリング
法やＥＢ蒸着法などが都合がよい。形成された絶縁層１
４上に、上述と同様の方法を用いて薄膜１１と同様の第
二の超伝導薄膜１５を形成することにより、良好な超伝
導特性を示すジロセフソン、接合素子を信頓性よく作製
することが可能となる。
この様な薄膜形成法を具体的に述べると、第３図に示し
たように１個のターゲット３０をＢｆとしスパッタリン
グをＢｉより開始した。３１はＳｒａＣｕターゲット、
３２はＣａＣｕターゲット、３３はＰｔ（．白金）ター
ゲットである。まず真空装置内にＡｒガスを導入し放電
させてスパッタリングを開始した。基体１０をヒータ２
４により６５０″Ｃに昇温し酸素を導入してスバッタ条
件を設定した。ＳｒＣｕ＋ あるいはＣａＣｕ化合物
ターゲット３１．３２をスパッタし、Ｂｉｔｌｌａ族お
よびＣｕ元素を表面に付着させた。この場合スバッタ条
件の設定、およびシャッタ２２に形成したスリット２３
を移動させることにより薄膜の組成をＢｉ層状構造酸化
物超伝導体の化学量論比に合わせて薄膜を形成した。つ
まりシャッタの回転時間を調整してこれを実現した。こ
のような方法により５００オングストロームの膜厚で第
１図に示したような第一の超伝導薄膜を形成後、酸素ガ
スの導入をやめＡｒのみでスバッタを行ってこの超伝導
薄膜１３の表面に数十オングストローム以下の膜厚の銅
、あるいは白金を薄膜形成して金属薄膜１２とした。
たように１個のターゲット３０をＢｆとしスパッタリン
グをＢｉより開始した。３１はＳｒａＣｕターゲット、
３２はＣａＣｕターゲット、３３はＰｔ（．白金）ター
ゲットである。まず真空装置内にＡｒガスを導入し放電
させてスパッタリングを開始した。基体１０をヒータ２
４により６５０″Ｃに昇温し酸素を導入してスバッタ条
件を設定した。ＳｒＣｕ＋ あるいはＣａＣｕ化合物
ターゲット３１．３２をスパッタし、Ｂｉｔｌｌａ族お
よびＣｕ元素を表面に付着させた。この場合スバッタ条
件の設定、およびシャッタ２２に形成したスリット２３
を移動させることにより薄膜の組成をＢｉ層状構造酸化
物超伝導体の化学量論比に合わせて薄膜を形成した。つ
まりシャッタの回転時間を調整してこれを実現した。こ
のような方法により５００オングストロームの膜厚で第
１図に示したような第一の超伝導薄膜を形成後、酸素ガ
スの導入をやめＡｒのみでスバッタを行ってこの超伝導
薄膜１３の表面に数十オングストローム以下の膜厚の銅
、あるいは白金を薄膜形成して金属薄膜１２とした。
この試料の第一の自伝導薄膜に対して電気的接続をとる
ための微細加工をフォトリングラフィ等の技術を用いて
行なうことにより電極を形成した。
ための微細加工をフォトリングラフィ等の技術を用いて
行なうことにより電極を形成した。
その後ジ日セフソン接合部をメタルマスク、あるいはフ
ォトレジストなどによりマスクし、層間絶縁膜１３を形
成した。この場合の材料としては、その表面に第二の層
状構造酸化物超伝導薄膜が形成されることを考慮して、
ペロブス力イト材料を選択することが望ましい。ここで
はＢｉａＴｉ３０，，，あるいはＢｉ２Ｔｉ＊Ｏ目のよ
うなＴｉを含むＢｉ−Ｔｉ−０化合物を、ジｅセフソン
接合部位外の部分に５０００オングストロームの厚さに
形成した。その後、マスクを取り除いてジジセフソン接
合部表面を露出させ、この試料を再び真空槽内に設置し
、表面に超伝導トンネル接合を得るために数十オングス
トローム以下の厚さの絶縁層を超伝導トンネル障壁層１
４として形成した。この絶縁層は、前述のスパッタリン
グ技術により形成するのが簡便であるが、均質で一様な
膜が得られるすべての方法が利用可能である。また材料
としては、層間絶縁膜の場合と同様、その表面に第二の
層状構造酸化物超伝導薄膜が形成されることを考慮して
、Ｂ ｔ ａＴ ｉ ３０＋ｉ＋ あるいはＢｉ２Ｔ
ｉ４Ｃ）ｚのようなペロブスカイト材料を選択すること
が望ましい。そしてこの障壁層１４の表面に第二の層状
構造酸化物超伝導薄膜１５を形成することにより、安定
な特性を示す超伝導トンネル接合が形成された。この第
二の層状構造゜酸化物超伝導薄膜１５は、ペロブス力イ
ト絶縁体薄膜よりなる障壁層１４を形成した後、引続き
同一真空槽内で形成することが好ましい。この様な薄膜
形成は第３図において、白金ターゲット３３をペロブス
カイト材料に置き替えることにより、先述の第一の層杖
構造酸化物超伝導薄膜とまったく同様の方法により形成
できる。
ォトレジストなどによりマスクし、層間絶縁膜１３を形
成した。この場合の材料としては、その表面に第二の層
状構造酸化物超伝導薄膜が形成されることを考慮して、
ペロブス力イト材料を選択することが望ましい。ここで
はＢｉａＴｉ３０，，，あるいはＢｉ２Ｔｉ＊Ｏ目のよ
うなＴｉを含むＢｉ−Ｔｉ−０化合物を、ジｅセフソン
接合部位外の部分に５０００オングストロームの厚さに
形成した。その後、マスクを取り除いてジジセフソン接
合部表面を露出させ、この試料を再び真空槽内に設置し
、表面に超伝導トンネル接合を得るために数十オングス
トローム以下の厚さの絶縁層を超伝導トンネル障壁層１
４として形成した。この絶縁層は、前述のスパッタリン
グ技術により形成するのが簡便であるが、均質で一様な
膜が得られるすべての方法が利用可能である。また材料
としては、層間絶縁膜の場合と同様、その表面に第二の
層状構造酸化物超伝導薄膜が形成されることを考慮して
、Ｂ ｔ ａＴ ｉ ３０＋ｉ＋ あるいはＢｉ２Ｔ
ｉ４Ｃ）ｚのようなペロブスカイト材料を選択すること
が望ましい。そしてこの障壁層１４の表面に第二の層状
構造酸化物超伝導薄膜１５を形成することにより、安定
な特性を示す超伝導トンネル接合が形成された。この第
二の層状構造゜酸化物超伝導薄膜１５は、ペロブス力イ
ト絶縁体薄膜よりなる障壁層１４を形成した後、引続き
同一真空槽内で形成することが好ましい。この様な薄膜
形成は第３図において、白金ターゲット３３をペロブス
カイト材料に置き替えることにより、先述の第一の層杖
構造酸化物超伝導薄膜とまったく同様の方法により形成
できる。
この薄膜超伝導体の結晶性をＸ線回折法により調べた。
１００ケルビン以上の超伝導転移を示す超伝導相により
示される回折パターンは、層間絶縁膜、及び障壁層の材
料として、Ｂ １ ａ Ｔ １ ３０ １２＋あるいは
ＢｉａＴｉｊＯ口のようなベロブスカイト材料を選択す
ることにより、本発明の薄膜超伝導体の結晶性が改善さ
れることを示した。絶縁層の材料の選択を間違った場合
には、薄膜形成行程がまったく同じであっても、結晶性
が劣っていることを示すものとなった。更にＢｉＢ状構
造複合酸化物の組成において、障壁層を透過して原子の
拡散が生じ、Ｃａ等が異常に少な．くなるという現象が
観測され、これによりジョセフソン接合９）性ｔ）劣化
が生じた。また、第二の層状構造酸化物超伝導薄膜を、
障壁層を形成した後、同様の真空槽内で引続き形成する
ことにより、第二の層状構造酸化物超伝導薄膜の結晶性
をさらに改善することが可能となった。
示される回折パターンは、層間絶縁膜、及び障壁層の材
料として、Ｂ １ ａ Ｔ １ ３０ １２＋あるいは
ＢｉａＴｉｊＯ口のようなベロブスカイト材料を選択す
ることにより、本発明の薄膜超伝導体の結晶性が改善さ
れることを示した。絶縁層の材料の選択を間違った場合
には、薄膜形成行程がまったく同じであっても、結晶性
が劣っていることを示すものとなった。更にＢｉＢ状構
造複合酸化物の組成において、障壁層を透過して原子の
拡散が生じ、Ｃａ等が異常に少な．くなるという現象が
観測され、これによりジョセフソン接合９）性ｔ）劣化
が生じた。また、第二の層状構造酸化物超伝導薄膜を、
障壁層を形成した後、同様の真空槽内で引続き形成する
ことにより、第二の層状構造酸化物超伝導薄膜の結晶性
をさらに改善することが可能となった。
発明の効果
以上のように本発明の薄膜超伝導体は、層状構造酸化物
超伝導薄膜により形成される超伝導トンネル接合の再現
性のよい構造を提供す・るものである。本発明によれば
、良好なジロセフソン接合特性を安定に実現することが
可能となり、その工業的な価値は大きい。
超伝導薄膜により形成される超伝導トンネル接合の再現
性のよい構造を提供す・るものである。本発明によれば
、良好なジロセフソン接合特性を安定に実現することが
可能となり、その工業的な価値は大きい。
第１図はＣｕ−０層を含む層状構造酸化物薄膜の結晶構
造模式図、第２図は本発明の一実施例の薄膜超伝導体の
製造工程断面図、第３図は本発明の超伝導体を形成する
ために使用される複数のターゲットとシャッタにより構
成される薄膜形成装置の模式図である。 １０・・・・・・基体、１１・・・・・・第一の層状構
造酸化物超伝導薄膜、１２・・・・・・金属薄膜、１３
・旧・・層間絶縁膜、１４・・・・・・障壁層、１５・
・・・・・第二の層状構造酸化物超伝導薄膜、２２・・
・・・・シャッタ、２３・・・・・・スリ ッ ト、
２４・・・・・・ヒータ。 代理人の氏名 弁理士 栗野重孝 ばか１名図 １ｌ！２図 ノ
造模式図、第２図は本発明の一実施例の薄膜超伝導体の
製造工程断面図、第３図は本発明の超伝導体を形成する
ために使用される複数のターゲットとシャッタにより構
成される薄膜形成装置の模式図である。 １０・・・・・・基体、１１・・・・・・第一の層状構
造酸化物超伝導薄膜、１２・・・・・・金属薄膜、１３
・旧・・層間絶縁膜、１４・・・・・・障壁層、１５・
・・・・・第二の層状構造酸化物超伝導薄膜、２２・・
・・・・シャッタ、２３・・・・・・スリ ッ ト、
２４・・・・・・ヒータ。 代理人の氏名 弁理士 栗野重孝 ばか１名図 １ｌ！２図 ノ
Claims (6)
- （１）基体上に複数のＣｕ−Ｏ層を含む第一の層状構造
酸化物超伝導薄膜を形成し、前記第一の層状構造酸化物
超伝導薄膜の表面上に金属薄膜を形成し、前記金属薄膜
上に、障壁層として絶縁体薄膜を形成し、前記障壁層上
に複数のＣｕ−Ｏ層を含む第二の層状構造酸化物超伝導
薄膜を形成したことを特徴とする薄膜超伝導体。 - （２）層状構造酸化物超伝導薄膜をＢｉ層状構造複合酸
化物超伝導薄膜としたことを特徴とする、特許請求の範
囲第１項記載の薄膜超伝導体。 - （３）絶縁体薄膜を、Ｂｉ層状構造酸化物薄膜としたこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の薄膜超伝
導体。 - （４）Ｂｉ層状構造酸化物薄膜を、Ｂｉ＿２Ｔｉ＿４Ｏ
＿１＿１、あるいはＢｉ＿４Ｔｉ＿３Ｏ＿１＿２とした
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の薄膜超伝
導体。 - （５）基体上に複数のＣｕ−Ｏ層を含む第一の層状構造
酸化物超伝導薄膜を形成し、前記第一の層状構造酸化物
超伝導薄膜を形成したと同一真空層内でその表面上に連
続して金属薄膜を形成し、前記金属薄膜上に、障壁層と
して絶縁体薄膜を形成し、前記障壁層上に第二の層状構
造酸化物超伝導薄膜を形成したことを特徴とする薄膜超
伝導体の製造方法。 - （６）障壁層としての絶縁体薄膜を形成したと同一真空
層内で、その障壁層の表面に第二の層状構造酸化物超伝
導薄膜を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第５
項記載の薄膜超伝導体の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1058324A JPH02237180A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 薄膜超伝導体およびその製造方法 |
| US07/413,174 US5047390A (en) | 1988-10-03 | 1989-09-27 | Josephson devices and process for manufacturing the same |
| EP89118259A EP0366949B1 (en) | 1988-10-03 | 1989-10-02 | Josephson devices and process for manufacturing the same |
| DE68928564T DE68928564T2 (de) | 1988-10-03 | 1989-10-02 | Josephson-Einrichtungen und Verfahren zu deren Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1058324A JPH02237180A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 薄膜超伝導体およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02237180A true JPH02237180A (ja) | 1990-09-19 |
Family
ID=13081108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1058324A Pending JPH02237180A (ja) | 1988-10-03 | 1989-03-10 | 薄膜超伝導体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02237180A (ja) |
-
1989
- 1989-03-10 JP JP1058324A patent/JPH02237180A/ja active Pending
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