JPH0246781A - 超伝導量子干渉素子およびその製造方法 - Google Patents
超伝導量子干渉素子およびその製造方法Info
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- JPH0246781A JPH0246781A JP63197742A JP19774288A JPH0246781A JP H0246781 A JPH0246781 A JP H0246781A JP 63197742 A JP63197742 A JP 63197742A JP 19774288 A JP19774288 A JP 19774288A JP H0246781 A JPH0246781 A JP H0246781A
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、酸化物超伝導材料を用いた超伝導量子干渉素
子の構造に関するものであり、従来の酸化物超伝導材料
による量子干渉素子よりも高感度な素子に関するもので
ある。
子の構造に関するものであり、従来の酸化物超伝導材料
による量子干渉素子よりも高感度な素子に関するもので
ある。
高臨界温度（以下［高ＴｃＪという）酸化物超伝導体の
発見以降、液体窒素温度（７７Ｋ）程度の温度で動作す
る高感度の磁気センサを作製する試みが盛んに行なわれ
ているが、現在のところｌＸｌ０−’φ。／Ｊ（φ。は
磁束量子、２．０７Ｘ１０−Ｉ５Ｗｂ）以上の磁束分解
能を示すものは得られていない。それは、以下の理由に
よる。
発見以降、液体窒素温度（７７Ｋ）程度の温度で動作す
る高感度の磁気センサを作製する試みが盛んに行なわれ
ているが、現在のところｌＸｌ０−’φ。／Ｊ（φ。は
磁束量子、２．０７Ｘ１０−Ｉ５Ｗｂ）以上の磁束分解
能を示すものは得られていない。それは、以下の理由に
よる。
酸化物超伝導薄膜を用いた量子干渉素子は、基本的に薄
膜をリング状に加工したインダクタンスと、同様に薄膜
を細（、短く加工したブリッジ素子とからなる。ブリッ
ジ素子は、基本的に結晶粒界における複数のジョセフソ
ン的弱結合を利用した粒界ジョセフソン接合により構成
される。すなわち、ブリッジ素子を形成するためには、
結晶粒界を有する多結晶薄膜を用いる必要がある。そこ
で、従来は、多結晶酸化物超伝導薄膜を用いて超伝導リ
ングとブリッジ素子を同一の薄膜で同時に形成、加工し
て量子干渉素子を作製していた。
膜をリング状に加工したインダクタンスと、同様に薄膜
を細（、短く加工したブリッジ素子とからなる。ブリッ
ジ素子は、基本的に結晶粒界における複数のジョセフソ
ン的弱結合を利用した粒界ジョセフソン接合により構成
される。すなわち、ブリッジ素子を形成するためには、
結晶粒界を有する多結晶薄膜を用いる必要がある。そこ
で、従来は、多結晶酸化物超伝導薄膜を用いて超伝導リ
ングとブリッジ素子を同一の薄膜で同時に形成、加工し
て量子干渉素子を作製していた。
ところが、多結晶薄膜は、結晶粒界間の結合が弱い所が
確率的に必ず存在し、そういう個所があたかも超伝導リ
ングのごとく振る舞う。また、結晶粒界はジョセフソン
接合を形成しているため、量子化磁束線の通り道となり
、結合の弱い粒界に磁束がピン止めされ、蓄積される。
確率的に必ず存在し、そういう個所があたかも超伝導リ
ングのごとく振る舞う。また、結晶粒界はジョセフソン
接合を形成しているため、量子化磁束線の通り道となり
、結合の弱い粒界に磁束がピン止めされ、蓄積される。
これによりインダクタンスを形成するため、多結晶薄膜
を加工しても、所望のインダクタンスに付随して小さい
なインダクタンスが回路的に直並列に存在することにな
る。さらに、これらの小さなインダクタンスは、ブリッ
ジ素子と結合して、それ自体で量子干渉効果を示し、本
来の量子干渉計に対してブリッジの動作点を変動させる
ために、磁束読み取りエラーを生ずる。
を加工しても、所望のインダクタンスに付随して小さい
なインダクタンスが回路的に直並列に存在することにな
る。さらに、これらの小さなインダクタンスは、ブリッ
ジ素子と結合して、それ自体で量子干渉効果を示し、本
来の量子干渉計に対してブリッジの動作点を変動させる
ために、磁束読み取りエラーを生ずる。
また、たとえ、上記のごとき小さなインダクタンスをな
くすことができたとしても、リングを形成する多結晶薄
膜には結晶粒界が存在する。そして、この結晶粒界を量
子化磁束線がピン止めされつつ動き回り、磁束雑音を生
み出す。この量子化磁束線の運動は熱的に励起されたも
のであり、薄膜が超伝導状態にあれば、温度が高いほど
活発になり、雑音は指数関数的に増加する。
くすことができたとしても、リングを形成する多結晶薄
膜には結晶粒界が存在する。そして、この結晶粒界を量
子化磁束線がピン止めされつつ動き回り、磁束雑音を生
み出す。この量子化磁束線の運動は熱的に励起されたも
のであり、薄膜が超伝導状態にあれば、温度が高いほど
活発になり、雑音は指数関数的に増加する。
このように、従来の酸化物超伝導薄膜による量子干渉素
子は、ブリッジ素子を形成するため、多結晶薄膜で全体
を形成していたが、薄膜リングに存在する結晶粒界に伴
う誤動作あるいは磁束雑音のために高感度のものは未だ
作製には成功していなかった。
子は、ブリッジ素子を形成するため、多結晶薄膜で全体
を形成していたが、薄膜リングに存在する結晶粒界に伴
う誤動作あるいは磁束雑音のために高感度のものは未だ
作製には成功していなかった。
このような課題を解決するために本発明による超伝導量
子干渉素子は、高臨界温度酸化物多結晶超伝導薄膜と金
属薄膜とによるブリッジ素子と、高臨界温度酸化物単結
晶超伝導薄膜によるインダクタンスとを結合するように
したものである。
子干渉素子は、高臨界温度酸化物多結晶超伝導薄膜と金
属薄膜とによるブリッジ素子と、高臨界温度酸化物単結
晶超伝導薄膜によるインダクタンスとを結合するように
したものである。
本発明による超伝導量子干渉素子においては、超伝導リ
ングに結晶粒界が存在しないため、量子化磁束線の通り
道が存在せず、熱励起にともなう磁束雑音の上昇が防止
される。
ングに結晶粒界が存在しないため、量子化磁束線の通り
道が存在せず、熱励起にともなう磁束雑音の上昇が防止
される。
本発明の特徴と従来技術との差異について述べる。本発
明では、酸化物超伝導薄膜を用いた超伝導量子干渉素子
を構成するに際し、高Ｔｃ酸化物多結晶薄膜と金属薄膜
とによるブリッジ素子と、高Ｔｃ酸化物単結晶薄膜によ
るインダクタンスとを結合させて用いる。作製の手順と
しては、第１にインダクタンスを形成するための酸化物
単結晶薄膜を形成し、その後ブリッジ素子となる酸化物
多結晶薄膜を形成する。本発明による超伝導量子干渉素
子は、従来と比べ、素子の構造が異なる。
明では、酸化物超伝導薄膜を用いた超伝導量子干渉素子
を構成するに際し、高Ｔｃ酸化物多結晶薄膜と金属薄膜
とによるブリッジ素子と、高Ｔｃ酸化物単結晶薄膜によ
るインダクタンスとを結合させて用いる。作製の手順と
しては、第１にインダクタンスを形成するための酸化物
単結晶薄膜を形成し、その後ブリッジ素子となる酸化物
多結晶薄膜を形成する。本発明による超伝導量子干渉素
子は、従来と比べ、素子の構造が異なる。
第１図は、本発明による超伝導量子干渉素子の概念を示
す概念図である。ただし、積層する薄膜の膜厚および面
積は、この概念図にとられれない。
す概念図である。ただし、積層する薄膜の膜厚および面
積は、この概念図にとられれない。
第１図において、１は高Ｔｃ酸化物超伝導体の多結晶薄
膜、２は金属薄膜、３は多結晶薄膜１と金属薄膜２から
成るブリッジ素子、４は高Ｔｃ酸化物超伝導体の単結晶
薄膜から成る超伝導リング、５はバンク部である。高Ｔ
ｃ酸化物超伝導体としては、Ｍ１ｏＭ２ｘＭ３ｙＣｕＯ
ｚ （０＜ Ｕ ＜ １ 、 Ｏ＜ Ｘ ＜１．０
＜Ｙ＜１．２＜Ｚ＜４）であり、Ｍｌ、Ｍ２およびＭ３
は■族金属（ＳＣ，ＹＩ Ｌａ、 Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、
Ｓｍ、Ｐｍ、 Ｅｕ。
膜、２は金属薄膜、３は多結晶薄膜１と金属薄膜２から
成るブリッジ素子、４は高Ｔｃ酸化物超伝導体の単結晶
薄膜から成る超伝導リング、５はバンク部である。高Ｔ
ｃ酸化物超伝導体としては、Ｍ１ｏＭ２ｘＭ３ｙＣｕＯ
ｚ （０＜ Ｕ ＜ １ 、 Ｏ＜ Ｘ ＜１．０
＜Ｙ＜１．２＜Ｚ＜４）であり、Ｍｌ、Ｍ２およびＭ３
は■族金属（ＳＣ，ＹＩ Ｌａ、 Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、
Ｓｍ、Ｐｍ、 Ｅｕ。
Ｔｂ、 Ｄｙ、 Ｈｏ、 Ｅｒ、 Ｙｂ、 Ｌｕ、 Ｂ
、 ＡＩ、 Ｇａ、 Ｉｎ、 ＴＩ）、■族金属（Ｂｅ
、Ｍｇ＋Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ） ＩＶ
族元素（Ｓｉｔ Ｇｅ、 Ｓｎ、 Ｐｂ、ＴＩ、Ｚｒ、
Ｉｆｆ）或いは■族元素（Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｖ、
Ｎｂ＋Ｔａ）から選ばれた１種以上の金属を用いる。ま
た、金属薄膜には、Ａｕ、Ｐｔ、 Ｐｄ、 Ａｇ、 Ｒ
ｅ、 Ｉｎの中から選ばれた１種以上を用いる。
、 ＡＩ、 Ｇａ、 Ｉｎ、 ＴＩ）、■族金属（Ｂｅ
、Ｍｇ＋Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ） ＩＶ
族元素（Ｓｉｔ Ｇｅ、 Ｓｎ、 Ｐｂ、ＴＩ、Ｚｒ、
Ｉｆｆ）或いは■族元素（Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｖ、
Ｎｂ＋Ｔａ）から選ばれた１種以上の金属を用いる。ま
た、金属薄膜には、Ａｕ、Ｐｔ、 Ｐｄ、 Ａｇ、 Ｒ
ｅ、 Ｉｎの中から選ばれた１種以上を用いる。
酸化物超伝導体を用いた従来の量子干渉素子の磁束φ−
電電圧時特性第２図に示す。同図に見られるように、出
力波形に顕著な雑音の重畳がある。
電電圧時特性第２図に示す。同図に見られるように、出
力波形に顕著な雑音の重畳がある。
この雑音は、室温での測定系から発生する雑音以外のも
のが大半であった。そして、この雑音が、多結晶薄膜の
結晶粒界での量子化磁束線の熱励起による運動に起因す
ることがわかった。また、同様に、第２図を見ると、バ
イアス点の変動がある。
のが大半であった。そして、この雑音が、多結晶薄膜の
結晶粒界での量子化磁束線の熱励起による運動に起因す
ることがわかった。また、同様に、第２図を見ると、バ
イアス点の変動がある。
このバイアス点の変動は、多結晶薄膜における結晶粒界
が小さなインダクタンスを持っており、それがあたかも
量子干渉素子のインダクタンスの一部であるかのごとき
振舞をするからであった。このように、従来の多結晶酸
化物超伝導薄膜を超伝環リング４およびブリッジ素子３
の両方に用いた量子干渉素子は、雑音特性およびバイア
ス点の変動に関して特性が十分とは言えなかった。
が小さなインダクタンスを持っており、それがあたかも
量子干渉素子のインダクタンスの一部であるかのごとき
振舞をするからであった。このように、従来の多結晶酸
化物超伝導薄膜を超伝環リング４およびブリッジ素子３
の両方に用いた量子干渉素子は、雑音特性およびバイア
ス点の変動に関して特性が十分とは言えなかった。
本発明による超伝導量子干渉素子では、第１図に構造の
概念を示すように、多結晶酸化物超伝導薄膜と金属薄膜
とを結合したブリッジ素子３と、単結晶酸化物超伝導薄
膜により形成した超伝導リング４によるインダクタンス
を組み合わせて用いることにより、超伝導リング４に結
晶粒界が存在しないため、量子化磁束線の通り道が存在
せず、熱励起にともなう磁束雑音の上昇を防止できる。
概念を示すように、多結晶酸化物超伝導薄膜と金属薄膜
とを結合したブリッジ素子３と、単結晶酸化物超伝導薄
膜により形成した超伝導リング４によるインダクタンス
を組み合わせて用いることにより、超伝導リング４に結
晶粒界が存在しないため、量子化磁束線の通り道が存在
せず、熱励起にともなう磁束雑音の上昇を防止できる。
また、結晶粒界における量子化磁束線のピン止めがない
ため、インダクタンスの変化がなく、バイアス点の変動
を防止できる。以上の効果により、低雑音で高性能の超
伝導量子干渉素子を提供できる。
ため、インダクタンスの変化がなく、バイアス点の変動
を防止できる。以上の効果により、低雑音で高性能の超
伝導量子干渉素子を提供できる。
以下に本発明の第１〜第４の実施例について説明する。
策１夏大施拠
５ｒＴｉ０３単結晶基板（１ｃｍ Ｘ Ｉ Ｃ１！ｌ）
（００１）面を用意して、高Ｔｃ酸化物超伝導多結晶
薄膜を篩とＩｎの金属薄膜電極で挟んだ構造の酸化物超
伝導ブリッジ素子と高Ｔｃ酸化物超伝導単結晶薄膜を用
いたインダクタンスにより構成される超伝導量子干渉素
子を作製し、その性能を評価した。
（００１）面を用意して、高Ｔｃ酸化物超伝導多結晶
薄膜を篩とＩｎの金属薄膜電極で挟んだ構造の酸化物超
伝導ブリッジ素子と高Ｔｃ酸化物超伝導単結晶薄膜を用
いたインダクタンスにより構成される超伝導量子干渉素
子を作製し、その性能を評価した。
まず、Ｂｉ−Ｍｌ−Ｍ２−Ｃｕ−０ターゲツト（１００
ｍｍφ、 ５ｍｍ厚、ＭｌはＳｒあるいはＢａｓ Ｍ２
はＢｅ、ＭｇあるいはＣａ）を用いて５Ｐａの静ガス中
で１００−の電力を印加してｒｆマグネトロンスパッタ
リングにより、６５０℃に加熱した５ｒＴｉ（ｈ基板上
に酸化物超伝導単結晶薄膜を６００ｎｍの厚さに形成し
た。次にレジストコート・露光・現像を行ない、Ａｒに
よるイオンミリングで酸化物単結晶薄膜を加工して１５
０μｍＸ１５０μｍの正方形のホールと正方形の一辺の
中央から外側に向かってまっすぐ延びてリングの外側に
通じる２０μｍ幅のスリットを含む超伝導リングおよび
ブリッジのバンク部を形成した。次に、ブリッジのパタ
ーニング用のレジストステンシルをへＺ１４７０フォト
レジストにより形成し、電子ビーム蒸着法により３００
ｎｍの厚さのＡｕ電電画薄膜同一のターゲットを用いて
室温でｒｆマグネトロンスパッタにより４００ｎｎのＢ
ｉ：Ｍｌ−Ｍ２−Ｃｕ−０酸化物多結晶薄膜、続いて電
子ビーム蒸着法により２００ｎｍのＩｎ電極薄膜を多層
膜として形成し、アセトンによりレジストを溶解してリ
フトオフすることにより、第１図に示す超伝導量子干渉
素子の構造、すなわち超伝導リング４からバンク部５ま
でを結ぶブリッジ素子３を形成した。最後に、酸素雰囲
気中で４００℃の温度で２時間の熱処理を行なってブリ
ッジ素子３とバンク部５との超伝導コンタクトをとり、
量子干渉素子の形成を終わった。
ｍｍφ、 ５ｍｍ厚、ＭｌはＳｒあるいはＢａｓ Ｍ２
はＢｅ、ＭｇあるいはＣａ）を用いて５Ｐａの静ガス中
で１００−の電力を印加してｒｆマグネトロンスパッタ
リングにより、６５０℃に加熱した５ｒＴｉ（ｈ基板上
に酸化物超伝導単結晶薄膜を６００ｎｍの厚さに形成し
た。次にレジストコート・露光・現像を行ない、Ａｒに
よるイオンミリングで酸化物単結晶薄膜を加工して１５
０μｍＸ１５０μｍの正方形のホールと正方形の一辺の
中央から外側に向かってまっすぐ延びてリングの外側に
通じる２０μｍ幅のスリットを含む超伝導リングおよび
ブリッジのバンク部を形成した。次に、ブリッジのパタ
ーニング用のレジストステンシルをへＺ１４７０フォト
レジストにより形成し、電子ビーム蒸着法により３００
ｎｍの厚さのＡｕ電電画薄膜同一のターゲットを用いて
室温でｒｆマグネトロンスパッタにより４００ｎｎのＢ
ｉ：Ｍｌ−Ｍ２−Ｃｕ−０酸化物多結晶薄膜、続いて電
子ビーム蒸着法により２００ｎｍのＩｎ電極薄膜を多層
膜として形成し、アセトンによりレジストを溶解してリ
フトオフすることにより、第１図に示す超伝導量子干渉
素子の構造、すなわち超伝導リング４からバンク部５ま
でを結ぶブリッジ素子３を形成した。最後に、酸素雰囲
気中で４００℃の温度で２時間の熱処理を行なってブリ
ッジ素子３とバンク部５との超伝導コンタクトをとり、
量子干渉素子の形成を終わった。
この量子干渉素子の性能を表１に示す。すなわち、表１
は、Ａｕ、 Ｉｎ金属薄膜電極を有する多結晶薄膜によ
る超伝導ブリッジ素子と単結晶薄膜によるインダクタン
スで構成された量子干渉素子の性能を示す。表１に見ら
れるように、この素子では、インダクタンス部としての
超伝導リングに単結晶薄膜を用いているために、結晶粒
界での量子化磁束線の運動による磁束雑音は発生しない
ことが確認されている。また、結晶粒界におけるピン止
めによるインダクタンスの変化にともなうバイアス点の
変動も観測されなかった。さらに、金属薄膜電極の効果
により、ブリッジ素子の結晶粒界での磁束のピン止め等
は防止できた。第３図に、本実施例による量子干渉素子
の磁束−電圧特性（φ−Ｖ特性）を示す。
は、Ａｕ、 Ｉｎ金属薄膜電極を有する多結晶薄膜によ
る超伝導ブリッジ素子と単結晶薄膜によるインダクタン
スで構成された量子干渉素子の性能を示す。表１に見ら
れるように、この素子では、インダクタンス部としての
超伝導リングに単結晶薄膜を用いているために、結晶粒
界での量子化磁束線の運動による磁束雑音は発生しない
ことが確認されている。また、結晶粒界におけるピン止
めによるインダクタンスの変化にともなうバイアス点の
変動も観測されなかった。さらに、金属薄膜電極の効果
により、ブリッジ素子の結晶粒界での磁束のピン止め等
は防止できた。第３図に、本実施例による量子干渉素子
の磁束−電圧特性（φ−Ｖ特性）を示す。
１０ｍｍ Ｘ １０ｍｍの５ｒＴｉＯ＝単結晶基板（０
０１）面を用意して、高Ｔｃ酸化物超伝導多結晶薄膜を
Ｐｄとｐｔの金属薄膜電極で挟んだ構造の酸化物超伝導
ブリッジ素子と高Ｔｃ酸化物超伝導単結晶薄膜を用いた
インダクタンスにより構成される超伝導量子干渉素子を
作製し、その性能を評価した。
０１）面を用意して、高Ｔｃ酸化物超伝導多結晶薄膜を
Ｐｄとｐｔの金属薄膜電極で挟んだ構造の酸化物超伝導
ブリッジ素子と高Ｔｃ酸化物超伝導単結晶薄膜を用いた
インダクタンスにより構成される超伝導量子干渉素子を
作製し、その性能を評価した。
まず、Ｍｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０ターゲツト（１００
ｍｍφ、 ５ｍｍ厚、Ｍｌは■族金属Ｓｃ、 Ｖ、 Ｌ
ａ、 Ｃｅ、 Ｐｒ、 Ｎｄ、 Ｓｍ、 Ｐｍ、 Ｅｕ
、 Ｔｂ＋ Ｄ）’＋ Ｈｏ、 Ｅｒ、 Ｙｂ、 Ｌｕ
＋ Ｂ＋ ＡＩ＋ Ｇａ＋ Ｉｎ、 ＴＩの中から選ば
れた１種以上の金属）を用いて７００℃に加熱した５ｒ
Ｔｉ０３基板上にｒｆマグネトロンスパッタリングによ
り６００ｎｍのＭｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０酸化物超伝
導単結晶薄膜を形成（＾ｒガス圧５Ｐａ、ｒｆ電力２０
０Ｗ） した。次にレジストコート・露光・現像を行な
い、Ａｒによるイオンミリングで酸化物単結晶薄膜を加
工してｌｍｍＸ１ｍｍの正方形状のリングパターンの中
に２００μｍｘ２００μｍの正方形のホールとホールを
構成する正方形の一辺の中央から外側に向かってまっす
ぐ延びてリングの外側に通じる１０μｍ幅のスリットを
含む超伝導リングおよびブリッジ素子のバンク部を形成
した。次に、ＡＺ１４７Ｑフォトレジストを用いてブリ
ッジ素子をバターニングするためのレジストステンシル
を形成した後、Ｐｄ薄膜を電子ビーム蒸着法により２０
０ｎｍの厚さに形成し、続いて、酸化物単結晶薄膜の形
成と同一のターゲットを用いて室温でｒｆマグネトロン
スパッタにより４００ｎｒｍの旧−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−
０酸化物多結晶薄膜、さらに、電子ビーム蒸着法により
１１００ｎのｐｔ電極薄膜を多層膜として形成し、アセ
トン中でレジストを溶解して不要部をリフトオフしてバ
ターニングし、超伝導リングからバンク部までを結ぶブ
リッジ素子を形成した。最後に、酸素雰囲気中で６００
℃の温度で３時間の熱処理を行なってブリッジ素子とバ
ンク部との超伝導コンタクトをとり、量子干渉素子の形
成を終わった。
ｍｍφ、 ５ｍｍ厚、Ｍｌは■族金属Ｓｃ、 Ｖ、 Ｌ
ａ、 Ｃｅ、 Ｐｒ、 Ｎｄ、 Ｓｍ、 Ｐｍ、 Ｅｕ
、 Ｔｂ＋ Ｄ）’＋ Ｈｏ、 Ｅｒ、 Ｙｂ、 Ｌｕ
＋ Ｂ＋ ＡＩ＋ Ｇａ＋ Ｉｎ、 ＴＩの中から選ば
れた１種以上の金属）を用いて７００℃に加熱した５ｒ
Ｔｉ０３基板上にｒｆマグネトロンスパッタリングによ
り６００ｎｍのＭｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０酸化物超伝
導単結晶薄膜を形成（＾ｒガス圧５Ｐａ、ｒｆ電力２０
０Ｗ） した。次にレジストコート・露光・現像を行な
い、Ａｒによるイオンミリングで酸化物単結晶薄膜を加
工してｌｍｍＸ１ｍｍの正方形状のリングパターンの中
に２００μｍｘ２００μｍの正方形のホールとホールを
構成する正方形の一辺の中央から外側に向かってまっす
ぐ延びてリングの外側に通じる１０μｍ幅のスリットを
含む超伝導リングおよびブリッジ素子のバンク部を形成
した。次に、ＡＺ１４７Ｑフォトレジストを用いてブリ
ッジ素子をバターニングするためのレジストステンシル
を形成した後、Ｐｄ薄膜を電子ビーム蒸着法により２０
０ｎｍの厚さに形成し、続いて、酸化物単結晶薄膜の形
成と同一のターゲットを用いて室温でｒｆマグネトロン
スパッタにより４００ｎｒｍの旧−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−
０酸化物多結晶薄膜、さらに、電子ビーム蒸着法により
１１００ｎのｐｔ電極薄膜を多層膜として形成し、アセ
トン中でレジストを溶解して不要部をリフトオフしてバ
ターニングし、超伝導リングからバンク部までを結ぶブ
リッジ素子を形成した。最後に、酸素雰囲気中で６００
℃の温度で３時間の熱処理を行なってブリッジ素子とバ
ンク部との超伝導コンタクトをとり、量子干渉素子の形
成を終わった。
この量子干渉素子の性能を表２に示す。すなわち、表２
は、Ｐｄ、 Ｐｔ金属薄膜電極を有する多結晶薄膜によ
る超伝導ブリッジ素子と酸化物単結晶薄膜によるインダ
クタンスで構成された量子干渉素子の性能を示す。表２
に見られるように、この素子では、インダクタンス部と
しての超伝導リングに単結晶薄膜を用いているために、
結晶粒界での量子化磁束線の運動による磁束雑音は発生
しないことが確認されている。また、結晶粒界における
ビン止めによるインダクタンスの変化にともなうバイア
ス点の変動も観測されなかった。さらに、金属薄膜電極
の効果により、ブリッジ素子の結晶粒界での磁束のピン
止め等は防止できた。
は、Ｐｄ、 Ｐｔ金属薄膜電極を有する多結晶薄膜によ
る超伝導ブリッジ素子と酸化物単結晶薄膜によるインダ
クタンスで構成された量子干渉素子の性能を示す。表２
に見られるように、この素子では、インダクタンス部と
しての超伝導リングに単結晶薄膜を用いているために、
結晶粒界での量子化磁束線の運動による磁束雑音は発生
しないことが確認されている。また、結晶粒界における
ビン止めによるインダクタンスの変化にともなうバイア
ス点の変動も観測されなかった。さらに、金属薄膜電極
の効果により、ブリッジ素子の結晶粒界での磁束のピン
止め等は防止できた。
５ｒＴｉ０３単結晶基板（１ａｎ Ｘ １ ａｍ） （
００１）面を用意して、高Ｔｃ酸化物超伝導多結晶薄膜
をＲｅとＡｇの金属薄膜電極で挟んだ構造の酸化物超伝
導ブリッジ素子と高７’ｃ酸化物超伝導単結晶薄膜を用
いたインダクタンスにより構成される超伝導量子干渉素
子を作製し、その性能を評価した。
００１）面を用意して、高Ｔｃ酸化物超伝導多結晶薄膜
をＲｅとＡｇの金属薄膜電極で挟んだ構造の酸化物超伝
導ブリッジ素子と高７’ｃ酸化物超伝導単結晶薄膜を用
いたインダクタンスにより構成される超伝導量子干渉素
子を作製し、その性能を評価した。
まず、Ｍｌ−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０ターゲツト（１００
ｍｍφ、 ５ｍｍ厚、旧はＳｉ、Ｇｅ＋Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔ
Ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ＋Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ａの中から選ばれた１種以上の元素）を用いて５Ｐａの
Ａｒガス中で２００−の電力を印加してｒｆマグネトロ
ンスパッタリングにより、７８０℃に加熱した５ｒＴｔ
０３基板上に酸化物超伝導単結晶薄膜を７００ｎｍの厚
さに形成した。次に、レジストコート・露光・現像を行
ない、Ａｒによるイオンミリングで酸化物単結晶薄膜を
加工してｌｍｍＸ１ｍｍの正方形状のリングパターンの
中に２００μｍＸ２００μｍの正方形のホールとホール
を構成する正方形の一辺の中央から外側に向かってまっ
すぐ延びてリングの外側に通じる１０μｍ幅のスリット
を含む超伝導リングおよびブリッジ素子のバンク部を形
成した。次に、ＡＺ１４７０フォトレジストを用いてブ
リッジ素子をバターニングするためのレジストステンシ
ルを形成した後、Ｒｅ薄膜を電子ビーム蒸着法により２
００ｎｍの厚さに形成し、続いて、酸化物単結晶薄膜の
形成と同一のターゲットを用いて室温でｒｆマグネトロ
ンスパッタにより４００ｎｍ（７）Ｍｌ−Ｓｒ−Ｃａ−
Ｃｕ−０酸化物多結晶薄膜、さらに電子ビーム蒸着法に
より１００ｎｍのＡｇ電極薄膜を多層膜として形成し、
アセトン中でレジストを溶解して不要部をリフトオフし
てパターニングし、超伝導リングからバンク部までを結
ぶブリッジ素子を形成した。最後に、酸素雰囲気中で５
００℃の温度で４時間の熱処理を行なってブリッジ素子
を多結晶超伝導体にすると共に、ブリッジ素子とバンク
部との超伝導コンタクトをとり、量子干渉素子の形成を
終わった。
ｍｍφ、 ５ｍｍ厚、旧はＳｉ、Ｇｅ＋Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔ
Ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ＋Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ａの中から選ばれた１種以上の元素）を用いて５Ｐａの
Ａｒガス中で２００−の電力を印加してｒｆマグネトロ
ンスパッタリングにより、７８０℃に加熱した５ｒＴｔ
０３基板上に酸化物超伝導単結晶薄膜を７００ｎｍの厚
さに形成した。次に、レジストコート・露光・現像を行
ない、Ａｒによるイオンミリングで酸化物単結晶薄膜を
加工してｌｍｍＸ１ｍｍの正方形状のリングパターンの
中に２００μｍＸ２００μｍの正方形のホールとホール
を構成する正方形の一辺の中央から外側に向かってまっ
すぐ延びてリングの外側に通じる１０μｍ幅のスリット
を含む超伝導リングおよびブリッジ素子のバンク部を形
成した。次に、ＡＺ１４７０フォトレジストを用いてブ
リッジ素子をバターニングするためのレジストステンシ
ルを形成した後、Ｒｅ薄膜を電子ビーム蒸着法により２
００ｎｍの厚さに形成し、続いて、酸化物単結晶薄膜の
形成と同一のターゲットを用いて室温でｒｆマグネトロ
ンスパッタにより４００ｎｍ（７）Ｍｌ−Ｓｒ−Ｃａ−
Ｃｕ−０酸化物多結晶薄膜、さらに電子ビーム蒸着法に
より１００ｎｍのＡｇ電極薄膜を多層膜として形成し、
アセトン中でレジストを溶解して不要部をリフトオフし
てパターニングし、超伝導リングからバンク部までを結
ぶブリッジ素子を形成した。最後に、酸素雰囲気中で５
００℃の温度で４時間の熱処理を行なってブリッジ素子
を多結晶超伝導体にすると共に、ブリッジ素子とバンク
部との超伝導コンタクトをとり、量子干渉素子の形成を
終わった。
この量子干渉素子の性能を表３に示す。すなわち、表３
は、Ｒｅ、 Ａｇ金属薄膜電極を有する酸化物多結晶薄
膜による超伝導ブリッジ素子と酸化物単結晶薄膜による
インダクタンスで構成された量子干渉素子の性能を示す
。表３に見られるように、この素子では、インダクタン
ス部としての超伝導リングに単結晶薄膜を用いているた
めに、結晶粒界での量子化磁束線の運動による磁束雑音
は発生しないことが確認されている。また、結晶粒界に
おけるピン止めによるインダクタンスの変化にともなう
バイアス点の変動も観測されなかった。さらに、金属薄
膜電極の効果により、ブリッジ素子の結晶粒界での磁束
のピン止め等は防止できた。
は、Ｒｅ、 Ａｇ金属薄膜電極を有する酸化物多結晶薄
膜による超伝導ブリッジ素子と酸化物単結晶薄膜による
インダクタンスで構成された量子干渉素子の性能を示す
。表３に見られるように、この素子では、インダクタン
ス部としての超伝導リングに単結晶薄膜を用いているた
めに、結晶粒界での量子化磁束線の運動による磁束雑音
は発生しないことが確認されている。また、結晶粒界に
おけるピン止めによるインダクタンスの変化にともなう
バイアス点の変動も観測されなかった。さらに、金属薄
膜電極の効果により、ブリッジ素子の結晶粒界での磁束
のピン止め等は防止できた。
５ｒＴｉＯｓ単結晶基板（１ｃｎ＋ Ｘ １ ｃｆｌＩ
） （００１）面を用意して、高Ｔｃ酸化物超伝導多結
晶薄膜によるブリッジ素子と高Ｔｃ酸化物超伝導単結晶
薄膜を用いたインダクタンスにより構成される超伝導量
子干渉素子を作製し、その性能を評価した。
） （００１）面を用意して、高Ｔｃ酸化物超伝導多結
晶薄膜によるブリッジ素子と高Ｔｃ酸化物超伝導単結晶
薄膜を用いたインダクタンスにより構成される超伝導量
子干渉素子を作製し、その性能を評価した。
まず、５ｒＴｉ０３基板上にＬａ−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
０ターゲツト（１００ｍｍφ、 ５ｍｍ厚）を用いて５
ＰａのＡｒガス中で２００にの電力を印加してｒｆマグ
ネトロンスパッタリングにより、７２０℃に加熱した基
板上に酸化物超伝導単結晶薄膜を１１０００ｎの厚さに
形成した。次に、レジストコート・露光・現像を行ない
、Ａｒによるイオンミリングで酸化物単結晶薄膜を加工
してｌｍｍＸ１ｍｍの正方形状のリングパターンの中に
２００μｍＸ２００μｍの正方形のホールとホールを構
成する正方形の一辺の中央から外側に向かってまっすぐ
延びてリングの外側に通じる１０μｍ幅のスリットを含
む超伝導リングおよびブリッジ素子のバンク部を形成し
た。次に、ＡＺ１４７０フォトレジストを用いてブリッ
ジ素子をパターニングするためのレジストステンシルを
形成した後、酸化物単結晶薄膜の形成と同一のターゲッ
トを用いて室温でｒｆマグネトロンスパッタにより４０
０ｎｍのＬａ−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０酸化物多結晶薄膜
を形成し、アセトン中でレジストを溶解して不要部をリ
フトオフしてパターニングし、超伝導リングからバンク
部までを結ぶブリッジ素子を形成した。最後に、酸素雰
囲気中で５００℃の温度で２時間の熱処理を行なってブ
リッジ素子を多結晶超伝導体にすると共に、ブリッジ素
子とバンク部との超伝導コンタクトをとり、量子干渉素
子の形成を終わった。
０ターゲツト（１００ｍｍφ、 ５ｍｍ厚）を用いて５
ＰａのＡｒガス中で２００にの電力を印加してｒｆマグ
ネトロンスパッタリングにより、７２０℃に加熱した基
板上に酸化物超伝導単結晶薄膜を１１０００ｎの厚さに
形成した。次に、レジストコート・露光・現像を行ない
、Ａｒによるイオンミリングで酸化物単結晶薄膜を加工
してｌｍｍＸ１ｍｍの正方形状のリングパターンの中に
２００μｍＸ２００μｍの正方形のホールとホールを構
成する正方形の一辺の中央から外側に向かってまっすぐ
延びてリングの外側に通じる１０μｍ幅のスリットを含
む超伝導リングおよびブリッジ素子のバンク部を形成し
た。次に、ＡＺ１４７０フォトレジストを用いてブリッ
ジ素子をパターニングするためのレジストステンシルを
形成した後、酸化物単結晶薄膜の形成と同一のターゲッ
トを用いて室温でｒｆマグネトロンスパッタにより４０
０ｎｍのＬａ−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０酸化物多結晶薄膜
を形成し、アセトン中でレジストを溶解して不要部をリ
フトオフしてパターニングし、超伝導リングからバンク
部までを結ぶブリッジ素子を形成した。最後に、酸素雰
囲気中で５００℃の温度で２時間の熱処理を行なってブ
リッジ素子を多結晶超伝導体にすると共に、ブリッジ素
子とバンク部との超伝導コンタクトをとり、量子干渉素
子の形成を終わった。
この量子干渉素子の性能を表４に示す。すなわち、表４
は、Ｌａ−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０酸化物多結晶薄膜によ
る超伝導ブリッジ素子とＬａ−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０酸
化物単結晶薄膜によるインダクタンスで構成された量子
干渉素子の性能を示す。表４に見られるように、この素
子では、インダクタンス部としての超伝導リングに単結
晶薄膜を用いているために、結晶粒界での量子化磁束線
の運動による磁束雑音は発生しないことが確認されてい
る。また、結晶粒界におけるピン止めによるインダクタ
ンスの変化にともなうバイアス点の変動も観測されなか
った。さらに、金属薄膜電極の効果により、ブリッジ素
子の結晶粒界での磁束のピン止め等は防止できた。
は、Ｌａ−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０酸化物多結晶薄膜によ
る超伝導ブリッジ素子とＬａ−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０酸
化物単結晶薄膜によるインダクタンスで構成された量子
干渉素子の性能を示す。表４に見られるように、この素
子では、インダクタンス部としての超伝導リングに単結
晶薄膜を用いているために、結晶粒界での量子化磁束線
の運動による磁束雑音は発生しないことが確認されてい
る。また、結晶粒界におけるピン止めによるインダクタ
ンスの変化にともなうバイアス点の変動も観測されなか
った。さらに、金属薄膜電極の効果により、ブリッジ素
子の結晶粒界での磁束のピン止め等は防止できた。
以上説明したように本発明は、多結晶酸化物超伝導薄膜
と金属薄膜を結合したブリッジ素子と単結晶酸化物超伝
導薄膜により形成した超伝導リングによるインダクタン
スを組み合わせて用いることにより、超伝導リングに結
晶粒界が存在しないため、量子化磁束線の通り道が存在
せず、熱励起にともなう磁束雑音の上昇を防止できる。
と金属薄膜を結合したブリッジ素子と単結晶酸化物超伝
導薄膜により形成した超伝導リングによるインダクタン
スを組み合わせて用いることにより、超伝導リングに結
晶粒界が存在しないため、量子化磁束線の通り道が存在
せず、熱励起にともなう磁束雑音の上昇を防止できる。
また、結晶粒界における量子化磁束線のピン止めがない
ため、インダクタンスの変化がなく、バイアス点の変動
を防止でき、低雑音で高性能の超伝導量子干渉素子を提
供できる。
ため、インダクタンスの変化がなく、バイアス点の変動
を防止でき、低雑音で高性能の超伝導量子干渉素子を提
供できる。
第１図は本発明による超伝導量子干渉素子の概念図、第
２図は酸化物超伝導体を用いた従来の超伝導量子干渉素
子の３０Ｋにおける磁束対電圧特性を示す特性図、第３
図は本発明による超伝導量子干渉素子の３０Ｋにおける
磁束対電圧特性を示す特性図である。 １・・・多結晶薄膜、２・・・金属薄膜、３・・・ブリ
ッジ素子、４・・・超伝導リング、５・・・バンク部。 第１図 φ ≧束
２図は酸化物超伝導体を用いた従来の超伝導量子干渉素
子の３０Ｋにおける磁束対電圧特性を示す特性図、第３
図は本発明による超伝導量子干渉素子の３０Ｋにおける
磁束対電圧特性を示す特性図である。 １・・・多結晶薄膜、２・・・金属薄膜、３・・・ブリ
ッジ素子、４・・・超伝導リング、５・・・バンク部。 第１図 φ ≧束
Claims (2)
- （１）高臨界温度酸化物多結晶超伝導薄膜と金属薄膜と
によるブリッジ素子と、高臨界温度酸化物単結晶超伝導
薄膜によるインダクタンスとを結合した基本構造の超伝
導量子干渉素子。 - （２）インダクタンスを形成するための高臨界温度超伝
導単結晶薄膜を形成し、ブリッジ素子を形成するための
高臨界温度酸化物超伝導多結晶薄膜を形成して前記高臨
界温度超伝導単結晶薄膜と高臨界温度酸化物超伝導多結
晶薄膜を超伝導的に接触させる超伝導量子干渉素子の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63197742A JPH0246781A (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 超伝導量子干渉素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63197742A JPH0246781A (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 超伝導量子干渉素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0246781A true JPH0246781A (ja) | 1990-02-16 |
Family
ID=16379588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63197742A Pending JPH0246781A (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 超伝導量子干渉素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0246781A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03228381A (ja) * | 1990-02-02 | 1991-10-09 | Hitachi Ltd | 超電導素子 |
| JPH07106645A (ja) * | 1993-09-30 | 1995-04-21 | Hitachi Ltd | 超電導量子干渉素子 |
-
1988
- 1988-08-08 JP JP63197742A patent/JPH0246781A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03228381A (ja) * | 1990-02-02 | 1991-10-09 | Hitachi Ltd | 超電導素子 |
| JPH07106645A (ja) * | 1993-09-30 | 1995-04-21 | Hitachi Ltd | 超電導量子干渉素子 |
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