JPH0256980A - マイクロブリッジの製造方法及びｄｃ−ｓｑｕｉｄの製造方法 - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は酸化物超伝導薄膜のＤＣ−ＳＱＵＩＤの製造方
法に関する。

（ロ）従来の技術 ジョセフソン素子の磁場に敏感な性質を利用したセンサ
としてのＳ　Ｑ　Ｕ　Ｉ　Ｄ　（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕ
ｃｔｉｎｇｑｕａｎｔｕｍ　１ｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
　ｄｅｖｉｃｅ）は、酸化物超伝導体、たとえばＢａ−
Ｙ−Ｃｕ−０系超伝導体が窒素の液体温度以上で超伝導
状態を示すことが発見された後、この超伝導体の応用と
して最も有望視されているものの１つであり、その製造
方法について種々研究きれている。その研究成果の１つ
に、論文’　Ｄ　Ｃ−Ｓ　Ｑ　Ｕ　Ｉ　Ｄ　ｔｐｉｔｈ
　Ｈｉｇｈ−ＣｒｉｔｉｃａｌＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
　０ｘｉｄｅ−８ｕｐｅｒｃｏｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｌｍ
、　（Ｈ。

Ｎ　ａｋａｎｅ池４名）（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒ
ｎａｌ　ｏｆ　ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ、Ｖｏｌ
、２６．Ｎｏ、１１．１９８７年１１月、　ｐｐ、　Ｌ
Ｌ９２５〜Ｌ１９２６）がある。

この論文におけるＤＣ−５ＱＵＩＤの作成は次のとおり
である。すなわち、ｒｆ’−マグネトロンスパッタリン
グ法により、Ｂ　ａＣｕｏ　２とＹ２Ｃｕ２Ｏ５をター
ゲツト材として、強制加熱をしていないＭｇＯ（１００
）基板上にＢａＣｕＯ２薄膜とＹ２　Ｃｕ２０ｓ薄膜を
堆積許せ、その直後に酸素雰囲気下で９００℃２時間の
アニール処理を施こし、ＢａＣｕＯ２とＹ２Ｃｕ２Ｏ５
の化学反応により超伝導薄膜ＹＢａｚ　Ｃｕ３０７−８
を形成する。この薄膜丘に通常の写真印刷システムによ
ってフォトレジストパターンを形成し、硝酸の１％水溶
液を用いて化学エツチング法により５ＱＵＩＤパターン
を形成するものである。このようにして作成した５ＱＵ
ＩＤにおける化学エツチングによる孔は１ｍｍ８０．２
１１１１である。

（ハ）発明が解決しようとする課題 ところがこの化学上・ソチング法による５ＱＵＩＤの製
造方法は、化学エッグーングを行うために水溶液を必要
とし、酸化物超伝導薄膜にとって好ましくない、その理
由は、酸化物超伝導薄膜が水と反応して超伝導特性を劣
化するからである。

また、化学エツチング法においては、基板上に形成した
薄膜にフォトレジストパターンによりマスキングを施こ
す必要があり、製造上煩わしいだけでなく、薄膜のサイ
ドエツチングが生じ、フォトレジストパターンとの寸法
シフトが生じ、おのずと化学エツチングにより形成され
る孔が大きくなり、微弱な磁場に対する感知精度のよい
５ＱＵＩＤを形成し難いものであった。

一方、基板上に作成した酸化物超伝導体薄膜を、サブミ
クロンオーダーの微細加工を行うには、酸化物超伝導薄
膜としてはその結晶粒界が成長していないことが望まし
い。

本発明はかかる点に鑑み発明されたものにして、基板上
に酸化物超伝導薄膜を形成し、この薄膜に水溶液を用い
ることなく、孔を形成すると共にこの孔の周囲の薄膜の
超伝導性を損うことのないＤＣ−ＳＱＵＩＤの製造方法
を提供することを目的とする。

（ニ）　課題を解決するための手段 本発明は基板上にＴｐ系酸化物超伝導薄膜を形成する工
程と、この薄膜に集束イオンビームによるスパッタエツ
チングにて基板に到達しない孔を形成してマイクロブリ
ッジを作製する工程とによりＤＣ−ＳＱＵＩＤを形成す
るものである。

（ホ）作用 基板上に形成したＴ２系酸化物超伝導薄膜に、集束イオ
ンビームによるスパッタエツチングにて基板に到達しな
い孔を形成するため、酸化物超伝導体にとって不都合な
水を使用する必要がない。

また、スパγタエツをングに際して前記薄膜上にマスキ
ングを施こす必要がないと共に化学エツチング時に生ず
るサイドエツチングも生じなく、前記孔を化学エツチン
グを施こすものに比し相対的に小さくすることができ、
感知し得る磁界強度をより小さくすることができる。特
に前記孔が基板に到達しないものであるため、基板に到
達する孔を形成するときのように、スパッタエツチング
時に集束イオンビームが前記孔の周囲の薄膜に照射きれ
ることにより、この周囲の薄膜の結晶構造がくずれて実
質的に孔が大きくなることはない。

また、基板上に、形成される酸化物超伝導薄膜がアニー
ル処理を施こすことなく形成されるものにあっては、こ
の薄膜の結晶粒界が成長していないので、前記スパッタ
エツチングによる微細加工が可能となり、前記孔をより
小さくすることができる。

（へ）　実施例 本発明の一実施例を図面に基いて説明する。

第１図は本発明により製造したＤＣ−ＳＱＵＩＤの斜視
図であり、第２図は同平面図である。これらの図面にお
いて、基板（１）上にＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の
酸化物超伝導薄膜（２）が形成され、この薄膜に孔く３
）及びマイクロブリッジ（４）（４）が形成されている
。

このＤＣ−ＳＱＵＩＤは次のように形成される。

まず、基板（１）上に酸化物超伝導薄膜（２）をｒｒ−
スパッタリング法により対向電極である陽陰極の内、陽
極は接地きれると共にその上に超伝導薄膜を堆積させる
基板（１）が置かれ、陰極は超伝導焼結体からなるター
ゲツト材から構成しており、負の高い電圧が印加されて
いる。

実施例では基板（１）としてＭｇ０（１００）を用いた
が、Ａｊ２ｚＯｓ（す７フイア）、ＹＳｚ（イツトリア
で安定化したジルコニア）あるいはＳ　ｒＴ　ｉｏ　３
（チタン酸ストロンチウム）結晶を用いてもよい。

また、実施例では基板（１）を６００℃に加熱し、基板
（１）上に形成される薄膜が、アニール処理を旅こすこ
となく、ＴＲ２Ｂａａ　Ｃａ２Ｃｕ：＋　Ｏｘの酸化物
超伝導薄膜になるように、ターゲツト材の組成をＴ１３
Ｂａ２Ｃａｚ　Ｃｕ＋　Ｏｘとした。

かくして基板（１）上に膜厚２卿のＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−
Ｃｕ−０系の酸化物超伝導薄膜（２）を作製した。

この薄膜（２）の電気抵抗特性を測定したところ、Ｔ　
ｃ（ｅｎｄ）＝　９８にで超伝導転移が観測された。

また、この薄膜（２）のＸ線回折テストを行なったとこ
ろ、この薄膜はペロブスカイトに類似の構造であり、Ｃ
軸配向していることが確認された。

次にこの薄膜（２）に集束イオンビームによるスパッタ
エツチングにて孔（３）を形成してマイクロブリッジ（
４）（４）を作製した。すなわち、薄膜く２）を形成し
た基板（１）を集束イオンビーム装置の試料ステージ上
に載置し、Ａｕをイオン源として用い、加速電圧８０Ｋ
Ｖ、　　ドーズ量５Ｘ１０１フイオン／ｃＩＴ１２とし
てスパッタエツチングを行った。２つの各マイクロブリ
ッジ（４）（４）の幅は２０−のものを得た。この場合
に、第２図の■−■断面図である第３図に示すように、
孔〈３）は基板（１）に到達しない深さであり、実施例
では０５〜１．０ＩＪＴ１１にした。

孔（３）の底部に残る膜（５）は、集束イオンビームの
拡散及び基板〈１）との相互拡散で超伝導特性が劣化し
ていると考えられる。統い工、酸素雰囲気中で９４０℃
２分間アニール処理を行−った。

このようにして形成したＤＣ−５ＱＵＩＤに磁場を付与
したところ、磁束の量子干渉効果による電圧の振動が観
測された。温度を変えたときの磁場−電圧特性を第４図
に示す、この図面中Ｔは温度であり、Ｉ８はＤＣ−ＳＱ
ＵＩＤのバイアス電流である。この図面から明らかなよ
うに９５Ｋにおいては量子干渉効果を観測することがで
きた。

以上の実施例において基板（１）上にアニール処理を施
こすことなく、酸化物超伝導薄膜（２）を形成する方法
として、特別なターゲツト材を使用したｒｆ−スパッタ
リング法を用いたが、この方法に代って、固体酸素Ｒ（
分子状態で照射される酸化物、たとえばＳｂｚ　０３　
、Ａｓａ　０３　）を１つの蒸発源として使用し、ＴＲ
，Ｂａ、Ｃａ及びＣｕの各蒸発源と併用して、基板上に
各原子又は分子を堆積させるＭｏ１ｅｃｕｌａｒ　Ｂｅ
ａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ法を用いてもよい。

また、基板上にアニール処理によって形成した酸化物超
伝導薄膜に前述の集束イオンビームによるスパッタエツ
チングを行う場合には、前記孔の寸法は、重連の従来例
のものより小さいが、前述の実施例のものより大きくな
る。

基板上にアニール処理によって酸化物超伝導薄膜を形成
するには、次のようにすればよい、前述の実施例におけ
るｒｆ’−スパッタリング法でターゲツト材としてＴｆ
３Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３０ｘ系酸化物超伝導材を使用して
、基板上にスパッタリングして基板上に薄膜をたとえば
２ｕｎ＋形成する。この状態ではこの薄膜は超伝導性を
示さない、その後、この基板上の薄膜を、たとえば酸素
雰囲気中で９４０℃２分間アニール処理を行い急冷する
。かくして得た薄膜は超伝導性を示す。

このようにアニール処理により作成した酸化物超伝導薄
膜は、その結晶粒界がアニール処理により成長するため
、集束イオンビームによるスパッタエンチングを行うと
き微細加工に限界があり、前述の実施例のように結晶粒
界が成長していない酸化物超伝導薄膜に対するものに比
し、前記孔の寸法が大きくなる。

（ト）　発明の効果 本発明は、基板上にＴρ系酸化物超伝導薄膜を形成する
工程と、この薄膜に集束イオンビームによるスパッタエ
ツチングにて基板に到達しない孔を形成してマイクロブ
リッジを作製する工程とにより、ＤＣ−ＳＱＵＩＤを形
成するものであるから、従来の化学エツチング法におい
て使用する水溶液は不要となり、酸化物超伝導薄膜の超
伝導特性特にＴｃ特性の劣化がない。

また、前記孔及びマイクロブリッジの形成にマスキング
が不要となり、さらに化学エツチング法において生ずる
サイドエ・／チングも生じないので、前記孔及びマイク
ロブリッジの寸法精度を高めることができ、これらの寸
法をより小さくすることにより、磁場の感知精度を高め
ることができる。特に前記孔が基板に到達しないもので
あるため、基板に到達する孔を形成するときのように、
スバ・ツタエツチング時に集束イオンビームが前記孔の
周囲の薄膜に照射されることにより、この周囲の薄膜の
結晶構造がくずれて実質的に孔が大きくなることはない
。

きらに、基板上の酸化物超伝導薄膜を、アニル処理を施
こすことなく形成する場合には、この薄膜の結晶粒界が
成長していないので、前記孔の中法をより小さくするこ
とができ、磁場の感知精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明により製造したＤＣ−ＳＱＵＩＤの斜視
図、第２図は同平面図、第３図は第２図のｍ−ｍ断面図
、第４図はＤＣ−ＳＱＵＩＤの磁場−電圧特性図である
。 （１）・・・基板、（２）・・・酸化物超伝導薄膜、（
３）・・・孔、（４）（４）・・・マイクロブリッジ。 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上にＴｌ系酸化物超伝導薄膜を形成する工程
   と、 　この薄膜に集束イオンビームによるスパッタエッチン
   グにて基板に到達しない孔を形成してマイクロブリッジ
   を作製する工程と、 によりＤＣ−ＳＱＵＩＤを形成するＤＣ−ＳＱＵＩＤの
   製造方法。
2. （２）基板上の酸化物超伝導薄膜がアニール処理を施こ
   すことなく形成されるものである請求項（１）のＤＣ−
   ＳＱＵＩＤの製造方法。