JPH03101176A - 超電導素子 - 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】 【産業上の利用分野】

本発明は酸化物超電導体に係り、特に、酸化物超電導体
と金属や半導体で構成される超電導素子に関する。

【従来の技術】

酸化物超電導体が発見されて以来、各種の素子への応用
が試みられてきている。第１図に示す超電導トランジス
タはその代表的なものである。この素子の構造は、半導
体（１１）のうえに、ソースとなる酸化物超電導体（１
２）、絶縁体（１３）をかいしてゲートとなる酸化物超
電導体（１４）、ドレインとなる酸化物超電導体（１５
）を作成した構造である。そして、動作原理はソースと
トレインの間の半導体にしみだした超電導電子の挙動を
ゲート電位で制御するというものである。このため、本
素子は高速動作が可能であり、かつ、消費電力が少ない
という特長をゆうしている。しかしながら、従来の酸化
物超電導体の作成技術では、シリコンやガリウム砒素な
どの半導体として優れた特性を有する材料を基板として
本素子を作成することはできない。すなわち、瀬恒らが
記述しているように、シリコンにＹ７Ｂａ−Ｃｕ−０系
超電導薄膜を作成するとクラックの発生やシリコンと超
電導体との反応がおこり、超電導体やシリコンが変性し
てしまう　（瀬恒謙太部著二酸化物超伝導体の化学、　
Ｐ、　１７５　＠談社発行（１９８８））。 また、従来の半導体のトランジスタの配線を酸化物超電
導体とすることにより動作速度を向上することができる
。しかしながら、この場合でも、従来の酸化物超電導体
で得られている技術では上記のような変性が起こり、酸
化物超電導体は配線として利用できない。さらに超電導
配線の場合。 金属と酸化物超電導体との間に電気的接続を設けること
が必要となることもあるが、同じく金属と酸化物超電導
体との反応や金属の酸化が起こり、超電導配線は実現で
きない。 ［発明が解決しようとする課題１ 上記のように、金属や半導体の上に酸化物超電導体を直
接作成すると、超電導体、金属、半導体が変性し、その
結果、超電導体と金属ないし半導体は電気的には絶縁さ
れた状態となるため素子の作成は不可能となる。 本発明が解決しようとする課題は金属や半導体の上に酸
化物超電導体を良好な電気的接続を有する状態で作成す
る技術を提供することである。 ［課題を解決するための手段１ 上記の課題は、酸化物超電導体と金属ないし半導体との
間にホウ化物の中間層を設けた超電導素子により解決さ
れる。 ホウ化物は、周期率表のｍａ族のホウ化物、ランタノイ
ドを含むｍａ族のホウ化物、ＩＩａ族ないしランタンノ
イドを含むｍａ族を構成元素の一部とするホウ化物が良
い。 半導体としては、シリコン、ゲルマニウム等が用いられ
る。 酸化物超電導体と金属ないし半導体の間にホウ化物の中
間層を設けることにより、酸化物超電導体と金属ないし
半導体との間に良好な電気的接続を実現作成できる。こ
れは、ホウ化物のもつ、導電性である、化学的に非常に
安定である、金属や半導体のうえに緻密な膜が作成でき
る、という優れた特性に起因する。 本発明の超電導素子は上記特徴を有するため、情報処理
装置、情報記録装置、各種センサ、医療３− 診断装置等に利用することができる。 〔作用〕 ホウ化物を中間層とすると、（１）酸化物超電導体を作
成したあとでもホウ化物は導電性のままであるために酸
化物超電導体と金属や半導体との間に電気的導通状態が
確保されるという作用、（２）表面が被覆されるため金
属や半導体の変性が防止される作用が得られ、その結果
、酸化物超電導体と金属ないし半導体との間に良好な電
気的接続が実現される。

【実施例】

以下、実施例をあげて本発明を説明する。 ［実施例１］ 本発明に基づく試料として、第２図のようなシリコン基
板（２１）上に空隙をはさんで対向した六ホウ化ランタ
ン薄膜（２２）とＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系超電導薄膜（２
３）を作成した。六ホウ化ランタン薄膜の作成には電子
ビーム蒸着法、パターンニングには電子線描画法を用い
、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系超電導薄膜の作成には有機金属
を原料とする化学気相成長法、パターン一 ニングにはエキシマレーザによるエツチング法を用いた
。超電導薄膜作成時の基板温度は６５０℃である。六ホ
ウ化ランタンの膜厚は約３０人、超電導薄膜の膜厚は約
２０００人、薄膜間の空隙の幅は約４００人である。ま
た、比較例として、六ホウ化ランタン薄膜を形成せずに
直接シリコン基板上に超電導薄膜を作成した試料も作成
した。 上記の六ホウ化ランタンを中間層として形成した試料と
形成していない試料の両者について、対向する超電導薄
膜間の抵抗値の温度依存性を４．２Ｋまで冷却して測定
した。その結果、六ホウ化ランタンを中間層として形成
した試料では約７０にで超電導薄膜間の抵抗はほぼ零抵
抗となるが、一方、六ホウ化ランタンを中間層として形
成していない試料では４．２Ｋまで冷却しても零抵抗状
態とはならないことがわかった。すなわち、六ホウ化ラ
ンタンを中間層として用いることにより、超電導体とシ
リコンとの電気的接続が確保され、シリコンに超電導電
子がしみだすことがあきらかとなった。 なお、この結果は第１図のような超電導トランジスタが
本発明を用いることにより実現できることを示している
。 ［実施例２］ 実施例１と同様の構造で、中間層にバリウム、ストロン
チウム、イツトリウム、セリウムの六ホウ化物薄膜を用
いた試料を作成した。六ホウ化物薄膜の作成は実施例１
と同様であり、また、超電導体の作成法、パターンユン
グ法もまた実施例１と同様である。 これらの試料について、対向する超電導薄膜間の抵抗値
の温度依存性を４．２Ｋまで冷却して測定冷却したとこ
ろ、いずれも約７０Ｋから５０にで超電導薄膜間の抵抗
はほぼ零抵抗となった。すなわち、これらの六ホウ化物
も中間層として有効であることが示された。 ［実施例３］ ガリウム砒素を基板とし、中間層をランタン、バリウム
、ストロンチウム、イツトリウム、セリウムの六ホウ化
物薄膜とした実施例１と同様の構造の試料を作成した。 また、比較例として、中間層を作成せず、直接基板上に 超電導体を作成した試料も作成した。六ホウ化物の作成
法とパターンユング法は実施例１と同様とし。 超電導体の作成法には反応性蒸着法を用いた。超電導体
作成時の基板温度は５５０℃とした。 これらの試料について、対向する超電導薄膜間の抵抗値
の“温度依存性を４．２Ｋまで冷却して測定冷却したと
ころ、六ホウ化物を中間層として形成した試料では超電
導薄膜間の抵抗はいずれも約７０Ｋから５０にでほぼ零
抵抗となったが、中間ｊ−を形成しなかった試料では４
．２にでも零抵抗状態とはならなかった。 この結果から、基板にガリウム砒素を用いても、六ホウ
化物の中間層としての効果は実現できることがわかる。 ［実施例４］ 本発明に基づく試料として、第３図のような、酸化マグ
ネシウム単結晶基板（３１）上に空隙をはさんで対向し
た金薄膜（３２）、ニオブ薄膜（３３）、六ホウ化ラン
タン薄膜　（３４）を作成し、さらにその間７− を結ぶようにＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系超電導薄膜（３５）
を作成した。金薄膜、ニオブ薄膜、六ホウ化ランタン薄
膜の作成には電子ビーム蒸着法、パターンニングには電
子線描画法を用い、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系超電導薄膜の
作成には有機金属を原料とする化学気相成長法、パター
ンニングにはエキシマレーザによるエツチング法を用い
た。超電導薄膜作成時の基板温度は６５０℃である。金
薄膜、ニオブ薄膜、六ホウ化ランタン薄膜の膜厚は　　
約１０００人、　２０００人、３０人、薄膜間の空隙の
幅は約５ｍｍ、超電導薄膜の膜厚は約２０００人である
。また、比較例として、六ホウ化ランタン薄膜を形成せ
ずに直接ニオブ薄膜上に超電導薄膜を作成した試料も作
成した。 これらの六ホウ化ランタン中間層を形成した試料と形成
していない試料の両者について、対向するニオブ薄膜間
の抵抗値と対向する金薄膜間の抵抗値の温度依存性を４
．２Ｋまで冷却して測定した。 その結果、六ホウ化ランタンを中間層として形成した試
料では対向するニオブ薄膜間の抵抗値は約７０にで消失
し、対向する金薄膜間の抵抗値は８にで８− 消失した。一方、六ホウ化ランタンを中間層として形成
していない試料では４．２Ｋまで冷却しても対向するニ
オブ薄膜間の抵抗は零抵抗状態とはならなかった。 上記の結果から、六ホウ化ランタンを中間層として用い
ることにより、超電導体とニオブとの電気的接続が確保
され、酸化物超電導体が配線として利用できることがあ
きらかとなった。 以上の実施例をあげて説明したように、ホウ化物を中間
層とすることにより酸化物超電導体と半導体ないし金属
との間に良好な電気的接続が実現できる。 なお、上記の実施例では、ホウ化物として最も化学的に
安定で導電性も高い六ホウ化物のみの結果を示したが、
他のホウ化物でも本発明の効果は実現できる。また、そ
の製法もとくに限定されるものではない。 ホウ化物の膜厚は緻密な膜が作成でき、かつ、超電導電
子がしみこめる膜厚以下であれば良いが、大電流素子や
高ｎｉ子に利用するには１０人〜１００人が好適であり
、１０人〜５０人である最も望ましい。 また、膜厚が不均一な場合でも、最も薄い部分の膜厚は
上記の条件を満足していれば１本発明の効果が実現でき
る。 酸化物超電導体についても、本発明の効果を実現するた
めに組成、構造、作成法が限定されることはない。ただ
し、上記実施例でしめしたような有機金属化学気相成長
法や反応性蒸着法などの低温プロセスはホウ化物への影
響が小さいためより望ましい。 また、同じく、金属や半導体についても本発明の効果を
実現するうえで種類、作成法が限定されることはない。

【発明の効果】

以上のように、本発明によれば、金属や半導体の上に酸
化物超電導体を良好な電気的接続を有する状態で作成す
ることが可能となる。このような電気的接続は、酸化物
超電導体を配線とする素子、ジョセフソン接合素子、超
電導電子波素子、超電導トランジスタ、磁気センサや光
センサをはじめとする各種センサの要素構造であり、本
発明によりこれらの素子の作成が可能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の詳細な説明するために示した超電導
トランジスタの構造の概念図である。第２図は、酸化物
超電導体と半導体と間に良好な電気的接合が形成できる
ことを示す実施例に用いた実験用素子の概念図である。 第３図は酸化物超電導体と金属との間に良好な電気的接
合が形成できることを示す実施例に用いた実験用素子の
概念図である。 符号の説明 インどなる酸化物超電導体、１３・絶縁体、２１・・・
シリコン基板、２２・・・六ホウ化ランタン薄膜、２３
・・Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系超電導薄膜、３１・・・酸化
マグネシウム単結晶基板、３２・・・金薄膜、３３・・
ニオブ薄膜、３４・・・六ホウ化ランタン薄膜、３５Ｙ
−Ｂａ−Ｃｕ−０系超電導薄膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化物超電導体と金属ないし半導体との間にホウ化
   物の中間層を設けた構造を有することを特徴とする超電
   導素子。 ２、上記ホウ化物が周期率表のIIａ族のホウ化物、ラン
   タノイドを含むIIIａ族のホウ化物、IIａ族ないしラン
   タノイドを含むIIIａ族を構成元素の一部とするホウ化
   物であることを特徴とする請求項１記載の超電導素子。 ３、上記半導体がシリコンまたはゲルマニウムであるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の超電導素子。