JPH03155682A - 超伝導薄膜スクイッドの製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明はＴｌ系高温超伝導薄膜を用いたスクイッド素子
の製造方法に関するものである。

〈従来の技術〉 Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０から構成されるＴｌ系化合
物は現在確認されている安定した酸化物超電導体の中で
は超伝導臨界温度が絶対温度１２５にと最も高い事が知
られている。そしてこのＴｌ系高温超伝導体を薄膜とし
て基板に付着させ。

ドライエツチングによりスクイッド素子を作成する事が
試みられている。

例えばｌ５ＥＣ−１９８９−ＤＥＩ−１に記載されたＩ
ＢＭのＷ、Ｊ、Ｇａｌｌａｇｈｅｒ等の論文では基板に
形成したＴ　１−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０Ｍをドライエツ
チングによりパターニングしてスクイッド素子を作製し
ている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記論文に記載された製造方法において
は次のような問題がある。

■　Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０薄膜をドライエツチン
グでパターニングするため、ドライエツチング装置が毒
性のあるＴｌで汚染される。

■　Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０Ｎ膜の膜厚は４μｍ程
度に形成されるが、ドライエツチングを行うとおよそ３
．５時間を要し作業効率が極めて悪い。

■　膜厚が４μｍと比較的厚い為ブリッジの長さ幅とも
にエツチングのパターン精度が悪くなる。

本発明は上記従来技術の課題に鑑みて成されたもので、
Ｔｌ系超伝導薄膜を用いてスクイッド素子を再現性よく
、安全にかつ短時間で製造することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するための本発明の構成は、Ｔｌ　　Ｂ
ａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系超伝導薄膜を用いたスクイッド素
子の製造方法において。

（ｉ）　　Ｂ　ａ　−Ｃａ　−Ｃｕ　−０が所定の割合
いで混合された薄膜を基板に付着させる工程と。

記（ｉ１）　　前記薄膜上にフォトレジスト膜を塗布し
、そのフォトレジス１〜膜を所望の形状にパターニング
する工程と。

個）　前記パターニングにより露出しな前記薄膜をイオ
ンミリングによりエツチングして前記基板を露出させる
工程と。

（ＩＶ）　　前記フォトレジスＩ・膜を除去する工程と
Ｍ　前記基板をＴｌを含むｏ２雰囲気中でアニールし、
前記Ｔｌを前記薄膜中に拡散させる工程と。

を含んで製造された事を特徴とするものである。

く作用〉 Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０膜にＴ　Ｉを拡散させる前にエツ
チングを行うので装置か汚染される恐れがない。また、
ＴＺを拡散させる前は膜厚が薄い（基板として５ｒＴｉ
０３を用いた場合約０．８μｍ、基板としてＭｇＯを用
いた場合約１．２μｍ）のでエツチング精度も高くなる
。

〈実施例〉 以下１本発明の製造方法について図面を参照して説明す
る。第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施例の構成を
示す概略製作上程図である。

工程記（ｉ） 基板１０の表面にＢａ２　Ｃａ２　Ｃｕ３０Ｘのターゲ
ツト材を用いスパッタにより薄Ｉ’ｌｌを付着させる。

　　　　　　　　　　　　　（図ａ参照）スパッタ条件
は例えば次の通りである。

容器中のＡ　ｒ　／　Ｏガス分圧比　＝２／１スパッタ
ガス圧力　：　３０　ｍ　’ｒｏｒｒターゲット材　　
　・ Ｂａ２　Ｃａ２　Ｃｕ３０ｘ 基板材質　　　　　：単結晶５ｒＴｉ０３；単結晶Ｍｇ
０ ＲＦｔ力　　　　　　、２００Ｗ 基板加熱　　　　　；２００〜３００℃スパッタ時間　
　　；３０分 工程記（ｉ１） 前記Ｂａ２　Ｃａ２　Ｃｕ３０Ｘ膜１１上にフォトレジ
スト１３を塗布した後ジョセフソン接合を含む所望の形
状にパターニングを行う、（図す参照）工程（２）） 前記フォトレジストＷＡ１３をマスクとしてＢａ２　Ｃ
ａ２Ｃｕ３０Ｘ膜１１のＡｒイオンミリング装置により
エツチングしてを基板１０を露出させる（このエツチン
グは基板がＳ　ｒ　Ｔ　ｉ　Ｏ３の場合膜厚が０．８μ
ｍ程度なので３０〜４０分ｌＭｇＯの場合膜厚が１．２
μｍ程度なので４５〜６０分で終了する）、（図Ｃ参照
） 工程（２） フォトレジスト１３を除去する。　　（図ｄ参照）工程
曹 基板をアニール装置に入れＴ　ｌを含む０２雰囲気中で
アニールを行う。　　　　　　　（図ｅ参照）第２図は
アニールを行う為の熱処理装置を示すものである。図に
おいて、ｌは石英管であり７２は石英管を巻き回して形
成された加熱装置である。

３ａ、３ｂはアルミナからなるボーＩ・であり、上下に
分割され９重ねた状態で縁部に形成されな涌等により内
部との気体の流通が行われるように形成されている（流
通溝は図では省略）。４は薄膜が形成された基板（Ｓｒ
ＴＬＯ，またはＭｇ０）。

５は金属Ｔｌまたは酸化Ｔｌであり１これらはアルミナ
ボートの中に配置される。６は石英管の中に配置された
アルミナからなるキャップであり。

気体の流通が可能なように形成されている。矢印は０２
の流通方向を示している。

アニールは第３図に示す条件により行った。　ａｌｌち
、１２０分で９０５℃まで昇温し、５分間保持後、１８
０分で３００℃まで降温して徐冷する。

上記アニールによりアルミナボート中のＴｌが蒸発し、
その蒸発したＴ１が基板表面にパターニングされたＢａ
２　Ｃａ２　Ｃｕ３０Ｘ薄膜中に拡散する。アニールは
酸素流量０．２ｍＡ’／ｍｉｎの雰囲気中で行った。な
お、キャップ６は蒸発した１゛！をより長く石英管１内
に滞留させてＴ１の雰囲気を高めるために寄与する。

上記の様なアニール装置はスパッタ装置の様にクリーン
ルームに配置する必要がなく、毒性のあるＴ　１蒸気の
処理も比較的容易である。

工程（７） ＴｌＢａ２　Ｃａ２　Ｃｕ３０ｘ薄属上にＣｒおよびＡ
ｕをスパッタしＡｕワイヤをボンディングする。　　　
　　　　　　　　　　　（図で参照）第４図は上記の工
程により作成したスクイッド素子をｄａミスクイッドし
て組込んだ場合の磁束−電圧特性を、第５図はその磁束
−電圧特性を測定する為の測定回路を示している。第５
図において２０はスクイッド素子、２１は直流電流Ｉｂ
を流すバイアス電流源７２２はスクイッド素子に磁束Φ
０を与えるコイル、２３はコイル２２に交流電流を流す
交流電流源、２４はコイルと交流電流源の間に挿入され
た抵抗、２５はスクイッド素子に流れる電気信号を増幅
するアンプ、２６はアンプ２５の出力をＹ軸に、抵抗の
一端かへの出力をＸ軸に入力するオシロスコーグである
。上記の様に構成しバイアス電流を流しながら磁束山０
を変化させて第４図に示すような磁束−電圧特性を得な
。第４図によればバイアス電流をある値に固定（図では
バイアス電流Ｏの場合も含めて５種類）して外部磁束を
変化させると出力電圧も変化しておりｄｃスクイッドの
基本特性（周期応答）が認められる。

第６図（ａ）、（ｂ）は基板としてＭｇＯと５ｒＴｉｏ
、を用いた場合の出力と磁束の関係を示している。即ち
、（ａ）図は第５図に示す交流電源２３の電圧を変化さ
せて磁束Φ。を変化させながら出力の変化をＸ−Ｙ記録
計で記録したものであり、（ｂ）図は磁束電圧変換係数
ｄ　ｖ　／　ｄる（μＶ／曇。）を示す測定結果である
。

図によればＭｇＯの基板では出力の最大振幅（ｐ−ｐ）
は約３０ｕＶであり、５ｒＴｉＯ）の基板では約１０μ
■となっている。また、ｄｖ／ｄｉはＭｇＯでは１００
μＶ／！＋ｏ　、ＳｒＴｉＯ３では４０μＶ／ＺＯとな
っている。このことから５ＱＵＩ　Ｄ素子としてはＭｇ
Ｏ基板の方がすぐれていることが分る。

現在酸化物超伝導薄膜を用いてＳＱＵ　Ｉ　Ｄを製作し
た例としては１例えば社団法人　電子情報通信学会発行
の儒学技報　Ｖｏ　１．８８　　Ｎｏ、　２４５３１頁
にＹ（イツトリウム）系ＳＱＵ　Ｉ　Ｄを用いて磁束電
圧変換係数が１０μＶ　／　ｍ　ｏを示した例や、先に
述べたｌ５ＥＣ−１９８９−ＤＥＩ−１の４７７−４８
１Ｘ４：Ｔｆｆ系５ＱＵＩＤを用イ”Ｃ磁束電圧変換係
数が６０μＶ／ル。を示した例が記載されているが１本
発明の製造方法でＭｇＯを基板として用いた場合これら
の報告を上回るデータを得ることができる。

第７図、第８図はＭｇＯと５ｒＴｔ０３の基板にＴｌを
拡散させた状態における超伝導薄膜のＸ線回折データを
示すものである。図中１２２３相記（ｉ１６Ｋ）、１２
１２相（ｖ１Ｋ）とあるのはＴ１．Ｂａ、Ｃａ、Ｃｕの
組成比とその超伝導結晶の臨界温度＜Ｔｃ）である。図
がら明らがな様にＭｇＯ基板では高いＴｃを示す１２２
３相の中に低いＴｃを示す１２１２相がある割合いで含
まれた混相となっており、Ｓｒ’ｒ’ｉ０）基板では高
いＴｃを示ず１２２３相のみが存在する。このことから
超伝導結晶が単相で存在するより混相で存在したものが
５ＱＵＩ　Ｄ素子としてはすぐれていることが推定され
る。

なお９本発明の製造方法では予め基板にＢａＣａ、Ｃｕ
、Ｏの薄膜を形成した後Ｔ１を拡散させるものであるが
、上述の混相を作製するに際してはボートの容積に対し
て蒸発させる酸化Ｔｌの量を調整することにより安定し
た混相を得ることが可能である（第７図のＸ線回折の測
定結果はボートの容積を約１０ｃｃとし１これに約８ｍ
ｍ角のＭｇＯ基板と１７ｍｇの酸化タリウムを入れて蒸
発させたものである）。

なお１本実施例においては薄膜としてＢａ２Ｃａ２　Ｃ
ｕ３０Ｘを用いたがこの成分比に限るものではなく超伝
導性と高い磁束電圧変換係数を示す範囲であれば任意に
変更可能である。さらにスパッタ条件のガス分圧比や基
板加熱温度１スパッタ時間等も本実施例に限るものでは
ない。

〈発明の効果〉 以上、実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば、Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０ＷＡにＴｌを拡散させる
前にエツチングを行うので、エツチング装置が汚染され
る恐れがない、また、Ｔｆを拡散させる前は膜厚が薄い
ので精度の高いエツチングが可能になるとともにエツチ
ング時間も短縮する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超伝導薄膜スクイッドの製造方法の概
略工程を示す図１第２図はアニールを行デ為の熱処理装
置を示す図、第３図はアニール条件を示す図、第４図は
バイアス電流・外部磁束と出力電圧の関係を示す図、第
５図は磁束−電圧特性を測定する為の測定回路を示す図
、第６図は基板としてＭｇＯとＳ　ｒ　Ｔ　ｉ　Ｏｓを
用いた場合の出力と磁束の関係を示す図、第７図１第８
図はＭｇＯと５ｒＴｉ０３の基板にＴｌを拡散させた状
態における超伝導薄膜のＸ１１回折データを示す図であ
る。 ｉ　ｏ　・−・基板、　　１１　・・・Ｂ　ａ−Ｃａ−
Ｃｕ−ＯＸ　ｐＡ。 １３・・・フォトレジストＩｌ［，１４・・・１′ｌ（
タリウム）第１図 第ム　因 （（Ｌ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超伝導薄膜を用いたスク
   イッド素子の製造方法において、下記の工程を含んで製
   造されたことを特徴とする超伝導薄膜スクイッドの製造
   方法。 記 （ｉ）Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏが所定の割合いで混合され
   た薄膜を基板に付着させる工程。 （ｉｉ）前記薄膜上にフォトレジスト膜を塗布し、その
   フォトレジスト膜を所望の形状にパターニングする工程
   。 （ｉｉｉ）前記パターニングにより露出した前記薄膜を
   イオンミリングによりエッチングして前記基板を露出さ
   せる工程。 （ｉｖ）前記フォトレジスト膜を除去する工程。 （ｖ）前記基板をＴｌを含むＯ＿２雰囲気中でアニール
   し、前記Ｔｌを前記薄膜中に拡散させる工程。