JPH04111369A - 超電導体膜を含む多層膜の作製方法 - Google Patents
超電導体膜を含む多層膜の作製方法Info
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- JPH04111369A JPH04111369A JP2228132A JP22813290A JPH04111369A JP H04111369 A JPH04111369 A JP H04111369A JP 2228132 A JP2228132 A JP 2228132A JP 22813290 A JP22813290 A JP 22813290A JP H04111369 A JPH04111369 A JP H04111369A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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〕
本発明は超電導現象を利用するジョセフソン接合素子、
超電導トランジスタ、超電導スイッチング素子等、超電
導エレクトロニクスの分野に係り、特に超電導素子の基
本構造である超電導体と非超電導体上の積層構造及びそ
の製法に関する。
超電導トランジスタ、超電導スイッチング素子等、超電
導エレクトロニクスの分野に係り、特に超電導素子の基
本構造である超電導体と非超電導体上の積層構造及びそ
の製法に関する。
ジョセフソン接合素子、超電導トランジスタ、超電導ス
イッチング素子、に代表される超電導素子は超高速動作
や低消費電力等の優れた特長を特っている。しかし、従
来は超電導現象が液体ヘリウム温度付近の極低温でしか
現われないため、実用化は困難とされていた。
イッチング素子、に代表される超電導素子は超高速動作
や低消費電力等の優れた特長を特っている。しかし、従
来は超電導現象が液体ヘリウム温度付近の極低温でしか
現われないため、実用化は困難とされていた。
近年、液体窒素温度以上で超電導性を有する材料、すな
わち高温酸化物超電導体が発見され、超電導素子の実用
化は大きく前進した。
わち高温酸化物超電導体が発見され、超電導素子の実用
化は大きく前進した。
超電導素子に作製するために必要不可欠な基本技術の一
つに超電導体と非超電導体の積層技術が挙げられる。
つに超電導体と非超電導体の積層技術が挙げられる。
たとえば、超電導体として酸素欠損三層ペロブスカイト
構造を持つＹ Ｂ ａ、Ｃｕ）Ｏｒ （６、７≦ｘ≦７
）を用い、非超電導体として酸化マグネシウム（ＭｇＯ
）を用いた超電導体／非超電導体／超電導体の三層構造
が第５０回応用物理学会学術講演会 講演予稿集 ｐ、
９３ ２８ｐ−ｑ−１４において報告されているが、超
電導体と非超電導体の反応や非超電導体が一様に成長せ
ず島状になる等の問題が生じ、素子としての特性は得ら
れていない。
構造を持つＹ Ｂ ａ、Ｃｕ）Ｏｒ （６、７≦ｘ≦７
）を用い、非超電導体として酸化マグネシウム（ＭｇＯ
）を用いた超電導体／非超電導体／超電導体の三層構造
が第５０回応用物理学会学術講演会 講演予稿集 ｐ、
９３ ２８ｐ−ｑ−１４において報告されているが、超
電導体と非超電導体の反応や非超電導体が一様に成長せ
ず島状になる等の問題が生じ、素子としての特性は得ら
れていない。
超電導素子を作製するためには、基板上に超電導薄膜を
作製する技術の他に、超電導薄膜の上に異種材料を積層
する技術やさらにその異種材料上に再び超電導材料を積
層する技術が必要となってくる６例えばジミセフソント
ンネル接合素子を作製するためには、第１図に示すよう
な積層構造が必要である。すなわち、基板４の上に下部
電極となる超電導体膜３を堆積させ、中間層としてその
上に絶縁体膜２を作製し、さらにその上に上部電極とな
る超電導体膜１を作製しなければならない。
作製する技術の他に、超電導薄膜の上に異種材料を積層
する技術やさらにその異種材料上に再び超電導材料を積
層する技術が必要となってくる６例えばジミセフソント
ンネル接合素子を作製するためには、第１図に示すよう
な積層構造が必要である。すなわち、基板４の上に下部
電極となる超電導体膜３を堆積させ、中間層としてその
上に絶縁体膜２を作製し、さらにその上に上部電極とな
る超電導体膜１を作製しなければならない。
特性の優れた素子を作製するためには、上部電極、下部
電極ともに優れた超電導特性を示すことが望まれる。
電極ともに優れた超電導特性を示すことが望まれる。
下部電極については、基板材料として超電導体と格子の
整合性のよい物質の単結晶となるものを選択することで
、エピタキシャル成長を利用して。
整合性のよい物質の単結晶となるものを選択することで
、エピタキシャル成長を利用して。
結晶性の優れた。すなわち超電導特性の優れた単結晶薄
膜を作製できる。
膜を作製できる。
中間層となる絶縁体については超電導体と反応しに＜＜
、絶縁体膜が島状に核成長せずに一様に層成長すること
が望まれる。
、絶縁体膜が島状に核成長せずに一様に層成長すること
が望まれる。
さらに、上部電極に関しては、超電導体膜の結晶性、従
って超電導特性が、下地材料の結晶構造と結晶性に大き
く影響をうける。
って超電導特性が、下地材料の結晶構造と結晶性に大き
く影響をうける。
本発明の目的は超電導体膜を含む多層膜の作製に適した
異種材料を提供し、それらを用いることにより得られる
超電導体膜と半導体膜、絶縁体膜または常電導体膜との
積層膜に係り、特に、エピタキシャル成長を利用した超
電導体膜を含む多層膜およびその作製方法に関する。
異種材料を提供し、それらを用いることにより得られる
超電導体膜と半導体膜、絶縁体膜または常電導体膜との
積層膜に係り、特に、エピタキシャル成長を利用した超
電導体膜を含む多層膜およびその作製方法に関する。
上記課題は、半導体、絶縁体または常伝導体として超電
導体と類似した結晶構造を持つ酸化物を用いて積層膜を
作製することにより解決することができる。
導体と類似した結晶構造を持つ酸化物を用いて積層膜を
作製することにより解決することができる。
このような積層膜を作製する有力な方法に反応性蒸着法
がある。また原子層単位で順次膜成長させることにより
、上記の積層膜はより精密に作製可能となる。
がある。また原子層単位で順次膜成長させることにより
、上記の積層膜はより精密に作製可能となる。
第１の発明の特徴は、超電導体膜と半導体膜、絶縁体膜
または常電導体膜との積層膜において、上記半導体膜、
上記絶縁体膜または上記常電導体膜として上記超電導体
と類似した結晶構造をもつ物質を用い、エピタキシャル
成長を利用して膜を多層化することにある。
または常電導体膜との積層膜において、上記半導体膜、
上記絶縁体膜または上記常電導体膜として上記超電導体
と類似した結晶構造をもつ物質を用い、エピタキシャル
成長を利用して膜を多層化することにある。
上記超電導体としてＢｉ系酸化物超電導体を用いる場合
、上記半導体、上記絶縁体または上記常電導体として上
記Ｂｉ系酸化物超電導体と類似した結晶構造をもつ物質
を用いればよい。
、上記半導体、上記絶縁体または上記常電導体として上
記Ｂｉ系酸化物超電導体と類似した結晶構造をもつ物質
を用いればよい。
Ｂｉ系酸化物超電導体を用いる例としては、上記半導体
、上記絶縁体または上記常電導体として、一般式（Ｂ
ｌ ｚ−ｙＰ ｂｙ）ｚＡｎ−ＩＣＵｎＯｘ （Ａ ：
種類以上のアルカリ土類金属元素； ｎ＝１．２゜３．
４ ； ２ｎ＋４≦ｘ≦２ｎ＋５．Ｏ≦ｙ≦０．２）で
表わされる酸化物を用いたもの、一般式Ｂ Ｉ Ｚ Ａ
ｎヤ□Ｃｏｎ０．（Ａは一種類以上のアルカリ土類金
属元素； ｎ＝１．２，３ ； ２ｎ＋４≦ｘ≦３ｎ＋
４）で表わされる酸化物を用いたもの、または一般式Ｂ
ｉ２ Ａ ｎ ＋、Ｆ ｅ ｎ Ｏｘ （ｎ ＝Ｉ
Ｔ ２ ｐ３；Ａは一種類以上のアルカリ土類金属元素
；ｎ＝１．２，３；２ｎ＋４≦ｘ≦３ ｎ ＋４）で表
わされる酸化物を用いたものが優れている。
、上記絶縁体または上記常電導体として、一般式（Ｂ
ｌ ｚ−ｙＰ ｂｙ）ｚＡｎ−ＩＣＵｎＯｘ （Ａ ：
種類以上のアルカリ土類金属元素； ｎ＝１．２゜３．
４ ； ２ｎ＋４≦ｘ≦２ｎ＋５．Ｏ≦ｙ≦０．２）で
表わされる酸化物を用いたもの、一般式Ｂ Ｉ Ｚ Ａ
ｎヤ□Ｃｏｎ０．（Ａは一種類以上のアルカリ土類金
属元素； ｎ＝１．２，３ ； ２ｎ＋４≦ｘ≦３ｎ＋
４）で表わされる酸化物を用いたもの、または一般式Ｂ
ｉ２ Ａ ｎ ＋、Ｆ ｅ ｎ Ｏｘ （ｎ ＝Ｉ
Ｔ ２ ｐ３；Ａは一種類以上のアルカリ土類金属元素
；ｎ＝１．２，３；２ｎ＋４≦ｘ≦３ ｎ ＋４）で表
わされる酸化物を用いたものが優れている。
また、上記超電導体として一般式ＴΩＡ、ヤ、Ｃｕイ○
Ｘ（Ａニ一種類以上のアルカリ土類金属元素ｔ ｎ ＝
１１２１ ｓ ｔ ４ ）あるいは一般式Ｔｌ２Ａ ｒ
＋＋ｚ Ｃｕ ｎ Ｏｘ （Ａ ニ一種類以上のアルカ
リ土類金属元素；ｎ＝１．２，３，４；２ｎ＋４≦ｘ≦
２ ｎ ＋ ５ ）で表わされるＴｌ系酸化物超電導体
を用い、上記半導体、上記絶縁体または上記常電導体と
して上記Ｔｌ系酸化物超電導体と類似した結晶構造をも
つ物質を用いてもよい。
Ｘ（Ａニ一種類以上のアルカリ土類金属元素ｔ ｎ ＝
１１２１ ｓ ｔ ４ ）あるいは一般式Ｔｌ２Ａ ｒ
＋＋ｚ Ｃｕ ｎ Ｏｘ （Ａ ニ一種類以上のアルカ
リ土類金属元素；ｎ＝１．２，３，４；２ｎ＋４≦ｘ≦
２ ｎ ＋ ５ ）で表わされるＴｌ系酸化物超電導体
を用い、上記半導体、上記絶縁体または上記常電導体と
して上記Ｔｌ系酸化物超電導体と類似した結晶構造をも
つ物質を用いてもよい。
第２の発明の特徴は、超電導体膜と半導体膜、絶縁体膜
または常電導体膜との積層膜の作製方法において、酸素
の活性種を使用した反応性蒸着法により膜を作製するこ
とにある。
または常電導体膜との積層膜の作製方法において、酸素
の活性種を使用した反応性蒸着法により膜を作製するこ
とにある。
上記積層膜の作製法としては、上記超電導体膜と半導体
膜、絶縁体膜または常電導体膜の構成元素を原子層単位
で順次蒸着させる原子層制御成長法または上記酸素の活
性種源としてマイクロ波励起酸素プラズマを用いた反応
性蒸着法が適している。
膜、絶縁体膜または常電導体膜の構成元素を原子層単位
で順次蒸着させる原子層制御成長法または上記酸素の活
性種源としてマイクロ波励起酸素プラズマを用いた反応
性蒸着法が適している。
本発明では、非超電導体、すなわち、半導体、絶縁体ま
たは常伝導体として超電導体と類似した結晶構造を持つ
材料を用いることにより、超電導体の上に非超電導体を
積層した場合および非超電導体の上に超電導体を積層し
た場合、いずれの場合も、エピタキシャル的な結晶成長
が可能となることを利用して、上記の課題を解決した。
たは常伝導体として超電導体と類似した結晶構造を持つ
材料を用いることにより、超電導体の上に非超電導体を
積層した場合および非超電導体の上に超電導体を積層し
た場合、いずれの場合も、エピタキシャル的な結晶成長
が可能となることを利用して、上記の課題を解決した。
これにより、積層膜を作製した場合、接合界面での格子
の乱れや配向の乱れを低く抑えることができ、良好な接
合特性を得ることができる。
の乱れや配向の乱れを低く抑えることができ、良好な接
合特性を得ることができる。
また、低温での薄膜形成に有効な反応性蒸着法を用いる
ことによって、界面での原子の拡散を抑え、上述の積層
膜を作製できる。さらに、原子層単位で各原子を順次蒸
着する事により、積層欠陥の少なくかつ、平坦な薄膜を
積層し、積層膜を作製することができる。
ことによって、界面での原子の拡散を抑え、上述の積層
膜を作製できる。さらに、原子層単位で各原子を順次蒸
着する事により、積層欠陥の少なくかつ、平坦な薄膜を
積層し、積層膜を作製することができる。
以下、本発明の一実施例を説明する。
超電導体として第２図（ａ）に示すような結晶構造を持
ツＢ ｉ、Ｓ ｒ、Ｃａ２Ｃｕ、Ｏｘ （１０≦ｘ≦１
１）を用い、半導体として第２図（ｂ）に示すような結
晶構造を持つＢ ｘ ２ Ｃａ ｚ Ｃｏ ２０ ｘ
（８≦ｘ≦１０）を用い、弱結合ジョセフソン接合素子
を作製した。これらの材料はいずれも、ＢｉＯ二重層の
間にペロブスカイト類似構造がはさまれた構造となって
いる。薄膜の作製にはマイクロ波酸素プラズマを利用し
た反応性蒸着法を用いた。
ツＢ ｉ、Ｓ ｒ、Ｃａ２Ｃｕ、Ｏｘ （１０≦ｘ≦１
１）を用い、半導体として第２図（ｂ）に示すような結
晶構造を持つＢ ｘ ２ Ｃａ ｚ Ｃｏ ２０ ｘ
（８≦ｘ≦１０）を用い、弱結合ジョセフソン接合素子
を作製した。これらの材料はいずれも、ＢｉＯ二重層の
間にペロブスカイト類似構造がはさまれた構造となって
いる。薄膜の作製にはマイクロ波酸素プラズマを利用し
た反応性蒸着法を用いた。
基板１２はチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ，）の
（１００）面を使用した。
（１００）面を使用した。
まず、２０ｍｍＸ２０ｍｍのＳｒＴｉＯ３に第３図（ａ
）に示すメタルマスクをのせネジで基板ホルダーに固定
した。その後、真空槽内を１０−’Ｔｏｒｒまで排気し
たのち、酸素ガスを３．５３ＣＣＭ導入し真空槽内の圧
力を８Ｘ１０−ｓＴｏｒｒにした。次に１２０Ｗのマイ
クロ波と８７５ｇａｕｓｓの磁場を加え酸素プラズマを
放電させ、プラズマ中で基板を５００℃まで加熱した。
）に示すメタルマスクをのせネジで基板ホルダーに固定
した。その後、真空槽内を１０−’Ｔｏｒｒまで排気し
たのち、酸素ガスを３．５３ＣＣＭ導入し真空槽内の圧
力を８Ｘ１０−ｓＴｏｒｒにした。次に１２０Ｗのマイ
クロ波と８７５ｇａｕｓｓの磁場を加え酸素プラズマを
放電させ、プラズマ中で基板を５００℃まで加熱した。
蒸発源にはＴａ製のＫｎｕｄｓｅｎ−ｃｅｌｌを使用し
、原料は金属のＢｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｃｏを使用し
た。ＣＯ以外の原料を加熱し金属蒸気を生成させる。蒸
着速度がＢｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕでそれぞれ０．１４
μ＋ｍｏｌ／ｈｅｍ”、 ０．１４ μｍｏｌ／ｈｅｍ
２゜０．１４ μｅａｌ／ｈｅｍ”、 ０．２１ μｍ
ｏｌ／ｈｃ＋＊”しこなるまで原料を加熱した。蒸着速
度が安定したことを確認したあとで、メインシャッター
を開き、６０分間プラズマ中で同時蒸着を行ない、下部
電極となるＢ ｉ２Ｓ ｒ、（、ａ、Ｃｕ、Ｏｘ （１
０≦ｘ≦１１）薄膜を形成した。成膜後はＩ Ｔ ｏ
ｒ ｒの酸素中で室温まで冷却した。
、原料は金属のＢｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｃｏを使用し
た。ＣＯ以外の原料を加熱し金属蒸気を生成させる。蒸
着速度がＢｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕでそれぞれ０．１４
μ＋ｍｏｌ／ｈｅｍ”、 ０．１４ μｍｏｌ／ｈｅｍ
２゜０．１４ μｅａｌ／ｈｅｍ”、 ０．２１ μｍ
ｏｌ／ｈｃ＋＊”しこなるまで原料を加熱した。蒸着速
度が安定したことを確認したあとで、メインシャッター
を開き、６０分間プラズマ中で同時蒸着を行ない、下部
電極となるＢ ｉ２Ｓ ｒ、（、ａ、Ｃｕ、Ｏｘ （１
０≦ｘ≦１１）薄膜を形成した。成膜後はＩ Ｔ ｏ
ｒ ｒの酸素中で室温まで冷却した。
真空槽を酸素ガスで大気圧までリークし、第３図（ｂ）
に示したメタルマスクに交換し、再びｌＸｌ０−’Ｔｏ
ｒｒまで真空槽を排気し、酸素ガスを３．５３ＣＣＭ導
入し真空槽内の圧力を８×１０−’Ｔｏｒｒにした０次
に１２０Ｗのマイクロ波と８７５ｇａｕｓｓの磁場を加
え酸素プラズマを放電させ、プラズマ中で基板を５００
℃まで加熱した６膜厚モニターに検出される蒸着速度が
Ｂｉ。
に示したメタルマスクに交換し、再びｌＸｌ０−’Ｔｏ
ｒｒまで真空槽を排気し、酸素ガスを３．５３ＣＣＭ導
入し真空槽内の圧力を８×１０−’Ｔｏｒｒにした０次
に１２０Ｗのマイクロ波と８７５ｇａｕｓｓの磁場を加
え酸素プラズマを放電させ、プラズマ中で基板を５００
℃まで加熱した６膜厚モニターに検出される蒸着速度が
Ｂｉ。
Ｓｒ、Ｃｏでそれぞれ０ 、１４ μｍｏｌ／ ｈｃｇ
＋” 。
＋” 。
０ 、２１ μｍｏｌ／ｈｅｍ ＋ ０ 、１４ μｍ
ｏｌ／ｈｅｍ２になるまで原料を加熱した。蒸着速度が
安定したことを確認した後、メインシャッターを開き、
５分間間時蒸着を行ない絶縁体の Ｂ ｉ２Ｓ ｒ、Ｃｏ、Ｏｘ （８≦ｘ≦１０）薄膜を
５ｎｍ作製した。室温まで冷却した後、第３図（Ｃ）に
示したメタルマスクに変換し、真空槽を１０−ｒ″Ｔｏ
ｒｒまで排気し、再び酸素ガスを３．５３ＣＣＭ導入し
、１２０Ｗのマイクロ波と８７５ｇａｕｓｓの磁場を加
え酸素プラズマを放電させ、プラズマ中で基板を５００
℃まで加熱した。
ｏｌ／ｈｅｍ２になるまで原料を加熱した。蒸着速度が
安定したことを確認した後、メインシャッターを開き、
５分間間時蒸着を行ない絶縁体の Ｂ ｉ２Ｓ ｒ、Ｃｏ、Ｏｘ （８≦ｘ≦１０）薄膜を
５ｎｍ作製した。室温まで冷却した後、第３図（Ｃ）に
示したメタルマスクに変換し、真空槽を１０−ｒ″Ｔｏ
ｒｒまで排気し、再び酸素ガスを３．５３ＣＣＭ導入し
、１２０Ｗのマイクロ波と８７５ｇａｕｓｓの磁場を加
え酸素プラズマを放電させ、プラズマ中で基板を５００
℃まで加熱した。
下部電極作製時と同一条件で、約２００ｎｍのＢ ｘｉ
ｓ ｒ、ＣａｚＣｕ３０ｘ （１０≦ｘ≦１１）薄膜を
上部電極として作製した。マイクロ波の電力をＯＷにし
て、酸素ガスをＩＴｏ ｒ ｒになるまでリークし、室
温まで基板を冷却した。
ｓ ｒ、ＣａｚＣｕ３０ｘ （１０≦ｘ≦１１）薄膜を
上部電極として作製した。マイクロ波の電力をＯＷにし
て、酸素ガスをＩＴｏ ｒ ｒになるまでリークし、室
温まで基板を冷却した。
第５図に作製した弱結合ジョセフソン接合素子の概略図
を示す、第４図でＡ、Ｂで示した端子に電流を流し、Ｃ
，Ｄで示した端子間に生じた電圧を測定した。第５図に
測定結果を示す。このように典型的な弱結合特性が得ら
れた。
を示す、第４図でＡ、Ｂで示した端子に電流を流し、Ｃ
，Ｄで示した端子間に生じた電圧を測定した。第５図に
測定結果を示す。このように典型的な弱結合特性が得ら
れた。
本発明の別の実施例を説明する。
超電導体としてＴ Ｑ、Ｂ ａｚＣａ、Ｃｕ）Ｏｘ （
１０≦ｘ≦１１）を用い、絶縁体として超電導体と類似
した結晶構造を持つＢ ｉ、Ｓ ｒ、Ｆ ｅ３０ｘ （
１０≦ｘ≦１３）を用いて、ジョセフソントンネル接合
を作製した。
１０≦ｘ≦１１）を用い、絶縁体として超電導体と類似
した結晶構造を持つＢ ｉ、Ｓ ｒ、Ｆ ｅ３０ｘ （
１０≦ｘ≦１３）を用いて、ジョセフソントンネル接合
を作製した。
第６図（ａ）に示すごとく、５ｒＴｉＯ。
（１００）単結晶を基板として膜厚１１００ｎのＴ Ｑ
、Ｂ ａｚＣａ、Ｃｕ３０ｘ超電導薄膜、膜厚３ｎｍの
Ｂ ｉ２Ｓ ｒ４Ｆ ｅ、Ｏｘ （１０≦ｘ≦１３）絶
縁体薄膜、膜厚１１００ｎのＴ Ｑ、Ｂ ａｚＣａ２Ｃ
ｕ−Ｏｘ（１０≦ｘ≦１１）超電導薄膜。
、Ｂ ａｚＣａ、Ｃｕ３０ｘ超電導薄膜、膜厚３ｎｍの
Ｂ ｉ２Ｓ ｒ４Ｆ ｅ、Ｏｘ （１０≦ｘ≦１３）絶
縁体薄膜、膜厚１１００ｎのＴ Ｑ、Ｂ ａｚＣａ２Ｃ
ｕ−Ｏｘ（１０≦ｘ≦１１）超電導薄膜。
１１００ｎのＡｕ薄膜の順に薄膜を作製した。
薄膜の作製は反応性蒸着により行い、−元素ずつ蒸着を
行なった＊ Ｔｌ、Ｂａ、Ｃａ、Ｃｕ３０ｘ（１０≦ｘ
≦１１）薄膜の作製は、Ｂａ、Ｃｕ。
行なった＊ Ｔｌ、Ｂａ、Ｃａ、Ｃｕ３０ｘ（１０≦ｘ
≦１１）薄膜の作製は、Ｂａ、Ｃｕ。
Ｃａ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｔｌ、Ｔｌの順に各元
素を蒸着し、これを−周期として５０回繰り返し蒸着を
行い、１１００ｎの薄膜を作製した。
素を蒸着し、これを−周期として５０回繰り返し蒸着を
行い、１１００ｎの薄膜を作製した。
蒸着速度は各々約０．１４μｍｏｌ／ｈｅｍ”とした。
成膜時の基板温度は４５０℃とし、８Ｘ１０−’Ｔｏｒ
ｒの酸素プラズマ中で蒸着を行なった。
ｒの酸素プラズマ中で蒸着を行なった。
Ｂ ｉ２Ｓ ｒ４Ｆ ｅ３０ｘ （１０≦ｘ≦１３）絶
縁体薄膜の作製はＳｒ、Ｆｅ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｓｒ、Ｆｅ
＋Ｓｒ、Ｂｉ、Ｂｉの順に各元素を蒸着し、これを−周
期として、２回繰り返し蒸着を行い、３ｎｍの薄膜を作
製した。成膜時の基板温度はＴ Ｑ、Ｂ ａｚＣａｚＣ
ｕ３０ｘ （ｌ Ｏ≦ｘ≦１１）薄膜作製の時と同じ４
５０℃とし、８Ｘ１０−’Ｔｏｒｒの酸素プラズマ中で
蒸着を行なった。成膜後はプラズマ中で２００℃まで冷
却した。さらに表面を保護するために、基板温度２００
℃、ｌＸｌ０−５Ｔｏｒｒの真空中でＥＢ無蒸着より１
１００ｎのＡｕ薄膜を作製した。
縁体薄膜の作製はＳｒ、Ｆｅ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｓｒ、Ｆｅ
＋Ｓｒ、Ｂｉ、Ｂｉの順に各元素を蒸着し、これを−周
期として、２回繰り返し蒸着を行い、３ｎｍの薄膜を作
製した。成膜時の基板温度はＴ Ｑ、Ｂ ａｚＣａｚＣ
ｕ３０ｘ （ｌ Ｏ≦ｘ≦１１）薄膜作製の時と同じ４
５０℃とし、８Ｘ１０−’Ｔｏｒｒの酸素プラズマ中で
蒸着を行なった。成膜後はプラズマ中で２００℃まで冷
却した。さらに表面を保護するために、基板温度２００
℃、ｌＸｌ０−５Ｔｏｒｒの真空中でＥＢ無蒸着より１
１００ｎのＡｕ薄膜を作製した。
このようにして作製した超電導体／絶縁体／超電導体の
積層薄膜を反応性イオンビームエツチングにより第６図
（ｂ）のようにバタン形成を行なう。反応性ガスとして
はＳＦＧを用い、加速電圧５００Ｖ、ガス圧力０．２ｍ
Ｔｏ ｒ ｒの条件でエツチングを行なった。接合部の
面積は０．２ｍｍＸ０．２ｍｍとした。
積層薄膜を反応性イオンビームエツチングにより第６図
（ｂ）のようにバタン形成を行なう。反応性ガスとして
はＳＦＧを用い、加速電圧５００Ｖ、ガス圧力０．２ｍ
Ｔｏ ｒ ｒの条件でエツチングを行なった。接合部の
面積は０．２ｍｍＸ０．２ｍｍとした。
以上の方法により作製したジョセフソントンネル接合素
子の特性（動作温度７７Ｋ）は第７図に示すごとくにな
る。すなわち、約１ｍＡの超電導電流が流れ、これ以上
のバイアス電流に対しては電圧が発生する。下部超電導
薄膜の臨界温度は１１０Ｋ、上部超電導薄膜の臨界温度
は１０５にであった。ＴＥＭによる接合部のｗｔ察結果
から、超電導薄膜と絶縁体薄膜はエピタキシャル成長し
、絶縁体薄膜は均一な厚さで下部超電導体薄膜を覆って
いることが確かめられた。また、積層欠陥も殆ど発生し
ていないことがわかった。
子の特性（動作温度７７Ｋ）は第７図に示すごとくにな
る。すなわち、約１ｍＡの超電導電流が流れ、これ以上
のバイアス電流に対しては電圧が発生する。下部超電導
薄膜の臨界温度は１１０Ｋ、上部超電導薄膜の臨界温度
は１０５にであった。ＴＥＭによる接合部のｗｔ察結果
から、超電導薄膜と絶縁体薄膜はエピタキシャル成長し
、絶縁体薄膜は均一な厚さで下部超電導体薄膜を覆って
いることが確かめられた。また、積層欠陥も殆ど発生し
ていないことがわかった。
反応性蒸着法を用いることで比較的低温で積層構造を作
製することが可能となり、その結果、特性に影響しない
程度までに接合界面での相互拡散の低減が実施され、さ
らに、原子層単位での反応性積層蒸着法を用いることで
薄膜中の積層欠陥の低減と膜の均一化が実現された。
製することが可能となり、その結果、特性に影響しない
程度までに接合界面での相互拡散の低減が実施され、さ
らに、原子層単位での反応性積層蒸着法を用いることで
薄膜中の積層欠陥の低減と膜の均一化が実現された。
そして、これらにより、弱結合ジョセフソン素子、ジョ
セフソントンネル接合素子、超電導三端子素子や超電導
スイッチング素子、さらにはこれらの素子を用いた超電
導論理回路、記憶回路の作製が実現した。
セフソントンネル接合素子、超電導三端子素子や超電導
スイッチング素子、さらにはこれらの素子を用いた超電
導論理回路、記憶回路の作製が実現した。
本発明により以下のような効果が得られる。
すなわち、超電導体と類似した結晶構造を持つ半導体、
絶縁体または常電導体を非超電導体として用い、超電導
体と積層することで、エピタキシャル成長を行なうこと
が可能となり、超電導体膜を含む多層膜において、異種
化合物の積層による結晶性の劣化の抑制が実現された。
絶縁体または常電導体を非超電導体として用い、超電導
体と積層することで、エピタキシャル成長を行なうこと
が可能となり、超電導体膜を含む多層膜において、異種
化合物の積層による結晶性の劣化の抑制が実現された。
第１図は積層型ジョセフソン接合素子の断面図、第２図
はＢ ｉ、Ｓ ｒ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｏ，。とＢ ｘ ｚ
Ｃａ ｘＣｏ２０□。の結晶構造を示す図、第３図はメ
タルマスクのパターンを示す図、第４図は弱結合ジョセ
フソン接合素子の上面図、第５図は弱結合ジョセフソン
接合素子の電流−電圧特性を示す線図。 第６図はジョセフソントンネル接合素子の作製プロセス
図、第７図はジョセフソントンネル接合素子の電流−電
圧特性を示す線図である６１・・・上部電極用超電導薄
膜、２・・・絶縁体薄膜、３・・・下部電極用超電導薄
膜、４・・・基板、５・・・酸素原子、６− Ｂ ｉ、
７− Ｓ ｒ、８− Ｃｕ、９− Ｃａ、１０・・・銅
ペロブスカイト構造、１１・・・Ｂ１−０二重層、１２
・・・Ｃｏ、１３・・・コバルト−ペロブスカイト構造
、１４・・・メタルマスク、 １５−Ｂ ｉ２Ｃａ、Ｇ ｏ２０８半導体薄膜、１６−
Ａｕ薄膜、１７・−Ｂｉ、Ｓ ｒ４Ｆｅ、Ｏｘ絶縁体薄
膜。 χ 図 第 乙 図 Ｃす （ｂ） 第 侶 （久） （ｈ） ２乙
はＢ ｉ、Ｓ ｒ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｏ，。とＢ ｘ ｚ
Ｃａ ｘＣｏ２０□。の結晶構造を示す図、第３図はメ
タルマスクのパターンを示す図、第４図は弱結合ジョセ
フソン接合素子の上面図、第５図は弱結合ジョセフソン
接合素子の電流−電圧特性を示す線図。 第６図はジョセフソントンネル接合素子の作製プロセス
図、第７図はジョセフソントンネル接合素子の電流−電
圧特性を示す線図である６１・・・上部電極用超電導薄
膜、２・・・絶縁体薄膜、３・・・下部電極用超電導薄
膜、４・・・基板、５・・・酸素原子、６− Ｂ ｉ、
７− Ｓ ｒ、８− Ｃｕ、９− Ｃａ、１０・・・銅
ペロブスカイト構造、１１・・・Ｂ１−０二重層、１２
・・・Ｃｏ、１３・・・コバルト−ペロブスカイト構造
、１４・・・メタルマスク、 １５−Ｂ ｉ２Ｃａ、Ｇ ｏ２０８半導体薄膜、１６−
Ａｕ薄膜、１７・−Ｂｉ、Ｓ ｒ４Ｆｅ、Ｏｘ絶縁体薄
膜。 χ 図 第 乙 図 Ｃす （ｂ） 第 侶 （久） （ｈ） ２乙
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、超電導体膜と半導体膜、絶縁体膜または常電導体膜
との積層膜において、上記半導体膜、上記絶縁体膜また
は上記常電導体膜として上記超電導体と類似した結晶構
造をもつ物質を用い、エピタキシャル成長を利用して膜
を多層化することを特徴とした超電導体膜を含む多層膜
。 ２、上記超電導体としてＢｉ系酸化物超電導体を用い、
上記半導体、上記絶縁体または上記常電導体として上記
Ｂｉ系酸化物超電導体と類似した結晶構造をもつ物質を
用いたことを特徴とする請求項１記載の超電導体膜を含
む多層膜。 ３、上記半導体、上記絶縁体または上記常電導体として
一般式（Ｂｉ＿１＿−＿ｙＰｂ＿ｙ）＿２Ａ＿ｎ＿−＿
１Ｃｕ＿ｎＯ＿ｘ（Ａ：一種類以上のアルカリ土類金属
元素；ｎ＝１、２、３、４；２ｎ＋４≦ｘ≦２ｎ＋５、
０≦ｙ≦０．２）で表わされる酸化物を用いたことを特
徴とする請求項２記載の超電導体膜を含む多層膜。 ４、上記半導体、上記絶縁体または上記常電導体として
一般式Ｂｉ＿２Ａ＿ｎ＿＋＿１Ｃｏ＿ｎＯ＿ｘ（Ａは一
種類以上のアルカリ土類金属元素；ｎ＝１、２、３；２
ｎ＋４≦ｘ≦３ｎ＋４）で表わされる酸化物を用いたこ
とを特徴とする請求項２記載の超電導体膜を含む多層膜
。 ５、上記半導体、上記絶縁体または上記常電導体として
一般式Ｂｉ＿２Ａ＿ｎ＿＋＿１Ｆｅ＿ｎＯ＿ｘ（ｎ＝１
、２、３；Ａは一種類以上のアルカリ土類金属元素；ｎ
＝１、２、３；２ｎ＋４≦ｘ≦３ｎ＋４）で表わされる
酸化物を用いたことを特徴とする請求項２記載の超電導
体膜を含む多層膜。 ６、上記超電導体として一般式ＴｌＡ＿ｎ＿＋＿１Ｃｕ
＿ｎＯ＿ｘ（Ａ：一種類以上のアルカリ土類金属元素、
ｎ＝１、２、３、４）あるいは一般式Ｔｌ＿２Ａ＿ｎ＿
＋＿１Ｃｕ＿ｎＯ＿ｘ（Ａ：一種類以上のアルカリ土類
金属元素；ｎ＝１、２、３、４；２ｎ＋４≦ｘ≦２ｎ＋
５）で表わされるＴｌ系酸化物超電導体を用い、上記半
導体、上記絶縁体または上記常電導体として上記Ｔｌ系
酸化物超電導体と類似した結晶構造をもつ物質を用いた
ことを特徴とする請求項１記載の超電導体膜を含む多層
膜。 ７、超電導体膜と半導体膜、絶縁体膜または常電導体膜
との積層膜の作製方法において、酸素の活性種を使用し
た反応性蒸着法により膜を作製することを特徴とする超
電導体膜と半導体膜、絶縁体膜、または常電導体膜との
多層膜の作製方法。 ８、上記超電導体膜と半導体膜、絶縁体膜または常電導
体膜の構成元素を原子層単位で順次蒸着することを特徴
とする請求項７記載の超電導体膜と半導体膜、絶縁体膜
または常電導体膜との多層膜の作製方法。 ９、上記酸素の活性種源としてマイクロ波励起酸素プラ
ズマを用いたことを特徴とする請求項７記載の超電導体
膜と半導体膜、絶縁体膜または常電導体膜との多層膜の
作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2228132A JPH0812937B2 (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 超電導体膜を含む多層膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2228132A JPH0812937B2 (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 超電導体膜を含む多層膜の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04111369A true JPH04111369A (ja) | 1992-04-13 |
| JPH0812937B2 JPH0812937B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=16871720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2228132A Expired - Fee Related JPH0812937B2 (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 超電導体膜を含む多層膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0812937B2 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02177381A (ja) * | 1988-09-22 | 1990-07-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超伝導体のトンネル接合素子 |
| JPH02260674A (ja) * | 1989-03-31 | 1990-10-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | トンネル型ジョセフソン素子とその作製方法 |
| JPH0464267A (ja) * | 1990-07-04 | 1992-02-28 | Matsushita Electric Works Ltd | 超電導薄膜およびその製造方法 |
| JPH0483383A (ja) * | 1990-07-25 | 1992-03-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜超伝導素子の製造方法 |
-
1990
- 1990-08-31 JP JP2228132A patent/JPH0812937B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02177381A (ja) * | 1988-09-22 | 1990-07-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超伝導体のトンネル接合素子 |
| JPH02260674A (ja) * | 1989-03-31 | 1990-10-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | トンネル型ジョセフソン素子とその作製方法 |
| JPH0464267A (ja) * | 1990-07-04 | 1992-02-28 | Matsushita Electric Works Ltd | 超電導薄膜およびその製造方法 |
| JPH0483383A (ja) * | 1990-07-25 | 1992-03-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜超伝導素子の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0812937B2 (ja) | 1996-02-07 |
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