JPH04280691A - 超電導基板 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導基板に関する。 より詳細には、本発明は、酸化物超電導薄膜を搭載した
Ｓｉウェハであって、種々の回路または素子を作製する
場合の基材となる新規な超電導基板の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導現象は、液体ヘリウムによる冷却
が必須な極低温における固有の現象であるとかつては考
えられていた。しかしながら、１９８６年にベドノーツ
、ミューラー等によって、３０Ｋで超電導状態を示す（
Ｌａ，Ｂａ）２ＣｕＯ４　が発見されて以来、１９８７
年には、チュー等によって９０Ｋ台の超電導臨界温度Ｔ
ｃ　を有するＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ　が発見され、続いて
、１９８８年には前田等によって１００　Ｋ以上の臨界
温度を示す所謂Ｂｉ系の複合酸化物系超電導材料が発見
された。これらの一連の複合酸化物系超電導材料は、廉
価な液体窒素による冷却で超電導現象を実現することが
できるので超電導技術の実用的な応用の可能性が俄に取
り沙汰されるようになった。

【０００３】当初、これらの複合酸化物系超電導材料は
、固相反応法による焼結体として合成されていたが、そ
の後の研究の進捗により、今日では、薄膜として作製す
ることにより、極めて品質の高いものが得られるように
なってきた。但し、これらの複合酸化物は、それぞれに
複雑な結晶構造を有し、特定の基板上に特定の条件で成
膜した場合にのみ有効な超電導特性を発揮する相を形成
する。即ち、酸化物超電導薄膜の下地基板としては、Ｍ
ｇＯ単結晶基板、ＳｒＴｉＯ３　単結晶基板等が使用さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような酸化物単結晶基板は、一般に高価な上に供給が少
なく、その使用は酸化物超電導体の実用化を考えた場合
に極めて不利な要件のひとつであると考えられている。 また、酸化物基板は大径のものが入手し難く、酸化物超
電導薄膜が今後大面積化していくことを考えた場合に適
切な材料とは考え難い。

【０００５】そこで、廉価且つ高品質な基板材料として
現在最も安定に供給されているＳｉウェハを下地基板と
して酸化物超電導薄膜を作製することが提案されている
。 ところが、Ｓｉウェハと酸化物超電導体とは、熱膨張率
差が非常に大きい。即ち、Ｓｉ単結晶の熱膨張率が　２
．４程度であるのに対して、代表的な酸化物超電導体で
あるＹ系複合酸化物の熱膨張率は１４以上もある。この
ため、Ｓｉウェハ上に酸化物超電導薄膜を成膜した場合
、熱的なミスマッチのためにクラックを生じてしまう。 従って、大面積Ｓｉウェハを使用して酸化物超電導薄膜
を成膜しても、有効に利用できる酸化物超電導薄膜の面
積は限られているという問題がある。

【０００６】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、使用材料をより有効に活用することができる
新規な超電導基板の構成を提供することをその目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明に従うと、
Ｓｉウェハと、該Ｓｉウェハ上に搭載された酸化物超電
導薄膜とを含む超電導基板であって、該酸化物超電導薄
膜が該Ｓｉウェハの中央付近の領域および周縁部近傍の
領域を避けて搭載されており、該酸化物超電導薄膜が搭
載されていない領域ではＳｉウェハの成膜面が露出して
いることを特徴とする超電導基板が提供される。

【０００８】

【作用】本発明に係る超電導基板は、Ｓｉウェハ上の特
定の領域にのみ搭載された酸化物超電導薄膜を具備して
いることをその主要な特徴のひとつとしている。

【０００９】即ち、Ｓｉウェハ上に面積の大きな酸化物
超電導薄膜を成膜した場合のクラックの発生状況を詳細
に検討した結果、クラックの発生は、Ｓｉウェハの中央
部および端部において特に顕著であることが判明した。 そこで、本発明に係る超電導基板においては、Ｓｉウェ
ハの中央および端部を避けて酸化物超電導薄膜を搭載す
ることによりクラックの発生を実質的に防止している。

【００１０】また、本発明に係る超電導基板の特徴的な
構成のひとつとして、酸化物超電導薄膜が搭載されてい
ない領域ではＳｉウェハが表面に露出していることが挙
げられる。このような構成は、以下に説明するような、
超電導基板の新しい使用法を実現する。

【００１１】即ち、システム全体の入力から出力までを
全て超電導回路または超電導素子により形成された電子
装置は実際には存在しない。換言すれば、超電導素子あ
るいは超電導回路を使用した電子回路は、必ず常伝導素
子により構成された電子回路に接続して使用される。

【００１２】そこで、本発明に係る超電導基板を使用す
るならば、Ｓｉウェハを基材とした半導体回路と、酸化
物超電導薄膜を基材とした超電導回路とを、１枚の基板
内に同時に造り込むことが可能になる。

【００１３】尚、酸化物超電導薄膜は、塩酸等をエッチ
剤として使用したウェットエッチング等によりパターニ
ングすることができ、適切なプロセスに従って加工する
ことにより、半導体回路と同様に回路化または素子化す
ることができる。

【００１４】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示はあくまでも本発明の一実施
例に過ぎず、本発明の技術的範囲を何ら限定するもので
はない。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明に係る超電導基板の構成例を
示す図である。

【００１６】同図に示すように、この超電導基板は、略
円形のＳｉウェハ１上に、環状のパターンに従って成膜
された酸化物超電導薄膜２を搭載して構成されている。 尚、実際には、Ｓｉウェハ１の直上には適切なバッファ
層が形成され、酸化物超電導薄膜２はこのバッファ層上
に形成されている。

【００１７】既に述べたように、上述のような酸化物超
電導薄膜２のパターンは、Ｓｉウェハ１上に酸化物超電
導薄膜２を成膜した際に発生するクラックを防止するた
めのものである。従って、その具体的な形状には、酸化
物超電導薄膜２を成膜する際の基板温度と、Ｓｉウェハ
１の寸法と、酸化物超電導薄膜２の膜厚とが密接に関係
している。

【００１８】今、酸化物超電導薄膜２の成膜時の基板温
度が　５８０℃であったとすると、Ｓｉウェハ１の寸法
と、酸化物超電導薄膜２のパターンサイズとの関係は、
下記の表１に示すような範囲にある。

【００１９】

【表１】

【００２０】尚、図１に示したような本発明に係る超電
導基板は、最終的には、ダイシング処理により何枚かに
切り分けて使用される。この場合、図２に示すように、
半径方向にＳｉウェハ１を切断することにより、Ｓｉウ
ェハ１が露出した領域と酸化物超電導薄膜２を搭載した
領域とを共に備えた同じ形状の切片を得ることができる
。従って、半導体回路と超電導回路との混在した所定の
集積回路を、１枚の超電導基板上に繰り返しパターニン
グすることができる。

【００２１】〔作製例〕直径４インチのＳｉウェハ上に
、内径３０ｍｍ、外径７０ｍｍの環状のパターンで、Ｍ
ｇＯによるバッファ層を形成した。成膜方法はＭＢＥ法
とし、成膜条件は下記の表２に示す通りであった。また
、バッファ層のパターニングは、イオンミリング法によ
り行った。

【００２２】

【表２】

【００２３】続いて、上述のようにして作製したバッフ
ァ層上に、バッファ層と同じパターンで酸化物超電導薄
膜を成膜した。薄膜材料は、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物とし
、反応性蒸着法により下記の表３に示す成膜条件で成膜
した。

【００２４】

【表３】

【００２５】以上のようにして作製した超電導基板にお
いて、酸化物超電導薄膜の表面を光学顕微鏡によって観
察したが、クラックの発生は認められなかった。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る超電
導基板は、酸化物超電導薄膜による超電導回路の基材と
、Ｓｉ半導体による常伝導回路の基材とに同時に使用す
ることができ、実用的な超電導回路の応用に広範に利用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超電導基板の構成例を示す図であ
る。

【図２】図１に示した超電導基板の使用例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１　　　　Ｓｉウェハ、 ２　　　　酸化物超電導薄膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｓｉウェハと、該Ｓｉウェハ上に搭載され
   た酸化物超電導薄膜とを含む超電導基板であって、該酸
   化物超電導薄膜が該Ｓｉウェハの中央付近の領域および
   周縁部近傍の領域を避けて搭載されており、該酸化物超
   電導薄膜が搭載されていない領域ではＳｉウェハの成膜
   面が露出していることを特徴とする超電導基板。