JPH04282877A - 集積化が容易な超電導素子およびその作製方法 - Google Patents
集積化が容易な超電導素子およびその作製方法Info
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- JPH04282877A JPH04282877A JP3070671A JP7067191A JPH04282877A JP H04282877 A JPH04282877 A JP H04282877A JP 3070671 A JP3070671 A JP 3070671A JP 7067191 A JP7067191 A JP 7067191A JP H04282877 A JPH04282877 A JP H04282877A
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (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
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プレーナ構造の超電導
素子およびその作製方法に関する。より詳細には、半導
体基板上に形成され、酸化物超電導体が用いられていて
、集積化が容易な構成のプレーナ構造の超電導素子およ
びその作製方法に関する。
素子およびその作製方法に関する。より詳細には、半導
体基板上に形成され、酸化物超電導体が用いられていて
、集積化が容易な構成のプレーナ構造の超電導素子およ
びその作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】超電導現象を利用した素子は、従来の半
導体素子に比較して高速であり、消費電力も小さく、飛
躍的に高性能化することができると考えられている。特
に近年研究が進んでいる酸化物超電導体を使用すること
により、比較的高い温度で動作する超電導素子を作製す
ることが可能である。超電導素子の中でも、半導体と超
電導体を組み合わせた超電導ベーストランジスタ、超電
導FET等のいわゆる超電導トランジスタは3端子素子
であるため、ジョセフソン素子よりも論理回路が簡単に
構成でき、より実用性が高い。
導体素子に比較して高速であり、消費電力も小さく、飛
躍的に高性能化することができると考えられている。特
に近年研究が進んでいる酸化物超電導体を使用すること
により、比較的高い温度で動作する超電導素子を作製す
ることが可能である。超電導素子の中でも、半導体と超
電導体を組み合わせた超電導ベーストランジスタ、超電
導FET等のいわゆる超電導トランジスタは3端子素子
であるため、ジョセフソン素子よりも論理回路が簡単に
構成でき、より実用性が高い。
【0003】上記の超電導トランジスタを各種電子装置
に使用する場合には、集積化することが必要となる。そ
のため、素子構造をプレーナ構造とすることが有利であ
る。また、超電導体に酸化物超電導体を使用する場合に
は、半導体基板上に酸化物超電導体の薄膜を形成し、素
子ごとに超電導領域を分離しなければならない。図3お
よび図4に、従来の方法により超電導領域が分離された
酸化物超電導薄膜を示す。図3に示した酸化物超電導薄
膜は、基板33上に形成された酸化物超電導薄膜の超電
導領域31として必要な部分をフォトレジスト膜35で
被覆し、エッチングにより、他の部分を除去したもので
ある。一方、図4に示した酸化物超電導薄膜は、基板4
3上の分離層42が形成される部分にSiO2 等Si
を含む物質の層44を形成してから、酸化物超電導薄膜
40を成膜して作製した。分離層42は、酸化物超電導
薄膜40にSiO2 中のSiが拡散して超電導性を失
った部分で構成されている。
に使用する場合には、集積化することが必要となる。そ
のため、素子構造をプレーナ構造とすることが有利であ
る。また、超電導体に酸化物超電導体を使用する場合に
は、半導体基板上に酸化物超電導体の薄膜を形成し、素
子ごとに超電導領域を分離しなければならない。図3お
よび図4に、従来の方法により超電導領域が分離された
酸化物超電導薄膜を示す。図3に示した酸化物超電導薄
膜は、基板33上に形成された酸化物超電導薄膜の超電
導領域31として必要な部分をフォトレジスト膜35で
被覆し、エッチングにより、他の部分を除去したもので
ある。一方、図4に示した酸化物超電導薄膜は、基板4
3上の分離層42が形成される部分にSiO2 等Si
を含む物質の層44を形成してから、酸化物超電導薄膜
40を成膜して作製した。分離層42は、酸化物超電導
薄膜40にSiO2 中のSiが拡散して超電導性を失
った部分で構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法で超電
導領域を分離した場合には、いずれも超電導素子に好ま
しくない影響がある。図3のように、フォトレジストと
エッチングを使用した場合には、サイドエッチ等により
加工精度が低く、微細加工が困難である。また、超電導
領域となる酸化物超電導薄膜の表面がフォトレジストで
汚染されたり、側面がエッチングの際に汚染されたりす
る。酸化物超電導体は、特に水、Clイオンに触れると
劣化し易いため、酸化物超電導薄膜を直接エッチング加
工する工程がある作製方法では、特性のよい超電導素子
を作製することが難しい。
導領域を分離した場合には、いずれも超電導素子に好ま
しくない影響がある。図3のように、フォトレジストと
エッチングを使用した場合には、サイドエッチ等により
加工精度が低く、微細加工が困難である。また、超電導
領域となる酸化物超電導薄膜の表面がフォトレジストで
汚染されたり、側面がエッチングの際に汚染されたりす
る。酸化物超電導体は、特に水、Clイオンに触れると
劣化し易いため、酸化物超電導薄膜を直接エッチング加
工する工程がある作製方法では、特性のよい超電導素子
を作製することが難しい。
【0005】一方、図4に示した方法で分離層を形成し
た場合には、酸化物超電導薄膜が劣化することはないが
、酸化物超電導薄膜表面に段差が生じる。超電導素子を
作製するためには、この酸化物超電導薄膜上にさらに各
種の層を積層しなければならないが、このとき、寸法精
度を向上させることができない。そのため、多層化、微
細化が困難である。また、段差部分における耐圧にも問
題が生じる。
た場合には、酸化物超電導薄膜が劣化することはないが
、酸化物超電導薄膜表面に段差が生じる。超電導素子を
作製するためには、この酸化物超電導薄膜上にさらに各
種の層を積層しなければならないが、このとき、寸法精
度を向上させることができない。そのため、多層化、微
細化が困難である。また、段差部分における耐圧にも問
題が生じる。
【0006】そこで、本発明の目的は、上記従来技術の
問題点を解決したプレーナ構造の超電導素子および作製
方法を提供することにある。
問題点を解決したプレーナ構造の超電導素子および作製
方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、半導体
基板上に配置された酸化物超電導体層を具備するプレー
ナ構造の超電導素子において、前記超電導素子の前記酸
化物超電導体層の上面が平坦であり、前記超電導素子の
前記酸化物超電導体層における超電導領域が、前記酸化
物超電導体と等しい構成元素を含む非超電導酸化物で構
成された分離層により画成されていることを特徴とする
超電導素子が提供される。
基板上に配置された酸化物超電導体層を具備するプレー
ナ構造の超電導素子において、前記超電導素子の前記酸
化物超電導体層の上面が平坦であり、前記超電導素子の
前記酸化物超電導体層における超電導領域が、前記酸化
物超電導体と等しい構成元素を含む非超電導酸化物で構
成された分離層により画成されていることを特徴とする
超電導素子が提供される。
【0008】また、本発明では、上記本発明の超電導素
子を作製する方法として、前記半導体基板の前記超電導
素子の分離層が形成される部分に該半導体基板を構成す
る半導体の酸化物層を形成し、前記半導体基板の超電導
素子の超電導領域が形成される部分に酸化物超電導体結
晶と格子整合性のよい物質によるバッファ層を前記半導
体の酸化物層とほぼ等しい厚さに形成した後、酸化物超
電導薄膜の成膜を行うことを特徴とする超電導素子の作
製方法が提供される。
子を作製する方法として、前記半導体基板の前記超電導
素子の分離層が形成される部分に該半導体基板を構成す
る半導体の酸化物層を形成し、前記半導体基板の超電導
素子の超電導領域が形成される部分に酸化物超電導体結
晶と格子整合性のよい物質によるバッファ層を前記半導
体の酸化物層とほぼ等しい厚さに形成した後、酸化物超
電導薄膜の成膜を行うことを特徴とする超電導素子の作
製方法が提供される。
【0009】
【作用】本発明の超電導素子は、半導体基板上に形成さ
れた、例えば超電導電極として機能する酸化物超電導体
層を具備する。また、この酸化物超電導体層の上面が平
坦で、さらに超電導素子のこの酸化物超電導体層におけ
る領域がこの酸化物超電導体と等しい構成元素を含む非
超電導酸化物で構成された分離層で画成されているとこ
ろにその主要な特徴がある。本発明の超電導素子は、酸
化物超電導体層の上面が平坦であるので寸法の精度を高
くすることができるので多層構造や、微細化が容易であ
る。また、酸化物超電導体層に段差がないので、耐圧も
大きくすることが可能である。
れた、例えば超電導電極として機能する酸化物超電導体
層を具備する。また、この酸化物超電導体層の上面が平
坦で、さらに超電導素子のこの酸化物超電導体層におけ
る領域がこの酸化物超電導体と等しい構成元素を含む非
超電導酸化物で構成された分離層で画成されているとこ
ろにその主要な特徴がある。本発明の超電導素子は、酸
化物超電導体層の上面が平坦であるので寸法の精度を高
くすることができるので多層構造や、微細化が容易であ
る。また、酸化物超電導体層に段差がないので、耐圧も
大きくすることが可能である。
【0010】本発明では、上記本発明の超電導素子の作
製方法も提供される。本発明の方法では、半導体基板上
の上記の分離層となる部分にこの半導体基板の半導体の
酸化物層を形成し、超電導素子の超電導領域となる部分
に酸化物超電導体結晶と格子整合性のよい物質によるバ
ッファ層を半導体の酸化物層とほぼ等しい厚さに形成す
る。この半導体酸化物層およびバッファ層上に酸化物超
電導薄膜の成膜を行うと、半導体酸化物層上の酸化物超
電導薄膜中に半導体酸化物を構成する原子が拡散して酸
化物超電導薄膜の超電導性が失われ、非超電導体の分離
層となる。一方バッファ層上には、結晶性の優れた酸化
物超電導薄膜が成長し、超電導領域となる。本発明の方
法では、酸化物超電導薄膜を直接エッチング等で加工す
る工程がないので、酸化物超電導薄膜が汚染されたり、
劣化することがない。
製方法も提供される。本発明の方法では、半導体基板上
の上記の分離層となる部分にこの半導体基板の半導体の
酸化物層を形成し、超電導素子の超電導領域となる部分
に酸化物超電導体結晶と格子整合性のよい物質によるバ
ッファ層を半導体の酸化物層とほぼ等しい厚さに形成す
る。この半導体酸化物層およびバッファ層上に酸化物超
電導薄膜の成膜を行うと、半導体酸化物層上の酸化物超
電導薄膜中に半導体酸化物を構成する原子が拡散して酸
化物超電導薄膜の超電導性が失われ、非超電導体の分離
層となる。一方バッファ層上には、結晶性の優れた酸化
物超電導薄膜が成長し、超電導領域となる。本発明の方
法では、酸化物超電導薄膜を直接エッチング等で加工す
る工程がないので、酸化物超電導薄膜が汚染されたり、
劣化することがない。
【0011】本発明の方法では、CVD法で成膜したM
gAl2O4膜上にスパッタリング法で成膜したBaT
iO3 膜を積層した積層構造の膜等を上記バッファ層
として使用することが好ましい。また、本発明の超電導
素子の半導体基板には、Siの他、GaAs、InP、
InGaAs、InGaAsP等の化合物半導体も使用
することができる。本発明は、任意の酸化物超電導体に
適用することが可能であるが、特にY−Ba−Cu−O
系酸化物超電導体、Bi−Sr−Ca−Cu−O系酸化
物超電導体、Tl−Ba−Ca−Cu−O系酸化物超電
導体に適用することが好ましい。これらの酸化物超電導
体は、臨界温度を始めとする各種の超電導特性が現在の
ところ最も優れているからである。
gAl2O4膜上にスパッタリング法で成膜したBaT
iO3 膜を積層した積層構造の膜等を上記バッファ層
として使用することが好ましい。また、本発明の超電導
素子の半導体基板には、Siの他、GaAs、InP、
InGaAs、InGaAsP等の化合物半導体も使用
することができる。本発明は、任意の酸化物超電導体に
適用することが可能であるが、特にY−Ba−Cu−O
系酸化物超電導体、Bi−Sr−Ca−Cu−O系酸化
物超電導体、Tl−Ba−Ca−Cu−O系酸化物超電
導体に適用することが好ましい。これらの酸化物超電導
体は、臨界温度を始めとする各種の超電導特性が現在の
ところ最も優れているからである。
【0012】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではない
。
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではない
。
【0013】
【実施例】図1に本発明の超電導素子の一例の超電導体
層上からの平面図を示す。本発明の超電導素子は、半導
体基板3上に配置された酸化物超電導体層10を具備し
、超電導領域1が非超電導体の分離層11により画成さ
れている。図1には、1個の超電導素子しか示されてい
ないが、複数の超電導素子を配列する場合には、分離層
11を共有するように連続して配置することが可能であ
る。
層上からの平面図を示す。本発明の超電導素子は、半導
体基板3上に配置された酸化物超電導体層10を具備し
、超電導領域1が非超電導体の分離層11により画成さ
れている。図1には、1個の超電導素子しか示されてい
ないが、複数の超電導素子を配列する場合には、分離層
11を共有するように連続して配置することが可能であ
る。
【0014】上記本発明の超電導素子を本発明の方法に
より作製した。半導体基板にはSi基板を使用して、酸
化物超電導体にはY1Ba2Cu3O7−X酸化物超電
導体を使用した。図2を参照して、本発明の方法で本発
明の超電導素子を作製する手順を説明する。図2は、図
1の本発明の超電導素子を作製する工程を、図1のA−
Aにおける断面図で示したものである。まず、図2(a
)に示すようSi基板3の表面に、450nmのSiO
2 層4をCVD法で形成する。次に図2(b)に示す
ようSiO2 層4上にフォトレジスト膜5を形成する
。次いで図2(c)に示すようフォトレジスト5でパタ
ーンを形成し、図2(d)に示すようフッ酸系のエッチ
ャントを使用してSiO2 層4のフォトレジスト5に
被われていない部分を除去する。Si基板3の露出した
部分上に図2(e)に示すよう厚さ350nmのMgA
l2O4膜21をCVD法で成膜し、その上に厚さ10
0nmのBaTiO3膜22をスパッタリング法で成膜
する。この積層膜によるバッファ層の厚さはほぼSiO
2 層4の厚さに等しい。図2(f)に示すようフォト
レジスト膜5を除去してSiO2 層4上のMgAl2
O4、BaTiO3膜をリフトオフにより取り除き、S
iO2 層4を露出させる。SiO2 層4が露出した
ら、図2(g)に示すようY1Ba2Cu3O7−X酸
化物超電導薄膜10をオフアクシススパッタリング法、
反応性蒸着法、MBE法、CVD法等の方法で成膜する
。オフアクシススパッタリング法で酸化物超電導薄膜を
成膜する場合の成膜条件を以下に示す。 このとき、酸化物超電導薄膜10のSiO2 層4
上の部分には、SiO2 層4からSiが拡散し、非超
電導体の分離層11となる。酸化物超電導薄膜10のB
aTiO3 膜22上の部分には、c軸配向の結晶性の
よい酸化物超電導体による超電導領域11が形成される
。
より作製した。半導体基板にはSi基板を使用して、酸
化物超電導体にはY1Ba2Cu3O7−X酸化物超電
導体を使用した。図2を参照して、本発明の方法で本発
明の超電導素子を作製する手順を説明する。図2は、図
1の本発明の超電導素子を作製する工程を、図1のA−
Aにおける断面図で示したものである。まず、図2(a
)に示すようSi基板3の表面に、450nmのSiO
2 層4をCVD法で形成する。次に図2(b)に示す
ようSiO2 層4上にフォトレジスト膜5を形成する
。次いで図2(c)に示すようフォトレジスト5でパタ
ーンを形成し、図2(d)に示すようフッ酸系のエッチ
ャントを使用してSiO2 層4のフォトレジスト5に
被われていない部分を除去する。Si基板3の露出した
部分上に図2(e)に示すよう厚さ350nmのMgA
l2O4膜21をCVD法で成膜し、その上に厚さ10
0nmのBaTiO3膜22をスパッタリング法で成膜
する。この積層膜によるバッファ層の厚さはほぼSiO
2 層4の厚さに等しい。図2(f)に示すようフォト
レジスト膜5を除去してSiO2 層4上のMgAl2
O4、BaTiO3膜をリフトオフにより取り除き、S
iO2 層4を露出させる。SiO2 層4が露出した
ら、図2(g)に示すようY1Ba2Cu3O7−X酸
化物超電導薄膜10をオフアクシススパッタリング法、
反応性蒸着法、MBE法、CVD法等の方法で成膜する
。オフアクシススパッタリング法で酸化物超電導薄膜を
成膜する場合の成膜条件を以下に示す。 このとき、酸化物超電導薄膜10のSiO2 層4
上の部分には、SiO2 層4からSiが拡散し、非超
電導体の分離層11となる。酸化物超電導薄膜10のB
aTiO3 膜22上の部分には、c軸配向の結晶性の
よい酸化物超電導体による超電導領域11が形成される
。
【0015】本発明の方法では、上記のように、酸化物
超電導薄膜に対し直接エッチング等の加工を行うことな
く、本発明の超電導素子を作製することが可能である。 複数の本発明の超電導素子も、本発明の方法で全く同様
に作製することが可能である。本実施例では、半導体基
板を酸化して形成した酸化膜を使用して超電導素子の分
離層を形成したが、本発明の方法はこれに限定されるも
のではない。例えば、CVD法、スパッタリング法等で
半導体基板上に形成した、同種または異種半導体の酸化
膜、多結晶膜等を使用することも可能である。
超電導薄膜に対し直接エッチング等の加工を行うことな
く、本発明の超電導素子を作製することが可能である。 複数の本発明の超電導素子も、本発明の方法で全く同様
に作製することが可能である。本実施例では、半導体基
板を酸化して形成した酸化膜を使用して超電導素子の分
離層を形成したが、本発明の方法はこれに限定されるも
のではない。例えば、CVD法、スパッタリング法等で
半導体基板上に形成した、同種または異種半導体の酸化
膜、多結晶膜等を使用することも可能である。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従えば、
多層化、集積化に適した構成の超電導素子およびその作
製方法が提供される。本発明の方法により作製される本
発明の超電導素子は、超電導特性も優れている。本発明
を超電導素子、超電導集積回路の作製に応用することに
より、従来得られなかった高性能な超電導装置が作製可
能である。
多層化、集積化に適した構成の超電導素子およびその作
製方法が提供される。本発明の方法により作製される本
発明の超電導素子は、超電導特性も優れている。本発明
を超電導素子、超電導集積回路の作製に応用することに
より、従来得られなかった高性能な超電導装置が作製可
能である。
【図1】本発明の超電導素子の一例の平面図である。
【図2】本発明の超電導素子を本発明の方法で作製する
工程を説明する図である。
工程を説明する図である。
【図3】従来の方法により超電導領域が分離された酸化
物超電導薄膜の概略断面図である。
物超電導薄膜の概略断面図である。
【図4】異なる従来の方法により超電導領域が分離され
た酸化物超電導薄膜の概略断面図である。
た酸化物超電導薄膜の概略断面図である。
1 超電導領域
3 基板
4 SiO2 層
5 フォトレジスト
10 酸化物超電導薄膜
Claims (2)
- 【請求項1】 半導体基板上に配置された酸化物超電
導体層を具備するプレーナ構造の超電導素子において、
前記超電導素子の前記酸化物超電導体層の上面が平坦で
あり、前記超電導素子の前記酸化物超電導体層における
超電導領域が、前記酸化物超電導体と等しい構成元素を
含む非超電導酸化物で構成された分離層により画成され
ていることを特徴とする超電導素子。 - 【請求項2】 請求項1に記載の超電導素子を作製す
る方法において、前記半導体基板の前記超電導素子の分
離層が形成される部分に該半導体基板を構成する半導体
の酸化物層を形成し、前記半導体基板の超電導素子の超
電導領域が形成される部分に酸化物超電導体結晶と格子
整合性のよい物質によるバッファ層を前記半導体の酸化
物層とほぼ等しい厚さに形成した後、酸化物超電導薄膜
の成膜を行うことを特徴とする超電導素子の作製方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3070671A JPH04282877A (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 集積化が容易な超電導素子およびその作製方法 |
| CA002062709A CA2062709C (en) | 1991-03-11 | 1992-03-11 | Superconducting thin film having at least one isolated superconducting region formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same |
| DE69219816T DE69219816T2 (de) | 1991-03-11 | 1992-03-11 | Supraleitende Dünnschicht mit mindestens einer isolierten Region, gebildet aus oxydisch supraleitendem Material und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| EP92400633A EP0508844B1 (en) | 1991-03-11 | 1992-03-11 | Superconducting thin film having at least one isolated superconducting region formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same |
| US08/479,853 US5571777A (en) | 1991-03-11 | 1995-06-07 | Superconducting thin film having at least one isolated superconducting region formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3070671A JPH04282877A (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 集積化が容易な超電導素子およびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04282877A true JPH04282877A (ja) | 1992-10-07 |
Family
ID=13438363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3070671A Pending JPH04282877A (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 集積化が容易な超電導素子およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04282877A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01161731A (ja) * | 1987-12-18 | 1989-06-26 | Toshiba Corp | 超電導配線の形成方法 |
-
1991
- 1991-03-11 JP JP3070671A patent/JPH04282877A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01161731A (ja) * | 1987-12-18 | 1989-06-26 | Toshiba Corp | 超電導配線の形成方法 |
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|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
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