JPH04314370A - 超伝導積層素子とその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超伝導層と絶縁層を積
層して構成される超伝導積層素子の構造とその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超伝導層と絶縁層の積層構造が、
例えばアイトリプルイートランザクション　　オン　　
マグネティクス誌，２１巻，第２号，１９８５年３月号
の１０２頁に述べられている。すなわち、多結晶超伝導
配線層上に多結晶絶縁層を重ねた積層構造が用いられて
いた。また、その製造方法は、多結晶超伝導配線層上に
結晶的に不連続な多結晶絶縁層を積層していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の超伝導配線層内
には結晶粒界が存在し、臨界温度以下の温度で結晶粒内
が超伝導層になった後も結晶粒界部に常伝導領域が残っ
た。そのため、超伝導配線層を臨界温度以下にしても結
晶粒界常伝導領域に磁束が捕束され、超伝導配線層の実
効的マイスナ効果が弱められていた。捕束磁束は、超伝
導回路の磁気雑音源になり、また、その熱的運動により
電気的雑音源になり、超伝導回路の正常動作あるいは信
頼性を損ねていた。

【０００４】本発明の目的は、超伝導配線層の捕束磁束
を排除し、磁気雑音，電気的雑音の低減を図った超伝導
積層素子とその製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、超伝導層と絶
縁層を積層して構成される超伝導積層素子において、第
１の単結晶超伝導配線層上に重ねて、単結晶超伝導コン
タクト層と、この単結晶超伝導コンタクト層と同じ厚さ
の単結晶絶縁層とが互いに隣接するように配置され、更
に単結晶超伝導コンタクト層と単結晶絶縁層の両方かま
たはいずれか一方の上に重ねて、第２の単結晶超伝導配
線層を配置したことを特徴とする。

【０００６】また本発明は、超伝導層と絶縁層を積層し
て構成される超伝導積層素子の製造方法において、第１
の単結晶超伝導配線層を形成する工程と、単結晶超伝導
コンタクト層領域を残して第１の単結晶超伝導配線層の
一部を薄くする工程と、薄くなった第１の単結晶超伝導
配線層上に、単結晶超伝導コンタクト層と同じ厚さの単
結晶絶縁層をエピタキシャル成長させる工程と、単結晶
超伝導コンタクト層と単結晶絶縁層の両方かまたはいず
れか一方の上に重ねて、第２の単結晶超伝導配線層をエ
ピタキシャル成長させる工程と含むことを特徴とする。

【０００７】

【作用】超伝導多結晶膜では、ある大きさの単結晶粒が
不規則に寄せ集まっている巨視的な膜を構成している。 互に隣接する単結晶粒の境界領域、いわゆる粒界では互
の結晶性が不連続であり、結晶表面のエネルギー準位や
、結晶転位によるポテンシャルの乱れが生じ超伝導性が
失われるか、または、結晶粒に比べて弱い超伝導性しか
発現しない。そのため、超伝導多結晶膜を臨界温度以下
の環境においた場合、結晶粒内は超伝導になっても粒界
に常伝導状態が残る。マイスナ効果によって、結晶粒内
から磁場は排除されるが粒界には磁場が残る。このいわ
ゆる磁束捕束現象を避けるためには、磁束捕束中心とな
る粒界を除くことが効果的である。磁気的雑音あるいは
電気的雑音の原因の一つである残留磁場を効果的に低減
するためには、素子に用いられる全ての超伝導体から残
留磁界を排除する必要がある。

【０００８】本発明の超伝導積層素子では、第１の超伝
導配線に単結晶超伝導層を用い、更に第２の超伝導配線
に、そして第１，第２の超伝導配線を連結する超伝導コ
ンタクト層にも単結晶膜を用いた。その結果、結晶粒界
が消滅し、そこでの磁束捕束、及びそれに起因する残留
磁界を除去することができた。そのため磁気的雑音，電
気的雑音が減少し、超伝導回路の正常動作性，信頼性が
向上した。

【０００９】本発明の超伝導積層素子の製造方法では、
第１の超伝導配線として単結晶超伝導層を形成し、更に
その上に重ねた絶縁層をエピタキシャル成長により単結
晶化し、更にその上に重ねた第２の超伝導配線層をエピ
タキシャル成長により単結晶化した。その結果、結晶粒
界が消滅し、それに起因する捕束磁束，残留磁界を除去
することができた。その結果、磁気的雑音，電気的雑音
が減少し、超伝導回路の正常動作性，信頼性が向上した
。

【００１０】

【実施例】図１は本発明である超伝導積層素子の一実施
例を説明するための断面図である。例えば、

【００１１
】

【数１】

【００１２】を主表面とするサファイアを基板１１に用
いて、例えば厚さ２００ｎｍのニオブ単結晶膜が第１の
単結晶超伝導配線層１２として配置されている。第１の
単結晶超伝導配線層上に重ねて、例えば厚さ２００ｎｍ
のニオブ単結晶超伝導コンタクト層１３と、例えば厚さ
２００ｎｍのサファイア単結晶絶縁層１４が配置されて
いる。単結晶超伝導コンタクト層１３と単結晶絶縁層１
４の両方または一方の上に重ねて、例えば厚さ２００ｎ
ｍのニオブ単結晶膜を用いた第２の単結晶超伝導配線層
１５が配置されている。

【００１３】本実施例の超伝導積層素子において、ジョ
セフソン素子が含まれてもよいし、また抵抗体を含むこ
とは可能である。また、基板には、バルクのニオブ単結
晶を用いて、基板と第１の単結晶超伝導配線層を兼ねた
素子構造にしてもよい。

【００１４】図２は、本発明の製造方法の一実施例を説
明するための超伝導積層素子の製造工程断面図である。

【００１５】まず、図２（ａ）に示すように、例えば

【
００１６】

【数２】

【００１７】を主表面とするサファイアを基板２１に用
いて、例えば厚さ４００ｎｍのニオブ単結晶膜を第１の
単結晶超伝導配線層２２として、例えば分子線エピタキ
シャル法で成長した。

【００１８】次に、図２（ｂ）に示すように、例えばＣ
Ｆ４　ガスを用いた反応性イオンエッチング法で単結晶
超伝導コンタクト層２３の領域を残して、第１の単結晶
超伝導配線層２２を例えば深さ２００ｎｍエッチングし
た。

【００１９】次に、図２（ｃ）に示すように、例えば厚
さ２００ｎｍのサファイア単結晶膜を例えば分子線エピ
タキシャル法で成長し、単結晶絶縁層２４を形成した。

【００２０】次に、図２（ｄ）に示すように、例えばポ
リスチレンを塗布し、例えば２００℃で３０分加熱して
試料表面を平坦にした後、例えば反応性イオンエッチン
グ法でエッチバックし、単結晶超伝導コンタクト層２３
の表面を露出させた。

【００２１】最後に、図２（ｅ）に示すように、例えば
分子線エピタキシャル法で、例えば厚さ２００ｎｍのニ
オブ単結晶膜を第２の単結晶超伝導配線層２５として成
長し、例えば反応性イオンエッチング法を用いて形状加
工を行った。

【００２２】

【発明の効果】本発明の超伝導積層素子とその製造方法
によれば、素子内の超伝導配線内の結晶粒界を排除し、
結晶粒界に起因する捕束磁束，残留磁界が消滅し、超伝
導回路の正常動作性，信頼性の向上を可能にした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明である超伝導積層素子の一実施例を示す
断面図である。

【図２】本発明である製造方法の一実施例を示す製造工
程断面図である。

【符号の説明】

１１，２１　　基板 １２，２２　　第１の単結晶超伝導配線層１３，２３　
　単結晶超伝導コンタクト層１４，２４　　単結晶絶縁
層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超伝導層と絶縁層を積層して構成される超
   伝導積層素子において、第１の単結晶超伝導配線層上に
   重ねて、単結晶超伝導コンタクト層と、この単結晶超伝
   導コンタクト層と同じ厚さの単結晶絶縁層とが互いに隣
   接するように配置され、更に単結晶超伝導コンタクト層
   と単結晶絶縁層の両方かまたはいずれか一方の上に重ね
   て、第２の単結晶超伝導配線層を配置したことを特徴と
   する超伝導積層素子。
2. 【請求項２】超伝導層と絶縁層を積層して構成される超
   伝導積層素子の製造方法において、第１の単結晶超伝導
   配線層を形成する工程と、単結晶超伝導コンタクト層領
   域を残して第１の単結晶超伝導配線層の一部を薄くする
   工程と、薄くなった第１の単結晶超伝導配線層上に、単
   結晶超伝導コンタクト層と同じ厚さの単結晶絶縁層をエ
   ピタキシャル成長させる工程と、単結晶超伝導コンタク
   ト層と単結晶絶縁層の両方かまたはいずれか一方の上に
   重ねて、第２の単結晶超伝導配線層をエピタキシャル成
   長させる工程と含むことを特徴とする超伝導積層素子の
   製造方法。