JPH04334074A - 超電導素子及び超電導回路 - 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、超電導エレクトロニク
スの分野に用いられる超電導装置に係り、例えばスイッ
チング回路等に用いる超電導素子を有する超電導装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】酸化物系の超電導材料を用いた超電導素
子としては、アプライドフィジックス　　レターズ，５
５巻２０３２頁，１９８９年（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，　Ｖｏｌ．５５，ｐ．２０
３２，１９８９）に、酸化物超電導材料の結晶粒界を弱
結合部とした超電導素子や、２層の酸化物の超電導薄膜
を貴金属で接続した超電導素子が示されている。これら
の超電導素子は、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＬａＧａＯ３
、ＬａＡｌＯ３等の基板上に形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術は、超
電導素子を形成する下地材料について配慮されておらず
、素子としての十分な性能を有していないという問題が
あった。例えば、代表的な酸化物超電導体であるＹ系超
電導体の格子定数は３．８７Å（ａ軸、ｂ軸、ｃ軸の平
均値）である。これに対し、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ３、Ｌ
ａＧａＯ３、ＬａＡｌＯ３の格子定数は、それぞれ４．
２３Å、３．９０５Å、３．８９１Å、３．７９４Åで
あり、格子の不整合性はそれぞれ９．３％、０．９％、
０．５４％、２．０％である。

【０００４】これらの基板のうち、ＭｇＯ及びＬａＡｌ
Ｏ３は格子定数の不整合性が大きいため、基板上に超電
導体をエピタキシャル成長させることは困難である。ま
た、ＬａＧａＯ３は約１００℃において構造相転移を起
こすことが知られており、基板材料としては適さない。 ＳｒＴｉＯ３は、上記の基板の中では、高温超電導体を
エピタキシャル成長させるためには最も適している。し
かし、格子定数の不整合性が十分小さいとはいえず、こ
の基板上に形成された超電導体のエピタキシャル成長層
は良好な超電導特性を示さない。

【０００５】また、ＳｒＴｉＯ３はペロブスカイト結晶
構造のＢサイトにＴｉイオンを含むために、膜作製時に
生じるＴｉイオンの拡散が素子性能を大きく劣化させる
。さらに、熱膨張係数に関しても、酸化物超電導体にお
いては銅と酸素の結合により支配されているのに対し、
ＳｒＴｉＯ３においてはＴｉと酸素の結合により支配さ
れているために、これが大きく異なる。この結果、加熱
及び冷却による格子欠損等を生じる。

【０００６】本発明の目的は、良好な超電導特性を示す
超電導素子を有する超電導装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、（１）式Ｐ
ｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙで表される材料からなる
基板と、酸化物超電導体により少なくとも電極が構成さ
れ、該基板上に形成された超電導素子とを有することを
特徴とする超電導装置、（２）基板と、該基板上に形成
された、式Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙで表される
材料からなる層と、酸化物超電導体により少なくとも電
極が構成され、該層上に形成された超電導素子とを有す
ることを特徴とする超電導装置、（３）上記２記載の超
電導装置において、上記式Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３
Ｏｙで表される材料からなる層はエピタキシャル成長層
であることを特徴とする超電導装置、（４）上記１から
３のいずれか一に記載の超電導装置において、上記式Ｐ
ｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙのｘの値は、０≦ｘ≦０
．５の範囲であることを特徴とする超電導装置、（５）
上記１から３のいずれか一に記載の超電導装置において
、上記式Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙのｘの値は、
０．２≦ｘ≦０．５の範囲であることを特徴とする超電
導装置、（６）上記１から５のいずれか一に記載の超電
導装置において、上記酸化物超電導体は、Ｌｎ、Ｂａ、
Ｃｕ及びＯ（ただしＬｎは希土類元素又はＹを表す）を
含む材料からなる酸化物超電導体であることを特徴とす
る超電導装置、（７）上記６記載の超電導装置において
、上記ＬｎはＹであることを特徴とする超電導装置、（
８）上記１から７のいずれか一に記載の超電導装置にお
いて、上記超電導素子は、常伝導体を介して接続された
二個の超電導電極と、該常伝導体に対して絶縁体薄膜を
介して配置され、該常伝導体に電界を印加するためのゲ
ート電極とよりなる電界効果型三端子超電導素子である
ことを特徴とする超電導装置、（９）上記８記載の超電
導装置において、上記常伝導体は、構成元素として銅を
含み、かつ、ペロブスカイト結晶構造を持つ、酸化物半
導体であることを特徴とする超電導装置、（１０）上記
８記載の超電導装置において、上記常伝導体は、構成元
素として銅を含み、かつ、酸素欠損型三重ペロブスカイ
ト結晶構造を持つ、酸化物半導体であることを特徴とす
る超電導装置、（１１）上記１から７のいずれか一に記
載の超電導装置において、上記超電導素子は、二個の超
電導電極が常伝導体を介して接続された弱結合超電導素
子であることを特徴とする超電導装置、（１２）上記１
１記載の超電導装置において、上記常伝導体は、構成元
素として銅を含み、かつ、ペロブスカイト構造を持つ、
酸化物半導体であることを特徴とする超電導装置、（１
３）上記１１記載の超電導装置において、上記常伝導体
は、構成元素として銅を含み、かつ、酸素欠損型三重ペ
ロブスカイト構造を持つ、酸化物半導体であることを特
徴とする超電導装置、（１４）上記１から７のいずれか
一に記載の超電導装置において、上記超電導素子は、二
個の超電導電極が絶縁物を介して接続された超電導素子
であることを特徴とする超電導装置、（１５）上記１４
記載の超電導装置において、上記絶縁物は、構成元素と
して銅を含み、かつ、ペロブスカイト構造を持つ、酸化
物であることを特徴とする超電導装置、（１６）上記１
４記載の超電導装置において、上記絶縁物は、構成元素
として銅を含み、かつ、酸素欠損型三重ペロブスカイト
構造を持つ、酸化物であることを特徴とする超電導装置
によって達成される。

【０００８】本発明は、次に述べる新たなる発見に基づ
いてなされた。Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘ　　　　Ｃｕ３Ｏ
ｙ（ｙ＝６〜７．５）は、０≦ｘ≦０．５の組成範囲に
おいて、酸素欠損型三重ペロブスカイト構造（いわゆる
１２３構造）となることが知られている。しかし、従来
格子定数に関しては、ｘ＝０及びｘ＝０．５においての
み知られており、また、電気抵抗についてはｘ＝０にお
いてのみ知られている。今回、本発明者らは、不定比組
成領域０＜ｘ＜０．５におけるＰｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣ
ｕ３Ｏ７−ｙの格子定数及び電気抵抗を詳しく調べ、そ
の結果、不定比領域における本物質の格子定数が、酸化
物超電導体の格子定数と一致し、エピタキシャル成長が
可能であること及び十分な絶縁性を有していること等、
基板材料や中間層として好適であることを見出した。

【０００９】また、超電導素子を要素部品として用いる
ことにより、超電導性論理スイッチング機能又は記憶機
能を有する回路素子を得ることができた。

【００１０】

【作用】Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙの格子定数の
平均値は、ｘ＝０．０において３．９０Åであり、ｘの
増加とともに単調に減少し、ｘ＝０．５において３．８
８Åとなる。すなわち、Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏ
ｙの格子定数は、平均で３．８８Å〜３．９０Åであり
、ＳｒＴｉＯ３等に比べて、酸化物超電導体、例えば、
Ｙ系酸化物超電導体の平均の格子定数３．８７Åに近い
。よって、格子定数の不整合性は約０．２６％〜０．７
６％となる。 それゆえ、Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙ単結晶基板
の上に、良質の超電導薄膜を形成することができる。

【００１１】また、Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙの
格子定数は、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙの平均の格子定数（３
．８７Å）とＳｒＴｉＯ３の格子定数（３．９０５Å）
の中間で、格子の整合性はそれぞれ０．２６％〜０．７
６％、０．６４％〜０．１３％である。すなわち、Ｐｒ
１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙの各々の物質に対する整合
性がＹＢａ２Ｃｕ３ＯｙとＳｒＴｉＯ３の間の整合性（
０．９％）に比べて良いので、ＳｒＴｉＯ３等の基板上
にＰｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙをエピタキシャル成
長させることが可能であり、さらに、その上に酸化物超
電導体をエピタキシャル成長させることが可能である。 この結果、良質の超電導薄膜を得ることができる。

【００１２】さらに、Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙ
の結晶は、０．２≦ｘの範囲で結晶性が優れる。図１に
Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙの格子定数の組成依存
性を示す。ｘ＝０においては、斜方晶であるが、ｘの増
加とともに斜方晶歪は減少し、０．２≦ｘにおいては正
方晶となる。

【００１３】斜方晶の化合物では、ごく一部の例外を除
いて、双晶（ツウィニング；ｔｗｉｎｎｉｎｇ）が生じ
る。理想的な単結晶では、ａ軸、ｂ軸、ｃ軸がすべて一
定の方向を向いているのに対し、双晶では、軸長が類似
な方向に関してミクロに軸の方向が入り混じる。そのた
めミクロに結晶の乱れが生ずる。Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘ
Ｃｕ３Ｏｙの結晶は、０．２≦ｘの範囲では正方晶であ
り、双晶が生じなくなるので結晶性が優れ、この結晶の
上に形成された酸化物超電導体は超電導特性がより優れ
る。

【００１４】また、Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙの
構成元素及び結晶構造は、酸化物高温超電導体と類似で
ある。このため熱膨張係数も類似となり、薄膜作製時に
必要な試料の加熱及び冷却を行なう際に、ディスロケー
ション等が起こらなくなる。さらに、陽イオンあるいは
陰イオンの拡散による素子の劣化を防ぐことが出来る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて説明する。 〈実施例１〉最初に、基板としてＰｒ１．５Ｂａ１．５
Ｃｕ３Ｏｙを用いた図２に示す三端子型超電導素子を例
にあげて説明する。まず、Ｐｒ１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３
Ｏｙ（ｙ＝７．３）基板１の作製について述べる。Ｐｒ
１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙの単結晶は、双楕円焦点方
式の赤外線集中加熱型のフローティング（ＦＺ）装置を
用いて作製した。成長雰囲気は酸素で、１００ｍｌ／分
の流量とした。融帯通過に伴う単結晶中の組成変動を抑
制するために、融帯中のＣｕ組成を、目的とする単結晶
組成よりも２０％過剰とするフラックス移動帯溶融法（
ＴＳＦＺ法）を採用した。種結晶にはフラックス法によ
り作製した単結晶（２ｍｍ角×０．８ｍｍ厚）を用いた
。成長速度は、２ｍｍ／ｈとした。

【００１６】育成した単結晶の成長方位は、Ｘ線背面反
射ラウエ写真より（００１）であることが分かった。ま
た、単結晶は、Ｘ線トポグラフにより、直径６ｍｍ、長
さ２０ｍｍに渡って均一で、基板として十分に使用し得
るだけの高品質であることを確認した。基板として用い
るために、成長方向に沿って、つまり、（１１０）面に
平行に結晶カッターで、５ｍｍ角、厚さ１ｍｍの基板を
切りだした。得られた基板を、酸素気流中、９００℃で
４８時間アニールして裁断歪を除去した。表面処理とし
て、通常の荒研磨をした後、Ａｒ雰囲気中でダイヤモン
ドペーストを用いて研磨し、さらにバフ研磨をした。

【００１７】次に、素子の作製について述べる。上記（
１１０）面方位のＰｒ１．５Ｂａ１．５　　Ｃｕ３Ｏｙ
基板１上に、Ｎｄ１．７Ｂａ１．３Ｃｕ３Ｏｙ半導体薄
膜（ｙ＝７．１）２を高周波マグネトロンスパッタリン
グ装置によって形成する。膜厚は１００ｎｍとする。雰
囲気ガスは、Ａｒと酸素の５０パーセントずつの混合ガ
スとし、全圧力は５０ｍＴｏｒｒとした。ターゲット材
は（Ｎｄ、Ｂａ、Ｃｕ）酸化物の円盤状焼結体とした。 電源としては周波数１３．５６ＭＨｚで電力１００Ｗの
高周波を用いる。 膜形成時の基板温度は６００℃とした。この様な条件で
形成したＮｄ１．７Ｂａ１．３Ｃｕ３Ｏｙ半導体薄膜２
は、酸素欠損型三重ペロブスカイト結晶構造を持ち、正
方晶でｃ軸が基板面と平行な結晶配向性を有し、ａ軸及
びｂ軸は基板面に対して４５度の角度をなす。

【００１８】この上に、ソース３、ドレイン４を構成す
るＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ｙ＝６．９）酸化物超電導薄膜
を３００ｎｍ厚に、高周波マグネトロンスパッタリング
法により上記と同じ条件で形成する。ターゲット材は（
Ｙ、Ｂａ、Ｃｕ）酸化物の円盤状焼結体とした。この後
、ソース３、ドレイン４及びチャンネル５、さらには配
線を含んだパタン加工をＳＦ６ガスを用いた反応性イオ
ンビームエッチング法により形成する。チャンネル部５
の隙間は８０ｎｍとする。なお、ＹＢａ２Ｃｕ３　　Ｏ
ｙ酸化物超電導薄膜は斜方晶でｃ軸が基板面と平行な結
晶配向性を有し、その超電導臨界温度は約９０Ｋである
。

【００１９】この上に絶縁膜であるＰｒ１．５Ｂａ１．
５Ｃｕ３Ｏｙ薄膜６及びゲート電極膜であるＹＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｙ（ｙ＝６．９）酸化物超電導薄膜７を、高周波
マグネトロンスパッタリング法により上記と同じ条件で
形成する。Ｐｒ１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙ薄膜６の場
合のターゲット材は、（Ｐｒ、Ｂａ、Ｃｕ）酸化物の円
盤状焼結体とした。それぞれの膜厚は１００ｎｍ及び１
５０ｎｍとする。成膜後、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ酸化物超
電導薄膜７に、反応性イオンビームエッチング法によっ
てゲート電極膜としてのパタンを加工、成型し、超電導
素子を有する超電導装置を得た。なお、Ｐｒ１．５Ｂａ
１．５Ｃｕ３Ｏｙ薄膜６は、正方晶でｃ軸が基板面に対
して平行に成長する。

【００２０】この超電導素子の４．２Ｋにおける電流−
電圧特性は、約１．２ｍＡの超電導電流が流れ、これ以
上のバイアス電流に対して電圧が発生する。さらにゲー
トに対して２．５Ｖの電圧を印加した場合、超電導電流
は０．４ｍＡに減少し、これ以上のバイアス電流で電圧
が発生する。以上の如く、本超電導素子は、三端子素子
としての基本特性を有する。

【００２１】本素子については、ｘ＝０．０、０．１、
０．２、０．３、０．４の組成を持つ基板を用いた場合
においても、同様の素子としての効果が確認された。た
だし、ｘ＜０．２の領域においては、Ｐｒ１＋ｘＢａ２
−ｘＣｕ３Ｏｙは斜方晶となるために、ＹＢａ２Ｃｕ３
Ｏｙ酸化物超電導薄膜の超電導臨界温度は８５Ｋである
。

【００２２】また、基板としてＰｒ１．５Ｂａ１．５Ｃ
ｕ３Ｏｙに代えて、Ｌａ１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙ、
Ｓｍ１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙ、Ｇｄ１．５Ｂａ１．
５Ｃｕ３Ｏｙ、Ｈｏ１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙを用い
たときも同様な効果が認められた。

【００２３】〈実施例２〉本実施例において、Ｐｒ１＋
ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙエピタキシャル成長層を中間層
に用いる例を示す。図３に超電導装置の断面図を示す如
く、ＳｒＴｉＯ３の（１１０）面方位単結晶を基板８と
してＰｒ１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙ（ｙ＝７．３）エ
ピタキシャル成長層９を形成する。Ｐｒ１．５Ｂａ１．
５Ｃｕ３Ｏｙエピタキシャル成長層９の膜厚は２００ｎ
ｍとする。膜形成は高周波マグネトロンスパッタリング
法によって行なう。成膜方法及び成膜条件は実施例１で
述べた通りである。

【００２４】つぎにＰｒ１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙエ
ピタキシャル成長層９上に同じく高周波マグネトロンス
パッタリング法により、下部電極となるＹＢａ２Ｃｕ３
Ｏｙ（ｙ＝６．９）酸化物超電導薄膜１０の形成を行な
う。膜厚は２００ｎｍとする。Ｐｒ１．５Ｂａ１．５Ｃ
ｕ３Ｏｙエピタキシャル成長層９とＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ
酸化物超電導薄膜１０の形成は膜表面を大気に晒すこと
なく、同一のスパッタリング装置中で行なう。ただし、
水平方向に移動することが出来るシャッター板を基板に
対して０．５ｍｍ以内の間隔に保って保持し、シャッタ
ー板を基板に対して部分的に覆うことにより、ＹＢａ２
Ｃｕ３Ｏｙ酸化物超電導薄膜の縦方向のパターン（図４
に示す素子の平面図の上下方向）を形成する。

【００２５】このＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ酸化物超電導薄膜
１０上に同じく高周波マグネトロンスパッタリング法に
より、Ｎｄ１．７Ｂａ１．３Ｃｕ３Ｏｙ（ｙ＝７．１）
半導体薄膜１１の形成を行なう。膜厚は２０ｎｍとする
。ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ酸化物超電導薄膜１０とＮｄ１．
７Ｂａ１．３Ｃｕ３Ｏｙ半導体薄膜１１の形成は膜表面
を大気に晒すことなく、同一のスパッタリング装置中で
行なう。

【００２６】さらにこの上に上部電極となるＹＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｙ酸化物超電導薄膜１２を同じスパッタリング成
膜条件によって形成する。ただしその膜厚は４００ｎｍ
とする。ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ酸化物超電導薄膜１２もＮ
ｄ１．７Ｂａ１．３Ｃｕ３Ｏｙ半導体薄膜１１と同じく
、下地膜表面を大気に晒すことなく同一スパッタリング
装置を用いることにより成膜を行なう。これにより、界
面に不純物が介在することによる超電導カップリング特
性の劣化を防止する。

【００２７】以上の如き成膜行程を経ることにより、Ｙ
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ−Ｎｄ１．７Ｂａ１．３　　Ｃｕ３Ｏ
ｙ−ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ三層膜を得る。ついで、シャッ
ター移動方向に対して膜面内で垂直な方向（図４の左右
方向）のパタン形成を、反応性イオンビームエッチング
を施すことにより得る。ガス種としてはＳＦ６を用い、
加速電圧５００ｖ、ガス圧力０．２ｍＴｏｒｒの条件で
エッチングを行なう。以上の製造行程により、弱結合型
の超電導素子を有する超電導装置を得る。

【００２８】以上の方法により作製した超電導素子の４
．２Ｋにおける特性は図５に示す如くになる。すなわち
約０．５ｍＡ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。この超電導電流が電極
間のショートによるものか、あるいは位相のずれによる
ジョセフソン電流によるものかを判別するために、素子
に対してマイクロ波を照射する。周波数９．３ＧＨｚの
マイクロ波を照射しながら電圧−電流特性を測定した場
合、電圧１９．３μＶ毎に電流のステップが観測される
。このことは超電導電流が位相変化をともなうジョセフ
ソン電流であることを意味している。

【００２９】本素子については、ｘ＝０．０、０．１、
０．２、０．３、０．４の組成を持つＰｒ１＋ｘＢａ２
−ｘＣｕ３Ｏｙエピタキシャル成長層を用いた場合にお
いても、同様の素子としての効果が確認された。さらに
、Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙ（ｘ＝０．０、０．
１、０．２、０．３、０．４、０．５）基板上に、上記
と同様の手法により、弱結合素子を形成した場合も、素
子としての動作を確認した。また、エピタキシャル成長
層として、Ｐｒ１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙに代えて、
Ｌａ１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙ、Ｓｍ１．５Ｂａ１．
５Ｃｕ３Ｏｙ、Ｇｄ１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙ、Ｈｏ
１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙを用いたときも同様な効果
が認められた。

【００３０】また、本実施例で示したような、ＳｒＴｉ
Ｏ３基板に形成されたＰｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙ
エピタキシャル成長層上に、実施例１で述べた三端子型
素子を、それと同様の手法により、ｘ＝０．０、０．１
、０．２、０．３、０．４、０．５の組成について作製
した場合も、素子としての動作を確認した。

【００３１】〈実施例３〉実施例２における、Ｎｄ１．
７Ｂａ１．３Ｃｕ３Ｏｙ半導体薄膜１１代えて、Ｐｒ１
．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙ絶縁膜を用いた他は、全く同
様にして、超電導素子を有する超電導装置を形成した。 このＰｒ１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙ絶縁膜薄膜は、酸
素欠損型三重ペロブスカイト構造を持つ。この超電導素
子の場合、４．２Ｋにおいて、約０．３ｍＡ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
生した。

【００３２】〈実施例４〉超電導素子の組合せにより、
基本スイッチングゲートを構成した例について説明する
。ゲートは実施例２において述べた弱結合型の超電導素
子により構成する。ゲートの回路構成図を図６に示す。 すなわち２個超電導素子１４と抵抗１５を接続すること
により、ＯＲスイッチングゲートを形成する。スイッチ
ングゲートに対して並列に負荷抵抗１６を配置する。負
荷抵抗はＰｔ薄膜とし、電子ビーム蒸着法により成膜す
る。超電導素子及びＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ超電導配線の形
成方法はそれぞれ実施例２及び１において述べた通りで
ある。

【００３３】このＯＲスイッチングゲートの４．２Ｋに
おける動作特性は以下の通りである。すなわち０．３ｍ
Ａのバイアス電流に対して０．２ｍＡの信号電流まで、
ゲートは零電圧状態に保たれ、負荷抵抗の両端には電圧
が発生しない。さらに信号電流を増加した場合、ゲート
は電圧状態になり、負荷抵抗の両端で電圧が検出される
。以上の如く本ゲートはＯＲスイッチングゲートとして
の動作を確認する。

【００３４】以上述べたスイッチングゲートは実施例２
に述べた超電導素子だけでなく、実施例１において述べ
た電界効果型の超電導素子を用いることによっても構成
できる。この場合、必要な素子は一個でよい。

【００３５】さらに本発明にかかる超電導素子を用いて
、ＡＮＤゲートも構成できる。これらＯＲ、ＡＮＤスイ
ッチングゲートを組み合わせることにより、論理回路を
構成できる。超電導素子と超電導ループを組み合わせる
ことにより、記憶素子も構成できる。

【００３６】なお、以上の実施例において、酸化物超電
導薄膜や半導体薄膜等の薄膜形成法はスパッタリング法
であったが、薄膜はこの他、反応性蒸着法、レーザーア
ブレーション法でも成膜可能であり、他の成膜法が適用
可能であることは言うまでもない。また、Ｐｒ１＋ｘＢ
ａ２−ｘＣｕ３Ｏｙ基板をＴＳＦＺ法により作製したが
、フラックス法、チョコラルフスキー法等の他の方法に
より作製できることは言うまでもない。さらに、Ｐｒ１
＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙ中間層をＳｒＴｉＯ３基板上
に作製したが、他の基板の上に作製できることは言うま
でもない。

【００３７】

【発明の効果】実施例の項において述べた如く、本発明
の超電導装置は以下の効果を有する。 （１）酸化物超電導体と格子整合性のよい良質なＰｒ１
＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙ基板又はＰｒ１＋ｘＢａ２−
ｘＣｕ３Ｏｙ層上に超電導素子を形成したので、特性の
優れた素子を形成することが出来た。

【００３８】（２）酸化物超電導体と同じ同型ペロブス
カイト酸化物の上に超電導素子を形成した場合は、加熱
及び冷却を行なう際に、熱膨張係数の違いにより起こる
格子欠損等が起こり難い。

【００３９】（３）酸化物超電導体と構成元素が類似で
あるＰｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙの上に超電導素子
を形成した場合は、陽イオンあるいは陰イオンの拡散に
よる素子の劣化が少ない。

【００４０】（４）上記超電導素子を用いた超電導論理
回路、記憶回路を構成することが出来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙの格子定数の
組成依存性を示す図である。

【図２】本発明の一実施例の電界効果型の超電導装置の
断面図である。

【図３】本発明の一実施例の弱結合型の超電導装置の断
面図である。

【図４】本発明の一実施例の弱結合型の超電導素子の平
面図である。

【図５】弱結合型の超電導素子の電流−電圧特性図であ
る。

【図６】ＯＲスイッチングゲートの回路構成図である。

【符号の説明】

１　　Ｐｒ１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙ基板２　　Ｎｄ
１．７Ｂａ１．３Ｃｕ３Ｏｙ半導体薄膜３　　ソース ４　　ドレイン ５　　チャンネル部 ６　　Ｐｒ１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙ薄膜７、１０、
１２　　ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ酸化物超電導薄膜８　　基
板 ９　　Ｐｒ１．５Ｂａ１．５Ｃｕ３Ｏｙエピタキシャル
成長層１１　　Ｎｄ１．７Ｂａ１．３Ｃｕ３Ｏｙ半導体
薄膜１４　　超電導素子 １５　　抵抗 １６　　負荷抵抗

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】式Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙで表さ
   れる材料からなる基板と、酸化物超電導体により少なく
   とも電極が構成され、該基板上に形成された超電導素子
   とを有することを特徴とする超電導装置。
2. 【請求項２】基板と、該基板上に形成された、式Ｐｒ１
   ＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙで表される材料からなる層と
   、酸化物超電導体により少なくとも電極が構成され、該
   層上に形成された超電導素子とを有することを特徴とす
   る超電導装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の超電導装置において、上記
   式Ｐｒ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｙで表される材料から
   なる層はエピタキシャル成長層であることを特徴とする
   超電導装置。
4. 【請求項４】請求項１から３のいずれか一に記載の超電
   導装置において、上記式Ｐｒ１＋ｘ　　Ｂａ２−ｘＣｕ
   ３Ｏｙのｘの値は、０≦ｘ≦０．５の範囲であることを
   特徴とする超電導装置。
5. 【請求項５】請求項１から３のいずれか一に記載の超電
   導装置において、上記式Ｐｒ１＋ｘ　　Ｂａ２−ｘＣｕ
   ３Ｏｙのｘの値は、０．２≦ｘ≦０．５の範囲であるこ
   とを特徴とする超電導装置。
6. 【請求項６】請求項１から５のいずれか一に記載の超電
   導装置において、上記酸化物超電導体は、Ｌｎ、Ｂａ、
   Ｃｕ及びＯ（ただしＬｎは希土類元素又はＹを表す）を
   含む材料からなる酸化物超電導体であることを特徴とす
   る超電導装置。
7. 【請求項７】請求項６記載の超電導装置において、上記
   ＬｎはＹであることを特徴とする超電導装置。
8. 【請求項８】請求項１から７のいずれか一に記載の超電
   導装置において、上記超電導素子は、常伝導体を介して
   接続された二個の超電導電極と、該常伝導体に対して絶
   縁体薄膜を介して配置され、該常伝導体に電界を印加す
   るためのゲート電極とよりなる電界効果型三端子超電導
   素子であることを特徴とする超電導装置。
9. 【請求項９】請求項８記載の超電導装置において、上記
   常伝導体は、構成元素として銅を含み、かつ、ペロブス
   カイト結晶構造を持つ、酸化物半導体であることを特徴
   とする超電導装置。
10. 【請求項１０】請求項８記載の超電導装置において、上
    記常伝導体は、構成元素として銅を含み、かつ、酸素欠
    損型三重ペロブスカイト結晶構造を持つ、酸化物半導体
    であることを特徴とする超電導装置。
11. 【請求項１１】請求項１から７のいずれか一に記載の超
    電導装置において、上記超電導素子は、二個の超電導電
    極が常伝導体を介して接続された弱結合超電導素子であ
    ることを特徴とする超電導装置。
12. 【請求項１２】請求項１１記載の超電導装置において、
    上記常伝導体は、構成元素として銅を含み、かつ、ペロ
    ブスカイト構造を持つ、酸化物半導体であることを特徴
    とする超電導装置。
13. 【請求項１３】請求項１１記載の超電導装置において、
    上記常伝導体は、構成元素として銅を含み、かつ、酸素
    欠損型三重ペロブスカイト構造を持つ、酸化物半導体で
    あることを特徴とする超電導装置。
14. 【請求項１４】請求項１から７のいずれか一に記載の超
    電導装置において、上記超電導素子は、二個の超電導電
    極が絶縁物を介して接続された超電導素子であることを
    特徴とする超電導装置。
15. 【請求項１５】請求項１４記載の超電導装置において、
    上記絶縁物は、構成元素として銅を含み、かつ、ペロブ
    スカイト構造を持つ、酸化物であることを特徴とする超
    電導装置。
16. 【請求項１６】請求項１４記載の超電導装置において、
    上記絶縁物は、構成元素として銅を含み、かつ、酸素欠
    損型三重ペロブスカイト構造を持つ、酸化物であること
    を特徴とする超電導装置。