JPH0472777A - 超電導デバイス用基板 - Google Patents

超電導デバイス用基板

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JPH0472777A
JPH0472777A JP2185573A JP18557390A JPH0472777A JP H0472777 A JPH0472777 A JP H0472777A JP 2185573 A JP2185573 A JP 2185573A JP 18557390 A JP18557390 A JP 18557390A JP H0472777 A JPH0472777 A JP H0472777A
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JP
Japan
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superconducting
oxide layer
layer
wafer
device substrate
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JP2185573A
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Inventor
Keizo Harada
敬三 原田
Saburo Tanaka
三郎 田中
Shusuke Nakanishi
秀典 中西
Takashi Matsuura
尚 松浦
Kenjiro Higaki
賢次郎 桧垣
Ryuki Nagaishi
竜起 永石
Hisao Hattori
久雄 服部
Hideo Itozaki
糸崎 秀夫
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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    • H10W20/40Interconnections external to wafers or substrates, e.g. back-end-of-line [BEOL] metallisations or vias connecting to gate electrodes
    • H10W20/41Interconnections external to wafers or substrates, e.g. back-end-of-line [BEOL] metallisations or vias connecting to gate electrodes characterised by their conductive parts
    • H10W20/44Conductive materials thereof
    • H10W20/4484Superconducting materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
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    • H10N60/12Josephson-effect devices
    • H10N60/124Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials
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    • H10N60/857Ceramic superconductors comprising copper oxide
    • H10N60/858Ceramic superconductors comprising copper oxide having multilayered structures, e.g. superlattices

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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】 産業上の利用分野 本発明は、超電導デバイス用基板に関する。より詳細に
は、本発明は、複合酸化物超電導薄膜を含み、各種の超
電導デバイスの作製基材として広範に使用し得る新規な
基板の構造に関する。
従来の技術 電子の相転移であるといわれる超電導現象は、長い間、
液体ヘリウムによる冷却を必要とする極低温下において
のみ観測される現象であるとされていた。しかしながら
、1986年にベドノーツ、ミューラー等によって、3
0にで超電導状態を示す(La、 Ba)2CuOsが
発見され、更に、1987年は、チュー等によって、9
0に台の超電導臨界温度Tcを有するYBazCu+ 
Oy発見され、続いて、1988年には前出等によって
100に以上の臨界温度を示す所謂Bl系の複合酸化物
系超電導材料が発見された。
これらの複合酸化物系超電導材料は、廉価な液体窒素に
よる冷却でも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取り沙汰されるよ
うになった。
上述のような高い臨界温度を示す複合酸化物系超電導材
料は、当初粉末冶金法により焼結体として得られていた
が、焼結体材料では特に臨界電流密度等の特性について
好ましい特性が得られず、最近では薄膜として作製する
方法が広く研究されるようになっている。
従来から知られている各種の蒸着法によって作製された
複合酸化物薄膜は一般にはそのままでは十分な超電導特
性を示さず、有用な超電導薄膜を得るためには形成され
た複合酸化物薄膜に対してボストアニール処理を行う必
要がある。即ち、複合酸化物超電導材料は、一般に大き
な酸素不定比性を示すことが知られており、また、一般
に非化学量論性が低い程高い超電導特性を発揮すること
が知られている。そこで、この酸素不定比性による酸素
の不足を補う目的でボストアニール処理を行い、有効な
超電導特性を発揮する超電導薄膜を作製していた。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、基板上に形成された薄膜にアニール処理
を実施すると、アニール処理時の高熱下で基板材料が薄
膜中に拡散するために、基板近傍の領域では超電導薄膜
の品質が大幅に低下することが知られている。従って、
このような処理を受けた薄膜は、その表面付近を実験的
に使用することはできても、これを加工して各種デバイ
スを作製する等の実用的な用途には使用することができ
ない。
また、十分に厚い超電導薄膜を作製することができたと
しても、作製した超電導薄膜によって各種のデバイスを
構成する場合、超電導薄膜を単純にパターニングしただ
けで完成するデバイスは殆どない。例えば、超電導技術
の応用分野として有力なマイクロ波デバイスでは、単な
る配線として使用する場合でも、導体線路と接地導体層
とを誘電体を介して配置する必要があり、このような構
造を1層の超電導薄膜上のパターニングだけで形成する
ことは、回路設計上非常に不利である。
更に、現在、酸化物超電導薄膜を作製する場合、MgO
単結晶基板や5rTi03単結晶基板等の極めて高価な
材料を下地基板として使用しているので、超電導基板の
コストが非常に高く、この点でも酸化物超電導薄膜の実
用性は低い。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、種
々の超電導デバイスを作製する際に広範に適用でき且つ
廉価な基材としての超電導デバイス用基板を提供するこ
とをその目的としている。
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
に形成されたグランドプレーンとなる第1の超電導酸化
物層と、該第1超電導酸化物層上に誘電体層を介して形
成された第2の超電導酸化物層と、該第2超電導酸化物
層上に誘電体層を介して形成された第3の超電導酸化物
層とを備えることを特徴とする超電導デバイス用基板が
提供される。
作用 本発明に係る超電導デバイス用基板は、S1ウエハ上に
、グラウンドとなる超電導酸化物層と、更に、超電導酸
化物薄膜によるSIS構造の層構成とを具備しているこ
とをその主要な特徴としている。
本発明に係る超電導基板は、誘電体層を介して形成され
た2層の超電導酸化物層を備えており、それ自体がSI
S構造を形成しているので、簡単なパターニングを施す
ことにより、ジョセフソンコンピュータ回路や5QUI
Dセンサ素子等を容易に作製することができる。更に、
マイクロ波デバイス等のSIS構造を必要としない素子
にも容易に利用することができる。即ち、マイクロ波デ
バイスは、一般に、マイクロ波線路の線路長や線路幅ま
たは線路パターンを適切に設定することによりフィルタ
、共振器、遅延線等を構成することができるので、上述
のような本発明に係る超電導デバイス用基板を使用すれ
ばただ単にパターニングするだけで超電導マイクロ波デ
バイスを作製することができる。
尚、一般にマイクロ波デバイスでは、誘電体層を介して
形成された信号線路としての導体層と接地導体とから構
成されていることが基本となっている。ここで、各種の
パターニングを施されてデバイスを形成するのは信号線
路としての導体層である。従って、接地導体層は、要求
される品質の均−性等が信号導体層よりも緩いので、S
iウェノ1上に形成される第1の超電導酸化物層をこれ
に充てることにより、全体として導体層の品質を高く保
つことができる。
以上のような本発明に係る超電導デバイス用基板におい
て超電導酸化物層を形成する材料としては、YBa2C
+g O?−Xに代表されるY系複合酸化物の他、Bi
系やTl系の複合酸化物を例示することができる。また
、超電導酸化物層の間に形成する誘電体層としては、M
gO1Y208、ZrCh、LaGaOs等の、酸化物
超電導体との反応性が低く、且つ、格子整合している材
料を例示することができる。
尚、Siウェハ上に酸化物層を直接形成した場合酸化物
層が超電導体とならない場合が多いので、下層の超電導
酸化物層の形成に先立って、Siウェハ上にバッファ層
を設けておくことが必要である。
ここで使用されるバッファ層としては、ZrO2、Y2
O3等が例示できる。また、超電導酸化物層としてBi
系やTl系の複合酸化物を使用する場合は、YBa2C
u、O,なる組成を有するいわゆるY系複合酸化物をバ
ッファ層として使用することができる。
この酸化物は、特定の結晶構造をとった場合にはそれ自
体が高い臨界温度を有する超電導酸化物であることが知
られているが、Siウェハ上に直接形成した場合は、有
効な超電導特性を示すとは限らない。しかしながら、B
i系超超電導酸化物形成するためのバッファ層としては
有効に作用することが確認されている。
尚、発明に係る超電導デバイス用基板は、Siウェハを
下地基板として構成されており、その材料コストが低い
ことも特徴のひとつである。
即ち、従来の酸化物超電導薄膜は、一般に、MgO単結
晶基板や5rTiOs単結晶基板等を下地基板として作
製されていたが、これらの基板材料は非常に高価であり
、結果的に製品としての酸化物超電導薄膜を高価なもの
にしていた。これに対して、Siウェハは高品質で面積
の大きなものが廉価に市販されているので、本発明に係
る超電導デバイス用基板を廉価に提供することが可能で
ある。
以下に実施例を挙げて、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。
実施例 第1図は、本発明に係る超電導デバイス用基板の基本的
な構成例を示す断面図である。
同図に示すように、この基板は、下地となるSiウェハ
1と、Slウェハ1上にバッファ層2を介して形成され
たグランドプレーンとなる第1の超電導酸化物層3と、
更に、第1の超電導酸化物層3上に交互に形成された誘
電体層4.6および第2、第3の超電導酸化物層5.7
とから構成されている。
ここでは、実施例として、バッファ層2をZrO2薄膜
により、誘電体層4.6をY2O,薄膜により、第1、
第2および第3の超電導酸化物層3.5.7をBizS
rzCa、Cu、 O,薄膜により形成した超電導デバ
イス用基板を作製した。各層の成膜はスパッタリング法
により、成膜条件は、以下の第1表に示す通りである。
また、下地となるS1ウエハは、5Qmmφのものを使
用した。
第1表(1) 第1表(2) 以上のようにして作製した超電導デバイス用基板をパタ
ーンニングして、幅1μm1長さ2Qmmのマイクロス
トリップラインを作製し、77Kに冷却して10 G 
Hzのマイクロ波信号の減衰を測定したところ5.8X
10〜26B/cmと極めて低かった。
発明の詳細 な説明したように、本発明に係る超電導デバイス用基板
は、誘電体層を介して形成された2層の超電導酸化物層
を備えており、それ自体が318構造を形成しているの
で、これを適切にパターニングするだけで容易に各種超
電導デバイスを作製することができる。
また、発明に係る超電導デバイス用基板は、Siウェハ
を下地基板として構成されており、その材料コストが低
く、また、大面積基板を作製することも可能である。
従って、この超電導デバイス用基板を使用することによ
って、容易且つ廉価に各種の超電導マイクロ波デバイス
を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る超電導デバイス用基板の基本的
な構成例を示す図である。 〔主な参照番号〕 ■・・・Siウェハ、 2°°°バッファ層、 3・・・超電導酸化物層(Bi系酸化物層)、4・・・
誘電体層、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  Siウェハと、該Siウェハ上に形成されたグランド
    プレーンとなる第1の超電導酸化物層と、該第1超電導
    酸化物層上に誘電体層を介して形成された第2の超電導
    酸化物層と、該第2超電導酸化物層上に誘電体層を介し
    て形成された第3の超電導酸化物層とを備えることを特
    徴とする超電導デバイス用基板。
JP2185573A 1990-07-13 1990-07-13 超電導デバイス用基板 Pending JPH0472777A (ja)

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