JPH0483383A - 薄膜超伝導素子の製造方法 - Google Patents
薄膜超伝導素子の製造方法Info
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- JPH0483383A JPH0483383A JP2197297A JP19729790A JPH0483383A JP H0483383 A JPH0483383 A JP H0483383A JP 2197297 A JP2197297 A JP 2197297A JP 19729790 A JP19729790 A JP 19729790A JP H0483383 A JPH0483383 A JP H0483383A
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- oxide superconducting
- superconducting thin
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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。
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
本発明は超伝導応用技術に使用される薄膜超伝導素子の
製造方法に関す４ 従来の技術 近Ｉｆ−，Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｕ−ＯＰ、 Ｙ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−０’ｉｆ、 Ｂ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系ＴＩ
Ｂ ａ−３ｒ−Ｃｕ−０系など常伝導状態における電荷
輸送担体が空孔のｐ型酸化物超伝導材料と、電子を常伝
導状態における電荷輸送担体とするＮｄ−Ｃｅ−Ｃｕ−
０Ｌ Ｎｄ−Ｃｕ−ＯｘＦ系などＮｄ２Ｃｕ○４型結
晶構造のｎ型酸化物超伝導材料が発見され九 これらの
材料の超伝導機構の詳細は明らかではない力（量子干渉
素子など各種エレクトロニクス分野への応用が期待され
ている。
製造方法に関す４ 従来の技術 近Ｉｆ−，Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｕ−ＯＰ、 Ｙ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−０’ｉｆ、 Ｂ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系ＴＩ
Ｂ ａ−３ｒ−Ｃｕ−０系など常伝導状態における電荷
輸送担体が空孔のｐ型酸化物超伝導材料と、電子を常伝
導状態における電荷輸送担体とするＮｄ−Ｃｅ−Ｃｕ−
０Ｌ Ｎｄ−Ｃｕ−ＯｘＦ系などＮｄ２Ｃｕ○４型結
晶構造のｎ型酸化物超伝導材料が発見され九 これらの
材料の超伝導機構の詳細は明らかではない力（量子干渉
素子など各種エレクトロニクス分野への応用が期待され
ている。
この中には その超伝導遷移温度（Ｔｃ）が液体窒素温
度（７７，３ケルビン）を越えるものもあり、超伝導体
の応用分野を大きく広げることとなった その実用化の
一つである超伝導素子について、酸化物超伝導体を二つ
に割り、再びわずかに接触させたジョセフソン素子、酸
化物超伝導体を薄膜にし 小さなくびれをつけたブリッ
ジ型ジョセフソン素子、酸化物超伝導体間をＡｕ、Ａｇ
などの貴金属で接続したジョセフソン素子が従来試作さ
れてき連 発明が解決しようとする課題 しかしながら従来試作されてきた素子のう板ポイントコ
ンタクト型と呼ばれる酸化物超伝導薄膜どうしを接触さ
せるタイプでは再現性が得られ哄 また特性が非常に不
安定であっμ さらに酸化物超伝導薄膜にくびれをつけ
たり、貴金属で接続したブリッジ型素子ではわずかな静
電的ショックで破損するという欠点があった そこで酸化物超伝導薄膜を用いた接合型の構造を持つ超
伝導素子が望まれている力丈 酸化物超伝導薄膜の成膜
温度が約６００℃以上必要なため上部に形成にする酸化
物超伝導薄膜の成膜時にバリア層成分が拡散したり、酸
化物超伝導薄膜に用いた材料とバリア層の材料の熱膨張
係数が違うため室温に戻したときに薄膜にストレスが入
り、上部に形成した酸化物超伝導薄膜の超伝導性が著し
く損なわれム バリア層にピンホールが存在するなどの
問題があった さらに 酸化物超伝導薄膜とバリア層の
結晶構造の違いによる格子定数のミスマツチによって上
部に形成した酸化物超伝導薄膜の結晶性が悪く、その超
伝導性が基板上の酸化物超伝導薄膜に比べて劣るという
問題点があったすなわ板 従来の酸化物超伝導薄膜の形
成過程で得られる薄膜の結晶性やそれに取り込まれる酸
素の量の制御は良好な超伝導特性を得るには必ずしも十
分ではなく、最良の超伝導特性を持たせるには 結晶性
の更なる向上と十分な酸素の離脱のための処理を施す必
要があった 本発明はこのような上記の課題を解決するもので、結晶
性の良いｐ型またはｎ型の薄膜超伝導素子の製造方法の
提供を目的とすも 課題を解決するための手段 上記の課題を解決するために本発明の薄膜超伝導素子の
製造方法法 基板上に酸化物超伝導薄膜バリア層および
酸化物超伝導薄膜をこの順序で形成して三層の薄膜積層
体とし 薄膜堆積中または薄膜堆積後にＸ線を照射し
薄膜のＣ軸を基板に対して垂直に配向させ、酸化物薄膜
がｐ型の場合にはひき続き酸化処理を施し薄膜超伝導素
子とし薄膜がｎ型の場合にはそのまま薄膜超伝導素子と
すム ここて ｐ型の薄膜超伝導素子における酸化物超
伝導薄膜およびバリア層はＢｉ、アルカリ土類金属およ
びＣｕを主成分とする酸化物力＼ ＢｉｙＰｂｙアルカ
リ土類金属およびＣｕを主成分とする酸化物であム ま
た ｎ型の薄膜超伝導素子における酸化物超伝導薄膜の
主成分はＦ−Ｇ−Ｃｕ−Ｘで表わされ バリア層の主成
分はＨ−Ｃｕ−０で表わされる。ここ’＋’＝ Ｆは
ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、プルトニウ
ム（Ｐｒ）のうちの一種以上の元ｉＧはセリウム（Ｃｅ
）、 トリウム（Ｔｈ）のうちの一種以上の元魚Ｘは酸
素（Ｏ）または弗素（Ｆ）のうちの一種以上の元素であ
ム 作用 本発明は上記の構成により、 ｐ型酸化物を用いた薄膜
超伝導素子の製造において１よ 薄膜堆積中または薄膜
堆積後にＸ線を照射することにより結晶中の陰イオンで
ある酸素イオンなどを結晶中から離脱させたり、ポテン
シャルエネルギーの開放により陽イオンを再配列させて
、 Ｃ軸配向の薄膜を成長させＬｐ型型化化物場合には
Ｘ線照射後酸化処理を施すと結晶性が向上する。
度（７７，３ケルビン）を越えるものもあり、超伝導体
の応用分野を大きく広げることとなった その実用化の
一つである超伝導素子について、酸化物超伝導体を二つ
に割り、再びわずかに接触させたジョセフソン素子、酸
化物超伝導体を薄膜にし 小さなくびれをつけたブリッ
ジ型ジョセフソン素子、酸化物超伝導体間をＡｕ、Ａｇ
などの貴金属で接続したジョセフソン素子が従来試作さ
れてき連 発明が解決しようとする課題 しかしながら従来試作されてきた素子のう板ポイントコ
ンタクト型と呼ばれる酸化物超伝導薄膜どうしを接触さ
せるタイプでは再現性が得られ哄 また特性が非常に不
安定であっμ さらに酸化物超伝導薄膜にくびれをつけ
たり、貴金属で接続したブリッジ型素子ではわずかな静
電的ショックで破損するという欠点があった そこで酸化物超伝導薄膜を用いた接合型の構造を持つ超
伝導素子が望まれている力丈 酸化物超伝導薄膜の成膜
温度が約６００℃以上必要なため上部に形成にする酸化
物超伝導薄膜の成膜時にバリア層成分が拡散したり、酸
化物超伝導薄膜に用いた材料とバリア層の材料の熱膨張
係数が違うため室温に戻したときに薄膜にストレスが入
り、上部に形成した酸化物超伝導薄膜の超伝導性が著し
く損なわれム バリア層にピンホールが存在するなどの
問題があった さらに 酸化物超伝導薄膜とバリア層の
結晶構造の違いによる格子定数のミスマツチによって上
部に形成した酸化物超伝導薄膜の結晶性が悪く、その超
伝導性が基板上の酸化物超伝導薄膜に比べて劣るという
問題点があったすなわ板 従来の酸化物超伝導薄膜の形
成過程で得られる薄膜の結晶性やそれに取り込まれる酸
素の量の制御は良好な超伝導特性を得るには必ずしも十
分ではなく、最良の超伝導特性を持たせるには 結晶性
の更なる向上と十分な酸素の離脱のための処理を施す必
要があった 本発明はこのような上記の課題を解決するもので、結晶
性の良いｐ型またはｎ型の薄膜超伝導素子の製造方法の
提供を目的とすも 課題を解決するための手段 上記の課題を解決するために本発明の薄膜超伝導素子の
製造方法法 基板上に酸化物超伝導薄膜バリア層および
酸化物超伝導薄膜をこの順序で形成して三層の薄膜積層
体とし 薄膜堆積中または薄膜堆積後にＸ線を照射し
薄膜のＣ軸を基板に対して垂直に配向させ、酸化物薄膜
がｐ型の場合にはひき続き酸化処理を施し薄膜超伝導素
子とし薄膜がｎ型の場合にはそのまま薄膜超伝導素子と
すム ここて ｐ型の薄膜超伝導素子における酸化物超
伝導薄膜およびバリア層はＢｉ、アルカリ土類金属およ
びＣｕを主成分とする酸化物力＼ ＢｉｙＰｂｙアルカ
リ土類金属およびＣｕを主成分とする酸化物であム ま
た ｎ型の薄膜超伝導素子における酸化物超伝導薄膜の
主成分はＦ−Ｇ−Ｃｕ−Ｘで表わされ バリア層の主成
分はＨ−Ｃｕ−０で表わされる。ここ’＋’＝ Ｆは
ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、プルトニウ
ム（Ｐｒ）のうちの一種以上の元ｉＧはセリウム（Ｃｅ
）、 トリウム（Ｔｈ）のうちの一種以上の元魚Ｘは酸
素（Ｏ）または弗素（Ｆ）のうちの一種以上の元素であ
ム 作用 本発明は上記の構成により、 ｐ型酸化物を用いた薄膜
超伝導素子の製造において１よ 薄膜堆積中または薄膜
堆積後にＸ線を照射することにより結晶中の陰イオンで
ある酸素イオンなどを結晶中から離脱させたり、ポテン
シャルエネルギーの開放により陽イオンを再配列させて
、 Ｃ軸配向の薄膜を成長させＬｐ型型化化物場合には
Ｘ線照射後酸化処理を施すと結晶性が向上する。
実施例
以下、本発明の実施例を図面と共に説明すも実施例１
本発明の薄膜超伝導体の製造に１よ 例えば 第１図に
示すような薄膜形成槽１内！ミ 薄膜堆積のための蒸着
源２、結晶性向上と還元処理のための装置３とマイクロ
波電源で駆動する酸化処理装置１２を備えたものを使用
すム 第１図の例では蒸着源２としては 高周波電源で
駆動する高周波マグネトロンスパッタ装置を、結晶性向
上と還元処理のための装置としては高圧電源で駆動する
ＲｈＸ線管球を用いてい４ 本実施例では四元酸化物薄
膜４を基板５上にスパッタリング法で形成した第２図は
本発明の実施例を示す工程図である。
示すような薄膜形成槽１内！ミ 薄膜堆積のための蒸着
源２、結晶性向上と還元処理のための装置３とマイクロ
波電源で駆動する酸化処理装置１２を備えたものを使用
すム 第１図の例では蒸着源２としては 高周波電源で
駆動する高周波マグネトロンスパッタ装置を、結晶性向
上と還元処理のための装置としては高圧電源で駆動する
ＲｈＸ線管球を用いてい４ 本実施例では四元酸化物薄
膜４を基板５上にスパッタリング法で形成した第２図は
本発明の実施例を示す工程図である。
ＭｇＯ単結晶を基板５に用１．ｚ Ｘ線照射を行ない
つｘＲＦマグネトロンスパッタリング法によって、結晶
相が主として２２１２相で、化学式が（Ｂ ｉ ５−Ｉ
ＩＰ ｂＩＩ） ２−８ ｒｓ−Ｃａｔ−Ｃｕａ−Ｏｘ
（但し０≦ｙ＜ ０．５）の厚さ３００ ｎｍの酸化
物超伝導薄膜Ａを６として薄膜を形成し九 ひき続き同一薄膜形成槽】内において結晶相が主として
２２０１相で、化学式がＢｉｚ−Ｓｒ２−Ｃａ２ Ｏ
Ｘ％ のバリア層７を厚さ３ｎｍ堆積させ［第２図工
程（ａ）］、その上に酸化物超伝導薄膜Ｂを８として形
成した この薄膜は結晶相が主として２２１２相で、化学式が （Ｂ ｉ ＋−−Ｐ ｂｖ） ｅ−Ｓｒ２−Ｃａｔ−Ｃ
ａ２−Ｏｘ（但し０≦ｙ＜ ０．５）の厚さ２００ ｎ
ｍである［第２図工程（ｂ）］。
つｘＲＦマグネトロンスパッタリング法によって、結晶
相が主として２２１２相で、化学式が（Ｂ ｉ ５−Ｉ
ＩＰ ｂＩＩ） ２−８ ｒｓ−Ｃａｔ−Ｃｕａ−Ｏｘ
（但し０≦ｙ＜ ０．５）の厚さ３００ ｎｍの酸化
物超伝導薄膜Ａを６として薄膜を形成し九 ひき続き同一薄膜形成槽】内において結晶相が主として
２２０１相で、化学式がＢｉｚ−Ｓｒ２−Ｃａ２ Ｏ
Ｘ％ のバリア層７を厚さ３ｎｍ堆積させ［第２図工
程（ａ）］、その上に酸化物超伝導薄膜Ｂを８として形
成した この薄膜は結晶相が主として２２１２相で、化学式が （Ｂ ｉ ＋−−Ｐ ｂｖ） ｅ−Ｓｒ２−Ｃａｔ−Ｃ
ａ２−Ｏｘ（但し０≦ｙ＜ ０．５）の厚さ２００ ｎ
ｍである［第２図工程（ｂ）］。
以上三層の薄膜はいずれも基板温度５００ｔで形成し九
その抵 ネガレジスト９を用いたフォトリソグラフィー
およびイオンミリングによりバリア層７および酸化物超
伝導薄膜Ｂをトンネル接合形状にパターニングしたＵ第
２１１ｉｌＪ工程（Ｃ）］。
およびイオンミリングによりバリア層７および酸化物超
伝導薄膜Ｂをトンネル接合形状にパターニングしたＵ第
２１１ｉｌＪ工程（Ｃ）］。
その徽 ネガレジスト９を除去せずく 電極間分離層１
０として２５０ｎｍのＣａＦｓを真空蒸着により堆積後
［第２図工程（ｄ）〕、 トリクロロエタンによる超音
波洗浄および第１図に示す酸化処理装置（Ｅ ＣＲ酸素
（Ｏ）ガスプラズマ装置）１２ （ＩＴｏｒｒ、
１３． ５６ＭＨｚ、４００Ｗ＞によるリフトオフ法で
酸化物超伝導薄膜Ｂの表面を露出させた［第２図工程（
ｅ）］。
０として２５０ｎｍのＣａＦｓを真空蒸着により堆積後
［第２図工程（ｄ）〕、 トリクロロエタンによる超音
波洗浄および第１図に示す酸化処理装置（Ｅ ＣＲ酸素
（Ｏ）ガスプラズマ装置）１２ （ＩＴｏｒｒ、
１３． ５６ＭＨｚ、４００Ｗ＞によるリフトオフ法で
酸化物超伝導薄膜Ｂの表面を露出させた［第２図工程（
ｅ）］。
最後へ メタルマスクを用い酸化物超伝導薄膜Ｂの一部
に接触させコンタクト電極１１として２００ｎｍの白金
（Ｐｔ）をＲＦマグネトロンスパッタリング法により堆
積させ薄膜超伝導素子１４を完成させた［第２図工程（
ｆ）］。
に接触させコンタクト電極１１として２００ｎｍの白金
（Ｐｔ）をＲＦマグネトロンスパッタリング法により堆
積させ薄膜超伝導素子１４を完成させた［第２図工程（
ｆ）］。
この製造方法による薄膜超伝導素子１４は液体窒素温度
において良好な超伝導トンネル特性およびジョセフソン
効果を示すことを確認し九第３図は本薄膜超伝導素子の
三層膜のＸ線回折パターン図である。これによると、
５００℃の成膜温度において各層はＣ軸配向を示してお
り、ＲＨＥＥＤ観察などよりエピタキシャル成長してい
ることが確認された この薄膜超伝導素子の特性は１５
０マイクロアンペアの超伝導電流が流れ（直流ジョセフ
ソン効果）、またヒステリシスを持つ動作をした −古
本実施例に用いたものと同様な三層膜に対し７００℃以
下の酸素中でのアニル処理をしても結晶性を保ったまま
であり、かつＡ、 Ｂ両酸化物超伝導薄膜の超伝導性
が向上二この三層膜を用いた接合型の超伝導素子の特性
の向上ができることを確認した Ｘ線照射による結晶性
向上と還元処理は 成膜後では常温の温度で一定時間行
うことによって効率的かつ簡便に行えも この効果ζよ 結晶性向上並びに還元処理を薄膜堆積を
中断して行う、すなわ杖 薄膜堆積工程と結晶性向上並
びに還元処理とを成膜温度において交互に繰り返す場合
にも見られることを本発明者らは確認した これらの結
晶性向上並びに還元処理を施すべき温度＆よ 薄膜の粗
砥 表面状態によっても異なるた八 各場合について最
適なものを選ぶ必要がある力丈 本発明者らは９００℃
以下５００℃以上の温度範囲にあることを確認したな抵
処理時間についてＬ 薄膜の粗砥 膜尾表面状態に応
じて必要最小限の値が存在すム結晶性向上並びに還元処
理を施すという点からだけで（よ この処理を薄膜堆積
と同時に行うのが最も望ましい力（薄膜堆積過程の種類
によって（表処理温度が堆積基板温度に限定されるため
に十分な効果が得られない場合もあることが確認された
本発明者ら＆よ むしろ結晶性向上並びに還元処理を薄
膜堆積を中断して行う、すなわち薄膜堆積工程と結晶性
向上並びに還元処理を交互に繰り返しながら行なった場
合の方に同等もしくはそれ以上の効果が得られることを
確認し九 ごれら薄膜堆積過程においては 堆積直後の各構成元素
は励起状態にあり、場合によっては 安定化するのに数
分のオーダーの時間を要するものも多（、特に積層構造
をとるものについて４ｉ １周期構造分堆積させる毎
に堆積を中断して安定化が図られている場合もあａ この様な堆積中断時間に結晶性向上並びに還元処理を施
せば 短時間で理想的な結晶性向上並びに還元処理を施
せると考えられも 本発明者らは 適当な堆積時間毎に中断し 結晶性向上
並びに還元処理を施すことによって、優れた特性を有す
る超電導薄膜を得ることが出来ることを確認した 更に その堆積時間間隔として、その間に堆積される被
膜の厚みが１０Å以上１００Å以下とするものが有効で
あることを確認した 本発明者ら４１ 結晶性向上処理と酸化処理を薄膜堆
積と同時に行う場合、あるいは 薄膜堆積を中断して打
う、すなわ板 薄膜堆積工程と結晶性向上処理と酸化処
理行程とを交互に繰り返す場合に用いる酸化処理の方法
としてζよ 少なくとも酸素を含むガスの放電により生
成される酸素イオンにより処理す４ あるいは励起状態
にある中性酸素原子を照射することが効果的かつ簡便で
あることを発見し九 例えは 第１図に示す酸化処理装置１２を用ｔ、に薄膜
形成槽１に連結されたプラズマ生成室１３内に酸素ガス
あるいは酸素を含む混合ガスを導入しこのガスにマイク
ロ波を照射して放電プラズマを発生させ、これにマグネ
ット１５によって磁場を印加し イオン化の確率を上げ
ることにより高エネルギーの酸素イオンおよび中性酸素
原子がｐ型超伝導薄膜を効率的に酸化することを見いだ
したなかでＬ 酸化物超伝導薄膜Ａおよび酸化物超伝導
薄膜Ｂが主として（Ｂ ｉ ＋−，Ｐ ｔｚ） ２−８
ｒ２Ｃａ＋−Ｃｕ２−Ｏｘ（但しＯ≦ｙ＜ ０．５）
なる２２１２結晶相、 バリア層が主としてＢｌｐ−Ｓ
ｒａ−Ｃｕ＋−０つなる２２０１結晶相である薄膜超伝
導素子および酸化物超伝導薄膜Ａおよび酸化物超伝導薄
膜Ｂが主として（Ｂ ｉ ＋−，Ｐ ｂ Ｍ） ２−
Ｓ ｒ ２−Ｃａ２−Ｃｕｓ−ＯＸ （但しＯ≦ｙ＜０
．５）なる２２２３結晶相、 バリア層が主として（Ｂ
ｉ ＋−，Ｐ ｂν）２−Ｓｒｓ−Ｃａｅ Ｃｕｓ
ＯＸなる２２０１結晶相である薄膜超伝導素子は優
れた超伝導特性を示しへ実施例２ 次に本発明の他の実施例を図面と共に説明する。
において良好な超伝導トンネル特性およびジョセフソン
効果を示すことを確認し九第３図は本薄膜超伝導素子の
三層膜のＸ線回折パターン図である。これによると、
５００℃の成膜温度において各層はＣ軸配向を示してお
り、ＲＨＥＥＤ観察などよりエピタキシャル成長してい
ることが確認された この薄膜超伝導素子の特性は１５
０マイクロアンペアの超伝導電流が流れ（直流ジョセフ
ソン効果）、またヒステリシスを持つ動作をした −古
本実施例に用いたものと同様な三層膜に対し７００℃以
下の酸素中でのアニル処理をしても結晶性を保ったまま
であり、かつＡ、 Ｂ両酸化物超伝導薄膜の超伝導性
が向上二この三層膜を用いた接合型の超伝導素子の特性
の向上ができることを確認した Ｘ線照射による結晶性
向上と還元処理は 成膜後では常温の温度で一定時間行
うことによって効率的かつ簡便に行えも この効果ζよ 結晶性向上並びに還元処理を薄膜堆積を
中断して行う、すなわ杖 薄膜堆積工程と結晶性向上並
びに還元処理とを成膜温度において交互に繰り返す場合
にも見られることを本発明者らは確認した これらの結
晶性向上並びに還元処理を施すべき温度＆よ 薄膜の粗
砥 表面状態によっても異なるた八 各場合について最
適なものを選ぶ必要がある力丈 本発明者らは９００℃
以下５００℃以上の温度範囲にあることを確認したな抵
処理時間についてＬ 薄膜の粗砥 膜尾表面状態に応
じて必要最小限の値が存在すム結晶性向上並びに還元処
理を施すという点からだけで（よ この処理を薄膜堆積
と同時に行うのが最も望ましい力（薄膜堆積過程の種類
によって（表処理温度が堆積基板温度に限定されるため
に十分な効果が得られない場合もあることが確認された
本発明者ら＆よ むしろ結晶性向上並びに還元処理を薄
膜堆積を中断して行う、すなわち薄膜堆積工程と結晶性
向上並びに還元処理を交互に繰り返しながら行なった場
合の方に同等もしくはそれ以上の効果が得られることを
確認し九 ごれら薄膜堆積過程においては 堆積直後の各構成元素
は励起状態にあり、場合によっては 安定化するのに数
分のオーダーの時間を要するものも多（、特に積層構造
をとるものについて４ｉ １周期構造分堆積させる毎
に堆積を中断して安定化が図られている場合もあａ この様な堆積中断時間に結晶性向上並びに還元処理を施
せば 短時間で理想的な結晶性向上並びに還元処理を施
せると考えられも 本発明者らは 適当な堆積時間毎に中断し 結晶性向上
並びに還元処理を施すことによって、優れた特性を有す
る超電導薄膜を得ることが出来ることを確認した 更に その堆積時間間隔として、その間に堆積される被
膜の厚みが１０Å以上１００Å以下とするものが有効で
あることを確認した 本発明者ら４１ 結晶性向上処理と酸化処理を薄膜堆
積と同時に行う場合、あるいは 薄膜堆積を中断して打
う、すなわ板 薄膜堆積工程と結晶性向上処理と酸化処
理行程とを交互に繰り返す場合に用いる酸化処理の方法
としてζよ 少なくとも酸素を含むガスの放電により生
成される酸素イオンにより処理す４ あるいは励起状態
にある中性酸素原子を照射することが効果的かつ簡便で
あることを発見し九 例えは 第１図に示す酸化処理装置１２を用ｔ、に薄膜
形成槽１に連結されたプラズマ生成室１３内に酸素ガス
あるいは酸素を含む混合ガスを導入しこのガスにマイク
ロ波を照射して放電プラズマを発生させ、これにマグネ
ット１５によって磁場を印加し イオン化の確率を上げ
ることにより高エネルギーの酸素イオンおよび中性酸素
原子がｐ型超伝導薄膜を効率的に酸化することを見いだ
したなかでＬ 酸化物超伝導薄膜Ａおよび酸化物超伝導
薄膜Ｂが主として（Ｂ ｉ ＋−，Ｐ ｔｚ） ２−８
ｒ２Ｃａ＋−Ｃｕ２−Ｏｘ（但しＯ≦ｙ＜ ０．５）
なる２２１２結晶相、 バリア層が主としてＢｌｐ−Ｓ
ｒａ−Ｃｕ＋−０つなる２２０１結晶相である薄膜超伝
導素子および酸化物超伝導薄膜Ａおよび酸化物超伝導薄
膜Ｂが主として（Ｂ ｉ ＋−，Ｐ ｂ Ｍ） ２−
Ｓ ｒ ２−Ｃａ２−Ｃｕｓ−ＯＸ （但しＯ≦ｙ＜０
．５）なる２２２３結晶相、 バリア層が主として（Ｂ
ｉ ＋−，Ｐ ｂν）２−Ｓｒｓ−Ｃａｅ Ｃｕｓ
ＯＸなる２２０１結晶相である薄膜超伝導素子は優
れた超伝導特性を示しへ実施例２ 次に本発明の他の実施例を図面と共に説明する。
薄膜形成装置および基板は前記実施例と同じであム
薄膜堆積中にＸ線照射を行ないつｚＲＦマグネトロンス
パッタリング法によってｌ’Ｊ ｄ ｅ−ｗＣｅ ｘＣ
ｕ ０４（ｘ＝０．１５）を主成分とする酸化物薄膜を
厚さ３００ ｎｍ堆積させ九 ひき続き同一薄膜形成槽
Ｉ内においてＮ ｄ ｅ−ｔｃ ｅ ＊Ｃ，ｕ Ｏａ
（Ｘ＝０）からなるバリア層７として厚さ３ｎｍ堆積さ
せた「第２図工程（ａ）］。
パッタリング法によってｌ’Ｊ ｄ ｅ−ｗＣｅ ｘＣ
ｕ ０４（ｘ＝０．１５）を主成分とする酸化物薄膜を
厚さ３００ ｎｍ堆積させ九 ひき続き同一薄膜形成槽
Ｉ内においてＮ ｄ ｅ−ｔｃ ｅ ＊Ｃ，ｕ Ｏａ
（Ｘ＝０）からなるバリア層７として厚さ３ｎｍ堆積さ
せた「第２図工程（ａ）］。
次にＮ ｄａ−ＣｅＸＣｕ ０４ （Ｘ＝０．１５）の
酸化物超伝導薄ＨＤを８として２００ ｎｍ堆積させた
［第２図工程（ｂ）コ。
酸化物超伝導薄ＨＤを８として２００ ｎｍ堆積させた
［第２図工程（ｂ）コ。
基板温度はいずれの場合も５００℃である。
その後、ネガレジスト９を用いたフォトリソグラフィー
およびイオンミリングによりバリア層７および酸化物超
伝導薄膜りである８をトンネル接合形状に、パターニン
グした［第２図工程（Ｃ）］。
およびイオンミリングによりバリア層７および酸化物超
伝導薄膜りである８をトンネル接合形状に、パターニン
グした［第２図工程（Ｃ）］。
その抵 ネガレジスト９を除去せずく 電極間分離層１
０として２５０ｎｍのＣａＦｅを真空蒸着法により堆積
後［第２図工程（ｄ）］、 トリクロロエタンによる超
音波洗朱 および第１図に示す酸化処理装置１２ （
ＩＴｏｒｒ、 １３．５６ＭＨｚ、４００Ｗ）によるリ
フトオフ法で酸化物超伝導薄膜りである８を露出させた
【第２図工程（ｅ）コ。
０として２５０ｎｍのＣａＦｅを真空蒸着法により堆積
後［第２図工程（ｄ）］、 トリクロロエタンによる超
音波洗朱 および第１図に示す酸化処理装置１２ （
ＩＴｏｒｒ、 １３．５６ＭＨｚ、４００Ｗ）によるリ
フトオフ法で酸化物超伝導薄膜りである８を露出させた
【第２図工程（ｅ）コ。
最後く メタルマスクを用い酸化物超伝導薄膜りである
８の一部に接触させてコンタクト電極として２００ｎｍ
のＰｔをＲＦマグネトロンスパッタリング法により堆積
させ超伝導素子１４を完成させた［第２図工程（ｆ）コ
。
８の一部に接触させてコンタクト電極として２００ｎｍ
のＰｔをＲＦマグネトロンスパッタリング法により堆積
させ超伝導素子１４を完成させた［第２図工程（ｆ）コ
。
この製造方法による超伝導素子は液体窒素温度において
良好な超伝導トンネル特性およびジョセフソン効果を示
すことを確認しな 第４図は本実施例におけるの薄膜超伝導素子の三層膜の
Ｘ線回折パターン図であａ これによると、 ５００℃の成膜温度において各層はＣ
軸配向を示しており、ＲＨＥＥＤ観察などによりエピタ
キシャル成長していることが確認され九 な抵 基板５として（友 結晶性の高い酸化物薄膜を堆
積させるためには単結晶の基板が有効であり、Ｍｇへ
ＬａＡｌ０ａ ＬａＧａＯ３、チタン酸ストロンチウ
ムなどの単結晶を用いも またコンタクト電極としては
Ｐｔを用いた力＜、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕなどの金属
でもより℃発明の効果 以上のように 本発明の薄膜超伝導素子の製造方法によ
れば次の効果が得られも （イ）基板上にｐ型の薄膜超伝導素子を製造する場合に
（よ 薄膜堆積中または薄膜堆積後にＸ線を照射しその
後酸化処理を施し薄膜をＣ軸配向させ、結晶性を向上さ
せるので良好な超伝導特性をもつ薄膜超伝導素子が得ら
れる。
良好な超伝導トンネル特性およびジョセフソン効果を示
すことを確認しな 第４図は本実施例におけるの薄膜超伝導素子の三層膜の
Ｘ線回折パターン図であａ これによると、 ５００℃の成膜温度において各層はＣ
軸配向を示しており、ＲＨＥＥＤ観察などによりエピタ
キシャル成長していることが確認され九 な抵 基板５として（友 結晶性の高い酸化物薄膜を堆
積させるためには単結晶の基板が有効であり、Ｍｇへ
ＬａＡｌ０ａ ＬａＧａＯ３、チタン酸ストロンチウ
ムなどの単結晶を用いも またコンタクト電極としては
Ｐｔを用いた力＜、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕなどの金属
でもより℃発明の効果 以上のように 本発明の薄膜超伝導素子の製造方法によ
れば次の効果が得られも （イ）基板上にｐ型の薄膜超伝導素子を製造する場合に
（よ 薄膜堆積中または薄膜堆積後にＸ線を照射しその
後酸化処理を施し薄膜をＣ軸配向させ、結晶性を向上さ
せるので良好な超伝導特性をもつ薄膜超伝導素子が得ら
れる。
（ロ）基板上にｎ型の薄膜超伝導素子を製造する場合に
は 薄膜堆積中または薄膜堆積後にＸ線を照射し薄膜を
Ｃ軸配向させ、結晶性を向上させるので良好な超伝導特
性をもつ薄膜超伝導素子が得られも （ハ）本発明の製造方法による薄膜超伝導素子は良好な
超伝導特性をもつので超伝導量子干渉計、計算機メモリ
ー 計算機ロジックなどに応用でき実用的効果が犬であ
ム
は 薄膜堆積中または薄膜堆積後にＸ線を照射し薄膜を
Ｃ軸配向させ、結晶性を向上させるので良好な超伝導特
性をもつ薄膜超伝導素子が得られも （ハ）本発明の製造方法による薄膜超伝導素子は良好な
超伝導特性をもつので超伝導量子干渉計、計算機メモリ
ー 計算機ロジックなどに応用でき実用的効果が犬であ
ム
第１図は本発明の薄膜超伝導体素子の製造方法を実施す
るために使用する製造装置の基本構成文第２図（ａ）〜
（ｆ）は本発明による薄膜超伝導素子の製造方法の工程
医 第３図は本発明による薄膜超伝導素子の第一の実施
例の三層膜のＸ線回折パターンは 第４図は同じく第二
の実施例の三層膜のＸ線回折パターン図であも ４・・・酸化物薄１１Ｕ５・・・基板 ６、８・・・酸
化物超伝導薄ｊｉ、７・・・バリア凰 ９・・・フォト
レジスト、１０・・・電極間分離層 １１・・・コンタ
クト電極 １４・・・薄膜超伝導素り 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名亀
るために使用する製造装置の基本構成文第２図（ａ）〜
（ｆ）は本発明による薄膜超伝導素子の製造方法の工程
医 第３図は本発明による薄膜超伝導素子の第一の実施
例の三層膜のＸ線回折パターンは 第４図は同じく第二
の実施例の三層膜のＸ線回折パターン図であも ４・・・酸化物薄１１Ｕ５・・・基板 ６、８・・・酸
化物超伝導薄ｊｉ、７・・・バリア凰 ９・・・フォト
レジスト、１０・・・電極間分離層 １１・・・コンタ
クト電極 １４・・・薄膜超伝導素り 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名亀
Claims (7)
- （１）基板上に酸化物超伝導薄膜Ａを形成し、その酸化
物超伝導薄膜Ａの上にバリア層を形成し、そのバリア層
の上に酸化物超伝導薄膜Ｂを形成Ｌ前記酸化物超伝導薄
膜Ａ、バリア層および酸化物超伝導薄膜ＢにＸ線を照射
しｃ軸配向させ、酸化処理を施し、その後前記酸化物超
伝導薄膜Ｂの上にフォトレジスト膜を形成し、パターニ
ングを施し、その上に前記バリア層より厚い電極間分離
層を形成し、リフトオフ法で酸化物超伝導薄膜Ｂを露出
させ、その露出させた酸化物超伝導薄膜Ｂの上にコンタ
クト電極を形成する薄膜超伝導素子の製造方法。 ここで、酸化物超伝導薄膜Ａ、バリア層および酸化物超
伝導薄膜Ｂはビスマス（Ｂｉ）、アルカリ土類金属およ
び銅（Ｃｕ）を主成分とする酸化物またはＢｉ、鉛（Ｐ
ｂ）、アルカリ土類金属および銅（Ｃｕ）を主成分とす
る酸化物である。 - （２）酸化物超伝導薄膜Ａおよび酸化物超伝導薄膜Ｂが
主として（Ｂｉ＿１＿−＿ｙＰｂ＿ｙ）＿２−Ｓｒ＿２
−Ｃａ＿１−Ｃｕ＿２−Ｏ＿ｘ、０≦ｙ＜０．５なる２
２１２結晶相、バリア層が主としてＢｉ＿２−Ｓｒ＿２
−Ｃｕ＿１−Ｏ＿ｘなる２２０１結晶相である請求項１
記載の薄膜超伝導素子の製造方法。 - （３）酸化物超伝導薄膜Ａおよび酸化物超伝導薄膜Ｂが
主として（Ｂｉ＿１＿−＿ｙＰｂ＿ｙ）＿２−Ｓｒ＿２
−Ｃａ＿２−Ｃｕ＿３−Ｏ＿ｘ、０≦ｙ＜０．５なる２
２２３結晶相、バリア層が主として（Ｂｉ＿１＿−＿ｙ
Ｐｂ＿ｙ）＿２−Ｓｒ＿２−Ｃａ＿２−Ｃｕ＿３−Ｏ＿
ｘなる２２０１結晶相である請求項１記載の薄膜超伝導
素子の製造方法。 - （４）酸素イオンまたは励起状態にある準安定酸素原子
を照射して、Ｘ線照射後の薄膜を酸化処理する請求項１
記載の薄膜超伝導素子の製造方法。 - （５）基板上に酸化物超伝導薄膜Ｃを形成し、その酸化
物超伝導薄膜Ｃの上にバリア層を形成し、そのバリア層
の上に酸化物超伝導薄膜Ｄを形成し、前記酸化物超伝導
薄膜Ｃ、バリア層および酸化物超伝導薄膜ＤにＸ線を照
射しｃ軸配向させ、、その後前記酸化物超伝導薄膜Ｄの
上にフォトレジスト膜を形成し、パターニングを施し、
その後、前記バリア層より厚い電極間分離層を形成し、
リフトオフ法で酸化物超伝導薄膜Ｄを露出させ、その露
出させた酸化物超伝導薄膜Ｄの上にコンタクト電極を形
成する薄膜超伝導素子の製造方法。 ここで、酸化物超伝導薄膜Ｃおよび酸化物超伝導薄膜Ｄ
は主としてＦ−Ｇ−Ｃｕ−Ｘで表わされ、バリア層は主
としてＨ−Ｃｕ−Ｏで表わされる。 ここに、Ｆはネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）
、プルトニウム（Ｐｒ）のうちの一種以上の元素、Ｇは
セリウム（Ｃｅ）、トリウム（Ｔｈ）のうちの一種以上
の元素、Ｘは酸素（Ｏ）または弗素（Ｆ）のうちの一種
以上の元素である。 - （６）酸化物超伝導薄膜Ｃ、バリア層および酸化物超伝
導薄膜ＤがＮｄ＿２＿−＿ｘＣｅ＿ｘＣｕＯ＿４（ｘ＝
０−０．２）である請求項５記載の薄膜超伝導素子の製
造方法。 - （７）酸化物超伝導薄膜とバリア層の形成工程中、薄膜
堆積とＸ線照射を交互に繰り返すことを特徴とする請求
項１または５記載の薄膜超伝導素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2197297A JPH0483383A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 薄膜超伝導素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2197297A JPH0483383A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 薄膜超伝導素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0483383A true JPH0483383A (ja) | 1992-03-17 |
Family
ID=16372120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2197297A Pending JPH0483383A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 薄膜超伝導素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0483383A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04111369A (ja) * | 1990-08-31 | 1992-04-13 | Hitachi Ltd | 超電導体膜を含む多層膜の作製方法 |
| JPH0715049A (ja) * | 1993-06-23 | 1995-01-17 | Nec Corp | 超伝導積層薄膜 |
-
1990
- 1990-07-25 JP JP2197297A patent/JPH0483383A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04111369A (ja) * | 1990-08-31 | 1992-04-13 | Hitachi Ltd | 超電導体膜を含む多層膜の作製方法 |
| JPH0715049A (ja) * | 1993-06-23 | 1995-01-17 | Nec Corp | 超伝導積層薄膜 |
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