JPH0513834A - 超電導装置およびその作製方法 - Google Patents
超電導装置およびその作製方法Info
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- JPH0513834A JPH0513834A JP3188075A JP18807591A JPH0513834A JP H0513834 A JPH0513834 A JP H0513834A JP 3188075 A JP3188075 A JP 3188075A JP 18807591 A JP18807591 A JP 18807591A JP H0513834 A JPH0513834 A JP H0513834A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 MgＯ基板４上に形成されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸
化物超電導薄膜１水蒸気雰囲気中で550 ℃に加熱して、
表面に非晶質酸化物絶縁体層２を形成する。酸素雰囲気
中で400 ℃に加熱してＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜
１に酸素を取り込ませてから、非晶質酸化物絶縁体層２
上に第２のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜３を形成
し、ジョセフソン素子とする。 【効果】 非晶質酸化物絶縁体層２は、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜１の表面が分解して生じたものであ
り、第１および第２のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜
１、３の超電導特性を劣化させない。また、非晶質酸化
物絶縁体層２と、第１のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄
膜１との間の界面は極めてシャープに形成できる。
化物超電導薄膜１水蒸気雰囲気中で550 ℃に加熱して、
表面に非晶質酸化物絶縁体層２を形成する。酸素雰囲気
中で400 ℃に加熱してＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜
１に酸素を取り込ませてから、非晶質酸化物絶縁体層２
上に第２のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜３を形成
し、ジョセフソン素子とする。 【効果】 非晶質酸化物絶縁体層２は、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜１の表面が分解して生じたものであ
り、第１および第２のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜
１、３の超電導特性を劣化させない。また、非晶質酸化
物絶縁体層２と、第１のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄
膜１との間の界面は極めてシャープに形成できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導装置およびその
作製方法に関する。より詳細には、基板上に形成された
酸化物超電導薄膜とこの薄膜上に形成された絶縁体薄膜
とを有する超電導装置およびその作製する方法に関す
る。
作製方法に関する。より詳細には、基板上に形成された
酸化物超電導薄膜とこの薄膜上に形成された絶縁体薄膜
とを有する超電導装置およびその作製する方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超電導体を超電導装置に使用する
場合、酸化物超電導体を薄膜化し、絶縁体、半導体等の
薄膜と積層した構造とすることが必要となる。例えば、
ジョセフソン接合と称される超電導体−絶縁体−超電導
体の接合を酸化物超電導体を使用して実現する場合、第
１の酸化物超電導薄膜、絶縁体薄膜および第２の酸化物
超電導薄膜が順に積層された構成としなければならな
い。
場合、酸化物超電導体を薄膜化し、絶縁体、半導体等の
薄膜と積層した構造とすることが必要となる。例えば、
ジョセフソン接合と称される超電導体−絶縁体−超電導
体の接合を酸化物超電導体を使用して実現する場合、第
１の酸化物超電導薄膜、絶縁体薄膜および第２の酸化物
超電導薄膜が順に積層された構成としなければならな
い。
【０００３】上記のジョセフソン接合において、絶縁体
薄膜の厚さは、超電導体のコヒーレンス長によって決ま
る。酸化物超電導体は、コヒーレンス長が非常に短いた
め、酸化物超電導体を使用したジョセフソン接合では、
非超電導体薄膜の厚さは数nm程度にしなければならな
い。
薄膜の厚さは、超電導体のコヒーレンス長によって決ま
る。酸化物超電導体は、コヒーレンス長が非常に短いた
め、酸化物超電導体を使用したジョセフソン接合では、
非超電導体薄膜の厚さは数nm程度にしなければならな
い。
【０００４】しかしながら、酸化物超電導薄膜が空気に
触れると表面から約１nm程度の部分は、超電導性、結晶
性ともに悪化する。通常、酸化物超電導薄膜上に他の薄
膜を積層する場合には、異なる成膜装置を使用するの
で、搬送の際に酸化物超電導薄膜が空気に触れることが
避けられなかった。そのため、従来は、酸化物超電導薄
膜上に他の薄膜を積層する前に、酸化物超電導薄膜を１
×10-9Torr程度の高真空中で約700 ℃まで加熱する熱処
理を行っていた。
触れると表面から約１nm程度の部分は、超電導性、結晶
性ともに悪化する。通常、酸化物超電導薄膜上に他の薄
膜を積層する場合には、異なる成膜装置を使用するの
で、搬送の際に酸化物超電導薄膜が空気に触れることが
避けられなかった。そのため、従来は、酸化物超電導薄
膜上に他の薄膜を積層する前に、酸化物超電導薄膜を１
×10-9Torr程度の高真空中で約700 ℃まで加熱する熱処
理を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の熱処理を行った
酸化物超電導薄膜は、表面の結晶性が改善され、その上
に積層する薄膜をエピタキシャル成長させることができ
る。しかしながら、上記のように高真空中で酸化物超電
導薄膜を加熱すると、薄膜を構成している酸化物超電導
体結晶中の酸素が失われ、薄膜の超電導特性が悪化した
り、薄膜が超電導性を示さなくなる。
酸化物超電導薄膜は、表面の結晶性が改善され、その上
に積層する薄膜をエピタキシャル成長させることができ
る。しかしながら、上記のように高真空中で酸化物超電
導薄膜を加熱すると、薄膜を構成している酸化物超電導
体結晶中の酸素が失われ、薄膜の超電導特性が悪化した
り、薄膜が超電導性を示さなくなる。
【０００６】一方、酸素中で熱処理を行うと、薄膜の超
電導特性に問題が生じることはないが、薄膜表面の結晶
性は改善されない。
電導特性に問題が生じることはないが、薄膜表面の結晶
性は改善されない。
【０００７】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、新規な構成の超電導装置およびそれ
を作製する方法を提供することにある。
問題点を解決した、新規な構成の超電導装置およびそれ
を作製する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、基板上
に形成された酸化物超電導薄膜と、この酸化物超電導薄
膜上に積層された絶縁体薄膜とを有する超電導装置にお
いて、前記絶縁体薄膜が前記酸化物超電導薄膜を構成す
る酸化物超電導体と等しい構成元素を含む非晶質酸化物
で構成されていることを特徴とする超電導装置が提供さ
れる。
に形成された酸化物超電導薄膜と、この酸化物超電導薄
膜上に積層された絶縁体薄膜とを有する超電導装置にお
いて、前記絶縁体薄膜が前記酸化物超電導薄膜を構成す
る酸化物超電導体と等しい構成元素を含む非晶質酸化物
で構成されていることを特徴とする超電導装置が提供さ
れる。
【０００９】また、本発明では、上記の超電導装置を作
製する方法として、基板上に形成された酸化物超電導薄
膜と、前記酸化物超電導薄膜上に形成され、前記酸化物
超電導薄膜を構成する酸化物超電導体と等しい構成元素
からなる非晶質酸化物絶縁体薄膜とを有する超電導装置
を作製する方法において、前記酸化物超電導薄膜を成膜
した後、前記酸化物超電導薄膜を、前記酸化物超電導体
を非晶質化する気体雰囲気中で熱処理する工程を含むこ
とを特徴とする超電導装置の作製方法が提供される。
製する方法として、基板上に形成された酸化物超電導薄
膜と、前記酸化物超電導薄膜上に形成され、前記酸化物
超電導薄膜を構成する酸化物超電導体と等しい構成元素
からなる非晶質酸化物絶縁体薄膜とを有する超電導装置
を作製する方法において、前記酸化物超電導薄膜を成膜
した後、前記酸化物超電導薄膜を、前記酸化物超電導体
を非晶質化する気体雰囲気中で熱処理する工程を含むこ
とを特徴とする超電導装置の作製方法が提供される。
【００１０】
【作用】本発明の超電導装置は、酸化物超電導薄膜上に
形成されている非晶質酸化物の絶縁体薄膜の構成元素
が、酸化物超電導薄膜を構成している酸化物超電導体の
構成元素と等しいことをその主要な特徴とする。この非
晶質酸化物は、酸化物超電導薄膜が空気に触れると反応
して生じ、従来は、酸化物超電導薄膜が空気に触れて劣
化したものと考えられていた。また、この非晶質酸化物
の正確な組成等は明らかではないが、酸化物超電導体の
結晶が崩れ、非晶質様になったものと考えられる。本発
明の超電導装置は、適切な厚さに形成されたこの非晶質
酸化物薄膜を絶縁体層として備える。従って、本発明の
超電導装置は、絶縁体層の形成が容易であり、絶縁体層
が酸化物超電導薄膜に悪影響を与えることもない。
形成されている非晶質酸化物の絶縁体薄膜の構成元素
が、酸化物超電導薄膜を構成している酸化物超電導体の
構成元素と等しいことをその主要な特徴とする。この非
晶質酸化物は、酸化物超電導薄膜が空気に触れると反応
して生じ、従来は、酸化物超電導薄膜が空気に触れて劣
化したものと考えられていた。また、この非晶質酸化物
の正確な組成等は明らかではないが、酸化物超電導体の
結晶が崩れ、非晶質様になったものと考えられる。本発
明の超電導装置は、適切な厚さに形成されたこの非晶質
酸化物薄膜を絶縁体層として備える。従って、本発明の
超電導装置は、絶縁体層の形成が容易であり、絶縁体層
が酸化物超電導薄膜に悪影響を与えることもない。
【００１１】一方、本発明の方法は、上記の超電導装置
を作製する方法であり、酸化物超電導薄膜を成膜後、前
記酸化物超電導体を非晶質化する気体雰囲気中で熱処理
することを特徴とする。酸化物超電導体を非晶質化する
気体としては、例えばＨ2Ｏ、ＣＯ2 等が挙げられる。
本発明の方法では、上記の気体雰囲気中で熱処理を行う
が、その際の圧力は、１×10-5〜１×10-4Torrが好まし
く、加熱温度は400 〜600 ℃が好ましい。加熱温度が高
いと表面の酸化物超電導薄膜の分解が促進され、非晶質
化が速く進むが、各層間の相互拡散を避け、非晶質酸化
物薄膜と酸化物超電導薄膜との間の界面をシャープに形
成するために、600 ℃以下の温度で処理することが好ま
しい。また、400 ℃未満の温度では、非晶質化が十分に
進行しない。
を作製する方法であり、酸化物超電導薄膜を成膜後、前
記酸化物超電導体を非晶質化する気体雰囲気中で熱処理
することを特徴とする。酸化物超電導体を非晶質化する
気体としては、例えばＨ2Ｏ、ＣＯ2 等が挙げられる。
本発明の方法では、上記の気体雰囲気中で熱処理を行う
が、その際の圧力は、１×10-5〜１×10-4Torrが好まし
く、加熱温度は400 〜600 ℃が好ましい。加熱温度が高
いと表面の酸化物超電導薄膜の分解が促進され、非晶質
化が速く進むが、各層間の相互拡散を避け、非晶質酸化
物薄膜と酸化物超電導薄膜との間の界面をシャープに形
成するために、600 ℃以下の温度で処理することが好ま
しい。また、400 ℃未満の温度では、非晶質化が十分に
進行しない。
【００１２】また、本発明の方法においては、上記の気
体雰囲気中で熱処理を行った後、さらに酸素雰囲気中で
酸化物超電導薄膜を熱処理することも好ましい。これ
は、上記の気体雰囲気中で熱処理を行うと、酸化物超電
導体の超電導特性が劣化することがあるためで、酸素雰
囲気中の熱処理により酸化物超電導薄膜の超電導特性は
回復する。この処理の際の圧力は、50〜200Torrが好ま
しく、加熱温度は400 〜500 ℃が好ましい。
体雰囲気中で熱処理を行った後、さらに酸素雰囲気中で
酸化物超電導薄膜を熱処理することも好ましい。これ
は、上記の気体雰囲気中で熱処理を行うと、酸化物超電
導体の超電導特性が劣化することがあるためで、酸素雰
囲気中の熱処理により酸化物超電導薄膜の超電導特性は
回復する。この処理の際の圧力は、50〜200Torrが好ま
しく、加熱温度は400 〜500 ℃が好ましい。
【００１３】本発明の方法は、任意の酸化物超電導体に
適用できるが、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X系酸化物超電導体は安定
的に高品質の結晶性のよい薄膜が得られるので好まし
い。また、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 系酸化物超電導体は、特に
その超電導臨界温度Ｔc が高いので好ましい。
適用できるが、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X系酸化物超電導体は安定
的に高品質の結晶性のよい薄膜が得られるので好まし
い。また、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 系酸化物超電導体は、特に
その超電導臨界温度Ｔc が高いので好ましい。
【００１４】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。
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。
【００１５】
【実施例】本発明の方法により本発明の超電導装置の一
例としてジョセフソン素子を作製した。基板にはMgＯ単
結晶基板を用い、酸化物超電導体にはＹ1Ba2Cu3Ｏ7-Xを
使用した。図１を参照して、作製手順を説明する。
例としてジョセフソン素子を作製した。基板にはMgＯ単
結晶基板を用い、酸化物超電導体にはＹ1Ba2Cu3Ｏ7-Xを
使用した。図１を参照して、作製手順を説明する。
【００１６】まず、MgＯ（１００）基板４上に、スパッ
タリング法により、図１(a)に示すよう第１のＹ1Ba2Cu3
Ｏ7-X超電導薄膜１を形成した。主な成膜条件を以下に
示す。
タリング法により、図１(a)に示すよう第１のＹ1Ba2Cu3
Ｏ7-X超電導薄膜１を形成した。主な成膜条件を以下に
示す。
【００１７】次に、この酸化物超電導薄膜１を以下の条
件で処理し、図１(b)に示すよう表面に厚さ３nmの非晶
質酸化物絶縁体層２を形成した。
件で処理し、図１(b)に示すよう表面に厚さ３nmの非晶
質酸化物絶縁体層２を形成した。
【００１８】上記の処理の後、基板温度が400 ℃になる
まで放冷し、酸素雰囲気中で以下の条件で処理した。
まで放冷し、酸素雰囲気中で以下の条件で処理した。
【００１９】さらに、この薄膜１表面の非晶質酸化物絶
縁体層２上に、図１(c)に示すよう第２のＹ1Ba2Cu3Ｏ
7-X超電導薄膜３をレーザアブレーション法により形成
した。主な成膜条件を以下に示す。
縁体層２上に、図１(c)に示すよう第２のＹ1Ba2Cu3Ｏ
7-X超電導薄膜３をレーザアブレーション法により形成
した。主な成膜条件を以下に示す。
【００２０】上記のように作製したジョセフソン素子で
は、第２のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X超電導薄膜３も、ｃ軸配向の
結晶で構成されていた。また、第１および第２のＹ1Ba2
Cu3Ｏ7-X薄膜の超電導臨界温度はそれぞれ85Ｋおよび82
Ｋであった。
は、第２のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X超電導薄膜３も、ｃ軸配向の
結晶で構成されていた。また、第１および第２のＹ1Ba2
Cu3Ｏ7-X薄膜の超電導臨界温度はそれぞれ85Ｋおよび82
Ｋであった。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超電導装
置は、酸化物超電導薄膜の一部を絶縁体層に変えた構成
となっている。また、本発明の超電導装置の絶縁体層を
構成する絶縁体は、酸化物超電導薄膜が空気に触れるこ
とで自然に生ずる物質と等しい。従って、本発明の超電
導装置では、酸化物超電導薄膜に隣接する絶縁体層を形
成することが容易である。また、絶縁体層を構成する絶
縁体が、酸化物超電導薄膜の各種特性に悪影響を与える
こともない。本発明により、超電導技術の電子デバイス
への応用がさらに促進される。
置は、酸化物超電導薄膜の一部を絶縁体層に変えた構成
となっている。また、本発明の超電導装置の絶縁体層を
構成する絶縁体は、酸化物超電導薄膜が空気に触れるこ
とで自然に生ずる物質と等しい。従って、本発明の超電
導装置では、酸化物超電導薄膜に隣接する絶縁体層を形
成することが容易である。また、絶縁体層を構成する絶
縁体が、酸化物超電導薄膜の各種特性に悪影響を与える
こともない。本発明により、超電導技術の電子デバイス
への応用がさらに促進される。
【図１】本発明の方法により本発明の超電導装置を作製
する場合の工程を示す概略図である。
する場合の工程を示す概略図である。
１、３ 超電導体薄膜、
２ 絶縁体薄膜、
４ 基板
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に形成された酸化物超電導薄膜
と、この酸化物超電導薄膜上に積層された絶縁体薄膜と
を有する超電導装置において、前記絶縁体薄膜が前記酸
化物超電導薄膜を構成する酸化物超電導体と等しい構成
元素を含む非晶質酸化物で構成されていることを特徴と
する超電導装置。 - 【請求項２】 基板上に形成された酸化物超電導薄膜
と、前記酸化物超電導薄膜上に形成され、前記酸化物超
電導薄膜を構成する酸化物超電導体と等しい構成元素か
らなる非晶質酸化物絶縁体薄膜とを有する超電導装置を
作製する方法において、前記酸化物超電導薄膜を成膜し
た後、前記酸化物超電導薄膜を、前記酸化物超電導体を
非晶質化する気体雰囲気中で熱処理する工程を含むこと
を特徴とする超電導装置の作製方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3188075A JP2819871B2 (ja) | 1991-07-02 | 1991-07-02 | 超電導装置の作製方法 |
| DE69117378T DE69117378T2 (de) | 1990-07-19 | 1991-07-19 | Supraleitende Einrichtung mit geschichteter Struktur, zusammengesetzt aus oxidischem Supraleiter und Isolatordünnschicht und deren Herstellungsmethode |
| EP91402025A EP0468868B1 (en) | 1990-07-19 | 1991-07-19 | Superconducting device having a layered structure composed of oxide superconductor thin film and insulator thin film and method for manufacturing the same |
| US08/171,757 US5422497A (en) | 1990-07-19 | 1993-12-22 | Superconducting device having layered structure composed of oxide thin film and insulator thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3188075A JP2819871B2 (ja) | 1991-07-02 | 1991-07-02 | 超電導装置の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0513834A true JPH0513834A (ja) | 1993-01-22 |
| JP2819871B2 JP2819871B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=16217270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3188075A Expired - Lifetime JP2819871B2 (ja) | 1990-07-19 | 1991-07-02 | 超電導装置の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2819871B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01205579A (ja) * | 1988-02-12 | 1989-08-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導薄膜および超伝導薄膜素子の形成法 |
| JPH0282586A (ja) * | 1988-09-19 | 1990-03-23 | Fujitsu Ltd | 超電導素子の製造方法 |
| JPH02186681A (ja) * | 1989-01-13 | 1990-07-20 | Agency Of Ind Science & Technol | 超電導接合装置 |
-
1991
- 1991-07-02 JP JP3188075A patent/JP2819871B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01205579A (ja) * | 1988-02-12 | 1989-08-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導薄膜および超伝導薄膜素子の形成法 |
| JPH0282586A (ja) * | 1988-09-19 | 1990-03-23 | Fujitsu Ltd | 超電導素子の製造方法 |
| JPH02186681A (ja) * | 1989-01-13 | 1990-07-20 | Agency Of Ind Science & Technol | 超電導接合装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2819871B2 (ja) | 1998-11-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19971118 |
|
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