JPH0577317B2 - - Google Patents
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- JPH0577317B2 JPH0577317B2 JP62095858A JP9585887A JPH0577317B2 JP H0577317 B2 JPH0577317 B2 JP H0577317B2 JP 62095858 A JP62095858 A JP 62095858A JP 9585887 A JP9585887 A JP 9585887A JP H0577317 B2 JPH0577317 B2 JP H0577317B2
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- Japan
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- superconducting
- oxide
- superconducting material
- oxygen
- josephson
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0661—Processes performed after copper oxide formation, e.g. patterning
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0912—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
「発明の利用分野」
本発明はセラミツクス系超電導材料を用いた固
体素子（デイバイス）特にジヨセフソン型素子の
作成方法に関する。
体素子（デイバイス）特にジヨセフソン型素子の
作成方法に関する。
本発明は、酸化物超電導材料の表面を用いるデ
イバイスにおいて、特に重要な表面近傍の物性の
改良を施し、表面利用型素子の他差信頼性化を図
らんとするものである。
イバイスにおいて、特に重要な表面近傍の物性の
改良を施し、表面利用型素子の他差信頼性化を図
らんとするものである。
「従来の技術」
最近、セラミツクス系超電導材料が注目されて
いる。これはIBMチユーリツヒ研究所において
なされたBa−La−Cu−Ｏ系の酸化物超電導材料
の開発にその端を発している。これに加えて、イ
ツトリユーム系の超電導セラミツクスも知られ、
液体窒素温度での固体電子デイバイスの応用の可
能性が明らかになつた。
いる。これはIBMチユーリツヒ研究所において
なされたBa−La−Cu−Ｏ系の酸化物超電導材料
の開発にその端を発している。これに加えて、イ
ツトリユーム系の超電導セラミツクスも知られ、
液体窒素温度での固体電子デイバイスの応用の可
能性が明らかになつた。
他方、Na3Ge等の金属を用いた超電導材料が
これまでによく知られている。そしてこの金属の
超電導材料を用いて、ジヨセフソン素子等の固体
電子デイバイスを構成させる試みがなされてい
る。
これまでによく知られている。そしてこの金属の
超電導材料を用いて、ジヨセフソン素子等の固体
電子デイバイスを構成させる試みがなされてい
る。
この金属を用いたジヨセフソン素子は十数年の
研究によりほぼ実用化が近くなつた。しかし、こ
の超電導体はTco（電気抵抗が零となる温度）が
23Kときわめて低く、液体ヘリユームを用いなけ
ればならず、実用性は十分ではない。
研究によりほぼ実用化が近くなつた。しかし、こ
の超電導体はTco（電気抵抗が零となる温度）が
23Kときわめて低く、液体ヘリユームを用いなけ
ればならず、実用性は十分ではない。
この金属の超電導材料においては、材料のすべ
てが金属であるため、その材料の成分を表面にお
いても、また内部（バルク）においてもまつたく
均一に作ることができる。
てが金属であるため、その材料の成分を表面にお
いても、また内部（バルク）においてもまつたく
均一に作ることができる。
「従来の問題点」
しかし、最近注目されている酸化物セラミツク
スの超電導材料は、その特性を調べていくと、表
面およびその近傍（表面より概略200Åまでの深
さ）が内部（バルク）に比べて特性の劣化（信頼
性の低下）がおきることがわかつた。
スの超電導材料は、その特性を調べていくと、表
面およびその近傍（表面より概略200Åまでの深
さ）が内部（バルク）に比べて特性の劣化（信頼
性の低下）がおきることがわかつた。
このため、ジヨセフソン素子を作らんとしても
初期においては正常であつたセラミツクスの特性
が劣化してしまつた。
初期においては正常であつたセラミツクスの特性
が劣化してしまつた。
その原因として、酸化物セラミツクスにおける
酸素が表面近傍においてはきわめて容易に脱気し
てしまうことが実験的に確かめることができた。
この酸素が理想状態にあるかまたは不足状態にあ
るかは、その材料にとつて、超電導特性を有する
かまたは単に常電導特性を有するにすぎない、と
の根本的な問題を提供することが判明した。
酸素が表面近傍においてはきわめて容易に脱気し
てしまうことが実験的に確かめることができた。
この酸素が理想状態にあるかまたは不足状態にあ
るかは、その材料にとつて、超電導特性を有する
かまたは単に常電導特性を有するにすぎない、と
の根本的な問題を提供することが判明した。
本発明はこのため、この酸化物セラミツクスの
表面または表面近傍においても、超電導特性を有
せしめるべく、その表面にトンネル接合を可能に
するに十分な薄さを有し、かつ酸化物や材料より
の酸素の脱気に対してブロツキング作用を有する
被膜を形成するとともに、その内側の酸素欠乏型
になりやすいセラミツクス中に酸素を添加し、表
面近傍においても内部と同様に超電導特性を有せ
しめんとする方法を提供せんとするものである。
表面または表面近傍においても、超電導特性を有
せしめるべく、その表面にトンネル接合を可能に
するに十分な薄さを有し、かつ酸化物や材料より
の酸素の脱気に対してブロツキング作用を有する
被膜を形成するとともに、その内側の酸素欠乏型
になりやすいセラミツクス中に酸素を添加し、表
面近傍においても内部と同様に超電導特性を有せ
しめんとする方法を提供せんとするものである。
「問題を解決する手段」
本発明は、超電導性セラミツクスの表面に被膜
を形成し、これをより完全なブロツキング層とす
るとともに、この被膜を金属または半導体におい
ては酸化し、絶縁膜に変成する。さらにこの被膜
の酸素を固相−固相拡散（固体の被膜から他の固
体であるセラミツクス中への酸素の拡散）を行わ
しめることにより、表面またはその近傍、一般に
は約200Åの深さまでの領域の酸素濃度を適性に
せんとするものである。
を形成し、これをより完全なブロツキング層とす
るとともに、この被膜を金属または半導体におい
ては酸化し、絶縁膜に変成する。さらにこの被膜
の酸素を固相−固相拡散（固体の被膜から他の固
体であるセラミツクス中への酸素の拡散）を行わ
しめることにより、表面またはその近傍、一般に
は約200Åの深さまでの領域の酸素濃度を適性に
せんとするものである。
このために用いる被膜は、酸化アルミニユー
ム、酸化タンタル、酸化チタン等の酸化物絶縁膜
であつてもよい。
ム、酸化タンタル、酸化チタン等の酸化物絶縁膜
であつてもよい。
またこの被膜としては、酸化処理後、酸化物絶
縁膜になる金属または半導体をも用い得る。即ち
金属にあつては、アルミニユーム、チタン、タン
タル、銅、バリユーム、イツトリユーム、また半
導体にあつてはシリコンまたはゲルマニユームで
ある。これらは酸化により酸化アルミニユーム、
酸化チタン、酸化タンタル、酸化銅、酸化バリユ
ーム、酸化イツトリユームとすることができる。
またシリコンは酸化珪素に、ゲルマニユームは酸
化ゲルマニユームとし得る。
縁膜になる金属または半導体をも用い得る。即ち
金属にあつては、アルミニユーム、チタン、タン
タル、銅、バリユーム、イツトリユーム、また半
導体にあつてはシリコンまたはゲルマニユームで
ある。これらは酸化により酸化アルミニユーム、
酸化チタン、酸化タンタル、酸化銅、酸化バリユ
ーム、酸化イツトリユームとすることができる。
またシリコンは酸化珪素に、ゲルマニユームは酸
化ゲルマニユームとし得る。
本発明では、スクリーン印刷法、スパツタ法、
MBE（モレキユラ・ビーム・エピタキシヤル）
法、CVD（気相反応）法等を用いて超電導材料を
形成させる。この１例として、（A1-xBX）
yCuzOw，ｘ＝０〜１、ｙ＝2.0〜4.0好ましくは
2.5〜3.5、ｚ＝１〜４好ましくは1.5〜3.5、Ｗ＝
４〜10好ましくは６〜８を有する。ＡはＹ（イツ
トリユーム）、Gu（ガドリニユーム）、Yb（イツテ
ルビユーム）、Eu（ユーロピユーム）、Tb（テルビ
ユーム）、Dy（ジスプロシユーム）、Ho（ホルミウ
ム）、Er（エルビウム）、Tm（ツリウム）、Lu（ル
テチウム）、Sc（スカンジウム）またはその他の
元素周期表ａ族の１つまたは複数種類より選ば
れる。ＢはRa（ラジユーム）、Ba（バリユーム）、
Sr（ストロンチユーム）、Ca（カルシユーム）、Mg
（マグネシユーム）、Be（ベリリユーム）の元素周
期表ａ族より選ばれる。特にその具体例として
（YBa2）Cu3O6〜8を用いた。またＡとして元素
周期表における前記した元素以外のランタニド元
素またはアクチニド元素を用い得る。
MBE（モレキユラ・ビーム・エピタキシヤル）
法、CVD（気相反応）法等を用いて超電導材料を
形成させる。この１例として、（A1-xBX）
yCuzOw，ｘ＝０〜１、ｙ＝2.0〜4.0好ましくは
2.5〜3.5、ｚ＝１〜４好ましくは1.5〜3.5、Ｗ＝
４〜10好ましくは６〜８を有する。ＡはＹ（イツ
トリユーム）、Gu（ガドリニユーム）、Yb（イツテ
ルビユーム）、Eu（ユーロピユーム）、Tb（テルビ
ユーム）、Dy（ジスプロシユーム）、Ho（ホルミウ
ム）、Er（エルビウム）、Tm（ツリウム）、Lu（ル
テチウム）、Sc（スカンジウム）またはその他の
元素周期表ａ族の１つまたは複数種類より選ば
れる。ＢはRa（ラジユーム）、Ba（バリユーム）、
Sr（ストロンチユーム）、Ca（カルシユーム）、Mg
（マグネシユーム）、Be（ベリリユーム）の元素周
期表ａ族より選ばれる。特にその具体例として
（YBa2）Cu3O6〜8を用いた。またＡとして元素
周期表における前記した元素以外のランタニド元
素またはアクチニド元素を用い得る。
本発明においては、この酸化熱処理により形成
された絶縁膜として、５〜50Åのトンネル電流を
流し得る厚さとした。そしてこの絶縁膜の上面に
他の超電導材料を配設して第２図Ａに示す如きジ
ヨフセソン素子を構成せしめるものである。
された絶縁膜として、５〜50Åのトンネル電流を
流し得る厚さとした。そしてこの絶縁膜の上面に
他の超電導材料を配設して第２図Ａに示す如きジ
ヨフセソン素子を構成せしめるものである。
即ち、被膜を超電導セラミツクス上に形成した
後、これらを空気または酸素中に400〜1000℃例
えば600℃に加熱処理を１〜100時間例えば５時間
施すことにより、この被膜を完全な絶縁膜とし得
る。さらにかかる高温においては、この絶縁膜の
酸素がセラミツクス中に拡散（固相−固相拡散）
し、この表面またはその近傍の酸素欠乏状態に対
し酸素を供給し、この表面またはその近傍におい
ても超電導特性を十分保持し得る。その結果、液
体窒素温度に保持してジヨセフソン効果の確認を
行つた結果、その特性として第２図Ｂに示す性能
を得ることができた。
後、これらを空気または酸素中に400〜1000℃例
えば600℃に加熱処理を１〜100時間例えば５時間
施すことにより、この被膜を完全な絶縁膜とし得
る。さらにかかる高温においては、この絶縁膜の
酸素がセラミツクス中に拡散（固相−固相拡散）
し、この表面またはその近傍の酸素欠乏状態に対
し酸素を供給し、この表面またはその近傍におい
ても超電導特性を十分保持し得る。その結果、液
体窒素温度に保持してジヨセフソン効果の確認を
行つた結果、その特性として第２図Ｂに示す性能
を得ることができた。
「作用」
かくすることにより、これまで酸化物超電導セ
ラミツクスの表面近傍で原因不明で超電導状態が
消えてしまうという信頼性低下問題がなくなり、
長期間安定に表面の超電導状態を有効利用するこ
とができるようになつた。
ラミツクスの表面近傍で原因不明で超電導状態が
消えてしまうという信頼性低下問題がなくなり、
長期間安定に表面の超電導状態を有効利用するこ
とができるようになつた。
その結果、この表面を用いるデイバイス特にジ
ヨセフソン素子を長期間安定して高信頼性を有し
て動作させることができるようになつた。
ヨセフソン素子を長期間安定して高信頼性を有し
て動作させることができるようになつた。
以下に図面に従つて本発明を説明する。
実施例 １
第１図は本発明の実施例の製造工程およびそれ
に関する酸素濃度分布の相対特性を示す。
に関する酸素濃度分布の相対特性を示す。
第１図Ａは超電導セラミツクス、例えば
YBa2Cu3O6〜8である。銅の成分は３またはそれ
以下になり得る。かかる超電導性セラミツクスを
タブレツトまたは薄膜上に単結晶または多結晶構
造を有して形成し、出発材料（第１図Ａ１）とし
た。
YBa2Cu3O6〜8である。銅の成分は３またはそれ
以下になり得る。かかる超電導性セラミツクスを
タブレツトまたは薄膜上に単結晶または多結晶構
造を有して形成し、出発材料（第１図Ａ１）とし
た。
これを真空装置に保持し、雰囲気を真空引きす
ると、その表面近傍１′の酸素が脱気し、概略200
Åまでの範囲の電気特性に劣化がおきてしまう。
ると、その表面近傍１′の酸素が脱気し、概略200
Åまでの範囲の電気特性に劣化がおきてしまう。
即ち、第１図Ａと対応した酸素濃度を第１図Ｄ
に示す。図面において、領域１は正常の酸素濃度
を有する。また領域１′は不足の領域を示す。こ
の深さは超電導材料の種類、構造、緻密さにもよ
るが、50〜1000Å、一般には約200Å程度である。
に示す。図面において、領域１は正常の酸素濃度
を有する。また領域１′は不足の領域を示す。こ
の深さは超電導材料の種類、構造、緻密さにもよ
るが、50〜1000Å、一般には約200Å程度である。
これらの上面にアルミニユーム２を真空蒸着法
で30Åの厚さに形成した。
で30Åの厚さに形成した。
さらにこれら全体を酸素中で400〜1000℃、例
えば600℃で加熱処理を１〜100時間例えば５時間
行つた。この加熱処理は減圧状態ではなく、大気
圧または加圧状態が好ましい。
えば600℃で加熱処理を１〜100時間例えば５時間
行つた。この加熱処理は減圧状態ではなく、大気
圧または加圧状態が好ましい。
かかる酸化雰囲気での加熱処理を長時間行うこ
とにより、この金属２は酸化され、酸化アルミニ
ユーム３に変成する。さらに酸化アルミニユーム
中より酸素が超電導材料中に拡散する。その結
果、第１図Ｅに示す如く、内部と酸素の濃度が同
じとすることができた。
とにより、この金属２は酸化され、酸化アルミニ
ユーム３に変成する。さらに酸化アルミニユーム
中より酸素が超電導材料中に拡散する。その結
果、第１図Ｅに示す如く、内部と酸素の濃度が同
じとすることができた。
この実施例で作られた試料を加熱状態より取り
出し、再び真空中に保存してみた。するとこのブ
ロツキング層３により超電導材料の表面または近
傍において、酸素が欠乏することがなく、高信頼
性の素子を作ることができた。
出し、再び真空中に保存してみた。するとこのブ
ロツキング層３により超電導材料の表面または近
傍において、酸素が欠乏することがなく、高信頼
性の素子を作ることができた。
この絶縁膜はパツシベイシヨン膜としてきわめ
て有効であつた。
て有効であつた。
実施例 ２
この実施例は実施例１の事実に基づき、ジヨセ
フソン接合型超電導素子を作つたものである。
フソン接合型超電導素子を作つたものである。
実施例１に従つて酸化物絶縁物３を20Åの厚さ
に形成した。この後この上面に他の超電導材料４
をスパツタ法、CVD法、MBE法、スクリーン印
刷法等の方法により選択的に形成した。この他に
超電導材料を全面に形成した後、選択的に超電導
材料を形成する方法をとつてもよい。
に形成した。この後この上面に他の超電導材料４
をスパツタ法、CVD法、MBE法、スクリーン印
刷法等の方法により選択的に形成した。この他に
超電導材料を全面に形成した後、選択的に超電導
材料を形成する方法をとつてもよい。
かくするとトンネル接合型のジヨセフソン接合
装置が得られ、その特性の１例を第２図Ｂに示
す。図面より明らかなように、ジヨセフソン効果
により同一電流で２つの安定点が作られ、論理回
路素子、メモリ素子への応用が可能であることが
判明した。
装置が得られ、その特性の１例を第２図Ｂに示
す。図面より明らかなように、ジヨセフソン効果
により同一電流で２つの安定点が作られ、論理回
路素子、メモリ素子への応用が可能であることが
判明した。
実施例 ３
この実施例は第３図にその作成工程を示す。即
ち、非超電導性表面を有する基体１０上に薄膜で
超電導材料１を形成している。
ち、非超電導性表面を有する基体１０上に薄膜で
超電導材料１を形成している。
この超電導材料上に酸化珪素膜６をCVD法に
より0.5μｍの厚さに形成した。
より0.5μｍの厚さに形成した。
さらに第３図Ｂに示す如く、この酸化珪素膜に
フオトエツチングを施し、ジヨセフソン接合を有
すべき領域のみに開穴７を設けた。
フオトエツチングを施し、ジヨセフソン接合を有
すべき領域のみに開穴７を設けた。
この後実施例１を行い、トンネル電流を流し得
る絶縁膜３を全面に形成した。さらにその上面に
他の超電導セラミツクス４をスパツタ法等により
形成した。
る絶縁膜３を全面に形成した。さらにその上面に
他の超電導セラミツクス４をスパツタ法等により
形成した。
次にこのセラミツクス４をフオトエツチング法
により選択的に除去し、複数のジヨセフソン接合
素子２０，２０′，２０″を設けた。
により選択的に除去し、複数のジヨセフソン接合
素子２０，２０′，２０″を設けた。
それらは下側の超電導材料１、接合用被覆３′，
３″，３さらに上側の超電導材料４′，４″，４
により構成している。
３″，３さらに上側の超電導材料４′，４″，４
により構成している。
また図面において、下側の超電導材料を第１図
Ａに示すように選択的に不要部分を除去し、複数
の島状領域を構成させると、いわゆる集積化され
たジヨセフソン接合素子を作ることができる。
Ａに示すように選択的に不要部分を除去し、複数
の島状領域を構成させると、いわゆる集積化され
たジヨセフソン接合素子を作ることができる。
「効果」
本発明に示す如く、酸化物超電導体を作製し、
その表面にパツシベイシヨン膜を形成し、さらに
それを緻密化または酸化絶縁化することにより、
この膜をより完全な状態にすると同時に、それに
密接した超電導材料の改質を行うことにより高信
頼性のジヨフソン素子を作製する方法は、その製
造工程をより簡単にできるため、きわめて有効で
あつた。
その表面にパツシベイシヨン膜を形成し、さらに
それを緻密化または酸化絶縁化することにより、
この膜をより完全な状態にすると同時に、それに
密接した超電導材料の改質を行うことにより高信
頼性のジヨフソン素子を作製する方法は、その製
造工程をより簡単にできるため、きわめて有効で
あつた。
本発明において、超電導性セラミツクスという
言葉を用いた。しかしこれは超電導材料が酸化物
であることによる。その結晶構造は多結晶であつ
ても、また単結晶であつてもよいことは、本発明
の技術思想において明らかである。特に単結晶構
造の場合には、超電導材料を用いるに際し、基板
上にエピタキシアル成長をさせればよい。
言葉を用いた。しかしこれは超電導材料が酸化物
であることによる。その結晶構造は多結晶であつ
ても、また単結晶であつてもよいことは、本発明
の技術思想において明らかである。特に単結晶構
造の場合には、超電導材料を用いるに際し、基板
上にエピタキシアル成長をさせればよい。
第１図は本発明の作製方法および不純物濃度を
示す。第２図および第３図は本発明のジヨセフソ
ン接合型超電導装置およびその特性を示す。
示す。第２図および第３図は本発明のジヨセフソ
ン接合型超電導装置およびその特性を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 超電導性セラミツクスの上面に絶縁膜または
酸化後絶縁膜になる金属または半導体を形成する
工程と、これら全体を酸化性雰囲気にて熱処理を
することにより前記セラミツクス上部の酸素欠乏
状態を除去する工程と、該工程の後、前記被膜上
に他の超電導材料を配設することを特徴とするジ
ヨセフソン型装置の作製方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、他の超電導
材料は超電導性セラミツクスよりなることを特徴
とするジヨセフソン型装置の作製方法。 ３ 特許請求の範囲第１項において、被膜は金属
または半導体により形成され、酸化性雰囲気で熱
処理することにより絶縁膜に変成することを特徴
とするジヨセフソン型装置の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62095858A JPS63261771A (ja) | 1987-04-18 | 1987-04-18 | ジヨセフソン型装置の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62095858A JPS63261771A (ja) | 1987-04-18 | 1987-04-18 | ジヨセフソン型装置の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63261771A JPS63261771A (ja) | 1988-10-28 |
| JPH0577317B2 true JPH0577317B2 (ja) | 1993-10-26 |
Family
ID=14149060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62095858A Granted JPS63261771A (ja) | 1987-04-18 | 1987-04-18 | ジヨセフソン型装置の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63261771A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02137378A (ja) * | 1988-11-18 | 1990-05-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 高温酸化物超伝導体トンネル接合素子 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6047478A (ja) * | 1983-08-26 | 1985-03-14 | Hitachi Ltd | ジヨセフソン接合素子 |
| JPS60250682A (ja) * | 1984-05-28 | 1985-12-11 | Hitachi Ltd | 超電導素子 |
-
1987
- 1987-04-18 JP JP62095858A patent/JPS63261771A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63261771A (ja) | 1988-10-28 |
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