JPH06104498A - 超伝導素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超伝導体からなるＡ電極およ記Ｂ電極の主成
分が少なくとも銅、アルカリ土類から成る酸化物超伝導
体であり、接合部の主成分を前記絶縁体の主成分と実質
的に同一としたことにより、安定で再現性のよい超伝導
素子を提供する。 【構成】 基体７上にバッファー層１上に設けられた超
伝導体からなるＡ電極２と、Ａ電極２と接合部４を介し
て一部領域で接する超伝導体からなるＢ電極３と、Ｂ電
極３上の一部に接触して形成したコンタクト電極６と、
コンタクト電極６とＡ電極２の間を隔てる電極間分離層
５とからなる超伝導素子において、バッファー層１と接
合部４が、主成分に少なくともカルシウム( Ｃa)、スト
ロンチウム( Ｓr)、バリウム( Ｂa)の一種以上の元素を
含む酸化物絶縁体薄膜であり、Ａ電極２およびＢ電極３
が主成分が少なくとも銅( Ｃu)、アルカリ土類( IIａ
族)で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超伝導応用技術の超伝
導素子、およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年発見されたＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ系の
材料はその超伝導転移温度が１００Ｋ以上の転移温度を
示す［H.Maeda,Y.Tanaka,M.Fukutomi and T.Asano,ジャ
パニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジック
ス(Japanese Journal of Applied Physics)Vol.27,L209
-210(1988)] から、超伝導体の応用分野を大きく広げる
ことになった。

【０００３】その実用化の一つである超伝導素子につい
て、酸化物超伝導体をふたつに割り、再びわずかに接触
させてジョセフソン素子、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など
が従来から試作されてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来から試作されてい
る素子のうち、ポイントコンタクト型と呼ばれる酸化物
超伝導体どうしを接触させるタイプでは再現性が得られ
ず、また特性が不安定であった。また酸化物超伝導体に
くびれをつけ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課題があった。

【０００５】そこで酸化物超伝導体を用いた積層接合型
の構造を持つ超伝導素子が望まれているが、非常に薄い
非超伝導層を一面に均質に介在させる接合は作製が難し
く実現が希であり、また再現性よく製造するのも困難と
考えられている。さらに酸化物超伝導体の成膜は比較的
高温で行なうため、接合部の非超伝導層と超伝導電極層
との相互熱拡散による接合の消失や、非超伝導層にピン
ホールができる等の問題があった。

【０００６】また、超伝導電極層に用いた材料と非超伝
導層の材料の結晶構造の違いによる格子の不整合性など
によって、上部に位置する超伝導電極の結晶性が悪くな
り、その超伝導性が劣化するなどの問題点も指摘されて
いた。さらに超伝導電極層、非超伝導層の表面・界面の
状態は、前記の材料の結晶構造の違いのほか、基体表面
の状態大きく影響していることもわかってきた。すなわ
ち、基体表面の凹凸を反映して基体上に堆積した薄膜の
表面にも同様に凹凸ができてしまう。膜厚１０００ｎｍ
の薄膜についても基体表面の影響を受けことから、膜厚
数１０ｎｍ以下の非超伝導層等を平坦に、二次元的に成
長させることは困難であった。

【０００７】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、安定で均一な非超伝導層が再現性よく得られる超
伝導素子を提供すること、およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の超伝導素子は、基体上に、主成分として少
なくともカルシウム( Ｃa)、ストロンチウム( Ｓr)、バ
リウム( Ｂa)の一種以上の元素を含む酸化物絶縁体薄膜
を堆積させ、前記絶縁体薄膜上に超伝導体からなるＡ電
極と、前記Ａ電極と接合部を介して一部領域で接する超
伝導体からなるＢ電極と、前記Ｂ電極上の一部に接触し
て形成したコンタクト電極と、前記コンタクト電極と前
記Ａ電極の間を隔てる電極間分離層とからなる超伝導素
子において、超伝導体からなる前記Ａ電極および前記Ｂ
電極の主成分が少なくとも銅( Ｃu)、アルカリ土類( II
ａ族) から成る酸化物超伝導体であり、前記接合部の主
成分が前記絶縁体の主成分と実質的に同一であることを
特徴とする。（ただしアルカリ土類は、IIa 族元素のう
ちの少なくとも一種の元素を示す。） 次に本発明の超伝導素子の製造方法は、基体上に、主成
分として少なくともカルシウム( Ｃa)、ストロンチウム
( Ｓr)、バリウム( Ｂa)の一種以上の元素を含む酸化物
絶縁体薄膜を堆積させ、前記絶縁体薄膜上に超伝導体か
らなるＡ電極と、前記Ａ電極と接合部を介して一部領域
で接する超伝導体からなるＢ電極と、前記Ｂ電極上の一
部に接触して形成したコンタクト電極と、前記コンタク
ト電極と前記Ａ電極の間を隔てる電極間分離層とからな
る超伝導素子の製造方法において、前記Ａ電極およびＢ
電極を、Ｂi を含む酸化物と、銅およびアルカリ土類
（IIa 族）を含む酸化物とを周期的に積層させ形成する
ことを特徴とする。（ただしアルカリ土類は、IIa 族元
素のうちの少なくとも一種の元素を示す。） 前記製造方法においては、基体の温度を３００℃から７
００℃にすることが好ましい。

【０００９】また前記製造方法においては、蒸発をスパ
ッタリングで行なうことが好ましい。また前記製造方法
においては層物質の蒸発を少なくとも二種以上の蒸発源
で行うことが好ましい。

【００１０】

【作用】前記本発明の構成によれば、超伝導体からなる
前記Ａ電極および前記Ｂ電極の主成分が少なくとも銅(
Ｃu)、アルカリ土類( IIａ族) から成る酸化物超伝導体
であり、前記接合部の主成分を前記絶縁体の主成分と実
質的に同一とすることにより、安定で均一な非超伝導層
が再現性よく得られる。すなわち、Ｃａ_1-x-y Ｓｒ_x Ｂ
ａ_y Ｏは格子定数が酸化物超伝導体のａ軸、ｂ軸のそれ
に近く、ＮａＣｌ型の単純立方格子構造の結晶構造を有
する絶縁体であり、融点が2000℃程度と高く、またその
結晶格子定数はｘおよびｙを変え、連続的に変えること
ができる。またこの種の材料は固相反応しやすく、基体
上に堆積することによって基体の凹凸を埋めるように成
長し、きわめて平坦な表面を提供するので基体上に形成
したＣａ_1-x-y Ｓｒ_x Ｂａ_y Ｏ絶縁体薄膜上には表面平
坦性に優れ、結晶粒界の少ない酸化物超伝導薄膜がエピ
タキシャル界面を容易に得ることができ、結果的に熱的
に安定で構成元素の相互拡散のない超伝導層と非超伝導
層の界面を形成でき、良好な電流電圧特性を示す超伝導
素子が形成できる。

【００１１】さらに本発明の製造方法の構成によれば、
基体上にＣａ_1-x-y Ｓｒ_x Ｂａ_y Ｏ絶縁体薄膜を形成さ
せ、その上に少なくともＢi を含む酸化物と、少なくと
も銅およびアルカリ土類（IIa 族）を含む酸化物とＣａ
_1-x-y Ｓｒ_x Ｂａ_y Ｏ薄膜とを、周期的に積層させて分
子レベルの制御による薄膜の作製を行うことによって、
再現性良くＢi 系超伝導薄膜層とＣa1-x-yＳrxＢayＯ絶
縁薄膜層との積層が得られ、高品質の超伝導素子が得ら
れる。

【００１２】

【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。通常、酸化物超伝導薄膜は400 〜700 ℃に加
熱した基体上に蒸着して得る。蒸着後、そのままでも薄
膜は超伝導特性を示すが、その後700 〜950 ℃の熱処理
を施し、超伝導特性を向上させる。

【００１３】しかしながら、通常、膜厚が100 ｎｍ以下
の酸化物超伝導薄膜については、バルク焼成体とほぼ等
しい超伝導転移温度を示すが、ゼロ抵抗温度がバルク焼
成体の場合より低い。例えば、Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ系の
超伝導体はバルク焼成体ではゼロ抵抗温度が105 Ｋ程度
であるのに対し、膜厚数10ｎｍの薄膜では最高80Ｋであ
った。基体上に酸化物超伝導薄膜を形成した場合、基体
と薄膜との界面で基体の元素が薄膜に拡散し、薄膜の結
晶構造を破壊していることがわかった。Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃ
u-Ｏ系超伝導体結晶のａ軸( またはｂ軸) 長にそれが比
較的近いと考えられるＬa Ｇa Ｏ₃ ( ａ=0.5482 ｎｍ、
ｂ=0.5526 ｎｍ、Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ系ではａ=0.54 ｎ
ｍ) を基体として選んだ場合、界面でＧa がＢi-Ｓr-Ｃ
a-Ｃu-Ｏ薄膜へ拡散しその距離は約50ｎｍであった。実
験によるとＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜の膜厚が約100 ｎｍ
以下の薄膜では、一様に超伝導転移温度がバルク焼成体
より低かった。このような現象はどの様な基体を選んで
も起こる。一般に酸化物超伝導薄膜の形成方法は次の３
つに大別される。すなわち、(1) 薄膜を加熱温度400 ℃
以下の基体上に( アモルファス状態で) 堆積させ、後に
結晶化温度以上の雰囲気にて熱処理を施す、(2) 結晶化
温度で基体上に薄膜を堆積する、(3) 結晶化温度以上に
加熱した基体上に薄膜を堆積し、後に熱処理を施す。

【００１４】しかしながら、前記(1) 、(3) の方法では
薄膜を結晶化温度(500℃) 以上に基体温度を加熱するた
め、基体の凹凸を反映した結晶粒界の多い薄膜が形成さ
れたり、(2) 、(3) の方法では薄膜堆積時の基体温度が
高いために基体・薄膜間で元素の相互拡散が生じること
が、検討実験で明らかになった。このような問題は酸化
物超伝導薄膜の形成・結晶化温度を下げることで回避で
きるが、Ｎ₂ Ｏ、ＮＯ ₂ 、オゾン、酸素ラジカルを基体
に吹き付けながら薄膜を形成するなどして、結晶化温度
を下げても、基板の凹凸、蒸着粒子のエネルギーの高さ
などから結晶性に優れた膜厚数10ｎｍの酸化物超伝導薄
膜は得ることができなかった。そこで、基体上に酸化物
超伝導薄膜を基体・酸化物超伝導薄膜間の界面で元素の
相互拡散の無いエピタキシャル成長を実現するため、基
体上にエピタキシャル成長し、さらにその上に酸化物超
伝導薄膜がエピタキシャル成長するバッファーの絶縁膜
の探索検討を行い本発明に至ったのである。

【００１５】まず、Ｃa Ｏ、Ｓr Ｏ、Ｂa Ｏの材料が高
融点で、安定であり、( Ｃa ，Ｓr，Ｂa)- Ｏについて
はＣa 、Ｓr 、Ｂa の比率を変えることにより結晶の格
子定数を自在に変化させることができることに着目し、
超伝導転移温度が液体窒素温度以上であり、超伝導素子
として実用化に有望であるＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ超伝導薄
膜用の基体上の絶縁膜としての検討を行なった。

【００１６】図１に( Ｃa ，Ｓr ，Ｂa)０結晶の構造概
略図を示す。結晶は単純立方格子でＮa Ｃl 構造を持
ち、Ｓr Ｏの場合ａ=0.514ｎｍであり、融点2460℃、熱
膨張係数11×10^-6／℃である。主に、格子定数はＳｒ²⁺
をＣａ²⁺またはＢａ²⁺で一部置換することによって、変
化させることができる。Ｃa Ｏ、Ｓr Ｏ、Ｂa Ｏを単独
に、あるいは固溶体を電子ビーム加熱し、蒸発させＭg
Ｏ基体上に堆積させ、その結晶性をＸ線回折法、電子線
回折法にて解析、検討した。その結果、この種の材料は
600 〜800 ℃の形成温度で結晶化することがわかった。
また、Ｂi 系を初めとする酸化物高温超伝導体結晶のａ
軸、ｂ軸長はほぼ0.54ｎｍであることから、この種の材
料を絶縁膜として考えた場合、ａ軸長がそれぞれ0.514
ｎｍ、0.5542ｎｍのＳr Ｏ、Ｂa Ｏを固相反応的に組み
合わせれば、酸化物超伝導薄膜に最適な絶縁膜の形成が
実現できるものと考え、Ｓｒ_1-x Ｂａ_x Ｏのｘによる結
晶構造の変化を実験検討した結果、Ｓｒ_1-x Ｂａ_x Ｏは
ｘ＝０〜１に対してａ軸長が0.514 〜0.554 ｎｍの間で
連続的に変化することがわかった。またこの絶縁材料を
バッファー層として基体上に形成し、さらにその上に超
伝導薄膜を形成した場合、バッファー層を形成しない場
合に比べ超伝導薄膜の表面平坦性がきわめて優れてお
り、結晶粒界が少ないことがわかった。

【００１７】以下さらに具体的実施例を説明する。前段
階の実験としては、( Ｃa ，Ｓr ，Ｂa)Ｏ薄膜形成を電
子ビーム蒸着法にて行ったが、Ｂi 系超伝導薄膜を形成
するために、イオンビームスパッタ法を用い実験を行っ
た。

【００１８】まず、Ａ電極、およびＢ電極として用いる
Ｂi 系超伝導薄膜と接合部との積層構造を実現するた
め、Ｂi 系超伝導薄膜と種々の絶縁体膜との相互作用に
ついて検討した。

【００１９】通常、Ｂi 系超伝導薄膜は600 〜700 ℃に
加熱した基体上に蒸着して得る。蒸着後、そのままでも
薄膜は超伝導特性を示すが、その後850 〜950 ℃の熱処
理を施し、超伝導特性を向上させる。

【００２０】しかしながら、基体温度が高い時に絶縁体
膜をＢi 系超伝導薄膜に続いて積層したり、絶縁体膜を
形成後熱処理を行った場合、超伝導膜と絶縁体膜との間
で、元素の相互拡散が起こり超伝導特性が大きく劣化す
ることが判明した。相互拡散を起こさないためには、超
伝導膜、絶縁体膜の結晶性が優れていること、超伝導膜
・絶縁体膜間での格子の整合性が優れていること、絶縁
体膜が850 〜950 ℃の熱処理に対して安定であることが
不可欠と考えられる。

【００２１】種々の検討を行った結果、主成分に少なく
ともカルシウム( Ｃa)、ストロンチウム( Ｓr)、バリウ
ム( Ｂa)の一種以上の元素を含む酸化物絶縁体薄膜が絶
縁体膜として適していることを見いだした。この理由と
して、Ｃａ_1-x-y Ｓｒ_x Ｂａ _y Ｏは格子定数が酸化物超
伝導体のａ軸、ｂ軸のそれに近く、Ｂi 系超伝導薄膜と
の結晶の格子整合性が良いこと、ＮａＣｌ型の単純立方
格子構造の結晶構造を有する絶縁体であり、融点が2000
℃程度と高く、熱的にきわめて安定であることが考えら
れる。

【００２２】実施例１ 図２は本発明の実施例である超伝導素子の断面図を示
す。また図３はこの超伝導素子の製造方法を示すプロセ
ス図である。図３ａにおいて、まず、Ｍg Ｏ基板を基体
７に用い、ｒｆマグネトロンスパッタリング法によって
厚さ１０ｎｍのＳｒ_0.3 Ｂａ_0.7 Ｏ薄膜のバッファー層
１を堆積し、さらに厚さ３００ｎｍのＢｉ ₂ Ｓｒ₂ Ｃａ
Ｃｕ₂ Ｏ₈ をＡ電極２としてｒｆマグネトロンスパッタ
法で作製した。この膜はｃ軸配向薄膜で、超伝導転移温
度は８０Ｋであった。Ａ電極２を成膜後、引き続いて接
合部４としてＳｒ_0.3 Ｂａ_0.7 Ｏ薄膜をｒｆマグネトロ
ンスパッタ法により５０ｎｍ堆積させ、さらにＢ電極３
としてＡ電極２と同様にＢｉ ₂ Ｓｒ₂ ＣａＣｕ₂ Ｏ₈ 膜
をｒｆマグネトロンスパッタリング法により３００ｎｍ
堆積させた（図３ｂ）。Ａ電極２、およびＢ電極３の作
製雰囲気は、酸素アルゴンの１: １混合ガス雰囲気中
で、Ｂｉ_2.5 Ｓｒ₂ ＣａＣｕ_2.5 Ｏ_8+x をターゲットと
してスパッタを行い、基体温度６５０℃で作製した。バ
ッファー１、および接合部４堆積時の基体温度は６５０
℃でターゲットとしてＳr ：Ｂa ＝３：７のＳr-Ｂa-Ｏ
焼成体を用いた。接合部４、およびＢ電極３はｃ軸配向
薄膜で、Ｂ電極３の超伝導転移温度は８０Ｋであった。
その後、ネガレジスト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により超伝導素子形状を形成
し（図３ｃ）、ネガレジストを除去し、電極間分離層５
として１ミクロンメータのＣａＦ₂ を真空蒸着により堆
積後、スピンオングラス９をスピンコートし表面を平坦
化した（図３ｄ）。さらにＡ電極表面が現れるまでイオ
ンミリングによって表面を削った（図３ｅ）。最後に、
Ｏ₂ ガスプラズマに曝すことにより露出したＢ電極表面
のエッチングによるダメージを回復した後、メタルマス
クを用いコンタクト電極として５００ｎｍのＰｔ膜６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
導素子を完成させた（図３ｆ）。図４にこの超伝導素子
の５０Ｋでの電流電圧特性を示す。１５０マイクロアン
ペアの超伝導トンネル電流が流れ、またヒステリシスを
持つ超伝導トンネル素子として動作した。このことか
ら、ふたつの超伝導電極の接合部には抵抗の高い非超伝
導層ができており、その層のトンネル電流が観測された
ことが確認された。すなわち本発明により、安定で一様
な積層型の接合を容易に実現することができるようにな
った。このことは、およそ次のように考えられる。すな
わち、Ｓr-Ｂa-Ｏ薄膜のバッファー層１が基体７表面の
凹凸を埋めるようにエピタキシャル成長し、表面平坦性
に優れたＡ電極２を作製できたために、接合部４、Ｂ電
極３も結晶性、表面・界面が安定に作製できたことによ
るものと考えられる。

【００２３】さらに、Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ超伝導体がＢ
ｉ₂ Ｏ₂ 酸化物層がＳr-Ｃa-Ｃu-Ｏからなる構造体を挟
み込んだ層状構造であることに着目し、超伝導素子の製
造方法の発明に至った。

【００２４】すなわち、Ａ電極およびＢ電極をＢi の酸
化物と、Ｓr 、Ｃa 、Ｃu の酸化物を異なる蒸発源から
真空中で別々に蒸発させ、Ｓr-Ｂa-Ｏバッファー層上あ
るいはＳr-Ｂa-Ｏ接合部上にＢi-Ｏ→Ｓr-Ｃu-Ｏ→Ｃa-
Ｃu-Ｏ→Ｓr-Ｃu-Ｏ→Ｂi-Ｏの順で周期的に積層させた
とき、（実施例１）に示した作製方法より格段に制御性
良く、安定した膜質の、しかも膜表面が極めて平坦なＢ
i-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜、ならびにＳr-Ｂa-Ｏ接合部を有
効に積層形成できることを見いだした。

【００２５】それぞれ層状構造を構成する異なる元素を
別々に順次積層していくことにより、基体表面、バッフ
ァー層、あるいは接合部層に対し平行な面内だけで積層
された蒸着元素が動くだけで、基体表面に対し垂直方向
への元素の移動がないことによるものと考えられる。さ
らに、Ｓr-Ｂa-Ｏの結晶のa 軸の長さは、Ｂi-Ｓr-Ｃa-
Ｃu-Ｏのそれとほぼ等しく、基体表面の凹凸がＳr-Ｂa-
Ｏバッファー層で緩和され平坦になっており、続くＢi-
Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ層、Ｓr-Ｂa-Ｏ接合部層、Ｂi-Ｓr-Ｃa-
Ｃu-Ｏ層がすべて二次元的に連続的にエピタキシャル成
長が可能であることによるものと考えられる。

【００２６】さらに以外にも、良好な超伝導特性を得る
に必要な基体の温度、熱処理温度も、従来より低いこと
を見いだした。Ｂi-Ｏ、Ｓr-Ｃu-Ｏ、Ｃa-Ｃu-Ｏ、Ｓr-
Ｂa-Ｏを周期的に積層させる方法としては、いくつか考
えられる。一般に、ＭＢＥ装置あるいは多元のＥＢ蒸着
装置で蒸発源の前を開閉シャッターで制御したり、気相
成長法で作製する際にガスの種類を切り替えたりするこ
とにより、周期的積層を達成することができる。しかし
この種の非常に薄い層の積層には従来スパッタリング蒸
着は不向きとされていた。この理由は、成膜中のガス圧
の高さに起因する不純物の混入およびエネルギーの高い
粒子によるダメージと考えられている。しかしながら、
このＢi 系酸化物超伝導体に対してスパッタリングによ
り異なる薄い層の積層を行なったところ、以外にも良好
な積層膜作製が可能なことを発見した。スパッタ中の高
い酸素ガス圧およびスパッタ放電が、Ｂi 系の１００Ｋ
以上の臨界温度を持つ相の形成、およびＳr-Ｂa-Ｏ絶縁
体膜の形成に都合がよいためと考えられる。

【００２７】スパッタ蒸着で異なる物質を積層させる方
法としては、組成分布を設けた１ケのスパッタリングタ
ーゲットの放電位置を周期的に制御するという方法があ
るが、組成の異なる複数個のターゲットのスパッタリン
グという方法を用いると比較的簡単に達成することがで
きる。この場合、複数個のターゲットの各々のスパッタ
量を周期的に制御したり、あるいはターゲットの前にシ
ャッターを設けて周期的に開閉したりして、周期的積層
膜を作製することができる。また基板を周期的運動させ
て各々ターゲットの上を移動させる方法でも作製が可能
である。レーザースパッタあるいはイオンビームスパッ
タを用いた場合には、複数個のターゲットを周期運動さ
せてビームの照射するターゲットを周期的に変えれば、
周期的積層膜が実現される。このように複数個のターゲ
ットを用いたスパッタリングにより比較的簡単にＢi 系
酸化物の周期的積層が作製可能となる。

【００２８】実施例２ 図５に本実施例で用いた３元マグネトロンスパッタ装置
の概略図を示す。図５において、１０はＢi-Ｏ焼成ター
ゲット、１１はＳr-Ｃa-Ｃu-Ｏ焼成ターゲット、１２は
Ｓr-Ｂa-Ｏ焼成ターゲット、１３、１４、１５はシャッ
ター、１６はＭg Ｏ基体、１７は基体加熱用ヒーターを
示す。計３個のターゲット１０、１１、１２は図５に示
すように配置させた。即ち、Ｍg Ｏ（１００）基体１６
に焦点を結ぶように各ターゲットが約３０°傾いて設置
されている。シャッター１３、１４、１５を開閉するこ
とによりスパッタ時間を自在に設定することができる。
基体１６をヒーター１７で約６００℃に加熱し、アルゴ
ン・酸素（５：１）混合雰囲気３Ｐa のガス中で各ター
ゲットのスパッタリングを行なった。また酸素ガスにお
いてはオゾンガスを導入し、その比率を変えた。各ター
ゲットへの注入高周波電力を、Ｂi-Ｏ: ３０Ｗ、Ｓr-Ｃ
a-Ｃu-Ｏ：５０Ｗ、Ｓr-Ｂa-Ｏ：５０Ｗにして実験を行
った。Ｂi-Ｏ→Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ→Ｂi-Ｏのサイクルでス
パッタし、Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ膜の元素の組成比率がＢ
i:Ｓr:Ｃa:Ｃu=2:2:2:3 となるようにターゲットの組成
を調整し、上記サイクルを２０周期行った結果、１００
Ｋ以上の臨界温度を持つ相を作製することができた。ま
た、Ｓr-Ｂa-Ｏ薄膜中の組成比はＳr ：Ｂa ＝３：７に
なるようにターゲットの組成を変えて調整した。さらに
バッファー層→Ａ電極→接合部→Ｂ電極を上記の方法で
Ｓr-Ｂa-Ｏ→Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ→Ｓr-Ｂa-Ｏ→Ｂi-Ｓ
r-Ｃa-Ｃu-Ｏを連続的に積層することができた。さらに
バッファー層・Ａ電極・接合部・Ｂ電極積層後、超伝導
素子を（実施例１）に従って作成したところ、図４とほ
ぼ同様な電流電圧特性が８０Ｋで得られた。これは製造
方法が有効に寄与していることを考えられる。すなわ
ち、バッファー層を基体上に形成し、Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-
Ｏ薄膜を二次元的な層状に形成することにより、さらに
バッファー層上に形成したＡ電極と接合部あるいは接合
部とＢ電極の界面が極めて安定であり、また平坦性に優
れていることがおり、Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜( Ａ電
極) 上にＳr-Ｂa-Ｏ( 接合部) 、あるいはＳr-Ｂa-Ｏ薄
膜( 接合部) 上にＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜( Ｂ電極) が
連続的にエピタキシャル成長しており、電極・接合部間
での元素の相互拡散がなく、Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ超伝導
体の超伝導性を損なっていないことによるものと考えら
れる。

【００２９】なお、バッファー層、接合部のＳr-Ｂa-Ｏ
薄膜を作成する際の基体温度は３００℃から７００℃が
良好な結晶性を得るのに最適であることをあわせて見い
だした。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超伝導素
子は、Ｂi 系超伝導体からなるＡ電極及びＢ電極と格定
数の等しく、熱的に安定で下地の凹凸を埋めるようにエ
ピタキシャル成長する（Ｃa,Ｓr,Ｂa ）Ｏを基体上に堆
積させた後、Ａ電極以降を堆積形成し、また接合部とし
て用いることにより、界面の平坦性とＡおよびＢ電極の
結晶性をあわせた優れた超伝導素子を製造できる効果が
ある。

【００３１】さらに、本発明の製造方法は、前記超伝導
素子を効率よく、安定的に提供できる製造方法であり、
このことは現在超伝導応用のひとつとしてジョセフソン
素子を構成要素とする超伝導量子干渉計が実用化されて
いるが、本発明の超伝導素子はジョセフソン素子として
動作しており、この素子を用いると超伝導量子干渉計を
構成できる効果がある。

【００３２】さらに本発明の超伝導素子は、低消費電力
のスイッチング素子や、非線形性、あるいは超伝導体に
特有の量子効果を利用した高感度の高周波のミキサーと
しても利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の( Ｃa ，Ｓr ，Ｂa)Ｏ結晶
の構造概略図である。

【図２】本発明の一実施例の超伝導素子の断面図であ
る。

【図３】本発明の一実施例の製造方法のプロセス図であ
る。

【図４】同、電流電圧特性図である。

【図５】本発明の実施例にもちいた実験装置概略図であ
る。

【符号の説明】

１ Ａ電極 ２ バッファー層 ３ Ｂ電極 ４ 接合部 ５ 電極間分離層 ６ コンタクト電極 ７ 基体 ８ ネガレジスト ９ スピンオングラス 10，11，12 スパッタ用ターゲット 13，14，15 シャッター 16 Ｍg Ｏ基体 17 基体加熱用ヒーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 秀明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 瀬恒 謙太郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体上に、主成分として少なくともカル
   シウム( Ｃa)、ストロンチウム( Ｓr)、バリウム( Ｂa)
   の一種以上の元素を含む酸化物絶縁体薄膜を堆積させ、
   前記絶縁体薄膜上に超伝導体からなるＡ電極と、前記Ａ
   電極と接合部を介して一部領域で接する超伝導体からな
   るＢ電極と、前記Ｂ電極上の一部に接触して形成したコ
   ンタクト電極と、前記コンタクト電極と前記Ａ電極の間
   を隔てる電極間分離層とからなる超伝導素子において、
   超伝導体からなる前記Ａ電極および前記Ｂ電極の主成分
   が少なくとも銅( Ｃu)、アルカリ土類( IIａ族) から成
   る酸化物超伝導体であり、前記接合部の主成分が前記絶
   縁体の主成分と実質的に同一であることを特徴とする超
   伝導素子。（ただしアルカリ土類は、IIa 族元素のうち
   の少なくとも一種の元素を示す。）
2. 【請求項２】 基体上に、主成分として少なくともカル
   シウム( Ｃa)、ストロンチウム( Ｓr)、バリウム( Ｂa)
   の一種以上の元素を含む酸化物絶縁体薄膜を堆積させ、
   前記絶縁体薄膜上に超伝導体からなるＡ電極と、前記Ａ
   電極と接合部を介して一部領域で接する超伝導体からな
   るＢ電極と、前記Ｂ電極上の一部に接触して形成したコ
   ンタクト電極と、前記コンタクト電極と前記Ａ電極の間
   を隔てる電極間分離層とからなる超伝導素子の製造方法
   において、前記Ａ電極およびＢ電極を、Ｂi を含む酸化
   物と、銅およびアルカリ土類（IIa 族）を含む酸化物と
   を周期的に積層させ形成することを特徴とする超伝導素
   子の製造方法。（ただしアルカリ土類は、IIa 族元素の
   うちの少なくとも一種の元素を示す。）
3. 【請求項３】 基体の温度を３００℃から７００℃にす
   る請求項２に記載の超伝導素子の製造方法。
4. 【請求項４】 蒸発をスパッタリングで行なう請求項２
   に記載の超伝導素子の製造方法。
5. 【請求項５】 積層物質の蒸発を少なくとも二種以上の
   蒸発源で行う請求項２に記載の超伝導素子の製造方法。