JPH06120576A - 超伝導素子の製造方法 - Google Patents
超伝導素子の製造方法Info
- Publication number
- JPH06120576A JPH06120576A JP4267735A JP26773592A JPH06120576A JP H06120576 A JPH06120576 A JP H06120576A JP 4267735 A JP4267735 A JP 4267735A JP 26773592 A JP26773592 A JP 26773592A JP H06120576 A JPH06120576 A JP H06120576A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxide
- temperature superconductor
- film
- high temperature
- based high
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 超伝導素子に関し、簡単な製法で安定した特
性をもつジョセフソン素子の製造方法を提供することを
目的とする。 【構成】 誘電体基板上に酸化物系高温超伝導体膜を形
成する工程と、この酸化物系高温超伝導体膜を選択的に
還元性雰囲気に曝して酸素原子を欠損させて選択的に常
伝導領域を形成する工程とにより超伝導素子を構成す
る。具体的には誘電体基板上に形成した酸化物系高温超
伝導体膜の上に電極金属膜を形成する工程と、この二層
膜を選択エッチングしてブリッジ型にパターン形成する
工程と、このブリッジ型パターンの狭隘部にある電極金
属膜の一部を除去して酸化物系高温超伝導体膜を露出さ
せる工程と、この基板を還元性雰囲気中で熱処理し、前
記露出部の酸化物系高温超伝導体膜を常伝導体に変える
工程とからなることを特徴として超伝導素子の製造方法
を構成する。
性をもつジョセフソン素子の製造方法を提供することを
目的とする。 【構成】 誘電体基板上に酸化物系高温超伝導体膜を形
成する工程と、この酸化物系高温超伝導体膜を選択的に
還元性雰囲気に曝して酸素原子を欠損させて選択的に常
伝導領域を形成する工程とにより超伝導素子を構成す
る。具体的には誘電体基板上に形成した酸化物系高温超
伝導体膜の上に電極金属膜を形成する工程と、この二層
膜を選択エッチングしてブリッジ型にパターン形成する
工程と、このブリッジ型パターンの狭隘部にある電極金
属膜の一部を除去して酸化物系高温超伝導体膜を露出さ
せる工程と、この基板を還元性雰囲気中で熱処理し、前
記露出部の酸化物系高温超伝導体膜を常伝導体に変える
工程とからなることを特徴として超伝導素子の製造方法
を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は酸化物系高温超伝導体を
用いた超伝導素子とその製造方法に関する。大量の情報
を高速に処理する必要から情報処理装置の主体を構成す
る半導体装置はＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体集積回路
で構成されており、更に大容量化のために集積度を向上
したＵＬＳＩの開発が進められている。
用いた超伝導素子とその製造方法に関する。大量の情報
を高速に処理する必要から情報処理装置の主体を構成す
る半導体装置はＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体集積回路
で構成されており、更に大容量化のために集積度を向上
したＵＬＳＩの開発が進められている。
【０００２】一方、計算機を高速化するためには、
回路構成素子のスイッチング時間を短くすること、
回路構成素子の消費電力が少ないこと、 信号の遅延
時間が短いこと、などの条件が必要であるが、ジョセフ
ソン素子は半導体素子に較べこれらの目的に適してい
る。
回路構成素子のスイッチング時間を短くすること、
回路構成素子の消費電力が少ないこと、 信号の遅延
時間が短いこと、などの条件が必要であるが、ジョセフ
ソン素子は半導体素子に較べこれらの目的に適してい
る。
【０００３】そのため、ジョセフソン素子で代表される
超伝導素子を用いて電子計算機を構成しょうとする機運
が高まってきている。
超伝導素子を用いて電子計算機を構成しょうとする機運
が高まってきている。
【０００４】
【従来の技術】酸化物系高温超伝導体は液体窒素（N2）
の沸点（77Ｋ）以上の温度で超伝導状態が得られること
から、広い応用範囲が見込まれ、ＳＩＳ（Superconduct
or-Insulator-Superconductor)構造やＳＮＳ（Supercon
ductor-Normalconductor-Superconductor)構造をとるジ
ョセフソン素子の実用化が進められている。
の沸点（77Ｋ）以上の温度で超伝導状態が得られること
から、広い応用範囲が見込まれ、ＳＩＳ（Superconduct
or-Insulator-Superconductor)構造やＳＮＳ（Supercon
ductor-Normalconductor-Superconductor)構造をとるジ
ョセフソン素子の実用化が進められている。
【０００５】こゝで、高温超伝導体では結晶粒界の有無
が超伝導特性に大きな影響を与えることから結晶性の維
持が重要であり、そのためにはＳＩＳ或いはＳＮＳ構造
において、Ｓ／Ｉ接合あるいはＳ／Ｎ接合が同一の結晶
構造をとって連続して形成されていることが必要であ
る。
が超伝導特性に大きな影響を与えることから結晶性の維
持が重要であり、そのためにはＳＩＳ或いはＳＮＳ構造
において、Ｓ／Ｉ接合あるいはＳ／Ｎ接合が同一の結晶
構造をとって連続して形成されていることが必要であ
る。
【０００６】そのために、酸化物系高温超伝導体膜中に
絶縁領域を作ってＳＩＳ構造を実現する方法として誘電
体基板上に膜形成した酸化物系高温超伝導体膜を選択エ
ッチングしてブリッジ形状にパターン形成した後、Ｉ
（絶縁体）形成領域を除いてレジストで被覆し、水また
は水蒸気に接触させることによりこの領域を絶縁体に変
え、ＳＩＳ素子を形成することが行なわれている。（特
開平2-82586) すなわち、Y-Ba-Cu-O 系の超伝導体では水とBaが反応
し、Bi-Sr-Ca-Cu-O 系の超伝導体では水とSrおよびCaが
反応して絶縁体となるのを利用している。
絶縁領域を作ってＳＩＳ構造を実現する方法として誘電
体基板上に膜形成した酸化物系高温超伝導体膜を選択エ
ッチングしてブリッジ形状にパターン形成した後、Ｉ
（絶縁体）形成領域を除いてレジストで被覆し、水また
は水蒸気に接触させることによりこの領域を絶縁体に変
え、ＳＩＳ素子を形成することが行なわれている。（特
開平2-82586) すなわち、Y-Ba-Cu-O 系の超伝導体では水とBaが反応
し、Bi-Sr-Ca-Cu-O 系の超伝導体では水とSrおよびCaが
反応して絶縁体となるのを利用している。
【０００７】一方、誘電体基板上にＳＩＳ構造を縦方向
に形成する方法として、酸素(O) の含有量により超伝導
体や絶縁体となる酸化物系高温超伝導体例えばY-Ba-Cu-
O をターゲットとし、アルゴン（Ar) とO2ガスの流量を
一定としてスパッタを行ない、膜形成を行なっている。
に形成する方法として、酸素(O) の含有量により超伝導
体や絶縁体となる酸化物系高温超伝導体例えばY-Ba-Cu-
O をターゲットとし、アルゴン（Ar) とO2ガスの流量を
一定としてスパッタを行ない、膜形成を行なっている。
【０００８】こゝで、O2ガスに紫外光を照射するとOが
ラジカル化し、金属酸化物中に取り込まれるOの量が変
化することから、紫外光を照射しないでスパッタする場
合は超伝導体となり、照射しながらスパッタする場合は
絶縁体となるのを利用してＳＩＳ素子を形成している。
（特開平3-295283)
ラジカル化し、金属酸化物中に取り込まれるOの量が変
化することから、紫外光を照射しないでスパッタする場
合は超伝導体となり、照射しながらスパッタする場合は
絶縁体となるのを利用してＳＩＳ素子を形成している。
（特開平3-295283)
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】酸化物系高温超伝導体
を用いてジョセフソン素子を形成する場合はＳ／Ｉ接合
またはＳ／Ｎ接合が同一の結晶構造をとって連続して形
成されていることが必要であり、各種の方法が提案され
ているが充分ではない。
を用いてジョセフソン素子を形成する場合はＳ／Ｉ接合
またはＳ／Ｎ接合が同一の結晶構造をとって連続して形
成されていることが必要であり、各種の方法が提案され
ているが充分ではない。
【００１０】そこで、製法が簡単で且つ安定した特性を
示すＳＮＳ構造のジョセフソン素子の製造方法を実用化
することが課題である。
示すＳＮＳ構造のジョセフソン素子の製造方法を実用化
することが課題である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の課題は誘電体基板
上に酸化物系高温超伝導体膜を形成する工程と、該酸化
物系高温超伝導体膜を選択的に還元性雰囲気に曝して酸
素原子を欠損させて選択的に常伝導領域を形成する工程
と、を含むことを特徴として超伝導素子の製造方法を構
成する。
上に酸化物系高温超伝導体膜を形成する工程と、該酸化
物系高温超伝導体膜を選択的に還元性雰囲気に曝して酸
素原子を欠損させて選択的に常伝導領域を形成する工程
と、を含むことを特徴として超伝導素子の製造方法を構
成する。
【００１２】具体的には誘電体基板上に形成した酸化物
系高温超伝導体膜の上に電極金属膜を形成する工程と、
この二層膜を選択エッチングしてブリッジ型にパターン
形成する工程と、このブリッジ型パターンの狭隘部にあ
る電極金属膜の一部を除去して酸化物系高温超伝導体膜
を露出させる工程と、この基板を還元性雰囲気中で熱処
理し、前記露出部の酸化物系高温超伝導体膜を常伝導体
に変える工程とからなることを特徴として超伝導素子の
製造方法を構成することにより解決することができる。
系高温超伝導体膜の上に電極金属膜を形成する工程と、
この二層膜を選択エッチングしてブリッジ型にパターン
形成する工程と、このブリッジ型パターンの狭隘部にあ
る電極金属膜の一部を除去して酸化物系高温超伝導体膜
を露出させる工程と、この基板を還元性雰囲気中で熱処
理し、前記露出部の酸化物系高温超伝導体膜を常伝導体
に変える工程とからなることを特徴として超伝導素子の
製造方法を構成することにより解決することができる。
【００１３】
【作用】本発明はＳＮＳ構造におけるＮ領域形成法とし
て水素（H2）を含む還元雰囲気中での加熱法を用いるも
のである。
て水素（H2）を含む還元雰囲気中での加熱法を用いるも
のである。
【００１４】すなわち、 O ＋ H2 →H2O ・
・・・・・・（１） の反応により酸化物系高温超伝導体を構成するO原子が
欠損し常伝導体となるのを利用する。
・・・・・・（１） の反応により酸化物系高温超伝導体を構成するO原子が
欠損し常伝導体となるのを利用する。
【００１５】こゝで、（１）式に示す還元反応を生じさ
せるには酸化物系高温超伝導体をH2を含む還元雰囲気中
で150 〜250 ℃で加熱することが必要であり、加熱温度
が150 ℃以下では充分な還元力は得られず、また、加熱
温度が250 ℃以上の場合は高温超伝導体の結晶構造自体
が破壊してしまう。
せるには酸化物系高温超伝導体をH2を含む還元雰囲気中
で150 〜250 ℃で加熱することが必要であり、加熱温度
が150 ℃以下では充分な還元力は得られず、また、加熱
温度が250 ℃以上の場合は高温超伝導体の結晶構造自体
が破壊してしまう。
【００１６】また、還元雰囲気を構成するH2の組成は0.
1 ％以上であればよいが、安全性を考慮すると10％以下
が望ましい。こゝで、必要なことはＳＮＳ構造をとるＳ
領域はジョセフソン素子において電極を構成することか
ら、上記の熱処理中に還元されないことが必要であり、
本発明においては金（Au),銀(Ag), 白金(Pt)のような貴
金属からなる膜を用いて下の酸化物系高温超伝導体を保
護すると共にジョセフソン素子の電極としている。
1 ％以上であればよいが、安全性を考慮すると10％以下
が望ましい。こゝで、必要なことはＳＮＳ構造をとるＳ
領域はジョセフソン素子において電極を構成することか
ら、上記の熱処理中に還元されないことが必要であり、
本発明においては金（Au),銀(Ag), 白金(Pt)のような貴
金属からなる膜を用いて下の酸化物系高温超伝導体を保
護すると共にジョセフソン素子の電極としている。
【００１７】そのためにＳ領域の変質が無い。
【００１８】
【実施例】図１は本発明の実施工程を示すもので、同図
（Ａ）は断面図、また同図（Ｂ）は平面図である。
（Ａ）は断面図、また同図（Ｂ）は平面図である。
【００１９】こゝで、Bi系の酸化物系高温超伝導体とし
てBi2Sr2Ca2Cu3Ｏx を用い、厚さが300 μm のマグネシ
ヤ(MgO) 基板１の上にＣＶＤ（気相成長）法で0.5 μm
の厚さの超伝導体膜２を形成し、この上に真空蒸着法を
用いてAuよりなる電極膜３を0.1 μm の厚さに形成し
た。
てBi2Sr2Ca2Cu3Ｏx を用い、厚さが300 μm のマグネシ
ヤ(MgO) 基板１の上にＣＶＤ（気相成長）法で0.5 μm
の厚さの超伝導体膜２を形成し、この上に真空蒸着法を
用いてAuよりなる電極膜３を0.1 μm の厚さに形成し
た。
【００２０】なお、この超伝導膜２は約93Ｋの超伝導転
移温度（ＴC ）をもっていた。（以上図１のＡ−１，Ｂ
−１）次に、フォトレジストを用いる写真蝕刻技術( フ
ォトリソグラフィ) を使用し、電極膜３と超伝導膜２を
イオンビームを用いて選択エッチングし、ブリッジ型パ
ターン４を形成した。
移温度（ＴC ）をもっていた。（以上図１のＡ−１，Ｂ
−１）次に、フォトレジストを用いる写真蝕刻技術( フ
ォトリソグラフィ) を使用し、電極膜３と超伝導膜２を
イオンビームを用いて選択エッチングし、ブリッジ型パ
ターン４を形成した。
【００２１】この素子長は1.5 ×0.5mm で狭隘部の長さ
は0.5mm で幅は５μm である。（以上Ａ−２，Ｂ−２）
次に、収束イオンビーム（略称FIB)を用いてＮ領域とな
る部分（長さ0.1 μm)の電極膜３を除き、超伝導膜２を
露出させた。（以上Ａ−３，Ｂ−３）次に、レジストを
除いた試料を開管式の熱処理炉にセットし、H2：He＝
１：９の量比の還元ガス雰囲気中で250 ℃，１時間の熱
処理を行い、超伝導膜２の露出部分のみを酸素欠乏状態
とすることでＮ領域５を形成し、これによりＳＮＳ構造
をとるジョセフソン素子が完成した。（以上Ａ−４，Ｂ
−４）図２はかゝるジョセフソン素子について四端子法
を用い、10ＫでのＩ−Ｖ特性を測定した結果で、臨界電
流（ＩC ）は約10μＡであり、ＳＮＳ特性が得られてい
ることが判る。
は0.5mm で幅は５μm である。（以上Ａ−２，Ｂ−２）
次に、収束イオンビーム（略称FIB)を用いてＮ領域とな
る部分（長さ0.1 μm)の電極膜３を除き、超伝導膜２を
露出させた。（以上Ａ−３，Ｂ−３）次に、レジストを
除いた試料を開管式の熱処理炉にセットし、H2：He＝
１：９の量比の還元ガス雰囲気中で250 ℃，１時間の熱
処理を行い、超伝導膜２の露出部分のみを酸素欠乏状態
とすることでＮ領域５を形成し、これによりＳＮＳ構造
をとるジョセフソン素子が完成した。（以上Ａ−４，Ｂ
−４）図２はかゝるジョセフソン素子について四端子法
を用い、10ＫでのＩ−Ｖ特性を測定した結果で、臨界電
流（ＩC ）は約10μＡであり、ＳＮＳ特性が得られてい
ることが判る。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば高温超伝導体を用いてＳ
ＮＳ構造のジョセフソン素子を簡単に得ることができ、
本発明の実施により超伝導素子の実用化を促進すること
ができる。
ＮＳ構造のジョセフソン素子を簡単に得ることができ、
本発明の実施により超伝導素子の実用化を促進すること
ができる。
【図１】本発明の実施工程を示す断面図と平面図であ
る。
る。
【図２】実施例のジョセフソン素子のＩ−Ｖ特性であ
る。
る。
２ 超伝導膜 ３ 電極膜 ４ ブリッジ型パターン ５ Ｎ領域
Claims (2)
- 【請求項１】 誘電体基板上に酸化物系高温超伝導体膜
を形成する工程と、該酸化物系高温超伝導体膜を選択的
に還元性雰囲気に曝して酸素原子を欠損させて選択的に
常伝導領域を形成する工程と、 を含むことを特徴とする超伝導素子の製造方法。 - 【請求項２】 誘電体基板上に形成した酸化物系高温超
伝導体膜の上に電極金属膜を形成する工程と、 該二層膜を選択的にエッチングしてブリッジ型にパター
ン形成する工程と、 該ブリッジ型パターンの狭隘部にある電極金属膜の一部
を除去して酸化物系高温超伝導体膜を露出させる工程
と、 該基板を還元性雰囲気中で熱処理し、前記露出部の酸化
物系高温超伝導体膜の酸素原子を欠損させて常伝導体に
変える工程と、 を含むことを特徴とする超伝導素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4267735A JPH06120576A (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | 超伝導素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4267735A JPH06120576A (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | 超伝導素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06120576A true JPH06120576A (ja) | 1994-04-28 |
Family
ID=17448851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4267735A Withdrawn JPH06120576A (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | 超伝導素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06120576A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009064880A (ja) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | National Institute For Materials Science | 高温超伝導単結晶上での面内型ジョセフソン接合形成法 |
| JP2010232500A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | National Institute For Materials Science | 固有ジョセフソントンネルデバイスの簡易作製法 |
-
1992
- 1992-10-07 JP JP4267735A patent/JPH06120576A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009064880A (ja) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | National Institute For Materials Science | 高温超伝導単結晶上での面内型ジョセフソン接合形成法 |
| JP2010232500A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | National Institute For Materials Science | 固有ジョセフソントンネルデバイスの簡易作製法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000104 |