JPH07106646A - 超電導デバイス - Google Patents
超電導デバイスInfo
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- JPH07106646A JPH07106646A JP5244256A JP24425693A JPH07106646A JP H07106646 A JPH07106646 A JP H07106646A JP 5244256 A JP5244256 A JP 5244256A JP 24425693 A JP24425693 A JP 24425693A JP H07106646 A JPH07106646 A JP H07106646A
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- Japan
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- superconducting
- film
- junction
- superconducting device
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 酸化物超電導材料を用いて、なおかつ超電導
接合の製造工程を通して、超電導デバイスの作製を可能
にするような新たな構造を得ること、および、超電導接
合占有面積を従来構造の接合よりも小さくし、かつ所定
の超電導特性を示す超電導接合及び超電導デバイスの構
造を得る。 【構成】 一対の超電導性の電極２，４と、該電極間に
あって該電極を電気的に接続する常伝導層３とによって
構成される平面構造の超電導−常伝導−超電導接合２，
３，４を単位としてなる超電導デバイスにおいて、上記
超電導接合が幾何学的にも電気的にも直列に複数個接続
され、かつ各超電導が隣合う２個の接合電極として共有
され、しかも常伝導層が直列に接続された複数個の接合
によって共有されていることを特徴とする超電導デバイ
スとすることによって達成することができる。
接合の製造工程を通して、超電導デバイスの作製を可能
にするような新たな構造を得ること、および、超電導接
合占有面積を従来構造の接合よりも小さくし、かつ所定
の超電導特性を示す超電導接合及び超電導デバイスの構
造を得る。 【構成】 一対の超電導性の電極２，４と、該電極間に
あって該電極を電気的に接続する常伝導層３とによって
構成される平面構造の超電導−常伝導−超電導接合２，
３，４を単位としてなる超電導デバイスにおいて、上記
超電導接合が幾何学的にも電気的にも直列に複数個接続
され、かつ各超電導が隣合う２個の接合電極として共有
され、しかも常伝導層が直列に接続された複数個の接合
によって共有されていることを特徴とする超電導デバイ
スとすることによって達成することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電圧標準、マイクロ波
あるいはミリ波検出回路や高速デジタル回路、アナログ
データ処理回路等超電導性を用いることにより特有の性
能を発揮する超電導エレクトロニクスに係り、特に、微
細化と出力信号の高電圧化あるいは高電流化等、高性能
化に適した構造の超電導デバイスに関する。
あるいはミリ波検出回路や高速デジタル回路、アナログ
データ処理回路等超電導性を用いることにより特有の性
能を発揮する超電導エレクトロニクスに係り、特に、微
細化と出力信号の高電圧化あるいは高電流化等、高性能
化に適した構造の超電導デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】電圧標準やマイクロ波検出素子、混合器
をはじめとする従来の超電導デバイスにおいては、２枚
の重なり合った超電導電極の間に極薄絶縁膜を挿入した
積層構造の超電導−絶縁層−超電導接合が用いられてき
た。この超電導−絶縁層−超電導接合は、いわゆるトン
ネル効果によって、超電導電極間に超電導電流及び常伝
導電流が流れることを利用するものである。これらの
中、超電導電流成分はジョセフソン効果によってマイク
ロ波の照射に反応し、周波数に比例する直流電圧を周期
として電流ステップが発生する。
をはじめとする従来の超電導デバイスにおいては、２枚
の重なり合った超電導電極の間に極薄絶縁膜を挿入した
積層構造の超電導−絶縁層−超電導接合が用いられてき
た。この超電導−絶縁層−超電導接合は、いわゆるトン
ネル効果によって、超電導電極間に超電導電流及び常伝
導電流が流れることを利用するものである。これらの
中、超電導電流成分はジョセフソン効果によってマイク
ロ波の照射に反応し、周波数に比例する直流電圧を周期
として電流ステップが発生する。
【０００３】このようなマイクロ波に対する応答現象が
マイクロ波検出素子及び混合器等に利用されている。特
に、マイクロ波周波数と発生電圧との比は、物理定数で
あるプランク定数と素電荷との比として与えられる恒常
的な量である。このことを原理として、超電導デバイス
が電圧標準に用いられている。マイクロ波を一個の超電
導−絶縁層−超電導接合に照射した場合、発生電圧は数
十マイクロボルトのレベルであり、実用的に必要とされ
るレベルには達しない。電圧標準を目的とする超電導デ
バイスでは、多数の超電導−絶縁層−超電導接合を直列
に接続することによって、実用的に必要とされる電圧が
得られている。
マイクロ波検出素子及び混合器等に利用されている。特
に、マイクロ波周波数と発生電圧との比は、物理定数で
あるプランク定数と素電荷との比として与えられる恒常
的な量である。このことを原理として、超電導デバイス
が電圧標準に用いられている。マイクロ波を一個の超電
導−絶縁層−超電導接合に照射した場合、発生電圧は数
十マイクロボルトのレベルであり、実用的に必要とされ
るレベルには達しない。電圧標準を目的とする超電導デ
バイスでは、多数の超電導−絶縁層−超電導接合を直列
に接続することによって、実用的に必要とされる電圧が
得られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の項で述べた
電圧標準やマイクロ波検出素子、混合比をはじめとする
超電導デバイスを得て、これを実際の利用の便に供する
には、以下に述べる２項目の課題を解決する必要があ
る。まず第一の課題は以下の通りである。すなわち、電
圧標準やマイクロ波検出素子、混合比をはじめとする従
来の超電導デバイスでは、液体ヘリウム温度で動作させ
ることを目的とした金属系の超電導材料が用いられてき
た。液体ヘリウムよりも安価でかつ取扱いが容易な液体
窒素を用いて超電導デバイスの動作を行わせるために
は、当然のことながら、超電導臨界温度が１００Ｋ前後
の酸化物超電導材料を用いた超電導接合を得る必要があ
る。しかしながら、酸化物超電導材料を電極として積層
構造の超電導−絶縁層−超電導接合を作製することは極
めて困難であり、このような超電導接合によって超電導
デバイスを得ることは期待できない。この理由は、酸化
物超電導薄膜の形成には７００℃前後という高い基板温
度を必要とするため、膜厚数ｎｍの極薄絶縁膜の上に上
部電極となる酸化物超電導薄膜を堆積した場合、絶縁層
と超電導との間で拡散反応が生じ、超電導薄膜の超電導
性及び絶縁層の絶縁性が共に劣化してしまうからであ
る。したがって、第一の課題は、酸化物超電導材料を用
いて、なおかつ超電導接合の製造工程を通過して、超電
導デバイスの作製を可能にするような超電導デバイスの
新たな構造を得ることにある。
電圧標準やマイクロ波検出素子、混合比をはじめとする
超電導デバイスを得て、これを実際の利用の便に供する
には、以下に述べる２項目の課題を解決する必要があ
る。まず第一の課題は以下の通りである。すなわち、電
圧標準やマイクロ波検出素子、混合比をはじめとする従
来の超電導デバイスでは、液体ヘリウム温度で動作させ
ることを目的とした金属系の超電導材料が用いられてき
た。液体ヘリウムよりも安価でかつ取扱いが容易な液体
窒素を用いて超電導デバイスの動作を行わせるために
は、当然のことながら、超電導臨界温度が１００Ｋ前後
の酸化物超電導材料を用いた超電導接合を得る必要があ
る。しかしながら、酸化物超電導材料を電極として積層
構造の超電導−絶縁層−超電導接合を作製することは極
めて困難であり、このような超電導接合によって超電導
デバイスを得ることは期待できない。この理由は、酸化
物超電導薄膜の形成には７００℃前後という高い基板温
度を必要とするため、膜厚数ｎｍの極薄絶縁膜の上に上
部電極となる酸化物超電導薄膜を堆積した場合、絶縁層
と超電導との間で拡散反応が生じ、超電導薄膜の超電導
性及び絶縁層の絶縁性が共に劣化してしまうからであ
る。したがって、第一の課題は、酸化物超電導材料を用
いて、なおかつ超電導接合の製造工程を通過して、超電
導デバイスの作製を可能にするような超電導デバイスの
新たな構造を得ることにある。
【０００５】第二の課題は以下の通りである。すなわ
ち、積層構造の超電導−絶縁層−超電導接合は基板上で
比較的大きな面積を占有するので、積層構造の接合を数
千個あるいは数万個の単位で一個の基板上に配列するこ
とが不可能であるか、あるいは可能であるにしても、基
板面積のかなりの部分を占有してしまうことになる。超
電導デバイスを構成する超電導接合一個当りの占有面積
はできる限り小さいことが望ましい。従って、第二の課
題は接合占有面積を積層構造形の接合よりも小さくし、
かつ、所定の超電導特性を示す超電導接合及び超電導デ
バイスの構造を得ることにある。
ち、積層構造の超電導−絶縁層−超電導接合は基板上で
比較的大きな面積を占有するので、積層構造の接合を数
千個あるいは数万個の単位で一個の基板上に配列するこ
とが不可能であるか、あるいは可能であるにしても、基
板面積のかなりの部分を占有してしまうことになる。超
電導デバイスを構成する超電導接合一個当りの占有面積
はできる限り小さいことが望ましい。従って、第二の課
題は接合占有面積を積層構造形の接合よりも小さくし、
かつ、所定の超電導特性を示す超電導接合及び超電導デ
バイスの構造を得ることにある。
【０００６】本発明の目的は、上記従来技術の有してい
た課題を解決して、酸化物超電導材料を用いて、なおか
つ超電導接合の製造工程を通過して、超電導デバイスの
作製を可能にするような超電導デバイスの新たな構造を
得ること、および、超電導接合占有面積を従来構造の接
合よりも小さくし、かつ所定の超電導特性を示す超電導
接合及び超電導デバイスの構造を得ることにある。
た課題を解決して、酸化物超電導材料を用いて、なおか
つ超電導接合の製造工程を通過して、超電導デバイスの
作製を可能にするような超電導デバイスの新たな構造を
得ること、および、超電導接合占有面積を従来構造の接
合よりも小さくし、かつ所定の超電導特性を示す超電導
接合及び超電導デバイスの構造を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、一対の超電
導性の電極と、該電極間にあって該電極を電気的に接続
する常伝導層とによって構成される平面構造の超電導−
常伝導−超電導接合を単位としてなる超電導デバイスに
おいて、上記超電導接合が幾何学的にも電気的にも直列
に複数個接続され、かつ各超電導が隣合う２個の接合電
極として共有され、しかも常伝導層が直列に接続された
複数個の接合によって共有されていることを特徴とする
超電導デバイスとすること、さらに、上記接合の超電導
電極に接して絶縁膜が配され、かつ該絶縁膜に接して導
電性膜あるいは超電導膜が配され、接合の超電導電極、
絶縁膜及び導電性膜あるいは超電導膜によって容量が構
成され、該容量が接合に対して電気的に並列接続され、
かつ上記絶縁膜及び上記導電性膜あるいは超電導膜が直
列に接続された複数個の接合によって共有されているこ
とを特徴とする超電導デバイスとすることによって達成
することができる。
導性の電極と、該電極間にあって該電極を電気的に接続
する常伝導層とによって構成される平面構造の超電導−
常伝導−超電導接合を単位としてなる超電導デバイスに
おいて、上記超電導接合が幾何学的にも電気的にも直列
に複数個接続され、かつ各超電導が隣合う２個の接合電
極として共有され、しかも常伝導層が直列に接続された
複数個の接合によって共有されていることを特徴とする
超電導デバイスとすること、さらに、上記接合の超電導
電極に接して絶縁膜が配され、かつ該絶縁膜に接して導
電性膜あるいは超電導膜が配され、接合の超電導電極、
絶縁膜及び導電性膜あるいは超電導膜によって容量が構
成され、該容量が接合に対して電気的に並列接続され、
かつ上記絶縁膜及び上記導電性膜あるいは超電導膜が直
列に接続された複数個の接合によって共有されているこ
とを特徴とする超電導デバイスとすることによって達成
することができる。
【０００８】また、超電導デバイスの材料構成に関して
は、上記超電導電極がＣｕを含む酸化物系の超電導膜で
あり、上記常伝導層がＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｅ、
Ｐｄあるいはこれらの合金によって構成されるようにす
る。
は、上記超電導電極がＣｕを含む酸化物系の超電導膜で
あり、上記常伝導層がＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｅ、
Ｐｄあるいはこれらの合金によって構成されるようにす
る。
【０００９】さらに、上記超電導電極がＣｕを含む酸化
物系の超電導膜であり、上記常伝導層もＣｕを含む酸化
物系の常伝導膜によって構成されるようにする。
物系の超電導膜であり、上記常伝導層もＣｕを含む酸化
物系の常伝導膜によって構成されるようにする。
【００１０】さらには、上記の容量を構成する導電性膜
あるいは超電導膜がＣｕを含む酸化物系の薄膜によって
構成されるようにする。
あるいは超電導膜がＣｕを含む酸化物系の薄膜によって
構成されるようにする。
【００１１】超電導デバイスの構成に関しては、超電導
デバイスにマイクロ波あるいはミリ波を照射する手段を
設け、かつマイクロ波あるいはミリ波の周波数に対応す
る出力電圧信号、あるいは、マイクロ波あるいはミリ波
の照射により複数個の接合列両端に生じる電流変化を検
出する手段を設けた構成とする。
デバイスにマイクロ波あるいはミリ波を照射する手段を
設け、かつマイクロ波あるいはミリ波の周波数に対応す
る出力電圧信号、あるいは、マイクロ波あるいはミリ波
の照射により複数個の接合列両端に生じる電流変化を検
出する手段を設けた構成とする。
【００１２】さらに超電導デバイスの構成に関して、マ
イクロ波あるいはミリ波の周波数に対応する出力電圧信
号を検出する手段、および、該検出信号を別の電圧信号
と比較する手段を設けた構成とする。
イクロ波あるいはミリ波の周波数に対応する出力電圧信
号を検出する手段、および、該検出信号を別の電圧信号
と比較する手段を設けた構成とする。
【００１３】
【作用】本発明構成の超電導デバイスとすることによっ
て従来技術の有していた前記の課題が解決される理由に
ついて、以下、若干の説明を加える。まず、第一の課題
について説明する。酸化物系の超電導薄膜によって超電
導接合を構成し、このような超電導接合及び容量、抵抗
等からなる超電導デバイスを得ようとする場合、酸化物
超電導薄膜の成膜温度が６００℃以上の高温を必要とす
ることが任意のデバイス構造の形成を妨げている。酸化
物超電導膜を用いる場合、従来の金属系の超電導接合の
場合と異なり、厚さ数ｎｍの絶縁層を２枚の超電導薄膜
の間に挿入することは極めて困難である。例えば、厚さ
数ｎｍの絶縁層の上に基板温度６００℃以上で酸化物超
電導薄膜を堆積した場合、絶縁層と酸化物超電導薄膜と
の間で拡散反応が生じ、意図する超電導接合が得られな
い。また、たとえ拡散反応が生じないとしても、異種の
結晶構造を有する絶縁膜が酸化物超電導電極と接した場
合に、酸化物超電導電極内の絶縁層に隣接する原子層で
の電子構造が歪み、界面における超電導特性が劣化して
しまう結果となる。
て従来技術の有していた前記の課題が解決される理由に
ついて、以下、若干の説明を加える。まず、第一の課題
について説明する。酸化物系の超電導薄膜によって超電
導接合を構成し、このような超電導接合及び容量、抵抗
等からなる超電導デバイスを得ようとする場合、酸化物
超電導薄膜の成膜温度が６００℃以上の高温を必要とす
ることが任意のデバイス構造の形成を妨げている。酸化
物超電導膜を用いる場合、従来の金属系の超電導接合の
場合と異なり、厚さ数ｎｍの絶縁層を２枚の超電導薄膜
の間に挿入することは極めて困難である。例えば、厚さ
数ｎｍの絶縁層の上に基板温度６００℃以上で酸化物超
電導薄膜を堆積した場合、絶縁層と酸化物超電導薄膜と
の間で拡散反応が生じ、意図する超電導接合が得られな
い。また、たとえ拡散反応が生じないとしても、異種の
結晶構造を有する絶縁膜が酸化物超電導電極と接した場
合に、酸化物超電導電極内の絶縁層に隣接する原子層で
の電子構造が歪み、界面における超電導特性が劣化して
しまう結果となる。
【００１４】これに対して、本発明の超電導デバイスに
おいては、超電導接合が平面構造を有し、電流が基板面
に対して垂直の方向に流れるのではなく、平行な方向に
超電導電極膜、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｈ、Ｒｅ、Ｐｄあ
るいはこれらの合金あるいはＣｕを含む酸化物系の薄膜
からなるカップリング層、及び、超電導電極膜を流れ
る。このような構造の素子の場合、極薄膜層の存在を必
要としないし、超電導接合の電極を積み重ねる必要もな
い。従って超電導接合の作製工程を経る過程で、超電導
特性をはじめとする接合特性が劣化することがない。ま
た、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｈ、Ｒｅ、Ｐｄあるいはこれ
らの合金が超電導電極に接して超電導電極界面の超電導
特性を損なうという問題も生じない。あるいは、超電導
電極と類似の結晶構造を有する常伝導性の酸化物薄膜と
超電導薄膜が接した場合に、界面での電子構造の歪みが
抑えられるので、常伝導層に隣接する超電導特性が劣化
する問題もあらわには生じない。以上の理由によって、
本発明になる超電導接合によって構成される超電導デバ
イスにおいては、作製工程中に特性が劣化することなく
超電導接合が得られる超電導デバイス構造が与えられ
る。
おいては、超電導接合が平面構造を有し、電流が基板面
に対して垂直の方向に流れるのではなく、平行な方向に
超電導電極膜、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｈ、Ｒｅ、Ｐｄあ
るいはこれらの合金あるいはＣｕを含む酸化物系の薄膜
からなるカップリング層、及び、超電導電極膜を流れ
る。このような構造の素子の場合、極薄膜層の存在を必
要としないし、超電導接合の電極を積み重ねる必要もな
い。従って超電導接合の作製工程を経る過程で、超電導
特性をはじめとする接合特性が劣化することがない。ま
た、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｈ、Ｒｅ、Ｐｄあるいはこれ
らの合金が超電導電極に接して超電導電極界面の超電導
特性を損なうという問題も生じない。あるいは、超電導
電極と類似の結晶構造を有する常伝導性の酸化物薄膜と
超電導薄膜が接した場合に、界面での電子構造の歪みが
抑えられるので、常伝導層に隣接する超電導特性が劣化
する問題もあらわには生じない。以上の理由によって、
本発明になる超電導接合によって構成される超電導デバ
イスにおいては、作製工程中に特性が劣化することなく
超電導接合が得られる超電導デバイス構造が与えられ
る。
【００１５】次に、第二の課題について説明する。従来
の超電導接合においては、各々のカップリング層、容量
を構成する電極膜及び層間絶縁膜等は、各超電導接合に
付属したあるいは並列に配されたこれら要素部品に対し
て個別に配されており、このような超電導デバイスの構
造が超電導接合一個当りの占有面積の縮小を妨げてい
た。
の超電導接合においては、各々のカップリング層、容量
を構成する電極膜及び層間絶縁膜等は、各超電導接合に
付属したあるいは並列に配されたこれら要素部品に対し
て個別に配されており、このような超電導デバイスの構
造が超電導接合一個当りの占有面積の縮小を妨げてい
た。
【００１６】これに対して本発明構成においては、Ａ
ｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｈ、Ｒｅ、Ｐｄあるはこれらの合金
を用いたカップリング層、あるいは、超電導電極と類似
の結晶構造を有するＣｕ酸化物からなる常伝導層が並列
あるいは直列に配された接合間で孤立することなく、連
続的な層として配置することによって、超電導接合の占
有面積を縮小している。また、上記カップリング層材料
及び超電導電極材料を用いることによって、このように
配置するのを可能とする材料構成及び構造にしている。
さらに、並列あるいは直列に配置される超電導接合に並
列に配置される容量、及び、容量を構成する層間絶縁膜
及び電極膜が接合間で孤立することなく、連続的な層と
して配置することにより容量の占有面積を縮小してい
る。かつ、容量の電極にも酸化物超電導薄膜等を用いる
ことによって、このように配置されるのを可能とする材
料構成及び構造としている。
ｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｈ、Ｒｅ、Ｐｄあるはこれらの合金
を用いたカップリング層、あるいは、超電導電極と類似
の結晶構造を有するＣｕ酸化物からなる常伝導層が並列
あるいは直列に配された接合間で孤立することなく、連
続的な層として配置することによって、超電導接合の占
有面積を縮小している。また、上記カップリング層材料
及び超電導電極材料を用いることによって、このように
配置するのを可能とする材料構成及び構造にしている。
さらに、並列あるいは直列に配置される超電導接合に並
列に配置される容量、及び、容量を構成する層間絶縁膜
及び電極膜が接合間で孤立することなく、連続的な層と
して配置することにより容量の占有面積を縮小してい
る。かつ、容量の電極にも酸化物超電導薄膜等を用いる
ことによって、このように配置されるのを可能とする材
料構成及び構造としている。
【００１７】従来の超電導デバイス構造と比較して、こ
のような構造を適用することによる超電導デバイス縮小
化の理由は明らかである。すなわち、これら超電導接合
のカップリング材及び容量が単体で各超電導接合に接続
される従来構造の場合、各カップリング材あるいは容量
の超電導接合等への位置合わせ、あるいは隣接するカッ
プリング材あるいは容量間の間隙のための空間が不要で
あり、これらを省くことによって、超電導接合一個当り
の所要面積が著しく低減される。この理由は、本発明の
場合のようなプレーナ形接合構造では、超電導接合の主
要部分の大きさ自体が長さにして１μｍ以下と著しく小
さいからである。従って電圧標準の比較器として用いる
超電導デバイスのように数千個あるいは数万個の超電導
接合を必要とする超電導デバイスにおいても、超電導接
合部の占有面積を特に考慮することなく構成することが
できる。
のような構造を適用することによる超電導デバイス縮小
化の理由は明らかである。すなわち、これら超電導接合
のカップリング材及び容量が単体で各超電導接合に接続
される従来構造の場合、各カップリング材あるいは容量
の超電導接合等への位置合わせ、あるいは隣接するカッ
プリング材あるいは容量間の間隙のための空間が不要で
あり、これらを省くことによって、超電導接合一個当り
の所要面積が著しく低減される。この理由は、本発明の
場合のようなプレーナ形接合構造では、超電導接合の主
要部分の大きさ自体が長さにして１μｍ以下と著しく小
さいからである。従って電圧標準の比較器として用いる
超電導デバイスのように数千個あるいは数万個の超電導
接合を必要とする超電導デバイスにおいても、超電導接
合部の占有面積を特に考慮することなく構成することが
できる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明構成の超電導デバイスについて
実施例によってさらに具体的に説明する。 （実施例１）本発明超電導デバイスの一実施例の構成に
ついて図１によって説明する。図において、１は（１１
０）配向チタン酸ストロンチウム基板、２はＹ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物薄膜、３はチタン酸ストロンチウム薄膜、４
はＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜、５はカップリング層（Ａ
ｇ）を示す。まず、（１１０）配向チタン酸ストロンチ
ウム基板１上に膜厚１００ｎｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物
薄膜２をレーザ蒸着法により形成した。ここで、レーザ
蒸発源はＫｒＦのエキシマレーザとし、成膜時の基板温
度は６５０℃、酸素分圧は１Ｐａとした。次いで、この
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜に容量電極膜としてのパター
ンを形成した。容量電極膜は接合と接合との間で分離せ
ず、直列につながった接合全体で連続的なパターンとし
た。パターンの形成は電子線描画法によりレジスト膜パ
ターンを形成し、Ａｒを用いたイオンビームエッチング
法によりレジスト膜パターンをＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄
膜２に転写した。
実施例によってさらに具体的に説明する。 （実施例１）本発明超電導デバイスの一実施例の構成に
ついて図１によって説明する。図において、１は（１１
０）配向チタン酸ストロンチウム基板、２はＹ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物薄膜、３はチタン酸ストロンチウム薄膜、４
はＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜、５はカップリング層（Ａ
ｇ）を示す。まず、（１１０）配向チタン酸ストロンチ
ウム基板１上に膜厚１００ｎｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物
薄膜２をレーザ蒸着法により形成した。ここで、レーザ
蒸発源はＫｒＦのエキシマレーザとし、成膜時の基板温
度は６５０℃、酸素分圧は１Ｐａとした。次いで、この
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜に容量電極膜としてのパター
ンを形成した。容量電極膜は接合と接合との間で分離せ
ず、直列につながった接合全体で連続的なパターンとし
た。パターンの形成は電子線描画法によりレジスト膜パ
ターンを形成し、Ａｒを用いたイオンビームエッチング
法によりレジスト膜パターンをＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄
膜２に転写した。
【００１９】次に、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜形成の場
合と同じくＫｒＦのエキシマレーザを用い、レーザ蒸着
法によってチタン酸ストロンチウム薄膜３を成膜した。
ここで、酸素圧力、基板温度等の成膜条件は上記Ｙ−Ｂ
ａ−Ｃｕ酸化物薄膜の場合と同様とした。膜厚は１５０
ｎｍとした。また、上記と同じく電子線描画法とイオン
ビームエッチング法とを用いて、容量絶縁層としてのパ
ターンをチタン酸ストロンチウム薄膜に形成した。容量
絶縁膜パターンは接合と接合との間で分離せず、直列に
つながった接合全体で連続的なパターンとした。
合と同じくＫｒＦのエキシマレーザを用い、レーザ蒸着
法によってチタン酸ストロンチウム薄膜３を成膜した。
ここで、酸素圧力、基板温度等の成膜条件は上記Ｙ−Ｂ
ａ−Ｃｕ酸化物薄膜の場合と同様とした。膜厚は１５０
ｎｍとした。また、上記と同じく電子線描画法とイオン
ビームエッチング法とを用いて、容量絶縁層としてのパ
ターンをチタン酸ストロンチウム薄膜に形成した。容量
絶縁膜パターンは接合と接合との間で分離せず、直列に
つながった接合全体で連続的なパターンとした。
【００２０】さらに、容量の電極と超電導接合の電極層
とを兼ねた、膜厚１００ｎｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄
膜４をレーザ蒸着法を用いて形成した。容量の電極と超
電導接合の電極層としてのパターンは電子線描画法とイ
オンビームエッチング法とを用いて形成した。このパタ
ーン形成工程において、接合部の電極間隔は０.１μｍ
とし、常伝導層を介して超電導電流が流れ得るような寸
法とした。また、電極幅は１０μｍとした。隣合う接合
部の間隔は１μｍであり、全体として長さ１００μｍ、
幅１０μｍの領域に１００個の接合が納まるような寸法
とした。さらに、超電導接合列の両端で電流を印加し、
電圧を検出するための端子を設けた。
とを兼ねた、膜厚１００ｎｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄
膜４をレーザ蒸着法を用いて形成した。容量の電極と超
電導接合の電極層としてのパターンは電子線描画法とイ
オンビームエッチング法とを用いて形成した。このパタ
ーン形成工程において、接合部の電極間隔は０.１μｍ
とし、常伝導層を介して超電導電流が流れ得るような寸
法とした。また、電極幅は１０μｍとした。隣合う接合
部の間隔は１μｍであり、全体として長さ１００μｍ、
幅１０μｍの領域に１００個の接合が納まるような寸法
とした。さらに、超電導接合列の両端で電流を印加し、
電圧を検出するための端子を設けた。
【００２１】次に、超電導接合のカップリング層５のた
めのパターンを形成した。パターンは超電導全体にわた
って連続的で、接合部の幅が１０μｍである形状とし、
カップリング層が形成されるべき領域にレジストが存在
しない、いわゆるリフトオフ用パターンとした。パター
ン形成後、酸素イオンビームを照射することによりＹ−
Ｂａ−Ｃｕ酸化物電極膜の表面を清浄化し、続いて、真
空蒸着法によりＡｇ膜５を形成し、リフトオフ法によっ
てレジスト膜及びレジスト膜の上部に堆積されたＡｇ膜
を除去することによってカップリング層を得た。以上の
方法によって、超電導接合が１００個直列につながり、
かつ、接合全体に容量が並列接続された超電導デバイス
が得られた。さらに、この超電導デバイスをセラミック
製ホルダに搭載し、電圧、電流線を端子に接続し、マイ
クロ波を照射するための同軸ケーブル単部を基板超電導
接合部の近傍に配置した。
めのパターンを形成した。パターンは超電導全体にわた
って連続的で、接合部の幅が１０μｍである形状とし、
カップリング層が形成されるべき領域にレジストが存在
しない、いわゆるリフトオフ用パターンとした。パター
ン形成後、酸素イオンビームを照射することによりＹ−
Ｂａ−Ｃｕ酸化物電極膜の表面を清浄化し、続いて、真
空蒸着法によりＡｇ膜５を形成し、リフトオフ法によっ
てレジスト膜及びレジスト膜の上部に堆積されたＡｇ膜
を除去することによってカップリング層を得た。以上の
方法によって、超電導接合が１００個直列につながり、
かつ、接合全体に容量が並列接続された超電導デバイス
が得られた。さらに、この超電導デバイスをセラミック
製ホルダに搭載し、電圧、電流線を端子に接続し、マイ
クロ波を照射するための同軸ケーブル単部を基板超電導
接合部の近傍に配置した。
【００２２】以上の製造工程によって作製した超電導デ
バイスは図２に示すような電圧−電流特性を示した。す
なわち、超電導デバイスを液体窒素で満たした容器中に
装着した場合に、マイクロ波を照射しない状態で、零電
圧で超電導電流が検出され、電圧印加状態では電圧を上
昇させる場合と下降させる場合とで超電導レベルが僅か
に異なる特性となる。この超電導デバイスに周波数９Ｇ
Ｈｚのマイクロ波を照射した状態では、印加電圧１.８
ｍＶ及びこの整数倍の電圧で電流ステップの生じる特性
が得られる。このステップ電圧はマイクロ波の周波数に
正確に対応した電圧値である。従って、この特性は電圧
標準のための基準電圧として利用することができる。
バイスは図２に示すような電圧−電流特性を示した。す
なわち、超電導デバイスを液体窒素で満たした容器中に
装着した場合に、マイクロ波を照射しない状態で、零電
圧で超電導電流が検出され、電圧印加状態では電圧を上
昇させる場合と下降させる場合とで超電導レベルが僅か
に異なる特性となる。この超電導デバイスに周波数９Ｇ
Ｈｚのマイクロ波を照射した状態では、印加電圧１.８
ｍＶ及びこの整数倍の電圧で電流ステップの生じる特性
が得られる。このステップ電圧はマイクロ波の周波数に
正確に対応した電圧値である。従って、この特性は電圧
標準のための基準電圧として利用することができる。
【００２３】なお、カップリング層の材料として、Ａｇ
以外に、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｄあるいはこれら
の合金を用いても、同様な超電導デバイス特性が得られ
る。さらに、超電導電極あるいは容量電極として、Ｙ−
Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜以外に、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
酸化物薄膜等他の酸化物超電導薄膜を用いても、同様の
超電導デバイス特性が得られる。
以外に、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｄあるいはこれら
の合金を用いても、同様な超電導デバイス特性が得られ
る。さらに、超電導電極あるいは容量電極として、Ｙ−
Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜以外に、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
酸化物薄膜等他の酸化物超電導薄膜を用いても、同様の
超電導デバイス特性が得られる。
【００２４】（実施例２）本発明の超電導デバイスの他
の実施例の構成について図３によって説明する。なお、
図中の符号で実施例１と同一の表示は同一内容であるこ
とを示す。まず、（１１０）配向チタン酸ストロンチウ
ム基板１上に、膜厚の１００ｎｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化
物薄膜２をレーザ蒸着法によって形成した。ここで、レ
ーザ蒸発源はＫｒＦのエキシマレーザとし、成膜時の基
板温度は６５０℃、酸素分圧は１Ｐａとした。このＹ−
Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜に容量電極膜としてのパターンを
形成した。容量電極膜は接合と接合との間で分離せず、
直列につながった接合全体で連続的なパターンとした。
パターンの形成は電子線描画法によってレジスト膜パタ
ーンを形成し、Ａｒを用いたイオンビームエッチング法
によりレジスト膜パターンをＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜
に転写した。
の実施例の構成について図３によって説明する。なお、
図中の符号で実施例１と同一の表示は同一内容であるこ
とを示す。まず、（１１０）配向チタン酸ストロンチウ
ム基板１上に、膜厚の１００ｎｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化
物薄膜２をレーザ蒸着法によって形成した。ここで、レ
ーザ蒸発源はＫｒＦのエキシマレーザとし、成膜時の基
板温度は６５０℃、酸素分圧は１Ｐａとした。このＹ−
Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜に容量電極膜としてのパターンを
形成した。容量電極膜は接合と接合との間で分離せず、
直列につながった接合全体で連続的なパターンとした。
パターンの形成は電子線描画法によってレジスト膜パタ
ーンを形成し、Ａｒを用いたイオンビームエッチング法
によりレジスト膜パターンをＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜
に転写した。
【００２５】次に、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜の場合と
同じくＫｒＦのエキシマレーザを用いて、レーザ蒸着法
によってチタン酸ストロンチウム薄膜３を成膜した。な
お、酸素圧力、基板温度等の成膜条件はＹ−Ｂａ−Ｃｕ
酸化物薄膜形成の場合と同様とした。膜厚は１５０ｎｍ
とした。また、上記と同じく電子線描画法とイオンビー
ムエッチング法を用いて、容量絶縁層としてのパターン
をチタン酸ストロンチウム膜に形成した。また、容量絶
縁膜パターンは接合と接合との間で分離せず、直列につ
ながった接合全体で連続的なパターンとした。
同じくＫｒＦのエキシマレーザを用いて、レーザ蒸着法
によってチタン酸ストロンチウム薄膜３を成膜した。な
お、酸素圧力、基板温度等の成膜条件はＹ−Ｂａ−Ｃｕ
酸化物薄膜形成の場合と同様とした。膜厚は１５０ｎｍ
とした。また、上記と同じく電子線描画法とイオンビー
ムエッチング法を用いて、容量絶縁層としてのパターン
をチタン酸ストロンチウム膜に形成した。また、容量絶
縁膜パターンは接合と接合との間で分離せず、直列につ
ながった接合全体で連続的なパターンとした。
【００２６】さらに、容量の電極と超電導接合の電極と
を兼ねた、膜厚１００ｎｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜
４をレーザ蒸着法により形成した。容量の電極と超電導
接合の電極層としてのパターンは電子描画法とイオンビ
ームエッチング法を用いて形成した。このパターン形成
工程において、接合部の電極間隔は０.１μｍ、電極幅
は１０μｍとした。すなわち、常伝導層を介して超電導
電流が得るような寸法とした。隣合う接合部の間隔は１
μｍであり、この結果、長さ、幅ともに約１００μｍの
領域に１００個の接合が納まり、この接合列が横方向に
１０個配列され、かつ、それぞれの接合列が互いに直列
に接続され、全体として１０００個の接合が直列に繋が
れた構造となる。また、さらに、超電導接合列の両端で
電流を印加し、電圧を検出するための端子を設けた。
を兼ねた、膜厚１００ｎｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜
４をレーザ蒸着法により形成した。容量の電極と超電導
接合の電極層としてのパターンは電子描画法とイオンビ
ームエッチング法を用いて形成した。このパターン形成
工程において、接合部の電極間隔は０.１μｍ、電極幅
は１０μｍとした。すなわち、常伝導層を介して超電導
電流が得るような寸法とした。隣合う接合部の間隔は１
μｍであり、この結果、長さ、幅ともに約１００μｍの
領域に１００個の接合が納まり、この接合列が横方向に
１０個配列され、かつ、それぞれの接合列が互いに直列
に接続され、全体として１０００個の接合が直列に繋が
れた構造となる。また、さらに、超電導接合列の両端で
電流を印加し、電圧を検出するための端子を設けた。
【００２７】次に、カップリング層となるＰｒ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物薄膜１５をレーザ蒸着法により形成した。こ
の場合、酸素圧力、基本温度等の成膜条件はＹ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物薄膜形成の場合と同様とした。次に、カップ
リング層としてのパターンを電子線描画法及びＡｒガス
を用いたイオンビームエッチング法によって形成した。
以上の方法によって、超電導接合が１０００個直列に繋
がり、かつ、接合全体に容量が並列接続された超電導デ
バイスが得られた。この超電導デバイスをさらにセラミ
ック製ホルダに搭載し、電圧、電流線を端子に接続し、
マイクロ波を照射するための同軸ケーブル端部を基板超
電導接合部の近傍に配置した。
Ｃｕ酸化物薄膜１５をレーザ蒸着法により形成した。こ
の場合、酸素圧力、基本温度等の成膜条件はＹ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物薄膜形成の場合と同様とした。次に、カップ
リング層としてのパターンを電子線描画法及びＡｒガス
を用いたイオンビームエッチング法によって形成した。
以上の方法によって、超電導接合が１０００個直列に繋
がり、かつ、接合全体に容量が並列接続された超電導デ
バイスが得られた。この超電導デバイスをさらにセラミ
ック製ホルダに搭載し、電圧、電流線を端子に接続し、
マイクロ波を照射するための同軸ケーブル端部を基板超
電導接合部の近傍に配置した。
【００２８】以上の製造工程によって作製した超電導デ
バイスは図４に示すような電圧−電流特性を示した。す
なわち、超電導デバイスを液体窒素を満たした容器中に
装着した場合、マイクロ波照射なしの条件では、零電圧
で超電導電流が検出され、電圧印加状態では電圧を上昇
させる場合と下降させる場合とで電流レベルが僅かに異
なる、いわゆるヒステリシスを有する特性を示した。ま
た、この超電導デバイスに周波数９ＧＨｚのマイクロ波
を照射した場合には、印加電圧１８ｍＶで電流ステップ
の生じる特性が得られた。このステップ電圧はマイクロ
波の周波数に正確に対応した電圧値である。従って、こ
の特性は、電圧標準のための基準電圧として利用するこ
とができる。
バイスは図４に示すような電圧−電流特性を示した。す
なわち、超電導デバイスを液体窒素を満たした容器中に
装着した場合、マイクロ波照射なしの条件では、零電圧
で超電導電流が検出され、電圧印加状態では電圧を上昇
させる場合と下降させる場合とで電流レベルが僅かに異
なる、いわゆるヒステリシスを有する特性を示した。ま
た、この超電導デバイスに周波数９ＧＨｚのマイクロ波
を照射した場合には、印加電圧１８ｍＶで電流ステップ
の生じる特性が得られた。このステップ電圧はマイクロ
波の周波数に正確に対応した電圧値である。従って、こ
の特性は、電圧標準のための基準電圧として利用するこ
とができる。
【００２９】
【発明の効果】以上述べてきたように、超電導デバイス
を本発明構成のデバイスとすることによって、従来技術
の有していた課題を解決して、酸化物超電導材料を用い
て、なおかつ超電導接合の製造工程を通過して、超電導
デバイスの作製を可能にするような超電導デバイスの新
たな構造を得ること、および、超電導接合占有面積を従
来構造の接合よりも小さくし、かつ所定の超電導特性を
示す超電導接合及び超電導デバイスの構造を得ることが
できた。
を本発明構成のデバイスとすることによって、従来技術
の有していた課題を解決して、酸化物超電導材料を用い
て、なおかつ超電導接合の製造工程を通過して、超電導
デバイスの作製を可能にするような超電導デバイスの新
たな構造を得ること、および、超電導接合占有面積を従
来構造の接合よりも小さくし、かつ所定の超電導特性を
示す超電導接合及び超電導デバイスの構造を得ることが
できた。
【図１】本発明超電導デバイスの一実施例の構成を示す
断面図。
断面図。
【図２】図１構成の超電導デバイスの電圧−電流特性。
【図３】本発明超電導デバイスの他の実施例の構成を示
す平面図。
す平面図。
【図４】図３構成の超電導デバイスの電圧−電流特性。
１…（１１０）配向チタン酸ストロンチウム基板、２…
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜、３…チタン酸ストロンチウ
ム薄膜、４…Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜、５…カップリ
ング層（Ａｇ）、１５…カップリング層（Ｐｒ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物薄膜）。
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜、３…チタン酸ストロンチウ
ム薄膜、４…Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜、５…カップリ
ング層（Ａｇ）、１５…カップリング層（Ｐｒ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物薄膜）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤松 正一 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 今川 一重 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 深沢 徳海 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 樺沢 宇紀 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】一対の超電導性の電極と、該電極間にあっ
て該電極を電気的に接続する常伝導層とによって構成さ
れる平面構造の超電導−常伝導−超電導接合を単位とし
てなる超電導デバイスにおいて、上記超電導接合が幾何
学的にも電気的にも直列に複数個接続され、かつ各超電
導が隣合う２個の接合電極として共有され、しかも常伝
導層が直列に接続された複数個の接合によって共有され
ていることを特徴とする超電導デバイス。 - 【請求項２】上記接合の超電導電極に接して絶縁膜が配
され、かつ該絶縁膜に接して導電性膜あるいは超電導膜
が配され、接合の超電導電極、絶縁膜及び導電性膜ある
いは超電導膜によって容量が構成され、該容量が接合に
対して電気的に並列接続され、かつ上記絶縁膜及び上記
導電性膜あるいは超電導膜が直列に接続された複数個の
接合によって共有されていることを特徴とする請求項１
記載の超電導デバイス。 - 【請求項３】上記超電導電極がＣｕを含む酸化物系の超
電導膜であり、上記常伝導層がＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒ
ｈ、Ｒｅ、Ｐｄあるいはこれらの合金によって構成され
ていることを特徴とする請求項１記載の超電導デバイ
ス。 - 【請求項４】上記超電導電極がＣｕを含む酸化物系の超
電導膜であり、上記常伝導層もＣｕを含む酸化物系の常
伝導膜によって構成されていることを特徴とする請求項
１記載の超電導デバイス。 - 【請求項５】上記の容量を構成する導電性膜あるいは超
電導膜がＣｕを含む酸化物系の薄膜によって構成されて
いることを特徴とする請求項１あるいは２記載の超電導
デバイス。 - 【請求項６】請求項１あるいは２記載の超電導デバイス
に、マイクロ波あるいはミリ波を照射する手段を設け、
かつマイクロ波あるいはミリ波の周波数に対応する出力
電圧信号、あるいは、マイクロ波あるいはミリ波の照射
により複数個の接合列両端に生じる電流変化を検出する
手段を設けたことを特徴とする超電導デバイス。 - 【請求項７】請求項１、２あるいは６記載の超電導デバ
イスにおいて、マイクロ波あるいはミリ波の周波数に対
応する出力電圧信号を検出する手段、および、該検出信
号を別の電圧信号と比較する手段を設けたことを特徴と
する超電導デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5244256A JP2606097B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 超電導デバイスの作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5244256A JP2606097B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 超電導デバイスの作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07106646A true JPH07106646A (ja) | 1995-04-21 |
| JP2606097B2 JP2606097B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=17116053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5244256A Expired - Fee Related JP2606097B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 超電導デバイスの作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2606097B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61206278A (ja) * | 1985-03-11 | 1986-09-12 | Hitachi Ltd | 超電導デバイス |
| JPH04118977A (ja) * | 1990-09-10 | 1992-04-20 | Hitachi Ltd | 酸化物超電導三端子素子 |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP5244256A patent/JP2606097B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61206278A (ja) * | 1985-03-11 | 1986-09-12 | Hitachi Ltd | 超電導デバイス |
| JPH04118977A (ja) * | 1990-09-10 | 1992-04-20 | Hitachi Ltd | 酸化物超電導三端子素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2606097B2 (ja) | 1997-04-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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