JPH0738164A - 酸化物超電導薄膜上に上層の薄膜を積層する方法 - Google Patents

酸化物超電導薄膜上に上層の薄膜を積層する方法

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JPH0738164A
JPH0738164A JP5200016A JP20001693A JPH0738164A JP H0738164 A JPH0738164 A JP H0738164A JP 5200016 A JP5200016 A JP 5200016A JP 20001693 A JP20001693 A JP 20001693A JP H0738164 A JPH0738164 A JP H0738164A
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JP
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thin film
oxide superconducting
superconducting
oxide
superconducting thin
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JP5200016A
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Satoshi Tanaka
聡 田中
Michitomo Iiyama
道朝 飯山
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板上に予め成膜した酸化物超電導薄膜上に
非超電導体の薄膜を良好な界面状態で積層する。 【構成】 上層の非超電導体薄膜を、結晶性の薄膜が成
長する温度以上で、且つ酸化物超電導薄膜との間で相互
拡散が起こる温度よりも低い基板温度で成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は基板上に予め成膜した酸
化物超電導薄膜上に他の薄膜を積層する方法に関するも
のであり、特に、酸化物超電導薄膜と上層の薄膜との間
の界面で、相互拡散ができるだけ起こらないよう、上層
の薄膜を成膜する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】酸化物超電導体を各種電子デバイス等に
応用する場合には、酸化物超電導体を薄膜化して積層す
る必要がある。特に、トンネル型ジョセフソン接合とい
われる超電導体−非超電導体−超電導体接合を酸化物超
電導体を使用して実現する場合には、第1の酸化物超電
導薄膜/非超電導体薄膜/第2の酸化物超電導薄膜をこ
の順番で順次積層しなければならない。
【0003】また、酸化物超電導体で構成された超電導
チャネルに流れる超電導電流を、超電導チャネル上に絶
縁層を介して配置されたゲート電極に印加する信号電圧
で制御する超電導電界効果型素子を実現する場合には、
酸化物超電導薄膜/絶縁体薄膜/金属導体膜をこの順番
で積層する必要がある。
【0004】さらに、酸化物超電導体を使用して超電導
多層配線を実現する場合には、酸化物超電導薄膜と絶縁
体薄膜とを相互に積層しなければならない。すなわち、
酸化物超電導薄膜により超電導電線路を形成し、層間絶
縁層を絶縁体薄膜により形成することが必要である。
【0005】上記の各種電子デバイスを構成する酸化物
超電導薄膜、非超電導体薄膜および絶縁体薄膜には高い
品質も要求される。すなわち、上記の各薄膜は諸特性が
優れた結晶性の良い薄膜でなければならず、全ての薄膜
が単結晶であることが好ましい。いずれかの薄膜が多結
晶またはアモルファスである場合には、この上にできる
膜は多結晶またはアモルファスにより、素子の性能が悪
化または素子として動作しない場合もある。また、薄膜
間の界面の状態も重要であり、界面における相互拡散が
なく、界面がシャープに形成されていることが好まし
い。そのために、これらの薄膜を同一の装置内で連続的
に成膜する処理が行われている。すなわち、それぞれの
薄膜が同一の成膜方法で成膜可能な場合には、蒸着源を
切り換えることで連続成膜を行っていた。また、薄膜に
より、異なる成膜方法が必要な場合には、それぞれの成
膜方法に必要な装備を全て備える装置を用いて連続成膜
を行っていた。
【0006】しかしながら、酸化物超電導薄膜上に、連
続して非超電導体薄膜、絶縁体薄膜等を成膜する場合、
従来は、酸化物超電導薄膜の成膜する際の基板温度また
はそれよりも多少低い基板温度で成膜を行っていた。例
えば、Appl. Phys. Lett. 60 (14), pp1744 では、基板
温度750〜800℃でSrTiO3 基板上に成膜したY1Ba2Cu3
7-X酸化物超電導薄膜上に、同一の基板温度でSrTiO3
薄膜を成膜している。
【0007】上記従来の方法は、非超電導体薄膜、絶縁
体薄膜の結晶性を維持し、さらにその上に積層する薄膜
の結晶性、特性を向上すること、および連続成膜の処理
時間の短縮に主眼をおいていた。しかしながら、従来の
方法で酸化物超電導薄膜上に、非超電導体薄膜、絶縁体
薄膜等を成膜すると、非超電導体薄膜、絶縁体薄膜の成
膜時に酸化物超電導薄膜と非超電導体薄膜、絶縁体薄膜
との界面が、長時間高温に保持されるので、界面におけ
る相互拡散が避けられない。従って、酸化物超電導薄膜
の超電導特性と、非超電導体薄膜、絶縁体薄膜の絶縁特
性の両方が著しく劣化する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は従来技
術の問題点を解決して、界面における相互拡散を防ぎな
がら、基板上の予め成膜された酸化物超電導薄膜上に、
結晶性の優れた非超電導体薄膜、絶縁体薄膜等を成膜す
る方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に予め
成膜した酸化物超電導薄膜上に前記薄膜を構成する酸化
物超電導体以外の材料の所定の厚さの薄膜を積層する方
法において、前記材料の薄膜を前記酸化物超電導薄膜の
成膜後に、同一の成膜装置内で連続して成膜し、前記材
料の薄膜を成膜する際の基板温度を、前記酸化物超電導
薄膜上に前記材料の結晶性の薄膜が成長する最低の温度
以上で、前記材料の成分元素と前記酸化物超電導薄膜の
成分元素の相互拡散が、互いに悪影響を及ぼさない程度
の最高の温度以下とすることを特徴とする。
【0010】本発明の方法は、前記酸化物超電導薄膜
が、Y1Ba2Cu37-X酸化物超電導薄膜であり、前記材料
がSrTiO3である場合に適用することが好ましい。ま
た、この場合には、前記SrTiO3 薄膜を前記Y1Ba2Cu3
7-X酸化物超電導薄膜上に成膜する際の基板温度が、4
30 ℃以下であることが好ましい。
【0011】さらに、本発明の方法は、酸化物超電導薄
膜による超電導チャネル、該超電導チャネル上に配置さ
れたゲート絶縁層および該ゲート絶縁層上に配置された
ゲート電極を備える超電導素子の該ゲート構造の作製に
適用される。
【0012】
【作用】本発明の方法は、予め基板上に成膜された酸化
物超電導薄膜上に、この酸化物超電導薄膜の成膜後に、
酸化物超電導薄膜を大気に曝すことなく、同一の成膜装
置内で非超電導体膜、絶縁体膜等を成膜する。この非超
電導体膜、絶縁体膜の成膜の際の基板温度は、酸化物超
電導薄膜上に非超電導体、絶縁体の結晶性の薄膜が成長
する最低の温度以上で、非超電導体、絶縁体の成分元素
と酸化物超電導薄膜中の成分元素との相互拡散が、酸化
物超電導薄膜および非超電導体絶縁体へ悪影響を及ぼさ
ない程度の最高の温度以下とする。本発明の方法では、
酸化物超電導体の表面が清浄に保たれ、また、それぞれ
の薄膜への不純物の相互拡散が有効に抑制されるので、
酸化物超電導薄膜の超電導特性および非超電導体膜、絶
縁体膜の絶縁特性の両方の特性が極めて良好になる。
【0013】また、本発明の方法では、酸化物超電導薄
膜が成膜後に高温に加熱されないので、酸化物超電導薄
膜の表面から酸素が離脱することも防止される。従っ
て、酸化物超電導薄膜と、非超電導体膜、絶縁体膜との
間の界面が急峻に形成され、酸化物超電導薄膜の超電導
特性は界面においても良好になる。
【0014】本発明の方法は、例えば、酸化物超電導体
の超電導チャネルを有する超電導電界効果型素子のゲー
ト構造、すなわち、酸化物超電導薄膜で構成された超電
導チャネル、この超電導チャネル上に配置されたゲート
絶縁層およびゲート絶縁層上に配置されたゲート電極を
備える構造の作製に有利に適用できる。このゲート構造
においては、超電導チャネルは極めて薄く(5nm以
下)、しかも結晶性に優れた酸化物超電導薄膜で構成さ
れていなければならず、また、ゲート絶縁層はやはり10
〜100 nm程度の厚さの絶縁体薄膜で構成されていなけれ
ばならない。また、両者の界面は、急峻に形成されてい
ることが要求される。このように、厳しい条件の酸化物
超電導薄膜および絶縁体膜の積層構造を形成する場合
に、本発明の方法は有利に適用される。
【0015】本発明の方法において、酸化物超電導薄膜
は、Y系超電導材料、例えばY1Ba2Cu37-X、Bi系超電
導材料、例えばBi2Sr2Ca2Cu3x 、およびTl系超電導材
料、例えばTl2Ba2Ca2Cu3x 等で構成されていることが
好ましい。Y1Ba2Cu37-Xは高品質の結晶性のよい薄膜
を安定に成膜できるので好ましく、また、Bi系複合酸化
物超電導体は超電導臨界温度Tc が高いので好ましい。
【0016】本発明の方法により、上記の酸化物超電導
薄膜上に成膜される他の材料の薄膜は酸化物の薄膜であ
るのが好ましく、特に、酸化物超電導体に類似した結晶
構造または格子定数を有する非超電導酸化物材料である
のが好ましい。例としては、MgO、SrTiO3 、NaGa
3 、LaAlO3 、YSZ等の酸化物を挙げることができ
る。
【0017】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。
【0018】
【実施例】本発明の方法で、SrTiO3 基板上に成膜され
たY1Ba2Cu37-X酸化物超電導薄膜上にSrTiO3薄膜を
積層した。先ず、反応性共蒸着法でSrTiO3(100)
基板上にY1Ba2Cu37-X超電導薄膜を成膜した。主な成
膜条件は下記の通り: 蒸発源 : Y、Ba、Cu 基板温度 : 700 ℃ O2 圧力 : 5×10-6Torr(O3 :70%含
有) 膜厚 : 10 nm 次に、基板温度を430℃に下げ、この酸化物超電導薄膜
上にSrTiO3薄膜を反応性共蒸着法で成膜した。主な成
膜条件を以下に示す。 蒸発源 : Sr、Ti 基板温度 : 430 ℃ 圧力(真空度) : 5×10-6Torr(O3 :70%含
有) 膜厚 : 10nm その場のRHEED観察で、SrTiO3薄膜の状態を確認
したところ、単結晶で均一且つ連続に成長していた。
【0019】続いて、基板温度430℃のまま、上記のSrT
iO3単結晶薄膜上にさらにAu薄膜を、厚さが200nmとな
るまで成膜を行った。主な成膜条件を以下に示す。 蒸発源 : Au 基板温度 : 430 ℃ 膜厚 : 200 nm
【0020】上記本発明の方法においては、Y1Ba2Cu3
7-X酸化物超電導薄膜上にSrTiO3薄膜を積層する際
に、界面において相互拡散が起こる温度よりも低い基板
温度で成膜を行う。また、このSrTiO3薄膜上にさらに
積層するAu薄膜も、Y1Ba2Cu37-X酸化物超電導薄膜お
よびSrTiO3薄膜間の相互拡散が起こらない基板温度で
成膜を行う。従って、上記の本発明の方法で作製された
積層膜においては、界面における相互拡散が極めて少な
く、シャープな界面が形成されていた。また、本実施例
においては、Y1Ba2Cu37-X酸化物超電導薄膜上にSrTi
3 薄膜を積層する場合についてのみ説明を行ったが、
上述のように本発明の方法は、任意の酸化物超電導体の
薄膜上に、他の材料の薄膜を積層する場合に適用でき
る。
【0021】
【発明の効果】本発明の方法を用いることによって、酸
化物超電導薄膜上に結晶性の良い薄膜を、良好な界面を
形成して成膜することができる。従って、本発明の方法
を、各種超電導素子の作製に応用すると効果的である。
特に、極薄の酸化物超電導薄膜で構成された超電導チャ
ネルと、この超電導チャネル上に形成されたゲート絶縁
層と、ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極とを有す
る超電導電界効果型素子のゲート絶縁層の作製に応用す
ると有利である。すなわち、界面での相互拡散が抑制さ
れるので、素子動作に重要な影響を及ぼす界面準位密度
を低減させることができる。これにより、電流変調幅を
増大させることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 39/22 ZAA G 9276−4M // H01B 12/06 ZAA 7244−5G

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に予め成膜した酸化物超電導薄膜
    上に前記薄膜を構成する酸化物超電導体以外の材料の所
    定の厚さの薄膜を積層する方法において、前記材料の薄
    膜を前記酸化物超電導薄膜の成膜後に、同一の成膜装置
    内で連続して成膜し、前記材料の薄膜を成膜する際の基
    板温度を、前記酸化物超電導薄膜上に前記材料の結晶性
    の薄膜が成長する最低の温度以上で、前記材料の成分元
    素と前記酸化物超電導薄膜の成分元素の相互拡散が、互
    いに悪影響を及ぼさない程度の最高の温度以下とするこ
    とを特徴とする酸化物超電導薄膜上に上層の薄膜を積層
    する方法。
  2. 【請求項2】 前記酸化物超電導薄膜が、Y1Ba2Cu3
    7-X酸化物超電導薄膜であり、前記材料がSrTiO3である
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記SrTiO3 薄膜を前記Y1Ba2Cu37-X
    酸化物超電導薄膜上に成膜する際の基板温度が、430 ℃
    以下であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 酸化物超電導薄膜による超電導チャネ
    ル、該超電導チャネル上に配置されたゲート絶縁層およ
    び該ゲート絶縁層上に配置されたゲート電極を備える超
    電導素子の該ゲート構造を請求項1〜3のいずれか1項
    に記載の方法で作製する工程を含むことを特徴とする超
    電導素子の作製方法。
JP5200016A 1993-07-02 1993-07-19 酸化物超電導薄膜上に上層の薄膜を積層する方法 Withdrawn JPH0738164A (ja)

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US08/269,777 US5501175A (en) 1993-07-02 1994-07-01 Process for preparing high crystallinity oxide thin film
EP94401516A EP0633331B1 (en) 1993-07-02 1994-07-01 Process for preparing high crystallinity SrTiO3 oxide thin film
DE69422666T DE69422666T2 (de) 1993-07-02 1994-07-01 Verfahren zur Herstellung eines hochkristallinen, dünnen SrTiO3 Oxidfilms
CA002127323A CA2127323C (en) 1993-07-02 1994-07-04 Process for preparing high crystallinity oxide thin film

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