JPH0745880A - 絶縁体薄膜と酸化物超電導薄膜との積層膜 - Google Patents
絶縁体薄膜と酸化物超電導薄膜との積層膜Info
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- JPH0745880A JPH0745880A JP5207112A JP20711293A JPH0745880A JP H0745880 A JPH0745880 A JP H0745880A JP 5207112 A JP5207112 A JP 5207112A JP 20711293 A JP20711293 A JP 20711293A JP H0745880 A JPH0745880 A JP H0745880A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/20—Permanent superconducting devices
- H10N60/205—Permanent superconducting devices having three or more electrodes, e.g. transistor-like structures
- H10N60/207—Field effect devices
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0296—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers
- H10N60/0381—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers by evaporation, e.g. MBE
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 酸化物超電導薄膜とその上積層された絶縁体
の薄膜を備える積層膜において、上層の絶縁体薄膜の一
部を選択的に除去しても新たに露出した酸化物超電導薄
膜の表面が接触抵抗の増大を起こさない。 【構成】 Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜とその上に
積層された少なくとも一部が、(BaySr1-y)TiO3(た
だし、0<y≦1)で構成されている絶縁体薄膜を備え
る。
の薄膜を備える積層膜において、上層の絶縁体薄膜の一
部を選択的に除去しても新たに露出した酸化物超電導薄
膜の表面が接触抵抗の増大を起こさない。 【構成】 Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜とその上に
積層された少なくとも一部が、(BaySr1-y)TiO3(た
だし、0<y≦1)で構成されている絶縁体薄膜を備え
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超電導薄膜と、
その上層に積層された絶縁体薄膜とを有する積層膜およ
びその積層膜を応用した超電導素子に関する。より詳細
には、特に、酸化物超電導体で構成された超電導チャネ
ルを有する超電導電界効果型素子のゲートに適した積層
膜の構成に関するものである。
その上層に積層された絶縁体薄膜とを有する積層膜およ
びその積層膜を応用した超電導素子に関する。より詳細
には、特に、酸化物超電導体で構成された超電導チャネ
ルを有する超電導電界効果型素子のゲートに適した積層
膜の構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】超電導ソース・超電導ドレイン間の超電
導チャネルを流れる超電導電流を、ゲート電極に印加し
た電圧で制御する超電導電界効果型素子は、電流増幅能
力のある電圧制御型の3端子素子である。また、酸化物
超電導体を使用して比較的緩い加工条件で作製可能であ
るので、実用性が高いと考えられている。
導チャネルを流れる超電導電流を、ゲート電極に印加し
た電圧で制御する超電導電界効果型素子は、電流増幅能
力のある電圧制御型の3端子素子である。また、酸化物
超電導体を使用して比較的緩い加工条件で作製可能であ
るので、実用性が高いと考えられている。
【0003】典型的な超電導電界効果型素子の製造工程
を図1(a)〜(f)を参照して説明する。図1(a)〜(f)は、
超電導電界効果型素子の製造工程を示す概略断面図であ
る。まず、図1(a)に示すような、MgO(100)、SrT
iO3(100)、YSZ等の絶縁体基板5上に、図1
(b)に示すように、厚さ約5nmの結晶性のよい酸化物超
電導薄膜1を成膜する。酸化物超電導薄膜は、Y1Ba2Cu
3O7-X、Bi2Sr2Ca2Cu3Ox 、Tl2Ba2Ca2Cu3Ox 酸化物超
電導薄膜が好ましい。
を図1(a)〜(f)を参照して説明する。図1(a)〜(f)は、
超電導電界効果型素子の製造工程を示す概略断面図であ
る。まず、図1(a)に示すような、MgO(100)、SrT
iO3(100)、YSZ等の絶縁体基板5上に、図1
(b)に示すように、厚さ約5nmの結晶性のよい酸化物超
電導薄膜1を成膜する。酸化物超電導薄膜は、Y1Ba2Cu
3O7-X、Bi2Sr2Ca2Cu3Ox 、Tl2Ba2Ca2Cu3Ox 酸化物超
電導薄膜が好ましい。
【0004】次に、図1(c)に示すよう、酸化物超電導
薄膜1上に厚さ約10nmの絶縁膜17を積層する。絶縁膜17
には、MgO、SrTiO3等を使用することが好ましい。そ
の後、図1(d)に示すよう、絶縁膜17の中央部付近にA
u、Pt等でゲート電極4を形成し、図1(e)に示すよう、
ゲート電極4をマスクにして露出している絶縁膜17を除
去する。ゲート電極4の下側に残った絶縁膜は、ゲート
絶縁層7となる。最後に、ゲート電極4の両側にゲート
電極4から離して超電導ソース領域2および超電導ドレ
イン領域3を酸化物超電導薄膜で形成すると、超電導電
界効果型素子が完成する。超電導ソース領域2および超
電導ドレイン領域3は、コンタクトを形成するのに充分
な例えば100 nm以上の厚さにすることが好ましい。
薄膜1上に厚さ約10nmの絶縁膜17を積層する。絶縁膜17
には、MgO、SrTiO3等を使用することが好ましい。そ
の後、図1(d)に示すよう、絶縁膜17の中央部付近にA
u、Pt等でゲート電極4を形成し、図1(e)に示すよう、
ゲート電極4をマスクにして露出している絶縁膜17を除
去する。ゲート電極4の下側に残った絶縁膜は、ゲート
絶縁層7となる。最後に、ゲート電極4の両側にゲート
電極4から離して超電導ソース領域2および超電導ドレ
イン領域3を酸化物超電導薄膜で形成すると、超電導電
界効果型素子が完成する。超電導ソース領域2および超
電導ドレイン領域3は、コンタクトを形成するのに充分
な例えば100 nm以上の厚さにすることが好ましい。
【0005】上記の超電導電界効果型素子においては、
ゲート電極に印加する数ボルトの電圧により超電導チャ
ネルを流れる超電導電流を完全にオン/オフ制御するた
めに、極めて薄い5nm程度の厚さの酸化物超電導薄膜で
超電導チャネルを構成しなければならない。また、ゲー
ト絶縁層は、ゲート電極・超電導チャネル間にトンネル
電流が流れない10nm以上の厚さとしなければならない。
ゲート電極に印加する数ボルトの電圧により超電導チャ
ネルを流れる超電導電流を完全にオン/オフ制御するた
めに、極めて薄い5nm程度の厚さの酸化物超電導薄膜で
超電導チャネルを構成しなければならない。また、ゲー
ト絶縁層は、ゲート電極・超電導チャネル間にトンネル
電流が流れない10nm以上の厚さとしなければならない。
【0006】一方、超電導電界効果型素子の特性は、超
電導チャネルおよびゲート絶縁層間の酸化物超電導体・
絶縁体接合の状態に大きく左右される。超電導チャネル
に電界が有効に印加されるためには、ゲート絶縁層の静
電容量が超電導領域のそれより十分大きくなければなら
ない。このため、ゲート絶縁層を構成する絶縁体の比誘
電率εが大きいことが求められる。また、ゲート電極に
十分大きい電圧が印加できれば、超電導チャネルおよび
ゲート絶縁層を構成するそれぞれの薄膜の作製上の困難
さを緩和するのに有効である。このためには絶縁体のブ
レークダウン電圧Ebdが、十分大きな値であることが要
求され、また、接合面に不要な界面準位が形成されない
よう界面が清浄でなければならない。
電導チャネルおよびゲート絶縁層間の酸化物超電導体・
絶縁体接合の状態に大きく左右される。超電導チャネル
に電界が有効に印加されるためには、ゲート絶縁層の静
電容量が超電導領域のそれより十分大きくなければなら
ない。このため、ゲート絶縁層を構成する絶縁体の比誘
電率εが大きいことが求められる。また、ゲート電極に
十分大きい電圧が印加できれば、超電導チャネルおよび
ゲート絶縁層を構成するそれぞれの薄膜の作製上の困難
さを緩和するのに有効である。このためには絶縁体のブ
レークダウン電圧Ebdが、十分大きな値であることが要
求され、また、接合面に不要な界面準位が形成されない
よう界面が清浄でなければならない。
【0007】従来、上記の超電導電界効果型素子の超電
導チャネルに、Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導体を使用し
た場合には、SrTiO3をゲート絶縁層に使用していた。S
rTiO3は、強誘電体であり、εが大きく、また、耐圧も
十分である。SrTiO3を使用することにより、ε・Ebd
≧108V/cmという値が実現されていた。さらに、SrTi
O3薄膜を、高真空中で反応性共蒸着法によりY1Ba2Cu3
O7-X酸化物超電導薄膜に連続して成膜することによ
り、清浄な界面を実現でき、界面準位の低減が可能であ
った。
導チャネルに、Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導体を使用し
た場合には、SrTiO3をゲート絶縁層に使用していた。S
rTiO3は、強誘電体であり、εが大きく、また、耐圧も
十分である。SrTiO3を使用することにより、ε・Ebd
≧108V/cmという値が実現されていた。さらに、SrTi
O3薄膜を、高真空中で反応性共蒸着法によりY1Ba2Cu3
O7-X酸化物超電導薄膜に連続して成膜することによ
り、清浄な界面を実現でき、界面準位の低減が可能であ
った。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法でSrTiO3をゲート絶縁層に使用した超電導電
界効果型素子を作製すると、超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域と超電導チャネルとの間の接触抵抗が
大きく、所望の特性が得られなかった。本発明者等のX
PS(X線光電子分光法)による分析によると、SrTiO
3膜を除去した後のY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜上
には、図2のグラフに示すようSrのアモルファス層が残
留しており、これが原因で超電導ソース領域および超電
導ドレイン領域と超電導チャネルとの間の接触抵抗が大
きくなっていた。また、このSrのアモルファス層は、Y
1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜を傷めずに除去すること
が困難であった。
来の方法でSrTiO3をゲート絶縁層に使用した超電導電
界効果型素子を作製すると、超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域と超電導チャネルとの間の接触抵抗が
大きく、所望の特性が得られなかった。本発明者等のX
PS(X線光電子分光法)による分析によると、SrTiO
3膜を除去した後のY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜上
には、図2のグラフに示すようSrのアモルファス層が残
留しており、これが原因で超電導ソース領域および超電
導ドレイン領域と超電導チャネルとの間の接触抵抗が大
きくなっていた。また、このSrのアモルファス層は、Y
1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜を傷めずに除去すること
が困難であった。
【0009】そこで本発明の目的は、上記従来技術の問
題点を解決した新規な構成の、酸化物超電導薄膜とその
上層に積層された絶縁体薄膜とを有する積層膜およびそ
の積層膜を応用した超電導素子を提供することにある。
題点を解決した新規な構成の、酸化物超電導薄膜とその
上層に積層された絶縁体薄膜とを有する積層膜およびそ
の積層膜を応用した超電導素子を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、基板上
に成膜された酸化物超電導薄膜と、該酸化物超電導薄膜
上の少なくとも一部に成膜された、該酸化物超電導薄膜
を構成する酸化物超電導体の酸素以外の構成元素の少な
くとも1種のものを含む絶縁体薄膜とを有することを特
徴とする積層膜が提供される。
に成膜された酸化物超電導薄膜と、該酸化物超電導薄膜
上の少なくとも一部に成膜された、該酸化物超電導薄膜
を構成する酸化物超電導体の酸素以外の構成元素の少な
くとも1種のものを含む絶縁体薄膜とを有することを特
徴とする積層膜が提供される。
【0011】本発明の積層膜においては、酸化物超電導
薄膜が、Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜であることが
好ましく、絶縁体薄膜の少なくとも一部が、(BayS
r1-y)TiO3(ただし、0<y≦1)で構成されている
ことが好ましい。また、この絶縁体薄膜は、(BayS
r1-y)TiO3(ただし、0<y≦1)層と、その上に積
層されたSrTiO3層で構成されていても、(BaySr1-y)T
iO3(ただし、0≦y≦1であり、yは連続的に上層ほ
ど小さくなり、最上層では0になる)層で構成されてい
てもよい。
薄膜が、Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜であることが
好ましく、絶縁体薄膜の少なくとも一部が、(BayS
r1-y)TiO3(ただし、0<y≦1)で構成されている
ことが好ましい。また、この絶縁体薄膜は、(BayS
r1-y)TiO3(ただし、0<y≦1)層と、その上に積
層されたSrTiO3層で構成されていても、(BaySr1-y)T
iO3(ただし、0≦y≦1であり、yは連続的に上層ほ
ど小さくなり、最上層では0になる)層で構成されてい
てもよい。
【0012】上記本発明の積層膜は、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ゲート構造に適用され
る。
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ゲート構造に適用され
る。
【0013】
【作用】本発明の積層膜は、酸化物超電導薄膜と、その
上に積層された、この酸化物超電導薄膜の酸素以外の構
成元素の少なくとも1種のものを含む絶縁体薄膜とを有
するところにその主要な特徴がある。本発明の積層膜で
は、酸化物超電導薄膜上の絶縁体薄膜を除去したとき
に、最も酸化物超電導薄膜上に残留しやすいのは酸化物
超電導薄膜の構成元素である。また、酸化物超電導薄膜
の構成元素が、酸化物超電導薄膜上に残留しても、酸化
物超電導薄膜との接触を阻害することにはならない。す
なわち、本発明の積層膜の絶縁体薄膜を除去して露出し
た酸化物超電導薄膜の表面には不要なアモルファス層は
存在しない。従って、本発明の積層膜では、絶縁体薄膜
を除去して露出した酸化物超電導薄膜上に超電導膜、常
電導膜を積層しても、接触抵抗が大きくならない。
上に積層された、この酸化物超電導薄膜の酸素以外の構
成元素の少なくとも1種のものを含む絶縁体薄膜とを有
するところにその主要な特徴がある。本発明の積層膜で
は、酸化物超電導薄膜上の絶縁体薄膜を除去したとき
に、最も酸化物超電導薄膜上に残留しやすいのは酸化物
超電導薄膜の構成元素である。また、酸化物超電導薄膜
の構成元素が、酸化物超電導薄膜上に残留しても、酸化
物超電導薄膜との接触を阻害することにはならない。す
なわち、本発明の積層膜の絶縁体薄膜を除去して露出し
た酸化物超電導薄膜の表面には不要なアモルファス層は
存在しない。従って、本発明の積層膜では、絶縁体薄膜
を除去して露出した酸化物超電導薄膜上に超電導膜、常
電導膜を積層しても、接触抵抗が大きくならない。
【0014】本発明の積層膜において、酸化物超電導薄
膜は、Y系超電導材料、例えばY1Ba2Cu3O7-Xで構成さ
れていることが好ましい。この場合、絶縁体薄膜は少な
くとも一部が、(BaySr1-y)TiO3(ただし、0<y≦
1)で構成されていることが好ましい。特に、絶縁体薄
膜が、(BaySr1-y)TiO3(ただし、0<y≦1)層
と、その上に積層されたSrTiO3層とで構成されている
か、(BaySr1-y)TiO3(ただし、0≦y≦1であり、
yは連続的に上層ほど小さくなり、最上層では0にな
る)層で構成されていることが好ましい。
膜は、Y系超電導材料、例えばY1Ba2Cu3O7-Xで構成さ
れていることが好ましい。この場合、絶縁体薄膜は少な
くとも一部が、(BaySr1-y)TiO3(ただし、0<y≦
1)で構成されていることが好ましい。特に、絶縁体薄
膜が、(BaySr1-y)TiO3(ただし、0<y≦1)層
と、その上に積層されたSrTiO3層とで構成されている
か、(BaySr1-y)TiO3(ただし、0≦y≦1であり、
yは連続的に上層ほど小さくなり、最上層では0にな
る)層で構成されていることが好ましい。
【0015】本発明の積層膜では、絶縁体薄膜の(BayS
r1-y)TiO3(ただし、0<y≦1)に含まれるBaが、S
rのY1Ba2Cu3O7-X表面への付着を抑制する。このため
には、特に絶縁体薄膜のY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄
膜に近い部分は、yが1に近い方が好ましい。一方、絶
縁体薄膜の絶縁特性を向上させるためには、SrTiO3ま
たはSrTiO3に近い組成の部分が必要である。これは、
バルクの状態では(BaySr1-y)TiO3(ただし、0<y
≦1)の方がSrTiO3よりも誘電率が大きいが、薄膜の
状態では、SrTiO3の方がバルクの状態に近い特性を得
やすいからである。また、(BaySr1-y)TiO3(ただ
し、0≦y≦1)は、yの値により誘電率が変化する。
(BaySr1-y)TiO3(ただし、0≦y≦1)薄膜の場合
は、成膜方法、成膜条件によっても変化する。さらに、
(BaySr1-y)TiO3(ただし、0≦y≦1)の誘電率の
温度依存性および電界依存性(tanδ等)も、yの値によ
り変化するので、用途、使用温度等に応じて、組成を変
更したり、組成の異なる層を積層したりしてもよい。例
えば、SrTiO3の誘電率は、60K以下の温度で最大とな
るが、(BaySr1-y)TiO3(ただし、0<y≦1)で
は、yの値を適当に選択することにより、液体窒素温度
(77K)付近で誘電率が最大となるようにすることも可
能である。
r1-y)TiO3(ただし、0<y≦1)に含まれるBaが、S
rのY1Ba2Cu3O7-X表面への付着を抑制する。このため
には、特に絶縁体薄膜のY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄
膜に近い部分は、yが1に近い方が好ましい。一方、絶
縁体薄膜の絶縁特性を向上させるためには、SrTiO3ま
たはSrTiO3に近い組成の部分が必要である。これは、
バルクの状態では(BaySr1-y)TiO3(ただし、0<y
≦1)の方がSrTiO3よりも誘電率が大きいが、薄膜の
状態では、SrTiO3の方がバルクの状態に近い特性を得
やすいからである。また、(BaySr1-y)TiO3(ただ
し、0≦y≦1)は、yの値により誘電率が変化する。
(BaySr1-y)TiO3(ただし、0≦y≦1)薄膜の場合
は、成膜方法、成膜条件によっても変化する。さらに、
(BaySr1-y)TiO3(ただし、0≦y≦1)の誘電率の
温度依存性および電界依存性(tanδ等)も、yの値によ
り変化するので、用途、使用温度等に応じて、組成を変
更したり、組成の異なる層を積層したりしてもよい。例
えば、SrTiO3の誘電率は、60K以下の温度で最大とな
るが、(BaySr1-y)TiO3(ただし、0<y≦1)で
は、yの値を適当に選択することにより、液体窒素温度
(77K)付近で誘電率が最大となるようにすることも可
能である。
【0016】本発明の積層膜は、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に、本発明の積層膜は有利に適
用される。この場合、(BaySr1-y)TiO3(ただし、0
<y≦1)の方がSrTiO3よりも比誘電率が大きいの
で、本発明の積層膜を使用することにより、超電導電界
効果型素子の特性の向上を図ることが可能である。
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に、本発明の積層膜は有利に適
用される。この場合、(BaySr1-y)TiO3(ただし、0
<y≦1)の方がSrTiO3よりも比誘電率が大きいの
で、本発明の積層膜を使用することにより、超電導電界
効果型素子の特性の向上を図ることが可能である。
【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。
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】実施例1 Pr1Ba2Cu3O7-zバッファ層を有するSrTiO3基板上に、
本発明の積層膜をY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜およ
びBa0.4Sr0.6TiO3薄膜で作製した。作製には、基板近
傍に酸化ガスを導入可能な高性能MBE(分子線エピタ
キシー)装置を使用し、各成膜は、RHEED(反射高
速電子線回折)により表面状態をモニターしながら行っ
た。先ず、反応性共蒸着法でSrTiO3(100) 基板上
にPr1Ba2Cu3O7-zバッファ層を成膜した。主な成膜条件
は下記の通り: 蒸発源 : Pr、Ba、Cu 基板温度 : 730 ℃ O2 圧力 : 5×10-6Torr(O3 :70%含
有) 膜厚 : 30 nm Pr1Ba2Cu3O7-zバッファ層は、SrTiO3基板とY1Ba2Cu3
O7-X酸化物超電導体との格子不整合を緩和するために
配置されており、Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導体と等し
い結晶構造を有する。また、Pr1Ba2Cu3O7-z酸化物の成
分元素が拡散しても、Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜
の超電導特性は、ほとんど影響を受けない。
本発明の積層膜をY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜およ
びBa0.4Sr0.6TiO3薄膜で作製した。作製には、基板近
傍に酸化ガスを導入可能な高性能MBE(分子線エピタ
キシー)装置を使用し、各成膜は、RHEED(反射高
速電子線回折)により表面状態をモニターしながら行っ
た。先ず、反応性共蒸着法でSrTiO3(100) 基板上
にPr1Ba2Cu3O7-zバッファ層を成膜した。主な成膜条件
は下記の通り: 蒸発源 : Pr、Ba、Cu 基板温度 : 730 ℃ O2 圧力 : 5×10-6Torr(O3 :70%含
有) 膜厚 : 30 nm Pr1Ba2Cu3O7-zバッファ層は、SrTiO3基板とY1Ba2Cu3
O7-X酸化物超電導体との格子不整合を緩和するために
配置されており、Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導体と等し
い結晶構造を有する。また、Pr1Ba2Cu3O7-z酸化物の成
分元素が拡散しても、Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜
の超電導特性は、ほとんど影響を受けない。
【0019】続いて、Pr蒸発源をY蒸発源に切り換え、
同じく反応性共蒸着法でPr1Ba2Cu3O7-zバッファ層上に
Y1Ba2Cu3O7-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
同じく反応性共蒸着法でPr1Ba2Cu3O7-zバッファ層上に
Y1Ba2Cu3O7-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
【0020】このY1Ba2Cu3O7-X超電導薄膜上にBa0.4S
r0.6TiO3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 : Ba、Sr、Ti 基板温度 : 400 ℃ 圧力(真空度) : 5×10-6Torr(O3 :70%含
有) 膜厚 : 50nm その場のRHEED観察で、Ba0.4Sr0.6TiO3薄膜の状
態を確認したところ、単結晶で均一且つ連続して成長し
ていた。
r0.6TiO3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 : Ba、Sr、Ti 基板温度 : 400 ℃ 圧力(真空度) : 5×10-6Torr(O3 :70%含
有) 膜厚 : 50nm その場のRHEED観察で、Ba0.4Sr0.6TiO3薄膜の状
態を確認したところ、単結晶で均一且つ連続して成長し
ていた。
【0021】続いて、基板温度400℃のまま、上記のBa
0.4Sr0.6TiO3単結晶薄膜上の一部にさらに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 : 400 ℃ 圧力(真空度) : 3×10-10Torr 膜厚 : 200nm
0.4Sr0.6TiO3単結晶薄膜上の一部にさらに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 : 400 ℃ 圧力(真空度) : 3×10-10Torr 膜厚 : 200nm
【0022】Au薄膜をマスクにし、露出しているBa0.4S
r0.6TiO3薄膜をArイオンミリングにより除去した。新
たに露出したY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜の表面を
XPSで観察したところ、Srはほとんど残留していなか
った。また、新たに露出したY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電
導薄膜上に、さらに厚さ200 nmのY1Ba2Cu3O7-X酸化物
超電導薄膜を積層し、両Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄
膜間の接触抵抗を測定したところ、10-6Ω/cm2 以下に
することができた。一方、上記のように作製された本発
明の積層膜において、Ba0.4Sr0.6TiO3薄膜の比誘電率
εは室温で200であった。
r0.6TiO3薄膜をArイオンミリングにより除去した。新
たに露出したY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜の表面を
XPSで観察したところ、Srはほとんど残留していなか
った。また、新たに露出したY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電
導薄膜上に、さらに厚さ200 nmのY1Ba2Cu3O7-X酸化物
超電導薄膜を積層し、両Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄
膜間の接触抵抗を測定したところ、10-6Ω/cm2 以下に
することができた。一方、上記のように作製された本発
明の積層膜において、Ba0.4Sr0.6TiO3薄膜の比誘電率
εは室温で200であった。
【0023】実施例2 実施例1と同じくPr1Ba2Cu3O7-zバッファ層を有するSr
TiO3基板上に、実施例1と等しい装置を使用して本発
明の積層膜をY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜、BaTiO
3薄膜、Ba0.2Sr0.8TiO3薄膜およびSrTiO3薄膜で作製
した。反応性共蒸着法でSrTiO3(100) 基板上にPr1
Ba2Cu3O7-zバッファ層を成膜し、連続してY1Ba2Cu3O
7-X酸化物超電導薄膜を成膜した。それぞれの成膜条件
は、実施例1と等しくした。
TiO3基板上に、実施例1と等しい装置を使用して本発
明の積層膜をY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜、BaTiO
3薄膜、Ba0.2Sr0.8TiO3薄膜およびSrTiO3薄膜で作製
した。反応性共蒸着法でSrTiO3(100) 基板上にPr1
Ba2Cu3O7-zバッファ層を成膜し、連続してY1Ba2Cu3O
7-X酸化物超電導薄膜を成膜した。それぞれの成膜条件
は、実施例1と等しくした。
【0024】このY1Ba2Cu3O7-X超電導薄膜上にBaTiO
3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 : Ba、Ti 基板温度 : 400 ℃ 圧力(真空度) : 5×10-6Torr(O3 :70%含
有) 膜厚 : 20nm その場のRHEED観察で、BaTiO3薄膜の状態を確認
したところ、単結晶で均一且つ連続して成長していた。
3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 : Ba、Ti 基板温度 : 400 ℃ 圧力(真空度) : 5×10-6Torr(O3 :70%含
有) 膜厚 : 20nm その場のRHEED観察で、BaTiO3薄膜の状態を確認
したところ、単結晶で均一且つ連続して成長していた。
【0025】続いて、Sr蒸発源を加えて、BaTiO3単結
晶薄膜上にBa0.2Sr0.8TiO3薄膜を成膜した。主な成膜
条件を以下に示す。 蒸発源 : Ba、Sr、Ti 基板温度 : 400 ℃ 圧力(真空度) : 5×10-6Torr(O3 :70%含
有) 膜厚 : 20nm このBa0.2Sr0.8TiO3薄膜も、RHEED観察で、単結
晶で均一且つ連続して成長していることが確認された。
晶薄膜上にBa0.2Sr0.8TiO3薄膜を成膜した。主な成膜
条件を以下に示す。 蒸発源 : Ba、Sr、Ti 基板温度 : 400 ℃ 圧力(真空度) : 5×10-6Torr(O3 :70%含
有) 膜厚 : 20nm このBa0.2Sr0.8TiO3薄膜も、RHEED観察で、単結
晶で均一且つ連続して成長していることが確認された。
【0026】Ba蒸発源を止めて、Ba0.2Sr0.8TiO3単結
晶薄膜上にSrTiO3薄膜を積層した。主な成膜条件を以
下に示す。 蒸発源 : Sr、Ti 基板温度 : 400 ℃ 圧力(真空度) : 5×10-6Torr(O3 :70%含
有) 膜厚 : 20nm このSrTiO3薄膜も、単結晶で均一且つ連続して成長し
ていることが確認された。
晶薄膜上にSrTiO3薄膜を積層した。主な成膜条件を以
下に示す。 蒸発源 : Sr、Ti 基板温度 : 400 ℃ 圧力(真空度) : 5×10-6Torr(O3 :70%含
有) 膜厚 : 20nm このSrTiO3薄膜も、単結晶で均一且つ連続して成長し
ていることが確認された。
【0027】続いて、基板温度400℃のまま、上記のSrT
iO3単結晶薄膜上の一部にさらにAu薄膜を、実施例1と
等しい条件で厚さが200nmとなるまで成膜を行った。Au
薄膜をマスクにし、露出しているSrTiO3薄膜、Ba0.2Sr
0.8TiO3薄膜およびBaTiO3薄膜の積層絶縁体膜をArイ
オンミリングにより除去した。新たに露出したY1Ba2Cu
3O7-X酸化物超電導薄膜の表面をXPSで観察したとこ
ろ、Srはほとんど残留していなかった。また、新たに露
出したY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜上に、さらに厚
さ200 nmのY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜を積層し、
両Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜間の接触抵抗を測定
したところ、10-6Ω/cm2 以下にすることができた。一
方、上記のように作製された本発明の積層膜において、
BaTiO3薄膜、Ba0.2Sr0.8TiO3薄膜およびSrTiO3薄膜
の積層絶縁体薄膜の等価比誘電率εは、室温で250 であ
った。
iO3単結晶薄膜上の一部にさらにAu薄膜を、実施例1と
等しい条件で厚さが200nmとなるまで成膜を行った。Au
薄膜をマスクにし、露出しているSrTiO3薄膜、Ba0.2Sr
0.8TiO3薄膜およびBaTiO3薄膜の積層絶縁体膜をArイ
オンミリングにより除去した。新たに露出したY1Ba2Cu
3O7-X酸化物超電導薄膜の表面をXPSで観察したとこ
ろ、Srはほとんど残留していなかった。また、新たに露
出したY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜上に、さらに厚
さ200 nmのY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜を積層し、
両Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜間の接触抵抗を測定
したところ、10-6Ω/cm2 以下にすることができた。一
方、上記のように作製された本発明の積層膜において、
BaTiO3薄膜、Ba0.2Sr0.8TiO3薄膜およびSrTiO3薄膜
の積層絶縁体薄膜の等価比誘電率εは、室温で250 であ
った。
【0028】実施例3 実施例1および2と同じくPr1Ba2Cu3O7-zバッファ層を
有するSrTiO3基板上に、実施例1および2と等しい装
置を使用して本発明の積層膜をY1Ba2Cu3O7-X酸化物超
電導薄膜、(BaySr1-y)TiO3(ただし、0≦y≦1で
あり、yは連続的に上層ほど小さくなり、最上層では0
になる)薄膜で作製した。反応性共蒸着法でSrTiO
3(100) 基板上にPr1Ba2Cu3O7-zバッファ層を成膜
し、連続してY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜を成膜し
た。それぞれの成膜条件は、実施例1および2と等しく
した。
有するSrTiO3基板上に、実施例1および2と等しい装
置を使用して本発明の積層膜をY1Ba2Cu3O7-X酸化物超
電導薄膜、(BaySr1-y)TiO3(ただし、0≦y≦1で
あり、yは連続的に上層ほど小さくなり、最上層では0
になる)薄膜で作製した。反応性共蒸着法でSrTiO
3(100) 基板上にPr1Ba2Cu3O7-zバッファ層を成膜
し、連続してY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜を成膜し
た。それぞれの成膜条件は、実施例1および2と等しく
した。
【0029】このY1Ba2Cu3O7-X超電導薄膜上に(BayS
r1-y)TiO3(ただし、0≦y≦1であり、yは連続的
に上層ほど小さくなり、最上層では0になる)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 : Ba、Sr、Ti 基板温度 : 400 ℃ 圧力(真空度) : 5×10-6Torr(O3 :70%含
有) 膜厚 : 20nm その場のRHEED観察で、(BaySr1-y)TiO3薄膜の
状態を確認したところ、均一且つ連続して成長してい
た。
r1-y)TiO3(ただし、0≦y≦1であり、yは連続的
に上層ほど小さくなり、最上層では0になる)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 : Ba、Sr、Ti 基板温度 : 400 ℃ 圧力(真空度) : 5×10-6Torr(O3 :70%含
有) 膜厚 : 20nm その場のRHEED観察で、(BaySr1-y)TiO3薄膜の
状態を確認したところ、均一且つ連続して成長してい
た。
【0030】続いて、基板温度400℃のまま、上記の(B
aySr1-y)TiO3薄膜の最上層のSrTiO3層上の一部にさ
らにAu薄膜を、実施例1と等しい条件で厚さが200nmと
なるまで成膜を行った。Au薄膜をマスクにし、露出して
いる(BaySr1-y)TiO3薄膜をArイオンミリングにより
除去した。新たに露出したY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導
薄膜の表面をXPSで観察したところ、Srはほとんど残
留していなかった。また、新たに露出したY1Ba2Cu3O
7-X酸化物超電導薄膜上に、さらに厚さ200 nmのY1Ba2C
u3O7-X酸化物超電導薄膜を積層し、両Y1Ba2Cu3O7-X
酸化物超電導薄膜間の接触抵抗を測定したところ、10-6
Ω/cm2 以下にすることができた。一方、上記のように
作製された本発明の積層膜において、(BaySr1-y)TiO
3薄膜の比誘電率εは、室温で300 であった。
aySr1-y)TiO3薄膜の最上層のSrTiO3層上の一部にさ
らにAu薄膜を、実施例1と等しい条件で厚さが200nmと
なるまで成膜を行った。Au薄膜をマスクにし、露出して
いる(BaySr1-y)TiO3薄膜をArイオンミリングにより
除去した。新たに露出したY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導
薄膜の表面をXPSで観察したところ、Srはほとんど残
留していなかった。また、新たに露出したY1Ba2Cu3O
7-X酸化物超電導薄膜上に、さらに厚さ200 nmのY1Ba2C
u3O7-X酸化物超電導薄膜を積層し、両Y1Ba2Cu3O7-X
酸化物超電導薄膜間の接触抵抗を測定したところ、10-6
Ω/cm2 以下にすることができた。一方、上記のように
作製された本発明の積層膜において、(BaySr1-y)TiO
3薄膜の比誘電率εは、室温で300 であった。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の積層膜
は、絶縁体薄膜の絶縁特性が向上しているだけでなく、
上層の絶縁体薄膜の一部を選択的に除去しても、新たに
露出した下層の酸化物超電導薄膜の表面が絶縁体薄膜の
成分元素で汚染されない。これにより、上層の絶縁体薄
膜の一部を選択的に除去しても、新たに露出した酸化物
超電導薄膜の表面に接触を阻害するアモルファス層が存
在しない。従って、この新たに露出した酸化物超電導薄
膜の表面を清浄にするための洗浄工程を省略することが
できる。また、新たに露出した酸化物超電導薄膜の表面
上に超電導層、常電導層を形成しても、酸化物超電導薄
膜と上層の超電導層、常電導層との間の接触抵抗が大き
くならない。
は、絶縁体薄膜の絶縁特性が向上しているだけでなく、
上層の絶縁体薄膜の一部を選択的に除去しても、新たに
露出した下層の酸化物超電導薄膜の表面が絶縁体薄膜の
成分元素で汚染されない。これにより、上層の絶縁体薄
膜の一部を選択的に除去しても、新たに露出した酸化物
超電導薄膜の表面に接触を阻害するアモルファス層が存
在しない。従って、この新たに露出した酸化物超電導薄
膜の表面を清浄にするための洗浄工程を省略することが
できる。また、新たに露出した酸化物超電導薄膜の表面
上に超電導層、常電導層を形成しても、酸化物超電導薄
膜と上層の超電導層、常電導層との間の接触抵抗が大き
くならない。
【図1】(a)〜(f)は、超電導電界効果型素子の作製工程
を示す概略断面図である。
を示す概略断面図である。
【図2】酸化物超電導薄膜上にSrTiO3薄膜を有する従
来の積層膜のSrTiO3薄膜を除去して露出した酸化物超
電導薄膜表面のXPS分析結果のグラフである。
来の積層膜のSrTiO3薄膜を除去して露出した酸化物超
電導薄膜表面のXPS分析結果のグラフである。
1 酸化物超電導薄膜 2 超電導ソース領域 3 超電導ドレイン領域 4 ゲート電極 5 基板 7 ゲート絶縁層
───────────────────────────────────────────────────── 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 H01B 3/12 326 9059−5G 17/00 7244−5G H01L 39/22 ZAA G 9276−4M
Claims (6)
- 【請求項1】 基板上に成膜された酸化物超電導薄膜
と、該酸化物超電導薄膜上の少なくとも一部に成膜され
た、該酸化物超電導薄膜を構成する酸化物超電導体の酸
素以外の構成元素の少なくとも1種のものを含む絶縁体
薄膜とを有することを特徴とする積層膜。 - 【請求項2】 前記酸化物超電導薄膜が、Y1Ba2Cu3O
7-X酸化物超電導薄膜であることを特徴とする請求項1
に記載の積層膜。 - 【請求項3】 前記絶縁体薄膜の少なくとも一部が、
(BaySr1-y)TiO3(ただし、0<y≦1)で構成され
ていることを特徴とする請求項2に記載の積層膜。 - 【請求項4】 前記絶縁体薄膜が、(BaySr1-y)TiO3
(ただし、0<y≦1)層と、その上に積層されたSrTi
O3層で構成されていることを特徴とする請求項3に記
載の積層膜。 - 【請求項5】 前記絶縁体薄膜が、(BaySr1-y)TiO3
(ただし、0≦y≦1であり、yは連続的に上層ほど小
さくなり、最上層では0になる)層で構成されているこ
とを特徴とする請求項3に記載の積層膜。 - 【請求項6】 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
電導素子において、前記ゲート構造が、請求項1〜5の
いずれか1項に記載の積層膜で構成されていることを特
徴とする超電導素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5207112A JPH0745880A (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 絶縁体薄膜と酸化物超電導薄膜との積層膜 |
| CA002117411A CA2117411C (en) | 1993-07-29 | 1994-07-25 | Layered structure comprising insulator thin film and oxide superconductor thin film |
| DE69400738T DE69400738T2 (de) | 1993-07-29 | 1994-07-26 | Geschichtete Struktur mit isolierender Dünnschicht und supraleitender Oxyddünnschicht |
| EP94401714A EP0637087B1 (en) | 1993-07-29 | 1994-07-26 | Layered structure comprising insulator thin film and oxide superconductor thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5207112A JPH0745880A (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 絶縁体薄膜と酸化物超電導薄膜との積層膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0745880A true JPH0745880A (ja) | 1995-02-14 |
Family
ID=16534400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5207112A Withdrawn JPH0745880A (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 絶縁体薄膜と酸化物超電導薄膜との積層膜 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0637087B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0745880A (ja) |
| CA (1) | CA2117411C (ja) |
| DE (1) | DE69400738T2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08288563A (ja) * | 1995-04-17 | 1996-11-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
| CA2212827C (en) * | 1996-08-13 | 2000-05-09 | Takao Nakamura | Superconducting film structure comprising oxide superconductor layer and protective layer and method for preparing the same |
| JP3011122B2 (ja) * | 1996-12-03 | 2000-02-21 | 住友電気工業株式会社 | 積層型酸化物絶縁膜 |
| JPH10308283A (ja) * | 1997-03-04 | 1998-11-17 | Denso Corp | El素子およびその製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR910002311B1 (ko) * | 1987-02-27 | 1991-04-11 | 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼 | 초전도 디바이스 |
| JP2862137B2 (ja) * | 1988-08-11 | 1999-02-24 | 古河電気工業株式会社 | 超電導トランジスタ |
| JPH03259576A (ja) * | 1990-03-09 | 1991-11-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ジョセフソン接合 |
| EP0480814B1 (en) * | 1990-10-08 | 1996-04-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same |
-
1993
- 1993-07-29 JP JP5207112A patent/JPH0745880A/ja not_active Withdrawn
-
1994
- 1994-07-25 CA CA002117411A patent/CA2117411C/en not_active Expired - Fee Related
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- 1994-07-26 EP EP94401714A patent/EP0637087B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
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| DE69400738D1 (de) | 1996-11-21 |
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|---|---|---|---|
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