JPH0923029A - 高温超伝導ジョセフソン素子の製造方法 - Google Patents
高温超伝導ジョセフソン素子の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 製作が容易であり、実用化時に大面積エッチ
ングが可能である利点がある、改善された高温超伝導ジ
ョセフソン素子の製造方法を提供することにある。 【構成】 化学的エッチング法を用いたステップ−エッ
ジ形高温超伝導ジョセフソン素子の製造方法において、
エッチングさせない表面一部分にマスクを形成させてエ
ッチングすることによって、Ｐ／Ｒマスクが形成された
部分と形成されていない部分の境界面にステップを形成
させ、基板の表面を滑らかにするために、硫酸に対する
燐酸の体積比が１０以上である溶液に、前記マスクが形
成された基板を浸漬させることによりなる。
ングが可能である利点がある、改善された高温超伝導ジ
ョセフソン素子の製造方法を提供することにある。 【構成】 化学的エッチング法を用いたステップ−エッ
ジ形高温超伝導ジョセフソン素子の製造方法において、
エッチングさせない表面一部分にマスクを形成させてエ
ッチングすることによって、Ｐ／Ｒマスクが形成された
部分と形成されていない部分の境界面にステップを形成
させ、基板の表面を滑らかにするために、硫酸に対する
燐酸の体積比が１０以上である溶液に、前記マスクが形
成された基板を浸漬させることによりなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高温超伝導ジョセフソン
素子（Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）の製造方法
に関するもので、詳しくはステップ−エッジ形（ｓｔｅ
ｐ−ｅｄｇｅ）ジョセフソン素子の製作において最も重
要な基板ステップの製作時、イオンミリング法（ｉｏｎ
ｍｉｌｌｉｎｇ）、スパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅ
ｒｉｎｇ）等を使用せず、燐酸と硫酸を用いた化学的エ
ッチング法を用いてステップを製作することにより、素
子製作が容易であり、大面積エッチングが可能な高温超
伝導ジョセフソン素子の製造方法に関するものである。
素子（Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）の製造方法
に関するもので、詳しくはステップ−エッジ形（ｓｔｅ
ｐ−ｅｄｇｅ）ジョセフソン素子の製作において最も重
要な基板ステップの製作時、イオンミリング法（ｉｏｎ
ｍｉｌｌｉｎｇ）、スパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅ
ｒｉｎｇ）等を使用せず、燐酸と硫酸を用いた化学的エ
ッチング法を用いてステップを製作することにより、素
子製作が容易であり、大面積エッチングが可能な高温超
伝導ジョセフソン素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高温超伝導体が発見されて以来、種々の
形態のジョセフソン素子の製作が遂行されている。しか
しながら、高温超伝導体は金属系超伝導体に比べて結晶
化温度が高く、結晶異方性があり、コヒーレンス長さ
（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｌｅｎｇｔｈ）が短くて良質の
接合素子を製造することがとても困難である。これによ
り、ＹＢＣＯ（ＹＢａＣｕＯｙ）薄膜の結晶粒界を用い
るブリッジ（Ｂｒｉｄｇｅ）形ジョセフソン接合が研究
されているが、材料の特性上、接合位置、大きさ、特性
等の制御が大変難しい。
形態のジョセフソン素子の製作が遂行されている。しか
しながら、高温超伝導体は金属系超伝導体に比べて結晶
化温度が高く、結晶異方性があり、コヒーレンス長さ
（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｌｅｎｇｔｈ）が短くて良質の
接合素子を製造することがとても困難である。これによ
り、ＹＢＣＯ（ＹＢａＣｕＯｙ）薄膜の結晶粒界を用い
るブリッジ（Ｂｒｉｄｇｅ）形ジョセフソン接合が研究
されているが、材料の特性上、接合位置、大きさ、特性
等の制御が大変難しい。
【０００３】一方、最近では世界各地で弱結合（ｗｅａ
ｋ ｌｉｎｋ）を人工的に製作することが試みられてお
り、このようなものとしては、基板に階段を作って結晶
粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）が形成される位
置を制御するステップ−エッジ法、結晶方向が多少異な
るようにするバイ−クリスタル法（ｂｉ−ｃｒｙｓｔａ
ｌ）、バッファ層（ｂｕｆｆｅｒ ｌａｙｅｒ）を用い
て結晶方向を約４５°程度回転させるバイ−エピタキシ
アル法（ｂｉ−ｅｐｉｔａｘｉａｌ）等が挙げられる。
ｋ ｌｉｎｋ）を人工的に製作することが試みられてお
り、このようなものとしては、基板に階段を作って結晶
粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）が形成される位
置を制御するステップ−エッジ法、結晶方向が多少異な
るようにするバイ−クリスタル法（ｂｉ−ｃｒｙｓｔａ
ｌ）、バッファ層（ｂｕｆｆｅｒ ｌａｙｅｒ）を用い
て結晶方向を約４５°程度回転させるバイ−エピタキシ
アル法（ｂｉ−ｅｐｉｔａｘｉａｌ）等が挙げられる。
【０００４】上述した形態の接合のうち、ステップ−エ
ッジ接合は他の形態の接合とは異なり、製作が比較的容
易であると知られており、現在これに関する研究が活発
に進行されている。即ち、このような形態の接合は、図
１に示すように、通常基板（１１）にマスク（１３）で
傾斜角度４５°以上の鋭利なステップを形成させた後、
前記ステップ上にＹＢＣＯ薄膜（１４）をエピタキシア
ルに被せると、ステップ−エッジ部分にそれぞれ結晶粒
界が生成されることにより製造されるものである。
ッジ接合は他の形態の接合とは異なり、製作が比較的容
易であると知られており、現在これに関する研究が活発
に進行されている。即ち、このような形態の接合は、図
１に示すように、通常基板（１１）にマスク（１３）で
傾斜角度４５°以上の鋭利なステップを形成させた後、
前記ステップ上にＹＢＣＯ薄膜（１４）をエピタキシア
ルに被せると、ステップ−エッジ部分にそれぞれ結晶粒
界が生成されることにより製造されるものである。
【０００５】しかしながら、このような場合、現在大多
数の研究者がステップ−エッジ接合の基板製作にイオン
ミリング法、スパッタリング法などを主に使用している
ため、装備自体が高価であり、大量生産と再現性に問題
があるので実用化の障害要因と指摘されている問題点が
ある。
数の研究者がステップ−エッジ接合の基板製作にイオン
ミリング法、スパッタリング法などを主に使用している
ため、装備自体が高価であり、大量生産と再現性に問題
があるので実用化の障害要因と指摘されている問題点が
ある。
【０００６】このような問題点を克服するために、米合
衆国特許第５，１９６，３９５号には酸化物基板上に化
学的エッチング法でＶ字形ステップを製作して高温超伝
導素子を製作したという内容が開示されている。即ち、
前記特許では、化学的エッチング法で製作したＶ字形ス
テップ上に高温超伝導薄膜を被せると、ステップ部分に
それぞれ結晶粒界が生成され、これをジョセフソン接合
に用いたものである。又、ジョセフソン接合の製造方法
では、金属膜をマスクとし、酸を使用してＶ字形ステッ
プを製作し、Ｖ字形ステップ上に高温超伝導体（Ｔｉ
系）を被せた後、通常のパターン技術で素子を製作し
た。
衆国特許第５，１９６，３９５号には酸化物基板上に化
学的エッチング法でＶ字形ステップを製作して高温超伝
導素子を製作したという内容が開示されている。即ち、
前記特許では、化学的エッチング法で製作したＶ字形ス
テップ上に高温超伝導薄膜を被せると、ステップ部分に
それぞれ結晶粒界が生成され、これをジョセフソン接合
に用いたものである。又、ジョセフソン接合の製造方法
では、金属膜をマスクとし、酸を使用してＶ字形ステッ
プを製作し、Ｖ字形ステップ上に高温超伝導体（Ｔｉ
系）を被せた後、通常のパターン技術で素子を製作し
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
許で主張する混合酸（燐酸＋硫酸）の比率が４：１であ
る場合は、図３Ａに示すように、エッチング後の基板の
表面状態が大変不良であるため、ジョセフソン現象を起
こす弱結合が基板全体に発生する可能性が多い。一般に
表面状態が悪い基板は接合製作に不適合であり、これは
接合の位置又は特性が不可能であることを意味する。弱
結合が意図しなかったところに形成される場合、リソグ
ラフィーの意味がないから、これは大変重要な問題とな
る。結論的に、このような基板では弱結合を用いたＳＱ
ＵＩＤ素子を具現することが根本的に不可能である。
許で主張する混合酸（燐酸＋硫酸）の比率が４：１であ
る場合は、図３Ａに示すように、エッチング後の基板の
表面状態が大変不良であるため、ジョセフソン現象を起
こす弱結合が基板全体に発生する可能性が多い。一般に
表面状態が悪い基板は接合製作に不適合であり、これは
接合の位置又は特性が不可能であることを意味する。弱
結合が意図しなかったところに形成される場合、リソグ
ラフィーの意味がないから、これは大変重要な問題とな
る。結論的に、このような基板では弱結合を用いたＳＱ
ＵＩＤ素子を具現することが根本的に不可能である。
【０００８】
【発明の目的】従って、本発明の目的は前記問題点を解
決するだけでなく製作が容易であり、実用化時に大面積
エッチングが可能である利点がある、改善された高温超
伝導ジョセフソン素子の製造方法を提供することにあ
る。
決するだけでなく製作が容易であり、実用化時に大面積
エッチングが可能である利点がある、改善された高温超
伝導ジョセフソン素子の製造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】前記目的を達成するため
の本発明の高温超伝導ジョセフソン素子の製造方法は、
化学的エッチング法を用いたステップ−エッジ形高温超
伝導ジョセフソン素子の製造方法において、エッチング
させない表面一部分にマスクを形成させてエッチングす
ることによって、マスクが形成された部分と形成されて
いない部分の境界面にステップを形成させ、基板の表面
を滑らかにするために、硫酸に対する燐酸の体積比が１
０以上である溶液に、前記マスクが形成された基板を浸
漬させることによりなる。
の本発明の高温超伝導ジョセフソン素子の製造方法は、
化学的エッチング法を用いたステップ−エッジ形高温超
伝導ジョセフソン素子の製造方法において、エッチング
させない表面一部分にマスクを形成させてエッチングす
ることによって、マスクが形成された部分と形成されて
いない部分の境界面にステップを形成させ、基板の表面
を滑らかにするために、硫酸に対する燐酸の体積比が１
０以上である溶液に、前記マスクが形成された基板を浸
漬させることによりなる。
【００１０】本発明の高温超伝導ジョセフソン素子の他
の製造方法は、化学的エッチング法を用いたステップ−
エッジ形高温超伝導ジョセフソン素子の製造方法におい
て、ステップの傾斜角を大きくするためにＰ／Ｒマスク
の厚さを０．４μｍ以下に薄く形成させることによりな
る。
の製造方法は、化学的エッチング法を用いたステップ−
エッジ形高温超伝導ジョセフソン素子の製造方法におい
て、ステップの傾斜角を大きくするためにＰ／Ｒマスク
の厚さを０．４μｍ以下に薄く形成させることによりな
る。
【００１１】結論的に、本発明は意図する正確な地点に
大きいエッチング角を有するステップを化学的エッチン
グ法で具現する技術を提供するものである。
大きいエッチング角を有するステップを化学的エッチン
グ法で具現する技術を提供するものである。
【００１２】以下、本発明の構成を添付図面に基づいて
より詳細に説明する。
より詳細に説明する。
【００１３】ステップ−エッジ形素子は、前述したよう
に、通常基板に傾斜角度４５°以上の鋭利なステップを
形成させた後、前記ステップ上にＹＢＣＯ薄膜をエピタ
キシアルに被せて、ステップ−エッジ部分にそれぞれ結
晶粒界を生成させることにより製造されたが、この場
合、ステップ−エッジ接合の基板製作時に要求される費
用、大量生産及び再現性に問題があるため、実用化の障
害要因と指摘されている。
に、通常基板に傾斜角度４５°以上の鋭利なステップを
形成させた後、前記ステップ上にＹＢＣＯ薄膜をエピタ
キシアルに被せて、ステップ−エッジ部分にそれぞれ結
晶粒界を生成させることにより製造されたが、この場
合、ステップ−エッジ接合の基板製作時に要求される費
用、大量生産及び再現性に問題があるため、実用化の障
害要因と指摘されている。
【００１４】本発明者はこのような問題点を改善するた
めに、ステップ−エッジ形接合素子において最も重要な
基板のステップ製作時に、イオンミリング法、スパッタ
リング法等を使用せず、燐酸と硫酸を用いた化学的エッ
チング法を用いてステップを製作し、ステップ−エッジ
形素子を製作することとなった。
めに、ステップ−エッジ形接合素子において最も重要な
基板のステップ製作時に、イオンミリング法、スパッタ
リング法等を使用せず、燐酸と硫酸を用いた化学的エッ
チング法を用いてステップを製作し、ステップ−エッジ
形素子を製作することとなった。
【００１５】又、本発明者は化学的エッチングによるＭ
ｇＯ基板のステップ製作工程に要求される傾斜等の接合
製作に関する基本的研究とステップ−エッジを用いた素
子の特性研究を行った。従って、本発明は特にステップ
−エッジ形ジョセフソン接合素子で、微小磁界検出素子
である直流超伝導量子干渉素子（ＤＣ−ＳＱＵＩＤ）と
マイクロ波及びミリメートル波検出器等、ジョセフソン
接合効果を用いた全ての素子に応用可能なものである。
ｇＯ基板のステップ製作工程に要求される傾斜等の接合
製作に関する基本的研究とステップ−エッジを用いた素
子の特性研究を行った。従って、本発明は特にステップ
−エッジ形ジョセフソン接合素子で、微小磁界検出素子
である直流超伝導量子干渉素子（ＤＣ−ＳＱＵＩＤ）と
マイクロ波及びミリメートル波検出器等、ジョセフソン
接合効果を用いた全ての素子に応用可能なものである。
【００１６】図２は本発明の高温超伝導ジョセフソン素
子の製造工程を示す図面で、符号（１１）はＭｇＯ基
板、（１２）はＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓ
ｉｌａｚａｎｅ）、（１３）はＰ／Ｒ、（１４）はＹＢ
ＣＯ薄膜を示す。
子の製造工程を示す図面で、符号（１１）はＭｇＯ基
板、（１２）はＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓ
ｉｌａｚａｎｅ）、（１３）はＰ／Ｒ、（１４）はＹＢ
ＣＯ薄膜を示す。
【００１７】前記図面を参照して本発明の高温超伝導ジ
ョセフソン素子の製造工程を説明すると、ＹＢＣＯ系高
温超伝導薄膜を用いてステップ−エッジ形ジョセフソン
素子を製作するためには、先ずＭｇＯ基板（１１）をエ
ッチングしてステップを製作する。ここで、基板（１
１）は高周波素子に適するＭｇＯ単結晶基板が通常使用
される。前記基板（１１）上にＨＭＤＳ（１２）をスピ
ンコーター（ｓｐｉｎｃｏａｔｅｒ）でコーティングさ
せた後、標準フォトリソグラフィ（ｓｔａｎｄａｒｄ
ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方法でＰ／Ｒマス
ク（１３）を製作し、その上にＵＶを照射して前記Ｐ／
Ｒマスク（１３）を現像させる。この際に、基板上にＨ
ＭＤＳをコーティングさせる理由は、基板とＰ／Ｒマス
クとの密着性を向上させるためである。
ョセフソン素子の製造工程を説明すると、ＹＢＣＯ系高
温超伝導薄膜を用いてステップ−エッジ形ジョセフソン
素子を製作するためには、先ずＭｇＯ基板（１１）をエ
ッチングしてステップを製作する。ここで、基板（１
１）は高周波素子に適するＭｇＯ単結晶基板が通常使用
される。前記基板（１１）上にＨＭＤＳ（１２）をスピ
ンコーター（ｓｐｉｎｃｏａｔｅｒ）でコーティングさ
せた後、標準フォトリソグラフィ（ｓｔａｎｄａｒｄ
ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方法でＰ／Ｒマス
ク（１３）を製作し、その上にＵＶを照射して前記Ｐ／
Ｒマスク（１３）を現像させる。この際に、基板上にＨ
ＭＤＳをコーティングさせる理由は、基板とＰ／Ｒマス
クとの密着性を向上させるためである。
【００１８】その次に、前記ＭｇＯ基板（１１）を酸
（燐酸＋硫酸）混合溶液に入れてＭｇＯ基板の半分をエ
ッチングし、最終的に残っているＰ／Ｒをアセトンで除
去する。この際にエッチング剤として使用される酸混合
溶液は硫酸に対する燐酸の体積比が１０以上である溶液
が使用され、好ましくは硫酸に対する燐酸の体積比が１
０〜３０であり、より好ましくは硫酸に対する燐酸の体
積比が１０〜２０である。
（燐酸＋硫酸）混合溶液に入れてＭｇＯ基板の半分をエ
ッチングし、最終的に残っているＰ／Ｒをアセトンで除
去する。この際にエッチング剤として使用される酸混合
溶液は硫酸に対する燐酸の体積比が１０以上である溶液
が使用され、好ましくは硫酸に対する燐酸の体積比が１
０〜３０であり、より好ましくは硫酸に対する燐酸の体
積比が１０〜２０である。
【００１９】一方、弱結合を形成するためには、できる
限りステップの角が大きくなければならない。一般的化
学エッチング法ではステップの傾斜が緩やかであるため
再現性を有する超伝導ジョセフソン素子の具現が難し
い。
限りステップの角が大きくなければならない。一般的化
学エッチング法ではステップの傾斜が緩やかであるため
再現性を有する超伝導ジョセフソン素子の具現が難し
い。
【００２０】本発明では、エッチングマスクの厚さを薄
くすることによりこのような問題点を解決した。多くの
実験を遂行した結果、Ｐ／Ｒエッチングマスクの厚さが
０．４μｍ以下である場合、３０°以上のエッチング角
が再現可能に形成されることを見つけた。そして、その
厚さが０．２８μｍである場合は、弱結合を形成するの
に充分な４５°以上の角が形成可能であるという事実を
確認した。
くすることによりこのような問題点を解決した。多くの
実験を遂行した結果、Ｐ／Ｒエッチングマスクの厚さが
０．４μｍ以下である場合、３０°以上のエッチング角
が再現可能に形成されることを見つけた。そして、その
厚さが０．２８μｍである場合は、弱結合を形成するの
に充分な４５°以上の角が形成可能であるという事実を
確認した。
【００２１】しかし、Ｐ／Ｒマスクの厚さが０．２５μ
ｍ未満である場合は、マスクの厚さがあまり薄くてエッ
チング膜としての役割を喪失する危険があった。従っ
て、好ましいマスクの厚さは０．２５〜０．４μｍであ
り、より好ましくは０．２５〜０．３０μｍである。
ｍ未満である場合は、マスクの厚さがあまり薄くてエッ
チング膜としての役割を喪失する危険があった。従っ
て、好ましいマスクの厚さは０．２５〜０．４μｍであ
り、より好ましくは０．２５〜０．３０μｍである。
【００２２】結論的に、マスクの厚さでエッチング角を
調整することはマスクの種類が何であるかにかかわらず
本発明に関連がある。
調整することはマスクの種類が何であるかにかかわらず
本発明に関連がある。
【００２３】前記化学的エッチング法でステップを製作
したＭｇＯ基板をスパッタリングする前、９００〜１１
００℃で２時間の間酸素雰囲気で熱処理する。ＭｇＯ基
板上に脱軸ＲＦマグネトロンスパッタリング法（ｏｆｆ
−ａｘｉｓ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎ
ｇ）を用いてイン−シチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）状態にＹ
ＢＣＯ薄膜（１４）を蒸着させる。
したＭｇＯ基板をスパッタリングする前、９００〜１１
００℃で２時間の間酸素雰囲気で熱処理する。ＭｇＯ基
板上に脱軸ＲＦマグネトロンスパッタリング法（ｏｆｆ
−ａｘｉｓ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎ
ｇ）を用いてイン−シチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）状態にＹ
ＢＣＯ薄膜（１４）を蒸着させる。
【００２４】前記ステップが形成されたＭｇＯ基板（１
１）上に超伝導薄膜（ＹＢＣＯ系）（１４）を２５００
〜３０００Å程度に蒸着させた後、フォトリソグラフィ
−工程で所望パターンを形成させ、燐酸水溶液でパター
ニングさせる。この際に、アンダカッティング（ｕｎｄ
ｅｒｃｕｔｔｉｎｇ）効果によるマイクロブリッジ（ｍ
ｉｃｒｏｂｒｉｄｇｅ）等の微細部分が破壊されないよ
うに注意しなければならない。
１）上に超伝導薄膜（ＹＢＣＯ系）（１４）を２５００
〜３０００Å程度に蒸着させた後、フォトリソグラフィ
−工程で所望パターンを形成させ、燐酸水溶液でパター
ニングさせる。この際に、アンダカッティング（ｕｎｄ
ｅｒｃｕｔｔｉｎｇ）効果によるマイクロブリッジ（ｍ
ｉｃｒｏｂｒｉｄｇｅ）等の微細部分が破壊されないよ
うに注意しなければならない。
【００２５】前述した内容に鑑みる時、高温超伝導ジョ
セフソン素子の好ましい製造方法は、化学的エッチング
法を用いたステップ−エッジ形高温超伝導ジョセフソン
素子の製造方法において、ステップの傾斜角を大きくし
得るように、ステップの形成されるべきである部分を除
いた残りの基板部分に厚さが約０．４μｍ以下であるＰ
／Ｒマスクを形成させ、基板の表面を滑らかにするため
に、硫酸に対する燐酸の体積比が１０以上である溶液に
前記マスクが形成された基板を浸漬させることに特徴が
ある。
セフソン素子の好ましい製造方法は、化学的エッチング
法を用いたステップ−エッジ形高温超伝導ジョセフソン
素子の製造方法において、ステップの傾斜角を大きくし
得るように、ステップの形成されるべきである部分を除
いた残りの基板部分に厚さが約０．４μｍ以下であるＰ
／Ｒマスクを形成させ、基板の表面を滑らかにするため
に、硫酸に対する燐酸の体積比が１０以上である溶液に
前記マスクが形成された基板を浸漬させることに特徴が
ある。
【００２６】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に
説明するが、これが本発明の範囲を限定するものではな
い。
説明するが、これが本発明の範囲を限定するものではな
い。
【００２７】実施例１ ＭｇＯ単結晶（１００）基板の所定部をエッチングして
ステップを製作した。
ステップを製作した。
【００２８】前記基板上にＨＭＤＳをスピンコーターで
コーティングさせた後、標準フォトリソグラフィー工程
によりＰ／Ｒマスクを約０．２８μｍの厚さに製作し、
その上にＵＶを照射させて前記Ｐ／Ｒマスクを現像し
た。一方、酸を用いてＭｇＯ基板をエッチングする場合
は、ステップの傾斜が緩やかでジョセフソン接合しにく
いため、Ｐ／Ｒの露光条件と現像条件そして厚さを変化
させた。前記Ｐ／Ｒ（ｓｈｉｐｅｒｙ ＡＺ−１３５０
Ｊ）の露光及び現像条件を下記表１に記載した。
コーティングさせた後、標準フォトリソグラフィー工程
によりＰ／Ｒマスクを約０．２８μｍの厚さに製作し、
その上にＵＶを照射させて前記Ｐ／Ｒマスクを現像し
た。一方、酸を用いてＭｇＯ基板をエッチングする場合
は、ステップの傾斜が緩やかでジョセフソン接合しにく
いため、Ｐ／Ｒの露光条件と現像条件そして厚さを変化
させた。前記Ｐ／Ｒ（ｓｈｉｐｅｒｙ ＡＺ−１３５０
Ｊ）の露光及び現像条件を下記表１に記載した。
【００２９】
【表１】
【００３０】その後、前記ＭｇＯ基板を２０ｍｌの燐酸
と１ｍｌの硫酸でなる溶液に入れてＭｇＯ基板の半分を
エッチングさせた後、最終的に残っているＰ／Ｒをアセ
トンで除去した。
と１ｍｌの硫酸でなる溶液に入れてＭｇＯ基板の半分を
エッチングさせた後、最終的に残っているＰ／Ｒをアセ
トンで除去した。
【００３１】化学的エッチング法でステップを製作した
ＭｇＯ基板をスパッタリングする前、約１０００℃で２
時間の間酸素雰囲気で熱処理した。その後、前記ＭｇＯ
基板上に脱軸ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用い
てイン−シチュ状態に２５００Å程度のＹＢＣＯ薄膜を
蒸着させた後、フォトリソグラフィー工程で所望パター
ンを形成させ、６％の燐酸水溶液をパターニングさせ
た。前記ＹＢＣＯ薄膜の製造条件は下記表２の通りであ
る。
ＭｇＯ基板をスパッタリングする前、約１０００℃で２
時間の間酸素雰囲気で熱処理した。その後、前記ＭｇＯ
基板上に脱軸ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用い
てイン−シチュ状態に２５００Å程度のＹＢＣＯ薄膜を
蒸着させた後、フォトリソグラフィー工程で所望パター
ンを形成させ、６％の燐酸水溶液をパターニングさせ
た。前記ＹＢＣＯ薄膜の製造条件は下記表２の通りであ
る。
【００３２】
【表２】
【００３３】以上の製造工程により、現在までブリッジ
の幅が約５μｍ程度であるものまで得ることができた。
の幅が約５μｍ程度であるものまで得ることができた。
【００３４】図３〜図５に基づいて本発明のステップ−
エッジ形ジョセフソン接合素子の特性を調べると次のよ
うである。
エッジ形ジョセフソン接合素子の特性を調べると次のよ
うである。
【００３５】図３Ａ〜図３Ｃは、Ｐ／Ｒマスクの厚さが
０．２８μｍである時、燐酸対硫酸の体積比がそれぞれ
４：１、１０：１及び２０：１である溶液を化学的エッ
チングに使用した場合のステップ−エッジ構造の光学顕
微鏡写真である。前記図面によると、燐酸対硫酸の体積
比が４：１である溶液に比べて１０：１及び２０：１で
ある溶液を用いた化学的エッチング時のステップ−エッ
ジ構造の表面がずっと滑らかに出ることが分かる。
０．２８μｍである時、燐酸対硫酸の体積比がそれぞれ
４：１、１０：１及び２０：１である溶液を化学的エッ
チングに使用した場合のステップ−エッジ構造の光学顕
微鏡写真である。前記図面によると、燐酸対硫酸の体積
比が４：１である溶液に比べて１０：１及び２０：１で
ある溶液を用いた化学的エッチング時のステップ−エッ
ジ構造の表面がずっと滑らかに出ることが分かる。
【００３６】図４Ａ〜図４Ｃは、燐酸対硫酸の体積比が
２０：１である溶液を用いた化学的エッチング時、それ
ぞれ１．８μｍ、１μｍ及び０．２８μｍのＰ／Ｒマス
ク厚さによるステップ−エッジ形構造を示すものであ
る。即ち、Ｐ／Ｒの厚さが１．８μｍ、１．０μｍであ
る場合より０．２８μｍである場合のステップ−エッジ
の傾斜がより急激になることが分かる。
２０：１である溶液を用いた化学的エッチング時、それ
ぞれ１．８μｍ、１μｍ及び０．２８μｍのＰ／Ｒマス
ク厚さによるステップ−エッジ形構造を示すものであ
る。即ち、Ｐ／Ｒの厚さが１．８μｍ、１．０μｍであ
る場合より０．２８μｍである場合のステップ−エッジ
の傾斜がより急激になることが分かる。
【００３７】図５は本発明のステップ−エッジ形ジョセ
フソン素子のＴ＝１２．５Ｋでの電流−電圧特性を示す
グラフで、前記グラフのＩｃ及びＪｃを見ると、弱結合
がなされていることが分かる。
フソン素子のＴ＝１２．５Ｋでの電流−電圧特性を示す
グラフで、前記グラフのＩｃ及びＪｃを見ると、弱結合
がなされていることが分かる。
【００３８】
【発明の効果】従って、本発明のイオンミリング法、ス
パッタリング法等の方法の代わりに酸を用いた化学的エ
ッチング法を使用し、Ｐ／Ｒマスクの厚さを０．４μｍ
以下に薄くして素子を製作するため、素子製作が容易で
あり、集積回路等に適用する時の大面積エッチングが可
能である利点がある。
パッタリング法等の方法の代わりに酸を用いた化学的エ
ッチング法を使用し、Ｐ／Ｒマスクの厚さを０．４μｍ
以下に薄くして素子を製作するため、素子製作が容易で
あり、集積回路等に適用する時の大面積エッチングが可
能である利点がある。
【図１】従来の高温超伝導ジョセフソン素子の製造工程
を概略的に示す図面である。
を概略的に示す図面である。
【図２】本発明の高温超伝導ジョセフソン素子の製造工
程を示す図面である。
程を示す図面である。
【図３】Ａ〜Ｃは燐酸対硫酸の体積比がそれぞれ４：
１、１０：１及び２０：１である溶液を化学的エッチン
グに使用した場合のステップ−エッジ構造の光学顕微鏡
写真の模写図である。
１、１０：１及び２０：１である溶液を化学的エッチン
グに使用した場合のステップ−エッジ構造の光学顕微鏡
写真の模写図である。
【図４】Ａ〜ＣはＰ／Ｒマスクの厚さがそれぞれ１．８
μｍ、１．０μｍ及び０．２８μｍである場合のステッ
プ−エッジ構造の光学顕微鏡写真の模写図である。
μｍ、１．０μｍ及び０．２８μｍである場合のステッ
プ−エッジ構造の光学顕微鏡写真の模写図である。
【図５】本発明のステップ−エッジ形ジョセフソン素子
の電流−電圧特性を示すグラフである。
の電流−電圧特性を示すグラフである。
１１ ＭｇＯ基板 １２ ＨＭＤＳ １３ Ｐ／Ｒ（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ） １４ ＹＢＣＯ薄膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１２月１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】Ａ〜Ｃは燐酸対硫酸の体積比がそれぞれ４：
１、１０：１及び２０：１である溶液を化学的エッチン
グに使用した場合のステップ−エッジ構造の光学顕微鏡
写真である。
１、１０：１及び２０：１である溶液を化学的エッチン
グに使用した場合のステップ−エッジ構造の光学顕微鏡
写真である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】Ａ〜ＣはＰ／Ｒマスクの厚さがそれぞれ１．８
μｍ、１．０μｍ及び０．２８μｍである場合のステッ
プ−エッジ構造の光学顕微鏡写真である。
μｍ、１．０μｍ及び０．２８μｍである場合のステッ
プ−エッジ構造の光学顕微鏡写真である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
Claims (7)
- 【請求項１】 化学的エッチング法を用いたステップ−
エッジ形高温超伝導ジョセフソン素子の製造方法におい
て、エッチングさせない表面一部分にマスクを形成させ
てエッチングすることによって、マスクが形成された部
分と形成されていない部分の境界面にステップを形成さ
せ、基板の表面を滑らかにするために、硫酸に対する燐
酸の体積比が１０以上である溶液に、前記マスクが形成
された基板を浸漬させることを特徴とする高温超伝導ジ
ョセフソン素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記硫酸に対する燐酸の体積比が１０〜
３０であることを特徴とする請求項１記載の高温超伝導
ジョセフソン素子の製造方法。 - 【請求項３】 前記硫酸に対する燐酸の体積比が１０〜
２０であることを特徴とする請求項２記載の高温超伝導
ジョセフソン素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記マスクがＰ／Ｒでなることを特徴と
する請求項１記載の高温超伝導ジョセフソン素子の製造
方法。 - 【請求項５】 化学的エッチング法を用いた高温超伝導
ジョセフソン素子の製造方法において、ステップの傾斜
角を大きくするために、Ｐ／Ｒマスクの厚さを０．４μ
ｍ以下に薄く形成させることを特徴とする高温超伝導ジ
ョセフソン素子の製造方法。 - 【請求項６】 前記Ｐ／Ｒマスクの厚さが０．２５〜
０．３０μｍであることを特徴とする請求項５記載の高
温超伝導ジョセフソン素子の製造方法。 - 【請求項７】 化学的エッチング法を用いた高温超伝導
ジョセフソン素子の製造方法において、ステップの傾斜
角を大きくするために、ステップが形成されるべきであ
る部分を除いた残りの基板部分に厚さ約０．４μｍ以下
のＰ／Ｒマスクを形成させ、基板の表面を滑らかにする
ために、硫酸に対する燐酸の体積比が１０以上である溶
液に、前記マスクが形成された基板を浸漬させることを
特徴とする高温超伝導ジョセフソン素子の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| KR1019930025721A KR100264006B1 (ko) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 고온초전도 조셉슨소자의 제조방법 |
| KR199325721 | 1993-11-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0923029A true JPH0923029A (ja) | 1997-01-21 |
| JP2994560B2 JP2994560B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=19369275
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|---|---|---|---|
| JP6295312A Expired - Fee Related JP2994560B2 (ja) | 1993-11-29 | 1994-11-29 | 高温超伝導ジョセフソン素子の製造方法 |
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|---|---|
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| JP (1) | JP2994560B2 (ja) |
| KR (1) | KR100264006B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| FI111198B (fi) * | 1993-12-27 | 2003-06-13 | Sumitomo Electric Industries | Menetelmä portaan muodostamiseksi substraatin kasvatuspinnalle oksidisuprajohdetta käyttävää suprajohtavaa laitetta varten sekä menetelmä porrastyyppisen Josephson-liitoslaitteen valmistamiseksi |
| JP3392653B2 (ja) * | 1996-09-02 | 2003-03-31 | 財団法人国際超電導産業技術研究センター | 酸化物超電導体ジョセフソン接合素子及びその製造方法 |
| JP2002512732A (ja) * | 1997-02-03 | 2002-04-23 | ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニヴァーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク | 選択エッチング技術を用いた超伝導装置の形成 |
| DE19808778C2 (de) * | 1998-03-03 | 1999-12-09 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines ABO¶3¶-Substrates mit einer Stufe |
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| CN102738381A (zh) * | 2012-07-11 | 2012-10-17 | 南京大学 | 一种高温超导Josephson双晶结的制备方法 |
| KR102611656B1 (ko) * | 2016-08-30 | 2023-12-08 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0323684A (ja) * | 1989-06-20 | 1991-01-31 | Shimadzu Corp | ジョセフソン接合素子 |
| JPH0685337A (ja) * | 1992-09-02 | 1994-03-25 | Fuji Electric Co Ltd | 段差型ジョセフソン素子の製造方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6015055B2 (ja) * | 1976-09-06 | 1985-04-17 | 富士写真フイルム株式会社 | マスク画像の形成方法 |
| US4106975A (en) * | 1977-06-30 | 1978-08-15 | International Business Machines Corporation | Process for etching holes |
| US5196395A (en) * | 1991-03-04 | 1993-03-23 | Superconductor Technologies, Inc. | Method for producing crystallographic boundary junctions in oxide superconducting thin films |
| JPH05251771A (ja) * | 1991-12-02 | 1993-09-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 人工粒界型ジョセフソン接合素子およびその作製方法 |
| DE69403104T2 (de) * | 1993-02-15 | 1997-10-30 | Sumitomo Electric Industries | Verfahren zum Erzeugen einer strukturierten oxydsupraleitenden Dünnschicht |
-
1993
- 1993-11-29 KR KR1019930025721A patent/KR100264006B1/ko not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-11-28 US US08/345,179 patent/US5599465A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-11-29 EP EP94308812A patent/EP0655789B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-11-29 DE DE69408285T patent/DE69408285T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-11-29 JP JP6295312A patent/JP2994560B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JPH0323684A (ja) * | 1989-06-20 | 1991-01-31 | Shimadzu Corp | ジョセフソン接合素子 |
| JPH0685337A (ja) * | 1992-09-02 | 1994-03-25 | Fuji Electric Co Ltd | 段差型ジョセフソン素子の製造方法 |
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|---|---|
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| KR950015841A (ko) | 1995-06-17 |
| DE69408285T2 (de) | 1998-07-09 |
| EP0655789B1 (en) | 1998-01-28 |
| US5599465A (en) | 1997-02-04 |
| EP0655789A1 (en) | 1995-05-31 |
| KR100264006B1 (ko) | 2000-08-16 |
| DE69408285D1 (de) | 1998-03-05 |
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