JPH10112560A - 超電導薄膜およびその作製方法 - Google Patents
超電導薄膜およびその作製方法Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 成膜直後に特性の劣化が起こらず、また、特
性の経時変化も起こらない酸化物超電導体層を有する超
電導薄膜。 【解決手段】 酸化物超電導体層とこの酸化物超電導体
層の表面を被覆して保護する酸化物の保護層を有する。
性の経時変化も起こらない酸化物超電導体層を有する超
電導薄膜。 【解決手段】 酸化物超電導体層とこの酸化物超電導体
層の表面を被覆して保護する酸化物の保護層を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導薄膜に関す
る。より詳細には、表面に保護膜を有し、空気中で劣化
しない超電導薄膜およびその作製方法に関する。
る。より詳細には、表面に保護膜を有し、空気中で劣化
しない超電導薄膜およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超電導薄膜、特にＹ−Ba−Cu−Ｏ
系の酸化物超電導薄膜は、大気中の炭酸ガスや水蒸気に
より容易に分解し、その表層が分解してできたアモルフ
ァス層で、表面が覆われてしまう。このため、酸化物超
電導薄膜を使用して超電導素子を作製しても、作製した
素子が期待される特性を示さなかったり、酸化物超電導
薄膜自体の超電導性が失われてしまう事態が起こる。
系の酸化物超電導薄膜は、大気中の炭酸ガスや水蒸気に
より容易に分解し、その表層が分解してできたアモルフ
ァス層で、表面が覆われてしまう。このため、酸化物超
電導薄膜を使用して超電導素子を作製しても、作製した
素子が期待される特性を示さなかったり、酸化物超電導
薄膜自体の超電導性が失われてしまう事態が起こる。
【０００３】実用上極めて重要であると考えられている
超電導素子に、超電導電界効果型素子がある。超電導電
界効果型素子は、超電導電界効果トランジスタともいわ
れ、酸化物超電導体で形成された超電導チャネルを有
し、超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配置され
たゲート電極を備え、ゲート電極に印加された信号電圧
により超電導チャネルを流れる電流を制御する三端子素
子である。この素子は、電圧制御型の素子であって信号
の増幅作用があり、電流密度が大きい等、実用的な特性
を有する。
超電導素子に、超電導電界効果型素子がある。超電導電
界効果型素子は、超電導電界効果トランジスタともいわ
れ、酸化物超電導体で形成された超電導チャネルを有
し、超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配置され
たゲート電極を備え、ゲート電極に印加された信号電圧
により超電導チャネルを流れる電流を制御する三端子素
子である。この素子は、電圧制御型の素子であって信号
の増幅作用があり、電流密度が大きい等、実用的な特性
を有する。
【０００４】上記の超電導電界効果型素子は、厚さが５
nm程度の極めて薄い酸化物超電導薄膜で形成された超電
導チャネルを有する。このように、極めて薄い酸化物超
電導薄膜を有する素子では、上記のアモルファス層の生
成の結果、素子領域に相当する部分が消滅してしまうこ
とも起こる。これを抑制するには、素子作製の主要工程
を、超高真空中から取り出さずに実施するか、酸化物超
電導薄膜が露出する領域のすべてを保護膜で覆わなけれ
ばならない。素子の作製工程のすべてを真空中で実施す
ることは、不可能ではないが、工程の自由度を確保した
り、処理の容易性、あるいは、使用する材料の自由度等
の点から、真空の外や、他の処理装置において加工する
利点は多い。
nm程度の極めて薄い酸化物超電導薄膜で形成された超電
導チャネルを有する。このように、極めて薄い酸化物超
電導薄膜を有する素子では、上記のアモルファス層の生
成の結果、素子領域に相当する部分が消滅してしまうこ
とも起こる。これを抑制するには、素子作製の主要工程
を、超高真空中から取り出さずに実施するか、酸化物超
電導薄膜が露出する領域のすべてを保護膜で覆わなけれ
ばならない。素子の作製工程のすべてを真空中で実施す
ることは、不可能ではないが、工程の自由度を確保した
り、処理の容易性、あるいは、使用する材料の自由度等
の点から、真空の外や、他の処理装置において加工する
利点は多い。
【０００５】しかしながら、保護膜の材質・形成方法に
も、制限がある。まず、保護膜形成時に、下地の酸化物
超電導薄膜から酸素を奪ったり、構成元素の相互拡散を
起こさないことが、必要である。また、加工あるいは動
作時の温度差が大きいことから、機械的歪が存在しない
こと、熱膨張係数が酸化物超電導体に近いことも求めら
れる。
も、制限がある。まず、保護膜形成時に、下地の酸化物
超電導薄膜から酸素を奪ったり、構成元素の相互拡散を
起こさないことが、必要である。また、加工あるいは動
作時の温度差が大きいことから、機械的歪が存在しない
こと、熱膨張係数が酸化物超電導体に近いことも求めら
れる。
【０００６】この保護構造が、素子作製の中間段階でも
必要とされる場合には、上部の素子構造の作製を可能に
するため、酸化物超電導膜の結晶性を引き継ぎ、上層の
結晶成長を促すといった、結晶性・格子定数に関する要
求も発生する。この場合、加工性が新たな要求となる。
例えば、酸化物超電導膜と何らかの電気的接触をとるた
めには、形成後の薄膜を選択的に除去する必要もある。
この場合に、酸化物超電導膜上に異物を残さないこと、
選択比のとれる除去方法があること、フォトリソグラフ
ィ技術のようなパターニング技術が適用できること等が
必要となる。
必要とされる場合には、上部の素子構造の作製を可能に
するため、酸化物超電導膜の結晶性を引き継ぎ、上層の
結晶成長を促すといった、結晶性・格子定数に関する要
求も発生する。この場合、加工性が新たな要求となる。
例えば、酸化物超電導膜と何らかの電気的接触をとるた
めには、形成後の薄膜を選択的に除去する必要もある。
この場合に、酸化物超電導膜上に異物を残さないこと、
選択比のとれる除去方法があること、フォトリソグラフ
ィ技術のようなパターニング技術が適用できること等が
必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来、酸化物超電導薄
膜の表面保護は、特性の経時変化を抑えることに重点が
置かれていた。成膜直後に真空環境から取り出されて空
気に触れることにより起こる特性の劣化を抑制すること
に主眼をおいた保護膜について、議論されることは少な
かった。
膜の表面保護は、特性の経時変化を抑えることに重点が
置かれていた。成膜直後に真空環境から取り出されて空
気に触れることにより起こる特性の劣化を抑制すること
に主眼をおいた保護膜について、議論されることは少な
かった。
【０００８】また、従来は、酸化物超電導薄膜を成膜後
に真空環境から取り出し、異なる成膜装置において、保
護膜が形成されたり、大気中で形成される場合が多かっ
た。酸化シリコン膜の形成や樹脂層の形成がこれに当た
る。材料も半導体で活用されてきたものが、概ね転用さ
れてきた。従って、保護膜形成に先立つ酸化物超電導膜
の表面劣化は防止できず、保護膜との間にアモルファス
層を挟んだ構成になっているものが大半であった。
に真空環境から取り出し、異なる成膜装置において、保
護膜が形成されたり、大気中で形成される場合が多かっ
た。酸化シリコン膜の形成や樹脂層の形成がこれに当た
る。材料も半導体で活用されてきたものが、概ね転用さ
れてきた。従って、保護膜形成に先立つ酸化物超電導膜
の表面劣化は防止できず、保護膜との間にアモルファス
層を挟んだ構成になっているものが大半であった。
【０００９】そこで本発明の目的は、上記従来技術の問
題点を解決した保護膜を有する酸化物超電導薄膜および
その作製方法を提供することにある。
題点を解決した保護膜を有する酸化物超電導薄膜および
その作製方法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、酸化物
超電導体層とこの酸化物超電導体層の表面を被覆して保
護する酸化物の保護層を有することを特徴とする超電導
薄膜が提供される。本発明では、上記保護層が、SrTiＯ
3、BaxSr1-xTiＯ3およびBaTiＯ3 のいずれか１種の酸化
物で形成されているか、２種以上の酸化物の層の積層膜
で形成されていることが好ましい。また、上記保護層
が、BaxSr1-xTiＯ3 （ただし０≦ｘ≦１でｘは酸化物超
電導薄膜に接する側が大きく、酸化物超電導薄膜から離
れるに従って連続的に小さくなる）である酸化物で形成
されていることも好ましい。
超電導体層とこの酸化物超電導体層の表面を被覆して保
護する酸化物の保護層を有することを特徴とする超電導
薄膜が提供される。本発明では、上記保護層が、SrTiＯ
3、BaxSr1-xTiＯ3およびBaTiＯ3 のいずれか１種の酸化
物で形成されているか、２種以上の酸化物の層の積層膜
で形成されていることが好ましい。また、上記保護層
が、BaxSr1-xTiＯ3 （ただし０≦ｘ≦１でｘは酸化物超
電導薄膜に接する側が大きく、酸化物超電導薄膜から離
れるに従って連続的に小さくなる）である酸化物で形成
されていることも好ましい。
【００１１】また、本発明によれば、上記保護層上に金
属層を有し、保護層がこの金属層の金属と合金を形成し
ており、金属層と酸化物超電導体層とが保護層により電
気的に接続されている超電導薄膜も提供される。
属層を有し、保護層がこの金属層の金属と合金を形成し
ており、金属層と酸化物超電導体層とが保護層により電
気的に接続されている超電導薄膜も提供される。
【００１２】本発明の超電導薄膜は、超電導素子に使用
され、保護層が超電導素子の構成の一部になっているこ
とが好ましい。この場合、下層が酸化物超電導体の層
で、上層が該酸化物超電導体以外の酸化物の層である積
層膜を有する超電導素子において、上層が酸化物超電導
体の層を保護する機能を有する。より具体的には、例え
ば、超電導電界効果型素子で、上記積層膜が超電導電界
効果型素子の超電導チャネルとゲート絶縁膜を構成する
場合が考えられる。
され、保護層が超電導素子の構成の一部になっているこ
とが好ましい。この場合、下層が酸化物超電導体の層
で、上層が該酸化物超電導体以外の酸化物の層である積
層膜を有する超電導素子において、上層が酸化物超電導
体の層を保護する機能を有する。より具体的には、例え
ば、超電導電界効果型素子で、上記積層膜が超電導電界
効果型素子の超電導チャネルとゲート絶縁膜を構成する
場合が考えられる。
【００１３】本発明に従うと、上記本発明の超電導薄膜
を作製する方法として、酸化物超電導薄膜を成膜後、同
一の成膜装置で真空環境を維持したまま酸化物薄膜を連
続して酸化物超電導薄膜上に成膜することを特徴とする
方法が提供される。この本発明の方法で作製された本発
明の超電導薄膜は、酸化物超電導薄膜表面が分解してで
きたアモルファス層が保護層の酸化物薄膜との間に存在
することがなく、酸化物超電導薄膜表面に直接酸化物薄
膜が接している。
を作製する方法として、酸化物超電導薄膜を成膜後、同
一の成膜装置で真空環境を維持したまま酸化物薄膜を連
続して酸化物超電導薄膜上に成膜することを特徴とする
方法が提供される。この本発明の方法で作製された本発
明の超電導薄膜は、酸化物超電導薄膜表面が分解してで
きたアモルファス層が保護層の酸化物薄膜との間に存在
することがなく、酸化物超電導薄膜表面に直接酸化物薄
膜が接している。
【００１４】また、本発明の超電導薄膜は、保護層上に
金属層を有し、保護層がこの金属層の金属と合金を形成
しており、金属層と酸化物超電導体層とが保護層により
電気的に接続されていることが好ましい。この超電導薄
膜は、基板上に酸化物超電導薄膜を成膜後、同一の成膜
装置で真空環境を維持したまま酸化物薄膜を連続して酸
化物超電導薄膜上に成膜し、酸化物薄膜上に基板を加熱
しながら金属層を形成し、酸化物薄膜と合金化させるこ
とに作製することが好ましい。また、金属層を形成した
直後にその場で基板を加熱して酸化物薄膜と合金化させ
てもよい。さらに、このようにして形成した金属層を有
する積層膜を、ランプ加熱、レーザ加熱、加熱炉等を使
用して加熱し、さらに合金化を促進させてもよい。
金属層を有し、保護層がこの金属層の金属と合金を形成
しており、金属層と酸化物超電導体層とが保護層により
電気的に接続されていることが好ましい。この超電導薄
膜は、基板上に酸化物超電導薄膜を成膜後、同一の成膜
装置で真空環境を維持したまま酸化物薄膜を連続して酸
化物超電導薄膜上に成膜し、酸化物薄膜上に基板を加熱
しながら金属層を形成し、酸化物薄膜と合金化させるこ
とに作製することが好ましい。また、金属層を形成した
直後にその場で基板を加熱して酸化物薄膜と合金化させ
てもよい。さらに、このようにして形成した金属層を有
する積層膜を、ランプ加熱、レーザ加熱、加熱炉等を使
用して加熱し、さらに合金化を促進させてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の超電導薄膜は、表面を酸
化物の保護層により被覆、保護された酸化物超電導体層
で主に構成されている。この酸化物の保護層により、酸
化物超電導体層が大気中の水蒸気、炭酸ガス等と接触せ
ず、これらによって分解されることを防止する。本発明
では、酸化物超電導体は、いわゆるＹ−Ba−Cu−Ｏ系
（この場合、Ｙはランタノイド元素でもよい）、Bi−Sr
−Ca−Cu−Ｏ系（Pb等を含むことがある）、Tl−Ba−Ca
−Cu−Ｏ系のいずれでもよい。この酸化物の保護層は、
酸化物超電導体層の形成後、同一の成膜装置で真空環境
を維持したまま連続して酸化物超電導体層上に形成され
ることが好ましい。真空環境を維持するという意味は、
成膜装置の圧力をできるだけ維持することであり、保護
層形成に要求される圧力が、酸化物超電導体層形成の際
の圧力と等しければ、それを維持することである。ま
た、両者が異なる場合でも、酸化物超電導体層形成の際
の圧力から、直ちに保護層形成の圧力に変更すること
で、その途中で余計な圧力の変更を行わないということ
である。このように保護層を形成することにより、酸化
物超電導体表面が分解してできたアモルファス層が、酸
化物超電導体層・保護層間に存在することがない。すな
わち、酸化物超電導体層は形成直後の状態のまま保護層
に被覆され、寸法、特性が保持される。
化物の保護層により被覆、保護された酸化物超電導体層
で主に構成されている。この酸化物の保護層により、酸
化物超電導体層が大気中の水蒸気、炭酸ガス等と接触せ
ず、これらによって分解されることを防止する。本発明
では、酸化物超電導体は、いわゆるＹ−Ba−Cu−Ｏ系
（この場合、Ｙはランタノイド元素でもよい）、Bi−Sr
−Ca−Cu−Ｏ系（Pb等を含むことがある）、Tl−Ba−Ca
−Cu−Ｏ系のいずれでもよい。この酸化物の保護層は、
酸化物超電導体層の形成後、同一の成膜装置で真空環境
を維持したまま連続して酸化物超電導体層上に形成され
ることが好ましい。真空環境を維持するという意味は、
成膜装置の圧力をできるだけ維持することであり、保護
層形成に要求される圧力が、酸化物超電導体層形成の際
の圧力と等しければ、それを維持することである。ま
た、両者が異なる場合でも、酸化物超電導体層形成の際
の圧力から、直ちに保護層形成の圧力に変更すること
で、その途中で余計な圧力の変更を行わないということ
である。このように保護層を形成することにより、酸化
物超電導体表面が分解してできたアモルファス層が、酸
化物超電導体層・保護層間に存在することがない。すな
わち、酸化物超電導体層は形成直後の状態のまま保護層
に被覆され、寸法、特性が保持される。
【００１６】本発明の超電導薄膜において、保護層はSr
TiＯ3、BaxSr1-xTiＯ3およびBaTiＯ3のいずれか１種の
酸化物か、２種以上の酸化物の層の積層膜か、またはBa
xSr1-xTiＯ3（ただし０≦ｘ≦１でｘは酸化物超電導薄
膜に接する側が大きく、酸化物超電導薄膜から離れるに
従って連続的に小さくなる）である組成の酸化物で形成
されていることが好ましい。これらの酸化物は、いずれ
も酸化物超電導体と格子定数が近く、また酸化物超電導
体を劣化させることがないからである。また、保護層
は、数nmの厚さでその保護効果は十分である。しかしな
がら、後述するよう保護層に他の機能を持たせる場合
は、後加工の有無、酸化物超電導体層との間の相互拡散
の抑制等からその厚さが決定される。通常は、１〜100
nmが好ましい。
TiＯ3、BaxSr1-xTiＯ3およびBaTiＯ3のいずれか１種の
酸化物か、２種以上の酸化物の層の積層膜か、またはBa
xSr1-xTiＯ3（ただし０≦ｘ≦１でｘは酸化物超電導薄
膜に接する側が大きく、酸化物超電導薄膜から離れるに
従って連続的に小さくなる）である組成の酸化物で形成
されていることが好ましい。これらの酸化物は、いずれ
も酸化物超電導体と格子定数が近く、また酸化物超電導
体を劣化させることがないからである。また、保護層
は、数nmの厚さでその保護効果は十分である。しかしな
がら、後述するよう保護層に他の機能を持たせる場合
は、後加工の有無、酸化物超電導体層との間の相互拡散
の抑制等からその厚さが決定される。通常は、１〜100
nmが好ましい。
【００１７】本発明の超電導薄膜は、超電導素子に使用
されて各層がそれぞれ超電導素子を構成する要素となる
ことが好ましい。例えば、酸化物超電導体層が超電導電
界効果型素子の超電導チャネルとなり、保護層がゲート
絶縁膜となる構成であってもよい。また、トンネル型ジ
ョセフソン素子の超電導電極と絶縁体層となる構成でも
よい。
されて各層がそれぞれ超電導素子を構成する要素となる
ことが好ましい。例えば、酸化物超電導体層が超電導電
界効果型素子の超電導チャネルとなり、保護層がゲート
絶縁膜となる構成であってもよい。また、トンネル型ジ
ョセフソン素子の超電導電極と絶縁体層となる構成でも
よい。
【００１８】本発明の超電導薄膜は、保護層上に金属層
を有し、保護層がこの金属層の金属と合金を形成してお
り、金属層と酸化物超電導体層とが保護層により電気的
に接続されていてもよい。この場合、金属層はいわゆる
オーミック電極となり、酸化物超電導体層と外部とを電
気的に接続する。この場合も、保護層は数nmの厚さで酸
化物超電導体層を十分保護し、また、この厚さで酸化物
超電導体層との間で電気的な接触が十分得られる。この
構成において、保護層はSrTiＯ3が好ましく、金属層はT
i、Nb、Ni、Ag、Au等が好ましい。これらの金属はSrTi
Ｏ3と合金を形成しやすいからである。
を有し、保護層がこの金属層の金属と合金を形成してお
り、金属層と酸化物超電導体層とが保護層により電気的
に接続されていてもよい。この場合、金属層はいわゆる
オーミック電極となり、酸化物超電導体層と外部とを電
気的に接続する。この場合も、保護層は数nmの厚さで酸
化物超電導体層を十分保護し、また、この厚さで酸化物
超電導体層との間で電気的な接触が十分得られる。この
構成において、保護層はSrTiＯ3が好ましく、金属層はT
i、Nb、Ni、Ag、Au等が好ましい。これらの金属はSrTi
Ｏ3と合金を形成しやすいからである。
【００１９】この保護層が金属層と合金を形成している
本発明の超電導薄膜を作製するには、上述の連続成膜に
より酸化物超電導体層および保護層を形成した後、保護
層上に金属層を例えば基板を加熱しながら形成する。こ
の加熱は、合金化を促進するためである。この加熱処理
は、金属層を形成直後にその場で行ってもよい。金属層
は、既に保護層上に形成するので、酸化物超電導体層、
保護層とは異なる装置で形成することができる。また、
合金化をさらに促進するために、金属層を形成後、ラン
プアニール、レーザアニール、加熱炉による加熱等を行
ってもよい。
本発明の超電導薄膜を作製するには、上述の連続成膜に
より酸化物超電導体層および保護層を形成した後、保護
層上に金属層を例えば基板を加熱しながら形成する。こ
の加熱は、合金化を促進するためである。この加熱処理
は、金属層を形成直後にその場で行ってもよい。金属層
は、既に保護層上に形成するので、酸化物超電導体層、
保護層とは異なる装置で形成することができる。また、
合金化をさらに促進するために、金属層を形成後、ラン
プアニール、レーザアニール、加熱炉による加熱等を行
ってもよい。
【００２０】
【実施例１】本発明の方法で本発明の超電導薄膜をSrTi
Ｏ3（１００）基板上に作製し、保護膜を持たない従来
の酸化物超電導薄膜と特性の経時変化を比較した。成膜
条件を以下に示す。
Ｏ3（１００）基板上に作製し、保護膜を持たない従来
の酸化物超電導薄膜と特性の経時変化を比較した。成膜
条件を以下に示す。
【００２１】
【表１】 酸化物超電導体層 成膜法 パルスレーザ蒸着法 （Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X） 酸素圧 0.3 Torr 基板温度 690 ℃ 成膜時間 1 分 膜厚 11nm 保護層 成膜法 パルスレーザ蒸着法 （SrTiＯ3） 酸素圧 0.03Torr 基板温度 600 ℃ 成膜時間 3 秒 膜厚 3 nm
【００２２】次に、それぞれの試料を三分割し、作製直
後、１日後、４日後の臨界温度をAg電極を使用し、四端
子法で測定した。結果を図１および図２に示す。図１
は、本発明の超電導薄膜の臨界温度の測定結果であり、
図２は保護層を持たない従来の酸化物超電導薄膜の臨界
温度の測定結果である。、、はそれぞれ作製直
後、１日後、４日後を示す。図１および図２からわかる
よう。本発明の超電導薄膜の臨界温度は、作製直後に6
9.5Ｋで、１日後65.2Ｋ、４日後65.4Ｋとほとんど変化
がなかった。それに対し、従来の酸化物超電導薄膜は、
作製直後47.1Ｋ、１日後26.3Ｋ、４日後超電導転移せず
（16Ｋで３Ω）と、臨界温度が時間とともに大幅に低下
した。
後、１日後、４日後の臨界温度をAg電極を使用し、四端
子法で測定した。結果を図１および図２に示す。図１
は、本発明の超電導薄膜の臨界温度の測定結果であり、
図２は保護層を持たない従来の酸化物超電導薄膜の臨界
温度の測定結果である。、、はそれぞれ作製直
後、１日後、４日後を示す。図１および図２からわかる
よう。本発明の超電導薄膜の臨界温度は、作製直後に6
9.5Ｋで、１日後65.2Ｋ、４日後65.4Ｋとほとんど変化
がなかった。それに対し、従来の酸化物超電導薄膜は、
作製直後47.1Ｋ、１日後26.3Ｋ、４日後超電導転移せず
（16Ｋで３Ω）と、臨界温度が時間とともに大幅に低下
した。
【００２３】この様に、保護層を形成することで、酸化
物超電導体層を超高真空から取り出しても、その特性劣
化を抑えられる上、その経時変化をも防ぐことができ
る。
物超電導体層を超高真空から取り出しても、その特性劣
化を抑えられる上、その経時変化をも防ぐことができ
る。
【００２４】
【実施例２】異なる材料を用いて本発明の方法で本発明
の超電導薄膜を作製し、特性の経時変化を検証した。基
板は実施例１と同じくSrTiＯ3（１００）基板を用い
た。成膜条件を以下に示す。
の超電導薄膜を作製し、特性の経時変化を検証した。基
板は実施例１と同じくSrTiＯ3（１００）基板を用い
た。成膜条件を以下に示す。
【００２５】
【表２】 酸化物超電導体層 成膜法 パルスレーザ蒸着法 （Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X） 酸素圧 0.3 Torr 基板温度 690 ℃ 成膜時間 1 分 膜厚 11nm 保護層 成膜法 パルスレーザ蒸着法 （Ba0.5Sr0.5TiＯ3) 酸素圧 0.03Torr 基板温度 600 ℃ 成膜時間 3 秒 膜厚 3 nm
【００２６】次に、それぞれの試料を二分割し、作製直
後および７日後の臨界温度をAg電極を使用し、四端子法
で測定した。その結果、上記本発明の超電導薄膜の臨界
温度は、作製直後に73.2Ｋで、７日後に73Ｋとほとんど
変化がなかった。本発明の超電導薄膜は保護層により、
その特性劣化が抑えられ、特性の経時変化をも防止され
ている。
後および７日後の臨界温度をAg電極を使用し、四端子法
で測定した。その結果、上記本発明の超電導薄膜の臨界
温度は、作製直後に73.2Ｋで、７日後に73Ｋとほとんど
変化がなかった。本発明の超電導薄膜は保護層により、
その特性劣化が抑えられ、特性の経時変化をも防止され
ている。
【００２７】
【実施例３】SrTiＯ3（１００）基板上に酸化物超電導
体層をＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X 酸化物超電導体で、保護層をSrT
iＯ3で形成し、その上にTi層による電極を形成し、保護
層と合金化し、Ti層と酸化物超電導体層とを電気的に接
続した。酸化物超電導体層の厚さは33nmで、実施例１と
同様の条件のパルスレーザ蒸着法で成膜した。また、Sr
TiＯ3層も実施例１と同様の条件のパルスレーザ蒸着法
で厚さ11nmに成膜した。Ti層は以下の条件で形成した。
体層をＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X 酸化物超電導体で、保護層をSrT
iＯ3で形成し、その上にTi層による電極を形成し、保護
層と合金化し、Ti層と酸化物超電導体層とを電気的に接
続した。酸化物超電導体層の厚さは33nmで、実施例１と
同様の条件のパルスレーザ蒸着法で成膜した。また、Sr
TiＯ3層も実施例１と同様の条件のパルスレーザ蒸着法
で厚さ11nmに成膜した。Ti層は以下の条件で形成した。
【００２８】
【表３】 電極膜 材料 Ｔｉ 成膜法 加熱蒸着法 成膜温度 室温 成膜時間 20分 膜厚 150nm 接触抵抗 15.8Ωcm2
【００２９】次に、接触抵抗を更に下げるため、合金化
処理を促進する処理を行った。処理条件を以下に示す。
処理を促進する処理を行った。処理条件を以下に示す。
【００３０】
【表４】 電極膜 加熱方法 ランプアニール法 加熱処理時間 １分 加熱雰囲気 真空雰囲気 接触抵抗 10-3Ωcm2
【００３１】上記本発明の電極は、保護層上から作製さ
れ、直接酸化物超電導体層に接触することがないので酸
化物超電導体層の劣化を起こさない。また、いわゆる窓
開けをする過程が省略できる。さらに、電極材料を選択
的に形成する一般的な方法、例えば、選択的エッチング
法、リフトオフ法、メタルマスク等任意の方法を使用で
きるので、段差の影響もなく高い精度で電極を形成する
ことができる。
れ、直接酸化物超電導体層に接触することがないので酸
化物超電導体層の劣化を起こさない。また、いわゆる窓
開けをする過程が省略できる。さらに、電極材料を選択
的に形成する一般的な方法、例えば、選択的エッチング
法、リフトオフ法、メタルマスク等任意の方法を使用で
きるので、段差の影響もなく高い精度で電極を形成する
ことができる。
【００３２】
【実施例４】ＭＢＥ法で本発明の超電導薄膜をSrTiＯ3
（１００）基板上に作製し、特性の経時変化を測定し
た。成膜条件を以下に示す：
（１００）基板上に作製し、特性の経時変化を測定し
た。成膜条件を以下に示す：
【００３３】
【表５】 酸化物超電導体層 成膜法 ＭＢＥ法 （Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X） 圧力（Ｏ3） 5 ×10-5Torr（基板周辺） 基板温度 700 ℃ 成膜時間 20 分 膜厚 10 nm 保護層 成膜法 ＭＢＥ法 （SrTiＯ3） 圧力（Ｏ3） 5 ×10-5Torr（基板周辺） 基板温度 500 ℃ 成膜時間 3 分 膜厚 3 nm
【００３４】上記本発明の超電導薄膜の試料を三分割
し、作製直後、１日後、４日後の臨界温度をAg電極を使
用し、四端子法で測定した。上記本発明の超電導薄膜の
臨界温度は、作製直後に73.8Ｋで、１日後73.5Ｋ、４日
後73.7Ｋとほとんど変化がなかった。
し、作製直後、１日後、４日後の臨界温度をAg電極を使
用し、四端子法で測定した。上記本発明の超電導薄膜の
臨界温度は、作製直後に73.8Ｋで、１日後73.5Ｋ、４日
後73.7Ｋとほとんど変化がなかった。
【００３５】
【実施例５】ＭＢＥ法で作製した本発明の超電導薄膜を
使用して超電導電界効果型素子のゲート構造を作製し
た。図３を参照してその工程を説明する。まず、図３
(a)に示すようSrTiＯ3（１００）基板５上にＹ1Ba2Cu3
Ｏ7-X 酸化物超電導薄膜１をＭＢＥ法で成膜した。成膜
条件を以下に示す：
使用して超電導電界効果型素子のゲート構造を作製し
た。図３を参照してその工程を説明する。まず、図３
(a)に示すようSrTiＯ3（１００）基板５上にＹ1Ba2Cu3
Ｏ7-X 酸化物超電導薄膜１をＭＢＥ法で成膜した。成膜
条件を以下に示す：
【表６】 酸化物超電導体層 成膜法 ＭＢＥ法 （Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X） 圧力（Ｏ3） 5 ×10-5Torr（基板周辺） 基板温度 700 ℃ 成膜時間 10 分 膜厚 5 nm
【００３６】次に、図３(b)に示すよう、基板５をＭＢ
Ｅ装置から動かさず、SrTiＯ3保護層50を連続してＭＢ
Ｅ法によりＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１上に成膜
した。成膜条件を以下に示す： 保護層 成膜法 ＭＢＥ法 （SrTiＯ3） 圧力（Ｏ3） 5 ×10-5Torr（基板周辺） 基板温度 500 ℃ 成膜時間 3 分 膜厚 3 nm
Ｅ装置から動かさず、SrTiＯ3保護層50を連続してＭＢ
Ｅ法によりＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１上に成膜
した。成膜条件を以下に示す： 保護層 成膜法 ＭＢＥ法 （SrTiＯ3） 圧力（Ｏ3） 5 ×10-5Torr（基板周辺） 基板温度 500 ℃ 成膜時間 3 分 膜厚 3 nm
【００３７】続いて上記の保護層上に、図３(c)に示す
よう実施例１と等しい条件のパルスレーザ蒸着法で厚さ
400 nmのSrTiＯ3薄膜51を積層した。次に、図３(d)に示
すよう、SrTiＯ3膜51上の一部にフォトレジスト膜６を
形成した。フォトレジスト膜６をマスクとして、図３
(e)に示すよう、ArイオンミリングでSrTiＯ3膜51および
酸化物超電導薄膜１を基板５が露出するまでエッチング
して、ゲート絶縁層52および超電導チャネル10を作製し
た。
よう実施例１と等しい条件のパルスレーザ蒸着法で厚さ
400 nmのSrTiＯ3薄膜51を積層した。次に、図３(d)に示
すよう、SrTiＯ3膜51上の一部にフォトレジスト膜６を
形成した。フォトレジスト膜６をマスクとして、図３
(e)に示すよう、ArイオンミリングでSrTiＯ3膜51および
酸化物超電導薄膜１を基板５が露出するまでエッチング
して、ゲート絶縁層52および超電導チャネル10を作製し
た。
【００３８】図３(f)に示すよう、基板５の露出した部
分上にCeＯ2膜８を室温で成膜し、フォトレジスト膜上
の部分をリフトオフ法により除去した。最後に、図３
(g)に示すよう、ゲート電極４を蒸着法でゲート絶縁層5
2上にAgを使用して形成し、超電導電界効果型素子のゲ
ート構造が完成した。
分上にCeＯ2膜８を室温で成膜し、フォトレジスト膜上
の部分をリフトオフ法により除去した。最後に、図３
(g)に示すよう、ゲート電極４を蒸着法でゲート絶縁層5
2上にAgを使用して形成し、超電導電界効果型素子のゲ
ート構造が完成した。
【００３９】上記のゲート構造の超電導薄膜の臨界温度
を、SrTiＯ3膜51成膜直後と、ゲート構造作製後にそれ
ぞれAg電極を使用し、四端子法で測定した。上記本発明
の超電導薄膜の臨界温度は、作製直後に71.4Ｋで、加工
後に66.7Ｋであり、臨界温度の劣化は５Ｋ以下に抑えら
れた。また、超電導チャネル10の両端に接してソース電
極およびドレイン電極を設け、超電導電界効果型素子の
特性を測定した。
を、SrTiＯ3膜51成膜直後と、ゲート構造作製後にそれ
ぞれAg電極を使用し、四端子法で測定した。上記本発明
の超電導薄膜の臨界温度は、作製直後に71.4Ｋで、加工
後に66.7Ｋであり、臨界温度の劣化は５Ｋ以下に抑えら
れた。また、超電導チャネル10の両端に接してソース電
極およびドレイン電極を設け、超電導電界効果型素子の
特性を測定した。
【００４０】図４に、素子のドレイン電流−電圧特性の
ゲート電圧依存性を示す。上記超電導電界効果型素子で
は、超電導電流の変調度は正極性で５％、負極性で10％
であった。また、図５に、トランスコンダクタンス（伝
達コンダクタンス）ｇm の値を規格化した温度の関数で
表して他の素子構造と比較したものを示す。上記本発明
の方法で作製された本発明の超電導薄膜を有する超電導
電界効果型素子は、最も優れた値を示した。
ゲート電圧依存性を示す。上記超電導電界効果型素子で
は、超電導電流の変調度は正極性で５％、負極性で10％
であった。また、図５に、トランスコンダクタンス（伝
達コンダクタンス）ｇm の値を規格化した温度の関数で
表して他の素子構造と比較したものを示す。上記本発明
の方法で作製された本発明の超電導薄膜を有する超電導
電界効果型素子は、最も優れた値を示した。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従えば保
護層で被覆され、保護された酸化物超電導体層を有する
超電導薄膜が提供される。本発明の超電導薄膜は、超電
導素子に使用され、その保護層および酸化物超電導体層
の両方が超電導素子を構成する要素となる。また、保護
層上に金属層を配置し、保護層と合金を形成することに
より、金属層を酸化物超電導体層と電気的に接続された
電極とすることができる。
護層で被覆され、保護された酸化物超電導体層を有する
超電導薄膜が提供される。本発明の超電導薄膜は、超電
導素子に使用され、その保護層および酸化物超電導体層
の両方が超電導素子を構成する要素となる。また、保護
層上に金属層を配置し、保護層と合金を形成することに
より、金属層を酸化物超電導体層と電気的に接続された
電極とすることができる。
【図１】 本発明の超電導薄膜の臨界温度の変化を示す
グラフである。
グラフである。
【図２】 従来の酸化物超電導薄膜の臨界温度の変化を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図３】 本発明の超電導薄膜を使用して超電導電界効
果型素子のゲート構造を作製する工程を説明する断面図
である。
果型素子のゲート構造を作製する工程を説明する断面図
である。
【図４】 本発明の超電導薄膜を使用した超電導電界効
果型素子のドレイン電流−電圧特性のゲート電圧依存性
を示すグラフである。
果型素子のドレイン電流−電圧特性のゲート電圧依存性
を示すグラフである。
【図５】 本発明の超電導薄膜を使用した超電導電界効
果型素子のトランスコンダクタンス（伝達コンダクタン
ス）ｇm の値を規格化した温度の関数で表して他の素子
構造と比較した図である。
果型素子のトランスコンダクタンス（伝達コンダクタン
ス）ｇm の値を規格化した温度の関数で表して他の素子
構造と比較した図である。
１ 酸化物超電導薄膜 ２ 保護層 ４ ゲート電極 ５ 基板 ６ フォトレジスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｂ 13/00 ５６５ Ｈ０１Ｂ 13/00 ５６５Ｄ Ｈ０１Ｌ 39/22 ＺＡＡ Ｈ０１Ｌ 39/22 ＺＡＡＧ
Claims (10)
- 【請求項１】 酸化物超電導体層とこの酸化物超電導体
層の表面を被覆して保護する酸化物の保護層を有するこ
とを特徴とする超電導薄膜。 - 【請求項２】 前記保護層が、SrTiＯ3、BaxSr1-xTiＯ
3 およびBaTiＯ3のいずれか１種の酸化物で形成されて
いることを特徴とする請求項１に記載の超電導薄膜。 - 【請求項３】 前記保護層が、SrTiＯ3、BaxSr1-xTiＯ
3 およびBaTiＯ3の中の２種以上の酸化物の層の積層膜
で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超
電導薄膜。 - 【請求項４】 前記保護層が、BaxSr1-xTiＯ3 （ただし
０≦ｘ≦１でｘは酸化物超電導薄膜に接する側が大き
く、酸化物超電導薄膜から離れるに従って連続的に小さ
くなる）である酸化物で形成されていることを特徴とす
る請求項１に記載の超電導薄膜。 - 【請求項５】 前記保護層上に金属層を有し、保護層が
この金属層の金属と合金を形成しており、金属層と酸化
物超電導体層とが保護層により電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の
超電導薄膜。 - 【請求項６】 下層が酸化物超電導体の層で、上層が該
酸化物超電導体以外の酸化物の層である積層膜を有する
超電導素子において、上層が酸化物超電導体の層を保護
する機能を有することを特徴とする超電導素子。 - 【請求項７】 前記超電導素子が超電導電界効果型素子
であり、前記積層膜が超電導電界効果型素子の超電導チ
ャネルとゲート絶縁膜を構成することを特徴とする請求
項６に記載の超電導素子。 - 【請求項８】 酸化物超電導体層とこの酸化物超電導体
層の表面を被覆して保護する酸化物の保護層を有する超
電導薄膜を作製する方法において、酸化物超電導薄膜を
成膜後、同一の成膜装置で真空環境を維持したまま酸化
物薄膜を連続して酸化物超電導薄膜上に成膜することを
特徴とする方法。 - 【請求項９】 酸化物超電導体層と、この酸化物超電導
体層の表面を被覆して保護する酸化物の保護層と、保護
層上に配置されて保護層を介して酸化物超電導体層と電
気的に接続されている金属層とを有する超電導構造体を
作製する方法において、酸化物超電導薄膜を成膜後、同
一の成膜装置で真空環境を維持したまま酸化物薄膜を連
続して酸化物超電導薄膜上に成膜し、酸化物薄膜上に加
熱しながら金属層を形成し、酸化物薄膜と合金化させる
ことを特徴とする方法。 - 【請求項10】 酸化物超電導体層と、この酸化物超電導
体層の表面を被覆して保護する酸化物の保護層と、保護
層上に配置されて保護層を介して酸化物超電導体層と電
気的に接続されている金属層とを有する超電導構造体を
作製する方法において、酸化物超電導薄膜を成膜後、同
一の成膜装置で真空環境を維持したまま酸化物薄膜を連
続して酸化物超電導薄膜上に成膜し、酸化物薄膜上に金
属層を形成し、金属層を形成後加熱して酸化物薄膜と合
金化させることを特徴とする方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9231813A JP3028793B2 (ja) | 1996-08-13 | 1997-08-13 | 超電導薄膜およびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-231517 | 1996-08-13 | ||
| JP23151796 | 1996-08-13 | ||
| JP9231813A JP3028793B2 (ja) | 1996-08-13 | 1997-08-13 | 超電導薄膜およびその作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10112560A true JPH10112560A (ja) | 1998-04-28 |
| JP3028793B2 JP3028793B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=26529923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9231813A Expired - Lifetime JP3028793B2 (ja) | 1996-08-13 | 1997-08-13 | 超電導薄膜およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3028793B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007227946A (ja) * | 2007-03-26 | 2007-09-06 | Fujitsu Ltd | 高温超伝導デバイスの製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7668891B2 (en) | 2005-08-09 | 2010-02-23 | Agilent Technologies, Inc. | Adjustable time accumulator |
-
1997
- 1997-08-13 JP JP9231813A patent/JP3028793B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007227946A (ja) * | 2007-03-26 | 2007-09-06 | Fujitsu Ltd | 高温超伝導デバイスの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3028793B2 (ja) | 2000-04-04 |
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