JPH1084141A - 酸化物超電導体装置 - Google Patents
酸化物超電導体装置Info
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- JPH1084141A JPH1084141A JP8236384A JP23638496A JPH1084141A JP H1084141 A JPH1084141 A JP H1084141A JP 8236384 A JP8236384 A JP 8236384A JP 23638496 A JP23638496 A JP 23638496A JP H1084141 A JPH1084141 A JP H1084141A
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- Japan
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- oxide superconductor
- oxide
- yba
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】表面の凹凸が厚膜でも極めて少ない平担な基板
が得られ、膜質劣化が少なく、かつ各種の接合構造が信
頼性よく実現できる酸化物超電導体基板が得られるこ
と。 【解決手段】（１１０）酸化物超電導体単結晶基板上に
ホモエピタキシャル薄膜を形成し、それを基板として用
い、その基板上に酸化物絶縁体や酸化物超電導体をヘテ
ロエピする。これにより、ヘテロエピでは実現できなか
ったＳＩＳ構造や平担な超電導グランドプレーン構造を
提供する。
が得られ、膜質劣化が少なく、かつ各種の接合構造が信
頼性よく実現できる酸化物超電導体基板が得られるこ
と。 【解決手段】（１１０）酸化物超電導体単結晶基板上に
ホモエピタキシャル薄膜を形成し、それを基板として用
い、その基板上に酸化物絶縁体や酸化物超電導体をヘテ
ロエピする。これにより、ヘテロエピでは実現できなか
ったＳＩＳ構造や平担な超電導グランドプレーン構造を
提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物超電導体の
基板技術およびその素子応用技術に関するもので、特に
表面の凹凸が膜厚において極めて少ない、平担でかつ膜
質劣化の少ない酸化物超電導体基板を実現できる酸化物
超電導体装置に関するものである。
基板技術およびその素子応用技術に関するもので、特に
表面の凹凸が膜厚において極めて少ない、平担でかつ膜
質劣化の少ない酸化物超電導体基板を実現できる酸化物
超電導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超電導体の素子応用を考える場
合、その基本が薄膜技術であることは半導体技術の場合
と同じである。酸化物超電導体の薄膜技術としては、基
板材料と薄膜材料が異なる物質である場合（以後、ヘテ
ロエピと呼ぶ）が主たる研究対象であり、例えばＳＱＵ
ＩＤやフィルター等の実際の商品にも応用されてきた。
しかしながら、ヘテロエピの場合、次のような問題があ
る。 （１）基板と薄膜の格子定数の違いにより、原子間に強
い応力が発生するため、バルク材料に比べて超電導転移
温度Ｔｃが劣化する。しかも、薄膜を薄くすると、急速
に超電導転移温度Ｔｃが劣化し、逆に薄膜を厚くするこ
とでも超電導転移温度Ｔｃをバルクの値にすることは難
しい。 （２）表面の凹凸が大きくなり易く（例えば、膜厚３０
０ｎｍで２０ｎｍの凹凸が発生する（例えば、Ｍ．Ｎan
toh他6名による『Ｐhysica Ｃ 242巻』277ページ、199
5年刊参照)、実用的な表面の凹凸にするためには、膜厚
を大略１０ｎｍから２０ｎｍ程度にすることが必要であ
る。 （３）基板の転移やクラックの影響を大きく受けてしま
う。特に、表面の凹凸を小さくしようとして、膜厚を薄
くすると、格子定数の違いに由来するストレスや転移、
クラック等の影響を強く受けるため、膜質が大幅に劣化
するという問題があった。さらに、超電導体のグランド
プレーンを形成する場合、この表面凹凸の大きさのため
に、グランドプレーン上に形成した、絶縁膜とその上の
酸化物超電導体が大幅に劣化するという問題があった。
また、酸化物超電導体自身を用いてウェーハ状に切り出
した基板は、表面近傍に多数のマイクロクラックが存在
するため、このマイクロクラックに磁束がトラップされ
たりすると、ＳＱＵＩＤや接合の磁場特性に多大な影響
を与えるという問題も生じていた。
合、その基本が薄膜技術であることは半導体技術の場合
と同じである。酸化物超電導体の薄膜技術としては、基
板材料と薄膜材料が異なる物質である場合（以後、ヘテ
ロエピと呼ぶ）が主たる研究対象であり、例えばＳＱＵ
ＩＤやフィルター等の実際の商品にも応用されてきた。
しかしながら、ヘテロエピの場合、次のような問題があ
る。 （１）基板と薄膜の格子定数の違いにより、原子間に強
い応力が発生するため、バルク材料に比べて超電導転移
温度Ｔｃが劣化する。しかも、薄膜を薄くすると、急速
に超電導転移温度Ｔｃが劣化し、逆に薄膜を厚くするこ
とでも超電導転移温度Ｔｃをバルクの値にすることは難
しい。 （２）表面の凹凸が大きくなり易く（例えば、膜厚３０
０ｎｍで２０ｎｍの凹凸が発生する（例えば、Ｍ．Ｎan
toh他6名による『Ｐhysica Ｃ 242巻』277ページ、199
5年刊参照)、実用的な表面の凹凸にするためには、膜厚
を大略１０ｎｍから２０ｎｍ程度にすることが必要であ
る。 （３）基板の転移やクラックの影響を大きく受けてしま
う。特に、表面の凹凸を小さくしようとして、膜厚を薄
くすると、格子定数の違いに由来するストレスや転移、
クラック等の影響を強く受けるため、膜質が大幅に劣化
するという問題があった。さらに、超電導体のグランド
プレーンを形成する場合、この表面凹凸の大きさのため
に、グランドプレーン上に形成した、絶縁膜とその上の
酸化物超電導体が大幅に劣化するという問題があった。
また、酸化物超電導体自身を用いてウェーハ状に切り出
した基板は、表面近傍に多数のマイクロクラックが存在
するため、このマイクロクラックに磁束がトラップされ
たりすると、ＳＱＵＩＤや接合の磁場特性に多大な影響
を与えるという問題も生じていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように、ヘテロエ
ピの場合には、（１）バルク材料に比べて超電導転移温
度Ｔｃが劣化すること、（２）表面の凹凸が大きくなり
易いこと、（３）基板の転移やクラックの影響を大きく
受けて、膜質が大幅に劣化すること、等の問題点が生じ
ていた。そこで、本発明の目的は、これら従来の課題を
解決し、表面の凹凸が極めて小さく、膜質劣化の少ない
酸化物超電導体装置を提供することにある。また、本発
明の他の目的は、従来のヘテロエピでは実現できなかっ
たＳＩＳ構造や平担な超電導グランドプレーン構造を実
現でき、酸化物超電導体を用いた各種の接合構造が信頼
性よく実現できる酸化物超電導体装置を提供することに
ある。
ピの場合には、（１）バルク材料に比べて超電導転移温
度Ｔｃが劣化すること、（２）表面の凹凸が大きくなり
易いこと、（３）基板の転移やクラックの影響を大きく
受けて、膜質が大幅に劣化すること、等の問題点が生じ
ていた。そこで、本発明の目的は、これら従来の課題を
解決し、表面の凹凸が極めて小さく、膜質劣化の少ない
酸化物超電導体装置を提供することにある。また、本発
明の他の目的は、従来のヘテロエピでは実現できなかっ
たＳＩＳ構造や平担な超電導グランドプレーン構造を実
現でき、酸化物超電導体を用いた各種の接合構造が信頼
性よく実現できる酸化物超電導体装置を提供することに
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の酸化物超電導体装置では、酸化物超電導体
単結晶基板上にホモエピタキシャル薄膜を形成して、こ
れを基板として用い、その基板上に酸化物絶縁体や酸化
物超電導体をヘテロエピすることを特徴としている。こ
れにより、表面の凹凸が厚膜においても極めて少ない平
担な酸化物超電導体基板を実現でき、また基板の不完全
性（マイクロクラックや転移（ディスロケーション）
等）を引き継ぐことなく、膜質劣化の少ない酸化物超電
導体基板を実現できる。さらに、基板上に酸化物絶縁体
や酸化物超電導体をヘテロエピすることにより、ヘテロ
エピでは実現できなかったＳＩＳ構造や平担な超電導グ
ランドプレーン構造を実現でき、酸化物電導体を用いた
各種の接合構造が信頼性よく実現できる。
め、本発明の酸化物超電導体装置では、酸化物超電導体
単結晶基板上にホモエピタキシャル薄膜を形成して、こ
れを基板として用い、その基板上に酸化物絶縁体や酸化
物超電導体をヘテロエピすることを特徴としている。こ
れにより、表面の凹凸が厚膜においても極めて少ない平
担な酸化物超電導体基板を実現でき、また基板の不完全
性（マイクロクラックや転移（ディスロケーション）
等）を引き継ぐことなく、膜質劣化の少ない酸化物超電
導体基板を実現できる。さらに、基板上に酸化物絶縁体
や酸化物超電導体をヘテロエピすることにより、ヘテロ
エピでは実現できなかったＳＩＳ構造や平担な超電導グ
ランドプレーン構造を実現でき、酸化物電導体を用いた
各種の接合構造が信頼性よく実現できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の原理ならびに実施
例を、図面により詳細に説明する。本発明においては、
酸化物超電導体の単結晶を用い、（１１０）方向を持つ
表面をウェハ状に切り出しホモエピタキシャル結晶成長
させることにより、表面の凹凸が極めて小さく、基板の
不完全性（マイクロクラックや転移（ディスロケーショ
ン）等）を引き継ぐことなく、膜質劣化の少ない酸化物
超電導板基板を実現できることに着目した。その上に酸
化物絶縁体や酸化物超電導体をヘテロエピすることによ
り、表面の凹凸が厚膜においても極めて少ない平担な酸
化物超電導体基体を実現する。（１１０）面を持つ酸化
物超電導体の単結晶を基板の母材に使用することで、従
来の問題を解決することができた理由を以下に説明す
る。比較的高温で結晶成長させるので、基板中のディス
ロケーションは表面近くで消失する。マイクロクラック
は基板表面で止まった状態にあり、エピタキシャル膜に
は引き継がれない。
例を、図面により詳細に説明する。本発明においては、
酸化物超電導体の単結晶を用い、（１１０）方向を持つ
表面をウェハ状に切り出しホモエピタキシャル結晶成長
させることにより、表面の凹凸が極めて小さく、基板の
不完全性（マイクロクラックや転移（ディスロケーショ
ン）等）を引き継ぐことなく、膜質劣化の少ない酸化物
超電導板基板を実現できることに着目した。その上に酸
化物絶縁体や酸化物超電導体をヘテロエピすることによ
り、表面の凹凸が厚膜においても極めて少ない平担な酸
化物超電導体基体を実現する。（１１０）面を持つ酸化
物超電導体の単結晶を基板の母材に使用することで、従
来の問題を解決することができた理由を以下に説明す
る。比較的高温で結晶成長させるので、基板中のディス
ロケーションは表面近くで消失する。マイクロクラック
は基板表面で止まった状態にあり、エピタキシャル膜に
は引き継がれない。
【０００６】図２は、本発明の原理を説明するためのＹ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘ単結晶基板表面の原子層の図である。以
下、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ単結晶を用いて、本発明の根幹を
なす（１１０）面方位を有する基板が何故平担なエピタ
キシャル膜を形成できるかを、その特有な単位胞構造に
よる表面に現われる原子層の違いから説明する。通例の
ｃ軸配向膜の場合、（００１）面方位を有するＹＢａ2
Ｃｕ3Ｏｘ基板を考える。実際の基板表面に現われる面
は、図２（ａ）に示すように、Ｂａを含む面、Ｃｕを含
む面、Ｙを含む面の三種類がテラス状に存在する。ま
た、ａ軸配向膜の場合、（１００）面方位を有するＹＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏｘ基板を考える。実際の基板表面に現われる
面は、図２（ｂ）に示すように、ＢａとＹを含む面とＣ
ｕを含む面の二種類がテラス状に存在する。このよう
に、複数の種類の面が現実に存在すると、それぞれの面
で成長速度が異なるために、膜厚が厚くなるに従って表
面の凹凸が大きくなる。一方、（１１０）面方位を有す
るＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ基板を考える。実際の基板表面に現
われる面は、図２（ｃ）に示すように、ＢａとＣｕとＹ
を含む面の一種類しか存在しないので、最初平担な基板
であれば、厚膜になっても二次元成長し、表面は平担な
ままである。このようなホモエピタキシーの形成は、Ｙ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘだけでなく、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ（６≦
ｘ≦７）、あるいはＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ等の酸化物超電
導体の他、ＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ等の酸化物半導体におい
ても見出された。
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘ単結晶基板表面の原子層の図である。以
下、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ単結晶を用いて、本発明の根幹を
なす（１１０）面方位を有する基板が何故平担なエピタ
キシャル膜を形成できるかを、その特有な単位胞構造に
よる表面に現われる原子層の違いから説明する。通例の
ｃ軸配向膜の場合、（００１）面方位を有するＹＢａ2
Ｃｕ3Ｏｘ基板を考える。実際の基板表面に現われる面
は、図２（ａ）に示すように、Ｂａを含む面、Ｃｕを含
む面、Ｙを含む面の三種類がテラス状に存在する。ま
た、ａ軸配向膜の場合、（１００）面方位を有するＹＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏｘ基板を考える。実際の基板表面に現われる
面は、図２（ｂ）に示すように、ＢａとＹを含む面とＣ
ｕを含む面の二種類がテラス状に存在する。このよう
に、複数の種類の面が現実に存在すると、それぞれの面
で成長速度が異なるために、膜厚が厚くなるに従って表
面の凹凸が大きくなる。一方、（１１０）面方位を有す
るＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ基板を考える。実際の基板表面に現
われる面は、図２（ｃ）に示すように、ＢａとＣｕとＹ
を含む面の一種類しか存在しないので、最初平担な基板
であれば、厚膜になっても二次元成長し、表面は平担な
ままである。このようなホモエピタキシーの形成は、Ｙ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘだけでなく、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ（６≦
ｘ≦７）、あるいはＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ等の酸化物超電
導体の他、ＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ等の酸化物半導体におい
ても見出された。
【０００７】図３は、本発明による基板の表面凹凸のＡ
ＦＭ測定図である。以下、（１１０）面方位を有するＹ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘ基板を用いて実際に実験を行い、得た結
果について説明する。図３（ａ）（ｂ）は、いずれも原
子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭと略記する）を用いて表面
の凹凸を観察した例を示している。図３（ａ）（ｂ）
は、それぞれ（１１０）面方位を有するＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
ｘ基板ウェーハと３２０ｎｍＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘをエピタ
キシャル成長させたウェーハのＡＦＭ像である。このよ
うに、１μｍ平方で１ｎｍ以下の極めて優れた平担性を
実現している。図４は、本発明による基板の電気測定結
果を示す図である。図４では、この薄膜の電気抵抗の温
度依存性を示している。超電導転移温度Ｔｃは、９０Ｋ
を越えた優れた特性を得ている。図１は、本発明の酸化
物超電導体装置の概念図である。本発明の酸化物超電導
体装置は、図１（ａ）に示すように、（１１０）面方位
を有する酸化物超電導体単結晶１０上に（１１０）面方
位を有するホモエピタキシャル膜１１を形成した酸化物
超電導体基板（図１（ａ））と、図１（ｂ）に示すよう
に、この酸化物超電導体基板上に絶縁体１２と一層以上
からなる酸化物構造体１３を含むことを特徴としてい
る。本発明は、さらに（１１０）面方位を有するＰｒＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏｘのような酸化物半導体結晶上に（１１０）
面方位を有するＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏｘをホモエピタキシー
した基板（図１の１０，１１に対応）と該酸化物基板上
に絶縁体１２と一層以上から成る酸化物構造体１３の積
層構造を特徴とした酸化物超電導体装置である。
ＦＭ測定図である。以下、（１１０）面方位を有するＹ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘ基板を用いて実際に実験を行い、得た結
果について説明する。図３（ａ）（ｂ）は、いずれも原
子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭと略記する）を用いて表面
の凹凸を観察した例を示している。図３（ａ）（ｂ）
は、それぞれ（１１０）面方位を有するＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
ｘ基板ウェーハと３２０ｎｍＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘをエピタ
キシャル成長させたウェーハのＡＦＭ像である。このよ
うに、１μｍ平方で１ｎｍ以下の極めて優れた平担性を
実現している。図４は、本発明による基板の電気測定結
果を示す図である。図４では、この薄膜の電気抵抗の温
度依存性を示している。超電導転移温度Ｔｃは、９０Ｋ
を越えた優れた特性を得ている。図１は、本発明の酸化
物超電導体装置の概念図である。本発明の酸化物超電導
体装置は、図１（ａ）に示すように、（１１０）面方位
を有する酸化物超電導体単結晶１０上に（１１０）面方
位を有するホモエピタキシャル膜１１を形成した酸化物
超電導体基板（図１（ａ））と、図１（ｂ）に示すよう
に、この酸化物超電導体基板上に絶縁体１２と一層以上
からなる酸化物構造体１３を含むことを特徴としてい
る。本発明は、さらに（１１０）面方位を有するＰｒＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏｘのような酸化物半導体結晶上に（１１０）
面方位を有するＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏｘをホモエピタキシー
した基板（図１の１０，１１に対応）と該酸化物基板上
に絶縁体１２と一層以上から成る酸化物構造体１３の積
層構造を特徴とした酸化物超電導体装置である。
【０００８】以下、本発明の実施例を説明する。 （第１の実施例）図５は、本発明の第１の実施例を示す
酸化物超電導体装置の断面図である。図５（ａ）（ｂ）
では、ＳＩＳ（超電導体／絶縁体／超電導体）構造を形
成した例を示している。基板上に直接ＳＩＳ構造を形成
した例を図５（ａ）に示す。（１１０）面方位を有する
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ単結晶基板ウェーハ１００上に、マグ
ネトロン高周波スパッタ装置により基板温度６５０℃、
酸素／アルゴン比９／１で８０ｍｔｏｒｒの雰囲気中で
４０Ｗのプラズマ出力でＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜１１０を
５時間結晶成長した。この時の膜厚は３２０ｎｍであっ
た。さらに、ＬａＧａＯ３ １４を１．５ｎｍ形成した
後、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜１５を５時間結晶成長した。
酸素／アルゴン比１／３で４００ｔｏｒｒ雰囲気中で２
時間かけて室温まで冷却した。次に、通例のリソグラフ
ィー技術によりパターニングしてＡｕ電極１６，１７を
形成した。この接合の特性としては、臨界超電導電流密
度Ｊｃは４×１０5Ａ／ｃｍ2で接合抵抗Ｒｎとの積は液
体窒素温度で１０ｍＶであった。
酸化物超電導体装置の断面図である。図５（ａ）（ｂ）
では、ＳＩＳ（超電導体／絶縁体／超電導体）構造を形
成した例を示している。基板上に直接ＳＩＳ構造を形成
した例を図５（ａ）に示す。（１１０）面方位を有する
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ単結晶基板ウェーハ１００上に、マグ
ネトロン高周波スパッタ装置により基板温度６５０℃、
酸素／アルゴン比９／１で８０ｍｔｏｒｒの雰囲気中で
４０Ｗのプラズマ出力でＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜１１０を
５時間結晶成長した。この時の膜厚は３２０ｎｍであっ
た。さらに、ＬａＧａＯ３ １４を１．５ｎｍ形成した
後、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜１５を５時間結晶成長した。
酸素／アルゴン比１／３で４００ｔｏｒｒ雰囲気中で２
時間かけて室温まで冷却した。次に、通例のリソグラフ
ィー技術によりパターニングしてＡｕ電極１６，１７を
形成した。この接合の特性としては、臨界超電導電流密
度Ｊｃは４×１０5Ａ／ｃｍ2で接合抵抗Ｒｎとの積は液
体窒素温度で１０ｍＶであった。
【０００９】次に、図５（ｂ）の場合を説明する。上と
同じ条件でＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜１１０を５時間結晶成
長して超電導グランドプレーンを形成した後、ＬａＧａ
Ｏ３１２０を１５０ｎｍ、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜１３０
を５時間結晶成長した。次に、ＬａＧａＯ３ １８を
１．５ｎｍ形成した後、基板温度を７４０℃に上げ、Ｙ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜１９を５時間結晶成長した。酸素／
アルゴン比１／３で４００ｔｏｒｒの雰囲気中で２時間
かけて室温まで冷却した。次に、通例のリソグラフィー
技術によりパターニングし、Ａｕ電極１６，１７を形成
した。この接合の特性としては、臨界超電導電流密度Ｊ
ｃは１×１０5Ａ／ｃｍ2で接合抵抗Ｒｎとの積は液体窒
素温度で５ｍＶであった。本構造では、素子間分離が容
易であり、インダクタンス等の受動素子の設計が超電導
グランドプレーンを形成したことにより、極めて容易に
なった。
同じ条件でＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜１１０を５時間結晶成
長して超電導グランドプレーンを形成した後、ＬａＧａ
Ｏ３１２０を１５０ｎｍ、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜１３０
を５時間結晶成長した。次に、ＬａＧａＯ３ １８を
１．５ｎｍ形成した後、基板温度を７４０℃に上げ、Ｙ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜１９を５時間結晶成長した。酸素／
アルゴン比１／３で４００ｔｏｒｒの雰囲気中で２時間
かけて室温まで冷却した。次に、通例のリソグラフィー
技術によりパターニングし、Ａｕ電極１６，１７を形成
した。この接合の特性としては、臨界超電導電流密度Ｊ
ｃは１×１０5Ａ／ｃｍ2で接合抵抗Ｒｎとの積は液体窒
素温度で５ｍＶであった。本構造では、素子間分離が容
易であり、インダクタンス等の受動素子の設計が超電導
グランドプレーンを形成したことにより、極めて容易に
なった。
【００１０】（第２の実施例）図６（ａ）は、本発明の
第２の実施例を示す酸化物超電導体装置の断面図であ
る。図６（ａ）では、超電導グランドプレーン上にマイ
クロストリップラインを形成した例を示している。（１
１０）面方位を有するＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ単結晶基板ウェ
ーハ１００上に、第１の実施例と同じようにＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏｘ薄膜１１０を形成した後、同じ条件でＬａＧａ
Ｏ３ ２２を１５ｎｍ形成した。さらに、基板温度を７
４０℃に上げＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜２３，２３′を５時
間結晶成長した。この時、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜２３，
２３′はｃ軸配向であった。酸素／アルゴン比１／３で
４００ｔｏｒｒの雰囲気中で２時間かけて室温まで冷却
した。次に、通例のリソグラフィー技術により、パター
ニングしてマイクロストリップライン２３，２３′を形
成した。本構造を用いて、所望の値を有するインダクタ
ンスを設計することも可能になった。
第２の実施例を示す酸化物超電導体装置の断面図であ
る。図６（ａ）では、超電導グランドプレーン上にマイ
クロストリップラインを形成した例を示している。（１
１０）面方位を有するＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ単結晶基板ウェ
ーハ１００上に、第１の実施例と同じようにＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏｘ薄膜１１０を形成した後、同じ条件でＬａＧａ
Ｏ３ ２２を１５ｎｍ形成した。さらに、基板温度を７
４０℃に上げＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜２３，２３′を５時
間結晶成長した。この時、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜２３，
２３′はｃ軸配向であった。酸素／アルゴン比１／３で
４００ｔｏｒｒの雰囲気中で２時間かけて室温まで冷却
した。次に、通例のリソグラフィー技術により、パター
ニングしてマイクロストリップライン２３，２３′を形
成した。本構造を用いて、所望の値を有するインダクタ
ンスを設計することも可能になった。
【００１１】（第３の実施例）図６（ｂ）は、本発明の
第３の実施例を示す酸化物超電導体装置の断面図であ
る。図６（ｂ）では、超電導グランドプレーン上にステ
ップエッジ接合を形成した例を示している。（１１０）
面方位を有するＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ単結晶基板ウェーハ１
００上に第１の実施例と同じようにＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄
膜１１０を形成した後、同じ条件でＬａＧａＯ３ ２２
を４５ｎｍ形成した。次に、通例のリソグラフィー技術
によりパターニングし、絶縁膜ＬａＧａＯ３ ２２を２
５ｎｍウェットエッチングで削除し、ステップ３０を形
成した。さらに、基板温度を７４０℃に上げ、ＹＢａ2
Ｃｕ3Ｏｘ薄膜２４を５時間結晶成長した。この時、Ｙ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜２４はｃ軸配向であった。酸素／ア
ルゴン比１／３で４００ｔｏｒｒの雰囲気中で２時間か
けて室温まで冷却した。次に、通例のリソグラフィー技
術によりパターニングし、Ａｕ電却２５，２５′を形成
し、ステップエッジ接合によるＳＮＳ（超電導体／金属
／超電導体）構造を実現した。この接合の特性として
は、臨界超電導電流密度Ｊｃは４×１０5Ａ／ｃｍ2で接
合抵抗Ｒｎとの積は液体窒素温度で１０ｍＶであった。
第３の実施例を示す酸化物超電導体装置の断面図であ
る。図６（ｂ）では、超電導グランドプレーン上にステ
ップエッジ接合を形成した例を示している。（１１０）
面方位を有するＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ単結晶基板ウェーハ１
００上に第１の実施例と同じようにＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄
膜１１０を形成した後、同じ条件でＬａＧａＯ３ ２２
を４５ｎｍ形成した。次に、通例のリソグラフィー技術
によりパターニングし、絶縁膜ＬａＧａＯ３ ２２を２
５ｎｍウェットエッチングで削除し、ステップ３０を形
成した。さらに、基板温度を７４０℃に上げ、ＹＢａ2
Ｃｕ3Ｏｘ薄膜２４を５時間結晶成長した。この時、Ｙ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜２４はｃ軸配向であった。酸素／ア
ルゴン比１／３で４００ｔｏｒｒの雰囲気中で２時間か
けて室温まで冷却した。次に、通例のリソグラフィー技
術によりパターニングし、Ａｕ電却２５，２５′を形成
し、ステップエッジ接合によるＳＮＳ（超電導体／金属
／超電導体）構造を実現した。この接合の特性として
は、臨界超電導電流密度Ｊｃは４×１０5Ａ／ｃｍ2で接
合抵抗Ｒｎとの積は液体窒素温度で１０ｍＶであった。
【００１２】（第４の実施例）図７は、本発明の第４の
実施例を示す酸化物超電導体装置の断面図である。図７
では、超電導グランドプレーン上にＦＩＢ（収束イオン
ビーム法）接合を形成した例を示している。（１１０）
面方位を有するＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ単結晶基板ウェーハ１
００上に第１の実施例と同じようにＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄
膜１１０を形成した後、同じ条件でＬａＧａＯ３ ２２
０を４５ｎｍ形成した。次に、ＦＩＢ技術により４０ｎ
ｍ程度の溝２７をパターニングした。さらに、基板温度
を７４０℃に上げ、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜２６を５時間
結晶成長した。この時、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜２６はｃ
配向であった。酸素／アルゴン比１／３で４００ｔｏｒ
ｒの雰囲気中で２時間かけて室温まで冷却した。次に、
通例のリソグラフィー技術によりパターニングし、Ａｕ
電極２８，２８′を形成し、ＦＩＢ接合によるＳＮＳ
（超電導体／金属／超電導体）構造を実現した。この接
合の特性としては、臨界超電導電流密度Ｊｃは４×１０
4Ａ／ｃｍ2で接合抵抗Ｒｎとの積は液体窒素温度で２ｍ
Ｖであった。
実施例を示す酸化物超電導体装置の断面図である。図７
では、超電導グランドプレーン上にＦＩＢ（収束イオン
ビーム法）接合を形成した例を示している。（１１０）
面方位を有するＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ単結晶基板ウェーハ１
００上に第１の実施例と同じようにＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄
膜１１０を形成した後、同じ条件でＬａＧａＯ３ ２２
０を４５ｎｍ形成した。次に、ＦＩＢ技術により４０ｎ
ｍ程度の溝２７をパターニングした。さらに、基板温度
を７４０℃に上げ、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜２６を５時間
結晶成長した。この時、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜２６はｃ
配向であった。酸素／アルゴン比１／３で４００ｔｏｒ
ｒの雰囲気中で２時間かけて室温まで冷却した。次に、
通例のリソグラフィー技術によりパターニングし、Ａｕ
電極２８，２８′を形成し、ＦＩＢ接合によるＳＮＳ
（超電導体／金属／超電導体）構造を実現した。この接
合の特性としては、臨界超電導電流密度Ｊｃは４×１０
4Ａ／ｃｍ2で接合抵抗Ｒｎとの積は液体窒素温度で２ｍ
Ｖであった。
【００１３】以上の実施例では、絶縁膜としてＬａＧａ
Ｏ３の例を示したが、ＬａｘＳｒｌ−ｘ（０≦ｘ≦１）
ＧａＯ３、ＮｄＧａＯ３、ＰｒＧａＯ３等の絶縁膜も有
効である。酸化物超電導体としては、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ
の場合も示したが、ＮｄＢａ2Ｃｕ3ＯｘやＳｍＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏｘの場合も有効である。酸化物単結晶基板として
は、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘの場合も示したが、ＮｄＢａ2Ｃ
ｕ3ＯｘやＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ等の超電導体やＰｒＢａ2
Ｃｕ3Ｏｘのような酸化物半導体の場合も有効である。
Ｏ３の例を示したが、ＬａｘＳｒｌ−ｘ（０≦ｘ≦１）
ＧａＯ３、ＮｄＧａＯ３、ＰｒＧａＯ３等の絶縁膜も有
効である。酸化物超電導体としては、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ
の場合も示したが、ＮｄＢａ2Ｃｕ3ＯｘやＳｍＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏｘの場合も有効である。酸化物単結晶基板として
は、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘの場合も示したが、ＮｄＢａ2Ｃ
ｕ3ＯｘやＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ等の超電導体やＰｒＢａ2
Ｃｕ3Ｏｘのような酸化物半導体の場合も有効である。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
（１１０）酸化物超電導体単結晶基板上にホモエピタキ
シャル薄膜を形成し、これを基板として用いたので、
表面の凹凸が厚膜においても極めて少ない平担な基板を
得ることができ、また基板の不完全性（マイクロクラ
ックや転移等）を引き継ぐことなく、膜質劣化の少ない
酸化物超電導体基板を得ることができ、さらにこの基
板上に酸化物絶縁体や酸化物超電導体をヘテロエピする
ことにより、ヘテロエピでは実現できなかったＳＩＳ構
造や平担な超電導グランドプレーン構造を得ることがで
き、酸化物超電導体を用いた各種の接合構造を信頼性よ
く実現できるようになった。
（１１０）酸化物超電導体単結晶基板上にホモエピタキ
シャル薄膜を形成し、これを基板として用いたので、
表面の凹凸が厚膜においても極めて少ない平担な基板を
得ることができ、また基板の不完全性（マイクロクラ
ックや転移等）を引き継ぐことなく、膜質劣化の少ない
酸化物超電導体基板を得ることができ、さらにこの基
板上に酸化物絶縁体や酸化物超電導体をヘテロエピする
ことにより、ヘテロエピでは実現できなかったＳＩＳ構
造や平担な超電導グランドプレーン構造を得ることがで
き、酸化物超電導体を用いた各種の接合構造を信頼性よ
く実現できるようになった。
【図１】本発明の酸化物超電導体装置の概念図である。
【図２】本発明の原理を説明するための基板表面の原子
層を示す図である。
層を示す図である。
【図３】本発明による基板の表面凹凸のＡＦＭ測定図で
ある。
ある。
【図４】本発明による基板の電気測定結果を示す図であ
る。
る。
【図５】本発明の第１の実施例を示す酸化物超電導体装
置の断面図である。
置の断面図である。
【図６】本発明の第２および第３の実施例を示す酸化物
超電導体装置の断面図である。
超電導体装置の断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例を示す酸化物超電導体装
置の断面図である。
置の断面図である。
１０…（１１０）酸化物超電導体単結晶基板、 １１…（１１０）酸化物超電導体ホモエピタキシャル
膜、 １２…絶縁物、１３…酸化物構造体、 １００…（１１０）ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ単結晶基板、 １１０，１３０…（１１０）ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘホモエピ
タキシャル薄膜、 １５，１９…（１１０）ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘホモエピタキ
シャル薄膜、 １４，１８，１２０，２２…ＬａＧａＯ３、 ２３，２３′…（１１０）ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘホモエピタ
キシャル薄膜、 ２４，２６…（１１０）ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘホモエピタキ
シャル薄膜、 １６，１７，２５，２５′，２８，２８′…Ａｕ電極、
３０…ステップ、 ２７…ＦＩＢ溝。
膜、 １２…絶縁物、１３…酸化物構造体、 １００…（１１０）ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ単結晶基板、 １１０，１３０…（１１０）ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘホモエピ
タキシャル薄膜、 １５，１９…（１１０）ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘホモエピタキ
シャル薄膜、 １４，１８，１２０，２２…ＬａＧａＯ３、 ２３，２３′…（１１０）ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘホモエピタ
キシャル薄膜、 ２４，２６…（１１０）ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘホモエピタキ
シャル薄膜、 １６，１７，２５，２５′，２８，２８′…Ａｕ電極、
３０…ステップ、 ２７…ＦＩＢ溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇佐川 利幸 東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超 電導工学研究所内 (72)発明者 石丸 喜康 東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超 電導工学研究所内 (72)発明者 文 建国 東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超 電導工学研究所内 (72)発明者 小山 敏 東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超 電導工学研究所内 (72)発明者 榎本 陽一 東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超 電導工学研究所内 (72)発明者 塩原 融 東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超 電導工学研究所内 (72)発明者 腰塚 直己 東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超 電導工学研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】（１１０）面方位を有する酸化物単結晶基
板上に、（１１０）面方位を有する酸化物ホモエピタキ
シャル薄膜が形成されている基板を有することを特徴と
する酸化物超電導体装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の酸化物超電導体装置にお
いて、前記ホモエピタキシャル薄膜基板上に、絶縁膜と
酸化物超電導体薄膜とが積層して形成されていることを
特徴とする酸化物超電導体装置。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の酸化物超電導体
装置において、前記酸化物単結晶がＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ、
あるいはＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ（６≦ｘ≦７）、あるいは
ＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ、あるいはＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏｘであ
ることを特徴とする酸化物超電導体装置。 - 【請求項４】請求項１，２または３に記載の酸化物超電
導体装置において、前記絶縁膜がＬａＧａＯ３、あるい
はＬａｘＳｒｌ−ｘ（０≦ｘ≦１）ＧａＯ３、あるいは
ＮｄＧａＯ３、あるいはＰｒＧａＯ３であることを特徴
とする酸化物超電導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8236384A JPH1084141A (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | 酸化物超電導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8236384A JPH1084141A (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | 酸化物超電導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1084141A true JPH1084141A (ja) | 1998-03-31 |
Family
ID=16999989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8236384A Withdrawn JPH1084141A (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | 酸化物超電導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1084141A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003002483A1 (en) * | 2001-06-29 | 2003-01-09 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | Method of joining oxide superconductor and oxide superconductor joiner |
| JP2007324180A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Fujitsu Ltd | 超電導素子とその製造方法 |
-
1996
- 1996-09-06 JP JP8236384A patent/JPH1084141A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003002483A1 (en) * | 2001-06-29 | 2003-01-09 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | Method of joining oxide superconductor and oxide superconductor joiner |
| US7001870B2 (en) | 2001-06-29 | 2006-02-21 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | Method for joining oxide superconductors and joined oxide superconductor |
| JP2007324180A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Fujitsu Ltd | 超電導素子とその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031202 |