DE69125425T2

DE69125425T2 - Verfahren zum Herstellen einer supraleitenden Einrichtung aus supraleitendem Material und dadurch hergestellte supraleitende Einrichtung

Info

Publication number: DE69125425T2
Application number: DE69125425T
Authority: DE
Inventors: Michitomo Iiyama; Mitsuchika Saitoh; Sou Tanaka
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 1997-10-23
Anticipated expiration: 2011-07-17
Also published as: DE69125425D1; EP0467777A3; EP0467777B1; CA2047139A1; CA2047139C; US5215960A; US5504058A; EP0467777A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines supratleitenden Bauteils sowie ein dadurch hergestelltes supraleitendes Bauteil. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Bauteils durch Abscheidung einer Dünnschicht z.B. einer Dünnschicht aus einem nicht-supraleitenden Material oder einer Dünnschicht aus einem halbleitenden Material auf einer Dünnschicht aus einem oxidischen supraleitenden Material, die auf einem Substrat ausgebildet ist sowie ein neuartiges dadurch hergestelltes supraleitendes Bauteil.

Beschreibung des verwandten Gebietes

Im Falle der Verwendung eines oxidischen supraleitenden Materials in einem supraleitenden Bauteil ist es erforderlich, eine Dünnschicht aus oxidischem supraleitenden Material auszubilden und schichtweise anzuordnen. Wird z.B. ein supraleitender/nicht-supraleitender/supraleitender Übergang, der auch Tunnel-Josephson-Übergang genannt wird, hergestellt unter Verwendung eines oxidischen supraleitenden Materials, so ist es erforderlich, nacheinander eine erste Dünnschicht aus oxidischem supraleitendem Material, eine Dünnschicht aus nicht- supraleitendem Material und eine zweite Dünnschicht aus oxidischem supraleitendem Material in dieser Reihenfolge übereinander anzuordnen.
Bei diesem Tunnel-Josephson-Übergang wird die Dicke der Dünnschicht aus nicht-supraleitendem Material üblicherweise durch die Kohärenzlänge des supraleitenden Matrials bestimmt. Da oxidische supraleitende Materialien eine sehr kleine Kohärenzlänge aufweisen, ist es erforderlich, eine Dünnschicht aus nicht-supraleitendem Material auszubilden, deren Dicke in der Grössenordnung einiger weniger Nanometer liegt.
Andererseits muss unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Bauteils jede der oben erwähnten drei Dünnschichten eine gute Kristallinität aufweisen. Dies bedeutet, dass alle drei Dünnschichten vorzugsweise Einkristallschichten sind, da wenn nur eine dieser drei Schichten polykristallin oder amorph ist, ein Josephson-Bauteil keine stabilen Leistungen erbringt.
Die gute Dünnschicht-Kristallinität ist nicht nur für die oben erwähnten Tunnel-Josephson-Übergangs-Bauteile erforderlich, sondern auch für andere Bauteile einschliesslich eines supraleitenden Transistors, der aus der Kombination eines oxidischen supraleitenden Materials und eines Halbleitermaterials besteht.
Wird jedoch eine Dünnschicht aus oxidischem supraleitendem Material Luft ausgesetzt, so verliert sie sowohl die Supraleitfähigkeit als auch die Kristallinität bis zu einer Tiefe von ungefähr 1 nm ausgehend von der Oberfläche. Üblicherweise wird bei der Abscheidung einer zweiten Dünnschicht auf der Dünnschicht aus oxidischem supraleitendem Material eine Abscheidevorrichtung verwendet, die unterschiedlich ist von derjenigen, die zur Ausbildung der Dünnschicht aus oxidischem supraleitendem Material verwendet wird, wodurch die Dünnschicht aus oxidischem supraleitendem Material notwendigerweise beim Übergang von einer Abscheidevorrichtung zur anderen Abscheidevorrichtung Luft ausgesetzt ist. Aus diesem Grund ist es herkömmliche Praxis, die Dünnschicht aus oxidischem supraleitendem Material auf ungefähr 700ºC in einem Ultrahochvakuum in der Grössenordnung von 133332 x 10&supmin;&sup9; Pa (1x10&supmin;&sup9;) Torr aufzuheizen, bevor die zweite Dünnschicht auf der Dünnschicht aus dem oxidischen supraleitenden Material abgeschieden wird.
Die Dünnschicht aus dem oxidischen supraleitenden Material, welche der oben erwähnten Wärmebehandlung unterzogen wird, kann auf ihrer Oberfläche eine verbesserte Kristallinität aufweisen, wobei es zusätzlich möglich ist, auf der Dünnschicht aus dem oxidischen supraleitenden Material die zweite Dünnschicht epitaktisch aufwachsen zu lassen. Jedoch führt die Erwärmung der Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid im oben erwähnten Ultrahochvakuum zu einem Sauerstoffverlust in der kristallinen Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid, wodurch die supraleitenden Eigenschaften verschlechtert werden oder verloren gehen.
Wird andererseits die Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt, so erfolgt keine Beeinträchtigung der Supraleitungseigenschaften der Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid, während zugleich die Kristallinität der Dünnschicht nicht verbessert wird. Man könnte daran denken, die Wärmebehandlung in einer Sauerstoff- oder Ozonatmosphäre nach der Abscheidung der zweiten Schicht auf der Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid vorzunehmen. Selbst wenn jedoch die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid mit diesem Verfahren behandelt wird, nachdem die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid in einem späteren Schritt erwärmt wird, kann in einigen Fällen Sauerstoff aus dem Kristall der Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid verloren gehen.
Der Artikel "All high Tc edge junctions and SQUIDs", veröffentlicht in Applied Physics Letters, Band 56, Nr. 7 vom 12. Februar 1990 beschreibt auf den Seiten 686 bis 688, die Herstellung von lithographisch gemusterten Mehrschicht-Rand-Übergängen unter Verwendung von YBaCuO mit hoher Tc, wobei die Randfläche der Basiselektrode, die einen Josephson-Grenzübergang bildet sehr wichtig ist und nicht beschädigt werden darf. Während des Schleifverfahrens zur Ausbildung des Randes wird jedoch die Randfläche der Basiselektrode beschädigt, wobei um diese zu reparieren, diese beschädigte Randfläche einer Sauerstoff- Fluorid-Umwandlung unterzogen wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Bauteils anzugeben, bei dem die oben genannten Nachteile des herkömmlichen Verfahrens überwunden sind.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines supraleitenden Bauteils mit ausgezeichneten Eigenschaften und ohne Verlust der Supraleitfähigkeit einer Dünnschicht aus einem supraleitenden Oxid.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein supraleitendes Bauteil mit ausgezeichneten Eigenschaften zu schaffen, einschliesslich einer Dünnschicht aus supraleitendem Oxid mit hervorragender Supraleitfähigkeit.
Diese sowie weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden erreicht durch ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Bauteils, welches eine erste Dünnschicht aus supraleitendem Oxid auf einem Substrat aufweist, eine zweite Dünnschicht aus nicht-supraleitendem Material auf der ersten Dünnschicht aus supraleitendem Oxid aufweist und eine dritte Dünnschicht aus supraleitendem Oxid auf der zweiten Dünnschicht aus nicht- supraleitendem Oxid aufweist, so dass ein Aufbau mit drei Schichten gebildet wird, bestehend aus der ersten Dünnschicht aus supraleitendem Oxid, der zweiten Dünnschicht aus nicht- supraleitendem Material und der dritten Dünnschicht aus supraleitendem Material; es ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist der Musterausbildung des Aufbaus aus den drei Schichten dergestalt, dass wenigstens eine Seitenfläche der ersten Dünnschicht aus supraleitendem Oxid freigelegt wird, wonach der mit dem Muster versehene Aufbau aus den drei Schichten in einer O&sub2;-Atmoshäre oder in einer O&sub3;- Atmosphäre mit Wärme behandelt wird, so dass Sauerstoff in die erste Dünnschicht aus supraleitendem Oxid durch die freigelegte Seitenfläche der ersten Dünnschicht aus supraleitenden Oxid eindringt und des Beschichtens wenigstens der Seitenfläche des mit dem Muster versehehenen Aufbaus aus den drei Schichten mit einer Schutzschicht.
Die Schutzschicht kann aus einer Schicht eines supraleitenden Oxids bestehen, dessen Kristallorientierung unterschiedlich zu derjenigen des supraleitenden Oxids ist, welches die ersten und die dritten Dünnschichten aus supraleitendem Oxid bildet.
Ausserdem schafft die vorliegende Erfindung ein supraleitendes Bauteil, das eine erste Dünnschicht aus einem supraleitenden Oxid auf einem Substrat aufweist, eine Dünnschicht aus nicht- supraleitendem Material auf der ersten Dünnschicht aus supraleitendem Oxid aufweist und eine zweite Dünnschicht aus supraleitendem Oxid auf der Dünnschicht aus nicht-supraleitendem Oxid aufweist, wobei die Seitenflächen der ersten Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid, der Dünnschicht aus dem nicht- supraleitenden Material und der zweiten Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid mit einer Dünnschicht aus Edelmetall bedeckt sind, welche als Widerstand dient und die erste Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid und die zweite Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid miteinander verbindet.
Wird also ein supraleitendes Bauteil hergestellt, welches eine Dünnschicht aus einem supraleitenden Oxid auf einem Substrat aufweist, sowie eine Dünnschicht wie eine isolierende Dünnschicht aus z.B. MgO (Magnesiumoxid) oder einem Halbleiter, wie z.B. Si (Silizium) auf der Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid gemäss der vorliegenden Erfindung, so sei auf folgende wichtige Eigenschaft hingewiesen: Nach der Musterausbildung der übereinander abgeschiedenen Dünnschichten bis zur Freilegung einer Seitenfläche der untersten Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid ist eine Erwärmung in einer O&sub2;-Atmoshäre oder in einer O&sub3;-Atmoshäre durchzuführen.
Ein weiteres erfindungsgemässes wichtiges Merkmal ist: Nachdem die Musterausbildung in den übereinander angeordneten Dünnschichten derart erfolgt ist, dass die unterste Dünnschicht aus supraleitendem Oxid frei liegt, wird eine Wärmbehandlung in einer O&sub2;-Atmosphäre oder in einer O&sub3;-Atmoshäre derart durchgerührt, dass Sauerstoff in das kristalline supraleitende Oxid, welches die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid bildet, eindringt, wonach die gesamte gemusterte Übereinanderanordnung von Dünnschichten mit einer Schutzschicht bedeckt wird, die z.B. aus einem Edelmetall besteht. Die Schutzschicht kann auch aus einer Schicht aus einem supraleitenden Oxid bestehen, deren Kristallorientierung unterschiedlich ist zu derjenigen des supraleitenden Oxids, welches die ersten und die zweiten Dünnschichten aus supraleitenden Oxid bildet.
Das oben beschriebene erfindungsgemässe Verfahren ist insbesondere vorteilhaft bei der Wiederherstellung einer Dünnschicht aus einem supraleitenden Oxid, bei dem Sauerstoff aus dem Kristall ausgetreten ist, wodurch die Supraleitfähigkeit beeinträchtigt worden ist. Insbesondere ist das erfindungsgemässe Verfahren besonders wirkungsvoll bei der Herstellung eines supraleitenden Bauteils durch Erwärmung in einem Hochvakuum einer Dünnschicht aus einem supraleitenden Oxid mit einer beschädigten Oberflächenkristallinität, beispielsweise aufgrund von Luftberührung, um so die Oberflächenkristallinität wieder herzustellen, wonach eine weitere Dünnschicht auf der Dünnschicht mit der wiederhergestellten Oberflächenkristallinität epitaktisch aufwächst.
Da beim erfindungsgemässen Verfahren Sauerstoff in das Innere der Dünnschicht aus der freiliegenden Seitenfläche aufgrund der Musterausbildung eindringt, muss das erfindungsgemäss hergestelle supraleitende Bauteil eine gemusterte Dünnschicht aus supraleitendem Oxid einer Grösse und einer Gestalt aufweisen, welche es ermöglichen, dass eine ausreichende Sauerstoffmenge dem Mittenbereich der Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid zugeführt wird. Ist beispielsweise die Dünnschicht aus dem gemusterten supraleitenden Oxid rechtwinklig in Draufsicht, muss eine Breite der gemusterten Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid (d.h. ein Abstand zwischen sich gegenüberliegenden freiliegenden Seitenflächen der gemusterten Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid) von nicht mehr als 3 mm eingehalten werden und vorzugsweise nicht mehr als 1 mm. Diese Breite einer gemusterten Dünnschicht ist jedoch bei herkömmlichen elektronischen Bauteilen weit verbreitet. Dies bedeutet, dass erfindungsgemäss hergestellte supraleitende Bauteile keinen wesentlichen Begrenzungen hinsichtlich ihrer Abmessungen und ihrer Grösse unterworfen sind.
Andererseits weist ein oxidisches supraleitendes Material die allgemeine Eigenschaft auf, dass Sauerstoff leichter in einer Richtung senkrecht zur c-Achse des Kristalls beweglich ist. Nicht nur wenn Sauerstoff aus dem Kristall verloren geht, sondern auch wenn Sauerstoff eindiffundiert und vom Kristall eingefangen wird, bewegt sich dieser Sauerstoff in einer Richtung senkrecht zur c-Achse. Vorzugsweise weist das erfindungsgemäss hergestellte supraleitende Bauteil eine Dünnschicht aus einem supraleitenden Oxid mit c-Achsorientierung auf, bei der die c- Achse senkrecht zu einer Fläche (z.B. der Substratfläche) verläuft, auf der die Dünnschicht abgeschieden ist.
Im erfindungsgemässen Herstellungsverfahren sollte die Erwärmungstemperatur vorzugsweise nicht weniger al 400ºC und nicht mehr als 500ºC betragen. Wird ferner die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid in einer O&sub2;-Atmosphäre mit Wärme behandelt, so beträgt der Partialdruck des O&sub2; vorzugsweise nicht weniger als 66661 Pa (5 Torr), während bei einer Wärmebehandlung der Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid in einer O&sub3;-Atmosphäre der Partialdruck des O&sub3; vorzugsweise nicht weniger als 133322 Pa (0,1 Torr) beträgt. Wenn die Temperatur weniger als 400ºC beträgt, kann die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid keine ausreichende Sauerstoffmenge einfangen und wenn die Temperatur mehr als 500ºC beträgt, kann gelegentlich eine Diffusion zwischen benachbarten Dünnschichten auftreten. Ausserdem haben die Partialdrücke von O&sub2; und O&sub3; eine enge Beziehung zur Heiztemperatur. Allgemein lässt sich sagen, dass bei einer hohen Heiztemperatur die Partialdrücke von O&sub2; und O&sub3; ebenfalls gross sein müssen. Wird z.B. die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid auf 400ºC in einer O&sub2;-Atmosphäre aufgeheizt, so liegt der Partialdruck des O&sub2; vorzugsweise in einem Bereich von 66661 Pa (5 Torr) bis 26664 Pa (20 Torr). Wird jedoch die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid auf 500ºC in der O&sub2;-Atmosphäre aufgeheizt, so wäre bei einem Partialdruck des O&sub2; von weniger als 133322 Pa (10 Torr) es nicht möglich, eine ausreichende Sauerstoffmenge in die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid eindringen zu lassen. Wird die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid auf 500ºC in einer O&sub3;-Atmosphäre aufgeheizt und beträgt der Partialdruck des O&sub3; weniger als 133322 Pa (10 Torr), so kann keine ausreichende Sauerstoffmenge in die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid eindringen.
Wie oben ausgeführt, wird gemäss einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Gesamtheit der übereinander angeordneten Dünnschichten mit einer Schutzschicht bedeckt, nachdem Sauerstoff in die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid eingedrungen ist. Die Schutzschicht besteht z.B. aus einem Edelmetall, vorzugsweise Au (Gold) oder Ag (Silber), die nur geringfügig mit dem oxidischen supraleitenden Material reagieren. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Edelmetallbeschichtung nicht weniger als 10 nm und nicht mehr als 50 nm.
Wird die Übereinanderanordnung von Dünnschichten mit der Schutzschicht bedeckt, selbst wenn die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid in einem späteren Schritt erwärmt wird, so tritt kein Sauerstoff aus dem Kristall der supraleitenden Oxidschicht aus. Ausserdem ist es dadurch möglich zu verhindern, dass Verunreinigungen in die Dünnschicht aus dem supraleitenden Material eindringen, welche aus anderen Stoffen stammen, mit denen die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid in Berührung gelangt oder welche sie umgeben. Das heisst, dass das erfindungsgemäss hergestellte supraleitende Bauteil gemäss diesem Aspekt der Erfindung wirksam einsetzbar ist mit ausgezeichneten Eigenschaften der Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid ohne die geringsten Beeinträchtigungen, so dass es eine hohe Leistungsfähigkeit aufweist.
Die Edelmetallbeschichtung kann durch Zerstäubung, durch Vakuumverdampfung oder dgl. aufgebracht werden. Dabei sei bemerkt, dass bei der Ausbildung der Schutzschicht verhindert werden sollte, dass die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid einen Temperaturbereich durchläuft, in dem Sauerstoff aus dem Kristall des supraleitenden Oxids austritt (z.B. ungefähr 400ºC im Fall eines oxidischen supraleitenden Y-Ba-Cu-O). Mit anderen Worten ist es notwendig, die Schutzschicht z.B. aus einem Edelmetall bei einer Temperatur abzuscheiden, welche unterhalb des oben erwähnten Temperaturbereichs liegt.
Alternativ kann, nachdem das oxidische supraleitende Material Sauerstoff aufgenommen hat, die Gesamtanordnung der übereinander angebrachten Dünnschichten mit einer Schicht bedeckt werden aus einem oxidischen supraleitenden Kristall, dessen Orientierung unterschiedlich zu derjenigen des die Dünnschichten bildenden oxidischen supraleitenden Materials ist.
Diese Schicht aus dem supraleitenden Kristall mit unterschiedlicher Orientierung zu derjenigen des supraleitenden Materials der Dünnschicht wirkt als elektrischer Isolator, da sie sich von der Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid unterscheidet und demzufolge als Schutzschicht. Im Falle der Herstellung eines supraleitenden Bauteils unter Verwendung einer kristallinen Dünnschicht aus supraleitendem Oxid mit c-Achsorientierung weist die Schutzschicht aus einem Material aus supraleitendem Oxid vorzugsweise eine sogenannte a-Achsorientierung auf, bei der die a-Achse senkrecht zur Oberfläche verläuft, auf der die kristalline Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid mit c- Achsorientierung abgeschieden ist. Dies heisst, dass die c- Achse der kristallinen Dünnschicht aus supraleitendem Oxid mit a-Achsorientierung senkrecht zur c-Achse der kristallinen Dünnschicht aus supraleitendem Oxid mit c-Achsorientierung verläuft. Vorzugsweise weist diese Schutzschicht aus supraleitendem Oxid eine Dicke im Bereich von 10 nm bis 50 nm auf.
Wie bereits erwähnt, bewegt sich Sauerstoff in einem Kristallgitter eines supraleitenden Oxids leichter in einer Richtung senkrecht zur c-Achse, jedoch schlechter in einer Richtung parallel zur c-Achse. Dies bedeutet, dass Sauerstoff in einem kristallinen supraleitenden Oxid mit c-Achsorientierung (aus der die Dünnschicht aus supraleitendem Oxid besteht) und die mit einer kristallinen Schutzschicht aus einem supraleitenden Oxid mit a-Achsorientierung bedeckt ist, letztere nur mit Schwierigkeiten durchdringt, so dass die kristalline Dünnschicht aus supraleitendem Oxid mit der c-Achsorientierung kaum Sauerstoff verliert. Auch das Eindringen von Verunreinigungen in die Dünuschicht aus dem supraleitenden Oxid von Materialien, welche die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid umgeben, wird verhindert.
Die c-Achse der kristallinen Schutzschicht aus supraleitendem Oxid mit a-Achsorientierung verläuft senkrecht zur Seitenfläche der kristallinen Dünnschicht aus supraleitendem Oxid mit c- Achsorientierung. Da das kristalline supraleitende Oxid leicht eine Umwandlung in Richtung der c-Achsorientierung durchführt, kann eine Störung durch unterschiedliche thermische Expansionskoeffizienten zwischen den Dünnschichten aus supraleitendem Oxid und Materialien, welche die Dünnschicht aus supraleitendem Material berühren oder umgeben, durch die kristalline Schutzschicht aus supraleitendem Oxid mit a-Achsorientierung aufgefangen werden.
Selbst wenn die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid in einem späteren Schritt erwärmt wird, bleiben die Eigenschaften der Dünnschicht aus dem supraleitendem Oxid erhalten.
Daraus folgt, dass insbesondere die Schutzschicht aus dem supraleitenden Oxid mit a-Achsorientierung (1) als Puffer dient zur Absorption mechanischer Beanspruchungen (2) als Barriere dient zur Verhinderung gegenseitiger Diffusion zwischen benachbarten Schichten und Sauerstoffverlust und (3) als elektrischer Isolator dient. Die Freiheitsgrade der Bearbeitung oder der Verarbeitung in späteren Schritten im Herstellungsverfahren sind dadurch höher. Demgemäss kann gemäss einem dritten Aspekt der Erfindung das dadurch hergestellte supraleitende Bauteil wirksam mit ausgezeichneten Eigenschaften der Dünnschicht aus supraleitendem Oxid eingesetzt werden, ohne Beeinträchtigung, so dass es eine hohe Leistung bietet.
Die Schutzschicht aus dem kristallinen supraleitenden Oxid mit a-Achsorientierung kann durch Zerstäubung oder durch andere zahlreiche Verfahren mit Aufwachsisotropie hergestellt werden. Für das Zerstäuben mit einer Aufwachsisotropie beträgt die Ausbildungstemperatur (im allgemeinen die Substrattemperatur) ungefähr 650ºC oder weniger im Falle eines oxidischen supraleitenden Y-Ba-Cu-O-Materials. Vorzugsweise wird unmittelbar nach dem Bearbietungsschritt hinsichtlich des Einfangs von Sauerstoff in die Dünnschicht aus dem supraleitenden Oxid die Substrattemperatur erhöht und die Schutzschicht aus dem kristallinen supraleitenden Oxid mit a-Achsorientierung ausgebildet.
Das erfindungsgemäss hergestellte neue supraleitende Bauteil kann z.B. als Josephson-Bauteil oder als supraleitender Transistor ausgestaltet sein, wobei beide Bauteile eine erste Dünnschicht aus supraleitendem Oxid, eine Dünnschicht aus nicht- supraleitendem Material und eine zweite Dünnschicht aus supraleitendem Oxid aufweisen, die auf dem Substrat in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, wobei eine Seitenfläche des Aufbaus mit einem Edelmetall bedeckt wird, welche die ersten und die zweiten Dünnschichten aus supraleitendem Oxid elektrisch verbindet und die als Widerstand dient. Da die ersten und die zweiten Dünnschichten aus supraleitendem Oxid durch eine Dünnschicht aus nicht-supraleitendem Material getrennt sind, jedoch durch die Edelmetallschicht elektrisch miteinander verbunden sind, tritt keine bei den herkömmlichen supraleitenden Bauteilen übliche Hysteresse auf. Damit ist es möglich, ohne weiteres ein supraleitendes Quanteninterferenzbauteil (SQUID) herzustellen, wenn das supraleitende Bauteil in magnetische Schaltkreise eingebaut wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann mit beliebigen oxidischen supraleitenden Materialien verwirklicht werden. Bevorzugt werden oxidische Supraleiter vom Typ Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x(O ≤ x < 1), da hiermit Dünnschichten hoher Qualität und stabiler Kristallinität erhalten werden können. Auch oxidische Supraleiter aus Bi&sub2;Sr&sub2;Ca&sub2;Cu&sub3;Oy (7 ≤ y ≤ 11) werden bevorzugt, da diese eine hohe kritische Temperatur Tc der Supraleitung aufweisen.
Diese sowie andere Eigenschaften, Vorteile und Besonderheiten der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter erfindungsgemässer Ausführungsformen im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Figuren 1A bis 1GG zeigen schematische Schnittansichten und eine Draufsicht zur Darstellung verschiedener Schritte eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung eines supraleitenden Bauteils;
Figuren 2A bis 2 FF schematisch Schnittansichten und Draufsichten auf unterschiedliche Schritte bei der Herstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen supraleitenden Bauteils;
Figuren 3A und 3B eine graphische Darstellung der Strom-Spannungs- Eigenschaften eines erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels eines supraleitenden Bäuteils, das gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt wurde und
Figuren 4A bis 4FF schematisch Schnittansichten und Draufsichten zur Darstellung verschiedener Schritte eines dritten Ausführungsbeispiels eines supraleitenden Bauteils, das gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Ausführungsbeispiel 1

Ein Josephson-Bauteil wurde sowohl gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren als auch gemäss dem Stand der Technik hergestellt durch Abscheiden bzw. Übereinanderanordnen einer ersten Dünnschicht aus einem supraleitenden Oxid, einer SrTiO&sub3;- Dünnschicht und einer zweiten Dünnschicht aus einem supraleitenden Oxid auf einem MgO-Substrat in dieser Reihenfolge. Dieses Verfahren wird im Zusammenhang mit den Figuren 1A bis 1GG beschrieben.
Zuerst wurde eine supraleitende Dünnschicht aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x (welche die erste Dünnschicht 1 aus supraleitendem Oxid darstellt) auf der (100) Oberfläche eines MgO-Substrats 4 durch Zerstäubung abgeschieden unter den folgenden Bedingungen:
Substrattemperatatur : 700ºC
Zerstäubungsgas Ar : 90 %
O&sub2; : 10 %
Druck : 66661 Pa (5 x 10&supmin;² Torr)
Schichtdicke : 400 nm
Danach wurde das MgO-Substrat mit der abgeschiedenen ersten Dünnschicht 1 aus supraleitendem Oxid von der Zerstäubungsvorrichtung in eine Vakuumverdampfungsvorrichtung eingeführt und eine die Kristallinität wiederherstellende Oberflächenbehandlung (Wärmebehandlung) unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Druck : 133332 Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr)
Substrattemperatur : 700ºC
Behandlungszeit : 3 Minuten
Nach dieser Behandlung kühlte das Substrat bis auf 400ºC ab, wonach eine Dünnschicht aus SrTiO&sub3; (welche die Dünnschicht 3 aus nicht-supraleitendem Material darstellt), auf der Dünnschicht 1 aus supraleitendem Oxid durch eine Ionenstrahlzerstäubung unter den folgenden Bedingungen abgeschieden:
Substrattemperatur : 700ºC
Sauerstoffdruck : 533288 x 10&supmin;&sup6; Pa (4 x 10&supmin;&sup6; Torr)
Schichtdicke : 3 nm
Schliesslich wurde eine supraleitende Dünnschicht aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x (welche die zweite Dünnschicht 2 aus supraleitendem Oxid darstellt) auf der Dünnschicht 3 aus SrTiO&sub3; durch ein Laserablationsverfahren unter den folgenden Bedingungen abgeschieden:
Substrattemperatur : 700 ºC
Sauerstoffdruck : 133322 Pa (10 Torr)
Schichtdicke : 400 nm
Dadurch wurde der in Figur 1A dargetellte Aufbau mit drei Schichten auf dem MgO-Substrat 4 erzeugt. In diesem Stadium weist das oxidische supraleitende Material der zweiten Dünnschicht 2 aus supraleitendem Oxid die Zusammensetzung Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O6,9 auf, wohingegen das oxidische supraleitende Material der ersten Dünnschicht 1 aus supraleitendem Oxid die Zusammensetzung Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O6,4 aufweist aufgrund des Einflusses der oben beschriebenen Wärmebehandlung. Ausserdem wurden die beiden Dünnschichten 1 und 2 aus supraleitendem Oxid aus einem Kristall mit c-Achsorientierung ausgebildet, während die Schicht 3 aus SrTiO&sub3; im wesentlichen aus einem Einkristall hergestellt wurde.
Danach wurde der in Figur 1A dargestellte Aufbau mit den drei Schichten bestehend aus der ersten Dünnschicht 1 aus supraleitendem Oxid, der Dünnschicht 3 aus SrTiO&sub3; und der zweiten Dünnschicht 2 aus supraleitendem Oxid, die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, durch ein photolithographisches Verfahren sowie ein Ar-Ionen-Ätzverfahren mit einem Muster versehen, so dass ein lineares Muster mit einer Breite von 1 µm ausgebildet wurde, wie es in den Figuren 1B und 1BB dargestellt ist. Figur 1BB ist dabei eine Draufsicht auf das in Figur 1B dargestellte Substrat.
Nach dieser Musterausbildung wurde die Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt unter den folgenden Wärmebehandlungsbedingungen:
Substrattemperatur : 400ºC
O&sub2;-Partialdruck : 133322 Pa (10 Torr)
Behandlungszeit : 4 Stunden
Als Ergebnis dieser Wärmebehandlung wies die erste Dünnschicht 1 aus supraleitendem Oxid die Zusammensetzung Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O6,9 auf. Nach dieser Behandlung wurde eine SiO&sub2;-Schicht 5 mit einer Dicke von 800 nm derart abgeschieden, dass sie das gesamte Substrat bedeckte sowie eine Widerstandsschicht 6 abgeschieden, welche die SiO&sub2;-Schicht 5 bedeckte, wie es in Figur 1C dargestellt ist. Anschliessend wurden die abgeschiedene Widerstandsschicht 6 und die abgeschiedene SiO&sub2;-Schicht 5 durch ein reaktives Ionen-Atzverfahren teilweise weggeätzt, bis eine obere Oberfläche der zweiten Dünnschicht 2 aus supraleitendern Oxid freigelegt wurde, wie es in Figur 1D dargestellt ist.
Ausserdem wurde eine Au-Schicht 7 abgeschieden, welche die gesamte obere Oberfläche des Substrats bedeckte mittels einer Vakuumverdampfung gemäss Figur 1E. Wie Figuren 1F und 1FF zeigen, wurde ein lineares Widerstandsmuster 8 auf der abgeschiedenen Au-Schicht 7 derart aufgebracht, dass es den linearen gemusterten Aufbau aus drei Schichten bestehend aus den Dünnschichten 1 und 2 aus supraleitendem Oxid und der Dünnschicht 3 aus SrTiO&sub2; teilweise überlagerte, wie es in der Draufsicht in Figur 1 FF dargestellt ist. Das lineare Widerständsmuster 8 wies eine Breite von 1 µm auf.
Eine Ar-Ionenabtragung wurde durchgeführt unter Verwendung des linearen Widerstandsmusters 8 als Maske, bis der lineare gemusterte Aufbau aus den drei Schichten der nicht durch das lineare Widerstandsmuster 8 abgedeckt war, nur noch die halbe Dicke aufwies, d.h. bis die untere oder erste Dünnschicht 1 aus dem supraleitenden Oxid eine freigelegte obere Fläche 11 aufwies, wie es in den Figuren 1G und 1GG dargestellt ist. Ausserdem wurde eine metallisierende Schicht auf der freigelegten Oberfläche 11 der unteren oder ersten Dünnschicht 1 aus supraleitendem Oxid ausgebildet.
Dadurch wurde ein Josephson-Bauteil hergestellt, bei dem die gemusterte Au-Schicht 7 eine Elektrode eines Elektrodenpaars bildete, während die metallisierte Schicht auf der freigelegten oberen Fläche 11 der unteren oder ersten Dünnschicht aus supraleitendem Oxid die andere Elektrode des Elektrodenpaars bildete.
Nach der vollständigen Herstellung des Bauteils wurden die Kristallinitätsbedingungen der ersten und zweiten Dünnschichten 1 und 2 aus supraleitendem Oxid sowie die Schicht 3 aus SrTiO&sub3; untersucht. Alle drei Schichten des gemäss der vorliegenden Erfindung gefertigten Joseph-Bauteils wiesen eine hohe Kristallinität auf. Ausserdem bestanden sowohl die erste als auch die zweite Dünnschicht 1 und 2 aus supraleitendem Oxid aus Kristallen mit c-Achsorientierung. Die kritischen Temperaturen der ersten und zweiten Dünnschichten 1 und 2 aus supraleitendem Oxid betrugen 90K bzw. 89K.
Ein Josephson-Bauteil hingegen, welches gemäss dem herkömmlichen Verfahren hergestellt wurde, das nicht den Schritt der Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre aufweist, zeigte eine Zusammensetzung der ersten Dünnschicht 1 aus supraleitendem Oxid von Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O6,4, wobei keine Supraleitfähigkeit bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs festgestellt werden konnte.

Auführungsbeispiel 2

Dieselben Verfahrensschritte wie im Ausführungsbeispiel 1 wurden durchgeführt, bis der Aufbau aus den drei Schichten mit dem linearen Muster nach dem Ätzschritt, das eine Breite von 1 µm aufwies, gemäss Figuren 1B und 1BB in der Sauerstoffatmosphäre wärmebehandelt wurde.
Nach der Wärmebehandlung wurde eine Au-Schicht 9 durch ein Zerstäubungsverfahren abgeschieden, welche den mit einem linearen Muster versehenen Aufbau aus drei Schichten, bestehend aus den ersten und zweiten Dünnschichten 1 und 2 aus supraleitendem Oxid und der Schicht 3 aus SrTiO&sub3; gemäss Figur 2A bedeckt und zwar gemäss den folgenden Abscheidebedingungen:
Substrattemperatur : 340ºC
Zerstäubungsgas Ar : 100 %
Druck : 66661 Pa (5 x 10&supmin;² Torr)
Schichtdicke : 30 nm
In diesem Fall war die Substrattemperatur so getring als möglich in einem Bereich von nicht mehr als 400ºC. Der Grund liegt darin, dass bei ungefähr 400ºC und in dessen Nähe Sauerstoff in den supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O6,9-Kristallen, aus denen die erste und die zweite Dünnschicht 1 und 2 aus supraleitendem Oxid bestehen, leicht diffundiert und verloren geht.
Nach der linearen Musterausbildung des Aufbaus aus den drei Schichten, bestehend aus den ersten und zweiten Dünnschichten 1 und 2 aus supraleitendem Oxid und der Schicht 3 aus der SrTiO&sub3;, der mit der Goldschicht 9 bedeckt war, wurde eine SiO&sub2;-Schicht 5 mit einer Dicke von 800 nm abgeschieden, welche das gesamte Substrat bedeckte sowie eine Widerstandsschicht 6 auf der SiO&sub2;- Schicht 5 gemäss Figur 2B. Danach wurden die abgeschiedene Widerstandsschicht 6 und die SiO&sub2;-Schicht 5 teilweise durch ein reaktives Ionen-Ätzverfahren weggeätzt, bis eine obere Fläche der zweiten Dünnschicht 2 aus supraleitendem Oxid gemäss Figur 2C freigelegt wurde.
Ausserdem wurde gemäss Figur 2D eine Au-Schicht 7 durch eine Vakuumverdampfung derart abgeschieden, dass die gesamte obere Fläche des Substrats bedeckt wurde. Gemäss Figuren 2E und 2EE wurde ein lineares Widerstandsmuster 8 auf der abgeschiedenen Au-Schicht 7 derart ausgebildet, dass es teilweise den linear gemusterten Aufbau aus den drei Schichten überdeckte, bestehend aus den Dünnschichten 1 und 2 aus supraleitendem Oxid und der isolierenden Schicht 3 gemäss der Draufsicht von Figur 2EE. Das lineare Widerstandsmuster 8 wies eine Breite von 1 µm auf.
Einen Ar-Ionenabtragung wurde durchgeführt, wobei das lineare Widerstandsmuster 8 als Maske diente, bis derjenige Teil des linear gemusterten Aufbaus aus den drei Schichten, welcher nicht durch das lineare Widerstandsmuster 8 abgedeckt war, etwa die halbe Dicke aufwies, d.h. bis die untere oder erste Dünnschicht 1 aus supraleitendem Oxid eine freigelegte obere Fläche 11 aufwies gemäss Figuren 2F und 2FF. Zusätzlich wurde eine metallisierende Schicht auf der freigelegten oberen Fläche 11 der unteren oder ersten Dünnschicht 1 aus supraleitendem Oxid aufgebracht.
Dadurch wurde das Josephson-Bauteil vervollständigt, bei dem die gemusterte Au-Schicht 7 eine Elektrode eines Elektrodenpaars bildet und die metallisierende Schicht auf der freigelegten oberen Fläche 11 der unteren oder ersten Dünnschicht 1 aus supraleitendem Oxid die andere Elektrode des Elektrodenpaars bildete.
Nach der Vervollständigung des Bauteils wurden die Kristallinitätsbedingungen der ersten und zweiten Dünnschichten 1 und 2 aus supraleitenden Oxid und der Schicht 3 aus SrTiO&sub3; in dem erfindungsgemäss hergestellten Josephson-Bauteil untersucht. Alle drei Schichten wiesen eine hohe Kristallinität auf. Ausserdem bestanden die beiden Dünnschichten 1 und 2 aus supraleitendem Oxid aus Kristallen mit c-Achsorientierung. Die beiden Dünnschichten 1 und 2 aus supraleitenden Oxid wiesen eine kritische Temperatur Tc von 90K bzw. 89K auf.
Ein nach dem herkömmlichen Verfahren hergestelltes Josephson- Bauteil, welches nicht den Schritt der Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre aufwies, zeigte hingegen eine Zusammensetzung der ersten Dünnschicht 1 aus supraleitenden Oxid von Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O6,4, wobei bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs keine Supraleitfähigkeit festgestellt werden konnte.
Ausserdem wurden die Eigenschaften des supraleitenden Bauteils (Josephson-Bauteil) gemessen, das gemäss dem Ausführungsbeispiel 2 hergestellt wurde. Die Ergebnisse sind in Figuren 3A und 3B dargestellt. In den beiden Figuren 3A und 3B ist der Strom-Spannungs-Verlauf eines Josephson-Bauteils in dem Fall in dem keine Schutzschicht 10 vorhanden ist, durch eine punktierte Linie dargestellt. Die punktierte Linie 20 zeigt den Stromspannungsverlauf eines Josephson-Bauteils mit erhöhter Spannung, wohingegen die punktierte Linie 21 den Strom-Spannungsverlauf des Josephson-Bauteis zeigt mit verringerter Spannung. Eine gerade Linie zeigt den Strom-Spannungsverlauf der Schutzschicht 10. Wie ein Vergleich von Figuren 3A und 3B zeigt, weist die Schutzschicht 10 gemäss Figur 3B einen Widerstand auf der niedriger ist als derjenige der in Figur 3A gezeigten Schutzschicht 10. Die ausgezogene Linie stellt den Strom-Spannungsverlauf eines Josephson-Bauteils in dem Fall dar, in dem die Schutzschicht 10 gemäss dem Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung vorgesehen wird.
In dem Fall, in dem die Schutzschicht 10, welche zu dem Strom- Spannungsverlauf durch die gerade punktierte Linie in Figur 3A führt vorgesehen wird, weist das gemäss dem Ausführungsbeispiel hergestellte Josephson-Bauteil einen Strom-Spannungsverlauf auf, wie er durch die ausgezogene Linie dargestellt ist, welche durch eine Kombination des Strom-Spannungsverlaufs des Josephson-Bauteils mit dem Strom-Spannungsverlauf der Schutzschicht 10 resultiert. Bei erhöhter Spannung zeigt der Strom gemäss dem Strom-Spannungsverlauf 22 und bei verringerter Spannung nimmt der Strom gemäss dem Strom-Spannungsverlauf 23 ab. Andererseits weist das gemäss dem Ausführungsbeispiel 2 hergestellte Josephson-Bauteil bei einer Schutzschicht 10 mit geringem Widerstand wie es durch die gerade punktierte Linie in Figur 3B dargestellt ist, einen Strom-Spannungsverlauf auf, der durch die durchgezogene Linie gekennzeichnet ist, so dass bei einer Spannungserhöhung der Strom gemäss dem Strom- Spannungsverlauf 24 zunimmt und bei einer Spannungsverringerung der Strom gemäss dem Strom-Spannungsverlauf 25 abnimmt.
Daraus sieht man, dass das gemäss dem Ausführungsbeispiel 2 hergetellte Josephson-Bauteil einen Strom-Spannungsverlauf mit weniger Hysterese aufweist, wodurch mehr praktische Einsatzmöglichkeiten zur Verfügung stehen. Durch weitere Widerstandsanpassung kann das Phänomen der Hysterese vollständig kompensiert werden.

Ausführungsbeispiel 3

Dieselben Verfahrensschritte wie im Ausführungsbeispiel 1 wurden durchgeführt bis der Aufbau aus den drei Schichten mit dem geätzten linearen Muster einer Breite von 1 µm gemäss Figuren 1B und 1BB in der Sauerstoffatmosphäre wärmebehandelt wurde.
Nach der Wärmebehandlung wird eine Schicht 10 aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x mit a-Achsorientierung durch eine Zerstäubung derart aufgebracht, dass sie den linear gemusterten Aufbau aus den drei Schichten, bestehend aus der ersten und zweiten Dünnschicht 1 und 2 aus supraleitendem Oxid und der Schicht 3 aus SrTiO&sub3; bedeckte, wie es in Figur 4A dargestellt ist unter den folgenden Abscheidebedingungen:
Substrattemperatur : 640ºC
Zerstäubungsgas Ar : 90 %
Zerstäubungsgas O&sub2; : 10 %
Druck : 533288 Pa (4 x 10&supmin;² Torr)
Schichtdicke : 30 nm
Im Falle der Ausbildung einer Dünnschicht aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x mit a-Achsorientierung ist es vorteilhaft, wenn die Substrattemperatur nicht mehr als ungefähr 650ºC beträgt und wenn der Druck im Bereich von 133322 Pa (10m Torr) bis 66661 Pa (50m Torr) liegt.
Nachdem der linear gemusterte Aufbau aus den drei Schichten bestehend aus den ersten und zweiten Dünnschichten 1 und 2 aus supraleitendem Oxid und der Schicht 3 aus SrTiO&sub3; mit der Schicht 10 aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x mit a-Achsorientierung bedeckt war, wurde eine SiO&sub2;-Schicht 5 mit einer Dicke von 800 nm abgeschieden, welche das gesamte Substrat bedeckte, sowie eine Widerstandsschicht 6 auf der SiO&sub2;-Schicht 5 gemäss Figur 4B.
Danach wurden dieselben Verfahrensschritte im Ausführungsbeispiel 2 durchgeführt, wie sie in den Figuren 4D, 4E und 4EE dargestellt sind, sodass das in Figuren 4F und 4FF dargestellte Josephson-Bauteil erhalten wurde.
Nach der Vollendung des Bauteils wurden die Kristallinitätsbedingungen der ersten und zweiten Dünnschichten 1 und 2 aus supraleitendem Oxid und der Schicht 3 aus SrTiO&sub3; im Josephson- Bauteil, das gemäss der Erfindung hergestellt wurde, untersucht. Alle drei Schichten wiesen eine hohe Kristallinität auf. Sowohl die erste als auch die zweite Dünnschicht 1 und 2 aus supraleitendem Oxid bestanden aus einem Kristall mit c- Achsorientierung, wohingegen die Dünnschicht 10 aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x aus einem Kristall mit a-Achsorientierung bestand, deren a- Achse senkrecht zur Oberfläche des Substrates 4 verlief. Die ersten und zweiten Dünnschichten 1 und 2 aus dem supraleitenden Oxid wiesen kritische Temperaturen von 90K bzw. 89K auf.
Bei einem Josephson-Bauteil, welches gemäss dem herkömmlichen Verfahren hergestellt wurde, das nicht den Schritt der Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre aufwies, wies hingegen die erste Dünnschicht 1 aus supraleitendem Oxid eine Zusammensetzung von Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O6,4 auf, wobei bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs keine Supraleitfähigkeit festgestellt werden konnte.
Aus obigem geht hervor, dass gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren es möglich ist, ein supraleitendes Bauteil wie z.B. ein Josephson-Tunnel-Bauteil mit hoher Leistungsfähigkeit herzustellen unter Verwendung der Vorteile eines oxidischen supraleitenden Materials, das nicht beeinträchtigt wurde. Ausserdem ist es möglich, Josephson-Bauteile mit verbesserter Hysterese zu fertigen. Daraus resultiert, dass die Anwendung von oxidischen supraleitenden Materialien in elektronischen Bauteilen verbessert wird.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen bestanden die nicht-supraleitenden Schichten, die zwischen den ersten und zweiten Dünnschichten 1 und 2 aus supraleitendem Oxid eingebettet waren, aus einem isolierenden Material z.B. aus SrTiO&sub3;, womit sogenannte SIS-Josephson-Übergangs-Bauteile verwirklicht werden konnten. Es sei jedoch betont, dass als nicht- supraleitendes Material zwischen den ersten und zweiten Dünnschichten 1 und 2 aus supraleitendem Oxid auch andere nicht- supraleitende Materialien verwendet werden können wie z.B. ein halbleitendes Material sowie ein normal leitendes Material, welches wenig oder gar nicht mit dem verwendeten supraleitenden oxidischen Material reagiert.
Die Erfindung wurde im Zusammenhang mit besonderen Ausführungsbeispielen beschrieben, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein; sie umfasst hingegen alle in den Schutzbereich der Patentansprüche fallende Äquivalente.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines supraleitendes Bauteils, welches eine erste Dünnschicht (1) aus supraleitendem Oxid auf einem Substrat (4) aufweist, eine zweite Dünnschicht (3) aus nicht-supraleitendem Material auf der ersten Dünnschicht aus supraleitendem Oxid aufweist und eine dritte Dünnschicht (2) aus supraleitendem Oxid auf der zweiten Dünnschicht aus nicht-supraleitendem Material aufweist, so daß ein Aufbau mit drei Schichten gebildet wird bestehend aus der ersten Dünnschicht aus supraleitendem Oxid, der zweiten Dünnschicht aus nicht-supraleitendem Material und der dritten Dünnschicht aus supraleitendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte aufweist der Musterausbildung des Aufbaus aus den drei Schichten, dergestalt, daß wenigstens eine Seitenfläche der ersten Dünnschicht aus supraleitendem Oxid freigelegt wird, wonach der mit dem Muster versehene Aufbau aus den drei Schichten in einer O&sub2;-Atmosphäre oder in einer O&sub3;- Atmosphäre mit Wärme behandelt wird, so daß Sauerstoff in die erste Dünnschicht aus supraleitendem Oxid durch die freigelegte Seitenfläche der ersten Dünnschicht aus supraleitendem Oxid eindringt und des Beschichtens wenigstens der Seitenfläche des mit dem Muster versehenen Aufbaus aus den drei Schichten mit einer Schutzschicht (5, 9, 10)

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schutzschicht aus einer SiO&sub2;-Schicht (5) besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schutzschicht aus einem Edelmetall (9) besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schutzschicht aus einer Schicht (10) aus supraleitendem Oxid gebildet wird, dessen Kristallorientierung unterschiedlich zu derjenigen des supraleitenden Oxids ist, welches die ersten und dritten Dünnschichten aus supraleitendem Oxid bildet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der mit dem Muster versehene Aufbau aus den drei Schichten eine Breite von nicht mehr als 3 µm aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 51 bei dem sowohl die erste als auch die dritte Dünnschicht aus supraleitendem Oxid aus einem kristallinen Supraleiter mit c- Achsorientierung besteht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Wärmebehandlung bei einer Wärmetemperatur im Bereich von nicht weniger als 400ºC und nicht mehr als 500ºC durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Wärmebehandlung in einer O&sub2;-Atmosphäre durchgeführt, deren Partialdruck nicht weniger als 666,61 Pa (5 Torr) beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Wärmebehandlung bei 400ºC in einer O&sub2;-Atmosphäre durchgeführt wird, deren Partialdruck in einem Bereich von nicht weniger als 666,61 Pa (5 Torr) und nicht mehr als 2666,44 Pa (20 Torr) liegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Wärmebehandlung bei 500ºC in einer O&sub2; Atmosphäre durchgeführt wird, deren Partialdruck nicht weniger als 1333,22 Pa (10 Torr) beträgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 71 bei dem die Wärmbehandlung in einer O&sub3;-Atmosphäre durchgeführt wird, deren Partialdruck nicht weniger als 13,3322 Pa (0,1 Torr) beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Wärmbehandlung bei 500ºC in einer O&sub3;-Atmosphäre durchgeführt wird, deren Partialdruck nicht weniger als 1333,22 Pa (10 Torr) beträgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die erste und die dritte Dünnschicht aus supraleitendem Oxid aus einem supraleitenden Einkristall aus Y-Ba-Cu-O-Oxid besteht.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Schutzschicht bei einer Temperatur abgeschieden wird, welche niedriger ist als ein Temperaturbereich, in dem Sauerstoff aus der ersten Dünnschicht aus supraleitendem Oxid abgegeben wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem sowohl die erste als auch die dritte Dünnschicht aus supraleitendem Oxid aus einem supraleitendem Einkristall aus Y-Ba-Cu-O-Oxid besteht und bei dem die Schutzsschicht bei einer Temperatur von nicht mehr als 400ºC abgeschieden wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Schutzschicht aus einer Edelmetallschicht besteht, die eine Dicke aufweist von nicht weniger als 10 nm und nicht mehr 50 nm.

17. Verfahren nach Anspruch 15, bei die Schutzschicht aus einer Au- oder Ag- Schicht besteht, die eine Dicke aufweist von nicht weniger als 10 nm und nicht mehr als 50 nm.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem sowohl die erste als auch die dritte Dünnschicht aus supraleitendem Oxid aus einem kristallinen Supraleiter mit c-Achsorientierung besteht und bei dem die Schutzschicht aus kristallinem supraleitendem Oxid mit a-Achsorientierung besteht.

19. Supraleitendes Bauteil, das eine erste Dünnschicht (1) aus einem supraleitendem Oxid auf einem Substrat (4) aufweist, eine Dünnschicht (3) aus nicht-supraleitendem Material auf der ersten Dünnschicht aus supraleitendem Oxid aufweist und eine zweite Dünnschicht (2) aus supraleitendem Oxid auf der Dünnschicht aus nicht-supraleitendem Material aufweist, so daß auf dem Substrat ein Aufbau aus drei Schichten gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen des Aufbaus aus den drei Schichten bestehend aus der ersten Dünnschicht aus supraleitendem Oxid, der zweiten Dünnschicht aus nicht-supraleitendem Material und der Dünnschicht aus dem zweiten supraleitendem Oxid mit einer Schutzschicht (5, 9, 10) bedeckt sind.

20. Supraleitendes Bauteil nach Anspruch 19, bei dem die Schutzschicht aus einer SiO&sub2;-Schicht (5) besteht.

21. Supraleitendes Bauteil nach Anspruch 19, bei die Schutzschicht aus einem Edelmetall (9) besteht.

22. Supraleitendes Bauteil nach Anspruch 19, bei dem die Schutzschicht aus einer Schicht (10) aus einem supraleitendem Oxid besteht, mit einer Kristallorientierung, die unterschiedlich ist zu derjenigen des supraleitenden Oxids, aus dem die erste und dritte Dünnschicht aus supraleitendem Oxid gebildet sind.

23. Supraleitendes Bauteil nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei dem der mit dem Muster versehene Aufbau aus den drei Schichten eine Breite von nicht mehr als 3 µm aufweist.

24. Supraleitendes Bauteil nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei dem sowohl die erste als auch die dritte Dünnschicht aus supraleitendem Oxid aus einem kristallinen Supraleiter mit c-Achsorientierung besteht.

25. Supraleitendes Bauteil nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei dem sowohl die erste als auch die dritte Dünnschicht aus supraleitendem Oxid aus einem supraleitendem Einkristall aus Y-Ba-Ca-Cu-O-Oxid besteht.

26. Supraleitendes Bauteil nach Anspruch 25, bei dem die Schutzschicht aus einer Edelmetallschicht besteht, mit einer Dicke von nicht weniger als 10 nm und nicht mehr als 50 nm.

27. Supraleitendes Bauteil nach Anspruch 25, bei dem die Schutzschicht aus einer Au- oder Ag- Schicht besteht, mit einer Dicke von nicht weniger als 10 nm und nicht mehr als 50 nm.

28. Supraleitendes Bauteil nach Anspruch 27, bei dem sowohl die erste als auch die dritte Dünrischicht aus supraleitendem Oxid aus einem kristallinen Supraleiter mit c- Achsorientierung besteht und bei dem die Schutzschicht aus einem kristallinen supraleitenden Oxid mit a- Achsorientierung besteht.