JPH05211356A - 平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法 - Google Patents
平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法Info
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- JPH05211356A JPH05211356A JP4267338A JP26733892A JPH05211356A JP H05211356 A JPH05211356 A JP H05211356A JP 4267338 A JP4267338 A JP 4267338A JP 26733892 A JP26733892 A JP 26733892A JP H05211356 A JPH05211356 A JP H05211356A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 大気中の水分などによる素子劣化を防止可能
な平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法
を提供すること。 【構成】 薄膜形成温度から室温への冷却過程で、ＹＢ
ＣＯ膜自身の相転移時における応力により、微細な亀裂
を形成した後、成膜室を開封することなく、そのまま再
度真空に引き、同一成膜室内で亀裂部に障壁層物質を堆
積させることにより、素子作製過程を通して常に大気と
遮断された状態になっているから劣化を起こさず、良特
性とその再現性の安定したジョセフソン素子を得ること
ができる。
な平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法
を提供すること。 【構成】 薄膜形成温度から室温への冷却過程で、ＹＢ
ＣＯ膜自身の相転移時における応力により、微細な亀裂
を形成した後、成膜室を開封することなく、そのまま再
度真空に引き、同一成膜室内で亀裂部に障壁層物質を堆
積させることにより、素子作製過程を通して常に大気と
遮断された状態になっているから劣化を起こさず、良特
性とその再現性の安定したジョセフソン素子を得ること
ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、平面型の酸化物超電導
薄膜ジョセフソン素子の作製方法に関するものである。
薄膜ジョセフソン素子の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超電導薄膜を用いたジョセフソン
素子には積層型と平面型とがあり、平面型ジョセフソン
素子としてブリッジ型が知られている。特に、平面型ジ
ョセフソン素子において、良好な特性を持たせるために
は、ブリッジ部の対向幅をできるだけ小さく形成するこ
とが望ましく、それには１０ｎｍ程度の微細加工技術が
要求される。しかし、ブリッジ部の形成に従来より用い
られている電子線露光法，Ｘ線露光法もしくは収束イオ
ンビーム法などでは、１００ｎｍが限界とされており、
現状では良好な特性を持つ平面型ジョセフソン素子を作
製するのは困難である。
素子には積層型と平面型とがあり、平面型ジョセフソン
素子としてブリッジ型が知られている。特に、平面型ジ
ョセフソン素子において、良好な特性を持たせるために
は、ブリッジ部の対向幅をできるだけ小さく形成するこ
とが望ましく、それには１０ｎｍ程度の微細加工技術が
要求される。しかし、ブリッジ部の形成に従来より用い
られている電子線露光法，Ｘ線露光法もしくは収束イオ
ンビーム法などでは、１００ｎｍが限界とされており、
現状では良好な特性を持つ平面型ジョセフソン素子を作
製するのは困難である。
【０００３】これに対して、基板上に酸化物超電導薄膜
を所定の成膜条件の下に成膜することにより、薄膜形成
温度から室温への冷却過程において、酸化物超電導薄膜
に幅が１０ｎｍ程度の亀裂を発生させる微細加工技術を
特願平３−１１４０２９号により同一出願人から出願中
である。ここには、結晶の面方向（１１０）のＳｒＴｉ
Ｏ3 基板上にマグネトロンスパッタ法により成膜したＹ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ｙは超電導体に含まれる酸素量）表
面に生じた亀裂を走査型電子顕微鏡で観察した結果を開
示しており、基板と酸化物超電導薄膜との熱膨張係数の
差に起因して生ずる内部応力の亀裂発生機構への影響が
検討されている。
を所定の成膜条件の下に成膜することにより、薄膜形成
温度から室温への冷却過程において、酸化物超電導薄膜
に幅が１０ｎｍ程度の亀裂を発生させる微細加工技術を
特願平３−１１４０２９号により同一出願人から出願中
である。ここには、結晶の面方向（１１０）のＳｒＴｉ
Ｏ3 基板上にマグネトロンスパッタ法により成膜したＹ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ｙは超電導体に含まれる酸素量）表
面に生じた亀裂を走査型電子顕微鏡で観察した結果を開
示しており、基板と酸化物超電導薄膜との熱膨張係数の
差に起因して生ずる内部応力の亀裂発生機構への影響が
検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】平面型ジョセフソン素
子は、ブリッジ部となる酸化物超電導薄膜の微細加工領
域に、障壁層が堆積された素子構造を有するため、その
作製方法としては、成膜室（チャンバー）中で基板上に
酸化物超電導薄膜を形成し、これを一旦成膜室から取り
出して微細加工を施した後に、再度成膜室に戻して障壁
層の堆積を行なっている。このため、成膜室から取り出
されている間、酸化物超電導薄膜は大気に曝されること
となり、大気中の水分や炭酸ガスにより劣化する。雰囲
気による影響は、上述した成膜後の冷却過程で酸化物超
電導薄膜に亀裂を発生させる微細加工技術を適用した平
面型ジョセフソン素子についても十分に留意する必要が
あり、素子を作製した後ある時間放置しておくと、期待
される特性が得られなくなるとか、素子の作製過程で老
化が進行し、素子作製直後でも特性が低下していること
があるということは、素子の再現性という点で問題であ
る。これらのことは、亀裂を形成した部分から酸化物超
電導薄膜の内部に向かって劣化が徐々に進むことに起因
すると考えられるので、この平面型ジョセフソン素子の
特性とその再現性を向上させるためには、亀裂部に障壁
層となる物質を挿入する過程で、大気による劣化を防止
しなければならない。
子は、ブリッジ部となる酸化物超電導薄膜の微細加工領
域に、障壁層が堆積された素子構造を有するため、その
作製方法としては、成膜室（チャンバー）中で基板上に
酸化物超電導薄膜を形成し、これを一旦成膜室から取り
出して微細加工を施した後に、再度成膜室に戻して障壁
層の堆積を行なっている。このため、成膜室から取り出
されている間、酸化物超電導薄膜は大気に曝されること
となり、大気中の水分や炭酸ガスにより劣化する。雰囲
気による影響は、上述した成膜後の冷却過程で酸化物超
電導薄膜に亀裂を発生させる微細加工技術を適用した平
面型ジョセフソン素子についても十分に留意する必要が
あり、素子を作製した後ある時間放置しておくと、期待
される特性が得られなくなるとか、素子の作製過程で老
化が進行し、素子作製直後でも特性が低下していること
があるということは、素子の再現性という点で問題であ
る。これらのことは、亀裂を形成した部分から酸化物超
電導薄膜の内部に向かって劣化が徐々に進むことに起因
すると考えられるので、この平面型ジョセフソン素子の
特性とその再現性を向上させるためには、亀裂部に障壁
層となる物質を挿入する過程で、大気による劣化を防止
しなければならない。
【０００５】そこで、本発明においては、以上の問題点
に鑑みて、作製過程およびその後に、大気中の水分など
により劣化することなく、良好な特性と優れた再現性を
有する平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン素子の作製
方法を提供することを目的としている。
に鑑みて、作製過程およびその後に、大気中の水分など
により劣化することなく、良好な特性と優れた再現性を
有する平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン素子の作製
方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン
素子においては、基板上に形成される酸化物超電導薄膜
の成膜条件を設定することにより、その成膜後の冷却過
程で酸化物超電導薄膜に微細な亀裂を発生させることが
可能であるので、同一成膜室内で連続的に、障壁層を形
成することができる。すなわち、本発明に係る平面型酸
化物超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法は、酸化物
超電導薄膜をその成膜後の冷却過程で亀裂が発生する成
膜温度と膜厚とを設定して形成する成膜工程と、その後
の薄膜形成温度から室温まで酸素雰囲気中で冷却する冷
却工程と、この冷却工程の後に、成膜室を再び真空状態
にして酸化物超電導薄膜表面に障壁層となる物質を堆積
させる障壁層形成工程とを有することを特徴としてい
る。
に、本発明に係る平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン
素子においては、基板上に形成される酸化物超電導薄膜
の成膜条件を設定することにより、その成膜後の冷却過
程で酸化物超電導薄膜に微細な亀裂を発生させることが
可能であるので、同一成膜室内で連続的に、障壁層を形
成することができる。すなわち、本発明に係る平面型酸
化物超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法は、酸化物
超電導薄膜をその成膜後の冷却過程で亀裂が発生する成
膜温度と膜厚とを設定して形成する成膜工程と、その後
の薄膜形成温度から室温まで酸素雰囲気中で冷却する冷
却工程と、この冷却工程の後に、成膜室を再び真空状態
にして酸化物超電導薄膜表面に障壁層となる物質を堆積
させる障壁層形成工程とを有することを特徴としてい
る。
【０００７】この平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン
素子において、障壁層となる物質に絶縁体を用いること
が好ましく、さらに、結晶質絶縁体としては、ＭｇＯ，
ＺｒＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 ，ＢａＦ2 ，ＣａＦ2 ，ＮｄＧ
ａＯ3 ，ＹＡｌＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 ，ＬａＧａＯ3 およ
びＬａＳｒＧａＯ4 からなる群より選ばれた１種の絶縁
体であることが好ましい。また、非晶質絶縁体として
は、ＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ＬｎはＬａ，Ｓｍ，Ｅｕ，
Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕからな
る群より選ばれた１種の元素、ｙは超電導体に含まれる
酸素量）、もしくは、ＭｇＯ，ＺｒＯ2 ，ＳｒＴｉ
Ｏ3 ，ＢａＦ2 ，ＣａＦ2 ，ＮｄＧａＯ3 ，ＹＡｌ
Ｏ3 ，ＬａＡｌＯ3 ，ＬａＧａＯ3 およびＬａＳｒＧａ
Ｏ4 からなる群より選ばれた１種の絶縁体であることが
好ましい。そして、障壁層となる物質に金属を用いても
よく、その金属としては、Ａｕ，ＡｇおよびＰｔからな
る群より選ばれた１種の金属であることが好ましい。
素子において、障壁層となる物質に絶縁体を用いること
が好ましく、さらに、結晶質絶縁体としては、ＭｇＯ，
ＺｒＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 ，ＢａＦ2 ，ＣａＦ2 ，ＮｄＧ
ａＯ3 ，ＹＡｌＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 ，ＬａＧａＯ3 およ
びＬａＳｒＧａＯ4 からなる群より選ばれた１種の絶縁
体であることが好ましい。また、非晶質絶縁体として
は、ＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ＬｎはＬａ，Ｓｍ，Ｅｕ，
Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕからな
る群より選ばれた１種の元素、ｙは超電導体に含まれる
酸素量）、もしくは、ＭｇＯ，ＺｒＯ2 ，ＳｒＴｉ
Ｏ3 ，ＢａＦ2 ，ＣａＦ2 ，ＮｄＧａＯ3 ，ＹＡｌ
Ｏ3 ，ＬａＡｌＯ3 ，ＬａＧａＯ3 およびＬａＳｒＧａ
Ｏ4 からなる群より選ばれた１種の絶縁体であることが
好ましい。そして、障壁層となる物質に金属を用いても
よく、その金属としては、Ａｕ，ＡｇおよびＰｔからな
る群より選ばれた１種の金属であることが好ましい。
【０００８】
【作用】斯かる手段を講じた本発明に係る平面型酸化物
超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法は、基板上に形
成される酸化物超電導薄膜が、薄膜形成温度から室温へ
の冷却過程で亀裂が発生する成膜温度と膜厚とを設定さ
れて形成されるため、成膜室から取り出すことなく、酸
化物超電導薄膜に微細加工を施すことが可能である。従
って、本発明によれば、酸化物超電導薄膜の形成後に、
障壁層物質を堆積させるためにこれを一旦成膜室から取
り出して、別の装置で微細加工を行なう必要がなくな
り、同一成膜室内で連続的な加工が可能であるから、素
子作製過程を通して常に大気と遮断された状態を保って
おり、酸化物超電導薄膜が直接大気に接触する機会を与
えない。それ故、得られた素子は大気中の水分や炭酸ガ
スにより劣化することなく、特性の安定性が高められ
る。このような同一成膜室内での連続加工は、酸化物超
電導薄膜の物性が常電導から超電導へ変わる相転移、す
なわち、酸化物超電導薄膜の結晶構造が正方晶から斜方
晶へ変化することに起因しており、相転移時における内
部応力が亀裂を発生可能な成膜条件に設定して酸化物超
電導薄膜を形成することにより始めて成し得るものであ
る。
超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法は、基板上に形
成される酸化物超電導薄膜が、薄膜形成温度から室温へ
の冷却過程で亀裂が発生する成膜温度と膜厚とを設定さ
れて形成されるため、成膜室から取り出すことなく、酸
化物超電導薄膜に微細加工を施すことが可能である。従
って、本発明によれば、酸化物超電導薄膜の形成後に、
障壁層物質を堆積させるためにこれを一旦成膜室から取
り出して、別の装置で微細加工を行なう必要がなくな
り、同一成膜室内で連続的な加工が可能であるから、素
子作製過程を通して常に大気と遮断された状態を保って
おり、酸化物超電導薄膜が直接大気に接触する機会を与
えない。それ故、得られた素子は大気中の水分や炭酸ガ
スにより劣化することなく、特性の安定性が高められ
る。このような同一成膜室内での連続加工は、酸化物超
電導薄膜の物性が常電導から超電導へ変わる相転移、す
なわち、酸化物超電導薄膜の結晶構造が正方晶から斜方
晶へ変化することに起因しており、相転移時における内
部応力が亀裂を発生可能な成膜条件に設定して酸化物超
電導薄膜を形成することにより始めて成し得るものであ
る。
【０００９】
【実施例】以下に、本発明の実施例について添付図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００１０】本発明は平面型酸化物超電導薄膜ジョセフ
ソン素子を次のようにして作製するものである。まず、
結晶の面方向（１１０）の ＳｒＴｉＯ3 〔以下ＳＴＯ
（１１０）と略称する〕基板上にＲＦマグネトロンスパ
ッタ法を用いて、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ｙは超電導体に
含まれる酸素量）〔以下ＹＢＣＯと略称する〕の薄膜を
６５０℃で堆積させて成膜する（成膜工程）。つぎに、
成膜室にＯ2 を導入し、酸素雰囲気中で薄膜形成温度か
ら室温まで冷却する（冷却工程）。この成膜後の冷却過
程において、ＹＢＣＯ膜の表面には、ＹＢＣＯ膜自身の
相転移、すなわち、結晶構造の正方晶から斜方晶への変
化に従ってＹＢＣＯ膜の組織がＣ軸方向へ収縮する応力
に起因して微細な亀裂が形成される。そして、亀裂が形
成されたＹＢＣＯ膜の表面に障壁層を形成するために、
成膜室内を真空に引き、室温でのスパッタ法により非晶
質のＹＢＣＯ膜を３００ｎｍ堆積させる（障壁層形成工
程）。このように、本発明の平面型ジョセフソン素子の
作製方法においては、従来のＸ線や電子線による微細加
工法がＹＢＣＯ膜の堆積後、これを一旦成膜室から取り
出して行なわねばならなかったのに対して、ＹＢＣＯ膜
自身の相転移時における応力により亀裂を形成すること
ができるので、成膜室を開封することなく、引き続き同
一成膜室内における連続的なスパッタ成膜を可能とした
ことを特徴としている。
ソン素子を次のようにして作製するものである。まず、
結晶の面方向（１１０）の ＳｒＴｉＯ3 〔以下ＳＴＯ
（１１０）と略称する〕基板上にＲＦマグネトロンスパ
ッタ法を用いて、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ｙは超電導体に
含まれる酸素量）〔以下ＹＢＣＯと略称する〕の薄膜を
６５０℃で堆積させて成膜する（成膜工程）。つぎに、
成膜室にＯ2 を導入し、酸素雰囲気中で薄膜形成温度か
ら室温まで冷却する（冷却工程）。この成膜後の冷却過
程において、ＹＢＣＯ膜の表面には、ＹＢＣＯ膜自身の
相転移、すなわち、結晶構造の正方晶から斜方晶への変
化に従ってＹＢＣＯ膜の組織がＣ軸方向へ収縮する応力
に起因して微細な亀裂が形成される。そして、亀裂が形
成されたＹＢＣＯ膜の表面に障壁層を形成するために、
成膜室内を真空に引き、室温でのスパッタ法により非晶
質のＹＢＣＯ膜を３００ｎｍ堆積させる（障壁層形成工
程）。このように、本発明の平面型ジョセフソン素子の
作製方法においては、従来のＸ線や電子線による微細加
工法がＹＢＣＯ膜の堆積後、これを一旦成膜室から取り
出して行なわねばならなかったのに対して、ＹＢＣＯ膜
自身の相転移時における応力により亀裂を形成すること
ができるので、成膜室を開封することなく、引き続き同
一成膜室内における連続的なスパッタ成膜を可能とした
ことを特徴としている。
【００１１】このようにしてＳＴＯ（１１０）基板上に
ＹＢＣＯを成膜した後、障壁層として非晶質ＹＢＣＯ膜
を堆積して得られた素子構造のものについて、これをパ
ターニングした後、電極を設け電圧計および電流計を接
続した測定試料の模式図を図１（ａ），（ｂ）に示し
た。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図であり、
両図を併用参照して述べると、この測定試料は、基板１
上に堆積されたＹＢＣＯ膜２と障壁層を形成する非晶質
ＹＢＣＯ膜３からなる２層積層膜４を細長くして、亀裂
５を基板１のほぼ中央に位置させ、電流方向と亀裂５の
方向が直交するように、２層積層膜４の両端部に２つの
Ａｕ電極６を被着してあり、これらを測定用電流源７に
接続し、同様にして２層積層膜４のほぼ中央部で、亀裂
５を挟んで対向する２つのＡｕ電極８を被着し、これら
を測定用電圧計９に接続したものであることを示してい
る。
ＹＢＣＯを成膜した後、障壁層として非晶質ＹＢＣＯ膜
を堆積して得られた素子構造のものについて、これをパ
ターニングした後、電極を設け電圧計および電流計を接
続した測定試料の模式図を図１（ａ），（ｂ）に示し
た。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図であり、
両図を併用参照して述べると、この測定試料は、基板１
上に堆積されたＹＢＣＯ膜２と障壁層を形成する非晶質
ＹＢＣＯ膜３からなる２層積層膜４を細長くして、亀裂
５を基板１のほぼ中央に位置させ、電流方向と亀裂５の
方向が直交するように、２層積層膜４の両端部に２つの
Ａｕ電極６を被着してあり、これらを測定用電流源７に
接続し、同様にして２層積層膜４のほぼ中央部で、亀裂
５を挟んで対向する２つのＡｕ電極８を被着し、これら
を測定用電圧計９に接続したものであることを示してい
る。
【００１２】図１（ａ），（ｂ）に示す測定試料を用い
て、液体窒素温度（７７Ｋ）における電流−電圧特性を
調査し、その結果を図２に示す。図２において、線
（イ）は本発明の作製方法によって得られた素子の特性
線であり、線（ロ）は比較のために併記した従来の微細
加工法を用いて得られた素子の特性線である。但し、本
発明との相違を分かり易くするため、特性線（ロ）のみ
電流値を１００倍として表してある。この測定試料で
は、電流経路に対して垂直に亀裂５が入っているため、
流れている電流は亀裂５の部分に存在している非晶質Ｙ
ＢＣＯ膜３中をトンネルする準粒子トンネリングの直列
接続によるものであり、障壁層が非常に薄い場合、準粒
子トンネリング効果と同時にクーパー電子対のトンネル
も起こす。障壁層が非常に薄い場合の電流−電圧特性線
を図２に倣って図３に示す。一方、従来法により作製し
た素子、すなわち、薄膜形成後、一旦大気中に取り出し
て非晶質体を堆積させた素子の電流−電圧特性は非直線
性を示さずに、高抵抗体になるものがみられた。これは
微細加工部分の周囲が大気中に含まれる水分や炭酸ガス
により劣化され、非晶質体と超電導体との間に金属層が
生成されることに起因する。これに対して、本発明の方
法により作製した素子では、大気の影響を受けていない
から、そのような現象を起こすことなく、作製後１０日
間大気中に放置しても、特性の変化は観測されなかっ
た。以上のことから、特願平３−１１４０２９号により
出願中の平面型ジョセフソン素子の最高の特性が、本発
明の方法により効率よく容易に得ることができる。
て、液体窒素温度（７７Ｋ）における電流−電圧特性を
調査し、その結果を図２に示す。図２において、線
（イ）は本発明の作製方法によって得られた素子の特性
線であり、線（ロ）は比較のために併記した従来の微細
加工法を用いて得られた素子の特性線である。但し、本
発明との相違を分かり易くするため、特性線（ロ）のみ
電流値を１００倍として表してある。この測定試料で
は、電流経路に対して垂直に亀裂５が入っているため、
流れている電流は亀裂５の部分に存在している非晶質Ｙ
ＢＣＯ膜３中をトンネルする準粒子トンネリングの直列
接続によるものであり、障壁層が非常に薄い場合、準粒
子トンネリング効果と同時にクーパー電子対のトンネル
も起こす。障壁層が非常に薄い場合の電流−電圧特性線
を図２に倣って図３に示す。一方、従来法により作製し
た素子、すなわち、薄膜形成後、一旦大気中に取り出し
て非晶質体を堆積させた素子の電流−電圧特性は非直線
性を示さずに、高抵抗体になるものがみられた。これは
微細加工部分の周囲が大気中に含まれる水分や炭酸ガス
により劣化され、非晶質体と超電導体との間に金属層が
生成されることに起因する。これに対して、本発明の方
法により作製した素子では、大気の影響を受けていない
から、そのような現象を起こすことなく、作製後１０日
間大気中に放置しても、特性の変化は観測されなかっ
た。以上のことから、特願平３−１１４０２９号により
出願中の平面型ジョセフソン素子の最高の特性が、本発
明の方法により効率よく容易に得ることができる。
【００１３】つぎに、超電導体としてＹＢＣＯ，絶縁体
としてＬａＳｒＧａ4 （以下ＬＳＧＯと略称する）を用
い、前述と同様にＲＦマグネトロンスパッタ法により、
亀裂を入れたＹＢＣＯ薄膜を形成後、成膜室を開封せず
に基板ホルダーをＬＳＧＯターゲット上に移動させて再
びスパッタを行ない、ＹＢＣＯ薄膜上にＬＳＧＯ薄膜を
３００ｎｍ堆積させ、図１（ａ），（ｂ）に示したもの
と同様の測定試料を作製して、液体窒素温度における電
流−電圧特性を測定した結果、図２とほぼ同様の線図が
得られた。
としてＬａＳｒＧａ4 （以下ＬＳＧＯと略称する）を用
い、前述と同様にＲＦマグネトロンスパッタ法により、
亀裂を入れたＹＢＣＯ薄膜を形成後、成膜室を開封せず
に基板ホルダーをＬＳＧＯターゲット上に移動させて再
びスパッタを行ない、ＹＢＣＯ薄膜上にＬＳＧＯ薄膜を
３００ｎｍ堆積させ、図１（ａ），（ｂ）に示したもの
と同様の測定試料を作製して、液体窒素温度における電
流−電圧特性を測定した結果、図２とほぼ同様の線図が
得られた。
【００１４】図４（ａ），（ｂ）は図１（ａ），（ｂ）
に示した測定試料と基本的に同じ形状を持つ測定試料の
模式図であり、共通部分を同一符号で表してあるが、異
なる点は、図４に示す測定試料は、障壁層としてＡｕ１
０を用いたことである。この測定試料は次のようにして
作製したものである。ＳＴＯ（１１０）基板１上に、電
子ビーム反応性蒸着法によりＹＢＣＯ膜２を７００℃で
蒸着し成膜した後、Ｏ2 を導入して酸素雰囲気中で室温
まで冷却し、ＹＢＣＯ膜２の表面に亀裂を発生させる。
その後成膜室を開封せずに、再び成膜室内を真空に引
き、Ａｕ１０を室温で蒸着することにより、ＹＢＣＯ膜
２とＡｕ１０との２層膜を得、この２層膜をパターニン
グしＡｕ電極６，８を被着し、測定用電流源７と測定用
電圧計９に接続する。
に示した測定試料と基本的に同じ形状を持つ測定試料の
模式図であり、共通部分を同一符号で表してあるが、異
なる点は、図４に示す測定試料は、障壁層としてＡｕ１
０を用いたことである。この測定試料は次のようにして
作製したものである。ＳＴＯ（１１０）基板１上に、電
子ビーム反応性蒸着法によりＹＢＣＯ膜２を７００℃で
蒸着し成膜した後、Ｏ2 を導入して酸素雰囲気中で室温
まで冷却し、ＹＢＣＯ膜２の表面に亀裂を発生させる。
その後成膜室を開封せずに、再び成膜室内を真空に引
き、Ａｕ１０を室温で蒸着することにより、ＹＢＣＯ膜
２とＡｕ１０との２層膜を得、この２層膜をパターニン
グしＡｕ電極６，８を被着し、測定用電流源７と測定用
電圧計９に接続する。
【００１５】この測定試料を用いて液体窒素温度（７７
Ｋ）における電流−電圧特性を調査した結果を図５に示
す。図５において、線（イ）は本発明の作製方法によっ
て得られた素子の特性線であり、線（ロ）は比較のため
に併記した従来法を適用して得られた素子の特性線であ
る。この測定試料は図１のときと同様に、電流経路に対
して垂直に亀裂５が入っているため、流れている電流
は、亀裂５の部分に存在しているＡｕ１０中をクーパー
電子対がトンネルする近接効果によるものである。従来
法、すなわち、薄膜形成後、一度大気中に取り出して、
Ａｕを蒸着した素子は、超電導電流のばらつきが大きい
上に、臨界電流値は本発明の方法を用いたものより全て
小さい値を示した。これも前述と同様に、微細加工部分
の周囲が大気中に含まれる水分や炭酸ガスにより劣化さ
れるために、Ａｕと超電導体との間に生成される金属層
の厚さが増したことが原因である。本発明の方法を用い
た場合、素子作製後１０日間大気中に放置しても特性の
変化は観測されない。
Ｋ）における電流−電圧特性を調査した結果を図５に示
す。図５において、線（イ）は本発明の作製方法によっ
て得られた素子の特性線であり、線（ロ）は比較のため
に併記した従来法を適用して得られた素子の特性線であ
る。この測定試料は図１のときと同様に、電流経路に対
して垂直に亀裂５が入っているため、流れている電流
は、亀裂５の部分に存在しているＡｕ１０中をクーパー
電子対がトンネルする近接効果によるものである。従来
法、すなわち、薄膜形成後、一度大気中に取り出して、
Ａｕを蒸着した素子は、超電導電流のばらつきが大きい
上に、臨界電流値は本発明の方法を用いたものより全て
小さい値を示した。これも前述と同様に、微細加工部分
の周囲が大気中に含まれる水分や炭酸ガスにより劣化さ
れるために、Ａｕと超電導体との間に生成される金属層
の厚さが増したことが原因である。本発明の方法を用い
た場合、素子作製後１０日間大気中に放置しても特性の
変化は観測されない。
【００１６】さらに本発明の方法を用いる際、これまで
述べた超電導ＹＢＣＯとＹＢＣＯ非晶質体との組み合わ
せ、超電導ＹＢＣＯとＬＳＧＯ絶縁体との組み合わせ、
超電導ＹＢＣＯとＡｕとの組み合わせに関して、次のよ
うにしても同様の効果を得ることができる。
述べた超電導ＹＢＣＯとＹＢＣＯ非晶質体との組み合わ
せ、超電導ＹＢＣＯとＬＳＧＯ絶縁体との組み合わせ、
超電導ＹＢＣＯとＡｕとの組み合わせに関して、次のよ
うにしても同様の効果を得ることができる。
【００１７】 全ての組み合わせについて、超電導Ｙ
ＢＣＯのＹを、Ｌａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，
Ｅｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕのいずれかで置き換える。
ＢＣＯのＹを、Ｌａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，
Ｅｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕのいずれかで置き換える。
【００１８】 ＹＢＣＯ非晶質体のＹを、Ｌａ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂおよび
Ｌｕのいずれかで置き換える。
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂおよび
Ｌｕのいずれかで置き換える。
【００１９】 ＹＢＣＯ非晶質体の代わりに、Ｍｇ
Ｏ，ＺｒＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 ，ＢａＦ2 ，ＮｄＧａ
Ｏ3 ，ＹＡｌＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 ，ＬａＧａＯ3 および
ＬａＳｒＧａＯ4 の非晶質体のいずれかを用いる。
Ｏ，ＺｒＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 ，ＢａＦ2 ，ＮｄＧａ
Ｏ3 ，ＹＡｌＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 ，ＬａＧａＯ3 および
ＬａＳｒＧａＯ4 の非晶質体のいずれかを用いる。
【００２０】 ＬＳＧＯ絶縁体の代わりに、ＭｇＯ，
ＺｒＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 ，ＢａＦ2，ＣａＦ2 ，ＮｄＧ
ａＯ3 ，ＹＡｌＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 およびＬａＧａＯ3
の非晶質体のいずれかを用いる。
ＺｒＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 ，ＢａＦ2，ＣａＦ2 ，ＮｄＧ
ａＯ3 ，ＹＡｌＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 およびＬａＧａＯ3
の非晶質体のいずれかを用いる。
【００２１】 Ａｕの代わりに、ＡｇおよびＰｔのい
ずれかを用いる。
ずれかを用いる。
【００２２】これらのうち、，についての結果を表
１，表２に示す。
１，表２に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明に係る平
面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法は、
酸化物超電導薄膜の表面の微細加工を一旦成膜室から取
り出して、別の装置で行なうのではなく、酸化物超電導
薄膜の物性が常電導から超電導へ変わる相転移時におけ
る内部応力を利用して、成膜過程の冷却時に生ずる亀裂
として形成しているために、成膜室から取り出す必要が
なく、酸化物超電導薄膜が水分や炭酸ガスを含む大気に
直接曝されることがないので、素子の劣化を生じない。
従って、得られる平面型ジョセフソン素子の特性が向上
しその再現性も安定する。積層型ジョセフソン素子では
薄膜形成後、同一成膜室内で障壁層物質を堆積させるこ
とも行なわれているが、平面型のジョセフソン素子では
従来これを行なうのは容易ではなく、仮に可能であると
しても莫大な費用が想定される。本発明の方法は、酸化
物超電導薄膜自身の相転移時における内部応力が亀裂を
発生させる成膜条件に設定して酸化物超電導薄膜を形成
する素子作製過程において始めて成し得るものである。
面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法は、
酸化物超電導薄膜の表面の微細加工を一旦成膜室から取
り出して、別の装置で行なうのではなく、酸化物超電導
薄膜の物性が常電導から超電導へ変わる相転移時におけ
る内部応力を利用して、成膜過程の冷却時に生ずる亀裂
として形成しているために、成膜室から取り出す必要が
なく、酸化物超電導薄膜が水分や炭酸ガスを含む大気に
直接曝されることがないので、素子の劣化を生じない。
従って、得られる平面型ジョセフソン素子の特性が向上
しその再現性も安定する。積層型ジョセフソン素子では
薄膜形成後、同一成膜室内で障壁層物質を堆積させるこ
とも行なわれているが、平面型のジョセフソン素子では
従来これを行なうのは容易ではなく、仮に可能であると
しても莫大な費用が想定される。本発明の方法は、酸化
物超電導薄膜自身の相転移時における内部応力が亀裂を
発生させる成膜条件に設定して酸化物超電導薄膜を形成
する素子作製過程において始めて成し得るものである。
【図１】（ａ）は本発明の方法を適用し障壁層をＹＢＣ
Ｏとした測定試料を模式的に示す平面図、（ｂ）はその
断面図である。
Ｏとした測定試料を模式的に示す平面図、（ｂ）はその
断面図である。
【図２】図１に示す測定試料の電流−電圧特性を従来法
を適用した試料との比較で示すグラフ図である。
を適用した試料との比較で示すグラフ図である。
【図３】図１に示す測定試料において、障壁層の膜厚を
薄く作製した場合の電流−電圧特性を従来法を適用した
試料との比較で示すグラフ図である。
薄く作製した場合の電流−電圧特性を従来法を適用した
試料との比較で示すグラフ図である。
【図４】（ａ）は本発明の方法を適用し障壁層をＡｕと
した測定試料を模式的に示す平面図、（ｂ）はその断面
図である。
した測定試料を模式的に示す平面図、（ｂ）はその断面
図である。
【図５】図４に示す測定試料の電流−電圧特性を従来法
を適用した試料との比較で示すグラフ図である。
を適用した試料との比較で示すグラフ図である。
１・・・基板 ２・・・ＹＢＣＯ膜 ３・・・非晶質ＹＢＣＯ膜 ４・・・２層積層膜 ５・・・亀裂 ６・・・Ａｕ電極 ７・・・測定用電流源 ８・・・Ａｕ電極 ９・・・測定用電圧計 １０・・・Ａｕ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津田 孝一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 向江 和郎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (9)
- 【請求項１】 基板の表面側に形成されたＬｎＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏy （ＬｎはＬａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕからなる群より選ばれ
た１種の元素、ｙは超電導体に含まれる酸素量）酸化物
超電導薄膜に、その成膜後の冷却過程で発生した亀裂を
有してなる平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン素子の
作製方法であって、 前記酸化物超電導薄膜をその成膜後の冷却過程で前記亀
裂が発生する成膜温度と膜厚とを設定して形成する成膜
工程と、その後の薄膜形成温度から室温まで酸素雰囲気
中で冷却する冷却工程と、この冷却工程の後に、成膜室
を再び真空状態にして前記薄膜表面に障壁層となる物質
を堆積させる障壁層形成工程と、を有することを特徴と
する平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方
法。 - 【請求項２】 請求項１において、前記障壁層となる物
質として絶縁体を用いることを特徴とする平面型酸化物
超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法。 - 【請求項３】 請求項２において、前記絶縁体は結晶質
であることを特徴とする平面型酸化物超電導薄膜ジョセ
フソン素子の作製方法。 - 【請求項４】 請求項３において、前記結晶質絶縁体は
ＭｇＯ，ＺｒＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 ，ＢａＦ2 ，Ｃａ
Ｆ2 ，ＮｄＧａＯ3 ，ＹＡｌＯ3 ，ＬａＡｌＯ3，Ｌａ
ＧａＯ3 およびＬａＳｒＧａＯ4 からなる群より選ばれ
た１種の絶縁体であることを特徴とする平面型酸化物超
電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法。 - 【請求項５】 請求項２において、前記絶縁体は非晶質
であることを特徴とする平面型酸化物超電導薄膜ジョセ
フソン素子の作製方法。 - 【請求項６】 請求項５において、前記非晶質絶縁体は
ＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ＬｎはＬａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
ｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕからなる
群より選ばれた１種の元素、ｙは超電導体に含まれる酸
素量）であることを特徴とする平面型酸化物超電導薄膜
ジョセフソン素子の作製方法。 - 【請求項７】 請求項５において、前記非晶質絶縁体は
ＭｇＯ，ＺｒＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 ，ＢａＦ2 ，Ｃａ
Ｆ2 ，ＮｄＧａＯ3 ，ＹＡｌＯ3 ，ＬａＡｌＯ3,LaGaO
3 およびＬａＳｒＧａＯ4 からなる群より選ばれた１種
の絶縁体であることを特徴とする平面型酸化物超電導薄
膜ジョセフソン素子の作製方法。 - 【請求項８】 請求項１において、前記障壁層となる物
質として金属を用いることを特徴とする平面型酸化物超
電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法。 - 【請求項９】 請求項８において、前記金属はＡｕ，Ａ
ｇおよびＰｔからなる群より選ばれた１種の金属である
ことを特徴とする平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン
素子の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4267338A JPH05211356A (ja) | 1991-10-08 | 1992-10-06 | 平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-259497 | 1991-10-08 | ||
| JP25949791 | 1991-10-08 | ||
| JP4267338A JPH05211356A (ja) | 1991-10-08 | 1992-10-06 | 平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05211356A true JPH05211356A (ja) | 1993-08-20 |
Family
ID=26544156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4267338A Pending JPH05211356A (ja) | 1991-10-08 | 1992-10-06 | 平面型酸化物超電導薄膜ジョセフソン素子の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05211356A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016146495A (ja) * | 2010-03-18 | 2016-08-12 | 株式会社リコー | 絶縁膜形成用塗布液、絶縁膜、絶縁膜の製造方法及び半導体装置の製造方法 |
| US10020374B2 (en) | 2009-12-25 | 2018-07-10 | Ricoh Company, Ltd. | Field-effect transistor, semiconductor memory display element, image display device, and system |
-
1992
- 1992-10-06 JP JP4267338A patent/JPH05211356A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10020374B2 (en) | 2009-12-25 | 2018-07-10 | Ricoh Company, Ltd. | Field-effect transistor, semiconductor memory display element, image display device, and system |
| US11271085B2 (en) | 2009-12-25 | 2022-03-08 | Ricoh Company, Ltd. | Field-effect transistor having amorphous composite metal oxide insulation film, semiconductor memory, display element, image display device, and system |
| JP2016146495A (ja) * | 2010-03-18 | 2016-08-12 | 株式会社リコー | 絶縁膜形成用塗布液、絶縁膜、絶縁膜の製造方法及び半導体装置の製造方法 |
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