JP2662908B2 - Manufacturing method of oxide superconducting device - Google Patents
Manufacturing method of oxide superconducting deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は酸化物超伝導装置の作製
方法に関する。その中でも特にジョセフソン接合ないし
近接効果を利用した超伝導性を利用した電子装置の作製
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an oxide superconducting device. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing an electronic device using superconductivity using a Josephson junction or a proximity effect.
【０００２】より具体的には、本発明は高歩留りで、生
産性の高い薄膜型の超伝導電界効果型トランジスタ（以
下STFTと記す）の作製方法に関するものである。More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a thin film type superconducting field effect transistor (hereinafter referred to as STFT) with high yield and high productivity.
【０００３】[0003]
【従来の技術】従来、超電導材料はNb-Ge(例えばNb3Ge)
の金属材料が用いられている。これらの材料において
は、コヒーレント長が比較的長い為、超電導材料の間に
絶縁物を挟んだジョセフソン素子等の作製も比較的容易
であり、また近接効果を用いたトランジスターの様な素
子も実際に作製可能であった。また従来の金属を用いた
超電導材料の場合には、構造として異方性がないために
配向性等を考えることなく電子装置の作製が可能である
という利点も確かにあった。Conventionally, superconducting material Nb-Ge (e.g. Nb 3 Ge)
Metal material is used. Since these materials have a relatively long coherent length, it is relatively easy to fabricate a Josephson element or the like in which an insulator is sandwiched between superconducting materials, and elements such as a transistor using the proximity effect are also actually used. Could be produced. Also, in the case of a conventional superconducting material using a metal, there is certainly an advantage that an electronic device can be manufactured without considering the orientation and the like because the structure has no anisotropy.
【０００４】しかし、これらの金属材料を用いた超電導
材料はTc( 超電導臨界温度を以下単にTcという) が小さ
く23K またはそれ以下しかない。これに対し、工業上の
応用を考えるならば、このTcが液体窒素温度（77K ）以
上であるとさらに有効であることは言うまでもなく、そ
のため酸化物超伝導材料を用いた電子装置の確立が強く
求められていた。However, superconducting materials using these metallic materials have a small Tc (superconducting critical temperature is hereinafter simply referred to as Tc), which is only 23 K or less. On the other hand, when considering industrial applications, it is needless to say that this Tc is more effective when the temperature is equal to or higher than the liquid nitrogen temperature (77 K). Therefore, the establishment of electronic devices using oxide superconducting materials is strongly required. Was sought.
【０００５】にもかかわらず、今まで酸化物超伝導材料
を用いた電子装置の確立が果たされていなかった背景に
は、酸化物超伝導材料が本質的に持つコヒーレント長の
短さと、構造の異方性、及びプロセスにおける高温アニ
ールの必要性からであった。[0005] Nevertheless, the background that the electronic device using the oxide superconducting material has not been established so far is that the oxide superconducting material inherently has a short coherent length and a structure. Because of its anisotropy and the need for high temperature annealing in the process.
【０００６】しかしながら、最近になって複数個の酸化
物超伝導材料の間に酸化物超伝導材料のペアレントマテ
リアルのごときペロブスカイト型構造を有する非超伝導
材料を挟むと、従来の近接効果よりも酸化物超伝導材料
間が離れていても超伝導電流が流れるという現象が確認
され、長距離近接効果と呼ばれている。この現象の理由
は定かではないが、長距離近接効果を用いれば、酸化物
超伝導材料を使用したトランジスターの如き電子装置が
作製できる可能性がある。しかし、他の問題によって現
在のところ、長距離近接効果を用いた電子装置の確立に
は至っていない。However, recently, when a non-superconducting material having a perovskite structure such as a parent material of an oxide superconducting material is interposed between a plurality of oxide superconducting materials, the oxidation effect becomes larger than in the conventional proximity effect. A phenomenon in which a superconducting current flows even if the superconducting materials are separated from each other has been confirmed, and is called a long-range proximity effect. Although the reason for this phenomenon is not clear, if the long-range proximity effect is used, there is a possibility that an electronic device such as a transistor using an oxide superconducting material can be manufactured. However, due to other problems, an electronic device using the long-range proximity effect has not been established at present.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の遠距
離近接効果を用いた電子装置、中でも特に超伝導トラン
ジスターのプロセスを確立することを目的とするもので
ある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to establish a process for an electronic device using the above-mentioned long-range proximity effect, in particular, a superconducting transistor.
【０００８】構造としては、酸化物超伝導材料がabプレ
ーン方向にコヒーレント長が長く、単結晶の薄膜を用い
るのが望ましいことは自明であるので、必然的にc 軸配
向膜を用いたプレーナー型の構造が望ましい。しかしな
がら、この理想の構造を作製するプロセスが発見されて
いなかったため、従来はコヒーレント長が短いab軸方向
に接合した積層型や、不完全なプレーナー型の電子装置
しか得られていなかった。It is obvious that the oxide superconducting material has a long coherent length in the ab plane direction and it is desirable to use a single crystal thin film. Therefore, it is inevitable that a planar type using a c-axis alignment film is used. Is desirable. However, since a process for fabricating this ideal structure has not been discovered, conventionally, only a stacked type or imperfect planar type electronic device having a short coherent length joined in the ab-axis direction has been obtained.
【０００９】また、プロセスから見ても、従来の半導体
プロセスで用いられたレジスト等は、酸化物超伝導材料
の成膜温度に耐えられず、そのためレーザー等を用い
た、サブミクロンを加工するためには決して適している
とはいえない方法に頼ってきた。Further, from the viewpoint of the process, the resist used in the conventional semiconductor process cannot withstand the film forming temperature of the oxide superconducting material. Has relied on methods that are far from suitable.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明はかかる酸化物超
電導材料を用いた、理想的な構造を有する電子装置を作
製する手段を提供することを目的とする。ここでいう理
想的な電子装置、具体的には理想的なトランジスターと
は、酸化物超伝導材料を利用した電界効果型トランジス
タであって、ゲート電極に印加する電界によってソー
ス、ドレイン間に流れる超伝導電流を制御するために、
絶縁基板上に前記酸化物超伝導材料と概略同一のペロブ
スカイト型構造を有する非超伝導体層からなるチャネル
形成領域とゲイト電極となる導電体の層とからなる積層
を有し、前記チャネル形成領域に対して横接合となるべ
く、酸化物超伝導材料が前記基板に対してｃ軸配向した
膜よりなるソース、ドレイン領域を有し、全体としてコ
ヒーレント長が長いａｂプレーン方向にプレイナー型の
構造を有することを特徴とする超伝導トランジスタであ
る。もちろん前記超伝導トランジスタは集積化が可能な
ように薄膜トランジスターであることは言うまでもな
い。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a means for manufacturing an electronic device having an ideal structure using such an oxide superconducting material. An ideal electronic device, specifically, an ideal transistor, is a field-effect transistor using an oxide superconducting material, and is a super transistor flowing between a source and a drain due to an electric field applied to a gate electrode. To control the conduction current,
A channel formation region including a non-superconductor layer having a perovskite structure substantially identical to that of the oxide superconducting material on an insulating substrate, and a stack including a conductor layer serving as a gate electrode; The oxide superconducting material has a source / drain region composed of a film in which the c-axis is oriented with respect to the substrate so as to form a lateral junction with the substrate, and has a planar type structure in the ab plane direction having a long coherent length as a whole. A superconducting transistor characterized in that: Needless to say, the superconducting transistor is a thin film transistor so that integration is possible.
【００１１】本発明による前述の超伝導トランジスタを
作製するプロセスにおいて、絶縁基板はその種類は問わ
ないが、前記基板上に超伝導材料よりなる薄膜をエピタ
キシャルに成長させることが可能であり、かつ酸素イオ
ン導電性を有する必要がある。そのような基板材料とし
て例えばYSZ(イットリア・スタビライズド・ジルコン)
等の固体電解質がある。しかしながらYSZ 基板は、その
上に超伝導薄膜を作製した場合、熱膨張係数の適合性は
高いが格子定数の不適合性が大きい。そのため、前記YS
Z 基板上にチタン酸ストロンチウム等からなる中間層を
積層し、この様にして得られた複合基体上に超伝導薄膜
を成膜することは有効である。In the process of manufacturing the above-described superconducting transistor according to the present invention, the type of insulating substrate is not limited, but a thin film made of a superconducting material can be epitaxially grown on the substrate, and Must have ionic conductivity. As such a substrate material, for example, YSZ (Yttria Stabilized Zircon)
Etc. There is a solid electrolyte. However, when a superconducting thin film is formed thereon, the YSZ substrate has a high coefficient of thermal expansion but a large mismatch with the lattice constant. Therefore, the YS
It is effective to stack an intermediate layer made of strontium titanate or the like on the Z substrate and form a superconducting thin film on the composite substrate thus obtained.
【００１２】また、超伝導トランジスターにおいてはソ
ース、ドレインを形成する酸化物超伝導材料もその種類
は問わないが、本発明の趣旨より液体窒素温度以上で動
作することが望ましいため、例えば(A1-X Bx)yCuzOw ｘ
＝0.1 〜1.0,ｙ＝2.0 〜4.0,ｚ＝1.0 〜4.0,ｗ＝4.0 〜
10.0を有し、構造としてペロブスカイト型構造を有し、
A はY(イットリウム),Gd( ガドリニウム),Yb( イッテル
ビウム),Eu( ユ−ロピウム),Tb( テルビウム),Dy( ジス
プロシウム),Ho (ホルミウム),Er( エルビウム),Tm( ツ
リウム),Lu( ルテチウム),Sc( スカンジウム) 及びその
他のランタノイドより選ばれた１種または複数種の元素
よりなり、B はBa( バリウム),Sr( ストロンチウム),Ca
( カルシウム) より選ばれた１種または複数種の元素を
有する酸化物超電導材料、または(A1-X Bx)yCuzOw ｘ＝
0 〜1.0,ｙ＝2.0 〜4.0,ｚ＝1.0〜4.0,ｗ＝4.0 〜10.0
を有し、構造としてペロブスカイト型構造を有し、A は
Bi（ビスマス）またはその他の５ａ族の元素より選ばれ
た１種または複数種の元素よりなり、B はBa( バリウ
ム),Sr( ストロンチウム),Ca( カルシウム) より選ばれ
た１種または複数種の元素を有する酸化物超電導材料等
を用いることが望ましいが他の材料でも良い。Further, although not limited source, even oxide superconducting material forming the drain thereof kind in superconducting transistor, since it is desirable to operate at liquid nitrogen temperature or higher than the spirit of the present invention, for example, (A 1 -X Bx) yCuzOw x
= 0.1 to 1.0, y = 2.0 to 4.0, z = 1.0 to 4.0, w = 4.0 to
10.0, having a perovskite structure as a structure,
A is Y (yttrium), Gd (gadolinium), Yb (ytterbium), Eu (europium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium), Lu (Lutetium), Sc (scandium) and other lanthanoids, consisting of one or more elements, B is Ba (barium), Sr (strontium), Ca
Oxide superconducting material having one or more elements selected from (calcium), or (A 1 -X Bx) yCuzOw x =
0 to 1.0, y = 2.0 to 4.0, z = 1.0 to 4.0, w = 4.0 to 10.0
And has a perovskite structure as a structure, and A is
It consists of one or more elements selected from Bi (bismuth) or other group 5a elements, and B is one or more elements selected from Ba (barium), Sr (strontium), and Ca (calcium). It is desirable to use an oxide superconducting material or the like having the above element, but other materials may be used.
【００１３】上記の構造を有する超伝導電子装置、望ま
しくは超伝導トランジスターを可能とするためには、従
来とは全く異なったプロセスが必要である。本発明によ
って得られる全く新しいプロセスとは具体的には、最近
注目をあびているSTM （走査型トンネル電子顕微鏡）の
技術と、酸素イオン導電性を有する固体電解質からなる
基板とを組み合わせることによって得られ、酸化物超伝
導材料の有する酸素イオン導電性に似た性質を有効に組
み合わせることによって初めて得られたものである。In order to enable a superconducting electronic device having the above structure, preferably a superconducting transistor, a completely different process is required. Specifically, the completely new process obtained by the present invention is obtained by combining STM (scanning tunnel electron microscope) technology, which has recently attracted attention, with a substrate made of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity. It is obtained for the first time by effectively combining properties similar to the oxygen ion conductivity of the oxide superconducting material.
【００１４】以下に本発明に到った経緯と本発明の構成
について示す。The details of the invention and the structure of the invention will be described below.
【００１５】まず、本発明の基盤となったのは、出願番
号H2-196868 で示される本発明人による発明である。こ
の発明は、基板上に酸化物超伝導薄膜を作製する工程に
おいて、基板に酸素イオン電導体を接触させて酸素を供
給しながら成膜することを特徴とし、また上記酸化物超
伝導薄膜への酸素供給は酸素イオン導電体に電流を流す
ことによって行なうことを特徴とする発明であった。First, the basis of the present invention is the invention of the present inventor shown in the application number H2-196868. The present invention is characterized in that, in the step of producing an oxide superconducting thin film on a substrate, the film is formed while supplying oxygen by bringing an oxygen ion conductor into contact with the substrate, and The invention is characterized in that oxygen is supplied by passing a current through an oxygen ion conductor.
【００１６】そして、前述の特許にも記述が有った超伝
導材料から酸素を抜く研究を更に進めた結果、超伝導材
料中の拡散速度が比較的遅い400 ℃前後においては、超
伝導薄膜の上部に設けた電極の極近傍のみが非超伝導化
され、その影響が薄膜全体に及ばない状態を見出すに到
った。そして前記非超伝導領域は、電極の形状を工夫す
ることによって非常に狭い領域に限定させることが可能
なこと、及び前記超伝導薄膜は可能な限り薄い方が、前
記非超伝導領域を狭い範囲でシャープに作製可能である
ことを発見するに到った。As a result of further research on depriving oxygen from the superconducting material described in the above-mentioned patent, the superconducting thin film was found to have a relatively low diffusion rate in the superconducting material at around 400 ° C. Only the vicinity of the electrode provided on the upper portion was made non-superconducting, and a state where the influence did not reach the entire thin film was found. The non-superconducting region can be limited to a very narrow region by devising the shape of the electrode, and the thinner the superconducting thin film is, the smaller the non-superconducting region is. And found that it could be made sharp.
【００１７】その後、STM によって、単原子を操作して
文字をパターニングするという、日立等による有名な発
表があり、単原子レベルでの電子装置等の作製の可能性
が示唆された。しかしながら、このプロセスをそのまま
利用したと仮定すると、１つの電子装置を作製するの
に、荒く見積もっても数年はかかるであろう。そこで、
発明人はこのSTM の探針を、酸素イオン導電体に対する
対向電極として用いることにより、比較的短時間でジョ
セフソン接合等が作製可能であることを発明するに到っ
た。After that, there was a famous publication by Hitachi et al. About patterning characters by manipulating single atoms by STM, suggesting the possibility of producing electronic devices and the like at the single atom level. However, assuming that this process was used as is, it would take several years to make a single electronic device, at a rough estimate. Therefore,
The inventor has come to invent that a Josephson junction or the like can be manufactured in a relatively short time by using the STM probe as a counter electrode for an oxygen ion conductor.
【００１８】本発明の構成は前述の様に、大きく分けて
２つの要素から構成される。As described above, the configuration of the present invention is roughly divided into two components.
【００１９】１つは基板周辺の構成であって、基板上に
酸化物超伝導薄膜を作製する工程において、酸素イオン
導電性を有する基板上（例えば固体電解質であるYSZ の
ごとき材料からなる基板）、または前記酸素イオン導電
性を有する基板上に酸素透過性を有しつつ超伝導材料と
格子定数の適合性の良い中間層（例えばチタン酸ストロ
ンチウムのごとき材料）を設けた複合基体上、または酸
素透過性を有しつつ超伝導材料と格子定数の適合性の良
い基板（前述の通りチタン酸ストロンチウム等）の裏面
に酸素イオン導電性を有する材料からなる薄膜を形成し
た複合基体上に、酸化物超伝導材料よりなり超伝導性を
有する薄膜をc 軸が基板または基体に対して概略垂直に
なるようにエピタキシャルに成膜することを特徴とす
る。この超伝導薄膜の成膜については本発明ではその方
法は特に問わない。以前であればエピタキシャルに成膜
するためには分子線エピタキシー法等が必要であった
が、現在は技術が進歩したためMOCVD 法等でも十分にエ
ピタキシャルな膜が作製されており、それら成膜プロセ
スはCVD 法、スパッタリング法、蒸着法、クラスターイ
オンビーム法、分子線エピタキシー法、レーザーアブレ
ーション法等何でもよい。ただし前述の様に、超伝導薄
膜は超伝導性を保持できるならば、その厚さは薄ければ
薄いほど良い。具体的にはオングストロームオーダーで
あることが望ましい。尚、超伝導薄膜をエピタキシャル
に成長させるためには、基板及び基体が単結晶ライク、
望ましくは単結晶であることが必要であることは言うま
でもない。One is a configuration around the substrate. In the step of forming the oxide superconducting thin film on the substrate, a substrate having oxygen ion conductivity (for example, a substrate made of a material such as YSZ which is a solid electrolyte) is used. Or a composite substrate having an oxygen ion-permeable substrate and an intermediate layer (eg, a material such as strontium titanate) having oxygen permeability and having a good lattice constant compatible with the superconducting material, or An oxide is formed on a composite substrate in which a thin film made of a material having oxygen ion conductivity is formed on the back surface of a substrate (such as strontium titanate as described above) which is transparent and has a good lattice constant compatibility with the superconducting material. It is characterized in that a thin film made of a superconducting material and having superconductivity is formed epitaxially so that the c-axis is substantially perpendicular to the substrate or the base. The method for forming the superconducting thin film is not particularly limited in the present invention. In the past, molecular beam epitaxy and other methods were required to form films epitaxially.However, due to advances in technology, films that are sufficiently epitaxial have been produced even by MOCVD and other methods. Any method such as a CVD method, a sputtering method, an evaporation method, a cluster ion beam method, a molecular beam epitaxy method, and a laser ablation method may be used. However, as described above, as long as the superconducting thin film can maintain superconductivity, the thinner the better, the better. Specifically, it is desirable to be on the order of angstroms. In order to grow a superconducting thin film epitaxially, the substrate and the base are made of a single crystal,
Needless to say, it is necessary to be a single crystal.
【００２０】２つ目はSTM を用いたパターニングに関す
る構成であって、前述の超伝導薄膜の上方極近傍に任意
に走査可能なSTM の探針を配置し、該探針と前記酸素イ
オン導電性を有する基板間に電流を印加しつつ前記探針
を走査することにより、前記超伝導薄膜中に含まれる酸
素の一部または全部を酸素イオンとして外部に放出せし
める、または超伝導性が保持出来ない程度に過剰に吸収
せしめることにより、前記超伝導薄膜の内、前記探針が
走査された部分の極近傍に位置する部分のみを選択的に
非超伝導化する工程とを有することを特徴とする。ここ
で、超伝導薄膜中に含まれる酸素の一部または全部を酸
素イオンとして外部に放出せしめることにより非超伝導
化せしめる構成は、イットリウム系等の超伝導材料に特
に有効であり、超伝導性が保持出来ない程度に過剰に吸
収せしめることにより非超伝導化せしめる構成は、ビス
マス系超伝導材料等に特に有効である。尚、この構成を
とる上で重要なのは、酸素イオン導電体の温度である。
というのも、酸素イオン導電体が、イオン導電性を示す
にはある一定温度以上が必要であり、その温度はYSZ に
おいては一般的に400 ℃程度である。そこでそれ以上の
温度で使用することになるのだが、この使用温度が高過
ぎると超伝導材料内での酸素イオンの拡散速度が速くな
りすぎて、非超伝導化された部分が広くなってしまうた
め注意が必要である。また、パターニングを行う雰囲気
であるが、探針と薄膜表面との距離との兼ね合いから本
当は高真空が望ましいのだが、400 度程度に加熱した状
態で高真空中に保持すると、超伝導薄膜から酸素の脱離
がおこり超伝導性を失ってしまう。そこで我々は10-3To
rr程度の低真空中で行った。尚、これら温度と酸素分圧
との関係は、超伝導材料でも各物質によって異なり、そ
れらは酸素のノンストイキオメトリーのデータとして笛
木らが詳しく研究しており、彼らのデータを参考に実験
の条件を設定した。The second is a configuration relating to patterning using STM. An STM probe that can be arbitrarily scanned is disposed in the vicinity of the upper part of the superconducting thin film, and the probe and the oxygen ion conductive material are arranged. By scanning the probe while applying a current between the substrates having, a part or all of the oxygen contained in the superconducting thin film is released to the outside as oxygen ions, or the superconductivity cannot be maintained. Selectively super-conducting only a portion of the superconducting thin film that is located in the immediate vicinity of the scanned portion of the superconducting thin film by allowing the probe to be excessively absorbed. . Here, the configuration in which some or all of the oxygen contained in the superconducting thin film is made non-superconducting by releasing it as oxygen ions to the outside is particularly effective for a superconducting material such as an yttrium-based material. The structure in which the superconducting material is made non-superconducting by absorbing it excessively to such an extent that it cannot be retained is particularly effective for bismuth-based superconducting materials and the like. What is important in taking this configuration is the temperature of the oxygen ion conductor.
This is because an oxygen ion conductor requires a certain temperature or higher in order to exhibit ionic conductivity, and that temperature is generally about 400 ° C. in YSZ. Therefore, it will be used at a higher temperature, but if this operating temperature is too high, the diffusion rate of oxygen ions in the superconducting material will be too fast, and the non-superconducting part will be widened Therefore, caution is required. In addition, the atmosphere for patterning is preferably high vacuum in view of the distance between the probe and the surface of the thin film. Desorption occurs and the superconductivity is lost. So we are 10 -3 To
The test was performed in a vacuum as low as rr. The relationship between the temperature and the oxygen partial pressure is different for each substance, even for superconducting materials.These are studied in detail by Fueki et al. As non-stoichiometric data on oxygen, and the experimental conditions are referred to based on these data. It was set.
【００２１】尚、STM 及びその探針は特に特別なものを
必要としない。我々が実験に用いたものは、ピエゾ素子
により任意の方向に可動のもので、探針はタングステン
針を用いた。It should be noted that the STM and its probe need not be particularly special. The one we used in the experiment was movable in any direction by a piezo element, and the probe used was a tungsten needle.
【００２２】以下に実施例を示し、より詳細に本発明を
説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
【００２３】[0023]
【実施例】「実施例１」本実施例において、超伝導材料
としてイットリウム系の酸化物超伝導材料(A1-X Bx)yCu
zOw ｘ＝0.1 〜1.0,ｙ＝2.0 〜4.0,ｚ＝1.0 〜4.0,ｗ＝
4.0 〜10.0を有し、構造としてペロブスカイト型構造を
有し、A はY(イットリウム),Gd( ガドリニウム),Yb( イ
ッテルビウム),Eu( ユ−ロピウム),Tb( テルビウム),Dy
( ジスプロシウム),Ho (ホルミウム),Er( エルビウム),
Tm( ツリウム),Lu( ルテチウム),Sc( スカンジウム) 及
びその他のランタノイドより選ばれた１種または複数種
の元素よりなり、B はBa( バリウム),Sr( ストロンチウ
ム),Ca( カルシウム) より選ばれた１種または複数種の
元素を有する酸化物超電導材料より、A としてY を、B
としてBaを用いた材料を選んで使用したが、他の材料で
も良い。[Example 1] In this example, an yttrium-based oxide superconducting material (A1 - XBx) yCu was used as a superconducting material.
zOw x = 0.1 to 1.0, y = 2.0 to 4.0, z = 1.0 to 4.0, w =
4.0 to 10.0, having a perovskite structure as the structure, A is Y (yttrium), Gd (gadolinium), Yb (ytterbium), Eu (europium), Tb (terbium), Dy
(Dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium),
It consists of one or more elements selected from Tm (thulium), Lu (lutetium), Sc (scandium) and other lanthanoids, and B is selected from Ba (barium), Sr (strontium) and Ca (calcium). Y as A and B from the oxide superconducting material having one or more elements
A material using Ba was selected and used, but other materials may be used.
【００２４】本実施例では超伝導薄膜の作製方法として
MOCVD 法を用い、ジョセフソン接合の作製に本発明を応
用した例を示す。In the present embodiment, a method for manufacturing a superconducting thin film is described.
An example in which the present invention is applied to the fabrication of a Josephson junction using the MOCVD method will be described.
【００２５】まず最も重要な基板付近の構造を図１に示
す。基板１は約10mm角のイットリウム安定化ジルコニア
（YSZ ）の単結晶板２の〔100 〕面上に、分子線エピタ
キシー法によって約１nmの厚さにチタン酸ストロンチウ
ム３の〔100 〕面を成膜したものを使用した。また下部
白金電極４は、白金網をイットリウム安定化ジルコニア
単結晶板２の下部に押しつけることにより形成した。こ
れら基板部分は、メタルＯリング５を使用して高真空に
耐えられる構造としてチャンバーに取りつけた。また、
チャンバーと基板部分の接合面には絶縁層６を設けた。First, the most important structure near the substrate is shown in FIG. The substrate 1 is formed on a [100] surface of a single crystal plate 2 of yttrium-stabilized zirconia (YSZ) of about 10 mm square by a molecular beam epitaxy method to form a [100] surface of strontium titanate 3 to a thickness of about 1 nm. What was used was used. The lower platinum electrode 4 was formed by pressing a platinum mesh against the lower part of the yttrium-stabilized zirconia single crystal plate 2. These substrate portions were attached to the chamber using a metal O-ring 5 as a structure capable of withstanding high vacuum. Also,
An insulating layer 6 was provided on the joint surface between the chamber and the substrate.
【００２６】次に本実施例で使用したMOCVD 法による薄
膜製造装置の概略を図２に示す。MO原料としてはβ−ジ
ケトン金属錯体を使用した。各MO原料は石英セル10に入
れて、それぞれ別のヒーター７により加熱して蒸発させ
た。蒸発温度は試料に応じて120 〜240 ℃の範囲で調節
して成膜を行なった。蒸発した各MO原料はキャリアーガ
ス９により基板８上に運び、堆積、成膜を行なった。Next, FIG. 2 schematically shows a thin film manufacturing apparatus by the MOCVD method used in this embodiment. As the MO raw material, a β-diketone metal complex was used. Each MO raw material was placed in a quartz cell 10 and heated by different heaters 7 to evaporate. The film was formed by adjusting the evaporation temperature in the range of 120 to 240 ° C. according to the sample. Each evaporated MO raw material was carried on the substrate 8 by the carrier gas 9 and deposited and formed into a film.
【００２７】尚、キャリアーガス９としてはヘリウムを
使用した。Helium was used as the carrier gas 9.
【００２８】また上記MO原料の基板上への堆積速度に合
わせて、活性化酸素を基板の表面近傍に供給した。尚上
記の工程はチャンバー11内を〜10-1Torr程度に真空引き
して行なった。Activated oxygen was supplied near the surface of the substrate in accordance with the deposition rate of the MO material on the substrate. The above steps were performed by evacuating the chamber 11 to about 10 -1 Torr.
【００２９】最終的に得られた薄膜は、膜厚が約3000Å
で、アズデポで超伝導性を示した。臨界温度Tcは約92Ｋ
で、０磁場における臨界電流密度Jcは約３×106 Ａ／cm
2 であった。XRD 測定の結果、ｃ軸配向していることが
確認され、またRHEED によって単結晶薄膜がエピタキシ
ャルに成膜されていることが示唆された。The thin film finally obtained has a thickness of about 3000
And showed superconductivity in the as-deposited. Critical temperature Tc is about 92K
And the critical current density Jc at zero magnetic field is about 3 × 10 6 A / cm
Was 2 . As a result of XRD measurement, c-axis orientation was confirmed, and it was suggested that a single crystal thin film was epitaxially formed by RHEED.
【００３０】次に、得られた超伝導薄膜をKrF エキシマ
レーザーを用いて、図３に示す様にパターニング12を行
った。最も狭いブリッジ部分13の巾は約１μm であっ
た。このパターニング工程もSTM で行うことは可能であ
るが、プロセスにおけるスループットの改善のためには
レーザーパターニング等の方法の方が望ましいと思われ
る。Next, the obtained superconducting thin film was subjected to patterning 12 using a KrF excimer laser as shown in FIG. The width of the narrowest bridge portion 13 was about 1 μm. This patterning step can also be performed by STM, but a method such as laser patterning seems to be more desirable for improving the throughput in the process.
【００３１】ついで、図４に示されているように、この
様にパターニングされた超伝導薄膜14の上方極近傍にST
M の探針15を配置した。探針と超伝導薄膜との距離は、
およそ１nm程度と推測された。そして、酸素イオン導電
性を持たせるべく基板を加熱するために、エネルギー密
度を意識的に小さくしたYAG レーザー16を照射すること
によって局所的な加熱を行ったが、他の方法で加熱して
も良い。もちろんレーザーのスポットを探針の極近傍に
合わせたことは言うまでもない。また、パターニングを
行う際の真空容器内の雰囲気は10-3Torr程度であった。
そして、STM の探針 と下部白金電極４の間に印加する
直流電圧を10V と一定値とし、電源17から供給しながら
ブリッジ部分の約１μm を約１時間かけて横切ることに
よってパターニングを行った。Next, as shown in FIG. 4, an ST is formed near the upper pole of the superconducting thin film 14 thus patterned.
M probe 15 was arranged. The distance between the probe and the superconducting thin film is
It was estimated to be about 1 nm. Then, in order to heat the substrate to have oxygen ion conductivity, local heating was performed by irradiating a YAG laser 16 whose energy density was intentionally reduced. good. Of course, it goes without saying that the spot of the laser was set very close to the probe. Further, the atmosphere in the vacuum vessel when performing patterning was about 10 −3 Torr.
The DC voltage applied between the probe of the STM and the lower platinum electrode 4 was set to a constant value of 10 V, and the patterning was performed by traversing about 1 μm of the bridge portion for about 1 hour while supplying from the power supply 17.
【００３２】得られた素子はシャピロステップが確認さ
れ、ジョセフソン接合が得られていることが確認され
た。また、前記パターニングを施した部分は、STM によ
る観測から、他の超伝導部分とは異なるバンド構造を有
することが示唆された。In the obtained device, Shapiro steps were confirmed, and it was confirmed that a Josephson junction was obtained. In addition, observation by STM suggested that the patterned portion had a different band structure from other superconducting portions.
【００３３】尚、ブリッジ部分をSTM によってパターニ
ングする際に、パターニングに要する時間を変化させる
と、I-V 測定において、SNS 接合からSIS 接合まで比較
的自由に作り分けることが可能であることが判明した。When patterning the bridge portion by STM, if the time required for patterning is changed, it has been found that it is possible to make the SNS junction to the SIS junction relatively freely in IV measurement.
【００３４】「実施例２」本実施例では、本発明によっ
て超伝導トランジスター（以下STFTと省略）を作製した
例を示す。基板付近の構成及び超伝導薄膜の作製プロセ
スまでは実施例１と同一であるので割愛する。Embodiment 2 This embodiment shows an example in which a superconducting transistor (hereinafter abbreviated as STFT) is manufactured according to the present invention. The configuration up to the vicinity of the substrate and the manufacturing process of the superconducting thin film are the same as those in the first embodiment, and thus are omitted.
【００３５】酸化物超伝導材料は今回は(A1-X Bx)yCuzO
w ｘ＝0.1 〜1.0,ｙ＝2.0 〜4.0,ｚ＝1.0 〜4.0,ｗ＝4.
0 〜10.0を有し、構造としてペロブスカイト型構造を有
し、A はY(イットリウム),Gd( ガドリニウム),Yb( イッ
テルビウム),Eu( ユ−ロピウム),Tb( テルビウム),Dy(
ジスプロシウム),Ho (ホルミウム),Er( エルビウム),Tm
( ツリウム),Lu( ルテチウム),Sc( スカンジウム) 及び
その他のランタノイドより選ばれた１種または複数種の
元素よりなり、B はBa( バリウム),Sr( ストロンチウ
ム),Ca( カルシウム) より選ばれた１種または複数種の
元素を有する酸化物超電導材料より、A としてHoを、B
としてBaを用いた材料を選んで使用したが、他の材料で
も良い。The oxide superconducting material is (A 1-X Bx) yCuzO
w x = 0.1 to 1.0, y = 2.0 to 4.0, z = 1.0 to 4.0, w = 4.
It has a perovskite type structure as a structure, A is Y (yttrium), Gd (gadolinium), Yb (ytterbium), Eu (europium), Tb (terbium), Dy (
Dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm
(Thulium), Lu (Lutetium), Sc (Scandium) and other lanthanoids.B is selected from Ba (barium), Sr (strontium) and Ca (calcium). From the oxide superconducting material having one or more elements,
A material using Ba was selected and used, but other materials may be used.
【００３６】得られた超伝導薄膜を、実施例１と同様
に、KrF エキシマレーザーを用いて、図５に示す様にパ
ターニング18を行った。このパターンは従来のTFT 等を
参考にした形態である。次に、TFT でいうところのチャ
ネル形成領域を作製するために、STM によるパターニン
グを行った。パターニングの際の各種条件は実施例１と
同様である。The obtained superconducting thin film was patterned 18 as shown in FIG. 5 using a KrF excimer laser in the same manner as in Example 1. This pattern is based on a conventional TFT or the like. Next, patterning by STM was performed in order to form a channel forming region referred to as TFT. Various conditions at the time of patterning are the same as in the first embodiment.
【００３７】次にこれら全体にポジ型レジストを、1000
Å〜１μｍ、好ましくは3000Å〜5000Åの厚さに、スピ
ンコート法によって塗布、成膜し、その後、80度Ｃ、30
分間プリベイクを行なった。Next, a positive resist is applied to the whole
Å-1 μm, preferably 3000Å-5000Å, is applied and formed into a film by spin coating.
Prebaked for minutes.
【００３８】次にクロム製のマスクを用いてｇ線ステッ
パーによって露光、ポジレジストの除去を行った。Next, exposure and removal of the positive resist were performed by a g-line stepper using a chromium mask.
【００３９】その後、その上にゲート絶縁膜19を作製す
るのだが、超伝導薄膜を加熱した状態で高真空中に保持
することは避けたいため、基板加熱を必要とせず、比較
的低い真空度で成膜可能な材料として、炭素を主成分と
する膜（当社においてはDLCDiamond Like Carbonと呼ん
でいる）を用いることにした。成膜は、平行平板型のプ
ラズマCVD 装置を用いて、ソースガスとしてエチレン、
水素を用い、反応圧力50Pa、高周波エネルギは13.56 MH
z を10〜50W として、アモルファスな膜、または50〜20
0Wとしてセミアモルファスな膜を約500 Åの厚さに形成
させた。Thereafter, a gate insulating film 19 is formed thereon. However, since it is desired to avoid holding the superconducting thin film in a high vacuum while heating it, heating the substrate is not required and a relatively low vacuum As a material that can be formed by using, a film containing carbon as a main component (we call it DLCDiamond Like Carbon) is used. The film was formed using a parallel plate type plasma CVD apparatus, using ethylene as the source gas,
Using hydrogen, reaction pressure 50Pa, high frequency energy 13.56MH
An amorphous film or 50 to 20 with z being 10 to 50 W
As 0 W, a semi-amorphous film was formed to a thickness of about 500 mm.
【００４０】この際、プラズマCVD 装置の反応炉には、
ターボ分子ポンプとロータリーポンプを直列に接続し大
気からの反応炉内への逆流を防ぎ、酸素の混入率を極力
抑えた。At this time, the reaction furnace of the plasma CVD apparatus includes:
A turbo-molecular pump and a rotary pump were connected in series to prevent backflow from the atmosphere into the reactor and minimize the oxygen contamination rate.
【００４１】次いで、上述のゲート絶縁膜の上にゲート
電極を形成すべく銀よりなる膜20を真空蒸着法によって
形成した。Next, a film 20 made of silver was formed on the above-described gate insulating film by a vacuum deposition method to form a gate electrode.
【００４２】最後に、剥離液に浸し超音波振動を与える
ことにより、前記レジストを除去し、合わせてレジスト
上に積層した炭素を主成分とする膜、及び銀よりなる薄
膜をリフトオフによって除去する。Finally, the resist is removed by immersing in a stripping solution and applying ultrasonic vibration, and the film mainly composed of carbon and the thin film made of silver laminated on the resist are removed by lift-off.
【００４３】素子が一つである場合には、上記工程で全
て終了であるが、素子を集積化せしめるためには、最後
に層間分離を施せばよく、これは従来の技術で対応可能
である。When the number of elements is one, the above steps are all completed. However, in order to integrate the elements, it suffices to finally perform interlayer separation, which can be dealt with by conventional techniques. .
【００４４】上記プロセスによって得られたSTFTの液体
窒素温度（77Ｋ）における動作結果を最後に述べる。The operation result of the STFT at the liquid nitrogen temperature (77 K) obtained by the above process will be described last.
【００４５】ゲート電極に印加せしめた電圧Vgの絶対値
が約0 〜50mVの場合、ソース、ドレイン間の超伝導電流
は確認されなかったが、それを越えた電圧を印加せしめ
ると、有限の電流Icの存在が観測された。特に、Vgの絶
対値が約100mV を越えた場合に、I-V カーブの立ち上が
りが鋭くなり、実用的であると考えられる。Vgの絶対値
が約100mV の際に、Icは約90μA であり、スイッチング
速度は〜10ps、消費電力は〜μW のオーダーであった。When the absolute value of the voltage Vg applied to the gate electrode was about 0 to 50 mV, no superconducting current was observed between the source and the drain, but when a voltage exceeding that was applied, a finite current was applied. The presence of Ic was observed. In particular, when the absolute value of Vg exceeds about 100 mV, the rising of the IV curve becomes sharp, which is considered to be practical. When the absolute value of Vg was about 100 mV, Ic was about 90 μA, the switching speed was about 10 ps, and the power consumption was about μW.
【００４６】「実施例３」本実施例においては、酸化物
超伝導材料は今回は(A1-X Bx)yCuzOw ｘ＝0 〜1.0,ｙ＝
2.0 〜4.0,ｚ＝1.0 〜4.0,ｗ＝4.0 〜10.0を有し、構造
としてペロブスカイト型構造を有し、A はBi（ビスマ
ス）またはその他の５ａ族の元素より選ばれた１種また
は複数種の元素よりなり、B はBa( バリウム),Sr( スト
ロンチウム),Ca( カルシウム) より選ばれた１種または
複数種の元素を有する酸化物超電導材料として一般的に
示されるビスマス系の超伝導材料より、A としてBiを、
B としてSr,Ca を用いた材料(Bi2Sr2CaCu2O y ）を選ん
で使用したが、他の材料でも良い。Embodiment 3 In this embodiment, the oxide superconducting material is (A 1 -X Bx) yCuzOw x = 0 to 1.0, y =
2.0 to 4.0, z = 1.0 to 4.0, w = 4.0 to 10.0, having a perovskite structure, and A is one or more selected from Bi (bismuth) or other group 5a elements B is a bismuth-based superconducting material generally shown as an oxide superconducting material containing one or more elements selected from Ba (barium), Sr (strontium), and Ca (calcium). From Bi as A,
A material using Sr, Ca (Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O y ) was selected and used as B, but other materials may be used.
【００４７】本実施例では、超伝導トランジスター（ST
FT）を作製した例を示す。作製プロセス等は実施例２と
同一であるので割愛する。ただ唯一異なるのは、STM に
よるチャネル形成領域を作製する為に、実施例１等のイ
ットリウム系超伝導材料においては酸素を一部抜くこと
によって作製したのに対し、本実施例のビスマス系超伝
導材料では酸素を吸収させるべく、電流の方向を逆（探
針を正極、基板を負極として電流を流した）にしたこと
である。In this embodiment, the superconducting transistor (ST
FT) is shown below. The fabrication process and the like are the same as those in the second embodiment, and thus will not be described. The only difference is that the yttrium-based superconducting material of Example 1 and the like was prepared by partially removing oxygen in order to prepare a channel forming region by STM, whereas the bismuth-based superconducting material of this example was used. In the material, in order to absorb oxygen, the direction of the current was reversed (current was passed using the probe as a positive electrode and the substrate as a negative electrode).
【００４８】上記プロセスによって得られたSTFTの液体
窒素温度（77Ｋ）における動作結果を最後に述べる。The operation result of the STFT at the liquid nitrogen temperature (77 K) obtained by the above process will be described last.
【００４９】ゲート電極に印加せしめた電圧Vgの絶対値
が約0 〜70mVの場合、ソース、ドレイン間の超伝導電流
は確認されなかったが、それを越えた電圧を印加せしめ
ると、有限の電流Icの存在が観測された。特に、Vgの絶
対値が約120mV を越えた場合に、I-V カーブの立ち上が
りが鋭くなり、実用的であると考えられる。Vgの絶対値
が約120mV の際に、Icは約110 μA であり、スイッチン
グ速度は〜10ps、消費電力は〜μW のオーダーであっ
た。When the absolute value of the voltage Vg applied to the gate electrode was about 0 to 70 mV, no superconducting current was observed between the source and the drain, but when a voltage exceeding that was applied, a finite current The presence of Ic was observed. In particular, when the absolute value of Vg exceeds about 120 mV, the rising of the IV curve becomes sharp, which is considered to be practical. When the absolute value of Vg was about 120 mV, Ic was about 110 μA, the switching speed was about 10 ps, and the power consumption was about μW.
【００５０】[0050]
【発明の効果】本発明により、酸化物超伝導材料が本質
的に持つコヒーレント長の短さと、構造の異方性、及び
プロセスにおける高温アニールの必要性から従来不可能
と思われていた超伝導デバイス、その中でも特にジョセ
フソン接合ないし近接効果を利用した超伝導性を利用し
た電子装置、より具体的には、薄膜型の超伝導電界効果
型トランジスタのごとき電子装置を作製することが可能
となった。According to the present invention, superconductivity which has been thought to be impossible in the past due to the short coherence length inherent in oxide superconducting material, the anisotropy of the structure, and the necessity of high temperature annealing in the process. It is possible to fabricate electronic devices using devices such as Josephson junctions or superconductivity using proximity effect, and more specifically, electronic devices such as thin film type superconducting field effect transistors. Was.
【００５１】また、その作製プロセスも、従来の粒界を
用いたジョセフソン接合や、自然酸化膜を利用したジョ
セフソン接合の様に、均質性や再現性に乏しいものでは
なく、十分に実用性に耐えうるものである。Also, the fabrication process is not poor in homogeneity and reproducibility as in a conventional Josephson junction using a grain boundary or a Josephson junction using a natural oxide film. It can withstand.
【００５２】本明細書では、ジョセフソン接合ないしは
近接効果を用いた電子装置の作製を実施例として用いた
が、本発明はそれだけに留まるものではない。例えば、
現在盛んに研究が進められているメゾスコピックな電子
装置の内、量子井戸の作製にも本発明は簡単に応用が可
能である。In this specification, the fabrication of an electronic device using a Josephson junction or a proximity effect is used as an example, but the present invention is not limited to this. For example,
Of the mesoscopic electronic devices currently being actively studied, the present invention can be easily applied to the fabrication of quantum wells.
【００５３】また、酸化物超伝導材料は酸素の拡散速度
が高かったため、酸素イオン導電性の基体と組み合わせ
ることによってパターニングが可能になったが、他のイ
オンの拡散速度が高い材料においては、そのイオンに適
した基板ないし基体を用いることによって、本明細書と
全く同様にパターニング等が可能である。すなわち、本
発明はその応用範囲が非常に広く、産業の発展に大いに
寄与するものと考えられる。Also, since the oxide superconducting material has a high oxygen diffusion rate, it can be patterned by combining it with an oxygen ion conductive substrate. By using a substrate or a substrate suitable for ions, patterning or the like can be performed in exactly the same manner as in this specification. That is, the present invention is considered to have a very wide range of application and to greatly contribute to industrial development.
【図１】本発明における基板周辺の構成FIG. 1 is a configuration around a substrate according to the present invention.
【図２】本発明で使用したMOCVD 装置の概略図FIG. 2 is a schematic diagram of the MOCVD apparatus used in the present invention.
【図３】本発明におけるパターニングの例FIG. 3 shows an example of patterning in the present invention.
【図４】本発明におけるSTM 周辺の構成FIG. 4 shows a configuration around an STM according to the present invention.
【図５】本発明における超伝導薄膜トランジスターの構
成FIG. 5 shows the configuration of a superconducting thin film transistor according to the present invention.
１ 複合基板 ２ YSZ 基板 ３ チタン酸ストロンチウム薄膜 ４ 裏面白金電極 ５ メタルＯリング ６ 絶縁層 ７ ヒーター ８ 基板 ９ キャリアーガス 10 石英セル 11 チャンバー 12 パターン 13 ブリッジ部分 14 酸化物超伝導薄膜 15 探針 16 YAG レーザー光 17 電源 18 パターン 19 ゲート絶縁膜 20 ゲート電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite substrate 2 YSZ substrate 3 Strontium titanate thin film 4 Back platinum electrode 5 Metal O-ring 6 Insulating layer 7 Heater 8 Substrate 9 Carrier gas 10 Quartz cell 11 Chamber 12 Pattern 13 Bridge part 14 Oxide superconducting thin film 15 Tip 16 YAG Laser light 17 Power supply 18 Pattern 19 Gate insulating film 20 Gate electrode
Claims (3)
は前記酸素イオン導電性を有する基板上に酸素透過性を
有しつつ超伝導材料と格子定数の適合性の良い中間層を
設けた複合基体上、または酸素透過性を有しつつ超伝導
材料と格子定数の適合性の良い基板の裏面に酸素イオン
導電性を有する材料からなる薄膜を形成した複合基体上
に、酸化物超伝導材料よりなり超伝導性を有する薄膜を
ｃ軸が基板または基体に対して概略垂直になるようにエ
ピタキシャルに設ける工程と、前記薄膜の上方極近傍に
探針を配置し、該探針と前記酸素イオン導電性を有する
基板間に電流を印加することにより前記超伝導薄膜中に
含まれる酸素の一部または全部を酸素イオンとして外部
に放出せしめる、または超伝導性が保持出来ない程度に
過剰に吸収せしめることにより、前記超伝導薄膜の内、
前記探針の極近傍に位置する部分のみを選択的に非超伝
導化する工程とを有することを特徴とする酸化物超伝導
装置の作製方法。1. A composite substrate comprising a substrate having oxygen ion conductivity or a substrate having oxygen ion conductivity provided with an intermediate layer having oxygen permeability and good compatibility with a superconducting material and a lattice constant. It is composed of an oxide superconducting material on a composite substrate in which a thin film made of a material having oxygen ion conductivity is formed on the back surface of a substrate having good lattice constant and superconducting material while having oxygen permeability. A step of epitaxially providing a thin film having superconductivity such that the c-axis is substantially perpendicular to the substrate or the base; and disposing a probe near the upper pole of the thin film; By applying a current between the substrates having the above, part or all of the oxygen contained in the superconducting thin film is released to the outside as oxygen ions, or excessively absorbed to such an extent that superconductivity cannot be maintained. By this, of the superconducting thin film,
Selectively de-superconducting only a portion located in the vicinity of the probe tip.
は前記酸素イオン導電性を有する基板上に酸素透過性を
有しつつ超伝導材料と格子定数の適合性の良い中間層を
設けた複合基体上、または酸素透過性を有しつつ超伝導
材料と格子定数の適合性の良い基板の裏面に酸素イオン
導電性を有する材料からなる薄膜を形成した複合基体上
に、酸化物超伝導材料よりなり超伝導性を有する薄膜を
ｃ軸が基板または基体に対して概略垂直になるようにエ
ピタキシャルに設ける工程と、前記薄膜の上方極近傍に
任意に走査可能な探針を配置し、該探針と前記酸素イオ
ン導電性を有する基板間に電流を印加しつつ前記探針を
走査することにより、前記超伝導薄膜中に含まれる酸素
の一部または全部を酸素イオンとして外部に放出せしめ
る、または超伝導性が保持出来ない程度に過剰に吸収せ
しめることにより、前記超伝導薄膜の内、前記探針が走
査された部分の極近傍に位置する部分のみを選択的に非
超伝導化する工程とを有することを特徴とする酸化物超
伝導装置の作製方法。2. A composite substrate comprising a substrate having oxygen ion conductivity or an intermediate layer having oxygen permeability and having an excellent compatibility with a superconducting material and lattice constant on a substrate having oxygen ion conductivity. It is composed of an oxide superconducting material on a composite substrate in which a thin film made of a material having oxygen ion conductivity is formed on the back surface of a substrate having good lattice constant and superconducting material while having oxygen permeability. A step of epitaxially providing a thin film having superconductivity such that the c-axis is substantially perpendicular to the substrate or the base; and arranging a probe that can be arbitrarily scanned in the vicinity of an upper pole of the thin film, By scanning the probe while applying a current between the substrates having oxygen ion conductivity, a part or all of oxygen contained in the superconducting thin film is released to the outside as oxygen ions, or sex Having a step of selectively desuperconducting only the portion of the superconducting thin film that is located in the immediate vicinity of the scanned portion of the superconducting thin film by absorbing excessively to such an extent that the probe cannot be held. A method for manufacturing an oxide superconducting device, comprising:
は前記酸素イオン導電性を有する基板上に酸素透過性を
有しつつ超伝導材料と格子定数の適合性の良い中間層を
設けた複合基体上、または酸素透過性を有しつつ超伝導
材料と格子定数の適合性の良い基板の裏面に酸素イオン
導電性を有する材料からなる薄膜を形成した複合基体上
に、酸化物超伝導材料よりなり超伝導性を有する薄膜を
ｃ軸が基板または基体に対して概略垂直になるようにエ
ピタキシャルに設ける工程と、前記薄膜の上方極近傍に
任意に走査可能な探針を配置し、該探針と前記酸素イオ
ン導電性を有する基板間に電流を印加しつつ前記探針を
走査することにより、前記超伝導薄膜中に含まれる酸素
の一部または全部を酸素イオンとして外部に放出せしめ
る、または超伝導性が保持出来ない程度に過剰に吸収せ
しめることにより、前記超伝導薄膜の内、前記探針が走
査された部分の極近傍に位置する部分のみを選択的に非
超伝導化する工程と、前記非超伝導化された領域を被っ
て絶縁性を有する薄膜を設ける工程と、前記絶縁薄膜に
接して電極を設ける工程とを有することを特徴とする酸
化物超伝導装置の作製方法。3. A composite substrate comprising a substrate having oxygen ion conductivity or an intermediate layer having oxygen permeability and a superconducting material having a good lattice constant compatibility with the substrate having oxygen ion conductivity. It is composed of an oxide superconducting material on a composite substrate in which a thin film made of a material having oxygen ion conductivity is formed on the back surface of a substrate having good lattice constant and superconducting material while having oxygen permeability. A step of epitaxially providing a thin film having superconductivity such that the c-axis is substantially perpendicular to the substrate or the base; and arranging a probe that can be arbitrarily scanned in the vicinity of an upper pole of the thin film, By scanning the probe while applying a current between the substrates having oxygen ion conductivity, a part or all of oxygen contained in the superconducting thin film is released to the outside as oxygen ions, or sex A step of selectively de-superconducting only a portion of the superconducting thin film that is located in the immediate vicinity of the portion scanned by the probe by absorbing excessively to such an extent that the probe cannot be retained; and A method for manufacturing an oxide superconducting device, comprising: providing a thin film having an insulating property over a superconducting region; and providing an electrode in contact with the insulating thin film.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP3176023A JP2662908B2 (en) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | Manufacturing method of oxide superconducting device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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| JPH0669559A JPH0669559A (en) | 1994-03-11 |
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1991
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