JPH0244783A - 超伝導パターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、超伝導パターンの形成方法に関する。より詳
しくは、ジョセフソン素子等、多くのデバイスに幅広く
使われる超伝導パターンの形成方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、超伝導パターンは、基板全面に超伝導薄膜を成膜
した後、エツチング等によって、望みのパターンを形成
するのが一般的であった。

（発明が解決しようとする３題〕 しかしながら、超伝導薄膜、特に近年発見されたセラミ
ックス系超伝導薄膜、例えばＹ　Ｂａ２Ｇｕ３０７−５
　、ＥｒＢａ２　Ｃｕ３０７−４　　（０＜δ＜１）、
ＢｉＳ　Ｈ；ａｃｕＯ系材料では、その材料組成が複雑
なこともあり、例えばＹ、Ｂａ、Ｇｕに対するエツチン
グ速度が異なるため、超伝導体の組成がエツチングによ
り変化しやすいという問題があった。このためエツチン
グによるダメージを受けやすく、超伝導性を示さなくな
ったり、パターンの結晶性、均一性や製造上の再現性も
良くないという欠点があフた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、超伝
導体薄膜のエツチングなしに、超伝導体パターンを形成
する方法である。即ち、本発明は、エピタキシャル成長
によって、酸化物のエピタキシャル膜が形成された基板
を、エツチングして、該エピタキシャル膜をパターニン
グした後、該基板上に超伝導体の構成成分を堆積させて
薄膜を形成することを特徴とする超伝導パターンの形成
方法である。

本発明は、酸化物のエピタキシャル膜上には、−船釣に
超伝導性を示す膜が形成されるが、そうでないところに
は、それが形成されないか、されにくいことが少なくな
いことを利用したものであって、パターン化された酸化
物のエピタキシャル膜をもつ面上に、超伝導体構成成分
を堆積させて、実質的にそのエピタキシャル面上のみに
超伝導薄膜を形成し、超伝導体パターンとしたものであ
る。

本発明で用いる基板は、後に例示するような成膜法によ
って、超伝導体構成成分の、入射等による接触を受けて
も、超伝導性を示す膜が形成されないもの、または形成
されにくいものであるならば、いかなるものでもよく、
例えば、石英、Ｓｉ等の、アモルファス、多結晶材料等
が挙げられる。

このような基板上に形成するエピタキシャル膜は、酸化
物であればよいが、超伝導体構成成分の入射等による接
触を受けた場合に、できた膜が超伝導性をできるだけ示
しやすいものを、当該超伝導性構成成分に応じて適宜選
択すればよい。例えば、　Ａｎ　□０３．５ｒＴｉ０３
、ＴｉＯ２、Ｂｅ０１Ｍｇ０１ＣａＯ１ＳｒＯ１ＢａＯ
の中から選択することができる。

なお、基板とエピタキシャル膜が同一成分であってもよ
い。これは、基板の上には、超伝導性を示す膜が形成さ
れに〈〈ても、それと同一成分のエピタキシャル膜には
、良好な超伝導性を示す膜か形成される場合が少なくな
いからである。

エピタキシャル膜のパターニング法は特別な制限はない
が、例えば、通常のレジストエツチング、ドライエツチ
ングが利用できる。

超伝導薄膜の材料は、特に制限がないが、好ましい材料
としてはその化合物組成が、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄで表される
四元または四元以上の化合物であり、ＡはＬａ、Ｃｅ、
Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ。

Ｂｉ、Ｔｌ、Ｓｍ、Ｓｃ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ。

Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ及びＹから成る群
、ＢはＢａ、Ｃａ、Ｓｒ及びＰｂからなる群、ＣはＶ、
Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ。

Ｃｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｚｒ及びＣｕからなる群、ＤはＳ及
び０から成る群より、それぞれ選ばれた１種以上の元素
を表す。

バターニングされたエピタキシャル膜をもつ基板上に、
超伝導体構成成分を堆積し、実質的にエピタキシャル膜
上のみに、超伝導体薄膜を形成するには、ＣＶＤ、スパ
ッタ法、ＥＢ法、ＩＣＢ法、抵抗加熱法、ＭＢＥ法等の
種々の気相成膜法等か利用できる。

超伝導体薄膜は、成膜法によっては、蒸着のみでは超伝
導性を示さないため、あるいはボしてもさらに超伝導性
を向上させるため、必要に応じて熱処理を行う。基板、
エピタキシャル膜、その上の超伝導体は、マツチングが
良く耐久性も良好であるが、それらを互いに熱膨張係数
の近いものから選択することにより、耐久性をより向上
したものとすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例によって、より具体的に説明する
。

実施例１ 第１図に示す工程に従う一実施例によって　超伝導体パ
ターンを形成した。即ち、まず、５ｉ（１００）基板１
上に、酸化物エピタキシャル膜２として、ＭｇＯを成膜
した［第１図（Ａ）］。

次に、通常のフォトリソ工程でＭｇＯをパターニングし
た［同図（Ｂ）コ。

この基板上に、Ｙ　−Ｂａ　−（：ｕ　−０焼結体ター
ゲットを用いて、Ａｒ雰囲気中で成膜したところ、Ｙ−
Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜が形成された［同図（Ｃ）］。

この時の条件は基板温度４００℃、真空度０．５Ｐａ、
スパッタパワー２００Ｗであった。堆積速度は５０人／
分で、膜厚は５０００人だった。更にこの基板を酸素雰
囲気中で９００℃、３時間の熱処理を行い、超伝導薄膜
３のパターンを作製した。

Ａｕ電極を付けて液体Ｈｅを用いて抵抗を測定したとこ
ろ、ＭｇＯエピタキシャル膜上のＹ−Ｂａ−ＣｕＯ薄膜
３は８０にで抵抗０となり、超伝導性を示したが、Ｓｉ
上のＹ−Ｂａ−Ｇｕ−０薄膜４は４にでも抵抗０になら
ず、超伝導性を示さなかった。

実施例２ アルミナ上に、サフィイア（１００）をエピタキシャル
成長させた基板を用いて、Ｅｒ−Ｂａ−Ｃｕ−０をＩＣ
Ｂ法（クラスターイオンビーム法）で成膜した。

この時の条件は基板温度６００℃、酸素分圧３、　ｏｘ
　１０−’Ｔｏｒｒで行い、蒸着材料としてＥ「、Ｂａ
Ｏ、ＣｕＯをそれぞれ独立のクラスターイオンガンによ
り、基板上の組成がＥｒ：　Ｂａ：　（ｕ＝　１　：　
２　：３になるように堆積速度を調節した。Ｅｒ用のク
ラスターイオンガンの加速電圧は１ｋＶ、イオン化電流
は５０［＋１八とし、ＢａＯ用のクラスターイオンガン
の加速電圧は０．５ｋＶ、イオン化電流は３０ｍＡとし
、ＣｕＯ用の加速電圧は４ｋＶ、イオン化電流は２００
ｍＡとした。なお、堆積速度は２００人／分であった。

実施例１と同様にサファイアパターン上の薄膜のみが良
好な超伝導性を示した。

実施例３ 石英上に、ＭｇＯをエピタキシャル成長させた基板を用
いて、Ｂｉ　−Ｓｒ　−Ｃａ　−に１１−０をマグネト
ロンスパッタ法で成膜した。ターゲットはＢｉ２５ｒ２
ＣａＣｕ２０１２−Ｘ　（Ｘ　＞　Ｏ）焼結体を用いた
。

この時の成膜条件は基板温度２００℃、アルゴンガス圧
０．５Ｐａ、スパッタパワー２００Ｗとした。蒸着速度
は１人／秒であった。更にこの基板を酸素雰囲気中で８
５０℃、１時間の熱処理を行だところ、実施例１と同様
にＭｇＯパターン上の薄膜のみが良好な超伝導性を示し
た。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、超伝導薄
膜形成後、エツチング等の処理を行わないため、超伝導
性を示す薄膜パターンが、再現性良く形成することがで
き、できた薄膜パターンは、結晶性、均一性も良く、品
質の優れたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の工程図である。 １：基板　　　　２：エビタキシャル膜３：超伝導薄膜
　４：非超伝導薄膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）エピタキシャル成長によって、酸化物のエピタキシ
   ャル膜が形成された基板を、エッチングして、該エピタ
   キシャル膜をパターンニングした後、該基板上に超伝導
   体の構成成分を堆積させて、薄膜を形成することを特徴
   とする超伝導パターンの形成方法。 ２）前記超伝導パターンを構成する超伝導体の化学組成
   をＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄで表すとき、ＡはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、
   Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｓｃ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈ
   ｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、Ｔｌ、Ｌｕ及びＹから成
   る群、ＢはＢａ、Ｃａ、Ｓｒ及びＰｂからなる群、Ｃは
   Ｖ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｃｄ
   、Ｚｒ及びＣｕからなる群、ＤはＳ及びＯから成る群よ
   り、それぞれ選ばれた１種以上の元素である請求項１記
   載の超伝導パターンの形成方法。 ３）前記酸化物のエピタキシャル膜を Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＳｒＴｉＯ＿３、ＴｉＯ＿２、ＢｅＯ
   、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯまたはＢａＯとする請求項１
   または２記載の超伝導パターンの形成方法。 ４）前記基板として、石英またはＳｉを用いる請求項１
   、２または３記載の超伝導パターンの形成方法。