JPH06132577A - 酸化物超伝導ジョセフソン素子の作製方法 - Google Patents
酸化物超伝導ジョセフソン素子の作製方法Info
- Publication number
- JPH06132577A JPH06132577A JP4282684A JP28268492A JPH06132577A JP H06132577 A JPH06132577 A JP H06132577A JP 4282684 A JP4282684 A JP 4282684A JP 28268492 A JP28268492 A JP 28268492A JP H06132577 A JPH06132577 A JP H06132577A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- superconducting
- tantalum
- film
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 単一粒界の段差構造を持つ酸化物超伝導ジョ
セフソン素子を作製する。 【構成】 誘電体基板１上にタンタル極薄膜２を蒸着
し、レジスト３をかけてエッチングをすると、タンタル
極薄膜２によるマスクが形成される。次にイオンビーム
照射により段差をエッチングにより形成し、その後、マ
スクとして用いたタンタルを除去する。このようにして
段差が形成された基板１上に超伝導薄膜を形成して酸化
物超伝導ジョセフソン素子を形成する。
セフソン素子を作製する。 【構成】 誘電体基板１上にタンタル極薄膜２を蒸着
し、レジスト３をかけてエッチングをすると、タンタル
極薄膜２によるマスクが形成される。次にイオンビーム
照射により段差をエッチングにより形成し、その後、マ
スクとして用いたタンタルを除去する。このようにして
段差が形成された基板１上に超伝導薄膜を形成して酸化
物超伝導ジョセフソン素子を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は酸化物超伝導薄膜を用い
た超伝導ジョセフソン素子の作製方法に関するものであ
る。
た超伝導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】ジョセフソン素子は、超伝導体の間に薄
い絶縁体をはさんでサンドイッチ構造となっているジョ
セフソン接合を有している。このジョセフソン素子の作
製は、当初、ニオブなどの金属系超伝導体により成功し
た。なお、上記サンドイッチ構造の接合は、超伝導体
（Ｓ）、絶縁体（Ｉ）、超伝導体（Ｓ）を順に重ねた構
造であるため、ＳＩＳ接合と称している。
い絶縁体をはさんでサンドイッチ構造となっているジョ
セフソン接合を有している。このジョセフソン素子の作
製は、当初、ニオブなどの金属系超伝導体により成功し
た。なお、上記サンドイッチ構造の接合は、超伝導体
（Ｓ）、絶縁体（Ｉ）、超伝導体（Ｓ）を順に重ねた構
造であるため、ＳＩＳ接合と称している。
【０００３】酸化物超伝導体を用いたジョセフソン素子
は、上述したＳＩＳ接合による作製が試みられた。しか
しこのようにすると、コヒーレンス長が短い、薄膜作製
時に基板を高温にするので中間絶縁層が拡散し超伝導層
が劣化するなどの理由で作製が困難であることがわかっ
た。
は、上述したＳＩＳ接合による作製が試みられた。しか
しこのようにすると、コヒーレンス長が短い、薄膜作製
時に基板を高温にするので中間絶縁層が拡散し超伝導層
が劣化するなどの理由で作製が困難であることがわかっ
た。
【０００４】このため、超伝導薄膜の一部に人為的に超
伝導性の弱い部分を作製するウィークリンク型の超伝導
デバイスが作製されている。ウィークリンク（弱結合）
の作製方法として、結晶方位の違う２つの基板を融着し
て、その境界部を利用したものや、誘電体を積層した上
に超伝導を作製し、成長した膜の方位の違いを利用する
方法などが検討されている。
伝導性の弱い部分を作製するウィークリンク型の超伝導
デバイスが作製されている。ウィークリンク（弱結合）
の作製方法として、結晶方位の違う２つの基板を融着し
て、その境界部を利用したものや、誘電体を積層した上
に超伝導を作製し、成長した膜の方位の違いを利用する
方法などが検討されている。
【０００５】その中の１つに酸化物超伝導薄膜デバイス
を作製するために、基板上に金属薄板マスクやレジスト
を用いて、化学（ウエット）エッチング法や物理（ドラ
イ）エッチング法により微細な段差を形成し、その上に
酸化物超伝導薄膜をエピタキシャル成長させ、段差部に
超伝導性の弱い粒界構造を形成する段差構造を持つジョ
セフソン接合がある。図３はこのようにして作製したデ
バイスであり、４は誘電体基板、５は超伝導薄膜、６は
粒界である。
を作製するために、基板上に金属薄板マスクやレジスト
を用いて、化学（ウエット）エッチング法や物理（ドラ
イ）エッチング法により微細な段差を形成し、その上に
酸化物超伝導薄膜をエピタキシャル成長させ、段差部に
超伝導性の弱い粒界構造を形成する段差構造を持つジョ
セフソン接合がある。図３はこのようにして作製したデ
バイスであり、４は誘電体基板、５は超伝導薄膜、６は
粒界である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで上述した手法
（エッチングによる段差形成→エピタキシャル成長によ
る粒界構造の形成）を採用すると次のような問題があっ
た。即ち、加工におけるプロセスにおいて、レジストは
イオンミリングによってその端部が後退し、エッチング
された段差が垂直にならない。また金属マスクは密着性
が悪いために、段差部を正確に形成することが難しい。
一方、レジスト（１〜３μｍ）や金属薄板マスク（0.１
〜0.５mm）の厚さにより、イオンビームが照射されない
部分ができるシャドーイング効果や、必要以上にエッチ
ングされるオーバーエッチングの影響があり、垂直に近
く結晶性の良い段差を実現することは難しい。このよう
な影響のため段差がなだらかな斜面構造となり、図３に
示すように２ケ所以上で粒界６を持つようになる。この
ため、デバイス形状に加工後、臨界温度が低くなった
り、臨界電流密度が小さくなったり、また、粒界にトラ
ップされる磁束が電流の流れによって動きだす磁束フロ
ーの影響で雑音が大きくなるという問題があった。
（エッチングによる段差形成→エピタキシャル成長によ
る粒界構造の形成）を採用すると次のような問題があっ
た。即ち、加工におけるプロセスにおいて、レジストは
イオンミリングによってその端部が後退し、エッチング
された段差が垂直にならない。また金属マスクは密着性
が悪いために、段差部を正確に形成することが難しい。
一方、レジスト（１〜３μｍ）や金属薄板マスク（0.１
〜0.５mm）の厚さにより、イオンビームが照射されない
部分ができるシャドーイング効果や、必要以上にエッチ
ングされるオーバーエッチングの影響があり、垂直に近
く結晶性の良い段差を実現することは難しい。このよう
な影響のため段差がなだらかな斜面構造となり、図３に
示すように２ケ所以上で粒界６を持つようになる。この
ため、デバイス形状に加工後、臨界温度が低くなった
り、臨界電流密度が小さくなったり、また、粒界にトラ
ップされる磁束が電流の流れによって動きだす磁束フロ
ーの影響で雑音が大きくなるという問題があった。
【０００７】そこで、本発明の目的は段差構造を持つジ
ョセフソン接合において超伝導特性を劣化させる粒界を
複数発生することなく、１つの粒界からなる接合を持つ
超伝導ジョセフソン素子を作製することである。
ョセフソン接合において超伝導特性を劣化させる粒界を
複数発生することなく、１つの粒界からなる接合を持つ
超伝導ジョセフソン素子を作製することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、酸化物超伝導薄膜を用いた段差構造を持つ超伝導
ジョセフソン素子において、垂直に近い段差を形成する
ため、基板上に蒸着したタンタル極薄膜をマスクとする
ことによりエッチングを行いデバイス形状に加工するこ
とを特徴とする。
明は、酸化物超伝導薄膜を用いた段差構造を持つ超伝導
ジョセフソン素子において、垂直に近い段差を形成する
ため、基板上に蒸着したタンタル極薄膜をマスクとする
ことによりエッチングを行いデバイス形状に加工するこ
とを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明では基板上に極薄膜タンタルを蒸着し、
このタンタル薄膜を加工して、基板に密着した精密なマ
スクを形成することにより、シャドーイングやオーバー
エッチングの影響の少ない加工方法を用いて、単一粒界
の段差構造を持つ、超伝導ジョセフソン素子を作製する
ことができる。
このタンタル薄膜を加工して、基板に密着した精密なマ
スクを形成することにより、シャドーイングやオーバー
エッチングの影響の少ない加工方法を用いて、単一粒界
の段差構造を持つ、超伝導ジョセフソン素子を作製する
ことができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。
説明する。
【００１１】＜第１実施例＞本発明の第１実施例を、図
１を参照しつつ説明する。図１に示すように、格子定数
や熱膨張率が超伝導薄膜の格子定数、熱膨張率に近い誘
電体基板１、例えば、酸化マグネシウム、チタン酸スト
ロンチウムなどをよく洗浄し（図１（ａ））、基板１の
表面にタンタルをイオンビームスパッタ装置などを用い
て１００nm程度蒸着してタンタル極薄膜２を形成する
（図１（ｂ））。次にレジスト３を１〜３μｍ塗布して
（図１（ｃ））、露光・現像しレジストのマスクを形成
する。このようにして積層した基板１をチャンバー内に
入れて、アルゴンガスを用いたイオンビームエッチング
装置でエッチングを行うとタンタルがエッチングされ
て、タンタルの極薄膜マスクが形成される。なおレジス
ト３としては、例えばＡＺ−１３７０を用いる。
１を参照しつつ説明する。図１に示すように、格子定数
や熱膨張率が超伝導薄膜の格子定数、熱膨張率に近い誘
電体基板１、例えば、酸化マグネシウム、チタン酸スト
ロンチウムなどをよく洗浄し（図１（ａ））、基板１の
表面にタンタルをイオンビームスパッタ装置などを用い
て１００nm程度蒸着してタンタル極薄膜２を形成する
（図１（ｂ））。次にレジスト３を１〜３μｍ塗布して
（図１（ｃ））、露光・現像しレジストのマスクを形成
する。このようにして積層した基板１をチャンバー内に
入れて、アルゴンガスを用いたイオンビームエッチング
装置でエッチングを行うとタンタルがエッチングされ
て、タンタルの極薄膜マスクが形成される。なおレジス
ト３としては、例えばＡＺ−１３７０を用いる。
【００１２】次に、有機溶剤や酸素プラズマアッシング
によってレジストを完全に除去した後に、窒素イオンを
用いて、基板１に垂直に入射するようにイオンビーム照
射し（図１（ｄ））、２００〜３００nmの深さの段差を
エッチングによって形成する。図２に示すように、窒素
イオンによるタンタルのエッチングレートは非常に小さ
いため、タンタルをマスクとして誘電体基板の段差が形
成される。この時、タンタルマスク基板１に密着してい
るため、シャドーイングやオーバーエッチングの影響が
非常に少なく、垂直に近い形状の段差が形成される。
によってレジストを完全に除去した後に、窒素イオンを
用いて、基板１に垂直に入射するようにイオンビーム照
射し（図１（ｄ））、２００〜３００nmの深さの段差を
エッチングによって形成する。図２に示すように、窒素
イオンによるタンタルのエッチングレートは非常に小さ
いため、タンタルをマスクとして誘電体基板の段差が形
成される。この時、タンタルマスク基板１に密着してい
るため、シャドーイングやオーバーエッチングの影響が
非常に少なく、垂直に近い形状の段差が形成される。
【００１３】さらに、再度アルゴンイオンでエッチング
を行うと、このマスクとして用いたタンタルを除去する
ことができる。（図１（ｅ））。
を行うと、このマスクとして用いたタンタルを除去する
ことができる。（図１（ｅ））。
【００１４】また、本方法のもう一つの利点は、基板１
の表面が現像工程において、タンタル極薄膜２によって
保護されているので、現像液や洗浄液に直接触れること
がない点である。通常の工程では問題になる基板最表面
の汚染なども完全に防ぐことができる。そして、基板最
表層のイオンエッチングによるダメージを回復するため
１０００〜１１００℃の高温熱処理炉でアニールした
後、基板上に酸化物超伝導薄膜を形成すると、結晶は基
板方位に沿って成長するので、上部の超伝導薄膜と下部
の超伝導薄膜は基板と平行な面に接合を形成する。
の表面が現像工程において、タンタル極薄膜２によって
保護されているので、現像液や洗浄液に直接触れること
がない点である。通常の工程では問題になる基板最表面
の汚染なども完全に防ぐことができる。そして、基板最
表層のイオンエッチングによるダメージを回復するため
１０００〜１１００℃の高温熱処理炉でアニールした
後、基板上に酸化物超伝導薄膜を形成すると、結晶は基
板方位に沿って成長するので、上部の超伝導薄膜と下部
の超伝導薄膜は基板と平行な面に接合を形成する。
【００１５】このような方法を用いると図４に示す段差
構造ができ、膜厚と段差の高さによって明確に電気特性
を制御するとができる。なお図４において７は粒界、８
は超伝導薄膜（例えばＹＢａＣＵＯ）、９は誘電体基板
である。
構造ができ、膜厚と段差の高さによって明確に電気特性
を制御するとができる。なお図４において７は粒界、８
は超伝導薄膜（例えばＹＢａＣＵＯ）、９は誘電体基板
である。
【００１６】この様な方法で作製した基板１上に超伝導
薄膜を成膜することにより、図４に示すように、粒界７
を１つしか含まない段差構造を持つ酸化物超伝導ジョセ
フソン素子が作製される。
薄膜を成膜することにより、図４に示すように、粒界７
を１つしか含まない段差構造を持つ酸化物超伝導ジョセ
フソン素子が作製される。
【００１７】＜第２実施例＞上述した第１実施例の方法
において、タンタル極薄膜を任意の形状に加工すること
が可能なので非常に微細な接合を狭い面積に多数作製で
きる。このため多チャンネルＳＱＵＩＤや集積された論
理素子を１枚の基板上に均質に形成できる。また、ＳＩ
Ｓ構造の超伝導デバイスと違い、誘電体を電流の流れに
対して直列に配置する必要がないので、回路のキャパシ
タンスを低く抑さえることができるため、高周波を用い
た信号処理回路を形成することが可能となる。
において、タンタル極薄膜を任意の形状に加工すること
が可能なので非常に微細な接合を狭い面積に多数作製で
きる。このため多チャンネルＳＱＵＩＤや集積された論
理素子を１枚の基板上に均質に形成できる。また、ＳＩ
Ｓ構造の超伝導デバイスと違い、誘電体を電流の流れに
対して直列に配置する必要がないので、回路のキャパシ
タンスを低く抑さえることができるため、高周波を用い
た信号処理回路を形成することが可能となる。
【００１８】＜第３実施例＞上述した第１実施例の方法
において、垂直に近いトレンチ（溝）が形成できるの
で、図５に示すように段差の高さより薄く超伝導薄膜１
１を形成することにより、溝の内部に超伝導薄膜を形成
する。その上からさらに基板１０と同じ誘電体１２を形
成する。このようにして積層した誘電体１２と基板１０
に囲まれた超伝導配線を実現できる。さらにこの基板の
上面と下面にグランドとなる超伝導薄膜１３，１４を蒸
着すると１枚の基板で超伝導ストリップライン構造が実
現できる。なお超伝導薄膜１１としては、例えばＹＢａ
ＣＵＯを用いる。
において、垂直に近いトレンチ（溝）が形成できるの
で、図５に示すように段差の高さより薄く超伝導薄膜１
１を形成することにより、溝の内部に超伝導薄膜を形成
する。その上からさらに基板１０と同じ誘電体１２を形
成する。このようにして積層した誘電体１２と基板１０
に囲まれた超伝導配線を実現できる。さらにこの基板の
上面と下面にグランドとなる超伝導薄膜１３，１４を蒸
着すると１枚の基板で超伝導ストリップライン構造が実
現できる。なお超伝導薄膜１１としては、例えばＹＢａ
ＣＵＯを用いる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
粒界を１つしか含まない接合を作製することが可能であ
り、段差構造を持つ酸化物超伝導ジョセフソン素子とし
て高品質のデバイスを作製することができる。
粒界を１つしか含まない接合を作製することが可能であ
り、段差構造を持つ酸化物超伝導ジョセフソン素子とし
て高品質のデバイスを作製することができる。
【図１】酸化物超伝導ジョセフソン素子の作製方法を示
す説明図。
す説明図。
【図２】各種材料のイオンエッチングレートを示す特性
図。
図。
【図３】従来の作製方法による酸化物超伝導ジョセフソ
ン素子を示す構成図。
ン素子を示す構成図。
【図４】本発明による酸化物超伝導ジョセフソン素子を
示す構成図。
示す構成図。
【図５】酸化物超伝導ストリップラインの作製方法を示
す説明図。
す説明図。
１ 誘電体基板 ２ タンタル極薄膜 ３ レジスト ４，９ 誘電体基板 ５，８ 超伝導薄膜 ６，７ 粒界 １０，１２ 誘電体基板 １１，１２，１３ 超伝導薄膜
Claims (1)
- 【請求項１】 酸化物超伝導薄膜を用いた段差構造を持
つ超伝導ジョセフソン素子において、 垂直に近い段差を形成するため、基板上に蒸着したタン
タル極薄膜をマスクとすることによりエッチングを行い
デバイス形状に加工することを特徴とする酸化物超伝導
ジョセフソン素子の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4282684A JPH06132577A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 酸化物超伝導ジョセフソン素子の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4282684A JPH06132577A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 酸化物超伝導ジョセフソン素子の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06132577A true JPH06132577A (ja) | 1994-05-13 |
Family
ID=17655716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4282684A Withdrawn JPH06132577A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 酸化物超伝導ジョセフソン素子の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06132577A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3812135A1 (de) * | 1987-04-20 | 1988-11-10 | Gen Electric | Verfahren zum herstellen von elektrischen kontakten hoher ausbeute an amorphes n(pfeil hoch)+(pfeil hoch)-silizium |
| KR100309675B1 (ko) * | 1998-11-23 | 2001-12-17 | 오길록 | 고온초전도계단형모서리조셉슨접합제작방법 |
-
1992
- 1992-10-21 JP JP4282684A patent/JPH06132577A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3812135A1 (de) * | 1987-04-20 | 1988-11-10 | Gen Electric | Verfahren zum herstellen von elektrischen kontakten hoher ausbeute an amorphes n(pfeil hoch)+(pfeil hoch)-silizium |
| DE3812135B4 (de) * | 1987-04-20 | 2005-09-29 | General Electric Co. | Verfahren zum Herstellen von elektrischen Kontakten hoher Ausbeute an amorphes N+-Silizium |
| KR100309675B1 (ko) * | 1998-11-23 | 2001-12-17 | 오길록 | 고온초전도계단형모서리조셉슨접합제작방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3275836B2 (ja) | 超電導デバイス | |
| JPH04246871A (ja) | ジョセフソン集積回路の製造方法 | |
| JPH104222A (ja) | 酸化物超電導体素子及びその製造方法 | |
| JP3278638B2 (ja) | 高温超伝導ジョセフソン接合およびその製造方法 | |
| JPH05251771A (ja) | 人工粒界型ジョセフソン接合素子およびその作製方法 | |
| JPH01161881A (ja) | ジョセフソン素子およびその製造方法 | |
| JPH05335638A (ja) | ジョセフソン接合構造体およびその作製方法 | |
| JP3189403B2 (ja) | 超電導接合を有する素子およびその作製方法 | |
| JPH05251777A (ja) | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 | |
| JPH06132577A (ja) | 酸化物超伝導ジョセフソン素子の作製方法 | |
| KR100372889B1 (ko) | 경사형 모서리 조셉슨 접합소자 및 그 제조방법 | |
| JP4380878B2 (ja) | 超電導素子およびその製造方法 | |
| Villegier et al. | RF-sputter-deposited magnesium oxide films as high-quality adjustable tunnel barriers | |
| JPH104223A (ja) | 酸化物超電導体ジョセフソン素子 | |
| US5248663A (en) | Method of forming oxide superconductor patterns | |
| JPS5979585A (ja) | ジヨセフソン接合素子とその製造方法 | |
| JP2717094B2 (ja) | 超電導配線の形成方法 | |
| JP2001244511A (ja) | ランプエッジ構造を持つジョセフソン素子の製造方法および成膜装置 | |
| JPH0697520A (ja) | 複合型ジョセフソン接合デバイスとその製造方法 | |
| JP2831918B2 (ja) | 超電導素子の製造方法 | |
| JP2909455B1 (ja) | 超電導素子 | |
| JP2969068B2 (ja) | 超伝導素子の製造方法 | |
| JP2774576B2 (ja) | 超伝導体装置及びその製造方法 | |
| JP2738144B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JPH04163808A (ja) | 超伝導デバイスの作製方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000104 |