JPH08501416A

JPH08501416A - 酸化物超伝導体装置及び回路のための改善されたバリア層

Info

Publication number: JPH08501416A
Application number: JP6508245A
Authority: JP
Inventors: チャー、クックリン; ジバレ、ティオドール・エイチ
Original assignee: Conductus Inc
Current assignee: Conductus Inc
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1993-09-14
Publication date: 1996-02-13
Also published as: AU5128093A; US5696392A; EP0660968A1; WO1994007270A1

Abstract

(57)【要約】酸化物に基づく電子装置及び回路用に適合する導体が開示されている。Ａは稀土類又はアルカリ土類元素、或いは稀土類又はアルカリ土類元素の合金であり、Ｍは遷移金属である場合の一般組成：ＡＭＯ₃を有する金属酸化物は、金属的振る舞いを示すと共に、高温セラミック処理に互換性がある。他の有用な金属酸化物は組成：（Ａ_1-xＡ’_x）Ｂ₂（Ｍ_1-yＭ’_y）₃Ｏ_7-δ或いは（Ａ_1-xＡ”_x）_m（Ｍ_1-yＭ’_y）ｎＯ_2m+nを有し、但し、０≦ｘ、ｙ≦１、０．５≦ｍ、ｎ≦３であり、Ａ及びＡ’は、稀土類又はアルカリ土類元素、或いは稀土類又はアルカリ土類元素の合金、Ａ”及びＢはアルカリ土類元素、アルカリ土類元素の合金、稀土類元素、稀土類元素の合金、並びにアルカリ土類及び稀土類元素の合金であり、Ｍ及びＭ’は遷移金属元素又は遷移金属元素の合金である。金属酸化物は、酸化物超伝導体の成長用として共通して使用される基板及び緩衝層上と同様に、酸化物超伝導体上にエピタキシャル成長する。また、酸化物超伝導体は此等の金属酸化物上にエピタキシャル成長可能である。高温超伝導材料の超伝導体−標準体−超伝導体（ＳＮＳ）接合の非常に大きな改善性能はその標準材料がここに開示されたタイプの金属酸化物である場合に得られる。好適実施例において、導電性酸化物ＣａＲｕＯ₃が標準材料として、超伝導体としてのＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δを伴うＳＮＳ接合内に使用されている。このタイプの接合で製作されて７７Ｋで機能するＤＣ超伝導体量子干渉装置（ＳＱＵＩＤ）は大きな変調と低いノイズを示す。

Description

【発明の詳細な説明】酸化物超伝導体装置及び回路のための改善されたバリア層発明の分野この発明は、酸化物超伝導体成分を基礎とする装置及び回路における金属酸化物の使用に関する。より詳しくは、この発明は、集積回路におけるＳＮＳ接合または金属化パターンに基準金属として真の金属酸化物材料を使用することに関する。ここで、金属酸化物とは、一般組成物ＡＭＯ₃を有する単純なペロブスカイト（Ａは希−又はアルカリ土類元素ないし合金、Ｍは遷移金属）、或いは、重くドープされた又は合金化された、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ（ＹＢＣＯ）ないしカップレイト超伝導体等の層状ペロブスカイトである。発明の背景高温超伝導体（ＨＴＳ）、カップレイト超伝導体、及びペロブスカイト超伝導体としても知られる酸化物超伝導体の新しい種類が１９８６年に発見されて以来、有用性のある接合、装置、回路及びシステムを作り出す多くの試みがなされてきた。この発見は、超伝導体の多くの利点を実用上実現可能な温度において電子回路にもたらすことを約束するものであった。超伝導体の有するこうした利点は、しかしながら、期待されたほどには得られていない。これは超伝導材料の性質が電子部品に通常使用されている金属や半導体と大きく異なることによる。現在は大幅に克服された第１の障害は、これらの新しいセラミック超伝導体の多結晶性にあった。超伝導現象を起こす転移温度がＴｃ＜２３Ｋである低転移温度超伝導体は金属、合金、または金属間化合物である。金属は通常多結晶であるが、金属結合は非局在化しており、物質中の粒界は電気的に非活性である。更に、これらの超伝導体のコヒーレンス長さは約１００ｎｍであり、単一粒すなわち多結晶体の一部をなす単結晶のサイズよりもかなり長い。このことは、超伝導電子対は多くの個々の結晶粒により作り出される平均環境による影響を受け、コヒーレンンス長さよりもサイズがかなり短い粒界あるいは他の部位での不均一性に対して極端に敏感ではない、ことを意味する。カップレイト超伝導体は、金属結合に比べて、より指向性を有し、かつより局在化しているイオン結合及び共有結合を有するセラミック材料である。原子は完全結晶における正常な位置から粒界を通って移動する。これら移動原子間の化学結合は、原子の正常位置からの相対移動の距離及び角度に応じて、延ばされ、曲げられ、破断され、時には空格子点を生じる。物質の電子構造におけるこの種の混乱は等方性金属結合の場合よりも指向性結合の場合により激しく、物質の輸送特性の混乱をも招くことがある。このため、ほとんどのカップレイト超伝導体の多結晶標本は、配向性のよい同じ化学成分のエピタキシアルフィルムと比較して一等級ないしそれ以上臨界電流密度を低くしてある。他の悪化要因は超伝導ペロブスカイトの非常に小さい異方性コヒーレンスにある。この物質のコヒーレンス長さはａ−ｂ面で約１．５ｎｍ、ｃ−方向に約１０倍以下（０．１５ｎｍ）と見積られている。これらの距離は普通の粒の寸法よりかなり小さく、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ（０≦δ≦０．５）のｃ−方向の格子定数と同様である。この結果として、この超伝導体の電気特性は、不純物原子、空格子点、空孔、転位、積層欠陥、及び粒界等の格子欠陥のある局部環境と、微構造とにより大きな影響を受ける。こうした小さいコヒーレンス長さにより、完全結晶からの僅かな偏差も接合の形成に十分な超電流の流れを阻害することになる。初期の薄膜には、面内エピタキシーが十分でないことにより、粒界接合が多く存在し、多結晶層に生じる多数のウイークリンク接合（weak-link junction）の働きにより物質固有の特性が隠されてしまっていた。今日では、しかしながら、結晶成長技術が、高温超伝導体の高品質で配向性のよいエピタキシャル層を様々な技術により様々な基板上に成長させることができる現在の状況にまで進歩しており、数年内には優れた特徴を有する接合を行えるようになる。課題の説明酸化物超伝導体のセラミックとしての性質は、これまで該超伝導体を広範囲にわたる装置や回路に導入するための障害となっていた。その性質は、今日の電子部品に最も広く用いられている材料とあまりに異なるため、該超伝導体で装置や回路を作るのによく知られている処理手順を使用することができない。むしろ逆に、ペロブスカイト超伝導体に必要な処理条件は、接点に使用されるある種の貴金属を含む電子部品に通常用いられる多くの材料を破壊してしまう。そこで、超伝導性電子装置に高温超伝導体を適用することに成功するためにはそれに合った製造技術を開発することが必要になる。これには、超伝導体を形成するための処理技術だけでなく、装置や回路に使用される材料の選択も含まれる。いくつかの誘電体は現在カップレイト超伝導体との適合性が有ることが知られているが、伝導体はこれまで研究者の研究対象になっでいなかった。貴金属を使用して最良の結果を得ようとの誘惑はあるが、そうした材料はセラミックの処理との真の適合性を有していない。抵抗要素あるいは非超伝導性伝導要素を必要とする超伝導装置及び回路を作るためには高温の酸化雰囲気において劣化しない良性の金属が必要である。高温超伝導体を様々に応用するには複層にすることが重要である。実際、ＬａＡｌＯ₃やＮｄＧａＯ₃のような、いずれかの数少ない格子適合性（lattice-matc hed）を有しかつ化学的適合性を有する基板上に、薄膜を成長させるためには、酸化物超伝導体の単一層を成長させるのにも材料を少なくとも２層にすることが必要である。もし、装置が２層以上の超伝導層を必要とする場合には、各層を誘電層又は絶縁層により分離しなければならない。この結果は、いくつかのエピキシャル層が基板上に固着されてパターンを形成し、更に多くの材料層がパターン上に固着されて複層異形構造になる。このような異形構造は全ての層間に緊密な格子適合性（close lattice match）が維持されないと、また熱膨張率の違いによるストレスが最小に抑えられないと、品質劣化の危険を伴う。全ての層は、超伝導性材料、絶縁材料、及び金属材料の固着に用いられる条件下で安定でなければならない。ＨＴＳ技術において現在使用されている金属は、ＨＴＳ結晶の成長に必要な温度まで酸素中で加熱された時に溶融ないし反応してしまうため、最終工程で固着されなければならない。このことは、上記金属を集積回路に埋設した抵抗として使用することをできなくし、回路及びその組立て手順の再設計を必要とする。金属を接合の一部に用いる場合には、その処理が最終工程で行われるように接合を注意深く配置しなければならない。超伝導体電子装置の基本要素の一つはジョセフソン接合である。酸化物超伝導体における最初の本当のジョセフゾン反応の存在が文献に表れ始めたが、全ての意図的に作成された接合はこれまでウイークリンク型（weak-link type）のものである。それらは、臨界電流密度Ｊｃ、臨界電流Ｉｃ、装置断面積Ａ、基準域（ normal region）の抵抗Ｒｎ、基準化された接合（normalized junction）の抵抗ＲｎＡにより特徴付けられる。酸化物超伝導体から良質の電子装置及び回路を作るには接合に関する加工可能な技術が開発されなければならない。加工可能な技術とは、限定された一連の処理工程が実施されたときに再生産可能でかつ結果を予言可能なものである。装置は設計された通りに動き、工程は処理パラメーターが少し変更されても効率が衰えるようなことがないしっかりしたものである。こうした技術に特に要求されるものは、全ての必要処理工程が相互に適応性があり、ある工程がそれよりも前の工程の結果を破壊してしまうことがないことである。こうした技術により形成された接合は、ユーザーにより細目が決められた設計基準に合致するはずである。接合は決められた温度で安定して機能しなければならない。接合は、設計者の判断で、１００〜１００，０００Ａ／ｃｍ₂の電流密度を通すものでなければならず、装置の予見可能な寿命を全うするまでの間それが継続するものでなければならない。各接合における臨界電流の変動及び回路内における接合から接合への変化は最小のものでなければならない。ノイズは、ノイズによるランダム信号はかなり小さく、かつ回路が検出するように設計されている正常信号よりも少ないレベルに低減されていなければならない。これまで、全てのウイークリンク接合（weak-link junction）に関する技術は電気接合を形成するインターフェイスの特性により支配されていた。このことは、所定の接合の設計が、ほとんどの場合ある範囲に収まっている、Ｊｃのような接合のパラメーターを有することになる。しかしながら、実際値をこの範囲に収めるように制御することは現在まで不可能とされている。接合にたいする理想的な臨界電流密度の選択は、集積超伝導体回路における接合の適用の仕方に依存しており、デジタル装置はアナログ装置とは異なる要件を有している。有用な超伝導量子干渉計（ＳＱＵＩＤｓ）を得るためには、整合する一対の接合を所定の幾何学的関係をもって組合わせることが必要である。各接合は予言可能な品質を有していなければならないだけでなく、好きなところに容易に位置させることができなければならない。このことを実用に即して言えば、回路に使用される材料は全て同様の技術を用いてパターン化されるべきであることを意味する。先行技術の説明再生可能な接合技術の必要性が研究者仲間の間で認識されている。酸化物超電導層のコヒーレンス長が小さいため、実際に完璧なものでない限り接合の形成に十分な超電流の流れの妨げとなる。今や結晶成長技術が、高品質の、方位性のよい高温超電導エピタキシャル層を、各種の技術を用いて、各種の基層に形成できる段階まできたので、良特性の接合がいくつかの方法で形成されている。各種の従来型接合部２０が図１に示されている。図１ａに概略的に示されるステップ接合は、基板１０（および該当する場合のバッファ層）に段差を設け、次いでその段差に超電導層を蒸着させることによって形成される。超電導膜は、基板の両平坦領域において方位性が良いが、これらの間の段差上には人工誘導された粒界によって各側が囲まれた崩壊エピタキシー領域が存在する。超電導膜は、段差を完全に被覆するのに十分な厚さになっている。図１ｂのステップ・ギャップ接合は、超電導膜が段差の全巾にわたって連続していない点を除き、同様の方法で形成される。代りにギャップが形成されており、ノーマルメタルを使って２つの超電導領域間の接点を形成している。形成された粒界接合は２つの技術によって再生可能に形成される。図１ｃの二結晶技術において、単結晶基板１０は、所定の結晶方位に沿って２つ（又はそれ以上）の片に切断される。１つの片はトリミングを施されて結晶方位の異なるエッジを提供し、これが角度Θで第１と直角に交わる。この基板の上に成長した超電導膜は粒界を再生して結合の弱い接合を形成する。粒界接合を形成するもう１つの技術は、図１ｄに示されると共に、米国特許第５，１５７，４６６号に記載されるような種膜１００を使用するものであり、この特許は、発明者が少なくとも一人が本発明と共通しており、この出願の出願人に譲渡されている。この種膜１００は、選択された超電導材がエピタキシャル成長するも、種膜の下の材料とは結晶方位が異なる材料で成る。これは基板１０上（および必要によりバッファ層）に成長させ、次いでフォトリソグラフィでパターン形成し、湿式又は乾式エッチングが施される。この構造の上に成長した超電導膜は、種膜が除去されたか否かによって際立った結晶方位性をもって成長し、粒界接合が種膜の縁部に形成されて２つの領域の境界を画成する。エッジ接合が図１ｅに示されている。ステップ・ギャップ接合におけるように、超電導膜は不連続であり、接点はノーマルメタル（ＳＮＳ）を貫通する、或は、絶縁体（ＳＩＳ）を横切るように形成されている。ここでは、超電導膜１２が基板１０上に成長しており、保護膜１４がその上に成長している。この合成体にパターンが付けられ、ノーマルメタル又は絶縁層１６がパターン化された層上に成長する。第２の超電導膜１８がこの非超電導膜上に成長させられる。最後に、全体構造にパターンが付けられてデバイスが完成する。これに代る形成技術において、第１の超電導膜および保護膜は、パターン付けされ、次いで縁部に沿って超電導性が劣化する処理を受ける。この処理は、プラズマアッシング、イオンビーム損傷或はＴ_c又はＩ_cの減少につながるものである。ここで第２の超電導膜が絶縁体又はノーマルメタルの介在なしで成長可能となる。三層接合が概略的に図１ｆに示されている。ａ軸又はｃ軸の方位を有する超電導層１２を基板１０上に成長させる。絶縁層又はノーマルメタル層１６を超電導層上に成長させる。次いで、第２の超電導層１８を非超電導層１６の上に成長させ、接合部２０が形成される。エッジ接合の場合、非超電導層は実際には劣化超電導層である。ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δを使用する超電導−ノーマル−超電導（ＳＮＳ）型デバイスについていくつかのグループが研究を行った。Ａｕ、Ａｇおよびこれらの合金などの金属がマイクロブロイッジ又はステップ・ギャップ型（図１ｂ）のノーマル材として用いられた。三層（図１ｆ）およびエッジ接合（図１ｅ）構造は、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ上にエピタキシャル成長するバリア材を必要とする。現在のところ、ＰｒＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇、Ｙ_xＰｒ_1-xＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇、ノーマルＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ およびＳｒＴｉ_1-xＮＢ_xＯ₃がエピタキシャルＳＮＳ型構造のノーマルバリア層材として使用されている。（合金は、０＜ｘ＜１が成り立つ、つまり、組成範囲がピュアＢからピュアＡにわたる場合においてＡ_1-xＢ_xで表される。）これらのいずれの材料も、所望の特性を有する再生可能かつ製造可能な接合部の形成には適さなかった。Ａｕ、Ａｇおよびこれらの金属が、ＳＮＳ接合のノーマルメタルとして、またペロブスカイト型超電導層の接点材として使用されてきた。これらの金属は、優れた材料ではあるが、ペロブスカイト超電導層多層処理とは対立する。比較的低い温度で溶けるため、酸化物超電導層のためノーマル成長温度まで加熱することができない。従って、これらの材料は最後に成長させなければならず、更に超電導層を設けることができない。仮に上記の劣化が問題でなかったとしても、上記金属上での銅（cuprate）超電導層のエピタキシャル成長が達成できないでけでなく、更なる超電導層の追加も叶わない。更に、何人かの研究者は、銅超電導層のＣｕの代りにＡｕおよびＡｇを用いると処理中に超電導層を劣化させることを発見した。非超電導ペロブスカイト型は、その一方で酸化物超電導層処理に適合するが、いささか不良の材料である。ＰｒＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇およびＹドーピングした、或は合金化したＰｒＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇（Ｙ_xＰｒ_1-xＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇）は、極めて異方性に富む層構造であり、その上下面に不規則な粒界を形成する。これらの材料は、たくさんの積層欠陥、セカンドフェイズおよび透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察できて材料に広がるその他の欠陥を含む。これらの材料の異方性によってもたらされる別の問題は、バリアを通過するのに必要とされるｃ方位の導電路の存在である。最後になるが、電気特性が組成に大きく依存するため、別のグループが、同じ名目組成を有する膜の超電導、絶縁および金属作用について報告している。この発明の主題であるペロブスカイト金属酸化物の際立った利点は、立方体或は少なくとも等方性の大きい結晶構造である。等方性材は、Ｐｒ酸化物層を冒す欠陥の結晶方位に関連する不確実性と無縁である。例えば導電性が立方体内のあらゆる方位で等しいため、特定の結晶軸に沿うボイドの延長は結晶中の他の方位に沿う延長よりと同じ程度のインパクトを有する。従って、膜欠陥中の好ましい方位性に対する感度は、低シンメトリー材と比べた場合に等方性ペロブスカイト型金属酸化物で減少する。ＳｒＴｉ_1-xＮｂ_xＯ₃はＮｂによって導かれた余分な荷電子がＳｒ空孔（vacan cies）によって補償されるので、酸素を除去せずに金属導電性にドーピングすることが困難或は不可能であった。報告されるところによれば、あるＮｂは単結晶ＳｒＴｉＯ₃に拡散することができる。この余分な拡散処理は、格子間欠陥を伴うもので、容易に制御できない。また、これは第２（上側）の超電導層をエピタキシャル成長させなければならない面を劣化させる。ＳｒＴｉ_1-xＮｂ_xＯ₃を使ってＳＮＳ型接合を形成したことを報じるあるレポートは我々も他のだれも再実験していない。おそらく２つの超電導層間に欠陥があったのであろう。エピタキシャルＳＮＳ構造に適するバリア層材は、いくつかの条件を満足させねばならない。第１に、導電性材でなければならない。理想的には、金属導電性は、ドーピング、科学量論或は酸素濃度に強く依存してはならない。このため、色々あるなかで、超電導酸化物およびノーマル（劣化）ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δはノーマル材に対する最適選択ではない。第２に、インターフェイス部の歪みおよびその結果として増加する欠陥密度を減らすためＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δと格子整合していなければならない。バリアの熱膨張係数は、成長および処理温度から操作温度へ、そして室温への熱循環の間の歪みの導入を回避するため使用超電導層のものと概ね一致していなければならない。バリア材のエネルギ状態の密度および導電性は、インターフェイス部の超電導オーダー・パラメータの大きさの不連続を最小にするため（ノーマル状態における）超電導層のものに匹敵する程度でなければならない。最後に、成長条件は、高温超電導層の成長に用いるものと同等のものでなければならない。バリア材の金属特性は、高温の酸化雰囲気に露出することによっても、高真空条件の下で加熱することによっても、低下させてはならない。バリア材は、処理若しくは操作の間にこれが接触するいかなる物質、例えば基板、バッファおよび超電導層とも化学反応をしてはならない。バリア材は、超電導層間における無意識の短絡を避けるため連続膜を形成しなければならない。現在使われているバリア材は上記の１つ又はそれ以上の点で満足できないものである。同じ基準が、超電導集積回路の他の領域において金属としての使用する際の材料選択に適用される。抵抗体、接点、ボンディングパッドおよびノーマル接続体用の金属は、第１に良質のものでなければならない。不良な超導電体はここでは使用されない。また、予想操作温度で予想可能な抵抗が必要となる。さらに、抵抗金属に要求される精密度は、導電性が処理によって微妙に変化する材料を除外する。埋設される層には、後で行うエピタキシャル超電導層の成長のため高い結晶成長性が要求される。現在まで、上記の条件を全て満たす候補材料は見つかっていない。発明の目的よって、この発明の目的はペロブスカイト超伝導体に基づく集積回路におけるいずれかの地点に標準金属として使用される材料を提供することである。この材料は、温度に対して強変化の関数ではなく、典型的には温度に対して略々線形的に減少する抵抗率を有している真の金属性材料でなければならない。この材料は、温度、圧力、並びに典型的には結晶成長及び酸化物超伝導体材料の処理において遭遇するガス混合組成の下で安定していなければならない。この材料は、ＨＴＳ互換性の基板、緩衝層、ＨＴＳ材料自体の上にエピタキシャル成長する能力があり、ＨＴＳ材料から成る高品質のエピタキシャル層の引続く成長のための適合する効果的な基板とならなければならない。本発明の更なる目的は、制御可能な臨界電流密度及び低ノイズを有する高温超伝導体材料での改善された弱結合接合を提供することである。これは、標準材料として金属酸化物を用いた超伝導体−標準−超伝導体（ＳＮＳ）接合を製作することによって達成される。金属酸化物は真の金属であり、しかも酸化物超伝導体処理に対して完全な互換性がある。更に、その接合の臨界電流密度は標準層の厚みの選択によって制御可能である。接合の臨界電流密度は、たとえ有限な界面抵抗があったとしても、バリアの厚みと共に指数関数的に変化する。この制御は他の技術の殆どにおいて有効ではなく、その理由は、粒界接合に関してはバリアの厚みが固定されていること、接合の臨界電流密度に直接的影響を及ぼさないことのいずれか一方である。本発明の更なる目的は、全酸化集積回路に抵抗性要素として使用し得る材料を提供することである。そうした材料は回路のその他の要素用として用いられるセラミック処理と互換性がある一方、その金属的振る舞いを維持する。集積回路は、レジスタ、キャパシタ、インダクタ、トランジスタ、或いは他の所望の電子素子を含むことができると共に、コンダクタ、絶縁体、超伝導体並びに回路に所望の効果をもたらすような凡ゆる組合わせによる強誘電体を含むことができる。発明の概略そこで、本発明の本質は、高温超伝導体ＳＮＳ接合における「Ｎ」或いは「標準」材料として、或いは、非超伝導体金属が望まれない酸化物超伝導体に基づく集積回路における如何なる他の地点に、真の金属性酸化物を使用することである。金属酸化物は、少なくとも１つの金属と酸素との化学的な化合物であり、金属的振る舞いを示す金属酸化物である。金属酸化物は、それらの抵抗率の大きさや温度依存性に応じて、誘電体或いは金属性酸化物の何れかである。例えば、誘電性金属酸化物はここで適用させるには適当ではない。金属酸化物は、その抵抗が不純物のドーピイングによって或いは超伝導体処理の間にその酸素含有が変化することによって大きくは影響されないという意味において真の金属である。それが酸化物であるが故に、酸化物超伝導体の高品質なエピタキシャル層形成のために必要な処理環境又は雰囲気によって劣化することがない。超伝導体自体上に加えて、酸化物超伝導体として同一基板上にエピタキシャル成長することができるので、ペロブスカイト超伝導体の更なる層の引続くデポジションのための適切な中間層を形成することができる。幾つかの層状ペロブスカイトはＳＮＳ接合にバリア層として使用された場合により低い界面抵抗でさえ作り出す。通常はＬａＳｒＣｕＯ及びＹＢＣＯ等のカップレイト超伝導体の合金である此等の層状ペロブスカイトは、ＳＮＳ構造における超伝導体層により密に調和する格子定数及び熱的膨張係数を有する。発明の長所高温超伝導体に基づく集積回路に金属酸化物を特別に使用することは以下の長所をもたらす。この材料は真の金属であり、絶縁体でなく、半導体でなく、欠陥超伝導体でもない。その抵抗率は温度に対して強変化する関数ではなく、典型的には温度と共に線形的に変化する。不純物の付加、即ち「ドーピング」によってや、高温超伝導体を薄いフィルム形態に形成するに必要な酸化雰囲気によっても著しい影響を受けない。こうした特性の一定性は金属を利用する回路要素の再現性及び信頼性にとって重要である。金属酸化物は安定した酸化物である。酸化物超伝導体構造の製作に使用されるセラミック処理に対して互換性がある。基本的な金属及びそれらの合金とは異なり、酸素雰囲気中の高温でも劣化しない。非超伝導体の層状ペロブスカイト化合物とは異なり、良好な金属である。この材料は疑似立方ペロブスカイト結晶構造を形成している。よって、ペロブスカイト超伝導体異構造内の仲介層として適合する。高温超伝導体結晶成長用に既に使用されている基板と同一程度の基板上にエピタキシャル成長させることができる。層状ペロブスカイト超伝導体は金属酸化物上にａ−方向或いはｃ−方向の何れかの配向をもってエピタキシャル成長する。此等両方の場合における法線（ａ−或いはｃ−）方向は結晶成長手段の制御下の複数の要因によって全体的に決定される。この材料は超伝導体ペロブスカイトのａ及びｂ格子定数と非常に類似する格子定数を有する。その熱膨張係数もまた超伝導体ペロブスカイトのものと非常に類似している。こうした互換性は、基本的な金属及びそれらの合金で経験されたものと比べて、熱的循環の間における該フィルムに対する応力が非常に低くなる。薄いフィルムにおけるより低い残留応力はずれや他の欠陥を減らす結果となる。此等の欠陥は、妥協的なそれらの構造無欠性に加えてフィルムの電気的特性を変化させ得るので、より低い応力のフィルムはより望ましい電気的且つマイクロ波的特性を示す。この材料の等方性は回路デザイン及び装置性能の両方のための長所である。この材料は僅かに非立方性であり得る一方、ａ−ｂ平面におけるＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7- _δ の標準状態の導電率に比較し得る全ての方向の導電率を有する。この等方性は、欠陥の配置や結晶学的な配向が平均導電率に影響しないので、局在欠陥及び微細構造の無秩序効果を低減する。この振る舞いは、高導電率方向に沿った欠陥がｃ−軸に沿って配向したものよりもかなり大きな効果を有することになる高度の異方性のＰｒ酸化物材料のものとは対照的である。本発明の更なる目的及び長所は、添付図面を参照しての好適実施例の以下の議論により明らかになるであろう。図面の簡単な説明図１は、高温超伝導体に組付けられた従来技術に係るウイークリンク接合のいくつかのタイプを概略的に示す図である。図１Ａはステップ接合、図１Ｂはステップ・ギャップ接合、図１Ｃは２結晶接合、図１Ｄは２エピタキシャル接合、図１Ｅはエッジ接合、そして図１Ｆは３層接合である。図２は、本発明の好適実施例の構造の概略断面図である。図３は、温度関数としての酸化金属ＣａＲｕＯ₃の抵抗率を示すグラフである。図４は、本発明に係る接合の電流・電圧特性を示すグラフである。図４Ａは０Ｖの前後５ｍＶの範囲にわたる４．２Ｋの温度でのＩ−Ｖデータ、図４Ｂは０Ｖの前後０．２ｍＶの範囲にわたる７７Ｋの温度でのＩ−Ｖデータ、図４Ｃは−１００ｍＶから約１２０ｍＶに至る上記２つの温度で得たデータの合成である。図５は、金属酸化物バリア層の厚さを有する臨界電流密度の変動を示すグラフである。図６は、本発明のＳＮＳ接合を用いて作られたＳＱＵＩＤの振舞いを示す図である。図６ＡはＳＱＵＩＤの物理的配置を示す概略図、図６Ｂは磁場に対するＳＱＵＩＤ電圧の変化を示す図である。図７は、図６のＳＱＵＩＤのフラックス・ノイズの振舞いをその作動周波数の関数として示す図である。図８は、標準材料として金属酸化物を用いた、超伝導体を基礎とする集積回路の概略的部分側面図である。図９Ａは、７７Ｋの温度での１０ｎｍの厚さのＣａＲｕＯ₃のバリアを有する接合の電流−電圧特性（ＩＶＣ）を示すグラフである。図９Ｂは、ＣａＲｕＯ₃の抵抗率ρ（Ｔ）の温度依存性を示すグラフである。図１０Ａは、４７．５Ｋの温度での１０ｎｍの厚さのＬａ_0.5Ｓｒ_0.5ＣｏＯ₃ のバリアを有する接合の電流−電圧特性（ＩＶＣ）を示すグラフである。図１０Ｂは、Ｌａ_0.5Ｓｒ_0.5ＣｏＯ₃の抵抗率ρ（Ｔ）の温度依存性を示すグラフである。図１１Ａは、８２Ｋの温度での５０ｎｍの厚さのＹ_0.5Ｃａ_0.5Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7- _δ のバリアを有する接合の電流−電圧特性（ＩＶＣ）を示すグラフである。図１１Ｂは、Ｙ_0.5Ｃａ_0.5Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δの抵抗率ρ（Ｔ）の温度依存性を示すグラフである。図１２Ａは、６０Ｋの温度での４０ｎｍの厚さのＹＢａ₂Ｃｕ_2.79Ｃｏ_0.21Ｏ₇ _-δ のバリアを有する接合の電流−電圧特性（ＩＶＣ）を示すグラフである。図１２Ｂは、ＹＢａ₂Ｃｕ_2.79Ｃｏ_0.21Ｏ_7-δの抵抗率ρ（Ｔ）の温度依存性を示すグラフである。図１３Ａは、５４Ｋの温度での４０ｎｍの厚さのＬａ_1.4Ｓｒ_0.6ＣｕＯ₄のバリアを有する接合の電流−電圧特性（ＩＶＣ）を示すグラフである。図１３Ｂは、Ｌａ_1.4Ｓｒ_0.6ＣｕＯ₄の抵抗率ρ（Ｔ）の温度依存性を示すグラフである。好適実施例の説明本発明の一好適実施例の概略側面が図２に示されている。この場合約２００ｎｍのＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δから成る第１超伝導層１２が（００１）ＬａＡｌＯ₃基板１０上にデポジットされている。この場合は３００ｎｍのエピタキシャルＳｒＴｉＯ₃である絶縁体１４がこの超伝導層１２の上方にデポジットされて、第１の超伝導層１２と標準層１６或いは第２の超伝導層１８との間の接触を防止している。第１の超伝導層１２及びその上層の絶縁体１４は所望のパターン成形がなされる。ここでは１０〜５０ｎｍのエピタキシャルＣａＲｕＯ₃である金属酸化物１６の層が全表面を覆っており、基板１０とは領域１で接触すると共に、第１超伝導体層１２の縁、絶縁体１４の縁、並びに該絶縁体１４の上方に接触している。最後に、典型的には２００ｎｍのＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δである第２の超伝導層１８が全表面上にデポジットされ、金属酸化物１６にだけ直接に接触しており、接合２０を形成している。上面及びその下層の複数層は所望のパターン成形がなされる。またこの時に更なる層を追加することができる。本発明に従う接合は３層形態状態で製作される。図１ｆに示されるように、超伝導体の第１層１２は基板１０の上に横たわっている。金属酸化物の層１６はこの第１超伝導層１２を第２超伝導層１８から分離又は絶縁している。接合は第１超伝導層１２と第２超伝導層１８との間に形成されている。勿論、この構造は所望のパターン成形を行なうことができる。ＣａＭｏＯ₃，ＬａＴｉＯ₃，ＳｒＲｕＯ₃，ＳｒＣｒＯ₃，ＳｒＩｒＯ₃を含むと共に、Ｌａ_0.5Ｓｒ_0.5ＣｏＯ₃等のそれらの混合金属合金酸化物を含む数多くのペロブスカイト構造を有する導電性酸化物がある。事実、ペロブスカイト結晶構造の形態をとる全てのＡＭＯ₃金属酸化物は、Ａは稀土類或いはアルカリ土類であり且つＭが遷移金属である場合、使用可能である。またＡとしては、Ａ’は稀土類或いはアルカリ土類元素であり且つＡ”は異なる稀土類或いはアルカリ土類元素である場合、Ａ’_1-xＡ”_xで置き換えることが可能である。稀土類元素はＹ及び原子番号５７から７１までのランタニド系列を含む。アルカリ土類元素は、原子番号として４（Ｂｅ），１２（Ｍｇ），２０（Ｃａ），３８（Ｓｒ），５６（Ｂａ），並びに８８（Ｒａ）を有するIIＡ族中の元素を含む。遷移金属はＩＢ族，IIＢ族，IIIＡ族からVIIＡ族，並びにVIII族の中の元素である。遷移金属は、２１から３０，３９から４８，５７から８０，並びに８９から１１２の原子番号を有する。此等元素の全ては用意されなかった。０≦Ｘ≦１の場合の（Ｓｒ_1-xＣａ）ＲｕＯ₃系の格子定数はＸ線Θ−２Θ走査によって、ＳｒＲｕＯ₃の３．９６□からＣａＲｕＯ₃の３．８６□までに及ぶ範囲まで、此等の材料がＬａＡｌＯ₃基板上にエピタキシャル成長された際に決定された。この膨張されたｃ軸格子定数は、此等のフィルムがＬａＡｌＯ₃基板上に軽い圧縮状態にあることを意味している。これら合金の組成物の幾つかはテストサンプル上のＳＮＳ接合内のバリア材料として使用され、これまでの最良の結果はＣａＲｕＯ₃を用いることによって得られた。この材料は、ＳｒＲｕＯ₃と合金することによって改善され得るＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δに調和する非常に近い格子を有する。この合金のＣａに富む組成物は、Ｓｒに富む組成物で行なわれたように、接合の予期された作業温度以上で強磁性転移を受けない。単純な疑似立方ペロブスカイト例に加えて、幾つかの層状ペロブスカイトもまた非常に低い界面抵抗を有するバリアを形成する。事実、１０^-10Ωｃｍ²程度の界面抵抗が、バリア材料をＹ_0.5Ｃａ_0.5Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ，ＹＢａ₂Ｃｕ_2.79Ｃｏ_0.21Ｏ_7-δ，或いはＬａ_1.4Ｓｒ_0.6ＣｕＯ₄である場合、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ ／バリア／ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δにおいて観察された。格子定数及び熱膨張係数は此等の材料の幾つかについて以下の如くである。動作についての説明ＣａＲｕＯ₃は、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ用と同様の条件下でエピタキシャルフィルムとしてデポジットされた場合には良好に振る舞う金属酸化物であるように見える。図３は、温度の関数としてのＬａＡｌＯ₃基板上でのエピタキシャルＣａＲｕＯ₃フィルムの抵抗率又は固有抵抗を示す。室温で６００μΩｃｍであるその抵抗率は、温度が下がれば下がるというように、金属的振る舞いを意味している。抵抗率対温度の曲線のトレースは従来の金属におけるブロッホーグルナイゼン（Gruneissen）公式から逸れており、低温で大量の残留抵抗率がある。当方が製作してテストしたＳＮＳエッジ接合の１つの形態が図２に概略的に示されている。第１超伝導層１２のパターン成形されたエッジの特性を定着させるために、同等の接合構造が金属酸化物バリア１６無しで製作された。その結果としてのＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ／ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δの臨界電流密度は７７Ｋで１０⁶ Ａ／ｃｍ²よりも大きかった。これは初期パターニングの間に第２超伝導層１２のエッジになされたイオンビームダメージの殆どが、引続くデポジションのためにＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δが１００ｍＴｏｒｒの酸素中で再度加熱された際、焼きなまされたことを意味している。３０ｎｍのＣａＲｕＯ₃バリアを伴う接合の電流−電圧特性が図４に示されている。４．２Ｋ（図４ａ）で１０μｍ幅の接合は１．３ｍＡの臨界電流を伴って僅かにヒステリシスな振る舞いを示す。電流が増大すれば、その特性は約１ミリボルトの電圧で低動コンダクタンス（電導度）状態へ向かって僅かに曲り、図４ｃに示されるように数十ミリボルトで高コンダクタンス状態へ戻るように曲る。こうした増大するコンダクタンスは１０から５０ｎｍまでのバリア厚みを伴う全ての接合において観察された。接合レジスタンス（抵抗）は圧倒的に界面のそれであるが、非線形性の原点は明確ではない。温度が増大すれば、図４ｂ及び図４ｃに示されるように電流−電圧特性における曲りは減少する。電流が先行しているＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δの臨界電流は７７Ｋで３０ｍＡのバイアスを伴って超過されており、その結果、そのバイアスでより高い抵抗へ向かって曲っている。金属酸化物バリアの臨界温度に対する厚みの効果は図５に示されている。４．２Ｋでの此等の結果は各厚みで大きな散乱を示すが、臨界電流密度は指数関数的な関係：Ｊｃ（ｄ）＝Ｊ_oｅｘｐ（−ｄ／４．１ｎｍ）に適合させることができ、４．２ＫのＣａＲｕＯ₃には４．１ｎｍの標準コーヒレンス長を提案している。この関係は証拠して、このＳＮＳ接合の臨界電流密度は標準材料の厚みを選択することによって制御され得ることを提供している。この制御は本発明の重要な長所である。ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ／ＣａＲｕＯ₃／ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δの３層構造はｃ軸及びａ軸の両方のＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δによって製作された。ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δの配向を無視すれば、それらの接合抵抗はエッジ形態のものと同一の大きさ程度であった。金属酸化物の上部に高品質の酸化物超伝導体を成長させる能力は本発明の他の重要な長所である。貴金属の上部に高温超伝導体の良質なエピタキシャル層を成長させることは不可能である。マイクロ波場の強さの関数としての臨界電流変調のように、此等の構造においてシャピーロ段が観察された。基板に直交する磁界における臨界電流の変調はエッジ接合のその特殊な形態のために複雑な振る舞いを示す。ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）をＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ／２０ｎｍのＣａＲｕＯ₃／ＹＢａ₂Ｃｕ₃ Ｏ_7-δ 接合によって製作した。この素子の平面的な形態が図６ａに概略的に示されている。そのインダクタンスは約２００ｐＨであった。７７ＫでこのＳＱＵＩＤは臨界電流６００μＡを有し、０．１Ωの抵抗を有した。このＳＱＵＩＤは磁界によって電圧変調を示し、その演算された実効面積は１６，０００μｍ²でその形態からして充分に同意された。このＳＱＵＩＤのノイズは図７に示されている。ホワイトノイズから１／ｆノイズへの転移は約７０μΦ。のニー値を伴って１．５Ｈｚで生ずる。ホワイトノイズ値は約３５μΦ。である。データ中のスパイクは６０Ｈｚで生じ、これは測定のアーティファクトである。図８は酸化物超伝導体、絶縁層、並びに標準金属層を結合している集積回路の部分の概略断面を示す。この構造は多くの層を含むと共に、少なくとも１つの超伝導層が金属酸化物層の上部に成長させられている。この概略図示はここに開示されているような金属酸化物の偉大な有用性を示すことが意図されている。製作工程の説明ＳＮＳ接合（図２参照）においての標準層１６として、導電性酸化物材料を用いることは全構造を同様な製造工程で製作させることを可能とするためである。第１超伝導層１２は適切なデポジション技法によって適当な基板１０上にデポジットさせる。その結果の超伝導体は基板とエピタキシー関係でなければならず、即ち、その主要結晶軸が基板の結晶軸に所定の配向において一致していなければならない。高角度粒界、即ち５度から８５度の粒界は実質的にあってはならず、双晶及び低角度粒界は受入れることができる。超伝導体は高い超伝導転移温度（＞２３Ｋ）と、予期される作業温度での高い臨界電流密度（＞１０⁵Ａ／ｃｍ²）とを有しなければならない。幾つかの公知の技法をそうした超伝導層をデポジットするために用いることができる。以下のものに限定されるものではないが、此等は、レーザアブレーション又はパルスレーザデポジション、オフアクシス（of f-axis）又はオンアクシス（on-axis）スパッタリング、電子ビーム蒸着、並びに金属−有機化学的ベーパデポジション（ＭＯＣＶＤ）を含む。推奨される方法ではないが、転送工程（ex situ process）によってフィルム１２の形成が可能である。以下は上述した構造を形成するための製造工程の例である。酸化物超伝導体製造の当業者であれば、この方法における種々の変更やそれに代わるものを考案することは疑いもなく可能であろう。この説明は例示目的のみのものである。この構造の適当な基板を選択されるが、説明の目的のために（001）ＬａＡｌＯ₃が選択された。この場合には約２００ｎｍのＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δから成る第１の超伝導層１２がこの基板上にデポジットされる。レーザアブレーションによってデポジットされた場合の此等材料のための標準デポジット条件としては、約７８０℃±２０℃の基板温度、４００〜５５０ｍＴの酸素圧力、ターゲットで約２〜５Ｊ／ｃｍ²のレーザエネルギーである。エピタキシャルフィルム成長のためのより詳細な工程条件は多くの出版物に説明されている。次に絶縁体１４、この場合には３００ｎｍのエピタキシャルＳｒＴｉＯ₃は、第１超伝導層１２と、標準層１６或いは第２超伝導層１８の何れか一方との間の接触を防止するためにデポジットされる。第１超伝導層１２と上層の絶縁体１４は所望のパターン成形がなされる。テスト結果が示された装置のためのパターン成形はＡｒ⁺イオンビームミリングによって追従させれる標準的な写真平版術によって達成される。それから金属酸化物１６が全表面上にデポジットされ、基板１０の領域１、第１超伝導層１２のエッジ、絶縁体１４のエッジ、並びに該絶縁体１４の上部に接触することになる。最後に、第２超伝導層１８が全表面上にデポジットされ、絶縁体１６のみに接触して、接合２０を形成する。上面及びその下層である複数の層は所望のパターン成形がなされ得る。当方の構造はΛｒ⁺イオンビームミリングを用いて再度パターン成形がなされて、図２に示された構造が残る。また、この時に更なる層が追加され得る。超伝導体１２の第１層に対するコンタクトが絶縁体１４部分の選択的な除去によって作られて、窓が形成され、該窓を介して金属（典型的にはＡｕ或いはＡｇ）コンタクトが適当な方法によってデポジットされる。第１超伝導体層１２は、約２３Ｋよりも高い超伝導転移温度を有する高温（酸化物、ペロブスカイト）超伝導体の如何なるものでもよい。限定されることはないがこれには、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ、ＢｉＳｒＣｕＣａＯ、ＴｌＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7- _δ 、ＲＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δを含み、Ｒとしては、Ｔｂ、Ｐｒ、或いはＣｅを除く全ての稀土類元素である。基板１０は緩衝材料から成る１層或いは数層によってカバーされた基板であってよい。基板上のペロブスカイト超伝導体のエピタキシャル成長に適する多くの緩衝層が現在知られており、適合しないとすればそれは、格子定数の不釣り合い、基板と超伝導体との間の熱膨張係数の大きな相違、或いは室温或いは製造中の高温状態の何れか一方における基板と超伝導体とのあり得る化学的な反応、等の理由である。限定されることはないが適切な緩衝材料としては、ＣａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＭｇＯ、ＣｅＯ₂、ＰｒＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ、ＬａＡｌＯ₃、ＳｒＡｌＴａＯ₃、並びにＮｄＧａ０₃が含まれる。限定されることはないが適当する基板としては、ＣａＴｉ０₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＬａＡｌＯ₃、ＳｒＡｌＴａＯ₃、並びにＮｄＧａＯ₃が含まれる。個々独立した層の数や基板１０の材料の数は本発明の重要な部分を構成することはなく、この開示の目的のための「基板」とは第１超伝導層１２下方の何れかの或いは全ての層を含むものとして捉らえている。絶縁体１４は第１超伝導層のデポジション中に同一技法によってデポジットされることができ、或いはそのサンプルを成長装置から取り出して別のデポジションシーケンス中に同一或いは異なる技法によってその絶縁体１４をデポジットしてもよい。絶縁体１４の目的は第１超伝導層を接合２０の領域内を除く金属酸化物１６から電気的に絶縁することである。この機能を達成するために、接合が作動すべく予期された周波数範囲及び温度で電気的に絶縁状態になければならない。限定されることはないが適合する材料としては、ＣａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＭｇＯ、ＣｅＯ₂、ＬａＡｌＯ₃、Ｓｒ₂ＡｌＴａＯ₆、並びにＮｄＧａＯ₃が含まれる。此等の材料はその所望の特性を伴った薄いフィルムを作り出すことができる如何なる所望の方法によっても再度デポジットされ得る。この層はある構造やある適用例のためは非結晶性であってもよいが、それが金属酸化物層１６或いはそれに引続く複数のエピタキシャル層のデポジションのための効果的な基板を形成する際、その上にエピタキシャル層が成長され得るに充分な高い結晶性を有することが必要である。絶縁体１４はその全体構造が絶縁体として機能すれば、事実上、１つ或いはそれ以上の材料から成る数層で構成されてもよい。例えば、ピンホールを削減するために、ＳｒＴｉＯ₃の薄層をデポジットし、成長装置からそれを取り除き、全ての表面粒子を除去すべくそれの清浄をなし、そしてそれを上記成長装置に戻して他のＳｒＴｉＯ₃層をデポジットすることはしばしば好都合である。その他の場合として、ＳｒＴｉＯ₃層の上部にＰｒＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δの層をデポジットして金属酸化物１６の引続く成長のためのより良好なテンプレートとすれば、単一のＳｒＴｉＯ₃層を一次絶縁体として用いることができる。絶縁体構造１４における個々独立した層の数や材料の数は本発明の重要な部分を構成することはなく、この開示の目的のために、「絶縁体構造」とは第１超伝導層１２と金属酸化物層１６との間の何れかの或いは全ての層を含むものとして捉らえられている。絶縁体１４のデポジションの後、超伝導層１２及び絶縁層１４は所望のパターンを形成すべく選択的に除去される。このパターンは、公知の写真平版術の技法を用いて、先ずホトレジストに転写され得る。そのパターンがホトレジストに形成された後、湿式エッチング、乾式エッチング、或いはその両方の組合わせによてサンプルに転写される。もし、残留表面（残留するホトレジストが剥離された後）が金属酸化物１６から成るエピタキシャル層の引続くデポジション用の良好なテンプレートを提供するようになれば、絶縁体１４及び超伝導体１２を選択的に除去するあらゆる技法が使用可能である。所望のパターンを形成する代替方法としては、第１超伝導層１２及び絶縁層１４のデポジションの間、シャドウマスクを用いることである。このシャドウマスクはデポジション源と意図された基板との間に挟まれことによって望ましくない領域に対する材料デポジションを禁止する。金属酸化物層１６はパターン化されたサンプル上にデポジットされる。接合２０の領域に金属酸化物のエピタキシャル層形成がなされることとなれば如何なる技法によってデポジットされてもよい。こうした方法は上述した通りである。この層は第２超伝導層１８のデポジションの効果的な基板となるので、接合２０の領域内におけるその上部にペロブスカイト超伝導体のエピタキシャル層が成長され得るように充分に高い結晶性を有するものでなければならない。このバリア層に適合する材料としては、ＣａＭｏＯ₃、ＬａＴｉＯ₃、ＳｒＲｕＯ₃、ＳｒＣｒＯ₃、ＳｒＩｒＯ₃を含んでいるペロブスカイト結晶構造を伴う導電性酸化物と、Ｌａ_0.5Ｓｒ_0.5ＣｏＯ₃等のそれらの混合金属合金酸化物とを含む。事実、Ａが稀土類或いはアルカリ土類元素で、Ｍが全ての遷移元素である場合、ペロブスカイト結晶構造を形成することになる如何なるＡＭＯ₃の金属酸化物も使用可能である。また、Ａが稀土類或いはアルカリ土類元素で、Ａ’が異なる稀土類或いはアルカリ土類元素である場合、ＡはＡ_1-xＡ’_xによって置き換え可能である。稀土類元素はＹ及び原子番号５７から７１までのランタニド系列を含む。アルカリ土類元素は、原子番号として４（Ｂｅ），１２（Ｍｇ），２０（Ｃａ），３８（Ｓｒ），５６（Ｂａ），並びに８８（Ｒａ）を有するIIＡ族中の元素を含む。遷移金属はＩＢ族，IIＢ族，IIIＡ族からVIIＡ族，並びにVIII族の中の元素である。遷移金属は、２１から３０，３９から４８，５７から８０，並びに８９から１１２の原子番号を有する。此等元素の全ては用意されなかった。置換された層状ペロブスカイトも用いられ得る。此等のあるものは、一般式：（Ａ_1-xＡ’_x）_m（Ｍ_1-yＭ’_y）_nＯ_2m+nを有し、但し、０≦ｘ、ｙ≦１、０．５ ≦ｍ、ｎ≦３であり、Ａ及びＡ’はアルカリ土類元素、アルカリ土類元素の合金、稀土類元素、稀土類元素の合金、或いはアルカリ土類及び稀土類元素の合金であり、Ｍ及びＭ’は遷移金属或いは遷移金属の合金である。他のものは、一般式：（Ａ_1-xＡ”_x）Ｂ₂（Ｍ_1-yＭ’_y）₃Ｏ_7-δを有し、但し、０≦ｘ≦１及び０≦ ｙ≦１、Ａは稀土類元素（Ｙは及び原子番号５７から７１までのランタニド系列）Ａ”及びＢはアルカリ土類元素、アルカリ土類元素の合金、稀土類元素、稀土類元素の合金、或いはアルカリ土類及び稀土類元素の合金であり、Ｍ及びＭ’は遷移金属或いは遷移金属の合金である。他の実施例図９ａは７７Ｋで１０ｎｍ厚のＣａＲｕＯ₃を伴う接合の電流−電圧特性（ＩＶＣ）を示す。図９ｂはＣａＲｕＯ₃の抵抗率ρ（Ｔ）の温度依存性を示す。ここでの接合抵抗の殆どがＹＢＣＯとバリアとの間の界面から生じており、バリア層自体の抵抗はたった約２５ｍΩ（＝２００Ωｃｍ・１０^-6ｃｍ／（０．２μｍ・４μｍ））、Ｒｎよりも約２オーダーの大きさ小さい。同様なバリア材料、また立方ペロブスカイト構造を伴うＬａ_0.5Ｓｒ_0.5ＣｏＯ₃ が試された。図１０ａは４７．５Ｋで１０ｎｍ厚のＬａ_0.5Ｓｒ_0.5ＣｏＯ₃バリアを伴う接合の電流−電圧特性（ＩＶＣ）を示す。図１０ｂはＬａ_0.5Ｓｒ_0.5ＣｏＯ₃抵抗率ρ（Ｔ）の温度依存性を示す。Ｌａ_0.5Ｓｒ_0.5ＣｏＯ₃抵抗率の温度依存性は単純な金属のものよりも著しく逸れているが、接合の界面抵抗をＲｎＡ＝１．７Ω・０．１８μｍ・４μｍ＝１．１・１０^-8Ωｃｍ²であると見積もることができ、ＣａＲｕＯ₃接合のそれよりも大きくは違わない。ＹＢＣＯに対して同様の層状構造を有する他のバリア材料が接合を製造すべく使用された。１つはＣａドープされたＹＢＣＯであり、他のものはＣｏドープされたＹＢＣＯである。（半導体業界において、「ドーピング」レベルは１０億分の１から１兆分の１の範囲である。しかし、酸化物超伝導体においての「ドーピング」は、所与の格子箇所における種の５０％までの置換で言及され得る。よって、「ドーピング」と「合金すること」とはここでは交換可能である。）ＣａドープされたＹＢＣＯは、ＹＢＣＯのものと比べて、より大きなキャリア密度、より低いＴｃ並びにより少ない異方性を伴ったＹＢＣＯの過剰ドープ型である。ＣｏドープされたＹＢＣＯは、より小さなキャリア密度、より低いＴｃ並びにより大きな異方性を伴ったＹＢＣＯの過小ドープ型である。図１１ａは８２Ｋで５０ｎｍ厚のＹ_0.5Ｃａ_0.5Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δバリアを伴った接合の電流−電圧特性（ＩＶＣ）を示す。図１１ｂはＹ_0.5Ｃａ_0.5Ｂａ₂Ｃｕ₃ Ｏ_7-δの抵抗率ρ（Ｔ）の温度依存性を示す。このフィルムのρ（Ｔ）曲線はＹＢＣＯよりも僅かに低い抵抗率を示し、超伝導の始まりは約６０Ｋ近辺である。その接合の測定された抵抗、５０ｍΩは、７０μｃｍ・５×１０^-6ｃｍ／（０．１８μｍ・４μｍ）＝５０ｍΩであるので、バリアの体抵抗率及び寸法から予想されるものに非常に近い。これは、如何なる著しい界面抵抗をも有しない高いＴｃのＳＮＳ接合用のバリア材料の第１の例である。また、５０ｎｍの相対的におおきなバリア厚はＹ_0.5Ｃａ_0.5Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δにおける大きな標準コーヒレンス長を示す。ＹＢＣＯがＣｏでドープされた場合、このＣｏ原子はＣｕ−Ｏ鎖状層のＣｕ原子と置換することが知られており、ＹＢＣＯ系内のキャリアを順次枯渇させる。図１２ｂに示されるように、ＹＢａ₂ＣＵ_2.79Ｃｏ_0.21Ｏ_7-δのρ（Ｔ）曲線は、抵抗率がゼロ温度で依然としてゼロ近辺に外挿しているので、散乱に関しての如何なる増大というよりはむしろキャリアの減少から抵抗率が増大していることを示している。ＹＢａ₂Ｃｕ_2.79Ｃｏ_0.21Ｏ_7-δフィルムにおける超伝導の始まりは５０Ｋ近辺である。４０ｎｍ厚のＹＢａ₂Ｃｕ_2.79Ｃｏ_2.21Ｏ_7-δバリアを伴う接合は図１２ａに示されるようにＲｎ＝０．１５Ωである。またＣａドープされたＹＢＣＯの場合のように、その接合の測定された抵抗はバリアの予想された抵抗、０．１７Ω＝３００μΩｃｍ・４×１０^-6ｃｍ／（０．１８μｍ・４μｍ）に非常に接近している。よって、これは、ＹＢＣＯに接触された場合、如何なる著しい界面抵抗をも有しない酸化金属の第２の例である。ＹＢＣＯに対してｃ−方向においての良好な熱的調和であるが乏しい格子調和を有するバリア材料の例としてはＬａ_1.4Ｓｒ_0.6ＣｕＯ₄である。これはＬａ_2-x Ｓｒ_xＣｏＯ₄の系［８］の過剰ドープ型であり、１．３２ｎｍのそのｃ−軸格子定数はＹＢＣＯの１．１７ｎｍとは大きく異なる。そのρ（Ｔ）曲線は図１３ｂに示されている。図１３ａに示された４０ｎｍ厚バリアの接合におけるバリアの推定された体抵抗は３００μΩｃｍ・４×１０^-6ｃｍ／（０．１７μｍ・４μｍ）＝０．１８Ωである。５４Ｋでの接合の測定された抵抗は約０．２Ωであり、これはまた、ＹＢＣＯとＬａ_1.4Ｓｒ_0.6ＣｕＯ₄バリアとの間には界面抵抗が略々ないことを提示している。結論、結果並びに適用範囲以上のように、単純な或いは疑似的な金属酸化物をペロブスカイト超伝導を核とする装置及び集積回路に使用することは従来の基本的な金属及びそれらの合金の使用と比べて多くの長所があることは明らかである。こうした金属酸化物は、高温下であっても、セラミック超伝導体の結晶成長及び製造工程と互換性があり、劣化することがない。こうした金属酸化物は、立方対称性及び等方性からほんの僅かに逸れた単純なペロブスカイト構造を有すると共に、ペロブスカイト超伝導体がエピタキシャル成長できる基板及び緩衝層の場合と同様に、ペロブスカイト超伝導体上にエピタキシャル成長され得る。こうした金属酸化物は、それから、酸化物超伝導体に基づく装置及び回路に共通して使用される高温超伝導体及び誘電材料のエピタキシャル層の引続く成長のために適するテンプレートを提供する。更に、ある層状ペロブスカイトはこうした適応分野にその用途が見出されることも明らかである。更に読者には明らかなことであろうが、此等の単純金属酸化物は超伝導体材料の劣化をなすよりはむしろＳＮＳ接合の使用に良好な特性を提供することである。更に、単純な金属酸化物を用いてＳＮＳ形態で形成された接合は非常に低いノイズと制御可能な臨界電流密度を示す。金属酸化物の相対的に長い標準コーヒレンス長、数十ナノメータは標準材料の合理的な厚み、即ち製造の容易性と共にピンホールや逸れに関連する欠陥を回避するに有用な厚みの使用を可能としている。ここに開示されたタイプの金属酸化物は、高温製造工程の間に非超伝導性金属にその金属的特性を保持させることが望ましいような如何なる装置或いは回路に使用され得る。ある適応分野では、金属酸化物を例えばサファイア基板上にデポジットして、アンテナを形成すべくそれをパターン成形することが好ましいこともある。上述の開示は多くの特殊性を含んでいる一方、これらは例示目的のみのものであることを理解して戴きたい。発明の範囲は上記特殊例によって限定されず、添付の請求の範囲とそれらの法的等価物によってのみ限定されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＳ，ＶＮ【要約の続き】（ＳＮＳ）接合の非常に大きな改善性能はその標準材料がここに開示されたタイプの金属酸化物である場合に得られる。好適実施例において、導電性酸化物ＣａＲｕＯ₃ が標準材料として、超伝導体としてのＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ を伴うＳＮＳ接合内に使用されている。このタイプの接合で製作されて７７Ｋで機能するＤＣ超伝導体量子干渉装置（ＳＱＵＩＤ）は大きな変調と低いノイズを示す。

Claims

【特許請求の範囲】１．電気的装置の少なくとも１つの要素に電気的に接続する導電性要素において、前記導電性要素は基板上に形成され、前記導電性要素は金属酸化物から形成されており、前記金属酸化物は金属的な特性を示す金属酸化物であり、前記金属酸化物は前記基板に対してエピタキシー関係にあり、前記装置要素は金属酸化物から成る前記基板上に形成され、前記金属酸化物は前記基板に対してエピタキシー関係にあることから成る導電性要素。２．前記金属酸化物は化学式：（Ａ_1-xＡ’_x）_m（Ｍ_1-yＭ’_y）_nＯ_2m+nを有し、但し、０≦ｘ、ｙ≦１、０．５≦ｍ、ｎ≦３であり、Ａ及びＡ’は、アルカリ土類元素、アルカリ土類元素の合金、稀土類元素、稀土類元素の合金、並びにアルカリ土類及び稀土類元素の合金から成る群から選択され、Ｍ及びＭ’は遷移金属及び遷移金属の合金から成る群から選択されことから成る請求項１に記載の導電性要素。３．前記ＡはＬａ、前記Ａ’はｓｒ、前記ＭはＣｕ、前記Ｍ’はＣｏであることから成る請求項２に記載の導電性要素。４．前記金属酸化物は化学式：Ｌａ_0.5Ｓｒ_0.5ＣｏＯ₃を有することから成る請求項３に記載の導電性要素。５．前記金属酸化物は化学式：Ｌａ_1.4Ｓｒ_0.6ＣｏＯ₄を有することから成る請求項３に記載の導電性要素。６．前記金属酸化物は化学式：（Ａ_1-xＡ”_x）Ｂ₂（Ｍ_1-yＭ’_y）₃Ｏ_7-δを有し、但し、０≦ｘ≦１及び０≦ｙ≦１、Ａは稀土類元素及び稀土類元素の合金から成る群から選択され、Ａ”及びＢはアルカリ土類元素、アルカリ土類元素の合金、稀土類元素、稀土類元素の合金、並びにアルカリ土類及び稀土類元素の合金から成る群から選択され、Ｍ及びＭ’は遷移金属及び遷移金属の合金から成る群から選択されることから成る請求項１に記載の導電性要素。７．前記金属酸化物は化学式：ＹＢａ₂Ｃｕ_2.79Ｃｏ_0.21Ｏ_7-δを有することから成る請求項６に記載の導電性要素。８．前記金属酸化物は化学式：Ｙ_0.5Ｃａ_0.5Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δを有することから成る請求項６に記載の導電性要素。９．電子装置において、基板上に形成された導電性要素と、超伝導性要素とを備え、前記導電性要素は金属酸化物から形成され、前記金属酸化物は金属的特性を示す金属酸化物であり、前記金属酸化物は前記基板に対してエピタキシー関係を有し、前記超伝導性要素は前記導電性要素と電気的に接触していることから成る電子装置。１０．前記金属酸化物は化学式：（Ａ_1-xＡ’_x）_m（Ｍ_1-yＭ’_y）_nＯ_2m+nを有し、但し、０≦ｘ、ｙ≦１、０．５≦ｍ、ｎ≦３であり、Ａ及びＡ’は、アルカリ土類元素、アルカリ土類元素の合金、稀土類元素、稀土類元素の合金、並びにアルカリ土類及び稀土類元素の合金から成る群から選択され、Ｍ及びＭ’は遷移金属及び遷移金属の合金から成る群から選択されことから成る請求項９に記載の電子装置。１１．前記金属酸化物は化学式：（Ａ_1-xＡ”_x）Ｂ₂（Ｍ_1-yＭ’_y）₃Ｏ_7-δを有し、但し、０≦ｘ≦１及び０≦ｙ≦１、Ａは稀土類元素及び稀土類元素の合金から成る群から選択され、Ａ”及びＢはアルカリ土類元素、アルカリ土類元素の合金、稀土類元素、稀土類元素の合金、並びにアルカリ土類及び稀土類元素の合金から成る群から選択され、Ｍ及びＭ’は遷移金属及び遷移金属の合金から成る群から選択されることから成る請求項９に記載の電子装置。１２．第２の超伝導性要素を更に備え、該第２超伝導性要素もまた前記導電性要素に電気的に接触していると共に、前記第１超伝導性要素から前記導電性要素を介して分離されていることから成る請求項９に記載の電子装置。１３．改善された超伝導体−標準体−超伝導体接合いおいて、金属酸化物から形成された標準バリアを備え、前記金属酸化物は基板上に形成されると共に該基板に対してエピタキシー関係であることから成る改善された接合１４．前記金属酸化物は組成：（Ａ_1-xＡ’_x）_m（Ｍ_1-yＭ’_y）_nＯ_2m+nを有し、但し、０≦ｘ、ｙ≦１、０．５≦ｍ、ｎ≦３であり、Ａ及びＡ’は、アルカリ土類元素、アルカリ土類元素の合金、稀土類元素、稀土類元素の合金、並びにアルカリ土類及び稀土類元素の合金から成る群から選択され、Ｍ及びＭ’は遷移金属及び遷移金属の合金から成る群から選択されことから成る請求項１３に記載の改善された接合。１５．前記金属酸化物は組成：（Ａ_1-xＡ”_x）Ｂ₂（Ｍ_1-yＭ’_y）₃Ｏ_7-δを有し、但し、０≦ｘ≦１及び０≦ｙ≦１、Ａは稀土類元素及び稀土類元素の合金から成る群から選択され、Ａ”及びＢはアルカリ土類元素、アルカリ土類元素の合金、稀土類元素、稀土類元素の合金、並びにアルカリ土類及び稀土類元素の合金から成る群から選択され、Ｍ及びＭ’は遷移金属及び遷移金属の合金から成る群から選択されることから成る請求項１３に記載の改善された接合。