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JPH0634413B2 - Superconducting device - Google Patents
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JPH0634413B2 - Superconducting device - Google Patents

Superconducting device

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JPH0634413B2
JPH0634413B2 JP62231889A JP23188987A JPH0634413B2 JP H0634413 B2 JPH0634413 B2 JP H0634413B2 JP 62231889 A JP62231889 A JP 62231889A JP 23188987 A JP23188987 A JP 23188987A JP H0634413 B2 JPH0634413 B2 JP H0634413B2
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JP
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superconducting
oxide
superconducting material
oxide superconducting
substrate
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舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 本発明は、酸化物系超伝導(超電導とも表すがここでは
超伝導と記す)材料を用いた固定電子ディバイスに関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fixed electron device using an oxide-based superconducting (also referred to as superconducting but also referred to as superconducting here) material.

本発明は、入力端子と出力端子とを有する横接合型ジョ
セフソン装置またはかかる構造に制御用電極を用いた4
端子(3端子を含む)装置に関する。
The present invention relates to a horizontal junction type Josephson device having an input terminal and an output terminal or a control electrode used in such a structure.
A terminal (including three terminals) device.

「従来の技術」 従来、超伝導材料、例えばNb-Ge 系(例としてはNb3G
e)等の金属材料を用いて固体電子ディバイスを作る試
みがなされてきた。
“Prior art” Conventionally, superconducting materials such as Nb-Ge (for example, Nb 3 G
Attempts have been made to make solid-state electronic devices using metallic materials such as e).

その代表が第1図に示すジョセフソン装置である。この
ジョセフソン装置は、超伝導現象とトンネル電流現象と
を組み合わせ、スイッチングを行わんとするもので、2
端子回路よりなっている。
The representative is the Josephson device shown in FIG. This Josephson device combines the superconducting phenomenon and the tunnel current phenomenon to perform switching.
It consists of a terminal circuit.

このジョセフソン接合型の装置は第1図に示す如く、第
1の超伝導性材料(21)の上面にトンネル電流を流し得る
厚さで絶縁膜(23)を形成し、さらにその上に第2の超伝
導性材料(24)を積層するものであった。そしてトンネル
電流を上下方向に流さんとする縦接合型に関するもので
ある。
In this Josephson junction type device, as shown in FIG. 1, an insulating film (23) is formed on the upper surface of the first superconducting material (21) with a thickness that allows a tunnel current to flow, and further on top of that an insulating film (23) is formed. The superconducting material 2 of (2) was laminated. And it relates to a vertical junction type in which a tunnel current flows vertically.

さらに最近はかかる縦接合型ジョセフソン装置の一方ま
たは双方の超伝導材料をYBa2Cu3O等の酸化物超伝
導材料により実施する試みもある。
More recently is also an attempt to implement a superconducting material of one or both of such vertical junction Josephson device of an oxide superconducting material such as YBa 2 Cu 3 O 6 ~ 8 .

「従来の問題点」 しかし、かかる基板表面に密接した絶縁膜を用いてジョ
セフソン装置の構成をする場合、基板表面またはその近
傍において酸化物超伝導性材料を用いる限り、酸素が本
来あるべき量に比べて欠乏してしまう傾向があった。そ
してこの表面またはその近傍で超伝導特性すらなくなっ
てしまう場合があった。本発明はかかる欠点を除去する
ためにされたものである。
"Conventional problems" However, when a Josephson device is constructed using an insulating film that is in close contact with the surface of the substrate, as long as an oxide superconducting material is used on or near the surface of the substrate, the amount of oxygen that is originally supposed to be Tended to be scarce compared to. In some cases, even the superconducting property is lost on or near this surface. The present invention has been made to eliminate such drawbacks.

さらに本発明はかかる表面またはその近傍の酸化濃度敏
感性の欠点を除去するにある。
Further, the present invention resides in eliminating the drawback of oxidation concentration sensitivity at or near such surfaces.

本発明はかかる欠点を除去し、上表面を接合部に用いな
い横接合構成を有せしめるジョセフソン装置を作らんと
するものである。さらに加えて、超高周波動作を4端子
(3端子) 回路装置、即ち入力信号を加える制御用電極お
よび出力信号を導出する電極とに有せしめんとするもの
である。
The present invention eliminates such drawbacks and provides a Josephson device having a lateral joint structure in which the upper surface is not used for the joint portion. In addition, 4 terminals for ultra high frequency operation
(3 terminals) A circuit device, that is, a control electrode for applying an input signal and an electrode for deriving an output signal are provided.

「問題を解決すべき手段」 本発明はかかる問題を解決するため、酸化物超伝導材料
の上面の酸化物超伝導材料またはこの材料の上部に熱処
理により非超伝導特性を有せしめ得る添加剤を添加する
または酸化物超伝導材料と同一主成分材料で覆うもので
ある。本発明はさらに前記した酸化物超伝導材料に同様
の添加物が添加された非超伝導性の表面を有する基板ま
たは異種基板上に前記した非超伝導材料を形成した基板
を用いる。この基板上面にab面(c軸に垂直な面をc面即
ちab面という) をこの上面と平行になるように配向させ
た単結晶または多結晶構造を有する超伝導性材料を用い
た。さらにこの酸化物超伝導材料の活性領域を除く外周
辺の非活性領域にも熱処理を施すと超伝導特性を失い続
ける添加剤を添加してアイソレイションを施した。この
酸化物超伝導材料は変形ペロブスカイト構造を有し、ab
面に平行な方向には電流をc軸方向に比べて100 倍以上
流すことができる。このため、この方向を基板の上面と
平行にすることは大電流密度を作り得るため、微細可能
工程と高集積化に有効である。さらにかくすると、この
構造における変形ペルブスカイト構造における上表面ま
たはその近傍での上方への酸素のぬけをより防ぐことが
できる。加えて前記した如く、この酸化物超伝導材料の
上面または上部にはこれと同一材料に熱処理により超伝
導特性を失う添加物を添加した保護膜を設け、この保護
膜との界面またはその近傍での酸素濃度を酸化物超伝導
材料の内部(バルク)と同じまたは多めにすることによ
り高信頼性を超伝導特性を有すべきすべての領域で得る
ことができる。
[Means for Solving the Problem] In order to solve the problem, the present invention provides an oxide superconducting material on the upper surface of the oxide superconducting material or an additive capable of imparting non-superconducting properties to the upper portion of this material by heat treatment. It is added or covered with the same main component material as the oxide superconducting material. The present invention further uses a substrate having a non-superconducting surface in which the same additive is added to the above-mentioned oxide superconducting material or a substrate in which the above-mentioned non-superconducting material is formed on a heterogeneous substrate. A superconducting material having a single crystal or polycrystalline structure in which an ab plane (a plane perpendicular to the c-axis is referred to as a c plane or an ab plane) is oriented parallel to the upper surface of the substrate is used. Furthermore, isolation was performed by adding an additive which continues to lose superconducting properties when heat-treated also in the non-active regions around the periphery of the oxide superconducting material except the active region. This oxide superconducting material has a modified perovskite structure, ab
The current can flow 100 times more in the direction parallel to the plane than in the c-axis direction. Therefore, making this direction parallel to the upper surface of the substrate can produce a large current density, which is effective for a fine process and high integration. By doing so, it is possible to further prevent oxygen from leaking upward at or near the upper surface of the modified perovskite structure in this structure. In addition, as described above, a protective film in which an additive that loses superconducting properties is added to the same material as the oxide superconducting material is provided on the upper surface or the upper portion of the oxide superconducting material, and at the interface with the protective film or in the vicinity thereof. High reliability can be obtained in all regions where superconducting properties should be provided by making the oxygen concentration of the same as or larger than that of the inside (bulk) of the oxide superconducting material.

かくして配向した超伝導材料薄膜における周辺部を熱処
理により非超伝導特性を有すべき添加物が添加された非
活性領域を添加物のイオン注入法等により設けることに
より、装置、電極およびリードが構成すべき活性領域を
不要部に対し何らのフォトエッチングを施しすことなく
選択的に設け得る。そしてこの活性領域のジョセフソン
接合用面等の一部領域(中央部または設計上必要な領
域)にも同様の添加物を必要に応じて添加し得る。
The peripheral portion of the thus-oriented superconducting material thin film is heat-treated to form an inactive region containing an additive having non-superconducting properties by an ion implantation method of the additive, thereby forming the device, the electrode and the lead. The active region to be formed can be selectively provided without performing any photoetching on the unnecessary portion. If necessary, similar additives may be added to a part of the active region such as the Josephson junction surface (the central region or a region necessary for design).

この工程と上表面の保護膜形成とはその形成順序が逆で
あってもよい。
The order of forming this step and forming the protective film on the upper surface may be reversed.

本発明は、有限抵抗を有する非超伝導性の酸化物材料の
作製方法として、抵抗零の酸化物超伝導性材料における
所定の位置にイオン注入法等により添加物を添加し、さ
らに熱処理を施し有限抵抗を有する酸化物材料としたも
のである。
The present invention is a method for producing a non-superconducting oxide material having finite resistance, in which an additive is added to a predetermined position in a zero resistance oxide superconducting material by an ion implantation method or the like, and heat treatment is further performed. It is an oxide material having a finite resistance.

即ち、超伝導特性を有する酸化物超伝導材料に添加され
る添加物として鉄(Fe),ニッケル(Ni),コバルト(Co),
珪素(Si),ゲルマニウム(Ge),ホウ素(B),アルミニウム(A
l),ガリウム(Ga),リン(P),チタン(Ti),タンタル(Ta),
マグネシウム(Mg)より選ばれた1種類または複数種類が
ある。かかる場合、その添加物の濃度は1〜25原子%と
した。
That is, iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), as additives added to the oxide superconducting material having superconducting properties,
Silicon (Si), Germanium (Ge), Boron (B), Aluminum (A
l), gallium (Ga), phosphorus (P), titanium (Ti), tantalum (Ta),
There are one or more types selected from magnesium (Mg). In such a case, the concentration of the additive was 1 to 25 atomic%.

このうち、特にMg,Al は元素周期表II価およびIII価の
酸化物超伝導材料と同じ価格を有し、かつ酸素と熱処理
により強く結合し絶縁材料を構成しやすい。そのため、
添加物を酸化物超伝導材料の1〜10原子%好ましくは5
〜10原子%で添加することにより、熱処理御超伝導特性
を破壊することができる。そしてこの酸化物材料とはほ
ぼ同じ熱膨張係数を有し、温度変化によりクラックの発
生を防ぐことができる。
Of these, in particular, Mg and Al have the same price as the oxide superconducting materials with valences II and III of the periodic table, and are easily bonded to oxygen by heat treatment to form an insulating material. for that reason,
1 to 10 atomic% of the oxide superconducting material, preferably 5
Addition at up to 10 atom% can destroy the superconducting properties of heat treatment. And it has almost the same thermal expansion coefficient as this oxide material, and it is possible to prevent the occurrence of cracks due to temperature changes.

さらにIIIaIIa2Cu3Oで示される酸化物超伝導性
材料を構成する元素、例えばIIIa族元素のY(イットリ
ウム),銅(Cu),IIa族元素のバリウム(Ba),カルシウム
(Ca)を必要以上に含有する酸化物超伝導材料と同一主成
分を有する酸化物非超伝導材料であってもよい。かかる
場合は、超伝導を呈する化学量論比を狂わせる程度に多
量に添加する必要がある。具体的には5×1020〜2.5 ×
1022cm-3のオーダである。
Further, elements constituting the oxide superconducting materials represented by IIIaIIa 2 Cu 3 O 6 to 8 , for example, IIIa group elements Y (yttrium), copper (Cu), IIa group elements barium (Ba), calcium
It may be an oxide non-superconducting material having the same main component as the oxide superconducting material containing (Ca) more than necessary. In such a case, it is necessary to add a large amount such that the stoichiometric ratio exhibiting superconductivity is disturbed. Specifically, 5 x 10 20 to 2.5 x
It is on the order of 10 22 cm -3 .

しかし酸化物超伝導材料の一部を構成する酸素は注入し
た領域でその後の熱アニールにおいて外部に脱気しやす
く、不適当な元素である。
However, oxygen constituting a part of the oxide superconducting material is an unsuitable element because it is easily degassed outside in the implanted region in the subsequent thermal annealing.

本発明の超伝導装置の1例を第2図に示す。An example of the superconducting device of the present invention is shown in FIG.

第2図(A) において、絶縁基体(1″) 上に、非超伝導特
性を有し超伝導材料を同じ主成分の材料(1′)とを有す
る基板(1) を用いた。この上に酸化物伝導材料の薄膜(3
0)を全面に形成した。そしてその周辺部をアイソレイシ
ョン(絶縁分離)して非活性領域とするため、酸化物超
伝導性材料(3),(9) を残し、その周辺部に加速電圧300
〜2000KeVで、Al,Mg 等の添加物をイオン化し注入す
る。このイオン注入法により、超伝導性材料を横切って
(上下および図面の前後方向のすべてに対し)添加して
非活性領域(20)を形成する。同時に活性領域(2) の装置
用の第1の酸化物材料(4) をその厚さ(第2図(A) の
(4) の左右方向)を可能なかぎり薄く、好ましくは1000
Å以下とし、ジョセフソン接合効果を有すべくせしめ
た。
In Fig. 2 (A), a substrate (1) having a non-superconducting material and a superconducting material (1 ') having the same main component on an insulating substrate (1 ") was used. A thin film of oxide conductive material (3
0) was formed on the entire surface. The oxide superconducting materials (3) and (9) are left in order to isolate the peripheral portion of the same as an inactive region to make it an inactive region.
At ~ 2000 KeV, ionize and implant additives such as Al, Mg. By this ion implantation method, the superconducting material is added across (both above and below and in the anterior-posterior direction of the drawing) to form the inactive region (20). At the same time, the thickness of the first oxide material (4) for the device in the active region (2) (see Fig. 2 (A))
(4) Left and right direction) as thin as possible, preferably 1000
It was set to Å or less, and it was made to have the Josephson junction effect.

この領域(4) は周辺領域よりも1/2 〜1/10倍の濃度(0.1
〜20原子%)とした。周辺部(20)に対してはAl,Mg を5〜
10原子%の濃度に添加した。
This area (4) is 1/2 to 1/10 times the density (0.1
-20 atom%). For the peripheral part (20), Al, Mg 5 to 5
Added to a concentration of 10 atom%.

さらにこの上に同様の方法で酸化物超伝導薄膜(40)を全
面に形成し、非活性領域(11)によりこれら活性領域を覆
うとともに、電極用の連結部(8′)P(9′)のみと活性領
域として選択的に超伝導特性をまだ残存させる。次にま
ったく同様にしてこの上に3層目の酸化物超伝導薄膜(5
0)を形成する。そしてそのリード(8),(9) の領域を除き
その他の領域(21)の不要薄膜に対し、前記したと同様の
添加物を添加して絶縁化をはかる。そしてその出力用の
一対の電極・リード(8),(9) を多層配線とし、装置、電
極、電極連結部、リードのすべての活性領域を酸化物超
伝導材料で形成する。さらにその周辺部の非活性領域は
これに熱処理により非超伝導特性を有せしめ得る添加物
を添加して絶縁分離をすることができる。この電極(9),
(9′)と(5) とは共に酸化物超伝導材料であり、かつそ
の配向がab面を基板と平行に作ってあるため、何ら問題
はない。
Further, an oxide superconducting thin film (40) is formed on the entire surface by a similar method, and these active regions are covered with a non-active region (11), and a connecting portion (8 ') P (9') for electrodes is formed. Only as the active region, the superconducting property is selectively retained. Then, in exactly the same way, a third layer of oxide superconducting thin film (5
0) is formed. Then, except for the regions of the leads (8) and (9), the same additives as described above are added to the unnecessary thin film in the other regions (21) for insulation. Then, the pair of electrodes / leads (8), (9) for output is formed into a multi-layer wiring, and all active regions of the device, the electrodes, the electrode connecting portions, and the leads are formed of an oxide superconducting material. Further, the non-active region in the peripheral portion can be insulated by adding an additive capable of imparting non-superconducting properties thereto by heat treatment. This electrode (9),
Since both (9 ′) and (5) are oxide superconducting materials and their orientations are such that the ab plane is made parallel to the substrate, there is no problem.

かくしてジョセフソン装置(2) を構成せしめ第3図の特
性を得た。
Thus, the Josephson device (2) was constructed and the characteristics shown in FIG. 3 were obtained.

本発明は、さらにかかる2端子装置に加えて、一対の出
力用の酸化物超伝導性材料間に連結した電極の間に、十
分大きい電気抵抗、好ましくは第1の超伝導材料の電気
抵抗よりも10倍以上の電気抵抗を有する被膜をその上
面、下面または両面に設け、それに密接して制御電極を
設けてもよい。
The present invention further provides, in addition to such a two-terminal device, a sufficiently large electrical resistance, preferably an electrical resistance of the first superconducting material, between electrodes connected between a pair of output oxide superconducting materials. Also, a coating having an electric resistance of 10 times or more may be provided on the upper surface, the lower surface or both surfaces, and the control electrode may be provided in close contact with the coating.

かかる2例を第2図(B),(C) に示す。Two such examples are shown in FIGS. 2 (B) and (C).

第2図(B) は制御用電極(10)が第1の酸化物超伝導性材
料(30)の上方に設けられ、この電極と多層配線用連結部
(8′),(9′) および電極・リード(8),(9),(10)がともに
酸化物超伝導材料によりできている。
In FIG. 2 (B), the control electrode (10) is provided above the first oxide superconducting material (30), and this electrode is connected to the multilayer wiring connecting portion.
Both (8 '), (9') and electrodes / leads (8), (9), (10) are made of oxide superconducting material.

第2図(C) では、酸化物超伝導性材料の制御用電極(1
0),(10′)は領域(4) の上下両面に設けられている。
In Fig. 2 (C), the control electrode (1
0) and (10 ') are provided on both upper and lower sides of the area (4).

層間絶縁物(11),(11″) も分離領域と同じく添加物を1
〜30原子%代表的には5〜10原子%添加し、同一熱膨張
係数材料またはこれを主成分とするとよい。
Interlayer insulators (11) and (11 ″) also have an additive like the isolation region.
-30 atom%, typically 5-10 atom%, and the same thermal expansion coefficient material or this material may be used as a main component.

本発明の第2図(B),(C) において、この制御用電極と超
伝導被膜との間に、酸化物超伝導性材料の電気抵抗より
十分大きい電気抵抗を有する被膜、好ましくは絶縁膜(1
1)をその下の酸化物超伝導材料(30)の上部にのみ前記し
た添加物を添加して設けた。そして、入力端子である酸
化物超伝導材料よりなる制御用電極(10)から電圧を印加
させ、その下側の第1の酸化物材料(4) に電圧を印加す
る。
2 (B) and (C) of the present invention, a film, preferably an insulating film, having an electric resistance sufficiently larger than that of the oxide superconducting material between the control electrode and the superconducting film. (1
1) was provided by adding the above-mentioned additive only to the upper portion of the oxide superconducting material (30) thereunder. Then, a voltage is applied from the control electrode (10) made of an oxide superconducting material which is an input terminal, and a voltage is applied to the first oxide material (4) below the control electrode.

この材料は、完全に超伝導を有する状態とまったく超伝
導を有さない状態の中間状態(一部が超伝導性を有し、
一部が非超伝導性の状態、即ちTcオンセットとTco との
間の温度領域の状態)また半導体または絶縁体特性を有
するため、自らのポテンシャルを入力の制御用電極に加
えられた電圧に従って変化、制御させることができる。
This material is in an intermediate state between a state of having superconductivity and a state of not having superconductivity at all (partly having superconductivity,
Part of it is in a non-superconducting state, that is, in the temperature range between Tc onset and Tco) and has semiconductor or insulator properties, so its potential depends on the voltage applied to the input control electrode. It can be changed and controlled.

本発明の第2図では、第2の酸化物超伝導材料(3),(5)
を全体に形成し、所望の形状の外周辺に本発明に用いる
添加物を多量に添加して隣の装置との絶縁分離(20)をは
かる。そのため前記した如き添加物を添加した後、また
はこの工程が複数回ある場合はその各毎またはこれらの
工程の後、これら全体を酸素中で400 〜1000℃、0.5 〜
50時間、例えば900 ℃で3時間および徐冷しつつ、400
℃とし、この温度でさらに1時間酸素中でアニールを行
い、この不純物を酸化または酸化物超伝導材料に一部を
置換せしめるとともに、結晶構造を整えた。
In FIG. 2 of the present invention, the second oxide superconducting material (3), (5)
Is formed over the entire surface, and a large amount of the additive used in the present invention is added to the outer periphery of the desired shape to measure the insulation separation (20) from the adjacent device. Therefore, after adding the additives as described above, or in the case where this step is performed a plurality of times, after each of them or after these steps, the whole of them is heated in oxygen at 400 to 1000 ° C., 0.5 to
50 hours, for example 3 hours at 900 ℃ and 400 while slowly cooling
The temperature was set to 0 ° C., and annealing was further performed at this temperature for 1 hour in oxygen to partially oxidize or replace the impurities with an oxide superconducting material and adjust the crystal structure.

本発明は、同一基板上の1層目のみに酸化物超伝導材料
を作るのではなく、その上にも積層して2層目またはさ
らにその上の3層目の酸化物超伝導材料を作り得る。そ
してこれらに対し選択的に活性領域を添加物の添加によ
る非活性領域を作ることにより構成させている。そして
第2図に示したとは逆に、1層目は電極・リードとし2
層目に装置とすることも可能である。また各層毎に装置
を配設することも本発明においては可能となる。また第
2図の基板(1″) は半導体集積回路が設けられたシリコ
ン基板とし得る。そしてシリコン集積回路と超伝導装置
とを一体化し得る。その時、熱膨張係数の差を除くた
め、第2図の(1′)のバッファ層は特に有効である。
The present invention does not make the oxide superconducting material only on the first layer on the same substrate, but also stacks the oxide superconducting material on the same layer to make the oxide superconducting material on the second layer or further on the third layer. obtain. The active region is selectively formed with respect to these by forming an inactive region by adding an additive. Contrary to the one shown in FIG. 2, the first layer has electrodes and leads.
It is also possible to use a device as the layer. It is also possible in the present invention to arrange the device for each layer. The substrate (1 ″) in FIG. 2 may be a silicon substrate provided with a semiconductor integrated circuit, and the silicon integrated circuit and the superconducting device may be integrated together. The buffer layer (1 ') in the figure is particularly effective.

「作用」 かかる構造とすることにより、横接合型とし、長期間の
信頼性を有する超伝導装置またはその電極・リードをそ
のアイソレイション用の非活性領域はその下側の活性領
域の保護膜として残存させて一体化せしめ得る。
"Operation" By adopting such a structure, it becomes a lateral junction type, and the superconducting device or its electrode / lead having long-term reliability is used as a protection film for the isolation inactive region under the isolation. It can be left and integrated.

酸化物超伝導材料は基板の面と平行にab面をそろえたた
め、その上面も平坦になり、周辺部もこれに添加物を添
加するのみで絶縁にし、多層配線に対しても断線がなく
特性上の支障を除くことができた。
Since the oxide superconducting material has ab planes aligned in parallel with the plane of the substrate, its top surface is also flat and the peripheral part is insulated by adding additives to it. I was able to eliminate the obstacles above.

かくして、複数個の装置を作ることができ、かかる装置
を設計論理に基づき連結することにより超伝導集積回路
を作らんとした時、その相互配線を抵抗零で作ることが
できる。
Thus, a plurality of devices can be made, and when interconnecting such devices based on design logic, when the superconducting integrated circuit is made, its interconnection can be made with zero resistance.

以下に図面に従って実施例を説明する。Embodiments will be described below with reference to the drawings.

「実施例1」 この実施例は第2図(A) の構造を示す。Example 1 This example shows the structure of FIG. 2 (A).

基体(1″) としてYSZ(イットリューム・スタビライズド
・ジルコン) を用いた。これはその上に磁界印加プラズ
マ被膜作製方法、MBE(モレキュラ・ビーム・エピタキシ
ャル) 法、CVD(気相反応) 法、スパッタ法等を用い酸化
物非超伝導材料(1′)を形成させ、基板(1) とした。さ
らにこの上に同様の方法で添加物の添加を行うことな
く、酸化物超伝導材料(30)を形成した。その1例とし
て、(A1-X Bx)yCuzOw,x =0.1 〜1,y=2.0 〜4.0 好ま
しくは2.5 〜3.5,z=1〜4好ましくは1.5 〜3.5,W=
4〜10好ましくは6〜8を有する。AはY(イットリウ
ム),Gd(ガドリラウム),Yb( イッテルビウム),Eu( ユー
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) またはその他の元素周期表
IIIa族の1つまたは複数種類より選ばれる。
YSZ (yttrium stabilized zircon) was used as the substrate (1 ″), which was prepared by applying a magnetic field applied plasma coating method, MBE (molecular beam epitaxial) method, CVD (vapor phase reaction) method, An oxide non-superconducting material (1 ′) was formed by using a sputtering method, etc., and was used as a substrate (1). As an example, (A 1-X Bx) yCuzOw, x = 0.1 to 1, y = 2.0 to 4.0, preferably 2.5 to 3.5, z = 1 to 4, preferably 1.5 to 3.5, W =
4-10, preferably 6-8. A is Y (yttrium), Gd (gadrilium), Yb (ytterbium), Eu (europium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (
Holmium), Er (erbium), Tm (thulium), Lu (lutetium), Sc (scandium) or other periodic table
It is selected from one or more kinds of group IIIa.

BはBe( バリウム),Sr( ストロンチウム),Ca(カルシウ
ム)の元素周期表IIa族より選ばれた1種または複数種
の元素を用いる。特にその具体例として(YBa2)Cu3O
を用いた。またAとして元素周期表における前記した
元素以外のランタニド元素またはアクチニド元素を用い
得る。尚、本明細書における元素周期表は理化学辞典
(岩波書店 1963年4月1日発行)によるものである。
この形成と同時またはその後に、600 〜 950℃の温度で
熱アニールを5〜20時間処理して作製しその後徐冷し
た。かくして、酸化物超伝導材料(30)はその下側を同一
主成分の酸化物超伝導材料(1′)を有して設けられた超
伝導材料の特性としては、Tco は91K であった。
As B, one or more elements selected from the group IIa of the periodic table of elements Be (barium), Sr (strontium), and Ca (calcium) are used. Particularly, as a specific example thereof, (YBa 2 ) Cu 3 O 6 ~
8 was used. Further, as A, a lanthanide element or actinide element other than the above-mentioned elements in the periodic table can be used. In addition, the periodic table of elements in this specification is based on a dictionary of physics and chemistry (Iwanami Shoten, published on April 1, 1963).
Simultaneously with or after this formation, thermal annealing was performed at a temperature of 600 to 950 ° C. for 5 to 20 hours, followed by gradual cooling. Thus, the Tco was 91 K as a characteristic of the superconducting material provided with the oxide superconducting material (1) having the same main component on the lower side of the oxide superconducting material (30).

次に装置を作る領域の周辺(20)に対し、不純物例えばマ
グネシウムまたはアルミニウムをイオン注入法により添
加して絶縁化する。さらに、領域(4) に対しても不純物
をこれにより1/5 程度少なくして添加するようにした。
即ち第2図(A) において、領域(3),(5) 上にフォトレジ
ストを設け、このレジストのない領域(4),(20)のみに選
択的に、イオン注入法により添加物が添加されるように
した。添加物であるアルミニウムまたはマグネシウムを
5〜10原子%、例えば8原子%の濃度に添加して非活性
領域(20)を設けた。この後フォトレジストを除去し、さ
らにこれら全体に再び2層目の酸化物超伝導材料の薄膜
(40)を形成した。そして連結部(8′),(9′) を除く他部
をイオン注入法による非活性領域とした。かくして活性
領域(12)の上方は添加物の添加された同一主成分材料に
よりパッシベイション膜とすることができた。これを今
一度繰り返し、2層目の酸化物超伝導材料(50)を作り、
それを用いてリード(8),(9) と非活性領域(21)を設け
た。この後これら全体を酸化性雰囲気で約300 〜 950℃
例えば900 ℃の温度にて全面を酸化し、それぞれの膜同
志をフィッティングせしめるとともに、それを積層し40
0 ℃になった後、再びイオン注入法により酸素を酸化工
程により化学量論比より減少してしまった界面領域に必
要に応じて添加した。前記した熱処理は予め添加された
添加物を酸化し、この領域を絶縁物に変成した。
Next, an impurity such as magnesium or aluminum is added to the periphery (20) of the region where the device is to be formed by an ion implantation method to insulate it. Further, impurities are added to the region (4) by reducing it by about 1/5.
That is, in FIG. 2 (A), a photoresist is provided on the regions (3) and (5), and the additive is selectively added to the regions (4) and (20) without the resist by the ion implantation method. I was made to do it. The inactive region (20) was provided by adding an additive of aluminum or magnesium to a concentration of 5 to 10 atomic%, for example, 8 atomic%. After that, the photoresist is removed, and the whole of these is again covered with a thin film of the second layer oxide superconducting material.
(40) was formed. The other parts except the connecting parts (8 ') and (9') were made into the inactive region by the ion implantation method. Thus, a passivation film could be formed above the active region 12 by using the same main component material to which the additive was added. Repeat this again to make the second layer oxide superconducting material (50),
Leads (8), (9) and inactive region (21) were provided by using it. After this, all of them are heated in an oxidizing atmosphere at about 300-950 ° C.
For example, oxidize the entire surface at a temperature of 900 ℃ to fit each film and stack it.
After the temperature reached 0 ° C., oxygen was again added by an ion implantation method as needed to the interface region that had decreased from the stoichiometric ratio by the oxidation step. The heat treatment described above oxidizes the previously added additive and transforms this region into an insulator.

かくして第3図の特性を第2図(A) の構造において作る
ことができた。
Thus, the characteristics shown in Fig. 3 could be created in the structure shown in Fig. 2 (A).

「実施例2」 さらに第2図(B) を同様の方法で作製した。この構造に
おいては、基板(1″) としてシリコン基板を用い、すで
に集積回路が作られているものを用いた。そしてこの上
には酸化珪素または窒化珪素絶縁膜が設けられている。
これと熱膨張係数を合わせるため、第2図(B) に示す如
く、酸化物非超伝導材料(1′)を2μの厚さに設け、合
わせて基板(1) とした。さらにこの上に実施例1と同様
の方法で活性領域(2),非活性領域(20),上側酸化物超伝
導材料(1′)を作った。特にそのリード(8),(9)を構成さ
せる際、制御用電極(10)も同時に周辺部を添加物を添加
することにより形成した。出力用の電極はセラミック薄
膜に密接し、オーム接触がなされるべくした。かかる装
置の電気特性を調べたところ、第3図に示すジョセフソ
ン特性を液体窒素温度で有していることが判明した。
Example 2 Further, FIG. 2 (B) was manufactured by the same method. In this structure, a silicon substrate is used as the substrate (1 ″), and an integrated circuit has been already formed. A silicon oxide or silicon nitride insulating film is provided on the silicon substrate.
In order to match the coefficient of thermal expansion with this, as shown in FIG. 2 (B), the oxide non-superconducting material (1 ') was provided to a thickness of 2 .mu.m, and the substrate (1) was combined. Further, an active region (2), a non-active region (20) and an upper oxide superconducting material (1 ') were formed on this by the same method as in the first embodiment. Particularly when the leads (8) and (9) were formed, the control electrode (10) was also formed by adding the additive to the peripheral portion at the same time. The output electrode was in close contact with the ceramic thin film so that ohmic contact was made. Examination of the electrical characteristics of such a device revealed that it had the Josephson characteristics shown in FIG. 3 at liquid nitrogen temperature.

半導体集積回路(1″) との連結線は400 ℃以上の熱処理
を施さないようにし、またその酸化物超伝導材料の形成
も400 ℃までの温度で行った。それは酸化物超伝導材料
の酸素と半導体を構成する珪素とが互いに反応して界面
に酸化珪素を作ることを防ぐためである。これ以上の温
度にすることがやむを得ない時はその界面をシリコン−
耐熱性金属(W,Mo,Tiまたはその珪化物) −非酸化性金属
(Au,Ag) −酸化物超伝導材料とすると、700 ℃,1時間
までの処理または成膜にも耐えることができる。
The connecting line with the semiconductor integrated circuit (1 ″) was not heat-treated at 400 ℃ or more, and the oxide superconducting material was formed at a temperature up to 400 ℃. This is to prevent the silicon and the silicon constituting the semiconductor from reacting with each other to form silicon oxide at the interface.
Refractory metal (W, Mo, Ti or its silicide) -Non-oxidizing metal
The (Au, Ag) -oxide superconducting material can withstand processing or film formation at 700 ° C for up to 1 hour.

「効果」 本発明はこれまで縦接合型の2端子装置であった超伝導
装置を横接合型の2端子装置または多端子装置とし、同
一基板上に集積化させた。
"Effects" In the present invention, a superconducting device, which has been a vertical junction type two-terminal device up to now, is changed to a horizontal junction type two-terminal device or a multi-terminal device and integrated on the same substrate.

さらにその電極・リードを2層配線で構成させるため、
かかる温度領域では抵抗が零または零に十分近い酸化物
超伝導性材料で相互配線したものである。
Furthermore, because the electrodes and leads are composed of two-layer wiring,
In such a temperature range, the interconnection is made of an oxide superconducting material having a resistance of zero or sufficiently close to zero.

このため、この超伝導装置を同一基板に多数個設け、集
積化させることが可能となった。
Therefore, it is possible to provide a large number of superconducting devices on the same substrate and integrate them.

本発明においては制御用電極を0ケまたは1ケ示した
が、これを2ケまたはそれ以上を直列または並列に設け
てもよい。
In the present invention, 0 or 1 control electrode is shown, but 2 or more control electrodes may be provided in series or in parallel.

この基板上に同時に選択的に周辺を絶縁物で分離した。
超伝導コイルを作ってSQUID としてもよい。
At the same time, the periphery of the substrate was selectively separated with an insulator.
You may make a superconducting coil and use it as a SQUID.

本発明において、酸化物超伝導性材料という表題を用い
た。しかしこれは超伝導材料が酸化物であることによ
る。その結晶構造は多結晶であっても、また単結晶であ
ってもよいことは、本発明の技術思想において明らかで
ある。特に単結晶構造の場合には、超伝導材料を用いる
に際し、基板上にエピタキシャル成長をさせればよい。
In the present invention, the title oxide superconducting material was used. However, this is because the superconducting material is an oxide. It is clear from the technical idea of the present invention that the crystal structure may be polycrystalline or single crystal. Particularly in the case of a single crystal structure, when a superconducting material is used, epitaxial growth may be performed on the substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は従来の超伝導装置の縦断面図を示す。 第2図は本発明の超伝導装置の縦断面図を示す。 第3図は本発明で作られた超伝導装置の特性を示す。 FIG. 1 shows a vertical sectional view of a conventional superconducting device. FIG. 2 shows a vertical sectional view of the superconducting device of the present invention. FIG. 3 shows the characteristics of the superconducting device made according to the present invention.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−73172(JP,A) 特開 昭61−206279(JP,A) 特開 昭62−238674(JP,A) ・Jpn.J.Appl.Phys., vol.25,no.7,(JULY 1986),pp.1132〜1133 ・IBM Technical Dis closure Bulletin,vo l.23,no.4,(Sep.1980), p.1683 ・Appl.Phys.Lett.vo l.51,no.11,(14 Sep. 1987),pp.861〜863 ・Appl.Phys.Lett.,v ol.51,no.8,(24 Aug. 1987),pp.619〜621Continuation of front page (56) Reference JP-A-58-73172 (JP, A) JP-A-61-206279 (JP, A) JP-A-62-238674 (JP, A) -Jpn. J. Appl. Phys. , vol. 25, no. 7, (JULY 1986), pp. 1132 to 1133 ・ IBM Technical Disclosure Bulletin, vol. 23, no. 4, (Sep. 1980), p. 1683 ・ Appl. Phys. Lett. vol. 51, no. 11, (14 Sep. 1987), pp. 861-863 ・ Appl. Phys. Lett. , Vol. 51, no. 8, (24 Aug. 1987), pp. 619 ~ 621

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基体上に設けられた酸化物超伝導薄膜を用
いた超伝導装置であって、 前記酸化物超伝導薄膜のab面は前記基体上面と平行に
配向されており、 前記酸化物超伝導薄膜の上面、下面、側周辺には前記酸
化物超伝導薄膜と同一主成分を有し、かつ非超伝導特性
を有する材料が設けられていることを特徴とする超伝導
装置。
1. A superconducting device using an oxide superconducting thin film provided on a substrate, wherein the ab plane of the oxide superconducting thin film is oriented parallel to the upper face of the substrate. A superconducting device, characterized in that a material having the same main component as said oxide superconducting thin film and having non-superconducting properties is provided on the upper surface, lower surface and side periphery of the superconducting thin film.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、酸化物超
伝導薄膜には部分的に不純物が添加されており、該不純
物が添加されている領域は、超伝導特性が破壊されてい
ることを特徴とする超伝導装置。
2. The oxide superconducting thin film according to claim 1, wherein the oxide superconducting thin film is partially doped, and the superconducting property is destroyed in the region where the impurity is added. A superconducting device.
【請求項3】特許請求の範囲第1項において、非超伝導
特性を有する材料は、酸化物超伝導薄膜を構成する材料
に不純物が添加されたものであることを特徴とする超伝
導装置。
3. The superconducting device according to claim 1, wherein the material having non-superconducting properties is a material forming an oxide superconducting thin film to which impurities are added.
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