(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロブリッジ超電導体装置であって、
下部の平らな表面と、下部の平らな表面から全体勾配が２０°乃至８０°で上方に向いた傾斜表面と、下部の平らな表面と平行であって該表面から傾斜表面によって分離された上部の平らな表面とを有する基板、
下部の平らな基板表面上にエピタキシャルに付着し、下部の平らな基板表面と傾斜表面との接点に隣接して該接点から離れる方向の斜面を有する露出したａ軸エッジを備えたｃ軸配向超電導材料の層、
上部の平らな基板表面上にエピタキシャルに付着し、傾斜表面に隣接する端部に露出したａ軸エッジを備え、この露出ａ軸エッジと下部の平らな基板表面上のｃ軸配向超電導材料の露出ａ軸エッジとの間にギャップを形成させたｃ軸配向超電導材料の層、及び
これら２つの露出ａ軸エッジ間のギャップに位置する常電導材料の層よりなるマイクロブリッジ超電導体装置。
【請求項２】
ｃ軸配向超電導材料が７７Ｋより高い超電導遷移温度を有することを特徴とする請求項１に記載の超電導体装置。
【請求項３】
ｃ軸配向超電導材料がＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘであることを特徴とする請求項１に記載の超電導体装置。
【請求項４】
ｃ軸配向超電導材料がＢｉ２Ｃａ２Ｓｒ２Ｃｕ３Ｏｘ及びＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘよりなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の超電導体装置。
【請求項５】
基板がＬａＡｌＯ３であることを特徴とする請求項１に記載の超電導体装置。
【請求項６】
基板がＰｒＧａＯ３，ＮｄＧａＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３及びイットリア安定化ジルコニアよりなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の超電導体装置。
【請求項７】
前記ｃ軸配向超電導材料層が超電導量子干渉装置を形成するようパターン化されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導体装置。
【請求項８】
下部の基板表面と上部の基板表面との間の距離が２００乃至３０００オングストロームであることを特徴とする請求項１に記載の超電導体装置。
【請求項９】
下部及び上部の平らな基板表面上の前記ｃ軸配向超電導材料層の厚さが１００乃至２９００オングストロームであることを特徴とする請求項１に記載の超電導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は超電導装置に関し、さらに詳細には高温超電導材料を有するマイクロブリッジ超電導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温超電導材料はＴｃとしても知られる常電導−超電導遷移温度が液体窒素の沸点である約７７Ｋよりも高い材料である。超電導材料はそのＴｃよりも低い温度では電流に対しまったく抵抗を示さない。高温超電導材料の発見により超電導体を多くの新しい用途に利用する可能性が開けているが、これは高温超電導体の冷却及び断熱条件が従来の低温超電導体と比べて厳しくないことによる。
【０００３】
これまで発見されたうちで最も重要な高温超電導体は酸化物錯体組成物である。これらの材料は必要な組成の金属元素の薄膜を付着させ、それと同時に或いはその後にこの薄膜を必要な酸化状態となるよう酸化させることにより製造される。たとえば、高温超電導材料の最も重要なものの１つとして、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ（ｘは小さくて普通は０．１のオーダー）がある。
【０００４】
この高温超電導材料を利用するにはそれを装置及び製品の形にする必要がある。このような利用を図るに当たって最初に行うことは、この高温超電導体を従来の低温超電導体に直接置き換えることができるか否かを判定することである。この判定を行なうには、よく知られた低温超電導体を用いる既存の装置を製造してその低温超電導材料を高温超電導材料に置き換えた後その作動を評価する。たとえば、用途の１つのとして超電導量子干渉装置（ＳＱＵＩＤ）のような検出器の製造に用いるジョセフソン接合をもった薄膜マイクロブリッジ超電導装置を製造するのが望ましい。高温超電導体でジョセフソン接合を形成したＳＱＵＩＤは、７７Ｋよりも高い超電導体のＴｃと同程度の温度で作動可能なため、絶対零度に近い温度への冷却を必要としない多くの用途に用いることができる。
【０００５】
米国特許第４，４５４，５２２号は、超電導層を段付きの基板上に付着させた薄膜マイクロブリッジ超電導装置を開示している。超電導層の作動温度で超電導性を示さない常電導材料の層がこの超電導層の上に付着してある。この段に沿う超電導層間のギャップにジョセフソン接合の基となるマイクロブリッジが形成されている。超電導層はループやリードを形成するようパターン化されて、ＳＱＵＩＤが構成される。
【０００６】
しかしながら、残念なことに米国特許第４，４５４，５２２号の方式は、酸化物錯体組成物型のような不等方性高温超電導材料を用いる作動可能なＳＱＵＩＤを製造するには本質的に不適当である。それにもかかわらず、薄膜マイクロブリッジ及びその製造方法の開発の必要性が存在している。本発明はこの必要性を満足するものであって、さらに関連の利点を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は４．２Ｋ（これよりも多分低いであろう）乃至７７Ｋよりも高い超電導体の臨界温度の温度範囲で作動可能なＳＱＵＩＤまたは他の装置に使用可能な薄膜ジョセフソン接合を形成する高温超電導体を用いた薄膜マイクロブリッジ超電導体装置に関する。このマイクロブリッジを形成するための本発明の方法は信頼性が高く、既存の薄膜製造法を用いて実施されている。
【０００８】
本発明のマイクロブリッジ超電導体装置は、下部の平らな表面と、この下部の平らな表面から全体勾配が約２０乃至約８０°の上方へ向いた傾斜表面と、下部の平らな表面と平行で傾斜表面によりその下部の平らな表面から分離した上部の平らな表面とを有する基板よりなる。この下部の平らな基板表面上にはｃ軸配向超電導材料の層がエピタキシャルに付着している。この下部の平らな基板表面上の超電導体層は、下部の平らな基板表面と傾斜表面との接点に隣接して露出したａ軸エッジを有する。この露出したａ軸エッジは下部の平らな基板表面と傾斜表面との接点から離れる方向の斜角を有している。また上部の平らな基板表面上にもｃ軸配向超電導材料の層がエピタキシャルに付着している。この層も傾斜表面の上方端部或いは傾斜表面それ自体に隣接して露出したａ軸エッジを有する。下部の平らな基板表面のｃ軸配向超電導材料の露出ａ軸エッジと上部の平らな基板表面のｃ軸配向超電導材料の露出したａ軸エッジとの間には、常電導性のギャップが存在する。常電導の金属のような常電導材料の層がｃ軸配向超電導材料のこれらの２つの層の露出したａ軸エッジ間のギャップを埋めており、ジョセフソン装置の形成に必要な弱い超電導性リンクを形成する。
【０００９】
高温超電導材料の多くはその結晶構造が極めて不等方性である。高温超電導体は明確になっている構造に結晶化した錯化合物であるが、それらの構造はほとんどの低温超電導材料に見られる等方性結晶構造とは異なる。高Ｔｃ化合物の多くは固有構造が規則性を持って繰り返す銅−酸素面の積層体であって、これらの平面間に種々の原子配列が存在するように結晶化している。この銅−酸素面に垂直な方向を“ｃ軸”と呼ぶ。かかる不等方性構造を有する高温超電導材料を本明細書ではｃ軸配向超電導材料と呼ぶ。ｃ軸に垂直な任意の方向（即ち、銅−酸素面に平行）を“ａ軸”と呼ぶ。
【００１０】
かかる不等方性超電導体では超電導性のコヒーレントな長さがｃ軸方向（たとえば２−３オングストローム）よりもａ軸方向（たとえば１２−１５オングストローム）のほうが長い。この不等方性が存在する結果として重要なことは、ｃ軸配向層の露出した上部表面（ｃ軸方向に垂直な表面）上に本質的に存在する、あるいは処理の結果として存在する薄い劣化層がｃ軸方向のコヒーレントな長さを非常に短くするため超電導性部分の延伸が阻止されるという点である。コヒーレントな長さが短いためそれ自体比較的長いコヒーレントな長さを有する隣接の常電導金属層内における超電導性の誘起が阻止されることがある。超電導性を誘起する結合はａ軸方向が露出した超電導層の露出ａ軸エッジを介すると容易に実現され、ａ軸方向のコヒーレントな長さが長くなるとこの薄い劣化層に起因する問題が発生する可能性が減少する。この結合は、超電導材料に隣接する常電導金属層内に最大数百オングストローム或いはそれ以上の距離、超電導性を誘起できるという近接効果により実現される。高Ｔｃ超電導体のコヒーレントな長さの不等方性、特に非常に短いｃ軸方向のコヒーレントな長さは、米国特許第４，４５４，５２２号の方式ではｃ軸配向高Ｔｃ超電導材料を組み込んだ高Ｔｃ超電導体装置を製造できない主要な原因と考えられている。
【００１１】
本発明の方法では、高温超電導材料が傾斜表面を有する基板上に１つの層を形成するよう付着される。この基板の材料としては、高温超電導体のｃ軸方向がエピタキシャル関係（結晶的に整合した関係）になるものが選択される。即ち、高温超電導体のｃ軸方向が基板表面の平面に対して垂直である。商業的に重要な高Ｔｃ超電導材料であるＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘではｃ軸方向エピタキシャル層を形成させる好ましい基板材料はＬａＡｌＯ３である。
【００１２】
本発明による基板表面は上記米国特許に記載されたものとは異なる幾何学的関係を有する。本発明による基板は、下部の平らな表面と、この下部の平らな表面から全体勾配約２０°乃至約８０°で上方に向いた傾斜表面と、この傾斜表面の頂部にある上部の平らな表面とを有する。これとは対照的に、上記米国特許の構造は、段部がほぼ垂直になっている。この米国特許の構造では、ｃ軸配向超電導材料を超電導体材料として基板の平らな表面上にエピタキシャルに付着させた場合必要とされる露出したａ軸エッジが容易に形成されずまたたとえ形成されたとしてもそれへの接近が容易でないため作動可能ではない。
【００１３】
下部の基板表面上に付着させた高温超電導材料の層は傾斜表面の基部から戻る方向の斜面を有するため、下部の超電導層の露出ａ軸エッジとギャップ内の常電導材料との間に良好な導電接触が得られて、ギャップのその常電導材料内へ超電導性を誘起することが可能となる。この斜角構造はまた超電導パスが超電導層の露出ａ軸エッジから常電導材料内へ形成されるため必要である。かくして、本発明の方法では、超電導接合が超電導層のａ軸エッジから常電導材料を介してもう一方の超電導層のａ軸エッジへ延びる。ここで重要なことは、上部と下部の両超電導層の形成にはたった１回の超電導材料の付着が必要なことである。その結果、各露出ａ軸エッジにおける超電導材料と常電導材料との界面を製造時エッチングなどによって処理する必要がなくなり、界面領域の損傷により作動可能な接合の形成が妨げられる可能性が減少する。
【００１４】
これとは対照的に、上記米国特許では、下段の超電導材料のエッジはほぼ垂直及び直角なものとして示されている。その結果、超電導パスが下部の平らな基板表面上の超電導層の頂面から常電導材料を経て上部の平らな基板表面の超電導層の頂面へ延びる必要がある。これらの条件では、ｃ軸方向の超電導コヒーレントな長さが短いためｃ軸配向超電導材料と常電導金属との間に良好な導電性ウィークリンク（ｗｅａｋ  ｌｉｎｋ）が形成されない。
【００１５】
本発明は、４．２Ｋ（多分これよりもされに低い温度）から普通７７Ｋよりも十分に高いｃ軸材料のＴｃに亘る温度範囲において超電導状態で作動可能なマイクロブリッジ装置とその製造方法を提供する。
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明を実施例につき詳細に説明する。
【００１７】
【実施例】
本発明の好ましい実施例によれば、マイクロブリッジ超電導体装置は、傾斜表面と、この傾斜表面により分離された下部の平らな表面及び上部の平らな表面とを有する基板よりなる。この下部の平らな基板表面上にはｃ軸配向超電導材料の下部層がエピタキシャルに付着され、この超電導材料のｃ軸は下部の平らな基板表面に対して垂直方向である。またこの下部の超電導層は傾斜表面に隣接する斜角の露出ａ軸エッジを有する。これと同時に、上部の平らな基板表面上にもｃ軸配向超電導材料の上部層がその超電導材料のｃ軸が上部の平らな基板表面に対して垂直となるようにエピタキシャルに付着される。この上部層は傾斜表面に隣接する露出したａ軸エッジを有する。下部の超電導層の露出ａ軸エッジと上部超電導層の露出ａ軸エッジとの間には常電導材料の層が存在するが、これがこれらの露出エッジ間を導電接触させる。
【００１８】
図１は薄膜超電導量子干渉装置（ＳＱＵＩＤ）２０を示すが、この装置は基板２６の２つの表面２４上にパターン化して配設した超電導材料２２のループよりなる。マイクロブリッジ接合２８（ジョセフソン接合）が上部及び下部の基板表面２４上の各ループ部分２２間に位置する。リード３０が上部及び下部の基板表面２４のループ２２の一部から延びている。ｄｃ  ＳＱＵＩＤを形成するにはループ２２に２つの接合２８が必要であり、またｒｆ（無線周波数）ＳＱＵＩＤにはループ２２に１つの接合２８が存在する。ＳＱＵＩＤの一般的な構造及びその機能はよく知られている。たとえば、“Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  ＳＱＵＩＤ  Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒｓ”  ｂｙ  Ｊｏｈｎ  Ｃｌａｒｋｅ，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ｖｏｌ．  ＥＤ−２７，  ｐａｇｅ  １８９６  （１９８０）  ａｎｄ  “ＤＣ  ＳＱＵＩＤｓ  １９８０：  Ｔｈｅ  Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｒｔ”，  ｂｙ  Ｍ．Ｂ．  Ｋｅｔｃｈｅｎ，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，  Ｖｏｌ．  ＭＡＧ−１７，  ｐａｇｅ  ３０７  （１９８１）を参照されたい。
【００１９】
図２はこれらの接合２８のうちの１つ及びループ２２の一部の構造を詳細に示す。基板２６は２つの基板表面２４（もっと正確にいうと２つの平らな基板表面）と、これを分離する傾斜表面とを有する。基板表面２４のうちの一方である下部の平らな基板表面４０は、基板を図２に示すように上向きにおいた場合基板２６の下部に位置する。傾斜表面４２がこの下部の平らな基板表面４０の平面から約２０°乃至約８０°の角度Ａで上方に延びる。傾斜表面４２の上部には上部の平らな基板表面４４が下部の平らな基板表面４０と平行に延びている。したがって、これら２つの平らな基板表面４０，４４は傾斜表面４２によって分離されている。（この傾斜表面４２は、本明細書の一部を形成するものとして引用する米国特許第４，４５４，５２２号明細書の段部１６として呼ばれる一般的に垂直な段部と対照的である）。
【００２０】
超電導材料の層５０は下部の平らな基板表面４０上に、また超電導材料の層５２は上部の平らな基板表面４４上に付着されている。ループを形成するようにパターン化を行なうと、これらの層５０，５２は図１のループ２２の一部となる。これらの層５０，５２は通常、同一の高Ｔｃ超電導材料よりなって同時に付着されるが、説明を分かりやすくするために２つの要素とする。各層は、超電導材料のｃ軸５４が基板表面４０，４４の面に垂直になるように、後述する態様で基板２６上にエピタキシャルのｃ軸成長を誘起して付着させられている。
【００２１】
超電導層５０は、下部の平らな基板表面４０と傾斜表面４２との接点５８に隣接する露出したａ軸エッジ５６を有する。この露出ａ軸エッジ５６は傾斜表面４２から逆方向に離れるような斜角を持つ。この斜角の角度Ｂは９０°よりも小さく、好ましくは約７０°よりも小さい。上部超電導層５２は傾斜表面４２に隣接するその層の端部に対応の露出ａ軸エッジ５７を有する。このエッジ５７は通常、図示のごとく傾斜表面４２から離れる方向に僅かに斜めになっているが、その必要はない。常電導材料の常電導材料層６０が超電導層５０，５２及び基板２６の露出部分の上に延びるように付着されている。常電導材料層６０の中間部分を介する超電導層５０，５２のそれぞれの露出ａ軸エッジ５６，５７及びギャップ６２は、超電導体−常電導材料−超電導体（ＳＮＳ）マイクロブリッジ接合２８を形成する。
【００２２】
露出ａ軸エッジ５６，５７は、それを介して常電導材料層６０の常電導材料と超電導層５０，５２の超電導材料との間に電流が流れる導電表面を形成するためそう呼ばれる。露出ａ軸エッジ５６，５７はｃ軸配向高Ｔｃ超電導材料のａ軸表面の１成分を露出させている。マイクロブリッジ接合装置２８は、後述するように斜角の露出ａ軸エッジ５６，５７とギャップ６２の常電導材料層６０との間に確実に良好な導電接触が得られるように製造される。したがって、この接合２８の電流パスは一方のエッジ５６または５７から常電導材料６０（近接効果により局部的に超電導状態になっている）を経てもう一方のエッジ５７または５６へ延びる。
【００２３】
超電導層５０，５２の高Ｔｃ材料は、ある臨界温度よりも低い温度で超電導性を示す超電導酸化物錯体組成物または他の不等方性材料であるのが好ましい。これらの材料は普通ｃ軸材料であり、積層平面型結晶構造を有して上述したようにｃ軸がそれらの面に垂直にまたａ軸がそれらの面内にある。この構造はたとえば、Ｍ．Ｂ．  Ｂｅｎｏ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．  ５１，  ｐａｇｅ  ５７  （１９８７）  ａｎｄ  Ａ．  Ｗｉｌｌｉａｍｓ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｖｏｌ．  Ｂ３７，  ｐａｇｅ  ７９６０（１９８８）に記載されている。超電導層５０，５２の好ましい材料は高Ｔｃの超電導体であるＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘであって、ｘは酸化の程度で決まるが普通約０．１である。この材料を薄膜として付着させると約９０ＫのＴｃを有する。この材料はｃ軸が基板表面と垂直になるように公知の方法によりエピタキシャルに付着させるが、この方法はｃ軸に対して垂直な結晶表面と数％以内でマッチングする格子パラメータを有する基板２６の選択を含む。かかるｃ軸エピタキシャル成長を行うための公知の材料にはアルミン酸ランタン、ＬａＡｌＯ３があり、平らな表面４０，４４が結晶方向（１００）となるように付着される。ＬａＡｌＯ３を用いるのが好ましいが、本発明はそれに限定されない。他の基板材料としては、ＳｒＴｉＯ３、ＭｇＯ、イットリア安定化ジルコニア、Ａｌ２Ｏ３、ＬａＧａＯ３、ＰｒＧａＯ３、及びＮｄＧａＯ３がある。他の高Ｔｃ材料としてはＬａＡｌＯ３があり、エピタキシャル成長をさせる他の基板材料が選択される。他の適当な高Ｔｃ材料の例にはＢｉ２Ｃａ２Ｓｒ２Ｃｕ３Ｏｘ及びＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘがある。
【００２４】
マイクロブリッジ接合２８及びＳＱＵＩＤ２０は以下に述べる図３に示した方法で製造するのが好ましい。基板２６としては、表面が結晶方向（１００）を持つＬａＡｌＯ３の単結晶片を用いる（図３Ａ）。最初に、平らな表面４０，４４及びその間の傾斜表面４２を形成するためにこの表面をエッチングする。このエッチングは、図３Ｂで示すように基板２６の表面上でマスクとして働く金属フィルム７０を付着させる工程を含む。この金属フィルムは厚さ約３０００乃至３５００オングストロームのニオブまたは厚さ約２５００乃至約４０００オングストロームのモリブデンであるのが好ましく、スパッタリングにより付着させる。この金属フィルム７０は、標準型のホトレジスト材をこのフィルム上に付着させ、パターンを用いてこのホトレジストを露光し、このホトレジストの露光部分を取り除くことにより段部を持つようなパターンを形成させる。段部７２はパターン化したホトレジスト材料を介してイオン・ミリングを行うことにより金属層７０に形成する。典型的なイオン・ミリングのパラメータは、イオンビームエネルギーが４００電子ボルト、ビーム電流密度が１ｃｍ２当たり０．４５乃至０．９０ミリアンペアであり、これにより毎分２００−４００オングストロームのエッチング速度が得られる。次いで、このパターン化した基板をホトレジスト用の溶剤中に入れて、図３Ｃのような構造が得られるようにこのホトレジストを除去する。
【００２５】
この金属マスクの段部を持つパターンを用いてこの基板をイオン・ミリングすることにより基板上に傾斜表面４２を形成する。このイオン・ミリングにより図３Ｄに示すように基板２６から角度Ａで上方に延びる傾斜表面４２が形成されるが、下部の平らな基板表面は依然として結晶方向（１００）に維持される。典型的なイオン・ミリングのパラメータはビームエネルギーが４００−５００電子ボルト、ビーム電子密度が１ｃｍ２当たり０．２−１．８ミリアンペアである。その結果得られるエッチング速度は普通毎分約４００オングストロームである。平らな表面４０と４４との間の垂直方向距離は約２００乃至３０００オングストロームであるのが好ましい。傾斜表面をイオン・ミリングにより基板表面上に形成したあと、この金属層７０をニオブの場合はプラズマエッチングにより、またモリブデンの場合は硝酸、硫酸及び水の湿潤エッチング酸溶液内でエッチングすることにより除去する（図３Ｅ）。
【００２６】
次いで、超電導材料の層５０，５２を基板２６の表面上に同時に付着させる。これらの超電導材料層５０，５２は図３Ｆに示すようにＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘをオフアクシススパッタリング（ｏｆｆ−ａｘｉｓ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）により付着させるのが好ましい。これらの層５０，５２の厚さは好ましくは約１００乃至約２９００オングストロームである。典型的なスパッタリングのパラメータは、アルゴンの分圧が１６５ミリトル、酸素の分圧が３５ミリトル、基板温度が７１０℃、ｄｃ電力が９０ワットである。その結果得られた超電導薄膜の遷移温度Ｔｃは約８８Ｋである。
【００２７】
常電導材料の層６０は、超電導材料の層５０，５２を付着した直後に、図３Ｇ及び図２に示すように試料を付着室から取り出すことなくスパッタリングにより付着させる。この常電導材料層は金属、半金属または半導体である。この常電導材料層６０の好ましい材料は銀であるが、金やＮｂを５％ドープしたＳｒＴｉＯ３のような低キャリア密度材料のような別の材料であってもよい。超電導材料及び常電導金属の供給源を付着室内のシャッターの背後に配置し、銀の供給源を超電導材料の供給源の作動完了前に始動させる。基板は超電導材料の付着にあたっては７１０℃に加熱するが、銀の付着にあたっては加熱器の設定を基板温度が約５５０℃へ低下するように変化させる。基板の支持台及び加熱器を回転させて銀が傾斜表面上に付着し２つの超電導薄膜エッジ５６，５７がそのギャップ領域５２を介して接合されるようにする。斜角の露出ａ軸エッジ５６において、また超電導層５２のエッジ５７に沿って、良好な導電パスが得られるようにするのが重要である。銀の層の好ましい厚さは約１００乃至約３０００オングストロームである。
【００２８】
銀の層を付着させその付着工程を終了したあと、酸素ガスの弁を再び開いてこの付着室に約７５０トルの酸素圧力を導入する。銀が被覆された基板を約４３０℃の温度で３０分間酸素に浸す。この酸素に浸すことにより、酸素が銀の常電導材料層６０を拡散して超電導層５０，５２に入り、これらの層５０，５２の上部表面を再酸化する。この再酸化は、銀を低圧で付着させる間これらの層５０，５２の上部表面の酸素の一部がその表面から拡散により逃げて層５０，５２の上部表面が酸素不足の状態になるため望ましいと考えられている。酸化物超電導体のＴｃは組成物ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘのこのｘの値が増加するにつれて低下するため、これらの層５０，５２の上部表面を真空により酸素不足にするとこれらの上部表面が超電導性を失い望ましくない。したがって薄い銀の層を介してこれらの上部表面を再び酸化すると高いＴｃが得られるようになる。
【００２９】
上述したような手順で接合２８を形成したあと、図１に示すような導体のループパターンを標準のホトレジストによる方法で形成する。ホトレジストの層を常電導材料層６０の上部表面上に付着させ、ループのパターンをフォトリソグラフィーによりホトレジストの層に形成し、露光部分をイオン・ミリングにより除去してループ２２とリード３０だけでなくマイクロブリッジ接合２８のパターンを残す。代表的なイオン・ミリングの条件はビームエネルギーが２５０電子ボルト、ビーム電流密度が１ｃｍ２あたり０．２ミリアンペアである。次いで、残ったホトレジストのパターンを適当な溶剤で除去するとＳＱＵＩＤ２０が完成する。
【００３０】
この製造方法は好ましいものであるが、他の使用可能な製造方法及びそれらにより製造される接合構造を除外するものではない。本発明の範囲内にある他の２つの接合領域構造を図４と図５に示す。これらの図では、図２に示したものと同じ参照番号を同一部分について用いている。図４及び図５では、上部の超電導材料層５２が製造処理の付着モードによって傾斜表面４２を下方に延びている。図４及び図５の構造では、エッジ５７は傾斜表面４２のすべてまたはその大部分に隣接するが、図２の構造ではエッジ５７は傾斜表面４２の上端部にのみ隣接するに過ぎない。
【００３１】
図４の接合構造では、上部層５２の傾斜表面４２に隣接する部分の材料はエッジ５７の長さ全体に沿って同じような配向状態にある。図５の接合構造では、上部層５２の傾斜表面４２に隣接する部分の材料は多結晶であり、その粒子がある角度範囲にあって少なくとも一部のａ軸方向材料がエッジ５７に露出している。いずれの場合でも、図２に示した構造と同様、エッジ５６及び５７の露出ａ軸材料間には常電導材料を充填したギャップ６２を介して導電性の作動可能な接合が形成されている。図４の構造では、超電導パスがエッジ５７の任意の部分へ延びることができる。図５の構造では、露出エッジ５７の一部の結晶が露出ａ軸を有し、また他の一部が露出ｃ軸を有して超電導パスがこれらの露出ａ軸結晶を介して延びる。
【００３２】
以下の例は本発明の特徴を示すものであるが、本発明を限定するように解釈されるべきではない。
【００３３】
例１
上述の製造法を用いて合計２１個のマイクロブリッジ及びＳＱＵＩＤを製造した。これらすべての２１個の装置が４．２Ｋから８０Ｋを超える温度において十分に予想された超電導電流を流すのが観察された。したがってこの装置の歩留まりは１００％であった。これらの装置は、２つの別個の付着工程において３つの異なるウェーファー上に製造した。表面４０と４４との間の距離は約２０００−２５００オングストロームで、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ薄膜の厚さは約１０００オングストロームであった。銀の薄膜の厚さは３０００乃至６０００オングストロームの範囲にあった。
【００３４】
真のＳＮＳ接合があるかどうかの検証はａｃジョセフソン効果が得られるか否かによる。上述のようにして製造したマイクロブリッジは、マイクロ波放射に応答して電流−電圧特性に正確に予想されたステップが現れたためａｃジョセフソン効果を持つことが解った。この効果は４．２Ｋから約７７Ｋの範囲で観察され、この装置が高Ｔｃの性質を持つことが実証された。
【００３５】
ｄｃ  ＳＱＵＩＤを測定したところ予想通り印加した磁界において臨界電流が周期変調を受けることが観察された。この変調は４．２Ｋから８５．４Ｋを超える温度範囲で観察されたため、作動可能な高ＴｃＳＱＵＩＤが得られたことがはっきりと示された。
【００３６】
かくして、本発明は高温超電導体を用いる超電導マイクロブリッジ装置の技術分野における重要な進歩である。本発明を特定の実施例につき詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく種々の変形例及び設計変更が当業者に想到されるであろう。したがって、本発明は頭書した特許請求の範囲によってのみ限定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、マイクロブリッジを有するＳＱＵＩＤ装置の斜視図である。
【図２】図２は、図１の装置の一部拡大側立面図であってマイクロブリッジの構造を示す。
【図３】図３は、マイクロブリッジ装置の製造を示すフローチャートであってその製造工程の種々の点における構造を示す。
【図４】図４は、図２と同様な拡大側立面図であって、別のマイクロブリッジ構造を示す。
【図５】図５は、図２と同様な拡大側立面図であって、マイクロブリッジのさらに別の構造を示す。
【符号の説明】
２０  超電導量子干渉装置（ＳＱＵＩＤ）
２２  超電導材料のループ
２４  基板表面
２６  基板
２８  ジョッセフソン接合
３０  リード
４０  下部の平らな基板表面
４２  傾斜表面
４４  上部の平らな基板表面
５０，５２  超電導材料層
５６，５７  露出したａ軸エッジ
６０  常電導材料層
６２  ギャップ
７０  金属層
７２  段部
【図１】
0003589656.tif 000002
【図２】
0003589656.tif 000003
【図３Ａ】
0003589656.tif 000004
【図３Ｂ】
0003589656.tif 000005
【図３Ｃ】
0003589656.tif 000006
【図３Ｄ】
0003589656.tif 000007
【図３Ｅ】
0003589656.tif 000008
【図３Ｆ】
0003589656.tif 000009
【図３Ｇ】
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【図４】
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【図５】
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