(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にエピタキシャル膜を有し、
前記エピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄膜を有し、
前記酸化物超伝導薄膜中にジョセフソン接合を有する超伝導デバイス装置において、
前記基板が、ＸＴｉＯ３（Ｘはアルカリ土類元素のうち一種の元素を示す）からなり、
前記エピタキシャル膜が、ＰｒＡｌＯ３、ＮｄＡｌＯ３、ＳｍＡｌＯ３のいずれか一つの材料からなる膜であり、
前記ジョセフソン接合部が複数個直列に配置され、
前記ジョセフソン接合部と、前記酸化物超伝導薄膜からなる伝送線路とがモノリシック化されてなることを特徴とする超伝導デバイス装置。
【請求項２】
前記基板が結晶軸に角度ずれを持って接合されたバイクリスタル基板であり、前記ジョセフソン接合部が前記バイクリスタル基板の接合部に配置されていることを特徴とする請求項１記載の超伝導デバイス装置。
【請求項３】
前記基板がエッチングにより形成された段差を有し、
前記ジョセフソン接合部が前記基板の段差部に配置されると共に、前記ジョセフソン接合部が直線的に複数個直列に配置されることを特徴とする請求項１記載の超伝導デバイス装置。
【請求項４】
前記バイクリスタル基板において、接合部に段差が形成されていることを特徴とする請求項２記載の超伝導デバイス装置。
【請求項５】
基板上にエピタキシャル膜を有し、
前記エピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄膜を有し、
前記酸化物超伝導薄膜中にジョセフソン接合を有する超伝導デバイス装置の製造方法において、
ＸＴｉＯ３（Ｘはアルカリ土類元素のうち一種の元素を示す）からなる基板上に、ＰｒＡｌＯ３、ＮｄＡｌＯ３、ＳｍＡｌＯ３のいずれか一つの材料からなるエピタキシャル膜を形成し、
次に該エピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄膜を所定の形状に形成することにより、前記ジョセフソン接合部を複数個直列に配置すると共に伝送線路を形成して、前記ジョセフソン接合部及び前記伝送線路をモノリシック化させることを特徴とする超伝導デバイス装置の製造方法。
【請求項６】
前記基板が結晶軸に角度ずれを持って接合されたバイクリスタル基板であり、
前記ジョセフソン接合部を前記バイクリスタル基板の接合部に配置することを特徴とする請求項５記載の超伝導デバイス装置の製造方法。
【請求項７】
前記エピタキシャル膜を形成する前に、前記基板にエッチングにより段差を形成し、
前記ジョセフソン接合部を前記基板の段差部に配置することを特徴とする請求項５記載の超伝導デバイス装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電磁波検出器、磁気検出器、スイッチング装置、メモリー装置等に用いる超伝導デバイス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物超伝導体には金属超伝導体と比べ（１）臨界温度が高い（１００Ｋを越える材料も多数発見されている）、（２）エネルギーギャップが大きい、（３）異方性が強い、（４）コヒーレント長が短い、という４つの特徴がある。これらの特徴は応用、作製方法に大きな影響を与えている。良い面では（１）により使用環境の制限が少なくなり民生機器への応用も含め幅広い分野への応用が可能になって来た。更に（２）により新たに今まで利用されていなかったミリ波領域から遠赤外領域までの電磁波帯で利用できる高周波検出装置が期待されている。この様な大きな期待を持たせる反面（３）により形成する膜の結晶方位の制御が必要になり所定の結晶面を持つ単結晶基板を用い超伝導膜をエピタキシャル成長させることが必要不可欠となった。更に（４）により金属超伝導体では容易に作製出来たＳＩＳ接合型ジョセフソン接合では絶縁層を数ｎｍと極めて薄くする必要があるため積層技術が極めて困難となり今だにエネルギーギャップが明確に確認されていない。
【０００３】
この様な背景の中、酸化物超伝導体を用いたジョセフソン接合は逆に欠点とされていた特徴を積極的に利用した弱結合型が主に検討されている。この弱結合型にはＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍａｇｎ．，ＭＡＧ−２７，Ｎｏ．２，Ｍａｒｃｈ１９９１，ｐｐ２５６５や電子情報通信学会  信学技法  ＳＣＥ９４−１１，１９９４−０４，ｐｐ６５に述べられている様にＭｇＯまたはＳｒＴｉＯ3単結晶を結晶軸をずらして接合したバイクリスタル基板を用いる方法とＡｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．，６１（９），３１Ａｕｇｕｓｔ １９９２，ｐｐ１１２８や電子情報通信学会論文誌，Ｃ−１１，Ｖｏｌ．Ｊ７６−ｃ−１１，Ｎｏ．６，ｐｐ３６４に述べられている様にイオンビーム等により段差を形成したＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3、ＬａＡｌＯ3等単結晶基板を用いる方法がある。
また超伝導デバイス装置は基板上に単純にジョセフソン接合を形成するだけではなく例えば電磁波検出器では超伝導アンテナ、超伝導フィルター、超伝導遅延回路等他の素子と組合わせてモノリシック化する傾向にある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の弱結合型の超伝導デバイス装置は以下の様な問題を有していた。
【０００５】
（１）安定した弱結合素子を得るには基板はｎｍレベルの平坦性を必要とするがバイクリスタル基板の場合、研磨時に接合部にストレスが集中し接合部周辺の凹凸が大きくなり易かった。故に平坦性をｎｍレベルに抑えられ且つ大幅なコスト高にならない基板材料は限定された。ちなみに現在これらを満たしている材料はＭｇＯとＳｒＴｉＯ3のみである。しかしＭｇＯは周知のごとく酸化物超伝導体との格子定数のミスマッチが大きく超伝導薄膜をエピタキシャル成長させる上で好ましくない、更に水分に弱く研磨時や保管に於て表面が劣化し易い問題があった。ＳｒＴｉＯ3は誘電率（εr＝３１０）が高く伝送線路では減衰定数α（Ｎｐ／ｍ）や放射損が大きくなり特性劣化を招いていた。更に誘電率が高いと特性インピーダンスＺLを調整する関係から導体幅をμｍオーダーまで細くする必要があり微細加工により超伝導体のＴｃが低下する問題があった。
【０００６】
（２）（１）のバイクリスタル基板の様な製造不可能という致命的な問題ではないが、単一基板でも誘電率の低いＲＥＡｌＯ3、ＲＥＧａＯ3基板（ここでＲＥは希土類元素）等は容易に量産出来て且つ需要が多いＳｒＴｉＯ3に比べ１．５〜２倍と価格が高い問題があった。
【０００７】
（３）イオンビームにより段差を形成した基板を用いる方法は段差部に複数の結晶粒界が形成され易く、粒界部分では歪により酸素欠損が生じＴｃの低下を招いていた。複数の結晶粒界が出来るのはＳＥＭ、ＴＥＭ、ＡＦＭによる観察からエッチング低部は超伝導膜が島状成長し易く且つ元素のマイグレーションが悪いためその近傍にブロック状の結晶（異相も含む）が成長し易いここと段差上部の超伝導膜がエッチング低部側に迫り出して成長し連続してスムースに成長しないため等が考えられる。
【０００８】
本発明は以上述べた問題点を解決するものであり本来の超伝導デバイスの持つ特性を引出し、高い環境温度で使用出来、且つ安定した超伝導デバイス装置を低コストで容易に得んとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の超伝導デバイス装置は、
（１）基板上にエピタキシャル膜を有し、
前記エピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄膜を有し、
前記酸化物超伝導薄膜中にジョセフソン接合を有する超伝導デバイス装置において、
前記基板が、ＸＴｉＯ３（Ｘはアルカリ土類元素のうち一種の元素を示す）からなり、
前記エピタキシャル膜が、ＰｒＡｌＯ３、ＮｄＡｌＯ３、ＳｍＡｌＯ３のいずれか一つの材料からなる膜であり、
前記ジョセフソン接合部が複数個直列に配置され、
前記ジョセフソン接合部と、前記酸化物超伝導薄膜からなる伝送線路とがモノリシック化されてなること、
（２）前記基板が結晶軸に角度ずれを持って接合されたバイクリスタル基板であり、前記ジョセフソン接合部が前記バイクリスタル基板の接合部に配置されていること、
（３）前記基板がエッチングにより形成された段差を有し、
前記ジョセフソン接合部が前記基板の段差部に配置されると共に、前記ジョセフソン接合部が直線的に複数個直列に配置されること、
（４）前記バイクリスタル基板において、接合部に段差が形成されていること、
を特徴とする。
また、本発明の超伝導デバイス装置の製造方法は、
（５）基板上にエピタキシャル膜を有し、
前記エピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄膜を有し、
前記酸化物超伝導薄膜中にジョセフソン接合を有する超伝導デバイス装置の製造方法において、
ＸＴｉＯ３（Ｘはアルカリ土類元素のうち一種の元素を示す）からなる基板上に、ＰｒＡｌＯ３、ＮｄＡｌＯ３、ＳｍＡｌＯ３のいずれか一つの材料からなるエピタキシャル膜を形成し、
次に該エピタキシャル膜上に酸化物超伝導薄膜を所定の形状に形成することにより、前記ジョセフソン接合部を複数個直列に配置すると共に伝送線路を形成して、前記ジョセフソン接合部及び前記伝送線路をモノリシック化させること、
（６）前記基板が結晶軸に角度ずれを持って接合されたバイクリスタル基板であり、
前記ジョセフソン接合部を前記バイクリスタル基板の接合部に配置すること、
（７）前記エピタキシャル膜を形成する前に、前記基板にエッチングにより段差を形成し、
前記ジョセフソン接合部を前記基板の段差部に配置すること、
を特徴とする。
【００１０】
【実施例】
以下、実施例に従って本発明を詳細に説明していく。
【００１１】
（実施例１）
本発明よりなる超伝導デバイス装置の断面構造を図１に示す。
先ず最初に境界面のａ軸方位が３６．８゜の（１００）ＳｒＴｉＯ3バイクリスタル基板１上に酸素ラジカルビームを照射し表面の汚染層を除去する。除去状態はＲＨＥＥＤ（反射電子線回折）により確認する。次に大気に晒す事なくＲＦマグネトロンスパッタ法により表１の組成のエピタキシャル膜２を２００〜５００ｎｍ形成する。尚表１中の格子定数は疑似正方晶として表している。エピタキシャル膜２の形成条件はターゲット：表１の化学量論組成の焼結体、ＲＦパワー：１００Ｗ、ＲＦパワー密度：３．５Ｗ／ｃｍ2、成長速度：０．３〜０．４Å／ｓｅｃ、基板温度：６５０〜７００℃、ガス分圧（Ａｒ＋酸素）：１００ｍＴｏｒｒ・５０ｍＴｏｒｒである。基板温度６５０℃以下では結晶性の良いエピタキシャル成長膜は得られない。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
【表２】
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【００１４】
得られたエピタキシャル膜２の結晶特性はほぼ同じであったのでＰｒＧａＯ3を例に述べる。結晶方位はＸＲＤとＴＥＭの制限視野回折像から（１１０）ＰＧＯ‖（１００）ＳＴＯ、＜００１＞ＰＧＯ‖＜０１０＞ＳＴＯでエピタキシャル成長膜であった。但しＡｌ系の場合は（１００）ＰＡＯ‖（１００）ＳＴＯである。結晶性はＲＢＳ（ラザフォード後方散乱法）のチャネリングモードから得られたχminは３％以下と小さく優れていた。尚Ｈｅ4+イオンは基板面に対して垂直に入射している。この様にして得られたエピタキシャル膜２はバイクリスタル基板１の特性を引き継ぎ同じくバイクリスタルになっている。３は接合部である。
【００１５】
次にこのエピタキシャル膜２上にＭＢＥ装置によりＥＣＲ酸素ラジカルビーム（イオンを分離しラジカルのみ）を照射しながらＫ−ｃｅｌｌによりＹ、Ｂａ、Ｃｕの各金属を蒸着しＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-xよりなる酸化物超伝導膜４を１００〜３００ｎｍ形成した。この時の酸化物超伝導膜４の形成条件は真空度：５×１０-5Ｔｏｒｒ、基板温度：６５０〜６７０℃、成長速度：０．１〜０．３Å／ｓｅｃである。得られた酸化物超伝導薄膜４はバイクリスタルの接合部３以外ではｃ軸配向したエピタキシャル成長膜であり、臨界温度は８７Ｋであった。
次にフォトリソグラフィーとＡｒイオンビームエッチングによりジョセフソン接合５、アンテナ６、フィルター、ｅｔｃをモノリシック化した超伝導デバイス装置を得た。ジュセフソン接合５部周辺の部分平面図を図２に示す。ジョセフソン接合５は接合部３を３回横断することにより３段直列構造になっている。７はバイアス線路である。
【００１６】
得られた超伝導デバイス装置をスターリングサイクルの閉サイクル冷凍機により冷却し、検波特性を評価した。印加したマイクロ波の周波数は９．９５ＧＨｚである。必要な検波特性を満たした使用動作温度を従来のＳｒＴｉＯ3バイクリスタル基板を用いた比較例と共に表２に示した。
【００１７】
表２から判るようにほぼ同等の検波特性を得るのに本実施例では従来例に比べ高温で動作が可能となっている。これは高誘電率の基板と超伝導薄膜の中間に低誘電率で且つバイクリスタル基板１と酸化物超伝導膜４両材料に対して格子定数、線膨張係数、結晶構造が近く相性の良い材料よりなるエピタキシャル膜２を形成したことにより減衰定数αや放射損を抑え更に特性インピーダンス調整後の導体幅を広く出来るため加工による超伝導体の劣化が少なくなったためと考えられる。  尚本実施例ではバイクリスタル基板にＳｒＴｉＯ3単結晶を用いたが他にバイクリスタル基板が容易に出来るＣａＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3を用いても何等差し支えない。但しＳｒＴｉＯ3が最も多く用いられているのはこの中で酸化物超伝導体に最も格子定数の近い材料であるためであり、例えばＳｒＴｉＯ3より格子定数の大きなＢａＴｉＯ3を用いる場合は基板と酸化物超伝導の格子定数の中間の格子定数を持つＬａＧａＯ3を選択し連続的にミスマッチを抑えるとより結晶性の優れた膜を得られるためより好ましい。
【００１８】
（実施例２）
先ず（１００）ＳｒＴｉＯ3単結晶基板１ａ上に段差を形成する。単結晶基板１ａ上にＮｂ薄膜を形成し更にフォトリソグラフィーとＣＦ4＋酸素の混合ガスを用いたＲＩＥによりＮｂ薄膜をパターニングする。次にパターニングしたＮｂ薄膜をマスクとしてＡｒイオンビームエッチングにより基板１ａ上に段差３ａを形成する。マスクはその後ＲＩＥにより剥離する。得られた段差３ａの断面形状を図３に示す。深さは１００〜３００ｎｍ、傾斜角は２０〜４５゜である。
【００１９】
次に図３に示す様に段差３ａを形成した基板１ａ上にＰｒＧａＯ3よりなるエピタキシャル膜２を、更にその上にＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-xより成る酸化物超伝導膜４を実施例１と同じ条件で形成した。その後酸化物超伝導膜４ａをパターニングしてモノリシック化した超伝導デバイス装置を得た。なおジョセフソン接合５は実施例１の様なメアンダ状による連続形成ではなく図４に示すように複数の段差部３ａを横切ることにより平面上直線的に形成されている。メアンダ状はミリ波の様な高周波になるとインダクタンス成分を持つため本実施例の様に直線的であることが好ましい。
【００２０】
【表３】
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【００２１】
得られた超伝導デバイス装置を実施例１と同様に評価した。結果を表３（左）にＳｒＴｉＯ3基板をそのまま用いた場合の比較例とともに示した。表から判るように高誘電率の基板と超伝導薄膜の中間に低誘電率で且つ基板、超伝導膜と共に格子定数、線膨張係数、結晶構造が近く相性の良いエピタキシャル膜２を形成したことにより、より高温で使用可能となり実施例１と同様な効果が見られた。
【００２２】
またモノリシック化した超伝導デバイス装置の評価だけでなく直列に連続形成したジョセフソン接合部のみの臨界温度の測定も行った。結果を表３（右）に示す。表から判るように本発明によると低誘電率化したことによる改良だけでなく、ジョセフソン接合５の臨界温度低下抑制効果も僅かではあるが見られる。この効果のメカニズムに付いてはより顕著に効果が見られた実施例４に於いて詳細に述べる。
【００２３】
尚実施例ではエピタキシャル膜２にＰｒＧａＯ3を用いているがＬａＡｌＯ3、ＰｒＡｌＯ3、ＮｄＡｌＯ3 、ＳｍＡｌＯ3、ＬａＧａＯ3、ＳｒＬａＡｌＯ4、ＬａＳｒＧａ０4等超伝導体と相性の良い低誘電率材料であれば何等差し支えない。
【００２４】
この様に本実施例は実施例１の様に基板の製造制約に起因した改良ではないが大量生産され価格の安いＳｒＴｉＯ3を用いる事が出来るためコストダウンに有効である。
【００２５】
（実施例３）
先ず境界面のａ軸方位が３６．８゜の（１００）ＳｒＴｉＯ3バイクリスタル基板１の接合部３に図５（平面は図２参照）に示すようイオンビームによりエッチングし接合段差部３ｂを形成する、その後実施例１と同様な工程により超伝導デバイス装置を得た。用いたエピタキシャル膜２は表１の材料である。結果は実施例１、実施例２より使用環境温度は若干低下するものの同様な効果が見られ、更にバイクリスタルと段差を組み合わせることにより、工程が増えたにも関わらず特性バラツキは実施例１、２より減少しバラツキの抑制効果が見られた。
【００２６】
（参考例１）（１１０）ＰｒＧａＯ３、（１００）ＬａＡｌＯ３と（１００）ＳｒＴｉＯ３単結晶基板１ａ上に実施例２と同様に段差を形成する。
【００２７】
次に段差３ａを形成した単結晶基板１ａ上に単結晶基板１ａと同じ組成のＰｒＧａＯ３とＳｒＴｉＯ３エピタキシャル膜２ａを１〜３ｎｍ、更にその上に酸化物超伝導膜４を実施例１と同じ条件で形成した。その後酸化物超伝導膜４をパターニングして超伝導デバイス装置を得た。なお図６の様に本参考例ではジョセフソ接合部のみを評価するため他の素子は形成しなかった。
【００２８】
段差部３ａの周部をＳＥＭ、断面ＴＥＭ、ＡＦＭで観察したところ段差上部、エッチング低部共に超伝導膜は平坦で良い表面モフォロジーを示し、コーナー部も含め連続してスムースに形成されていた。これはエッチングにより荒れた（欠陥）基板のエッチング低部やコーナー部がホモエピタキシャル膜を形成することにより結晶面が補整され平坦に且つスムースになり後に形成する酸化物超伝導膜４が層状に成長し易くなったためと考えられる。
【００２９】
次に直列に連続形成したジョセフソン接合の臨界温度を測定した。結果をホモエピタキシャル膜を形成しない比較例と共に表４に示した。
【００３０】
【表４】
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【００３１】
表４から判るように本発明によると高い臨界温度を示した。これは段差部３ａに於ける複数の粒界の発生と歪を抑えているため酸素欠損が少なくなり臨界温度の低下が少なくなった為と考えられる。
【００３２】
また液体窒素温度（７７Ｋ）に於いて９．９５ＧＨｚのマイクロ波を照射したところノイズラウンディングを示すもののシャピロステップ（ＡＣジョセフソン効果）を確認した。
【００３３】
（参考例２）先ず最初に境界面のａ軸方位が２４゜の（１００）ＳｒＴｉＯ３バイクリスタル基板１上に酸素ラジカルビームを照射し表面の汚染層を除去する。次に大気に晒す事なくＲＦマグネトロンスパッタ法により基板と同じ組成のＳｒＴｉＯ３よりなるホモエピタキシャル膜（形成すると基板と見分けが付かなくなるが実施例１の２に相当する）を１〜３ｎｍ形成する。ホモエピタキシャル膜の形成条件はターゲット：化学量論組成の焼結体、ＲＦパワー：１００Ｗ、ＲＦパワー密度：３．８Ｗ／ｃｍ２、成長速度：０．５Å／ｓｅｃ、基板温度：６５０℃、ガス分圧（Ａｒ＋酸素）：１００ｍＴｏｒｒ・５０ｍＴｏｒｒである。また成膜中にＲＨＥＥＤ振動をモニターし最も平坦性の良いところで成膜を終了する。
【００３４】
次にこのホモエピタキシャル膜上にＭＢＥ装置によりＥＣＲ酸素ラジカルビーム（イオンを分離しラジカルのみ）を照射しながらＫ−ｃｅｌｌによりＹｂ、Ｂａ、Ｃｕの各金属を蒸着しＹｂＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘよりなる酸化物超伝導膜４を１００ｎｍ形成した。この時の酸化物超伝導膜４の形成条件は真空度：５×１０−５Ｔｏｒｒ、基板温度：６５０℃、成長速度：０．３Å／ｓｅｃである。得られた酸化物超伝導薄膜４はバイクリスタルの接合部３以外ではｃ軸配向したエピタキシャル成長膜であり、臨界温度はＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘより僅か低い８４Ｋであった。その後酸化物超伝導膜４を図７に示すようにパターニングして超伝導デバイス装置を得た。なお本参考例ではジョセフソン接合５部のみを評価するため他の素子は形成しなかった。次に直列に連続形成したジョセフソン接合５の臨界温度とそのバラツキを測定した。結果をホモエピタキシャル膜を形成しない比較例と共に表５に示した。
【００３５】
【表５】
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【００３６】
表５から判るように本参考例によると参考例１ほど顕著ではないが高い臨界温度を示した。これはバイクリスタル基板の研磨時に於ける接合部への応力の集中により周部より大きくなった凹凸や欠陥がホモエピタキシャル膜を形成することにより補整され原子レベルで高精度な接合界面になり、後に形成する超伝導薄膜４の粒界部の幅即ちジョセフソン接合距離ｗも安定して精度よく出来るためである。基板の接合部が安定していないとジョセフソン接合距離ｗが大きくバラツクだけでなく全体的に長くなる傾向にありトンネル電流が低下し、臨界温度も低下する。
【００３７】
ＳｒＴｉＯ3を用いる場合は誘電率を問題としないＳＱＵＩＤの様な超伝導デバイス装置に有効である。
【００３８】
尚本参考例では容易にバイクリスタル基板１の形成できるＳｒＴｉＯ３を用いたがバイクリスタルの形成出来る材料であれば効果は同じであり何等差し支えない。
【００３９】
（実施例４）本実施例の基板には厚さ２００μｍと薄い（１００）ＳｒＴｉＯ３バイクリスタル基板１を用いる。先ず最初にバイクリスタル基板１の表面に酸素ラジカルビームを照射し表面の汚染層を除去する。次に大気に晒す事なくＲＦマグネトロンスパッタ法によりＬａＡｌＯ３よりなるエピタキシャル成長した下地層２ａを２００ｎｍ〜７００ｎｍ形成する。下地層２ａの形成条件はターゲット：化学量論組成の焼結体、ＲＦパワー：１００Ｗ、ＲＦパワー密度：３．５Ｗ／ｃｍ２、成長速度：０．３５Å／ｓｅｃ、基板温度：６６０℃、ガス分圧（Ａｒ＋酸素）：１００ｍＴｏｒｒ・５０ｍＴｏｒｒである。この下地層２ａはバイクリスタル基板１の結晶特性を引継ぎ同じくバイクリスタルと成っている。
【００４０】
次にフォトリソグラフィーとフッ酸を用いたウエットエッチングによりバイクリスタル基板１を図８に示す様に裏面から下地層２ａまで除去する。除去範囲は後に形成するアンテナ、伝送路、等超伝導デバイス８の下部である。
【００４１】
尚バイクリスタル基板１と下地層２ａは同質の材料であるためエッチング液の種類に因らずエッチングレートは近い値を示しバイクリスタル基板１のみをエッチングするには精密な制御が必要である。精密な制御を避けるにはバイクリスタル基板１と下地層２ａの中間にＰｔ層を形成すると良い。Ｐｔは王水以外の酸には侵されないためバイクリスタル基板１のみのエッチングが容易に出来る。但しその場合Ｐｔ層もエピタキシャル成長させる必要がある。ＰｔとＳｒＴｉＯ3（１００）の格子定数の整合性（それぞれ３．９２４と３．９０５）と密着性は良く、パワー：１００Ｗ、成長速度：１〜５Å／ｓｅｃ、基板温度：５８０〜６３０℃、ガス分圧（Ａｒ）：６ｍＴｏｒｒの成膜条件でエピタキシャル成長する。Ｐｔは本来１１１配向し易い材料であり、基板温度は高過ぎても、低過ぎても１１１配向するため注意が必要である。またＰｔ層はストリップライン、マイクロストリップラインを形成する場合はグランドとして利用出来る。
【００４２】
次に下地層２ａ上に実施例１と同様にＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-xより成る酸化物超伝導膜４を形成し、更に酸化物超伝導膜４をパターニングしてモノリシック化した超伝導デバイス装置を得た。本実施例では酸化物超伝導膜４の劣化を極力抑えるため、基板１の裏面をエッチング除去してから酸化物超伝導膜４を形成しているが酸化物超伝導膜４の形成法によっては基板の一部を除去したことによる熱伝導の不均一性、歪等により逆に良い酸化物超伝導膜４が得られない場合がある。その場合は保護膜等劣化防止を施し酸化物超伝導薄膜４を形成後基板の除去を行う。但し酸化物超伝導薄膜４のパターニングは劣化防止の面から基板１の除去後が好ましい。
【００４３】
次にモノリシック化した超伝導デバイス装置を実施例１と同様な条件で評価した。結果を表６に示す。
【００４４】
【表６】
0003739436.tif 000007
【００４５】
表６から判るようにほぼ同等の検波特性を得るのに本実施例では従来例に比べ高温で動作が可能となっており、その改善効果は実施例１より更に顕著になっている。これは超伝導アンテナ、超伝導伝送線路等、超伝導デバイス８の下部に位置する高誘電率の基板を完全に除去し低誘電率の下地層２ａのみにしたためより顕著に減衰定数αや放射損を抑え、特性インピーダンス調整後の導体幅を広く出来て微細加工による超伝導体の劣化が少なくなったためと考えられる。（ちなみに特性インピーダンス５０Ω、線幅５０μｍのコプレーナー伝送線路では、周波数９．９５ＧＨｚ、温度６７Ｋに於て９．９×１０-2ｄＢ／ｍと低い減衰定数を確認している。）
尚実施例ではバイクリスタル基板１を用いたが段差型ジョセフソン接合を形成する場合は単結晶基板を用いてもよく、エピタキシャル膜２にＬａＡｌＯ3を用いたがＰｒＡｌＯ3、ＮｄＡｌＯ3 、ＳｍＡｌＯ3、ＬａＧａＯ3、ＰｒＧａＯ3、ＳｒＬａＡｌＯ4、ＬａＳｒＧａ０4、ＭｇＯ等を用いても低誘電率で基板やＰｔと相性のよい材料であれば何等差し支えない。ＭｇＯは前述したように基板に用いる場合は研磨、保管に於ける水分による表面劣化が問題であるが、エピタキシャル膜２として用いる場合は工程を大気に晒す事なく、ドライプロセスで行い必要に応じて保護膜を形成すると問題ではない。またＭｇＯは超伝導材料との格子定数のマッチングがＬａＡｌＯ3等と比べて悪いが誘電率はより低いため特に誘電率を問題とする超伝導デバイス装置には有効である。更に本実施例では超伝導デバイス装置の機械的強度を考慮し基板の除去を部分的に行っているが後に補強工程を付加すると基板を全部除去しても良い。
【００４６】
以上実施例１〜４及び参考例１〜２に於いて１２３構造のＹ系酸化物超伝導材料で本発明を説明したが１２４構造や２４７構造のＹ系、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘを代表とするＢｉ系、Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙを代表とするＴｌ系、Ｌａ１．８Ｓｒ０．２ＣｕＯ４を代表とするＬａ系、Ｂａ０．６５Ｋ０．３５ＢｉＯ３を代表とするＢＫＢＯ系、Ｎｄ１．８５Ｃｅ０．１５ＣｕＯ４−ｚを代表とするＮｄ系超伝導材料等であっても何等差し支えない。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば超伝導デバイス装置に於て超伝導デバイスと基板の中間部に低誘電率で且つ基板と超伝導体との格子定数・線膨張係数・結晶構造が近く相性の良いエピタキシャル膜を形成すること、基板上にホモエピタキシャル膜を形成しその上に超伝導デバイスを形成すること、低誘電率の下地層を残し超伝導デバイスの下部に位置する基板を除去することによって減衰定数αや放射損を抑え、特性インピーダンス調整後の導体幅を広く出来るため加工による超伝導体の劣化が少なくなり、更に弱結合部の臨界温度の低下を抑制できるため本来の超伝導デバイスの持つ特性を引出し、高い環境温度で使用可能で且つ特性の安定した超伝導デバイス装置を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明よりなる第１の実施例に於ける超伝導デバイス装置の部分断面図。
【図２】  本発明よりなる第１の実施例に於ける超伝導デバイス装置のジョセフソン接合部周辺の部分平面図。
【図３】  本発明よりなる第２の実施例に於ける超伝導デバイス装置の部分断面図。
【図４】  本発明よりなる第２の実施例に於ける超伝導デバイス装置のジョセフソン接合部周辺の部分平面図。
【図５】  本発明よりなる第３の実施例に於ける超伝導デバイス装置の部分断面図。
【図６】  参考例１に於ける超伝導デバイス装置のジョセフソン接合部の平面図。
【図７】  参考例２に於ける超伝導デバイス装置のジョセフソン接合部の平面図。
【図８】  本発明よりなる第４の実施例に於ける超伝導デバイス装置の部分断面図。
【符号の説明】
１・・・バイクリスタル基板
１ａ・・・単結晶基板
２・・・エピタキシャル膜
２ａ・・・下地層
３・・・接合部
３ａ・・・段差部
３ｂ・・・接合段差部
４・・・酸化物超伝導薄膜
５・・・ジョセフソン接合
６・・・超伝導アンテナ
７・・・バイアス線路
８・・・ 超伝導デバイス
ｗ・・・ジョセフソン接合距離
【図１】
0003739436.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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