単結晶ニオブ薄膜のデバイス化に関する研究

单晶铌薄膜器件制备研究

• 批准号: 09750338
• 负责人: 松田 瑞史
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Muroran Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750338/
• 关键词: 超伝導Nb薄膜; エピタキシャル成長; 単結晶; 積層構造; デバイス応用; 超伝導ニオブ簿膜

本研究は、多結晶Nb薄膜を基礎として発展してきた超伝導デバイスのさらなる高性能化をはかるために、Nb薄膜を単結晶化して従来問題となってきた結晶粒界での電子散乱や磁束捕捉などを低減しようとする試みである。sapphireR面(1102)基板上に高真空電子ビーム蒸着法によってヘテロエピタキシャル成長させたNb薄膜は、すでに平成9年度に行ったX線回折・RHEED(反射高速電子線回折)・AFM(原子間力顕微鏡)等による評価や抵抗-温度特性測定の結果から、ほぼ単結晶となっており低温での電子散乱も小さいことがわかっている。平成10年度は、前年度に測定を行った強磁場特性の評価に続いて、弱磁場中での特性の精密評価を行った。磁気シールド内で超伝導量子干渉素子(SQUID)グラジオメータを用いてNb薄膜の磁束ノイズの測定を行った結果、超伝導転移時に磁場を印加しながら冷却した場合のエピタキシャルNb薄膜の磁束ノイズレベルは、特に低周数領域において多結晶Nb薄膜のそれよりも小さいことがわかった。このことは、低周波ノイズの原因となる磁束トラップが少ないことを意味しており、SQUID等のデバイスに応用した際のエピタキシャル膜の多結晶膜に対する優位性を示唆するものである。なお、これらの測定はすべて液体He中(温度4.2K)において行われたため本年度設備備品であるHe液面計が使用された。次にデバイス化への第一歩として、超伝導トンネル接合のバリア/電極として想定したTa/Nb積層構造をエピタキシャルに成長させることを試みた。エピタキシャルNb上に基板加熱を特に行わずに堆積したTa薄膜は(100)と(110)配向の混相となったが、Ta成膜中にも高温での基板加熱を行うことで(100)配向への単相化が可能となり、エピタキシャルTa/Nb積層構造を得ることができた。実際のトンネルバリアとしてはこのTa表面を酸化して絶縁層としなければならないため、本年度設備備品であるバラトロン真空計でモニタしながら酸素ガスを導入している。現在、得られた試料Ta表面での酸化状態を光電子分光・SIMS等により解析している。

In this paper, the development of polycrystalline Nb thin films and the optimization of electron scattering and magnetic beam trapping in polycrystalline Nb thin films are studied. High vacuum electron deposition method for Nb thin film growth on sapphire R surface (1102) substrate was used in the evaluation of resistance-temperature characteristic measurement results such as X-ray reflection, RHEED(reflection high-speed electron beam reflection) and AFM(atomic force microscopy) in the ninth year of Heisei. In 2010, the evaluation of the characteristics of high magnetic field and low magnetic field was carried out. The magnetic field of Nb thin film is cooled when the magnetic field is applied to the superconducting quantum interference element (SQUID) in the magnetic field. The magnetic field of Nb thin film is cooled when the superconducting quantum interference element (SQUID) is applied to the polycrystalline Nb thin film. The reason for this is that the magnetic beam has a small number of advantages over the SQUID film. This year's equipment was used to measure He in liquid He (temperature 4.2K). The first step in the formation of Ta/Nb multilayer structure is to form a superconductor. Ta thin film (Ta/Nb) alignment mixing phase mixing In fact, the production process of Ta surface acidification layer, this year's equipment spare parts, vacuum gauge, acid element introduction Now, we can analyze the acidification state of Ta surface by photoelectron spectroscopy and SIMS.

项目成果

松田瑞史 他: "エピタキシャルNb簿膜の作製と特性評価" 電子情報通信学会 超伝導エレクトロニクス研究会技術報告. SCE97-17. 1-6 (1997)

Mizushi Matsuda 等人：“外延 Nb 薄膜的制备和表征”超导电子学研究组的 IEICE 技术报告 (1997)。

M.Matsuda et.al.: "Fabrication and characterization of epitaxial Nb films" Extended Abstracts of 6th Internatinal Superconductive Electronics Conference. Vol.2. 179-181 (1997)

M.Matsuda 等人：“外延 Nb 薄膜的制造和表征”第六届国际超导电子会议的扩展摘要。

E.Maruyama et al.: "Analytical approach to calculate the flux dependentcurrent-voltage characteristics of dc superconducting quantum interferencedevices" Journal of Applied Physics. 83(11). 6166-6171 (1998)

E.Maruyama 等人：“计算直流超导量子干涉装置的通量相关电流-电压特性的分析方法”应用物理学杂志。

松田瑞史: "デバイス用超伝導簿膜の作製と評価" 電気学会 センサ材料・プロセス技術研究会技術報告. SMP97-7. 7-12 (1997)

Mizushi Matsuda：“器件用超导薄膜的制备和评估”日本电气工程师学会传感器材料和工艺技术研究组的技术报告SMP97-7（1997）。

松田瑞史 他: "超高純度Nbの作製と評価" 電気学会センサ材料・プロセス技術研究会技術報告. SMP-98-6. 7-11 (1998)

Mizushi Matsuda等：“超高纯Nb的制备和评估”日本电气工程师学会传感器材料和工艺技术研究组的技术报告SMP-98-6（1998）。