高温超伝導材料の集積回路への応用の研究

1.化学気相堆積法による集積回路用超伝導薄膜の形成(1)コ-ルドウォ-ル型MOSVD法によるYBCD膜の堆積炉内の流路断面積を流れ方向に進むに従って小さくするテ-パ構造を用いて、反応による原料ガス濃度の減少を補償し、堆積量の減少を低減することに成功し、堆積薄膜の厚さ及び化学量論的組成の均一化をはかった。その結果炉内の基板位置によらず、Tcend=78.0Kの超伝導薄膜を再現性よく得ることができた。(2)MOCVD法によるBSCCO膜の堆積MgO基板上に基板温度550℃〜600℃の低温でBSCCO(2212)相の成長に成功し、Tcend〜70Kの超伝導薄膜が得られている。(3)段差型ジョセフソン接合の作成超伝導薄膜の評価手段としてMgO基板をHClでエッチングして段差を形成し、ジョセフソン接合を形成した結果、段差の上部、下部に関係なくシャピロステップが観測され、特に上部が狭い試料において高い再現性をもって接合の形成を確認した。2.rapid thermal annealingの集積回路用超伝導薄膜特性改善への応用YBCOに対し赤外線イメ-ジ炉によるrapid thermal annealingを行い、980℃以上ではYBCO膜の分解が生じるが、960℃では2分間の、annealingにより、MgO基板上にC軸配向のYBCO膜が得られ、60KのTcendの実現に成功した。更にシリコン集積回路との両立性を確めるため、ZrO_2/Si基板を用いて、940℃、5秒間のrapid thermal annealingを行い、500℃に5分間保持することにより、超伝導薄膜を得ることに成功した。この場合のTconsetは約85Kであった。以上の実験結果より、比較的低温のプロセスで酸化物超伝導体薄膜を得られることが判明し、集積回路への応用の可能性が確められた。

1.化学気相堆積法による集積回路用超伝導薄膜の形成(1)コ-ルドウォ-ル型MOSVD法によるYBCD膜の堆積炉内の流路断面積を流れ方向に進むに従って小さくするテ-パ構造を用いて、反応による原料ガス濃度の減少を補償し、堆積量の減少を低減することに成功し、堆積薄膜の厚さ及び化学量論的組成の均一化をはかった。その結果炉内の基板位置によらず、Tcend=78.0Kの超伝導薄膜を再現性よく得ることができた。(2)MOCVD法によるBSCCO膜の堆積MgO基板上に基板温度550℃〜600℃の低温でBSCCO(2212)相の成長に成功し、Tcend〜70Kの超伝導薄膜が得られている。(3)段差型ジョセフソン接合の作成超伝導薄膜の評価手段としてMgO基板をHClでエッチングして段差を形成し、ジョセフソン接合を形成した結果、段差の上部、下部に関係なくシャピロステップが観測され、特に上部が狭い試料において高い再現性をもって接合の形成を確認した。2.rapid thermal annealingの集積回路用超伝導薄膜特性改善への応用YBCOに対し赤外線イメ-ジ炉によるrapid thermal annealingを行い、980℃以上ではYBCO膜の分解が生じるが、960℃では2分間の、annealingにより、MgO基板上にC軸配向のYBCO膜が得られ、60KのTcendの実現に成功した。更にシリコン集積回路との両立性を確めるため、ZrO_2/Si基板を用いて、940℃、5秒間のrapid thermal annealingを行い、500℃に5分間保持することにより、超伝導薄膜を得ることに成功した。この場合のTconsetは約85Kであった。以上の実験結果より、比較的低温のプロセスで酸化物超伝導体薄膜を得られることが判明し、集積回路への応用の可能性が確められた。