Si上のZrO_2膜上のasーgrown高温超伝導膜の形成と超伝導素子への応用

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01644523
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 大坂 之雄 広島大学, 工学部, 教授 (30006217)
• Keywords: 酸化物高温超伝導体 / 超伝導素子 / 超伝導膜

Research Abstract

単結晶Si上に、バッファ-層としてZrO_2およびYSZを、エピタキシャル成長し、その上にBa-Y-Cu-O系高温超伝導薄膜を熱処理を行うことなく形成した。この膜のTcは、84Kであり、70Kでの臨界電流密度は、10^4A/cm^2であった。
この膜の超伝導素子への応用として、SrのVLSIの素子分高技術に用いられるトレンチ技術を用いて、深さ約3μmの溝でパタ-ニングされたSi表面上に、マイクロブリッヂ素子を形成した。加工精度は、約0.8μmで、幅(8〜2)μm、長さ2μmの素子を形成した。この素子の臨界電流密度は、バルクの値と一致し、この素子は、粒界に無関係なジョセフソン効果を示すことが確認された。また、マイクロ波により、ジョセフソン効果に特有なシャピロステップ特性がI-V特性に生じた。素子のI-V特性および渦子運動領域でのダイナミック抵抗は、Aslamazouとdarkinによる理論的予言と定性的に一致する。素子の幅が、磁場侵入距離よりも長いことで上記理論を修正して、実験を解析した。
次に、超伝導膜の品質向上に関しては、バッファ-層としてY_2O_3/YSZを用いた。この場合のBa-Y-Cu-O膜は、イオンビ-ム・チャネリングによるランダムと整列方向のYieed比が、約4%と優れた結晶性を示す。また、77Kでの臨界電流密度は、5×10^5A/cm^2と向上した。
今後の課題として、上記マイクロブリッヂを組合して、高感度SQUID素子の形成を試みる。また、マイクロブリッヂ素子の超伝導電流のゲ-ト制御による超伝導トランジスタ素子形成を試みる。

Research Products

• [Publications] H.Myoren: "The Possibility of microbridge junctions with high-Tc superconducting oxide thin films on Si" Extended Abstracts of 6th Int.Workshop on FED. PD08. 209-212 (1989)
• [Publications] H.Myoren: "As-grown preparation and applications on epitaxial Ba_2YCu_3Ox their films sputtorod on epitaxial ZrO_2/Si" SPIE Proc."Processing of films for high Tc superconductor". TF2-4. 429-432 (1989)
• [Publications] H.Myoren: "Epitaxial and as-grown Preparation of Ba_2YCu_3Ox their films with epitaxially grown ZrO_2 as a butter layer" SPIE Proc.(1990)
• [Publications] H.Myoren: "Josephsnr effect in wide superconducting bridges made by epitaxial Ba_2YCu_3Ox" Jpn.J.Appl.Php,. 28. L2213-L2215 (1989)