酸化物超伝導材料による高温動作SQUIDシステムに関する研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01644001
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 栗城 真也 北海道大学, 応用電気研究所, 助教授 (30002108)
• 研究分担者: 石橋 輝雄 北海道大学, 工学部, 教務職員 ; 野矢 厚 北見工業大学, 工学部, 助手 (60133807) ; 小西 哉 信州大学, 繊維学部, 助教授 (70142750)
• キーワード: 酸化物高温超伝導体 / SQUID / ジョセフソンデバイス / 弱結合 / YBCO薄膜 / エピタルキシャル薄膜 / 酸化物超伝導体ファイバ

研究概要

本年度は、酸化物材料高温SQUID実現の基礎となる弱結合デバイスの作製を中心として研究を行った。1.微細加工技術 エピタキシャルYBCO薄膜を用いてスパッタエッチング法を検討した。低電力スパッタとPMMAレジストをマスクに用いることで、加工によるTcの低下がほとんどなく、約1μm幅のブリッジ作製や、スリット加工が可能となった。また、Auを常伝導層としたSNS型デバイス作製の基礎的検討として、Au/YBCO2重膜の熱的安定性について調べた結果、500℃以上の温度ではYBCOの構成元素(Cu,Ba)がAu中へ表面ないし粒界拡散してTcやIcが低下することがわかった。2.YBCO弱結合の作製 C軸配向したYBCO膜の結晶粒界にAuを優先的に拡散させて特定の粒界のみを弱結合化してジョセフソンデバイスとする手法を考案し、試作した。エッチングにより2〜3μm幅のYBCOブリッジを作製し、ブリッジ上に直角に幅1μm、厚さ50nmのAuのストリップを形成した後、O_2雰囲気中、450℃以上の温度で熱処理て行ってAuストリップ下のYBCO粒界を弱結合化した。その結果、TcとIcは減少し、IーV特性にマイクロ波照射ステップが見られ、ジョセフソン特性を示すデバイスが得られた。以上に加えて、ブリッジの膜厚を微細加工により一部薄くしたVTB(Variable-Thickness Bridge)の作製について検討した。エピタキシャルYBCO膜を用いてスパッタエッチングにより幅〜5μm、長さL〜1μm、膜厚比〜0.5のVTBを作製して結果、Tc近傍でマイクロ波ステップの見られるデバイスもあり、高温動作が期待された。3.ファイバ技術 アルギン酸NaとY,B,Cu硝酸塩をイオン交換させて前駆体ファイバを作製し、さらに、O_2雰囲気中で焼成することで最小直径30μmのYBCOファイバを作製した。デバイス化の方法として、2本のファイバを交差させて焼成し弱結合とする方法を検討した。150μm径のファイバを用いた例では、ジョセフソン的な非線形性をもつIーV特性が得られた。

研究成果

• [文献書誌] M.Matsuda,A.Matachi,S.Kuriki: "Low Temperature synthesis of Y-Ba-Cu oxide films and preparation of de SQUIDs" IEEE Transactions on Magnetics. MAGー25. 1301-1304 (1989)
• [文献書誌] M.Matsuda,A.Matachi,N.Hashimoto,S.Kuriki: "Microbridges made of Y-Ba-Cu oxide films with diffused Au at grain boudaries" Extended Abstracts of 1989 International Superconductivity Electronics Conference(Tokyo). 497-500 (1989)
• [文献書誌] H.Konishi,H.Kaga,K.Katsuse: "Fabrication of superconducting Y-Ba-Cu-O fibers by the alginate method" Extended Abstract of 1989 International Superconductivity Electronics Conference(Tokyo). 463-466 (1989)
• [文献書誌] S.Kuriki: "Modification of high-Tc weak-link characteristics by metal diffusion" Extended Abstracts of 6th International Workshop on Future Electron Devices(Shikabe). 379-382 (1989)
• [文献書誌] 小西哉: "アルギン酸による高温超伝導体の線材化" バイオインダストリー. 6. 549-556 (1989)
• [文献書誌] M.Matsuda,A.Matachi,N.Hashimoto,S.Kuriki: "Microbridges made of Y-Ba-Cu oxide films with an artificial weak-link structure" Japanese Journal of Applied Physics. 29. (1990)