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

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02226101
• 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, 講師 (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 / ジョセフソン素子 / 弱結合 / YBCO薄膜 / エピタキシャル薄膜 / 酸化物超伝導体ファイバ

研究概要

本年度は、YBCO薄膜の作製と、SNS弱結合デバイスの作製を中心に研究を行った。
<1.YBCO薄膜>___ー 大型タ-ゲット(10cmφ)をもったマグネトロンスパッタ装置を用いて基板とタ-ゲットを対向させたon axis法でYBCOの成膜を行った。本法のねらいは、大型タ-ゲットの中心部(erosion areaの内側)に基板をタ-ゲットに近接させて置くことによりタ-ゲットから垂直に飛来する高エネルギ-の負イオン衝撃を避け、かつ活性なプラズマ酸素による薄膜の酸化を促進することにある。さらに、膜中のCu量の不足を補うためerosion areaの内側に円盤上のCu板を置き、低ガス圧(20mTorr)でスパッタを行った結果、高成膜速度(500nm/hr)でTc〜75K程度のc軸配向膜が得られるようになった。
<2.SNSエッジ接合>___ー コヒ-レンス長の大きなab面内の電流を利用するSNSデバイスとして、斜めエッジを接合面とするYBCO/Au/Nb接合を作製した。まず、YBCO膜のななめエッジを40度の角度のArスパッタエッチングにより形成し、続いてAuの堆積(80nm)をin situで行う。つぎに、YBCO/Au界面状態の回復のためO_2中で350℃の熱処理を30min行ったあと、清浄なN/S界面を確保するため30nmのAuと上部電極のNbをin situで成膜してSNS接合とした。接合の幅が200μmと500μmの2つのデバイスにおいて超伝導電流がNbのTcである約8Kまで観測され、マイクロ波印加によりシャピロステップが見られた。4.2KでのIcRn値は4〜13μVである。以上から、SQUIDの基本素子であるジョセフソン素子の作製が可能となったが、高温動作についての検討がさらに必要である。
<3.ファイバ弱結合>___ー アルギン酸のイオン交換法により作製するYBCOファイバにおいて、ファイバ焼成前の前駆体の一部にAlイオンを拡散させて弱結合とする方法を試みたが結果、超伝導電流をもつ vortex flow型のIーV特性が観測された。

研究成果

• [文献書誌] 橋本 憲雄,松田 瑞史,栗城 真也,石橋 輝雄,寺嶋 孝仁,坂東 尚周,山本 和貫,平田 和人,飯島 賢二,林 克彦: "エピタキシャルYBCO薄膜を用いたartificial weakーlinkーAu/YBCOの作製と評価ー" 電子情報通信学会技術研究報告. SCE90ー5. 25-30 (1990)
• [文献書誌] 橋本 憲雄,神山 卓也,栗城 真也,寺嶋 孝仁,坂東 尚周,山本 和貫,平田 和人,飯島 賢二,林 克彦: "エピタキシャルYBCO薄膜を用いたartificial weakーlink(II)ーvariable thickness bridgesの作製と評価ー" 電子情報通信学会技術研究報告. SCE90ー18. 1-6 (1990)
• [文献書誌] 神山 卓也,橋本 憲雄,栗城 真也,寺嶋 孝仁,坂東 尚周,山本 和貫,平田 和人,飯島 賢二,林 克彦: "エピタキシャルYBCO薄膜を用いたSN(超伝導/常伝導)エッジ接合" 電子情報通信学会技術研究報告. CPM90ー29. 7-12 (1990)
• [文献書誌] 神山 卓也,橋本 憲雄,栗城 真也,松田 瑞史,寺嶋 孝仁,坂東 尚周,山本 和貫,平田 和人,飯島 賢二,林 克彦: "エピタキシャルYBCO薄膜を用いたYBCO/Au/Nb SNS接合" 電子情報通信学会技術研究報告. SCE90ー42. 31-36 (1990)
• [文献書誌] H.Konishi: "Fabrication of superconducting YーBaーCuーO fibers by the alginate method" Journal of the Faculty of Textile Science and Technology Shinshu University. B108,no20. 1-9 (1990)
• [文献書誌] 小西 哉: "アルギン酸を利用した超伝導ファイバの作製" 月刊海洋. 22. 756-760 (1990)