Si上のZro_2膜へのasーgrown高温超伝導膜の形成と超伝導素子への応用

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03210224
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 大坂 之雄 広島大学, 工学部, 教授 (30006217)
• 研究分担者: 明連 広昭 広島大学, 工学部, 助手 (20219827)
• キーワード: 高温酸化物超伝導膜 / Si上の高温超伝導膜 / マイクロブリッヂ素子 / ボルテックス・フロ-型素子 / SQUID

研究概要

窒素温度以上の臨界温度をもつ高温酸化物超伝導膜を、asーgrownでSi基板上に形成する技術は、將来の窒素温度作動の半導体素子と超伝導素子の結合を可能ならしめる有用な技術である。当研究グル-プは、Si基板上にYSZとY_2O_3をバツファ-層にして、70Kで臨界電流密度が約10^6A/cm^2をもつ高品質YBa_2Cu_3O_x薄膜の形成に成功した。本年度は、この膜を用いたサブミクロンの大きさをもつマイクロブリッヂ素子の特性解析と、SQUID作成のための超薄膜YBa_2Cu_3O_xの形成を主目的にした。
1.Si基板上に微細加工技術を用いて、サブミクロンの大さをもつYBa_2Cu_3O_x膜のブリッヂを形成した。この素子のジョセフソン臨界電流密度は、70Kで約10^6A/cm^2と大きい。この素子特性を、AslamazovとLarkinの理論を拡張して解析を行った。このマイクロブリッジ素子は、粒界接合と無関係なボルテックス・フロ-型の素子であることが確認された。
2.上述のマイクロブリッヂ素子を用いてのSQUID形成のためには、SQUIDの変調度を低下させないためには、約200A^ﾟのYBa_2Cu_3O_x薄膜の形成が望まれる。Si基板上にYSZとY_2O_3のバツファ-層をもうけ、100A^ﾟの膜厚まで臨界温度が70KであるYBa_2Cu_3O_x膜の形成に成功した。また、90A^ﾟ以下で急速に臨界温度を低下する薄膜については、成長速度の低下により、このような現象が消去されることを見出した。

研究成果

• [文献書誌] Yukio OSAKA,Hiroaki MYOREN and Yoshimasa ISAWA: "Analysis of Josephson Effect in Wide Superconducting Bridges made by HighーQuality Ba_2YCu_3O_x Thin Films on Silicon with Buffer Layers" IEICE Transaction. E74(7). 1972-1979 (1991)
• [文献書誌] Hiroaki NYOREN,Kanji HARADA,Aiko MIYAMOTO,Naokazu MIYAMOTO and Yukio OSAKA: "Preparation of Ultrathin HighーT_c Superconducting Films on Si and Application to Superconducting Devices" Ext.Abs.1991 Int.Conf.on Solid State Devices and Materials. 426-428 (1991)
• [文献書誌] Hiroaki MYOREN,Kanji HARADA,Aiko MIYAMOTO,Naokazu MIYAMOTO and Yukio OSAKA: "Preparation and Properties of Ultrathin HighーT_c Superconducting Films on Si" Jpn.J.Appl.Phys.30(12B). 3896-3899 (1991)
• [文献書誌] Hiroaki MYOREN,Kanji HARADA and Yukio OSAKA: "Fabrication and IーV Characteristics of BYCO/barrier/BYCO Josephson Junction" Ext.Abs.3rd FED Workshop on High Temperature Superconducting Electron Devices. 102-103 (1991)
• [文献書誌] Hiroaki MYOREN,Takatoshi ISHIKAWA and Yukio OSAKA: "Nonlinear IーV Characteristics of Bi_2Sr_2CaCu_2O_x Thin Films" Jpn.J.Appl.Phys.30(9A). L1553-L1555 (1991)
• [文献書誌] Hiroaki MYOREN,Takatoshi ISHIKAWA and Yukio OSAKA: "CーV Characteristics of AgーMgOーHIGHーT_c Superconductor MIS Diode" Physica C. 185ー189. 2529-2530 (1991)