平面型約瑟夫遜器件的製作方法

2023-12-07 09:44:01

專利名稱：平面型約瑟夫遜器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種平面型約瑟夫遜器件及其製造方法，該器件包括兩層氧化物超導材料，在這兩層超導層之間設置至少一層非超導層。
在M.G.Blamire等人的論文(J.Phys.DAppl.Phys.20，pp1330-1335，1987)中已披露了製造約瑟夫遜器件或約瑟夫結的方法。在此文中，在藍寶石基片上，設有一層Y2O3緩衝層，在其上，施加第一YBa2Cu3O7-δ氧化物超導層。隨後，再設置一層薄Y2O3層，用作一個隧道勢壘層。接著再施加第二YBa2Cu3O7-δ層，在其上可設置Nb接觸。在氧化氣氛中使用金屬靶板，藉助直流磁控管濺射方法製造這些薄層。用等離子蝕刻或離子蝕刻法形成圖形。
在目前已知的氧化物超導材料中，由於存在大量金屬元素，對超導特性，特別是對出現超導特性時的最高溫度Tc有消極影響，而金、銀是少有的幾種例外中的兩例。特別是氧含量的擾動似乎有不良影響。在器件的製造中，如要有隧道勢壘層的約瑟夫遜結，則必須防止發生氧自隧道勢壘層向超導材料的擴散，或隧道勢壘層與超導材料間發生反應。對此種現象，可採用一種金屬，如銀的緩衝層，使氧通過，然而，在高溫下此法並非總是有效的。
本發明的一個目的尤其在於提供一種約瑟夫遜器件以及一種簡單的製造該器件的方法，按此法，在隧道勢壘中，除銀之外，不使用其它金屬元素。
本發明的再一個目的是給約瑟夫遜器件提供一個隧道勢壘，該勢壘在對超導材料進行焙燒時所必需的高溫下仍是穩定的。
本發明的另一個目的在於提供一種約瑟夫遜器件，其中的兩層超導薄膜可用同樣的或兩種不同的氧化物超導材料形成。
根據本發明，此目的可用本文開頭一節所述的器件和方法達到，其中的非超導層是由銀鹽製作的，通過銀層與超導層相連接。
例如，氯化銀、溴化銀、鹽酸銀、磷酸銀均可用作銀鹽。根據本發明方法的一個優選的實施例中，銀鹽是硫酸銀。
在根據本發明方法的一個適合的實施例中，其硫酸銀是由銀與二氧化硫和三氧化硫的混合物反應而製取的。
在根據本發明方法的另一個實施例中的硫酸銀是由銀經與硫化氫反應，隨後用氧來氧化而製取的。本實施例的特有優點在於可以同時進行氧的氧化過程和對氧化物超導材料的焙燒工序。
在未早期公開的荷蘭專利申請NL8900405中描述了一種約瑟夫遜器件的製造方法，該器件中的非超導層通過貴金屬層與兩層氧化物超導材料層相連接。
用本來公知的幾種方法可以製得氧化物超導材料薄膜。一般必需進行高溫處理，以得到所需的化合組成，特別是關於氧的平衡和金屬原子的化合價，尤其是銅原子的化合價，根據M.Hurbitch等人的論文(Appl.Phys.Lett.51(13)，pp1027-1029，1987)在氧化氣氛中使用金屬靶板，例如以直流磁控管濺射澱積的方法，製備氧化物超導材料YBa2Cu3O7-δ薄膜，然後在高溫，如800°～900℃進行焙燒。其他常用的方法有真空蒸發，雷射蒸發和化學汽相澱積。C.E.Rice等人的文章(Appl.Phys.Lett.52(21)，pp1828-1830，1988)披露一種用CaF2，SrF2，Bi和Cu，藉助真空蒸發製備Ca-Sr-Bi-Cu氧化物薄膜，然後在725°～850℃氧化。為獲得具有高的臨界溫度的材料，(即低於此溫度，超導特性才發生的溫度Tc)必需進行高溫處理。
本發明將參照附圖並列舉實施例的方式做更詳細的解釋。


圖1表示一種根據本發明的約瑟夫遜器件。
圖2a～圖2c一些根據本發明的方法的工藝步驟。
實施例1圖2a表示一個鈦酸鍶SrTiO3基片10，例如用真空蒸發方法，將基片保持在850℃溫度，在其上製備YBa2Cu6O6-7氧化物超導層11。其它基片材料，例如Mgo、Y2O3以及諸如具有緩衝保護層的藍寶石的基片，例如Ta2O5，LaF3和ZrO2也能適用於根據發明的方法。
在超導材料中可按已知方式替換而並不影響本發明方法運用的有效性，例如，Y可完全或部分地用稀土金屬離子替代，Ba可作Sr或Ca替代，而O可部分地用F替代。本發明中使用的氧化物超導材料也可用其它氧化物超導材料，諸如Ca-Sr-Bi-Cu氧化物來替換加以實施。Bi部分地可用Pb，(La，Sr)2CuO4和除Tl以外含有Ca和/或Ba的銅酸鹽來替代。
對於層11的製備，例如可以採用具有所需組成的靶板的濺射，而不採用真空蒸發。在此工藝中，基片保持在高溫，而澱積也可在低溫下進行。在後一種情況，為了得到所需的超導特性，高溫後處理是必要的。
在一根據本發明的合適的實施例中，層11是用直流三極體濺射的方法在約為0.5Pa壓力下的Ar氣中，在1kv電壓下製備的。隨後在氧氣氣氛中，在700°～800℃下對該層進行焙燒處理，大約2小時，其結果使該層11達到適當的氧含量和所需的超導特性。在層11上，例如用濺射方法，施加一層銀層12，其厚度為50mm，參看圖2b。隨後對該層在氧氣氛中，在450℃進行焙燒處理0.5小時，這樣就在銀層12和超導材料11間形成了超導接觸。
銀層的表面在室溫1大氣壓下與H2S和N2(體積比1∶4)混合氣體反應，經10分鐘，轉變為硫酸銀Ag2SO4，接著在350℃的氧中進行後焙燒處理1小時。以此法製備的硫酸銀層13的厚度約為2nm。
在施加於基片10′的第二超導層11′上設置一銀層12′，將這一整體在200℃溫度下，在氧氣氛中約30N/mm2壓力下壓到硫酸銀層13上。圖1表示出以此法製備的約瑟夫遜器件。
在將約瑟夫遜器件的兩部分壓合在一起之前各層可用公知的方法，例如用光刻工藝，然後進行等離子體蝕刻或離子蝕刻製成圖形。
製備約瑟夫遜器件的另一種方法是，在形成硫酸銀層13之後，用真空蒸發法，在其上設置一銀層12′，然後再在銀12′上施加一超導層11′。
特別奏效的是，在為超導層或各層進行必要的焙燒處理的同時，還能確保完成從硫化銀(與H2S反應所形成的)向硫酸銀的轉變。
實施例2按實施例1所述方法製備約瑟夫遜器件，所不同的是，在室溫和大氣壓力下，使銀層12與SO2和SO3(體和比為1∶1)的混合氣體反應10分鐘，製成硫酸銀層13。
權利要求
1.一種平面型約瑟夫遜器件，該器件包括兩層氧化物超導材料。在其間至少設置一層非超導層，其特徵在於，該非超導層由銀鹽組成，並通過各銀層與超導層相接。
2.一種製造約瑟夫遜器件的方法，該器件包括兩層氧化物超導材料，在其間至少設置一層非超導層，其特徵在於，該非超導層是用銀鹽製備的，並通過各銀層與超導層相接。
3.一種如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述銀鹽是硫酸銀。
4.一種如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述硫酸銀是用銀與二氧化硫和三氧化硫的混合物反應而製得的。
5.一種如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述的氧的氧化是與氧化物超導材料的熔燒工序同時進行的。
全文摘要
本發明涉及一種約瑟夫遜器件及其製造方法，此種器件包括兩層氧化物超導材料11、11′，在其間至少設置一層非超導的硫酸銀層13。該非超導層13通過銀層12、12′與超導層11、11′相接。
文檔編號H01L39/24GK1048950SQ9010460
公開日1991年1月30日 申請日期1990年7月17日 優先權日1989年7月20日
發明者達夫尼·索爾滕 申請人:菲利浦光燈製造公司