專利名稱：平面型約瑟夫遜器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面型約瑟夫遜器件及其制造方法，該器件包括兩層氧化物超導(dǎo)材料，在這兩層超導(dǎo)層之間設(shè)置至少一層非超導(dǎo)層。
在M.G.Blamire等人的論文(J.Phys.DAppl.Phys.20，pp1330-1335，1987)中已披露了制造約瑟夫遜器件或約瑟夫結(jié)的方法。在此文中，在藍(lán)寶石基片上，設(shè)有一層Y2O3緩沖層，在其上，施加第一YBa2Cu3O7-δ氧化物超導(dǎo)層。隨后，再設(shè)置一層薄Y2O3層，用作一個(gè)隧道勢(shì)壘層。接著再施加第二YBa2Cu3O7-δ層，在其上可設(shè)置Nb接觸。在氧化氣氛中使用金屬靶板，借助直流磁控管濺射方法制造這些薄層。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(dǎo)材料中，由于存在大量金屬元素，對(duì)超導(dǎo)特性，特別是對(duì)出現(xiàn)超導(dǎo)特性時(shí)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(dòng)似乎有不良影響。在器件的制造中，如要有隧道勢(shì)壘層的約瑟夫遜結(jié)，則必須防止發(fā)生氧自隧道勢(shì)壘層向超導(dǎo)材料的擴(kuò)散，或隧道勢(shì)壘層與超導(dǎo)材料間發(fā)生反應(yīng)。對(duì)此種現(xiàn)象，可采用一種金屬，如銀的緩沖層，使氧通過(guò)，然而，在高溫下此法并非總是有效的。
本發(fā)明的一個(gè)目的尤其在于提供一種約瑟夫遜器件以及一種簡(jiǎn)單的制造該器件的方法，按此法，在隧道勢(shì)壘中，除銀之外，不使用其它金屬元素。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是給約瑟夫遜器件提供一個(gè)隧道勢(shì)壘，該勢(shì)壘在對(duì)超導(dǎo)材料進(jìn)行焙燒時(shí)所必需的高溫下仍是穩(wěn)定的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種約瑟夫遜器件，其中的兩層超導(dǎo)薄膜可用同樣的或兩種不同的氧化物超導(dǎo)材料形成。
根據(jù)本發(fā)明，此目的可用本文開(kāi)頭一節(jié)所述的器件和方法達(dá)到，其中的非超導(dǎo)層是由銀鹽制作的，通過(guò)銀層與超導(dǎo)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(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，銀鹽是硫酸銀。
在根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)適合的實(shí)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(yīng)而制取的。
在根據(jù)本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施例中的硫酸銀是由銀經(jīng)與硫化氫反應(yīng)，隨后用氧來(lái)氧化而制取的。本實(shí)施例的特有優(yōu)點(diǎn)在于可以同時(shí)進(jìn)行氧的氧化過(guò)程和對(duì)氧化物超導(dǎo)材料的焙燒工序。
在未早期公開(kāi)的荷蘭專利申請(qǐng)NL8900405中描述了一種約瑟夫遜器件的制造方法，該器件中的非超導(dǎo)層通過(guò)貴金屬層與兩層氧化物超導(dǎo)材料層相連接。
用本來(lái)公知的幾種方法可以制得氧化物超導(dǎo)材料薄膜。一般必需進(jìn)行高溫處理，以得到所需的化合組成，特別是關(guān)于氧的平衡和金屬原子的化合價(jià)，尤其是銅原子的化合價(jià)，根據(jù)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淀積的方法，制備氧化物超導(dǎo)材料YBa2Cu3O7-δ薄膜，然后在高溫，如800°～900℃進(jìn)行焙燒。其他常用的方法有真空蒸發(fā)，激光蒸發(fā)和化學(xué)汽相淀積。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，借助真空蒸發(fā)制備Ca-Sr-Bi-Cu氧化物薄膜，然后在725°～850℃氧化。為獲得具有高的臨界溫度的材料，(即低于此溫度，超導(dǎo)特性才發(fā)生的溫度Tc)必需進(jìn)行高溫處理。
本發(fā)明將參照附圖并列舉實(shí)施例的方式做更詳細(xì)的解釋。


圖1表示一種根據(jù)本發(fā)明的約瑟夫遜器件。
圖2a～圖2c一些根據(jù)本發(fā)明的方法的工藝步驟。
實(shí)施例1圖2a表示一個(gè)鈦酸鍶SrTiO3基片10，例如用真空蒸發(fā)方法，將基片保持在850℃溫度，在其上制備YBa2Cu6O6-7氧化物超導(dǎo)層11。其它基片材料，例如Mgo、Y2O3以及諸如具有緩沖保護(hù)層的藍(lán)寶石的基片，例如Ta2O5，LaF3和ZrO2也能適用于根據(jù)發(fā)明的方法。
在超導(dǎo)材料中可按已知方式替換而并不影響本發(fā)明方法運(yùn)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(fā)明中使用的氧化物超導(dǎo)材料也可用其它氧化物超導(dǎo)材料，諸如Ca-Sr-Bi-Cu氧化物來(lái)替換加以實(shí)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(lái)替代。
對(duì)于層11的制備，例如可以采用具有所需組成的靶板的濺射，而不采用真空蒸發(fā)。在此工藝中，基片保持在高溫，而淀積也可在低溫下進(jìn)行。在后一種情況，為了得到所需的超導(dǎo)特性，高溫后處理是必要的。
在一根據(jù)本發(fā)明的合適的實(shí)施例中，層11是用直流三極管濺射的方法在約為0.5Pa壓力下的Ar氣中，在1kv電壓下制備的。隨后在氧氣氣氛中，在700°～800℃下對(duì)該層進(jìn)行焙燒處理，大約2小時(shí)，其結(jié)果使該層11達(dá)到適當(dāng)?shù)难鹾亢退璧某瑢?dǎo)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。隨后對(duì)該層在氧氣氛中，在450℃進(jìn)行焙燒處理0.5小時(shí)，這樣就在銀層12和超導(dǎo)材料11間形成了超導(dǎo)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(yīng)，經(jīng)10分鐘，轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙yAg2SO4，接著在350℃的氧中進(jìn)行后焙燒處理1小時(shí)。以此法制備的硫酸銀層13的厚度約為2nm。
在施加于基片10′的第二超導(dǎo)層11′上設(shè)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表示出以此法制備的約瑟夫遜器件。
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，然后進(jìn)行等離子體蝕刻或離子蝕刻制成圖形。
制備約瑟夫遜器件的另一種方法是，在形成硫酸銀層13之后，用真空蒸發(fā)法，在其上設(shè)置一銀層12′，然后再在銀12′上施加一超導(dǎo)層11′。
特別奏效的是，在為超導(dǎo)層或各層進(jìn)行必要的焙燒處理的同時(shí)，還能確保完成從硫化銀(與H2S反應(yīng)所形成的)向硫酸銀的轉(zhuǎn)變。
實(shí)施例2按實(shí)施例1所述方法制備約瑟夫遜器件，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(yīng)10分鐘，制成硫酸銀層13。
權(quán)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(dǎo)材料。在其間至少設(shè)置一層非超導(dǎo)層，其特征在于，該非超導(dǎo)層由銀鹽組成，并通過(guò)各銀層與超導(dǎo)層相接。
2.一種制造約瑟夫遜器件的方法，該器件包括兩層氧化物超導(dǎo)材料，在其間至少設(shè)置一層非超導(dǎo)層，其特征在于，該非超導(dǎo)層是用銀鹽制備的，并通過(guò)各銀層與超導(dǎo)層相接。
3.一種如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述銀鹽是硫酸銀。
4.一種如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述硫酸銀是用銀與二氧化硫和三氧化硫的混合物反應(yīng)而制得的。
5.一種如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的氧的氧化是與氧化物超導(dǎo)材料的熔燒工序同時(shí)進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種約瑟夫遜器件及其制造方法，此種器件包括兩層氧化物超導(dǎo)材料11、11′，在其間至少設(shè)置一層非超導(dǎo)的硫酸銀層13。該非超導(dǎo)層13通過(guò)銀層12、12′與超導(dǎo)層11、11′相接。
文檔編號(hào)H01L39/24GK1048950SQ9010460
公開(kāi)日1991年1月30日 申請(qǐng)日期1990年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月20日
發(fā)明者達(dá)夫尼·索爾滕 申請(qǐng)人:菲利浦光燈制造公司