[发明专利]制作超导图案的方法

说明书

本发明涉及一种制作超导图案的方法。

除了努力使集成电路更密集外，还要求工作速率高。电路的精细结构引起了集成电路工作速度及其放热部分可靠性下降的问题。由于这个原因，如果半导体器件在液态氮的沸点下被驱动，电子和空穴的迁移率变成室温下的迁移率的3-4倍那么快，结果，可以改善频率特性。

例如根据约瑟夫森（Josephson）效应工作的存储器的约瑟夫森器件被称为超导电子器件。在这种器件中，可以进行与约瑟森效应相关的开关运作。图1中示出了这样一种器件的实例的示意图。这种器件包括毗邻衬底21内形成的超导区的超导膜24，势垒膜23则位于超导区和超导膜之间。这种器件的优点具有在很高频率下的工作性能。可是，这种类型的超导陶瓷中所含的氧比例往往会被降低。

因此，本发明的一个目的是提供一种有效地制作超导图案的方法。

本发明的另一个目的是提供一种以高产量制作超导图案的方法。

为了达到上述和其他的目的及优点，通过在陶瓷超导体内添加一种元素而形成一些非超导区，这种元素的作用是妨碍陶瓷的超导结构，且使其绝缘。非超导区经过热退火或烧制。当在表面上形成超导薄膜时，晶体薄膜中的（a，b）平面平行于下表面而排列，因为沿那个平面流过的电流，其密度可达沿该平面正交方向电流的100倍。

为了把超导结构转变成绝缘的非超导结构而要被加到超导陶瓷的一些元素的最佳实例是Si，Ge，B，Ga，P，Ta，Mg，Be，Al，Fe，Co，Ni，Cr，Ti，Mn，Zr。根据本发明所用的超导陶瓷材料的最佳实例可由化学计量分子式（A_1-xB_x）_yCu_zO_w表示，式中A是周期表的Ⅲa族中一种或一种以上的元素，例如稀土元素或镧系元素，B是一种或一种以上碱土金属，即Ba，Sr和Ca，以及x＝0-1;y＝2.0-4.0，最好为2.5-3.5;z＝1.0-4.0，最好为1.5-3.5;和w＝4.0-10.0，最好为6.8-8.0。当上述元素加到这种类型的超导陶瓷时，碍超导的非超导陶瓷（下文称为非超导陶瓷）可由化学计量分子式〔（A′_pA″_1-p）_1-x（B′_qB″_1-q）_x〕_y（cu_rX_1-r）_zO_w，式中A′是周期表的Ⅲa族中一种或一种以上的元素，例如稀土元素或镧系元素，B′是一种或一种以上碱土金属，即Ba，Sr和Ca，A″，B″和X则从由Mg，Be，Al，Fe，Co，Ni，Cr，Ti，Mn和Zr组成的一组元素中选出，以及x＝0.1-1;y＝2.0-4.0，最好为2.5-3.5;z＝1.0-4.0，最好为1.5-3.5;和w＝4.0-10.0，最好为6.0-8.0。数字p，q和r被选为0.99至0.80，使得A″，B″和x的总比例为陶瓷材料原子数的1-25%，尤其是就镁和铝来说，这个比例可以是1-10原子%，例如5-10原子%。非超导陶瓷中碍超导元素的总浓度约为5×10¹⁸至6×10²¹cm^-3。由于超导陶瓷的超导特性对其组分的比例甚为敏感，碍超导元素可从超导陶瓷组分中选出。当超导组分被用作碍超导元素时，这些附加元素的总浓度为5×10¹⁹至5×10²²cm^-3。

图1是表示先有技术超导器件的示意图。

图2（A）至2（C）是表示根据本发明的第一，第一和第三实施例的剖视图。

图3是表示根据本发明的器件的电流电压特性的曲线图。

图4（A）至4（C）是表示根据本发明的第四，第五和第六实施例的剖视图。

现在参照图2（A）至2（C），说明根据本发明的超导器件。

图2（A）中所示的器件包括具有不导电上表面的衬底1，例如YSZ（氧化钇稳定的锆石）衬底，一对超导区3和5，一个在超导区3和5之间的 居中势垒膜4，在超导区3和5相对端处的绝缘膜20，在超导3和5的窗孔11-1和11-2处形成上层钝化膜11，以及与超导区3和5电接触的电极8和9。