[发明专利]平面型约瑟夫逊器件

说明书

本发明涉及一种平面型约瑟夫逊器件及其制造方法，该器件包括两层氧化物超导材料，在这两层超导层之间设置至少一层非超导层。

在M.G.Blamire等人的论文（J.Phys.D：Appl.Phys.20，pp1330-1335，1987）中已披露了制造约瑟夫逊器件或约瑟夫结的方法。在此文中，在蓝宝石基片上，设有一层Y₂O₃缓冲层，在其上，施加第一YBa₂Cu₃O_7-δ氧化物超导层。随后，再设置一层薄Y₂O₃层，用作一个隧道势垒层。接着再施加第二YBa₂Cu₃O_7-δ层，在其上可设置Nb接触。在氧化气氛中使用金属靶板，借助直流磁控管溅射方法制造这些薄层。用等离子蚀刻或离子蚀刻法形成图形。

在目前已知的氧化物超导材料中，由于存在大量金属元素，对超导特性，特别是对出现超导特性时的最高温度Tc有消极影响，而金、银是少有的几种例外中的两例。特别是氧含量的扰动似乎有不良影响。在器件的制造中，如要有隧道势垒层的约瑟夫逊结，则必须防止发生氧自隧道势垒层向超导材料的扩散，或隧道势垒层与超导材料间发生反应。对此种现象，可采用一种金属，如银的缓冲层，使氧通过，然而，在高温下此法并非总是有效的。

本发明的一个目的尤其在于提供一种约瑟夫逊器件以及一种简单的制造该器件的方法，按此法，在隧道势垒中，除银之外，不使用其它金属元素。

本发明的再一个目的是给约瑟夫逊器件提供一个隧道势垒，该势垒在对超导材料进行焙烧时所必需的高温下仍是稳定的。

本发明的另一个目的在于提供一种约瑟夫逊器件，其中的两层超导薄膜可用同样的或两种不同的氧化物超导材料形成。

根据本发明，此目的可用本文开头一节所述的器件和方法达到，其中的非超导层是由银盐制作的，通过银层与超导层相连接。

例如，氯化银、溴化银、盐酸银、磷酸银均可用作银盐。根据本发明方法的一个优选的实施例中，银盐是硫酸银。

在根据本发明方法的一个适合的实施例中，其硫酸银是由银与二氧化硫和三氧化硫的混合物反应而制取的。

在根据本发明方法的另一个实施例中的硫酸银是由银经与硫化氢反应，随后用氧来氧化而制取的。本实施例的特有优点在于：可以同时进行氧的氧化过程和对氧化物超导材料的焙烧工序。

在未早期公开的荷兰专利申请NL8900405中描述了一种约瑟夫逊器件的制造方法，该器件中的非超导层通过贵金属层与两层氧化物超导材料层相连接。

用本来公知的几种方法可以制得氧化物超导材料薄膜。一般必需进行高温处理，以得到所需的化合组成，特别是关于氧的平衡和金属原子的化合价，尤其是铜原子的化合价，根据M.Hurbitch等人的论文（Appl.Phys.Lett.51（13），pp1027-1029，1987）在氧化气氛中使用金属靶板，例如以直流磁控管溅射淀积的方法，制备氧化物超导材料YBa₂Cu₃O_7-δ薄膜，然后在高温，如800°～900℃进行焙烧。其他常用的方法有真空蒸发，激光蒸发和化学汽相淀积。C.E.Rice等人的文章（Appl.Phys.Lett.52（21），pp1828-1830，1988）披露一种用CaF₂，SrF₂，Bi和Cu，借助真空蒸发制备Ca-Sr-Bi-Cu氧化物薄膜，然后在725°～850℃氧化。为获得具有高的临界温度的材料，（即低于此温度，超导特性才发生的温度Tc）必需进行高温处理。

本发明将参照附图并列举实施例的方式做更详细的解释。

图1表示一种根据本发明的约瑟夫逊器件。

图2a～图2c一些根据本发明的方法的工艺步骤。

实施例1

图2a表示一个钛酸锶SrTiO₃基片10，例如用真空蒸发方法，将基片保持在850℃温度，在其上制备YBa₂Cu₆O_6-7氧化物超导层11。其它基片材料，例如Mgo、Y₂O₃以及诸如具有缓冲保护层的蓝宝石的基片，例如Ta₂O₅，LaF₃和ZrO₂也能适用于根据发明的方法。