专利名称：平面型约瑟夫逊器件的制作方法
技术领域：
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.DAppl.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YBa2Cu3O7-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YBa2Cu3O7-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YBa2Cu3O7-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YBa2Cu6O6-7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。
在超导材料中可按已知方式替换而并不影响本发明方法运用的有效性，例如，Y可完全或部分地用稀土金属离子替代，Ba可作Sr或Ca替代，而O可部分地用F替代。本发明中使用的氧化物超导材料也可用其它氧化物超导材料，诸如Ca-Sr-Bi-Cu氧化物来替换加以实施。Bi部分地可用Pb，(La，Sr)2CuO4和除Tl以外含有Ca和/或Ba的铜酸盐来替代。
对于层11的制备，例如可以采用具有所需组成的靶板的溅射，而不采用真空蒸发。在此工艺中，基片保持在高温，而淀积也可在低温下进行。在后一种情况，为了得到所需的超导特性，高温后处理是必要的。
在一根据本发明的合适的实施例中，层11是用直流三极管溅射的方法在约为0.5Pa压力下的Ar气中，在1kv电压下制备的。随后在氧气气氛中，在700°～800℃下对该层进行焙烧处理，大约2小时，其结果使该层11达到适当的氧含量和所需的超导特性。在层11上，例如用溅射方法，施加一层银层12，其厚度为50mm，参看图2b。随后对该层在氧气氛中，在450℃进行焙烧处理0.5小时，这样就在银层12和超导材料11间形成了超导接触。
银层的表面在室温1大气压下与H2S和N2(体积比1∶4)混合气体反应，经10分钟，转变为硫酸银Ag2SO4，接着在350℃的氧中进行后焙烧处理1小时。以此法制备的硫酸银层13的厚度约为2nm。
在施加于基片10′的第二超导层11′上设置一银层12′，将这一整体在200℃温度下，在氧气氛中约30N/mm2压力下压到硫酸银层13上。图1表示出以此法制备的约瑟夫逊器件。
在将约瑟夫逊器件的两部分压合在一起之前各层可用公知的方法，例如用光刻工艺，然后进行等离子体蚀刻或离子蚀刻制成图形。
制备约瑟夫逊器件的另一种方法是，在形成硫酸银层13之后，用真空蒸发法，在其上设置一银层12′，然后再在银12′上施加一超导层11′。
特别奏效的是，在为超导层或各层进行必要的焙烧处理的同时，还能确保完成从硫化银(与H2S反应所形成的)向硫酸银的转变。
实施例2按实施例1所述方法制备约瑟夫逊器件，所不同的是，在室温和大气压力下，使银层12与SO2和SO3(体和比为1∶1)的混合气体反应10分钟，制成硫酸银层13。
权利要求
1.一种平面型约瑟夫逊器件，该器件包括两层氧化物超导材料。在其间至少设置一层非超导层，其特征在于，该非超导层由银盐组成，并通过各银层与超导层相接。
2.一种制造约瑟夫逊器件的方法，该器件包括两层氧化物超导材料，在其间至少设置一层非超导层，其特征在于，该非超导层是用银盐制备的，并通过各银层与超导层相接。
3.一种如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述银盐是硫酸银。
4.一种如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述硫酸银是用银与二氧化硫和三氧化硫的混合物反应而制得的。
5.一种如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的氧的氧化是与氧化物超导材料的熔烧工序同时进行的。
全文摘要
本发明涉及一种约瑟夫逊器件及其制造方法，此种器件包括两层氧化物超导材料11、11′，在其间至少设置一层非超导的硫酸银层13。该非超导层13通过银层12、12′与超导层11、11′相接。
文档编号H01L39/24GK1048950SQ9010460
公开日1991年1月30日 申请日期1990年7月17日 优先权日1989年7月20日
发明者达夫尼·索尔滕 申请人:菲利浦光灯制造公司