Superconductor corps.

Sou Machikawa

Hiroki Iwasaki

Shooter Yufune2003/11/22

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2

-8.0

-4.0

0

4.0

8.0

背　景

•微細ブリッジの電気特性

I [m

A]

V [V]

●BridgeA 　　　　　　幅 0.9m　

●BridgeB 　　　　　　幅 3.0m

長さ 1.0m

●20m 幅 ラ イン

1.5m

幅 [m] Ic[mA] Jc[A/cm2]

3.0 5.75 1.28*106

0.9 4.75 3.52*106

Bridge A

温度、サイズに依存

ジョセフソン接合のような振る舞い

この現象のさらなる測定が求められる

Device 作りの一連の流れFIB による加工

・ SrTiO3 基板上にブリッジ構造を作製するために FIB を用いる・ Bi 保護膜を蒸着することによって精度良く掘れる

MBE で成膜・基板加熱時に先程蒸着した Bi は飛ぶ・加工した基板上に Bi2Sr2CaCu2O8+ を蒸着する

評価・電気測定・ SEM, EDX, XRD にて評価・ Photolithography & Etching で測定しやすい形状に整える・ Au 膜、 In 電極を付け､ I-V, R-T 測定・電気測定系の Windows 化、機器の自動化・ Josephson 接合確認のためのマイクロ波特性 ( シャピロステップ ) Sato Lab.

加熱により Biを飛ばす

Sato Lab.

FIB による基板加工

Bi 保護膜蒸着 FIB でエッチング

加熱により Biを飛ばす

BSCCO を depo.

Bi(200~250[nm])

FIB 加工条件・ Depth:~500[nm]・ Bi 保護膜を蒸着することによって精度良く掘れる・ブリッジ構造 (~1[m]) を加工する

Film Thickness150[nm]

SrTiO3(001)

成膜後

Sato Lab.

Bridges

m

保護膜アリ 保護膜なし

ブリッジの全体図

1m 程度

MBE による超伝導薄膜の成長

Sato Lab.

MBEMBE

Bi2Sr2CaCu2O8+ の成長

成膜条件基板： patterned SrTiO3(001)基板温度： 720[ ]℃成長時間 :3600[s]酸化剤 :NO2-gas

Bi Sr Ca Cu

Load Lock

RP

TMP

DP

TSP

K-cell

E-BeamSub.

heater

NO2-gas

RHEEDScreen

Beam Monitor

NO2-gas

FIB 加工した基板上に成長させる

Sato Lab.

XRD & EDX( 評価 )

0 20 40 600

200

400

600

800

1000←

(002

)221

2

←(0

06)2

212

↓S

TO

(100

)

↑(0

08)2

212

↑(0

010)

2212

←(0

012)

2212

ST

O-K

←(0

020)

2212

2[degree]

Inte

nsit

y[cp

s]

EDX による組成比・ Bi:1.97・ Sr ：　 -・ Ca:1.50・ Cu:1.91

Photolithography

Sato Lab.

このサンプルを Photolithography して、電気測定しやすい形に整える・ラインパターンを各ブリッジ上に露光し、エッチングする｡

Bridge No.1

2 34

5

Lin

e

Etching

Sato Lab.BSCCO の残っている部分

12

34

5上図のように不要領域を削除

・色の薄い部分が剥離されたところ。・ 20[mm] の Line と ~1[m] の Bridge の電気測定を行った｡

4 5 ・・?

Bridge

Line

-0.003

-0.002

-0.001

0

0.001

0.002

0.003

-0.004 -0.002 0 0.002 0.004

Current-Voltage Properties

Line 20～ mBridge 5 ?Bridge 4 ?Bridge 3 ?Bridge 2 ?

V [V]Sato Lab.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 50 100 150 200 250 300

Temperature[K]

Line(20[m] 幅 ) 部分の R-T 特性

I-V 特性 (Bridge & Line)

R-T & I-V 特性

電気測定系の自動化

Sato Lab.

Cryostat

作製したサンプル

Heater

温調器

任意の 4本を選ぶ

12 本

3 本2 本 0

1

2

3

Scanner0~3 の内の１つを選んで４端子測定を行う｡

RS232C

Windows(DOS/V)

source meter

nano-voltmeter

電圧計 (182)

電流計 (2400)

GPIB

Sato Lab.

現状・スキャナの自動化 （配線の繋ぎ換えは必要）・各パラメータ（温度 抵抗､ ･･･ ) の表示展望・ヒータ線を用いての温度上げを自動で・グラフの印刷　　　　　　　　　　　　 etc…

完成間近？レイアウトも・・・

MOD 法 ( 有機金属分解法）

・昨年度から佐藤研は、 MOD 溶液を用いての成膜を行っている。

・安価で大面積の薄膜作製が可能な有機金属分解法（ MOD 法 ) を用いて、 Bi 系超伝導薄膜の作製。

・焼成温度、時間の条件出しはほぼ終了

・今後の目標として、ブリッジなどデバイスの作製

・最終目標として、超伝導フィルターの作製も念頭においている。

Sato Lab.

Sato Lab.

温度 870[ ]℃ で２時間焼成

0 10 20 30 40 500

10000

20000

30000

40000

50000

60000 ← 2

212(

0010

)

← MgO(002)

2θ (degree)

Inte

nsit

y(cp

s)

← 2

212(

002)

← 2

212(

008)

← 2

212(

0010

)

←22

12(0

016)

←22

12(0

06)

R-T 電気特性

Sato Lab.

0 100 200 3000

1

2

3

4

5

Temperature(K)

Res

ista

nce(Ω

)

以前、 780[ ]℃ で酸素濃度 100% で成膜した後 (2 時間 ) 、10 ％で焼成したサンプル

Tc=77[K]

Temp

Sato Lab.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 50 100 150 200

Temperature[K]