Departmental Bulletin Paper 〈Original Papers〉 Demonstration of extremely narrow and long nanowire composed of high temperature superconductor

Kotani, Katsumi  ,  Miyake, Tomoki  ,  Yamashita, Taro  ,  Miki, Shigehito  ,  Terai, Hirotaka  ,  Kusunoki, Masanobu

Description
[Abstract]A fabrication technique for high temperature superconducting (HTS) nanowires has been developed to realize photon detectors operating at high temperatures. HTS nanowires based on YBa_2Cu_3O_y (YBCO) were fabricated by electron beam (EB) lithography and Ar ion milling. During the Ar ion milling. Duuribg the Ar iron milling process, the samples were cooles by liquid N_2 to suppress degradation of YBCO due to increasing temperature. The acceleration voltage of the samples were cooled by liquid N_2 to suppress degradation of YBCO due to increasing temperature. The acceleration voltage of the Ar ions was optimized to decrease the energy of ion bombardment. To reduce the degradation from the side edge of the YBCO nanowire, a dry process using oxygen ions was employed to remove the EB resist instead of a wet process with remover and rinse solutions. A YBCO nanowire 150 nm wide and 5.4 mm long was successfully fabricated by minimizing the degradation of the YBCO film quality during the fabrication process. [要旨]液体窒素温度以上の高温領域で動作する単一光子検出器の実現を目的として, 酸化物高温超伝導ナノワイヤーの作製方法について検討を行った. 電子ビームリソグラフィーでナノパターンを形成し, Arイオンエッチングを用いて酸化物高温超伝導薄膜のYBa_2Cu_3O_yに微細加工を施すことでナノワイヤーを作製した. Arプラズマのイオン衝撃による温度上昇は超伝導特性の劣化をもたらすため, これを防ぐ目的でArイオンエッチングを行う際に液体窒素で試料の冷却を行った. これと同時に, イオソ衝撃のエネルギーを抑えるため Arイオンの加速電圧の最適化も行った. 電子ビームレジストを除去する際のリムバーやリンスなどの液体を用いたウエットプロセスによっても, YBa_2Cu_3O_yナノワイヤーの側壁部に劣化を生じるため、その対策としてOイオンを用いたドライプロセスにより電子ビームレジストの除去を行う条件を見出した. その結果, 超伝導特性に殆ど劣化のない, ワイヤー幅150nm, ワイヤー長5.4mm の酸化物高温超伝導ナノワイヤーの実現に成功した.
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