JPH01144688A - 酸化物超伝導体薄膜 - Google Patents
酸化物超伝導体薄膜Info
- Publication number
- JPH01144688A JPH01144688A JP62301548A JP30154887A JPH01144688A JP H01144688 A JPH01144688 A JP H01144688A JP 62301548 A JP62301548 A JP 62301548A JP 30154887 A JP30154887 A JP 30154887A JP H01144688 A JPH01144688 A JP H01144688A
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- Japan
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- layer
- substrate
- single crystal
- superconductive
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- Pending
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、高温酸化物超伝導体を用いた各種薄膜デバイ
ス製作用の高品質単結晶薄膜に関するものである。
ス製作用の高品質単結晶薄膜に関するものである。
［従来の技術］
組成式Ｂａ２ＬｎＣＬＩ３Ｏｘ（Ｌｎはイツトリウムお
よびランタノイドのうちの１種または２種以上の元素、
Ｘは酸素欠陥の量により決まる量で６．５＜ｘ＜７．０
）で表わされる一連の化合物は、転移温度が液体窒素温
度（７７Ｋ）以上を示す超伝導物質である。このような
高温超伝導体の単結晶薄膜が実用化されれば、ジョセフ
ソン素子など電子デバイスの分野で画期的な発展がもた
らされる。
よびランタノイドのうちの１種または２種以上の元素、
Ｘは酸素欠陥の量により決まる量で６．５＜ｘ＜７．０
）で表わされる一連の化合物は、転移温度が液体窒素温
度（７７Ｋ）以上を示す超伝導物質である。このような
高温超伝導体の単結晶薄膜が実用化されれば、ジョセフ
ソン素子など電子デバイスの分野で画期的な発展がもた
らされる。
ところで、酸化物超伝導体薄膜の製造には、従来、５ｒ
Ｔｉ０３．ＭｇＯおよびＡＪＺ ２０３等の単結晶基板
が用いられてきた。従来、このような結晶基板として、
ベルヌーイ法やＥＦＧ法等で製造された単結晶インゴッ
トを０５〜１ｍｍ程度の厚さに切断し、その表面を鏡面
研磨した板状のものが使用されてきた。大きさとしては
、直径１０〜１５ｍｍ程度のものが得られていた。
Ｔｉ０３．ＭｇＯおよびＡＪＺ ２０３等の単結晶基板
が用いられてきた。従来、このような結晶基板として、
ベルヌーイ法やＥＦＧ法等で製造された単結晶インゴッ
トを０５〜１ｍｍ程度の厚さに切断し、その表面を鏡面
研磨した板状のものが使用されてきた。大きさとしては
、直径１０〜１５ｍｍ程度のものが得られていた。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしながら、これらの酸化物はいずれも２０００℃以
上の高融点を有するため、その単結晶製造におりる熱環
境は極めて厳しいものとなるので、得られる単結晶は、
極めて高転位密度であった。これら基板中の多数の転位
はエピタキシャル成長を通して超伝導層へ継承・伝播さ
れ、このため超伝導特性の不均一さを招くと共に信頼性
を著しく低下させる原因となるという問題点があった。
上の高融点を有するため、その単結晶製造におりる熱環
境は極めて厳しいものとなるので、得られる単結晶は、
極めて高転位密度であった。これら基板中の多数の転位
はエピタキシャル成長を通して超伝導層へ継承・伝播さ
れ、このため超伝導特性の不均一さを招くと共に信頼性
を著しく低下させる原因となるという問題点があった。
この点は、デバイス実現の成否を左右する重要な課題で
ある。 。
ある。 。
本発明は、これらの欠点を解決し、結晶欠陥密度の低い
高温酸化物超伝導薄膜を提供することを目的とする。
高温酸化物超伝導薄膜を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］
このような目的を達成するために、本発明は、単結晶基
板に格子整合条件で接し、かつ組成式Ｂａ２−ｙＬｎ＋
＋ｙＣＩＪ３０ｚて表わされ、組成範囲がＯ＜ｙ≦１お
よび６＜ｚ＜７である非超伝導層と、非超伝導層に格子
整合条件で接し、かつ組成式Ｂａ２ＬｎＣｕ３０Ｘ（Ｌ
ｎはイツトリウムおよびランタノイドのうちの１種また
は２種以上の元素）で表わされ、組成範囲か６．５ ＜
ｘ＜７．０である超伝導層とから成ることを特徴とする
。
板に格子整合条件で接し、かつ組成式Ｂａ２−ｙＬｎ＋
＋ｙＣＩＪ３０ｚて表わされ、組成範囲がＯ＜ｙ≦１お
よび６＜ｚ＜７である非超伝導層と、非超伝導層に格子
整合条件で接し、かつ組成式Ｂａ２ＬｎＣｕ３０Ｘ（Ｌ
ｎはイツトリウムおよびランタノイドのうちの１種また
は２種以上の元素）で表わされ、組成範囲か６．５ ＜
ｘ＜７．０である超伝導層とから成ることを特徴とする
。
［作 用］
本発明においては、容易に無転位の得られるＳ１単結晶
上に、これと格子整合条件で中間層を挟んで高温酸化物
超伝導層を形成させる。Ｓｉを用いる理由は２つある。
上に、これと格子整合条件で中間層を挟んで高温酸化物
超伝導層を形成させる。Ｓｉを用いる理由は２つある。
１つは、無転位であるため、基板からの転位の伝播が避
けられることである。他の１つはＳｉと高温超伝導層の
格子整合か極めて良いことである。９０にの転穆温度を
示す高温超伝導層であるＢａ２ＬｎＣｕ３０ケの格子定
数は、概ね、ａ−３，８３２〜３．８７３ 人、 ｂ
＝３．８８０〜３．９０９ 人、Ｃ＝１１．６１０〜１
１．７６１人である。一方、ＳＩの格子定数は、ａ＝５
．４２０人である。従って、Ｓｉ単結晶の（１１１）面
とＢａ２ＬｎＣｕ３０Ｘ層の（１００）面とは極めて小
さな格子不整合率で接することか可能となる。従って、
格子不整合に起因する界面転位の発生を防止でき、高品
質エピタキシャル層を形成することができる。
けられることである。他の１つはＳｉと高温超伝導層の
格子整合か極めて良いことである。９０にの転穆温度を
示す高温超伝導層であるＢａ２ＬｎＣｕ３０ケの格子定
数は、概ね、ａ−３，８３２〜３．８７３ 人、 ｂ
＝３．８８０〜３．９０９ 人、Ｃ＝１１．６１０〜１
１．７６１人である。一方、ＳＩの格子定数は、ａ＝５
．４２０人である。従って、Ｓｉ単結晶の（１１１）面
とＢａ２ＬｎＣｕ３０Ｘ層の（１００）面とは極めて小
さな格子不整合率で接することか可能となる。従って、
格子不整合に起因する界面転位の発生を防止でき、高品
質エピタキシャル層を形成することができる。
中間層として、Ｂａ２ＬｎＣｕ３０Ｘと同一または類似
の結晶構造を持ち、かつ超伝導性を示さない物質を用い
る。このような条件を満たす物質として、Ｂａ２−ｙＬ
ｎ１＋ｙＣｕ３０ｚ （たたし、ｏ＜ｙ≦１．５＜ｚ＜
７）がある。Ｂ１１２−ｙＬｎ＋＋ｙｃｌＪ３０）４の
格子定数は、Ｂａ２ＬｎＣｕ３０ｘの格子定数に極めて
近い値を持つと共に、多くのものが半導体的振舞いを示
す。
の結晶構造を持ち、かつ超伝導性を示さない物質を用い
る。このような条件を満たす物質として、Ｂａ２−ｙＬ
ｎ１＋ｙＣｕ３０ｚ （たたし、ｏ＜ｙ≦１．５＜ｚ＜
７）がある。Ｂ１１２−ｙＬｎ＋＋ｙｃｌＪ３０）４の
格子定数は、Ｂａ２ＬｎＣｕ３０ｘの格子定数に極めて
近い値を持つと共に、多くのものが半導体的振舞いを示
す。
Ｂａ２ＬｎＣｕ３０層をＳｉ単結晶上に直接形成する構
造も考えられるが、Ｂａ２ＬｎＣｕ３０Ｘ層へのＳｉの
拡散が問題となる。Ｂａ２ＬｎＣｕ３０．層の形成温度
は高温であるため、Ｓｉの熱拡散が生じ、時には超伝導
性を失う場合があり再現性は得られない。そこで、中間
層を設けることにより、Ｓｔの拡散が避けられるので再
現性のある超伝導層の形成が可能となる。
造も考えられるが、Ｂａ２ＬｎＣｕ３０Ｘ層へのＳｉの
拡散が問題となる。Ｂａ２ＬｎＣｕ３０．層の形成温度
は高温であるため、Ｓｉの熱拡散が生じ、時には超伝導
性を失う場合があり再現性は得られない。そこで、中間
層を設けることにより、Ｓｔの拡散が避けられるので再
現性のある超伝導層の形成が可能となる。
［実施例］
以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。なお、実施例は一つの例示てあって、本発明の
趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更あるいは改
良を行い得ることは言うまてもない。
明する。なお、実施例は一つの例示てあって、本発明の
趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更あるいは改
良を行い得ることは言うまてもない。
第１図は本発明の第１の実施例を示す。ことで、１はＳ
ｉ （１１１）単結晶、２はＢａｔ５Ｌａ＋、 ５ｆ：
１Ｉ３０Ｘ、３はＢａ２ＹＣｕ３０Ｘ超伝導層である。
ｉ （１１１）単結晶、２はＢａｔ５Ｌａ＋、 ５ｆ：
１Ｉ３０Ｘ、３はＢａ２ＹＣｕ３０Ｘ超伝導層である。
本実施例では、ＲＦマグネトロンスパッター法を用いて
、ます、直径２インチ、厚さ０．４ ｍｍの無転位Ｓｉ
単結晶１上に、厚さ２〜５μｍのＢａｌ、５Ｌａ１，５
ＣＬ１３０ｘ層２を成長させ、続いて厚さ０３〜１μｍ
のＢａ２ＹＣｕｓＯｘ層をエピタキシャル成長させた。
、ます、直径２インチ、厚さ０．４ ｍｍの無転位Ｓｉ
単結晶１上に、厚さ２〜５μｍのＢａｌ、５Ｌａ１，５
ＣＬ１３０ｘ層２を成長させ、続いて厚さ０３〜１μｍ
のＢａ２ＹＣｕｓＯｘ層をエピタキシャル成長させた。
組成の異なった化合物を積層するためにスパッター装置
内に互いに組成の異なる２つのターゲットを配置し、そ
のうちの１つのターゲットを基板であるＳｉ単結晶１に
対向′させて、まず、Ｂａ１．ｓＬａ＋、 ５ｃｕ３０
ｘ層２を成長させた。次に、もう１つのターゲットをＳ
ｉ単結晶１に対向させてＢａ２ＹＣＬＩ３０ｘ超伝導層
３を成長させた。
内に互いに組成の異なる２つのターゲットを配置し、そ
のうちの１つのターゲットを基板であるＳｉ単結晶１に
対向′させて、まず、Ｂａ１．ｓＬａ＋、 ５ｃｕ３０
ｘ層２を成長させた。次に、もう１つのターゲットをＳ
ｉ単結晶１に対向させてＢａ２ＹＣＬＩ３０ｘ超伝導層
３を成長させた。
成長温度は８５０−９００℃であった。
得られた超伝導層の転位密度をエッチビット法により測
定したところ、１０４〜１０” ｃｍ〜３てあった。ま
た反射Ｘ線トポグラフ法による測定でも同様に転位密度
は極めて低いことか確認された。
定したところ、１０４〜１０” ｃｍ〜３てあった。ま
た反射Ｘ線トポグラフ法による測定でも同様に転位密度
は極めて低いことか確認された。
一方、ＳｒＴｉＯ３単結晶」二に成長させた超伝導Ｂａ
２ＹＣｕ３０Ｘ層の転位密度は１０８ｃｍ４以上であり
本実施例の層に比へて転位密度が極めて高密度であるは
かりでなく、部分的に多結晶化していた。また、Ｓｉ！
ｉ結晶１上に成長させた超伝導層３の超伝導転移温度は
、約９０にてあった。このようにして、無転位の単結晶
が容易に人手可能なＳｉ単結晶を使用した、結晶欠陥の
極めて少ない超伝導体のエピタキシャル薄膜を取得する
ことができた。
２ＹＣｕ３０Ｘ層の転位密度は１０８ｃｍ４以上であり
本実施例の層に比へて転位密度が極めて高密度であるは
かりでなく、部分的に多結晶化していた。また、Ｓｉ！
ｉ結晶１上に成長させた超伝導層３の超伝導転移温度は
、約９０にてあった。このようにして、無転位の単結晶
が容易に人手可能なＳｉ単結晶を使用した、結晶欠陥の
極めて少ない超伝導体のエピタキシャル薄膜を取得する
ことができた。
第２図は本発明の第２の実施例を示す。ここで、４はＢ
ａ、 ５４Ｎｄ＋、 ａ６ｃｌＩ３ｏｘ層である。第２
の実施例においても第１の実施例と同様の効果が観察さ
れた。
ａ、 ５４Ｎｄ＋、 ａ６ｃｌＩ３ｏｘ層である。第２
の実施例においても第１の実施例と同様の効果が観察さ
れた。
第３図は本発明の第３の実施例を示す。ここで、５はＢ
ａｄ、 ８６Ｅｕ１．３４ｃｕ３０ｘ層、６はＢａ２Ｅ
ｕＣ：ｕ３ｏｘ超伝導層である。本実施例においても第
１および第２の実施例と同様に、スパッター法で形成さ
れた超伝導層６は、１０’ ｃｍ−３程度の極めて低い
転位密度を示した。また、その超伝導転移温度としては
約９３Ｋが得られた。
ａｄ、 ８６Ｅｕ１．３４ｃｕ３０ｘ層、６はＢａ２Ｅ
ｕＣ：ｕ３ｏｘ超伝導層である。本実施例においても第
１および第２の実施例と同様に、スパッター法で形成さ
れた超伝導層６は、１０’ ｃｍ−３程度の極めて低い
転位密度を示した。また、その超伝導転移温度としては
約９３Ｋが得られた。
以上説明した実施例においては、組成の異なった化合物
を積層するため、互いに組成の異なる２個のターゲット
を使用したか、別の方法として同一のターゲットを用い
薄層成長時の温度（基板温 ′度）を変えた
場合にも薄層内の金属元素や酸素の組成が変化し、上述
のような中間層が形成でき、その上に超伝導層を形成す
ることによっても本願発明の超伝導薄膜を形成すること
ができ、上述の実施例と同様の効果が得られた。
を積層するため、互いに組成の異なる２個のターゲット
を使用したか、別の方法として同一のターゲットを用い
薄層成長時の温度（基板温 ′度）を変えた
場合にも薄層内の金属元素や酸素の組成が変化し、上述
のような中間層が形成でき、その上に超伝導層を形成す
ることによっても本願発明の超伝導薄膜を形成すること
ができ、上述の実施例と同様の効果が得られた。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明においては、基板として、
大形て、無転位密度て、かつ安価なＳｉ単結晶の使用が
可能となったので、本発明の酸化物超伝導薄膜を使用す
れは、大面積で、かつ低欠陥密度の薄膜超伝導素子を安
価に提供できるという利点がある。
大形て、無転位密度て、かつ安価なＳｉ単結晶の使用が
可能となったので、本発明の酸化物超伝導薄膜を使用す
れは、大面積で、かつ低欠陥密度の薄膜超伝導素子を安
価に提供できるという利点がある。
第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２図は本発
明の第２の実施例を示す図、第３図は本発明の第３の実
施例を示す図である。 １・・・Ｓｉ単結晶、 ２ ＝・Ｂａｄ、５Ｌａ＋、 ５ｃＵ３Ｏｘ層、３ ・
＝ Ｂａ２ＹＣｕｓＯｘ超伝導層４ ”’［ｌａｌ、５
’ｌ”ｄｌ、４６ｃ”ａｏＸ層、５− Ｂａ＋、 ６６
１ｉｕ１．３４ｃｕ３ｏＸ層・５− Ｂａ２ＥｕＣｕ３
０ｘ超伝導層。 」く究明の第３の つく、方仝乞イタ弓 Σ第３図 Ｂａ２ＥｔｔＣｔｔ３ＯｘＪＥ伝４ｒｊ示す図
明の第２の実施例を示す図、第３図は本発明の第３の実
施例を示す図である。 １・・・Ｓｉ単結晶、 ２ ＝・Ｂａｄ、５Ｌａ＋、 ５ｃＵ３Ｏｘ層、３ ・
＝ Ｂａ２ＹＣｕｓＯｘ超伝導層４ ”’［ｌａｌ、５
’ｌ”ｄｌ、４６ｃ”ａｏＸ層、５− Ｂａ＋、 ６６
１ｉｕ１．３４ｃｕ３ｏＸ層・５− Ｂａ２ＥｕＣｕ３
０ｘ超伝導層。 」く究明の第３の つく、方仝乞イタ弓 Σ第３図 Ｂａ２ＥｔｔＣｔｔ３ＯｘＪＥ伝４ｒｊ示す図
Claims (1)
- 単結晶基板に格子整合条件で接し、かつ組成式Ｂａ＿
２＿−＿ｙＬｎ＿１＿＋＿ｙＣｕ＿３Ｏ＿ｚで表わされ
、組成範囲が０＜ｙ≦１および６＜ｚ＜７である非超伝
導層と、該非超伝導層に格子整合条件で接し、かつ組成
式Ｂａ＿２ＬｎＣｕ＿３Ｏ＿ｘ（Ｌｎはイットリウムお
よびランタノイドのうちの１種または２種以上の元素）
で表わされ、組成範囲が６．５＜ｘ＜７．０である超伝
導層とから成ることを特徴とする酸化物超伝導体薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62301548A JPH01144688A (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | 酸化物超伝導体薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62301548A JPH01144688A (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | 酸化物超伝導体薄膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01144688A true JPH01144688A (ja) | 1989-06-06 |
Family
ID=17898262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62301548A Pending JPH01144688A (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | 酸化物超伝導体薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01144688A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0429381A (ja) * | 1990-05-25 | 1992-01-31 | Hitachi Ltd | 電界効果型三端子超電導素子およびそれを用いた回路素子 |
| JPH04229668A (ja) * | 1990-05-21 | 1992-08-19 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 超電導スイッチング・デバイス |
| JPH04258171A (ja) * | 1991-02-13 | 1992-09-14 | Hitachi Ltd | 超電導素子 |
| JPH04334074A (ja) * | 1991-05-09 | 1992-11-20 | Hitachi Ltd | 超電導素子及び超電導回路 |
-
1987
- 1987-12-01 JP JP62301548A patent/JPH01144688A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04229668A (ja) * | 1990-05-21 | 1992-08-19 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 超電導スイッチング・デバイス |
| JPH0429381A (ja) * | 1990-05-25 | 1992-01-31 | Hitachi Ltd | 電界効果型三端子超電導素子およびそれを用いた回路素子 |
| JPH04258171A (ja) * | 1991-02-13 | 1992-09-14 | Hitachi Ltd | 超電導素子 |
| JPH04334074A (ja) * | 1991-05-09 | 1992-11-20 | Hitachi Ltd | 超電導素子及び超電導回路 |
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