JPH01145397A - 酸化物超伝導薄膜の製造方法 - Google Patents
酸化物超伝導薄膜の製造方法Info
- Publication number
- JPH01145397A JPH01145397A JP62301549A JP30154987A JPH01145397A JP H01145397 A JPH01145397 A JP H01145397A JP 62301549 A JP62301549 A JP 62301549A JP 30154987 A JP30154987 A JP 30154987A JP H01145397 A JPH01145397 A JP H01145397A
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- JP
- Japan
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- thin film
- single crystal
- substrate
- temperature
- superconducting thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- 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
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (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】
デバイス製作用の高品質単結晶薄膜の製造方法に関する
ものである。
ものである。
［従来の技術１
組成式Ｂａ、ＬｎＣｕ３０ｘ（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
（７７に）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。
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
（７７に）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Ａ℃、０５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
０．５〜１ｇ＋−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１（１−１５ｍｍ程度のものが得られていた。
Ｔｉ０３．ＭｇＯおよびＡ℃、０５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
０．５〜１ｇ＋−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１（１−１５ｍｍ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ける熱環
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じて超伝導層へ継承・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ける熱環
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じて超伝導層へ継承・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の製造方法を提供することを目的
とする。
高温酸化物超伝導薄膜の製造方法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
板と格子整合条件で接する、組成式Ｂａ、ＬｎＣｕ、０
Ｘ（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）で表わされ、かつ組成範囲が
６．５ ＜ｘ＜７．０である超伝導体の単結晶薄膜を、
単結晶基板上にエピタキシャル成長させる方法において
、単結晶基板上に、エピタキシャル成長温度より低い基
板温度で単結晶薄膜を形成させ、続いて基板温度をエピ
タキシャル成長温度として単結晶薄膜を成長させること
を特徴とする。
板と格子整合条件で接する、組成式Ｂａ、ＬｎＣｕ、０
Ｘ（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）で表わされ、かつ組成範囲が
６．５ ＜ｘ＜７．０である超伝導体の単結晶薄膜を、
単結晶基板上にエピタキシャル成長させる方法において
、単結晶基板上に、エピタキシャル成長温度より低い基
板温度で単結晶薄膜を形成させ、続いて基板温度をエピ
タキシャル成長温度として単結晶薄膜を成長させること
を特徴とする。
［作 用１
本発明は、単結晶基板上に、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エピタキシャル成長さ
せたことを特徴とする酸化物超伝導薄膜の製造方法を発
明の要旨とするものである。中間層を用いる効果は２つ
ある。１つは、基板から超伝導薄膜への元素の熱拡散が
避けられることである。超伝導薄膜を基板上に直接エピ
タキシャル成長させると、超伝導薄膜のエピタキシャル
成長温度が高温であるために熱拡散が生じ、単結晶構成
元素の一部が超伝導薄膜へ取り込まれ超伝導性を失う場
合が多くなる。中間層を設け、しかも中間層を低基板温
度で形成することにより、拡散が避けられ再現性のある
超伝導薄膜の成長が可能となる。他の１つは、中間層が
酸化物超伝導薄膜と同一物質であるため、異種基板への
エピタキシャル成長時における核発生制御に極めて有利
となることである。すなわち、中間層のバッファ効果に
より、超伝導薄膜は、基板との馴染みが良くなり、その
超伝導薄膜の表面は平坦でしかも結晶欠陥密度の低いも
のを得ることができる。
層を挟んで高温酸化物超伝導層をエピタキシャル成長さ
せたことを特徴とする酸化物超伝導薄膜の製造方法を発
明の要旨とするものである。中間層を用いる効果は２つ
ある。１つは、基板から超伝導薄膜への元素の熱拡散が
避けられることである。超伝導薄膜を基板上に直接エピ
タキシャル成長させると、超伝導薄膜のエピタキシャル
成長温度が高温であるために熱拡散が生じ、単結晶構成
元素の一部が超伝導薄膜へ取り込まれ超伝導性を失う場
合が多くなる。中間層を設け、しかも中間層を低基板温
度で形成することにより、拡散が避けられ再現性のある
超伝導薄膜の成長が可能となる。他の１つは、中間層が
酸化物超伝導薄膜と同一物質であるため、異種基板への
エピタキシャル成長時における核発生制御に極めて有利
となることである。すなわち、中間層のバッファ効果に
より、超伝導薄膜は、基板との馴染みが良くなり、その
超伝導薄膜の表面は平坦でしかも結晶欠陥密度の低いも
のを得ることができる。
［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であって、本発明の
趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行
い得ることは言うまでもない。
明する。なお、実施例は一つの例示であって、本発明の
趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行
い得ることは言うまでもない。
第１図は本発明の第１の実施例を示す。ここで、１は５
ｉ（１１１）単結晶、２はＢａ２ＹＣｕｓＯｘ中間層、
３はＢａ２ＹＣｕｓＯｘ （１００）超伝導薄膜である
。本実施例ではＲＦマグネトロンスパッター法を用いて
、直径２インチ、厚さ０．４ ｍｍの無転位Ｓｔ単結晶
１上に、まず、厚さ５００人のＢａ２ＹＣｕ３０）（中
間層２を成長させ、続いて厚さ０．３〜１μｍのＢａ２
ＹＣｕ３Ｏ，層をエピタキシャル成長させた。中間層２
の形成温度は本実施例では室温であったが、中間層が多
結晶または非晶質になる温度である５００℃以下であれ
ばよい。また、エピタキシャル成長温度は９００℃とし
た。
ｉ（１１１）単結晶、２はＢａ２ＹＣｕｓＯｘ中間層、
３はＢａ２ＹＣｕｓＯｘ （１００）超伝導薄膜である
。本実施例ではＲＦマグネトロンスパッター法を用いて
、直径２インチ、厚さ０．４ ｍｍの無転位Ｓｔ単結晶
１上に、まず、厚さ５００人のＢａ２ＹＣｕ３０）（中
間層２を成長させ、続いて厚さ０．３〜１μｍのＢａ２
ＹＣｕ３Ｏ，層をエピタキシャル成長させた。中間層２
の形成温度は本実施例では室温であったが、中間層が多
結晶または非晶質になる温度である５００℃以下であれ
ばよい。また、エピタキシャル成長温度は９００℃とし
た。
得られた超伝導薄膜３は、電子線回折法と光学顕微鏡に
よる観察でその表面が平坦であることが確認された。ま
た、超伝導薄膜３の転移温度は、約９０にであった。さ
らに、薄膜３の転位密度をエッチピット法により測定し
たところ、１０４〜１０’ｃｍ−３であった。また、反
射Ｘ線トポグラフ法でも同様転位密度は極めて低いこと
が確認された。一方、Ｓｉ単結晶上に直接成長させたＢ
ａ２ＹＣｕ、０×薄膜は、明瞭な超伝導転移を示さなか
った。このようにして、無転位の単結晶が容易に入手可
能なＳｉ単結晶を使用した、超伝導体の良質なエピタキ
シャル薄膜を取得することができた。
よる観察でその表面が平坦であることが確認された。ま
た、超伝導薄膜３の転移温度は、約９０にであった。さ
らに、薄膜３の転位密度をエッチピット法により測定し
たところ、１０４〜１０’ｃｍ−３であった。また、反
射Ｘ線トポグラフ法でも同様転位密度は極めて低いこと
が確認された。一方、Ｓｉ単結晶上に直接成長させたＢ
ａ２ＹＣｕ、０×薄膜は、明瞭な超伝導転移を示さなか
った。このようにして、無転位の単結晶が容易に入手可
能なＳｉ単結晶を使用した、超伝導体の良質なエピタキ
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
ａ２ＥｕＣｕ３０．層、５はＢａ２ＥｕＣＬ１３０Ｘ（
１００）超伝導薄膜である。こ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。本実施例では５０
０人厚０中間層４を基板温度室温で形成したのち、基板
を９００℃まで加熱し、その温度に保持してエピタキシ
ャル成長を行った。Ｂａ、ＥｕＣｕ３０．超伝導薄膜５
の超伝導転移温度は約９３にであった。さらには、５ｒ
Ｔｉ０３（１００）単結晶、Ｂｉ２０３（１１１）単結
晶、およびＭｇ０（１００）単結晶上にＢａ２ＬｎＣｕ
、０．超伝導薄膜を中間層を挟んでエピタキシャル成長
させた場合においても、上述の実施例と全く同様の効果
が得られた。
ａ２ＥｕＣｕ３０．層、５はＢａ２ＥｕＣＬ１３０Ｘ（
１００）超伝導薄膜である。こ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。本実施例では５０
０人厚０中間層４を基板温度室温で形成したのち、基板
を９００℃まで加熱し、その温度に保持してエピタキシ
ャル成長を行った。Ｂａ、ＥｕＣｕ３０．超伝導薄膜５
の超伝導転移温度は約９３にであった。さらには、５ｒ
Ｔｉ０３（１００）単結晶、Ｂｉ２０３（１１１）単結
晶、およびＭｇ０（１００）単結晶上にＢａ２ＬｎＣｕ
、０．超伝導薄膜を中間層を挟んでエピタキシャル成長
させた場合においても、上述の実施例と全く同様の効果
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、薄膜表面が平
坦で、かつ低転位密度の超伝導薄膜の成長が可能となっ
たので、本発明の酸化物超伝導薄膜の製造方法を使用す
れば、マイクロプロセッシングが可能な高性能薄膜超伝
導素子を安価に提供できるという利点がある。
坦で、かつ低転位密度の超伝導薄膜の成長が可能となっ
たので、本発明の酸化物超伝導薄膜の製造方法を使用す
れば、マイクロプロセッシングが可能な高性能薄膜超伝
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の実施例を示す図である。 １・−５ｔ単結晶、 ２−−− Ｂａ２ＹＣｕ、Ｏｘ中間層、３−Ｂａ２ＹＣ
ｕｓＯｘ超伝導薄膜、 ４ ＝ Ｂａ２ＥｕＣｕ３０ｘ中間層、５ ・−Ｂａ２
ＥｕＣｕ３０Ｘ超伝導薄膜。 本発明の第１の実権例ｊ示す図 第１図 ＃発明Ｏｒ＄２の実力色イ列を示１図 第２図
明の第２の実施例を示す図である。 １・−５ｔ単結晶、 ２−−− Ｂａ２ＹＣｕ、Ｏｘ中間層、３−Ｂａ２ＹＣ
ｕｓＯｘ超伝導薄膜、 ４ ＝ Ｂａ２ＥｕＣｕ３０ｘ中間層、５ ・−Ｂａ２
ＥｕＣｕ３０Ｘ超伝導薄膜。 本発明の第１の実権例ｊ示す図 第１図 ＃発明Ｏｒ＄２の実力色イ列を示１図 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）単結晶基板と格子整合条件で接する、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、かつ組成範囲が６．５＜ｘ＜７．０である超伝導体
の単結晶薄膜を、前記単結晶基板上にエピタキシャル成
長させる方法において、 前記単結晶基板上に、エピタキシャル成長温度より低い
基板温度で前記単結晶薄膜を形成させ、続いて基板温度
をエピタキシャル成長温度として前記単結晶薄膜を成長
させることを特徴とする酸化物超伝導薄膜の製造方法。 ２）前記単結晶基板としてＳｉを用いることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の酸化物超伝導薄膜の製造
方法。 ３）前記単結晶基板としてＳｒＴｉＯ＿３を用いること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の酸化物超伝導
薄膜の製造方法。 ４）前記単結晶基板としてＢｉ＿２Ｏ＿３を用いること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の酸化物超伝導
薄膜の製造方法。 ５）前記単結晶基板としてＭｇＯを用いることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の酸化物超伝導薄膜の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62301549A JPH01145397A (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | 酸化物超伝導薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62301549A JPH01145397A (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | 酸化物超伝導薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01145397A true JPH01145397A (ja) | 1989-06-07 |
Family
ID=17898276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62301549A Pending JPH01145397A (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | 酸化物超伝導薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01145397A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01166412A (ja) * | 1987-12-22 | 1989-06-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合酸化物超電導薄膜とその作製方法 |
| JPH01166413A (ja) * | 1987-12-22 | 1989-06-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合酸化物超電導薄膜とその作製方法 |
| JPH02237082A (ja) * | 1988-04-30 | 1990-09-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導体薄膜を有する半導体基板と、その製造方法 |
| JPH059100A (ja) * | 1991-06-28 | 1993-01-19 | Nec Corp | 酸化物超電導薄膜合成方法 |
| JPH0555648A (ja) * | 1991-08-26 | 1993-03-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導素子 |
-
1987
- 1987-12-01 JP JP62301549A patent/JPH01145397A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01166412A (ja) * | 1987-12-22 | 1989-06-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合酸化物超電導薄膜とその作製方法 |
| JPH01166413A (ja) * | 1987-12-22 | 1989-06-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合酸化物超電導薄膜とその作製方法 |
| JPH02237082A (ja) * | 1988-04-30 | 1990-09-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導体薄膜を有する半導体基板と、その製造方法 |
| JPH059100A (ja) * | 1991-06-28 | 1993-01-19 | Nec Corp | 酸化物超電導薄膜合成方法 |
| JPH0555648A (ja) * | 1991-08-26 | 1993-03-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導素子 |
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