JPH0197314A - 超伝導材料構造 - Google Patents

超伝導材料構造

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JPH0197314A
JPH0197314A JP62255676A JP25567687A JPH0197314A JP H0197314 A JPH0197314 A JP H0197314A JP 62255676 A JP62255676 A JP 62255676A JP 25567687 A JP25567687 A JP 25567687A JP H0197314 A JPH0197314 A JP H0197314A
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JP
Japan
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substrate
layer
superconducting material
material layer
superconducting
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JP62255676A
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English (en)
Inventor
Takaaki Kimura
記村 隆章
Hideki Yamawaki
秀樹 山脇
Kazuto Ikeda
和人 池田
Masaru Ihara
賢 井原
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目 次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作用 実施例 (1)本発明の第1実施例 (第1〜4図)(2)本発
明の第2実施例 発明の効果 〔概 要〕 セラミックス系の超伝導材料構造に関し、セラミックス
系超伝導材料層と半導体あるいは絶縁体よりなる基板と
の間の化学反応を抑制して良好な超伝導特性を有する超
伝導材料を得ることを目的とし、 超伝導材料層と基板との間に酸化イノトリ、ラムよりな
る層を形成するように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、超伝導材料構造に係り、詳しくは、セラミッ
クス系超伝導材料層と基板との間に酸化イツトリウム層
を形成した超伝導材料構造に関する。
近年、コンピュータの高速化はめざましく、この高速化
のアプローチとしてプロセッサのマルチ化、デバイスの
スイッチング速度の向上、およびこれらデバイスを高密
度に実装して配線距離を短くすることが行われている。
高密度に配線するためには、微細な配線パターンで回路
を作成することが必要となり、このような微細化を図る
と、配線に用いる導体の断面積が減少する反面、配線の
電気抵抗が増加する。そのため、伝播する電気信号の減
少、波形の歪が起こる。
そこで、超伝導物質を銅などの常伝導体に代えて配線材
料として用いることができれば、これらの問題は大きく
改善される。また、超伝導物質によりジョセフソン素子
を構成し、集積化すれば高速・低電力性と微小実装部品
技術の活用により超高速のコンピュータシステムを実現
できる。
従来の超伝導体は超伝導状態に転移する温度が低く、冷
却のために液体ヘリウムや液体水素を用いらなければな
らなかった。しかし、これらの冷却媒体は取り扱いが難
しく、コストもかかるので、超伝導配線材料の実現化は
困難であった。
ところが、近時Y−Ba−Cu−0系セラミックスに代
表される、いわゆる高温超伝導体が出現し、超伝導配線
の実用化の可能性が大きく広がりつつある。
〔従来の技術〕
セラミックス系の酸化物高温超伝導体は液体窒素の沸点
(77°K)以上の比較的高温で超伝導状態になること
から、ICなどの半導体デバイス、各種装置の部品、装
置内の配線など応用範囲が広く、その要求も大きい。こ
れらの要求に答えるためには品質の良い薄膜を効率良く
形成する必要がある。例えばジョセフソン接合を含め半
導体、集積回路の構成素子は、すべて薄膜素子からなる
全薄膜集積回路という特質がある。このため、薄膜の結
晶粒径、配向性等の結晶性に基づく薄膜の性質、均一性
、再現性が素子ひいては超伝導集積回路の歩留り、信頼
性の重要な因子となる。
従来の半導体材料の薄膜の形成方法としては、主にスパ
ッタ法、蒸着法などが用いられる。スパッタ法では、成
長を行う物質と同程度の組成のターゲットを用い、これ
をイオンスパッタにより気化し基板上に成長させている
。また、蒸着法では、薄膜を形成する物質(蒸発源)を
加熱して蒸発させ、基板上に、蒸着させている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このようなセラミックス系酸化物超伝導
体は、良好な超伝導特性を得るための基板として通常、
高価なチタン酸ストロンチウム(S r T i 03
 )基板やイツトリウム安定化ジルコニア(YSZ)基
板を用いているため、半導体装置として使用する場合の
コストが高くなるという問題点があった。
このような問題点に対して、基板として安価なSi基板
やサファイア基板を用いることができればコストの低減
が可能である。ところが、Si基板やサファイア基板を
用いた場合には超伝導体層の形成中あるいは形成後の熱
処理により、超伝導材料と基板との間に化学反応が起こ
るため、良好な超伝導特性を有する薄膜が得られにくい
という欠点がある。
そこで、本発明者等は鋭意検討の結果、上記欠点を解消
するため、セラミックス系酸化物などの超伝導材料層と
Siあるいはサファイア基板との間に酸化イツトリウム
(Yz 03 )よりなる層を形成することが有効であ
ることを見出した。Y2O3は、 (イ)融点が高<  (2410℃)化学的に安定な物
質であるため1000℃程度の温度ではSiやサファイ
アともY−Ba−Cu−0系の酸化物とも殆ど反応しな
い。
(ロ)Y−Ba−Cu−〇系の酸化物の1成分であるた
め、前記の酸化物中に混入することがあったとしてもそ
の影響は小さい。
という特徴を有している。
本発明は、Siあるいはサファイアなどの半導体あるい
は絶縁体よりなる基板を用いて、良好な超伝導特性を有
するセラミックス系超伝導材料を低コストで提供するこ
とを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明による超伝導材料構造は上記目的達成のため、セ
ラミックス系超伝導材料層が半導体あるいは絶縁体より
なる基板上に形成された超伝導材料構造において、前記
基板とセラミックス系超伝導材料層との間に、酸化イツ
トリウムよりなる層を形成するようにしている。
〔作 用〕
本発明では、半導体あるいは絶縁体よりなる基板とセラ
ミックス系超伝導材料層との間に化学的に安定な酸化イ
ツトリウム層が形成される。
したがって、前記基板と超伝導材料層との間の化学反応
が酸化インドリウム層により確実に抑制され、良好な超
伝導特性を有する薄膜が得られる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第1実i 第1〜4図は本発明の第1実施例を示す図である。第1
.2図は本発明による超伝導材料構造を示す図であり、
第1図において、1はSiよりなる成長基板であり、2
は成長基板1の上に形成されたY2O3層である。3は
Y2O3層2の上に形成されたY−Ba−Cu−0系酸
化物よりなる超伝導材料層であり、Y2O3層2は成長
基板1と超伝導材料層3との間に形成されている。本実
施例における超伝導材料構造は、たとえば化学気相成長
方法(CVD法)により第2図(a)に示すように、ま
ず基板1の上にY2O3層2を薄膜として形成する工程
と、第2図(b)に示すように、Y2O3層2の上に超
伝導材料層3を薄膜として形成する工程とを経て得られ
る。
第3.4図は化学気相成長方法(CVD法)を実施する
ためのCVD装置の概略図である。まず、基板上にY2
O3層を形成する工程について説明すると、第3図にお
いて、基板支持台15上に成長基板16を載置するとと
もに、ソースポート14にYCI、を入れる。次いで、
反応管11を抵抗加熱炉12a、12bにより加熱して
ソースポート14がらYC13ガスを発生させる。ガス
導入口13aより導入されたキャリアガスHeによって
Y’C1,ガスがソースチェンバ13から成長基板16
上に送られる。
また、ガス導入口11aよりキャリアガスHeとともに
導入された02 、Hz Oよりなる酸化剤が成長基板
16上に送られる。このようにして成長基板16上で次
式■に示す化学反応が起こって、Y2O3の薄膜が成長
する。この場合の成長条件は下記の範囲とする。
2YCI3 +3H20−Y2 o、 +6HC1・・
・・・・■ 成長基板温度(Tsu++)・・・・・・・・・・旧・
・ 1050”cY Cl s ln度(T? )・・
・・・・川・旧・・・・・ 1000’cOw’174
度(対He)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・ 0.3%バブル温度  ・・・・・・・・・・旧
旧・・・・・−・・・・・・・・ 80℃(水をキャリ
アーガスHeの一部若しくは全部でバブル) 成長基板 ・・・・・・・・・・・・・旧・・・旧・・
 (100)  S i、(110) S i 。
(111) S i、 成長膜厚 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・旧
・・ 1μm次に、基板上に成長したY z O3層上
に、Y−Ba−Cu−0系酸化物よりなる超伝導材料層
を形成させるには、第4図に示す装置を用いて下記のよ
うな方法で行う。Y2O3層を形成した成長基板26を
基板支持台25に載置し、ソースポー)24a〜24c
にそれぞれB a Cl z、 Y CI 3. Cu
 CIを入れる。次いで、反応管21を抵抗加熱炉22
a〜22dにより加熱してソースポート24a〜24c
がらそれぞれBaCl□ガス、YCI、ガス、CuCl
ガスを発生させるとともに、ガス導入部23aよりキャ
リアガスHeを導入し発生したガスを成長基板26上に
送る。また、ガス導入口21aより酸化剤としてキャリ
アガスHeとともに、Oz 、Hz Oを導入し、これ
らのガスをソースチェンバ23の外側を通して成長基板
26上に送る。このようにして成長基vi1.26上に
YBaz Cus 07−Xなるセラミックス系超伝導
体の薄膜が成長する。成長条件としては下記の範囲で行
った。
成長基板温度(TsuB)・・・・・・・・・・・・・
・・ 1050°CBaCl□温度(T□)・・・・・
・・・・・・・・・・ 850℃YC1,温度(T7)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 1000℃C
uCl温度(Tcu)・・・・・・・・・・・・・・・
・・・ 450℃0□濃度(対He)・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・ 0.5%バブル温度 ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・ 80℃(水をキャリアーガスの一部若しくは
全部でバブル) 成長膜厚 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・ 1μm以上のようにして
得られた超伝導体薄膜を抵抗加熱炉を用いて酸素雰囲気
中で、900℃において8時間アニールし、さらに酸素
雰囲気中で徐冷を行う。アニール後の成長膜をX&’i
回折(Cu、にα線)によって測定した結果、(100
) S i基板。
(110)  S i基板および(111) S i基
板上にYBa2Cu07−xが成長していることが確認
され、いずれの場合にも成長薄膜が良好な超伝導特性を
示している。
本実施例では、安価なSiよりなる成長基板1とYBa
z C1J30q−+vの組成を有するセラミックス系
超伝導材料層3との間にY 203よりなる層2が形成
されている。Y2O3は融点が高く、化学的に安定な物
質であるため1000℃程度の高温においても成長基板
1(Si)とも、超伝導材料層3とも殆ど反応しない。
また、Y2O3は超伝導材料層3の1成分であるため、
超伝導材料N3に混入しても殆ど影舌がない。
したがって、超伝導材料層3形成中あるいは形成後の熱
処理中にY2O3層2によって成長基板1と超伝導材料
層3との間の化学反応が確実に抑制され、安価なSi基
板を用いてセラミックス系の超伝導材料を低コストで提
供することができる。
第2実施例 上記第1実施例では、成長基板1としてSi基板を用い
たが、第2実施例では成長基板1としで、(1102)
Sapphireおよび(0001)Sapph ir
eを用い、第1実施例と同じCVD装置を用いて、同様
の成長条件においてY2O1層の形成および超伝導材料
層の形成を行う。第1実施例と同じ条件でアニールした
後の成長膜をX線回折(Cu、にα線)によって測定し
た結果、(1102)Sapphire基板および(0
001)Sapphire基板上にYBa2Cu、、0
7−9が成長していることが確認され、いずれの場合に
も成長薄膜は良好な超伝導特性を示している。サファイ
ア基板を用いた第2実施例においても第1実施例と同様
の効果が得られる。
なお、前記第1.2実施例において、Y2O3層および
超伝導材料層をともにCVD法によって形成する場合に
ついて説明したが、スパッター法、蒸着法その他の方法
を用いて薄膜を形成してもよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、基板とセラミックス系超伝導材料層と
の間に化学的に安定な酸化イツトリウムよりなる層が形
成されているため、超伝導材料層と基板との間の化学反
応が抑制される。したがって、安価なSi基板やサファ
イア基板等を用いて良好な超伝導特性を有する超伝導材
料を提供することができ、半導体装置などのコストを低
減することができる。
【図面の簡単な説明】
第1〜4図は本発明に係る超伝導材料構造の第1実施例
を示す図であり、 第1図はその構成を示すモデル図、 第2図(a)、(b)はその形成工程を示す各モデル図
、 第3図はそのY2O3層を形成するためのCVD装置の
模式図、 第4図はその超伝導材料層を形成するためのCVD装置
の模式図である。 ■・・・・・・成長基板、 2・・・・・・Y2O3層、 3・・・・・・超伝導材料層。 76一

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  半導体あるいは絶縁体よりなる基板上にセラミックス
    系超伝導材料層が形成された超伝導材料構造において、 前記基板とセラミックス系超伝導材料層との間に、酸化
    イットリウムよりなる層を形成したことを特徴とする超
    伝導材料構造。
JP62255676A 1987-10-09 1987-10-09 超伝導材料構造 Pending JPH0197314A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63239738A (ja) * 1987-03-27 1988-10-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 超電導体線およびその製造方法
JPS6457513A (en) * 1987-04-13 1989-03-03 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Superconducting wire and its manufacture

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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