JPH02212304A - 酸化物超伝導薄膜 - Google Patents
酸化物超伝導薄膜Info
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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
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- 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５ＱＵＩＤ、ジョセフソン素子、超伝導トラン
ジスタ、電磁波センサー 素子配線、電極等に用いる超
伝導薄膜に関する。
ジスタ、電磁波センサー 素子配線、電極等に用いる超
伝導薄膜に関する。
（従来の技術）
現在話題の酸化物超伝導物質は結晶構造に起因して異方
圧が強い例えば臨界電流密度を見るとＣ軸方向はａ、
ｂ軸方向の１１５〜１／７どなっている。故に高臨界
電流密度を要求する薄膜デバイスに酸化物超伝導薄膜を
応用するにはエピタキシャル成長をさせることが必要不
可欠といえる。エピタキシャル成長をさせるには基板と
の格子定数をマツチングさせる必要があり一般的には応
用物理第５７＠第２号（１９８Ｂ）ｐ２２７−２３１や
公開特許公報昭６３−２７０３９５に述べられているよ
うに基板に５ｒＴｉ０３を初めとしたペロブスカイト型
酸化物の単結晶が用いられていた。
圧が強い例えば臨界電流密度を見るとＣ軸方向はａ、
ｂ軸方向の１１５〜１／７どなっている。故に高臨界
電流密度を要求する薄膜デバイスに酸化物超伝導薄膜を
応用するにはエピタキシャル成長をさせることが必要不
可欠といえる。エピタキシャル成長をさせるには基板と
の格子定数をマツチングさせる必要があり一般的には応
用物理第５７＠第２号（１９８Ｂ）ｐ２２７−２３１や
公開特許公報昭６３−２７０３９５に述べられているよ
うに基板に５ｒＴｉ０３を初めとしたペロブスカイト型
酸化物の単結晶が用いられていた。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら従来の酸化物超伝導薄膜の形成に用いるペ
ロブスカイト型酸化物の単結晶基板はベルヌーイ法で作
製されており、結晶の直径が約２ｃｍφ前後以下のもの
に限られていた。そのため大口径化は不可能であり、用
途が限定される（小型素子しか応用できない）、量産性
が無い、基板のコストが高い（例えば５ｒＴｉ０３の２
ｃｍφ単結晶基板は約２万円／枚である）等の問題を有
していた。
ロブスカイト型酸化物の単結晶基板はベルヌーイ法で作
製されており、結晶の直径が約２ｃｍφ前後以下のもの
に限られていた。そのため大口径化は不可能であり、用
途が限定される（小型素子しか応用できない）、量産性
が無い、基板のコストが高い（例えば５ｒＴｉ０３の２
ｃｍφ単結晶基板は約２万円／枚である）等の問題を有
していた。
また大口径化の可能な単結晶シリコンウェハーを用い直
接酸化物超伝導薄膜を付ける場合は（１）格子定数に大
きな差がありエピタキシャル成長性が悪い（２）シリコ
ンウェハーと反応し、膜厚が２００ｎｍ以下では低臨界
温度相になり易くさらには半導体相になった。
接酸化物超伝導薄膜を付ける場合は（１）格子定数に大
きな差がありエピタキシャル成長性が悪い（２）シリコ
ンウェハーと反応し、膜厚が２００ｎｍ以下では低臨界
温度相になり易くさらには半導体相になった。
本発明はこの様な問題を解決するものであり、その目的
とするところは大口径、高臨界電流密度で用途の限定が
無く量産性に優れた酸化物超伝導薄膜を低コストで得ん
と、するものである。
とするところは大口径、高臨界電流密度で用途の限定が
無く量産性に優れた酸化物超伝導薄膜を低コストで得ん
と、するものである。
（課題を解決するための手段）
上記の問題を解決するため本発明の酸化物超伝導薄膜の
構造は１）単結晶シリコンウェハー基板上に形成する酸
化物超伝導薄膜に於て単結晶シリコンウェハー基板と酸
化物超伝導薄膜の中間部に組成式をＡｘＴｉｙＯｚ（こ
こでＡは希土類元素を示す）と表したとき０．９≦ｘ≦
１．１．０．８５≦ｙ≦１．１５である酸化物層を形成
して成ること２）酸化物超伝導物質がＬｎ１Ｂａ２Ｃｕ
３Ｏｙ系（ここでＬｎはＹを含み４価元素を除く希土類
元素）で有ることを特徴とする＠ Ｘ−Ｖの値が上記
組成範囲を外れると酸化物層は安定した結晶構造をとら
なくなる。それは酸化物超伝導薄膜のエピタキシャル成
長を阻害する原因となる。また値は共に１に近いほど好
ましい、２は薄膜では測定が困難なため確認できていな
いがバルクでは最適組成において３となっている。
構造は１）単結晶シリコンウェハー基板上に形成する酸
化物超伝導薄膜に於て単結晶シリコンウェハー基板と酸
化物超伝導薄膜の中間部に組成式をＡｘＴｉｙＯｚ（こ
こでＡは希土類元素を示す）と表したとき０．９≦ｘ≦
１．１．０．８５≦ｙ≦１．１５である酸化物層を形成
して成ること２）酸化物超伝導物質がＬｎ１Ｂａ２Ｃｕ
３Ｏｙ系（ここでＬｎはＹを含み４価元素を除く希土類
元素）で有ることを特徴とする＠ Ｘ−Ｖの値が上記
組成範囲を外れると酸化物層は安定した結晶構造をとら
なくなる。それは酸化物超伝導薄膜のエピタキシャル成
長を阻害する原因となる。また値は共に１に近いほど好
ましい、２は薄膜では測定が困難なため確認できていな
いがバルクでは最適組成において３となっている。
（実施例）
以下実施例に従い本発明を説明する。
実施例−１
先ず最初に１００配向の単結晶シリコンウェハー基板上
に第１表に示した組成の酸化物膜をＲＦマグネトロンス
パッタ法により形成する。
に第１表に示した組成の酸化物膜をＲＦマグネトロンス
パッタ法により形成する。
使用ターゲットは第１表の組成に近い組成（最終的に第
１表になるよう補正したもの）の酸化物焼結ターゲット
である。成膜条件は基板温度４５０℃〜８００℃、真空
度３〜６１１０−’Ｔｏｒｒ。
１表になるよう補正したもの）の酸化物焼結ターゲット
である。成膜条件は基板温度４５０℃〜８００℃、真空
度３〜６１１０−’Ｔｏｒｒ。
使用ガス０２：Ａｒ比３：１、Ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓ
ｉ ｔｙ ３． ９ （Ｗ／ａｍ２）、成膜速度は
１０〜１５ｎｍ／ｍｉｎである。また膜厚は５００〜６
００ｎｍである。次にこの酸化物膜の結晶構造を安定化
させるため７５０℃酸素雰囲気中で３時間アニール処理
を行う。得られた酸化物膜はＸ線回折とＲＨＥＥＤによ
り分析したところエピタキシャル成長した膜であった。
ｉ ｔｙ ３． ９ （Ｗ／ａｍ２）、成膜速度は
１０〜１５ｎｍ／ｍｉｎである。また膜厚は５００〜６
００ｎｍである。次にこの酸化物膜の結晶構造を安定化
させるため７５０℃酸素雰囲気中で３時間アニール処理
を行う。得られた酸化物膜はＸ線回折とＲＨＥＥＤによ
り分析したところエピタキシャル成長した膜であった。
また格子定数は３゜９０〜３．９５でありＬｎ−Ｂａ−
Ｃｕ−０（Ｌｎは４価元素を除く希土類元素）系酸化物
超伝導物質に近いものであった。
Ｃｕ−０（Ｌｎは４価元素を除く希土類元素）系酸化物
超伝導物質に近いものであった。
次に反応蒸着法により前記酸化物膜上にＥｕ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−０超伝導薄膜を１５０ｎｍ形成した。
ｕ−０超伝導薄膜を１５０ｎｍ形成した。
成膜条件は蒸発源にＥｕ、Ｂａ、Ｃｕの金属を用い、真
空度３〜６＊１Ｏ−５Ｔｏｒｒ、 基板温度６５０℃
、成膜速度２０〜３５ｎｍ／ｍｉｎであり、酸素の供給
はマイクロ波で活性化した酸素プラズマを基板部に成膜
中に照射して行った。
空度３〜６＊１Ｏ−５Ｔｏｒｒ、 基板温度６５０℃
、成膜速度２０〜３５ｎｍ／ｍｉｎであり、酸素の供給
はマイクロ波で活性化した酸素プラズマを基板部に成膜
中に照射して行った。
次に５００℃酸素雰囲気中において１５時間アニール処
理を行い不足している酸素を補給すると共に（酸素不足
は低臨界温度相の発生を招く）結晶構造を安定化させ酸
化物超伝導薄膜を得る。酸化物超伝導薄膜をＸ線回折、
ＲＨＥＥＤにより分析したところエピタキシャル成長し
た膜であった。
理を行い不足している酸素を補給すると共に（酸素不足
は低臨界温度相の発生を招く）結晶構造を安定化させ酸
化物超伝導薄膜を得る。酸化物超伝導薄膜をＸ線回折、
ＲＨＥＥＤにより分析したところエピタキシャル成長し
た膜であった。
第１表
実施例−２
実施例−１と同様な条件で単結晶シリコンウェハー上に
Ｌａ−Ｔｉ−０酸化物、Ｅｕ−Ｔｉ−０酸化物の順に形
成する。膜厚はそれぞれ２００ｎｍ、４００ｎｍである
。次にＥｕ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜を１１００ｎ形成し酸
化物超伝導薄膜を得た。
Ｌａ−Ｔｉ−０酸化物、Ｅｕ−Ｔｉ−０酸化物の順に形
成する。膜厚はそれぞれ２００ｎｍ、４００ｎｍである
。次にＥｕ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜を１１００ｎ形成し酸
化物超伝導薄膜を得た。
得られた酸化物超伝導薄膜の臨界温′度と臨界電流密度
を４端子法により測定した。測定雰囲気は７７Ｋに冷却
（ダイキン工業製極低温冷凍機ＵＶ２０４ＳＲ使用）し
たヘリウムガス中である・結果を第２表（実施例−１）
と第３表（実施例−２）に比較例と共に示した。比較例
は単結晶シリコンウェハー基板上に直接Ｅｕ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−０薄膜を形成した場合（Ｇ、 Ｈ，Ｉそれぞれ膜
厚１１００ｎ、２００ｎｍ、７００ｎｍ）と基板に５ｒ
Ｔｉ０３単結晶を用いた場合である。
を４端子法により測定した。測定雰囲気は７７Ｋに冷却
（ダイキン工業製極低温冷凍機ＵＶ２０４ＳＲ使用）し
たヘリウムガス中である・結果を第２表（実施例−１）
と第３表（実施例−２）に比較例と共に示した。比較例
は単結晶シリコンウェハー基板上に直接Ｅｕ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−０薄膜を形成した場合（Ｇ、 Ｈ，Ｉそれぞれ膜
厚１１００ｎ、２００ｎｍ、７００ｎｍ）と基板に５ｒ
Ｔｉ０３単結晶を用いた場合である。
表より判るように本発明による酸化物超伝導薄膜は大口
径化の可能なシリコンウェハーを基板として用いてもエ
ピタキシャル成長させることが出来、高い臨界電流密度
が得られるようになった。
径化の可能なシリコンウェハーを基板として用いてもエ
ピタキシャル成長させることが出来、高い臨界電流密度
が得られるようになった。
比較例Ｋ（１００ｎｍ）、Ｌ （２００ｎｍ）で超伝導
特性が悪いのはシリコンウェハーと酸化物超伝導物質が
反応して酸化物超伝導の結晶構造を壊しているためであ
る０本発明ではこの反応を抑制第２表 出来るため１１００ｎと薄く形成しても良ν）超伝導特
性を得ることが出来る。酸化物層元素に酸化物超伝導物
質と同じ希土類元素を用ν）てし）るため界面でミキシ
ングがあっても影響が少なり１ことも良い一因となって
いるものと考えられる。比較例工（膜厚７００ｎｍ）の
臨界温度は９０にと良い値であるが臨界電流密度は低い
、これは超伝導薄膜がエピタキシャル成長していないた
めでる。また実施例の中でＢとＥが他に比べ臨界電流密
度が高いのは酸化物層が最適組成近いことにより最適結
晶構造をとり、それが酸化物超伝導膜のエピタキシ・ヤ
ル成長を促している。故に酸化物の組成はＡｘＴｉｙＯ
ｚ（ここでＡは希土類元素を示す）と表したとき０．９
≦ｘ≦１．１．０．８５≦ｙ≦１．１５の範囲内である
必要があり、外れると臨界電流密度は急激に低下する。
特性が悪いのはシリコンウェハーと酸化物超伝導物質が
反応して酸化物超伝導の結晶構造を壊しているためであ
る０本発明ではこの反応を抑制第２表 出来るため１１００ｎと薄く形成しても良ν）超伝導特
性を得ることが出来る。酸化物層元素に酸化物超伝導物
質と同じ希土類元素を用ν）てし）るため界面でミキシ
ングがあっても影響が少なり１ことも良い一因となって
いるものと考えられる。比較例工（膜厚７００ｎｍ）の
臨界温度は９０にと良い値であるが臨界電流密度は低い
、これは超伝導薄膜がエピタキシャル成長していないた
めでる。また実施例の中でＢとＥが他に比べ臨界電流密
度が高いのは酸化物層が最適組成近いことにより最適結
晶構造をとり、それが酸化物超伝導膜のエピタキシ・ヤ
ル成長を促している。故に酸化物の組成はＡｘＴｉｙＯ
ｚ（ここでＡは希土類元素を示す）と表したとき０．９
≦ｘ≦１．１．０．８５≦ｙ≦１．１５の範囲内である
必要があり、外れると臨界電流密度は急激に低下する。
第３表は格子定数の異なる酸化物層を２層形成したもの
であるが本発明の中では最も臨界電流密度が高い、これ
は酸化物層伝導膜側に酸化物超伝導物質に格子定数の最
も近い酸化物層を配しマツチングを良くしたためと該酸
化物層とシリコンウェハー基板との間に格子定数がシリ
コンウェハー基板と酸化物超伝導物質の間に位置する酸
化物層を配したため各膜間の格子定数の変化が少なくな
り酸化物層の歪が少なくなったためと考えられる。
であるが本発明の中では最も臨界電流密度が高い、これ
は酸化物層伝導膜側に酸化物超伝導物質に格子定数の最
も近い酸化物層を配しマツチングを良くしたためと該酸
化物層とシリコンウェハー基板との間に格子定数がシリ
コンウェハー基板と酸化物超伝導物質の間に位置する酸
化物層を配したため各膜間の格子定数の変化が少なくな
り酸化物層の歪が少なくなったためと考えられる。
これら実施例の値は５ｒＴｉ０３単結晶基板を用いた値
（比較例Ｎ：ＮＴＴデータ）に近いものであり十分デバ
イス等に応用できる値である。
（比較例Ｎ：ＮＴＴデータ）に近いものであり十分デバ
イス等に応用できる値である。
第３表
第４表に単結晶シリコンウェハー基板と従来よく用いら
れていた５ｒＴｉ０３単結晶基板の１枚の値段を示した
。単結晶シリコンウェハー基板は４インチ（約１０ｃｍ
φ）と５ｒＴｉ０３単結晶基板の約５倍と大口径である
にも関わらず値段は約１／１０であり大幅な低コスト化
が可能となる。
れていた５ｒＴｉ０３単結晶基板の１枚の値段を示した
。単結晶シリコンウェハー基板は４インチ（約１０ｃｍ
φ）と５ｒＴｉ０３単結晶基板の約５倍と大口径である
にも関わらず値段は約１／１０であり大幅な低コスト化
が可能となる。
第４表
ままで用いたり微細加工、保護膜形成、他物質の積層等
を施した後５ＱＵＩＤ、 ジョセフソン素子、超伝導
トランジスタ、電磁波センサー 磁気センサー 素子配
線、電流制御素子、磁束量子メモリ、光スイツチ素子、
磁気シールド等に応用することが出来る。
を施した後５ＱＵＩＤ、 ジョセフソン素子、超伝導
トランジスタ、電磁波センサー 磁気センサー 素子配
線、電流制御素子、磁束量子メモリ、光スイツチ素子、
磁気シールド等に応用することが出来る。
以上
（発明の効果）
以上述べたように本発明によれば大口径化の可能な単結
晶シリコンウェハーを基板に用いても酸化物超伝導薄膜
のエピタキシャル成長が可能となり、なお且基板との反
応を抑制できるため高い臨界電流密度をえられる。さら
に大口径で有るにも関わらず基板の値段が格段に安い。
晶シリコンウェハーを基板に用いても酸化物超伝導薄膜
のエピタキシャル成長が可能となり、なお且基板との反
応を抑制できるため高い臨界電流密度をえられる。さら
に大口径で有るにも関わらず基板の値段が格段に安い。
そのため形状や臨界電流密度による用途の限定が無く、
量産性に優れた酸化物超伝導薄膜を低コストで得ること
が出来る。
量産性に優れた酸化物超伝導薄膜を低コストで得ること
が出来る。
本発明により得られた酸化物超伝導薄膜はその出願人
セイコーエプソン株式会社 代理人弁理士 上柳雅誉 他１名
セイコーエプソン株式会社 代理人弁理士 上柳雅誉 他１名
Claims (2)
- （１）単結晶シリコンウェハー基板上に形成する酸化物
超伝導薄膜に於て単結晶シリコンウェハー基板と酸化物
超伝導薄膜の中間部に組成式をＡｘＴｉｙＯｚ（ここで
Ａは希土類元素を示す）と表したとき０．９≦ｘ≦１．
１、０．８５≦ｙ≦１．１５である酸化物層を形成して
成る事を特徴とする酸化物超伝導薄膜。 - （２）酸化物超伝導物質がＬｎ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ系（
ここでＬｎはＹを含み４価元素を除く希土類元素）で有
ることを特徴とする請求項１記載の酸化物超伝導薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1033136A JP2852753B2 (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | 酸化物超伝導素子および酸化物超伝導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1033136A JP2852753B2 (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | 酸化物超伝導素子および酸化物超伝導体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02212304A true JPH02212304A (ja) | 1990-08-23 |
| JP2852753B2 JP2852753B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=12378182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1033136A Expired - Lifetime JP2852753B2 (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | 酸化物超伝導素子および酸化物超伝導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2852753B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1858091A1 (en) * | 2006-05-18 | 2007-11-21 | Nexans | Conductor coated with a polycrystalline film useful for the production of high temperatures superconductor layers |
-
1989
- 1989-02-13 JP JP1033136A patent/JP2852753B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| APPLIED PHYSICS LETTERS=V53 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1858091A1 (en) * | 2006-05-18 | 2007-11-21 | Nexans | Conductor coated with a polycrystalline film useful for the production of high temperatures superconductor layers |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2852753B2 (ja) | 1999-02-03 |
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