JPH02212306A - 酸化物超伝導薄膜 - Google Patents

酸化物超伝導薄膜

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JPH02212306A
JPH02212306A JP1034146A JP3414689A JPH02212306A JP H02212306 A JPH02212306 A JP H02212306A JP 1034146 A JP1034146 A JP 1034146A JP 3414689 A JP3414689 A JP 3414689A JP H02212306 A JPH02212306 A JP H02212306A
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JP
Japan
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oxide
thin film
oxide superconducting
superconducting thin
substrate
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Pending
Application number
JP1034146A
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English (en)
Inventor
Eiji Natori
栄治 名取
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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    • 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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  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は5QUID、ジョセフソン声子、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。
〔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
正が強い、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となっている。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物質
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巻
第2号(1988)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5r
Ti03を初めとしたペロブスカイト型酸化物の単結晶
を用いていた。
またJapanese  Journal  Of  
Applied  Physics  Vol、27 
 No。
6 1988  ppL106B−1070に述べられ
ている様にシリコンウェハー上にZrO2層を形成した
後酸化物超伝導層を形成する方法も検討されている。
〔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。
また大口径化の可能な単結晶シリコンウェハーを用いZ
rO2層を形成した後酸化物超伝導薄膜を付ける場合は
ZrO2と酸化物超伝導物質の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とゆう問題を有していた
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。
〔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は
1)基板に単結晶シリコンウェハーを用いる酸化物超伝
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
導薄膜の中間部に少なくともZrO2、A 1203、
MgO1SrO1CaO1の白河れかの酸化物層と組成
式をAxByOz (ここでAは希土類元素を、BはT
aまたはNbを示す)と表したとき0.28≦x≦0.
4.0.9≦y≦1.1である酸化物層を1層以上形成
して成る事2)酸化物超伝導物質がLn1Ba2Cu3
Oy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、  y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。また値はそれぞれ0.33.1
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〕
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Zr02(Y安定化)酸化物層を反応蒸着法(電子ビ
ーム)により形成する。成膜条件は蒸発源にZrとYペ
レットを用い、基板温度620℃、真空度2〜6*10
−’Torr、 成膜速度7nm/minであり基板へ
の酸素供給は成膜中に基板周辺に酸素を吹き付けて行な
う、得られた酸化物層の組成は(Y2O2) 0.09
 (Z r02) 0.91でありX線回折とRHEE
D分析によるとC軸配向した極めて単結晶に近い膜であ
り格子定数は5・15〜5. 32A (as、  b
@)であった0次に第1表に示した組成の酸化物層をR
F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3〜6*1O−2Torr、使用ガス02:Ar比3
:1、Power  density  3.9 (W
/cm”)、成膜速度は7〜15nm/minである。
また膜厚は500〜550nmである0次に酸化物層の
結晶構造を安定化させるため750°C酸素雰囲気中で
1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3.89〜3.94
A(a@)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。
次に反応蒸着法により前記酸化物膜上にNd−Ba−C
u−0超伝導薄膜(1:  2:  3組成)を150
nm形成した。成膜条件は蒸発源にNd、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。
次にas−depo、  状態で良好な膜が得られる場
合もあるが必要に応じ500°C酸素雰囲気中において
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
結晶構造を安定化させ酸化物超伝導薄膜を得る。
第1表 得られた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。
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基板
上に酸化物層をMgO酸化物層、Nd−Nb−0酸化物
層の順に形成する。膜厚はそれぞれ200nm、400
nmである。次にNd−Ba−Cu−0薄膜を1100
n形成し酸化物超伝導薄膜を得る。
実施′例−3 実施例−1と同様な条件で単結晶シリコンウェハー基板
上に酸化物層をA l 203酸化物層、Nd−Nb−
0酸化物層の順にそれぞれ200nm、500nm形成
する0次にNd−Ba−Cu−0薄膜を1100n形成
し酸化物超伝導薄膜を得る。
実施例−4 実施例−1と同様な条件で単結晶シリコンウェハー基板
上に酸化物層をSrO酸化物層、Nd−Nb−0酸化物
層の順にそれぞれ350nm、400nm形成する。次
にYb−Ba−Cu−0薄膜を1100n形成し酸化物
超伝導薄膜を得る。
実施例−5 実施例−1と同様な条件で単結晶シリコンウェハー基板
上に酸化物層をBaO酸化物層、CaO酸化物層、Dy
−Ta−0酸化物層の順にそれぞれ150nm、200
nm、400nm形成する。
この時の酸化物の格子定数はBa>Ca>Dyである0
次にDy−Ba−Cu−0薄膜を1100n形成し酸化
物超伝導薄膜を得る。
上記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。測定温度は77K(ダイ
キン工業製極低温冷凍機UV204SR使用)で測定雰
囲気はヘリウムガス中である。
結果を比較例と共に第2表(実施例−1)、第3表(比
較例)、第4表(実施例−2、実施例−3、実施例−4
、実施例−5)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Nd−Ba−Cu−0薄膜を1100
n形成した場合(K)Zr03酸化物層ノミノ場合(L
)、 Nd−Nb−o酸化物層のみの場合(M)と基板
に5rTi03単結晶を用いた場合(N:応用物理第5
7巻第2号1988 p227−231 NTTデータ
による)である。
表より判るように本発明の酸化物超伝導薄膜は基板に単
結晶シリコンウェハーを用いても高い臨−界電流密度を
得ることが出来る。比較例G、  H1■の特性の悪い
のは、 (G): 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
、 (H):  ZrO2酸化物層は単結晶に近いもの
であるがZrO2酸化物層と酸化物超伝導物質には格子
定数に大きな差がありマツチングが悪く酸化物超伝導膜
のエピタキシャル成長が阻害されているため、 (1)
: シリコンウェハーと酸化物層のマツチングが悪く酸
化物層の構造が安定していないためその上に形成される
酸化物超伝導膜も安定したエピタキシャル成長膜になら
ないためである。
第2表 第4表 第3表 これらの点を纏めると本発明は基板と酸化物超伝導層の
間に酸化物超伝導物質よりエピタキシャル成長させ易い
酸化物層を格子定数が少しずつ変化するよう多段に配し
たことにより反応がなく且エピタキシャル性の良い酸化
物超伝導膜が出来るようになったといえる。
また実施例の中でA、  C,F、  Hが他に比べ臨
界電流密度が低いのは酸化物超伝導側の酸化物層が最適
組成から僅かずれていることにより最適結晶構造を採ら
ない、それが酸化物超伝導膜のエピタキシャル成長を僅
か崩しているためである。
故に酸化物の組成はAxAlyOz(ここでAは希土類
元素を示す)と表したとき0.9≦x≦101.0.8
5≦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。
これら実施例の値は第4表の比較例に示す5rTi03
単結晶基板を用いた値(比較例J:  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5表 第5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85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。
〔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、
即ち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。
本発明により得られた酸化物超伝導薄膜はそのままで用
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、電箪制御
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。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板に単結晶シリコンウェハーを用いる酸化物超
    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少なくともZrO2、Al2O3、
    MgO、SrO、CaOの内何れかの酸化物層と組成式
    をAxByOz(ここでAは希土類元素を、BはTaま
    たはNbを示す)と表したとき0.28≦x≦0.4、
    0.9≦y≦101である酸化物層を1層以上形成して
    成る事を特徴とする酸化物超伝導薄膜。
  2. (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。
JP1034146A 1989-02-14 1989-02-14 酸化物超伝導薄膜 Pending JPH02212306A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5231077A (en) * 1990-08-09 1993-07-27 Nobuo Sasaki Active device having an oxide superconductor and a fabrication process thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5231077A (en) * 1990-08-09 1993-07-27 Nobuo Sasaki Active device having an oxide superconductor and a fabrication process thereof

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