JPH03224278A - 複合酸化物超電導薄膜層を有する基板と、その作製方法 - Google Patents

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、複合酸化物起電導薄膜層を有する基板に関す
るものである。

特に、本発明は、下地基板上に独自の構造で複合酸化物
薄膜を備え、良好な超電導特性を安定して発揮する新規
な複合酸化物超電導基板の構成とその作製方法に関する
。

従来の技術 電子の相転移であるといわれる超電導現象は、長い間、
液体ヘリウムによる冷却を必要とする極低温下において
のみ観測される現象であるとされていた。しかし、１９
８６年にベドノーツ、ミューラ−によって３０にで超電
導状態を示す（Ｌａ、　Ｂａ）　２Ｃｕｂ。

が発見され、１９８７年には、チュー達によって臨界温
度が９０に台のＹＢａ２Ｃｕ：＋　ｏｙが発見され、１
９８８年には前田達によって１００　Ｋ以上の臨界温度
を示すＢｉ系複合酸化物の超電導材料が発見された。こ
れらの複合酸化物系超電導材料は廉価な液体窒素によっ
て超電導現象を実現することができるため、超電導技術
の実用化が期待されている。

これらの複合酸化物系高温超電導材料は、当初粉末冶金
法により焼結体として得られていたが、焼結体では特に
臨界電流密度の低いものしか得られないため、各種蒸着
法等により薄膜として成膜する方法が広く研究されてい
る。

一般に、複合酸化物系超電導薄膜は、ＳｒＴ＋０３、Ｍ
ｇＯ等の単結晶基板上に真空蒸着法、スパッタリング法
、イオンブレーティング、ＭＢＥ法等の各種物理蒸着法
およびＭＯ−ＣＶＤ法に代表される化学的蒸着法によっ
て成膜される。

複合酸化物超電導材料を薄膜に成膜することによって、
臨界電流密度は大幅に向上したが、現在までに得られて
いる超電導薄膜は微視的には膜質が均一ではなく、また
臨界電流密度も低いため、実際に電子回路素子等を作製
するのは困難である。

従って、複合酸化物超電導薄膜を各種のデバイスの作製
に実際に利用するためには、臨界電流密度をさらに大き
くするだけでなく、大面積の基板上に均一な膜質の超電
導薄膜、好ましくは単結晶の超電導薄膜を成膜する必要
がある。

ＭｇＯ，５ｒＴｉＧ３等の酸化物単結晶基板上に成膜し
た複合酸化物Ｍｉ電導薄膜の特性が優れたものとなる理
由としては、下記の理由が考えられる；第一に、基板上
に複合酸化物超電導薄膜を直接形成した場合には、基板
の構成元素が酸化物超電導体中に拡散して超電導薄膜の
特性が低下し易いが、ＭｇＯ１ＳｒＴｉ０３等の単結晶
はその場合でも悪影響が少ない。

第二に、ＭｇＯ１ＳｒＴｉ０３等の単結晶の特定な面上
に堆積させた複合酸化物超電導体は、配向性を有する多
結晶または単結晶になり易い。すなわち、ＭｇＯ１Ｓｒ
ＴｉＯ＋等の単結晶基板を用いると複合酸化物超電導薄
膜を所謂エピタキシャル成長をさせ易い。従って、得ら
れる超電導薄膜は超電導特性に優れた単結晶または非常
に結晶方向が揃った多結晶で構成される。また、複合酸
化物超電導体の超電導特性には異方性があるが、この異
方性の制御も行なえる。

しかし、従来の方法で酸化物単結晶基板上に成膜した複
合酸化物超電導薄膜は、基板表面の凹凸の影響や、基板
を構成する材料の結晶と酸化物超電導体結晶との格子定
数とのミスマツチのために、表面が平滑にならず、デバ
イス等への応用には不都合であった。酸化物超電導薄膜
の表面が、平滑にならない理由としては以下の理由が考
えられる：■　酸化物単結晶基板の表面は原子レベルで
は平滑ではない。表面をポリッシングすることによっで
ある程度平滑にはなるが、電子線回折（ＲＨＥＥＤ　）
で観察すると、表面の平滑性を示すストリークパターン
は得られ難く、スボッティなパターンのものにしかなら
ない。

■　酸化物超電導体と酸化物単結晶基板との格子定数が
異なっているため、成長初期には膜応力によって吸収さ
れていた凹凸が、膜厚が厚くなるに従って膜応力に耐え
られなくなり、表面に凹凸を生じる。

さらに、従来の各種の蒸着法によって成膜した複合酸化
物超電導薄膜はアズ　デボでの超電導特性が悪いため、
優れた超電導特性を実現するためには成膜後に複合酸化
物薄膜をボストアニール処理することが必要であった。

しかし、ボストアニール処理時によって基板材料が薄膜
中に拡散するために、基板近傍の領域では薄膜の品質が
大幅に低下することが知られている。

米国特許第４．８３７．６０９号には、複合酸化物超電
導材料とシリコン単結晶との間にＷ、　Ｍｏ、　Ｔａを
介在させることを提案している。

また、特開昭６３−２３９．８４０号公報には金属銅基
板を酸化させてＣｕＯ層を形成し、このＣｕＯ層上に複
合酸化物超電導材料を蒸着させることを提案している。

発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決して、表
面が平滑な優れた特性の超電導薄膜層を有する基板と、
その作製手法とを提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明の提供する複合酸化物超電導薄膜層を有する基板
は、基板と、この基板上に形成された中間層と、この中
間層上に形成された複合酸化物超電導薄膜層とによって
構成される複合酸化物超電導薄膜層を有する基板におい
て、上記中間層が銅を含む酸化物の薄膜を少なくとも一
層含んでいろことを特徴としている。

上記基板は酸化物単結晶基板であるのが好ましく、特に
、ＭｇＯ１ＳｒＴｉＱ３またはＹＳＺの酸化物単結晶基
板が好ましい。

本発明で用いられる上記複合酸化物超電導薄膜は公知の
任意の複合酸化物超電導材料によって構成することがで
きる。既に公知の複合酸化物超電導材料としては下記の
ものを挙げることができる。

（１）　　　Ｂｉｔ　（Ｓｒ、−、、ＣａＸ）ｍ　Ｃｕ
、　ｏ、＋。

（ここで、ｘ、ｍ、ｎ、ｐおよびｙは下記範囲の数であ
る： ６≦ｍ≦１０．４≦ｎ≦８、ｐ＝６＋ｍ＋ｎ。

Ｑ＜ｘ＜ｌ、−２≦ｙ≦２） （２）　　　　　　　　　Ｌｎ、　　Ｂａ２　　Ｃｕ３
　　Ｃｈ−ｚ（ここで、Ｌｎはｌａ、　ＮｄＸＳｍ、　
Ｅｕ、　Ｇｄ、　ＤｙＸＨＱ％Ｙ１ε「、Ｔｍ５Ｙｂお
よびＬｕからなる群がら選択される少なくとも１種の元
素を表し、Ｚは、式：０≦Ｚ＜ｌを満たす数である） （３）　　　　（Ｌａ＋−ｘ　（２％　Ｌｃｕｏ４−ｙ
（ここで、αはＳｒまたはＢａを表し、Ｘおよびｙがｏ
≦ｘ＜ｌ、０≦ｙ＜１を満たす数である）本発明は特に
、（１）のＢｉ系複合酸化物超電導薄膜を有する基板に
特に適している。

本発明の特徴は、中間層が銅を含む酸化物の薄膜を少な
くとも一層含んでいる点にある。

この銅を含む酸化物の中間層としては下記のものを挙げ
ることができる： （ｉ）　　　ペロブスカイト型または層状ペロブスカイ
ト型の結晶構造を有する銅の酸化物または銅の複合酸化
物。

具体的には、下記の式で表され複合酸化物を挙げること
ができる： ■　　Ｌｎ＋　Ｂａ、　Ｃｕ３０７−２（ここて、Ｌｎ
はＬａ、　Ｃｅ、、Ｐｒ、　Ｎｄ、　Ｓｍ、　Ｅｕ。

Ｇｄ５ＴｂＳＤｙ、　ｌｌｏ、　ＹＳＥｒ、　ＴｍＸＹ
ｂおよびＬｕからなる群から選択される少なくとも１種
の元素を表し、Ｚは、式；０≦ｚ＜ｌを満たす数である
） ■　　　　　（Ｌａ＋−ｘ　　αＨ）ｚｃｕＯ＜−。

（ここで、αはＳｒまたは８ａを表し、Ｘおよびｙは０
≦ｘ＜ｌ、Ｏ≦ｙ＜１をｚ高たす数である） （ｉｉ）　　Ｃｕの層（基板側）とＣｕＯの層（複合酸
化物超電導薄膜側）との２層膜 本発明の複合酸化物超電導薄膜層を有する基板は、通常
の薄膜形成手段を用いて製造することができる。すなわ
ち、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンブレーティ
ング、ＭＢＥ法等の各種物理蒸着法およびＭＯ−ＣＶＤ
法等の化学的蒸着法を用いて、蒸発源から所定の元素ま
たは分子を蒸発させ、蒸発した元素・分子を５ｒＴｉ０
３、ＭｇＯ等の単結晶基板上に堆積させることによって
中間層と複合酸化物超電導薄膜層を成膜することができ
る。

第１の実施態様 本発明の第１の実施態様では、基板上に形成される中間
層として、ペロブスカイト型または層状ペロブスカイト
型の結晶構造を有するＣｕ酸化物またはＣｕを含む複合
酸化物が選択される。

この第１の実施態様が最も有効に発揮される複合酸化物
超電導薄膜は下記の式で表されるＢｌ系の複合酸化物系
超電導材料で構成された薄膜である＝Ｂ１４（Ｓｒ＋−
１１、Ｃａ　ｘ）ａ　ＣｕｈＯｐ＋ｙ（ここで、ｍ、ｎ
、ｐ、ｘおよびｙは下記範囲の数である： ６≦ｍ≦１０、　４≦ｎ≦８、 ｐ＝６＋ｍ＋ｎ。

０＜ｘ＜Ｌ　　　−２≦ｙ≦２） 特に好ましい組成としては下記の範囲を挙げることがで
きる （ａ）７≦ｍ≦９．５≦ｎ≦７．０．４　　＜ｘ＜Ｑ、
５（ｂ）６≦ｍ≦７．４≦ｎ≦５．０．２　＜ｘ＜０．
４（Ｃ）９≦ｍ≦１０．７≦ｎ≦８．０．５＜Ｘ＜０．
７また、この場合の中間層としては下記の式■または■
で表される複合酸化物が好ましい：■　　　ＬｎｌＢａ
２Ｃｕ３　Ｃｈ−ｚ（ここで、ＬｎはＬａ、　ＣｅＸＰ
ｒ、　Ｎｄ、　Ｓｍ５Ｂｕ、　Ｇｄ。

Ｔｂ５Ｄｙ、　Ｈａ、　ＹＸＥｒ、　Ｔｍ、　Ｙｂおよ
びＬｕからなる群から選択される少なくとも１種の元素
を表し、２は０≦ｚ＜ｌを満たす数）■　　（Ｌａ、−
、α、）２ＣｕＯｓ−ｙ（ここで、αはＳｒまたはＢａ
を表し、Ｘおよびｙは下記の範囲の数を表す： ０≦Ｘ＜ｌ、０≦ｙ＜１） この特殊例の場合には、下記のような利点がある。すな
わち、従来、Ｂｉ　−３ｒ　−Ｃａ−Ｃｕ系の複合酸化
物超電導薄膜を作製する場合にはＭｇＯ単結晶基板の［
１００］面上に、スパッタリング法、真空蒸着法、ＭＯ
−ＣＶＤ法等により成膜していたが、ＭｇＯとＢｉ　−
３ｒ　−Ｃａ−Ｃｕ系複合酸化物とは格子整合性が低く
、特に異方性の強いＢｌ系複合酸化物をエピタキシャル
成長させることはできず、また、低臨界温度相の形成を
防止することができなかった。

これに対して、本発明によるに複合酸化物超電導薄膜層
を有する基板では、基板上に、ペロブスカイト型または
層状ペロブスカイト型の結晶構造を有する中間層を形成
することによって酸化物超電導薄膜層を形成する際の成
膜面となる表面に、Ｂｉｉ複合酸化物と結晶整合性の高
いＣｕ原子と０原子からなるＣｕ−０格子面を形成する
。この中間層上にＢｉｉ複合酸化物薄膜を形成すること
によってＢ１系複合酸化物のエピタキシャル成長を促進
させる。その結果、超電導薄膜の臨界電流密度を向上さ
せることができる。

基板としてはＭｇＯ１ＳｒＴｉ０３ＹＳＺの単結晶基板
を用いるのが好ましい。

中間層として用いる上記（１）または（２）の複合酸化
物はそれ自体超電導材料となり得るものであるが、この
実施態様では基板とＢ！系複合酸化物との何れにも格子
整合性が優れた中間層材料として使用する。すなわち、
この中間層〔１）または（２）はＭｇＯや５ｒＴ１０．
の単結晶基板上で容易にエピタキシャル成長してペロブ
スカイト型または層状ペロブスカイト型結晶を形成する
。このペロブスカイト型または層状ペロブスカイト型結
晶は、超電導現象に寄与する独特のＣｕ−０面構造を含
んでいると共に、Ｂ１系複合酸化物超電導体において超
電導現象に寄与するＣｕ−０面と類似した構造を有し、
しかも、このＣｕ−０面とＢｉｉ酸化物超電導体のＣｕ
Ｏ面とは格子整合性が非常に良い。従って、この複合酸
化物中間層（１）または（２）の上ではＢｉ系超超電導
薄膜エピタキシャルに成長し、得られた超電導薄膜の臨
界電流密度が向上する。

上記中間層と複合酸化物超電導薄膜層は、スパッタリン
グ法、真空蒸着法、ＭＯ−ＣＶＤ法等の公知の任意の成
膜法で成膜することができる。また、ＭＢＥ法やＶＰＥ
法等によって基板上に単原子層を順次積層して、中間層
と複合酸化物超電導薄膜層との界面が、主にＣｕ原子と
０原子とによって形成することもできる。

この第１の実施態様の他の特殊な実施例は、基板上にＹ
ＢＣＯ薄膜を形成する場合である。この場合には中間層
をＬａとＣｕの複合酸化物薄膜にするのが好ましい。

すなわち、代表的な複合酸化物超電導材料である　ＹＢ
ａ２Ｃｕ：＋Ｏｙ　　（以下、ＹＢＣＯという）を同じ
く代表的な基板材料であるＭｇＯ単結晶基板上に成膜す
る場合について考えると、ＭｇＯとＹＢＣＯとの格子の
不整合は９．２％もある。また、ＹＢＣＯの結晶成長は
専らＹＢＣＯ自体に結晶化し易い構造があることに依存
していると考えられる。しかし、ボストアニール処理に
よって基板材料が超電導薄膜側に拡散すると、ＹＢＣＯ
は最早超電導現象に有効な構造を維持することができな
くなる。

また、結晶性の良いＹＢＣＯ薄膜を作製する成膜条件は
極めて狭い特定の条件に限定されている。

これに対して本発明の複合酸化物超電導薄膜を有する基
板では、基板上にＬａとＣｕの複合酸化物薄膜Ｌａ−Ｃ
ｕ−０を形成し、このＬａ−Ｃｕ−０複合酸化物薄膜上
に超電導薄膜を形成する。このＬａ−Ｃｕ　−ｏ１合酸
化物薄膜は極めて結晶性が良（、Ｌａ　−ＣｕＯとＹＢ
ＣＯとの格子の不整合は２．１層程度で、ＭｇＯとＹＢ
ＣＯとの間の格子不整合度合いより小さいので、ＹＢＣ
Ｏ薄膜は非常に結晶化し易くなり、ＭｇＯ基板上でＣｕ
−０面を含むペロブスカイト構造を確実に形成する。ま
た、ＬａはＹと同じランタノイド元素であり、互いに同
じＣｕ−０面を有することから、ｔ、ａ−ｃｕ−ｏ複合
酸化物とＹＢＣＯとの界面において相互に拡散が生じて
も超電導特性に及ぼす影響は非常に小さくなる。

従って、極めて結晶性の良いＹＢＣＯ薄膜を容易に作製
することができ、しかも、薄膜内で実質的に超電導化す
る部分の厚さが増加するので、利用可能な電流密度の絶
対中を増加することができる。

Ｌａ−Ｃｕ−０複合酸化物が所期の結晶構造を形成し且
つ基板材料の拡散を有効に阻止するためにはＬａ−Ｃｕ
−０複合酸化物の膜厚は１００Å以上にするのが好まし
い。

第２の実施態様 本発明の第２の実施態様では、基板と複合酸化物超電導
薄膜との間に、Ｃｕ層とＣｕＯ層の２層の中間層すなわ
ちバッファ層（以下、Ｃｕ／ＣｕＯバッファ層またはＣ
ｕ層［’ｕＯ薄膜という）を形成する。この場合、基板
側にＣｕ層を形成し、このＣｕ層の上にＣｕＯ層を形成
し、このＣｕＯ層の上に複合酸化物超電導薄膜を形成す
る。

この第２の実施態様では、Ｃｕ薄膜およびＣｕ○薄膜は
ともに単結晶であることが好ましく、また、複合酸化物
超電導薄膜も単結晶であることが好ましい。

上記Ｃｕ／［：ｕｏバッファ層は、酸化物単結晶基板の
表面凹凸を吸収し、複合酸化物超電導薄膜と基板との間
のの結晶格子定数の差を吸収するので、この第２の実施
態様によって得られた複合酸化物超電導薄膜は表面が平
滑になり、高品質となる。

この第２の実施態様は、結晶中にＣｕ−０面を有する公
知の任意の複合酸化物超電導体に適用可能であり、その
例としては下記の系を挙げることができる Ｌａ−３ｒ−Ｃｕ−〇系、 Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系、 Ｂ＋　−３ｒ　−Ｃａ−Ｃｕ　−０系、ＴＩ　−Ｂａ　
−Ｃａ　−Ｃｕ−０系 この第２の実施態様を適用した場合に特に効果が大きい
のは、Ｂｉ　−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、Ｂｉ　−Ｐｂ
Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の複合酸化物、例えば下記のも
のである： ８１４　（Ｓｒ　ｌ−Ｘ　、　Ｃ’ｌ　ｘ）　ａ　Ｃｕ
ｎ０ｐ−ｙ（ここで、ｍ％　ｎＳ０％　Ｘおよびｙは下
記範囲の数である： ６層ｍ≦１０、　４≦ｎ≦８、 ｐ＝６＋ｍ＋ｎ。

Ｑ＜ｘ＜１、　−２≦ｙ≦２） 特に好ましい組成としては下記の範囲を挙げることがで
きる： （ａ）７層ｍ≦９．５≦ｎ≦７．０．４　　＜　ｘ　＜
０．６（ｂ）６層ｍ≦７．４≦ｎ≦５．０．２＜Ｘ＜領
４（ｃ）９層ｍ≦１Ｏ１７≦ｎ≦８．０．５　　＜　ｘ
　＜０．７基板は、Ｃｕ／ＣｕＯバッファ層および／ま
たは複合酸化物超電導薄膜をエピタキシャル成長させ易
いという理由で、ＭｇＯ１ＳｒＴｉＯ３、ＹＳＺ等の酸
化物単結晶基板が好ましく、これらの基板の（１００）
面および（１１０）面を成膜面として用いるのが好まし
い。

バッファ層であるＣｕ／ＣｕＯ薄膜は単結晶であるのが
好ましい。

Ｃｕ／ＣｕＯ薄膜をバッファ層として用いた場合の利点
としては以下の点を挙げることができる：（１）　　Ｃ
ｕＯは複合酸化物超電導薄膜と非常に格子整合が良＜、
ＣｕＯ薄膜上で複合酸化物超電導体は容易にエピタキシ
ャル成長する。また、複合酸化物超電導薄膜は、結晶中
のＣｕ−０面が超電導特性に大きく関与しているが、Ｃ
ｕＯ上に成長させた複合酸化物超電導薄膜はＣｕＯ結晶
の構造を結晶中のＣｕ−０面が反映し、好ましい方向の
層状結晶となり易い。

（２）特にＢｉ系複合酸化物超電導薄膜は層状構造を持
つことが特徴であり、Ｂ１−０層間での元素の拡散は小
さいことが知られている。このた妙Ｃｕ／ＣｕＯバッフ
ァ層上に、８１系複合酸化物超電導体薄膜を形成しても
、バッファ層のＣｕ／ＣｕＯは、超電導体中に拡散せず
、ストイキオメトリをくずすようなことがない。

（３）　　Ｃｕ薄膜は単結晶基板上に容易にエピタキシ
ャル成長し、ＲＨＥＥＤで観察した場合、ストリークパ
ターンが得られるような表面平滑性を有している。また
、ＣｕＯはこのＣｕ薄膜上に容易にエピタキシャル成長
し、同様な表面平滑性を有している。

上記のＣｕ／ＣｕＯバッファ層の膜厚は、Ｃｕ薄膜、Ｃ
ｕＯ薄膜ともに１０Å以上１０００Å以下であることが
好ましく、特に１０Å以上１００Å以下であることが好
ましい。これは、各膜厚が１０人未満では、その効果が
十分ではなく、各膜厚が１０００人超えるとそれぞれの
薄膜の結晶性が乱れてくるため、却って超電導薄膜に悪
影響を与えるからであする。各膜厚が１０Å以上１００
Å以下の場合にはＣｕ薄膜、ＣｕＯ薄膜ともに結晶性が
最もよく、より優れた効果が得られる。

この第２の実施態様のＣｕ／ＣｕＯバッファ層および複
合酸化物超電導薄膜は、ＭＢＥ　（分子線エピタキシ）
法、スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法
、イオンブレーティング法などを用いて形成することが
できる。

以上、本発明を特殊な２つの実施例について説明したが
、本発明はその他の複合酸化物超電導薄膜にも容易に応
用することが可能である。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明は以下の実施例
に限定されるものではない。

実施例ｌ ＳｒＴｉＯ３単結晶基板の（１００）面を成膜面として
ＲＦスパッタリング法により、下記の第１表に示した成
膜条件で、基板上にＬａ　−３ｒ−Ｃｕ系の複合酸化物
中間層を形成し、その上にＢｉ　−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ系
の複合酸化物超電導薄膜層を形成した。

また、比較例として、上記の第１表（２）に記載された
条件て、Ｓｒ′ｒｉＯｚ単結晶基板上に直接超電導薄膜
層を形成した試料を作製した。

上記のようにして形成した実施例および比較例の試料を
ポストアニールした。すなわち、各試料を０２気流中で
３℃／分の昇温速度で８９０℃まで加熱した後、この温
度を１時間維持した後、３℃／分の降温速度で室温まで
冷却した。

得られた試料の中間層および超電導薄膜層の組成（原子
比）は下記の通りであった： 中間層： Ｌａ　：Ｓｒ　：Ｃｕ　　＝　　１．８５　：０．１５
　：　１超電導薄膜層 Ｂｉ　　：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ　　＝　　２：２：２：３
実施例と比較例の各試料について、それぞれ超電導臨界
温度Ｔｃと臨界電流密度Ｊｃとを測定して評価した。結
果は第２表に示しである。

第２表 ＊；試料の電気抵抗が低下し始める温度木本：試料の電
気抵抗が測定できなくなった温度本＊＊ニア７Ｋにおけ
る臨界電流密度 第２表に示すように、本発明に従って作製された超電導
基板は、他の特性を犠牲にすることなく、極めて高い臨
界電流密度を実現していることが確言忍された。

また、各試料の結晶性を電子線回折によって評価したと
ころ、本発明の実施例による試料では、その超電導薄膜
層がエピタキシャル成長していることがｆｉ諜忍された
。

実施例２ Ｍｇ０単結晶基板の（１００）面を成膜面として、同時
真空蒸着法により、基板上にＹ　−Ｂａ−Ｃｕ系の複合
酸化物よりなる中間層を形成し、その上にＢｉ　−３ｒ
　−Ｃａ−Ｃｕ系の複合酸化物超電導薄膜層を形成した
。

本実施例では、蒸着源して、市販の金属Ｙ５金属Ｂ１、
金属Ｃａ、金属ＣｕおよびＢａＦ２　、ＳｒＦ２を使用
し、ＢａＦ２およびＳｒＦ２は電子銃を用して、また、
各金属元素はにセルを使用して蒸発させた。

下記の第３表に成膜条件を示す。

また、比較例として、上記の第３表（２）に記載された
条件で、ＭｇＯ単結晶基板上に直接超電導薄膜層を形成
した試料を作製した。

上記のようにして形成した実施例および比較例の試料は
ポストアニールした。すなわち、各試料を０２気流中で
３℃／分の昇温速度で８９０℃まで加熱した後、この温
度を１時間維持した後、３℃／分の降温速度で室温まで
冷却した。

得られた試料の中間層および超電導薄膜層の組成（原子
比）は下記の通りであった： 中間層 Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ　　　＝　　１：２：３超電導薄膜層 Ｂ＋：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ　　＝　　２：２：２：３実施
例と比較例の各試料の超電導臨界温度Ｔｃと臨界電流密
度Ｊｃとを測定して評価した。結果は第４表に示しであ
る。

第４表 ＊：試料の電気抵抗が低下し始める温度木本：試料の電
気抵抗が測定できなくなった温度＊本＊ニア７Ｋにおけ
る臨界電流密度 第４表に示すように、本発明の複合酸化物超電導薄膜を
有する基板は、極めて高い臨界電流密度を有することが
確３忍された。

また、各試料の結晶性を電子線回折によって評価したと
ころ、本発明の実施例による試料では、その超電導薄膜
層がエピタキシャル成長していることが確言忍された。

実施例３ 第１図に示すＭＢＥ装置を用いて、ＭｇＯ単結晶基板の
（１００）面上に本発明によるＢｉ２５ｒ２Ｃａ２Ｃｕ
、　Ｏ。

酸化物超電導薄膜を形成した。

第１図の装置は、内部を高真空に排気可能なチャンバ１
と、内部に収納した蒸発源１０の温度を制御して加熱で
き且つシャッタ８により蒸発源１０の蒸発量を制御可能
な複数のクヌーセンセル（Ｋ−セル）２と、基板５をヒ
ータ４により温度を制御して加熱可能な基板ホルダ３と
、マイクロ波電源７によるマイクロ波放電により励起さ
せた酸素を基板５表面近傍に供給する基板５の近傍に開
口した酸素供給バイブロとを有している。

先ず、下記条件でＭｇＯ（１００）単結晶基板上にＣｕ
薄膜を成膜した。

蒸発源 蒸発源温度 基板温度 蒸着速度 チャンバ内圧力 ニＣｕ ：　　１４００　　℃ ＝５００　　℃ ：　０５人／ｓｅｃ ：　　Ｉ　Ｘｌ０−８Ｔｏｒｒ 膜　　厚　　　　：４０　　人 得られたＣｕ膜をＲＨＥＥＤで観察した結果、ストリー
クパターンを示し、良質なエピタキシャル膜であった。

次に、ＣｕＯ薄膜を下記条件の酸素雰囲気下で上記のＣ
ｕ薄膜上に成膜した： 蒸発源　　　　二Ｃｕ 蒸発源温度　　：　　１４００℃ 基板温度　　　：５００℃ 蒸着速度　　　：０．５八／ｓｅｃ マイクロ波出カニ　　１００Ｗ Ｏ２分圧　　　：　５　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒ膜　　　厚
　　　　：２０　　人 最後に、上記と同じ装置中で下記条件でＢｉ、５ｒ２（
：ａ２Ｃｕ３０ｘ薄膜の成長を行った：蒸発源と蒸発源
温度： Ｂｉ：５３０℃ Ｓｒ：９００℃ Ｃａ：９５０℃ Ｃｕ　：　１４００℃ 基板温度　　　ニア００℃ 蒸着速度　　　：０．５八／ｓｅｃ マイクロ波出カニ　　１００Ｗ ０２分圧　　　：　５　Ｘｌ０−６Ｔｏｒｒ膜　　　厚
　　　　：５００人 この超電導薄膜をＲＨＥＥＤて観察した結果を第２図に
示す。第２図の回折パターンはストリーキーであり、表
面のスムーズな単結晶膜となっていることがわかる。

また、上記の超電導薄膜の超電導特性の測定結果を以下
に示す。尚、比較のため、Ｃｕ／ＣｕＯバッファ層を形
成せずに、ＭｇＯ単結晶基板の（１００）面に上記と同
一条件で形成したＢｉ２５ｒ２Ｃａ２Ｃｕ、　０．薄膜
の超電導特性の測定結果も比較例として示す。

本発明　　　比較例 以上のように、 本発明の方法で作製した本発明 の複合酸化物超電導薄膜は、従来のものと比較してはる
かに優れた特性を有する。

実施例４ 基板として直径１５ｍｍφのＭｇＯ単結晶基板を用い、
その（１００）面を成膜面としてＲＦスパッタリング法
により、下記の第４表に示す成膜条件でＬａ−Ｃｕ酸化
物薄膜を成膜し、続いて、その上にＹ　−ＢａＣｕ酸化
物薄膜を成膜して試料■を作製した。また、ＭｇＯ単結
晶基板上にＹ　−Ｂａ−［：ｕ酸化物薄膜を直接成膜し
た試料■を作製した。

得られた試料■、■を０□気流中で３℃／分の昇温速度
で９００℃まで加熱した後、この温度を１時間維持した
後、３℃／分の降温速度で室温まで冷却した。

熱処理後の各試料の超電導臨界温度（Ｔｃ−ｏおよびＴ
ｃ−１）と臨界電流密度Ｊｃとを測定した。

測定結果を第５表に示す。

第５表 ＊　：　ｒＴｃ−ｏ　Ｊは試料の電気抵抗が低下し始め
る温度を、ｒＴｃ−ｉ　」は試料の電気抵抗が測定でき
なくなった温度をそれぞれ表す。

木本　ニア７Ｋにおける臨界電流密度である。

第５表に示すように、本発明による複合酸化物超電導薄
膜を有する基板は、他の特性を犠牲にすることなく、極
めて高い臨界電流密度を実現していることが確言忍され
た。

また、各試料の結晶特性を電子線回折によって観察した
ところ、本発明の実施例による試料では、その超電導薄
膜層がエピタキシャル成長しているが、比較例ではエピ
タキシャル成長していないことがＶ４認された。

このように、本発明によれば高い臨界電流密度を有する
複合酸化物超電導薄膜を再現性良く形成することができ
ることが確Ｓ忍された。

発明の詳細 な説明したように、本発明による複合酸化物超電導薄膜
を有する基板は、酸化物単結晶基板と酸化物超電導薄膜
との間に格子整合性の良い中間層を設けたことにより、
超電導薄膜が良好にエピタキシャル成長して表面平滑性
が向上し、臨界電流密度が大幅に増加する。また、基板
材料が超電導材料層への熱拡散した場合の影響が少なく
、結晶性の良い複合酸化物超電導薄膜を厚さ方向に均質
且つ安定に成膜することができる。

本発明の酸化物超電導薄膜は、マチイソ−のスイッチン
グ素子やアナツカ−のメモリ素子、更に超電導量子干渉
計（ＳＱＵＩＤ）等のデバイスに利用する場合に極めて
有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例で用いられる薄膜の形成装置
の概念図であり、 第２図は本発明によるＢ１２５ｒ２Ｃａｈ−ＩＣＬＩｎ
Ｏ）ｌ薄膜を５００Ａ成長させたもののＲＨＥＥＤパタ
ーンテある。 〔主な参照番号〕 １・・・チャンバ、　２・・・Ｋ−セノヘ３・・・基板
ホルダ、４・・・ヒータ、５・・・基板、 ６・・・酸素供給パイプ、 ７・・・マイクロ波電源、 ８・・・シャッタ、 １０・・・蒸発源、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、この基板上に形成された中間層と、この
   中間層上に形成された複合酸化物超電導薄膜層とによっ
   て構成される複合酸化物超電導薄膜層を有する基板にお
   いて、 上記中間層が銅を含む酸化物の薄膜を少なくとも一層含
   むことを特徴とする複合酸化物超電導薄膜層を有する基
   板。
2. （２）上記の銅を含む酸化物の薄膜が、ペロブスカイト
   型または層状ペロブスカイト型の結晶構造を有する銅の
   酸化物または銅を含む複合酸化物の薄膜であるような請
   求項１に記載の基板。
3. （３）上記の銅を含む酸化物の薄膜が、基板と接したＣ
   ｕの層と、このＣｕの層および上記複合酸化物超電導薄
   膜と接したＣｕＯの層との２層によって構成されている
   ような特許請求の範囲第１項に記載の基板。