JPH03242320A - 酸化物超伝導体薄膜 - 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） 本発明は酸化物超伝導体薄膜、さらに詳細には超伝導素
子を構成するのに用いる酸化物超伝導体薄膜に関するも
のである。

（従来の技術） 酸化物超伝導体は低キヤリア濃度であるため、結晶粒界
にポテンシャルバリアが形成され、超伝導電流応用を図
る場合、問題となっている。このなめ、結晶粒界を持た
ない単結晶薄膜の作製が試みられ、高い臨界電流密度の
実現に成功している。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、高い超伝導転移温度を持つ酸化物超伝導体Ｂａ
２ＬｎＣｕ３０７−δ（Ｌｎ　：Ｙ、Ｌａ、Ｅｒ。

Ｅ　ｕ、Ｇ　ｄ、Ｄ　ｙ　）はいずれも層状の結晶構造
を持つため電気伝導特性に異方性が表れ、単結晶膜を用
いる場合にも、方位に注意する必要がある等の問題が生
じることになる。すなわち、超伝導電流はＣｕ−０基底
面内をよく流れるのに対し、面間では低い値に抑えられ
てしまう、したがって、第１図に示すように、ＳｒＴｉ
Ｏ３単結晶基板（１１０）面上にＢａ２ＬｎＣｕ３０７
−δをエピタキシャル成長させると、電気伝導特性が基
板面内の角度に強く依存することになってしまう、さら
に、熱膨張係数にも異方性がありＣ軸方向で値が大きく
、膜厚の厚い試料ではＣ軸に垂直方向にクラックが発生
し問題であった。

一方、５ｒＴｉ○３（ＩＣ）Ｏ）基板上にエピタキシャ
ル成長させると、第２図に示すように、Ｃｕ−０基底面
は基板面と平行となり面内の角度依存性はなくなる。し
かし、この場合には面に垂直方向に異方性が表れ、特に
超伝導のコヒーレンス長ζが面に垂直方向で短くなり、
膜上に堆積したものとの電気的な結合は弱い、実際、第
２図の構造を持つ薄膜を用いて、ジョセフソン接合を形
成しようとしても、短いこのため、超伝導電流を観測す
るのに今のところ成功していない。

（発明の目的） 本発明の目的は、高Ｔｃ酸化物超伝導体単結晶薄膜に起
きる強い電気伝導特性の異方性を、単結晶薄膜の優れた
特性を保ったまま減少させる薄膜を提供することにある
。

（課題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、高Ｔｃ酸化
物超伝導体の（１１０）面を持つ単結晶薄膜と（１０３
）面を持つ単結晶薄膜とを交互に堆積し多層化すること
により、各層のＣｕ−０基底面の方位を変えたことをも
つとも主要な特徴とする。従来の技術とはＣｕ−０基底
面の構成が異なる。

（作用） 第３図は本発明の詳細な説明する図であって、１は基板
、２は酸化物超伝導体薄膜、３はＣｕ−〇基底面、４は
酸化物超伝導体薄膜２のうち（１］　０）配向した層（
（１１０）配向面層）で、５は酸化物超伝導体薄膜２の
うち（１０３）配向した層（（１０３）配向面層）であ
る。

各層で、Ｃｕ−０基底面３の方向が異なり、電気伝導度
のよい方向が直交することになる。

またＣｕ−０基底面３が基板１に立っているため、堆積
方向のコヒーレンス長は長く、したがって、（１１０）
配向面層４と（１０３）配向面層５の結合はよい。この
ような構成になっているから、基板１の［１００］方向
に電流を流す場合には、（１１０）配向面層４のＣｕ−
０面に沿って、また基板１の［１１０］方向に電流を流
す場合には（１０３）配向面層５のＣｕ−０面に沿って
超伝導電流が流れることになる。この結果から明らかな
ように、従来の技術に比べ（１１０）基板上のエピタキ
シャル成長にもかかわらず面内の異方性が減少する。

このような構造はＢａ２ＬｎＣｕ３０７−δの層状結晶
構造から可能となるものである。すなわち、Ｂａ２Ｌｎ
Ｃｕ３０７−δは３つの単純ペロブスカイト（２個のＢ
　ａ　Ｃｕ　３−ｓと１個のＬｎＣｕ３−δ）の積み重
ねより構成され、Ａ−サイトの原子の種類に注目せずに
その基本単位のみ注目すると、（１１０）配向層も（１
０３）配向層も同じ結晶構造になり、異なる配向層でも
基本的には相互にエピタキシャル成長が可能になる。（
１１０）配向と（１０３）配向との差は、ＢａとＬｎの
配置の違いにより生じる結果であり、（１１０）配向は
Ｂａの上にはＢａがＬｎの上にはＬｎが選択成長したも
のであり、（１０３）配向はＬｎの上にＢａが成長した
ものである。

Ｓ　ｒ　Ｔ　ｉ○３（１１０）基板上にエピタキシャル
成長させた薄膜では実際に両配向の共存がしばしば見ら
れる。

ところでＢａ２ＬｎＣｕ３０７−δの結晶成長速度はａ
−ｂ面で大きい、この点に注目し、薄膜作製条件を制御
することにより、（１１０）配向と（１０３）配向を選
択することができ、この多層構造を実現することができ
た。

以下に実施例によって本発明の詳細な説明する。

（実施例１）（スパッタ方による作製）第４図に、５ｒ
Ｔｉ○３（１１０）面上に、Ｂａ２ＹＣｕ３０７−δを
エピタキシャル成長させた場合の、ＲＦマグネトロンス
パッタの作製条件と堆積膜の配向方位の関係を示す、こ
の関係をもとに、初めに基板温度を６００℃とし、ＲＦ
印加電圧１．８ｋＶで（１０３）配向膜を作製し、その
後第２段階として基板温度を５５０”Ｃ１ＲＦ印加電圧
１．２ｋＶで（１１０）配向膜を堆積することにより多
層膜を形成することができる。ただし、この条件はスパ
ッタ装置により変わる。したがって、初めに第４図の関
係を個々のスパッタ装置で求め、その条件に従い薄膜を
作製すればよい。

第５図（ａ）、（ｂ）は各層の厚みを１５０ｎｍとし、
２層に積層した場合の薄膜の特性を示す。

体積固有抵抗および超伝導臨界電流の温度依存性は［１
１０］および［１００］でほとんど変わらず、また単結
晶薄膜に近い特性が実現していることがわかる。

（実施例２）（スパッタ法と真空蒸着法の組み合わせに
よる方法） 真空蒸着法の場合、スパッタ法に比べ薄膜の堆積速度を
速くすることができる。このため、５ｒＴｉｏ３（１１
０）基板上には（１０３）配向膜が作製できる。したが
って、第１段階として基板温度６００℃で真空蒸着法に
より（１０３）配向膜を作製し、その後第２段階として
マグネトロンスパッタ法で基板温度５５０℃、ＲＦ印加
電圧１．２ｋＶで（１１０）配向膜を堆積すると、本発
明の多層膜を形成することができる。なお２層以上の多
層膜はこの操作を繰り返せばよい、第６図にこの方法で
作製した薄膜の体積固有抵抗の温度依存を示す。この結
果からも抵抗の異方性が小さくなっていることがわかる
。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、異方性の小さいしかも単
結晶に近い酸化物超伝導体薄膜Ｂａ２ＬｎＣｕ３Ｃ）７
−δ （Ｌ　ｎ　：　Ｙ、Ｌ　ａ、Ｅ　ｒ、Ｅ　ｕ、Ｇ　ｄ、
Ｄ　ｙ　）が５ｒＴｉ０３基板（１１０）面上に形成で
きる。

したがって、超伝導電流応用あるいは電極にこの酸化物
超伝導薄膜を用いる場合、面内は等方の特性をもち、し
かもＣｕ−０基底面が基板に垂直方向に格子状に組み上
げられるため磁束量子の運動も小さくなるという利点が
ある。また基板にコヒーレンス長が長く、接合作製等の
薄膜上に上部電極を形成する場合に１０両者の結合が強
くなるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＳｒＴｉＯ３単結晶基板（１１０）面上にＢａ
２ＹＣｕ３０７−δをエピタキシャル成長させた場合の
Ｃｕ−０基底面の構成を示す図、第２図は５ｒＴｉ０３
（１００）基板上にエピタキシャル成長させた場合のＣ
ｕ−０基底面に示す図、第３図は本発明の詳細な説明す
る図であって、基板に平行に（１１０）面を持つ層と（
１０３）面を持つ層とを交互にエピタキシャル成長させ
た多層構造の場合のＣｕ−０基底面に示す図、第４図は
５ｒＴｉ０３基板（１１０）面上に、Ｂａ２ＹＣｕ３０
７−δをエピタキシャル成長させた場合の、ＲＦマグネ
トロンスパッタの作製条件と堆積膜の配向方位の関係を
示す図、□第５図はＲＦマグネトロンスパッタの作製条
件を各層で変えて作製した場合の薄膜の特性を示す図、
第６図は真空蒸着法とスパッタ法を交互に使用し堆積し
た薄膜の体積固有抵抗の温度依存性を示す図である。 １・・・基板、２・・・酸化物超伝導体薄膜、３・・・
Ｃｕ−０基底面、４・・−（１１０）配向面層、５・・
・　（１０３）配向面層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に設けられた、組成式： Ｂａ＿２ＬｎＣｕ＿３Ｏ＿７＿−＿δ （Ｌｎ：Ｙ、Ｌａ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ）の酸化物
   超伝導体薄膜において、前記薄膜は前記基板に平行に（
   １１０）面を持つ層と（１０３）面を持つ層との多層構
   造であることを特徴とする酸化物超伝導体薄膜。
2. （２）前記基板はＳｒＴｉＯ＿３単結晶の（１１０）面
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の酸
   化物超伝導体薄膜。