JPH0354116A - 複合酸化物超電導薄膜および作製方法 - Google Patents
複合酸化物超電導薄膜および作製方法Info
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- JPH0354116A JPH0354116A JP1191013A JP19101389A JPH0354116A JP H0354116 A JPH0354116 A JP H0354116A JP 1191013 A JP1191013 A JP 1191013A JP 19101389 A JP19101389 A JP 19101389A JP H0354116 A JPH0354116 A JP H0354116A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、複合酸化物超電導薄膜およびその作製方法に
関する。より詳細には、基板上に形成された高品質なＢ
１を含む複合酸化物超電導薄膜およびその作製方法に関
するものである。
関する。より詳細には、基板上に形成された高品質なＢ
１を含む複合酸化物超電導薄膜およびその作製方法に関
するものである。
従来の技術
複合酸化物超電導体を電子デバイス等に応用する場合、
薄膜化することが不可欠である。複合酸化物超電導薄膜
は、一般にＭｇ○、ＳｒＴｉ０３等の酸化物単結晶基板
上に或膜を行うと比較的超電導特性の優れたものが得ら
れている。これは、以下の理由による。
薄膜化することが不可欠である。複合酸化物超電導薄膜
は、一般にＭｇ○、ＳｒＴｉ０３等の酸化物単結晶基板
上に或膜を行うと比較的超電導特性の優れたものが得ら
れている。これは、以下の理由による。
第一に、基板上に複合酸化物超電導薄膜を形成すると、
基板の構戒元素が酸化物超電導体中に拡散することがあ
るが、ＭｇＯ， ＳｒＴｉ○，等はその場合でも悪影響
が少ない。
基板の構戒元素が酸化物超電導体中に拡散することがあ
るが、ＭｇＯ， ＳｒＴｉ○，等はその場合でも悪影響
が少ない。
第二に、ＭｇＯ、ＳｒＴｉ○，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、Ｍｇ○、Ｓｒ
Ｔｉ○３等の単結晶基板を用いると、複合酸化物超電導
薄膜を所謂エビタキシャル或長をさせ易い。従って、得
られる超電導薄膜は、単結晶または非常に結晶方向が揃
った多結晶で構、或されるので超電導特性が優れる。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。
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、Ｍｇ○、Ｓｒ
Ｔｉ○３等の単結晶基板を用いると、複合酸化物超電導
薄膜を所謂エビタキシャル或長をさせ易い。従って、得
られる超電導薄膜は、単結晶または非常に結晶方向が揃
った多結晶で構、或されるので超電導特性が優れる。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。
一般に、複合酸化物超電導薄膜の戒膜方法としては、ス
パッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的蒸
着法およびＭＯ＝ＣＶＤ法に代表される化学的蒸着法が
用いられる。
パッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的蒸
着法およびＭＯ＝ＣＶＤ法に代表される化学的蒸着法が
用いられる。
発明が解決しようとする課題
上記のように、従来の方法で酸化物単結晶基板上に作製
された複合酸化物超電導薄膜は、基板表面の凹凸の影響
や、基板を構或する材料の結晶と酸化物超電導体結晶と
の格子定数に差があるため、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。
された複合酸化物超電導薄膜は、基板表面の凹凸の影響
や、基板を構或する材料の結晶と酸化物超電導体結晶と
の格子定数に差があるため、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。
上記の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、 ■ 酸化物単結晶基板の表面が、原子レベルで平滑では
ない。表面をボリッシングすることによってある程度平
滑にはなるが、電子線回折（ＲＨＥＥＤ）による観察で
は、表面の平滑性を示すストリークパターンは得られ難
く、スポッティなパターンのものにしかならない。
としては、 ■ 酸化物単結晶基板の表面が、原子レベルで平滑では
ない。表面をボリッシングすることによってある程度平
滑にはなるが、電子線回折（ＲＨＥＥＤ）による観察で
は、表面の平滑性を示すストリークパターンは得られ難
く、スポッティなパターンのものにしかならない。
■ 酸化物超電導体と基板の酸化物との格子定数が異な
っているため、或長初期には膜応力として吸収できてい
たものが厚くなるに従い、応力に耐えられなくなり、表
面に凹凸を生じる。
っているため、或長初期には膜応力として吸収できてい
たものが厚くなるに従い、応力に耐えられなくなり、表
面に凹凸を生じる。
等が挙げられる。
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し
た、表面が平滑な複合酸化物超電導薄膜およびその作製
方法を提供することにある。
た、表面が平滑な複合酸化物超電導薄膜およびその作製
方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
本発明に従うと、基板上に形成されたＢｉを含む複合酸
化物超電導薄膜において、前記基板と該複合酸化物超電
導体との間にＢ ｌ２ ０ ３バッファ層を有すること
を特徴とする複合酸化物超電導薄膜が提供される。また
、上記の複合酸化物超電導薄膜を作製する方法として、
予め基板上にＢｉ２Ｏ３薄膜を形成し、該Ｂｉ２Ｏ３薄
膜上に前記複合酸化物超電導薄膜を形成することを特徴
とする複合酸化物超電導薄膜の作製方法が提供される。
化物超電導薄膜において、前記基板と該複合酸化物超電
導体との間にＢ ｌ２ ０ ３バッファ層を有すること
を特徴とする複合酸化物超電導薄膜が提供される。また
、上記の複合酸化物超電導薄膜を作製する方法として、
予め基板上にＢｉ２Ｏ３薄膜を形成し、該Ｂｉ２Ｏ３薄
膜上に前記複合酸化物超電導薄膜を形成することを特徴
とする複合酸化物超電導薄膜の作製方法が提供される。
本発明においては、上記のＢｉ２Ｏ３薄膜は、単結晶で
あることが好ましく、また、Ｂｉを含む複合酸化物超電
導体も単結晶であることが好ましい。
あることが好ましく、また、Ｂｉを含む複合酸化物超電
導体も単結晶であることが好ましい。
？用
本発明の複合酸化物超電導薄膜は、Ｂｉを含む例えば、
式： Ｂｌ２Ｓｒ２Ｃａ，，−＋Ｃｕ．，Ｏｘ （
ｌ≦ｎ≦６）で示される複合酸化物超電導体の薄膜で、
基板上のＢ１■Ｏ，薄膜によるバッファ層上に形威され
ているところにその主要な特徴がある。本発明において
、Ｂ ｌ２ ０ ｓバッファ層は、基板の表面凹凸や、
上記複合酸化物超電導体結晶と基板の結晶との間の格子
定数の差を吸収する。従って、本発明の複合酸化物超電
導薄膜は、表面が平滑になり、高品質となる。
式： Ｂｌ２Ｓｒ２Ｃａ，，−＋Ｃｕ．，Ｏｘ （
ｌ≦ｎ≦６）で示される複合酸化物超電導体の薄膜で、
基板上のＢ１■Ｏ，薄膜によるバッファ層上に形威され
ているところにその主要な特徴がある。本発明において
、Ｂ ｌ２ ０ ｓバッファ層は、基板の表面凹凸や、
上記複合酸化物超電導体結晶と基板の結晶との間の格子
定数の差を吸収する。従って、本発明の複合酸化物超電
導薄膜は、表面が平滑になり、高品質となる。
本発明の適用できる複合酸化物超電導体は、上記の式：
Ｂｌ２Ｓｒ２Ｃａｈ−，Ｃｕ．０． （ １≦ｎ≦
６）で示される複合酸化物超電導体に限られるものでは
な＜ 、Ｂｉ −Ｐｂ−Ｓｒ −Ｃａ−Ｃｕ−○系複合
酸化物超電導体等Ｂｉを含む複合酸化物超電導体が当て
はまる。
Ｂｌ２Ｓｒ２Ｃａｈ−，Ｃｕ．０． （ １≦ｎ≦
６）で示される複合酸化物超電導体に限られるものでは
な＜ 、Ｂｉ −Ｐｂ−Ｓｒ −Ｃａ−Ｃｕ−○系複合
酸化物超電導体等Ｂｉを含む複合酸化物超電導体が当て
はまる。
また、本発明において基板は、Ｍｇ○、ＳｒＴ ｉ○３
、ＹＳＺ等の酸化物単結晶基板がＢｉ，０３バッファ層
および／または複合酸化物超電導体をエビタキシャル或
長させ易いので好ましく、これらの基板の（１００）面
および（１１０）面を戊膜面として用いることが好まし
い。さらに、バッファ層である日ｌ２Ｏ３薄膜は単結晶
であることが好ましい。
、ＹＳＺ等の酸化物単結晶基板がＢｉ，０３バッファ層
および／または複合酸化物超電導体をエビタキシャル或
長させ易いので好ましく、これらの基板の（１００）面
および（１１０）面を戊膜面として用いることが好まし
い。さらに、バッファ層である日ｌ２Ｏ３薄膜は単結晶
であることが好ましい。
Ｂ Ｉ ２ ０ ３薄膜をバッファ層として用いる場合
の利点は、 ■ Ｂｉ系超電導体は層状構造を持つことが特徴であり
、Ｂｉ−０レイヤ間での元素の拡散は小さいことが知ら
れている。このためＢｉ２Ｏ，バッファ層上に、Ｂｉ系
複合酸化物超電導体薄膜を形成しても、バッファ層のＢ
ｉ．０３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。
の利点は、 ■ Ｂｉ系超電導体は層状構造を持つことが特徴であり
、Ｂｉ−０レイヤ間での元素の拡散は小さいことが知ら
れている。このためＢｉ２Ｏ，バッファ層上に、Ｂｉ系
複合酸化物超電導体薄膜を形成しても、バッファ層のＢ
ｉ．０３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。
■ Ｂｉ２Ｏ，薄膜は、上記の単結晶基板上に容易にエ
ピクキシャル或長し、かつ、ＲＨＥＥＤで観察した場合
、ストリークパターンが得られる表面平滑性を有してい
る。
ピクキシャル或長し、かつ、ＲＨＥＥＤで観察した場合
、ストリークパターンが得られる表面平滑性を有してい
る。
■ Ｂ１２Ｏ，は、ＢＩ２Ｓｒ２Ｃａｎ−ＩＣｕｎ０１
＋等のＢｉ系超電導体と非常に格子整合が良く、Ｂｉ２
Ｏ３薄膜上でＢｉ系複合酸化物超電導体は容易にエビタ
キシャル戊長ずる。
＋等のＢｉ系超電導体と非常に格子整合が良く、Ｂｉ２
Ｏ３薄膜上でＢｉ系複合酸化物超電導体は容易にエビタ
キシャル戊長ずる。
等である。
本発明では、上記のＢｉ２Ｏ３バッファ層の膜厚は、１
０人以上１０００人以下であることが好ましく、特に１
０人以上１００人以下であることが好ましい。
０人以上１０００人以下であることが好ましく、特に１
０人以上１００人以下であることが好ましい。
これは、膜厚が１０人未満では、その効果が十分ではな
く、膜厚がｌ０００人超えるとＢｉ２Ｏ３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
からである。膜厚が１０人以上１００人以下の場合にＢ
ｉ２Ｏ．薄膜の結晶性が最もよく、より優れた効果が得
られる。
く、膜厚がｌ０００人超えるとＢｉ２Ｏ３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
からである。膜厚が１０人以上１００人以下の場合にＢ
ｉ２Ｏ．薄膜の結晶性が最もよく、より優れた効果が得
られる。
本発明において、Ｂｉ２Ｏ，バッファ層およびＢｉ系複
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・プレーティング法ナどを用いて形成するこ
とができる。
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・プレーティング法ナどを用いて形成するこ
とができる。
以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。
実施例
第１図に示すＭＢＥ装置を用いて、Ｍｇ○単結晶基板の
（１００）面上に、本発明の方法でＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２
Ｃｕ３０８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、シャッタ
８により前記蒸発源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、搭載した基板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、
基板５の近傍で開口し、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
する酸素供給パイプ６とを具備する。
（１００）面上に、本発明の方法でＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２
Ｃｕ３０８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、シャッタ
８により前記蒸発源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、搭載した基板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、
基板５の近傍で開口し、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
する酸素供給パイプ６とを具備する。
最初に、ゑ下の条件でＭｇＯ （１００）単結晶基板上
にＢｉ２Ｏ，薄膜を或膜した。
にＢｉ２Ｏ，薄膜を或膜した。
蒸発源 ：Ｂｌ
蒸発源温度 ：５３０℃
基板温度 ：６００℃
蒸着速度 ： ０．５Ａ／ｓｅｃ
マイクロ波出力： ＩＯＯＷ
○２分圧 ： ５ ＸＩＯ−６Ｔｏｒｒ膜
厚 ：４０人 得られたＢｉ２Ｏ３膜は、ＲＨＥＥＤで観察した結果、
ストリークパターンを示し、良質なエビタキシャル膜で
あった。
厚 ：４０人 得られたＢｉ２Ｏ３膜は、ＲＨＥＥＤで観察した結果、
ストリークパターンを示し、良質なエビタキシャル膜で
あった。
次に同じ装置を用いて、３１２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３ ０
Ｍ薄膜の戊膜を行った。条件は、以下の通りである。
Ｍ薄膜の戊膜を行った。条件は、以下の通りである。
蒸発源および ：Ｂｉ； ５３０℃、Ｓｒ； ９００℃
蒸発源温度 Ｃａ； ９５０℃、Ｃｕ；１４００℃
基板温度 ＝７００℃ 蒸着速度 二０．５人／ｓｅｃ マイクロ波出力： ＩＯＯＷ ○２分圧 ： ５ Ｘ’ＩＯ−６Ｔｏｒｒ膜
厚 ：５００人 この超電導薄膜をＲＨＥＥＤで観察した結果を第２図に
示す。第２図の回折パターンはスｌ− ＩＪ −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、Ｂ１２Ｏ，バッファ層
を形成しない１４ｇ○単結晶基板の（１００）面に、同
条件で形成したＢｌ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３ ０ｘ薄膜の
超電導特性の測定結果も比較例として示す。
蒸発源温度 Ｃａ； ９５０℃、Ｃｕ；１４００℃
基板温度 ＝７００℃ 蒸着速度 二０．５人／ｓｅｃ マイクロ波出力： ＩＯＯＷ ○２分圧 ： ５ Ｘ’ＩＯ−６Ｔｏｒｒ膜
厚 ：５００人 この超電導薄膜をＲＨＥＥＤで観察した結果を第２図に
示す。第２図の回折パターンはスｌ− ＩＪ −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、Ｂ１２Ｏ，バッファ層
を形成しない１４ｇ○単結晶基板の（１００）面に、同
条件で形成したＢｌ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３ ０ｘ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Ｂｉ系
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。
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。
発明の効果
以上説明したように、本発明によれば表面平滑性および
超電導特性が優れた酸化物超電導薄膜およびその作製方
法が提供される。これは、酸化物単結晶基板との間に、
ＢＩ２Ｏ３バッファ層を有する本発明の酸化物超電導薄
膜独特な構戊によるものである。本発明の酸化物超電導
薄膜は、デバイス等に利用する場合に極めて有用である
。
超電導特性が優れた酸化物超電導薄膜およびその作製方
法が提供される。これは、酸化物単結晶基板との間に、
ＢＩ２Ｏ３バッファ層を有する本発明の酸化物超電導薄
膜独特な構戊によるものである。本発明の酸化物超電導
薄膜は、デバイス等に利用する場合に極めて有用である
。
第ｌ図は、本発明の酸化物超電導薄膜の作製方法を実現
するための装置の一例の概略図であり、第２図は、本実
施例で作製したＢｔ２Ｓｒ２Ｃａｙ＋−ＩＣｕｎ ｏｗ
１薄膜を５００人戊長させたもののＲＨＥＥＤパターン
である。 〔主な参照番号〕 １・・・チャンバ、 ２・・・Ｋ−セル、３・・・基板
ホルダ、４・・・ヒータ、５・・・基板、 酸素供給パイプ、 マイクロ波電源、 シャツタ、 蒸発源、
するための装置の一例の概略図であり、第２図は、本実
施例で作製したＢｔ２Ｓｒ２Ｃａｙ＋−ＩＣｕｎ ｏｗ
１薄膜を５００人戊長させたもののＲＨＥＥＤパターン
である。 〔主な参照番号〕 １・・・チャンバ、 ２・・・Ｋ−セル、３・・・基板
ホルダ、４・・・ヒータ、５・・・基板、 酸素供給パイプ、 マイクロ波電源、 シャツタ、 蒸発源、
Claims (2)
- （１）基板上に形成されたＢｉを含む複合酸化物超電導
薄膜において、前記基板と該複合酸化物超電導体との間
にＢｉ＿２Ｏ＿３バッファ層を有することを特徴とする
複合酸化物超電導薄膜。 - （２）Ｂｉを含む複合酸化物超電導薄膜を基板上に作製
する方法において、予め基板上にＢｉ＿２Ｏ＿３薄膜を
形成し、該Ｂｉ＿２Ｏ＿３薄膜上に前記複合酸化物超電
導薄膜を形成することを特徴とする複合酸化物超電導薄
膜の作製方法。
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP1191013A JPH0354116A (ja) | 1989-07-24 | 1989-07-24 | 複合酸化物超電導薄膜および作製方法 |
| EP90402121A EP0410868B1 (en) | 1989-07-24 | 1990-07-24 | Superconducting thin film of compound oxide and process for preparing the same |
| CA002021821A CA2021821C (en) | 1989-07-24 | 1990-07-24 | Superconducting thin film of compound oxide and process for preparing the same |
| US07/557,286 US5135906A (en) | 1989-07-24 | 1990-07-24 | Superconducting thin film of compound oxide and process for preparing the same |
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| JP1191013A JPH0354116A (ja) | 1989-07-24 | 1989-07-24 | 複合酸化物超電導薄膜および作製方法 |
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- 1990-07-24 CA CA002021821A patent/CA2021821C/en not_active Expired - Fee Related
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