JPH0369596A - 超伝導体薄膜用基板材料 - Google Patents
超伝導体薄膜用基板材料Info
- Publication number
- JPH0369596A JPH0369596A JP1201374A JP20137489A JPH0369596A JP H0369596 A JPH0369596 A JP H0369596A JP 1201374 A JP1201374 A JP 1201374A JP 20137489 A JP20137489 A JP 20137489A JP H0369596 A JPH0369596 A JP H0369596A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ions
- thin film
- substrate material
- crystal
- substrate
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (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YBa2Cu、Oxに代表される酸化物高温超
伝導体の単結晶性薄膜を実現するための基板結晶材料に
関するものである。ここで単結晶性薄膜とは完全な単結
晶てなくとも、基板面に対して結晶学的に配向した場合
をも含むものをいう。
伝導体の単結晶性薄膜を実現するための基板結晶材料に
関するものである。ここで単結晶性薄膜とは完全な単結
晶てなくとも、基板面に対して結晶学的に配向した場合
をも含むものをいう。
〔従来の技術)
(La、、Ba、) 2Cub4が約30にで超伝導体
となることが発見されて以来、超伝導転移温度(To)
が約90にのReBa2Cu30. (Re :希土類
元素)、Tcが約1108のB1−3r−Ca−Cu−
0系、Tcが約120にのTl−Ba−CaCu−0&
が相次いで発見され、それにつれてデバイス応用を目的
にこれら酸化物高温超伝導体の薄膜形成が盛んに研究・
開発されている。この薄膜形成には基板が必要であるが
、これまでは酸化物結晶のJO,5rTi(h、YsZ
(Y添加zro2)はどが専ら用いられている。超伝導
体薄膜の特性はその結晶性に大きく依存し、従って基板
と格子整合がとれたエピタキシャル単結晶膜が望ましい
が、MgOの格子定数はa−b−c−4,215人、Y
SZのそれはa−b−3,64人、 c−5,27Aで
、いわゆる酸化物高温超伝導体の格子定数であるaχb
χ38人、副格子としてよく与えられるJTi (=f
T5 ) x 5 、4入とは大きく異なり、良質な単
結晶膜は得られない。一応SrTiO3の格子定数はa
−b−c−3,905人で、酸化物高温超伝導体のそれ
に近いことから有望であるが、その結晶性は結晶製造方
法(ヘルヌーイ沃)に起因した副粒界が多く必ずしも満
足のいく基板とは云えない。ごく最近になって酸素八面
体を単位とした結晶構造をもつ、いわゆる擬ベロウスカ
イト構造のLa八へ08. LaGa0+が注目されて
し)るが、これらは基本的には菱面体晶であることから
ペロウスカイト基本構造から大きく歪んでおり、結晶欠
陥である双晶(tWin)が含まれており、かつこれを
除くことは木質的に出来ない。
となることが発見されて以来、超伝導転移温度(To)
が約90にのReBa2Cu30. (Re :希土類
元素)、Tcが約1108のB1−3r−Ca−Cu−
0系、Tcが約120にのTl−Ba−CaCu−0&
が相次いで発見され、それにつれてデバイス応用を目的
にこれら酸化物高温超伝導体の薄膜形成が盛んに研究・
開発されている。この薄膜形成には基板が必要であるが
、これまでは酸化物結晶のJO,5rTi(h、YsZ
(Y添加zro2)はどが専ら用いられている。超伝導
体薄膜の特性はその結晶性に大きく依存し、従って基板
と格子整合がとれたエピタキシャル単結晶膜が望ましい
が、MgOの格子定数はa−b−c−4,215人、Y
SZのそれはa−b−3,64人、 c−5,27Aで
、いわゆる酸化物高温超伝導体の格子定数であるaχb
χ38人、副格子としてよく与えられるJTi (=f
T5 ) x 5 、4入とは大きく異なり、良質な単
結晶膜は得られない。一応SrTiO3の格子定数はa
−b−c−3,905人で、酸化物高温超伝導体のそれ
に近いことから有望であるが、その結晶性は結晶製造方
法(ヘルヌーイ沃)に起因した副粒界が多く必ずしも満
足のいく基板とは云えない。ごく最近になって酸素八面
体を単位とした結晶構造をもつ、いわゆる擬ベロウスカ
イト構造のLa八へ08. LaGa0+が注目されて
し)るが、これらは基本的には菱面体晶であることから
ペロウスカイト基本構造から大きく歪んでおり、結晶欠
陥である双晶(tWin)が含まれており、かつこれを
除くことは木質的に出来ない。
上述したように、従来の基板を用いた酸化物高温超伝導
体薄膜の結晶品質はよくなく、一般には配向した多結晶
I模となってしまう。
体薄膜の結晶品質はよくなく、一般には配向した多結晶
I模となってしまう。
本発明は従来用いられている酸化物基板のもつ欠点であ
る、格子定数の不整合及び結晶欠陥(双晶)の極めて少
ない、新たな基板材料を提供することを目的とする。
る、格子定数の不整合及び結晶欠陥(双晶)の極めて少
ない、新たな基板材料を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段)
本発明は化学量諭比Re八へX4で示される4戊分(但
し、Xは1種以上の陰イオン、Reは1種以上の希土類
元素イオン、AおよびBはそれぞれ一部置換されてもよ
い陽イオン)以上の元素から構成されたに2MnF4構
造の単結晶からなることを特徴とする。
し、Xは1種以上の陰イオン、Reは1種以上の希土類
元素イオン、AおよびBはそれぞれ一部置換されてもよ
い陽イオン)以上の元素から構成されたに2MnF4構
造の単結晶からなることを特徴とする。
〔作 用)
本発明における新材料は酸素八面体を基本構造とした正
方晶系に属し、かつ結晶構造かに2MnF4構造であり
、その化学式がRe八へX4であられされるものである
。(Xは酸素を主とするが、これに限定されない。)R
eは1種以上の希土類イオン、AおよびBは陽イオンで
、それぞれ他の陽イオンで部置換されていてもよい。従
来の材料とは成分比及び結晶構造が全く異なる。
方晶系に属し、かつ結晶構造かに2MnF4構造であり
、その化学式がRe八へX4であられされるものである
。(Xは酸素を主とするが、これに限定されない。)R
eは1種以上の希土類イオン、AおよびBは陽イオンで
、それぞれ他の陽イオンで部置換されていてもよい。従
来の材料とは成分比及び結晶構造が全く異なる。
先ず本発明にかかわる基板材料の選定概念について説明
する。良質なエピタキシャル単結晶薄膜を得る九の3大
要素として、■格子定数の整合、■結晶構造の類似性、
■熱膨張係数の整合、を挙げることが出来る。
する。良質なエピタキシャル単結晶薄膜を得る九の3大
要素として、■格子定数の整合、■結晶構造の類似性、
■熱膨張係数の整合、を挙げることが出来る。
■格子定数に関して、形成する薄膜である酸化物高温超
伝導体として、転移温度Tc30〜40にの(La+−
xMx) 2CUO4(M+Ba、Sr、Ce)の格子
定数は擬正方晶系でa(、z3.78人、To約90に
のYBa2Cu3Oxの格子定数は斜方晶系でaoz3
.82入、 bo43.88人、Tcが約80にと約1
10にの相が得られる3i−5r−Ca−Cu −0系
の格子定数は正方晶系でa。悠5,4人、最高のTc1
20にの相が出現するTl−Ba−5r−Cu−0系の
それはやはり正方晶系でa。χ3.86人、が一般に受
は入れられている。ここで結晶学上で取扱かわれている
単位胞の刻角線格子を考えると、Bi系の格子定数ao
′ χao/JTz3.a2人となる。すなわち高温超
伝導体の格子定数はいずれも378〜3.86人の範囲
内にあり材料系に大きく依存しない。
伝導体として、転移温度Tc30〜40にの(La+−
xMx) 2CUO4(M+Ba、Sr、Ce)の格子
定数は擬正方晶系でa(、z3.78人、To約90に
のYBa2Cu3Oxの格子定数は斜方晶系でaoz3
.82入、 bo43.88人、Tcが約80にと約1
10にの相が得られる3i−5r−Ca−Cu −0系
の格子定数は正方晶系でa。悠5,4人、最高のTc1
20にの相が出現するTl−Ba−5r−Cu−0系の
それはやはり正方晶系でa。χ3.86人、が一般に受
は入れられている。ここで結晶学上で取扱かわれている
単位胞の刻角線格子を考えると、Bi系の格子定数ao
′ χao/JTz3.a2人となる。すなわち高温超
伝導体の格子定数はいずれも378〜3.86人の範囲
内にあり材料系に大きく依存しない。
ヘテロエピタキシーの観点から最も技術的に進歩してい
る半導体工学の分野では、格子不整合は1%以下が許容
されているものの、最近のIII −V族/Siへテロ
エピタキシーでは4%が認められている。従って、ここ
では最大許容不整合を4%とする。いま、薄膜の格子定
数をa。、基板の格子定数をboとすると、格子不整合
性MfはMf−七鉦二LLxtoo (%) 鉦上b と結晶学的に定義されるので、上記a。= 3.78〜
3.86λに対応するす。は、Mf=4%として、(3
,6318〜3.9343A )〜(3,7086〜4
.0176人)と求められる。すなわち、基板の格子定
数3.6318〜4.0178人が前記超伝導体薄膜に
適することになる。
る半導体工学の分野では、格子不整合は1%以下が許容
されているものの、最近のIII −V族/Siへテロ
エピタキシーでは4%が認められている。従って、ここ
では最大許容不整合を4%とする。いま、薄膜の格子定
数をa。、基板の格子定数をboとすると、格子不整合
性MfはMf−七鉦二LLxtoo (%) 鉦上b と結晶学的に定義されるので、上記a。= 3.78〜
3.86λに対応するす。は、Mf=4%として、(3
,6318〜3.9343A )〜(3,7086〜4
.0176人)と求められる。すなわち、基板の格子定
数3.6318〜4.0178人が前記超伝導体薄膜に
適することになる。
■結晶構造に関して 酸化物超伝導体は、その結晶構造
の基本は酸素・八面体BO6(B:陽イオン)が骨格を
成して、いわゆる環ベロウスカイト構造となっているこ
とか定説となって受は入れられている。しかしながら、
鉱物学上のベロウスカイ1−構造酸化物はCaTi(L
+に代表される如く化学式へB03の化合物であり、そ
の格子定数は−1−述した超伝導体のそれよりも大きい
のが一般的であり、かつへ元素とB元素との組合によっ
ては格子か大きく歪んで側方晶系以下の結晶対称性の低
い構造(例えは単斜晶系)となり易い為に結晶欠陥であ
る双晶か入ってしまう。従って、双晶が生しない結晶構
造として正方晶系が望ましい。
の基本は酸素・八面体BO6(B:陽イオン)が骨格を
成して、いわゆる環ベロウスカイト構造となっているこ
とか定説となって受は入れられている。しかしながら、
鉱物学上のベロウスカイ1−構造酸化物はCaTi(L
+に代表される如く化学式へB03の化合物であり、そ
の格子定数は−1−述した超伝導体のそれよりも大きい
のが一般的であり、かつへ元素とB元素との組合によっ
ては格子か大きく歪んで側方晶系以下の結晶対称性の低
い構造(例えは単斜晶系)となり易い為に結晶欠陥であ
る双晶か入ってしまう。従って、双晶が生しない結晶構
造として正方晶系が望ましい。
■熱膨張係数に関して:正方晶系ペロウスカイト系酸化
物の熱膨張係数は実験的に整理されており、はぼ10〜
12ppm/”Cであり、上述した超伝導体の熱膨張係
数11〜12ppm/lと極めて近いことが多くの文献
データを整理して判った。
物の熱膨張係数は実験的に整理されており、はぼ10〜
12ppm/”Cであり、上述した超伝導体の熱膨張係
数11〜12ppm/lと極めて近いことが多くの文献
データを整理して判った。
11eAB04を見出した。ここでReは1f111以
上の希土類元素、AおよびBはそれぞれ一部が他のイオ
ンと置換されてもよい陽イオンである。表1に代表的R
eABO,化合物とその格子定数およびこれらを基板と
して成長させるのに最適な超伝導体を示す。いずれもの
項で述べた格子定数の値の中に含まれていることか判る
。
上の希土類元素、AおよびBはそれぞれ一部が他のイオ
ンと置換されてもよい陽イオンである。表1に代表的R
eABO,化合物とその格子定数およびこれらを基板と
して成長させるのに最適な超伝導体を示す。いずれもの
項で述べた格子定数の値の中に含まれていることか判る
。
ReABX<の各イオンのうち、陽イオンAとしてはア
ルカリ土類元素のイオン、特にSrイオンが、Bイオン
としては、遷移元素のイオン、特にVla族、■a族お
よび■族遷移金属の元素のイオンおよびGaイオンが望
ましい。
ルカリ土類元素のイオン、特にSrイオンが、Bイオン
としては、遷移元素のイオン、特にVla族、■a族お
よび■族遷移金属の元素のイオンおよびGaイオンが望
ましい。
(以 下 余 白)
〔実施例)
本発明者は以上の3要素に対する数値的、結晶学的考察
から、基板材料としてに2MnF4構造をもつ酸化物超
伝導体YBa2Cu3Oxをrfスパッタ法同時蒸着で
各種基板上に基板温度650〜780℃で約300Å堆
積した。その結果、La5rGaO+ 、 l、asr
cr04LaSrFeO4基板に対しては転移温度85
〜9[IKを示す良好な単結晶膜が得られた。
から、基板材料としてに2MnF4構造をもつ酸化物超
伝導体YBa2Cu3Oxをrfスパッタ法同時蒸着で
各種基板上に基板温度650〜780℃で約300Å堆
積した。その結果、La5rGaO+ 、 l、asr
cr04LaSrFeO4基板に対しては転移温度85
〜9[IKを示す良好な単結晶膜が得られた。
実施例2
(La、、Sr、)2Cub4をrfスパッタ法てL
a S r kl n Os基板上に堆積した結果、T
c約32にの薄膜を得たか、表面モフォロジーは1、a
srco04やLa5rGa04基板上に比へて少し粗
ねていた。このことは格子不整合Mfが約2.6%と狭
義のエピタキシー(Mf約1%)に比べ大きいことによ
ると判断てきる。
a S r kl n Os基板上に堆積した結果、T
c約32にの薄膜を得たか、表面モフォロジーは1、a
srco04やLa5rGa04基板上に比へて少し粗
ねていた。このことは格子不整合Mfが約2.6%と狭
義のエピタキシー(Mf約1%)に比べ大きいことによ
ると判断てきる。
基板の格子定数値は、形成される超伝導体の種類によっ
て適宜Mfχ1%になるよう選ぶへきである。すなわち
超伝導体の種類によって表1に例示される本発明の基板
材料の中から選定されることが望ましいことは云うまで
もない。本発明の基本は上述したエピタキシャル成長の
ための3要素に立脚したRe八へO4化合物を提示した
もので、表1に示した化合物以外てもに2MnF、+構
造正方晶系材ネ4てあれば本発明を限定するものではな
い。
て適宜Mfχ1%になるよう選ぶへきである。すなわち
超伝導体の種類によって表1に例示される本発明の基板
材料の中から選定されることが望ましいことは云うまで
もない。本発明の基本は上述したエピタキシャル成長の
ための3要素に立脚したRe八へO4化合物を提示した
もので、表1に示した化合物以外てもに2MnF、+構
造正方晶系材ネ4てあれば本発明を限定するものではな
い。
以上説明したように、本発明による基板は結晶欠陥のな
い正方晶系結晶である事、超伝導体と共通する酸素八面
体の骨格を有する結晶構造をもっている事、酸素八面体
ペロウスカイト化合物と類似の熱膨張係数をもっている
事、などの特徴をもっているので、本発明基板を用いる
ことによって、 極めて良質な単結晶性エピタキシャル超伝導体薄膜が得
られる利点がある。
い正方晶系結晶である事、超伝導体と共通する酸素八面
体の骨格を有する結晶構造をもっている事、酸素八面体
ペロウスカイト化合物と類似の熱膨張係数をもっている
事、などの特徴をもっているので、本発明基板を用いる
ことによって、 極めて良質な単結晶性エピタキシャル超伝導体薄膜が得
られる利点がある。
Claims (1)
- 化学量諭比ReABX_4で示される4成分(但し、X
は1種以上の陰イオン、Reは1種以上の希土類元素イ
オン、AおよびBはそれぞれ一部置換されてもよい陽イ
オン)以上の元素から構成されたK_2MnF_4構造
の単結晶からなることを特徴とする超伝導体薄膜用基板
材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1201374A JP2533649B2 (ja) | 1989-08-04 | 1989-08-04 | 超伝導体薄膜用基板材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1201374A JP2533649B2 (ja) | 1989-08-04 | 1989-08-04 | 超伝導体薄膜用基板材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0369596A true JPH0369596A (ja) | 1991-03-25 |
| JP2533649B2 JP2533649B2 (ja) | 1996-09-11 |
Family
ID=16440014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1201374A Expired - Fee Related JP2533649B2 (ja) | 1989-08-04 | 1989-08-04 | 超伝導体薄膜用基板材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2533649B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003002644A (ja) * | 2001-06-14 | 2003-01-08 | Japan Science & Technology Corp | ランタン系酸化物超伝導体結晶の双晶除去法 |
| US9136046B2 (en) | 2011-02-15 | 2015-09-15 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Superconducting wire rod and method for manufacturing superconducting wire rod |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101951677B1 (ko) | 2017-08-22 | 2019-02-25 | 엘지전자 주식회사 | 커넥터 방수 하우징 및 이동 단말기 |
-
1989
- 1989-08-04 JP JP1201374A patent/JP2533649B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003002644A (ja) * | 2001-06-14 | 2003-01-08 | Japan Science & Technology Corp | ランタン系酸化物超伝導体結晶の双晶除去法 |
| US9136046B2 (en) | 2011-02-15 | 2015-09-15 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Superconducting wire rod and method for manufacturing superconducting wire rod |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2533649B2 (ja) | 1996-09-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |