JPH042694A - 酸化物単結晶基板およびこれを用いた超伝導体装置およびその製造方法 - Google Patents
酸化物単結晶基板およびこれを用いた超伝導体装置およびその製造方法Info
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- JPH042694A JPH042694A JP2100838A JP10083890A JPH042694A JP H042694 A JPH042694 A JP H042694A JP 2100838 A JP2100838 A JP 2100838A JP 10083890 A JP10083890 A JP 10083890A JP H042694 A JPH042694 A JP H042694A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は酸化物単結晶基板およびこれを用いた超半導体
装置およびその製造方法に係り、特にその単結晶基板の
組成に関する。
装置およびその製造方法に係り、特にその単結晶基板の
組成に関する。
（従来の技術）
超伝導現象は、物質の示すさまざまな電磁気的性質の中
で最も特異な性質であるといわれており、完全導電性、
完全反磁性、磁束の量子化等、夫々の性質を利用し応用
面での今後の発展が期待されている。
で最も特異な性質であるといわれており、完全導電性、
完全反磁性、磁束の量子化等、夫々の性質を利用し応用
面での今後の発展が期待されている。
このような超伝導現象を利用した電子デバイスとしては
、高速スイッチ、高感度検波素子、高感度磁束計をはし
め、広範囲の応用が期待されている。
、高速スイッチ、高感度検波素子、高感度磁束計をはし
め、広範囲の応用が期待されている。
従来の超伝導デバイスによく用いられる超伝導体として
は、例えば基板上にプラズマスパッタ法によりＮｂ３Ｇ
ｅ薄膜かある。この臨界温度は高々２３°にであり、液
体ヘリウム温度でしか使用できないものである。しかし
ながら、液体ヘリウムの使用は、液化・冷却付帯設備の
必要性に伴う冷却コストおよび技術的負担の増大、更に
は、ヘリウム資源が極めて少ないことなどの理由から、
産業および民生分野での超伝導体の実用化をはばむ大き
な問題となっていた。
は、例えば基板上にプラズマスパッタ法によりＮｂ３Ｇ
ｅ薄膜かある。この臨界温度は高々２３°にであり、液
体ヘリウム温度でしか使用できないものである。しかし
ながら、液体ヘリウムの使用は、液化・冷却付帯設備の
必要性に伴う冷却コストおよび技術的負担の増大、更に
は、ヘリウム資源が極めて少ないことなどの理由から、
産業および民生分野での超伝導体の実用化をはばむ大き
な問題となっていた。
そこで、高臨界温度の超伝導体を得るためにさまざまな
試みがなされており、特に、酸化物超伝導薄膜の最近の
研究はめざましく、超伝導臨界温度は７７°Ｋを上まわ
り、安価な液体窒素を冷媒として動作させることが可能
となった。
試みがなされており、特に、酸化物超伝導薄膜の最近の
研究はめざましく、超伝導臨界温度は７７°Ｋを上まわ
り、安価な液体窒素を冷媒として動作させることが可能
となった。
このような酸化物超伝導薄膜は、従来、主として、スパ
ッタ法あるいは蒸着法等により、高温に加熱したＭｇＯ
単結晶基板あるいは５ｒＴｉ０３単結晶基板上に形成す
るという方法がとられている。
ッタ法あるいは蒸着法等により、高温に加熱したＭｇＯ
単結晶基板あるいは５ｒＴｉ０３単結晶基板上に形成す
るという方法がとられている。
また、その低基板用単結晶としては、サファイア、ｙｓ
ｚ、 シリコン、砒化ガリウム、ＬｉＮｂ０ａ、ＧＧ
ＧＳＬａＧａＯ３，ＬａＡｌＯ３等が、注目されている
。
ｚ、 シリコン、砒化ガリウム、ＬｉＮｂ０ａ、ＧＧ
ＧＳＬａＧａＯ３，ＬａＡｌＯ３等が、注目されている
。
しかしながら、ＭｇＯ単結晶基板あるいは５ｒＴｉ０３
単結晶基板を基板として用いる従来の薄膜形成方法では
、超伝導臨界電流（Ｊ Ｃ）を安定して大きくすること
はできず、また超伝導臨界温度（Ｔｃ）が不安定である
という問題があった。
単結晶基板を基板として用いる従来の薄膜形成方法では
、超伝導臨界電流（Ｊ Ｃ）を安定して大きくすること
はできず、また超伝導臨界温度（Ｔｃ）が不安定である
という問題があった。
ところで、優れたエピタキシャル膜を生成するためには
、基板材料としては次に示すような条件を持つことが必
要である。
、基板材料としては次に示すような条件を持つことが必
要である。
（１）薄膜結晶との格子整合が良いこと、（ＩＩ）エピ
タキシャル膜成長時における基板との相互拡散による膜
質の劣化がないこと、（ｍ）基板材料は高温に加熱され
るため、高融点、少なくとも１０００℃以上の融点を有
すること、（ＩＶ）結晶性の良好な単結晶が入手可能で
あること、 （Ｖ）電気的に絶縁性を有すること、 等である。
タキシャル膜成長時における基板との相互拡散による膜
質の劣化がないこと、（ｍ）基板材料は高温に加熱され
るため、高融点、少なくとも１０００℃以上の融点を有
すること、（ＩＶ）結晶性の良好な単結晶が入手可能で
あること、 （Ｖ）電気的に絶縁性を有すること、 等である。
一方、高臨界温度の酸化物超伝導体としては、ＬｎＢａ
Ｃｕ Ｏ（δ−０−１，Ｌｎ：Ｙ２ ３
７−δ ｂ、Ｅｒ、Ｙ、Ｈｏ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ） 、ＢｉＳ
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の酸化物薄膜、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ
−Ｃｕ−０系の酸化物薄膜など、多くの酸化物が報告さ
れている。
Ｃｕ Ｏ（δ−０−１，Ｌｎ：Ｙ２ ３
７−δ ｂ、Ｅｒ、Ｙ、Ｈｏ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ） 、ＢｉＳ
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の酸化物薄膜、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ
−Ｃｕ−０系の酸化物薄膜など、多くの酸化物が報告さ
れている。
そして、これらの酸化物の格子定数ａおよびｂは全て３
，７６〜３．９２人の範囲にある。また、４５６座標を
変えてみると、Ｊ ２ ａおよびＪ２ｂを基本格子とも
みることができ、この場合は格子定数ａおよびｂは５．
３２〜５．５４人と表現されている。
，７６〜３．９２人の範囲にある。また、４５６座標を
変えてみると、Ｊ ２ ａおよびＪ２ｂを基本格子とも
みることができ、この場合は格子定数ａおよびｂは５．
３２〜５．５４人と表現されている。
これに対して、現在広く使用されている基板材料テする
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）ｌ；Ｌ ａ−４゜２０３人
であり、格子定数の差は７〜１１％にも達し、良好なエ
ヒリキシャル成長膜を得るのは極めて困難であった。こ
れは、サファイア、ｙｓｚ。
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）ｌ；Ｌ ａ−４゜２０３人
であり、格子定数の差は７〜１１％にも達し、良好なエ
ヒリキシャル成長膜を得るのは極めて困難であった。こ
れは、サファイア、ｙｓｚ。
シリコン、砒化ガリウム、Ｌ １Ｎｂ０３ 、ＧＧＧに
ついても同様であった。
ついても同様であった。
また、５ｒＴｉ０３はＭｇＯに比べて酸化物超伝導薄膜
との格子定数の差は小さく、０．４〜４％であり、格子
整合性に優れている。しかし、５ｒＴｉ０３は、現在の
ところ、ベルヌーイ法で作製されているのみて、結晶性
は極めて悪く、工、。
との格子定数の差は小さく、０．４〜４％であり、格子
整合性に優れている。しかし、５ｒＴｉ０３は、現在の
ところ、ベルヌーイ法で作製されているのみて、結晶性
は極めて悪く、工、。
チピット密度が１０５個／Ｃ−より大きい結晶しか得る
ことは出来ず、このような結晶性の悪い基板上に良質な
エピタキシャル膜を得るには困難が伴う。また、大形の
基板の人手も不可能であった。
ことは出来ず、このような結晶性の悪い基板上に良質な
エピタキシャル膜を得るには困難が伴う。また、大形の
基板の人手も不可能であった。
さらにＬａＧａＯ３単結晶は、格子定数ａ−５゜４９６
人、ｂ−５，５５４人であり、酸化物超伝導体との良好
な格子整合が期待されるが、１５０℃付近で相転移を生
じるため、結晶内に双晶を含んでしまうという問題があ
り、Ｌ ａ Ｇ ａ ０３単結晶の超伝導薄膜用基板と
しての実用化に際しては双晶の除去が大きな課題となっ
ている。
人、ｂ−５，５５４人であり、酸化物超伝導体との良好
な格子整合が期待されるが、１５０℃付近で相転移を生
じるため、結晶内に双晶を含んでしまうという問題があ
り、Ｌ ａ Ｇ ａ ０３単結晶の超伝導薄膜用基板と
しての実用化に際しては双晶の除去が大きな課題となっ
ている。
また、ＬａＡｌＯ３単結晶についても、格子定数ａ−ｂ
−３．７８８人であり、酸化物超伝導体との良好な格子
整合が期待されるが、融点が２１００℃と極めて高いた
め、単結晶の作製が極めて困難であり、また結晶内に双
晶を含んでしまうという問題があった。
−３．７８８人であり、酸化物超伝導体との良好な格子
整合が期待されるが、融点が２１００℃と極めて高いた
め、単結晶の作製が極めて困難であり、また結晶内に双
晶を含んでしまうという問題があった。
（発明が解決しようとする課題）
このように、超伝導薄膜用基板として従来用いられてい
る材料は、前述した超伝導薄膜との格子整合性が良好で
、単結晶の入手がし易い等の条件を満たすものがなく、
安定な超半導体装置を得ることはできないという問題が
あった。
る材料は、前述した超伝導薄膜との格子整合性が良好で
、単結晶の入手がし易い等の条件を満たすものがなく、
安定な超半導体装置を得ることはできないという問題が
あった。
そこで、本発明者は、超伝導薄膜との格子整合性が良好
で、容易に形成可能な単結晶基板として５ｒＬａＧａ０
４単結晶基板（特願昭６３−３２３７３９）および５ｒ
ＮｄＧａＯ＋ （特願平１２４９９３０）を提案して
いる。
で、容易に形成可能な単結晶基板として５ｒＬａＧａ０
４単結晶基板（特願昭６３−３２３７３９）および５ｒ
ＮｄＧａＯ＋ （特願平１２４９９３０）を提案して
いる。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、さらに良
好なエピタキシャル超伝導薄膜を形成することのできる
単結晶基板材料を提供し、酸化物薄膜の超伝導性の不安
定性を解決し、超伝導デバイスへの適用が可能な高品質
の超伝導体薄膜を提供することを目的とする。
好なエピタキシャル超伝導薄膜を形成することのできる
単結晶基板材料を提供し、酸化物薄膜の超伝導性の不安
定性を解決し、超伝導デバイスへの適用が可能な高品質
の超伝導体薄膜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）
そこで本発明では、基板材料として、組成が下式に示す
ようなに２ＮｉＦ４型の結晶構造を有するカルシウム−
ランタン−ガリウム系酸化物単結晶基板を用いるように
している。
ようなに２ＮｉＦ４型の結晶構造を有するカルシウム−
ランタン−ガリウム系酸化物単結晶基板を用いるように
している。
Ｃａ Ｌａ Ｇａ ０
１−ｘ １−ｙ Ｉ−ｚ ４−ｖ（−０，０
５＜ｘ ＜０．０５ 、−０．０５ ＜ｙ ＜０．０
５．−。
５＜ｘ ＜０．０５ 、−０．０５ ＜ｙ ＜０．０
５．−。
、０５ ＜ｚ ＜０．０５．−０．２＜Ｗ ＜０．２
）そして、この基板上に酸化物超伝導薄膜をエピタキシ
ャル成長法により形成する。
）そして、この基板上に酸化物超伝導薄膜をエピタキシ
ャル成長法により形成する。
（作用）
本発明者は、種々の実験の結果、ＣａＬａＧａ０４を合
成し、これが極めて良好な酸化物超伝導体用基板となり
うることを知得した。
成し、これが極めて良好な酸化物超伝導体用基板となり
うることを知得した。
この単結晶は、Ｋ２ＮｉＦ４型の結晶構造を有し、格子
定数ｇ−３，８１人、ｃ−１２，１２人である。座標を
４５″変えてみたときのａは５゜３９人となる。
定数ｇ−３，８１人、ｃ−１２，１２人である。座標を
４５″変えてみたときのａは５゜３９人となる。
前述したように、現在報告されている高温酸化物超伝導
体の格子定数ａおよびｂは３．７６〜３゜９２人である
（座標系により５．３２〜５．５４人ともみられている
）。
体の格子定数ａおよびｂは３．７６〜３゜９２人である
（座標系により５．３２〜５．５４人ともみられている
）。
従って、ＣａＬａＧａＯ４の格子定数は、上記範囲３，
７６〜３．９２人に近く、また、座標系を４５°回転さ
せてみると、Ｊ ２ ａを基本格子と見ることもでき、
ａ−５，４０人ともみられるが、酸化物超伝導体薄膜の
Ｊ ２ ａを基本格子とみた場合の格子定数５．３２〜
５．５４人の範囲にも入っている。このようにＣａ Ｌ
ａ Ｇ ａ ０４単結晶の酸化物超伝導体薄膜に対す
る格子定数の差は極めて小さい。また、結晶構造も極め
て近く、５ｒＮｄ Ｇ ａ ０４単結晶の酸化物超伝導
体薄膜との格子整合性は極めて優れており、前述した条
件の全てを具備している。
７６〜３．９２人に近く、また、座標系を４５°回転さ
せてみると、Ｊ ２ ａを基本格子と見ることもでき、
ａ−５，４０人ともみられるが、酸化物超伝導体薄膜の
Ｊ ２ ａを基本格子とみた場合の格子定数５．３２〜
５．５４人の範囲にも入っている。このようにＣａ Ｌ
ａ Ｇ ａ ０４単結晶の酸化物超伝導体薄膜に対す
る格子定数の差は極めて小さい。また、結晶構造も極め
て近く、５ｒＮｄ Ｇ ａ ０４単結晶の酸化物超伝導
体薄膜との格子整合性は極めて優れており、前述した条
件の全てを具備している。
しかしながら、ＣａＬａＧａ０４単結晶についての報告
はなく、ＣａＬａＧａＯ４単結晶の作製が可能なものか
どうかもわからない状態であった。
はなく、ＣａＬａＧａＯ４単結晶の作製が可能なものか
どうかもわからない状態であった。
そこで本発明者らは、ＣａＬａＧａ０４の単結晶化につ
いて種々の研究を重ね、その結果、単結晶作製テストに
成功した。
いて種々の研究を重ね、その結果、単結晶作製テストに
成功した。
この単結晶はチョクラルスキー引上げ法、帯域溶融法等
により作成可能であり、このようにして得られる単結晶
の組成範囲は、Ｃａ１□ ｌ−ｙａ Ｇａ ０ １−ｚ ４−ｖ （−０，０５＜ｘ ＜０．０５ 、−０．０５ ＜ｙ
＜０．０５−０．０５ ＜ｚ ＜０．０５ −０．
２＜Ｗ ＜０．２ ）であることが確認された。
により作成可能であり、このようにして得られる単結晶
の組成範囲は、Ｃａ１□ ｌ−ｙａ Ｇａ ０ １−ｚ ４−ｖ （−０，０５＜ｘ ＜０．０５ 、−０．０５ ＜ｙ
＜０．０５−０．０５ ＜ｚ ＜０．０５ −０．
２＜Ｗ ＜０．２ ）であることが確認された。
このようにして得られるＣａ Ｌａ Ｇａ１−
ｘ １−ｙ １−ｚ ０４−ｗ単結晶基板を用いることにより、この
基板上にスパッタ法、真空蒸着法等により、酸化物超伝
導薄膜をエピタキシャル成長させ、良好な超伝導性を有
する超伝導体薄膜を得ることがてきた。
ｘ １−ｙ １−ｚ ０４−ｗ単結晶基板を用いることにより、この
基板上にスパッタ法、真空蒸着法等により、酸化物超伝
導薄膜をエピタキシャル成長させ、良好な超伝導性を有
する超伝導体薄膜を得ることがてきた。
（実施例）
以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。
に説明する。
まず、ＣａＬａＧａＯ４単結晶を製造するための方法に
ついて説明する。
ついて説明する。
４４１．９６ｇｒのＣａＣＯ３（純度９９９９％）と、
７６３．４３ｇｒのＬａ２Ｏ３（純度９９．９９％）と
、４３９．２２ｇのＧａ２０３（純度９９．９９９％）
を混合し、１０００℃で仮焼し脱炭酸処理を行った後、
粉砕しプレス成形した。
７６３．４３ｇｒのＬａ２Ｏ３（純度９９．９９％）と
、４３９．２２ｇのＧａ２０３（純度９９．９９９％）
を混合し、１０００℃で仮焼し脱炭酸処理を行った後、
粉砕しプレス成形した。
このようにして形成された成形体を大気中で１２００℃
で焼結することによりし、約１４５０ｇのＣ８０，９６
Ｌ ａ ＋、０２Ｇ ａ １．０２０４．０２焼結体を
得た。
で焼結することによりし、約１４５０ｇのＣ８０，９６
Ｌ ａ ＋、０２Ｇ ａ １．０２０４．０２焼結体を
得た。
この焼結体を外形的８０ ＋ｎｍ、高さ約８０ｍｎ、肉
厚２■のイリジウムるつぼまたは白金るつほに入れ、高
周波加熱によって溶融せしめた。ここでイリジウムるつ
ぼを用いる場合は、０．５〜２％の酸素を含む窒素雰囲
気を用いた。また、白金るつほを用いる場合は１０〜２
１％の酸素を含む窒素雰囲気を用いた。なお、ここで酸
素を添加したのは、ガリウム酸化物の分解蒸発を防止す
るためである。
厚２■のイリジウムるつぼまたは白金るつほに入れ、高
周波加熱によって溶融せしめた。ここでイリジウムるつ
ぼを用いる場合は、０．５〜２％の酸素を含む窒素雰囲
気を用いた。また、白金るつほを用いる場合は１０〜２
１％の酸素を含む窒素雰囲気を用いた。なお、ここで酸
素を添加したのは、ガリウム酸化物の分解蒸発を防止す
るためである。
このようにして、Ｃａ ｏ９６Ｌ ａ 、、 、２Ｇ
ａ 、、 、２０４４ｏ２焼結体を融解させた後、チョ
クラルスキー引上げ法を用い、Ｃａ Ｌ ａ Ｇ ａ
０４単結晶を成長させた。
ａ 、、 、２０４４ｏ２焼結体を融解させた後、チョ
クラルスキー引上げ法を用い、Ｃａ Ｌ ａ Ｇ ａ
０４単結晶を成長させた。
種結晶としては、初回においては５ｒＴｉ０３の［１０
０］単結晶あるいは５ｒＬａＧａＣ）＋の［１００］単
結晶のいずれても良く、ＣａＬａＧａ０４単結晶が得ら
れた後は、当該結晶の［１００］方位の単結晶を種結晶
として用いた。結晶の引上げ条件は、引上げ速度ｌｆｆ
１ｍ／Ｈｒ、結晶回転数３Ｏｒ ｐｍで、直径３０ｍｍ
、長さ７０ｍｍの［１００コ軸単結晶を得ることができ
た。
０］単結晶あるいは５ｒＬａＧａＣ）＋の［１００］単
結晶のいずれても良く、ＣａＬａＧａ０４単結晶が得ら
れた後は、当該結晶の［１００］方位の単結晶を種結晶
として用いた。結晶の引上げ条件は、引上げ速度ｌｆｆ
１ｍ／Ｈｒ、結晶回転数３Ｏｒ ｐｍで、直径３０ｍｍ
、長さ７０ｍｍの［１００コ軸単結晶を得ることができ
た。
このようにして、形成されたＣ ａ Ｌ ａ Ｇ ａ
０４単結晶をスライスし、ウェハ状にした（００１）簡
単結晶基板１を用い、アルゴン／酸素（混合比１：１）
の雰囲気下でＲＦマグネトロンスパッタリング法により
、膜厚１０００人のＹＢａ２ Ｃｕ３０ 薄膜２を堆
積した。ここでターゲットと７−δ しては成膜後の組成がＹＢａ２ Ｃｕ３０ とな７
−δ るようにし調整した焼結体を用いる。このときの条件は
、ガス圧１０Ｐａ、電力３００Ｗ、基板温度６００℃と
した。
０４単結晶をスライスし、ウェハ状にした（００１）簡
単結晶基板１を用い、アルゴン／酸素（混合比１：１）
の雰囲気下でＲＦマグネトロンスパッタリング法により
、膜厚１０００人のＹＢａ２ Ｃｕ３０ 薄膜２を堆
積した。ここでターゲットと７−δ しては成膜後の組成がＹＢａ２ Ｃｕ３０ とな７
−δ るようにし調整した焼結体を用いる。このときの条件は
、ガス圧１０Ｐａ、電力３００Ｗ、基板温度６００℃と
した。
堆積後、酸素雰囲気中で９００℃、１時間のアニールを
行った。
行った。
このようにＣａＬａＧａ０＋単結晶基板１上に形成され
た超伝導薄膜パターン２を基本構成とし、超伝導体記憶
装置等のデバイスを形成することができる。
た超伝導薄膜パターン２を基本構成とし、超伝導体記憶
装置等のデバイスを形成することができる。
ここでは、図に示すように、この後、電極形成用マスク
を介して蒸着法により金（Ａｕ）電極３１．３２，３３
．３４を形成し、ＹＢ ａ２ Ｃｕ３０ 薄膜のゼロ
抵抗温度Ｔｅ０１および７７°に７−δ での超伝導臨界電流Ｊ、を４端子法を用いて測定した。
を介して蒸着法により金（Ａｕ）電極３１．３２，３３
．３４を形成し、ＹＢ ａ２ Ｃｕ３０ 薄膜のゼロ
抵抗温度Ｔｅ０１および７７°に７−δ での超伝導臨界電流Ｊ、を４端子法を用いて測定した。
４は安定化電源、５は電圧計である。
このＣａＬａＧａＯ４単基板１上に形成されたＹＢａ２
Ｃｕ３０ 超伝導薄膜のゼロ抵抗温度ＴｃＯは８
７°にであり、７７°にでの超伝導臨界電流Ｊｃは６Ｘ
１．０５Ａ／ｃ−と、極めて良好な結果を示している。
Ｃｕ３０ 超伝導薄膜のゼロ抵抗温度ＴｃＯは８
７°にであり、７７°にでの超伝導臨界電流Ｊｃは６Ｘ
１．０５Ａ／ｃ−と、極めて良好な結果を示している。
比較のために、基板として従来から用いられているＳｒ
ＴｉＯ３の（１００）簡単結晶および５ｒＬａＧａｏ４
（１００）簡単結晶を用い、同一条件でＹＢ Ｕ２
ＣＵ３０．７−δ薄膜を堆積した。第１表にこのときの
ゼロ抵抗温度Ｔｃ０１および７７にでの超伝導臨界電流
Ｊｃを測定した結果を示す。
ＴｉＯ３の（１００）簡単結晶および５ｒＬａＧａｏ４
（１００）簡単結晶を用い、同一条件でＹＢ Ｕ２
ＣＵ３０．７−δ薄膜を堆積した。第１表にこのときの
ゼロ抵抗温度Ｔｃ０１および７７にでの超伝導臨界電流
Ｊｃを測定した結果を示す。
第１表
この結果から明らかなように、ＣａＬａＧａ０４単結晶
を基板として用いた場合、Ｔ−ｏＪ−共に優れているこ
とがわかる。これは、ＣａＬａＧａ０４単結晶基板は、
膜の結晶性、均一性が優れているためと考えられる。
を基板として用いた場合、Ｔ−ｏＪ−共に優れているこ
とがわかる。これは、ＣａＬａＧａ０４単結晶基板は、
膜の結晶性、均一性が優れているためと考えられる。
また、このようにして作製した超伝導薄膜表面の結晶性
を反射高速電子線回折により観察したところ、Ｃａ Ｌ
ａ Ｇ ａ ０４単結晶基板上に作製した超伝導薄膜
では（００１）方位を示すシャープなストリーク状の回
折パターンを得ることができ、良好なエピタキシャル成
長膜を形成していることがわかった。
を反射高速電子線回折により観察したところ、Ｃａ Ｌ
ａ Ｇ ａ ０４単結晶基板上に作製した超伝導薄膜
では（００１）方位を示すシャープなストリーク状の回
折パターンを得ることができ、良好なエピタキシャル成
長膜を形成していることがわかった。
また、ターゲット材料を、ＬｎＢａ２Ｃｕ３０７−δ（
δ−０〜ｌ 、Ｌｎ ： Ｙｂ、Ｅ ｒ、Ｙ、Ｈｏ。
δ−０〜ｌ 、Ｌｎ ： Ｙｂ、Ｅ ｒ、Ｙ、Ｈｏ。
Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ）として前記と同様のＣａＬａＧａ０
４単結晶基板上に、前記と同一条件下で作製した超伝導
薄膜でも（００１）方位を示すシャブなストリーク状の
回折パターンを得ることができ、良好なエピタキシャル
成長膜を形成していることがわかった。
４単結晶基板上に、前記と同一条件下で作製した超伝導
薄膜でも（００１）方位を示すシャブなストリーク状の
回折パターンを得ることができ、良好なエピタキシャル
成長膜を形成していることがわかった。
なお、ＣａＬａＧａ０４単結晶は、（００１）面を用い
た場合、上記超伝導薄膜の（００１）面のエピタキシャ
ル膜が形成されやすいが、（１００）面、（１１０）面
を用いた場合は、それぞれ超伝導薄膜の（１００）面、
（１１０）面のエピタキシャル膜を形成することができ
る。
た場合、上記超伝導薄膜の（００１）面のエピタキシャ
ル膜が形成されやすいが、（１００）面、（１１０）面
を用いた場合は、それぞれ超伝導薄膜の（１００）面、
（１１０）面のエピタキシャル膜を形成することができ
る。
実施例２
次に本発明の第２の実施例として、実施例１と同様の方
法で形成したＣａＬａＧａＯ４単結晶基板の（００１）
面上にアルゴン／酸素（混合比２゜１）の雰囲気下でＲ
Ｆマグネトロンスパッタリング法により膜厚１０００人
のＢｉ２５ｒ２Ｃａ２Ｃｕ３０ １ｏ−ａを堆積した。
法で形成したＣａＬａＧａＯ４単結晶基板の（００１）
面上にアルゴン／酸素（混合比２゜１）の雰囲気下でＲ
Ｆマグネトロンスパッタリング法により膜厚１０００人
のＢｉ２５ｒ２Ｃａ２Ｃｕ３０ １ｏ−ａを堆積した。
ここでターゲットとしては、成膜後の組成がＢｉ２５ｒ
２Ｃａ２Ｃｕ、０ 、。−６となるように調整したもの
を用いた。
２Ｃａ２Ｃｕ、０ 、。−６となるように調整したもの
を用いた。
このときの条件は、ガス圧５Ｐａ、電力２００Ｗ。
基板温度６００℃とした。
堆積後、酸素雰囲気中で９００℃、１時間のアニールを
行った。
行った。
このようにして作製したＢ ｆ ２ Ｓ ｒ ２ Ｃａ
２ Ｃｕ ３０ １０−１１薄膜に実施例１と同様に
電極を形成し、ゼロ抵抗温度Ｔｃ０１および７７°にで
の超伝導臨界電流Ｊｃを４端子法を用いて測定した。
２ Ｃｕ ３０ １０−１１薄膜に実施例１と同様に
電極を形成し、ゼロ抵抗温度Ｔｃ０１および７７°にで
の超伝導臨界電流Ｊｃを４端子法を用いて測定した。
その結果を第２表に示す。
第２表
この結果から明らかなように、ＣａＬａＧａ０４単結晶
を基板として用いた場合、Ｔｅｏ、Ｊｅ共に優れている
ことかわかる。これは、ＣａＬａＧａＯ４単結晶基板は
、膜の結晶性、均一性が優れているためＢｉ２５ｒ２Ｃ
ａ２Ｃｕ３０ ＋ｏ−ａ薄膜形成の場合も実施例１の
場合と同様と優れた薄膜を得ることかできたものと考え
られる。
を基板として用いた場合、Ｔｅｏ、Ｊｅ共に優れている
ことかわかる。これは、ＣａＬａＧａＯ４単結晶基板は
、膜の結晶性、均一性が優れているためＢｉ２５ｒ２Ｃ
ａ２Ｃｕ３０ ＋ｏ−ａ薄膜形成の場合も実施例１の
場合と同様と優れた薄膜を得ることかできたものと考え
られる。
なお、この単結晶基板は、Ｂｊ２Ｓｒ２Ｃａ２ＣＬｌ
３０ ＋ｏ−，ｓ薄膜のＢｉ元素を一部ｐｂて置換し
た８ １１． Ｐ ｂＯ，２Ｓ ｒ２ Ｃａ２ＣＵ３
０ ｔ。
３０ ＋ｏ−，ｓ薄膜のＢｉ元素を一部ｐｂて置換し
た８ １１． Ｐ ｂＯ，２Ｓ ｒ２ Ｃａ２ＣＵ３
０ ｔ。
６薄膜を形成した場合にも、安定なＴｅ０ｓＪｅを得る
ことかできた。
ことかできた。
また、ＣａＬａＧａ０＋単結晶の（００１）面を用いた
場合、上記超伝導薄膜の（００１）面のエピタキシャル
膜が形成されやすいが、（１００）面、（１１０）面を
用いた場合は、それぞれ超伝導薄膜の（１００）面、（
１１０）面のエピタキシャル膜を形成することができる
。
場合、上記超伝導薄膜の（００１）面のエピタキシャル
膜が形成されやすいが、（１００）面、（１１０）面を
用いた場合は、それぞれ超伝導薄膜の（１００）面、（
１１０）面のエピタキシャル膜を形成することができる
。
実施例３
次に本発明の第３の実施例として、実施例１と同様の方
法で形成したＣａＬａＧａ０４の（００１）簡単結晶基
板上にアルゴン／酸素（混合比１：１）の雰囲気下でＲ
Ｆマグネトロンスパッタリング法により膜厚１０００人
のＹＢ ａ２ Ｃｕ３０７−６を堆積した。ここでター
ゲットは、成膜後に膜の組成がＴ１２ Ｂａ２ Ｃａ２
Ｃｕ３０ となるように調整したものを用いる。そ
して、このときの条件は、ガス圧１０ Ｐ ａ ｓ電力
８０Ｗ１基板温度６００℃とした。
法で形成したＣａＬａＧａ０４の（００１）簡単結晶基
板上にアルゴン／酸素（混合比１：１）の雰囲気下でＲ
Ｆマグネトロンスパッタリング法により膜厚１０００人
のＹＢ ａ２ Ｃｕ３０７−６を堆積した。ここでター
ゲットは、成膜後に膜の組成がＴ１２ Ｂａ２ Ｃａ２
Ｃｕ３０ となるように調整したものを用いる。そ
して、このときの条件は、ガス圧１０ Ｐ ａ ｓ電力
８０Ｗ１基板温度６００℃とした。
堆積後、金箔を用いてラップし、酸素雰囲気中で９０５
℃、１０分のアニールを行った。ここて金箔を用いてラ
ップするのはタリウムの蒸発を防ぐためである。
℃、１０分のアニールを行った。ここて金箔を用いてラ
ップするのはタリウムの蒸発を防ぐためである。
このようにして作製したＴＩ２ Ｂａ２ Ｃａ２ Ｃｕ
３０ 薄膜のゼロ抵抗温度Ｔｃ０１および７７゜Ｋて
の超伝導臨界電流Ｊｃを４端子法を用いて測定した。
３０ 薄膜のゼロ抵抗温度Ｔｃ０１および７７゜Ｋて
の超伝導臨界電流Ｊｃを４端子法を用いて測定した。
その結果を第３表に示す。
第３表
この場合も、上記第３表の結果から明らかなように、Ｃ
ａ Ｌ ａ Ｇ ａ ０４単結晶を基板として用いた場
合、Ｔｃ０ｓＪｃ共に優れていることがわかる。
ａ Ｌ ａ Ｇ ａ ０４単結晶を基板として用いた場
合、Ｔｃ０ｓＪｃ共に優れていることがわかる。
これは、Ｃａ Ｌ ａ Ｇ ａ ０４単結晶基板は、膜
の結晶性、均一性が優れているためＴＩ２８ａ２ Ｃａ
２Ｃｕ３０ 薄膜形成の場合も実施例１および実施例
２の場合と同様と優れた薄膜を得ることかできたものと
考えられる。
の結晶性、均一性が優れているためＴＩ２８ａ２ Ｃａ
２Ｃｕ３０ 薄膜形成の場合も実施例１および実施例
２の場合と同様と優れた薄膜を得ることかできたものと
考えられる。
また、この場合も、Ｃａ Ｌ ａ Ｇ ａ ０４単結晶
の（００１）面を用いた場合、上記超伝導薄膜の（００
１）面のエピタキシャル膜が形成されやすいが、（１０
０）面、（１１０）面を用いた場合は、それぞれ超伝導
薄膜の（１００）面、（１１０）面のエピタキシャル膜
を形成することができる。
の（００１）面を用いた場合、上記超伝導薄膜の（００
１）面のエピタキシャル膜が形成されやすいが、（１０
０）面、（１１０）面を用いた場合は、それぞれ超伝導
薄膜の（１００）面、（１１０）面のエピタキシャル膜
を形成することができる。
なお、これらの実施例に限定されることなく他の酸化物
超伝導薄膜の形成にも適用可能である。
超伝導薄膜の形成にも適用可能である。
また、酸化物単結晶基板の組成については、実施例の他
、Ｓｒ、Ｎｄ、Ｃｒ等のわずかな不純物を添加したもの
についても有効である。
、Ｓｒ、Ｎｄ、Ｃｒ等のわずかな不純物を添加したもの
についても有効である。
さらにまた、前記実施例では超伝導酸化物薄膜を形成す
るに際し、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いたが、こ
れに限定されることなく、真空蒸着法、多元蒸着法、分
子線エピタキシー（ＭＢＥ法） 、ＭＳＤ法等を用いて
もよい。
るに際し、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いたが、こ
れに限定されることなく、真空蒸着法、多元蒸着法、分
子線エピタキシー（ＭＢＥ法） 、ＭＳＤ法等を用いて
もよい。
以上説明してきたように、本発明によれば、超伝導薄膜
の形成に際し、基板材料として、組成が下式に示すよう
なに２ＮｉＦ４型の結晶構造を有するＣａ−Ｌａ−Ｇａ
系酸化物単結晶基板を用い、この基板上に酸化物超伝導
薄膜をエピタキシャル成長法により形成するようにして
いる Ｃａ Ｌａ Ｇａ ０ Ｌ−ｘ Ｉ−ｙ ｌ−ｚ ４−ｗ（−０，０
５＜ｘ ＜０．０５ 、−０．０５ ＜ｙ ＜０．０
５ −０．０５ ＜ ｚ ＜ ０．０５．−０．２＜ν
＜０．２）ため、格子整合性が良好で、超伝導臨界温度
が安定でかつ高く、超伝導臨界電流の安定した超伝導体
を提供することが可能となる。
の形成に際し、基板材料として、組成が下式に示すよう
なに２ＮｉＦ４型の結晶構造を有するＣａ−Ｌａ−Ｇａ
系酸化物単結晶基板を用い、この基板上に酸化物超伝導
薄膜をエピタキシャル成長法により形成するようにして
いる Ｃａ Ｌａ Ｇａ ０ Ｌ−ｘ Ｉ−ｙ ｌ−ｚ ４−ｗ（−０，０
５＜ｘ ＜０．０５ 、−０．０５ ＜ｙ ＜０．０
５ −０．０５ ＜ ｚ ＜ ０．０５．−０．２＜ν
＜０．２）ため、格子整合性が良好で、超伝導臨界温度
が安定でかつ高く、超伝導臨界電流の安定した超伝導体
を提供することが可能となる。
図は、本発明実施例の超伝導体の測定方法を示す図であ
る。 １−・・Ｃａ Ｌ ａ Ｇ ａ ０４基板、２・・・Ｙ
Ｂ ａ２Ｃｕ３０ 薄膜、３１〜３４−＝電極、４
・・・安定化電源、５・・・電圧計。
る。 １−・・Ｃａ Ｌ ａ Ｇ ａ ０４基板、２・・・Ｙ
Ｂ ａ２Ｃｕ３０ 薄膜、３１〜３４−＝電極、４
・・・安定化電源、５・・・電圧計。
Claims (6)
- （１）組成が下式に示すようなＫ＿２ＮｉＦ＿４型の結
晶構造を有することを特徴とするカルシウム−ランタン
−ガリウム系の酸化物単結晶基板。 Ｃａ＿１＿−＿ｘＬａ＿１＿−＿ｙＧａ＿１＿−＿ｚＯ
＿４＿−＿ｗ（−０．０５＜ｘ＜０．０５、−０．０５
＜ｙ＜０．０５、−０．０５＜ｚ＜０．０５、−０．２
＜ｗ＜０．２） - （２）組成が下式に示すようなＫ＿２ＮｉＦ＿４型の結
晶構造を有するカルシウム−ランタン−ガリウム系酸化
物単結晶基板と、この基板上に形成された酸化物超伝導
薄膜とを備えたことを特徴とする超半導体装置。 Ｃａ＿１＿−＿ｘＬａ＿１＿−＿ｙＧａ＿１＿−＿ｚＯ
＿４＿−＿ｗ（−０．０５＜ｘ＜０．０５、−０．０５
＜ｙ＜０．０５、−０．０５＜ｚ＜０．０５、−０．２
＜ｗ＜０．２） - （３）組成が下式に示すようなＫ＿２ＮｉＦ＿４型の結
晶構造を有するカルシウム−ランタン−ガリウム系酸化
物単結晶基板を用意する工程と、前記単結晶基板上に格
子定数ａおよびｂが３．７６〜３．９２Åまたは５．３
２〜５．５４Åの範囲にある酸化物超伝導薄膜をエピタ
キシャル成長せしめる超伝導薄膜形成工程とを含むこと
を特徴とする超半導体装置の製造方法。 Ｃａ＿１＿−＿ｘＬａ＿１＿−＿ｙＧａ＿１＿−＿ｚＯ
＿４＿−＿ｗ（−０．０５＜ｘ＜０．０５、−０．０５
＜ｙ＜０．０５、−０．０５＜ｚ＜０．０５、−０．２
＜ｗ＜０．２） - （４）前記超伝導薄膜形成工程が、下式で表されるよう
な組成比をもつ酸化物超伝導薄膜を形成する工程である
ことを特徴とする請求項（３）記載の超半導体装置の製
造方法。 ＬｎＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿δ （δ＝０〜１、Ｌｎ：Ｙｂ、Ｅｒ、Ｙ、Ｈｏ、Ｇｄ、Ｅ
ｕ、Ｄｙ） - （５）前記超伝導薄膜形成工程が、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−
Ｃｕ−Ｏ系の酸化物薄膜を形成する工程であることを特
徴とする請求項（３）記載の超半導体装置の製造方法。 - （６）前記超伝導薄膜形成工程が、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−
Ｃｕ−Ｏ系の酸化物薄膜を形成する工程であることを特
徴とする請求項（３）記載の超半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2100838A JPH042694A (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 酸化物単結晶基板およびこれを用いた超伝導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2100838A JPH042694A (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 酸化物単結晶基板およびこれを用いた超伝導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH042694A true JPH042694A (ja) | 1992-01-07 |
Family
ID=14284460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2100838A Pending JPH042694A (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 酸化物単結晶基板およびこれを用いた超伝導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH042694A (ja) |
-
1990
- 1990-04-17 JP JP2100838A patent/JPH042694A/ja active Pending
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