JPH042695A - Oxide single crystal base, production thereof and superconductor device using the same - Google Patents

Oxide single crystal base, production thereof and superconductor device using the same

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JPH042695A
JPH042695A JP2100836A JP10083690A JPH042695A JP H042695 A JPH042695 A JP H042695A JP 2100836 A JP2100836 A JP 2100836A JP 10083690 A JP10083690 A JP 10083690A JP H042695 A JPH042695 A JP H042695A
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JP
Japan
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thin film
molar ratio
single crystal
mol
oxide
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JP2100836A
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Japanese (ja)
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Kozo Nakamura
浩三 中村
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To stabilize superconductive critical temperature and superconductive critical electric current with good matching of lattice by making an oxide superconductive thin film to epi-growth on a specific single crystal base. CONSTITUTION:At least a species of impurity selected from Ca in a molar ratio of 0.00001-0.1 to Sr, Nd in a molar ratio of 0.00001-0.1 to La and Cr in a molar ratio of 0.00001-0.1 to Ga is added to a compound having a composition of SrLaGaO4 and K2NiF4-type crystal structure to form a single crystal base. Then, an oxide superconductive thin film expressed by the formula (delta=0-1; Ln is Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu or Dy) and having all lattice constants within 3.76-3.92Angstrom or within 6.32-5.54Angstrom .

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は酸化物超伝導体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関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to an oxide superconductor, a supersemiconductor device using the same, and a method for manufacturing the same.

(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。
(Prior art) Superconductivity is said to be the most unique property among the various electromagnetic properties exhibited by substances, and is characterized by complete conductivity,
Future developments in applications are expected by utilizing the respective properties such as perfect diamagnetism and quantization of magnetic flux.

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、高感度磁束計をはじ
め、広範囲の応用が期待されている。
Electronic devices that utilize such superconducting phenomena are expected to have a wide range of applications, including high-speed switches, high-sensitivity detection elements, and high-sensitivity magnetometers.

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ー法によりNb3
 Ge薄膜がある。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。
As a superconductor often used in conventional superconducting devices, for example, Nb3 is deposited on a substrate by plasma sputtering.
There is a Ge thin film. This critical temperature is at most 23@, and can only be used at liquid helium temperatures. However, the use of liquid helium increases cooling costs and technical burdens due to the need for liquefaction and cooling equipment.
Furthermore, because helium resources are extremely scarce, this has become a major problem that hinders the practical application of superconductors in the industrial and consumer fields.

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。
Therefore, various attempts have been made to obtain superconductors with high critical temperatures.In particular, recent research on oxide superconducting thin films has been remarkable, and the superconducting critical temperature has exceeded 77"K. It became possible to operate using nitrogen as a refrigerant.

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。
Conventionally, such oxide superconducting thin films have mainly been produced using MgO heated to a high temperature by sputtering or vapor deposition.
A method has been adopted in which it is formed on a single crystal substrate or a 5rTi03 single crystal substrate.

また、その他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
GSLaGaOa、LaA10a等が、注目されている
In addition, other single crystals for substrates include sapphire, ys
z, silicon, gallium arsenide, LiNb0a, GG
GSLaGaOa, LaA10a, etc. are attracting attention.

しかしながら、MgO単結晶基板あるいはSrT i 
03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1 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。
However, MgO single crystal substrate or SrTi
03 In the conventional thin film formation method using a single crystal substrate as a substrate, it is not possible to stably increase the superconducting critical current 1c), and there are problems in that the superconducting critical temperature (Tc) is unstable. Ta.

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。
By the way, in order to produce an excellent epitaxial film, it is necessary for the substrate material to have the following conditions.

(1)薄膜結晶との格子整合が良いこと、(n)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。
(1) good lattice matching with the thin film crystal; (n) no deterioration of film quality due to interdiffusion with the substrate during epitaxial film growth; (m) high melting point, as the substrate material is heated to high temperature; (IV) A single crystal with good crystallinity is available; (V) It has electrical insulation properties.

一方、高臨界温度の酸化物超伝導体としては、LnBa
  Cu  O(δ−0〜l、Ln:Yb、Er、Y、
Ho、Gd、Eu、Dy) 、Bi−Sr−−Ca−C
u−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。
On the other hand, as a high critical temperature oxide superconductor, LnBa
CuO(δ-0~l, Ln:Yb, Er, Y,
Ho, Gd, Eu, Dy), Bi-Sr--Ca-C
Many oxides have been reported, including u-0-based oxide thin films and Tl-Ba-Ca-Cu-0-based oxide thin films.

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、45@座標を
変えて見れば、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。
The lattice constants a and b of these oxides are all 3
.. It ranges from 76 to 3.92 people. Also, if we change the 45@ coordinates, J 2 a and J2b can also be seen as fundamental lattices, and in this case, the lattice constants a and b are 5.
It is said that there were 32 to 5,54 people.

これに対して、現在広く使用されている基板材料である
酸化マグネシウム(M g O)は、a−4゜203人
であり、格子定数の差は7〜11%にも達し、良好なエ
ピタ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。
On the other hand, magnesium oxide (MgO), which is currently a widely used substrate material, has a -4°203 lattice constant difference of 7 to 11%, which makes it difficult to form good epitaxial growth films. was extremely difficult to obtain. This is sapphire, ysz.

シリコン、砒化ガリウム、L i NbO3、GGGに
ついても同様であった。
The same was true for silicon, gallium arsenide, L i NbO3, and GGG.

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、エッチビット密度が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、大形の基板の入手も不可能であった。
Furthermore, 5rTi03 has a smaller difference in lattice constant from the oxide superconducting thin film than MgO, 0.4 to 4%, and has excellent lattice matching. However, 5rTi03 is currently only produced by the Bernoulli method, and its crystallinity is extremely poor, and it is only possible to obtain crystals with an etch bit density of more than 105 pieces/C-. It is difficult to obtain a high quality epitaxial film on a poor substrate. Furthermore, it was also impossible to obtain large-sized substrates.

さらにL a G a Oa単結晶は、格子定数a−5
゜496人、b−5,554八であり、酸化物超伝導体
との良好な格子整合が期待されるか、150℃付近て相
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、LaGaO3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。
Furthermore, the L a G a Oa single crystal has a lattice constant of a-5
゜496, b-5,5548, which is expected to have good lattice matching with the oxide superconductor, or because a phase transition occurs around 150℃, the crystal contains twins. There are problems, and the removal of twins is a major issue when putting LaGaO3 single crystal into practical use as a substrate for superconducting thin films.

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
整合か期待されるか、融点が2100℃と極めて高いた
め、単結晶の作成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。
Also, for LaAlO3 single crystal, the lattice constant a-b
-3.788 people, perhaps due to good lattice matching with oxide superconductors, but the melting point is extremely high at 2100°C, making it extremely difficult to create a single crystal, and there are twins within the crystal. There was a problem that it included.

(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
る材料け、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てきないという問題が
あった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the materials conventionally used as substrates for superconducting thin films have good lattice matching with the above-mentioned superconducting thin films, and are easy to obtain single crystals. There is nothing that meets the conditions,
There was a problem that it was impossible to obtain a stable super-semiconductor device.

そこで本発明者はSrLaGaO4tl結晶を提案して
いる(特願昭63−323739)。
Therefore, the present inventor has proposed a SrLaGaO4tl crystal (Japanese Patent Application No. 323739/1983).

本発明は、このSrLaGaO4単結晶に改良を加えさ
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。
The present invention improves this SrLaGaO4 single crystal to provide a single crystal substrate material that can form even better epitaxial superconducting thin films, solves the instability of superconductivity of oxide thin films, and solves the problem of superconducting devices. The purpose is to provide high-quality superconductor thin films that can be applied to

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(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SrLaG
aO4であるに2NiF4型の結晶構造を有する化合物
に、ストロンチウム(S r)に対するモル比が0.0
0001以上0.1モル以下のカルシウム(Ca)、ラ
ンタン(1,a )に対するモル比が0.00001以
上0.1モル以下のネオジム(Nd)、ガリウム(Ga
)に対するモル比が0.00001以上0.1モル以下
のクロム(Cr)の内の1種以上を添加してなる単結晶
基板を用いるようにしている。
(Means for Solving the Problem) Therefore, in the present invention, the composition is SrLaG as the substrate material.
In a compound having a crystal structure of 2NiF4 type, which is aO4, the molar ratio to strontium (Sr) is 0.0.
0001 to 0.1 mol of calcium (Ca), neodymium (Nd) and gallium (Ga) with a molar ratio of 0.00001 to 0.1 mol to lanthanum (1,a).
) is added with one or more types of chromium (Cr) in a molar ratio of 0.00001 to 0.1 mol.

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。
Then, an oxide superconducting thin film is formed on this substrate by epitaxial growth.

(作用) このように不純物を添加したSrLaGaO4単結晶基
板を用いることによって、極めて特性の良好な酸化物超
伝導薄膜を形成することができる。
(Function) By using the SrLaGaO4 single crystal substrate doped with impurities in this way, an oxide superconducting thin film with extremely good characteristics can be formed.

これは、不純物を添加することによって基板表面が化学
的に活性となり良好なエピタキシャル成長膜を形成する
ことができるものと思われる。
This is thought to be because the addition of impurities makes the substrate surface chemically active and allows formation of a good epitaxially grown film.

ところで、SrLaGaO4焼結体は、K2 N1F4
型の結晶構造を有し、格子定数a−3,843人であり
、すべての酸化物超伝導薄膜に対して良好な格子整合性
を有する。
By the way, the SrLaGaO4 sintered body is K2N1F4
It has a type crystal structure with a lattice constant of a-3,843, and has good lattice matching to all oxide superconducting thin films.

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゜92Aてあ乙
As mentioned above, the lattice constants a and b of currently reported high-temperature oxide superconductors range from 3.76 to 3.92A.

従って、SrLaGaO4の格子定数は、上記範囲3.
76〜3.92人のほぼ中央値である。
Therefore, the lattice constant of SrLaGaO4 is within the above range 3.
This is approximately the median value of 76 to 3.92 people.

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てき、a−5,40Aともみられ
るが、酸化物超伝導体薄膜の、/2a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S rLaGa04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、SrLmGa04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。
Also, if we rotate the coordinate system by 45 degrees, J 2 a can be seen as the fundamental lattice, and it can also be seen as a-5,40A, but if /2a of the oxide superconductor thin film is seen as the fundamental lattice, The lattice constant is also in the range of 5.32 to 5.54 people. As described above, the difference in lattice constant between the S rLaGa04 single crystal and the oxide superconductor thin film is extremely small. In addition, the crystal structure is extremely similar, and the lattice matching with the SrLmGa04 single crystal oxide superconductor thin film is extremely excellent.
It meets all of the conditions mentioned above.

そこで本発明者らは、SrLaGaO4の単結晶化につ
いて種々の研究を重ね、不純物を添加した混晶単結晶の
作成を行った結果、結晶性の低下および結晶育成技術上
の困難さを増加させること無く表面状態のみを良好にす
ることのできる不純物およびその添加限界を得た。
Therefore, the present inventors conducted various studies on single crystallization of SrLaGaO4, and as a result of creating a mixed crystal single crystal with added impurities, they found that the crystallinity decreased and the difficulties in crystal growth technology increased. We have found impurities that can improve the surface condition without any impurities, and the limit for their addition.

不純物元素であるCa、Nd、Crはすべてわずかに格
子定数を小さくする効果があるが、上記量では格子整合
性に影響を与えるほどではない。
The impurity elements Ca, Nd, and Cr all have the effect of slightly decreasing the lattice constant, but the above amounts are not large enough to affect lattice matching.

(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。
(Example) Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

実施例1 まず、S r r −Ca x L a H−N d 
y G a 1Cr、04単結晶を製造するための方法
について説明する。
Example 1 First, Sr r -Cax L a H-N d
A method for manufacturing a yG a 1Cr,04 single crystal will be described.

570、llgrの5rCOa(純度99.99%)と
、20.34grのCaCO3(純度99.99%)と
、629.08grのLa203(純度99.99%)
と、34.19grのNd2O3(純度99.99%)
 、350.49grのGa20a(純度99.999
%)と、24゜72grのCr2O3(純度99.99
%)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。
570, llgr of 5rCOa (99.99% purity), 20.34gr of CaCO3 (99.99% purity), and 629.08gr of La203 (99.99% purity)
and 34.19gr of Nd2O3 (99.99% purity)
, 350.49 gr of Ga20a (purity 99.999
%) and 24°72gr Cr2O3 (purity 99.99
%) were mixed, calcined at 1000°C, decarboxylated, pulverized, and press-molded.

このようにして形成された成形体を大気中で1300℃
で焼結することによりし、約1500gのS r 0.
95Ca o、osL a 0.95N d O,O9
G a 0.92C「。、、、o4焼結体を得た。
The molded body thus formed was heated to 1300°C in the atmosphere.
About 1500 g of S r 0.
95Ca o, osL a 0.95N d O, O9
Ga 0.92C "...O4 sintered body was obtained.

この焼結体を外形的80w■、高さ約80 ms、肉厚
2■■のイリジウムるつぼまたは白金るつぼに入れ、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、白金るつぼを用いる場合は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。
This sintered body was placed in an iridium crucible or a platinum crucible having an external diameter of 80 W, a height of about 80 ms, and a wall thickness of 2 mm, and was melted by high-frequency heating. When an iridium crucible was used here, a nitrogen atmosphere containing 0.5 to 2% oxygen was used. In addition, when using a platinum crucible, 10 to 2
A nitrogen atmosphere containing 1% oxygen was used. Note that oxygen was added here in order to prevent decomposition and evaporation of gallium oxide.

このようにしてS r 0.95Cao、 05L a
 o、 eqN dO,05G a 0.92Cr o
、 oso a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、単結晶を成長させた。
In this way S r 0.95Cao, 05L a
o, eqN dO,05G a 0.92Cr o
After melting the oso a sintered body, a single crystal was grown using the Czochralski pulling method.

種結晶としては、SrLaGaO4の[100コ単結晶
を用いた。結晶の引上げ条件は、引上げ速度1sv/H
r、結晶回転数25rpmで、直径3011、長さ70
−1の[100]軸単結晶を得ることができた。
As a seed crystal, a single crystal of SrLaGaO4 was used. The crystal pulling conditions are a pulling speed of 1 sv/H.
r, crystal rotation speed 25 rpm, diameter 3011, length 70
-1 [100] axis single crystal could be obtained.

このようにして、形成されたCa、Nd、Crを不純物
として含むSrLaGaO4単結晶をスライスし、ウェ
ハ状にした(001)向岸結晶基板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1000AのYBa2C
ua O薄7−δ 膜2を堆積した。ここでターゲットは成膜後の組成比が
YBa2 Cua Oとなるように組成比7−δ を調整したものを用いた。また、このときの成膜条件は
、ガス圧10Pa、電力300W、基板温度600℃と
した。
The thus formed SrLaGaO4 single crystal containing Ca, Nd, and Cr as impurities was sliced into a wafer-like (001) opposite crystal substrate 1, and argon/oxygen (mixing ratio 1:1) was used. YBa2C with a thickness of 1000A was formed by RF magnetron sputtering in an atmosphere.
A uaO thin 7-δ film 2 was deposited. Here, the target used was one whose composition ratio was adjusted to 7-δ so that the composition ratio after film formation was YBa2CuaO. Further, the film forming conditions at this time were a gas pressure of 10 Pa, electric power of 300 W, and a substrate temperature of 600°C.

堆積後、酸素雰囲気中で900℃、1時間のアニールを
行った。
After the deposition, annealing was performed at 900° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere.

電極形成用マスクを用いて真空蒸着法により金(Au)
電極31〜33を形成する。
Gold (Au) is deposited by vacuum evaporation using an electrode forming mask.
Electrodes 31 to 33 are formed.

このようにして作製したYBa2Cua O7−δ薄膜
のゼロ抵抗温度Tc01および77°にでの超伝導臨界
電流Jcを図に示すように、4端子法を用いて測定した
。ここで4は安定化電源、5は電圧計である。
The zero resistance temperature Tc01 and the superconducting critical current Jc at 77° of the YBa2Cua O7-δ thin film thus produced were measured using a four-probe method as shown in the figure. Here, 4 is a stabilized power supply, and 5 is a voltmeter.

その結果を第1表に示す。The results are shown in Table 1.

比較のために、Ca、Nd、Crを不純物として含むS
rLaGaO4単結晶を基板として用い、同一条件でY
Ba2 Cu30   薄膜を堆積した。
For comparison, S containing Ca, Nd, and Cr as impurities
Using rLaGaO4 single crystal as a substrate, Y
A Ba2Cu30 thin film was deposited.

第1表にこのときのゼロ抵抗温度T eOs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。
Table 1 shows the zero resistance temperature T eOs and 77
The results of measuring the superconducting critical current Jc at °C are shown.

第1表 この結果から明らかなように、Ca、Nd、Crを不純
物として添加することにより、ゼロ抵抗温度To。、お
よび77°にでの超伝導臨界電流JCが向上しているこ
とがわかる。
Table 1 As is clear from the results, by adding Ca, Nd, and Cr as impurities, the zero resistance temperature To can be lowered. It can be seen that the superconducting critical current JC is improved at , and 77°.

各元素は、モル比0.00001以下では効果は認めら
れず、また、モル比0.1以上では結晶にクラックやセ
ルが入り易くなる。
When the molar ratio of each element is less than 0.00001, no effect is observed, and when the molar ratio is more than 0.1, cracks and cells tend to form in the crystal.

なお、これらの不純物は単独でも良くまた、2種または
3種の組み合わせても良い。
Note that these impurities may be used alone or in combination of two or three types.

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Ca、Nd、Crを不純物として含むSr
LaGaO4単結晶をスライスし、ウェハ状にした(0
01)簡単結晶基板上に、アルゴン/酸素(混合比2:
])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B i2 S r2Ca2 Cu
30  を堆積した。
Example 2 Next, as a second example of the present invention, Sr containing Ca, Nd, and Cr as impurities was formed in the same manner as in Example 1.
A LaGaO4 single crystal was sliced into a wafer shape (0
01) Argon/oxygen (mixing ratio 2:
]) B i2 S r2 Ca2 Cu with a film thickness of 1000 nm by RF magnetron sputtering method in an atmosphere of
30 was deposited.

ターゲットとしては成膜後の組成比がBi25r2Ca
2Cu30  となるように組成比を調整したちのを用
いた。このときの成膜条件は、ガス圧5Pa、電力20
0W、基板温度600℃とした。
As a target, the composition ratio after film formation is Bi25r2Ca
The composition ratio was adjusted to 2Cu30. The film forming conditions at this time were a gas pressure of 5 Pa and a power of 20 Pa.
The temperature was 0W and the substrate temperature was 600°C.

堆積後、酸素雰囲気中で900℃、1時間のアニールを
行った。。
After the deposition, annealing was performed at 900° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. .

このようにして作製したBi25r2 Ca2Cu30
  薄膜に実施例1と同様にして金電極を形成し、ゼロ
抵抗温度Tc01および77°にでの超伝導臨界電流J
cを4端子法を用いて測定した。
Bi25r2 Ca2Cu30 produced in this way
A gold electrode was formed on the thin film in the same manner as in Example 1, and the superconducting critical current J at zero resistance temperature Tc01 and 77°
c was measured using the four-terminal method.

その結果を第2表に示す。The results are shown in Table 2.

第2表 この結果から明らかなように、Ca、Nd、Crを不純
物として添加することにより、ゼロ抵抗温度T eos
および77°にでの超伝導臨界電流JCが向上している
ことがわかる。
Table 2 As is clear from the results, by adding Ca, Nd, and Cr as impurities, the zero resistance temperature Teos
It can be seen that the superconducting critical current JC at 77° and 77° is improved.

このようにBi25r2Ca2Cu、O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ができ
たものと考えられる。
It is considered that in the case of forming the Bi25r2Ca2Cu, O thin film as described above, an excellent thin film similar to that in Example 1 could be obtained.

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Ca、Nd、Crを不純物として含むSr
LaGaOa単結晶をスライスし、ウェハ状にした(0
01)簡単結晶基板上に、アルゴン/酸素(混合比11
)の雰囲気下てRFマグネトロンスパッタリング法によ
り膜厚]、 000人のT 12 Ba2 Ca2Cu
30  を堆積した。
Example 3 Next, as a third example of the present invention, Sr containing Ca, Nd, and Cr as impurities was formed in the same manner as in Example 1.
The LaGaOa single crystal was sliced into wafers (0
01) Argon/oxygen (mixing ratio 11) on a simple crystal substrate
) film thickness by RF magnetron sputtering method in an atmosphere of 000 T 12 Ba2 Ca2Cu
30 was deposited.

ターゲットとしては成膜後の組成比がT128a2 C
a2 Cu30  となるように調整したものを用いた
。また、このときの成膜条件は、ガス圧10Pa、電力
80W、基板温度600℃とした。
As a target, the composition ratio after film formation is T128a2C
A material adjusted to have a2 Cu30 was used. Further, the film forming conditions at this time were a gas pressure of 10 Pa, electric power of 80 W, and substrate temperature of 600°C.

堆積後、金箔を用いてラップし、酸素雰囲気中で905
℃、]0分のアニールを行った。ここで金箔を用いてラ
ップするのはタリウムの蒸発を防くためである。
After deposition, it was wrapped with gold foil and 905% in an oxygen atmosphere.
Annealing was performed for 0 minutes at °C. The purpose of wrapping with gold foil is to prevent thallium from evaporating.

このようにして作製したTI2 Ba2 Ca2 Cu
30  薄膜上に実施例1および2と同様にして金電極
を形成し、ゼロ抵抗温度Te01および77にての超伝
導臨界電流Jcを4端子法を用いて測定した。
TI2 Ba2 Ca2 Cu produced in this way
30 A gold electrode was formed on the thin film in the same manner as in Examples 1 and 2, and the superconducting critical current Jc at zero resistance temperatures Te01 and 77 was measured using the four-terminal method.

その結果を第3表に示す。The results are shown in Table 3.

第3表 この場合も、上記!3表の結果から明らかなように、C
a、 N−d、 Crを不純物として添加することによ
り、ゼロ抵抗温度T、o、および77@にでの超伝導臨
界電流Jcが向上していることがわかる。
Table 3: In this case, the above is also true! As is clear from the results in Table 3, C
It can be seen that by adding a, Nd, and Cr as impurities, the zero resistance temperature T, o, and superconducting critical current Jc at 77@ are improved.

このようにT12 Ba2 Ca2 Cua O薄膜形
成の場合も実施例1および2の場合と同様と優れた薄膜
を得ることができたものと考えられる。
As described above, it is considered that in the case of forming the T12 Ba2 Ca2 Cua O thin film, an excellent thin film similar to that in Examples 1 and 2 could be obtained.

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。
Note that the present invention is not limited to these examples and can be applied to the formation of other oxide superconducting thin films.

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。
In addition, in the above embodiments, RF magnetron sputtering was used to form the superconducting oxide thin film, but the method is not limited to this, and examples include vacuum evaporation, multi-dimensional evaporation, molecular beam epitaxy (MBE), MSD You may use the law etc.

さらに、前記実施例では、基準面方位が(001)面で
ある場合について説明したが、(100)(110)面
を用いた場合にも同様の効果をえることができる。
Further, in the above embodiment, the case where the reference plane orientation is the (001) plane has been described, but the same effect can be obtained when the (100) (110) plane is used.

加えて、前記実施例では、Ca、Nd、Crを不純物と
して添加したが、この他、Ba、Mg。
In addition, in the above example, Ca, Nd, and Cr were added as impurities, but in addition, Ba and Mg were added as impurities.

Na、に、AJ、Fe、Si、Ce、Pr、Zrを添加
した場合にも、Ca、Nd、Crを添加した場合はど明
瞭な効果はないが、効果はみられる。
Effects are also seen when AJ, Fe, Si, Ce, Pr, and Zr are added to Na, although there is no clear effect when Ca, Nd, and Cr are added.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

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SrLaGaO
4であるに2NiF4型の結晶構造を有する化合物にC
a、Nd、Crを添加した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。
As explained above, according to the present invention, when forming a superconducting thin film, the composition is SrLaGaO as a substrate material.
C in a compound having a 2NiF4 type crystal structure
An oxide single crystal substrate doped with α, Nd, and Cr is used, and an oxide superconducting thin film is formed on this substrate by epitaxial growth, resulting in good lattice matching and stable superconducting critical temperature. It becomes possible to provide a superconductor with a high and stable superconducting critical current.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

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 、 N d 、 Crを添加したSr
LaGaO4基板、2 ・Y B a 2 Cu 30
   薄膜、317−δ 〜34・・・電極、4・・・安定化電源、5・・・電圧
計。 出願人代理人  木 村 高 久 1−−−、al 板 2−一−Mi&8mNWIE 31−34−−− Au電梱 4−−−?定化電漬 5−電圧計 図
The figure is a diagram showing a method for measuring a superconductor according to an embodiment of the present invention. 1...Sr added with Ca, Nd, and Cr
LaGaO4 substrate, 2 ・Y Ba 2 Cu 30
Thin film, 317-δ ~34... Electrode, 4... Stabilized power supply, 5... Voltmeter. Applicant's agent Takahisa Kimura 1---, Al board 2-1-Mi&8mNWIE 31-34---Au electrical packaging 4---? Standardized immersion 5-voltmeter diagram

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)組成がSrLaGaO_4であるK_2NiF_
4型の結晶構造を有する化合物に、ストロンチウム(S
r)に対するモル比が0.00001以上0.1モル以
下のカルシウム(Ca)、ランタン(La)に対するモ
ル比が0.00001以上0.1モル以下のネオジム(
Nd)、ガリウム(Ga)に対するモル比が0.000
01以上0.1モル以下のクロム(Cr)の内の1種以
上を添加してなることを特徴とする単結晶基板。
(1) K_2NiF_ whose composition is SrLaGaO_4
Strontium (S
calcium (Ca) having a molar ratio of 0.00001 to 0.1 mol to r), neodymium (having a molar ratio of 0.00001 to 0.1 mol to lanthanum (La)
Nd), the molar ratio to gallium (Ga) is 0.000
1. A single-crystal substrate characterized by adding one or more of chromium (Cr) in an amount of 0.01 to 0.1 mol.
(2)組成がSrLaGaO_4であるK_2NiF_
4型の結晶構造を有する化合物に、ストロンチウム(S
r)に対するモル比が0.00001以上0.1モル以
下のカルシウム(Ca)、ランタン(La)に対するモ
ル比が0.00001以上0.1モル以下のネオジム(
Nd)、ガリウム(Ga)に対するモル比が0.000
01以上0.1モル以下のクロム(Cr)の内の1種以
上を添加してなる単結晶基板と、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。
(2) K_2NiF_ whose composition is SrLaGaO_4
Strontium (S
calcium (Ca) having a molar ratio of 0.00001 to 0.1 mol to r), neodymium (having a molar ratio of 0.00001 to 0.1 mol to lanthanum (La)
Nd), the molar ratio to gallium (Ga) is 0.000
0.01 to 0.1 mole of chromium (Cr), and an oxide superconducting thin film formed on the substrate. Semiconductor equipment.
(3)組成がSrLaGaO_4であるK_2NiF_
4型の結晶構造を有する化合物に、ストロンチウム(S
r)に対するモル比が0.00001以上0.1モル以
下のカルシウム(Ca)、ランタン(La)に対するモ
ル比が0.00001以上0.1モル以下のネオジム(
Nd)、ガリウム(Ga)に対するモル比が0.000
01以上0.1モル以下のクロム(Cr)の内の1種以
上を添加してなる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5.32〜5.54Å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。
(3) K_2NiF_ whose composition is SrLaGaO_4
Strontium (S
calcium (Ca) having a molar ratio of 0.00001 to 0.1 mol to r), neodymium (having a molar ratio of 0.00001 to 0.1 mol to lanthanum (La)
Nd), the molar ratio to gallium (Ga) is 0.000
01 to 0.1 mol of chromium (Cr) is added to the single crystal substrate; A method for manufacturing a super-semiconductor device, comprising the step of epitaxially growing an oxide superconducting thin film having a thickness of 92 Å or in the range of 5.32 to 5.54 Å.
(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)
(4) The superconducting thin film forming step is a step of forming an oxide superconducting thin film having a composition ratio expressed by the following formula. Production method. LnBa_2Cu_3O_7_-_δ (δ=0 to 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。
(5) Claim (3) characterized in that the superconducting thin film forming step is a step of forming a Bi-Sr-Ca-Cu-O based oxide thin film.
A method of manufacturing the supersemiconductor device described above.
(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。
(6) Claim (3) characterized in that the superconducting thin film forming step is a step of forming a Tl-Ba-Ca-Cu-O based oxide thin film.
A method of manufacturing the supersemiconductor device described above.
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