JPH042695A - 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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- 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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- 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。
置およびその製造方法に関する。
（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、高感度磁束計をはじ
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、高感度磁束計をはじ
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。
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。
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
。
ｚ、 シリコン、砒化ガリウム、ＬｉＮｂ０ａ、ＧＧ
ＧＳＬａＧａＯａ、ＬａＡ１０ａ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。
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。
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、（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。
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〜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。
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。
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。
．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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
゜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。
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。
−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。
（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。
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。
そこで本発明者はＳｒＬａＧａＯ４ｔｌ結晶を提案して
いる（特願昭６３−３２３７３９）。
いる（特願昭６３−３２３７３９）。
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。
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。
（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。
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。
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。
ル成長法により形成する。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
体の格子定数ａおよびｂは３，７６〜３゜９２Ａてあ乙
。
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。
７６〜３．９２人のほぼ中央値である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
電極３１〜３３を形成する。
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。
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。
その結果を第１表に示す。
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。
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。
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。
°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、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。
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。
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。
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。
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。
３種の組み合わせても良い。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
℃、］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。
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。
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。
その結果を第３表に示す。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
して添加したが、この他、Ｂａ、Ｍｇ。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (6)
- （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。 - （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。 - （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。 - （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 |
|---|---|---|---|
| JP2100836A JPH042695A (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 |
|---|---|---|---|
| JP2100836A JPH042695A (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 |
|---|---|
| JPH042695A true JPH042695A (ja) | 1992-01-07 |
Family
ID=14284403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2100836A Pending JPH042695A (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) | JPH042695A (ja) |
-
1990
- 1990-04-17 JP JP2100836A patent/JPH042695A/ja active Pending
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