JPH04285012A - 酸化物超伝導体薄膜の形成方法 - Google Patents
酸化物超伝導体薄膜の形成方法Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物高温超伝導体、
より詳しくは、Ｂｉ系銅酸化物超伝導体薄膜の形成方法
に関する。
より詳しくは、Ｂｉ系銅酸化物超伝導体薄膜の形成方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、超伝導体は、その電気抵抗ゼロな
どの特性を利用してデバイスや配線への応用が試みられ
てきたが、臨界温度（Ｔｃ）が非常に低いために、液体
ヘリウム中でしか使用できないという弱点があった。こ
れに対して、最近開発された酸化物超伝導体はＴｃが高
く、液体窒素中で使用できる可能性が出てきた。しかも
、基板の上に形成する酸化物高温超伝導体薄膜を原子層
制御して成膜することが研究・開発されている（例えば
、河合知二：「“積み上げ法”による高温超伝導超格子
の設計と合成」、日本金属学会会報、第２９巻、第９号
（１９９０）、７３３−７３９参照）。
どの特性を利用してデバイスや配線への応用が試みられ
てきたが、臨界温度（Ｔｃ）が非常に低いために、液体
ヘリウム中でしか使用できないという弱点があった。こ
れに対して、最近開発された酸化物超伝導体はＴｃが高
く、液体窒素中で使用できる可能性が出てきた。しかも
、基板の上に形成する酸化物高温超伝導体薄膜を原子層
制御して成膜することが研究・開発されている（例えば
、河合知二：「“積み上げ法”による高温超伝導超格子
の設計と合成」、日本金属学会会報、第２９巻、第９号
（１９９０）、７３３−７３９参照）。
【０００３】一方、酸化物高温超伝導体は、Ｃ軸方向の
コヒーレント長（ξｃ）が極端に短いという問題がある
。例えば、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ でのコヒーレント長は
３Å程度と、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ でのコヒー
レント長は１〜２Åと推定されており、金属超伝導体の
典型であるＰｂでの値１０００Å、Ｎｂでの値４ ００
Åに比べて著しく小さい。このために、酸化物超伝導体
では、Ｃ軸方向に磁界を印加したとき、臨界電流が顕著
に劣化する。
コヒーレント長（ξｃ）が極端に短いという問題がある
。例えば、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ でのコヒーレント長は
３Å程度と、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ でのコヒー
レント長は１〜２Åと推定されており、金属超伝導体の
典型であるＰｂでの値１０００Å、Ｎｂでの値４ ００
Åに比べて著しく小さい。このために、酸化物超伝導体
では、Ｃ軸方向に磁界を印加したとき、臨界電流が顕著
に劣化する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】酸化物超伝導体薄膜で
のＢｉ系超伝導体薄膜（例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−
１ Ｃｕｎ Ｏ ｘ ） においては、ペロブスカイト
層を仕切っているＢｉＯが電子遮蔽層となっているため
に、超伝導を担っていると考えられているＣｕＯ２ 層
の電子がＢｉＯ層を殆ど通過できない。このことからＢ
ｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ でのコヒーレント長も小さ
くなっている。ユニットセル間のＣｕＯ２ 層の数（ｍ
＝０，１，２，…）を増やすことによって、コヒーレン
ト長（ξｃ）を大きくできる。しかし、このＣｕＯ２
層の数を４以上にすると、臨界温度が下がってしまい、
ｍ＝５では１０Ｋ以下になってしまう。
のＢｉ系超伝導体薄膜（例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−
１ Ｃｕｎ Ｏ ｘ ） においては、ペロブスカイト
層を仕切っているＢｉＯが電子遮蔽層となっているため
に、超伝導を担っていると考えられているＣｕＯ２ 層
の電子がＢｉＯ層を殆ど通過できない。このことからＢ
ｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ でのコヒーレント長も小さ
くなっている。ユニットセル間のＣｕＯ２ 層の数（ｍ
＝０，１，２，…）を増やすことによって、コヒーレン
ト長（ξｃ）を大きくできる。しかし、このＣｕＯ２
層の数を４以上にすると、臨界温度が下がってしまい、
ｍ＝５では１０Ｋ以下になってしまう。
【０００５】本発明の目的は、Ｂｉ系超伝導体薄膜にお
いて臨界温度を下げずに、コヒーレント長を大きくして
、磁界を印加しても、臨界電流の劣化しない該薄膜を形
成する方法を提供することである。
いて臨界温度を下げずに、コヒーレント長を大きくして
、磁界を印加しても、臨界電流の劣化しない該薄膜を形
成する方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的が、２つのユ
ニットセルで一層のプロブスカイト構造を構成している
Ｂｉ系銅酸化物超伝導体薄膜の形成方法において、ユニ
ットセルの間のＳｒとＢｉを酸化しないで、単原子層制
御レベルのＭＢＥ法あるいはＭＯ−ＭＢＥ法によって堆
積することを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の形成方法
によって達成される。
ニットセルで一層のプロブスカイト構造を構成している
Ｂｉ系銅酸化物超伝導体薄膜の形成方法において、ユニ
ットセルの間のＳｒとＢｉを酸化しないで、単原子層制
御レベルのＭＢＥ法あるいはＭＯ−ＭＢＥ法によって堆
積することを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の形成方法
によって達成される。
【０００７】
【作用】基板の上にＢｉ系銅酸化物高温超伝導体薄膜を
原子層制御して成膜する際に、ユニットセル間のＳｒと
Ｂｉを酸化しないで金属のままで堆積するので、ＢｉＯ
の酸化が十分でなく、ＢｉＯ１−ｘ となっており、そ
の電子遮蔽力を小さくすることができる。従って、Ｃｕ
Ｏ２ 層の電子がＢｉＯ層を容易に通り抜けることが可
能になって、コヒーレント長（ξｃ）も大きくなると思
われる。その結果として、後述するように本発明で形成
した超伝導体薄膜はその臨界電流密度が磁界中でもそれ
ほど劣化しない。
原子層制御して成膜する際に、ユニットセル間のＳｒと
Ｂｉを酸化しないで金属のままで堆積するので、ＢｉＯ
の酸化が十分でなく、ＢｉＯ１−ｘ となっており、そ
の電子遮蔽力を小さくすることができる。従って、Ｃｕ
Ｏ２ 層の電子がＢｉＯ層を容易に通り抜けることが可
能になって、コヒーレント長（ξｃ）も大きくなると思
われる。その結果として、後述するように本発明で形成
した超伝導体薄膜はその臨界電流密度が磁界中でもそれ
ほど劣化しない。
【０００８】酸化しないで堆積するＳｒおよびＢｉがＳ
ｒ単原子層およびＢｉ２原子層となるように形成するこ
とが好ましい。
ｒ単原子層およびＢｉ２原子層となるように形成するこ
とが好ましい。
【０００９】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施態
様例および比較例によって本発明を詳細に説明する。Ｂ
ｉ系酸化物超伝導体（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ ）
薄膜を形成する場合には、次のようにして行う。
様例および比較例によって本発明を詳細に説明する。Ｂ
ｉ系酸化物超伝導体（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ ）
薄膜を形成する場合には、次のようにして行う。
【００１０】先ず、図１に示すような公知のＭＢＥ（分
子線エピタキシャル成長）装置にて、成長真空室１内の
ヒータ２に基板（ＭｇＯまたはＳｒＴｉＯ３）３を取り
付け、Ｂｉ，Ｓｒ，ＣａおよびＣｕのクヌードセン・セ
ル４、５、６、７および酸素ブラズマ発生用のＥＣＲ（
電子サイクロトロン共鳴）装置８を用意する。このＭＢ
Ｅ装置にはＱＭＳ（四重極質量分析計）９、ＲＨＥＥＤ
スクリーン１０、ＲＨＥＥＤ用電子銃１１およびＱｕａ
ｒｔｚ（水晶振動子膜厚計）１２が設置されている。
子線エピタキシャル成長）装置にて、成長真空室１内の
ヒータ２に基板（ＭｇＯまたはＳｒＴｉＯ３）３を取り
付け、Ｂｉ，Ｓｒ，ＣａおよびＣｕのクヌードセン・セ
ル４、５、６、７および酸素ブラズマ発生用のＥＣＲ（
電子サイクロトロン共鳴）装置８を用意する。このＭＢ
Ｅ装置にはＱＭＳ（四重極質量分析計）９、ＲＨＥＥＤ
スクリーン１０、ＲＨＥＥＤ用電子銃１１およびＱｕａ
ｒｔｚ（水晶振動子膜厚計）１２が設置されている。
【００１１】成長真空室１内を減圧して成長真空圧（酸
素分圧）２〜８×１０−５Ｔｏｒｒにし、基板３を６０
０〜８００℃に加熱する。図２に示すように、基板３上
にクヌードセン・セル４からのＢｉをＥＣＲ８で酸化し
ながら２原子層（Ｂｉ０）分堆積する。続いてＥＣＲ８
で酸化しながら、Ｓｒを１原子層（単原子層、ＳｒＯ）
分、Ｃｕを１原子層（ＣｕＯ）分、Ｃａを１原子層（Ｃ
ａＯ）分そしてＣｕを１原子層（ＣｕＯ）分堆積する。 このようにして、いわゆる２２１２組成（Ｂｉ２Ｓｒ２
Ｃａ１ Ｃｕ２Ｏｘ ）１ユニットセル分が形成される
。このときに、Ｂｉクヌードセン・セル４が７００℃で
あり、Ｓｒクヌードセン・セル５が７４０℃であり、Ｃ
ａクヌードセン・セル６が５５０℃でありおよびＣｕク
ヌードセン・セル７が１０８０℃である。そして、ＥＣ
Ｒの条件は、マイクロ波パワーが１００Ｗで、加速電圧
が０．５ｋＶで、基板バイアス電圧が０．５ｋＶである
。
素分圧）２〜８×１０−５Ｔｏｒｒにし、基板３を６０
０〜８００℃に加熱する。図２に示すように、基板３上
にクヌードセン・セル４からのＢｉをＥＣＲ８で酸化し
ながら２原子層（Ｂｉ０）分堆積する。続いてＥＣＲ８
で酸化しながら、Ｓｒを１原子層（単原子層、ＳｒＯ）
分、Ｃｕを１原子層（ＣｕＯ）分、Ｃａを１原子層（Ｃ
ａＯ）分そしてＣｕを１原子層（ＣｕＯ）分堆積する。 このようにして、いわゆる２２１２組成（Ｂｉ２Ｓｒ２
Ｃａ１ Ｃｕ２Ｏｘ ）１ユニットセル分が形成される
。このときに、Ｂｉクヌードセン・セル４が７００℃で
あり、Ｓｒクヌードセン・セル５が７４０℃であり、Ｃ
ａクヌードセン・セル６が５５０℃でありおよびＣｕク
ヌードセン・セル７が１０８０℃である。そして、ＥＣ
Ｒの条件は、マイクロ波パワーが１００Ｗで、加速電圧
が０．５ｋＶで、基板バイアス電圧が０．５ｋＶである
。
【００１２】次に、ＥＣＲ８を停止して、Ｓｒを１原子
層分とＢｉを２原子層分を酸化することなく連続して堆
積する（図２）。それから、ＥＣＲ８を再び作動させて
酸化しながら、連続的にＣｕを１原子層（ＣｕＯ）分、
Ｃａを１原子層（ＣａＯ）分、Ｃｕを１原子層（ＣｕＯ
）分、Ｓｒを１原子層（単原子層、ＳｒＯ）分、そして
Ｂｉを２原子層（ＢｉＯ）分堆積する。これで残りの２
２１２組成の１ユニットセルが形成され、２２１２組成
のペロブスカイト構造の１層膜が形成できる。このよう
な一連の堆積積層を繰り返すことによって多層膜が作製
できる。
層分とＢｉを２原子層分を酸化することなく連続して堆
積する（図２）。それから、ＥＣＲ８を再び作動させて
酸化しながら、連続的にＣｕを１原子層（ＣｕＯ）分、
Ｃａを１原子層（ＣａＯ）分、Ｃｕを１原子層（ＣｕＯ
）分、Ｓｒを１原子層（単原子層、ＳｒＯ）分、そして
Ｂｉを２原子層（ＢｉＯ）分堆積する。これで残りの２
２１２組成の１ユニットセルが形成され、２２１２組成
のペロブスカイト構造の１層膜が形成できる。このよう
な一連の堆積積層を繰り返すことによって多層膜が作製
できる。
【００１３】得られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ 薄
膜について、７７Ｋに冷却した状態で臨界電流密度Ｊｃ
（Ａ／ｃｍ２ ）を印加する磁界強度Ｂ（Ｔ）を変えて
測定し、図３の実線で示す結果が得られた。比較例とし
て、上述した堆積積層の過程でＥＣＲの停止をしないで
すべて酸化しながら堆積した従来タイプのＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ 薄膜についても、同様に臨界電流密度
を測定して、図３の破線で示す結果が得られた。
膜について、７７Ｋに冷却した状態で臨界電流密度Ｊｃ
（Ａ／ｃｍ２ ）を印加する磁界強度Ｂ（Ｔ）を変えて
測定し、図３の実線で示す結果が得られた。比較例とし
て、上述した堆積積層の過程でＥＣＲの停止をしないで
すべて酸化しながら堆積した従来タイプのＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ 薄膜についても、同様に臨界電流密度
を測定して、図３の破線で示す結果が得られた。
【００１４】図３から明らかなように、従来タイプの比
較例Ｂｉ系酸化物超伝導体（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ ）薄膜と比べて、本発明の形成方法で作製した超伝
導体薄膜はその臨界電流が磁界の影響を受けない。
較例Ｂｉ系酸化物超伝導体（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ ）薄膜と比べて、本発明の形成方法で作製した超伝
導体薄膜はその臨界電流が磁界の影響を受けない。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る形成
方法に従って作製されたＢｉ系酸化物超伝導体において
は、ユニットセル間のＢｉおよびＳｒを酸化しないで堆
積することによってＢｉＯ層の電子遮蔽力を小さくする
ことができかつコヒーレント長（ξｃ）を大きくするこ
とができる。従って、従来のＢｉ系酸化物超伝導体の臨
界電流密度が磁界中で大幅に劣化するのに対して、本発
明に係る形成方法によるＢｉ系酸化物超伝導体の臨界電
流密度は磁界中でも殆ど劣化しない。
方法に従って作製されたＢｉ系酸化物超伝導体において
は、ユニットセル間のＢｉおよびＳｒを酸化しないで堆
積することによってＢｉＯ層の電子遮蔽力を小さくする
ことができかつコヒーレント長（ξｃ）を大きくするこ
とができる。従って、従来のＢｉ系酸化物超伝導体の臨
界電流密度が磁界中で大幅に劣化するのに対して、本発
明に係る形成方法によるＢｉ系酸化物超伝導体の臨界電
流密度は磁界中でも殆ど劣化しない。
【図１】ＭＢＥ装置の概略図である。
【図２】本発明に従って基板上に単原子層制御レベルで
積層堆積したＢｉ系酸化物超伝導体薄膜の概略模式断面
図である。
積層堆積したＢｉ系酸化物超伝導体薄膜の概略模式断面
図である。
【図３】形成したＢｉ系酸化物超伝導体薄膜の臨界電流
密度と磁界強度との関係を示すグラフである。
密度と磁界強度との関係を示すグラフである。
１…成長真空室
３…基板
４〜７…クヌードセン・セル
８…ＥＣＲ
Claims (2)
- 【請求項１】 ２つのユニットセルで一層のプロブス
カイト構造を構成しているＢｉ系銅酸化物超伝導体薄膜
の形成方法において、前記ユニットセルの間のＳｒとＢ
ｉを酸化しないで、単原子層制御レベルのＭＢＥ法ある
いはＭＯ−ＭＢＥ法によって堆積することを特徴とする
酸化物超伝導体薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 Ｓｒ単原子層およびＢｉ２原子層を形
成することを特徴とする請求項１記載の形成方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3051049A JPH04285012A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 酸化物超伝導体薄膜の形成方法 |
| EP92302190A EP0505112B1 (en) | 1991-03-15 | 1992-03-13 | Bi-Sr-Ca-Cu-O system superconducting thin film and method of forming the same |
| DE69201384T DE69201384D1 (de) | 1991-03-15 | 1992-03-13 | Dünne, supraleitende Schicht, aus Bi-Sr-Ca-Cu-O Typ-Oxid und Verfahren zur ihrer Herstellung. |
| KR1019920004150A KR960000947B1 (ko) | 1991-03-15 | 1992-03-13 | Bi-Sr-Ca-Cu-O계 초전도 박막과 그의 제조방법 |
| US07/851,200 US5300484A (en) | 1991-03-15 | 1992-03-13 | MBE or MO-MBE process for forming Bi-Sr-Ca-Cu-O superconducting thin films |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3051049A JPH04285012A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 酸化物超伝導体薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04285012A true JPH04285012A (ja) | 1992-10-09 |
Family
ID=12875949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3051049A Withdrawn JPH04285012A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 酸化物超伝導体薄膜の形成方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5300484A (ja) |
| EP (1) | EP0505112B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04285012A (ja) |
| KR (1) | KR960000947B1 (ja) |
| DE (1) | DE69201384D1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0555645A (ja) * | 1990-06-11 | 1993-03-05 | Mitsubishi Kasei Corp | 薄膜素子 |
| JP3435966B2 (ja) | 1996-03-13 | 2003-08-11 | 株式会社日立製作所 | 強誘電体素子とその製造方法 |
| JP2939530B2 (ja) * | 1996-11-29 | 1999-08-25 | 工業技術院長 | ビスマスを構成元素に含む多元系酸化物薄膜の結晶成長法 |
| JP2958455B1 (ja) * | 1998-03-27 | 1999-10-06 | 工業技術院長 | 酸化物薄膜の結晶成長方法 |
| JP5100313B2 (ja) * | 2007-10-31 | 2012-12-19 | 株式会社東芝 | 酸化ランタン化合物の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0292958B1 (en) * | 1987-05-26 | 1993-12-29 | Sumitomo Electric Industries Limited | Method for preparing thin film of compound oxide superconductor |
| CA1313335C (en) * | 1987-08-24 | 1993-02-02 | Keizo Harada | Process for preparing a thin film of superconducting compound oxide |
-
1991
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