JPH0480976A - 基板結晶材料及びその製造方法 - Google Patents

基板結晶材料及びその製造方法

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JPH0480976A
JPH0480976A JP2195769A JP19576990A JPH0480976A JP H0480976 A JPH0480976 A JP H0480976A JP 2195769 A JP2195769 A JP 2195769A JP 19576990 A JP19576990 A JP 19576990A JP H0480976 A JPH0480976 A JP H0480976A
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JP
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crystal
lanthanide
oxide
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single crystal
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JP2195769A
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Toshio Shoji
利男 東海林
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Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 イ0発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸化物超伝導デバイスに於ける超電導薄膜を
形成する基板に使用する酸化物超伝導薄膜用の基板結晶
材料及びその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
最近、酸化物高温超伝導材料の実用化を目的とした開発
が進められており、その一つとして高速記憶素子として
のジョセフソン素子や超伝導トランジスタの開発が進め
られている。又、実装基板の配線用としても期待されて
いる。このような酸化物超伝導体の製造方法としては、
スパッタリング法や、蒸着法、CVD法等があり、いず
れも良質の基板材料が必要とされている。酸化物超伝導
体の薄膜形成時の基板温度は600℃以上の高温にする
必要があるために、基板材料としては、酸化物超伝導体
に対し、反応性が無く、薄膜形成温度以下で相転移のな
いものが望まれている。
酸化物超伝導体の特性は、結晶の方位によって大きく変
化することが知られており、基板上に(001)方向に
配向させて形成される必要がある。そのためには少なく
とも双晶のない基板が必要である。又、方位が良質の酸
化物超伝導体薄膜を形成するには、格子定数不整合の値
が小さい結晶基板が必要である。
このような基板材料としては、従来ストロンチウム・チ
タン酸化物(SrTi03)、ランタン・アルミニウム
酸化物(LaAIO:+)、ランタン・ガリウム酸化物
(LaGa03)、ネオジウム・ガリウム酸化物(Nd
GaO3)、マグネシウム酸化物(MgO)、イツトリ
ウム・ジルコニウム酸化物(YSZ)等の酸化物単結晶
が用いられていた。しかしながら、LaAlO3、La
Ga03、NdGaO3においては双晶、相転移の問題
があり、MgO,YSZでは格子定数不整合が大きく不
十分であり、5rTi03は誘電率が大きいため、高速
スイッチング素子には適していない等、全ての条件を満
足した基板結晶材料がなかった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本考案は、ランタニド系(Ln)元素[イツトリウム(
Y)、ランタン(La)、サマリウム(S閣)、プラセ
オジウム(Pr)、ガドリウム(Gd)、ディスプロシ
ウム(Dy)]と、アルミニウム酸化物であるLnAl
o、が占めるランタニド系元素を、セリウム(Ce)、
又はネオジウム(Nd)、又はユウロピウム(Eu)に
より0.01at%ないし100at%置換したCeL
nAIO3、又はNdLnAIOa、又はEuLnAI
O:+からなる双晶のない、酸化物超伝導材料と、格子
定数不整合の少ない良質の酸化物超伝導体薄膜を形成す
る基板結晶材料を提供するにある。
ロ6発明の構成 〔課題を解決するための手段〕 本発明は、前述の課題を解決するために、ランタニド系
アルミニウム酸化物に、セリウム(Ce)イオン、ネオ
ジウム(Nd)イオン、又はユウロピウム(Eu)イオ
ンのいずれかをO,01at%以上ドープしてランタニ
ド系元素を最大100%置換したLnAlo3(Lnは
Y、 La、 Sm、 Pr、 Gd、 Dy)単結晶
を製造することを特徴とする。
即ち本発明は、 1、ランタニド(Ln)系元素[Lnはイツトリウム(
Y)、ランタン(La)、サマリウム(Sm)、プラセ
オジウム(Pr)、ガドリニウム(Gd)、ディスプロ
シウム(Dy)]と、アルミニウム酸化物とのランタニ
ド・アルミニウム酸化物(LnAlO3)単結晶からな
る基板結晶材料において、該単結晶のランタニド系元素
に対して、セリウム(Ce)、ネオジウム(Nd)、又
はユウロピウム(Eu)の、一種、又は2種、又は3種
により、ランタニド系元素をO,01at%ないし10
0at%置換し形成したことを特徴とする基板結晶材料
である。
2、ランタニド(Ln)系元素[Lnはイツトリウム(
Y)、ランタン(La)、サマリウム(Sm)、プラセ
オジウム(Pr)、ガドリニウム(Gd)、ディスプロ
シウム(Dy)]と、アルミニウム酸化物とからなるラ
ンタニド・アルミニウム酸化物(LnAlO3)の単結
晶に、セリウム(Ce)、ネオジウム(Nd)、又はユ
ウロピウム(Eu)の一種、又は2種、又は3種により
ランタニド系元素を0.01at%ないし100at%
ドープしてなる基板結晶材料の製造方法において、使用
酸化物の純度を99.99%以上の純度のものとし、単
結晶育成時の溶融液の液面上の温度分布を、長さが1c
m当たりの温度勾配を30℃ないし40℃の範囲に保持
することを特徴とする基板結晶材料の製造方法である。
〔作用〕
ランタニド系元素とアルミニウム酸化物(LnAlO3
)は誘電率が小さく、格子定数不整合も小さいが、斜方
晶ペロブスカイト型結晶であるため、a軸、b軸、a軸
の熱膨張係数が多少異なる。そのため、双晶クラック等
が発生し易く、大面積の良質の結晶が得られなかった。
NdAlO3、EuAlO3、CeAlO3等は、正方
晶、あるいはそれに近い結晶であり、a軸、b軸の熱膨
張数が同程度になるため、特にC軸方向に切断した結晶
面では、双晶、クラック等が発生しにくくなる。従って
、LnAIO3結晶にNdイオン、Euイオン、Ceイ
オンをドープすることによって双晶やクラックのない単
結晶材料が得られたものと考えられる。
〔実施例〕
第1図は、本発明の基板結晶材料の製造方法に用いた結
晶育成炉を示す断面図である。イリジウム坩堝10には
所望の組成を得る様配合され、2000℃程の温度で溶
かされた原料溶融液4があり、液面には種結晶保持棒1
に連なる種結晶2、及び育成中の単結晶3が、種結晶保
持棒によりゆるやかな−様な回転と引上げにより欠陥の
ない単結晶が作られる。尚、育成炉全体はペルジャーに
収められ、窒素ガス中に封入されている。
尚、イリジウム坩堝10、及び坩堝11、及び保温筒7
,8の外周には、イリジウム坩堝を加熱するための高周
波誘導加熱コイル9が巻回されており、高周波誘導加熱
コイルによりイリジウム坩堝を誘導加熱し、原料溶融液
4を作る。
(実施例1) 次に本発明の実施例について説明する。結晶育成時の最
適の偏析係数を約0.25とすることを考慮して、純度
99.99%以上の酸化セリウム(Ce204)、酸化
ネオジウム(Nd203)、酸化イツトリウム(Y2O
3)、酸化アルミニウム(A1203)の原料粉末を、
各々Ce2O4を2.61 g 、 Nd2O:+を3
.02g、 Y2O3を20.13 g、Al2O3を
92.7gを秤量し、これらの原料酸化物を混合し、密
閉されたペルジャー内に設置された直径50mm、肉厚
1.5m−のイリジウム(Ir)坩堝に装入した。
窒素ガスを雰囲気として高周波誘導加熱コイルでイリジ
ウム坩堝を約2000℃まで加熱し、原料酸化物を溶融
した後、ネオジウムをドープしたイツトリウム・アルミ
ニウム酸化物(Nd : YAIO3)種結晶を溶融液
につけて2Orpmの速さで回転しながら1時間当たり
3■の速さで引き上げて、直径20mm、長さ70+u
のネオジウム・セリウムをドープしたイツトリウム・ア
ルミニウム酸化物(NdCe:YAIO:+)単結晶棒
を得た。尚、この時育成する結晶の温度は溶融液面上l
CI当たり温度勾配が30℃〜40℃の間に保持するよ
う制御した。尚この単結晶を分析し、YをCeがlat
%置換していることを確認した。Ndは、約0.9at
%程度であった。Ndイオン、Ceイオン等を添加しな
い従来のYAlO3結晶の場合、直交ニコル像を用いた
双晶、及びクラックの観察において、不良品は90%以
上の割合で発生するが、本発明の実施例で作った場合の
、双晶、クラック等の発生確率は、育成本数10本当た
り1本捏度、即ち10%以下であった。
(実施例2) YA103結晶育成において、予めEuイオンがYイオ
ンに対して30at%だけ置換されるように考慮して秤
量されたY2O3、Al2O3、Eu2O:+酸化物粉
末原料を混合した後、密閉されたペルジャー内に置かれ
た直径50■飄、肉厚1.5閣■のイリジウム坩堝に装
入した。
窒素ガスを雰囲気として高周波誘導加熱コイルでイリジ
ウム坩堝を2000℃まで加熱し、原料酸化物を溶融し
た後、YAlO3種結晶を溶融液につけて、20rp層
の回転速度で回転しながら1時間3履腸の速さで引き上
げて、直径20m層、長さ50mmの結晶を得た。
この時溶融液面上の育成結晶の際の温度勾配は、育成結
晶の長さ方向の育成結晶の長さ方向の1 cm当たり3
0℃〜40℃の間に制御された。この結晶を輪切りにし
て切断面を鏡面研磨してから、直交ニコル像を観察した
ところ、双晶及びクラックの無い良質の結晶が本実施例
によって得られることを確認した。尚、この場合の良品
率は70%であった。
(実施例3) YAIO3結晶育成において、予めNdイオンがYイオ
ンに対してlat%だけ置換されるように考慮して秤量
されたY2O3、Al2O3、Nd2O:+酸化物粉末
原料を混合し、密閉されたペルジャー内に置かれた直径
50■璽、肉厚1.5鵬璽のイリジウム坩堝に装入した
。窒素ガスを雰囲気として、高周波誘導加熱コイルでイ
リジウム坩堝を約2000℃まで加熱し、原料酸化物を
溶融した後、YAlO3種結晶を溶融液につけて、20
rp厘の回転速度で回転しながら1時間3■脂の速さで
、直径20園園、長さ50mmの結晶を得た。尚、この
時の育成単結晶の溶融液面上の温度勾配は1c■当たり
30℃〜40℃に制御された。この結晶を細切りにして
、切断面を鏡面研磨してから直交ニコル像を観察したと
ころ、双晶及びクラックの無い良質の結晶が得られた。
本実施例における良品率は80%以上であった。
尚、本発明の実施例においては、ランタニド系アルミニ
ウム酸化物にドープされる元素は、セリウム(Ce)、
ネオジウム(Nd)、ユウロピウム(Eu)を夫々添加
した例で示したが、Ce、 Nd、 Euは、同一単結
晶に1種又は2種の組合せ、又は3種の組合せで同時に
ドープされても本発明の実施例と同一の効果が得られる
ことは当然である。
ハ1発明の効果 〔発明の効果〕 以上述べたごとく本発明によるランタニド系元素とアル
ミニウムとの酸化物を、セリウム(Ce)、又はネオジ
ウム(Nd)、又はユウロピウム(Eu)によりO,0
1mm%ないし100at%置換した単結晶とすること
により酸化物超伝導膜用基板として双晶及びクラックの
ない良質の基板結晶の提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の酸化物超伝導体薄膜用の基板結晶材
料の育成に用いる単結晶育成炉の正面断面図。 1・・・種結晶保持棒、2・・・種結晶、3・・・単結
晶、4・・・原料溶融液、6・・・ZrO2粉末、7.
8・・・保温筒、9・・・高周波誘導加熱コイル、10
・・・イリジウム坩堝、11・・・坩堝。 特許出願人  株式会社トーキン

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ランタニド(Ln)系元素[Lnはイットリウム(
    Y)、ランタン(La)、サマリウム(Sm)、プラセ
    オジウム(Pr)、ガドリニウム(Gd)、デイスプロ
    シウム(Dy)]と、アルミニウム酸化物とのランタニ
    ド・アルミニウム酸化物(LnAlO_3)単結晶から
    なる基板結晶材料において、該単結晶のランタニド系元
    素に対して、セリウム(Ce)、ネオジウム(Nd)、
    又はユウロピウム(Eu)の、一種、又は2種、又は3
    種により、ランタニド系元素を0.01at%ないし1
    00at%置換し形成したことを特徴とする基板結晶材
    料。 2、ランタニド(Ln)系元素[Lnはイットリウム(
    Y)、ランタン(La)、サマリウム(Sm)、プラセ
    オジウム(Pr)、ガドリニウム(Gd)、デイスプロ
    シウム(Dy)]と、アルミニウム酸化物とからなるラ
    ンタニド・アルミニウム酸化物 (LnAlO_3)の単結晶に、セリウム(Ce)、ネ
    オジウム(Nd)、又はユウロピウム(Eu)の一種、
    又は2種、又は3種によりランタニド系元素を0.01
    at%ないし100at%ドープしてなる基板結晶材料
    の製造方法において、使用酸化物の純度を99.99%
    以上の純度のものとし、単結晶育成時の溶融液の液面上
    の温度分布を、長さが1cm当たりの温度勾配を30℃
    ないし40℃の範囲に保持することを特徴とする基板結
    晶材料の製造方法。
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