JPH06120577A - Manufacturing method of artificial grain boundary - Google Patents
Manufacturing method of artificial grain boundaryInfo
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- JPH06120577A JPH06120577A JP5036386A JP3638693A JPH06120577A JP H06120577 A JPH06120577 A JP H06120577A JP 5036386 A JP5036386 A JP 5036386A JP 3638693 A JP3638693 A JP 3638693A JP H06120577 A JPH06120577 A JP H06120577A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 面内結晶方位の異なる薄膜を選択的に成長さ
せ、基板の任意の位置に人工的な結晶粒界を形成して、
例えばジョセフソン接合やPTC効果を示す結晶粒界を
簡便に集積度高く製造する。
【構成】 チタン酸ストロンチウム(001)基板1上
の一部に酸化マグネシウムからなるバッファ層2を形成
し、基板1とバッファ層2上に両者に渡ってビスマス系
酸化物超電導膜を成膜し、基板1上に成膜した酸化物超
電導膜3とバッファ層2上に成膜した酸化物超電導膜4
aの面内配向を変えることにより人工的に結晶粒界5を
形成した。
(57) [Abstract] [Purpose] By selectively growing thin films with different in-plane crystallographic orientations and forming artificial crystal grain boundaries at arbitrary positions on the substrate,
For example, Josephson junctions and crystal grain boundaries exhibiting the PTC effect are easily manufactured with high integration. [Structure] A buffer layer 2 made of magnesium oxide is formed on a part of a strontium titanate (001) substrate 1, and a bismuth-based oxide superconducting film is formed on both the substrate 1 and the buffer layer 2. Oxide superconducting film 3 formed on the substrate 1 and oxide superconducting film 4 formed on the buffer layer 2.
The crystal grain boundaries 5 were artificially formed by changing the in-plane orientation of a.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、人工粒界の製造方法
に関し、特に超電導電子素子の製造に必要な酸化物超電
導膜を用いたジョセフソン接合、及びPTC(Positive
TemperatureCoefficient )サーミスタの製造に必要な
強誘電体膜を用いたPTC効果を示す人工粒界の製造方
法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an artificial grain boundary, and more particularly to a Josephson junction using an oxide superconducting film and a PTC (Positive) which are necessary for manufacturing a superconducting element.
The present invention relates to a method for manufacturing an artificial grain boundary exhibiting a PTC effect using a ferroelectric film necessary for manufacturing a thermistor.
【0002】[0002]
【従来の技術】酸化物超電導体の膜表面は、大気中で変
成しやすく、またコヒーレンス長が短いため、従来の金
属系超電導体で用いられてきたトンネル型のジョセフソ
ン接合の形成は困難である。そこで、磁気センサーなど
への応用が可能な量子干渉素子の製造には、酸化物超電
導体に特有な結晶粒界を利用した粒界接合型のジョセフ
ソン接合の形成が有利であり、このような粒界接合型の
ジョセフソン接合を人工的に形成する方法が実施されて
いる。図7は、例えば Applied Physics LetterVol.57,
L727 (1990) に示された粒界接合型のジョセフソン接
合の製造方法を示す説明図である。図において、8はバ
イクリスタルのチタン酸ストロンチウム(100)基
板、9はイットリウム系酸化物超電導膜、10は結晶粒
界接合部である。2. Description of the Related Art Since the oxide superconductor film surface is easily transformed in the atmosphere and the coherence length is short, it is difficult to form a tunnel-type Josephson junction used in conventional metal-based superconductors. is there. Therefore, it is advantageous to form a grain boundary junction type Josephson junction utilizing the crystal grain boundaries peculiar to an oxide superconductor in order to manufacture a quantum interference device that can be applied to a magnetic sensor. A method of artificially forming a grain boundary junction type Josephson junction has been implemented. FIG. 7 shows, for example, Applied Physics Letter Vol.57,
It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the grain boundary junction type Josephson junction shown by L727 (1990). In the figure, 8 is a bicrystal strontium titanate (100) substrate, 9 is a yttrium-based oxide superconducting film, and 10 is a grain boundary junction.
【0003】従来の人工的な粒界接合型のジョセフソン
接合は上記のように形成されている。即ち、二つの方位
のずれたチタン酸ストロンチウム単結晶面8a、8bを
焼結して接合させ、粒界面を持ったバイクリスタルの基
板8を作製し、その上に酸化物超電導膜9を成長させ、
基板8の粒界に対応した結晶粒界接合部10を酸化物超
電導膜内に形成している。The conventional artificial grain boundary junction type Josephson junction is formed as described above. That is, two strontium titanate single crystal planes 8a and 8b which are deviated from each other are sintered and bonded to each other to produce a bicrystal substrate 8 having a grain boundary, and an oxide superconducting film 9 is grown thereon. ,
The crystal grain boundary junction portion 10 corresponding to the grain boundary of the substrate 8 is formed in the oxide superconducting film.
【0004】また、セラミックには、図8の模式図に示
すように結晶粒界という一種の界面がたくさん存在して
いる。チタン酸バリウム等の強誘電体セラミックは不純
物を添加することで半導体化することができるが、この
とき結晶粒界でショットキー障壁が生じるため、図7の
抵抗温度特性を示す特性図のようにキュリー温度付近で
電気抵抗が温度とともに急激に増加する現象、いわゆる
PTC効果を示す。この効果を応用した温度センサがP
TCサーミスタとして既に普及している。Further, in the ceramic, as shown in the schematic view of FIG. 8, many kinds of interfaces called grain boundaries exist. Ferroelectric ceramics such as barium titanate can be made into a semiconductor by adding impurities, but at this time, since a Schottky barrier is generated at the grain boundary, as shown in the characteristic diagram of FIG. It exhibits a phenomenon in which the electric resistance rapidly increases with the temperature near the Curie temperature, that is, a so-called PTC effect. The temperature sensor applying this effect is P
It has already spread as a TC thermistor.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のジ
ョセフソン接合の製造方法では、チタン酸ストロンチウ
ム基板を焼結して接合させるなど、複雑で精密な工程が
必要になり、また接合部が基板の接合部に限定されるた
め、ジョセフソン接合を集積する場合には回路設計に自
由度がなくなり、集積度を高くできないという問題点が
あった。The conventional method of manufacturing the Josephson junction as described above requires complicated and precise steps such as sintering and joining the strontium titanate substrates, and the joining portion is Since it is limited to the junction part of the substrate, there is a problem that the degree of integration cannot be increased because the degree of freedom in circuit design is lost when the Josephson junction is integrated.
【0006】また、上記のような従来のPTC効果を示
す結晶粒界はセラミック内に自然にできる複数の粒界で
あるため、そこから得られる種々の特性は複数粒界での
平均値であり、図9に示す抵抗温度特性などにおける転
移点近傍での感度には限界があるという問題点があっ
た。Further, since the above-described conventional crystal grain boundaries exhibiting the PTC effect are a plurality of grain boundaries naturally formed in the ceramic, various characteristics obtained therefrom are average values at the plurality of grain boundaries. However, there is a problem that there is a limit to the sensitivity in the vicinity of the transition point in the resistance temperature characteristic shown in FIG.
【0007】この発明はかかる問題点を解決するために
なされたものであり、基板の任意の位置に人工的な結晶
粒界を形成して、例えばジョセフソン接合やPTC効果
を示す結晶粒界を簡便に集積度高く製造できる人工粒界
の製造方法を提供することを目的としている。The present invention has been made in order to solve such a problem, and artificial grain boundaries are formed at arbitrary positions on a substrate to form, for example, Josephson junctions or grain boundaries exhibiting the PTC effect. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an artificial grain boundary, which can be simply manufactured with a high degree of integration.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明の人工粒界の製
造方法は、基板上の一部にこの基板と異なる物質からな
るバッファ層を形成し、上記基板とバッファ層上に両者
に渡って薄膜を形成し、上記基板上に形成した薄膜と上
記バッファ層上に形成した薄膜の面内配向を変えること
により人工的に結晶粒界を形成するようにしたものであ
る。According to the method for producing an artificial grain boundary of the present invention, a buffer layer made of a substance different from the substrate is formed on a part of the substrate, and the buffer layer is formed on both the substrate and the buffer layer. A thin film is formed, and a crystal grain boundary is artificially formed by changing the in-plane orientations of the thin film formed on the substrate and the thin film formed on the buffer layer.
【0009】また、薄膜として酸化物超電導膜を形成す
るようにした。Further, an oxide superconducting film is formed as a thin film.
【0010】さらに、酸化物超電導膜の成膜条件を調整
して結晶粒界接合部の不整合角度を制御するようにした
ものである。Further, the film forming conditions of the oxide superconducting film are adjusted to control the mismatch angle of the grain boundary junction.
【0011】そして、薄膜として強誘電体膜を形成する
ようにした。Then, a ferroelectric film is formed as a thin film.
【0012】[0012]
【作用】この発明の人工粒界の製造方法においては、基
板上の一部に例えばフォトリソグラフィ技術を用いてバ
ッファ層を形成することにより、基板上とバッファ層上
との、例えば(001)配向薄膜の面内結晶方位を変え
ることができるので、この基板上に異なった面内結晶方
位の薄膜を任意の場所に選択的に成長させることができ
る。薄膜内の互いに異なった配向部分はそれぞれ粒界を
形成することから、基板上の任意の場所に薄膜の結晶粒
界接合部を形成することができる。In the method of manufacturing an artificial grain boundary of the present invention, a buffer layer is formed on a part of the substrate by using, for example, a photolithography technique, so that, for example, (001) orientation between the substrate and the buffer layer is formed. Since the in-plane crystal orientation of the thin film can be changed, thin films having different in-plane crystal orientations can be selectively grown on this substrate at arbitrary places. Since the differently oriented portions in the thin film form grain boundaries, the grain boundary junction of the thin film can be formed at any place on the substrate.
【0013】また、薄膜として酸化物超電導膜を形成す
ることにより、基板上の任意の場所に酸化物超電導膜の
結晶粒界接合部を形成することができ、これを用いてジ
ョセフソン接合を簡便に集積度高く製造することができ
る。Further, by forming the oxide superconducting film as a thin film, it is possible to form a crystal grain boundary junction portion of the oxide superconducting film at an arbitrary position on the substrate, and by using this, a Josephson junction can be simply formed. It can be manufactured with high integration.
【0014】さらに、酸化物超電導膜の成膜条件を調整
することにより結晶粒界接合部の不整合角度を制御で
き、結晶粒界接合の回転角度を所望の角度に形成でき
る。45度より小さくして、臨海電流を大きくすること
ができる。Furthermore, the misalignment angle of the grain boundary junction can be controlled by adjusting the film forming conditions of the oxide superconducting film, and the rotation angle of the grain boundary junction can be formed at a desired angle. It is possible to increase the critical current by making it smaller than 45 degrees.
【0015】そして、薄膜として強誘電体膜を形成する
ことにより、基板上の任意の場所に且つ単独で強誘電体
膜の結晶粒界接合部を形成することができ、これを用い
てPTC効果を示す人工粒界を製造することができる。By forming the ferroelectric film as a thin film, the grain boundary junction of the ferroelectric film can be formed independently at any place on the substrate, and the PTC effect can be obtained by using this. Can be produced.
【0016】[0016]
【実施例】実施例1.図1はこの発明の人工粒界の製造
方法の一実施例、ジョセフソン接合の製造方法の一例を
示す説明図である。1はチタン酸ストロンチウム(00
1)基板、2は酸化マグネシウムからなるバッファ層、
3はa軸またはb軸がチタン酸ストロンチウムからなる
基板の[110]方向に平行な(001)配向のビスマ
ス系酸化物超電導膜、4はa軸またはb軸がチタン酸ス
トロンチウムからなる基板の[100]方向に平行な
(001)配向のビスマス系酸化物超電導膜、5は結晶
粒界接合部である。図2(a)(b)はそれぞれ酸化物
超電導膜の面内結晶方位の制御を説明するX線回折パタ
ーンを示す波形図である。(a)はチタン酸ストロンチ
ウム(001)基板1上に成長させたビスマス系酸化物
超電導膜3の(0220)反射のX線回折パターン、
(b)はチタン酸ストロンチウム(001)基板1上に
形成した酸化マグネシウムのバッファ層2上に成長させ
たビスマス系酸化物超電導膜4の(0220)反射のX
線回折パターンである。図2に示したようにチタン酸ス
トロンチウム(001)基板1上に成長させたビスマス
系超電導膜3と、当該基板1上に形成した酸化マグネシ
ウムによるバッファ層2上に成長させたビスマス系超電
導膜4とでは面内結晶方位が45度回転している。EXAMPLES Example 1. FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a method for manufacturing an artificial grain boundary according to the present invention and an example of a method for manufacturing a Josephson junction. 1 is strontium titanate (00
1) a substrate, 2 a buffer layer made of magnesium oxide,
3 is a (001) -oriented bismuth-based oxide superconducting film whose a-axis or b-axis is made of strontium titanate and is parallel to the [110] direction. The (001) -oriented bismuth-based oxide superconducting film 5 parallel to the [100] direction is a grain boundary junction. FIGS. 2A and 2B are waveform charts showing X-ray diffraction patterns for explaining control of in-plane crystal orientation of the oxide superconducting film. (A) is an X-ray diffraction pattern of (02 20 ) reflection of a bismuth-based oxide superconducting film 3 grown on a strontium titanate (001) substrate 1,
(B) is the (02 20 ) reflection X of the bismuth oxide superconducting film 4 grown on the buffer layer 2 of magnesium oxide formed on the strontium titanate (001) substrate 1.
It is a line diffraction pattern. As shown in FIG. 2, a bismuth superconducting film 3 grown on a strontium titanate (001) substrate 1 and a bismuth superconducting film 4 grown on a buffer layer 2 made of magnesium oxide formed on the substrate 1. In and, the in-plane crystal orientation is rotated by 45 degrees.
【0017】次に、この一実施例のジョセフソン接合の
製造方法を説明する。まず、図1のようにチタン酸スト
ロンチウム(001)基板1上の一部にフォトリソグラ
フィ技術を用いて酸化マグネシウムによるバッファ層2
を厚さ50〜150Å、この場合は100Å形成し、こ
の基板1とバッファ層2上に両者に渡ってビスマス系酸
化物超電導膜3、4aを、この場合は厚さ1500Åス
パッタリング法で成膜する。ターゲット組成 Bi:S
r:Ca:Cu:O=2:2.1:2.3:3.45:
X、基板温度650℃で行った。基板1上のビスマス系
酸化物超電導膜3は基板1上に(001)配向して成長
するが、基板1の面内ではビスマス系酸化物超電導膜3
はそのa軸またはb軸が基板1の[110]に平行に配
向する。それに対してバッファ層2上のビスマス系酸化
物超電導膜4はバッファ層2上に(001)配向して成
長するが、基板1の面内ではビスマス系酸化物超電導膜
4はそのa軸またはb軸が基板1の[100]に平行に
配向する。Next, a method of manufacturing the Josephson junction according to this embodiment will be described. First, as shown in FIG. 1, a buffer layer 2 made of magnesium oxide is formed on a part of a strontium titanate (001) substrate 1 by using a photolithography technique.
To a thickness of 50 to 150 Å, in this case 100 Å, and bismuth oxide superconducting films 3 and 4a are formed on the substrate 1 and the buffer layer 2 over both of them in this case by a thickness 1500 Å sputtering method. . Target composition Bi: S
r: Ca: Cu: O = 2: 2.1: 2.3: 3.45:
X, the substrate temperature was 650 ° C. The bismuth-based oxide superconducting film 3 on the substrate 1 grows in the (001) orientation on the substrate 1, but within the plane of the substrate 1, the bismuth-based oxide superconducting film 3 is formed.
Has its a-axis or b-axis oriented parallel to the [110] of the substrate 1. On the other hand, the bismuth-based oxide superconducting film 4 on the buffer layer 2 grows on the buffer layer 2 with (001) orientation. The axis is oriented parallel to [100] of the substrate 1.
【0018】この様に、一部にバッファ層2を設けた基
板1上にビスマス系酸化物超電導膜を例えばスパッタリ
ング法で成膜すれば、バッファ層2のエッジに沿って人
工的に酸化物超電導膜の結晶粒界接合部5を任意の場所
に形成することができ、これを用いてジョセフソン接合
を容易に製造することができる。またバッファ層2は微
細に、高密度に所望のパターンに形成でき、集積度が高
められマイクロプロセスとの整合性が向上する。Thus, if a bismuth oxide superconducting film is formed on the substrate 1 partially provided with the buffer layer 2 by, for example, a sputtering method, the oxide superconducting is artificially performed along the edge of the buffer layer 2. The crystal grain boundary junction portion 5 of the film can be formed at an arbitrary position, and a Josephson junction can be easily manufactured using this. Further, the buffer layer 2 can be finely formed in a desired pattern with high density, the degree of integration is enhanced, and the compatibility with the micro process is improved.
【0019】実施例2.図3はこの発明のジョセフソン
接合の製造方法の他の実施例により得られたジョセフソ
ン接合を示す説明図である。1はチタン酸ストロンチウ
ム(001)基板、2は酸化マグネシウムからなるバッ
ファ層、3はa軸またはb軸がチタン酸ストロンチウム
からなる基板の[110]方向に平行な(001)配向
のビスマス系酸化物超電導膜、4bはa軸またはb軸が
チタン酸ストロンチウムからなるExample 2. FIG. 3 is an explanatory view showing a Josephson junction obtained by another embodiment of the method for manufacturing the Josephson junction of the present invention. 1 is a strontium titanate (001) substrate, 2 is a buffer layer made of magnesium oxide, 3 is a (001) -oriented bismuth-based oxide whose a-axis or b-axis is parallel to the [110] direction of the substrate made of strontium titanate Superconducting film, 4b has a-axis or b-axis made of strontium titanate
【0020】[0020]
【外1】 [Outer 1]
【0021】化物超電導膜、5は結晶粒界接合部であ
る。図4は酸化物超電導膜4bの面内結晶方位を示すX
線回折パターンの波形図である。即ち、チタン酸ストロ
ンチウム(001)基板1上に形成した酸化マグネシウ
ムのバッファ層2上に成長させたビスマス系酸化物超電
導膜4bの(0216)反射のX線回折パターンであ
る。The oxide superconducting films 5 are grain boundary junctions. FIG. 4 shows X indicating the in-plane crystal orientation of the oxide superconducting film 4b.
It is a waveform diagram of a line diffraction pattern. That is, it is the (02 16 ) reflection X-ray diffraction pattern of the bismuth-based oxide superconducting film 4b grown on the magnesium oxide buffer layer 2 formed on the strontium titanate (001) substrate 1.
【0022】次に、この実施例のジョセフソン接合の製
造方法を説明する。まず、上記実施例と同様にチタン酸
ストロンチウム(001)基板1上の一部にフォトリソ
グラフィ技術を用いて酸化マグネシウムによるバッファ
層2を形成する。次いで、この基板1とバッファ層2上
に両者に渡ってビスマス系酸化物超電導膜3、4bをス
パッタリング法で成膜する。この場合は、ターゲット組
成 Bi:Sr:Ca:Cu:O=2:2.1:1.1
5:2.3:X 、基板温度660℃の成膜条件で行っ
た。酸化マグネシウムはチタン酸ストロンチウム基板
(001)面上に酸化マグネシウム[100]方向がチ
タン酸ストロンチウム[110]に平行に成長するた
め、チタン酸ストロンチウム(001)基板1上の一部
にフォトリソグラフィ技術を用い酸化マグネシウムによ
るバッファ層2を形成すると、上記成膜条件で成長させ
た基板1上のビスマス系酸化物超電導膜3は基板1上に
(001)配向して成長するが、基板1の面内ではビス
マス系酸化物超電導膜3はそのa軸またはb軸が基板1
の[110]に平行に配向する。それに対してバッファ
層2上のビスマス系酸化物超電導膜4bはバッファ層2
上に(001)配向して成長するが、ビスマス系酸化物
超電導膜4bはそのa軸またはb軸が基板1の[51Next, a method of manufacturing the Josephson junction of this embodiment will be described. First, the buffer layer 2 made of magnesium oxide is formed on a part of the strontium titanate (001) substrate 1 using the photolithography technique as in the above-described embodiment. Then, bismuth-based oxide superconducting films 3 and 4b are formed on the substrate 1 and the buffer layer 2 by a sputtering method so as to extend over both of them. In this case, the target composition Bi: Sr: Ca: Cu: O = 2: 2.1: 1.1
It was carried out under the film forming conditions of 5: 2.3: X and a substrate temperature of 660 ° C. Since magnesium oxide grows on the strontium titanate substrate (001) surface with the magnesium oxide [100] direction parallel to strontium titanate [110], a photolithography technique is applied to a part of the strontium titanate (001) substrate 1. When the buffer layer 2 made of magnesium oxide is used, the bismuth-based oxide superconducting film 3 on the substrate 1 grown under the above film forming conditions grows in the (001) orientation on the substrate 1, Then, in the bismuth-based oxide superconducting film 3, its a-axis or b-axis is the substrate 1
Oriented parallel to the [110] of. On the other hand, the bismuth oxide superconducting film 4b on the buffer layer 2 is
Although the bismuth-based oxide superconducting film 4b grows with the (001) orientation above, the a-axis or b-axis of the bismuth-based oxide superconducting film 4b is [51
【0023】[0023]
【外2】 [Outside 2]
【0024】けた基板1上にビスマス系酸化物超電導膜
を例えば上記成膜条件でスパッタリング法により成膜す
れば、バッファ層2のエッジに沿って人工的にビスマス
系酸化物超電導膜の 33.7度回転した結晶粒界接合部
5を任意の場所に形成することができ、これを用いてジ
ョセフソン接合を容易に製造することができる。上記実
施例では結晶粒界接合の回転角度は45度であったが、
この実施例では回転角度が小さく、その分接合の臨界電
流を大きくすることが可能となる。If a bismuth-based oxide superconducting film is formed on the digitized substrate 1 by, for example, a sputtering method under the above-mentioned film forming conditions, the bismuth-based oxide superconducting film 33.7 is artificially formed along the edge of the buffer layer 2. The rotated grain boundary junction 5 can be formed at an arbitrary location, and a Josephson junction can be easily manufactured using this. In the above example, the rotation angle of the grain boundary bonding was 45 degrees,
In this embodiment, the rotation angle is small, and the critical current of the junction can be increased accordingly.
【0025】実施例3.図5はこの発明の人工粒界の製
造方法のさらに他の実施例、PTC効果を示す人工粒
界、PTCサーミスタの製造方法の一例を示す説明図で
ある。13はa軸またはb軸がチタン酸ストロンチウム
からなる基板の[110]方向に平行な(001)配向
の強誘電体膜のチタン酸バリウム膜、14はa軸または
b軸がチタン酸ストロンチウムからなる基板の[10
0]方向に平行な(001)配向のチタン酸バリウム
膜、5は結晶粒界接合部である。Example 3. FIG. 5 is an explanatory view showing still another embodiment of the method for producing an artificial grain boundary of the present invention, an example of a method for producing an artificial grain boundary exhibiting a PTC effect, and a PTC thermistor. 13 is a barium titanate film which is a ferroelectric film of (001) orientation parallel to the [110] direction of the substrate whose a-axis or b-axis is strontium titanate, and 14 is a strontium titanate whose a-axis or b-axis is made. Substrate [10
A barium titanate film having a (001) orientation parallel to the [0] direction is a grain boundary junction.
【0026】実施例1と同様に、チタン酸ストロンチウ
ム(001)基板1上の一部にフォトリソグラフィ技術
を用いて酸化マグネシウムのバッファ層2を形成し、こ
の基板1とバッファ層2上に両者に渡って強誘電体膜の
チタン酸バリウム膜13、14を成膜する。基板1上の
チタン酸バリウム膜13は基板1上に(001)配向し
て成長するが、基板1の面内ではチタン酸バリウム膜1
3はそのa軸またはb軸が基板1の[110]に平行に
配向する。それに対してバッファ層2上のチタン酸バリ
ウム膜14はバッファ層2上に(001)配向して成長
するが、基板1の面内ではチタン酸バリウム膜14はそ
のa軸またはb軸が基板1の[100]に平行に配向す
る。したがって、一部にバッファ層2を設けた基板1上
にチタン酸バリウム膜を例えばスパッタリング法で成膜
すれば、バッファ層2のエッジに沿って人工的に強誘電
体膜の結晶粒界接合部5を任意の場所に且つ単独で形成
することができ、これを用いてPTC効果を示す人工粒
界を容易に製造することができる。図6は以上のように
して形成された単独の人工粒界接合での抵抗温度特性を
示す特性図である。図9に示す従来の強誘電体セラミッ
ク内に自然に形成される複数の結晶粒界を用いたものと
比較して転移温度での傾きがより急峻になっていること
がわかる。高感度のPTCサーミスタが得られる。ま
た、この単独の粒界を選択的に形成できるので、即ちバ
ッファ層2を微細に、高密度に所望のパターンに形成で
きるので、回路設計の上で自由度を上げ、集積度を高め
らることができる。As in Example 1, a magnesium oxide buffer layer 2 was formed on a part of a strontium titanate (001) substrate 1 by photolithography, and both were formed on the substrate 1 and the buffer layer 2. Barium titanate films 13 and 14 which are ferroelectric films are formed over the entire area. The barium titanate film 13 on the substrate 1 grows in the (001) orientation on the substrate 1, but in the plane of the substrate 1, the barium titanate film 1 is formed.
3 has its a-axis or b-axis oriented parallel to [110] of the substrate 1. On the other hand, the barium titanate film 14 on the buffer layer 2 grows in the (001) orientation on the buffer layer 2, but in the plane of the substrate 1, the barium titanate film 14 has its a-axis or b-axis aligned with the substrate 1. Oriented parallel to [100]. Therefore, if a barium titanate film is formed on the substrate 1 partially provided with the buffer layer 2 by, for example, the sputtering method, artificially along the edge of the buffer layer 2, the grain boundary junction of the ferroelectric film is formed. 5 can be formed independently at any place, and by using this, an artificial grain boundary exhibiting the PTC effect can be easily produced. FIG. 6 is a characteristic diagram showing resistance temperature characteristics in the single artificial grain boundary junction formed as described above. It can be seen that the slope at the transition temperature is steeper as compared with the conventional one using a plurality of crystal grain boundaries naturally formed in the ferroelectric ceramic. A highly sensitive PTC thermistor can be obtained. In addition, since this single grain boundary can be selectively formed, that is, the buffer layer 2 can be formed in a desired pattern minutely and with high density, the degree of freedom in circuit design can be increased and the degree of integration can be increased. be able to.
【0027】実施例4.また、上記実施例1では、基板
としてチタン酸ストロンチウム(001)基板を用い、
バッファ層に酸化マグネシウムを用い、薄膜としてビス
マス系酸化物超電導膜を形成する場合を示したが、基板
として酸化マグネシウム(001)基板を用い、バッフ
ァ層にチタン酸ストロンチウムを用いてもよい。基板上
にはa軸またはb軸が酸化マグネシウムからなる基板の
[100]方向に平行な(001)配向ビスマス系酸化
物超電導膜が形成され、チタン酸ストロンチウムのバッ
ファ層上にはa軸またはb軸が酸化マグネシウムからな
る基板の[110]方向に平行な(001)配向のビス
マス系酸化物超電導膜が形成され、実施例1と同様の効
果を奏する。Example 4. Further, in Example 1 above, a strontium titanate (001) substrate was used as the substrate,
Although the case where magnesium oxide is used for the buffer layer and the bismuth-based oxide superconducting film is formed as the thin film is shown, a magnesium oxide (001) substrate may be used as the substrate and strontium titanate may be used for the buffer layer. A (001) -oriented bismuth-based oxide superconducting film having a-axis or b-axis made of magnesium oxide and parallel to the [100] direction of the substrate is formed on the substrate, and the a-axis or b-axis is formed on the strontium titanate buffer layer. A (001) -oriented bismuth-based oxide superconducting film whose axis is parallel to the [110] direction of the substrate made of magnesium oxide is formed, and the same effect as in Example 1 is obtained.
【0028】実施例5.同様に、上記実施例2では、基
板としてチタン酸ストロンチウム(001)基板を用
い、バッファ層に酸化マグネシウムを用い、薄膜として
強誘電体膜のチタン酸バリウム膜を形成する場合を示し
たが、基板として酸化マグネシウム(001)基板を用
い、バッファ層にチタン酸ストロンチウムを用いてもよ
く、実施例2と同様の効果を奏する。Example 5. Similarly, in the second embodiment, the case where a strontium titanate (001) substrate is used as a substrate, magnesium oxide is used as a buffer layer, and a barium titanate film of a ferroelectric film is formed as a thin film is shown. Alternatively, a magnesium oxide (001) substrate may be used as the substrate and strontium titanate may be used as the buffer layer, and the same effect as in Example 2 is obtained.
【0029】なお、上記実施例では、基板としてチタン
酸ストロンチウム(001)基板、酸化マグネシウム
(001)基板を用いる場合を示したが、他のものでも
良く同様の効果を奏する。また、バッファ層として酸化
マグネシウム、チタン酸ストロンチウムを用いる場合に
ついて示したが、例えば安定化ジルコニア、酸化セレン
など、他のものでも良く同様の効果を奏する。さらに、
酸化物超電導膜としてビスマス系酸化物超電導膜の例を
示したが、イットリウム系超電導膜等、他の酸化物超電
導膜でも良く、同様の効果を奏する。さらにまた、強誘
電体膜としてチタン酸バリウム膜の例を示したが、他の
強誘電体膜でも良く、同様の効果を奏する。そして、バ
ッファ層、酸化物超電導膜の成膜方法はスパッタリング
等一般的な成膜法が用いられる。In the above embodiments, the strontium titanate (001) substrate and the magnesium oxide (001) substrate are used as the substrate, but other substrates may be used and the same effect can be obtained. Although the case where magnesium oxide or strontium titanate is used for the buffer layer is shown, other materials such as stabilized zirconia or selenium oxide may be used and the same effect can be obtained. further,
Although an example of a bismuth-based oxide superconducting film is shown as the oxide superconducting film, other oxide superconducting films such as a yttrium-based superconducting film may be used, and the same effect is obtained. Furthermore, although the example of the barium titanate film is shown as the ferroelectric film, another ferroelectric film may be used and the same effect can be obtained. As a method for forming the buffer layer and the oxide superconducting film, a general film forming method such as sputtering is used.
【0030】また、従来、人工的には製造されていなか
ったPTC効果を示す結晶粒界を製造が複雑で精密な工
程等が必要となり、集積化は困難ではあるが、下記のよ
うにしても人工的に形成できる。即ち、二つの方位のず
れた単結晶面を接合させ、粒界面を持ったバイクリスタ
ルな基板を作製する。例えば二つの方位のずれた単結晶
面として互いの面内結晶方位が45度回転しているよう
なチタン酸ストロンチウムを用いて、それらが接合部で
対称になるように焼結して接合する。この基板の上に強
誘電体膜、例えばチタン酸バリウム膜を成膜することに
よって基板の粒界面に対応したPTC効果を示す結晶粒
界を人工的に作製する。この発明の人工粒界の製造方法
による場合と同様、抵抗温度特性の転移点での傾きが急
峻となり、高感度のPTCサーミスタを実現できる。Further, although it is difficult to integrate the crystal grain boundaries exhibiting the PTC effect, which have not been artificially manufactured in the past, and complicated steps are required, it is difficult to integrate them. It can be artificially formed. That is, two single crystal planes having different orientations are bonded to each other to produce a bicrystal substrate having grain boundaries. For example, strontium titanate whose two in-plane crystal orientations are rotated by 45 degrees is used as two single crystal planes with different orientations, and they are sintered and joined so that they are symmetrical at the joint. By forming a ferroelectric film, for example, a barium titanate film, on this substrate, crystal grain boundaries exhibiting the PTC effect corresponding to the grain boundaries of the substrate are artificially produced. Similar to the case of the method for manufacturing an artificial grain boundary of the present invention, the slope of the resistance temperature characteristic at the transition point becomes steep, and a highly sensitive PTC thermistor can be realized.
【0031】[0031]
【発明の効果】この発明は、以上説明したように基板上
の一部にこの基板と異なる物質からなるバッファ層を形
成し、上記基板とバッファ層上に両者に渡って薄膜を形
成し、上記基板上に形成した薄膜と上記バッファ層上に
形成した薄膜の面内配向を変えることにより人工的に結
晶粒界を形成するようにしたので、任意の場所に容易に
結晶粒界を集積度高く形成できる効果がある。As described above, according to the present invention, a buffer layer made of a substance different from that of the substrate is formed on a part of the substrate, and a thin film is formed on both the substrate and the buffer layer. Since the crystal grain boundaries are artificially formed by changing the in-plane orientation of the thin film formed on the substrate and the thin film formed on the buffer layer, the crystal grain boundaries can be easily integrated at any place with a high degree of integration. There is an effect that can be formed.
【0032】また、薄膜として酸化物超電導膜を形成す
ることにより、基板上の任意の場所に酸化物超電導膜の
結晶粒界接合部を形成することができるので、ジョセフ
ソン接合を簡便に集積度高く製造することができ、回路
設計上の自由度が向上し、マイクロプロセスとの整合性
が良くなる。Further, by forming the oxide superconducting film as a thin film, the grain boundary junction of the oxide superconducting film can be formed at an arbitrary place on the substrate, so that the Josephson junction can be easily integrated. It can be manufactured at high cost, the degree of freedom in circuit design is improved, and the compatibility with the micro process is improved.
【0033】さらに、酸化物超電導膜の成膜条件を調整
して結晶粒界接合部の不整合角度を制御できるようにし
ており、結晶粒界接合の回転角度を所望の角度に形成で
きる。45度より小さくして、臨海電流を大きくするこ
とができる。Further, the misalignment angle of the grain boundary junction can be controlled by adjusting the film forming conditions of the oxide superconducting film, so that the rotation angle of the grain boundary junction can be formed at a desired angle. It is possible to increase the critical current by making it smaller than 45 degrees.
【0034】そして、薄膜として強誘電体膜を形成する
ことにより、基板上の任意の場所に且つ単独で強誘電体
膜の結晶粒界接合部を形成することができるので、PT
C効果を示す人工粒界を単独で形成することができ抵抗
温度特性等が良くなり、回路設計上の自由度を上げ、集
積度を高めることができる。By forming the ferroelectric film as a thin film, the grain boundary junction of the ferroelectric film can be formed independently at any place on the substrate.
An artificial grain boundary exhibiting the C effect can be formed independently, the resistance temperature characteristic and the like are improved, the degree of freedom in circuit design can be increased, and the degree of integration can be increased.
【図1】この発明の人工粒界の製造方法の一実施例のジ
ョセフソン接合の製造方法の一例を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a method for manufacturing a Josephson junction according to an embodiment of the method for manufacturing an artificial grain boundary of the present invention.
【図2】この発明の一実施例に係わる酸化物超電導膜の
面内結晶方位の制御を説明するX線回折パターンを示す
波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing an X-ray diffraction pattern for explaining control of in-plane crystal orientation of an oxide superconducting film according to an example of the present invention.
【図3】この発明の人工粒界の製造方法の他の実施例の
ジョセフソン接合の製造方法の他例を示す説明図であ
る。FIG. 3 is an explanatory view showing another example of a method for manufacturing a Josephson junction, which is another embodiment of the method for manufacturing an artificial grain boundary of the present invention.
【図4】この発明の他の実施例に係わる酸化物超電導膜
の面内結晶方位を示すX線回折パターンの波形図であ
る。FIG. 4 is a waveform diagram of an X-ray diffraction pattern showing an in-plane crystal orientation of an oxide superconducting film according to another example of the present invention.
【図5】この発明のさらに他の実施例のPTC効果を示
す人工粒界の製造方法を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing a method for producing an artificial grain boundary showing a PTC effect according to still another embodiment of the present invention.
【図6】この発明のさらに他の実施例により得られたP
TCサーミスタの抵抗温度特性を示す特性図である。FIG. 6 shows P obtained according to still another embodiment of the present invention.
It is a characteristic view which shows the resistance temperature characteristic of TC thermistor.
【図7】従来のジョセフソン接合の製造方法を示す説明
図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a conventional method for manufacturing a Josephson junction.
【図8】従来例のセラミック内の自然の結晶粒界を表す
模式図である。FIG. 8 is a schematic view showing natural grain boundaries in a conventional ceramic.
【図9】従来のPTCサーミスタの抵抗温度特性を示す
特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing resistance temperature characteristics of a conventional PTC thermistor.
1 チタン酸ストロンチウム(001)基板 2 酸化マグネシウムのバッファ層 3 基板の[110]方向に平行な(001)配向のビ
スマス系酸化物超電導膜 4a 基板の[100]方向に平行な(001)配向の
ビスマス系酸化物超電導膜1 Strontium titanate (001) substrate 2 Magnesium oxide buffer layer 3 (001) -oriented bismuth oxide superconducting film parallel to the [110] direction of the substrate 4a (001) -oriented parallel to the [100] direction of the substrate Bismuth oxide superconducting film
【外3】 マス系酸化物超電導膜 5 結晶粒界接合部 13 基板の[110]方向に平行な(001)配向の
強誘電体膜のチタン酸バリウム膜 14 基板の[100]方向に平行な(001)配向の
強誘電体膜のチタン酸バリウム膜[Outside 3] Mass-type oxide superconducting film 5 Grain boundary junction 13 Barium titanate film of ferroelectric film having (001) orientation parallel to [110] direction of substrate 14 (001) orientation parallel to [100] direction of substrate Barium Titanate Film of Ferroelectric Film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜中 宏一 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社中央研究所内 (72)発明者 吉田 幸久 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社中央研究所内 (72)発明者 片岡 正行 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社材料デバイス研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Koichi Hamanaka 8-1-1 Tsukaguchihonmachi, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation Central Research Institute (72) Inventor Yukihisa Yoshida 8-1-1 Tsukaguchihonmachi, Amagasaki Mitsubishi Electric Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Masayuki Kataoka 8-1-1 Tsukaguchihonmachi, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation
Claims (5)
らなるバッファ層を形成し、上記基板とバッファ層上に
両者に渡って薄膜を形成し、上記基板上に形成した薄膜
と上記バッファ層上に形成した薄膜の面内配向を変える
ことにより人工的に結晶粒界を形成するようにした人工
粒界の製造方法。1. A buffer layer made of a substance different from that of the substrate is formed on a part of the substrate, and a thin film is formed on both the substrate and the buffer layer, and the thin film formed on the substrate and the buffer. A method for producing an artificial grain boundary in which a crystal grain boundary is artificially formed by changing the in-plane orientation of a thin film formed on a layer.
は酸化マグネシウムのどちらか一方を、その(001)
面を上記基板面として用い、バッファ層としてチタン酸
ストロンチウムまたは酸化マグネシウムのどちらか他方
を用いるようにした請求項第1項記載の人工粒界の製造
方法。2. A substrate made of either strontium titanate or magnesium oxide (001)
2. The method for producing an artificial grain boundary according to claim 1, wherein the surface is used as the substrate surface and either the other of strontium titanate or magnesium oxide is used as the buffer layer.
うにした請求項第1項または第2項記載の人工粒界の製
造方法。3. The method for producing an artificial grain boundary according to claim 1 or 2, wherein an oxide superconducting film is formed as a thin film.
晶粒界接合部の不整合角度を制御するようにした請求項
第3項記載のジョセフソン接合の製造方法。4. The method for producing a Josephson junction according to claim 3, wherein the film forming conditions of the oxide superconducting film are adjusted to control the misalignment angle of the grain boundary junction.
した請求項第1項または第2項記載の人工粒界の製造方
法。5. The method for producing an artificial grain boundary according to claim 1 or 2, wherein a ferroelectric film is formed as a thin film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5036386A JPH06120577A (en) | 1992-02-25 | 1993-02-25 | Manufacturing method of artificial grain boundary |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3781992 | 1992-02-25 | ||
| JP22015292 | 1992-08-19 | ||
| JP4-37819 | 1992-08-19 | ||
| JP4-220152 | 1992-08-19 | ||
| JP5036386A JPH06120577A (en) | 1992-02-25 | 1993-02-25 | Manufacturing method of artificial grain boundary |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06120577A true JPH06120577A (en) | 1994-04-28 |
Family
ID=27289080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5036386A Pending JPH06120577A (en) | 1992-02-25 | 1993-02-25 | Manufacturing method of artificial grain boundary |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06120577A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022506089A (en) * | 2018-11-08 | 2022-01-17 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | How to operate diode laser and diode laser |
-
1993
- 1993-02-25 JP JP5036386A patent/JPH06120577A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022506089A (en) * | 2018-11-08 | 2022-01-17 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | How to operate diode laser and diode laser |
| US12021351B2 (en) | 2018-11-08 | 2024-06-25 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Diode laser and method for operating a diode laser |
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