JPH06120577A - 人工粒界の製造方法 - Google Patents
人工粒界の製造方法Info
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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。
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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
るようにした。
【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。
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。
【００１１】そして、薄膜として強誘電体膜を形成する
ようにした。
ようにした。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
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
【００２０】
【外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。
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。
【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［５１
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［５１
【００２３】
【外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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ョセフソン接合の製造方法の一例を示す説明図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
す人工粒界の製造方法を示す説明図である。
【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。
ＴＣサーミスタの抵抗温度特性を示す特性図である。
【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。
図である。
【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。
模式図である。
【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。
特性図である。
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
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
【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
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
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (5)
- 【請求項１】 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人工
粒界の製造方法。 - 【請求項２】 基板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。 - 【請求項３】 薄膜として酸化物超電導膜を形成するよ
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。 - 【請求項４】 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請求項
第３項記載のジョセフソン接合の製造方法。 - 【請求項５】 薄膜として強誘電体膜を形成するように
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5036386A JPH06120577A (ja) | 1992-02-25 | 1993-02-25 | 人工粒界の製造方法 |
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 (ja) | 1992-02-25 | 1993-02-25 | 人工粒界の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06120577A true JPH06120577A (ja) | 1994-04-28 |
Family
ID=27289080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5036386A Pending JPH06120577A (ja) | 1992-02-25 | 1993-02-25 | 人工粒界の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06120577A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022506089A (ja) * | 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 | ダイオードレーザ及びダイオードレーザの動作方法 |
-
1993
- 1993-02-25 JP JP5036386A patent/JPH06120577A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022506089A (ja) * | 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 | ダイオードレーザ及びダイオードレーザの動作方法 |
| 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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