JPH0719922B2 - 超電導体および集積化超電導装置 - Google Patents
超電導体および集積化超電導装置Info
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- JPH0719922B2 JPH0719922B2 JP62189282A JP18928287A JPH0719922B2 JP H0719922 B2 JPH0719922 B2 JP H0719922B2 JP 62189282 A JP62189282 A JP 62189282A JP 18928287 A JP18928287 A JP 18928287A JP H0719922 B2 JPH0719922 B2 JP H0719922B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0296—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超電導体に関するものである。特に化合物薄膜
超電導体に関するものである。
超電導体に関するものである。
従来の技術 Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系がより高温の超電導体であることが最
近提案された。［M.K.Wu等、フィジカル レビュー レ
ターズ（Physical Review Latters）Vol.58,No.9,908-9
10（1987）］ Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系の材料の超電導機構の詳細は明らかで
はないが、転移温度が液体窒素温度以上に高くなる可能
性があり、高温超電導体として従来の２元系化合物よ
り、より有望な特性が期待される。
近提案された。［M.K.Wu等、フィジカル レビュー レ
ターズ（Physical Review Latters）Vol.58,No.9,908-9
10（1987）］ Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系の材料の超電導機構の詳細は明らかで
はないが、転移温度が液体窒素温度以上に高くなる可能
性があり、高温超電導体として従来の２元系化合物よ
り、より有望な特性が期待される。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系の材料は、現在の技術
では焼結という過程でしか形成できないため、セラミッ
クの粉末あるいはブロックの形状でしか得られない。一
方、この種の材料を実用化する場合、薄膜化あるいは線
状化が強く要望されているが、従来の技術では、いずれ
も非常に困難とされている。
では焼結という過程でしか形成できないため、セラミッ
クの粉末あるいはブロックの形状でしか得られない。一
方、この種の材料を実用化する場合、薄膜化あるいは線
状化が強く要望されているが、従来の技術では、いずれ
も非常に困難とされている。
本発明者らは、この種の材料を例えばスパッタリング法
等の薄膜化手法を用いると、薄膜状の高温超電導体が形
成されることを発見し、これにもとづいて新規な超電導
体構成を発明した。
等の薄膜化手法を用いると、薄膜状の高温超電導体が形
成されることを発見し、これにもとづいて新規な超電導
体構成を発明した。
問題点を解決するための手段 本発明の超電導体は、BaTiO3,CaTiO3,CdTiO3,PbZrO3,Pb
HfO3等のペロブスカイト構造単結晶、CaF2,BaF2,SrF2等
のCaF2型単結晶あるいはZnS,ZnO,ZnSe,CdS等のZnO型単
結晶基体上に少なくともＡ元素、Ｂ元素およびCuを含む
酸化物で、元素のモル比率が の被膜を付着させた事を特徴とするものである。ここ
に、ＡはSc、Ｙおよびランタン系列元素（原子番号57〜
71）のうちすくなくとも一種、ＢはIIa族元素のうちの
すくなくとも一種の元素を含む。
HfO3等のペロブスカイト構造単結晶、CaF2,BaF2,SrF2等
のCaF2型単結晶あるいはZnS,ZnO,ZnSe,CdS等のZnO型単
結晶基体上に少なくともＡ元素、Ｂ元素およびCuを含む
酸化物で、元素のモル比率が の被膜を付着させた事を特徴とするものである。ここ
に、ＡはSc、Ｙおよびランタン系列元素（原子番号57〜
71）のうちすくなくとも一種、ＢはIIa族元素のうちの
すくなくとも一種の元素を含む。
の３元化合物被膜を付着させたことを特徴としている。
ここにＡはSc,Yおよびランタン系列元素（原子番号57-7
1）のうちすくなくとも一種、ＢはBa,Sr,Ca,Be,Mgなど
のIIa族元素のうち少なくとも一種の元素を示す。
ここにＡはSc,Yおよびランタン系列元素（原子番号57-7
1）のうちすくなくとも一種、ＢはBa,Sr,Ca,Be,Mgなど
のIIa族元素のうち少なくとも一種の元素を示す。
作用 本発明にかかる超電導体は、超電導体を薄膜化している
所に大きな特色がある。すなわち、薄膜化は超電導体の
素材を原子状態という極微粒子に分解してから基体上に
堆積させるから、形成された超電導体の組成は本質的
に、従来の焼結体に比べて均質である。したがって非常
に高精度の超電導体が本発明で実現される。さらに、本
発明の超電導体は単結晶基体上に半導体薄膜をエピタキ
シャル成長させることができ、超電導デバイスと半導体
デバイスの集積化に好都合である。
所に大きな特色がある。すなわち、薄膜化は超電導体の
素材を原子状態という極微粒子に分解してから基体上に
堆積させるから、形成された超電導体の組成は本質的
に、従来の焼結体に比べて均質である。したがって非常
に高精度の超電導体が本発明で実現される。さらに、本
発明の超電導体は単結晶基体上に半導体薄膜をエピタキ
シャル成長させることができ、超電導デバイスと半導体
デバイスの集積化に好都合である。
実施例 本発明を図面とともに説明する。
第１図において、３元化合物被膜12は基体11の表面13上
に例えばスパッタリング法で形成する。この場合、基体
11は、超電導を示す３元化合物被膜12の保持を目的とし
ている。第１図の基体11に機能性から見て、最適の材料
があることを見い出した。
に例えばスパッタリング法で形成する。この場合、基体
11は、超電導を示す３元化合物被膜12の保持を目的とし
ている。第１図の基体11に機能性から見て、最適の材料
があることを見い出した。
すなわち、結晶性の高い３元化合物被膜12を基体11の表
面13に形成させるためには、単結晶の基体が有効であ
る。本発明者らは３元化合物被膜の超電導体として有効
な基体材料を調べた結果、基体として、BaTiO3,CaTiO3,
CdTiO3,PbZrO3,PbHfO3等のペロブスカイト構造単結晶、
CaF2,BaF2,SrF2等のCaF2型単結晶あるいはZnS,ZnO,ZnS
e,CdS等のZnO型単結晶が有効であることを確認した。も
っとも、これは表面13に効果的に結晶性の高い被膜12を
成長させるためのものであるから、少なくとも基体表面
13が単結晶であればよい。
面13に形成させるためには、単結晶の基体が有効であ
る。本発明者らは３元化合物被膜の超電導体として有効
な基体材料を調べた結果、基体として、BaTiO3,CaTiO3,
CdTiO3,PbZrO3,PbHfO3等のペロブスカイト構造単結晶、
CaF2,BaF2,SrF2等のCaF2型単結晶あるいはZnS,ZnO,ZnS
e,CdS等のZnO型単結晶が有効であることを確認した。も
っとも、これは表面13に効果的に結晶性の高い被膜12を
成長させるためのものであるから、少なくとも基体表面
13が単結晶であればよい。
第２図は、CaTiO3単結晶（100）面を基体11に用い、ス
パッタリング蒸着法で主成分(A,B)6Cu6O14の３元化合物
被膜12を付着させた時の３元化合物被膜12のＸ線回析ス
ペクトルを示す。第２図において、被膜は（002）配向
を示し、この場合被膜12は良好な超電導を示した。これ
は、CaTiO3の結晶構造が超電導被膜と類似で、かつ格子
定数もａ＝3.827Aと被膜の格子定数3.9Aに非常に近く、
結晶性の良好な超電導被膜が得られたためと考えられ
る。
パッタリング蒸着法で主成分(A,B)6Cu6O14の３元化合物
被膜12を付着させた時の３元化合物被膜12のＸ線回析ス
ペクトルを示す。第２図において、被膜は（002）配向
を示し、この場合被膜12は良好な超電導を示した。これ
は、CaTiO3の結晶構造が超電導被膜と類似で、かつ格子
定数もａ＝3.827Aと被膜の格子定数3.9Aに非常に近く、
結晶性の良好な超電導被膜が得られたためと考えられ
る。
この実施例では被膜12の膜厚は２μｍであるが、膜厚は
0.1μｍかそれ以下の薄い場合、10μｍ以上の厚い場合
も超電導が発生することを確認した。
0.1μｍかそれ以下の薄い場合、10μｍ以上の厚い場合
も超電導が発生することを確認した。
本発明者らは、CaTiO3以外の結晶性基体についての有効
性を詳細に実験的に調べ、BaTiO3,CdTiO3,PbZrO3,PbHfO
3等のペロブスカイト構造単結晶の場合、いずれも超電
導を示すことが確認され、これらの結晶がこの種の基体
に有効であることが判明した。もっとも、これは基体表
面13に効果的に結晶性の高い被膜12を成長させるための
もので、少なくとも基体表面13が単結晶であればよい。
性を詳細に実験的に調べ、BaTiO3,CdTiO3,PbZrO3,PbHfO
3等のペロブスカイト構造単結晶の場合、いずれも超電
導を示すことが確認され、これらの結晶がこの種の基体
に有効であることが判明した。もっとも、これは基体表
面13に効果的に結晶性の高い被膜12を成長させるための
もので、少なくとも基体表面13が単結晶であればよい。
本発明の超電導体Ａ−Ｂ−Cu−Ｏは結晶構造や組成式が
まだ明確には決定されていないが、酸素欠損ペロブスカ
イト(A,B)6Cu6O14ともいわれている。本発明者等は作製
された被膜において元素比率が の範囲であれば、臨界温度に多少の差があっても超電導
現象が見出されることを確認した。単結晶基体に基体温
度をエピタキシヤル温度以上にあげて、単結晶被膜の超
電導材料を形成し得るが、基体温度を高めると正方晶ペ
ロブスカイト構造が生成し易く、再現性よく超電導体が
得られない場合が多い。したがって、本発明の実施例に
述べたごとく、基体温度はむしろ低い範囲に並びアモル
ファスないしは微結晶構造の複合化合物被膜を形成した
後、熱処理により結晶化する方が再現性よく超電導体が
得られることを本発明者らは実験的に確認した。
まだ明確には決定されていないが、酸素欠損ペロブスカ
イト(A,B)6Cu6O14ともいわれている。本発明者等は作製
された被膜において元素比率が の範囲であれば、臨界温度に多少の差があっても超電導
現象が見出されることを確認した。単結晶基体に基体温
度をエピタキシヤル温度以上にあげて、単結晶被膜の超
電導材料を形成し得るが、基体温度を高めると正方晶ペ
ロブスカイト構造が生成し易く、再現性よく超電導体が
得られない場合が多い。したがって、本発明の実施例に
述べたごとく、基体温度はむしろ低い範囲に並びアモル
ファスないしは微結晶構造の複合化合物被膜を形成した
後、熱処理により結晶化する方が再現性よく超電導体が
得られることを本発明者らは実験的に確認した。
この場合、単結晶構造の基体は、熱処理過程において被
膜の固相エピタキシャル成長を助け有効である。なお、
超電導被膜の結晶性特に要求されない場合（急峻な超電
導体転位が不要の時）は、多結晶の磁器基体が有効であ
る。
膜の固相エピタキシャル成長を助け有効である。なお、
超電導被膜の結晶性特に要求されない場合（急峻な超電
導体転位が不要の時）は、多結晶の磁器基体が有効であ
る。
なお、スパッタリング蒸着ではターゲットとして、焼結
したＡ−Ｂ−Cu−Ｏセラミックスを用いるが、基体温度
が200〜500℃の範囲では、ターゲットの金属成分と形成
された薄膜における成分と殆ど一致している事を本発明
者らは確認した。したがって、ターゲット組成は、被膜
の最適範囲の であることを本発明者らは確認した。この場合、ターゲ
ットは板状あるいは、円筒状のセラミックス以外に、粒
状あるいは粉末状の焼結体であってもスパッタリング蒸
着に有効である。
したＡ−Ｂ−Cu−Ｏセラミックスを用いるが、基体温度
が200〜500℃の範囲では、ターゲットの金属成分と形成
された薄膜における成分と殆ど一致している事を本発明
者らは確認した。したがって、ターゲット組成は、被膜
の最適範囲の であることを本発明者らは確認した。この場合、ターゲ
ットは板状あるいは、円筒状のセラミックス以外に、粒
状あるいは粉末状の焼結体であってもスパッタリング蒸
着に有効である。
本発明者らはこの種の結晶性基体についてさらに詳細に
有効性を調べた結果、ペロブスカイト構造物質以外にCa
F2,BaF2,SrF2などのCaF2型結晶や、ZnS,ZnSe,ZnO,CdS等
のZnO型結晶も有効であることを確認した。
有効性を調べた結果、ペロブスカイト構造物質以外にCa
F2,BaF2,SrF2などのCaF2型結晶や、ZnS,ZnSe,ZnO,CdS等
のZnO型結晶も有効であることを確認した。
さらに、本発明者らは、CaF2等単結晶の表面にSi,GaAs
等の半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させること
ができ、これを用いて超電導デバイスと半導体デバイス
を集積化できることを確認した。
等の半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させること
ができ、これを用いて超電導デバイスと半導体デバイス
を集積化できることを確認した。
すなわち、第３図は、本発明にかかる集積化超電導装置
の基本構造で、例えば、CaF2（100）面単結晶基体31上
に、エピタキシャル成長させた弱結合部32を有するＹ−
Ba−Cu−Ｏ系（002）面単結晶超電導薄膜33と同じくエ
ピタキシャル成長させたSi（100）面単結晶デバイス34
が集積されている。さらに、GaP,ZnS半導体デバイス
も、Siと同様に集積化できることを本発明者らは確認し
た。
の基本構造で、例えば、CaF2（100）面単結晶基体31上
に、エピタキシャル成長させた弱結合部32を有するＹ−
Ba−Cu−Ｏ系（002）面単結晶超電導薄膜33と同じくエ
ピタキシャル成長させたSi（100）面単結晶デバイス34
が集積されている。さらに、GaP,ZnS半導体デバイス
も、Siと同様に集積化できることを本発明者らは確認し
た。
第３図の基本構造に関連し、CaF2単結晶以外にBaF2,SrF
2単結晶も基体として有効であることを本発明者らは確
認した。この場合、BaF2,SrF2はCaF2より格子定数が大
きいため、Si,GaP半導体よりもこの種の基体上に集積さ
れる半導体としては、Ge,GaAs,ZnSe,InP,CdS,CdSe,PbS,
PbSe,InAs等が有効であることを本発明者らは確認し
た。特に、GaAs半導体デバイスのためには、CaF2とSrF2
との混晶体Ca0.44Sr0.56F2単結晶基体が格子不整がな
く、有効であることを本発明者らは確認した。
2単結晶も基体として有効であることを本発明者らは確
認した。この場合、BaF2,SrF2はCaF2より格子定数が大
きいため、Si,GaP半導体よりもこの種の基体上に集積さ
れる半導体としては、Ge,GaAs,ZnSe,InP,CdS,CdSe,PbS,
PbSe,InAs等が有効であることを本発明者らは確認し
た。特に、GaAs半導体デバイスのためには、CaF2とSrF2
との混晶体Ca0.44Sr0.56F2単結晶基体が格子不整がな
く、有効であることを本発明者らは確認した。
以下本発明の内容をさらに深く理解させるために、さら
に具体的な具体実施例を示す。
に具体的な具体実施例を示す。
（具体実施例） CaTiO3単結晶（100）面を基体11として用い、焼結したY
2Ba4Cu6O14ターゲットの高周波プレナーマグネトロンス
パッタにより、被膜12を付着させた。この場合、Arガス
の圧力は0.5Pa、スパッタリング電力150W、スパッタリ
ング時間６時間、被膜の膜厚５μｍ、基体温度700℃で
あった。
2Ba4Cu6O14ターゲットの高周波プレナーマグネトロンス
パッタにより、被膜12を付着させた。この場合、Arガス
の圧力は0.5Pa、スパッタリング電力150W、スパッタリ
ング時間６時間、被膜の膜厚５μｍ、基体温度700℃で
あった。
被膜の室温抵抗率は10mΩcm、超電導転移温度90°Ｋで
あった。
あった。
この種の３元化合物超電導体(A,B)6Cu6O14の構成元素Ａ
およびＢの変化による超電導特性の変化の詳細は明らか
ではない。ただＡは、３価,Bは２価を示しているのは事
実ではある。Ａ元素としてＹについて例をあげて説明し
たが、ScやLa、さらにランタン系列の元素（原子番号57
〜71）でも、超電導転移温度が変化する程度で本質的な
発明の特性を変えるものではない。
およびＢの変化による超電導特性の変化の詳細は明らか
ではない。ただＡは、３価,Bは２価を示しているのは事
実ではある。Ａ元素としてＹについて例をあげて説明し
たが、ScやLa、さらにランタン系列の元素（原子番号57
〜71）でも、超電導転移温度が変化する程度で本質的な
発明の特性を変えるものではない。
また、Ｂ元素においても、Sr、Ca、Ba等IIa族元素の変
化は超電導転移温度を10°Ｋ程度変化させるが、本質的
に本発明の特性を変えるものではない。
化は超電導転移温度を10°Ｋ程度変化させるが、本質的
に本発明の特性を変えるものではない。
とりわけ、本発明にかかる超電導体は、超電導体を薄膜
化している所に大きな特色がある。すなわち、薄膜化は
超電導体の素材を原子状態という極微粒子に分解してか
ら、基体上に堆積させるから、形成された超電導体の組
成は本質的に、従来の焼結体に比べて均質である。した
がって、非常に高精度の超電導体が本発明で実現され
る。
化している所に大きな特色がある。すなわち、薄膜化は
超電導体の素材を原子状態という極微粒子に分解してか
ら、基体上に堆積させるから、形成された超電導体の組
成は本質的に、従来の焼結体に比べて均質である。した
がって、非常に高精度の超電導体が本発明で実現され
る。
発明の効果 すでに説明したごとく、本発明を用いてSiあるいはGaAs
などのデバイスとの集積化が可能であるとともに、ジョ
セフソン素子など各種の超電導デバイスの要素材料とし
て実用される。特にこの種の化合物超電導体の転移温度
が室温になる可能性もあり、従来の実用の範囲は広く、
本発明の工業的価値は高い。
などのデバイスとの集積化が可能であるとともに、ジョ
セフソン素子など各種の超電導デバイスの要素材料とし
て実用される。特にこの種の化合物超電導体の転移温度
が室温になる可能性もあり、従来の実用の範囲は広く、
本発明の工業的価値は高い。
第１図は本発明の一実施例の超電導体の基体構成断面
図、第２図は本発明の超電導体の基本特性図、第３図は
本発明の集積化超電導装置の基体構成断面図である。 11……基体、12……３元化合物被膜。
図、第２図は本発明の超電導体の基本特性図、第３図は
本発明の集積化超電導装置の基体構成断面図である。 11……基体、12……３元化合物被膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 秀明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山崎 攻 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 東野 秀隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−13777（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−144072（ＪＰ，Ａ) Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．26 〔７〕（Ｊｕｌｙ 1987）Ｐ．Ｌ1248−Ｌ 1250
Claims (2)
- 【請求項１】CaF2単結晶基板上に少なくともＡ元素、Ｂ
元素およびCuを含む高温超伝導酸化物の被膜を付着させ
るとともに前記基板上にSi半導体を集積化した事を特徴
とする集積化超伝導装置。ここに、ＡはSc,Yおよびラン
タン系列元素（原子番号57-71）のうち少なくとも一
種、ＢはIIa族元素のうちの少なくとも一種の元素を示
す。 - 【請求項２】(Ca1-xSrx)F2単結晶基板上に少なくともＡ
元素、Ｂ元素およびCuを含む高温超伝導酸化物の被膜を
付着させるとともに前記基板上にGaAs半導体を集積化し
た事を特徴とする集積化超伝導装置。ここに、ＡはSc,Y
およびランタン系列元素（原子番号57-71）のうち少な
くとも一種、ＢはIIa族元素のうちの少なくとも一種の
元素を示し、ｘ＞０である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62189282A JPH0719922B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 超電導体および集積化超電導装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62189282A JPH0719922B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 超電導体および集積化超電導装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6433979A JPS6433979A (en) | 1989-02-03 |
| JPH0719922B2 true JPH0719922B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=16238711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62189282A Expired - Fee Related JPH0719922B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 超電導体および集積化超電導装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0719922B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3851701T2 (de) * | 1988-06-03 | 1995-03-30 | Ibm | Verfahren zur Herstellung künstlicher Hochtemperatur-Supraleiter mit mehrschichtiger Struktur. |
| JPH0758686B2 (ja) * | 1988-10-04 | 1995-06-21 | 東京大学長 | 三次元物質上への二次元物質のヘテロエピタキシャル成長法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63308975A (ja) * | 1987-06-11 | 1988-12-16 | Toshiba Corp | 電流制御素子 |
| JPS6413777A (en) * | 1987-07-07 | 1989-01-18 | Sharp Kk | Josephson element |
-
1987
- 1987-07-29 JP JP62189282A patent/JPH0719922B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２６〔７〕（Ｊｕｌｙ１９８７）Ｐ．Ｌ１２４８−Ｌ１２５０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6433979A (en) | 1989-02-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |