JPS63307197A - 高温超伝導酸化物薄膜の製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は高温超伝導酸化物薄膜を任意の基板材料上にエ
ピタキシャル成長させるための薄膜の製法に関するもの
である。

（従来の技術） （Ｌａｌ−ｘ　Ｂａｘ　）２ＣｕＯ４、（Ｌａ＋−Ｘ　
５ｒＸ）ｚｃｕｏ４、（０，０１＜ｘ＜０．１５）　、
Ｂａ２ＹＣｕ＋０．−６　（δ’−０，２）は超伝導転
移温度（Ｔｃ）がそれぞれ約３０に、４０におよび９０
にの高温超伝導酸化物であり、特にＢａｚＹＣｕ：＋０
ｔ−６は窒素温度で動作する超伝導デバイス実現のため
に重要な材料である。

超伝導デバイスを実現する第一歩として薄膜化が必要で
あり、その薄膜作製には基板材料が非常に重要となって
来る。

上記超伝導物質は超伝導特性に大きな異方性があること
が判っており（Ｙ、　　Ｈｉｄａｋａ　ｅｔ　ａｌ、Ｊ
ｐｎ。

Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、２６　　（４）、　Ｌ３７７
　（１９８７）および２６　（５）Ｌ３４４　（１９８
７））、従ってその超伝導特性を充分発揮させた状態で
利用するためには基板上にエピタキシャル成長させるこ
とが望ましい。ところが、エピタキシャル成長のために
は、結晶の対称性、格子定数が薄膜に近いことが必要で
、現在までにエピタキシャル成長を可能としている基板
材料は５ｒＴｉ０３のみである（　Ｍ、５ｕｚｕｋｉ　
ｅｔ　ａｌ、＋　Ｊｐｎ、Ｊ。

Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙ、　２６　（４）　、　　Ｌ５２１
　　（１９８７））。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、ＳｒＴｉＯ３の単結晶はベルヌーイ法で製作
されており、引き上げ法で製作されるＳｉなどのように
大きなサイズの単結晶を得ることができない。そこでＳ
ｉ基板など充分な大きさのものが入手可能な材料の上に
薄膜をエピタキシャル成長する技術が要求される。

本発明は高Ｔｃ超伝導酸化物の薄膜を大きな基板面積の
得られる基板材料上にエピタキシャル成長させる製法を
提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 高温超伝導酸化物（Ｍ＋−ｘＮｘ）２ＣｕＯｎ　　また
はＭＮｚＣｕＪｆｆ−６（Ｍ＝Ｙ、Ｌａ＋希土類元素；
　Ｎ＝Ｂａ、Ｓｒ＋Ｃａ　；δζ０．１〜０．２）など
はペロブスカイト型結晶構造の変形で、ペロブスカイト
型およびＮａＣｌ型の両法の結晶構造と整合性がよい（
第１図参照）。第２図のようにシリコン（Ｓｉ）、サフ
ァイア（Ａ１ｚＯ＋）などの基板１の上に、ＮａＣｌ型
結晶構造をもち、格子定数が上記物質に近い材料の薄膜
２を数１０Ａ〜数１０００Ａだけエピタキシャル成長さ
せておき、その上に上述の超伝導酸化物３を堆積させる
ことにより、これら高Ｔｃ超伝導酸化物をエピタキシャ
ル成長させることができる。

本発明について概説すると本発明の第一の発明は高温超
伝導酸化物（Ｍ＋−ｘＮｘ）ｚｃｕｏ４（Ｍ＝Ｙ、Ｌａ
、希土類元素；　Ｎ＝Ｂａ、　Ｓｒ、　Ｃａ　）または
ＭＮｚＣｕａＯｌ−６（δζ０．１〜０．２）の薄膜作
製工程において、格子定数が上記物質に近＜　ＮａＣｌ
型結晶構造をもつ物質の薄膜層を基板表面にエピタキシ
ャル成長させた後、上記の（Ｍ＋−ＸＮｘ）　１ｃｕ０
４またはＭＮｚＣｕ３０ｔ−６の薄膜を堆積させ、エピ
タキシャル成長させるものである。

第二の発明は、第一の発明で形成させた薄膜の上にＮａ
Ｃｌ型結晶構造の絶縁層を１０〜３０Ａ堆積させ、さら
に（Ｍ＋−ｘＮｘ）２ＣｕＯ４　　またはＭＮｚＣｕ３
０ｙ−６なる薄膜を堆積させ、ジョセフソン接合を同時
に形成させるものである。

ここでＮａＣｌ型結晶構造をもつ物質としてはＢａｄ。

ＳｒＯ，ＣａＯ等のアルカリ土類の酸化物が適している
。

（実施例） 以下実施例により本発明を具体的に説明する。

（実施例１　）　　Ｓｔ　（１００）面上に特願昭６１
−１８０６６１　ｒ複合酸化物薄膜の製造方法」、特願
昭６１−２５２４８６　ｒ酸化物薄膜の製造装置」によ
る第３図の装置中の基板ホルダ１１にシリコン（Ｓｔ）
基板１を取りつける。真空度１０−９Ｔｏｒｒ以下とし
、基板温度を５００°Ｃとして、Ｋセル１２から金属Ｓ
ｒを蒸発させながら、Ｓｒの堆積膜に酸素ビームを５０
ｅＶで打ち込み、ＮａＣｌ型のＳｒＯ薄膜を厚さ５００
Ａ堆積させる。ＳｒＯの格子定数は第１図りで３．６３
４　Ａ　？ＢａｚＹＣｕ３０．−６の軸の長さに極めて
近い。

次に、このＳｒＯの上にＢａ、　Ｙ、　Ｃｕの金属をに
セル１２から蒸発させながら、酸素ビーム（０）を５０
ｅＶで打ち込んだ酸化膜をエピタキシャル成長させる。

約２０００Ａ堆積させた薄膜の抵抗変化を第４図に示す
が、Ｔｃは約９０にである。ＳｒＯとＢａｚＹＣｕ＋（
１＋−６の結晶構造の整合性が非常によいため、すぐれ
た超伝導薄膜が得られる。

〔実施例２〕　実施例１の工程に引続き、ＳｒＯを２０
Ａ堆積させ、さらにＢａｚＹＣｕｓ（＋＋−６を２００
０　Ａ堆積させることによりジョセフソン接合を形成で
きる（第５図）　、　４．２　Ｋで■ｃ〜５×１０５Ａ
ＩｃＩＩｌで２△はＢＣ３の値の約２．５倍であった。

〔実施例３〕　実施例と同じ＜　Ｓｔ　（１００）面上
に５００°ＣでＳｒＯを５０ＯＡ堆積させた後、Ｌａ、
Ｓｒ。

Ｃｕの金属をにセルより蒸発させながら、酸素ビームを
照射して（Ｌａｏ、　ｑＳｒｏ、　Ｉ）２ＣＬＩ０４を
厚さ３０００人堆積させ、第４図の特性の超伝導薄膜を
得た。

以上Ｂａ、ＹＣｕ＋Ｏｔ−６および（Ｌａｏ、　、ｓｒ
ｏ、　１）２ＣＬ１０４の場合について実施例を述べた
が、Ｎａｃｌ型構造の物質として適当な材料（ＢａＯ、
　ＳｒＯ，ＣａＯ等のアルカリ土類の酸化物）を選ぶこ
とにより、任意の（Ｍｌ−Ｘ　Ｎｘ）ｚｃｕｏ４、ＭＮ
ｚＣｕ＋（１＋−６の薄膜をＳｔ基板、サファイア基板
等の上にエピタキシャル成長させることができる。

（発明の効果） Ｓｔ、サファイア、Ｚｒ（ｈなど比較的大きな単結晶が
入手できる材料を基板として用い、その上に岩塩構造の
物質をエピタキシャル成長させ、その上に高Ｔｃ超伝導
酸化物をエピタキシャル成長させることができ、広い面
積を利用できるので超伝導デバイス開発上の利点が大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａはペロブスカイト形超伝導酸化物ＢａＰｂ１−
ｘ　Ｂｉｘ　０３の結晶構造、Ｂは（Ｌａ＋−ＸＳｒｘ
　）ｚｃｕｏ４の構造、ＣはＢａ２ＹＣｕ３Ｏ７−６の
構造、ＤはＮａＣｌ型のＳｒＯまたはＢｒＯの構造であ
る。 第２図は本発明の薄膜の構成、第３図は本発明に用いる
薄膜製造装置、第４図は実施例１と３の薄膜の抵抗温度
変化、第５図はＢａ２ＹＣｕｉＯ＋−６のジョセフソン
接合の特性である。 １・・・基板、　２・・・ＮａＣｌ型薄膜層、３−　（
Ｍｌ−、Ｎｘ）２Ｃｕ０４またはＭＮｚＣｕ：＋０７−
６　　なる酸化物超伝導薄膜、４・・・エビ成長室、５
・・・酸素イオン源、６・・・イオンソース、７・・・
質量分離器、８・・・酸素ビーム、９・・・減速機構、
１０・・・中和機構、１１・・・基板ホルダ、１２・・
・Ｋセル、１３・・・Ｅガン、１４・・・金属元素ビー
ム、１５・・・予備排気室。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温超伝導酸化物（Ｍ＿１＿−＿ｘＮｘ）＿２Ｃ
   ｕＯ＿４（Ｍ＝Ｙ、Ｌａ、希土類元素；Ｎ＝Ｂａ、Ｓｒ
   、Ｃａ）またはＭＮ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿δ（δ≒
   ０．１〜０．２）の薄膜作製工程において、格子定数が
   上記物質に近く、ＮａＣｌ型結晶構造をもつ物質の薄膜
   層を基板表面にエピタキシャル成長させた後、上記の（
   Ｍ＿１＿−＿ｘＮｘ）＿２ＣｕＯ＿４またはＭＮ＿２Ｃ
   ｕ＿３Ｏ＿７＿−＿δの薄膜を堆積させ、エピタキシャ
   ル成長させることを特徴とする高温超伝導酸化物薄膜の
   製造方法。
2. （２）高温超伝導酸化物（Ｍ＿１＿−＿ｘＮｘ）＿２Ｃ
   ｕＯ＿４（Ｍ＝Ｙ、Ｌａ、希土類元素；Ｎ＝Ｂａ、Ｓｒ
   、Ｃａ）またはＭＮ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿δ（δ≒
   ０．１〜０．２）の薄膜作製工程において、格子定数が
   上記物質に近く、ＮａＣｌ型結晶構造をもつ物質の薄膜
   層を基板表面にエピタキシャル成長させた後、上記の（
   Ｍ＿１＿−＿ｘＮｘ）＿２ＣｕＯ＿４またはＭＮ＿２Ｃ
   ｕ＿３Ｏ＿７＿−＿δの薄膜を堆積させ、エピタキシャ
   ル成長させた後該薄膜の上にＮａＣｌ型結晶構造の絶縁
   層を１０〜３０Å堆積させ、再び（Ｍ＿１＿−＿ｘＮｘ
   ）＿２ＣｕＯ＿４またはＭＮ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿
   δの薄膜を堆積させ、ジョセフソン接合を同時に形成す
   ることを特徴とする高温超伝導酸化物薄膜の製造方法。
3. （３）ＮａＣｌ型結晶構造をもつ物質としてアルカリ土
   類の酸化物（ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ）を用いることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の高
   温超伝導酸化物薄膜の製造方法。