JPH05221800A - Ceramic superlattice - Google Patents

Ceramic superlattice

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Publication number
JPH05221800A
JPH05221800A JP2533292A JP2533292A JPH05221800A JP H05221800 A JPH05221800 A JP H05221800A JP 2533292 A JP2533292 A JP 2533292A JP 2533292 A JP2533292 A JP 2533292A JP H05221800 A JPH05221800 A JP H05221800A
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JP
Japan
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superlattice
ceramic
oxide
crystal
perovskite type
Prior art date
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Application number
JP2533292A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideomi Koinuma
鯉沼秀臣
Hirotoshi Nagata
永田裕俊
Mamoru Yoshimoto
護 吉本
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Sumitomo Cement Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Cement Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Cement Co Ltd filed Critical Sumitomo Cement Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a ceramic superlattice prepared by a technique capable of designing a nanometer-scale ceramic superlattice, i.e., accurately controlling the cycle of the superlattice in the molecular-layer order, and to produce a superlattice structural material capable of being applied to a new device capable of extending the physical properties of a thin ceramic film from the properties inherent in the material. CONSTITUTION:At least two kinds of oxide ceramics are laminated to form a ceramic superlattice. The oxide ceramics are a perovskite crystal and grown on a substrate while maintaining a fixed relation between their crystal orientations. The thickness of the grown perovskite crystal is integral multiples of the unit lattice length of the perovskite crystal as the growth unit. At least two kinds of oxide ceramics are successively laminated while counting the intensity frequency of a reflection high-speed electron beam diffraction (RHEED) to adjust the number of the oxide layers.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、酸化物セラミックス薄
膜の積層によるセラミックス超格子及びそれを利用した
低温バリスターに関する。詳細には、本発明は、積層厚
を調整しながら、作製されたセラミックス超格子及びそ
れを利用した低温バリスターに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic superlattice formed by laminating oxide ceramic thin films and a low temperature varistor using the same. More specifically, the present invention relates to a ceramics superlattice produced while adjusting the laminated thickness and a low temperature varistor using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】セラミックス材料の開発において、人工
的にナノメータ・スケールの構造を設計することは、従
来のセラミックス材料には、期待されないような量子論
的なサイズの効果を提供できる。このような効果は、ま
た、トンネル・タイプ・ジョセフソン接合の製造及び、
半導体上に絶縁体或いは誘電体の超薄膜を形成すること
にも応用できる。
2. Description of the Related Art In the development of ceramic materials, artificially designing a nanometer-scale structure can provide a quantum size effect which is not expected in conventional ceramic materials. Such an effect is also obtained by manufacturing a tunnel type Josephson junction and
It can also be applied to forming an ultra thin film of an insulator or a dielectric on a semiconductor.

【0003】然し乍ら、今までに、セラミックス超格子
は、半導体超格子の作製に見られるような、良く制御さ
れた方法で合成されていない。
However, to date, ceramic superlattices have not been synthesized by the well-controlled methods found in the fabrication of semiconductor superlattices.

【0004】ペロブスカイト型結晶酸化物セラミックス
を薄膜化することにより、ペロブスカイト型結晶の持つ
強誘電性、超伝導性等の機能を、電子デバイスとして応
用しようとする試みは、既に、行なわれている。然し乍
ら、従来のペロブスカイト型結晶酸化物薄膜は、多結晶
であるため、薄膜中に存在する粒界等の影響により、バ
ルク結晶の持つ特性を十分に発揮させることができなか
った。
Attempts have already been made to apply the functions of the perovskite type crystal, such as ferroelectricity and superconductivity, to electronic devices by thinning the perovskite type crystal oxide ceramics. However, since the conventional perovskite type crystal oxide thin film is a polycrystal, the characteristics of the bulk crystal cannot be sufficiently exhibited due to the influence of grain boundaries and the like existing in the thin film.

【0005】また、従来のペロブスカイト型結晶酸化物
薄膜は、単層膜であることが多く、薄膜の機能を変化さ
せるには、膜を固溶体化させることが行なわれている
が、得られる特性、機能は、同等の組成のバルク結晶を
越えるものではない。
Further, the conventional perovskite type crystal oxide thin film is often a single layer film, and in order to change the function of the thin film, the film is made into a solid solution. The function does not go beyond bulk crystals of comparable composition.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、セラミック
ス超格子のナノメータ・スケールの設計を可能にする技
術を提供することを目的とする。また、本発明は、セラ
ミックス超格子の構造を、物理化学的に安定化する方法
とそれにより得られるセラミックス超格子を提供するこ
とを目的とする。即ち、本発明は、そのセラミックス超
格子の周期を、分子層オーダーで正確に制御して、作成
したセラミックス超格子及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。更に、本発明は、酸化物セラミックス
薄膜の物性を、物質固有のものから拡大し、新規なデバ
イスに応用できる超格子構造材料を提供することを目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a technique capable of designing a ceramic superlattice on a nanometer scale. It is another object of the present invention to provide a method for physicochemically stabilizing the structure of a ceramic superlattice and a ceramic superlattice obtained by the method. That is, it is an object of the present invention to provide a ceramics superlattice prepared by precisely controlling the period of the ceramics superlattice on the order of molecular layers and a method for producing the same. It is another object of the present invention to provide a superlattice structure material that can be applied to a novel device by expanding the physical properties of the oxide ceramic thin film from those specific to the substance.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の技術的
な課題の解決のためになされたもので、少なくとも2種
類の酸化物セラミックスを、例えば、反射高速電子線回
折(RHEED)の強度振動数を数えることにより、各
酸化物層の成長厚(層内の単位相の数[ユニットセ
ル])を調整しながら、順次積層することを特徴とする
セラミックス超格子を提供する。そして、少なくとも2
種類の酸化物セラミックスを積層させたセラミックス超
格子において、前記酸化物セラミックスが、ペロブスカ
イト型結晶であり、且つ互いに結晶方位を一定の関係に
保って基板上に成長しており、該ペロブスカイト型結晶
の層の成長厚さは、該ペロブスカイト型結晶の単位格子
長を成長単位として、その整数倍となるようにしたこと
を特徴とする前記セラミックス超格子を提供する。
The present invention has been made to solve the above-mentioned technical problems, and at least two kinds of oxide ceramics are used, for example, the intensity of reflection high-energy electron diffraction (RHEED). Provided is a ceramics superlattice which is characterized by being sequentially laminated while adjusting the growth thickness of each oxide layer (the number of unit phases in the layer [unit cell]) by counting the frequency. And at least 2
In a ceramics superlattice in which oxide ceramics of different types are laminated, the oxide ceramics are perovskite type crystals, and they are grown on a substrate while keeping their crystal orientations in a constant relationship with each other. The ceramic superlattice is characterized in that the growth thickness of the layer is an integral multiple of the unit lattice length of the perovskite type crystal as a growth unit.

【0008】そのペロブスカイト型結晶の酸化物は、S
rVO3-X及びSrTiO3-Y(0≦X、Y≦0.5)が
好適である。また、そのセラミックス超格子は、温度1
00K以下で動作させる低温バリスターとしても用いる
ことができる。更に、その基板は、ペロブスカイト型結
晶酸化物の単結晶或いは単結晶薄膜であることが好適で
ある。また、そのペロブスカイト型結晶酸化物の単結晶
基板は、SrTiO3が好適である。
The perovskite type crystal oxide is S
rVO 3-X and SrTiO 3-Y (0 ≦ X, Y ≦ 0.5) are preferable. Also, the ceramic superlattice has a temperature of 1
It can also be used as a low temperature varistor operated at 00K or less. Further, the substrate is preferably a single crystal or single crystal thin film of perovskite type crystal oxide. The single crystal substrate of the perovskite type crystal oxide is preferably SrTiO 3 .

【0009】[0009]

【作用】本発明により、酸化物セラミックス薄膜の機
能、特性を、その物質固有の特性以上のものとすること
ができる方法を提供した。即ち、複数の物質からなる各
単結晶相を超格子構造とすることにより、その薄膜の物
性、機能を安定なものとすることができた。また、酸化
物セラミックス薄膜の物性を、物質固有のものから拡大
でき、新規なデバイスに応用することができる。本発明
により、酸化物セラミックス結晶を積層化し、超格子化
することにより、複合セラミックスを単結晶体とし、物
理化学的に安定化し、その機能、物性を安定なものとす
ることができる。即ち、単結晶体よりなる超格子を作製
するために、その超格子を構成する物質として同一結晶
構造のものを選択し、界面での結晶構造の不連続性を最
小にし、即ち、格子定数のみの差に抑え、特にペロブス
カイト型結晶構造の物質を選ぶことにより、この結晶構
造に特徴的な、強誘電性、常、超伝導性等の特性を、そ
の超格子に反映させることができる。
According to the present invention, a method is provided in which the function and characteristics of the oxide ceramic thin film can be made more than the characteristics peculiar to the substance. That is, by making each single crystal phase composed of a plurality of substances a superlattice structure, the physical properties and functions of the thin film could be made stable. Further, the physical properties of the oxide ceramics thin film can be expanded from those specific to the substance, and can be applied to a new device. According to the present invention, by laminating oxide ceramic crystals and forming a superlattice, the composite ceramic can be made into a single crystal body and can be physically and chemically stabilized, and its function and physical properties can be made stable. That is, in order to produce a superlattice composed of a single crystal body, a substance having the same crystal structure is selected as a material forming the superlattice to minimize the discontinuity of the crystal structure at the interface, that is, only the lattice constant is It is possible to reflect the characteristics such as ferroelectricity, ordinary superconductivity, and the like, which are characteristic of this crystal structure, in the superlattice by suppressing the difference between the above and particularly by selecting a substance having a perovskite type crystal structure.

【0010】以下、本明細書においては、本発明を、S
rTiO3、SrVO3の実施例について、説明するが、
本発明は、それに限定されず、他の種の酸化物、セラミ
ックス材料の超格子についても、同様に製造でき、応用
できることは、言うまでもない。また、本発明の説明に
は、便宜上、反射高速電子線回折(RHEED)の強度
振動数を数えることにより、層厚を調整すると述べた
が、本発明は、勿論、その他の膜厚測定方法を用いるこ
とでも、実施可能であり、これらの方法に何ら束縛され
るものではない。
Hereinafter, in the present specification, the present invention will be described as S
Examples of rTiO 3 and SrVO 3 will be described.
It goes without saying that the present invention is not limited to this, and can be similarly produced and applied to superlattices of other kinds of oxides and ceramic materials. In the description of the present invention, for the sake of convenience, it has been stated that the layer thickness is adjusted by counting the intensity frequency of reflection high-energy electron diffraction (RHEED). However, the present invention is not limited to the other film thickness measuring methods. It can also be implemented and is not bound by these methods.

【0011】その超格子の特性に量子論的な効果を更に
付与するために、超格子の周期、即ち、各層の厚さを、
例えば、ペロブスカイト型結晶が安定な最小サイズであ
るその単位格子長、つまり、{100}面、{110}
面、{111}面等の最低ミラー指数で表すことができ
る面の面間隔を、単位として、その整数倍長になるよう
に作製する。即ち、そのセラミックス超格子の周期を、
分子層オーダーで正確に制御し、作製しなければならな
い。
In order to further add a quantum effect to the characteristics of the superlattice, the period of the superlattice, that is, the thickness of each layer is
For example, the unit cell length of a perovskite type crystal having a stable minimum size, that is, {100} plane, {110}
Fabrication is performed such that the surface spacing of the surfaces such as the surface and the {111} surface, which can be represented by the lowest Miller index, is an integral multiple thereof. That is, the period of the ceramic superlattice is
It must be precisely controlled and produced on the molecular layer order.

【0012】その超格子周期をペロブスカイト型結晶の
単位格子長を単位として、正確に制御するためには、そ
の単結晶薄膜成長中に観察される反射高速電子線回折
(以下、本明細書においては、RHEEDと称する)パ
ターンの強度が、その成長方位の単位格子長を周期とし
て振動することを利用するものである。即ち、薄膜成長
中のRHEED強度振動数(即ち、RHEED強度の堆
積時間に対する変化プロファィルで現れる山の数)を数
えることにより、単位格子長の整数倍(n≧1)の制御
を可能とする。
In order to accurately control the superlattice period by using the unit lattice length of the perovskite type crystal as a unit, the reflection high-energy electron diffraction observed in the growth of the single crystal thin film (hereinafter, in the present specification, , RHEED) of the pattern is utilized to vibrate with the unit lattice length of the growth direction as a period. That is, by counting the RHEED intensity frequency during growth of the thin film (that is, the number of peaks appearing in the profile in which the RHEED intensity changes with respect to the deposition time), it is possible to control the integral multiple of the unit lattice length (n ≧ 1) ..

【0013】例えば、互いに格子定数が近く、且つ互い
に層状エピタキシャル成長する(SrVO3-X)(a軸長
=0.385nm)(以下、図面及び明細書で、SVO
と略称する)と(SrTiO3-Y)(a軸長=0.390
nm)(以下、図面及び明細書で、STOと略称する)
(但し、0≦X、Y<0.5)を超格子化することは、
RHEED強度振動数により単位格子長オーダーで、周
期制御されたエピタキシャル人工超格子の作製方法によ
り可能になる。
For example, (SrVO 3−X ) (a-axis length = 0.385 nm) having lattice constants close to each other and layered epitaxial growth with each other (hereinafter referred to as SVO in the drawings and the specification).
And (SrTiO 3 —Y ) (a-axis length = 0.390)
nm) (hereinafter, abbreviated as STO in the drawings and specification)
(However, to make 0 ≦ X, Y <0.5) superlattice,
This can be achieved by a method of manufacturing an epitaxial artificial superlattice whose period is controlled in the unit lattice length order by the RHEED intensity frequency.

【0014】その(SrVO3-X)/(SrTiO3-Y)(但
し、0≦X、Y<0.5)超格子が、約100Kより低
い温度で、金属的な導電特性から半導体的な導電性に転
移し、且つ、そのような低温での抵抗率がバリスター的
(即ち、IーV特性が非線形)である。このことを、低
温電子バリスターの1つとして利用することができる。
The (SrVO 3−X ) / (SrTiO 3−Y ) (where 0 ≦ X, Y <0.5) superlattice has a semiconducting property at a temperature lower than about 100 K because of its metallic conductive property. It is transformed into conductivity, and the resistivity at such a low temperature is varistor-like (that is, the IV characteristic is non-linear). This can be utilized as one of the low temperature electronic varistor.

【0015】以上のように、例えば、レーザ分子線エピ
タキシー(MBE)技術を利用して、膜堆積中に、その
RHEEDの強度振動を監視することにより、セラミッ
クスエピタキシャル層厚をデジタル的に制御して、積層
できることを証明した。更に、この技術を、セラミック
ス格子工学に拡張し、即ち、セラミックス超格子のシス
テマチックな設計と構築を可能にする。
As described above, for example, the laser molecular beam epitaxy (MBE) technique is used to monitor the intensity vibration of the RHEED during film deposition to digitally control the ceramic epitaxial layer thickness. , Proved that it can be laminated. Furthermore, this technology is extended to ceramic lattice engineering, that is, it enables systematic design and construction of ceramic superlattices.

【0016】本発明のセラミックス超格子及びその作製
方法の技術は、例えば、低温バリスターの作製、超伝導
体の作製、光検出素子、トランジスタ等の酸化物超伝導
素子の作製にも有用である。
The technique of the ceramic superlattice and the method for producing the same of the present invention is also useful for producing a low-temperature varistor, a superconductor, an oxide superconducting element such as a photodetector and a transistor. ..

【0017】次に、本発明による基板上に形成されるセ
ラミックス超格子の構造とその作成方法を、具体的に実
施例により説明するが、本発明はそれらによって限定さ
れるものではない。
Next, the structure of the ceramic superlattice formed on the substrate according to the present invention and the method for producing the same will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.

【0018】[0018]

【実施例1】ペロブスカイト型結晶構造のSrTiO3
とSrVO3結晶は、同一薄膜形成条件下で、RHEE
D強度発振しながら、層状に成長するものであり、超格
子を形成することが容易である。図1は、[(SrVO
3-X)2/(SrTiO3-Y)1]9超格子を作成したときに、
モニターしたRHEED強度振動を示すグラフであり、
緩衝層上に、1〜1.5周期目を作成した段階に対応し
ている。
Example 1 SrTiO 3 having a perovskite crystal structure
And SrVO 3 crystal are RHEE under the same thin film formation conditions.
It grows in layers while oscillating at D intensity, and it is easy to form a superlattice. Figure 1 shows [(SrVO
3-X ) 2 / (SrTiO 3-Y ) 1 ] 9 When a superlattice was created,
FIG. 6 is a graph showing monitored RHEED intensity oscillations,
This corresponds to the stage in which the 1st to 1.5th cycles are created on the buffer layer.

【0019】図1及び図2は、[(SrVO3-X)2(2単位
格子)/(SrTiO3-Y)(1単位)の超格子(9周期)を
作製したときに、観測されたRHEED強度振動の例を
示している。RHEED強度振動は、鏡面反射点を含む
00逆格子ロッド(中央のストリ−ク)上で観察した。
即ち、図1では、基板温度650℃で、真空度1×10
-8トール以上で、先ず、SrTiO3(001)基板上
に、緩衝層として、SrTiO3-Y薄膜を15単位格子
の層で、レーザMBE法で積層形成したものである。
1 and 2 were observed when a [(SrVO 3-X ) 2 (2 unit lattice) / (SrTiO 3-Y ) (1 unit) superlattice (9 periods) was prepared. An example of RHEED intensity vibration is shown. RHEED intensity oscillations were observed on a 00 reciprocal lattice rod (center strike) containing specular reflection points.
That is, in FIG. 1, the substrate temperature is 650 ° C. and the degree of vacuum is 1 × 10.
At -8 Torr or more, first, a SrTiO 3 —Y thin film as a buffer layer is laminated by a laser MBE method in a 15 unit lattice layer on a SrTiO 3 (001) substrate.

【0020】この処理により、基板のRHEEDパター
ンのストリークは、高輝度な鋭いストリ−クに変化し、
SrTiO3-Y層(約6nm厚)が基板の表面状態を向
上させるための緩衝層として働いていると判断できた。
次に、SrTiO3−Y緩衝層のRHEED強度が充分
に回復した後、更に、(SrVO3-X)2(2単位格子)、
(SrTiO3-Y)1(1単位格子)の順で、RHEED強度
振動数を数えながら積層した。図2は、このように、3
から5周期目の積層に対応した、RHEED強度振動の
変化を示すものである。9周期目のSrTiO3-Y
で、積層を終了した。超格子の作製中のRHEEDパタ
ーンは、常にストリーク状であり、菊池ラインも明瞭に
観察できた。尚、以下、SrVO3-Xは、SVOと称
し、SrTiO3-Yは、STOと称する。
By this treatment, the streak of the RHEED pattern of the substrate changes into a high-intensity sharp strike,
It was judged that the SrTiO 3 —Y layer (about 6 nm thick) worked as a buffer layer for improving the surface condition of the substrate.
Next, after the RHEED intensity of the SrTiO 3 -Y buffer layer is sufficiently recovered, (SrVO 3 -X ) 2 (2 unit cell),
(SrTiO 3 —Y ) 1 (1 unit lattice) was laminated in this order while counting the RHEED intensity frequency. As shown in FIG.
It shows a change in the RHEED intensity vibration corresponding to the stacking in the fifth period from. The lamination was completed with the SrTiO 3 —Y layer in the 9th cycle. The RHEED pattern during fabrication of the superlattice was always streak-like, and the Kikuchi line was also clearly observed. Hereinafter, SrVO 3-X will be referred to as SVO, and SrTiO 3-Y will be referred to as STO.

【0021】図3は、作製した[(SrVO3-X)2/(Sr
TiO3-Y)1]9超格子膜[(SrVO3-X)2を2単位格子と
(SrTiO3-Y)を1単位格子の組合わせを9単位格子
積層したもの]のX線回折を示している。SiVO3-X
らの回折ピークは、SrTiO3と格子定数が近いため
に、SrTiO3の(002)ピークの高角度側の肩と
なって現れている。また、超格子周期が、9周期と少な
いために、ラウエ回折関数の副極大ピークが、図3で矢
印で示した位置に検出される。(矢印のピーク)
FIG. 3 shows the prepared [(SrVO 3-X ) 2 / (Sr
TiO 3-Y ) 1 ] 9 superlattice film [(SrVO 3-X ) 2 is used as a two-unit lattice.
X-ray diffraction of a combination of 1 unit lattice of (SrTiO 3 —Y ) and 9 unit lattices laminated] is shown. Diffraction peaks from SIVO 3-X, in order SrTiO 3 and the lattice constants are close, and appears as a high angle side of the shoulder of the SrTiO 3 (002) peak. Further, since the superlattice period is as short as 9 periods, the sub-maximum peak of the Laue diffraction function is detected at the position shown by the arrow in FIG. (Arrow peak)

【0022】ラウエ関数ピークの谷部の角度位置より計
算した超格子の総膜厚は、10.3nmであり、設計値
10.4nmと一致した。また、触針法により測定した
緩衝層を含めた超格子の総膜厚は、15nmであり、設
計値16.3nmとほぼ一致した。以上の結果より、
[(SrVO3-X)2/(SrTiO3-Y)1]9超格子が、ほぼ
設計通りの構造に構築できたことを確認した。
The total film thickness of the superlattice calculated from the angular position of the valley portion of the Laue function peak was 10.3 nm, which was in agreement with the design value 10.4 nm. In addition, the total film thickness of the superlattice including the buffer layer measured by the stylus method was 15 nm, which almost coincided with the design value of 16.3 nm. based on the above results,
It was confirmed that the [(SrVO 3-X ) 2 / (SrTiO 3-Y ) 1 ] 9 superlattice was constructed in a structure almost as designed.

【0023】[0023]

【実施例2】セラミックス超格子の一周期を厚くした実
験を行なった結果は、次の通りである。図4は、SrT
iO3(001)基板上に、温度700℃で作製した[S
rVO3-X(4nm)/SrTiO3-Y(4nm)]5超格子の、2周
期目のRHEED強度振動を示すグラフである。
Example 2 The following is the result of an experiment in which one period of the ceramic superlattice is thickened. Figure 4 shows SrT
Fabricated on an iO 3 (001) substrate at a temperature of 700 ° C. [S
3 is a graph showing the RHEED intensity vibration of the second period of rVO 3-X (4 nm) / SrTiO 3-Y (4 nm)] 5 superlattice.

【0024】図5は、作成したセラミックス超格子のX
RDパターンを示すグラフである。(図5中で2、3、
4と示したピークは、各々超格子構造に起因する2次、
3次、4次のサテライト・ピークであり、サテライト・
ピーク間の3本のピークは、超格子周期が5と少ないこ
とに起因した、(5ー2=3)本のラウエ関数ピークで
ある。)観察されたサテライト・ピークの角度位置より
計算した一周期の厚さは、8.6nmであり、設計値
8.0nmと良く一致した。 副極大ピークの隣合う谷
の角度位置より計算した超格子の総膜厚は、34nmで
あり、また、触針法により測定した値は、35nmであ
り、設計値40nmとほぼ一致した。これらの結果か
ら、ほぼ設計通りの超格子の構造が、作製できたことを
確認した。
FIG. 5 shows X of the ceramic superlattice prepared.
It is a graph which shows a RD pattern. (2, 3, in Figure 5
The peaks shown as 4 are secondary due to the superlattice structure,
It is the satellite peak of the 3rd and 4th order,
The three peaks between the peaks are (5-2 = 3) Laue function peaks due to the small superlattice period of 5. ) The thickness of one cycle calculated from the observed angular positions of satellite peaks was 8.6 nm, which was in good agreement with the design value of 8.0 nm. The total film thickness of the superlattice calculated from the angular positions of the adjacent valleys of the sub-maximum peak was 34 nm, and the value measured by the stylus method was 35 nm, which was almost the same as the design value of 40 nm. From these results, it was confirmed that a superlattice structure almost as designed was produced.

【0025】[0025]

【実施例3】実施例1及び2で行なった超格子作成条件
において、SrVO3-Xは、n型導電体、SrTiO3-Y
も酸素欠損状態のn型導電体である。基板温度650℃
で作製した、各エピタキシャル単薄膜:SrTiO3-Y
とSrVO3-Xの低温抵抗率を測定した結果を、図6に
示す。作製した薄膜厚は、約15nmであり、測定電流
を1μAから10mAまで変化させても、結果は同じで
あった。
[Embodiment 3] Under the superlattice formation conditions performed in Embodiments 1 and 2, SrVO 3-X is an n-type conductor, SrTiO 3-Y.
Is also an oxygen-deficient n-type conductor. Substrate temperature 650 ° C
Each epitaxial single thin film produced by: SrTiO 3-Y
The results of measuring the low temperature resistivity of SrVO 3 -X and SrVO 3 -X are shown in FIG. The thickness of the prepared thin film was about 15 nm, and the result was the same even when the measurement current was changed from 1 μA to 10 mA.

【0026】いずれの薄膜でも、抵抗率が温度低下に伴
って減少する金属的な挙動を示し、測定電流を、0.0
01mAから10mAまで変化させても、プロファイル
はまったく同じであった。各エピタキシャル膜の抵抗率
の測定は、膜を4×4mmの正方形に切り出し、蒸着金
電極を用いた4端子法で測定した。
Each of the thin films exhibits a metallic behavior in which the resistivity decreases with a decrease in temperature, and the measured current is 0.0
The profile was exactly the same when changing from 01 mA to 10 mA. The resistivity of each epitaxial film was measured by cutting the film into a square of 4 × 4 mm and measuring by a four-terminal method using a vapor deposition gold electrode.

【0027】図7は、[(SrVO3-X)2/(SrTiO
3-Y)1]9超格子の低温抵抗率である。超格子化すること
により、抵抗率の温度依存は、約100Kで、[金属
的]から[半導体的]に変化した。また、約100K以
下の温度では、半導体に転移した後の抵抗率が、測定時
の電流に大きく依存して変化した。一連の測定の後に、
大気中に取り出したサンプルを、再度測定したが、全く
同様な結果が得られた。
FIG. 7 shows that [(SrVO 3-X ) 2 / (SrTiO 3
3-Y ) 1 ] 9 Superlattice low temperature resistivity. Due to superlattice formation, the temperature dependence of the resistivity changed from [metallic] to [semiconductor] at about 100K. Further, at a temperature of about 100 K or less, the resistivity after transferring to the semiconductor changed greatly depending on the current at the time of measurement. After a series of measurements,
The sample taken out into the air was measured again, and the same result was obtained.

【0028】図8は、図7の測定結果を、導電率と印加
電場の関係に整理したグラフである。●は、100K以
上の温度での金属的挙動を示し、○は低温での半導体的
挙動を示す。各曲線は、各温度での導電率と印加電場の
関係に対応している。[(SrVO3-X)(4nm)/(SrTi
3-Y)(4nm)]5超格子においても、図9に示すように、
約100Kの温度で、[金属・半導体転移]が観測でき
た。尚、図9には、図4に示す[(SrVO3-X)(4nm)/
(SrTiO3-Y)(4nm)]9超格子と同一条件(即ち700
℃の基板温度)で作製した各単体膜の抵抗率を示してあ
る。この[金属・半導体転移]は、各単体結晶及びSr
(V,Ti)O3固溶体においては、確認されておらず、
[(SrVO3-X)/(SrTiO3-Y)]の超格子に固有な特
性と考えられる。
FIG. 8 is a graph in which the measurement results of FIG. 7 are arranged in the relationship between conductivity and applied electric field. ● indicates metallic behavior at a temperature of 100 K or higher, and ○ indicates semiconductor behavior at low temperature. Each curve corresponds to the relationship between conductivity and applied electric field at each temperature. [(SrVO 3-X ) (4nm) / (SrTi
Even in the case of O 3−Y ) (4 nm)] 5 superlattice, as shown in FIG.
[Metal-semiconductor transition] could be observed at a temperature of about 100K. In addition, in FIG. 9, [(SrVO 3-X ) (4 nm) /
(SrTiO 3 —Y ) (4 nm)] 9 Same condition as superlattice (ie 700
The resistivity of each single film produced at a substrate temperature of ° C) is shown. This [metal-semiconductor transition] is for each single crystal and Sr.
It has not been confirmed in the (V, Ti) O 3 solid solution,
This is considered to be a characteristic peculiar to the superlattice of [(SrVO 3-X ) / (SrTiO 3-Y )].

【0029】以上の結果から、[(SrVO3-X)/(Sr
TiO3-Y)]超格子の電流ー電圧(IーV)特性が、1
00K以下の温度で非線形であることを意味しており、
その超格子を、100K以下の低温で動作させるための
低温バリスターとして応用できることを示している。
From the above results, [(SrVO 3-X ) / (SrVO
TiO 3 −Y )] superlattice has a current-voltage (IV) characteristic of 1
It means that it is non-linear at temperatures below 00K,
It is shown that the superlattice can be applied as a low temperature varistor for operating at a low temperature of 100K or less.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のセラミッ
クス超格子により、以下にまとめるような顕著な技術的
効果が得られた。即ち、セラミックス超格子の合成が、
良く制御された方法で可能になり、セラミックス格子工
学の新規な分野が開かれ、セラミックス超格子で量子論
的な効果を期待させる。第2に、物理化学的に安定なペ
ロブスカイト型結晶超格子を提供することができた。
As described above, the ceramic superlattice of the present invention has the following remarkable technical effects. That is, the synthesis of ceramics superlattice
This will be possible in a well-controlled manner, opening up a new field of ceramics lattice engineering, and expecting quantum effects in ceramics superlattices. Second, it was possible to provide a physicochemically stable perovskite type crystal superlattice.

【0031】第3に、レーザMBE処理成膜技術によ
り、超格子を得ることができ、特異な機能を薄膜に付与
し、この機能を電子デバイスに応用することができる技
術を提供することができた。第4に、更に、(SrVO
3-X)/(SrTiO3-Y)超格子よりなる、低温動作バリ
スターを提供することができた。
Thirdly, by the laser MBE processing film forming technique, a superlattice can be obtained, a unique function can be imparted to a thin film, and a technique capable of applying this function to an electronic device can be provided. It was Fourth, (SrVO
It was possible to provide a low temperature operation varistor composed of a 3-X ) / (SrTiO 3 -Y ) superlattice.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】[(SrVO3-X)2/(SrTiO3-Y)1]9超格子
を作成したときに、モニターしたRHEED強度振動を
示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing RHEED intensity oscillation monitored when a [(SrVO 3-X ) 2 / (SrTiO 3-Y ) 1 ] 9 superlattice was prepared.

【図2】[(SrVO3-X)2/(SrTiO3-Y)1]9超格
子、3〜5周期目で作成したときに、モニターしたRH
EED強度振動を示すグラフである。
FIG. 2 [(SrVO 3-X ) 2 / (SrTiO 3-Y ) 1 ] 9 superlattice monitored RH when prepared in the 3rd to 5th periods
It is a graph which shows EED intensity vibration.

【図3】図1、2の[(SrVO3-X)2/(SrTiO3-Y)
1]9超格子を作成したときのX線回折(XRD)パター
ンを示すグラフである。
FIG. 3 shows [(SrVO 3-X ) 2 / (SrTiO 3-Y ) in FIGS.
1 ] 9 is a graph showing an X-ray diffraction (XRD) pattern when a superlattice is formed.

【図4】[(SrVO3-X)(4nm)/(SrTiO3-Y)(4nm)]
5超格子を作製した時にモニタ−したRHEED強度の
変化の例(基板温度700℃)を示すグラフである。
FIG. 4 [(SrVO 3-X ) (4 nm) / (SrTiO 3-Y ) (4 nm)]
5 is a graph showing an example (substrate temperature 700 ° C.) of change in RHEED intensity monitored when a 5 superlattice was manufactured.

【図5】[(SrVO3-X)(4nm)/(SrTiO3-Y)(4nm)]
5で設計し、作製した超格子の、XRDパターンであ
る。
FIG. 5 [(SrVO 3-X ) (4 nm) / (SrTiO 3-Y ) (4 nm)]
It is an XRD pattern of the superlattice designed and produced in 5 .

【図6】基板温度650℃で作製した(SrVO3-X)、
(SrTiO3-Y)エピタキシャル薄膜の低温抵抗率を示
す。
FIG. 6 was prepared at a substrate temperature of 650 ° C. (SrVO 3-X ),
The low temperature resistivity of the (SrTiO 3 —Y ) epitaxial thin film is shown.

【図7】基板温度650℃で作製した、[(SrVO3-X)
2/(SrTiO3-Y)1]9超格子の、低温電気抵抗率を示
す。
FIG. 7: [(SrVO 3-X ) fabricated at a substrate temperature of 650 ° C.
2 shows the low temperature electrical resistivity of a 2 / (SrTiO 3 —Y ) 1 ] 9 superlattice.

【図8】図7から求めた、[(SrVO3-X)2/(SrTi
3-Y)1]9超格子の導電率と印加電場との関係を示す。
8] [(SrVO 3-X ) 2 / (SrTi obtained from FIG. 7]
The relationship between the conductivity of the O 3-Y ) 1 ] 9 superlattice and the applied electric field is shown.

【図9】図4に示す、[(SrVO3-X)(4nm)/(SrTi
3-Y)(4nm)]5超格子、及び同一条件(700℃)で作
製した各単体薄膜の、低温抵抗率を示す。
FIG. 9 shows [(SrVO 3-X ) (4 nm) / (SrTi shown in FIG.
O 3 −Y ) (4 nm)] 5 superlattice and low temperature resistivity of each single thin film prepared under the same conditions (700 ° C.).

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも2種類の酸化物セラミックスを
積層させたセラミックス超格子において、前記酸化物セ
ラミックスが、ペロブスカイト型結晶であり、且つ互い
に一定の結晶方位の関係を保って基板上に成長してお
り、該ペロブスカイト型結晶の層の成長厚さを、該ペロ
ブスカイト型結晶の単位格子長を成長単位として、その
整数倍となるようにしたことを特徴とする前記セラミッ
クス超格子。
1. A ceramics superlattice in which at least two kinds of oxide ceramics are laminated, wherein the oxide ceramics are perovskite type crystals and are grown on a substrate while maintaining a constant crystal orientation relationship with each other. The ceramic superlattice is characterized in that the growth thickness of the layer of the perovskite type crystal is an integral multiple of the unit lattice length of the perovskite type crystal as a growth unit.
【請求項2】前記のペロブスカイト型結晶の酸化物は、
SrVO3-X及びSrTiO3-Y(0≦X、Y≦0.5)
であることを特徴とする請求項1に記載のセラミックス
超格子。
2. The oxide of the perovskite type crystal is
SrVO 3-X and SrTiO 3-Y (0 ≦ X, Y ≦ 0.5)
The ceramic superlattice according to claim 1, wherein
【請求項3】前記の基板は、ペロブスカイト型結晶酸化
物の単結晶或いは単結晶薄膜であることを特徴とする請
求項1或いは請求項2に記載のセラミックス超格子。
3. The ceramic superlattice according to claim 1 or 2, wherein the substrate is a single crystal or a single crystal thin film of a perovskite type crystal oxide.
【請求項4】前記のペロブスカイト型結晶酸化物の単結
晶基板が、SrTiO3であることを特徴とする請求項
3に記載のセラミックス超格子。
4. The ceramic superlattice according to claim 3, wherein the single crystal substrate of the perovskite type crystal oxide is SrTiO 3 .
【請求項5】請求項1〜4のいずれかに記載のセラミッ
クス超格子において、前記ペロブスカイト型結晶の層の
成長厚さが、該結晶膜の成長中に観察される反射高速電
子線回折(RHEED)のパターンの強度振動数を数え
ることにより、調整されたことを特徴とする請求項1〜
4のいずれかに記載のセラミックス超格子。
5. The ceramic superlattice according to any one of claims 1 to 4, wherein the growth thickness of the perovskite type crystal layer is the reflection high energy electron diffraction (RHEED) observed during the growth of the crystal film. ) Is adjusted by counting the intensity frequency of the pattern).
4. The ceramic superlattice according to any one of 4 above.
【請求項6】前記の請求項1〜5のいずれかに記載のセ
ラミックス超格子を用いた、温度100K以下で動作さ
せる低温バリスター。
6. A low-temperature varistor using the ceramic superlattice according to claim 1, which is operated at a temperature of 100 K or less.
【請求項7】少なくとも2種類の酸化物セラミックス
を、反射高速電子線回折(RHEED)の強度振動数を
数えながら、各酸化物層の層数を調整して、順次に、積
層していき、超格子構造を作製することを特徴とする2
種類以上の酸化物セラミックス薄膜よりなるセラミック
ス超格子の製造方法。
7. At least two kinds of oxide ceramics are sequentially laminated by adjusting the number of oxide layers while counting the intensity frequency of reflection high energy electron diffraction (RHEED). Characterized by making a superlattice structure 2
A method for manufacturing a ceramics superlattice comprising at least one kind of oxide ceramics thin film.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003012826A3 (en) * 2001-07-25 2003-09-25 Motorola Inc Monitoring and controlling perovskite oxide film growth
WO2003012831A3 (en) * 2001-07-25 2004-03-18 Motorola Inc Structure including a monocrystalline perovskite oxide layer
US6806202B2 (en) 2002-12-03 2004-10-19 Motorola, Inc. Method of removing silicon oxide from a surface of a substrate

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