DE19634645A1 - Schichtenfolge sowie eine solche enthaltendes Bauelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schichtenfolge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Desweiteren betrifft die Erfindung ein kryogenes Bauelement gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 6.

Grundlage für Bauelemente der Supraleitungselektronik ist ein epitaktisches Multilagensystem mit wenigstens einer Schichtenfolge, in welcher das supraleitende Ma­ terial Grenzflächen zu nichtsupraleitenden Materialien bildet. Soll das Bauelement auf ein gewünschtes Substrat aufgewachsen werden, kann gegebenenfalls eine Pufferschicht erforderlich sein.

Als Stand der Technik ist folgendes bekannt:

1. Bauelemente der Supraleitungselektronik

Epitaktische Schichtenfolgen bzw. Multilagensysteme für solche Bauelemente bestehen aus einem oder mehreren epitaktischen Dünnfilmen eines hochtemperatursupralei­ tenden Materials und einem oder mehreren epitaktischen Dünnfilmen aus nichtsupraleitenden Material. Diese nichtsupraleitenden Materialien können dabei zum Bei­ spiel die Funktion einer isolierenden Schicht, eines Barrierenmaterials in Josephson-Kontakten, einer Passi­ vierung oder einer Diffusionssperre ausüben. Aufgrund der Eigenschaften der Hochtemperatursupraleiter werden an diese nichtsupraleitenden Materialien folgende An­ forderungen gestellt:
Das nicht supraleitende Material soll sowohl auf dem Hochtemperatursupraleiter als auch der Hochtemperatur­ supraleiter auf dem nichtsupraleitenden Material epi­ taktisch wachsen, und zwar in der gewünschten kristal­ lografischen Orientierung. Die so entstehenden Grenz­ fläche sollen atomar scharf sein, es sollen sich in ih­ rer Umgebung keine fehlorientierten Bereiche und Fremd­ phasen bilden.

Unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten dürfen auch bei größeren Schichtdicken der Materialien und mehrmaligen durchlaufen von thermischer Zyklen nicht zu Rißbildung führen.

In Bauelementen aus epitaktischen Multilagen, in wel­ cher die unterschiedlichen Schichten untereinander oder gegenüber dem Substrat unterschiedliche Gitterkonstan­ ten aufweisen, sollen möglichst keine Versetzungen oder starke Verspannungen oder eine sonstige Form einer Git­ terfehlordnung in den einzelnen Schichten auftreten, da diese die Funktion des Bauelements negativ beeinflussen können. Die durch die Gitterfehlpassung entstehende Gitterverspannung soll im Idealfall direkt an der Grenzfläche abgebaut werden, so daß die Schichtbereiche in der Umgebung der Grenzfläche möglichst verzerrungs­ frei sind.

2. Pufferschichten

Anwendungsorientierte Anforderungen können es erforder­ lich machen, die Hochtemperatursupraleiter-Dünnschicht oder das eine solche Schicht enthaltende Bauelement auf ein Substrat wachsen zu lassen, welches z. B. unter dem Aspekt der Gitterfehlpassung nicht geeignet ist.

Beispiele hierfür sind die Materialien Silizium oder Saphir. Beide reagieren in unerwünschter Weise chemisch mit dem Hochtemperatursupraleiter YBa₂Cu₃O_7-z, haben im Vergleich zu diesen eine große Differenz in den thermi­ schen Ausdehnungskoeffizienten und im Falle des Saphirs eine große Gitterfehlpassung im Bereich von 7-11%, ab­ hängig von der betrachteten kristallografischen Rich­ tung. Um trotzdem eine Epitaxie auf diesen Substraten zu ermöglichen, werden eine oder mehrere sogenannte Pufferschichten eingesetzt, die zwischen Substrat und Dünnschicht/Dünnschichtsystem angeordnet sind. Der Puf­ fer bietet der YBa₂Cu₃O_7-z eine glattere und sauberere Oberfläche als das Substrat.

Ferner kann die Schicht als Diffusionssperre wirken.

Besonders für dünne supraleitende Schichten ist es ent­ scheidend, daß in der Nähe der Grenzfläche im Supralei­ ter möglichst keine Gitterverzerrung auftritt. Die Puf­ ferschichten dienen damit dem Zweck, Eigenschaften der supraleitenden Dünnschicht auf einem gegebenem Substrat zu verbessern.

Die Anforderungen an die Qualität von Pufferschichten sind denen der nichtsupraleitenden Schichten für Bau­ elemente vergleichbar. Es ist vorstellbar, bestimmte Nachteile einer Pufferschicht in Kauf zu nehmen. Bei­ spielsweise ist eine lokale Absenkung des Ordnungspara­ meters an der Grenzfläche zwischen Substrat und Hochtemperatursupraleiter in einem gewissen Umfang hin­ nehmbar, wenn die Schichtdicke des Supraleiters größer als beispielsweise 30 nm ist.

Für Silizium wird beispielsweise Yttrium-stabilisiertes Zyrkon (YSZ) als Pufferschicht verwendet. Die Gitter­ fehlpassung von YSZ ist mit bis zu 6% relativ groß. Es wurde zwar eine Sprungtemperatur von 90K für YBa₂Cu₃O_7-z auf YSZ berichtet, doch zeigte die Untersuchung der Mi­ krostruktur, daß in c-Achsen-orientierten Dünnschichten Bereiche enthalten sind, welche fehlorientiert sind.

Diese beeinträchtigen als schwache Kontakte beispiels­ weise die Stromtragfähigkeit.

Im Falle des Saphirs wird beispielsweise CeO₂ als Puf­ fer verwendet. Dabei tritt oft der Fall ein, daß CeO₂ in zwei verschiedenen Orientierungen aufwächst, wodurch sich die Epitaxie der auf dem CeO₂ abgeschiedenen YBa₂Cu₃O_7-z-Schichten deutlich verschlechtert (A.G. Zaitsev et al., Appl. Phys. nett. 67, 1 (1995)).

3. Substratmaterialien

Der Einsatz eines Materials als Substrat für epitakti­ sche Hochtemperatursupraleiter-Dünnfime setzt die Her­ stellbarkeit als makroskopischer Einkristall voraus. Ferner ist zu folgenden spezifischen Anforderungen eine hinreichende Qualität an das in Frage kommende Substratmaterial erforderlich:

• - geringe Gitterfehlpassung zum Dünnschichtmaterial
• - Qualität der Oberfläche
• - Reinheit des Materials
• - Homogenität des Substrats
• - thermodynamische Stabilität
• - geringe Differenz in den thermischen Ausdehnungs­ koeffizienten
• - chemische Kompatibilität mit dem aufzuwachsenden Dünnschichtmaterial.

Zusammenfassend lassen sich folgende Problemfelder er­ kennen, welche mehr oder weniger in jedem der drei dis­ kutierten Anwendungsgebiete - supraleitende Bauelemen­ te, Pufferschichten, Substrate - auftreten:
An einer epitaktischen Grenzfläche zwischen einem nichtsupraleitenden Material und einem Hochtemperatur­ supraleiter können neben Gitterverzerrungen und Gitter­ spannungen auch Fremdphasen und a-Achsen-orientierte Bereiche auftreten. Diese Abweichungen von der idealen Kristallstruktur der Hochtemperatursupraleiter sind oftmals nicht auf einem kleinen Bereich an der Grenz­ fläche beschränkt, sondern beeinflussen den Supraleiter in einem relativ groß ausgedehnten Bereich negativ.

Weiterhin kann es auf Pufferschichten und Substraten mit relativ großer Gitterfehlpassung bei c-Achsen­ orientierten Supraleiterdünnschichten teilweise zu ei­ ner 45°-Rotation in der Substratebene kommen. Dies wur­ de beispielsweise in YBa₂Cu₃O₇-Dünnschichten auf MgO be­ obachtet und führt hier auf Grund der auftretenen Korn­ grenzen zu schlechteren Dünnschichteigenschaften.

Ferner stellen die Gitterfehlpassung und eine Differenz in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Hochtemperatursupraleitern und einem anderen Mate­ rial weitere Problemfelder dar.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung eine Schichtenfol­ ge bzw. ein Bauelement mit einer solchen Schichtenfolge zu schaffen, bei dem eine verbessert gitterfehl­ ordnungsfreie Kristallstruktur an der Grenzfläche zwi­ schen der supraleitenden und nicht-supraleitenden Schicht erreicht wird. Insbesondere soll der Ordnungs­ parameter der supraleitenden Schicht durch Verbinden beider Schichten nicht nachteilig durch Gitterfehlord­ nung beeinträchtigt werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schichtenfolge gemäß der Gesamtheit der Merkmale nach Anspruch 1. Die Auf­ gabe wird ferner gelöst durch ein Bauelement gemäß der Gesamtheit der Merkmale nach Anspruch 6. Weitere zweck­ mäßige oder vorteilhafte Ausführungsformen oder Varian­ ten finden sich in den auf jeweils einen dieser Ansprü­ che rückbezogenen Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Schichtenfolge ist zur Bildung ei­ ner Grenzfläche einsetzbar, die praktisch keine Ver­ spannungen im Hochtemperatursupraleiter oder in der an­ grenzenden nicht-supraleitenden Schicht erzeugt.

Die erfindungsgemäße Schichtenfolge ist zudem geeignet, daß im Hochtemperatursupraleiter keine ausgedehnten Misfit-Versetzungen an der Grenzfläche zwischen den beiden Materialien auftreten.

Zudem ist die erfindungsgemäße Schichtenfolge zur Bil­ dung eines epitaktischen, supraleitenden Bauelement einsetzbar, vorteilhaft unter Vermeidung einerseits ei­ nes a-Achsen-orientierten Wachstums in der hochtempera­ tursupraleitenden Schicht, andererseits beim c-Achsen­ orientierten Wachstum der Hochtemperatursupraleiter­ dünnschichten durch Ausbildung von a-Achsen-orientier­ ten Bereichen an der Grenzfläche in nukleierter Form.

Desweiteren ist die erfindungsgemäße Schichtenfolge da­ zu geeignet, daß bei Pufferschichten bzw. Substraten mit großer Gitterfehlpassung, wie z. B. MgO, keine Korngrenzen in der Supraleiterdünnschicht auftreten, die durch eine 45°-Rotation in der Schichtebene in Teilbereichen einer c-Achsen-orientierten Hochtempera­ tursupraleiterdünnschicht entstehen.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Schichtenfolge eine mögliche Differenz der thermischen Ausdehnungs­ koeffizienten zwischen dem Hochtemperatursupraleiter und einem anderen Material und eine mögliche Gitter­ fehlpassung zwischen dem Hochtemperatursupraleiter und einem anderen Material ausgleichen.

Die Erfindung erstreckt sich auf das Bauelement im Sin­ ne eines epitaktischen Multilagensystems, auf die Puf­ ferschicht und auf das Substrat, falls epitaktische Dünnfilme aus Hochtemperatursupraleiter oder Materia­ lien ähnlicher kristallografischer Struktur verwendet werden. Stellvertretend für die Klasse der Hochtempera­ tursupraleiter wird diesbezüglich das Material YBa₂Cu₃O_7-z bzw. REBa₂Cu₃O_7-z mit RE= Y, Ca, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu genannt.

Die Erfindung ist im weiteren an Hand von Figuren und Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Röntgendiffraktogramm im Bereich der nicht-su­ praleitenden Schicht einer erfindungsgemäßen Schichtenfolge;

Fig. 2 Rocking-Kurve im Bereich der nicht-supralei­ tenden Schicht einer erfindungsgemäßen Schich­ tenfolge;

Fig. 3 Rutherford-Backscattering-Spektrum (RBS) im Bereich der nicht-supraleitenden Schicht einer erfindungsgemäßen Schichtenfolge;

Fig. 4 Random- (oben) und Channeling-(unten) Messung der RBS-Analyse im Bereich der nicht-supralei­ tenden Schicht einer erfindungsgemäßen Schich­ tenfolge;

Fig. 5a TEM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Schich­ tenfolge;

Fig. 5b TEM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Schich­ tenfolge.

Ausführungsbeispiel

In der Fig. 1 ist das Röntgendiffraktogramm einer 120 nm dicken BaTbO₃-Schicht auf einem (100)-orientierten SrTiO₃-Substrat gezeigt. Es wurde bei der Messung die sogenannte Bragg-Bretano-Geometrie verwendet. Neben den mit einem "S" gekennzeichneten Substratreflexen sind deutlich der (100)- und der (200)-Reflex des BaTbO₃ zu erkennen. Im gemessenen Winkelbereich von 2Θ = 5° bis 2Θ = 60° wurden keine weiteren Reflexe, die u. a. auf Fremdphasen hinweisen könnten, beobachtet.

Die Halbwertsbreite der Rocking-Kurve in Fig. 2, ein sogenannter ω-scan, beträgt nur 0,1°, gemessen am (200)-Reflex, was auf eine geringe Winkelverkippung der Netzebenen schließen läßt.

Das Ergebnis der RBS-Untersuchung ist in Fig. 3 ge­ zeigt. Aufgrund des Übereinanderliegens von Meßkurve und Simulation (durchgezogene Linie) konnte auf das richtige Kationenverhältnis geschlossen werden. Die Channeling-Messung, dargelegt in Fig. 4, ergibt ein günstigen Minimum-Yield-Wert von nur 7%.

In der Fig. 5a ist eine TEM-Aufnahme der erfindungsge­ mäßen Heterostruktur gezeigt. Zur Untersuchung mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) wurde eine solche erfindungsgemäße Heterostruktur-Dünnschichtenfolge auf einem SrTiO₃-Substrat hergestellt, bestehend aus folgenden Schichten:

• 1. Schicht 35nm YBa₂Cu₃O_7-z
• 2. Schicht 4-5nm BaTbO₃
• 3. Schicht 35nm YBa₂Cu₃O_7-z
• 4. Schicht 12nm BaTbO₃
• 5. Schicht 35nm YBa₂Cu₃O_7-z

Bei den TEM-Untersuchungen an einer solchen erfindungs­ gemäßen Schichtenfolge ergaben sich folgende Feststel­ lungen:
Es wurde ein epitaktisches Wachstum aller Schichten festgestellt, wobei das YBa₂Cu₃O_7-z vorteilhafterweise ausschließlich c-Achsen-orientiert und das BaTbO₃ nur [100]-orientiert gewachsen ist. Damit wurde eine he­ teroepitaktische Schichtenfolge von BaTbO₃ mit YBa₂Cu₃O_7-z experimentell gezeigt.

An den Grenzflächen wurden keine Fremdphasen und keine fehlorientierten Bereiche, insbesondere kein a-Achsen- Wachstum und keine um 45° in der Schichtebene verdreh­ ten Bereiche beobachtet. Aufgrund der mit 10% großen Gitterfehlpassung von BaTbO₃ zu YBa₂Cu₃O_7-z war zu vermu­ ten, daß wie bei MgO mit ähnlich großer Gitterfehlpas­ sung auch Großwinkel-Korngrenzen, entstanden durch um 45° in der Schichtebene verdrehte Bereiche, und starke Verzerrungen des Gitters in der Nähe eines sehr dichten Vernetzungswerkes auftreten können. Dieses wurde jedoch nicht beobachtet, wie im Ergebnis aus der Fig. 5b ent­ nehmbar ist.

Zwischen der - jeweiligen - BaTbO₃- und YBa₂Cu₃O_7-z- Schicht befindet sich eine nahezu atomar scharfe 6 Å dicke Zwischenschicht mit inkommensurabler Struktur, in welcher die Atomabstände variabel sind und somit durch Spannungen die Gitterfehlpassung nahezu lokal an der Grenzfläche abgebaut werden können (Fig. 5b).

Vermutlich besteht diese Zwischenschicht aus einer sau­ erstoffdefizienten Doppellage, in welcher Kationen va­ riabler Valenz wie Tb^+3/+4 und Cu^+1/+2/+3 beteiligt sind. Es wurde zudem erkannt, daß weder bei der erfindungsge­ mäßen Schichtenfolge in den BaTbO₃- noch in den YBa₂Cu₃O_7-z-Schichten in einem Abstand von weniger als 1 nm von der Grenzfläche entfernt merkliche Gitterverzer­ rungen auftraten (Fig. 5b).

Durch das Einfügen der Zwischenschicht und Variation der atomaren Abstände in dieser, werden die Gitterspan­ nungen, die durch die Kombination von YBa₂Cu₃O_7-z mit BaTbO₃ entstehen, abgebaut. Folglich ist es nicht er­ forderlich den Sauerstoffgehalt in der Nähe der Grenz­ fläche zum Abbauen von Gitterspannungen zu reduzieren.

Als Material für die nicht-supraleitenden Schicht in der Schichtenfolge wird insbesondere die sehr geeig­ nete, perovskitische Verbindung Ba_1-xSr_xTbO₃ vorgeschla­ gen, wobei der Werte x im Bereich von 0 bis 1 gewählt werden kann. Die rhomboedrische Kristallstruktur dieser Verbindung kann auf Grund einer geringen Abweichung von einer kubischen Struktur als pseudo-kubische Perovskit- Struktur aufgefaßt werden. Zwar ist dieses Material be­ kannt (E. Paletta, R. Hoppe, Naturwissenschaften 53, 611 (1966) und A. J. Jacobson, B.C. Tofield, B.E.F. Fender, Acta, Cryst. B28, 956 (1972)). Bisher ist in der Literatur allerdings nur über die Herstellung von Pulverproben berichtet worden. Dünnschichten und makro­ skopische Einkristalle sind jedoch nicht bekannt. Diese Verbindung weist vorteilhafterweise thermodynamisch ei­ ne vergleichsweise hohe Stabilität auf.

Mit der erfindungsgemäßen Schichtenfolge ist gezeigt, daß trotz der großen Gitterfehlpassung von 10%, die Mi­ krostruktur von YBa₂Cu₃O_7-z-Dünnschichten, welche auf BaTbO aufwachsen, nicht durch Gitterverzerrungen, aus­ gedehnte Misfit-Versetzungen, Fremdphasenwachstum, a- Achsen-Wachstum oder Rißbildung gestört wird. Diese Er­ kenntnis Ergebnis beruht wesentlich auf den Eigenschaf­ ten des BaTbO₃, als Grenzfläche zum Hochtemperatursu­ praleiter die oben beschriebene Zwischenschicht zu bil­ den, da diese Zwischenschicht wesentlich zum Abbau der Gitterspannungen beiträgt und auf diese Weise Gitter­ verzerrungen im Supraleiter verhindert.

Es wird angenommen, daß hinsichtlich der Beschaffenheit der Zwischenlage anzunehmen ist, daß Tb-Ionen und/oder Cu-Ionen beteiligt sind und mittels ihrer variablen Va­ lenz den Sauerstoffgehalt und damit die Gitterabstände in der Zwischenschicht variieren. Deshalb kommen auch andere Perovskite, die Ionen variabler Valenz enthal­ ten, zur Ausbildung einer solchen Zwischenschicht als Grenzfläche in Betracht.

Als dem Material BaTbO₃ sehr verwandt sind diesbezüg­ lich insbesondere BaPrO₃ sowie BaCeO₃ zu nennen, wobei Pr und Ce wie Tb ebenfalls drei- oder vierwertig sind. Eine leichte Einschränkung des Materials BaCeO₃ beruht darauf, daß das Ce⁺⁴ wesentlich stabiler als das Ce⁺³ ist und daher die Variabilität der Valenz des Ce-Ions stärker eingeschränkter ist, als es für das Pr und Tb der Fall ist.

Unter der Annahme, daß Tb- und Cu-Ionen variabler Va­ lenz an der Zwischenschicht beteiligt sind, kommen des­ halb auch andere perovskitähnliche Verbindungen, die Cu-, Tb-, Pr- oder Ce-Ionen enthalten, in Verbindung mit Materialien, die mindestens eine CuO₂-Ebene in der Einheitszelle enthalten, in Betracht, die oben be­ schriebene Zwischenschicht als Grenzflächenschicht aus­ zubilden.

Hinsichtlich der chemischer Kompatibilität, sind BaCeO₃ und BaPrO₃ zwar weniger geeignete Kandidaten für Bar­ rierenmaterialien in Josephson-Kontakten, da Pr- und Ce-Ionen die Sprungtemperatur der Hochtemperatursupra­ leiter senken. Dafür sind diese Materialien beispiels­ weise zum Einsatz zur Bildung einer Pufferschicht ge­ eignet. Aufgrund der oben beschriebenen Struktur der Zwischenschicht sind die chemischen Bindungskräfte in dieser Schicht im Vergleich zu denen jenseits der Grenzfläche schwächer. Auf diese Weise ist es möglich, Gitterspannungen jenseits der Grenzfläche auch bei tie­ feren Temperaturen abzubauen.

Die genannten Ergebnisse lassen weiter den Schluß zu, daß BaTbO₃ nicht nur in ein epitaktisches Mehrlagensy­ stem integriert werden kann, sondern sogar als Barrie­ renmaterial in Josephson-Kontakten verwendet werden kann.

Bisher ist noch kein weiteres Material als BaTbO₃ mit Perovskitstruktur bekannt, daß in einer Heterostruktur die Mikrostruktur des YBa₂Cu₃O_7-z selbst an der Grenz­ fläche nicht durch Gitterverzerrungen, ausgedehnte Mis­ fit-Versetzungen, Fremdphasenwachstum, lokales a-Ach­ sen-Wachstum, Rißbildung oder Großwinkelkorngrenzen, entstanden durch um 45° in der Schichtebene verdrehte Schichtbereiche, stört.

Lediglich ein auf weniger als 1 nm Dicke beschränkter Bereich mit leichter Gitterverzerrung ist im Supralei­ ter direkt über der oben beschriebenen Zwischenschicht beobachtet worden.

Zum Einsatz als Puffermaterial auf Substraten, insbe­ sondere in Verbindung mit Hochtemperatur-Dünnschichten ist es daher in besonderem Maße geeignet. Folgende Ge­ sichtspunkte kommen hierfür zum Tragen: BaTbO₃ kann als Pufferschicht auf chemisch nichtkompatiblen Substraten eingesetzt werden, um als Diffusionsbarriere gegen für die Supraleitung schädlichen Substraktionen zu wirken.

Ferner ist eine Verwendung als Pufferschicht auf zu den Hochtemperatursupraleiter gitterfehlgepaßten Substraten wie beispielsweise MgO oder Al₂O₃ möglich, unerwünschte Verspannungen im aufzuwachsenden Dünnfilm zu vermeiden.

Desweiteren ist ein Einsatz als Pufferschicht auf Substraten, wie zum Beispiel Silizium, deren thermische Ausdehnungskoeffizienten stark von denen des aufzuwach­ senden Dünnfilmes abweichen, möglich. Solche Substrate führen ohne Pufferschicht normalerweise zur Rißbildung im Dünnfilm.

Ein aus BaTbO₃/YBa₂Cu₃O_7-z bestehendes epitaktisches He­ terosystem kann auch dazu eingesetzt werden, zwei be­ liebige Materialien, die nicht direkt epitaktisch oder nur mit starken Störungen der Mikrostruktur verbindbar sind, durch Einfügen einer Pufferschicht epitaktisch mit einander zu verbinden. Aufgrund der einfachen, chemi­ schen Zusammensetzung und der hohen thermodynamischen Stabilität der Verbindung ist die Möglichkeit der Her­ stellung makroskopischer Substrat-Einkristalle gegeben.

Es wurden epitaktische BaTbO₃-Dünnschichten auf SrTiO₃- und MgO-Substraten durch RF-Sputtern in reinem Sauer­ stoff bei einem Druck im Bereich 2-4 mbar hergestellt, deren Struktur mittels Röntgendiffraktometrie, RBS/Channeling mit He-Ionen und Transmissionselektro­ nenmikroskopie untersucht wurden.

Außerdem wurden folgende für Anwendungen günstige Ei­ genschaften der erfindungsgemäßen Schichtenfolge und des erfindungsgemäßen Bauelements beobachtet:
In Bezug auf eine rauhe Unterlage hat BaTbO₃ eine planarisierende Wirkung. BaTbO₃ enthält vorteilhafter­ weise nur Elemente, die zum Hochtemperatursupraleiter chemisch kompatibel sind. Aus der Literatur ist zu­ nächst nur bekannt, daß polykristalline Massivproben aus BaTbO₃ elektrisch isolierend sind. Die erfindungs­ gemäß epitaktische BaTbO₃-Dünnschichtenfolge erwies sich ebenfalls als isolierend.

Aufgrund der Vielzahl von Materialien, die mit BaTbO₃ unter dem Gesichtspunkt einer verbesserten Kristall­ struktur an der Grenzfläche zu den Hochtemperatursupra­ leitern eng verwandt sind und der Vielzahl von Materia­ lien der Hochtemperatursupraleiter bzw. Materialien mit ähnlicher kristallografischer Struktur, ertreckt sich die Erfindung auch auf folgende Materialien:

• i) BaTbO₃
• ii) Ba_1-xSr_xTbO₃ mit 0x1;
• iii) LaCu_1-xTb_xO₃ mit 0x1;
• iv) RCu_1-xTb_xO₃
  mit R = Nd, Eu, Sm und 0x1;
• v) Ba_1-xSr_xMO₃
  mit M = Tb, Pr, Ce und 0x1;
• vi) LaCu_1-xM_xO₃
  mit M = Tb, Pr, Ce und 0x1;
• vii) RCu_1-xM_xO₃
  mit R = Nd, Eu, Sm
  M = Tb, Pr, Ce und 0x1;
• viii) R_1-yN_yCu_1-xM_xO₃
  mit R = La, Nd, Eu, Sm
  N = Ba, Sr
  M = Tb, Pr, Ce und 0x1, 0y1;
• ix) R_2-yN_yCu_1-xM_xO₄
  mit R = La, Nd, Eu, Sm
  N = Ba, Sr
  M = Tb, Pr, Ce
  und 0x1, 0y1
• x) A¹_1-xA²_xB¹_1-yB²_yO₃
  mit A¹ = Ba, Sr
  A² = La, Nd, Eu, Sm, Sr
  B¹ = Tb, Pr, Ce, Cu
  B² = Y, Yb, Tm, Lu, In, Sc, Sn, Cu
  und 0x1, 0y1.

Mit "Hochtemperatursupraleiter und Materialien ähnli­ cher kristallografischer Struktur" sind gemeint, Sub­ stanzen mit mindestens drei verschiedenen Elementen in der Einheitszelle, von denen zwei Sauerstoff und Kupfer sind. Ferner soll in der Einheitszelle mindestens eine CuO₂-Ebene - das Charakteristikum der Hochtemperatursu­ praleiter - vorhanden sein.

Das Schutzbegehren soll sich auch auf REBa₂Cu₃O_7-z-Ver­ bindungen erstrecken, mit RE =Y, Ca, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu.

Claims (11)

1. Schichtenfolge, enthaltend wenigstens eine Schicht auf der Basis eines hochtemperatursupraleitenden Materials mit wenigstens eine CuO₂-Ebene aufwei­ sender Einheitszelle, wobei die Schicht mit einer nicht-supraleitenden Schicht verbunden ist, ge­ kennzeichnet durch eines der Materialien aus einem der Klassen (i) bis (vii) mit

• i) BaTbO₃
• ii) Ba_1-xSr_xTbO₃ mit 0x1
• iii) LaCu_1-xTb_xO₃ mit 0x1;
• iv) RCu_1-xTb_xO₃
  mit R = Nd, Eu, Sm und 0x1;
• v) Ba_1-xSr_xMO₃
  mt M = Tb, Pr, Ce und 0x1;
• vi) LaCu_1-xM_xO₃
  mit M = Tb, Pr, Ce und 0x1;
• vii) RCu_1-xM_xO₃ mit R = Nd, Eu, Sm
  M = Tb, Pr, Ce und 0x1;
• viii) R_1-yn_yCu_1-xM_xO₃
  mit R = La, Nd, Eu, Sm
  N = Ba, Sr
  M = Tb, Pr, Ce und 0x1, 0y1;
• ix) R_2-yN_yCu_1-xM_xO₄
  mit R = La, Nd, Eu, Sm
  N = Ba, Sr
  M = Tb, Pr, Ce
  und 0x1, 0y1
• x) A¹_1-xA²_xB¹_1-yB²_yO₃
  mit A¹ = Ba, Sr
  A² = La, Nd, Eu, Sm, Sr
  B¹ = Tb, Pr, Ce, Cu
  B² = Y, Yb, Tm, Lu, In, Sc, Sn, Cu
  und 0x1, 0y1

als Material für die nicht-supraleitende Schicht.

2. Schichtenfolge nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die nicht-supraleitende Schicht eine Pufferschicht zwischen der hochtempe­ ratursupraleitenden Schicht und der Oberfläche ei­ nes Substrats bildet.

3. Schichtenfolge nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die nicht-supraleitende Schicht als Substrat ausgebildet ist.

4. Schichtenfolge nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch Ba_1-xSr_xTbO₃ mit Werte für x im Bereich 0x1 als Material für die nicht-supraleitende Schicht.

5. Multilagensystem mit mehreren Schichtenfolgen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

6. Kryogenes Bauelement mit wenigstens einer Schich­ tenfolge nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

7. Kryogenes Bauelement mit wenigstens einem Multila­ gensystem nach Anspruch 5.

8. Josephsonkontakt als kryogenes Bauelement nach An­ spruch 6 oder 7.

9. Kryogenes Bauelement nach Anspruch 6 oder 7, zum Ausgleichen einer Gitterfehlpassung zwischen einem Hochtemperatursupraleiter und einem anderen belie­ bigen Material.

10. Kryogenes Bauelement nach Anspruch 6 oder 7 um da­ mit ein mögliches a-Achsen-orientiertes Wachstum eines hochtemperatursupraleitenden Materials nach Anspruch 1, und mögliche Großwinkelkorngrenzen in einem hochtemperatursupraleitenden Material nach Anspruch 1, entstanden durch 45°-Rotation in der Schichtebene, zu verhindern.