DE19634645C2 - Schichtenfolge mit einem hochtemperatursupraleitenden Material und deren Verwendung - Google Patents

Schichtenfolge mit einem hochtemperatursupraleitenden Material und deren Verwendung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schichtenfolge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Desweiteren betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Schichtenfolge.
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 Sub­ strat aufgewachsen werden, kann gegenbenenfalls 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 nichtsupraleitende 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 Frem­ 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 YBa2Cu3O7-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 YBa2Cu3O7-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 Zirkon (YSZ) als Pufferschicht verwendet. Die Gitter­ fehlpassung von YSZ ist mit bis zu 6% relativ groß. Es wurde zwar eine Sprungtemperatur von 90 K für YBa2Cu3O7-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 YBa2Cu3O7-z-Schichten deutlich verschlechtert (A. G. Zaitsev et al., Appl. Phys. Lett. 67, 1 (1995)).
Aus JP 7-309 700 A ist eine nicht-supraleitende Schicht mit der Zusammensetzung RE1-xAExCuO3 bekannt, wobei RE mindestens eines der Elemente Y, Za, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm und Yb ist und AE Ca, Sr oder Ba, wobei 0 ≦ x ≦ 1. Diese Schicht kann als Pufferschicht für Hochtemperatur-Supraleiter Einsatz finden. Auch aus WO 94/07270 A1 ist eine Schichtenfolge bekannt, bei der nicht-supraleitendes Material eingesetzt wird. Schließ­ lich ist aus Appl. Phys. Letters, Bd. 66, 1995, Seiten 1824-1826 eine eine Heterostruktur aufweisende Schichtenfolge mit einem Hochtemperatur-Supraleiter bekannt.
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 Sub­ stratmaterial 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 Schichten­ folge zu schaffen sowie die Verwendung einer solchen Schichtenfolge anzugeben, bei dem eine verbessert git­ terfehlordnungsfreie Kristallstruktur an der Grenzflä­ che zwischen der supraleitenden und nicht- supraleitenden Schicht erreicht wird. Insbesondere soll der Ordnungsparameter der supraleitenden Schicht durch Verbinden beider Schichten nicht nachteilig durch Git­ terfehlordnung beeinträchtigt werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schichtenfolge gemäß der Gesamtheit der Merkmale nach Anspruch 1. Die Auf­ gabe wird ferner gelöst eine Verwendung gemäß Anspruch 5 oder 6. Weitere zweckmäßige oder vorteilhafte Ausfüh­ rungsformen oder Varianten finden sich in den auf je­ weils einen dieser Ansprüche rückbezogenen Unteransprü­ chen.
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 findet Verwendung bei einem 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 YBa2Cu3O7-z bzw. REBa2Cu3O7-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: Röntgendiffraktogram 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 Röntgendiffraktogram 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-Dünnschichten­ folge auf einem SrTiO3-Substrat hergestellt, bestehend aus folgenden Schichten:
1. Schicht 35 nm YBa2Cu3O7-z
2. Schicht 4-5 nm BaTbO3
3. Schicht 35 nm YBa2Cu3O7-z
4. Schicht 12 nm BaTbO3
5. Schicht 35 nm YBa2Cu3O7-z
Bei den TEM-Untersuchungen an einer solchen Schichtenfolge ergaben sich folgende Feststel­ lungen:
Es wurde ein epitaktisches Wachstum aller Schichten festgestellt, wobei das YBa2Cu3O7-z ausschließlich c-Achsen-orientiert und das BaTbo3 nur [100]-orientiert gewachsen ist. Damit wurde eine he­ teroepitaktische Schichtenfolge von BaTbO3 mit YBa2Cu3O7-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 YBa2Cu3O7-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 YBa2Cu3O7-z- Schicht befindet sich eine nahezu atomar scharfe 0,6 nm 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 bei der Schichtenfolge weder in den BaTbO3- noch in den YBa2Cu3O7-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 YBa2Cu3O7-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 Ba1-xSrxTbO3 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, Bd. 53, S. 611 (1966) und A. J. Jacobson, B. C. Tofield, B. E. F. Fender, Acta, Cryst. Bd. B28, S. 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 YBa2Cu3O7-z-Dünnschichten, welche auf BaTbO3 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 YBa2Cu3O7-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/YBa2Cu3O7-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.

Claims (9)

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 einer der Klassen (i) bis (iii) mit
  • a) Ba1-xSrxMO3
    mit M = Tb, Pr, Ce und 0 ≦ x ≦ 1;
  • b) R1-yNyCu1-xMxO3
    mit R = La, Nd, Eu, Sm
    N = Ba, Sr und M = Tb, Pr, Ce und
    0,4 ≦ x ≦ 1 und 0 ≦ y ≦ 1;
  • c) R2-yNyCu1-xMxO4
    mit R = La, Nd, Eu, Sm und N = Ba, Sr und
    M = Tb, Pr, Ce und
    0,4 ≦ x ≦ 1 und 0 ≦ y ≦ 1
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. Verwendung mehrerer Schichtenfolgen nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Bildung eines Multi­ lagensystems.
5. Verwendung wenigstens einer Schichtenfolge nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Bildung eines kryogenen Bauelements.
6. Verwendung wenigstens eines Multilagensystems nach Anspruch 4 zur Bildung eines kryogenen Bauele­ ments.
7. Verwendung nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das kryogene Bauelement ein Josephsonkontakt ist.
8. Verwendung nach An­ spruch 5 oder 6 zum Ausgleichen einer Gitterfehl­ passung zwischen einem Hochtemperatursupraleiter und einem anderen beliebigen Material.
9. Verwendung nach An­ spruch 5 oder 6, um damit ein mögliches a-Achsen- orientiertes Wachstum eines hochtemperatursupra­ leitenden Materials nach Anspruch 1 und mögliche Großwinkelkorngrenzen in einem hochtemperatursu­ praleitenden Material nach Anspruch 1, entstanden durch 45°-Rotation in der Schichtebene, zu verhin­ dern.
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