DE3853273T2 - Ein Halbleitersubstrat mit einem supraleitenden Dünnfilm. - Google Patents
Ein Halbleitersubstrat mit einem supraleitenden Dünnfilm.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleitersubstrat und insbesondere ein Halbleitersubstrat mit einem Siliziumsubstrat einer halbleitenden Zwischenschicht aus einer halbleitenden Zusammensetzung, die auf dem Siliziumsubstrat abgeschieden ist und mit einer supraleitenden dünnen Schicht aus einem Verbundoxid, die auf der Halbleiter-Zwischenschicht abgeschieden ist.
- Die supraleitende dünne Schicht des Halbleitersubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung kann eingesetzt werden als Verdrahtung für Halbleiterschaltkreise, die im Siliziumsubstrat und/oder in der halbleitenden Zwischenschicht ausgebildet sind, und zur Herstellung von Josephson-Übergängen für Josephson- Anordnungen.
- Die Kombination einer supraleitenden dünnen Schicht und eines Siliziumsubstrats und/oder der halbleitenden Zwischenschicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden zur Herstellung supraleitender Anordnungen, wie z.B. supraleitende Transistoren, Transistoren mit heißen Elektronen oder dgl..
- Eine der Basistechnologien zur Herstellung integrierter Schaltkreise auf einem Silizium-Einkristall-Substrat ist die Metallisierung zur Ausbilduung von Leitungsmustern, die benötigt werden, um eine Vielzahl elektronischer Bauteile miteinander zu verbinden, die durch andere Basistechnologien hergestellt werden, einschließlich einer Isolierschicht, einer das Muster tragenden Schicht auf der Isolierschicht und des Blockierens mittels thermischer Diffusion, Ionenimplantation oder dgl.. Ein Teil des die Leitungen durchfließenden Signalstroms geht verloren, da der Querschnitt der metallischen Leitungen sehr klein wird im Falle von integrierten Schaltkreisen auf einem Siliziumsubstrat. Es besteht daher der Wunsch einer verlustfreien Stromübertragung.
- Es besteht ferner der Wunsch nach Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit des Signalstroms in den Leitern zusätzlich zu einer Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit der aktiven und passiven Bauelemente, um die Arbeitsgeschwindigkeit der integrierten Schaltkreise zu erhöhen. Die Verbesserung der Übertragungsgeschwindigkeit des Signalstroms mit den herkömmmlichhen metallischen Leitern ist jedoch begrenzt aufgrund der Energieverluste in diesen Leitern. Eine Erhöhung des Integrationsdrahtes führt auch zu einer Erhöhung des Energieverbrauchs aufgrund der entstehenden Joul'schen Wärme, die in den metallischen Leitern entsteht, wodurch die Integrationsdichte bei den integrierten Schaltkreisen begrenzt wird. Es besteht daher der Wunsch, Supraleiter als Material für derartige Leitungen zu verwenden.
- Die Supraleitung wird als ein Phänomen erklärt, bei dem ein Phasenübergang von Elektronen auftritt, bei dem der elektrische Widerstand zu Null wird und perfekter Diamagnetismus beobachtet wird. Jedoch konnte die kritische Temperatur Tc der Supraleitfähigkeit 23,2 K in Nb&sub3;Ge nicht überschreiten, welches die höchstmögliche Tc in den vergangenen zehn Jahren war, so daß kein Supraleiter bisher als Verdrahtung für ICs verwendet werden konnte.
- Die Möglichkeit der Existenz neuartiger supraleitender Materialien mit erheblich höherer Tc wurde durch Bednorz und Müller beschrieben, welche neuartige supraleitende Oxide 1986 entdeckten (Z. Phys. B64, 1986, 189).
- Es war bekannt, daß bestimmte keramische Materialien aus Verbundoxid Supraleitfähigkeit aufwiesen. So beschreibt z.B. das US-Patent 3,932,315 ein Verbundoxid aus Ba-Pb-Bi, welches supraleitend ist und die Japanische Offenlegungsschrift No. 60-173,885 beschreibt ein Verbundoxid aus Ba-Bi-Pb, welches ebenfalls supraleitend ist. Diese Supraleiter besitzen jedoch relativ hohe Sprungtemperaturen von ungefähr 10 K, so daß die Verwendung von flüssigem Helium (Siedepunkt 4,2 K) als Kühlmittel unabdingbar ist, um die Supraleitung zu verwirklichen.
- Die neuen Supraleiter aus Verbundoxiden, welche von Bednorz und Müller gefunden wurden, werden durch die Formel [La,Sr]&sub2;CuO&sub4; dargestellt, welches auch als K&sub2;NiF&sub4;-Oxid bezeichnet wird, mit einer Kristallstruktur ähnlich derjenigen der bekannten Perovskit-Oxide. Die K&sub2;NiF&sub4;-Verbundoxide weisen eine Tc von mehr als 30 K auf, welche erheblich höher ist als diejenige der bekannten supraleitenden Materialien.
- Es wurde auch von C.W. Chu et al. in den Vereinigten Staaten von Amerika berichtet, daß andere supraleitende Materialien vom sog. YBCO-Typ, welche durch YBA&sub2;Cu&sub3;O&sub7;-x darstellbar sind, eine kritische Temperatur von ungefähr 90 K aufweisen (Februar 1987). Weitere neuartige supraleitende Materialien, über die kürzlich berichtet wurde, bestehen aus einem Verbundoxid aus Bi-Sr-Ca-Cu-O und Tl-Ba-Ca-Cu-O, welche eine Tc von mehr als 100 K aufweisen und die chemisch erheblich stabiler sind als die oben erwähnten YBCQ-Verbundoxide oder dgl..
- Damit ist die Möglichkeit des Einsatzes von Hochtemperatur- Supraleitern als Verdrahtung für integrierte Schaltkreise näher gerückt.
- Hochtemperatur-Supraleiter werden auch für elektronische Anordnungen benötigt. Eine typische Anwendung eines Supraleiters in einer elektronischen Anordnung ist die Josephson-Anordnung, bei der der Quanteneffekt makroskopisch beobachtet wird, wenn ein elektrischer Strom einen schwachen Übergang zwischen zwei Supraleitern durchsetzt. Die Tunneleffekt-Josephson-Anordnung könnte als Hochgeschwindigkeitsschalter mit niedrigem Verbrauch aufgrund der schmalen Energielücke im supraleitenden Material verwendet werden. Die Josephson-Anordnung kann auch als hochempfindlicher Sensor zur Auf spürung schwacher magnetischer Felder, Mikrowellen, Strahlungen oder dgl. verwendet werden, da die Variation der elektromagnetischen Welle oder des magnetischen Feldes zu einer Variation des Josephson-Effektes führt, die wiederum als exaktes Quantenphänomen beobachtet werden kann. Die Entwicklung supraleitender Anordnungen, wie z.B. logischer Hochgeschwindigkeitseinheiten oder Verdrahtungen ohne Stromverlust werden auch auf dem Gebiet der Hochgeschwindigkeitscomputer benötigt, bei denen der Energieverbrauch pro Flächeneinheit die obere Grenze der Kühlkapazität erreicht mit zunehmender Integrationsdichte, um dabei den Energieverbrauch zu verringern.
- Verschiedene Ideen und Konzepte neuartiger Anordnungen, die auf einer Kombination eines Halbleiters und eines Supraleiters beruhen, beispielsweise eines supraleitenden Transitors oder eines Transistors mit heißen Elektronen, wurde bereits vorgeschlagen (M. Heiblum et al. "Solid State Electronics" Vol. 24, No. 343-346, 1981), ohne daß sie bisher verwirklicht wurden.
- Zur Verwirklichung der oben erwähnten supraleitenden Anordnungen, beispielsweise supraleitender Transistoren oder Transistoren mit heißen Elektronen, ist es unabdingbar, ein Halbleitersubstrat herzustellen, welches eine supraieitende Schicht aufweist, die auf dem Siliziumsubstrat aufgebracht oder homogen abgeschieden ist.
- Die Anmelderin hat bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung dünner Schichten aus einem Supraleiter mit hoher Tc auf einem Oxidsubstrat in den folgenden Anmeldungen vorgeschlagen: Europäische Patentanmeldungen No. 88 400268.4, No. 88 400 598.4, No. 88 401 202.2, No. 88 401 208.9, No. 88 401 320.2 usw..
- Die Veröffentlichung "Applied physical letters", Vol. 51, No. 13 vom 28. September 1987 beschreibt auf den Seiten 1027-1029 eine Pufferschicht aus Ag und Nb, die zwischen einem Substrat und einer dünnen Schicht aus einem supraleitenden Oxid angeordnet wird, ohne jedoch die Verwendung einer halbleitenden Verbindung als Pufferschicht anzugeben.
- Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues Halbleitersubstrat zu schaffen, welches eine supraleitende Schicht aufweist aus einem Verbundoxid, die auf einer halbleitenden Zwischenschicht auf dem Siliziumsubstrat abgeschieden ist.
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleitersubstrat mit einem Siliziumsubstrat und einer supraleitenden dünnen Schicht aus Verbundoxid, die auf dem Siliziumsubstrat angeordnet ist und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine halbleitende Zwischennschicht aus einem halbleitenden Verbundmaterial zwischen dem Siliziumsubstrat und der supraleitenden dünnen Schicht angeordnet ist.
- Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Halbleitersubstrat.
- Das erfindungsgemäße Halbleitersubstrat weist ein Siliziumsubstrat 3, eine halbleitende Zwischenschicht 2 auf dem Siliziumsubstrat 3 und eine supraleitende dünne Schicht 1 auf, die auf der halbleitenden Zwischenschicht 2 abgeschieden ist.
- Die supraleitende dünne Schicht 1 gemäß der vorliegenden Erfindung kann aus einem beliebigen supraleitenden Verbundoxid bestehen.
- Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die supraleitende dünne Schicht hauptsächlich aus einem Verbundoxid aus wenigstens einem Element (α, das ausgewählt ist aus der IIa-Gruppe des Periodensystems, wenigstens einem Element β, das ausgewählt ist aus der IIIa-Gruppe des Periodensystems und aus wenigstens einem Element γ, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, welche die Ib, IIb, IIIb, IVa und Villa-Gruppen des Periodensystems umfaßt.
- Ein Beispiel eines derartigen Verbundoxids wurd durch die allgemeine Formel
- (α&sub1;-xβx) γyOz
- dargestellt, wobei α,β und γ wie oben definiert sind, x das Atomverhältnnis von β bezüglich (α+β) ist und im Bereich 0.1 ≤ x ≤ 0,9 liegt und y und z die entsprechenden Atomverhältnisse bezüglich (α1-xβx) sind, welches gleich 1 gesetzt wird und die entsprechenden Bereiche 0,4 ≤ y ≤ 3,0 und 1 ≤ z ≤ 5 erfüllen. Das Element α der IIa-Gruppe ist vorzugsweise Ba, Sr, Ca, Mg, Be oder dgl.. Insbesondere wird als Element α Ba und Sr bevorzugt, wobei 10 % bis 80 % durch eines oder zwei Elemente ersetzt werden können, die aus der Gruppe umfassend Mg und Ca ausgewählt sind. Das Element β der IIIa-Gruppe ist vorteilhafterweise ein Lanthanid, z.B. Y, La, Sc, Ce, Gd, Ho, Er, Tm, Yb oder Lu. Insbesondere ist das Element β Y, La oder Ho, wobei 10 % bis 80 % durch Sc oder ein oder zwei Elemente ersetzt werden können, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, welche die anderen Lanthaniden-Elemente umfaßt. Y ist Kupfer, wobei ein Teil ersetzt sein kann durch ein anderes Element, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, welche die Ib, IIb, IIIb, IVa und VIIIa-Gruppen des Periodensystems umfaßt, z.B. Ti oder V. Insbesondere ist die supraleitende dünne Schicht aus Verbundoxid ein Verbundoxid, das vorzugsweise durch die folgende allgemeine Formel dargestellt wird:
- (La1-xαx)&sub2;CuO&sub4;
- wobei α für Ba oder Sr steht. Diese Verbundoxide weisen hauptsächlich Kristallstrukturen vom Perovskit-Typ oder Perovskit-Typ mit Sauerstoffehlstellen auf.
- Ein anderes Beispiel eines oben erwähnten Verbundoxides ist das sog. YBCO-Verbundoxid, das durch die folgende allgemeine Formel darstellbar ist:
- Ln&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O&sub7;-δ
- wobei Ln für wenigstens ein Lanthanidenelement steht, das ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Y, Er, Yb, Tm und Lu und δ eine Zahl ist, welche im Bereich 0 ≤ δ ≤ 1 liegt. Ein derartiges Verbundoxid ist durch die folgenden Formeln dargestellt:
- wobei δ eine Zahl ist, die im Bereich 0 ≤ 8 ≤ 1 liegt und die vorteilhafterweise eine Kristallstruktur vom Perovskit-Typ oder Quasi-Perovskit-Typ aufweist. Quasi-Perovskit-Typ meint dabei eine Struktur, von der angenommen wird, daß sie ähnlich derjenigen der Perovskit-Oxide ist, einschließlich eines orthorhombisch gestörten Perovskits oder eines durch Sauerstoffehlstellen gestörten Perovskits oder dgl..
- Das Atomverhaltnis des Lanthaniden-Elements "Ln":Ba:Cu ist vorteilhafterweise 1:2:3, wie es durch die Formel definiert ist, wobei das Atomverhältnis nicht exakt auf diesen Wert beschränkt ist. Auch andere Verbundoxide mit unterschiedlichen Atomverhältnissen, die von dem oben angegebenen Wert um 10 % abweichen, können supraleitende Eigenschaften aufweisen.
- Ein weiteres Beispiel eines oben erwähnten Verbundoxids sind Verbundoxide, die durch die folgende allgemeine Formel darstellbar sind:
- Θ&sub4;(Φ1-q, Caq)mCunOp+r
- wobei Θ für Bi oder Tl steht, Φ für Sr steht wenn Θ Bi ist und für Ba wenn Θ Tl ist, m und n Zahlen sind die die entsprechenden Bereiche 6 ≤ m ≤ 10 bzw. 4 ≤ n ≤ 8 erfüllen, p = (6+m+n) ist und q eine Zahl ist welche den Bereich 0 < q < 1 erfüllt, wobei r eine Zahl ist, welche den Bereich -2 ≤ r ≤ +2 erfüllt. Diese Art von Verbundoxiden umfaßt die folgenden Systeme:
- Bi&sub4;Sr&sub4;Ca&sub4;Cu&sub6;0&sub2;&sub0;-r, Bi&sub2;Sr&sub2;Ca&sub2;Cu&sub3;O&sub1;-r,
- Tl&sub4;Ba&sub4;Ca&sub4;Cu&sub6;O&sub2;&sub0;-r, Tl&sub2;Ba&sub2;Ca&sub2;Cu&sub3;O&sub1;&sub0;-r
- wobei R eine Zahl ist, die im Bereich -2 ≤ r ≤ +2 liegt.
- Erfindungsgemäß besteht die halbleitende Zwischenschicht aus einem halbleitenden Verbundmaterial. Das halbleitende Verbundmaterial wird vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt, welche SiC, GaAs, GaP, Inp, InSb, ZnSe, CdTe, HgCdTe, GaA1As, GaInAs, InAlAs und InGaAsP umfaßt.
- Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Halbleitersubstrats beschrieben. Zuerst wird die halbleitende Zwischenschicht auf einem Siliziumsubstrat abgeschieden. Die Abscheidung der halbleitenden Zwischenschicht kann durch eine bekannte Technik, wie z.B. CVD, MBE, Epitaxie oder dgl. erfolgen
- Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Halbleiterschicht durch die herkömmliche chemische Dampfabscheidetechnik (PVD) auf dem Substrat abgeschieden.
- Anschließend wird die supraleitende dünne Schicht auf der halbleitenden Zwischenschicht durch die physikalische Dampfabscheidung (PVD) abgeschieden, beispielsweise mittels Zerstäubung, Vakuumabscheidung, Molekularstrahlepitaxie (MBE), Ionenstrahl-Abscheidung oder dgl. oder durch chemische Dampfabscheidung (CVD), wie die thermische CVD, die Plasma-CVD, die Foto-CVD, die MOCVD oder dgl.. Von den physikalischen Dampfabscheideverfahren (PVD) wird die Magnetron-Zerstäubung bevorzugt.
- Die abgeschiedene dünne Schicht wird ferner vorteilhafterweise in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre wärmebehandelt oder einem Sauerstoffplasma ausgesetzt, um den Sauerstoffgehalt auf eine richtige Konzentration der Kristallstruktur der supraleitenden dünnen Schicht einzustellen. In jedem Fall sollte die Abscheidung der supraleitenden dünnen Schicht sehr sorgfältig durchgeführt werden, um die Eigenschaften der halbleitenden Zwischenschicht nicht zu beeinträchtigen, auf der die supraleitende dünne Schicht abgeschieden wird. In diesem Zusammenhang wird eine Substrattemperatur während der Abscheidung der supraleitenden dünnen Schicht gewählt, die geringer als 700ºC sein sollte, wobei keine unnötige Erwärmung während der oben erwähnten Nachbehandlung auftreten sollte.
- Werden elektronische Systeme oder Halbleiteranordnungen im Siliziumsubstrat oder in der halbleitenden Zwischenschicht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet, so kann die supraleitende dünne Schicht örtlich durch eine Atztechnik oder dgl. entfernt werden, so daß die supraleitende dünne Schicht ein gewünschtes Muster aufweist.
- Die supraleitende dünne Schicht des erfindungsgemäßen Halbleitersubstrats kann als Verdrahtung für Halbleiterschaltungen verwendet werden, welche im Siliziumsubstrat und/oder in der halbleitenden Zwischenschicht ausgebildet sind.
- Das erfindungsgemäße Halbleitersubstrat kann auch als Substrat zur Herstellung integrierter Schaltkreise oder zum Aufbau neuartiger supraleitender Bauteile dienen oder aber als Substrat, auf dem elektronische Anordnungen aufgebaut werden. So können z.B. Josephson-Übergänge in der supraleitenden dünnen Schicht ausgebildet werden zur Herstellung von Josephson- Anordnungen. Das erfindungsgemäße Halbleitersubstrat kann auch zur Herstellung von Hochgeschwindigkeits-Halbleiteranordnungen, wie z.B. supraleitender Transistoren mit mehr als drei Elektroden eingesetzt werden oder zur Herstellung supraleitender FET's oder Transistoren mit heißen Elektronen, welche einen Übergang zwischen der supraleitenden dünnen Schicht und dem Halbleiter nutzen.
- Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Halbleiter- Supraleiter-Zusammensetzung voraussichtlich die Technologie beschleunigt zur Verbesserung der Arbeitsgeschwindigkeit von Halbleiteranordnungen und die Integrationsdichte erhöht.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert, ohne daß diese einschränkend gemeint sind.
- Zwei Halbleitersubstratmuster, jeweils mit der in Fig. 1 gezeigten, langgestreckten Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung, wurden hergestellt durch Abscheidung zweier supraleitender, dünner Schichten aus Verbindungen aus Y-Ba-Cu-O und Ho-Ba-Cu-O auf einer halbleitenden Zwischenschicht aus GaAs.
- Die halbleitende Zwischenschicht aus GaAs mit einer Dicke von 2.000 . 10&supmin;¹&sup0; m (2000 Å) wird auf dem Siliziumsubstrat durch die MOCVD-Methode unter den folgenden Bedingungen abgeschieden:
- Quellengase: TMG und AsH&sub3;
- Substrattemperatur: 650º C
- Abscheiderate: 300 x 10&supmin;¹&sup0; m/min (300 Å/min)
- Die beiden supraleitenden dünnen Schichten wurden auf der so erhaltenen halbleitenden Zwischenschicht aus GaAs durch die bekannte Magnetron-Hochfrequenz-Zerstäubung abgeschieden. Als Target wurden für die Zerstäubung gesinterte Pulver aus YBA&sub2;Cu&sub4;,&sub5;Ox für die Y-Ba-Cu-O-Verbindung und aus HoBa&sub2;,&sub5;Cu&sub4;,&sub7;Ox für die Ho-Ba-Cu-O-Verbindung verwendet. Besonders sorgfältig wurde der Abstand zwischen dem Substrat und dem Target eingestellt und auf die Hochfrequenz-Leistung, während das Siliziumsubstrat auf 700º C während der Zerstäubung aufgeheizt wurde, so daß supraleitende dünne Schichten aus den entsprechenden Verbundoxiden mit einer Dicke von 1000 . 10&supmin;¹&sup0; in (1000 Å) erhalten wurden.
- Die erhaltenen Halbleitersubstrat-Muster mit der supraleitenden dünnen Schicht zeigten einen guten Zustand an den Übergangsbereichen zwischen der Halbleiterschicht und der supraleitenden dünnnen Schicht. Tabelle 1 zeigt die kritische Temperatur Tco (d.h. die Temperatur, bei der die Supraleitung eintritt) und Tci (d.h. die Temperatur, bei der der Widerstand zu Null wird) der supraleitenden dünnen Schichten der beiden Muster. Tabelle 1 Supraleitende dünne Schicht Kritische Temperatur (K) Verbindung
- Das gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die halbleitende Zwischenschicht aus GaAs durch SiC, GaP, InP, InSb, ZnSe, CdTe, HgCdTe, GaAlAs, GaInAs, INA1As und InGaAsP jeweils ersetzt wurde, wobei jeweils zwei Halbleitersubstrate gemäß der Erfindung hergestellt wurden.
- Jede halbleitende Zwischenschicht dieser Halbleitersubstrate wurde mit einer Dicke von 2000 . 10&supmin;¹&sup0; m (2000 Å) auf den entsprechenden supraleitenden dünnen Schichten durch das MOCVD- Verfahren abgeschieden, unter Verwendung von Organometallen als Quellengase und unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1
- Die so erhaltenen Halbleitersubstrate mit den entsprechenden supraleitenden dünnen Schichten, die auf den halbleitenden Zwischenschichten auf den Siliziumsubstraten abgeschieden wurden, zeigten sehr gute Bedingungen an den Übergangsflächen zwischen der Halbleiterschicht und der supraleitenden dünnen Schicht. Tabelle 2 zeigt die kritische Temperatur Tco und die Temperatur Tci der supraleitenden dünnen Schichten der einzelnen Muster. Tabelle 2 Supraleitende dünne Schicht Halbleitende Zwischenschicht Kritische Temperatur Verbindung
- Das gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß supraleitende dünne Schichten aus einer Bi- Sr-Ca-Cu-O-Verbindung auf einer halbleitenden Zwischenschicht aus GaAs anstelle einer Y-Ba-Cu-C-Verbindung und einer Ho-Ba- Cu-O-Verbindung gemäß Beispiel 1 abgeschieden wurden durch Verwendung eines Targets aus Bi&sub1;,&sub4;Sr1Ca1Cu1,&sub5;Ox.
- Das erhaltene Halbleitersubstrat mit der supraleitenden dünnen Schicht aus der Bi-Sr-Ca-Cu-Q-Verbindung auf der halbleitenden Zwischenschicht aus GaAs, die auf dem Siliziumsubstrat abgeschieden worden ist, zeigte eine gute Bedingung an der Übergangsfläche zwischen der Halbleiterschicht und der supraleitenden dünnen Schicht. Tabelle 3 zeigt die kritische Temperatur Tco und Tci der supraleitenden dünnen Schicht. Tabelle 3 Substrat Supraleitende dünne Schicht Kritische Temperatur (K) Verbindung
Claims (12)
1. Halbleiter-Supraleiter-Zusammensetzung, bestehend aus
einem Siliziumsubstrat (3) und einersupraleitenden
dünnen Schicht aus Verbundoxid (1), die auf einer
Oberfläche des Siliziumsubstratsaufgebracht ist,
dadurch gekennzeichnet, daß einehalbleitende
Zwischenschicht aus halbleitendemverbundmaterial (2)
zwischen dieser Oberfläche des Siliziumsubstrats (3)
und der supraleitenden dünnen Schicht (1) angeordnet
ist.
2. Halbleiter-Supraleiter-Zusammensetzung nach Anspruch
1, bei der das halbleitende Verbundmaterial ausgewählt
ist aus einer Gruppe welche umfaßt SiC, GaAs, GaP,
InP, InSb, ZnSe, CdTe, HgCdTe, GaAlAs, Galnas, InAlAs
und InGaAsP.
3. Halbleiter-Supraleiter-Zusammensetzung nach Anspurch 1
oder 2, bei der die supraleitende dünne Schicht aus
einem Verbundoxid hergestellt ist aus wenigstens einem
Element α, ausgewählt aus der IIa-Gruppe des
Periodensystems und wenigstens einem Element β,
ausgewählt aus der IIIA-Gruppe des Periodensystems und
Kupfer.
4. Halbleiter-Supraleiter-Zusammensetzung nach Anspruch
3, bei der die supraleitende dünne Schicht aus einem
Verbundoxid hergestellt ist, das durch die allgemeine
Formel dargestellt wird:
(α&sub1;-xβx) CuyOz
wobei α und β wie oben definiert sind, x ein
Atomverhältnis von β bezüglich (α + β) ist und im
Bereich von 0,1 ≤ x ≤ 0,9 liegt und y und z
entsprechende Atomverhälnisse bezüglich (α&sub1;-xβx)
sind, welches gleich 1 ist und die die Bereiche
0,4 ≤ y ≤ 3,0 und 1 ≤ z ≤ 5 erfüllen.
5. Halbleiter-Supraleiter-Zusammensetzung nach Anspruch
4, bei der das Verbundoxid durch die allgemeine Formel
dargestellt wird:
(La&sub1;-xαx)&sub2;CuO&sub4;
in der α für Ba oder Sr steht.
6. Halbleiter-Supraleiter-Zusammensetzung nach einem der
Ansprüche 3 bis 5, bei der die supraleitende dünne
Schicht aus einem Verbundoxid hergestellt wird, das
eine Perovskit- oder mit Sauerstoffehlstellen
behaftete Perovskit-Kristallstruktur aufweist.
7. Halbleiter-Supraleiter-Zusammensetzung nach Anspruch
3, bei der das Verbundoxid durch die allgemeine Formel
dargestellt wird:
Ln&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O&sub7;-δ
wobei "Ln" für wenigstens ein Lanthanidenelement
steht, das ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend
La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Y, Er, Yb, Tm und Lu und δ
eine Zahl ist, welche den Bereich 0 ≤ δ ≤ 1 erfüllt.
8. Halbleiter-Supraleiter-Zusammensetzung nach Anspruch
7, bei der "Lnt" Y, Er, Ho oder Dy ist.
9. Halbleiter-Supraleiter-Zusammensetzung nach Anspruch 7
oder 8, in der das Verbundoxid ferner wenigstens ein
Element aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe
umfassend Al, Fe, Co, Ni, Zn, Ag und Ti.
10. Halbleiter-Supraleiter-Zusammensetzung nach Anspruch
3, in der das Verbundoxid durch die allgemeine Formel
dargestellt wird:
Θ&sub4;(Φ&sub1;-q,Caq)mCunOp+r
in der Θ für Bi oder Tl steht, Φ für Sr steht, wenn Θ
Bi ist und für Ba steht, wenn Θ Tl ist, m und n
Zahlen sind, welche die Bereiche 6 ≤ m ≤ 10 bzw. 4 ≤ n
≤ 8 erfüllen, p = (6+m+n) ist, q eine Zahl ist welche
den Bereich 0 < q < 1 erfüllt und r eine Zahl ist,
welche den Bereich -2 ≤ r ≤ +2 erfüllt.
11. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-
Supraleiter-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1
bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitende
Zwischenschicht (2) auf einer Oberfläche des
Siliziumsubstrats (3) mittels chemischer
Dampfabscheidung abgeschieden wird, während die
supraleitende dünne Schicht (1) auf einer Oberfläche
der halbleitenden Zwischenschicht (2) durch
physikalische Dampfabscheidung oder chemische
Dampfabscheidung abgeschieden wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, in dem die physikalische
Dampfabscheidung ein Zerstäubungsverfahren ist.
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