DE69125584T3 - Eine dünne Supraleiterschicht und ein Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Eine dünne Supraleiterschicht und ein Verfahren zu deren HerstellungInfo
- Publication number
- DE69125584T3 DE69125584T3 DE69125584T DE69125584T DE69125584T3 DE 69125584 T3 DE69125584 T3 DE 69125584T3 DE 69125584 T DE69125584 T DE 69125584T DE 69125584 T DE69125584 T DE 69125584T DE 69125584 T3 DE69125584 T3 DE 69125584T3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- buffer layer
- thin film
- oxide
- silicon wafer
- superconducting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 title claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 61
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 44
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 44
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 31
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 claims description 11
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 9
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 4
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 claims description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000002128 reflection high energy electron diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021521 yttrium barium copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100311330 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) uap56 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910002370 SrTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 101150018444 sub2 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0296—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers
- H10N60/0576—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers characterised by the substrate
- H10N60/0632—Intermediate layers, e.g. for growth control
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10S428/922—Static electricity metal bleed-off metallic stock
- Y10S428/9265—Special properties
- Y10S428/93—Electric superconducting
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/70—High TC, above 30 k, superconducting device, article, or structured stock
- Y10S505/701—Coated or thin film device, i.e. active or passive
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft eine verbesserte Dünnschicht aus supraleitendem Oxid sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben, und bezieht sich insbesondere auf eine verbesserte Dünnschicht aus kupferhaltigem Verbundoxid wie etwa auf einem Substrat aus einem Siliziumplättchen abgeschiedenes YBCO mit gesteuerter Kristallorientierung sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
- Das Phänomen der Supraleitung wurde als ein einzigartiges Phänomen erklärt, welches nur bei extrem niedrigen, mit flüssigem Helium darstellbaren Temperaturen beobachtet werden kann. Jedoch berichteten 1986 Bednorz und Müller von einem neuen Typ eines supraleitenden Verbundoxids aus (La,Sr)&sub2;CuO&sub4;, der Supraleitfähigkeit bei 30 K zeigte (Z. Phys. B64, 1986,- 189). Sodann berichteten 1987 C. W. Chu et al. (Physical Review Letters, Band 58, Nr. 9, S. 908) von einem anderen supraleitenden Material aus YBa&sub2;Cu&sub3;OY mit einer höheren kritischen Temperatur von etwa 90 K, und dann berichteten 1988 Maeda et al. von einem sogenannten Verbundoxid-Supraleiter auf Wismutbasis mit der kritischen Temperatur von etwa 100 K (Japanese Journal of Applied Physics, Band 27, Nr. 2, S. 1209 bis 1210)
- Von diesen supraleitenden Verbundoxiden wird erwartet, daß sie praktische Anwendung finden, weil das Phänomen der Supraleitung mit einer verhältnismäßig billigen Kältemischung aus flüssigem Stickstoff herbeigeführt werden kann. In einer frühen Phase der Entwicklung wurden diese supraleitenden Verbundoxide in einer gesinterten Körperform durch Festreaktion hergestellt, und es ist nun möglich geworden, aus diesen supraleitenden Verbundoxid-Materialien Dünnschichten hoher Qualität herzustellen.
- Wenn Dünnschichten aus supraleitendem Oxid in der Elektronik eingesetzt werden, so muß dort der Dünnfilm so hergestellt werden, daß seine Kristalle geeignet orientiert sind. Tatsächlich zeigen oxidische Supraleiter eine starke Anisotropie ihrer Supraleitungseigenschaften, so daß es daher notwendig ist, zur Anpassung an Anwendungen die Kristallorientierung in der Phase der Schichterzeugung zu steuern. In den Dünnschichten oxidischer Supraleiter fließt ein höherer Strom in einer zur c-Achse senkrechten Richtung. Beispielsweise ist es dann, wenn die Dünnschicht aus supraleitendem Oxid in einer Schaltung als supraleitende Verdrahtungsleitungen verwendet wird, erforderlich, einen Supraleitungsstrom in einer Richtung zu leiten, die parallel zu der Substratoberfläche verläuft. In diesem Fall muß die c-Achse von Kristallen der Dünnschicht senkrecht zu der Substratoberfläche verlaufen. Mit anderen Worten sind in diesen Anwendungen (001)-orientierte Dünnschichten aus supraleitendem Oxid erforderlich. In einer anderen Anwendung, wie etwa einer Einrichtung mit geschichtetem SIS (Supraleiter-Isolator-Supraleiter), ist es erforderlich, Supraleitungsstrom in einer zu der Substratoberfläche senkrechten Richtung zu leiten. In diesem Fall muß die c-Achse von Kristallen der erzeugten Dünnschicht parallel zu der Substratoberfläche liegen. Mit anderen Worten ist in diesen Anwendungen eine (100)-orientierte Dünnschicht oder eine (110)- orientierte Dünnschicht aus supraleitendem Oxid erforderlich.
- Über die Bedeutung der Auswahl einer Abscheidungsfläche in Substrat oder der Optimierung von Abscheidungsbedingungen, insbesondere der Substrattemperatur, zum Erzeugen einer gewünschten Kristallorientierung in einer Dünnschicht aus supraleitendem Oxid wurde in vielen Arbeiten einschließlich Enomoto et al., Japanese Journal of Applied Physics, Band 26, Nr. 7, Juli 1987, Seiten L1248 - L1250, Asano et al. in Japanese Journal of Applied Physics, Band 28, Nr. 6, Juni 1989, Seiten L981 - L983 oder dergleichen berichtet.
- Ebenfalls bekannt ist, daß oxidische Supraleiter eine komplizierte Kristallstruktur aufweisen, so daß daher eine gewünschte Kristallorientierung nur unter einer speziellen Abscheidungsbedingung erzeugt werden kann. Tatsächlich muß das Substrat, auf dem eine Dünnschicht aus supraleitendem Oxid abgeschieden wird, aus solchen Substraten ausgewählt werden, die gut zu oxidischen Supraleitern passende Gitterkonstanten aufweisen und nicht in den Supraleiter diffundieren oder wandern. Von daher gesehen werden ein MgO (100)-Einkristall oder SrTiO&sub3; (100) oder ein (110)-Einkristall als Substrat verwendet.
- Die Verwendung dieser Substrate jedoch hat einen Nachteil bei industriellen Anwendungen oxidischer Supraleiter, weil diese teures Material sind und nicht in Massenproduktion hergestellt werden. Weil die Durchmesser dieser oxidischen Einkristallsubstrate begrenzt sind, ist es darüber hinaus unmöglich, eine großflächige Dünnschicht aus supraleitendem Oxid herzustellen. Ebenfalls vorgeschlagen wurde, ein Silizium- Einkristallsubstrat (Si-Plättchen), welches preiswerter und auf dem Markt stabil verfügbar ist, als Substrat zu verwenden, um auf diesem eine Dünnschicht aus supraleitendem Oxid herzustellen.
- Es ist jedoch bekannt, daß sich dann, wenn eine Dünnschicht aus supraleitendem Oxid auf dem Silizium-Einkristallsubstrat abgeschieden wird, die Supraleitungseigenschaften der abgeschiedenen Dünnschicht aufgrund chemischer Reaktion zwischen dem Oxid, aus dem die supraleitende Dünnschicht besteht, und Silizium, aus dem das Substrat besteht, stark verschlechtern oder verlorengehen.
- Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, zur Vermeidung der Diffusion eine Pufferschicht zwischen dem Substrat und der Dünnschicht aus supraleitendem Oxid anzuordnen. Sämtliche der bekannten Pufferschichten stellen jedoch im Hinblick auf die Steuerung oder Einstellung der Kristallorientierung einer auf einem Siliziumplättchen abgeschiedenen Dünnschicht aus supraleitendem Oxid nicht zufrieden.
- MYOREN et al. haben in Japanese Journal of Applied Physics, Band 29, Nr. 6, Juni 1990, Seiten L955 - L957 eine auf einem Einkristall-(100)-Siliziumplättchen abgeschiedene Dünnschicht aus Ba&sub2;YCu&sub3;OX (c-Achsen-orientiert) mit einer dazwischenliegenden Pufferschicht beschrieben. Diese Pufferschicht besteht aus einer auf eine YSZ (Yttrium-stabilisiertes Zirkonium)- Schicht aufgewachsenen Y&sub2;O&sub3;-Schicht, wobei die Y&sub2;O&sub3;-Schicht (100)-orientiert ist.
- Es wird ein gutes Verhalten erzielt, aber die Anwendbarkeit der Ba&sub2;YCu&sub3;OX-Schicht ist durch die Orientierung der Schicht begrenzt.
- Die Druckschrift JP-1-100094 gibt ein Si-Substrat mit Y&sub2;O&sub3;- Puffer und einer supraleitenden YBCO-Schicht an.
- Der Artikel "Heteroepitaxial growth of Y&sub2;O&sub3; films an silicon" in Applied Physics Letters, Band 55, No. 4, 1989 gibt mit Y&sub2;O&sub3; (111) beschichtete Si (111) - und Si (100) -Substrate und mit YSZ (100) -orientierten Y&sub2;O&sub3;-Filmen beschichtete Si(100)- Substrate an. (100)-orientierte Y&sub2;O&sub3;-Filme könnten nicht direkt auf Si(100)-Substrate abgeschieden werden.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend aufgezeigten Probleme zu lösen und ein Verfahren bereitzustellen, welches erlaubt, eine Dünnschicht aus supraleitendem Oxid mit einer gewünschten Kristallorientierung auf einem Substrat aus einem Siliziumplättchen herzustellen.
- Erfindungsgemäß wird eine Dünnschicht aus einem supraleitenden Y-Ba-Cu Oxid mit (110)-Orientierung nach Anspruch 1 bereitgestellt, die auf einem Einkristall-Substrat aus einem Siliziumplättchen abgeschieden ist, wobei eine Pufferschicht aus (110)-orientiertem Ln&sub2;O&sub3;, in dem Ln für Y oder Lanthaniden-Elemente steht, zwischen dem Dünnfilm aus supraleitendem Oxid und dem Siliziumplättchen abgeschieden ist.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform gehören die Lanthaniden-Elemente der Pufferschicht zu einer Gruppe, welche La und Er aufweist.
- Eine Unterschicht als zusätzliche Pufferschicht ist zwischen der Pufferschicht aus Ln&sub2;O&sub3; und dem Siliziumplättchen anzuordnen. In jedem Fall wird die Dünnschicht aus supraleitendem Oxid direkt auf der Pufferschicht aus Ln&sub2;O&sub3; und in direkter Berührung mit ihr abgeschieden. Die Unterschicht besteht aus einem Metall wie beispielsweise Y und Lanthaniden-Elementen.
- Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht aus supraleitendem Y-Ba-Cu-Oxid auf einem Einkristallsubstrat aus einem Siliziumplättchen bereitgestellt, umfassend die Schritte des ausreichenden Reinigens einer Oberfläche des Siliziumplättchens, des Abscheidens einer Pufferschicht aus (110)-orientiertem Ln&sub2;O&sub3;, in welchem Ln für Y oder Lanthaniden-Elemente steht, auf dem gereinigten Siliziumplättchen und des anschließenden Abscheidens der genannten Dünnschicht aus supraleitendem Oxid auf der Pufferschicht.
- Das Reinigen der Oberfläche des Siliziumplättchens kann durch eine Wärmebehandlung im Vakuum erfolgen, die bei einem Druck von weniger als 1,4 · 10&sup4; Pa (1 · 10&supmin;&sup6; Torr) und bei einer Temperatur oberhalb 900ºC durchgeführt wird. Die vorstehend erwähnte Unterschicht wird bevorzugt auf dem Siliziumplättchen abgeschieden, bevor die Pufferschicht aus Ln&sub2;O&sub3; abgeschieden wird. Die Pufferschicht aus Ln&sub2;O&sub3; und die Unterschicht aus einem Metall wie beispielsweise Y und Lanthaniden-Elementen können durch ein Vakuumabscheideverfahren hergestellt werden, während die Dünnschicht aus supraleitendem Oxid bevorzugt durch ein Zerstäubungsverfahren hergestellt wird. Die aufeinanderfolgenden Schritte des Abscheidens von sowohl der Pufferschicht aus Ln&sub2;O&sub3;, und der Unterschicht, als auch der Dünnschicht aus supraleitendem Oxid werden bevorzugt in der gleichen Vakuumkammer durchgeführt.
- Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß eine Pufferschicht aus Ln&sub2;O&sub3; mit einer Schichtstruktur auf einem Silizium-Einkristallsubstrat abgeschieden wird, bevor eine Dünnschicht aus supraleitendem Oxid abgeschieden wird. Der Begriff "Pufferschicht" bedeutet eine Schicht aus Ln&sub2;O&sub3;, auf der direkt eine Dünnschicht aus supraleitendem Oxid abgeschieden wird.
- Wie vorstehend beschrieben, ist es bekannt, daß die wirksamen Dünnschichten aller oxidischen Supraleiter nur auf vorbestimmten kristallinen Oberflächen abgeschieden werden können, und daß die Diffusion von Silizium in die Dünnschicht aus supraleitendem Oxid in einer Verschlechterung und einem Verlust von Supraleitungseigenschaften resultiert. Es sind verschiedene Materialien für die Pufferschicht vorgeschlagen worden. Die bekannten Materialien für die Pufferschicht werden aus denjenigen ausgewählt, die kristalline Oberflächen erzeugen können, die zur Herstellung von Dünnschichten aus supraleitendem Oxid darauf geeignet sind und die als Diffusionsbarriere für Silizium und bestandteilbildende Elemente von supraleitenden Oxiden wirken. Tatsächlich sind die bekannten Pufferschichten zufriedenstellend dahingehend, daß sie die. Diffusion von Silizium verhindern, tragen aber wenig zum Kristallwachstum der direkt darauf abzuscheidenden Dünnschicht aus supraleitendem Oxid bei.
- Erfindungsgemäß besteht die Pufferschicht, auf der eine Dünnschicht aus supraleitendem Oxid abgeschieden wird, aus einem Material, welches nicht oder kaum mit dem Supraleiter reagiert, welches gut zu den Kristallen des Supraleiters passende Gitterkonstanten hat und welches auch eine vorbestimmte Kristallorientierung aufweist, so daß die auf der Pufferschicht abgeschiedene Dünnschicht aus supraleitendem Oxid epitaxial wächst und eine gut geordnete Kristallorientierung aufweist. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, daß ein solches epitaxiales Wachstum dadurch herbeigeführt werden kann, daß Ln&sub2;O&sub3; als Pufferschicht ausgewählt wird, worin "Ln" für Y oder Lanthaniden-Elemente wie La, Er steht.
- Als Substrat, auf dem Dünnschichten wachsen, wird aufgrund der Kosten und der leichten Übereinstimmung der Gitterkonstanten üblicherweise ein (100)-Einkristall-Siliziumplättchen verwendet. Von einer auf diesem (100)-Einkristall-Siliziumplättchen abgeschiedenen Dünnschicht wird erwartet, daß sie die gleiche Kristallorientierung (100) hat. Mittels bekannter Verfahren praktisch erzielte Dünnschichten besitzen jedoch nicht die Kristallorientierung (100), sondern die Kristallorientierung (111). Über diese Tatsache wird durch Fukomoto et al. in Appl. Phys. Lett. 55(4) 24, Juli 1989, Seiten 360 - 361 berichtet. Diese (111)-orientierte Dünnschicht ist jedoch nicht geeignet, ein epitaxiales Wachstum von oxidischen Supraleitern zu bewirken, weil in praktischen Anwendungen von Dünnschichten aus supraleitendem Oxid (100)- oder (110)- orientierte Dünnschichten verlangt werden.
- Die als Pufferschicht dienende (110)-orientierte Dünnschicht kann erfindungsgemäß aus Ln&sub2;O&sub3; hergestellt werden.
- In dem erfindungsgemäßen Prozeß wird bevorzugt eines der nachstehenden Verfahren angewandt, um die (110)-orientierte Dünnschicht zu erzeugen:
- Eine Oberfläche eines zu verwendenden Siliziumplättchens wird ausreichend gereinigt. In der Praxis kann dieser Reinigungsvorgang beispielsweise durch eine Wärmebehandlung in einer Hochvakuumkammer unter Überwachung des Oberflächenzustands des Siliziumplättchens erfolgen. Diese Wärmebehandlung kann durchgeführt werden, bis eine charakteristische "2 · 1"-Struktur, welche bedeutet, daß die Oberfläche sauber wird, von einem Reflektions-Hochenergie- Elektronen-Diffraktionsanalysator (RHEED-Analysator) erkannt wird. In der Praxis wird die Wärmebehandlung bevorzugt bei einem Druck von weniger als 1,4 · 10&supmin;&sup4; Pa (1 · 10&supmin;&sup6; Torr) und bei einer Temperatur oberhalb 900ºC durchgeführt.
- Eine zusätzliche Pufferschicht (nachstehend als Puffer- Unterschicht bezeichnet) wird zwischen der Ln&sub2;O&sub3;- Pufferschicht, auf der eine Dünnschicht aus supraleitendem Oxid direkt abgeschieden wird, und dem Siliziumplättchen angeordnet, so daß, anders ausgedrückt, die Pufferschicht eine Doppelschichtstruktur aufweist. Die als zusätzliche Pufferschicht verwendete Puffer-Unterschicht wird so gewählt, daß sie die folgenden beiden Anforderungen erfüllt: daß die Unterschicht gut zuder (100)-Kristallorien-tierung des Siliziumplättchens paßt, und daß die Unterschicht eine (100)- oder (110)-Ebene besitzt. Diese Puffer-Unterschicht besteht aus metallischen Elementen wie beispielsweise Y, Er, Pr, Dy, Ho, Yb, Gd, Sm oder dergleichen.
- Die Kristallorientierung der Unterschicht, auf der die Ln&sub2;O&sub3;- Pufferschicht direkt abgeschieden wird, kann durch Verwenden des Verfahrens nach Anspruch 4 gesteuert werden.
- Schlußfolgernd können in Übereinstimmung der Erfindung Dünnschichten von Y-Ba-Cu-Oxid-Supraleitern mit gesteuerter (110)-Kristallorientierung auf einem Substrat aus einem Siliziumplättchen hergestellt werden. Erfindungsgemäße Dünnschichten aus oxidischen Supraleitern besitzen eine wirksame kristalline Struktur, die genau an dem Übergang zur Pufferschicht beginnt und eine verbesserte kritische Stromdichte (Jc) aufweist.
- Die Verwendung eines Silizium-Einkristall-Plättchens als Substrat ist auf dem Gebiet der elektronischen Einrichtungen sehr vorteilhaft, weil zusätzlich zu Vorteilen wie denen, daß Einkristallplättchen preiswerter und auf dem Markt stabil verfügbar sind, eine Vielzahl von Verfahren zur Feinbearbeitung von Siliziumplättchen bekannt und anwendbar sind. Ferner kann auch eine großflächige Dünnschicht hergestellt werden, weil ein Siliziumplättchen mit großem Durchmesser auf dem Markt erhältlich ist.
- Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben, wobei jedoch der Rahmen der Erfindung nicht auf diese beschränkt werden soll.
- Es wurden sechs Siliziumplättchen mit jeweils einem Durchmesser von 3 inch (1 inch = 2,54 cm) verwendet. Drei Siliziumplättchen wurden einer Reinigungsbehandlung unterzogen, die bei 900ºC unter 6,7 · 10&supmin;&sup5; Pa (5 · 10&supmin;&sup7; Torr) für die Dauer von 10 Minuten durchgeführt wurde, bis die charakteristische "2 · 1"-Struktur mittels einer RHEED-Analyse auf dem Siliziumplättchen beobachtet wurde.
- Sodann wurde eine Puffer-Unterschicht aus ZrO&sub2; (nicht in der Erfindung enthalten) und Y auf zwei nicht wärmebehandelten Siliziumplättchen und auf zwei durch Wärmebehandlung gereinigten Siliziumplättchen abgeschieden.
- Die Puffer-Unterschichten aus ZrO&sub2; und Y wurden mittels einem Vakuumabscheideverfahren abgeschieden. Bei den beiden gereinigten Siliziumplättchen erfolgte die Vakuumabscheidung kontinuierlich in derselben Kammer, die auch Reinigungskammer war, ohne die wärmebehandelten Siliziumplättchen der Luft auszusetzen. Die Schichtbildungsbedingungen für die Puffer- Unterschichten sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Tabelle 1
- Die Ergebnisse von sechs Siliziumplättchen sind in Tabelle 2 zusammengefaßt, in der auch Schichtwachstumsebenen erhaltener Pufferschichten dargestellt sind. Tabelle 2
- Sodann wurde unter den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen eine obere Pufferschicht aus Y&sub2;O&sub3; mittels einem Vakuumdampfverfahren auf die sechs Plättchen abgeschieden.
- Dampfquelle metallisches Y
- Substrattemperatur (ºC) 760ºC
- Sauerstoff-Teildruck (Pa) 6,7 · 10&supmin;² (5 · 10&supmin;&sup4; Torr)
- Schichtdicke (Å) 300
- Die unter den vorstehenden Bedingungen erhaltene Kristallorientierung der oberen Pufferschichten aus Y&sub2;O&sub3; wurde mittels einem Röntgen-Diffraktionsanalysator untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefaßt. Die Proben Nr. 1, 2 und 5 weisen nicht die gewünschte (110)-Orientierung auf und dienen nur zur Veranschaulichung.
- 1 (111)
- 2 (100)
- 3 (110)
- 4 (110)
- 5 (100)
- 6 (110)
- Schließlich wurde mittels einem Zerstäubungsverfahren unter den in Tabelle 5 gezeigten Bedingungen eine Dünnschicht aus supraleitendem Y-Ba-Cu-Oxid auf der sich ergebenden oberen Pufferschicht abgeschieden:
- Zusammensetzung Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub4;Ox in einem Target
- Substrattemperatur (ºC) 700
- Sputtergas Ar + O&sub2; (20 Vol.%)
- Druck (Pa) 13,3 (0,1 Torr)
- Schichtdicke (Å) 2000
- Die Supraleitungseigenschaften und die Kristallorientierung der resultierenden sechs Dünnschichten aus supraleitendem Oxid sind in Tabelle 6 zusammengefaßt. Die kritische Stromdichte (Jc) wurde bei der Temperatur flüssigen Stickstoffs ermittelt, wobei der Strom in einer Richtung floß, die senkrecht zu der c-Achse des Kristalls verläuft, aus dem die Dünnschicht besteht. Tabelle 6
Claims (9)
1. Dünnschicht aus einem supraleitenden Y-Ba-Cu-Oxid, die auf
einem (100)-Einkristall-Substrat aus einem Siliziumplättchen abgeschieden
st, wobei eine Pufferschicht zwischen diesem Dünnfilm aus supraleitendem
Oxid und dem Siliziumplättchen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Pufferschicht Ln&sub2;O&sub3; mit (110)-Orientierung enthält, wobei Ln für Y
oder eines der Lanthaniden-Elemente steht, daß die Schicht aus dem
supraleitenden Y-Ba-Cu-Oxid eine (110)-Orientierung aufweist und daß
eine Unterschicht als zusätzliche Pufferschicht zwischen der genannten
Pufferschicht aus Ln&sub2;O&sub3; und dem Siliziumplättchen angeordnet ist, wobei
die Unterschicht aus einem Metall besteht, das aus einer Gruppe, die Y und
die Lanthaniden-Elemente unfaßt, ausgewählt ist.
2. Dünnschicht nach Anspruch 1, bei der das Lanthaniden-
Element zu einer Gruppe, welche La und Er aufweist, gehört.
3. Dünnschicht nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Dünnschicht
aus supraleitendem Oxid direkt auf der Pufferschicht aus Ln&sub2;O&sub3; und in
direkter Berührung mit ihr abgeschieden ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht aus
supraleitendem Y-Ba-Cu-Oxid auf einem (100)-Einkristallsubstrat aus
einem Siliziumplättchen, umfassend die Schritte des ausreichenden
Reinigens einer Oberfläche des Siliziumplättchens, des Abscheidens einer
Pufferschicht auf dem gereinigten Siliziumplättchen und des
anschließenden Abscheidens der genannten Dünnschicht aus
supraleitendem Oxid auf der Pufferschicht, dadurch gekennzeichnet, daß
die Pufferschicht Ln&sub2;O&sub3; mit (110)-Orientierung enthält, wobei Ln für Y
oder ein Lanthaniden-Element steht, und daß die supraleitende Schicht aus
Y-Ba-Cu-Oxid eine (110)-Orientierung aufweist, und bei dem eine
Unterschicht als zusätzliche Pufferschicht auf dem Siliziumplättchen
abgeschieden wird und die Pufferschicht aus Ln&sub2;O&sub3; auf der Unterschicht
abgeschieden wird, wobei die Unterschicht eine Schicht aus Metall ist und
das Metall aus einer Gruppe, die Y und die Lanthaniden-Elemente umfaßt,
ausgewählt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das. Reinigen der
Oberfläche des Siliziumplättchens durch eine Wärmebehandlung im
Vakuum erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Wärmebehandlung
bei einem Druck von weniger als 1,4 · 10&supmin;&sup4; Pa (1 · 10&supmin;&sup6; Torr) und bei einer
Temperatur oberhalb 900ºC erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die
Pufferschicht aus Ln&sub2;O&sub3; und die genannte Unterschicht durch ein
Vakuumabscheideverfahren hergestellt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem die
Dünnschicht aus supraleitendem Oxid durch ein Zerstäubungsverfahren
hergestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem die
Schritte des Abscheidens der Pufferschicht aus Ln&sub2;O&sub3;, der Untgerschicht
und der Dünnschicht aus supraleitendem Oxid in der gleichen
Vakuumkammer nacheinander durchgeführt werden.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2410432A JPH04214097A (ja) | 1990-12-13 | 1990-12-13 | 超電導薄膜の作製方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE69125584D1 DE69125584D1 (de) | 1997-05-15 |
| DE69125584T2 DE69125584T2 (de) | 1997-11-13 |
| DE69125584T3 true DE69125584T3 (de) | 2002-07-11 |
Family
ID=18519600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE69125584T Expired - Fee Related DE69125584T3 (de) | 1990-12-13 | 1991-12-13 | Eine dünne Supraleiterschicht und ein Verfahren zu deren Herstellung |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5416062A (de) |
| EP (1) | EP0490776B2 (de) |
| JP (1) | JPH04214097A (de) |
| DE (1) | DE69125584T3 (de) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0508844B1 (de) * | 1991-03-11 | 1997-05-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Supraleitende Dünnschicht mit mindestens einer isolierten Region, gebildet aus oxydisch supraleitendem Material und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| JPH04300292A (ja) * | 1991-03-26 | 1992-10-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合酸化物超電導薄膜の成膜方法 |
| JPH04342497A (ja) * | 1991-05-20 | 1992-11-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合酸化物超電導薄膜の成膜方法 |
| EP0973208B1 (de) * | 1992-07-28 | 2005-04-27 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Vorrichtung mit Gitteranpassung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| FR2726399B1 (fr) * | 1994-10-27 | 1997-01-10 | Alsthom Cge Alcatel | Procede pour la preparation d'un substrat en vue du depot d'une couche mince de materiau supraconducteur |
| US6517944B1 (en) | 2000-08-03 | 2003-02-11 | Teracomm Research Inc. | Multi-layer passivation barrier for a superconducting element |
| JP4457587B2 (ja) | 2002-09-05 | 2010-04-28 | セイコーエプソン株式会社 | 電子デバイス用基体の製造方法及び電子デバイスの製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL8901874A (nl) * | 1989-07-20 | 1991-02-18 | Philips Nv | Planaire josephson inrichting. |
| US5122509A (en) * | 1990-04-30 | 1992-06-16 | Advanced Technology Materials, Inc. | High temperature superconductor/diamond composite article, and method of making the same |
-
1990
- 1990-12-13 JP JP2410432A patent/JPH04214097A/ja not_active Withdrawn
-
1991
- 1991-12-13 DE DE69125584T patent/DE69125584T3/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-12-13 EP EP91403398A patent/EP0490776B2/de not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-12-27 US US08/173,482 patent/US5416062A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0490776A2 (de) | 1992-06-17 |
| US5416062A (en) | 1995-05-16 |
| JPH04214097A (ja) | 1992-08-05 |
| EP0490776A3 (en) | 1992-11-19 |
| EP0490776B2 (de) | 2001-10-31 |
| EP0490776B1 (de) | 1997-04-09 |
| DE69125584T2 (de) | 1997-11-13 |
| DE69125584D1 (de) | 1997-05-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE68926087T2 (de) | Methode zur Bildung eines Schwach-Kopplungs-Josephson-Übergangs und supraleitende Einrichtung, welche diesen Übergang benutzt | |
| DE3889160T2 (de) | Supraleitender Dünnfilm und Verfahren, um diesen zu präparieren. | |
| DE3851701T2 (de) | Verfahren zur Herstellung künstlicher Hochtemperatur-Supraleiter mit mehrschichtiger Struktur. | |
| DE3855246T2 (de) | Supraleitende dünne Schicht und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
| DE68908480T2 (de) | Hochtemperatursupraleiter-Gallatkristallstruktur. | |
| DE3853179T2 (de) | Supraleitende Struktur. | |
| DE3889989T2 (de) | Supraleitende Dünnschicht und Verfahren zu deren Herstellung. | |
| DE3855137T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Oxyd-Supraleiters | |
| DE69115129T2 (de) | Zusammensetzungen von kubischer Perowskit-Kristallstruktur, Verfahren zu ihrer Herstellung und Produkte daraus. | |
| DE69027005T2 (de) | Eine supraleitende Dünnschicht | |
| DE3889024T2 (de) | Verfahren zum Herstellen einer supraleitenden Dünnschicht. | |
| DE69103054T2 (de) | Verfahren zum Herstellen orientierter polykristalliner supraleitender keramischer Oxide. | |
| DE69016283T2 (de) | Substrat mit einer supraleitenden Schicht. | |
| DE68908198T2 (de) | Epitaxische Anordnung von Hochtemperatur-Supraleitern. | |
| DE69115957T2 (de) | Verfahren zum Herstellen hochtemperatursupraleitender Dünnschichten | |
| DE69112520T2 (de) | Supraleitende Dünnschicht-Oxydverbindung und Verfahren zu deren Herstellung. | |
| DE69125584T3 (de) | Eine dünne Supraleiterschicht und ein Verfahren zu deren Herstellung | |
| DE3810243C2 (de) | Supraleitende Dünnfilme und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
| DE69219191T2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht aus supraleitender oxydischer Verbindung | |
| DE69017112T2 (de) | Supraleitende Dünnschicht aus Oxid und Verfahren zu deren Herstellung. | |
| DE69218835T2 (de) | Laserablationprozess zum Herstellen supraleitender Dünnschichten aus oxydisch supraleitendem Verbindungsmaterial und Gerät zur Durchführung des Prozesses | |
| DE68927895T2 (de) | Verfahren zum Herstellen eines einkristallinen oxidischen Supraleitermaterials | |
| DE3854493T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsupraleiters. | |
| DE69125129T2 (de) | Supraleitende Quanten-Interferenz-Einrichtung aus supraleitender oxydischer Dünnschicht | |
| DE68908256T2 (de) | Supraleitende dünne Schichten mit hoher Stromdichte und Verfahren zur ihrer Herstellung. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8366 | Restricted maintained after opposition proceedings | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |