Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung eines
Verfahrens zum Fertigen einer Schichtstruktur, die wenigstens
eine oxidische supraleitende Dünnschicht enthält;
insbesondere betrifft sie ein Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche
einer unteren supraleitenden Schicht.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird das
Verfahren zum aufeinanderfolgenden Abscheiden von mehr als einer
oxidischen supraleitenden Dünnschicht auf einem Substrat
verwendet, die jeweils eine unterschiedliche
Kristallorientierung aufweisen.
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Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird das
Verfahren zum Abscheiden einer oberen supraleitenden Schicht auf
einer unteren supraleitenden Schicht verwendet.
Stand der Technik
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Von oxidischen Supraleitern wird erwartet, daß sie in einer
Vielzahl von Anwendungen aufgrund ihrer höheren kritischen
Temperaturen als herkömmliche metallische Supraleiter
angewendet werden. Tatsächlich besitzt der oxidische Y-Ba-Cu-O-
Supraleiter eine kritische Temperatur oberhalb von 80 K und
die oxidischen Bi-Sr-Ca-Cu-O- und Tl-Ba-Ca-Cu-O-Supraleiter
besitzen eine kritische Temperatur oberhalb von 100 K.
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Diese oxidischen Supraleiter besitzen jedoch bezüglich ihrer
supraleitenden Eigenschaften eine Kristallanisotropie.
Tatsächlich wird die höchste kritische Stromdichte in einer
Richtung beobachtet, die senkrecht zur c-Achse ihres
Kristalls verläuft. Aus dieser Tatsache muß die Kristallrichtung
bei tatsächlichem Gebrauch dieser oxidischen Supraleiter in
Betracht gezogen werden.
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Wenn die oxidischen Supraleiter in der supraleitenden
Elektronik verwendet werden, wie beispielsweise als supraleitende
Bauelemente oder integrierte supraleitende Schaltungen, ist
es unerläßlich, mindestens eine oxidische supraleitende
Dünnschicht zu fertigen. Das Problem der Kristallanisotropie
tritt in derartigen oxidischen supraleitenden Dünnschichten
noch ernsthafter auf. Um beispielsweise supraleitende
Hochleistungsbauelemente oder integrierte supraleitende
Schaltungen zu erzeugen, ist es erforderlich, zwei Arten von
supraleitenden Verdrahtungsleitungen zu fertigen: Einen Teil,
in welchem der elektrische Strom parallel zur
Substratoberfläche fließt, und einen weiteren Teil, in welchem der
elektrische Strom senkrecht zu der Substratoberfläche fließt.
Beispielsweise fließt in supraleitenden Elektroden der Strom
parallel zur Substratoberfläche, während in einer
Zwischenschicht, welche supraleitende Verdrahtungsleitungen
verbindet, die auf dem Substrat übereinander angeordnete Schichten
verbinden, fließt der Strom senkrecht zur Substratoberfläche
Wenn der oxidische Supraleiter in supraleitenden
Hochleistungsbauelementen oder integrierten supraleitenden
Schaltungen verwendet wird, ist es deshalb erforderlich, sowohl eine
c-achsenorientierte oxidische supraleitende Dünnschicht
abzuscheiden, in welcher die kritische Stromdichte entlang der
Richtung, die parallel zur Substratoberfläche verläuft, höher
ist als in den anderen Richtungen, wie eine a-achsen- oder
(b-achsen)orientierte oxidische supraleitende Dünnschicht, in
welcher die kritische Stromdichte entlang der Richtung, die
senkrecht zur Substratoberfläche verläuft, höher ist als in
der c-achsenorientierten Dünnschicht auf einer gemeinsamen
Substratoberfläche Nachfolgend wird lediglich auf die
a-achsenorientierte Dünnschicht bezug genommen, weil der
elektrische Strom in einer a-achsenorientierten Dünnschicht ebenso
wie in einer b-achsenorientierten Dünnschicht entlang der
Richtung fließt, die senkrecht zur Substratoberfläche
verläuft.
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In den Mehrschichtstrukturen für die supraleitenden
Bauelemente oder die integrierten supraleitenden Schaltungen müssen
zwei Schichten einer c-achsenorientierten oxidischen
supraleitenden Dünnschicht und einer a-achsenorientierten
oxidischen supraleitenden Dünnschicht nacheinander abgeschieden
werden. Die Kristallorientierung der oxidischen
supraleitenden Dünnschicht kann durch Wählen oder Einstellen der
Filmbildungstemperatur gesteuert werden, die durch die
Substrattemperatur bestimmt ist. Tatsächlich kann die
a-achsenorientierte Dünnschicht bei einer Substrattemperatur erzeugt
werden, die niedriger als etwa 50 bis 100ºC ist als eine
Substrattemperatur, bei welcher die c-achsenorientierte
Dünnschicht wächst.
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In einem supraleitenden Übergang, den sogenannten Josephson-
Übergang, der mit einem oxidischen Supraleiter erzeugt wird,
ist es erforderlich, eine untere supraleitende Schicht, eine
nichtsupraleitende Zwischendünnschicht und eine obere
supraleitende Schicht nacheinander auf einem Substrat
abzuscheiden.
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Bei dem Josephson-Element handelt es sich um ein Zwei-
Anschlußelement, so daß eine logische Schaltung, die
ausschließlich aus Josephson-Elementen besteht, kompliziert
wird. Um diesen Nachteil bezüglich Komplexität zu überwinden,
ist eine Vielzahl von Ideen bezüglich Drei-Anschlußelementen
vorgeschlagen worden. In supraleitenden Transistoren, die aus
einem Supraleiter und einem Halbleiter bestehen, und bei es
sich um ein typisches Drei-Anschlußelement handelt, ist es
außerdem erforderlich, eine Dünnschicht aus einem Supraleiter
mit einer Dünnschicht aus einem oxidischen Supraleiter zu
kombinieren, weshalb eine aufeinanderfolgende Abscheidung von
Dünnschichten erforderlich ist, die jeweils aus
unterschiedlichen Materialien bestehen.
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Die nachfolgende Abscheidung einer Dünnschicht aus einem
gewöhnlichen Leiter, wie etwa Metall, auf einer oxidischen
supraleitenden Dünnschicht ist auch in einem weiteren Typ
eines supraleitenden Elements erforderlich, das aus einem
Supraleiter und einem gewöhnlichen Leiter besteht. In diesen
supraleitenden Elementen fließt ein supraleitender Strom
durch eine nicht supraleitende Dünnschicht, die sandwichartig
zwischen zwei supraleitenden Schichten angeordnet ist, die
nahe zueinander positioniert sind. Ein Abstand zwischen den
zwei benachbarten Supraleitern wird durch die Kohärenzlänge
des Supraleiters bestimmt. Da die Kohärenzlänge eines
oxidischen Supraleiters sehr kurz ist, muß der Abstand zwischen
zwei benachbarten Supraleitern mehrere Nanometer betragen.
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Zusätzlich hierzu müssen aus dem Gesichtspunkt der
Leistungsfähigkeit der supraleitenden Bauelemente sämtliche
Dünnschichten in dem supraleitenden Bauelement eine hohe
Kristallinität aufweisen; mit anderen Worten werden diese
Dünnschichten bevorzugt aus einem Einkristall oder einem
Polykristall hergestellt, dessen Kristallorientierung ähnlich zum
Einkristall ist. Wenn das supraleitende Bauelement eine
Dünnschicht bzw. Dünnschichten aufweist, die aus einem
Polykristall hergestellt ist bzw. sind, dessen Kristallorientierung
nicht gut geordnet ist, oder wenn dieses Bauelement eine
amorphe Dünnschicht bzw. amorphe Dünnschichten aufweist, kann
ein hohes Leistungsvermögen des supraleitenden Bauelements
nicht erwartet werden, weshalb dessen Funktion nicht
gewährleistet ist.
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Wenn mehr als zwei Dünnschichten nacheinander auf einem
gemeinsamen Substrat abgeschieden werden, ist es übliche
Praxis, eine Oberfläche einer unteren supraleitenden Schicht
einem Reinigungsvorgang zu unterwerfen, bevor eine obere
supraleitende Schicht abgeschieden wird, da andernfalls die
elektrische Kontinuität zwischen der unteren supraleitenden
Schicht und der oberen supraleitenden Schicht aufgrund von
Verunreinigungen verdorben wird, die auf einer Oberfläche der
unteren supraleitenden Schicht adsorbiert sind, oder aufgrund
von unerwünschten Oxiden, die auf der Oberfläche erzeugt
sind. Die Diskontinuität von zwei Schichten führt zur Bildung
eines unerwünschten Übergangs zwischen den zwei Schichten.
Supraleitende Bauelemente oder integrierte supraleitende
Schaltungen mit einem derartigen unerwünschten Übergang
zeigen nicht das erwünschte Leistungsvermögen und arbeiten
mitunter nicht.
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Insbesondere sollte der Oberflächenzustand der unteren
supraleitenden Schicht sorgfältig in Betracht gezogen werden, weil
die Kohärenzlänge des oxidischen Supraleiters sehr kurz ist.
Darüber hinaus ist der Sauerstoff von oxidischen Supraleitern
eher instabil und kommt leicht aus der Dünnschicht frei. Ein
übermäßiger Sauerstoffunterschuß führt zu einer
Verschlechterung der supraleitenden Eigenschaft und im ungünstigsten Fall
zum Verlust der Supraleitfähigkeit.
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Deshalb muß die Oberfläche der unteren supraleitenden Schicht
rein bzw. sauber sein und eine gut geordnete Kristallinität
oder supraleitende Eigenschaft aufweisen.
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Der Artikel "deaning of YBa&sub2;Cu&sub3;O7-x surfaces by thermal
oxidation treatments", veröffentlicht in America Vacuum society
series 9, High Tc superconducting thin films: processing,
characterization and applications; conference proceedings Nr.
200 BOSTON, 1989, Seiten 197-204, M.A. Sobolewski et al,
offenbart eine Sauerstoffausglühtechnik, um diese Oberfläche
der unteren supraleitenden Schicht zu reinigen. Diese
Druckschrift lehrt außerdem, daß eine derartige Technik unter
einem Sauerstoffdruck von mindestens 13,3322 x 10³ Pa
(100 Torr) sowie während einer Zeitdauer von 10 bis 60
Minuten durchgeführt wird.
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Auf dem Gebiet der Halbleiterindustrie wird die Oberfläche
der unteren supraleitenden Schicht häufig mit ultrareinem
Wasser, durch chemisches Waschen, Trocken- oder Naßätzen oder
dergleichen gereinigt. Im Fall von oxidischen Supraleitern
können diese Reinigungstechniken jedoch aufgrund der hohen
Reaktivität der oxidischen Supraleiter nicht verwendet
werden. Wenn die Oberfläche einer oxidischen supraleitenden
Dünnschicht durch diese bekannten Techniken behandelt wird,
tritt auf der Oberfläche eine unerwünschte Reaktion auf, die
dazu führt, daß die Reinheit der Oberfläche schlecht wird,
und die Kristallinität und die supraleitende Eigenschaft
verlorengehen.
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Außerdem ist es bekannt, die obere supraleitende Schicht
abzuscheiden, unmittelbar nachdem die untere supraleitende
Schicht aus dem oxidischen Supraleiter abgeschieden wurde,
und zwar in einer identischen Vorrichtung. Diese Technik
erfordert jedoch eine große Vorrichtung und die Materialien,
die für die obere supraleitende Schicht verwendet werden,
sind begrenzt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese
Probleme zu lösen und ein verbessertes Verfahren zur
Fertigung einer Schichtstruktur zu schaffen, die wenigstens eine
oxidische supraleitende Dünnschicht enthält, ohne die
supraleitenden Eigenschaften der oxidischen supraleitenden
Dünnschicht zu verschlechtern.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, ein verbessertes Verfahren zum Abscheiden von mehr als
einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht nacheinander auf
einem Substrat zu schaffen, wobei jede Dünnschicht eine
unterschiedliche Kristallorientierung besitzt.
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Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, ein verbessertes Verfahren zum Abscheiden einer
weiteren Dünnschicht aus unterschiedlichem Material auf einer
oxidischen supraleitenden Dünnschicht zu schaffen.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur
Herstellung einer Schichtstruktur auf einer ersten oxidischen
supraleitenden Schicht bereit, die auf einem Substrat abgeschieden
ist und eine verunreinigte Oberfläche aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste oxidische supraleitende Schicht
in einer Atmosphäre mit Wärme behandelt wird, welche
Sauerstoff mit einem Reinheitsgrad von mehr als 5 N (99,999%)
enthält, mit oder unter einem Ultrahochvakuum von weniger als
1,33322 x 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr), wobei der Partialdruck des
Sauerstoff zwischen 2,66644 Pa (20 mTorr) und 3333,05 Pa
(25 Torr) liegt, und wobei die Wärmebehandlung bei einer
Temperatur
zwischen 350ºC und 700ºC durchgeführt wird, woraufhin
eine weitere Dünnschicht auf der ersten oxidischen
supraleitenden Dünnschicht abgeschieden wird.
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Der Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß
eine Oberfläche einer unteren supraleitenden Schicht in
hochreinem Sauerstoff so wärmebehandelt wird, daß die Oberfläche
gereinigt wird, bevor eine weitere Dünnschicht auf ihr
abgeschieden wird.
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Die Wärmebehandlung wird unmittelbar bevor die obere
supraleitende Schicht aus einem oxidischen Supraleiter auf der
unteren supraleitenden Schicht abgeschieden wird, bewirkt, so
daß Verunreinigungen, wie etwa Kohlenwasserstoffe oder
Metallcarbide, die auf der Oberfläche der unteren
supraleitenden Schicht adsorbiert oder abgeschieden sind, durch die
Wärmebehandlung entfernt werden. Die Wärmebehandlung erlaubt
eine Reparatur der lokalen
Oberflächenkristallinitätsunordnung in der unteren Schicht und die Zufuhr von ausreichend
Sauerstoff durch die Wärmebehandlung, so daß die
supraleitende Eigenschaft verbessert wird.
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Der hochreine Sauerstoff, der bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet wird, hat bevorzugt eine Reinheit höher als
5 N (99,999%) und enthält im wesentlichen kein H&sub2;O und CO&sub2;,
die mit dem oxidischen Supraleiter leicht reagieren und ihn
verschlechtern.
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Der Sauerstoffpartialdruck während der Wärmebehandlung
beträgt bevorzugt zwischen 2,66644 Pa (20 mTorr) und
13,3322 Pa (100 mTorr)
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Die Wärmebehandlung wird mit einer Heiztemperatur zwischen
350 und 700ºC für eine Dünnschicht aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x bewirkt.
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Wenn die Heiztemperatur nicht höher als 350ºC ist, kann die
rekristallisierte Oberfläche der Dünnschicht nicht repariert
werden, und wenn die Heiztemperatur 700ºC übersteigt, wird
die Kristallordnung der oxidischen supraleitenden Dünnschicht
zerstört. Die Zeitdauer der Wärmebehandlung hängt vom
Sauerstoffpartialdruck und der Heiztemperatur ab und liegt
üblicherweise zwischen mehreren Minuten und mehreren Stunden.
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Bevorzugt wird die oxidische supraleitende Dünnschicht einem
Ultrahochvakuum von weniger als 1,33322 x Pa
(1 x 10 Torr) unterworfen, bevor die Wärmebehandlung
bewirkt wird.
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Bei dem Substrat handelt es sich bevorzugt um einen
oxidischen Einkristall, wie etwa MgO, StTiO&sub3;, PrGaO&sub3; oder
dergleichen.
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Die oxidische supraleitende Dünnschicht kann eine untere
supraleitende Schicht sein, die direkt auf einer Oberfläche
des Substrats abgeschieden ist. Diese untere supraleitende
Schicht kann eine oxidische supraleitende Dünnschicht,
beispielsweise eine c-achsenorientierte Dünnschicht aus
Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x, sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf beliebige bekannte
oxidische Supraleiter anwendbar, und vorteilhafterweise ist
es auf einen oxidischen Y-Ba-Cu-O-Supraleiter, einen
oxidischen Bi-Sr-Ca-Cu-O-Supraleiter und einen oxidischen Tl-Ba-
Ca-Cu-O-Supraleiter anwendbar, die besonders attraktive
Eigenschaften, einschließlich ihrer hohen kritischen
Temperaturen, aufweisen.
Erste Ausführungsform
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Gemäß einer bevorzugten ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird eine weitere Dünnschicht, die aus einem
oxidischen Supraleiter hergestellt ist, der aus demselben
Material wie die untere supraleitende Schicht oder aus einem
unterschiedlichen Material hergestellt sein kann. In diesem
Fall kann es sich bei der weiteren Dünnschicht um eine
a-achsenorientierte Dünnschicht aus Y&sub1;Ba&sub2;CuO7-x handeln.
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Gemäß der ersten Ausführungsform stellt die vorliegende
Erfindung insbesondere ein Verfahren zum Abscheiden einer
ersten oxidischen supraleitenden Dünnschicht und einer
zweiten oxidischen supraleitenden Dünnschicht nacheinander
bereit, wobei die Kristallorientierung der ersten Dünnschicht
sich von derjenigen der zweiten Dünnschicht unterscheidet,
und wobei die erste Dünnschicht eine verunreinigte Oberfläche
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die verunreinigte
Oberfläche der ersten Dünnschicht in einer Atmosphäre erwärmt
wird, die Sauerstoff hoher Reinheit enthält, mit einer
Temperatur zwischen einer Verdampfungstemperatur für die
Verunreinigungen und einer Schichtbildungstemperatur für die erste
Dünnschicht, bevor die zweite Dünnschicht abgeschieden wird.
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Gemäß der ersten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße
Verfahren auf das aufeinanderfolgende Laminieren oder
Schichten von oxidischen supraleitenden Dünnschichten anwendbar,
von denen jede eine unterschiedliche Kristallorientierung
aufweist, und insbesondere wird vorteilhaft auf das
Abscheiden einer a-achsenorientierten oxidischen supraleitenden
Dünnschicht auf einer c-achsenorientierten oxidischen
supraleitenden Dünnschicht angewendet.
Zweite Ausführungsform
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Gemäß einer bevorzugten zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung stellt die vorliegende Erfindung ein
Verfahren zum Abscheiden auf einer ersten oxidischen supraleitenden
Dünnschicht, deren Oberfläche verunreinigt ist, einer zweiten
Dünnschicht bereit, die aus einem Material besteht, das sich
von dem oxidischen Supraleiter unterscheidet, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste oxidische supraleitende Dünnschicht
in einer Atmosphäre erwärmt wird, die Sauerstoff hoher
Reinheit enthält, mit einer Temperatur zwischen einer
Verdampfungstemperatur für die Verunreinigungen und einer
Filmbildungstemperatur für die erste Dünnschicht, bevor die zweite
Dünnschicht abgeschieden wird. In diesem Fall kann die zweite
Dünnschicht aus einem Nichtsupraleiter, beispielsweise aus
einem Isolator, wie etwa MgO oder einem Metall, wie etwa Ag,
bestehen. Eine dritte oxidische supraleitende Dünnschicht
kann zusätzlich auf der zweiten Dünnschicht abgeschieden
werden.
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Die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist auf das Abscheiden einer Dünnschicht aus einem Isolator
oder aus einem gewöhnlichen Leiter auf einer oxidischen
supraleitenden Dünnschicht anwendbar, um supraleitende
Bauelemente herzustellen.
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In beiden Ausführungsformen ist das erfindungsgemäße
Verfahren beispielsweise auf eine derartige oxidische supraleitende
Dünnschicht anwendbar, die Luft ausgesetzt ist, weshalb ihre
Oberfläche verschlechtert ist, um die Oberfläche zu reinigen,
bevor eine weitere Dünnschicht oder eine obere supraleitende
Schicht, die eine unterschiedliche Kristallorientierung
aufweist oder aus einem unterschiedlichen Material besteht, auf
ihr abgeschieden wird, so daß mehr als zwei Dünnschichten,
von denen jede eine unterschiedliche Kristallorientierung
aufweist oder eine Kombination aus einer oxidischen
supraleitenden Dünnschicht mit einem Nichtsupraleiter in
unterschiedlichen Schichtbildungsvorrichtungen unabhängig unter ihren
optimalen Bedingungen abgeschieden werden können, wodurch die
resultierenden geschichteten Dünnschichten eine verbesserte
supraleitende Eigenschaft zeigen.
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Folglich stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum
Schichten von mehr als einer oxidischen supraleitenden
Dünnschicht bereit, wobei jede Dünnschicht unterschiedliche
Orientierung aufweist, ohne die supraleitende Eigenschaft zu
zerstören. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt außerdem
die Abscheidung einer weiteren Dünnschicht aus
unterschiedlichem Material auf einer oxidischen supraleitenden
Dünnschicht, ohne die supraleitende Eigenschaft zu zerstören. Die
erhaltenen geschichteten Dünnschichten zeigen eine
verbesserte Kristallinität und eine verbesserte Kontinuität oder
Anpassung der Gitterkonstanten an ihrer Grenzfläche, was
erforderlich ist, um supraleitende Elemente oder integrierte
supraleitende Schaltungen zu erzeugen, aus denen
supraleitende Hochleistungsbauelemente hergestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Fig. 1 zeigt die aufeinanderfolgenden Schritte zum Herstellen
einer Schichtstruktur, die wenigstens eine oxidische
supraleitende Dünnschicht enthält, und zwar mittels des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Fig. 1A zeigt ein Substrat 3, auf welchem Dünnschichten
nacheinander durch das erfindungsgemäße Verfahren abgeschieden
werden sollen.
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Zunächst wird eine oxidische supraleitende Dünnschicht 1 auf
einem Substrat 3 durch das Außerachsensputterverfahren, das
Laserschleifverfahren, das Reaktionsverdampfungsverfahren,
die MBE- oder CVD-Technik abgeschieden. Nachdem die
Abscheidung beendet ist, wird das Substrat 3 mit der abgeschiedenen
oxidischen supraleitenden Dünnschicht 1 aus der Sputterkammer
entnommen. In der Luft reagiert eine Oberfläche der
oxidischen supraleitenden Dünnschicht 1 mit Feuchtigkeit unter
Erzeugung eines verschlechterten Abschnitts 10 und wird mit
Kohlenwasserstoffen, BaCO&sub3;, BaCuO&sub2; oder dergleichen
verunreinigt, wie in Fig. 1B gezeigt.
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Daraufhin wird das Substrat 3 in einer Ultrahochvakuumkammer
angeordnet, die daraufhin einen Druck niedriger als
1,33322 x 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) evakuiert wird. Daraufhin
wird die oxidische supraleitende Dünnschicht 1 unter
geeigneten Betriebsbedingungen wärmebehandelt Die Oberfläche der
oxidischen supraleitenden Dünnschicht 1 wird durch ein
Vierpol-Massenspektrometer (QMS) überwacht und mittels eines
Niederenergie-Elektronenbeugungsanalysators (LEED) oder eines
Röntgenstrahl - Photoelektronenspektrometers (XPS) nach der
wärmebehandlung analysiert, um zu bestätigen, daß
Verunreinigungen entfernt sind, der verschlechterte Abschnitt 10
verschwindet und eine kristalline Oberfläche freigelegt ist.
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Auf der resultierenden gereinigten Oberfläche (Fig. 1C) wird
eine weitere Dünnschicht 2 (oxidischer Supraleiter oder
unterschiedliches Material) in derselben Kammer durch das
Außerachsensputterverfahren, das Laserschleifverfahren, das
Reaktionsverdampfungsverfahren, die MBE- bzw. CVD-Technik
oder dergleichen abgeschieden.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Nunmehr wird die vorliegende Erfindung in bezug auf Beispiele
erläutert, ohne daß der Umfang der Erfindung hierauf
beschränkt ist.
Beispiel 1
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In diesem Beispiel 1 wurde eine a-achsenorientierte oxidische
supraleitende Dünnschicht aus Y&sub1;Ba&sub2;CuO7-x auf einer
c-achsenorientierten oxidischen supraleitenden Dünnschicht aus
Y&sub1;Ba&sub2;CuO7-x durch das erfindungsgemäße Verfahren abgeschieden,
dessen Schritte in Fig. 1 dargestellt sind.
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Zunächst wird eine c-achsenorientierte oxidische
supraleitende Dünnschicht 1 aus Y&sub1;Ba&sub2;CuO7-x mit einer Dicke von 300 nm
auf einem Substrat 3 aus MgO (100) durch das
Außerachsensputterverfahren unter den folgenden Betriebsbedingungen
abgeschieden:
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Sputtergas Ar : 90%
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O&sub2; : 10%
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Druck : 10 Pa
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Substrattemperatur : 700ºC
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Nachdem die Abscheidung beendet ist, wird das Substrat 3 aus
der Sputterkammer entnommen. Eine Oberfläche der
resultierenden oxidischen supraleitenden Dünnschicht 1 hat einen
verschlechterten Abschnitt 10 und ist mit Kohlenwasserstoffen,
BaCO&sub3;, BaCuO&sub2; oder dergleichen verunreinigt, die durch eine
Reaktion mit Feuchtigkeit in Luft erzeugt sind.
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Daraufhin wird das Substrat 3 in einer Ultrahochvakuumkammer
angeordnet, die daraufhin auf einen Druck niedriger als
1,33322 x 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) evakuiert wird.
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Daraufhin wird die oxidische supraleitende Dünnschicht 1
unter den folgenden Betriebsbedingungen wärmebehandelt
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Atmosphäre : O&sub2; (Reinheit besser als 5N,
Partialdruck 3333,05 Pa
(25 Torr))
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Heiztemperatur : 600ºC (Substrattemperatur)
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Heizzeit 10 min (daraufhin in
Sauerstoffatmosphäre abgeschreckt)
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Die Oberfläche der oxidischen supraleitenden Dünnschicht 1
wird durch ein Vierpol-Massenspektrometer (QMS) überwacht und
mittels eines Niederenergie-Elektronenbeugungsanalysators
(LEED) oder eines Röntgenstrahl-Photoelektronenspektrometers
(XPS) nach der Wärmebehandlung analysiert, um zu bestätigen,
daß Verunreinigungen oder der verschlechterte Abschnitt 10
entfernt ist und verschwinden und eine kristalline Oberfläche
freigelegt ist.
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Auf der resultiertenden gereinigten Oberfläche (Fig. 1C) wird
eine a-achsenorientierte oxidische supraleitende Dünnschicht
2 aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x mit einer Dicke von 2 nm durch das
Außerachsensputterverfahren unter den folgenden
Betriebsbedingungen abgeschieden:
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Sputtergas Ar : 90%
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O&sub2; : 10%
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Druck : 10 Pa
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Substrattemperatur : 600 bis 650ºC
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In den durch dieses Beispiel 1 gefertigten geschichteten
Dünnschichten hat sich bestätigt, daß sowohl die untere
supraleitende Schicht wie die obere supraleitende Schicht
eine verbesserte Kristallinität besitzen und an einer
Grenzfläche zwischen ihnen Kontinuität aufweisen.
Beispiel 2
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Beispiel 1 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß eine
Dünnschicht aus MgO derselben Dicke auf der c-achsenorientierten
oxidischen supraleitenden Dünnschicht aus Y&sub1;Ba&sub2;CuO7-x anstelle
der a-achsenorientierten oxidischen supraleitenden
Dünnschicht aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x abgeschieden wird.
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In diesem Beispiel 2 wird eine Dünnschicht 2 aus MgO mit
einer Dicke von 200 nm durch das Verdampfungsverfahren unter
den folgenden Betriebsbedingungen abgeschieden:
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Druck : 10 Pa
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Substrattemperatur : 200ºC
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In den durch das Beispiel 2 gefertigten geschichteten
Dünnschichten hat es sich bestätigt, daß sowohl die untere
supraleitende Schicht wie die obere supraleitende Schicht eine
verbesserte Kristallinität besitzen und eine scharfe Grenze
an ihrer Grenzfläche aufweisen.
Beispiel 3
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Beispiel 2 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß die
Dünnschicht aus MgO durch eine Dünnschicht aus Ag derselben Dicke
ersetzt ist.
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Die Dünnschicht aus Ag mit einer Dicke von 200 nm wird durch
das Verdampfungsverfahren unter den folgenden
Betriebsbedingungen abgeschieden:
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Druck : 10 Pa
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Substrattemperatur : 200ºC
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Auch in den durch das Beispiel 3 hergestellten geschichteten
Dünnschichten bestätigte es sich, daß sowohl die untere
supraleitende Schicht wie die obere supraleitende Schicht
eine verbesserte Kristallinität besitzen und ein guter
Kontakt zwischen den zwei Materialien vorliegt.