DE69425078T2

DE69425078T2 - Verfahren zum aufwachsen eines epitaxischen filmes auf eine oxidoberfläche und produkt

Info

Publication number: DE69425078T2
Application number: DE69425078T
Authority: DE
Inventors: Rodney A. Mckee; Frederick J. Walker
Original assignee: Lockheed Martin Energy Systems Inc
Current assignee: Lockheed Martin Energy Systems Inc
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1994-12-08
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2014-12-09
Also published as: US5450812A; EP0819187A1; GR3034394T3; CA2178656C; JPH09509640A; EP0819187B1; ES2147281T3; PT819187E; ATE194172T1; WO1995016061A1; JP3671055B2; EP0819187A4; DE69425078D1; CA2178656A1; DK0819187T3

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Strukturen für die Verwendung bei Halbleiter- und/oder optischen Wellenleiteranwendungen und spezieller das Aufwachsen eines epitaxischen Filmes auf Oberflächen, wie einer Erdalkalioxidoberfläche.
Die US-5 225 013 beschreibt eine Technik zur epitaxischen Abscheidung eines Oxids auf einem Siliciumsubstrat. Eine BaO-Schicht läßt man auf dem Siliciumsubstrat aufwachsen, und dann werden mehrere Monoschichten von Titan auf dem mit BaO beschichteten Substrat abgeschieden, und man läßt jede Schicht sich mit Sauerstoff vereinigen.
Applied Physics Letters, Band 63, Nr. 19, Seiten 2648-40 (November 1993) beschreibt eine Technik, bei der dünne Filme von Magnesiumoxid/Titanoxid epitaxisch aufwachsen. Eine atomare Schicht von Titan wird auf einem MgO-Substrat abgeschieden, und Sauerstoff wird dann abgeschieden; dieses Verfahren wird viele Male wiederholt, um einen dünnen Film zu bilden.
Oxide in einer Oxidklasse, die als Perovskite und Spinelle bekannt ist, zeigen bekanntermaßen technologisch signifikante Eigenschaften, wie Ferroelektrizität, Ferromagnetismus, Piezoelektrizität, Superleitfähigkeit und nichtlineares elektrooptisches Verhalten, und aus diesem Grund läßt man sie auf Substraten zum Zwecke einer Einarbeitung dieser Eigenschaften in elektronische Einrichtungen aufwachsen. Mit solchen auf Substraten aufgewachsenen Oxiden können die obenerwähnten Eigenschaften in einer Reihe von Einrichtungen von Vorteil sein und dürften insbesondere günstig für die Verwendung in Faraday- Rotatoren für optische Isolatoren und in magnetischen Speicheranwendungen sein. Von diesen elektronischen Einrichtungen sind optisch geleitete Welleneinrichtungen (OGW), die mit Perovskiten konstruiert sind, relativ anspruchsvoll vom Standpunkt optischer Klarheit und erfordern notwendigerweise über lange Bereiche strukturelle Kohärenz. Bisher waren die optische Klarheit und strukturelle Kohärenz eines auf einem Erdalkalioxid, wie MgO, aufgewachsenen Perovskitfilms wenigstens teilweise infolge der Unfähigkeit beschränkt, Perovskit auf dem Erdalkali aufwachsen zu lassen, wobei der aufgewachsene Perovskit eine einzige Ausrichtung hat. Es wäre erwünscht, ein Verfahren zu bekommen, um Perovskit mit einer einzelnen Ausrichtung auf einem Erdalkalioxid aufwachsen zu lassen und so die Qualität der resultierenden Struktur für OGW-Anwendungen zu verbessern.
Demnach ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren zum Aufwachsenlassen eines Perovskits oder eines Spinells mit einer einzigen Ausrichtung auf einem Erdalkalioxid sowie mit dem Verfahren gebildete Strukturen zu bekommen.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches Verfahren zu bekommen, welches für das Beschichten einer Erdalkalioxidoberfläche mit einer einzelnen Schicht eines Elementenoxids der Gruppe IVA, d. h. TiO&sub2;, ZrO&sub2; oder HfO&sub2;, gut geeignet ist.
Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche Struktur zu bekommen, die für die Verwendung in einer OGW-Anwendung oder zur Einarbeitung in eine integrierte Schaltung gut geeignet ist.
Noch ein anderes Ziel ist es, ein neues und verbessertes Verfahren zum epitaxischen Aufwachsenlassen eines Perovskits oder eines Spinells oder von Bestandteilen eines Perovskits oder Spinells auf einer Oberfläche zu bekommen, die mit einem Elementenoxid der Gruppe IVA oder einem Oxidbestandteil eines Perovskits oder Spinells versehen ist, und mit diesem Verfahren gebildete Strukturen zu bekommen.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche Struktur zu erhalten, deren ferromagnetische Eigenschaften sie für die Verwendung in magneto-optischen Anwendungen gut geeignet macht.

Zusammenfassung der Erfindung

Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen ausgeführt, deren aufmerksame Beachtung empfohlen wird.
Eine Ausführungsform des Verfahrens schließt die Stufen ein, in denen man durch Molekularstrahlepitaxiemethoden (MBE) eine einzige Metalloxidebene mit einem Metallelement einer Gruppe von Metallen, die aus Ti, Zr, Hf, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni und Cu besteht, auf einer mit einem Erdalkalioxid versehenen Oberfläche aufwachsen läßt, so daß die Metall- und Sauerstoffatome der einzigen Ebene in geordneten Stellungen über die Erdalkalioxidoberfläche hin angeordnet werden. Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens folgt auf die Stufe des Aufwachsenlassens einer einzigen Ebene von Metalloxid der obenerwähnten Oxidgruppe die Stufe des Aufwachsenlassens einer Metalloxidebene des Bestandteiles eines Perovskits oder Spinells nach MBE-Techniken auf der einzelnen Metalloxidebene, wobei das Metall der Metalloxidbestandteilsebene das große Kation in der Perovskit- oder Spinellkristallstruktur liefert.
Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens hat der Körper, der mit einem epitaxischen Film beschichtet ist, eine Oberfläche, die als Metalloxid definiert ist, welches entweder durch ein Elementenoxid der Gruppe IVA oder einen Oxidbestandteil eines Perovskit- oder Spinellkristalles vorgesehen wird, wobei das Metallelement des Metalloxids ein relativ kleines Kation in der kristallinen Form des Metalloxids liefert und die Metall- und Sauerstoffatome des Metalloxids in geordneten Positionen über die Oxidoberfläche hin angeordnet sind. Diese Verfahrensausführungsform schließt die Stufen ein, in denen man durch MBE-Techniken eine Metalloxidbestandteilsebene eines Perovskitskristalles oder Spinellkristalles epitaxisch auf der einzelnen Metalloxidebene aufwachsen läßt, wobei das Me tallelement der Metalloxidbestandteilsebene ein relativ großes Kation in der Perovskit- oder Spinellkristallstruktur bereitstellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Körpers, auf dem ein epitaxischer Perovskit oder Spinell gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung aufwachsen kann.
Fig. 2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Struktur, in welche ein Perovskitfilm auf einer MgO-Schicht aufgewachsen ist, und erläutert schematisch die aufeinanderfolgenden Schichten von die Struktur umfassenden Bestandteilen.
Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Ultrahochvakuumeinrichtung, mit welcher Stufen der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können.
Fig. 4 ist eine SEM-Mikrophotographie eines Querschnittes eines BaTiO&sub3;-Filmes mit einer Dicke von 0,6 um, epitaxisch auf MgO (001) aufgewachsen.
Fig. 5 ist ein Kubusmodell, welches die Gitterausrichtung an der Grenzfläche einer Struktur wiedergibt, worin eine MgO-Oberfläche mit BaO beschichtet ist.
Fig. 6a ist eine Photographie, die RHEED-Daten für eine saubere MgO-Oberfläche liefert, worin die Daten entlang einer [100]-Zonenachse erhalten sind.
Fig. 6b ist eine Photographie, die RHEED-Daten für eine einschichtige Beschichtung von BaO auf (001) MgO liefert, worin die Daten entlang einer [100]- Zonenachse erhalten sind.
Fig. 7a ist eine Photographie (ähnlich jener von Fig. 6a), die RHEED-Daten für eine reine MgO-Oberfläche liefert, worin die Daten entlang einer [100]-Zonenachse erhalten sind.
Fig. 7b ist eine Photographie, die RHEED-Daten für eine Monoschichtbeschichtung von TiO&sub2; auf MgO (001) liefert, worin die Daten entlang der [100]-Zonenachse erhalten sind.
Fig. 8a ist eine Draufsicht auf ein Kugelmodell einer reinen MgO-Oberfläche.
Fig. 8b ist eine Draufsicht auf ein Kugelmodell einer Monoschichtbeschichtung von TiO&sub2; auf MgO (001).
Fig. 9 ist eine Tabelle, die Strukturdaten und Brechungsindexdaten in der Ebene und außerhalb der Ebene für SrTiO&sub3; und BaTiO&sub3;-Dünnfilme auf auf MgO liefert.
Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, die Daten bezüglich der Wellenlängenabhängigkeit von optischem Verlust in Dünnfilm SrTiO&sub3; auf MgO liefert.

Detaillierte Beschreibung erläuternder Ausführungsformen

Kehrt man nun zu der Zeichnung in größeren Einzelheiten zurück, so ist in Fig. 1 ein Körper oder Blättchen 20 mit einer Oberfläche 22 gezeigt, begrenzt durch eine Substratschicht eines Erdalkalioxids, d. h. die (001)-Fläche, auf welcher man einen Perovskit oder Spinell mit einer einzigen Ausrichtung aufwachsen lassen kann. Im Interesse der vorliegenden Erfindung kann die Oberflächenschicht des Erdalkalioxids von der Außenschicht eines Körpers, der vollständig aus dem Erdalkalioxid besteht, oder der äußeren Schicht einer Reihe von Schichten, die auf einem Basissubstrat ausgebildet sind, welches beispielsweise ein halbleitendes Material, wie Silicium, umfaßt, bereitgestellt werden. In jedem Fall ist jedoch die Kristallstruktur des Erdalkalioxids rein, geordnet und atomglatt, um das anschließende epitaxische Aufwachsen eines Bestandteils eines Perovskitkristalles darauf zu fördern.
Die Kristallgitterstruktur von Perovskit ist flächenzentriert kubisch (fcc) und enthält eine Ebene eines Elementenoxids der Gruppe IVA, d. h. eines Oxids einer Gruppe, die aus TiO&sub2;, ZrO&sub2; und HfO&sub2; besteht, und eine andere Ebene eines hiervon verschiedenen Metalloxids. Beispielsweise enthält die Kristallgitterstruktur des Perovskits BaTiO&sub3; eine TiO&sub2;-Ebene und eine BaO-Ebene. Ähnlich enthält die voluminöse Kristallstruktur des Perovskits SrTiO&sub3; eine TiO&sub2;-Ebene und eine SrO-Ebene. Wie ersichtlich sein wird, schließt eine Ausführungsform des hier beschriebenen Verfahrens nach der Erfindung die Anfangsbildung einer Ebene eines Elementenoxids der Gruppe IVA auf der Erdalkalioxidoberfläche und die anschließende Bildung zusätzlicher Ebenen von Metalloxid und eines Elementenoxids der Gruppe IVA auf der Anfangsebene des Elementenoxids der Gruppe IVA ein, so daß die später gebildeten Ebenen miteinander alternieren.
Wie hier offenbar wird, ist die Kristallgitterstruktur eines Oxids in der als Spinell bekannten Oxidklasse mit der Kristallgitterstruktur eines Perovskits vergleichbar, d. h. ist in einer Weise flächenzentriert kubisch, die die vorliegende Erfindung auf das Aufwachsenlassen von Spinellen sowie Perovskiten anwendbar macht.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist eine mit 24 angegebene beispielhafte Struktur erläutert, auf welcher wechselnde Ebenen 26 und 28 des Elementenoxids der Gruppe IVA TiO&sub2; bzw. Metalloxids auf der Erdalkalioxidoberfläche 22 gebildet werden, die in diesem Fall MgO ist. Jede Ebene 26 oder 28 wird auf der MgO-Oberfläche 22 durch Molekularstrahlepitaxietechniken (MBE) und mit MBE-Gerät gebildet. Kurz gesagt enthält das MBE-Gerät, mit welchem das hier beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann, ein Ultrahochvakuum (UHV)-Wachstums/Kennzeichnungsgerät, von dem ein Ausschnitt in Fig. 3 mit 30 angegeben ist. Das Gerät 30 enthält einen Behälter 32 mit einer Innenkammer, in welcher der Körper 20 so angeordnet ist, daß seine Oberfläche 22 abwärts blickt, und mehrere Behälter 34, 36 und 38 sind in der Basis des Behälters 32 vorgesehen, um eine Dampfquelle von Metall zu liefern, das gewünschtermaßen zu der Substratoberfläche während der Bildung der Struktur 24 zugesetzt wird. In dieser Verbindung ist jeder Behälter 34, 36 und 38 so ausgebildet, daß er einen Schmelztiegel hält, der ein erwünschtes Metall enthält, und in diesem Fall halten die Behälter Metallbestandteile des Perovskits, z. B. BaTiO&sub3;, SrTiO&sub3;, CaTiO&sub3; oder MgTiO&sub3;, die erwünschtermaßen auf der MgO-Oberfläche 24 gebildet werden.
Eine Öffnung ist im oberen Ende eines jeden Behälters vorgesehen, und ein Verschluß ist mit der Behälteröffnung zur Bewegung zwischen einem geschlossenen Zustand, bei dem das Innere des Behälters geschlossen und dabei gegenüber der MgO-Oberfläche 22 isoliert ist, und einem geschlossenen Zustand, bei welchem der Inhalt des Behälters 32, d. h. der Metalldampf, zu der MgO-Oberfläche 22 hin freiliegt, verbunden. Außerdem ist eine Sauerstoffquelle 40 mit der Kammer derart verbunden, daß durch Öffnen und Schließen eines mit der Quelle 40 verbundenen Ventils Sauerstoff zu der Kammer abgegeben oder von ihr abgeschnitten wird. Das Öffnen und Schließen jedes Behälterverschlusses und des Sauerstoffquellenventils wird natürlich durch eine (nicht gezeigte) Computersteuereinrichtung gesteuert.
Bevor man die erwünschten Schichten oder Ebenen auf der MgO-Oberfläche 22 aufwachsen läßt, wird die MgO-Oberfläche atomglatt gemacht. Hierzu kann die MgO- Oberfläche 22 mit einer Polierverbindung behandelt werden, welche als ein Reinigungsmittel unter der Handelsbezeichnung Syton im Handel erhältlich ist. Der Körper 20 wird dann in die UHV-Anlage 30 eingesetzt, und die Temperatur des Körpers 20 wird auf etwa 1000ºC angehoben. Bei dieser erhöhten Temperatur werden unerwünschte Verunreinigungen, wie Wasser und Schmutz, von der Oberfläche 22 abgetrieben, und Mg-Ionen, die auf der Oberfläche 22 unter Spannung vorliegen können, läßt man zu einer stabileren oder entspannten Position wechseln. Während man eine geeignete Steuerung über den Betrieb der MBE- Anlage 30 aufrechterhält, läßt man MgO auf der Oberfläche 22 aufwachsen, um die kristalline Perfektion an der MgO-Oberfläche wiederherzustellen, da MgO darin abgeschieden wird, um so Hohlräume oder ähnliche Fehlstellen zu füllen, die über der Oberfläche 22 vorliegen können. Durch Aufwachsen einer zusätzlichen Dicke von etwa 1000 Å Mg auf der Oberfläche 22 bekommt man die erwünschte Reinheit und Glattheit der Oberfläche 22.
Bei der Vorbereitung des TiO&sub2;-Aufwachsens auf der MgO-Oberfläche 22 wird der Druck in der UVH-Kammer auf zwischen etwa 2 und 5 · 10&supmin;&sup7; Torr gesenkt. Die erwünschte TiO&sub2;-Schicht wird dann auf der MgO-Oberfläche 22 mit herkömmlichen MBE-Techniken aufgebaut, während der Kammerdruck zwischen etwa 2 und 5 · 10&supmin;&sup7; Torr gehalten wird. Beispielsweise könnte Ti-Metalldampf am Anfang auf der MgO-Oberfläche 22 abgeschieden werden, und dann könnte Sauerstoff aus der Quelle 40 über der Oberfläche freigegeben werden, so daß die erwünschte TiO&sub2;-Schicht auf der Oberfläche 22 gebildet wird. Stattdessen könnte die Oberfläche 22 gleichzeitig Ti-Dampf und Sauerstoff in gesteuerten Mengen ausgesetzt werden, so daß sich TiO&sub2; bildet und dann auf der Oberfläche 22 ansammelt.
Während jedes der obenerwähnten Abscheidungsverfahren, die die TiO&sub2;-Schicht einschließen, wird eine sorgfältige Steuerung des MBE-Betriebs aufrechterhalten, um zu gewährleisten, daß nicht mehr als eine Schicht, d. h. eine Ebene, von TiO&sub2; auf der Oberfläche 22 abgeschieden wird. Die Massenform der Verbindung TiO&sub2;, wie sie durch die in dieser Stufe gebildete geordnete Oberflächenstruktur gekennzeichnet ist, hat eine Nichtgleichgewichtsstruktur und findet sich nicht in der Natur, und es gibt eine Neigung bei dem gebildeten TiO&sub2;, sich zu Zusammenballungen anzusammeln, wenn die Oberfläche 22 einer größeren TiO&sub2;-Menge ausgesetzt wird, als sie erforderlich ist, um eine einzelne TiO&sub2;-Ebene zu umfassen. Wenn sich solche Zusammenballungen entwickeln, verliert natürlich die TiO&sub2;-Schicht ihre Ordnung, und die Fähigkeit, geordnete Schichten auf der TiO&sub2;-Schicht aufwachsen zu lassen, wird zerstört. So muß sorgfältige Steuerung bezüglich der Abscheidung von TiO&sub2;- Dampf und der Sauerstofffreisetzung aus der Quelle 40 aufrechterhalten werden, so daß sich eine einzelne Schicht und nur eine einzelne Schicht von TiO&sub2; an geordneten Positionen auf der MgO-Oberfläche 22 ansammelt.
Nach der Entwicklung der erwünschten TiO&sub2;-Schicht auf der MgO-Oberfläche 22 wird eine Metalloxidschicht, die die andere Ebene des erwünschten Perovskits umfaßt, auf der TiO&sub2;-Schicht gebildet. Wenn beispielsweise der erwünschte Perovskit BaTiO&sub3; ist, dann ist der in die Anlagenkammer abgegebene Dampf Ba, und wenn der erwünschte Perovskit SrTiO&sub3; ist, dann ist der in die Anlagenkammer abgegebene Dampf Sr.
Herkömmliche MBE-Techniken werden verwendet, um die erwünschte Oxidschicht, z. B. BaO oder SrO, auf der gebildeten TiO&sub2;-Schicht aufwachsen zu lassen. Beispielsweise kann der Metalldampf, z. B. Ba oder Sr, anfangs auf der TiO&sub2;-Oberfläche abgeschieden werden, und dann kann der Sauerstoff anschließend in die Kammer abgegeben werden, so daß sich das Metalloxid auf der TiO&sub2;-Oberfläche bildet. Alternativ könnte die TiO&sub2;-Schicht gleichzeitig Metalldampf und Sauerstoff ausgesetzt werden, so daß sich das Metalloxid auf der TiO&sub2;-Schicht ansammelt. In jedem Fall sollte sorgfältige Steuerung während des Abscheidungsbetriebes hier aufrechterhalten werden, so daß nicht mehr als eine Ebene des erwünschten Metalloxids in dieser Stufe auf der TiO&sub2;-Schicht entwickelt wird und das auf der TiO&sub2;-Schicht abgeschiedene Metalloxidmuster geordnet ist.
Nach der Bildung der erwünschten Metalloxidebene läßt man eine zweite TiO&sub2;-Ebene auf der Metalloxidebene gemäß den obenbeschriebenen Methoden, die verwendet werden, um TiO&sub2; auf der MgO-Oberfläche aufwachsen zu lassen, aufwachsen. Sodann läßt man nach Bildung der erwünschten zweiten TiO&sub2;-Ebene eine zweite Ebene des Metalloxids, z. B. BaO oder SrO, auf der zweiten TiO&sub2;-Ebene aufwachsen.
Danach werden TiO&sub2;- und Metalloxidschichten alternierend gebildet, bis wenigstens etwa 25 Zelleinheiten des erwünschten Perovskits auf der MgO-Oberfläche aufgewachsen sind. Störungen, die sich in den gebildeten Schichten entwickeln können, bilden Keime, um so innere Spannungsentlastung in den ersten 25 Zelleinheiten zu liefern, so daß Gitterspannung nicht an der Oberfläche der Ebenenschicht erscheint. So ist die Oberfläche, die durch die 25ste Zelleinheit definiert ist, geordnet und spannungsfrei.
Wenn die spannungsfreie Perovskitoberfläche ausgebildet ist, können dann Stufen durchgeführt werden, um zusätzliche Schichten des Perovskits auf dem Aufbau von Zelleinheiten anwachsen zu lassen. In dieser Verbindung ist anschließendes Aufwachsen des Perovskits auf seiner spannungsfreien Massenform homoepitaxisch statt heteroepitaxisch, so daß die Eigenschaften der Grenzfläche zwischen benachbarten Schichten von TiO&sub2; und Metalloxid während des Aufwachsens wahrscheinlich keine Probleme ergeben. So kann der Perovskit auf sich selbst aufgebaut werden, nachdem die anfänglichen 25 Zelleinheiten von Perovskit ausgebildet sind. Hierzu läßt man den Perovskit Schicht um Schicht auf der spannungsfreien Oberfläche durch herkömmliche MBE-Techniken aufwachsen, so daß jede Perovskitschicht eine Zelleinheit hoch ist. Beispielsweise kann die spannngsfreie Oberfläche anfangs Ti und Metall, z. B. Ba oder Sr, in Dampfform und sodann Sauerstoff ausgesetzt werden, so daß die Perovskite auf der spannungsfreien Oberfläche ausgebildet werden. Stattdessen kann die spannungsfreie Oberfläche gleichzeitig Ti- und Metalldämpfen und Sauerstoff ausgesetzt werden, so daß sich Perovskit bildet und dann auf der spannungsfreien Oberfläche abscheidet. In jedem Fall wird sorgfältige Steuerung des MBE-Verfahrens aufrechterhalten, so daß die Ansammlung aufeinanderfolgender Schicht des Perovskits epitaxisch bewirkt wird.
Die Klarheit des resultierenden Perovskits wird wenigstens teilweise durch den obenbeschriebenen Aufbau wechselnder Schichten von TiO&sub2; und Metalloxid auf der MgO- Oberfläche realisiert, indem dieser Aufbau unerwünschte Effekte minimiert, welche sonst aus der Grenzflächenelektrostatik resultieren könnten, die zwischen MgO und den darüberliegenden Schichten entwickelt wird, welche anschließend darauf anwachsen. Um die Grenzflächenelektrostatik zu berücksichtigen, kann die Struktur der Perovskitoxide beachtet werden. Das unterscheidende Merkmal der Perovskitoxidklasse wird als eine dichteste Packung großer Kationen und Sauersoffanionen erkannt, die als übereinanderliegende Schichten normal zu einer [111]-Richtung angeordnet sind. Die oktaedrischen Zwischenräume, die sich als ein Ergebnis dieser Stapelfolge bilden, werden ihrerseits mit anderen Kationen höherer Valenz gefüllt. Ihre resultierenden Strukturen sind kubisch mit stabilen Kristallflächen mit niedrigem Index. Die natürlich vorkommenden Kristallverbindungen sind {001} und sind dann beispielsweise mit BaTiO&sub3;, entweder BaO-Ebenen oder TiO&sub2;-Ebenen, wie oben erwähnt. Die Ionengrößen und -ladungen in diesen Ebenen sind deutlich verschieden, und die Einleitung einer heteroepitaxischen Aufwachsfolge für eine solche Struktur auf einem anderen isolierenden Oxid muß dies in Rechnung stellen.
Unter Bezugnahme auf die Mikrophotographie von Fig. 4 ist dort ein Bruchquerschnitt eines repräsentativen BaTiO&sub3;-Filmes auf (100) MgO gezeigt. Das Material von Fig. 4 ließ man unter Verwendung von Quellenverschluß-MBE-Techniken in Ultrahochvakuum anwachsen. Der Film ist eine anhaftende einzelne Phase und optisch klar. Die Epitaxie ist Kubus auf Kubus und resultiert in ungewöhnlicher Weise aus der obenbeschriebenen Schichtungsfolge, die bei der TiO&sub2;-Ebene der Perovskitstruktur beginnt. Die Schichtungsfolge ist ein Erfordernis für die Einzelausrichtung, epitaxisches Aufwachsen eines Perovskits auf MgO.
Für einen heteroepitaxischen Übergang zwischen isolierenden Oxiden bestimmt die Grenzflächenelektrostatik (nahe Nachbarwechselwirkungen von Ion zu Ion) der ersten Schichten kritisch, ob sich eine entsprechende Struktur entwickeln kann. Wenn man beispielsweise von MgO zu BaTiO&sub3; auf der (001)-Fläche des MgO geht, kann sich die Struktur an der Grenzfläche nicht günstig mit der MgO-Oberfläche entwickeln, wenn der Übergang an einer Bariumoxidebene beginnt. Die grundlegende Unverträglichkeit resultiert aus dem großen Unterschied der Ionengröße zwischen Barium und Magnesium. Insbesondere ist es unmöglich, nahe Nachbarionen von Figurationen zu vermeiden, bei denen in großen Zahlen Kation-Kation- oder Anion-Anion-abstoßende Wechselwirkungen auftreten. Dies führt natürlich zu Grenzflächenenergie und einer inhärenten Instabilität. Bei jeder bisher gemachten Untersuchung, die auf Grenzflächengleichgewicht und Oberflächenentmischungsphänomene für die Erdalkalioxide gerichtet wurde, tauchte das klare Ergebnis auf, daß keine Einzelschicht von BaO auf MgO existierte, die energetisch stabil war. Wir fanden, daß die energetische Stabilität von ungeheurer Wichtigkeit für das Wachstum von Perovskiten mit einer einzigen Ausrichtung auf MgO ist.
Zu Vergleichszwecken wurden Bariummetall und Sauerstoff auf einer MgO- Oberfläche bei einer Substrattemperatur von 500ºC abgeschieden, um BaO mit einer ¹/&sub2;- Monoschichtbedeckung auf der MgO-Oberfläche zu bilden. Diese Monoschichtbedeckung ist äquivalent einer Monoschicht von BaO in BaTiO&sub3;. Die hohen Grenzflächenenergien, die aus geeigneter BaO-Epitaxie auf MgO resultieren würden, sollten Mechanismen zur Senkung der Grenzflächenenergie betreiben. Hierzu ist in Fig. 5 ein Kubusmodell der Grenzfläche und der verbundenen Reflexionshochenergieelektronenbeugungsbilder (RHEED) von reinen und ¹/&sub2; mit einer Monoschicht von BaO bedeckten (100) MgO-Oberflächen gezeigt. Die Bedeutung von Oberflächenentmischungstheorien besteht darin, daß sich inselartige Keimbildung von ungeeigneten BaO-Typ-Strukturen entwickeln sollten und angenommen wird, daß dies erfolgt. Das in Fig. 5 gezeigte Kubusmodell zeigt eine Idealisierung paralleler und um 45º gedrehter Morphologien einer (100)-Grenzfläche zwischen MgO und BaO, und die Fig. 6a und 6b zeigen Beugungsbilder als experimentelle Bestätigung ihrer Existenz. Das RHEED-Bild, das in Fig. 6a gezeigt ist, resultiert aus einer MgO-Oberfläche, die in dem MBE-System durch homoepitaxisches Aufwachsenlassen von 100 nm MgO auf (001) MgO hergestellt wurde. Die 0,0- und zugelassenen 0,2-Oberflächenstäbe sind zu sehen. In Fig. 6b ist die Oberflächenbeugung an der gleichen Zonenachse erläutert, doch durch eine BaO- Abscheidungsbeschichtung in einer einzigen Schicht. In Fig. 6b kann man sehen, daß sich ungeeignete Kristallitausrichtungen gebildet haben und zu einer Beugung dort, was die 0,2- Stabposition für BaO Kubus auf Kubus und an dem 1,1-Stab von um 45º gedrehtem BaO wäre, führen. Außerdem wird bei der Zugabe zu dem Stababstand, der die mikrostrukturellen Eigenschaften der Grenzfläche zeigt, die Beugungsintensität entlang den reziproken BaO- Gitterstäben in einer Bragg-ähnlichen Weise moduliert, d. h. es tritt eine dreidimensionale Beugung auf, die eine "Inselbildung" oder Oberflächenaufrauhung anzeigt. Diese dreidimensionalen Inselstrukturen mit Mehrfachausrichtung vereiteln jeden Versuch beim Aufwachsenlassen optisch qualitätvoller dicker Perovskitfilme.
Wenn man sich wieder auf die Konstruktion der Struktur der vorliegenden Erfindung bezieht, bekommt man in den Fig. 7a und 7b Photographien von RHEED-Daten, die das dramatisch verschiedene Ergebnis erläutern, das durch Aufwärtsbewegen einer Ebene von der MgO-Schicht aus (deren Kugelmodell in Fig. 8a abgebildet ist) in der BaTiO&sub3;- Einheitszefle zu der TiO&sub2;-Ebene (deren Kugelmodell in Fig. 8b wiedergegeben ist) und Einleitung der Aufwachsfolge an diesem Punkt erhalten werden kann. Eine geeignete, atomar flache Schicht von TiO&sub2; kann sich bilden, in welcher jede andere Kationenreihe über den darunterliegenden MgO²&spplus;-Stellen leer ist. Diese TiO&sub2;-Oberfläche genügt den elektrostatischen Erfordernissen für nahe Anion-Kation-Nachbarpaare an der Grenzfläche und ist eine stabile Verkürzung der MgO-Oberfläche mit niedriger Energie. Die fehlende Kationenreihe in dieser Schicht liefert die energetisch günstigen Stellen für anschließende Bariumionenanbindung an die Kristalloberfläche. Wenn das Perovskitaufwachsen mit abwechselnden Barium- und Titanabscheidungszyklen fortgesetzt wird, wächst BaTiO&sub3; Schicht um Schicht auf und kann Spannungsentlastung durch Keimbildung einfacher Kantenverlagerungen, die die Epitaxie mit Einzelausrichtung Kubus auf Kubus beibehalten, auftreten. Der BaTiO&sub3;- Gitterparameter entspannt sich zu seinem spannungsfreien Massenwert innerhalb von 10 Einheitszellen von der ursprünglichen Grenzfläche. Der Übergang von Heteroepitaxie zu Homoepitaxie des Perovskits wird mit dem erwünschten Material mit Einzelausrichtung und seiner vorteilhaften Langbereich-Strukturkohärenz vervollständigt. Mit dem Übergang von Heteroepitaxie zu Homoepitaxie in der obenbeschriebenen Weise können Aufwachsgeschwindigkeiten der Größenordnung von 1 um/h bei Temperaturen so niedrig wie 500ºC durch gemeinsame Abscheidung von Barium und Titan oder Strontium und Titan mit Sauerstoffankunftsraten äquivalent zu Drücken von 10&supmin;&sup7; Torr erhalten werden. Strukturelle und optische Eigenschaften der resultierenden dünnen Filme sind in Tabellenform in Fig. 9 aufgeführt.
Das oben für die Stabilisierung der Grenzfläche zwischen einem Perovskitoxid und dem Erdalkalioxid MgO beschriebene MBE-Verfahren liefert eine bisher nicht erhältliche Gelegenheit, die elektrooptischen Eigenschaften epitaxischer Dünnfilmferroelektrik in Wellenführungsanwendungen auszunutzen. Zur Stützung dieser Auffassung ist in Fig. 10 eine Aufzeichnung der Wellenleiterabhängigkeit von dem optischen Verlust in Dünnfilmen SrTiO&sub3; auf einer MgO-Oberfläche wiedergegeben. Ein solcher Film besitzt hohe optische Klarheit und kann direkt mit der Leistung von LiNbO&sub3;, dem üblichsten Material in EO-Einrichtungen, verglichen werden. Es wird angenommen, daß dies die erste Demonstration solcher optischen Klarheit von SrTiO&sub3; und BaTiO&sub3;, die in Dünnfilmform aufgewachsen sind, ist. Die Kristallqualität, die durch die obenbeschriebenen Methoden erhalten wird, resultiert nicht aus den erhöhenden Verbesserungen aufgrund bekannter Information, sondern wird eher durch direktes Erfüllen der fundamentalen Erfordernisse einer Grenzflächenenergieminimierung zwischen Perovskit und Erdalkalioxiden erreicht.
Es wird verständlich sein, daß zahlreiche Abwandlungen und Austauschhandlungen bei den obenbeschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise beschreibt zwar das oben erläuterte Verfahren einen Aufbau eines relativ dicken Perovskitfilmes auf einer MgO-Oberfläche, doch kann ein brauchbares Produkt, welches beispielsweise die Untersuchung der eigenen Eigenschaften von MgO gestatten könnte, lediglich eine einzelne Schicht von TiO&sub2; über einer MgO-Oberfläche einschließen. So könnte gemäß den breiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung eine Ausführungsform des Verfahrens bei der Bildung einer TiO&sub2;-Einzelebene (oder von einem Oxid eines anderen Elementes der Gruppe IVA) auf einer MgO-Oberfläche (oder einer solchen eines anderen Erdalkalioxids) enden.
Obwohl die obenerwähnten Ausführungsformen in Verbindung mit Perovskiten beschrieben wurden, welche eine Ebene von Titanoxid (TiO&sub2;) einschließen, sind weiterhin die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auf andere Perovskite und Oxide in der Klasse der als Spinelle bekannten Oxide anwendbar. Das unterscheidende Strukturmerkmal der Perovskit- oder Spinelloxidklasse, womit sich diese Erfindung befaßt, wird als eine dichteste Packung großer Kationen und Sauerstoffatome als gestapelte Schichten angeordnet erkannt, und zwischen diesen Schichten sind kleinere Kationen höherer Wertigkeit angeordnet. Beispielsweise liefert in jedem der Perovskite BaZrO&sub3;, SrZrO&sub3; und PbZrO&sub3; das Metall Zirkonium die kleinen Kationen in der Kristallstruktur (und Bindungen mit Sauerstoff in einer Ebene der Struktur unter Bildung von ZrO&sub3;), während das Metallelement Ba, Sr oder Pb die größeren Kationen liefert. Ähnlich spielt in dem Perovskit SrHfO&sub3; das Metall Hafnium die Rolle der kleinen Kationen, während das Metall Strontium die Rolle der großen Kationen spielt. Gemäß diesen Grundlinien kann die Metalloxidebene eines Perovskitkristalles, die das kleine Kation enthält, ein Gemisch unterschiedlicher, obgleich geeigneter Elemente, z. B. der Grup pe IVA, umfassen. Beispielsweise kann der Perovskit BaTiXZr&sub1;&submin;&sub4;O&sub3; epitaxisch auf einem Substrat von MgO (oder einem anderen Erdalkalioxid) gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut werden, wobei Titan und Zirkonium in der Konstruktion der Kristallebenen der Perovskitstruktur, welche die kleinen Kationen einschließen, verwendet werden. Die Perovskite sind allgemein in der Stöchiometrie von ABO&sub3;, worin A ein Element, wie Mg, Ba, Sr, Ca und Pb ist, von denen alle Wertigkeitszustände von +2 haben, und B ist ein Element, wie Ti, Hf oder Zr, mit Wertigskeitszuständen von +4.
Ähnlich schließt die Kristallstruktur eines als ein Spinell bekannten Oxids bekanntermaßen eine Fläche ein, deren Gitterstruktur frontal gesehen jene der kristallinen Form eines Oxids der Gruppe IVA simuliert (siehe z. B. das Kugelmodell von TiO&sub2;, das in Fig. 8b wiedergegeben ist). Mit anderen Worten, diese Spinelloxide sind mit einer wesentlichen Oxidebene versehen, worin das Metallelement des Oxids in der Ebene ein relativ kleines Kation in bezug auf die Größe des Sauerstoffatoms in der kristallinen Form des Oxids liefert und die Metall- und Sauerstoffatome des Metalloxids an geordneten Stellen die Oxidoberfläche hin angeordnet sind. Die Spinelloxide sind mit einer zweiten wesentlichen Oxidebene versehen, worin das Metallelement des Oxids in dieser zweiten Ebene ein relativ großes Kation in der kristallinen Form des Oxids liefert. Die Spinelle haben allgemein die Stöchiometrie A&sub2;BO&sub4;, worin A ein Element, d. h. ein Element mit großem Kation, ist, welches nichtmagnetisch ist, wie Mg, Ba, Sr, Ca und Pb. Diese Elemente haben alle Elektronenkonfigurationen der äußeren Schale gefüllt, so daß es keine ungepaarten Elektronen gibt, die permanent magnetische Momente ergeben. B ist ein Element, d. h. ein Element mit kleinem Kation, das magnetisch sein kann, wie Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni und Cu. Diese später erwähnten Elemente kommen aus der Übergangs- oder Seltenen Erdelementreihe und haben unaufgefüllte innere Elektronenschalen, die ungepaarte Elektronen enthalten, welche dann für ihre permanentmagnetischen Momente verantwortlich sind. Die mit diesen Elementen "B" verbundenen magnetischen Momente haben Ordnungs/Unordnungsphänomene, die mit Umwandlungen ferromagnetischer Phase verbunden sind, und haben dann magneto-optische Eigenschaften. Diese Eigenschaften können in einer Anzahl von Einrichtungen vorteilhaft sein und dürften insbesondere für die Verwendung in Faraday-Rotatoren für optisch Isolatoren und in magnetischen Speicheranwendungen gut geeignet sein.
Es wird angenommen, daß infolge der oben diskutierten Ähnlichkeit der Kristallformen der Oxide von Elementen der Gruppe IVA, Perovskite und der Spinelle, ein Perovskit, ein Spinell oder eine wesentliche Oxidebene eines Perovskits oder eines Spinells auf einer Oberfläche aufwachsen können, die entweder von Oxiden eines Elementes der Gruppe IVA oder einem Oxidbestandteil eines Perovskits oder Spinells gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird. Hierzu werden MBE-Techniken benutzt, um eine anfängliche wesentliche Ebene eines Perovskit- oder Spinellkristalles auf dem Metalloxid epita xisch anwachsen zu lassen, wobei das Metallelement der wesentlichen Oxidebene ein großes Kation in der Perovskit- oder Spinellstruktur liefert. Der Aufbau von epitaxischen Schichten kann dann fortgesetzt werden (z. B. unter Bildung von Perovskit in Masse oder Spinell in Masse), indem mit MBE-Methoden eine zweite epitaxische Schicht auf der anfänglichen Schicht zum Aufwachsen gebracht wird, wobei die zweite epitaxische Schicht eine wesentliche Metalloxidebene des Perovskits oder Spinells umfaßt, worin die wesentliche Metalloxidebene der zweiten epitaxischen Schicht das Metallelement einschließt, welches das kleine Kation in der Perovskit- oder Spinellkristallstruktur liefert.
Beispiele der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren zum Beschichten eines Körpers mit einem epitaxischen Film, bei dem der Körper eine Oberfläche hat, die von einem Erdalkalioxid, einem Oxid eines Elementes der Gruppe IVA, einem Oxidbestandteil eines Perovskits und einem Oxidbestandteil eines Spinells vorgesehen wird, sowie Strukturen, die mit dem Verfahren gebildet werden.
Demnach sollen die obenbeschriebenen Ausführungsformen nur der Erläuterung und nicht einer Beschränkung dienen.

Claims

1. Verfahren zum Beschichten eines Körpers (20), mit einem epitaxischen Film, wobei der Körper (20) eine Oberfläche (22) hat, die von einem Erdalkalioxid bereitgestellt wird, mit den Stufen, in denen man durch epitaxische Molekularstrahlmethoden (MBE) eine Schicht mit einer einzigen Ebene von Metalloxid mit Sauerstoff und einem Metallelement der Gruppe von Metallen, die aus Ti, Zr, Hf, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni und Cu besteht, auf der Erdalkalioxidoberfläche (22) aufwachsen läßt, wobei die Sauerstoff- und Metallatome des Metalloxids auf der Erdalkalioxidoberfläche in genügenden Mengen abgeschieden werden, um eine Schicht des Metalloxids mit einer einzigen Ebene aufzubauen und während des Abscheidungsverfahrens derart zum Ruhen kommen zu lassen, daß die Schicht von Metalloxid mit einer einzigen Ebene die Erdalkalioxidoberfläche (22) direkt berührt und ihr entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metallelement der Metalloxidschicht mit einer einzigen Ebene ein relativ kleines Kation in bezug auf die Größe des Sauerstoffs in der kristallinen Form des Metalloxids liefert und der Stufe des Anwachsenlassens der Metalloxidschicht mit einer einzelnen Ebene eine Stufe folgt, in der durch epitaxische Molekularstrahltechniken (MBE) eine Metalloxidschicht mit einer einzelnen Ebene eines Perovskitkristalles oder eines Spinellkristalles epitaxisch auf der Metalloxidschicht mit einer einzelnen Ebene aufwächst, wobei der Perovskit oder Spinell eine kristalline Form aus zwei Metalloxidschichten mit einer einzelnen Ebene hat und wobei das Metalloxid einer oder beider Metalloxidschichten mit einer einzelnen Ebene der Perovskit- oder Spinellkristallform ein Metall einschließt, welches ein kleines Kation in der Perovskit- oder Spinellkristallstruktur liefert und das Metalloxid der anderen der beiden Metalloxidschichten mit einzelner Ebene der Perovskit- oder Spinellkristallform ein anderes Metall einschließt, welches ein großes Kation in der Perovskit- oder Spinellkristalstruktur liefert, und worin die durch diese Stufe aufgewachsene Metalloxidschicht mit einzelner Ebene das Metall einschließt, welches das große Kation in der Perovskit- oder Spinellkristallstruktur liefert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Metalloxidschicht mit einer einzelnen Ebene eine erste epitaxische Schicht liefert und der Stufe eines Anwachsens der ersten epitaxischen Schicht die Stufe folgt, in der durch MBE-Methoden eine zweite epitaxische Schicht auf der ersten epitaxischen Schicht aufwächst, wobei die zweite epitaxische Schicht eine Metalloxidschicht mit einzelner Ebene eines Perovskit- oder Spinellkristalles umfaßt und wobei die Metalloxidschicht mit einzelner Ebene der zweiten epitaxischen Schicht das Metall einschließt, welches das kleine Kation in der Perovskit- oder Spinellkristallstruktur liefert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Metalloxid der zweiten epitaxischen Schicht ein Metalloxid mit einem Metallelement einer Gruppe von Metallen ist, welche aus Ti, Zr, Hf, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni und Cu besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Stufe eines Anwachsens der zweiten epitaxischen Schicht die Wiederholung der Stufenfolge folgt, in welcher man

a) eine andere Metalloxidschicht mit einzelner Ebene eines Perovskit- oder Spinellkristalles auf der zweiten epitaxischen Schicht aufwachsen läßt, wobei das Metall der anderen Metalloxidschicht mit einzelner Ebene ein großes Kation in der Perovskit- oder Spinellkristallstruktur liefert, und

b) eine weitere Metalloxidschicht mit einzelner Ebene eines Perovskit- oder Spinellkristalles auf der anderen Metalloxidschicht mit einzelner Ebene aufwachsen läßt, wobei das Metall der weiteren Metalloxidschicht mit einzelner Ebene das kleine Kation in der Perovskit- oder Spinellkristallstruktur liefert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Metalloxid der weiteren Metalloxidschicht mit einzelner Ebene ein Metalloxid mit einem Metallelement einer Gruppe von Metallen ist, die aus Ti, Zr, Hf, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni und Cu besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Stufen (a) und (b) einschließlich wiederholt werden, bis keine Gitterspannung in dem Aufbau von Ebenen an der Oberfläche des Aufbaues erscheint.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Stufen (a) und (b) einschließlich wiederholt werden, bis die Gesamtzahl der Metalloxidebenen, die durch Stufe (a) aufwachsen, wenigstens 25 ist.

9. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei dem der 25. Metalloxidschicht mit einzelner Ebene, die durch Stufe (a) aufgewachsen ist, die Stufe folgt, in der man durch MBE- Methoden Schichten eines Perovskits oder Spinells auf dem gewachsenen Aufbau von Schichten mit einzelner Ebene wachsen läßt, wobei die Perovskit- oder Spinellschichten Schicht für Schicht anwachsen.

10. Struktur für die Verwendung in einer Halbleiter- und/oder Wellenleiteranwendung mit einem Körper (20) mit einer Oberfläche (22), die durch ein (001)-Erdalkalioxid und einen (100)-ausgerichteten Film, der Würfel auf Würfel über dem Erdalkalioxid angeordnet ist, definiert ist, wobei der Film eine Schicht mit einziger Ebene des Metalloxids einschließt, welches aus Sauerstoff und einem Metallelement aus der Gruppe von Metallen besteht, die aus Ti, Zr, Hf, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni und Cu besteht und wobei die Metalloxidschicht mit einzelner Ebene mit der Erdalkalioberfläche direkt in Berührung kommt und ihr entspricht.

11. Struktur nach Anspruch 10, bei der der Film eine erste Schicht mit einzelner Ebene einschließt, die über der Schicht mit einzelner Ebene liegt, worin die erste Schicht mit einzelner Ebene eine Metalloxidschicht mit einzelner Ebene umfaßt, welche aus einem Metalloxid eines Perovskit- oder Spinellkristalles besteht, wobei das Metallelement des Metalloxids das große Kation der kristallinen Form der Perovskit- oder Spinellstruktur liefert und die erste Schicht mit einzelner Ebene direkt die darunterliegende Metalloxidschicht mit einzelner Ebene berührt und ihr entspricht.

12. Struktur nach Anspruch 11, bei der das Metalloxid der ersten Schicht mit einzelner Ebene ein Metalloxid eines Perovskit- oder Spinellkristalles ist und der Film weiterhin eine zweite Schicht mit einzelner Ebene einschließt, die epitaxisch die erste Schicht mit einzelner Ebene überlagert, worin die zweite Schicht mit einzelner Ebene eine Metalloxidschicht mit einzelner Ebene umfaßt die aus einem anderen Metalloxid des Perovskit- oder Spinellkristalles besteht, wobei das Metallelement des anderen Metalloxids das kleine Kation der kristallinen Form der Perovskit- oder Spinellstruktur liefert und worin die zweite Schicht mit einzelner Ebene die darunterliegende Metalloxidschicht mit einer Ebene direkt überdeckt und ihr entspricht.

13. Struktur nach Anspruch 12, bei der der Film eine Reihe von entsprechenden Schichten mit einzelner Ebene von Metalloxidschichten mit einzelner Ebene eines Perovskit- oder Spinellkristalles einschließt, welcher die zweite Schicht mit einzelner Ebene überlagert, worin die Metalloxidschichten mit einzelner Ebene des Perovskit- oder Spinellkristalles, welcher das Metallelement einschließt, das das kleine Kation liefert, mit den Schichten mit einziger Ebene des Metalloxids des Perovskit- oder Spinellkristalles, welcher das Metallelement einschließt, das das große Kation liefert, abwechseln.

14. Struktur nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, weiterhin mit einem Substrat eines halbleitenden Materials, welches unter dem Erdalkalimetall liegt.

15. Struktur nach Anspruch 14, die als ein Bestandteil in einem integrierten elektronischen Schaltkreis verwendet wird.

16. Verfahren zum Beschichten eines Körpers (20) mit einem epitaxischen Film, bei dem der Körper (20) eine Oberfläche (22) hat, die von einem Metalloxid definiert ist, welches entweder von einem Elementenoxid der Gruppe IVA oder einem Oxid eines Perovskit- oder Spinellkristalles bereitgestellt wird, wobei das Metallelement des Metalloxids ein relativ kleines Kation in der kristallinen Form des Metalloxids liefert und die Metall- und Sauerstoffatome des Metalloxids an geordneten Stellen über die Oxidoberfläche hin angeordnet sind, wobei das Verfahren die Stufen umfaßt, in denen man durch epitaxische Molekularstrahltechniken (MBE) eine Metalloxidschicht mit einzelner Ebene eines Perovskit- oder Spinellkristalles direkt und entsprechend auf dem Metalloxid aufwachsen läßt, wobei das Metallelement der Metalloxidschicht mit einzelner Ebene ein relativ großes Kation in der Perovskit- oder Spinellkristallstruktur liefert.

17, Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Metalloxidschicht mit einzelner Ebene eine erste epitaxische Schicht mit einzelner Ebene liefert und der Stufe des Anwachsens der ersten epitaxischen Schicht mit einzelner Ebene die Stufe folgt, in der man durch MBE-Techniken eine zweite epitaxische Schicht mit einzelner Ebene auf der ersten epitaxischen Schicht mit einzelner Ebene aufwachsen läßt, wobei die zweite epitaxische Schicht mit einzelner Ebene eine Metalloxidebene eines Perovskit- oder Spinellkristalles umfaßt und das Metall einschließt, welches ein relativ kleines Kation in der Perovskit- oder Spinellkristallstruktur liefert.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Stufe des Anwachsens der zweiten epitaxischen Schicht mit einzelner Ebene durch Wiederholung der Abfolge die Stufen folgen, in denen man eine andere Metalloxidschicht mit einzelner Ebene eines Perovskit- oder Spinellkristalles auf der zweiten epitaxischen Schicht mit einzelner Ebene aufwachsen läßt, wobei das Metallelement der anderen Metalloxidschicht mit einzelner Ebene das große Kation in der Perovskit- oder Spinellkristallstruktur liefert, und dann eine weitere Metalloxidschicht mit einzelner Ebene eines Perovskit- oder Spinellkristalles auf der anderen Metalloxidschicht mit einzelner Ebene aufwachsen läßt, wobei das Metall der weiteren Metalloxidschicht mit einzelner Ebene das kleine Kation in der Perovskit- oder Spinellkristallstruktur liefert.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das Metalloxid der weiteren Metalloxidschicht mit einzelner Ebene ein Metalloxid mit einem Metallelement einer Gruppe von Metallen ist, die aus Ti, Zr, Hf, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni und Cu besteht.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei dem die Stufen (a) und (b) einschließlich wiederholt werden, bis keine Gitterspannung in dem Aufbau von Ebenen in der Oberfläche des Aufbaues erscheint.

21. Verfahren nach Anspruch 18 und 19, bei dem wiederholt wird, bis eine ganze Zahl von Metalloxidschichten mit einzelner Ebene, die durch die Stufe (a) aufgewachsen werden, wenigstens 25 beträgt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der 25. Schicht mit einzelner Ebene von Metalloxid, das durch die Stufe (a) aufgewachsen ist, die Stufen folgen, in denen man durch MBE-Techniken Schichten von Perovskit oder Spinell auf dem aufgewachsenen Aufbau von Schichten mit einzelner Ebene aufwachsen läßt, worin die Perovskit- oder Spinellschichten Schicht für Schicht aufwachsen.

23. Struktur für die Verwendung wenigstens einer Halbleiter-, Wellenleiter- oder magneto-optischen Anwendung, wobei die Struktur einen Körper (20) mit einer Oberfläche (22) umfaßt, die von einem Metalloxid definiert wird, welches aus der Gruppe besteht und ausgewählt ist, die aus einem Metalloxid eines Perovskitkristalles und einem Metalloxid eines Spinellkristalles besteht, wobei das Metallelement des Metalloxids der Oberfläche (22) des Körpers (20) ein relativ kleines Kation in der kristallinen Form des entsprechenden Perovskits oder Spinells im Vergleich zu dem anderen Metallkation der kristallinen Form des entsprechenden Perovskits oder Spinells liefert, und mit einem epitaxisch die Metalloberfläche (22) des Körpers (20) bedeckenden Film, wobei der Film eine einzelne entsprechende Ebene einschließt, die aus einem Metalloxid besteht, welches die Metalloxidoberfläche (22) des Körpers (20) direkt berührt, und das Metalloxid einer einzelnen entsprechenden Ebene Würfel auf Würfel auf der Oberfläche (22) des Körpers (20) angeordnet ist und aus einem Metalloxid aus der Gruppe besteht, die aus einem Metalloxid, wenn ein Perovskitkristall vorliegt, und einem Metalloxid eines Spinellkristalles besteht, wobei das Metallelement der einzelnen entsprechenden Ebene ein großes Kation in der kristallinen Form des entsprechenden Perovskits oder Spinells im Vergleich mit dem anderen Metallkation der Kristallform des entsprechenden Perovskits oder Spinells liefert.

24. Struktur nach Anspruch 23, bei der die einzelne entsprechende Ebene des Films eine erste Schicht mit einzelner Ebene ist, die direkt die Metalloxidoberfläche (22) des Körpers (20) berührt und ihr entspricht und der Film eine zweite Schicht mit einzelner Ebene einschließt, welche direkt das unter der zweiten Schicht mit einzelner Ebene liegende Metalloxid berührt und ihm entspricht, wobei die zweite Schicht mit einzelner Ebene eine einzelne entsprechende Metalloxidebene umfaßt, die Würfel auf Würfel auf der darunterliegenden Schicht mit einzelner Ebene angeordnet und aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Metalloxid eines Perovskitkristalles und einem Metalloxid eines Spinellkristalles besteht, wobei das Metallelement des einen Metalloxids ein kleines Kation der kristallinen Form des entsprechenden Perovskits oder Spinells im Vergleich mit dem anderen Metallkation der kristallinen Form des Perovskits oder Spinells liefert.

25. Struktur nach Anspruch 24, bei der der Film eine Reihe von entsprechenden Schichten von Metalloxid mit einzelner Ebene einschließt, die Würfel auf Würfel auf der zweiten Schicht mit einzelner Ebene angeordnet sind und dieser entsprechen, wobei jede der Anzahl der Schichten mit einzelner Ebene der Reihe aus einer einzelnen entsprechenden Metalloxidebene besteht, das aus der Gruppe besteht und ausgewählt ist, die aus einem Metalloxid eines Perovskitkristalles und einem Metalloxid eines Spinellkristalles besteht, wobei das Metallelement das kleine Kation in der kristal linen Form des Perovskits oder Spinells liefert und jede der restlichen Schichten mit einzelner Ebene der Reihe aus einer einzelnen entsprechenden Metalloxidebene besteht, die aus der Gruppe besteht und ausgewählt ist, die aus einem Metalloxoid eines Perovskitkristalles und einem Metalloxid eines Spinellkristalles besteht, wobei das Metallelement ein großes Kation in der kristallinen Form des Perovskits oder Spinells liefert und worin die Metalloxidebenen der Reihe mit kleinem Kation mit den Metalloxidebenen der Reihe von großem Kation abwechseln, wenn man den Weg durch diese Reihen von der zweiten Schicht aus nimmt.

26. Struktur nach Anspruch 24, weiterhin mit einem Substrat eines halbleitenden Materials, welches unter dem oberflächendefinierenden Körper (20) liegt.

27. Struktur nach Anspruch 24, 25 oder 26, welche eine Komponente in einer magnetooptischen Schaltung ist.