JP2525050B2 - 酸化物超電導体・半導体接合の形成方法 - Google Patents
酸化物超電導体・半導体接合の形成方法Info
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Classifications
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- 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
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は酸化物超電導体・半導体接合の形成方法に
関し、特にビスマス（以下Biと略す）又はタリウム（以
下Tlと略す）を成分元素の一つとする酸化物超電導体と
元素半導体、III−Ｖ族又はII−VI族化合物半導体との
酸化物超電導体・半導体接合の形成方法に関するもので
ある。
関し、特にビスマス（以下Biと略す）又はタリウム（以
下Tlと略す）を成分元素の一つとする酸化物超電導体と
元素半導体、III−Ｖ族又はII−VI族化合物半導体との
酸化物超電導体・半導体接合の形成方法に関するもので
ある。
［従来の技術］ 従来、シリコン（Si）等の半導体基板上にY1Ba2Cu3O
x、Bi2(Sr,Ca)3Cu2Oy、Tl2(Ba,Ca)3Cu2Oz等の酸化物高
温超電導体の薄膜を形成する場合、MgO、ZrO2、BaTiO3
（又はSrTiO3）／MgAl2O4のような物質からなるバッフ
ァ層をSi基板上に形成したのち上記の酸化物超電導体の
薄膜を成長する方法が知られている。
x、Bi2(Sr,Ca)3Cu2Oy、Tl2(Ba,Ca)3Cu2Oz等の酸化物高
温超電導体の薄膜を形成する場合、MgO、ZrO2、BaTiO3
（又はSrTiO3）／MgAl2O4のような物質からなるバッフ
ァ層をSi基板上に形成したのち上記の酸化物超電導体の
薄膜を成長する方法が知られている。
以上のうち、MgOやZrO2をバッファ層とするものとし
て、例えば下記文献に開示されたものである。
て、例えば下記文献に開示されたものである。
文献1:ジャパニーズ ジャーナル オプ アプライド
フィジックス； Japanese Journal of Applied Physics,27［８］（Au
gust 1988）（日）p.L1524−L1526 文献2:アプライド フィジックス レターズ； Appl.phys.Lett:American lnstitute of Physics,52［2
4］（13June 1988）（米）p.2068−2070 また、BaTiO
3（又はSrTiO3）／MgAl2O4を上記のバッファ層として用
いるものは以下の文献３に開示されている。
フィジックス； Japanese Journal of Applied Physics,27［８］（Au
gust 1988）（日）p.L1524−L1526 文献2:アプライド フィジックス レターズ； Appl.phys.Lett:American lnstitute of Physics,52［2
4］（13June 1988）（米）p.2068−2070 また、BaTiO
3（又はSrTiO3）／MgAl2O4を上記のバッファ層として用
いるものは以下の文献３に開示されている。
文献3:アプライド フィジックス レターズ； Appl.Phys.Lett.:American Institute of Physics,5
3［20］（14November1988）（米）p.1967−1969 上記のような適切なバッファ層を用いて酸化物高温超
電導体と半導体の接合を行う方法のほかに下記文献４に
示されるようにSi等の基板上に酸化物高温超電導体を直
接堆積する方法もある。文献4:ジャパニーズ ジャーナ
ル オブ アプライド フィジックス； Japanese Journal of Applied Physics,27［12］（De
cember1988）（日）p.L2442−L2444 この文献の接合方法はレーザアブレーション（Laser
Ablation）蒸着法と呼ばれているが、酸化物超電導体の
バルク材料を例えばエキシマレーザ光によって加熱蒸発
させてSi等の基板上に堆積させるものである。
3［20］（14November1988）（米）p.1967−1969 上記のような適切なバッファ層を用いて酸化物高温超
電導体と半導体の接合を行う方法のほかに下記文献４に
示されるようにSi等の基板上に酸化物高温超電導体を直
接堆積する方法もある。文献4:ジャパニーズ ジャーナ
ル オブ アプライド フィジックス； Japanese Journal of Applied Physics,27［12］（De
cember1988）（日）p.L2442−L2444 この文献の接合方法はレーザアブレーション（Laser
Ablation）蒸着法と呼ばれているが、酸化物超電導体の
バルク材料を例えばエキシマレーザ光によって加熱蒸発
させてSi等の基板上に堆積させるものである。
［発明が解決しようとする課題］ 上記文献1,2,3のような従来のバッファ層による酸化
物超電導体・半導体接合の形成方法では、酸化物超電導
体の薄膜を超電導体として利用するデバイスに対しては
有効であるが、シリコンなどの元素半導体や化合物半導
体との界面を利用する応用技術、例えば本出願人の提出
した特願昭63−132850号に示される超電導ベース・トラ
ンジスタなどの超電導体・半導体複合素子に適用できな
い難点があった。また、文献４にみられるレーザアブレ
ーション蒸着法では酸化物超電導体のバルク材をレーザ
光によって加熱して蒸着させるため界面の原子配列等の
制御ができず、結果的には超電導体・半導体界面を利用
する上記超電導体・半導体複合素子のような応用デバイ
スには適用できないという課題があった。
物超電導体・半導体接合の形成方法では、酸化物超電導
体の薄膜を超電導体として利用するデバイスに対しては
有効であるが、シリコンなどの元素半導体や化合物半導
体との界面を利用する応用技術、例えば本出願人の提出
した特願昭63−132850号に示される超電導ベース・トラ
ンジスタなどの超電導体・半導体複合素子に適用できな
い難点があった。また、文献４にみられるレーザアブレ
ーション蒸着法では酸化物超電導体のバルク材をレーザ
光によって加熱して蒸着させるため界面の原子配列等の
制御ができず、結果的には超電導体・半導体界面を利用
する上記超電導体・半導体複合素子のような応用デバイ
スには適用できないという課題があった。
以上を要約すると従来技術ではSi等の半導体基板上に
超電導薄膜を形成した際に、Siと超電導体構成元素が界
面で反応してしまうため、超電導体薄膜の特性が劣化し
てしまう事及び界面反応によって境界面がぼけてしまう
という問題があった。特にSiのように酸化されやすい元
素の場合、酸化物高温超電導体中の酸素と薄膜形成時、
及び薄膜形成後に反応してしまうという問題があった。
つまり、従来の超電導酸化物の薄膜形成はスパッタ法等
でおこなわれ、元素半導体、III−Ｖ族半導体、II−VI
族半導体等の基板上に良好な界面を維持しながら接合を
形成できるものではなかった。そのために超電導トラン
ジスタ等の接合が形成できないという課題があった。
超電導薄膜を形成した際に、Siと超電導体構成元素が界
面で反応してしまうため、超電導体薄膜の特性が劣化し
てしまう事及び界面反応によって境界面がぼけてしまう
という問題があった。特にSiのように酸化されやすい元
素の場合、酸化物高温超電導体中の酸素と薄膜形成時、
及び薄膜形成後に反応してしまうという問題があった。
つまり、従来の超電導酸化物の薄膜形成はスパッタ法等
でおこなわれ、元素半導体、III−Ｖ族半導体、II−VI
族半導体等の基板上に良好な界面を維持しながら接合を
形成できるものではなかった。そのために超電導トラン
ジスタ等の接合が形成できないという課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされ
たもので、元素半導体、III−Ｖ族化合物半導体、II−V
I族化合物半導体などの半導体基板上にBi又はTlを含有
する酸化物高温超伝導体の薄膜を接合形成する場合の形
成時及び形成後に界面反応を起すことなく原子の桁で厳
密に制御された界面を維持しながら例えば超電導ベース
・トランジスタの形成が可能なような酸化物超電導体・
半導体接合を形成する方法を提供することを目的とする
ものである。
たもので、元素半導体、III−Ｖ族化合物半導体、II−V
I族化合物半導体などの半導体基板上にBi又はTlを含有
する酸化物高温超伝導体の薄膜を接合形成する場合の形
成時及び形成後に界面反応を起すことなく原子の桁で厳
密に制御された界面を維持しながら例えば超電導ベース
・トランジスタの形成が可能なような酸化物超電導体・
半導体接合を形成する方法を提供することを目的とする
ものである。
［課題を解決するための手段］ この発明に係る酸化物超電導体・半導体接合の形成方
法は、元素半導体、III−Ｖ族化合物半導体、II−VI族
化合物半導体などの半導体とBi又はTlを含有してなる酸
化物高温超電導体との接合において、半導体表面上にAg
（銀）原子を３原子層（約５×1015原子／cm2）相当面
分以下蒸着したのち、Bi又はTl原子を同じく３原子層
（約５×1015原子／cm2）以下蒸着した合計６原子層以
下の二重原子層の熱処理を行うことにより、半導体表面
を上記のAg及びBi、あるいはAg及びTlの規則配列した原
子層でおおい、そののちBi又はTlを含有する酸化物超電
導体を所定の厚さに成長させて酸化物超電導体・半導体
接合を形成するものである。
法は、元素半導体、III−Ｖ族化合物半導体、II−VI族
化合物半導体などの半導体とBi又はTlを含有してなる酸
化物高温超電導体との接合において、半導体表面上にAg
（銀）原子を３原子層（約５×1015原子／cm2）相当面
分以下蒸着したのち、Bi又はTl原子を同じく３原子層
（約５×1015原子／cm2）以下蒸着した合計６原子層以
下の二重原子層の熱処理を行うことにより、半導体表面
を上記のAg及びBi、あるいはAg及びTlの規則配列した原
子層でおおい、そののちBi又はTlを含有する酸化物超電
導体を所定の厚さに成長させて酸化物超電導体・半導体
接合を形成するものである。
［作用］ この発明においては、半導体表面にAgと酸化物超電導
体の主成分の一つであるBi又はTlをAg,Bi又はTlの順で
各々３原子層以下に形成し、さらに熱処理したのち酸化
物超電導体の薄膜を成長させるから、原子層のレベルで
厳密に制御しながら界面を制御できる。この界面ではAg
Bi又はAgTlの規則配列した原子層が得られ、この規則配
列した原子層状態で接合が形成される。そして、半導体
と酸化物超伝導体薄膜のＩ−Ｖ特性の実験結果からみて
もショットキー接合が形成されている。したがって、不
純物濃度の高い半導体を用いた場合は、接触抵抗の小さ
いオーミック接合が形成できる。
体の主成分の一つであるBi又はTlをAg,Bi又はTlの順で
各々３原子層以下に形成し、さらに熱処理したのち酸化
物超電導体の薄膜を成長させるから、原子層のレベルで
厳密に制御しながら界面を制御できる。この界面ではAg
Bi又はAgTlの規則配列した原子層が得られ、この規則配
列した原子層状態で接合が形成される。そして、半導体
と酸化物超伝導体薄膜のＩ−Ｖ特性の実験結果からみて
もショットキー接合が形成されている。したがって、不
純物濃度の高い半導体を用いた場合は、接触抵抗の小さ
いオーミック接合が形成できる。
［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面によって説明する。
第１図はこの発明の一実施例を示す酸化物超電導体・
半導体接合を形成するために用いた接合形成装置の模式
説明図である。図において、１は成長槽であり、２は成
長槽１排気用のゲートバルブ、３はゲートバルブ２を開
いて排気する排気系である。４は接合を形成しようとす
る半導体基板、５は半導体基板４の加熱系（ヒーター
等）を含むサセプタである。６は成長槽１の外側から取
り付けられ、成長槽１の内部に半導体基板４の位置近傍
まで突出したノズル、７はノズル６に取り付けられたバ
ルブ、８は半導体基板４上に成長させる酸化物超電導体
の構成元素を含むソースガスであり、成長時はバルブ７
を介してノズル６から成長槽１内に噴出され、半導体基
板４の表面近傍を局部的にソースガス８の圧力を高めた
状態で使用される。なお、ソースガス８は図示しない所
要の複数個の異種のソースガスボンベから切替バルブを
介して成長槽１にそれぞれ単独に導入されるようになっ
ている。
半導体接合を形成するために用いた接合形成装置の模式
説明図である。図において、１は成長槽であり、２は成
長槽１排気用のゲートバルブ、３はゲートバルブ２を開
いて排気する排気系である。４は接合を形成しようとす
る半導体基板、５は半導体基板４の加熱系（ヒーター
等）を含むサセプタである。６は成長槽１の外側から取
り付けられ、成長槽１の内部に半導体基板４の位置近傍
まで突出したノズル、７はノズル６に取り付けられたバ
ルブ、８は半導体基板４上に成長させる酸化物超電導体
の構成元素を含むソースガスであり、成長時はバルブ７
を介してノズル６から成長槽１内に噴出され、半導体基
板４の表面近傍を局部的にソースガス８の圧力を高めた
状態で使用される。なお、ソースガス８は図示しない所
要の複数個の異種のソースガスボンベから切替バルブを
介して成長槽１にそれぞれ単独に導入されるようになっ
ている。
また、16〜20は上記ソースガス８のほかに、接合部分
や酸化物超電導体の構成元素として用いる金属元素を蒸
発して半導体基板４に堆積させるための蒸発源のクヌー
センセル（Knudsen Cell:K−セルと略称して用いられ
る）であり、図では簡略のため加熱系の図示は省略して
いる。Bi系の酸化物超電導体・半導体接合を形成する場
合は、16がBiのＫ−セル、17がSrのＫ−セル、18がAgの
Ｋ−セル、19がCaのＫ−セル、20がCuのＫ−セルであ
り、Tl系酸化物超電導体の場合は、16をTlのＫ−セル、
17をBaのＫ−セルとして使用するようにする。さらに、
Pb等の元素を添加する場合は順次目的に応じてＫ−セル
を増設することができるようになっている。なお、24〜
28はそれぞれＫ−セル16〜20のためのビームシャッタで
ある。なお、酸化物超電導体の成膜中はノズル６から
O2、N2O、O3又は活性化O2等を供給する。21は半導体基
板４の表面に形成された膜の結晶性をしらべるためのRH
EED（反射高速電子線回折）用電子銃、22はRHEEDの回折
パターンの観察用窓である。また、23はとくに半導体基
板４上に接合のために蒸着した原子層オーダーの成膜の
蒸着量を定量測定するための高速電子線をプローブとす
るオージエ（Auger）分析装置である。
や酸化物超電導体の構成元素として用いる金属元素を蒸
発して半導体基板４に堆積させるための蒸発源のクヌー
センセル（Knudsen Cell:K−セルと略称して用いられ
る）であり、図では簡略のため加熱系の図示は省略して
いる。Bi系の酸化物超電導体・半導体接合を形成する場
合は、16がBiのＫ−セル、17がSrのＫ−セル、18がAgの
Ｋ−セル、19がCaのＫ−セル、20がCuのＫ−セルであ
り、Tl系酸化物超電導体の場合は、16をTlのＫ−セル、
17をBaのＫ−セルとして使用するようにする。さらに、
Pb等の元素を添加する場合は順次目的に応じてＫ−セル
を増設することができるようになっている。なお、24〜
28はそれぞれＫ−セル16〜20のためのビームシャッタで
ある。なお、酸化物超電導体の成膜中はノズル６から
O2、N2O、O3又は活性化O2等を供給する。21は半導体基
板４の表面に形成された膜の結晶性をしらべるためのRH
EED（反射高速電子線回折）用電子銃、22はRHEEDの回折
パターンの観察用窓である。また、23はとくに半導体基
板４上に接合のために蒸着した原子層オーダーの成膜の
蒸着量を定量測定するための高速電子線をプローブとす
るオージエ（Auger）分析装置である。
次に、酸化物超電導体・半導体接合の形成手順をSi基
板とBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系超電導体の組合せの場合を例
として説明する。まず、十分に清浄され、さらに表面エ
ッチング等の処理を施したSi基板４をサセプタ５に配置
し10-11Torr程度の超高真空になるよう排気系３を作動
して排気する。そして、Si基板４をサセプタ５の加熱系
によって1100℃以上に加熱する等によってSi基板４上の
酸化物を除去し常温に降温してから原子の桁で表面が清
浄であることをオージエ分析器23及びRHEED21によって
確認する。表面が十分に清浄であれば、オージエ分析器
23の出力はSi以外のピークは認められないし、観察用窓
22を介して得られるRHEEDの反射回折パターンはSi（10
0）基板であれば（２×１）構造パターンが得られる。
板とBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系超電導体の組合せの場合を例
として説明する。まず、十分に清浄され、さらに表面エ
ッチング等の処理を施したSi基板４をサセプタ５に配置
し10-11Torr程度の超高真空になるよう排気系３を作動
して排気する。そして、Si基板４をサセプタ５の加熱系
によって1100℃以上に加熱する等によってSi基板４上の
酸化物を除去し常温に降温してから原子の桁で表面が清
浄であることをオージエ分析器23及びRHEED21によって
確認する。表面が十分に清浄であれば、オージエ分析器
23の出力はSi以外のピークは認められないし、観察用窓
22を介して得られるRHEEDの反射回折パターンはSi（10
0）基板であれば（２×１）構造パターンが得られる。
次に、ビームシャッタ26を開きAgのＫ−セル18を加熱
することによってAg原子を蒸発させ上記のようにして得
られた清浄面を有するSi基板４に向けて噴射させ３原子
層相当分（約５×1015原子／cm2）以下蒸着する。その
後ビームシャッタ26を閉じる。蒸着時の成長槽１の圧力
は10-10Torr以下が望ましい。蒸着量はオージエ分析器2
3によって測定する。
することによってAg原子を蒸発させ上記のようにして得
られた清浄面を有するSi基板４に向けて噴射させ３原子
層相当分（約５×1015原子／cm2）以下蒸着する。その
後ビームシャッタ26を閉じる。蒸着時の成長槽１の圧力
は10-10Torr以下が望ましい。蒸着量はオージエ分析器2
3によって測定する。
さらにビームシャッタ24を開きBiのＫ−セル16を加熱
することによって３原子層以下のAg層の上にBiを３原子
層相当分（約５×1015原子／cm2）以下蒸着する。そし
て、ビームシャタ24を閉じる。この場合も成長槽１の圧
力は10-10Torr以下が望ましく、蒸着量はオージエ分析
器23によって測定する。以上のようにして、それぞれ３
原子層以下のAgとBiの合計６原子層以下からなる二重原
子層を蒸着したのち、観察用窓22からRHEEDパターンを
観察しながらSi基板４の温度を500〜600℃、好ましくは
500〜550℃に昇温し、約25分間保持すると急にパターン
が鮮明になり、Si基板４表面で吸着状態の蒸着Ag、蒸着
Biがあたかも結晶化したように再配列する様子がみられ
る。
することによって３原子層以下のAg層の上にBiを３原子
層相当分（約５×1015原子／cm2）以下蒸着する。そし
て、ビームシャタ24を閉じる。この場合も成長槽１の圧
力は10-10Torr以下が望ましく、蒸着量はオージエ分析
器23によって測定する。以上のようにして、それぞれ３
原子層以下のAgとBiの合計６原子層以下からなる二重原
子層を蒸着したのち、観察用窓22からRHEEDパターンを
観察しながらSi基板４の温度を500〜600℃、好ましくは
500〜550℃に昇温し、約25分間保持すると急にパターン
が鮮明になり、Si基板４表面で吸着状態の蒸着Ag、蒸着
Biがあたかも結晶化したように再配列する様子がみられ
る。
第２図はSi基板上に形成するAg原子及びBi原子の蒸着
過程及び熱処理後の規則配列の有様を上記プロセスまで
の各状態を模式的に示した断面図である。この場合上記
のようにAg,Bi原子とも３原子層分以下すなわち約５×1
015原子／cm2以下蒸着したものである。また、第２図で
ははじめの清浄化処理によって表面が清浄化されたSi基
板４（第１図参照）をSi基板31として示している。第２
図において、第２図の（ａ）はSi基板31上にAg原子の３
原子層分以下の蒸着Ag32が形成された場合を示す模式図
であり、第２図の（ｂ）は第２図の（ａ）の蒸着Ag32上
にBiの３原子層分以下からなる蒸着Bi33が形成されたこ
とを示す模式図であり、第２図の（ｃ）は実施例で示し
た500〜550℃の熱処理によってSi基板31上にAg原子34及
びBi原子35が規則配列した様子を示したものである。
過程及び熱処理後の規則配列の有様を上記プロセスまで
の各状態を模式的に示した断面図である。この場合上記
のようにAg,Bi原子とも３原子層分以下すなわち約５×1
015原子／cm2以下蒸着したものである。また、第２図で
ははじめの清浄化処理によって表面が清浄化されたSi基
板４（第１図参照）をSi基板31として示している。第２
図において、第２図の（ａ）はSi基板31上にAg原子の３
原子層分以下の蒸着Ag32が形成された場合を示す模式図
であり、第２図の（ｂ）は第２図の（ａ）の蒸着Ag32上
にBiの３原子層分以下からなる蒸着Bi33が形成されたこ
とを示す模式図であり、第２図の（ｃ）は実施例で示し
た500〜550℃の熱処理によってSi基板31上にAg原子34及
びBi原子35が規則配列した様子を示したものである。
図において、第２図の（ａ），（ｂ）のようにAg及び
Ag,Biの蒸着原子層では、RHEEDの回折パターンを観察用
窓22で観察すると、多結晶（弱い回折パターンを示す）
かアモルファス（回折パターンを示さない）であること
が知られた。一方、第２図の（ｃ）のように第２図の
（ｂ）の状態を上記のように熱処理を行ったものはRHEE
D回折パターンは強いパターンを示し、Ag原子34及びBi
原子35でSi基板31表面を規則配列して完全におおってい
ることが確認された。
Ag,Biの蒸着原子層では、RHEEDの回折パターンを観察用
窓22で観察すると、多結晶（弱い回折パターンを示す）
かアモルファス（回折パターンを示さない）であること
が知られた。一方、第２図の（ｃ）のように第２図の
（ｂ）の状態を上記のように熱処理を行ったものはRHEE
D回折パターンは強いパターンを示し、Ag原子34及びBi
原子35でSi基板31表面を規則配列して完全におおってい
ることが確認された。
次に、酸化物超電導体・半導体接合の形成方法を説明
する。第２図の（ｃ）の状態にあるSi基板31にBi系酸化
物超電導体を所望の厚さに形成する。以下その手順を説
明する。
する。第２図の（ｃ）の状態にあるSi基板31にBi系酸化
物超電導体を所望の厚さに形成する。以下その手順を説
明する。
まず、Si基板31の温度を500〜550℃に設定し、Bi,Sr,
Ca,Cuの各Ｋ−セル16,17,19,20を所定の温度に加熱し、
ノズル６よりO3をSi基板31（第１図では半導体基板４）
に吹きつけ、それぞれのビームシャッタ24,25,27,28を
開くと、各元素の原子ビームが同時にSi基板31上に蒸着
して図示しないBi系の酸化物超電導体が成長する。所定
の厚みの成長層に達した時点で上記ビームシャッタを閉
じたのち、Si基板31の加熱を止める。基板温度が200℃
以下になるまでO3ガスをノズル６から出しつづけるが、
常温になったらO3ガスの供給を止め成長槽１よりSi基板
31を取り出すことにより、Bi系の酸化物超電導体の薄膜
がAg及びBiの規則配列した原子層でおおわれたSi基板31
上に形成されてこの発明による酸化物超電導体・半導体
接合の形成が終了する。
Ca,Cuの各Ｋ−セル16,17,19,20を所定の温度に加熱し、
ノズル６よりO3をSi基板31（第１図では半導体基板４）
に吹きつけ、それぞれのビームシャッタ24,25,27,28を
開くと、各元素の原子ビームが同時にSi基板31上に蒸着
して図示しないBi系の酸化物超電導体が成長する。所定
の厚みの成長層に達した時点で上記ビームシャッタを閉
じたのち、Si基板31の加熱を止める。基板温度が200℃
以下になるまでO3ガスをノズル６から出しつづけるが、
常温になったらO3ガスの供給を止め成長槽１よりSi基板
31を取り出すことにより、Bi系の酸化物超電導体の薄膜
がAg及びBiの規則配列した原子層でおおわれたSi基板31
上に形成されてこの発明による酸化物超電導体・半導体
接合の形成が終了する。
なお、Tl系の酸化物超電導体と半導体との接合形成
は、第１図の形成装置の説明で示した通り、Ｋ−セル16
のBiをTlとし、またＫ−セル17のSrをBaとして置き換え
ることにより同様に達成される。
は、第１図の形成装置の説明で示した通り、Ｋ−セル16
のBiをTlとし、またＫ−セル17のSrをBaとして置き換え
ることにより同様に達成される。
また、上記実施例においては半導体基板４にSi基板を
用いた場合を示したが、他の半導体すなわちGe等の元素
半導体やIII−Ｖ族化合物半導体やII−VI族化合物半導
体の場合であっても差支えなく、上記実施例と同様の酸
化物超電導体・半導体接合が形成できる。
用いた場合を示したが、他の半導体すなわちGe等の元素
半導体やIII−Ｖ族化合物半導体やII−VI族化合物半導
体の場合であっても差支えなく、上記実施例と同様の酸
化物超電導体・半導体接合が形成できる。
さらに、上記の酸化物超電導体・半導体接合の形成手
段は実施例において説明したように原子の桁において制
御された蒸着法によって行われるものであるから、接合
の成長槽１内の圧力は使用する金属原子の蒸着速度が真
空系の残留ガスの吸着速度より十分に大きいような超高
真空の状態としておくことが一つの大きな決め手である
ことはいうまでもない。
段は実施例において説明したように原子の桁において制
御された蒸着法によって行われるものであるから、接合
の成長槽１内の圧力は使用する金属原子の蒸着速度が真
空系の残留ガスの吸着速度より十分に大きいような超高
真空の状態としておくことが一つの大きな決め手である
ことはいうまでもない。
次に、この発明による接合形成方法によって得られた
酸化物超電導体の超電導特性と酸化物超電導体・半導体
接合の接合特性を説明する。
酸化物超電導体の超電導特性と酸化物超電導体・半導体
接合の接合特性を説明する。
第３図は上記実施例で形成した酸化物超電導体・半導
体接合を有するBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系超電導薄膜の抵抗
率−温度依存性を示す特性線図である。横軸は温度
［Ｋ］を示し、縦軸は任意単位による抵抗率（ｐ＝Ω・
cm）である。第３図から明らかなように、抵抗率が急激
に変る温度と零抵抗率の臨界温度はほぼ一致する抵抗率
−温度依存性を示し、極めて良好な酸化物高温超電導体
の薄膜が得られたことを示している。
体接合を有するBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系超電導薄膜の抵抗
率−温度依存性を示す特性線図である。横軸は温度
［Ｋ］を示し、縦軸は任意単位による抵抗率（ｐ＝Ω・
cm）である。第３図から明らかなように、抵抗率が急激
に変る温度と零抵抗率の臨界温度はほぼ一致する抵抗率
−温度依存性を示し、極めて良好な酸化物高温超電導体
の薄膜が得られたことを示している。
第４図は同様にこの発明の上記実施例の方法で接合形
成されたSi基板とBi系酸化物高温超電導体の薄膜のＩ−
Ｖ特性を示す線図である。図において、横軸は電圧、縦
軸は電流で、いずれも任意単位で示している。図によっ
て知られるように、電流の立上がりは急峻でありこの接
合は非常に良好なショットキー特性を示している。した
がって、不純物濃度の高いSi基板を用いてこの発明の酸
化物超電導体・半導体接合の形成を行えば、当然良好な
オーミック特性が得られ、超電導ベース・トランジスタ
などの応用デバイスに極めて有効に適用が可能となる。
成されたSi基板とBi系酸化物高温超電導体の薄膜のＩ−
Ｖ特性を示す線図である。図において、横軸は電圧、縦
軸は電流で、いずれも任意単位で示している。図によっ
て知られるように、電流の立上がりは急峻でありこの接
合は非常に良好なショットキー特性を示している。した
がって、不純物濃度の高いSi基板を用いてこの発明の酸
化物超電導体・半導体接合の形成を行えば、当然良好な
オーミック特性が得られ、超電導ベース・トランジスタ
などの応用デバイスに極めて有効に適用が可能となる。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、Bi又はTl系の酸化物
超電導体・半導体接合の形成において、半導体表面に原
子のレベルで制御したAgBi又はAgTlの層を形成してなる
極めて薄い膜を介して酸化物超電導体の薄膜を成長させ
るので、極めて良好な特性を有する酸化物超電導体・半
導体接合が形成できる。したがって、この接合形成方法
を応用することにより、従来の方法で形成された接合が
リーク電流が大きかったり、界面特性が劣悪であったり
してネックとなっていた半導体・超電導体複合素子の性
質を飛躍的に改良することができるようになった。
超電導体・半導体接合の形成において、半導体表面に原
子のレベルで制御したAgBi又はAgTlの層を形成してなる
極めて薄い膜を介して酸化物超電導体の薄膜を成長させ
るので、極めて良好な特性を有する酸化物超電導体・半
導体接合が形成できる。したがって、この接合形成方法
を応用することにより、従来の方法で形成された接合が
リーク電流が大きかったり、界面特性が劣悪であったり
してネックとなっていた半導体・超電導体複合素子の性
質を飛躍的に改良することができるようになった。
第１図はこの発明の一実施例を示す酸化物超電導体・半
導体接合を形成するために用いた接合形成装置の模式説
明図、第２図はSi基板上に形成するAg及びBiの蒸着過程
及び熱処理後の規則配列の有様を示す模式断面図、第２
図の（ａ）はSi基板上に形成した蒸着Agの模式図、第２
図の（ｂ）は蒸着Ag上に形成した蒸着Biの模式図、第２
図の（ｃ）は（ｂ）を熱処理した後のAg原子、Bi原子が
規則配列した様子を示す模式図、第３図は実施例で得ら
れたBi系酸化物超電導薄膜の抵抗率−温度依存性を示す
特性線図、第４図は実施例が得たSi基板と超電導薄膜の
Ｉ−Ｖ特性を示す線図である。 図において、１は成長槽、２はゲートバルブ、３は排気
系、４は半導体基板、５はサセプタ、６はノズル、７は
バルブ、８はソースガス、16はBi又はTlのＫ−セル、17
はSr又はBaのＫ−セル、18はAgのＫ−セル、19はCaのＫ
−セル、20はCuのＫ−セル、21はRHEED用電子銃、22は
観察用窓、23はオージエ分析器、24〜28はビームシャッ
タ、31はSi基板、32は蒸着Ag、33は蒸着Bi、34はAg原
子、35はBi原子である。
導体接合を形成するために用いた接合形成装置の模式説
明図、第２図はSi基板上に形成するAg及びBiの蒸着過程
及び熱処理後の規則配列の有様を示す模式断面図、第２
図の（ａ）はSi基板上に形成した蒸着Agの模式図、第２
図の（ｂ）は蒸着Ag上に形成した蒸着Biの模式図、第２
図の（ｃ）は（ｂ）を熱処理した後のAg原子、Bi原子が
規則配列した様子を示す模式図、第３図は実施例で得ら
れたBi系酸化物超電導薄膜の抵抗率−温度依存性を示す
特性線図、第４図は実施例が得たSi基板と超電導薄膜の
Ｉ−Ｖ特性を示す線図である。 図において、１は成長槽、２はゲートバルブ、３は排気
系、４は半導体基板、５はサセプタ、６はノズル、７は
バルブ、８はソースガス、16はBi又はTlのＫ−セル、17
はSr又はBaのＫ−セル、18はAgのＫ−セル、19はCaのＫ
−セル、20はCuのＫ−セル、21はRHEED用電子銃、22は
観察用窓、23はオージエ分析器、24〜28はビームシャッ
タ、31はSi基板、32は蒸着Ag、33は蒸着Bi、34はAg原
子、35はBi原子である。
Claims (1)
- 【請求項１】ビスマス又はタリウムを含有する酸化物超
電導体と半導体との酸化物超電導体・半導体接合の形成
方法において、 前記半導体の表面に銀を蒸着して３原子層以下に相当す
る銀の原子層を形成し、 前記銀の原子層の上に前記ビスマス又はタリウムを蒸着
して３原子層以下に相当する前記ビスマス又はタリウム
の原子層を形成し、 前記銀及びビスマスの各原子層が形成する二重原子層あ
るいは銀及びタリウムの各原子層が形成する二重原子層
の熱処理を行って前記半導体の表面に前記銀及びビスマ
スあるいは銀及びタリウムの原子が規則配列した層を形
成し、 前記分子層上に前記酸化物超電導体を所定の厚さに形成
する ことを特徴とする酸化物超電導体・半導体接合の形成方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1145066A JP2525050B2 (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 酸化物超電導体・半導体接合の形成方法 |
| EP90306181A EP0402128B1 (en) | 1989-06-09 | 1990-06-07 | Method of forming an oxide superconductor/semiconductor junction |
| DE69018877T DE69018877T2 (de) | 1989-06-09 | 1990-06-07 | Methode zur Herstellung eines oxydischen Supraleiter/Halbleiter-Überganges. |
| US07/815,562 US5252548A (en) | 1989-06-09 | 1991-12-26 | Method of forming an oxide superconductor/semiconductor junction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1145066A JP2525050B2 (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 酸化物超電導体・半導体接合の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0311772A JPH0311772A (ja) | 1991-01-21 |
| JP2525050B2 true JP2525050B2 (ja) | 1996-08-14 |
Family
ID=15376593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1145066A Expired - Fee Related JP2525050B2 (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 酸化物超電導体・半導体接合の形成方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0402128B1 (ja) |
| JP (1) | JP2525050B2 (ja) |
| DE (1) | DE69018877T2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2721439B2 (ja) * | 1991-06-13 | 1998-03-04 | 沖電気工業株式会社 | 酸化物超電導体を半導体上に形成する方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3850632T2 (de) * | 1987-10-27 | 1994-12-08 | Toshiba Kawasaki Kk | Supraleiterelement und Verfahren zu seiner Herstellung. |
-
1989
- 1989-06-09 JP JP1145066A patent/JP2525050B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-06-07 DE DE69018877T patent/DE69018877T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-06-07 EP EP90306181A patent/EP0402128B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0402128A3 (en) | 1991-05-02 |
| JPH0311772A (ja) | 1991-01-21 |
| DE69018877T2 (de) | 1995-11-23 |
| EP0402128B1 (en) | 1995-04-26 |
| EP0402128A2 (en) | 1990-12-12 |
| DE69018877D1 (de) | 1995-06-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |