JP2606034B2 - ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層と絶縁層とからなる多層膜、及びその製造方法 - Google Patents
ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層と絶縁層とからなる多層膜、及びその製造方法Info
- Publication number
- JP2606034B2 JP2606034B2 JP3322970A JP32297091A JP2606034B2 JP 2606034 B2 JP2606034 B2 JP 2606034B2 JP 3322970 A JP3322970 A JP 3322970A JP 32297091 A JP32297091 A JP 32297091A JP 2606034 B2 JP2606034 B2 JP 2606034B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- insulating layer
- bisrcacuo
- multilayer film
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 105
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 73
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 19
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 12
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical group [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 5
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 2
- ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N cyclopentadiene Chemical compound C1C=CC=C1 ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- YRAJNWYBUCUFBD-UHFFFAOYSA-N 2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dione Chemical compound CC(C)(C)C(=O)CC(=O)C(C)(C)C YRAJNWYBUCUFBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004247 CaCu Inorganic materials 0.000 description 1
- CUJRVFIICFDLGR-UHFFFAOYSA-N acetylacetonate Chemical compound CC(=O)[CH-]C(C)=O CUJRVFIICFDLGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- ZKXWKVVCCTZOLD-FDGPNNRMSA-N copper;(z)-4-hydroxypent-3-en-2-one Chemical compound [Cu].C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O ZKXWKVVCCTZOLD-FDGPNNRMSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- -1 halide compound Chemical class 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 125000006343 heptafluoro propyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000006340 pentafluoro ethyl group Chemical group FC(F)(F)C(F)(F)* 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 125000002023 trifluoromethyl group Chemical group FC(F)(F)* 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超
電導層と絶縁層とからなる多層膜及びその製造方法に係
り、詳しくは、絶縁層が超電導層の極めて有効な保護膜
として作用し、超電導トランジスタ、ジョセフソン接合
デバイス等に極めて有効な材料となる、ＢｉＳｒＣａＣ
ｕＯ系超電導層と絶縁層とからなる多層膜及びその製造
方法に関する。
電導層と絶縁層とからなる多層膜及びその製造方法に係
り、詳しくは、絶縁層が超電導層の極めて有効な保護膜
として作用し、超電導トランジスタ、ジョセフソン接合
デバイス等に極めて有効な材料となる、ＢｉＳｒＣａＣ
ｕＯ系超電導層と絶縁層とからなる多層膜及びその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物系超電導薄膜は超電導臨界温度
（Ｔｃ）が高く、トランジスタ、ジョセフソン接合デバ
イス等の電子デバイスへの応用が期待されている。
（Ｔｃ）が高く、トランジスタ、ジョセフソン接合デバ
イス等の電子デバイスへの応用が期待されている。
【０００３】酸化物高温超電導体をこれらの各種デバイ
スに利用する場合、基板上に超電導体／絶縁体／超電導
体のように順次積層した構造とする必要がある。この場
合、特に、ジョセフソン接合デバイスへの利用には、絶
縁体層の膜厚が薄いほどデバイス性能にとって有利であ
ることから、急峻な超電導体／絶縁体界面及びその形成
方法が望まれていた。
スに利用する場合、基板上に超電導体／絶縁体／超電導
体のように順次積層した構造とする必要がある。この場
合、特に、ジョセフソン接合デバイスへの利用には、絶
縁体層の膜厚が薄いほどデバイス性能にとって有利であ
ることから、急峻な超電導体／絶縁体界面及びその形成
方法が望まれていた。
【０００４】一方、超電導トランジスタの場合には、超
電導体層の厚さを可能なかぎり薄くすることが、超電導
トランジスタの性能を向上させる上で特に重要である。
しかし、超電導層の厚さを薄くしていくと、超電導層の
経時劣化が激しくなるため、超電導層の経時劣化を防ぐ
ための保護膜及びその製造方法が望まれていた。
電導体層の厚さを可能なかぎり薄くすることが、超電導
トランジスタの性能を向上させる上で特に重要である。
しかし、超電導層の厚さを薄くしていくと、超電導層の
経時劣化が激しくなるため、超電導層の経時劣化を防ぐ
ための保護膜及びその製造方法が望まれていた。
【０００５】ところで、従来、酸化物系超電導薄膜或い
は酸化物系超電導薄膜と絶縁薄膜との多層膜を製造する
方法としては、スパッタリング法や蒸着法等の物理的気
相成長法（ＰＶＤ法）や化学的気相成長法（ＣＶＤ法）
が知られている。これらのうち、ＰＶＤ法では成膜速度
の下限及び上限が比較的ＣＶＤ法より狭いという欠点が
ある。一方、ＣＶＤ法は成膜速度の制御範囲が広いた
め、原子層レベルの膜厚制御から、線材用厚膜作製のた
めの高速成膜まで可能である。更に、ＣＶＤ法は、ＰＶ
Ｄ法に比べ、製造装置に要する経費、大型化への容易
性、高いスループット等の多くの利点を備えている。
は酸化物系超電導薄膜と絶縁薄膜との多層膜を製造する
方法としては、スパッタリング法や蒸着法等の物理的気
相成長法（ＰＶＤ法）や化学的気相成長法（ＣＶＤ法）
が知られている。これらのうち、ＰＶＤ法では成膜速度
の下限及び上限が比較的ＣＶＤ法より狭いという欠点が
ある。一方、ＣＶＤ法は成膜速度の制御範囲が広いた
め、原子層レベルの膜厚制御から、線材用厚膜作製のた
めの高速成膜まで可能である。更に、ＣＶＤ法は、ＰＶ
Ｄ法に比べ、製造装置に要する経費、大型化への容易
性、高いスループット等の多くの利点を備えている。
【０００６】このようなことから、酸化物系超電導薄膜
やそれと絶縁薄膜との多層膜は、ＣＶＤ法により製造す
るのが工業的に有利である。
やそれと絶縁薄膜との多層膜は、ＣＶＤ法により製造す
るのが工業的に有利である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述の如く、酸化物高
温超電導体をこれらの各種デバイス、特にジョセフソン
接合デバイスに利用する場合、基板上に超電導体／絶縁
体／超電導体のように順次積層した構造とする必要があ
るが、そのためには急峻な超電導体／絶縁体界面及びそ
の製造技術が望まれていた。また、超電導トランジスタ
の場合には、その性能を高めるため超電導層の厚さを薄
くする必要があるが、厚さを薄くすると超電導層の劣化
が激しくなるため、上記デバイスを外部環境から保護す
るための保護膜としての高品質の絶縁体層及びその製造
技術が望まれていた。
温超電導体をこれらの各種デバイス、特にジョセフソン
接合デバイスに利用する場合、基板上に超電導体／絶縁
体／超電導体のように順次積層した構造とする必要があ
るが、そのためには急峻な超電導体／絶縁体界面及びそ
の製造技術が望まれていた。また、超電導トランジスタ
の場合には、その性能を高めるため超電導層の厚さを薄
くする必要があるが、厚さを薄くすると超電導層の劣化
が激しくなるため、上記デバイスを外部環境から保護す
るための保護膜としての高品質の絶縁体層及びその製造
技術が望まれていた。
【０００８】従来において、スパッタリング法や蒸着法
等のＰＶＤ法やハライド化合物を原料としたハライドＣ
ＶＤ法により、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導体とＢｉＳ
ｒＣｕＯ半導体を用いた超電導体／半導体／超電導体多
層膜を形成した例がある。この場合、ＢｉＳｒＣａＣｕ
Ｏ系超電導体とＢｉＳｒＣｕＯ半導体の結晶構造や格子
定数が一致しているため急峻な界面を得ることができる
が、半導体層の電気抵抗が十分に高くないため、デバイ
スに適した構造とは言えなかった。
等のＰＶＤ法やハライド化合物を原料としたハライドＣ
ＶＤ法により、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導体とＢｉＳ
ｒＣｕＯ半導体を用いた超電導体／半導体／超電導体多
層膜を形成した例がある。この場合、ＢｉＳｒＣａＣｕ
Ｏ系超電導体とＢｉＳｒＣｕＯ半導体の結晶構造や格子
定数が一致しているため急峻な界面を得ることができる
が、半導体層の電気抵抗が十分に高くないため、デバイ
スに適した構造とは言えなかった。
【０００９】このようなことから、従来、十分高い電気
抵抗を有する絶縁体であって、しかも急峻な超電導体／
絶縁体界面を持った構造の多層膜及びその製造技術が望
まれていた。また、超電導体層を保護するための保護膜
としての絶縁体薄膜及びその製造技術が望まれていた。
抵抗を有する絶縁体であって、しかも急峻な超電導体／
絶縁体界面を持った構造の多層膜及びその製造技術が望
まれていた。また、超電導体層を保護するための保護膜
としての絶縁体薄膜及びその製造技術が望まれていた。
【００１０】本発明は上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであって、トランジスタ、ジョセフソン接合デバイ
ス等の電子デバイスの作製に極めて好適な、ＢｉＳｒＣ
ａＣｕＯ系超電導層と絶縁層とからなる多層膜及びその
製造方法を提供することを目的とする。
ものであって、トランジスタ、ジョセフソン接合デバイ
ス等の電子デバイスの作製に極めて好適な、ＢｉＳｒＣ
ａＣｕＯ系超電導層と絶縁層とからなる多層膜及びその
製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１のＢｉＳｒＣａ
ＣｕＯ系超電導層と絶縁層とからなる多層膜は、単結晶
よりなる基板上に、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層と絶
縁層とが順次積層形成されてなる多層膜であって、該超
電導層の厚さが２００Å以下であり、絶縁層を表面層と
することを特徴とする。
ＣｕＯ系超電導層と絶縁層とからなる多層膜は、単結晶
よりなる基板上に、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層と絶
縁層とが順次積層形成されてなる多層膜であって、該超
電導層の厚さが２００Å以下であり、絶縁層を表面層と
することを特徴とする。
【００１２】請求項２の多層膜は、請求項１の多層膜に
おいて、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層の上に絶縁層が
形成された２層構造であることを特徴とする。
おいて、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層の上に絶縁層が
形成された２層構造であることを特徴とする。
【００１３】請求項３の多層膜は、請求項１又は２の多
層膜において、絶縁層が酸化ビスマスであることを特徴
とする。
層膜において、絶縁層が酸化ビスマスであることを特徴
とする。
【００１４】請求項４のＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層
と絶縁層とからなる多層膜の製造方法は、請求項１〜３
の多層膜を製造する方法であって、単結晶よりなる基板
上に、化学的気相成長法により、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系
薄膜と絶縁層とを連続して順次積層形成して多層膜を製
造するに当り、該ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系薄膜を３００〜
９００℃の成膜温度で１００〜０．１ｎｍ／ｍｉｎの成
膜速度で形成し、該絶縁層を３００〜８５０℃の成膜温
度で１０〜０．１ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度で形成するこ
とを特徴とする。
と絶縁層とからなる多層膜の製造方法は、請求項１〜３
の多層膜を製造する方法であって、単結晶よりなる基板
上に、化学的気相成長法により、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系
薄膜と絶縁層とを連続して順次積層形成して多層膜を製
造するに当り、該ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系薄膜を３００〜
９００℃の成膜温度で１００〜０．１ｎｍ／ｍｉｎの成
膜速度で形成し、該絶縁層を３００〜８５０℃の成膜温
度で１０〜０．１ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度で形成するこ
とを特徴とする。
【００１５】以下に本発明を詳細に説明する。本発明の
多層膜中のＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層を構成するＢ
ｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導体としては、例えば、 Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏy 等の化学組成を有するものが挙げられる。また、Ｔｃ
（臨界温度）を向上させるために、上記組成に更にＰｂ
が一部含まれたものであっても良い。
多層膜中のＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層を構成するＢ
ｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導体としては、例えば、 Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏy 等の化学組成を有するものが挙げられる。また、Ｔｃ
（臨界温度）を向上させるために、上記組成に更にＰｂ
が一部含まれたものであっても良い。
【００１６】一方、多層膜中の絶縁層を構成する絶縁体
としては、Ｂｉ2 Ｏ3 の化学組成からなる酸化ビスマス
が好ましい。
としては、Ｂｉ2 Ｏ3 の化学組成からなる酸化ビスマス
が好ましい。
【００１７】しかして、このようなＢｉＳｒＣａＣｕＯ
系超電導層と絶縁層とからなる本発明の多層膜は、例え
ば、ＮａＣｌ型構造酸化物やペロブスカイト型構造酸化
物よりなる単結晶基板上に、該ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超
電導層と絶縁層とを絶縁層が表面層となるように化学的
気相成長法（ＣＶＤ法）により所定の成膜温度及び所定
の成膜速度で連続的に順次成膜することにより製造され
る。
系超電導層と絶縁層とからなる本発明の多層膜は、例え
ば、ＮａＣｌ型構造酸化物やペロブスカイト型構造酸化
物よりなる単結晶基板上に、該ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超
電導層と絶縁層とを絶縁層が表面層となるように化学的
気相成長法（ＣＶＤ法）により所定の成膜温度及び所定
の成膜速度で連続的に順次成膜することにより製造され
る。
【００１８】なお、本発明に好適な単結晶基板のうち、
ＮａＣｌ型構造酸化物単結晶基板としてはＭｇＯ（１０
０）単結晶基板が挙げられる。また、ペロブスカイト型
構造酸化物単結晶基板としては、例えば、ＳｒＴｉ
Ｏ3 、ＮｄＧａＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 、ＹＡｌＯ3 などが
挙げられる。
ＮａＣｌ型構造酸化物単結晶基板としてはＭｇＯ（１０
０）単結晶基板が挙げられる。また、ペロブスカイト型
構造酸化物単結晶基板としては、例えば、ＳｒＴｉ
Ｏ3 、ＮｄＧａＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 、ＹＡｌＯ3 などが
挙げられる。
【００１９】以下に本発明のＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電
導層と絶縁層とからなる多層膜の製造方法について説明
する。
導層と絶縁層とからなる多層膜の製造方法について説明
する。
【００２０】本発明のＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層と
絶縁層とからなる多層膜のうち、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系
超電導層の薄膜は、当該超電導体の化学組成に従った夫
々の原料ガス、キャリアガス、酸化性ガスを用いて、上
記単結晶基板上に薄膜を堆積するＣＶＤ法によって製造
する。また、絶縁層、例えば、酸化ビスマス薄膜は、基
板上にＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導薄膜を形成した後、
連続してＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導薄膜の場合と同じ
Ｂｉ原料ガス、キャリアガス、酸化性ガスを用いて、当
該ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導薄膜上に形成される。絶
縁層を超電導体層で挟んだ多層膜を形成する場合には、
更に続けて該酸化ビスマス薄膜上に、ＢｉＳｒＣａＣｕ
Ｏ系超電導薄膜を形成し、表面層に絶縁層を形成する。
絶縁層とからなる多層膜のうち、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系
超電導層の薄膜は、当該超電導体の化学組成に従った夫
々の原料ガス、キャリアガス、酸化性ガスを用いて、上
記単結晶基板上に薄膜を堆積するＣＶＤ法によって製造
する。また、絶縁層、例えば、酸化ビスマス薄膜は、基
板上にＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導薄膜を形成した後、
連続してＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導薄膜の場合と同じ
Ｂｉ原料ガス、キャリアガス、酸化性ガスを用いて、当
該ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導薄膜上に形成される。絶
縁層を超電導体層で挟んだ多層膜を形成する場合には、
更に続けて該酸化ビスマス薄膜上に、ＢｉＳｒＣａＣｕ
Ｏ系超電導薄膜を形成し、表面層に絶縁層を形成する。
【００２１】本発明で用いる原料ガスとしては、Ｂｉ，
Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｕ等の各々の有機金属錯体が挙げられ
る。有機金属錯体の有機部分、即ち、錯体の配位子とし
ては、アセチルアセトン（以下、「ａｃａｃ」と略
記）、ジピバロイルメタン（以下、「ＤＰＭ」と略
記）、シクロペンタジエン、その他下記構造式で示され
る化合物が挙げられる。
Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｕ等の各々の有機金属錯体が挙げられ
る。有機金属錯体の有機部分、即ち、錯体の配位子とし
ては、アセチルアセトン（以下、「ａｃａｃ」と略
記）、ジピバロイルメタン（以下、「ＤＰＭ」と略
記）、シクロペンタジエン、その他下記構造式で示され
る化合物が挙げられる。
【００２２】 Ｒ−ＣＯ−ＣＨ2 −ＣＯ−Ｃ（ＣＨ3 ）3 （式中、Ｒは炭素数１〜４のフッ素化低級アルキル基を
示す。）これらの配位子を用いた場合には、金属錯体の
合成及び単離が容易となるため、原料ガスの調製に有利
であり、かつ、蒸気圧が比較的高いため、ＣＶＤ用原料
ガスとして最適である。その他、配位子としては、フェ
ニル基（以下、「ｐｈ」と略記）、メチル基（以下、
「Ｍｅ」と略記）、エチル基（以下、「Ｅｔ」と略記）
等のアルキル基、アリール基も適用できる。なお、上記
構造式中Ｒで示されるフッ素化低級アルキル基として
は、具体的にはトリフルオロメチル基、ペンタフルオロ
エチル基（以下、「ＰＰＭ」と略記）、ヘプタフルオロ
プロピル基等が挙げられる。
示す。）これらの配位子を用いた場合には、金属錯体の
合成及び単離が容易となるため、原料ガスの調製に有利
であり、かつ、蒸気圧が比較的高いため、ＣＶＤ用原料
ガスとして最適である。その他、配位子としては、フェ
ニル基（以下、「ｐｈ」と略記）、メチル基（以下、
「Ｍｅ」と略記）、エチル基（以下、「Ｅｔ」と略記）
等のアルキル基、アリール基も適用できる。なお、上記
構造式中Ｒで示されるフッ素化低級アルキル基として
は、具体的にはトリフルオロメチル基、ペンタフルオロ
エチル基（以下、「ＰＰＭ」と略記）、ヘプタフルオロ
プロピル基等が挙げられる。
【００２３】原料ガスとして用いられる具体的な有機金
属錯体としては、次のものを挙げることができる。 Ｂｉ（ｐｈ）3 ，Ｂｉ（ＤＰＭ）3 ， ＢｉＭｅ3 ，ＢｉＥｔ3 ，Ｂｉアルコラート， Ｓｒ（ＤＰＭ）2 ，Ｓｒ（ＰＰＭ）2 ， Ｃａ（ＤＰＭ）2 ，Ｃａ（ＰＰＭ）2 ， Ｃｕ（ＤＰＭ）2 ，Ｃｕ（ＰＰＭ）2 ，Ｃｕ（ａｃａｃ）2 本発明で原料ガスを反応器に供給するのに用いられるキ
ャリヤーガスとしては、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ等の不活性ガ
ス、その他Ｎ2 等が挙げられる。
属錯体としては、次のものを挙げることができる。 Ｂｉ（ｐｈ）3 ，Ｂｉ（ＤＰＭ）3 ， ＢｉＭｅ3 ，ＢｉＥｔ3 ，Ｂｉアルコラート， Ｓｒ（ＤＰＭ）2 ，Ｓｒ（ＰＰＭ）2 ， Ｃａ（ＤＰＭ）2 ，Ｃａ（ＰＰＭ）2 ， Ｃｕ（ＤＰＭ）2 ，Ｃｕ（ＰＰＭ）2 ，Ｃｕ（ａｃａｃ）2 本発明で原料ガスを反応器に供給するのに用いられるキ
ャリヤーガスとしては、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ等の不活性ガ
ス、その他Ｎ2 等が挙げられる。
【００２４】また、本発明で用いられる酸化性ガスとし
ては、Ｏ2 ，Ｏ3 ，Ａｉｒ，Ｎ2 Ｏ，ＮＯ2 等が挙げら
れる。更に、酸化力を高めるために、レーザーやランプ
を光源とする可視光や紫外光を酸化性ガスと併用するこ
とや、上記酸化性ガスをプラズマ化することも可能であ
る。これらの酸化性ガスの全ガス中の分圧は、０．０１
〜７６０ｔｏｒｒ、特に１〜１００ｔｏｒｒとするのが
好ましい。
ては、Ｏ2 ，Ｏ3 ，Ａｉｒ，Ｎ2 Ｏ，ＮＯ2 等が挙げら
れる。更に、酸化力を高めるために、レーザーやランプ
を光源とする可視光や紫外光を酸化性ガスと併用するこ
とや、上記酸化性ガスをプラズマ化することも可能であ
る。これらの酸化性ガスの全ガス中の分圧は、０．０１
〜７６０ｔｏｒｒ、特に１〜１００ｔｏｒｒとするのが
好ましい。
【００２５】本発明の方法において、ＢｉＳｒＣａＣｕ
Ｏ系超電導薄膜の成膜温度は３００〜９００℃、好まし
くは６００〜８２０℃とする。この成膜温度が３００℃
未満では原料ガスの基板上での分解が困難となり、ま
た、９００℃を超えると薄膜の溶融が起こるため、薄膜
の品質の劣化を招き好ましくない。成膜速度は１００〜
０．１ｎｍ／ｍｉｎとする。
Ｏ系超電導薄膜の成膜温度は３００〜９００℃、好まし
くは６００〜８２０℃とする。この成膜温度が３００℃
未満では原料ガスの基板上での分解が困難となり、ま
た、９００℃を超えると薄膜の溶融が起こるため、薄膜
の品質の劣化を招き好ましくない。成膜速度は１００〜
０．１ｎｍ／ｍｉｎとする。
【００２６】一方、絶縁層である酸化ビスマス薄膜の成
膜温度は３００〜８５０℃、好ましくは５００〜８００
℃とする。この成膜温度が３００℃未満ではＢｉ原料ガ
スの基板上での分解が困難となり、また、８５０℃を超
えると膜の溶融や界面での化学反応が起こるため、多層
膜の品質の劣化を招き好ましくない。成膜速度は１０〜
０．１ｎｍ／ｍｉｎとする。
膜温度は３００〜８５０℃、好ましくは５００〜８００
℃とする。この成膜温度が３００℃未満ではＢｉ原料ガ
スの基板上での分解が困難となり、また、８５０℃を超
えると膜の溶融や界面での化学反応が起こるため、多層
膜の品質の劣化を招き好ましくない。成膜速度は１０〜
０．１ｎｍ／ｍｉｎとする。
【００２７】このような本発明の多層膜は、例えば、基
板上にＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層と絶縁層とを積層
形成した２層構造の多層膜として、絶縁層を保護膜とす
る、薄膜のＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層を有する高特
性超電導トランジスタ等に、また、基板上にＢｉＳｒＣ
ａＣｕＯ系超電導層、絶縁層及びＢｉＳｒＣａＣｕＯ系
超電導層を積層形成した３層積層構造の多層膜として、
薄膜の絶縁層を有する高特性ジョセフソン接合デバイス
等に極めて有用である。
板上にＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層と絶縁層とを積層
形成した２層構造の多層膜として、絶縁層を保護膜とす
る、薄膜のＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層を有する高特
性超電導トランジスタ等に、また、基板上にＢｉＳｒＣ
ａＣｕＯ系超電導層、絶縁層及びＢｉＳｒＣａＣｕＯ系
超電導層を積層形成した３層積層構造の多層膜として、
薄膜の絶縁層を有する高特性ジョセフソン接合デバイス
等に極めて有用である。
【００２８】本発明の多層膜において、ＢｉＳｒＣａＣ
ｕＯ系超電導層の膜厚は２００Å以下、好ましくは１５
〜２００Åとする。また、絶縁層の膜厚は５００Å以上
とし、また、３層積層構造の多層膜の場合には、基板側
のＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層の膜厚を１５〜２００
Å、絶縁層の膜厚を５〜２００Å、表層側のＢｉＳｒＣ
ａＣｕＯ系超電導層の膜厚を１５〜２００Åとし、表面
層の絶縁層の膜厚を５００Å以上とするのが好ましい。
ｕＯ系超電導層の膜厚は２００Å以下、好ましくは１５
〜２００Åとする。また、絶縁層の膜厚は５００Å以上
とし、また、３層積層構造の多層膜の場合には、基板側
のＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層の膜厚を１５〜２００
Å、絶縁層の膜厚を５〜２００Å、表層側のＢｉＳｒＣ
ａＣｕＯ系超電導層の膜厚を１５〜２００Åとし、表面
層の絶縁層の膜厚を５００Å以上とするのが好ましい。
【００２９】なお、本発明者らの研究により、ＢｉＳｒ
ＣａＣｕＯ系超電導層の膜厚について次のことが確認さ
れた。即ち、保護層を形成せずに作製した１００Å以下
の薄いＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層では、その超電導
特性が劣化し、しかも厚さが薄くなるに従い、劣化の程
度は激しくなる。一方、１００Åを超える厚さになると
劣化の程度は小さくなる。超電導層の超電導特性や構造
を安定させるため、厚さを１００Å以上必要とする場合
もあるが、厚さが２００Åを超えて厚くなると、例えば
薄い超電導トランジスタ等の性能上は好ましくない。従
って、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層の膜厚は２００Å
以下とすることが重要である。
ＣａＣｕＯ系超電導層の膜厚について次のことが確認さ
れた。即ち、保護層を形成せずに作製した１００Å以下
の薄いＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層では、その超電導
特性が劣化し、しかも厚さが薄くなるに従い、劣化の程
度は激しくなる。一方、１００Åを超える厚さになると
劣化の程度は小さくなる。超電導層の超電導特性や構造
を安定させるため、厚さを１００Å以上必要とする場合
もあるが、厚さが２００Åを超えて厚くなると、例えば
薄い超電導トランジスタ等の性能上は好ましくない。従
って、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層の膜厚は２００Å
以下とすることが重要である。
【００３０】
【作用】単結晶よりなる基板に、所定の膜厚のＢｉＳｒ
ＣａＣｕＯ系超電導層と絶縁層とを絶縁層が表面層とな
るようにＣＶＤ法により連続して順次積層形成すること
により、十分に高い電気抵抗を有する絶縁層を備える多
層膜であって、急峻な超電導体／絶縁体界面を有する構
造の多層膜や、超電導体層を保護する良好な保護膜とし
ての絶縁層を有する構造の多層膜が容易かつ効率的に提
供される。
ＣａＣｕＯ系超電導層と絶縁層とを絶縁層が表面層とな
るようにＣＶＤ法により連続して順次積層形成すること
により、十分に高い電気抵抗を有する絶縁層を備える多
層膜であって、急峻な超電導体／絶縁体界面を有する構
造の多層膜や、超電導体層を保護する良好な保護膜とし
ての絶縁層を有する構造の多層膜が容易かつ効率的に提
供される。
【００３１】
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明を
より具体的に説明する。なお、以下において、ガス流量
はｃｃ／ｍｉｎを１ａｔｍ，２５℃に換算した値ｓｃｃ
ｍで示す。 実施例１ 原料ガスとして下記表１のものを用い、表２に示す基板
及び成膜条件でＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層の製造を
行なった。この、該ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層の形
成後、連続して該ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層で用い
たと同様のＢｉ原料を用いて、表３に示す成膜条件で、
該ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層上に酸化ビスマス層を
形成した。
より具体的に説明する。なお、以下において、ガス流量
はｃｃ／ｍｉｎを１ａｔｍ，２５℃に換算した値ｓｃｃ
ｍで示す。 実施例１ 原料ガスとして下記表１のものを用い、表２に示す基板
及び成膜条件でＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層の製造を
行なった。この、該ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層の形
成後、連続して該ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層で用い
たと同様のＢｉ原料を用いて、表３に示す成膜条件で、
該ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層上に酸化ビスマス層を
形成した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】その結果、厚さが約３０ÅのＢｉＳｒＣａ
ＣｕＯ系超電導層の上に、約２００Å厚みの酸化ビスマ
ス層が形成された２層構造の多層膜を作製することがで
きた。
ＣｕＯ系超電導層の上に、約２００Å厚みの酸化ビスマ
ス層が形成された２層構造の多層膜を作製することがで
きた。
【００３６】得られた多層膜の超電導臨界温度Ｔｃは、
図１に示すように６０Ｋであった。また、このようにし
て作製した多層膜を、作製後１日放置した後、再びその
超電導臨界温度を測定したが、その値は変化しなかっ
た。また、作製１カ月後に同様にしてその超電導臨界温
度を測定したが大きな変化は認められなかった。
図１に示すように６０Ｋであった。また、このようにし
て作製した多層膜を、作製後１日放置した後、再びその
超電導臨界温度を測定したが、その値は変化しなかっ
た。また、作製１カ月後に同様にしてその超電導臨界温
度を測定したが大きな変化は認められなかった。
【００３７】比較例１、２ ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層の上に酸化ビスマス層を
形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして行なっ
て、厚さが３５Å（比較例１）又は５５Å（比較例２）
のＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導膜を製造した。
形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして行なっ
て、厚さが３５Å（比較例１）又は５５Å（比較例２）
のＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導膜を製造した。
【００３８】得られた超電導膜の超電導臨界温度を作製
後ただちに測定した場合、１日後に測定した場合、４２
日後に測定した場合の結果をそれぞれ図２（比較例
１）、図３（比較例２）に示した。図２、３より、酸化
ビスマス層を形成しない場合には、作製後１日経過した
だけでその超電導特性が劣化していることが明らかであ
る。
後ただちに測定した場合、１日後に測定した場合、４２
日後に測定した場合の結果をそれぞれ図２（比較例
１）、図３（比較例２）に示した。図２、３より、酸化
ビスマス層を形成しない場合には、作製後１日経過した
だけでその超電導特性が劣化していることが明らかであ
る。
【００３９】
【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１のＢｉＳｒ
ＣａＣｕＯ系超電導層と絶縁層とからなる多層膜によれ
ば、トランジスタ、ジョセフソン接合デバイス材料とし
て極めて有用な、超電導特性及びその安定性に優れた超
電導材料が提供される。
ＣａＣｕＯ系超電導層と絶縁層とからなる多層膜によれ
ば、トランジスタ、ジョセフソン接合デバイス材料とし
て極めて有用な、超電導特性及びその安定性に優れた超
電導材料が提供される。
【００４０】特に、薄い超電導層と絶縁層との２層構造
の請求項２の多層膜の場合には、絶縁層が超電導層の極
めて有効な保護膜として作用し、高特性超電導トランジ
スタ等に極めて有効な材料となる。
の請求項２の多層膜の場合には、絶縁層が超電導層の極
めて有効な保護膜として作用し、高特性超電導トランジ
スタ等に極めて有効な材料となる。
【００４１】請求項３の多層膜によれば、より一層優れ
た特性を有する材料が提供される。
た特性を有する材料が提供される。
【００４２】請求項４の方法によれば、このような高特
性超電導材料の多層膜が容易かつ効率的に製造される。
性超電導材料の多層膜が容易かつ効率的に製造される。
【図１】実施例１で得られた多層膜の抵抗−温度特性を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図２】比較例１で得られた超電導膜の抵抗−温度特性
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図３】比較例２で得られた超電導膜の抵抗−温度特性
を示すグラフである。
を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 常実 東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (72)発明者 藤田 重人 東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (72)発明者 中尾 公一 東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (72)発明者 塩原 融 東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (56)参考文献 特開 平２−87688（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−96386（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】 単結晶よりなる基板上に、ＢｉＳｒＣａ
ＣｕＯ系超電導層と絶縁層とが順次積層形成されてなる
多層膜であって、該超電導層の厚さが２００Å以下であ
り、絶縁層を表面層とすることを特徴とするＢｉＳｒＣ
ａＣｕＯ系薄膜と絶縁層とからなる多層膜。 - 【請求項２】 多層膜が、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導
層の上に絶縁層が形成された２層構造であることを特徴
とする請求項１に記載の多層膜。 - 【請求項３】 絶縁層が酸化ビスマスであることを特徴
とする請求項１又は２に記載の多層膜。 - 【請求項４】 単結晶よりなる基板上に、化学的気相成
長法により、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系薄膜と絶縁層とを連
続して順次積層形成して多層膜を製造する方法であっ
て、該ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系薄膜を３００〜９００℃の
成膜温度で１００〜０．１ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度で形
成し、該絶縁層を３００〜８５０℃の成膜温度で１０〜
０．１ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度で形成することを特徴と
する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の多層膜の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3322970A JP2606034B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層と絶縁層とからなる多層膜、及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3322970A JP2606034B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層と絶縁層とからなる多層膜、及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05155693A JPH05155693A (ja) | 1993-06-22 |
| JP2606034B2 true JP2606034B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=18149688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3322970A Expired - Fee Related JP2606034B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層と絶縁層とからなる多層膜、及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2606034B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2584003B2 (ja) * | 1988-09-26 | 1997-02-19 | 松下電器産業株式会社 | 超電導素子及びその製造方法 |
| JP2796099B2 (ja) * | 1988-10-03 | 1998-09-10 | 松下電器産業株式会社 | 超電導素子 |
-
1991
- 1991-12-06 JP JP3322970A patent/JP2606034B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05155693A (ja) | 1993-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5128316A (en) | Articles containing a cubic perovskite crystal structure | |
| CA1326976C (en) | Superconducting member | |
| EP0430737B1 (en) | A superconducting thin film | |
| EP0520365B1 (en) | Method of making a Bi-Sr-Ca-Cu-O superconductive film | |
| JPH02177381A (ja) | 超伝導体のトンネル接合素子 | |
| JP2606034B2 (ja) | ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層と絶縁層とからなる多層膜、及びその製造方法 | |
| JP2606043B2 (ja) | ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導層と酸化ビスマス絶縁層とからなる受動デバイス用の多層膜、及びその製造方法 | |
| US5976624A (en) | Process for producing bismuth compounds, and bismuth compounds | |
| JP2606025B2 (ja) | Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜及びその製造方法 | |
| JP3208849B2 (ja) | Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜及びその製造方法 | |
| EP0535676B1 (en) | Bi-Sr-Ca-Cu-O system superconducting thin film | |
| JP2518121B2 (ja) | ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導膜の製造方法 | |
| JP2580859B2 (ja) | Ｂｉ―Ｓｒ―Ｃａ―Ｃｕ―Ｏ系超電導超薄膜の製造方法 | |
| JP2517085B2 (ja) | 超電導薄膜 | |
| JPH06271319A (ja) | Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜及びその製造方法 | |
| JP3061627B2 (ja) | 酸化物超電導テープ導体の製造方法 | |
| JP2616986B2 (ja) | Ｔｌ系超電導体積層膜の製造法 | |
| JP2821885B2 (ja) | 超伝導薄膜の形成方法 | |
| Takahashi et al. | Effects of oxygen pressure in preparation of insulating Sr2AlTaO6 thin films by MOCVD | |
| Si | Metalorganic chemical vapor deposition of metal oxides | |
| JPH0812937B2 (ja) | 超電導体膜を含む多層膜の作製方法 | |
| JPS63279515A (ja) | 超電導体の構造 | |
| JPH0864879A (ja) | 金属酸化物材料、それを用いた超伝導接合素子及び超伝導素子用基板 | |
| Kliment | PROPERTIES OF YBа¿ Cu₂07 MO CVD PREPARED THIN FILMS-x J. Šouc, K. Fröhlich, D. Machajdík, I. Vávra, Š. Chromik, Institute of Electrical Engineering, SAS, 842 39 Bratislava Czech and Slovak Federal Republic | |
| JPH03296283A (ja) | ジョセフソン接合 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |