JP2720665B2 - 超伝導積層薄膜およびその製造方法 - Google Patents
超伝導積層薄膜およびその製造方法Info
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Landscapes
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高い臨界温度（Ｔｃ）を
有するＹ系超伝導酸化物層により非超伝導酸化物中間層
を挟んだ構造を持つ超伝導積層薄膜およびその製造方法
に関するものである。
有するＹ系超伝導酸化物層により非超伝導酸化物中間層
を挟んだ構造を持つ超伝導積層薄膜およびその製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高いＴｃを持つＹ系酸化物超伝導体の発
見以来、その高いＴｃをもたらす超伝導機構の解明のた
めの基礎研究や電子素子等への応用研究が活発に行われ
ている。Ｙ系超伝導体は９０Ｋという高いＴｃを持つた
め、その使用に際しては、７７Ｋの沸点を持つ安価な液
体窒素を冷媒として使用でき、またその低温の維持のた
めの設備も簡単なものですむという長所を持っている。
このため、従来の低いＴｃを持つ物質を用いて実現した
超伝導磁石や超伝導電子素子等を、高いＴｃを持つＹ系
超伝導体を用いて実現することは産業上大きな貢献とな
る。
見以来、その高いＴｃをもたらす超伝導機構の解明のた
めの基礎研究や電子素子等への応用研究が活発に行われ
ている。Ｙ系超伝導体は９０Ｋという高いＴｃを持つた
め、その使用に際しては、７７Ｋの沸点を持つ安価な液
体窒素を冷媒として使用でき、またその低温の維持のた
めの設備も簡単なものですむという長所を持っている。
このため、従来の低いＴｃを持つ物質を用いて実現した
超伝導磁石や超伝導電子素子等を、高いＴｃを持つＹ系
超伝導体を用いて実現することは産業上大きな貢献とな
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このＹ系超伝導体を用
いて超伝導電子素子を作製する際、この素子の重要な構
成部分であるジョセフソン・トンネル接合やジョセフソ
ン弱接合を再現性および制御性良く作製する必要があ
る。このための方法として、非超伝導体中間層を超伝導
体で挟んだ積層構造を作製する技術が一般的である。こ
の中間層を構成する非超伝導物質としては、Ｙ系超伝導
体と結晶構造が似ていること、Ｙ系超伝導体との相互拡
散が小さいこと、低温で比抵抗が充分高いことなどの条
件を満足する必要がある。したがって、Ｙ系超伝導積層
薄膜の中間層として、従来の低Ｔｃ超伝導積層構造で用
いられていたＡｌ酸化物等の非超伝導物質をそのまま用
いると、相互拡散やＹ系超伝導薄膜の結晶配向性の乱れ
等の問題が発生し、超伝導積層薄膜の作製が不可能とな
る。本発明の目的は、Ｙ系超伝導積層薄膜で用いられる
中間層としてＹ系超伝導体に良く適した物質を選択する
ことによって、界面における相互拡散やＹ系超伝導薄膜
の結晶配向性の乱れ等のない良質のＹ系超伝導積層薄膜
およびその製造方法を提供することにある。
いて超伝導電子素子を作製する際、この素子の重要な構
成部分であるジョセフソン・トンネル接合やジョセフソ
ン弱接合を再現性および制御性良く作製する必要があ
る。このための方法として、非超伝導体中間層を超伝導
体で挟んだ積層構造を作製する技術が一般的である。こ
の中間層を構成する非超伝導物質としては、Ｙ系超伝導
体と結晶構造が似ていること、Ｙ系超伝導体との相互拡
散が小さいこと、低温で比抵抗が充分高いことなどの条
件を満足する必要がある。したがって、Ｙ系超伝導積層
薄膜の中間層として、従来の低Ｔｃ超伝導積層構造で用
いられていたＡｌ酸化物等の非超伝導物質をそのまま用
いると、相互拡散やＹ系超伝導薄膜の結晶配向性の乱れ
等の問題が発生し、超伝導積層薄膜の作製が不可能とな
る。本発明の目的は、Ｙ系超伝導積層薄膜で用いられる
中間層としてＹ系超伝導体に良く適した物質を選択する
ことによって、界面における相互拡散やＹ系超伝導薄膜
の結晶配向性の乱れ等のない良質のＹ系超伝導積層薄膜
およびその製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は 、ＹaＢａbＣ
ｕcＯx なる式で表され、ａは０．５≦ａ≦１．５，ｂ
は１．５≦ｂ≦２．５，ｃは２．５≦ｃ≦３．５，ｘは
６．５≦ｘ≦７．０である組成の超伝導酸化物層によ
り、ＰｒdＣｕeＯy なる式で表され、ｄは１．５≦ｄ≦
２．５，ｅは０．５≦ｅ≦１．５，ｙは３．５≦ｙ≦
４．５である組成の非超伝導酸化物、またはＰｒf(Ｃｕ
1-RＭR)gＯZなる式（ＭはＡｌ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｐ
ｔの中の少なくとも１種）で表され、Ｒは０＜Ｒ≦０．
１，ｆは１．９≦ｆ≦２．２，ｇは０．８≦ｇ≦１．
１，ｚは３．５≦ｚ≦４．５である組成の非超伝導酸化
物、または（Ｐｒ1-sＬs）hＣｕiＯwなる式（ＬはＥｕ,
Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙの中の少なくとも１種）で
表され、Ｓは０＜Ｓ≦０．２，ｈは１．８≦ｈ≦２．
４，ｉは０．６≦ｉ≦１．２，ｗは３．５≦ｗ≦４．５
である組成の非超伝導酸化物よりなる中間層の両側を挟
んだ構造を持つことを特徴とする超伝導積層薄膜であ
る。
ｕcＯx なる式で表され、ａは０．５≦ａ≦１．５，ｂ
は１．５≦ｂ≦２．５，ｃは２．５≦ｃ≦３．５，ｘは
６．５≦ｘ≦７．０である組成の超伝導酸化物層によ
り、ＰｒdＣｕeＯy なる式で表され、ｄは１．５≦ｄ≦
２．５，ｅは０．５≦ｅ≦１．５，ｙは３．５≦ｙ≦
４．５である組成の非超伝導酸化物、またはＰｒf(Ｃｕ
1-RＭR)gＯZなる式（ＭはＡｌ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｐ
ｔの中の少なくとも１種）で表され、Ｒは０＜Ｒ≦０．
１，ｆは１．９≦ｆ≦２．２，ｇは０．８≦ｇ≦１．
１，ｚは３．５≦ｚ≦４．５である組成の非超伝導酸化
物、または（Ｐｒ1-sＬs）hＣｕiＯwなる式（ＬはＥｕ,
Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙの中の少なくとも１種）で
表され、Ｓは０＜Ｓ≦０．２，ｈは１．８≦ｈ≦２．
４，ｉは０．６≦ｉ≦１．２，ｗは３．５≦ｗ≦４．５
である組成の非超伝導酸化物よりなる中間層の両側を挟
んだ構造を持つことを特徴とする超伝導積層薄膜であ
る。
【０００５】また、上記の超伝導積層薄膜の製造方法
は、非超伝導酸化物よりなる中間層を作製する際、超伝
導酸化物層を作製するときより高い温度で作製すること
を特徴とする。
は、非超伝導酸化物よりなる中間層を作製する際、超伝
導酸化物層を作製するときより高い温度で作製すること
を特徴とする。
【０００６】
【作用】Ｙ系超伝導体において、ａの範囲を０．５≦ａ
≦１．５、ｂの範囲を１．５≦ｂ≦２．５、ｃの範囲を
２．５≦ｃ≦３．５、ｘの範囲を６．５≦ｘ≦７．０と
限定したのは、この範囲をはずれると、作製された薄膜
中に超伝導相以外の第２相が高い割合で生成してしま
い、Ｔｃの値の著しい低下や、表面平坦性の悪化等の問
題が生じるためである。
≦１．５、ｂの範囲を１．５≦ｂ≦２．５、ｃの範囲を
２．５≦ｃ≦３．５、ｘの範囲を６．５≦ｘ≦７．０と
限定したのは、この範囲をはずれると、作製された薄膜
中に超伝導相以外の第２相が高い割合で生成してしま
い、Ｔｃの値の著しい低下や、表面平坦性の悪化等の問
題が生じるためである。
【０００７】さらに、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物において、ｄ
の範囲を１．５≦ｄ≦２．５、ｅの範囲を０．５≦ｅ≦
１．５、ｆの範囲を１．９≦ｆ≦２．２、ｇの範囲を
０．８≦ｇ≦１．１、ｈの範囲を１．８≦ｈ≦２．４、
ｉの範囲を０．６≦ｉ≦１．２、ｙの範囲を３．５≦ｙ
≦４．５、ｚの範囲を３．５≦ｚ≦４．５、ｗの範囲を
３．５≦ｗ≦４．５、Ｒの範囲を０＜Ｒ≦０．１、Ｓの
範囲を０＜Ｓ≦０．２と限定したのは、この範囲をはず
れると、作製された薄膜中にＰｒ−Ｃｕ系酸化物以外の
第２相が高い割合で生成してしまい、中間層としての均
一性ならびに表面平坦性が悪化するためである。
の範囲を１．５≦ｄ≦２．５、ｅの範囲を０．５≦ｅ≦
１．５、ｆの範囲を１．９≦ｆ≦２．２、ｇの範囲を
０．８≦ｇ≦１．１、ｈの範囲を１．８≦ｈ≦２．４、
ｉの範囲を０．６≦ｉ≦１．２、ｙの範囲を３．５≦ｙ
≦４．５、ｚの範囲を３．５≦ｚ≦４．５、ｗの範囲を
３．５≦ｗ≦４．５、Ｒの範囲を０＜Ｒ≦０．１、Ｓの
範囲を０＜Ｓ≦０．２と限定したのは、この範囲をはず
れると、作製された薄膜中にＰｒ−Ｃｕ系酸化物以外の
第２相が高い割合で生成してしまい、中間層としての均
一性ならびに表面平坦性が悪化するためである。
【０００８】また、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物を中間層として
用いたのは、Ｙ系超伝導体と同様にペロブスカイト構造
を基本とする結晶構造を持っており、Ｙ系超伝導体層の
上にＰｒ−Ｃｕ系酸化物層をエピタキシャル成長させる
こと、および逆にＰｒ−Ｃｕ系酸化物層の上にＹ系超伝
導体層をエピタキシャル成長させることが可能であるこ
と、Ｙ系超伝導体層との間の相互拡散が小さいこと、低
温で充分高い比抵抗を持つことが理由である。
用いたのは、Ｙ系超伝導体と同様にペロブスカイト構造
を基本とする結晶構造を持っており、Ｙ系超伝導体層の
上にＰｒ−Ｃｕ系酸化物層をエピタキシャル成長させる
こと、および逆にＰｒ−Ｃｕ系酸化物層の上にＹ系超伝
導体層をエピタキシャル成長させることが可能であるこ
と、Ｙ系超伝導体層との間の相互拡散が小さいこと、低
温で充分高い比抵抗を持つことが理由である。
【０００９】さらに、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物の構成元素の
うち、Ａｌ等でＣｕを、またはＥｕ等でＰｒを一部置換
すれば、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物の比抵抗をさらに高めるこ
とができ、ジョセフソン・トンネル接合への応用を考え
るとより好ましい。Ｙ系超伝導積層薄膜の作製に際して
は、Ｙ系酸化物に比べＰｒ−Ｃｕ系酸化物は最適作製温
度が高いので、Ｙ系超伝導積層薄膜作製の際、Ｐｒ−Ｃ
ｕ系酸化物層作製時にＹ系超伝導体層作製時より作製温
度を高くすると、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物の結晶性が向上し
て、より高い比抵抗を持つ良質のＰｒ−Ｃｕ系酸化物層
を作製することができ、さらにＹ系超伝導体との相互拡
散が小さくなり、良質の積層薄膜が作製できる。また、
真空蒸着法により５００〜７５０℃の温度でＹ系超伝導
積層薄膜を作製すれば、作製後の約９００℃での高温熱
処理をしなくてもＹ系酸化物の超伝導性が得られ、平坦
な表面を持つ超伝導積層薄膜が得られる。
うち、Ａｌ等でＣｕを、またはＥｕ等でＰｒを一部置換
すれば、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物の比抵抗をさらに高めるこ
とができ、ジョセフソン・トンネル接合への応用を考え
るとより好ましい。Ｙ系超伝導積層薄膜の作製に際して
は、Ｙ系酸化物に比べＰｒ−Ｃｕ系酸化物は最適作製温
度が高いので、Ｙ系超伝導積層薄膜作製の際、Ｐｒ−Ｃ
ｕ系酸化物層作製時にＹ系超伝導体層作製時より作製温
度を高くすると、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物の結晶性が向上し
て、より高い比抵抗を持つ良質のＰｒ−Ｃｕ系酸化物層
を作製することができ、さらにＹ系超伝導体との相互拡
散が小さくなり、良質の積層薄膜が作製できる。また、
真空蒸着法により５００〜７５０℃の温度でＹ系超伝導
積層薄膜を作製すれば、作製後の約９００℃での高温熱
処理をしなくてもＹ系酸化物の超伝導性が得られ、平坦
な表面を持つ超伝導積層薄膜が得られる。
【００１０】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。図
１は本発明によるＹ系超伝導積層薄膜の概略断面図であ
る。基板１には（００１）ＳｒＴｉＯ3単結晶基板を用
いた。基板としてはＳｒＴｉＯ3基板の他の方位の結晶
や、ＬａＡｌＯ3、ＭｇＯ等、他の材質を用いてもさし
つかえない。基板の大きさは１５ｍｍ角で、厚さは０．
５ｍｍである。基板１上に、まずＹ系超伝導体層２を堆
積させ、その上にＰｒ−Ｃｕ系酸化物層３を、最後にそ
の上にＹ系超伝導体層４を堆積させて積層薄膜を作製す
る。
１は本発明によるＹ系超伝導積層薄膜の概略断面図であ
る。基板１には（００１）ＳｒＴｉＯ3単結晶基板を用
いた。基板としてはＳｒＴｉＯ3基板の他の方位の結晶
や、ＬａＡｌＯ3、ＭｇＯ等、他の材質を用いてもさし
つかえない。基板の大きさは１５ｍｍ角で、厚さは０．
５ｍｍである。基板１上に、まずＹ系超伝導体層２を堆
積させ、その上にＰｒ−Ｃｕ系酸化物層３を、最後にそ
の上にＹ系超伝導体層４を堆積させて積層薄膜を作製す
る。
【００１１】図２は図１に示したＹ系超伝導積層薄膜を
作製するために本実施例で用いた多元蒸着装置の概略構
成図である。真空槽１１には電子線加熱装置１３，１
４，１５，１６，１７，１８が備え付けられており、６
種類の蒸着材料Ｙ１９，Ｐｒ２０，Ｂａ２１，Ｃｕ２
２，Ａｌ等２３、Ｅｕ等２４をそれぞれ独立に加熱し、
各成分原子を独立に蒸発させる。この際、加熱装置とし
ては抵抗加熱装置等、他の加熱装置を用いてもさしつか
えない。さらに蒸着材料として、例えばＢａの代わりに
ＢａＣＯ3、Ｙの代わりにＹ2Ｏ3を用いる等、他の組み
合わせを採用してもさしつかえない。積層薄膜作製中、
基板４２はヒ−タ３７によって９００℃まで加熱するこ
とができる。また積層薄膜の均一性を高めるため、積層
薄膜作製中に基板を基板回転機構３８によって回転させ
ることができる。酸素ガスをオゾン発生装置３９に導入
してオゾンを含む酸素ガスを作製し、これをテフロン製
チュ−ブ４０および石英管４１を通して積層薄膜作製中
の基板に向けて吹き付けることができる。
作製するために本実施例で用いた多元蒸着装置の概略構
成図である。真空槽１１には電子線加熱装置１３，１
４，１５，１６，１７，１８が備え付けられており、６
種類の蒸着材料Ｙ１９，Ｐｒ２０，Ｂａ２１，Ｃｕ２
２，Ａｌ等２３、Ｅｕ等２４をそれぞれ独立に加熱し、
各成分原子を独立に蒸発させる。この際、加熱装置とし
ては抵抗加熱装置等、他の加熱装置を用いてもさしつか
えない。さらに蒸着材料として、例えばＢａの代わりに
ＢａＣＯ3、Ｙの代わりにＹ2Ｏ3を用いる等、他の組み
合わせを採用してもさしつかえない。積層薄膜作製中、
基板４２はヒ−タ３７によって９００℃まで加熱するこ
とができる。また積層薄膜の均一性を高めるため、積層
薄膜作製中に基板を基板回転機構３８によって回転させ
ることができる。酸素ガスをオゾン発生装置３９に導入
してオゾンを含む酸素ガスを作製し、これをテフロン製
チュ−ブ４０および石英管４１を通して積層薄膜作製中
の基板に向けて吹き付けることができる。
【００１２】薄膜作製に際しては、まず真空槽１１を真
空排気系１２により１０-7Ｔｏｒｒ台まで排気する。こ
の後、真空槽１１内の真空度が４×１０-4Ｔｏｒｒ程度
になるように、酸素ガスをオゾン発生装置３９、テフロ
ン製チュ−ブ４０および石英管４１を通して真空槽１１
内に導入する。この際、真空槽１１内の真空度は１０-5
Ｔｏｒｒ台〜１０-3Ｔｏｒｒ台の範囲内であれば、他の
真空度でもさしつかえない。オゾン発生装置３９でオゾ
ンを発生させると、オゾンを含む酸素ガスを基板４２に
向けて吹き付ける。オゾン発生装置３９を稼働させず、
酸素ガスのみを基板に向けて吹き付けた場合は、良質の
Ｙ系超伝導体が得られず、目的の超伝導積層薄膜を作製
することはできない。基板４２はヒータ３７によって加
熱され、基板温度は約６００℃に保持されている。なお
この基板温度は５００〜７５０℃の範囲であれば他の温
度でもさしつかえない。また積層薄膜作製中、基板４２
は基板回転機構３８で約１０ｒｐｍの速度で回転してい
る。この状態で電子線加熱装置１３，１４，１５，１
６，１７，１８で各蒸着材料１９，２０，２１，２２，
２３，２４を加熱し、各原子を蒸発させる。ただしＹ系
超伝導体層を堆積させる際は、Ｐｒ用シャッタ２６、Ａ
ｌ等用シャッタ２９およびＥｕ等用シャッタ３０を閉じ
て不要な原子が基板に到達しないようにし、Ｐｒ−Ｃｕ
系酸化物層を堆積させる際にはＹ用シャッタ２５および
Ｂａ用シャッタ２７、Ａｌ等用シャッタ２９およびＥｕ
等用シャッタ３０を閉じて不要な原子が基板に到達しな
いようにする。また例えば、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物層のＣ
ｕをＡｌで一部置換したい場合は、蒸着材料２３として
Ａｌを置き、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物層堆積時にシャッタ２
９もあわせて開ければよい。
空排気系１２により１０-7Ｔｏｒｒ台まで排気する。こ
の後、真空槽１１内の真空度が４×１０-4Ｔｏｒｒ程度
になるように、酸素ガスをオゾン発生装置３９、テフロ
ン製チュ−ブ４０および石英管４１を通して真空槽１１
内に導入する。この際、真空槽１１内の真空度は１０-5
Ｔｏｒｒ台〜１０-3Ｔｏｒｒ台の範囲内であれば、他の
真空度でもさしつかえない。オゾン発生装置３９でオゾ
ンを発生させると、オゾンを含む酸素ガスを基板４２に
向けて吹き付ける。オゾン発生装置３９を稼働させず、
酸素ガスのみを基板に向けて吹き付けた場合は、良質の
Ｙ系超伝導体が得られず、目的の超伝導積層薄膜を作製
することはできない。基板４２はヒータ３７によって加
熱され、基板温度は約６００℃に保持されている。なお
この基板温度は５００〜７５０℃の範囲であれば他の温
度でもさしつかえない。また積層薄膜作製中、基板４２
は基板回転機構３８で約１０ｒｐｍの速度で回転してい
る。この状態で電子線加熱装置１３，１４，１５，１
６，１７，１８で各蒸着材料１９，２０，２１，２２，
２３，２４を加熱し、各原子を蒸発させる。ただしＹ系
超伝導体層を堆積させる際は、Ｐｒ用シャッタ２６、Ａ
ｌ等用シャッタ２９およびＥｕ等用シャッタ３０を閉じ
て不要な原子が基板に到達しないようにし、Ｐｒ−Ｃｕ
系酸化物層を堆積させる際にはＹ用シャッタ２５および
Ｂａ用シャッタ２７、Ａｌ等用シャッタ２９およびＥｕ
等用シャッタ３０を閉じて不要な原子が基板に到達しな
いようにする。また例えば、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物層のＣ
ｕをＡｌで一部置換したい場合は、蒸着材料２３として
Ａｌを置き、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物層堆積時にシャッタ２
９もあわせて開ければよい。
【００１３】なお、各材料の蒸発速度は蒸発速度計３
１，３２，３３，３４，３５，３６で常に測定し、その
測定値をもとに電子線加熱装置を制御し、蒸発速度を制
御している。各材料の蒸発速度が目的組成の酸化物層を
堆積するのに適した値になったことを確認してから基板
シャッタ４３を開け、薄膜の堆積を開始する。なお各蒸
着材料の蒸発速度、すなわち各酸化物層の組成は、Ｙ系
酸化物およびＰｒ−Ｃｕ系酸化物の各単層薄膜をあらか
じめ作製し、その組成をもとに決定した。単層薄膜の組
成は電子線励起Ｘ線微小分析装置（ＥＰＭＡ）で決定し
た。各蒸発原子は酸素分子またはオゾン分子と反応し、
加熱された基板上で酸化物層として堆積する。堆積速度
は約０．５オングストロ―ム／ｓである。作製した積層
薄膜の各層の厚さは、上下のＹ系超伝導層がいずれも約
５００オングストロ―ム、Ｐｒ−Ｃｕ系非超伝導層が約
１５０オングストロームである。
１，３２，３３，３４，３５，３６で常に測定し、その
測定値をもとに電子線加熱装置を制御し、蒸発速度を制
御している。各材料の蒸発速度が目的組成の酸化物層を
堆積するのに適した値になったことを確認してから基板
シャッタ４３を開け、薄膜の堆積を開始する。なお各蒸
着材料の蒸発速度、すなわち各酸化物層の組成は、Ｙ系
酸化物およびＰｒ−Ｃｕ系酸化物の各単層薄膜をあらか
じめ作製し、その組成をもとに決定した。単層薄膜の組
成は電子線励起Ｘ線微小分析装置（ＥＰＭＡ）で決定し
た。各蒸発原子は酸素分子またはオゾン分子と反応し、
加熱された基板上で酸化物層として堆積する。堆積速度
は約０．５オングストロ―ム／ｓである。作製した積層
薄膜の各層の厚さは、上下のＹ系超伝導層がいずれも約
５００オングストロ―ム、Ｐｒ−Ｃｕ系非超伝導層が約
１５０オングストロームである。
【００１４】積層薄膜作製後は、各シャッタ２５，２
６，２７，２８，２９，３０および基板シャッタ４３を
閉じて堆積を終了させる。次にヒ−タ３７での加熱をや
め、基板４２およびその上に作製された積層薄膜を自然
冷却する。この冷却の際も、オゾンを含む酸素ガスは基
板に向けて吹き付け続ける。約１時間の冷却で基板温度
は約１００℃にまで下がる。ここで基板４２を大気中に
取り出す。
６，２７，２８，２９，３０および基板シャッタ４３を
閉じて堆積を終了させる。次にヒ−タ３７での加熱をや
め、基板４２およびその上に作製された積層薄膜を自然
冷却する。この冷却の際も、オゾンを含む酸素ガスは基
板に向けて吹き付け続ける。約１時間の冷却で基板温度
は約１００℃にまで下がる。ここで基板４２を大気中に
取り出す。
【００１５】こうして作製したＹ系超伝導積層薄膜を２
次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）で分析すると、各層
は相互拡散せず堆積されており、良質の積層薄膜が作製
されていることが確認された。各層が相互拡散していな
いことは、高分解能電子顕微鏡による積層薄膜断面の観
察によっても確認された。また、この積層薄膜をＸ線回
折法および電子線回折法で調べると、各層ともｃ軸が基
板表面に垂直で、かつ基板の［１００］方向と各酸化物
の［１００］方向とが平行となるエピタキシャル成長し
ていることが確認された。なおＸ線回折法で調べた結
果、Ｙ系酸化物相およびＰｒ−Ｃｕ系酸化物相以外の相
は薄膜中に存在していないことが確認された。積層薄膜
の表面および同条件で作製した各単層薄膜の表面を２次
電子顕微鏡で観察したところ、表面は５０オングストロ
―ム以下の精度で平坦であることが確認された。４端子
法でＹ系超伝導体層２，４の抵抗の温度変化を測定した
ところ、いずれの層もともに８５Ｋ以上のＴｃを持つこ
とが確認され、良質のＹ系超伝導体層が作製されている
ことがわかった。また、室温でのＹ系酸化物層間の抵抗
値は充分に高く、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物層３がＹ系酸化物
層間に均一に存在していることが確認された。また、Ｐ
ｒ−Ｃｕ系酸化物の比抵抗をＡｌ等によるＣｕの一部置
換およびＥｕ等によるＰｒの一部置換により、置換無し
の場合に比べて２倍以上高くすることができた。
次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）で分析すると、各層
は相互拡散せず堆積されており、良質の積層薄膜が作製
されていることが確認された。各層が相互拡散していな
いことは、高分解能電子顕微鏡による積層薄膜断面の観
察によっても確認された。また、この積層薄膜をＸ線回
折法および電子線回折法で調べると、各層ともｃ軸が基
板表面に垂直で、かつ基板の［１００］方向と各酸化物
の［１００］方向とが平行となるエピタキシャル成長し
ていることが確認された。なおＸ線回折法で調べた結
果、Ｙ系酸化物相およびＰｒ−Ｃｕ系酸化物相以外の相
は薄膜中に存在していないことが確認された。積層薄膜
の表面および同条件で作製した各単層薄膜の表面を２次
電子顕微鏡で観察したところ、表面は５０オングストロ
―ム以下の精度で平坦であることが確認された。４端子
法でＹ系超伝導体層２，４の抵抗の温度変化を測定した
ところ、いずれの層もともに８５Ｋ以上のＴｃを持つこ
とが確認され、良質のＹ系超伝導体層が作製されている
ことがわかった。また、室温でのＹ系酸化物層間の抵抗
値は充分に高く、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物層３がＹ系酸化物
層間に均一に存在していることが確認された。また、Ｐ
ｒ−Ｃｕ系酸化物の比抵抗をＡｌ等によるＣｕの一部置
換およびＥｕ等によるＰｒの一部置換により、置換無し
の場合に比べて２倍以上高くすることができた。
【００１６】このように良質なＹ系超伝導積層薄膜が多
元蒸着法で作製できたが、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物層３を堆
積中に限って基板温度を約７００℃に高めると、Ｐｒ−
Ｃｕ系酸化物の結晶性が向上し、また比抵抗も高くな
り、より良質な積層薄膜を作製することができた。なお
このＰｒ−Ｃｕ系酸化物層を堆積する際の基板温度は５
００〜７５０℃の範囲内であれば他の温度でも差し支え
ない。なお、本実施例ではオゾン発生装置を用いてオゾ
ンを含んだ酸素ガスを基板に吹き付けて薄膜を酸化した
が、酸素ガスを高周波（ＲＦ）やマイクロ波で活性化さ
せ、薄膜の酸化を行っても同じように良質の超伝導積層
薄膜を作製することができる。
元蒸着法で作製できたが、Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物層３を堆
積中に限って基板温度を約７００℃に高めると、Ｐｒ−
Ｃｕ系酸化物の結晶性が向上し、また比抵抗も高くな
り、より良質な積層薄膜を作製することができた。なお
このＰｒ−Ｃｕ系酸化物層を堆積する際の基板温度は５
００〜７５０℃の範囲内であれば他の温度でも差し支え
ない。なお、本実施例ではオゾン発生装置を用いてオゾ
ンを含んだ酸素ガスを基板に吹き付けて薄膜を酸化した
が、酸素ガスを高周波（ＲＦ）やマイクロ波で活性化さ
せ、薄膜の酸化を行っても同じように良質の超伝導積層
薄膜を作製することができる。
【００１７】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よるＹ系超伝導積層薄膜は、相互拡散やＹ系超伝導薄膜
の結晶配向性の乱れ等のない良質なもので、Ｙ系超伝導
体の超伝導電子素子への応用上効果が大きい。
よるＹ系超伝導積層薄膜は、相互拡散やＹ系超伝導薄膜
の結晶配向性の乱れ等のない良質なもので、Ｙ系超伝導
体の超伝導電子素子への応用上効果が大きい。
【図１】本発明によるＹ系超伝導積層薄膜の概略断面図
である。
である。
【図２】本発明による実施例で使用した多元蒸着装置の
一例の概略構成図である。
一例の概略構成図である。
１，４２ 基板 ２，４ Ｙ系超伝導
体層 ３ Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物層 １１ 真空槽 １２ 真空排気系 １３，１４，１５，１６，１７，１８ 電子線加熱装置 １９，２０，２１，２２，２３，２４ 蒸着材料 ２５，２６，２７，２８，２９，３０ シャッタ ３１，３２，３３，３４，３５，３６ 蒸発速度計 ３７ ヒ−タ ３８ 基板回転機構 ３９ オゾン発生装置 ４０ テフロン製チ
ュ−ブ ４１ 石英管 ４３ 基板シャッタ
体層 ３ Ｐｒ−Ｃｕ系酸化物層 １１ 真空槽 １２ 真空排気系 １３，１４，１５，１６，１７，１８ 電子線加熱装置 １９，２０，２１，２２，２３，２４ 蒸着材料 ２５，２６，２７，２８，２９，３０ シャッタ ３１，３２，３３，３４，３５，３６ 蒸発速度計 ３７ ヒ−タ ３８ 基板回転機構 ３９ オゾン発生装置 ４０ テフロン製チ
ュ−ブ ４１ 石英管 ４３ 基板シャッタ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−125672（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−21676（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−275918（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−243916（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】 ＹaＢａbＣｕcＯx なる式で表され、ａ
は０．５≦ａ≦１．５，ｂは１．５≦ｂ≦２．５，ｃは
２．５≦ｃ≦３．５，ｘは６．５≦ｘ≦７．０である組
成の超伝導酸化物層により、ＰｒdＣｕeＯy なる式で表
され、ｄは１．５≦ｄ≦２．５，ｅは０．５≦ｅ≦１．
５，ｙは３．５≦ｙ≦４．５である組成の非超伝導酸化
物よりなる中間層の両側を挟んだ構造を持つことを特徴
とする超伝導積層薄膜。 - 【請求項２】 請求項１記載の超伝導酸化物層により、
Ｐｒf(Ｃｕ1-RＭR)gＯZなる式（ＭはＡｌ，Ｆｅ，Ｚ
ｎ，Ｎｉ，Ｐｔの中の少なくとも１種）で表され、Ｒは
０＜Ｒ≦０．１，ｆは１．９≦ｆ≦２．２，ｇは０．８
≦ｇ≦１．１，ｚは３．５≦ｚ≦４．５である組成の非
超伝導酸化物よりなる中間層の両側を挟んだ構造を持つ
ことを特徴とする超伝導積層薄膜。 - 【請求項３】 請求項１記載の超伝導酸化物層により、
（Ｐｒ1-sＬs）hＣｕiＯwなる式（ＬはＥｕ,Ｇｄ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙの中の少なくとも１種）で表され、
Ｓは０＜Ｓ≦０．２，ｈは１．８≦ｈ≦２．４，ｉは
０．６≦ｉ≦１．２，ｗは３．５≦ｗ≦４．５である組
成の非超伝導酸化物よりなる中間層の両側を挟んだ構造
を持つことを特徴とする超伝導積層薄膜。 - 【請求項４】 非超伝導酸化物よりなる中間層を作製す
る際、超伝導酸化物層を作製するときより高い温度で作
製することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
された超伝導積層薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3291887A JP2720665B2 (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 超伝導積層薄膜およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3291887A JP2720665B2 (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 超伝導積層薄膜およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05105441A JPH05105441A (ja) | 1993-04-27 |
| JP2720665B2 true JP2720665B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=17774739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3291887A Expired - Fee Related JP2720665B2 (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 超伝導積層薄膜およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2720665B2 (ja) |
-
1991
- 1991-10-14 JP JP3291887A patent/JP2720665B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05105441A (ja) | 1993-04-27 |
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