JP2786130B2 - 高温超電導薄膜構造 - Google Patents

高温超電導薄膜構造

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勉 三塚
陽一 榎本
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KOKUSAI CHODENDO SANGYO GIJUTSU KENKYU SENTAA
NEC Corp
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KOKUSAI CHODENDO SANGYO GIJUTSU KENKYU SENTAA
Nippon Electric Co Ltd
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    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高温超電導薄膜のデ
バイス応用に関し、特にシリコン基板上に高温超電導薄
膜を超電導特性を悪化させることなく金属的挙動を示す
バッファー層を介して堆積する技術に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】高温超電導体はフィルター等のパッシブ
デバイスへの応用は実現化へ向けて盛んに研究されてい
るが、三端子素子などアクティブデバイスはまだ実現し
ていない。そこで、高温超電導体のデバイス応用のため
には半導体のアクティブデバイスと高温超電導体をつな
げていく必要がある。また一方、半導体デバイスは集積
化に伴う配線の細線化による抵抗率の増大が問題となっ
ており、高温超電導体が配線材料として期待されてい
る。どちらの応用を考えても、高温超電導体と半導体基
板との間に電気的なコンタクトを取ることが必要であ
る。その際、デバイスの小型化を考えれば、半導体基板
上に超電導薄膜を電気的なコンタクトを取りつつ堆積す
る必要がある。
【０００３】しかし、半導体基板として一般に用いられ
ているシリコン基板直上に超電導薄膜を堆積するとシリ
コンが超電導薄膜内に混入し、超電導特性を劣化させて
しまうことになる。例えば、アプライド フィジックス
レターズ 第５４巻 ５７８頁 １９８９。また、高
温超電導体は酸素雰囲気中で成膜する必要があるので、
成膜中にシリコン基板表面が酸化して絶縁体となり高温
超電導体と電気的コンタクトが取れなくなることが容易
に想像される。なお、シリコンと超電導薄膜の間にイッ
トリア、イットリアスタビライズドジルコニア等の絶縁
体をバッファー層として挟んで良質な超電導薄膜を得た
例は多くあるが、これではシリコンと超電導薄膜の間に
電気的なコンタクトを取ることができない。例えば、ジ
ャパニーズ ジャーナル オブ フィジックス 第２９
巻 Ｌ９５５頁 １９９０。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来で
は、シリコン基板上に超電導薄膜を堆積しようとした場
合に、超電導薄膜の膜質を劣化させずにシリコンと超電
導薄膜の電気的コンタクトを取ることができないという
問題が生じている。本発明は超電導薄膜の膜質を劣化さ
せることなく、かつ、シリコンと超電導薄膜の電気的コ
ンタクトを取りながら、シリコン基板上に超電導薄膜を
堆積する構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による高温超電導
薄膜構造においては、シリコン基板と、この基板上に堆
積された白金シリサイド（ＰｔＳｉ）薄膜と、この薄膜
上に堆積されたストロンチウムルテナイト（ＳｒＲｕＯ
3 ）薄膜と、この薄膜上に堆積された高温超電導薄膜と
からなる高温超電導薄膜構造とする。
【０００６】ここで、高温超電導薄膜にはＬｎＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ7-δ系（Ｌｎ：Ｙ，Ｌａ，Ｅｒ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ）あるいはＴｌｘＢａｙＣａｚＣｕｕＯｖ
（ｘ：ｙ：ｚ：ｕ：ｖの組み合わせは２：２：２：３：
１０、１：２：２：３：９、１：２：３：４：１１の３
種のうちのいずれか）系を用いることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態の一例を
図面を参照して説明する。図１はシリコン基板１上にＰ
ｔＳｉ層２、その上にＳｒＲｕＯ3 薄膜３、さらにその
上に高温超電導薄膜（ＹＢＣＯ）４を堆積した高温超電
導薄膜構造の断面模式図である。ＳｒＲｕＯ3 薄膜３は
導電性酸化物である。ＳｒＲｕＯ3 （００１）上にＹＢ
ＣＯ（００１）をＳｒＲｕＯ3 ＜１１０＞／ＹＢＣＯ＜
１００＞の関係で堆積すればミスマッチが１．８％と小
さく、拡散して互いの特性を劣化させることもないこと
からＳＮＳエッジジャンクションのＮ（金属）層として
期待されている。例えば、アプライド フィジックス
レターズ 第６３巻 １００５頁 １９９３。
【０００８】これをＳｉ基板１とＹＢＣＯ４とのバッフ
ァー層として用いれば、Ｓｉ基板１からのＳｉの拡散は
ＳｒＲｕＯ3 薄膜３で止まりＹＢＣＯ薄膜４中にＳｉが
混入することはない。しかし、ＳｒＲｕＯ3 薄膜３は酸
素中で成膜しなければならないので、Ｓｉ基板１上に直
接ＳｒＲｕＯ3 薄膜３を堆積したのではＳｉ基板１とＳ
ｒＲｕＯ3 薄膜３の間にＳｉＯ2 の絶縁層が形成されて
しまう。そこで、Ｓｉ基板１とＳｒＲｕＯ3 薄膜３の間
にバッファー層としてＰｔＳｉ薄膜２を形成している。
ＰｔＳｉ薄膜２は導電性があり、かつ酸素雰囲気中で高
温にしても絶縁層を表面に生ずることはない。
【０００９】そこでこの実施形態では、Ｓｉ単結晶基板
１上にＰｔ薄膜を成膜するときに基板温度を７００℃〜
８００℃程度とすると、ＰｔはＳｉ基板１の付近ではシ
リコン（Ｓｉ）と反応しながら、ＰｔＳｉがＳｉ基板上
にエピタキシャル成長する。例えばＳｉ（１１１）基板
上ではＰｔＳｉ（０１０）がエピタキシャル成長する。
このＰｔＳｉ薄膜２の上にＳｒＲｕＯ3 薄膜３とＹＢＣ
Ｏ等の高温超電導薄膜４を堆積することで、これらの薄
膜は多結晶体として構成される。
【００１０】このようにしてＳｉ基板１上に成膜したＰ
ｔＳｉ薄膜２、ＳｒＲｕＯ3 薄膜３はそれぞれ金属的特
性を示す。したがって、絶縁層を介することなくシリコ
ンと超電導薄膜の電気的コンタクトを取りながら、シリ
コン基板上に超電導薄膜を超電導特性を劣化させること
なく堆積することが可能となる。
【００１１】
【実施例】基板としてＳｉ（１１１）基板を用い、成膜
前に酸化シリコン層除去のためフッ酸洗浄を行った。成
膜はすべてパルスレーザーデポジション（ＰＬＤ）法で
行った。まず、シリコン基板上に真空中でＰｔを基板温
度７５０℃で３０ｎｍ堆積した。ＲＨＥＥＤとＸ線回析
からこのＰｔは基板のＳｉと反応してＰｔＳｉとなり、
そのＰｔＳｉが（０１０）面がエピタキシャル成長して
いることがわかった。この上にＳｒＲｕＯ3 を酸素２０
０ｍＴｏｒｒ中、基板温度７５０℃で５０ｎｍ堆積し
た。このＳｒＲｕＯ3 は多結晶体であった。さらにこの
上にＹＢＣＯを酸素１００ｍＴｏｒｒ中、基板温度７５
０℃で２００ｎｍ堆積した。このＹＢＣＯは多結晶体で
あった。室温におけるこの膜のＹＢＣＯ、Ｓｉ間の界面
抵抗を測定したところ、１×１０5 Ω／ｃｍ2 以下であ
ることがわかった。
【００１２】図２にこのようにして得られた高温超電導
体薄膜のＸ線回析結果を示す。ＳｒＲｕＯ3 とＹＢＣＯ
のＸ線ピークが観測される。ＳｒＲｕＯ3 は（０１
２）、ＹＢＣＯはＣ軸方向にやや配向しているのがわか
る。
【００１３】図３にｐ−Ｔ（抵抗−温度）曲線を示す。
Ｔｃｏｎは９０Ｋ、Ｔｃ０は５０Ｋを示した。Ｔｃ０は
決して高いとは言えないが、ＹＢＣＯ薄膜が多結晶体で
あることを勘案すれば、ＹＢＣＯ薄膜にＳｉ混入などに
よる劣化は見られない。
【００１４】図４にオージェ電子分光の深さ方向分析結
果を示す。これは、試料をアルゴンイオンによるスパッ
タエッチングしながら、電子線を試料表面に照射したと
きに放出されるオージェ電子のエネルギーと強度を分析
し、試料深さ方向の組成分析をするものである。当分析
では３ＫｅＶで加速したアルゴンイオンを１０秒間照射
してエッチングするごとに分析し、これを１サイクルと
した。これが、同図の横軸に対応する。サイクル数が小
さい所ほど膜表面に近い。イットリウム、ストロンチウ
ムはオージェ電子の強度が小さいので測定していない。
また、プラチナのピークは銅と重なるため、４００サイ
クル以下でいかにもＰｔが存在するかのように見える
が、ここにＰｔは存在しない。
【００１５】同図を見ると、０〜２５０サイクルでは酸
素（Ｏ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、２５０〜３
７０では酸素、ルテニウム（Ｒｕ）、３７０〜６７０で
プラチナ（Ｐｔ）、シリコン（Ｓｉ）のピークが見られ
る。すなわち、設計どおりＹＢＣＯ／ＳｒＲｕＯ3 ／Ｐ
ｔＳｉ／Ｓｉの順番で成膜できていることが確認され
た。
【００１６】以上の実施例では、超電導材料としてＹＢ
ＣＯを用いた場合を説明したが、ＹのかわりにＬａ，Ｅ
ｒ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏの元素を用いても、あるい
はＹＢＣＯの代わりにＴｌ2 Ｂａ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ10、
ＴｌＢａ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ9、ＴｌＢａ2 Ｃａ3 Ｃｕ4
Ｏ11のいずれかを用いても、前記実施例と同様の効果が
得られる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、シ
リコン基板上にＰｔＳｉ薄膜とＳｒＲｕＯ3 薄膜を形成
し、これらの薄膜上に高温超電導薄膜を形成しているの
で、シリコンと超電導薄膜の電気的コンタクトを取りな
がら、高温超電導薄膜の膜質の劣化を防止することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す断面模式図であ
る。
【図２】本発明の一実施例における高温超電導薄膜のλ
線回折結果を示す図である。
【図３】本発明の一実施例における抵抗−温度曲線を示
す図である。
【図４】本発明の一実施例におけるオージェ電子分光の
深さ方向分析結果を示す図である。
【符号の説明】
１ Ｓｉ基板 ２ ＰｔＳｉ薄膜 ３ ＳｒＲｕＯ3 薄膜 ４ ＹＢＣＯ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 39/02 ＺＡＡ Ｈ０１Ｌ 39/02 ＺＡＡＤ (72)発明者 榎本 陽一 東京都江東区東雲一丁目10番13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 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 29/22 501 C01G 1/00 - 3/00 C23C 14/08 H01B 12/00 H01L 39/00 - 39/24

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコン基板と、このシリコン基板上に
    堆積された白金シリサイド（ＰｔＳｉ）薄膜と、このＰ
    ｔＳｉ薄膜上に堆積されたストロンチウムルテナイト
    （ＳｒＲｕＯ3 ）薄膜と、このＳｒＲｕＯ3 薄膜上に堆
    積された高温超電導薄膜とからなる高温超電導薄膜構
    造。
  2. 【請求項２】 前記高温超電導薄膜が、ＬｎＢａ2 Ｃｕ
    3 Ｏ7 −δ系（Ｌｎ：Ｙ，Ｌａ，Ｅｒ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄ
    ｙ，Ｈｏ）あるいはＴｌｘＢａｙＣａｚＣｕｕＯｖ
    （ｘ：ｙ：ｚ：ｕ：ｖの組み合わせは、２：２：２：
    ３：１０，１：２：２：３：９，１：２：３：４：１１
    の３種のうちのいずれか）系であることを特徴とする請
    求項１の高温超電導薄膜構造。
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CN104229867B (zh) * 2014-09-12 2015-08-19 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种氧化锌/钌酸锶核壳纳米线及其制备方法
CN113838965B (zh) * 2021-09-30 2024-01-30 上海电力大学 一种独立式高温超导薄膜的制备方法

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