JP2804102B2 - 酸化物超格子材料 - Google Patents
酸化物超格子材料Info
- Publication number
- JP2804102B2 JP2804102B2 JP1206802A JP20680289A JP2804102B2 JP 2804102 B2 JP2804102 B2 JP 2804102B2 JP 1206802 A JP1206802 A JP 1206802A JP 20680289 A JP20680289 A JP 20680289A JP 2804102 B2 JP2804102 B2 JP 2804102B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxide
- present
- superconductor
- superlattice
- superlattice material
- 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 - Lifetime
Links
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
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は酸化物超格子材料に係わり、特に従来法では
得られない物性を有する酸化物超格子材料に関する。
得られない物性を有する酸化物超格子材料に関する。
従来の酸化物超伝導体の薄膜化については、所定の組
成比に調整した一体型のターゲツトを用いた反応性スパ
ツタリングや、所定の元素の同時蒸着法によるものが一
般的であつた。しかし、Bi系超伝導体のCu−Ｏ面の数が
より多い構造を得るため、薄膜化プロセスを利用した試
みが始まつた。このような酸化物超格子を意図した実験
は、積層スパツタリング法によつてなされ、これについ
てはジエー・ジエー・エー・ピー・レター27（1988）第
L1083−L1086頁（J.J.A.P.Lett.Vol.27（1988）L1083−
L1086）において論じられている。本発明は、これより
もさらに細かく制御された原子層単位での積層成膜法に
より、高階層のBi系超伝導体を得るにとどまらず、複数
の種類の酸化物が格子単位で制御された積層構造をもつ
酸化物超格子材料を得るに至つたものである。
成比に調整した一体型のターゲツトを用いた反応性スパ
ツタリングや、所定の元素の同時蒸着法によるものが一
般的であつた。しかし、Bi系超伝導体のCu−Ｏ面の数が
より多い構造を得るため、薄膜化プロセスを利用した試
みが始まつた。このような酸化物超格子を意図した実験
は、積層スパツタリング法によつてなされ、これについ
てはジエー・ジエー・エー・ピー・レター27（1988）第
L1083−L1086頁（J.J.A.P.Lett.Vol.27（1988）L1083−
L1086）において論じられている。本発明は、これより
もさらに細かく制御された原子層単位での積層成膜法に
より、高階層のBi系超伝導体を得るにとどまらず、複数
の種類の酸化物が格子単位で制御された積層構造をもつ
酸化物超格子材料を得るに至つたものである。
また、従来は酸化物薄膜の形成には高い基板温度が必
要であつたが、本発明では低エネルギのイオンビームの
形で酸素を供給することで、基板温度を大幅に下げるこ
とができた。このため、従来の技術では界面の拡散のた
め、作製が困難とされていた、酸化物超伝導体のｐ−ｎ
接合が可能となつた。
要であつたが、本発明では低エネルギのイオンビームの
形で酸素を供給することで、基板温度を大幅に下げるこ
とができた。このため、従来の技術では界面の拡散のた
め、作製が困難とされていた、酸化物超伝導体のｐ−ｎ
接合が可能となつた。
上記従来技術では、酸化物超格子を作製することは熱
力学的な観点から困難であり、本発明によるような材料
を得ることはできなかつた。本発明の目的は従来法では
得られない高Tc超伝導材料を提供することにある。
力学的な観点から困難であり、本発明によるような材料
を得ることはできなかつた。本発明の目的は従来法では
得られない高Tc超伝導材料を提供することにある。
上記従来技術では、界面の問題により超伝導体ｐ−ｎ
接合を作ることができなかつた。本発明の目的は完全な
ｐ−ｎ接合を提供することにある。
接合を作ることができなかつた。本発明の目的は完全な
ｐ−ｎ接合を提供することにある。
上記目的を達成するため本願発明では、Ln−Ba−Cu−
Ｏ系（Ln:Y,希土）、La−（Ba,Sr,Ca）−Cu−Ｏ系、（B
i,Tl）−（Sr,Ba）−Ca−Cu−Ｏ系のいずれかである酸
化物超伝導体と、La−Ca−Mn−Ｏ系である酸化物反強磁
性体を単位格子ずつ交互に、積層することを特徴とする
酸化物超格子材料が提供される。
Ｏ系（Ln:Y,希土）、La−（Ba,Sr,Ca）−Cu−Ｏ系、（B
i,Tl）−（Sr,Ba）−Ca−Cu−Ｏ系のいずれかである酸
化物超伝導体と、La−Ca−Mn−Ｏ系である酸化物反強磁
性体を単位格子ずつ交互に、積層することを特徴とする
酸化物超格子材料が提供される。
酸化物超伝導体と反強磁性体を積層することは、酸化
物超伝導体の導電面内での反強磁性的な電子相関を強め
る。これによつて、臨界温度が向上する。
物超伝導体の導電面内での反強磁性的な電子相関を強め
る。これによつて、臨界温度が向上する。
Cu−Ｏ面の数ｎを増やすと、Ｃ軸長が短かくなりCu−
Ｏ面間の距離が短かくなる。これによつてCu−Ｏ面内で
の反強磁性的電子相関が強くなり、臨界温度が向上す
る。
Ｏ面間の距離が短かくなる。これによつてCu−Ｏ面内で
の反強磁性的電子相関が強くなり、臨界温度が向上す
る。
酸素を低エネルギのイオンビームとして供給すること
により、運動エネルギを持つた酸素原子として結晶成長
を促進させる。これにより、成膜時の基板温度を下げる
ことができる。従つて、界面の拡散の影響なく積層構造
が作製できる。
により、運動エネルギを持つた酸素原子として結晶成長
を促進させる。これにより、成膜時の基板温度を下げる
ことができる。従つて、界面の拡散の影響なく積層構造
が作製できる。
（酸化物超格子材料） 以下、本発明の実施例を第１図を用いて説明する。第
１図は、本発明による酸化物超格子で、図中、１は、導
電面たるＭ−Ｏ面であり、Ａサイトイオンの原子層であ
る。このような層状ペロブスカイト構造は、熱力学的平
衡相として得られるものもあるが、本発明の方法による
ならば熱力学的に不安定な相も作製できる。
１図は、本発明による酸化物超格子で、図中、１は、導
電面たるＭ−Ｏ面であり、Ａサイトイオンの原子層であ
る。このような層状ペロブスカイト構造は、熱力学的平
衡相として得られるものもあるが、本発明の方法による
ならば熱力学的に不安定な相も作製できる。
第２図は酸化物超伝導体と酸化物反強磁性体を積層し
て作製した酸化物超格子である。３は酸化物超伝導体
で、４は酸化物反強磁性体である。基板に対して垂直な
方向にＣ軸がエピタキシヤルに成長している。積層の周
期は、それぞれ、単位格子の数ｌずつ、交互に成長させ
たものである。第３図には、YBa2CuO７−δとLaCaCuOy
を、それぞれ、単位格子ｌ層ずつ成長させて積層した酸
化物超格子におけるｌと臨界温度Tcの関係を示した。ｌ
＝１の場合、Tcはもつとも高くｌが大きくなるにつれて
YBa2CuO７−δのTcに近づいていく。
て作製した酸化物超格子である。３は酸化物超伝導体
で、４は酸化物反強磁性体である。基板に対して垂直な
方向にＣ軸がエピタキシヤルに成長している。積層の周
期は、それぞれ、単位格子の数ｌずつ、交互に成長させ
たものである。第３図には、YBa2CuO７−δとLaCaCuOy
を、それぞれ、単位格子ｌ層ずつ成長させて積層した酸
化物超格子におけるｌと臨界温度Tcの関係を示した。ｌ
＝１の場合、Tcはもつとも高くｌが大きくなるにつれて
YBa2CuO７−δのTcに近づいていく。
第４図にBi2Sr2Ca2Cu3O10/BiMnO3とした場合の結果を
示す。この場合も全く同様である。
示す。この場合も全く同様である。
第５図にCa0.86Sr0.14CuO2なる酸化物の結晶構造であ
る。この物質は公知の物質であるが、本発明者らはこの
物質がCu−O2次元面のネツトワークをもつていることに
着目した。前述の酸化物は熱的に不安定で、元素置換に
よつてキヤリアを導入して新超伝導体を得ようとする試
みは成功していない。第６図のような、周期構造の酸化
物超格子を作製することで、発明者らは超伝導体を得る
ことができた。５はCa0.86Sr0.14CuO2の層であり、第６
は一価または三価のイオンの原子層である。第６図中、
ｎ層のCa0.86Sr0.14CuO2の層と、第６図−６の酸素欠損
層が単位格子をなすと考えれば、一価イオンとの積層は
ホール導入に作用し三価イオンは電子導入に作用する。
第７図に積層数ｎとTcの関係を示す。この結果は、組成
式から考えたキヤリア濃度 （ｎ＝1,2,3,…）とよく一致している。
る。この物質は公知の物質であるが、本発明者らはこの
物質がCu−O2次元面のネツトワークをもつていることに
着目した。前述の酸化物は熱的に不安定で、元素置換に
よつてキヤリアを導入して新超伝導体を得ようとする試
みは成功していない。第６図のような、周期構造の酸化
物超格子を作製することで、発明者らは超伝導体を得る
ことができた。５はCa0.86Sr0.14CuO2の層であり、第６
は一価または三価のイオンの原子層である。第６図中、
ｎ層のCa0.86Sr0.14CuO2の層と、第６図−６の酸素欠損
層が単位格子をなすと考えれば、一価イオンとの積層は
ホール導入に作用し三価イオンは電子導入に作用する。
第７図に積層数ｎとTcの関係を示す。この結果は、組成
式から考えたキヤリア濃度 （ｎ＝1,2,3,…）とよく一致している。
第８図（ａ）にBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系の従来公知の結
晶構造を示す。この超伝導体では、Bi−Ｏが二層ある構
造になつている。この二層構造が、格子に歪をもたらし
変調構造をもたらす。これに対し、第８図（ｂ）はCa
0.86Sr0.14CuO2/Sr−O/Bi−Ｏなる酸化物超格子として
作製したものである。Bi−Ｏの層は一層であり、このた
めCu−Ｏの面間隔が変わりTcは向上した。
晶構造を示す。この超伝導体では、Bi−Ｏが二層ある構
造になつている。この二層構造が、格子に歪をもたらし
変調構造をもたらす。これに対し、第８図（ｂ）はCa
0.86Sr0.14CuO2/Sr−O/Bi−Ｏなる酸化物超格子として
作製したものである。Bi−Ｏの層は一層であり、このた
めCu−Ｏの面間隔が変わりTcは向上した。
（作製方法と作製装置） 本発明による作製方法を、第９図に示すイオンビーム
・スパツタ装置で実施した例を以下に説明する。作成条
件は表１に示すとおりである。
・スパツタ装置で実施した例を以下に説明する。作成条
件は表１に示すとおりである。
上記の条件で、膜厚計で膜厚をモニタし、かつ、RHEE
Dで結晶成長の状態を観察しながら、Bi/Sr/Cu/Ca/Cu/…
/Biの順に各原子層を積層して結晶成長させた。このよ
うにして成長させたCu−Ｏの面の数ｎがｎ≧４であるBi
−Sr−Ca−Cu−Ｏ系超格子材料は100Kを越えるTcを示し
た。この結果は従来報告されていたような、Bi−Sr−Ca
−Cu−Ｏ系超伝導体はｎ＝３のときのTc＝10゜Kが最高
でｎ≧４の構造では、Tcは低くなるとの結果に反する。
これは従来法のRFスパツタ法による積層では、結晶化の
ためには、600℃以上の高い基板温度が必要であるた
め、原子の拡散が起こり格子のオーダリングが乱れてい
ることが原因であると考えられる。本発明では、酸素を
イオンビームの形で供給することによつて、結晶化温度
を下げることができた。これにより、拡散が起こりにく
い条件のもとで、結晶成長させることができたために従
来より高いTcの材料が得られたと考えられる。第９図に
ｎとTcの関係を示した。
Dで結晶成長の状態を観察しながら、Bi/Sr/Cu/Ca/Cu/…
/Biの順に各原子層を積層して結晶成長させた。このよ
うにして成長させたCu−Ｏの面の数ｎがｎ≧４であるBi
−Sr−Ca−Cu−Ｏ系超格子材料は100Kを越えるTcを示し
た。この結果は従来報告されていたような、Bi−Sr−Ca
−Cu−Ｏ系超伝導体はｎ＝３のときのTc＝10゜Kが最高
でｎ≧４の構造では、Tcは低くなるとの結果に反する。
これは従来法のRFスパツタ法による積層では、結晶化の
ためには、600℃以上の高い基板温度が必要であるた
め、原子の拡散が起こり格子のオーダリングが乱れてい
ることが原因であると考えられる。本発明では、酸素を
イオンビームの形で供給することによつて、結晶化温度
を下げることができた。これにより、拡散が起こりにく
い条件のもとで、結晶成長させることができたために従
来より高いTcの材料が得られたと考えられる。第９図に
ｎとTcの関係を示した。
第10図（ａ）に示すようなターゲツトや（ｂ）の分離
一体型ターゲツトを用いて成膜しても同様の結果が得ら
られた。
一体型ターゲツトを用いて成膜しても同様の結果が得ら
られた。
（酸化物超伝導体ｐ−ｎ接合） 従来法では界面の制御が困難で作製できなかつたｐ−
ｎ接合を、本発明によれば、完全に作ることができた。
この時、界面には電気的な障壁が形成され、ジョセフソ
ン接合と同様の特性を示した。これを第11図に示す。
ｎ接合を、本発明によれば、完全に作ることができた。
この時、界面には電気的な障壁が形成され、ジョセフソ
ン接合と同様の特性を示した。これを第11図に示す。
本発明によれば、より高い臨界温度の超伝導体が得ら
れるので、液体窒素温度で使用する際の安定性が増し効
果がある。
れるので、液体窒素温度で使用する際の安定性が増し効
果がある。
また、本発明によれば拡散のない低温で成膜できるの
で界面反応を抑え、完全な積層構造を得るのに効果があ
る。
で界面反応を抑え、完全な積層構造を得るのに効果があ
る。
また、超伝導体ｐ−ｎ接合はジヨセフソン特性を示す
新しい接合を与えるので効果がある。
新しい接合を与えるので効果がある。
第１図は本発明の一実施例の酸化物超格子の説明図、第
２図は本発明の第二の実施例の説明図、第３図，第４図
はｌとTcの特性図、第５図は本発明の酸化物の結晶構造
図、第６図は本発明の第三の酸化物超格子の説明図、第
７図はｎとTcの特性図、第８図は従来と本発明の結晶構
造図、第９図は本発明の作製方法の説明図、第10図はタ
ーゲツトの説明図、第11図は本発明のｐ−ｎ接合の特性
図である。 １……Ｍ−Ｏ面、２……Ａサイトイオンの原子層。
２図は本発明の第二の実施例の説明図、第３図，第４図
はｌとTcの特性図、第５図は本発明の酸化物の結晶構造
図、第６図は本発明の第三の酸化物超格子の説明図、第
７図はｎとTcの特性図、第８図は従来と本発明の結晶構
造図、第９図は本発明の作製方法の説明図、第10図はタ
ーゲツトの説明図、第11図は本発明のｐ−ｎ接合の特性
図である。 １……Ｍ−Ｏ面、２……Ａサイトイオンの原子層。
───────────────────────────────────────────────────── 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 ＺＡＡＢ 39/22 ＺＡＡ 39/22 ＺＡＡＡ 39/24 ＺＡＡ 39/24 ＺＡＡＤ (56)参考文献 特開 昭64−50312（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−242532（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 C01G 1/00 - 23/08 H01L 39/00 - 39/24 H01B 12/00 C23C 14/48 C01B 13/14
Claims (1)
- 【請求項１】Ln−Ba−Cu−Ｏ系（Ln:Y,希土）、La−（B
a,Sr,Ca）−Cu−Ｏ系、（Bi,Tl）−（Sr,Ba）−Ca−Cu
−Ｏ系のいずれかである酸化物超伝導体と、La−Ca−Mn
−Ｏ系である酸化物反強磁性体を単位格子ずつ交互に、
積層することを特徴とする酸化物超格子材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1206802A JP2804102B2 (ja) | 1989-08-11 | 1989-08-11 | 酸化物超格子材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1206802A JP2804102B2 (ja) | 1989-08-11 | 1989-08-11 | 酸化物超格子材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0375300A JPH0375300A (ja) | 1991-03-29 |
| JP2804102B2 true JP2804102B2 (ja) | 1998-09-24 |
Family
ID=16529338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1206802A Expired - Lifetime JP2804102B2 (ja) | 1989-08-11 | 1989-08-11 | 酸化物超格子材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2804102B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4626134B2 (ja) | 2003-09-17 | 2011-02-02 | 住友電気工業株式会社 | 超電導体およびその製造方法 |
| CN101490792B (zh) | 2006-07-20 | 2012-02-01 | 阿维扎技术有限公司 | 离子沉积设备 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS643011A (en) * | 1987-03-25 | 1989-01-06 | Hitachi Ltd | Superconducting film and production thereof |
| JPS63242532A (ja) * | 1987-03-30 | 1988-10-07 | Komatsu Ltd | 超電導体およびその製造方法 |
| JPS63248057A (ja) * | 1987-04-02 | 1988-10-14 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 鉛蓄電池 |
| JPS63249646A (ja) * | 1987-04-03 | 1988-10-17 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 新規な構造を有するセラミツクス |
| JP2521950B2 (ja) * | 1987-04-20 | 1996-08-07 | 日新電機株式会社 | 超電導薄膜の製造方法 |
| JPS63272207A (ja) * | 1987-04-30 | 1988-11-09 | Toyo Commun Equip Co Ltd | コルピツツ発振回路 |
| JPS63272210A (ja) * | 1987-04-30 | 1988-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ａｇｃ回路 |
| JPS6450314A (en) * | 1987-08-19 | 1989-02-27 | Semiconductor Energy Lab | Manufacture of superconductive material |
| JPS6450312A (en) * | 1987-08-19 | 1989-02-27 | Semiconductor Energy Lab | Superconductive material |
| JP2654568B2 (ja) * | 1987-08-19 | 1997-09-17 | 株式会社 半導体エネルギー研究所 | 超電導材料の作製方法 |
| JP2539842B2 (ja) * | 1987-08-22 | 1996-10-02 | 住友電気工業株式会社 | 超電導薄膜の形成方法 |
| JPH02196017A (ja) * | 1989-01-23 | 1990-08-02 | Fujitsu Ltd | 銅含有酸化物超伝導薄膜の形成方法 |
-
1989
- 1989-08-11 JP JP1206802A patent/JP2804102B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0375300A (ja) | 1991-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH08502629A (ja) | 高温ジョセフソン接合及び方法 | |
| US4983575A (en) | Superconducting thin films made of stacked composite oxide layers | |
| JPH02177381A (ja) | 超伝導体のトンネル接合素子 | |
| JP2804102B2 (ja) | 酸化物超格子材料 | |
| Wasa et al. | Thin film processing for high-Tc superconductors of the Bi-system | |
| RU2481673C1 (ru) | Способ изготовления тонкопленочного высокотемпературного сверхпроводящего материала | |
| JP3189403B2 (ja) | 超電導接合を有する素子およびその作製方法 | |
| EP0590560B1 (en) | Thin-film superconductor and method of fabricating the same | |
| EP0504804A1 (en) | Bi system copper oxide superconducting thin film and method of forming the same | |
| JP3425422B2 (ja) | 超電導素子の製造方法 | |
| JP2979422B2 (ja) | 絶縁体および絶縁薄膜の製造方法と、超伝導薄膜および超伝導薄膜の製造方法 | |
| JP2741277B2 (ja) | 薄膜超電導体およびその製造方法 | |
| JP3061627B2 (ja) | 酸化物超電導テープ導体の製造方法 | |
| JP3787572B2 (ja) | 選択還元型高温超伝導体及びその製造方法 | |
| US7618923B2 (en) | Method for making a superconductor with improved microstructure | |
| JP2558880B2 (ja) | 銅酸化物薄膜の製造方法 | |
| JPH01101677A (ja) | 電子装置 | |
| JP3251093B2 (ja) | 超伝導体およびその製造方法 | |
| US6606780B1 (en) | Mercury-containing copper oxide superconductor and method of producing same | |
| JP2781331B2 (ja) | 薄膜超伝導体の製造方法 | |
| JP3021764B2 (ja) | 酸化物超電導体薄膜 | |
| JP3025891B2 (ja) | 薄膜超電導体およびその製造方法 | |
| JP2502744B2 (ja) | 薄膜超電動体の製造方法 | |
| Tsukada et al. | Atomic scale superlattices consisting of copper-and cobalt-based oxides | |
| JPH0499078A (ja) | 薄膜形成方法およびこれを用いた超伝導装置の製造方法 |