JP3252052B2 - 単結晶の表面処理方法 - Google Patents
単結晶の表面処理方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば酸化物超伝導
薄膜を形成する基板単結晶などの単結晶の表面処理方法
に関するものである。
薄膜を形成する基板単結晶などの単結晶の表面処理方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】結晶の内部は、原子が規則正しく配列さ
れ、三次元的な骨組みから構成されている。結晶を構成
している原子や分子の間には結合力が働いており、この
結合力によって原子や分子は格子状に規則正しく配列さ
れて結晶を構成し、結晶系によりそれぞれ固有の結晶構
造を持っている。ところで、酸化物単結晶の用途として
は、光学用酸化物単結晶や超伝導薄膜に使用される基板
用単結晶などが知られている。この光学用酸化物単結晶
は、光通信の技術の発展や光コンピュータの研究が進む
につれて、光機能素子として注目されている。また超伝
導薄膜の基板用単結晶については、エレクトロニクス分
野で応用されている。このエレクトロニクス分野におい
て、超伝導を応用した素子として、ＳＱＵＩＤ（高感度
磁束検出素子）を代表とするジョセフソン素子、超伝導
トランジスタ、光及び電磁波のセンサなどがあり、これ
らの素子の多くが基板上への薄膜の形で研究開発が進め
られている。これらの素子の研究が進められるにつれ
て、より良い基板が要求されるようになり、そのために
新な基板の探求やより良い加工法の研究が行われてい
る。最近、上記ＳＱＵＩＤ用にバイクリスタル基板が開
発されるなど、実用化が最も近いと思われる薄膜素子用
の基板単結晶の研究開発の報告が多数出されている。超
伝導薄膜用の基板単結晶としては、ＬａＡｌＯ３（ラン
タンアルミネート），ＳｒＴｉＯ３，ＮｄＡｌＯ３（ネ
オジムアルミネート），ＬａＧａＯ３（ランタンガレー
ト），ＮｄＧａＯ３（ネオジムガレート），ＹＡｌＯ３
（イットリウムアルミネート），Ｎｂ：ＳｒＴｉＯ
３（ニオブドープチタン酸ストロンチウム）などの単結
晶が知られている。超伝導薄膜の基板用単結晶に必要な
条件として下記のものが求められる。 １．膜と格子定数が近い（構造も近い方が望ましい。） ２．膜と熱膨張係数が近い ３．膜との反応がない（構成元素が膜に拡散しない） ４．膜の使用温度範囲に相転移がない（Ｔｃ〜成膜温
度） ５．誘電率が小さい｛誘電正接（ｔａｎδ）も小さい方
が望ましい｝ ６．高品質結晶が得られる ７ 大形基板の入手が可能 ８．安定供給が可能（望ましくは安価） ９．表面の歪み（加工変質層）がない １０．表面が平坦である これらの条件において、１〜５が基板結晶の特性に、６
〜８が育成法に、９，１０が加工法に関係するものであ
る。この加工法に関して述べると、基板用単結晶の表面
仕上げに一般に使われるダイヤモンドなどの硬質砥粒に
よる表面処理方法によると、基板用単結晶の表面の歪み
（加工変質層）が数μｍ〜数十μｍの深さになり、超伝
導薄膜には使えない。そこで、従来より、コロイダルシ
リカなどの軟質砥粒によるメカノケミカルポリッシング
または化学薬品によるケミカルポリッシングで基板用単
結晶表面の仕上げをしたり、また成膜前にスパッタエッ
チングによる処理方法が採用されている。
れ、三次元的な骨組みから構成されている。結晶を構成
している原子や分子の間には結合力が働いており、この
結合力によって原子や分子は格子状に規則正しく配列さ
れて結晶を構成し、結晶系によりそれぞれ固有の結晶構
造を持っている。ところで、酸化物単結晶の用途として
は、光学用酸化物単結晶や超伝導薄膜に使用される基板
用単結晶などが知られている。この光学用酸化物単結晶
は、光通信の技術の発展や光コンピュータの研究が進む
につれて、光機能素子として注目されている。また超伝
導薄膜の基板用単結晶については、エレクトロニクス分
野で応用されている。このエレクトロニクス分野におい
て、超伝導を応用した素子として、ＳＱＵＩＤ（高感度
磁束検出素子）を代表とするジョセフソン素子、超伝導
トランジスタ、光及び電磁波のセンサなどがあり、これ
らの素子の多くが基板上への薄膜の形で研究開発が進め
られている。これらの素子の研究が進められるにつれ
て、より良い基板が要求されるようになり、そのために
新な基板の探求やより良い加工法の研究が行われてい
る。最近、上記ＳＱＵＩＤ用にバイクリスタル基板が開
発されるなど、実用化が最も近いと思われる薄膜素子用
の基板単結晶の研究開発の報告が多数出されている。超
伝導薄膜用の基板単結晶としては、ＬａＡｌＯ３（ラン
タンアルミネート），ＳｒＴｉＯ３，ＮｄＡｌＯ３（ネ
オジムアルミネート），ＬａＧａＯ３（ランタンガレー
ト），ＮｄＧａＯ３（ネオジムガレート），ＹＡｌＯ３
（イットリウムアルミネート），Ｎｂ：ＳｒＴｉＯ
３（ニオブドープチタン酸ストロンチウム）などの単結
晶が知られている。超伝導薄膜の基板用単結晶に必要な
条件として下記のものが求められる。 １．膜と格子定数が近い（構造も近い方が望ましい。） ２．膜と熱膨張係数が近い ３．膜との反応がない（構成元素が膜に拡散しない） ４．膜の使用温度範囲に相転移がない（Ｔｃ〜成膜温
度） ５．誘電率が小さい｛誘電正接（ｔａｎδ）も小さい方
が望ましい｝ ６．高品質結晶が得られる ７ 大形基板の入手が可能 ８．安定供給が可能（望ましくは安価） ９．表面の歪み（加工変質層）がない １０．表面が平坦である これらの条件において、１〜５が基板結晶の特性に、６
〜８が育成法に、９，１０が加工法に関係するものであ
る。この加工法に関して述べると、基板用単結晶の表面
仕上げに一般に使われるダイヤモンドなどの硬質砥粒に
よる表面処理方法によると、基板用単結晶の表面の歪み
（加工変質層）が数μｍ〜数十μｍの深さになり、超伝
導薄膜には使えない。そこで、従来より、コロイダルシ
リカなどの軟質砥粒によるメカノケミカルポリッシング
または化学薬品によるケミカルポリッシングで基板用単
結晶表面の仕上げをしたり、また成膜前にスパッタエッ
チングによる処理方法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】新超伝導物質の探索を
目的とした酸化物人工格子の作製や積層デバイスの開発
を行う場合、使用する基板用単結晶の表面がかなり重要
なポイントとなる。その理由の１つは、基板単結晶の用
途に応じて超伝導薄膜を堆積する必要が生じる場合があ
るからである。超伝導薄膜用基板材料としては、ＳｒＴ
ｉＯ３単結晶をコロイダルシリカを用いたメカノケミカ
ルポリッシングで研磨したものが広く用いられている。
しかしながら、このような処理方法で研磨された基板用
単結晶の表面は、最大高さ（Ｐ−Ｖ）で３〜４０Å（オ
ングストローム）の粗さがあり、高品質の超伝導薄膜を
堆積するのに十分でなかった。この発明の目的は、単結
晶の表面粗さが小さく若しくは平坦な仕上面とすること
にある。
目的とした酸化物人工格子の作製や積層デバイスの開発
を行う場合、使用する基板用単結晶の表面がかなり重要
なポイントとなる。その理由の１つは、基板単結晶の用
途に応じて超伝導薄膜を堆積する必要が生じる場合があ
るからである。超伝導薄膜用基板材料としては、ＳｒＴ
ｉＯ３単結晶をコロイダルシリカを用いたメカノケミカ
ルポリッシングで研磨したものが広く用いられている。
しかしながら、このような処理方法で研磨された基板用
単結晶の表面は、最大高さ（Ｐ−Ｖ）で３〜４０Å（オ
ングストローム）の粗さがあり、高品質の超伝導薄膜を
堆積するのに十分でなかった。この発明の目的は、単結
晶の表面粗さが小さく若しくは平坦な仕上面とすること
にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明の単結晶の表面
処理方法は、金属酸化物２次元格子原子層を繰り返えす
結晶構造を備えている単結晶の表面を２種類又はそれ以
上の溶液を用いて２次元格子原子層単位に溶解処理する
方法であって、上記単結晶をそれぞれの溶液に順番に浸
漬するものである。この発明の単結晶の表面処理方法
は、ペロブスカイト構造を代表とする単結晶の表面を２
種類又はそれ以上の溶液を用いて２次元格子原子層単位
に溶解処理する方法であって、上記単結晶をそれぞれの
溶液に順番に浸漬するものである。この発明の単結晶の
表面処理方法は、ペロブスカイト構造を備えている単結
晶の表面を２種類又はそれ以上の溶液を用いて２次元格
子原子層単位に溶解処理する方法であって、上記単結晶
をそれぞれの溶液に順番に浸漬するものである。この発
明の単結晶の表面処理方法は、ペロブスカイト構造を備
えている単結晶における面方位｛１００｝からなる表面
を２次元格子原子層単位に溶解する２種類又はそれ以上
の溶液を用いて処理する方法であって、上記単結晶をそ
れぞれの溶液に順番に浸漬するものである。上記単結晶
を異なる種類の溶液を順番に浸漬する工程は、１回でも
良いが、２回以上すなわち繰り返し行うことが表面処理
効果を高める見地から望ましい。金属酸化物２次元格子
原子層を繰り返す結晶構造を備えている単結晶として
は、ペロブスカイト構造を代表とするものである。ペロ
ブスカイト構造を代表とする単結晶には、例えばペロブ
スカイト構造を有する単結晶やペロブスカイトタイプの
構造を有する単結晶が含まれる。ペロブスカイト構造を
有する単結晶としては、例えばＳｒＴｉＯ３単結晶であ
る。ペロブスカイトタイプの構造を有する単結晶として
は、ＬａＡｌＯ３単結晶、ＮｄＡｌＯ３単結晶、ＬａＧ
ａＯ３単結晶、ＮｄＧａＯ３単結晶、ＹＡｌＯ３単結晶
などであり、そしてＴｉ及びＳｒを除く元素をドープし
たＳｒＴｉＯ３単結晶なども含まれる。Ｔｉ及びＳｒを
除く元素としては、例えばＮｂ（ニオブ）がある。Ｓｒ
ＴｉＯ３単結晶のようなペロブスカイト構造を備えてい
る単結晶の表面処理方法においては、上述したように上
記単結晶を２種類又はそれ以上の溶液に順番に浸漬し又
はこの浸漬工程を繰り返して単結晶の表面の２次元格子
原子層単位にエッチングすることにより、原子的に平坦
な面もしくは、原子ステップが表れた表面を有する単結
晶が得られる。ＳｒＴｉＯ３単結晶の表面処理方法で
は、ＳｒＴｉＯ３単結晶の面方位｛１００｝からなる表
面を２次元格子原子層単位に２種類の溶液を使用して溶
解処理し、上記単結晶をそれぞれの溶液に順番に浸漬す
るものである。ＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ３単結晶を
表面処理方法では、単結晶の面方位｛１００｝からなる
表面を２次元格子原子層単位に２種類の溶液を使用して
溶解処理、上記単結晶をそれぞれの溶液に順番に浸漬す
るものである。ＳｒＴｉＯ３単結晶の表面処理方法にお
いて、溶液の種類として、例えばフッ素系酸性溶液と水
とを使用する場合には、ＳｒＴｉＯ３単結晶をこのフッ
素系酸性溶液と水とに交互に浸漬し又はこの浸漬工程を
繰り返して、単結晶の表面を２次元格子原子層単位にエ
ッチングする。各溶液の条件に関して述べると、フッ素
系酸性溶液及び水のそれぞれの温度は、約１０〜８０°
Ｃの範囲でよいが、特に約２０〜３５°Ｃであることが
好ましい。各溶液の温度が、約２０°Ｃより低温なるに
したがって、処理した単結晶の表面にステップが出にく
くなって行き、約３５°Ｃより高温になるにつれて、そ
の表面にピット（腐蝕痕）が発生しやすくなる。またフ
ッ素系酸性溶液の水素イオン指数は、ｐＨ４〜５の範囲
であることが好ましいが、ｐＨ３〜６の範囲が許され
る。上記指数がｐＨ４より小さくなるにつれて、単結晶
の表面にピットが発生しやすくなり、ｐＨ５より大きく
なるにつれて、その表面にステップが出にくくなる。さ
らに、溶液としての水は、ｐＨ６〜８の範囲であること
が好ましい。ＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ３単結晶を表
面処理方法に使用する溶液に関しては、ＳｒＴｉＯ３単
結晶の表面処理に使用する溶液（フッ素系酸性溶液と
水）をしかも同様の条件の下で使用しても、その目的を
達成できる。
処理方法は、金属酸化物２次元格子原子層を繰り返えす
結晶構造を備えている単結晶の表面を２種類又はそれ以
上の溶液を用いて２次元格子原子層単位に溶解処理する
方法であって、上記単結晶をそれぞれの溶液に順番に浸
漬するものである。この発明の単結晶の表面処理方法
は、ペロブスカイト構造を代表とする単結晶の表面を２
種類又はそれ以上の溶液を用いて２次元格子原子層単位
に溶解処理する方法であって、上記単結晶をそれぞれの
溶液に順番に浸漬するものである。この発明の単結晶の
表面処理方法は、ペロブスカイト構造を備えている単結
晶の表面を２種類又はそれ以上の溶液を用いて２次元格
子原子層単位に溶解処理する方法であって、上記単結晶
をそれぞれの溶液に順番に浸漬するものである。この発
明の単結晶の表面処理方法は、ペロブスカイト構造を備
えている単結晶における面方位｛１００｝からなる表面
を２次元格子原子層単位に溶解する２種類又はそれ以上
の溶液を用いて処理する方法であって、上記単結晶をそ
れぞれの溶液に順番に浸漬するものである。上記単結晶
を異なる種類の溶液を順番に浸漬する工程は、１回でも
良いが、２回以上すなわち繰り返し行うことが表面処理
効果を高める見地から望ましい。金属酸化物２次元格子
原子層を繰り返す結晶構造を備えている単結晶として
は、ペロブスカイト構造を代表とするものである。ペロ
ブスカイト構造を代表とする単結晶には、例えばペロブ
スカイト構造を有する単結晶やペロブスカイトタイプの
構造を有する単結晶が含まれる。ペロブスカイト構造を
有する単結晶としては、例えばＳｒＴｉＯ３単結晶であ
る。ペロブスカイトタイプの構造を有する単結晶として
は、ＬａＡｌＯ３単結晶、ＮｄＡｌＯ３単結晶、ＬａＧ
ａＯ３単結晶、ＮｄＧａＯ３単結晶、ＹＡｌＯ３単結晶
などであり、そしてＴｉ及びＳｒを除く元素をドープし
たＳｒＴｉＯ３単結晶なども含まれる。Ｔｉ及びＳｒを
除く元素としては、例えばＮｂ（ニオブ）がある。Ｓｒ
ＴｉＯ３単結晶のようなペロブスカイト構造を備えてい
る単結晶の表面処理方法においては、上述したように上
記単結晶を２種類又はそれ以上の溶液に順番に浸漬し又
はこの浸漬工程を繰り返して単結晶の表面の２次元格子
原子層単位にエッチングすることにより、原子的に平坦
な面もしくは、原子ステップが表れた表面を有する単結
晶が得られる。ＳｒＴｉＯ３単結晶の表面処理方法で
は、ＳｒＴｉＯ３単結晶の面方位｛１００｝からなる表
面を２次元格子原子層単位に２種類の溶液を使用して溶
解処理し、上記単結晶をそれぞれの溶液に順番に浸漬す
るものである。ＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ３単結晶を
表面処理方法では、単結晶の面方位｛１００｝からなる
表面を２次元格子原子層単位に２種類の溶液を使用して
溶解処理、上記単結晶をそれぞれの溶液に順番に浸漬す
るものである。ＳｒＴｉＯ３単結晶の表面処理方法にお
いて、溶液の種類として、例えばフッ素系酸性溶液と水
とを使用する場合には、ＳｒＴｉＯ３単結晶をこのフッ
素系酸性溶液と水とに交互に浸漬し又はこの浸漬工程を
繰り返して、単結晶の表面を２次元格子原子層単位にエ
ッチングする。各溶液の条件に関して述べると、フッ素
系酸性溶液及び水のそれぞれの温度は、約１０〜８０°
Ｃの範囲でよいが、特に約２０〜３５°Ｃであることが
好ましい。各溶液の温度が、約２０°Ｃより低温なるに
したがって、処理した単結晶の表面にステップが出にく
くなって行き、約３５°Ｃより高温になるにつれて、そ
の表面にピット（腐蝕痕）が発生しやすくなる。またフ
ッ素系酸性溶液の水素イオン指数は、ｐＨ４〜５の範囲
であることが好ましいが、ｐＨ３〜６の範囲が許され
る。上記指数がｐＨ４より小さくなるにつれて、単結晶
の表面にピットが発生しやすくなり、ｐＨ５より大きく
なるにつれて、その表面にステップが出にくくなる。さ
らに、溶液としての水は、ｐＨ６〜８の範囲であること
が好ましい。ＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ３単結晶を表
面処理方法に使用する溶液に関しては、ＳｒＴｉＯ３単
結晶の表面処理に使用する溶液（フッ素系酸性溶液と
水）をしかも同様の条件の下で使用しても、その目的を
達成できる。
【０００５】
【作用】単結晶の表面が使用する溶液の種類に対応して
処理される。
処理される。
【０００６】
【実施例】（実施例１） この例では、単結晶としてチタン酸ストロンチウム単結
晶を選択し、しかも酸化物超伝導薄膜用基板として一般
的に広く用いられているチタン酸ストロンチウム単結晶
の面方位（１００）からなる研磨された基板を使用す
る。浸漬工程で使用する溶液としてＡ，Ｂの２種類の溶
液を使用する。２種類の溶液の温度を室温（２５〜３０
°Ｃ）として、Ａ液には、ｐＨ４のフッ酸（ＨＦ）とフ
ッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）の混合溶液を使用し、Ｂ
液には超純水（１８．３ＭΩ／ｃｍ）（比抵抗率）を使
用する。そこで表面処理方法を図１を参照して説明す
る。 ［１］ Ａ液を一方のテフロン製容器に入れ、Ｂ液を他
方のテフロン製容器に入れる。そして表面処理する基板
をテフロン製治具に入れる（準備工程）。なお、各容器
はポリプロピレン製でも良いが、特にその材質は問わな
い。また治具の材質も問うものではない。 ［２］ まず、上記基板を入れた治具をＡ液内に入れて
この治具を回転させながらＡ液に１分以上浸しておく
（Ａ液浸漬工程）。 ［３］ 次にＡ液から上記基板を入れた治具を取り出
し、基板と治具に付着している溶液をフィルターに通し
たエアーで吹き飛ばす（付着Ａ液除去工程）。 ［４］ その後、上記基板を入れた治具をＢ液に入れて
回転させながら１分以上浸しておく（Ｂ液浸漬工程）。 ［５］ Ｂ液から上記基板を入れた治具を取り出し、ク
リーンエアーで基板及び治具に付着している水を吹き飛
ばす（付着Ｂ液除去工程）。 ［６］ ［２］〜［５］までの各工程を２回以上繰り返
す。 ［７］ 最後に上記基板をアルコールで洗浄して、温風
乾燥させる（洗浄・乾燥工程）。 ここで、上記実施例に示す処理方法により得られた結果
を以下に説明する。参考写真１は、従来の表面処理方法
（すなわち「発明が解決しようとする課題」の項で述べ
た表面処理方法）で処理されたＳｒＴｉＯ３基板表面の
原子間力顕微鏡−ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｃｅ Ｍ
ｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）−測定データを示す。この参考写
真１に示すＡ部分は、測定した基板表面の一部を拡大し
て示したコンピュータ画像である。この画像において、
色彩の明暗が基板表面の高低を表わしており、明るい部
分は高い部分を、また暗い部分は低い部分をそれぞれ表
している。Ｂ部分におけるＢ１は、基板の断面線を示し
ている。Ｃ部分は、断面線Ｂ１に沿う基板の断面形状を
示している。図２は、上述した従来の処理方法で処理さ
れたＳｒＴｉＯ３基板表面の反射高速電子回折−ＲＨＥ
ＥＤ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈｅｎｅｒｇｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）−パター
ンを示す。図２において、１次ラウエゾーン内でストリ
ーク（Ｓｔｒｅａｋ）が上下方向に鮮明に表われてい
る。参考写真２は、上記実施例による表面処理方法によ
って処理した基板表面の原子間力顕微鏡データを示す。
この参考写真２に示すＡ部分は、測定した基板表面の一
部を拡大して示したコンピュータ画像であって、色彩の
明暗は表面の高低を表わしており、Ａ１は基板の断面線
を示している。Ｂ部分は、断面線Ａ１に沿う基板の断面
形状を示し、Ｂ１，Ｂ２はマーカーを示している。Ｂ部
分において、ΔＺは、点Ｚ１と点Ｚ２との差を示し、そ
の値はＣ欄に示されている。図３は、上記実施例による
表面処理方法によって処理した基板表面の反射高速電子
回折パターンを示している。図３において、１次ラウエ
ゾーン内でスポット（ｓｐｏｔ）が鮮明に表われてい
る。参考写真１に示す原子間力顕微鏡想定データに明ら
かなように、従来の方法で処理されたＳｒＴｉＯ３基板
の表面粗さは最大で高さ約３８Å（オングストローム）
（Ｐ−Ｖ：３．８７３ｎｍ）であるのに対して、参考写
真２に示すように上記実施例によって処理したＳｒＴｉ
Ｏ３基板の表面粗さは、最大高さで約５Å（オングスト
ローム）（Ｐ−Ｖ：５．０８６Ｅ−０１ｎｍ）以下とな
り、従来の処理方法による基板に比較して表面粗さは約
０．１３倍以下と小さくなったことが判る。なお、参考
写真１は、従来の表面処理方法によるチタン酸ストロン
チウム基板 単結晶の表面の原子間力顕微鏡データをディ
スプレー上に表示した中間調画像を示すものである。 参
考写真２は、この発明の第１実施例の表面処理方法によ
って処理した基板単結晶の表面の原子間力顕微鏡データ
をディスプレー上に表示した中間調画像を示すものであ
る。以上のように上記実施例で説明した表面処理方法で
仕上げた基板の表面粗さは、原子レベルで平坦化された
と言える。また図４のＢ部分に示すように、基板表面に
ＳｒＴｉＯ３単結晶の単位格子長（３．９０６Å）（オ
ングストローム）に対応したステップ（ΔＺ＝０．３９
５ｎｍ）（Ｃ欄参照）が存在していることが判る。反射
高速電子回折パターンを比較すると、１次ラウエゾーン
上の回折像が処理前の基板はストリーク（参考写真１）
で、処理後の基板単結晶の場合はスポット（参考写真
２）となる。この結果は、原子間力顕微鏡の粗さ測定結
果と同様に、表面処理した基板の表面が原子レベルで平
坦であることの裏付けとなる。以上のように、上記実施
例に示す方法で表面処理を行うことによって、基板表面
を原子レベルで平坦化することができ、ＳｒＴｉＯ３単
結晶の格子長に対応したステップを有する基板表面に処
理することが可能となる。
晶を選択し、しかも酸化物超伝導薄膜用基板として一般
的に広く用いられているチタン酸ストロンチウム単結晶
の面方位（１００）からなる研磨された基板を使用す
る。浸漬工程で使用する溶液としてＡ，Ｂの２種類の溶
液を使用する。２種類の溶液の温度を室温（２５〜３０
°Ｃ）として、Ａ液には、ｐＨ４のフッ酸（ＨＦ）とフ
ッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）の混合溶液を使用し、Ｂ
液には超純水（１８．３ＭΩ／ｃｍ）（比抵抗率）を使
用する。そこで表面処理方法を図１を参照して説明す
る。 ［１］ Ａ液を一方のテフロン製容器に入れ、Ｂ液を他
方のテフロン製容器に入れる。そして表面処理する基板
をテフロン製治具に入れる（準備工程）。なお、各容器
はポリプロピレン製でも良いが、特にその材質は問わな
い。また治具の材質も問うものではない。 ［２］ まず、上記基板を入れた治具をＡ液内に入れて
この治具を回転させながらＡ液に１分以上浸しておく
（Ａ液浸漬工程）。 ［３］ 次にＡ液から上記基板を入れた治具を取り出
し、基板と治具に付着している溶液をフィルターに通し
たエアーで吹き飛ばす（付着Ａ液除去工程）。 ［４］ その後、上記基板を入れた治具をＢ液に入れて
回転させながら１分以上浸しておく（Ｂ液浸漬工程）。 ［５］ Ｂ液から上記基板を入れた治具を取り出し、ク
リーンエアーで基板及び治具に付着している水を吹き飛
ばす（付着Ｂ液除去工程）。 ［６］ ［２］〜［５］までの各工程を２回以上繰り返
す。 ［７］ 最後に上記基板をアルコールで洗浄して、温風
乾燥させる（洗浄・乾燥工程）。 ここで、上記実施例に示す処理方法により得られた結果
を以下に説明する。参考写真１は、従来の表面処理方法
（すなわち「発明が解決しようとする課題」の項で述べ
た表面処理方法）で処理されたＳｒＴｉＯ３基板表面の
原子間力顕微鏡−ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｃｅ Ｍ
ｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）−測定データを示す。この参考写
真１に示すＡ部分は、測定した基板表面の一部を拡大し
て示したコンピュータ画像である。この画像において、
色彩の明暗が基板表面の高低を表わしており、明るい部
分は高い部分を、また暗い部分は低い部分をそれぞれ表
している。Ｂ部分におけるＢ１は、基板の断面線を示し
ている。Ｃ部分は、断面線Ｂ１に沿う基板の断面形状を
示している。図２は、上述した従来の処理方法で処理さ
れたＳｒＴｉＯ３基板表面の反射高速電子回折−ＲＨＥ
ＥＤ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈｅｎｅｒｇｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）−パター
ンを示す。図２において、１次ラウエゾーン内でストリ
ーク（Ｓｔｒｅａｋ）が上下方向に鮮明に表われてい
る。参考写真２は、上記実施例による表面処理方法によ
って処理した基板表面の原子間力顕微鏡データを示す。
この参考写真２に示すＡ部分は、測定した基板表面の一
部を拡大して示したコンピュータ画像であって、色彩の
明暗は表面の高低を表わしており、Ａ１は基板の断面線
を示している。Ｂ部分は、断面線Ａ１に沿う基板の断面
形状を示し、Ｂ１，Ｂ２はマーカーを示している。Ｂ部
分において、ΔＺは、点Ｚ１と点Ｚ２との差を示し、そ
の値はＣ欄に示されている。図３は、上記実施例による
表面処理方法によって処理した基板表面の反射高速電子
回折パターンを示している。図３において、１次ラウエ
ゾーン内でスポット（ｓｐｏｔ）が鮮明に表われてい
る。参考写真１に示す原子間力顕微鏡想定データに明ら
かなように、従来の方法で処理されたＳｒＴｉＯ３基板
の表面粗さは最大で高さ約３８Å（オングストローム）
（Ｐ−Ｖ：３．８７３ｎｍ）であるのに対して、参考写
真２に示すように上記実施例によって処理したＳｒＴｉ
Ｏ３基板の表面粗さは、最大高さで約５Å（オングスト
ローム）（Ｐ−Ｖ：５．０８６Ｅ−０１ｎｍ）以下とな
り、従来の処理方法による基板に比較して表面粗さは約
０．１３倍以下と小さくなったことが判る。なお、参考
写真１は、従来の表面処理方法によるチタン酸ストロン
チウム基板 単結晶の表面の原子間力顕微鏡データをディ
スプレー上に表示した中間調画像を示すものである。 参
考写真２は、この発明の第１実施例の表面処理方法によ
って処理した基板単結晶の表面の原子間力顕微鏡データ
をディスプレー上に表示した中間調画像を示すものであ
る。以上のように上記実施例で説明した表面処理方法で
仕上げた基板の表面粗さは、原子レベルで平坦化された
と言える。また図４のＢ部分に示すように、基板表面に
ＳｒＴｉＯ３単結晶の単位格子長（３．９０６Å）（オ
ングストローム）に対応したステップ（ΔＺ＝０．３９
５ｎｍ）（Ｃ欄参照）が存在していることが判る。反射
高速電子回折パターンを比較すると、１次ラウエゾーン
上の回折像が処理前の基板はストリーク（参考写真１）
で、処理後の基板単結晶の場合はスポット（参考写真
２）となる。この結果は、原子間力顕微鏡の粗さ測定結
果と同様に、表面処理した基板の表面が原子レベルで平
坦であることの裏付けとなる。以上のように、上記実施
例に示す方法で表面処理を行うことによって、基板表面
を原子レベルで平坦化することができ、ＳｒＴｉＯ３単
結晶の格子長に対応したステップを有する基板表面に処
理することが可能となる。
【０００７】（実施例２） この例では、０．０５〜１ｗｔ％のＮｂ（ニオブ）をド
ープしたＳｒＴｉＯ３単結晶を選択し、この単結晶の面
方位（１００）からなる研磨された酸化物超伝導薄膜用
基板を使用する。浸漬工程で使用する溶液の種類及び溶
液の条件は第１実施例と同様である。そして処理方法も
第１実施例と同様である。この例を実施した結果につい
ても、第１実施例と同様である。
ープしたＳｒＴｉＯ３単結晶を選択し、この単結晶の面
方位（１００）からなる研磨された酸化物超伝導薄膜用
基板を使用する。浸漬工程で使用する溶液の種類及び溶
液の条件は第１実施例と同様である。そして処理方法も
第１実施例と同様である。この例を実施した結果につい
ても、第１実施例と同様である。
【０００８】
【発明の効果】この発明によれば、単結晶の表面を２種
類又はそれ以上の溶液を順番に使用することにより、表
面粗さが小さく若しくは平坦な仕上面とすることがで
き、そして単結晶の表面の粗さが小さく若しくは平坦な
仕上面とすることにより例えば基板用単結晶の品質の向
上に役立つ。
類又はそれ以上の溶液を順番に使用することにより、表
面粗さが小さく若しくは平坦な仕上面とすることがで
き、そして単結晶の表面の粗さが小さく若しくは平坦な
仕上面とすることにより例えば基板用単結晶の品質の向
上に役立つ。
【図１】この発明の一実施例を示すフローチャートであ
る。
る。
【図２】従来の表面処理方法によるチタン酸ストロンチ
ウム基板単結晶の表面の反射高速電子回折パターンを示
す図面代用写真である。
ウム基板単結晶の表面の反射高速電子回折パターンを示
す図面代用写真である。
【図３】この発明の第１実施例の表面処理方法によって
処理した基板単結晶の表面の反射高速電子回折パターン
を示す図面代用写真である。
処理した基板単結晶の表面の反射高速電子回折パターン
を示す図面代用写真である。
フロントページの続き (72)発明者 米澤 卓三 神奈川県横浜市栄区小菅ヶ谷町1188番１ 号株式会社信光社 大船工場内 (56)参考文献 特開 昭53−52085（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−148094（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−176802（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 ＣＡ（ＳＴＮ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (17)
- 【請求項１】 金属酸化物２次元格子原子層を繰り返す
結晶構造を備えている単結晶の表面を２種類又はそれ以
上の溶液を用いて２次元格子原子層単位に溶解処理する
方法であって、上記単結晶をそれぞれの溶液に順番に浸
漬することを特徴とする単結晶の表面処理方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の単結晶は、ペロブスカイ
ト構造を備えているものであることを特徴とする単結晶
の表面処理方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の単結晶は、ＳｒＴｉＯ３
（チタン酸ストロンチウム）単結晶であることを特徴と
する単結晶の表面処理方法。 - 【請求項４】 請求項１記載の単結晶は、Ｔｉ（チタ
ン）及びＳｒ（ストロンチウム）を除く元素をドープし
たＳｒＴｉＯ３単結晶であることを特徴とする単結晶の
表面処理方法。 - 【請求項５】 請求項４記載の元素は、Ｎｂ（ニオブ）
であることを特徴とする単結晶の表面処理方法。 - 【請求項６】 請求項１，２，３，４又は５記載の浸漬
工程は、繰り返し行われることを特徴とする単結晶の表
面処理方法。 - 【請求項７】 ペロブスカイト構造を備えている単結晶
の表面を２種類又はそれ以上の溶液を用いて２次元格子
原子層単位に溶解処理する方法であって、上記単結晶を
それぞれの溶液に順番に浸漬することを特徴とする単結
晶の表面処理方法。 - 【請求項８】 ペロブスカイト構造を備えている単結晶
における面方位｛１００｝からなる表面を２次元格子原
子層単位に溶解する２種類又はそれ以上の溶液を用いて
処理する方法であって、上記単結晶をそれぞれの溶液に
順番に浸漬することを特徴とする単結晶の表面処理方
法。 - 【請求項９】 ＳｒＴｉＯ３単結晶における面方位｛１
００｝からなる表面を２次元格子原子層単位に溶解する
２種類の溶液を用いて処理する方法であって、上記単結
晶をそれぞれの溶液に交互に浸漬することを特徴とする
単結晶の表面処理方法。 - 【請求項１０】 請求項９記載の浸漬工程は、繰り返し
行われることを特徴とする単結晶の表面処理方法。 - 【請求項１１】 ＳｒＴｉＯ３単結晶における面方位
｛１００｝からなる表面をＡ溶液であるフッ素系酸性溶
液とＢ溶液である水とを用いて２次元格子原子層単位に
溶解処理する方法であって、上記単結晶をそれぞれの溶
液に交互に浸漬することを特徴とする単結晶の表面処理
方法。 - 【請求項１２】 請求項１１記載の各溶液は、温度が２
０〜３５°Ｃであることを特徴とする単結晶の表面処理
方法。 - 【請求項１３】 請求項１１記載のフッ素系酸性溶液
は、ｐＨ４〜５の範囲であることを特徴とする単結晶の
表面処理方法。 - 【請求項１４】 請求項１１記載の水は、ｐＨ６〜８の
範囲であることを特徴とする単結晶の表面処理方法。 - 【請求項１５】 請求項１１，１２，１３又は１４記載
の浸漬工程は、繰り返し行われることを特徴とする単結
晶の表面処理方法。 - 【請求項１６】 ＳｒＴｉＯ３単結晶における面方位
｛１００｝からなる表面をＡ溶液であるｐＨ４のフッ酸
とフッ化アンモニウムの混合溶液とＢ溶液である超純水
とを用いて２次元格子原子層単位に溶解処理する方法で
あって、上記単結晶をそれぞれの溶液に交互に浸漬し、
この浸漬工程を繰り返すものであり、各溶液の温度を２
０〜３５°Ｃとすることを特徴とする単結晶の表面処理
方法。 - 【請求項１７】 ＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ３単結晶
における面方位｛１００｝からなる表面をＡ溶液である
ｐＨ４のフッ酸とフッ化アンモニウムの混合溶液とＢ溶
液である超純水とを用いて２次元格子原子層単位に溶解
処理する方法であって、上記単結晶をそれぞれの溶液に
交互に浸漬し、この浸漬工程をするものであり、各溶液
の温度を２０〜３５°Ｃとすることを特徴とする単結晶
の表面処理方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07966594A JP3252052B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 単結晶の表面処理方法 |
| US08/402,581 US5855668A (en) | 1994-03-25 | 1995-03-13 | Surface treating method of single crystal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07966594A JP3252052B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 単結晶の表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07267800A JPH07267800A (ja) | 1995-10-17 |
| JP3252052B2 true JP3252052B2 (ja) | 2002-01-28 |
Family
ID=13696469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07966594A Expired - Lifetime JP3252052B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 単結晶の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3252052B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5725156B2 (ja) * | 2011-03-14 | 2015-05-27 | 富士電機株式会社 | 結晶体、基板およびその作製方法 |
| JP6211499B2 (ja) * | 2014-09-29 | 2017-10-11 | 富士フイルム株式会社 | チタン酸ストロンチウム微粒子、光触媒および水素・酸素生成光触媒システム |
| JP2020057561A (ja) * | 2018-10-03 | 2020-04-09 | 昭和電工株式会社 | リチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池の製造方法 |
| JP2020057560A (ja) * | 2018-10-03 | 2020-04-09 | 昭和電工株式会社 | リチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池の製造方法 |
-
1994
- 1994-03-25 JP JP07966594A patent/JP3252052B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07267800A (ja) | 1995-10-17 |
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