JP4024881B2 - 超伝導材料の薄層をデポジットするための基板の製造方法 - Google Patents

超伝導材料の薄層をデポジットするための基板の製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶質基板上に超伝導材料の薄層をデポジットする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
超伝導材料、特に「高臨界温度」超伝導材料の薄膜の使用は、特にマイクロ波分野、電子機器等で大きく発展することが予想される。
【0003】
大部分の用途では、電波が妨害されずに伝搬できるように、単結晶層を得ることが殆ど不可欠である。
【0004】
ある材料の単結晶層を基板上に作成するために半導体分野で知られている方法の一つとして、エピタキシャル法がある。この方法を実施するためには、デポジットした材料の結晶格子定数が、基板のそれと同じか又は極めて類似していることが必要である。
【0005】
前記方法は、YBaCuOのような高温超伝導材料の場合には直接適用できない。なぜなら、この種の材料は結晶格子定数が通常使用される基板のそれと異なるからである。
【0006】
基板上に薄層をデポジットする方法としては、ヘテロ−エピタキシャル法と称する方法も知られている。この方法は、基板とデポジットすべき材料との間に、基板の格子定数とデポジットすべき材料の格子定数との中間の格子定数を有する材料の層を挿入することからなる。
【0007】
前記方法では、中間層を存在させなかった場合に得られるであろう層より平坦な層が得られるが、この層の平坦さもまだ所期の用途にとっては不十分である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、完全に平坦な(even)単結晶層を基板上にデポジットする方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、超伝導材料の薄層をデポジットするための基板の製造方法であって、ドーピング物質の比率の関数である結晶格子定数を有するという特性をもつ中間材料を基板上にデポジットする操作を実施し、このデポジション操作を、前記中間材料の格子定数が基板の格子定数と同じになるか又はできるだけ近似するようなドーピング物質濃度で開始し、デポジション操作の間にドーピング物質の比率を、中間材料の格子定数が超伝導材料の格子定数と同じになるか又はできるだけ近似するような比率まで継続的に変化させる方法を提供する。
【0010】
【発明の実施の形態】
中間材料をデポジットする操作は、有利には、パルスレーザーを用いるアブレーション(ablation)法により実施する。
【0011】
本発明の実施例の一つでは、超伝導体がYBaCuO(正確な式はYBa2Cu37・5)であり、基板材料がSrTiO3であり、中間物質がアルバナイトCeO2であり、ドーピング物質が酸化ランタンである。
【0012】
本発明は、基板上に超伝導材料の薄層をデポジットする方法も提供する。この方法は、前述の方法で基板を製造する操作と、製造した基板上にヘテロ−エピタキシャルデポジションのような方法で超伝導材料をデポジットする操作とを含む。
【0013】
【実施例】
以下に本発明の方法の実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。
【0014】
本発明を説明するために選択した実施例は、SrTiO3からなる基板上へのYBaCuO膜のデポジションである。
【0015】
SrTiO3の格子定数は0.552nm(ナノメートル)に等しく、YBaCuOの格子定数は0.5496nmに等しい。格子定数にこのような差があると、エピタキシャル成長は生起しない。エピタキシャル成長は同等の格子定数を要件とするからである。
【0016】
本発明では、酸化ランタンをドーピングしたアルバナイトCeP2を中間材料として使用する。この化合物の特徴は、添付図面に示すように、酸化ランタンの比率が0%から100%まで変化するに伴い、格子定数が0.541nmから0.565nmまで変化することにある。
【0017】
本発明の方法は、以下に要約するパルスレーザ−使用デポジション法(Pulsed Laser−assisted Deposition(PLD))によって実施するのが好ましい。
【0018】
アルバナイト標的と、SrTiO3基板に近い酸化ランタン標的とをパルスレーザーで交互に照射する。レーザーパルスは例えば、1Hz〜100Hzの範囲の周波数で約30ナノ秒間持続させる。アルバナイト及びドーパントのそれぞれの照射時間は、アルバナイト中のドーパントの比率が漸次変化して、基板上にデポジットした材料の格子定数が0.5521nmから0.5496nmに減少するように、漸次変化させる。
【0019】
デポジション速度を比較的遅くし、レーザーの操作周波数を高くすると、中間材料の組成が処理中に極めて均等に変化するため、基板上にデポジットした材料の格子定数が極めて均等に変化する。
【0020】
基板を前述のように処理したら、ヘテロ−エピタキシーにより超伝導材料を基板上にデポジットすれば、極めて高い品質の単結晶層を得ることができる。
【0021】
本発明は前述の実施例には限定されず、デポジットすべき物質の格子定数に適合するようにドーパントの比率に伴って変化する格子定数を有する中間材料の使用が可能な総ての場合に適用される。
【0022】
本発明は特に、基板が灰チタン石、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛(PLZT)等である場合に適用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】アルバナイトCeO2の結晶格子定数dを酸化ランタンLa23の比率pの関数として示すグラフである。
【符号の説明】
d アルバナイトの結晶格子定数
p 酸化ランタンの比率

Claims (3)

  1. 超伝導材料YBaCuOの薄層をデポジットするために、その表面に中間材料を有するSrTiOからなる基板の製造方法であって、酸化ランタンの比率に相関する結晶格子定数を有するという特性をもつ、酸化ランタンがドープされたアルバナイトCeOからなる中間材料を基板上にデポジットする操作を実施し、該デポジション操作開始時の酸化ランタン濃度を、酸化ランタンがドープされたアルバナイトの格子定数がSrTiOからなる基板の格子定数と同じになるか又はできるだけ近似するような濃度とし、デポジション操作の間に酸化ランタンがドープされたアルバナイトの格子定数が超伝導材料YBaCuOの格子定数と同じになるか又はできるだけ近似するまで酸化ランタンの比率を継続的に変化させる、前記製造方法。
  2. 酸化ランタンがドープされたアルバナイトCeOをデポジットする操作を、パルスレーザーを用いるアブレーション法により実施する請求項1に記載の方法。
  3. その表面に中間材料を有するSrTiOからなる基板上に超伝導材料YBaCuOの薄層をデポジットする方法であって、請求項1又は2に記載の方法でSrTiO基板を製造する操作と、製造したSrTiO基板上にヘテローエピタキシャルデポジション法で超伝導材料YBaCuOの薄層をデポジットする方法。
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