JPH01197396A - エピタキシャル構造を有する超伝導体装置 - Google Patents
エピタキシャル構造を有する超伝導体装置Info
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- JPH01197396A JPH01197396A JP63289034A JP28903488A JPH01197396A JP H01197396 A JPH01197396 A JP H01197396A JP 63289034 A JP63289034 A JP 63289034A JP 28903488 A JP28903488 A JP 28903488A JP H01197396 A JPH01197396 A JP H01197396A
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- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/20—Permanent superconducting devices
- H10N60/203—Permanent superconducting devices comprising high-Tc ceramic materials
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- H10N60/0576—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers characterised by the substrate
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
Ａ、産業上の利用分野
本発明はシリコン上に高温度超伝導材料をエピタキシャ
ル成長させた構造に係り、特に、シリコンｏ（ｏｏｉ）
表面を含む基板上にエピタキシャル成長させた高温度銅
酸化物超伝導体構造に関する。
ル成長させた構造に係り、特に、シリコンｏ（ｏｏｉ）
表面を含む基板上にエピタキシャル成長させた高温度銅
酸化物超伝導体構造に関する。
Ｂ、従来技術
最近、Ｊ、Ｇ、Ｂｅｄｎｏｒｚとに、 Ａ、 Ｍｕｅｌ
ｌｅｒがＺ、 Ｐｈｙｓ、 Ｂ、−Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ
Ｍａｔｔｅｒ ６４．１８９（１９８６）及びＥｕ
ｒｏｐｈｙｓｉｃｓｌｅｔｔｅｒｓ、５．３７９（１９
８７）で注目すべき報告を行ってから、超伝導体に関す
る研究の動向と重要性は一変した。彼等の発見はある種
の金属酸化物は２３によりも遥かに高温の超伝導遷移温
度を示し得るというものである。この種の材料は「高Ｔ
ｃ超伝導体」と呼ばれることがある。
ｌｅｒがＺ、 Ｐｈｙｓ、 Ｂ、−Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ
Ｍａｔｔｅｒ ６４．１８９（１９８６）及びＥｕ
ｒｏｐｈｙｓｉｃｓｌｅｔｔｅｒｓ、５．３７９（１９
８７）で注目すべき報告を行ってから、超伝導体に関す
る研究の動向と重要性は一変した。彼等の発見はある種
の金属酸化物は２３によりも遥かに高温の超伝導遷移温
度を示し得るというものである。この種の材料は「高Ｔ
ｃ超伝導体」と呼ばれることがある。
ＢｅｄｎｏｒｚとＭｕｅｌｌｅｒの最初の発見以来、こ
の種の材料の超伝導のより広い温度範囲と超伝導の基本
的仕組みの理解とを求めてぼう大な数の研究開発が行な
われている。
の種の材料の超伝導のより広い温度範囲と超伝導の基本
的仕組みの理解とを求めてぼう大な数の研究開発が行な
われている。
１３ｅｄｎｏｒｚとＭｕｅｌｌｅｒは、典型的には希土
類元素及び／または希土類元素に類似の元素及び例えば
Ｌａ、Ｂａ、Ｓｒのようなアルカリ土類元素を含みペロ
プスカイトのような構造を有する複合銅酸化物における
超伝導現象を最初に示した。Ｙ−Ｂ ａ −Ｃｕ−０系
中の１−２−３相と呼ばれる相を含む物質が７７に’ｅ
超える超伝導遷移温度を示すことは知られている。Ｒ，
Ｂ、 Ｌａｉｂｏｗｉｔｚ等がこの物質の薄膜の製法を
最初に報告した。この薄膜及びその製法については本出
願人による米国特許出願第２７５８４号（１９８７年６
月１８日出願）に記載されている。Ｌａｉｂｏｗｉｔｚ
等の研究はＰｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ｂ１３５．８８２１（１
９８７）にも記載されている。その製法は超伝導薄膜の
各成分が気化されて酸素雰囲気中で基板に堆積され、そ
の後に更にアニールされるというものである。
類元素及び／または希土類元素に類似の元素及び例えば
Ｌａ、Ｂａ、Ｓｒのようなアルカリ土類元素を含みペロ
プスカイトのような構造を有する複合銅酸化物における
超伝導現象を最初に示した。Ｙ−Ｂ ａ −Ｃｕ−０系
中の１−２−３相と呼ばれる相を含む物質が７７に’ｅ
超える超伝導遷移温度を示すことは知られている。Ｒ，
Ｂ、 Ｌａｉｂｏｗｉｔｚ等がこの物質の薄膜の製法を
最初に報告した。この薄膜及びその製法については本出
願人による米国特許出願第２７５８４号（１９８７年６
月１８日出願）に記載されている。Ｌａｉｂｏｗｉｔｚ
等の研究はＰｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ｂ１３５．８８２１（１
９８７）にも記載されている。その製法は超伝導薄膜の
各成分が気化されて酸素雰囲気中で基板に堆積され、そ
の後に更にアニールされるというものである。
この他に、Ｐ、’ Ｃｈａｕｄｈａｒｉ等がｐＨ）’ｓ
、 Ｒｅｖ。
、 Ｒｅｖ。
Ｌｅｔｔ、、 ５８．２８６４．１９８７年６月におい
て高Ｔｃ超伝導体の薄膜、特にそのような物質の極めて
高い臨界電流について報告している。
て高Ｔｃ超伝導体の薄膜、特にそのような物質の極めて
高い臨界電流について報告している。
Ｃｈａｕｄｈａｒｉ等はＳ ｒ Ｔ ｉ Ｏ３のような
基板上にエピタキシャル形成させた高Ｔｃ超伝導体につ
いて述べており、７７Ｋにおける臨界電流は１０５Ａ／
Ｃｍ２を超えていた。
基板上にエピタキシャル形成させた高Ｔｃ超伝導体につ
いて述べており、７７Ｋにおける臨界電流は１０５Ａ／
Ｃｍ２を超えていた。
この他には、本出願人による米国特許出願第４３５２３
号（１９８７年４月２８日出願）においてＪ、Ｃｕｏｍ
ｏが、又、同じく本出願人による米国特許出願第１２１
９８２号（１９８７年１１月１８日出願）においてＡ、
Ｑｕｐｔ＆が、高Ｔｃ超伝導体のフィルムあるいは層の
堆積について述べている。前者はプラズマ噴霧被覆方法
について述べ、後者は溶液の噴霧により基板を被覆し最
後的には高Ｔｃ超伝導体質のパターン化された層を製造
する方法について述べている。
号（１９８７年４月２８日出願）においてＪ、Ｃｕｏｍ
ｏが、又、同じく本出願人による米国特許出願第１２１
９８２号（１９８７年１１月１８日出願）においてＡ、
Ｑｕｐｔ＆が、高Ｔｃ超伝導体のフィルムあるいは層の
堆積について述べている。前者はプラズマ噴霧被覆方法
について述べ、後者は溶液の噴霧により基板を被覆し最
後的には高Ｔｃ超伝導体質のパターン化された層を製造
する方法について述べている。
Ｓ ｒ Ｔ ＊ ０３に含む数種の基板上への高Ｔｃ超
伝導体フィルムのエピタキシャル成長が既に行なわれて
いる。特に、前出のＰ、 Ｃｈａｕｄｈａｒｉ等の文献
によって、高い臨界電流値を示すことのできる超伝導体
がエピタキシャル成長されることが報告されている。し
かしながら、超伝導体フィルムの格子に一致するような
狭い格子を有する基板上についてはエピタキシャル・フ
ィルムの形成が行なわれてきたが、高Ｔｅ超伝導体フィ
ルムの格子に一致しないような格子を有する基板、例え
ば、シリコン基板の上に超伝導体フィルムをエピタキシ
ャル成長させることに成功した例はなかった。更に、シ
リコンを主成分とする物質は高Ｔｃ超伝導体フィルムと
反応してこれらのフィルムの超伝導性を破壊するので、
シリコン基板の好ましい性質を破壊するようなこともな
く高温度下での超伝導性を維持できるようなエピタキシ
ャル・フィルムが望まれる。
伝導体フィルムのエピタキシャル成長が既に行なわれて
いる。特に、前出のＰ、 Ｃｈａｕｄｈａｒｉ等の文献
によって、高い臨界電流値を示すことのできる超伝導体
がエピタキシャル成長されることが報告されている。し
かしながら、超伝導体フィルムの格子に一致するような
狭い格子を有する基板上についてはエピタキシャル・フ
ィルムの形成が行なわれてきたが、高Ｔｅ超伝導体フィ
ルムの格子に一致しないような格子を有する基板、例え
ば、シリコン基板の上に超伝導体フィルムをエピタキシ
ャル成長させることに成功した例はなかった。更に、シ
リコンを主成分とする物質は高Ｔｃ超伝導体フィルムと
反応してこれらのフィルムの超伝導性を破壊するので、
シリコン基板の好ましい性質を破壊するようなこともな
く高温度下での超伝導性を維持できるようなエピタキシ
ャル・フィルムが望まれる。
Ｃ０発明が解決しようとする問題点
本発明の第１の目的は、シリコンを含む基板上に高Ｔｃ
超伝導体フィルムをエピタキシャル成長させる方法及び
その方法により製造されたフィルムと基板との結合体構
造を提供することである。
超伝導体フィルムをエピタキシャル成長させる方法及び
その方法により製造されたフィルムと基板との結合体構
造を提供することである。
本発明の他の目的は、高Ｔｃ超伝導体フィルム中に超伝
導性を形成するために必要な高温処理が前記超伝導フィ
ルム及びシリコンを含む基板に悪影響を与えることのな
いようにして高Ｔｃ超伝導体フィルムをエピタキシャル
成長させる方法を提供することである。
導性を形成するために必要な高温処理が前記超伝導フィ
ルム及びシリコンを含む基板に悪影響を与えることのな
いようにして高Ｔｃ超伝導体フィルムをエピタキシャル
成長させる方法を提供することである。
本発明の他の目的は、超伝導体フィルムと基板とが結合
した構造体が高温処理工程から悪影響を受けないような
、シリコンを含む基板上に高Ｔｃ超伝導体フィルムをエ
ピタキシャル成長させる方法を提供することである。
した構造体が高温処理工程から悪影響を受けないような
、シリコンを含む基板上に高Ｔｃ超伝導体フィルムをエ
ピタキシャル成長させる方法を提供することである。
本発明の他の目的は、基板と超伝導フィルムとの間の結
晶構造上の配向が特定の関係に維持されるような種々の
方法で形成され得るような、シリコンを主成分とする基
板とその上にエピタキシャル成長された高Ｔｃ超伝導体
フィルムとの結合構造体を提供することである。
晶構造上の配向が特定の関係に維持されるような種々の
方法で形成され得るような、シリコンを主成分とする基
板とその上にエピタキシャル成長された高Ｔｃ超伝導体
フィルムとの結合構造体を提供することである。
Ｄ１問題点を解決するための手段
本発明においては、高Ｔｃ超伝導体フィルムがシリコン
を含む基板上にエピタキシャル成長により形成され、そ
の際、エピタキシャル成長はシリコン含有基板の（００
１）表面上に行なわれる。
を含む基板上にエピタキシャル成長により形成され、そ
の際、エピタキシャル成長はシリコン含有基板の（００
１）表面上に行なわれる。
高Ｔｃ超伝導体フィルムを形成する場合に前記フィルム
中に適当な量の酸素を含ませるために高温処理が必要と
なる事もあるので、シリコン基板の（００１）表面とエ
ピタキシャル超伝導体フィルムとの間に中間層が形成さ
れていてもよい。このような中間層は薄いものでよく（
例えば１０００オングストローム程度）、３ｉ原子に対
して拡散バリヤとして働く物質から選択される。中間層
はＳｉの（００１）表面にエピタキシャル成長され、Ｓ
ｉにも超伝導体フィルムにも反応しない。中間層は絶縁
体でなくともよいが、絶縁体であれば、特定の装置の応
用に対して有利となる場合がある。
中に適当な量の酸素を含ませるために高温処理が必要と
なる事もあるので、シリコン基板の（００１）表面とエ
ピタキシャル超伝導体フィルムとの間に中間層が形成さ
れていてもよい。このような中間層は薄いものでよく（
例えば１０００オングストローム程度）、３ｉ原子に対
して拡散バリヤとして働く物質から選択される。中間層
はＳｉの（００１）表面にエピタキシャル成長され、Ｓ
ｉにも超伝導体フィルムにも反応しない。中間層は絶縁
体でなくともよいが、絶縁体であれば、特定の装置の応
用に対して有利となる場合がある。
また、中間層の厚さは特定の用途、基板や超伝導体の組
成に応じて種々選択し得る。
成に応じて種々選択し得る。
本発明のエピタキシャル成長はシリコンの（００１）表
面の上に行う。更に、高Ｔｃ超伝導体フィルムの格子は
シリコンの格子と一致しないので、超伝導体フィルムの
ユニット・セルは３つの結晶軸のうちの２つがシリコン
格子に対して４５°回転し、残りの１つがシリコン基板
の（００１）表面の法線と平行であるように構成される
。例えば、高Ｔｃ超伝導体フィルムのユニット・セルが
ａ、ｂ、及びＣ軸を含むとき、Ｃ軸がシリコン基板の（
００１）表面の法線と平行であり、ｂ軸及びＣ−軸がシ
リコン・ユニット・セルのこれらの軸に対して４５°回
転されている。
面の上に行う。更に、高Ｔｃ超伝導体フィルムの格子は
シリコンの格子と一致しないので、超伝導体フィルムの
ユニット・セルは３つの結晶軸のうちの２つがシリコン
格子に対して４５°回転し、残りの１つがシリコン基板
の（００１）表面の法線と平行であるように構成される
。例えば、高Ｔｃ超伝導体フィルムのユニット・セルが
ａ、ｂ、及びＣ軸を含むとき、Ｃ軸がシリコン基板の（
００１）表面の法線と平行であり、ｂ軸及びＣ−軸がシ
リコン・ユニット・セルのこれらの軸に対して４５°回
転されている。
中間層の好ましい例はＢａｄ、ＳｒＯ％Ｃｕｂ。
Ｙ２Ｏ３ＣａＦ２、ＢａＦ２、及びこれらの合金（例え
ばＢａ５ｒＯ２）である。
ばＢａ５ｒＯ２）である。
Ｅ、実施例
本実施例によれば、Ｓｉの（００１）表面上に銅酸化物
を主成分とする高Ｔｃ超伝導体をエピタキシャル成長さ
せた物質が提供される。この種の超伝導体物質は希土類
元素あるいは希土類元素に類似の元素及び／またはアル
カリ土類元素を含む。
を主成分とする高Ｔｃ超伝導体をエピタキシャル成長さ
せた物質が提供される。この種の超伝導体物質は希土類
元素あるいは希土類元素に類似の元素及び／またはアル
カリ土類元素を含む。
そのような物質の代表例の構造式は次のようなものであ
る。
る。
即ち、（ＡＢ）′ｃｕｏ 及び
１−ＸＸ２４−ε
Ａ Ｂ Ｃｕ Ｏである。ここで、Ａは３価元１
２３７−ε 素（例えば、Ｌａ、Ｙ、及び希土類元素）であり、Ｘ及
びイプシロン（ε）は変数である。このような超伝導体
物質は全てＣｕＯの平面を有し、ＣｕＯの平面は正方形
格子に近似し、格子定数ａとｂはほぼ等しく、五７８か
ら５．９５オングストロームである。シリコン基板の（
００１）表面の格子のユニット・セルはａ ＝ ｂ ＝
５．４３＾（５，４３＾／／２＝＆８４＾）の格子定
数を有している。この表面にエピタキシャル成長を行な
うために、超伝導体フィルムのユニット・セルをシリコ
ン基板の表面のユニット・セルに対して４５°回転させ
て格子定数を十分に返書に一致させなければならない。
２３７−ε 素（例えば、Ｌａ、Ｙ、及び希土類元素）であり、Ｘ及
びイプシロン（ε）は変数である。このような超伝導体
物質は全てＣｕＯの平面を有し、ＣｕＯの平面は正方形
格子に近似し、格子定数ａとｂはほぼ等しく、五７８か
ら５．９５オングストロームである。シリコン基板の（
００１）表面の格子のユニット・セルはａ ＝ ｂ ＝
５．４３＾（５，４３＾／／２＝＆８４＾）の格子定
数を有している。この表面にエピタキシャル成長を行な
うために、超伝導体フィルムのユニット・セルをシリコ
ン基板の表面のユニット・セルに対して４５°回転させ
て格子定数を十分に返書に一致させなければならない。
こうすれば、超伝導体ユニット・セルはａ ＝ ｂ ＝
５．４６＾（５，４３＾／、／ ２ ＝ Ｋ ８４λ）
の格子定数を有するＳｔの（００１）表面の格子に一致
することができる。これについては第２．６、及び４図
に示されている。
５．４６＾（５，４３＾／、／ ２ ＝ Ｋ ８４λ）
の格子定数を有するＳｔの（００１）表面の格子に一致
することができる。これについては第２．６、及び４図
に示されている。
超伝導体フィルムとシリコン基板の（００１）表面とを
直接的に接触させてもよいが、高Ｔｃ超伝導体を形成す
る際に問題が生じることがある。
直接的に接触させてもよいが、高Ｔｃ超伝導体を形成す
る際に問題が生じることがある。
高Ｔｃ超伝導体を形成する際に、約９００℃という温度
が結晶構造を適当なものとするとともに酸素の必要量を
含ませるために必要となる。しかしながら、約６００℃
を超えた温度において、超伝導体フィルムとシリコン基
板との界面にシリケイトが生成してしまう。シリケイト
が形成されると、超伝導体フィルムの超伝導性が破壊さ
れ、シリコン基板が劣化される。したがって、低温でも
適当な結晶構造及び酸素導入が実現されるような処理方
法が寛つからない限り、超伝導体フィルムとシリコン基
板との間に中間層を形成することは極めて有効である。
が結晶構造を適当なものとするとともに酸素の必要量を
含ませるために必要となる。しかしながら、約６００℃
を超えた温度において、超伝導体フィルムとシリコン基
板との界面にシリケイトが生成してしまう。シリケイト
が形成されると、超伝導体フィルムの超伝導性が破壊さ
れ、シリコン基板が劣化される。したがって、低温でも
適当な結晶構造及び酸素導入が実現されるような処理方
法が寛つからない限り、超伝導体フィルムとシリコン基
板との間に中間層を形成することは極めて有効である。
また、約４００℃という温度が、超伝導体中で酸素を十
分に良く移動させて正しい化学的量論状態を達成させる
ために必要である。したがって、約４００℃から゛約６
００℃の範囲内の温度で適切な配列関係及び酸素の十分
な濃度が達成されるのであれば、約４００℃から約６０
０℃の温度範囲でＳｉの（００１）表面上に直接的にエ
ピタキシャル成長を行ってもよい。
分に良く移動させて正しい化学的量論状態を達成させる
ために必要である。したがって、約４００℃から゛約６
００℃の範囲内の温度で適切な配列関係及び酸素の十分
な濃度が達成されるのであれば、約４００℃から約６０
０℃の温度範囲でＳｉの（００１）表面上に直接的にエ
ピタキシャル成長を行ってもよい。
第１図において、Ｓｉ基板１０の（ｏｏｉ）表面とその
上にエピタキシャル成長された超伝導体フィルム１４と
の間には中間層１２が形成されている。このような構造
において、シリコン基板１０はその上に薄いエピタキシ
ャル層１２を有し、このエピタキシャル層１２は超伝導
体層１４と基板１０との間のバッファ（両者間の反応を
阻止するための緩衝体）として働（。中間層１２は次の
ような性質を有していなければならない。即ち、シリコ
ンの（００１）表面にエピタキシャル成長されているこ
と。シリコン原子に対して及び超伝導体層１４中の原子
に対して拡散バリヤとなること。
上にエピタキシャル成長された超伝導体フィルム１４と
の間には中間層１２が形成されている。このような構造
において、シリコン基板１０はその上に薄いエピタキシ
ャル層１２を有し、このエピタキシャル層１２は超伝導
体層１４と基板１０との間のバッファ（両者間の反応を
阻止するための緩衝体）として働（。中間層１２は次の
ような性質を有していなければならない。即ち、シリコ
ンの（００１）表面にエピタキシャル成長されているこ
と。シリコン原子に対して及び超伝導体層１４中の原子
に対して拡散バリヤとなること。
シリコン基板１０及び超伝導体フィルム１４と反応しな
いことである。絶縁体である必要は必らずしもないが、
種々の場合、絶縁体であることが望ましい。中間層１２
の厚さについては特に厳格な条件はなく、基板１０と超
伝導体フィルム１４との間の相互拡散を阻止できる厚さ
であればよい。
いことである。絶縁体である必要は必らずしもないが、
種々の場合、絶縁体であることが望ましい。中間層１２
の厚さについては特に厳格な条件はなく、基板１０と超
伝導体フィルム１４との間の相互拡散を阻止できる厚さ
であればよい。
エピタキシャル層のユニット・セルがシリコンのユニッ
ト・セルと一致しな（とも、エピタキシャル成長がシリ
コンの（００１）表面上に行なわれ且つ超伝導体物質の
ユニット・セルがシリコン基板のユニット・セルに対し
て適切に配向されている場合には、エピタキシャル成長
を行なわせることが可能である。前述した適切な配向と
は、第２図に示されるように、超伝導体フィルムのユニ
ット・セルがシリコンのユニット・セルニ対シて４５°
回転していることである。第２図は５ｉ（００１）表面
の平面図であり、図中には、シリコン表面の結晶軸ａ及
びす、シリコン原子の位置、高ＴＣｘ伝導体のユニット
・セル１６のシリコン表面のユニット・セルに対する配
向関係が示されている。シリコン原子は丸印で表わされ
、超伝導体のユニット・セルは符号１６をつけた四角形
で表わされている。超伝導体のユニット・セルのＣ軸が
５ｉ（００１）表面に対して直角であろうと平行であろ
うと、超伝導体ユニット・セルの６つの結晶軸の２つは
シリコン・ユニット・セルの対応する結晶軸に対して４
５°回転している。この関係は第３図及び第４図により
詳しく示されている。
ト・セルと一致しな（とも、エピタキシャル成長がシリ
コンの（００１）表面上に行なわれ且つ超伝導体物質の
ユニット・セルがシリコン基板のユニット・セルに対し
て適切に配向されている場合には、エピタキシャル成長
を行なわせることが可能である。前述した適切な配向と
は、第２図に示されるように、超伝導体フィルムのユニ
ット・セルがシリコンのユニット・セルニ対シて４５°
回転していることである。第２図は５ｉ（００１）表面
の平面図であり、図中には、シリコン表面の結晶軸ａ及
びす、シリコン原子の位置、高ＴＣｘ伝導体のユニット
・セル１６のシリコン表面のユニット・セルに対する配
向関係が示されている。シリコン原子は丸印で表わされ
、超伝導体のユニット・セルは符号１６をつけた四角形
で表わされている。超伝導体のユニット・セルのＣ軸が
５ｉ（００１）表面に対して直角であろうと平行であろ
うと、超伝導体ユニット・セルの６つの結晶軸の２つは
シリコン・ユニット・セルの対応する結晶軸に対して４
５°回転している。この関係は第３図及び第４図により
詳しく示されている。
第３図において、超伝導体ユニット・セル１６のＣ軸は
シリコンの（００１）表面に対して垂直であり、超伝導
体ユニット・セルのａ軸及びＣ軸はシリコンの（００１
）表面に平行である。シリコン基板は直方体のユニット
・セル１８を有し、ユニット・セル１８の各結晶軸は図
中に示されている。超伝導体ユニット・セルのａ軸及び
ｂ軸はシリコンのユニット・セルの対応する結晶軸に対
して４５°回転されており、超伝導体ユニット・セルの
Ｃ軸はシリコンの（ｏｏｉ）表面に対して垂直である。
シリコンの（００１）表面に対して垂直であり、超伝導
体ユニット・セルのａ軸及びＣ軸はシリコンの（００１
）表面に平行である。シリコン基板は直方体のユニット
・セル１８を有し、ユニット・セル１８の各結晶軸は図
中に示されている。超伝導体ユニット・セルのａ軸及び
ｂ軸はシリコンのユニット・セルの対応する結晶軸に対
して４５°回転されており、超伝導体ユニット・セルの
Ｃ軸はシリコンの（ｏｏｉ）表面に対して垂直である。
第４図はシリコン基板に対する酸化物材料の配向関係を
示している。図中、超伝導体ユニット・セル１６のＣ軸
は５ｉ（００１）表面に対して平行であり、超伝導ユニ
ット・セル１６のａ軸あるいはｂ軸のいずれかはＳｔ
（００１）表面に対して垂直である。ここでも、エピタ
キシャル成長を行うために、超伝導体ユニット・セルの
３つの結晶軸のうちの２つはシリコン・ユニット串セル
の対応する結晶軸に対して４５°回転している。
示している。図中、超伝導体ユニット・セル１６のＣ軸
は５ｉ（００１）表面に対して平行であり、超伝導ユニ
ット・セル１６のａ軸あるいはｂ軸のいずれかはＳｔ
（００１）表面に対して垂直である。ここでも、エピタ
キシャル成長を行うために、超伝導体ユニット・セルの
３つの結晶軸のうちの２つはシリコン・ユニット串セル
の対応する結晶軸に対して４５°回転している。
第３図及び第４図において、中間層１２は簡単化のため
示されていない。しかしながら、中間層はシリコンと一
致しており、これらの図に示されている結晶構造上の配
向関係を変更させるものではない。シリコンの（００１
）表面に格子が一致する超伝導体物質の例は、Ｌ ａ
ｔ ｓ ｓ Ｂ ａ ｏ、 １ｓ Ｃｕ Ｏ４及びＹ
Ｂａ Ｃｕ Ｏである。
示されていない。しかしながら、中間層はシリコンと一
致しており、これらの図に示されている結晶構造上の配
向関係を変更させるものではない。シリコンの（００１
）表面に格子が一致する超伝導体物質の例は、Ｌ ａ
ｔ ｓ ｓ Ｂ ａ ｏ、 １ｓ Ｃｕ Ｏ４及びＹ
Ｂａ Ｃｕ Ｏである。
１．８５ ０．１５”０４はａ＝ｂ＝Ａ７８ＡであＬａ
Ｂａ す、不一致は約２％である。Ｙ １Ｂ ａ ２ Ｃｕ
３０７ Ｓはａ＝！Ｌ８２ Ａ、 ｂ＝３．８８ Ａ
、 ｃ ／ ３＝３．８９Ａであり、不一致は約１％で
ある。両物質ともそのＣ軸がＳｔ （００１）表面に対
して垂直である。
Ｂａ す、不一致は約２％である。Ｙ １Ｂ ａ ２ Ｃｕ
３０７ Ｓはａ＝！Ｌ８２ Ａ、 ｂ＝３．８８ Ａ
、 ｃ ／ ３＝３．８９Ａであり、不一致は約１％で
ある。両物質ともそのＣ軸がＳｔ （００１）表面に対
して垂直である。
この例では、超伝導体のＣｕＯ平面が基板表面に平行で
ある。ＡＢＣｕＯ物質においては、超伝導体のＣ軸がＳ
ｔ （００１）表面に対して垂直であるようエピタキシ
ャル成長させることもできるし平行であるようにエピタ
キシャル成長させることもできる。前記Ｃ軸がＢｘ （
００１）表面に対して平行であるとき、超伝導体のＣｕ
Ｏ平面はシリコン表面に対して垂直である。
ある。ＡＢＣｕＯ物質においては、超伝導体のＣ軸がＳ
ｔ （００１）表面に対して垂直であるようエピタキシ
ャル成長させることもできるし平行であるようにエピタ
キシャル成長させることもできる。前記Ｃ軸がＢｘ （
００１）表面に対して平行であるとき、超伝導体のＣｕ
Ｏ平面はシリコン表面に対して垂直である。
このようにしてエピタキシャル成長を行うと、高品質の
超伝導体を得ることができる。このようなエピタキシャ
ル層は電子装置中の低抵抗の電気接続線、磁気シールド
、及び三次元装置等に利用できる。
超伝導体を得ることができる。このようなエピタキシャ
ル層は電子装置中の低抵抗の電気接続線、磁気シールド
、及び三次元装置等に利用できる。
本発明はシリコンの（００１）表面上の種々のエピタキ
シャル成長層について適用できる。本発明のエピタキシ
ャル層には銅酸化物を主成分とする組成物が含まれ、こ
の組成物には希土類元素あるいは希土類に類似の元素及
び／またはアルカリ土類元素が含まれてもよいし、希土
類元素が含まれていなくともよい。更に、５ｉ（００１
）表面はＳｉ （００１）表面と結晶構造上等価であり
、いずれの称呼が用いられるかは単に選択した座標に依
るだけである。
シャル成長層について適用できる。本発明のエピタキシ
ャル層には銅酸化物を主成分とする組成物が含まれ、こ
の組成物には希土類元素あるいは希土類に類似の元素及
び／またはアルカリ土類元素が含まれてもよいし、希土
類元素が含まれていなくともよい。更に、５ｉ（００１
）表面はＳｉ （００１）表面と結晶構造上等価であり
、いずれの称呼が用いられるかは単に選択した座標に依
るだけである。
また、格子定数の不一致が約２０％までであれば、シリ
コン基板上に超伝導体をエピタキシャル成長させること
ができる。もちろん、不一致が小さいものである程、エ
ピタキシャル層の品質は向上し、超伝導体中の欠陥密度
は減小する。中間層及び超伝導体層の組成を適切に選択
することにより、非常に返書な一致状態を実現させて低
い欠陥密度の物質を形成することができる。
コン基板上に超伝導体をエピタキシャル成長させること
ができる。もちろん、不一致が小さいものである程、エ
ピタキシャル層の品質は向上し、超伝導体中の欠陥密度
は減小する。中間層及び超伝導体層の組成を適切に選択
することにより、非常に返書な一致状態を実現させて低
い欠陥密度の物質を形成することができる。
中間層１２の厚さはエピタキシャル層の応用例に従って
適宜に選択され得る。
適宜に選択され得る。
中間層及び超伝導体層を形成する方法は良く知られてい
る。例えば、中間層は化学的気相成長法により容易に形
成でき、あるいは分子線エピタキシーによっても形成で
き、この場合、極めて薄く、高品質の層が５ｉ（００１
）表面上に形成される。
る。例えば、中間層は化学的気相成長法により容易に形
成でき、あるいは分子線エピタキシーによっても形成で
き、この場合、極めて薄く、高品質の層が５ｉ（００１
）表面上に形成される。
超伝導体層は酸素雰囲気中でのスパッタリングや蒸発法
のような気相堆積方法を含む良く知られた方法を用いて
堆積され得る。一般に、シリコン基板表面はその上に形
成される酸化物を除去するために加熱され、これは標準
的に行なわれている。
のような気相堆積方法を含む良く知られた方法を用いて
堆積され得る。一般に、シリコン基板表面はその上に形
成される酸化物を除去するために加熱され、これは標準
的に行なわれている。
原子レベルで観て清浄なシリコン表面が超高度真空炉中
に配置された後、中間層が堆積される。同じ超高度真空
炉中で超伝導体層も堆積することが、汚染物の影響等を
減小させるので、好ましい。
に配置された後、中間層が堆積される。同じ超高度真空
炉中で超伝導体層も堆積することが、汚染物の影響等を
減小させるので、好ましい。
以上、特定の実施例について述べてきたが、基板は真性
シリコンでもド゛−プされたシリコンでもよ（、（００
１）表面配向を有する金属シリサ′イドを有するシリコ
ンであってもよい。例えば、エピタキシャル金属シリサ
イドの導電線が埋込まれ共通平面となっているようなシ
リコン（００１）表面であってもよい。このような基板
上に高’ｆｃ酸化物超伝導体をエピタキシャル成長させ
て超伝導体をシリコンの（００１）表面及び金属シリサ
イドの（００１）表面の両方の上に形成することができ
る。
シリコンでもド゛−プされたシリコンでもよ（、（００
１）表面配向を有する金属シリサ′イドを有するシリコ
ンであってもよい。例えば、エピタキシャル金属シリサ
イドの導電線が埋込まれ共通平面となっているようなシ
リコン（００１）表面であってもよい。このような基板
上に高’ｆｃ酸化物超伝導体をエピタキシャル成長させ
て超伝導体をシリコンの（００１）表面及び金属シリサ
イドの（００１）表面の両方の上に形成することができ
る。
第１図は本発明に係る超伝導体のエピタキシャル層構造
の一実施例の構成を示す断面図、第２図は前記実施例の
平面図、 第６図及び第４図は前記以外の互いに異なる実施例を示
す斜視図である。 １０・・・・シリコン基板、１２・・・・中間層、１４
・・・・超伝導体のエピタキシャル層、１６・・・・超
伝導惨のユニット・セル、１８・・・・シリコンのユニ
ット・セル。 第２図 り 第４図 間
の一実施例の構成を示す断面図、第２図は前記実施例の
平面図、 第６図及び第４図は前記以外の互いに異なる実施例を示
す斜視図である。 １０・・・・シリコン基板、１２・・・・中間層、１４
・・・・超伝導体のエピタキシャル層、１６・・・・超
伝導惨のユニット・セル、１８・・・・シリコンのユニ
ット・セル。 第２図 り 第４図 間
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 シリコンの（００１）表面を含む基板と、前記（００１
）表面上にエピタキシャル成長された高Ｔｃ超伝導体層
と、を有し、 前記超伝導体層の３つの結晶軸のうちの２つの結晶軸は
前記シリコン層のユニット・セルの対応する結晶軸に対
して実質的に４５°回転し、残りの１つの結晶軸は前記
（００１）表面に対して実質的に直角である、超伝導体
のエピタキシャル層構造。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15177288A | 1988-02-03 | 1988-02-03 | |
| US151772 | 1988-02-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01197396A true JPH01197396A (ja) | 1989-08-09 |
| JPH0725640B2 JPH0725640B2 (ja) | 1995-03-22 |
Family
ID=22540180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63289034A Expired - Fee Related JPH0725640B2 (ja) | 1988-02-03 | 1988-11-17 | エピタキシャル構造を有する超伝導体装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5593951A (ja) |
| EP (1) | EP0327493B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0725640B2 (ja) |
| CA (1) | CA1336567C (ja) |
| DE (1) | DE68908198T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03242396A (ja) * | 1990-02-16 | 1991-10-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 酸化物薄膜形成用基板 |
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|---|---|---|---|---|
| EP0671764A2 (en) * | 1990-10-31 | 1995-09-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | A process for fabricating a superconducting circuit |
| JP3189403B2 (ja) * | 1991-07-16 | 2001-07-16 | 住友電気工業株式会社 | 超電導接合を有する素子およびその作製方法 |
| DE69215993T2 (de) * | 1991-07-16 | 1997-06-19 | Sumitomo Electric Industries | Vorrichtung mit Josephson-Übergang aus supraleitendem Oxyd und Verfahren zu seiner Herstellung |
| WO1994004530A1 (en) * | 1992-08-14 | 1994-03-03 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | Herbicidal quinolinyloxadiazoles |
| FR2726399B1 (fr) * | 1994-10-27 | 1997-01-10 | Alsthom Cge Alcatel | Procede pour la preparation d'un substrat en vue du depot d'une couche mince de materiau supraconducteur |
| GB9521460D0 (en) * | 1995-10-18 | 1995-12-20 | Univ Cardiff | Semiconductor devices |
| US6720654B2 (en) | 1998-08-20 | 2004-04-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electronic devices with cesium barrier film and process for making same |
| US6144050A (en) * | 1998-08-20 | 2000-11-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electronic devices with strontium barrier film and process for making same |
| US6351036B1 (en) | 1998-08-20 | 2002-02-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electronic devices with a barrier film and process for making same |
| US6077775A (en) * | 1998-08-20 | 2000-06-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Process for making a semiconductor device with barrier film formation using a metal halide and products thereof |
| US6734558B2 (en) | 1998-08-20 | 2004-05-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electronic devices with barium barrier film and process for making same |
| US6188134B1 (en) | 1998-08-20 | 2001-02-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electronic devices with rubidium barrier film and process for making same |
| US6291876B1 (en) | 1998-08-20 | 2001-09-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electronic devices with composite atomic barrier film and process for making same |
| JP2000306733A (ja) * | 1999-04-19 | 2000-11-02 | Kawatetsu Mining Co Ltd | 磁気素子用フェライト磁性膜 |
| JP3401558B2 (ja) * | 1999-12-14 | 2003-04-28 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | エピタキシャル複合構造体およびこのものを利用した素子 |
| US6465887B1 (en) | 2000-05-03 | 2002-10-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electronic devices with diffusion barrier and process for making same |
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Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4980339A (en) * | 1987-07-29 | 1990-12-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Superconductor structure |
| DE3736523A1 (de) * | 1987-10-28 | 1989-05-11 | Hoechst Ag | Duenner supraleitender film, seine herstellung und verwendung |
| DE3853273T2 (de) * | 1987-12-25 | 1995-10-19 | Sumitomo Electric Industries | Ein Halbleitersubstrat mit einem supraleitenden Dünnfilm. |
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-
1988
- 1988-11-10 CA CA000582759A patent/CA1336567C/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-11-17 JP JP63289034A patent/JPH0725640B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-01-18 EP EP89810041A patent/EP0327493B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-01-18 DE DE89810041T patent/DE68908198T2/de not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-05-18 US US08/443,826 patent/US5593951A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03242396A (ja) * | 1990-02-16 | 1991-10-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 酸化物薄膜形成用基板 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0327493A3 (en) | 1989-09-27 |
| EP0327493A2 (en) | 1989-08-09 |
| JPH0725640B2 (ja) | 1995-03-22 |
| EP0327493B1 (en) | 1993-08-11 |
| US5593951A (en) | 1997-01-14 |
| DE68908198D1 (de) | 1993-09-16 |
| CA1336567C (en) | 1995-08-08 |
| DE68908198T2 (de) | 1994-03-17 |
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