JPH013011A - Superconducting film and its manufacturing method - Google Patents

Superconducting film and its manufacturing method

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JPH013011A
JPH013011A JP63-69510A JP6951088A JPH013011A JP H013011 A JPH013011 A JP H013011A JP 6951088 A JP6951088 A JP 6951088A JP H013011 A JPH013011 A JP H013011A
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superconducting film
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oxide
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又洋 小室
小園 裕三
成重 真治
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株式会社日立製作所
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高臨界温度(Tc)をもつ超電導膜に係り、
特に希土類酸化物膜を積層した超電4膜およびその製造
法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a superconducting film having a high critical temperature (Tc),
In particular, the present invention relates to a superelectric 4 film in which rare earth oxide films are laminated and a method for manufacturing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、30Kをこえる超電導臨界温度(Tc)を有する
材料としてランタン(La)と銅(Cu)の複合酸化物
であるLazCuOi系があり、日本物理学会誌第42
巻、第2号、第208頁(1987)に述入られている
。また上記酸化物にバリウム(Ba)を添加したBa−
La−Cu−0系材料のTcが30にとなることがツァ
イトシュリ、フトフユアフイジクB−コンデンストマタ
ー64゜189  (1986)  (Z、Phys、
B−CondensedMatter64,189 (
1986))において論じられている。
Conventionally, the LazCuOi system, which is a composite oxide of lanthanum (La) and copper (Cu), has been used as a material with a superconducting critical temperature (Tc) exceeding 30K, and was published in Journal of the Physical Society of Japan No. 42.
Vol. 2, p. 208 (1987). In addition, Ba-
Zeitschli, Futofuyu Physique B-Condensed Matter 64° 189 (1986) (Z, Phys,
B-CondensedMatter64,189 (
1986)).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術は、酸化物材料の長周期規則構造を制御す
ることについて配慮されておらず、Tcが低いことが問
題であった。
The above-mentioned conventional technology does not give consideration to controlling the long-period ordered structure of the oxide material, and has a problem in that the Tc is low.

本発明の目的は、種々の希土類酸化物に長周期規則構造
をもたせ、酸化物の結晶性を高め、高Tcをもつ超電導
膜およびその製造法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a superconducting film having a high Tc by imparting long-period ordered structures to various rare earth oxides, improving the crystallinity of the oxides, and a method for manufacturing the same.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的は、ペロブスカイト型結晶構造と類似した結晶
構造をもち1M元素(MはNa、K。
The above purpose is to have a crystal structure similar to a perovskite crystal structure and a 1M element (M is Na, K).

Be、Mg、Ca、Sr、I3a、Sc、Y、Ti。Be, Mg, Ca, Sr, I3a, Sc, Y, Ti.

Zr、V、Nb、In、Sn、TI、Pb、B i。Zr, V, Nb, In, Sn, TI, Pb, Bi.

Pa、Ir及び原子番号57から71までの希土類元素
の中の少なくとも1つ)の酸化物膜と銅酸化物膜を交互
に積層して酸化物に長周期規則H造をもたせることによ
り達成される。
This is achieved by alternately laminating oxide films of Pa, Ir, and at least one of the rare earth elements with atomic numbers 57 to 71) and copper oxide films to give the oxide a long-period regular H structure. .

第1図はペロブスカイト構造の単位格子であり。Figure 1 shows a unit cell of a perovskite structure.

KzNiF4型、S r 3T i zOr型、5ra
TiaOt。
KzNiF4 type, S r 3T i zOr type, 5ra
TiaOt.

型及びBi+TiaO1z型構造の基本となる構造であ
る。第1図かられかるようにペロブスカイト構造はM原
子3と0原子1の対がら成るff1(A層)とCu原子
2と0原子1の原子対から成る層(BU)の2つの層を
積層した41カ造になっている。第1図のA層とBWJ
を人工的に積層すれば、周期構造をもつペロブスカイト
型結晶構造と類似した結晶構造をもつ瞑を得ることがで
きる。また第1図のA層とBWjをペロブスカイト型結
晶構造をもった酸化物膜に青き変えて積層することも可
能である。
This is the basic structure of the type and Bi+TiaO1z type structure. As can be seen from Figure 1, the perovskite structure is a stack of two layers: ff1 (A layer) consisting of a pair of 3 M atoms and 1 0 atom, and a layer (BU) consisting of a pair of 2 Cu atoms and 1 0 atom. It has 41 buildings. A layer and BWJ in Figure 1
By artificially stacking them, it is possible to obtain a material with a crystal structure similar to a perovskite crystal structure with a periodic structure. Furthermore, it is also possible to layer the A layer and BWj in FIG. 1 with an oxide film having a perovskite crystal structure in a blue color.

この例としてAzCuOa及びL2Cu04を積層した
酸化物が挙げられる。ここでA、Lは種類の異なる希土
類元素を意味する。A2Cu0a及びLzCuO4を積
層した希土類酸化物は、vL層同周期長さによってTc
が異なり、周期が30Å以下になると40に以上のTc
となる。また、上記希土類元素酸化物膜のTcは、酸化
物を(占成する希土類元素の種類により異なる。
An example of this is an oxide in which AzCuOa and L2Cu04 are stacked. Here, A and L mean different types of rare earth elements. The rare earth oxide in which A2Cu0a and LzCuO4 are laminated has Tc due to the same periodic length of the vL layer.
is different, and when the period is less than 30 Å, Tc of more than 40
becomes. Further, the Tc of the rare earth element oxide film differs depending on the type of rare earth element occupying the oxide.

上記超電導膜のTcの値は、酸化物の結晶性と周期性、
及び酸素欠陥の量と位置に依存する。
The Tc value of the superconducting film is determined by the crystallinity and periodicity of the oxide,
and depends on the amount and location of oxygen vacancies.

AzCuOa及びBzCuOaを積層した酸化物のTc
は、周期が短かい程高いTcをもつ。これは、超電導に
関与する電子と格子との相互作用がTcの値に大きく影
響することを示唆するものである。
Tc of oxide layered with AzCuOa and BzCuOa
The shorter the period, the higher the Tc. This suggests that the interaction between electrons and the lattice involved in superconductivity greatly influences the value of Tc.

また超電導には、界面付近の電子と格子歪が関連し、周
期が短かく界面数が多くなると界面付近に格子歪が生じ
て電子(特に希土類元素の4f電子)−格子相互作用が
変化してTcが上昇する。
In addition, superconductivity is related to electrons near the interface and lattice strain, and when the period is short and the number of interfaces is large, lattice strain occurs near the interface and the electron (especially 4f electrons of rare earth elements)-lattice interaction changes. Tc increases.

Tcの値はCu−0原子対に注目した時に、Cu−0対
同志の距離にも強く依存する。従って長周期規則構造(
以下LROと略す)を人工的に作ることによってTcの
値を制御することができる。
When focusing on the Cu-0 atom pair, the value of Tc also strongly depends on the distance between the Cu-0 atom pair. Therefore, the long-period regular structure (
The value of Tc can be controlled by artificially creating the LRO (hereinafter abbreviated as LRO).

〔作用〕[Effect]

ArcuOa (Aは希土類元素)は、超電導特性をも
つことが知られている。A zc u Oaの結晶性を
高めるために、A2Cu0aと格子定数が異なるLx、
Cu Oa  (Lは希土類元素)を積層し、AzCu
OiとLzCuO4をエピタキシャル成長させる。Ar
cu04のみの単相膜は、膜厚を厚くすると成長方位が
変動し、基板面に平行に成長する結晶面は膜厚とともに
変化する。これに対しA2CuO4及びL2CuOtの
積層膜である希土類酸化物膜は、膜厚による成長結晶面
の変動はなく、成長方位はほぼ一定している。従ってA
zCuOi及びLzCuO+の積層膜は、欠陥が少なく
格子の乱れが少ないために、格子振動による電子の散乱
が少ないと考えられる。また、周期性の高いAzCuO
t及びL2Cu04の積層膜は、A2CuO4とL2C
uO+界面の、格子歪によって格子振動が積層界面付近
で緩和されるため単相膜よりも格子振動の振幅が少なく
なる。さらに積層周期に対応したLROをもつ希土類酸
化物は、積層方向に周期的ポテンシャルをもつために、
電子は低ポテンシヤル部を流れる。これはCu−0原子
対から成る膜と膜の距離を変化させ、伝導電子の流れる
低ポテンシヤル部を人工的に作ることによって得られる
ArcuOa (A is a rare earth element) is known to have superconducting properties. In order to improve the crystallinity of A zc u Oa, Lx, which has a different lattice constant from A2Cu0a,
Cu Oa (L is a rare earth element) is laminated, and AzCu
Epitaxially grow Oi and LzCuO4. Ar
In the single-phase film of only cu04, the growth direction changes as the film thickness increases, and the crystal plane that grows parallel to the substrate surface changes with the film thickness. On the other hand, in a rare earth oxide film that is a laminated film of A2CuO4 and L2CuOt, the growth crystal plane does not vary depending on the film thickness, and the growth direction is almost constant. Therefore A
It is thought that the stacked film of zCuOi and LzCuO+ has fewer defects and less lattice disorder, and therefore scatters less electrons due to lattice vibration. In addition, AzCuO with high periodicity
The laminated film of t and L2Cu04 is A2CuO4 and L2C
Since lattice vibrations are relaxed near the stacked interface due to lattice strain at the uO+ interface, the amplitude of lattice vibrations is smaller than in a single-phase film. Furthermore, since rare earth oxides with LRO corresponding to the stacking period have a periodic potential in the stacking direction,
Electrons flow through the low potential section. This can be achieved by changing the distance between the films made of Cu-0 atom pairs and artificially creating a low potential region through which conduction electrons flow.

Cu−0原子対の膜の間の膜として希土類光メ・?以外
にNa+ K、Be、Mg、Ca、Sr、Ba。
Rare earth light as a film between Cu-0 atom pairs? In addition to Na+ K, Be, Mg, Ca, Sr, Ba.

Sc、Y、Ti、Zr、V、Nbからなるものが挙げら
れる。
Examples include those consisting of Sc, Y, Ti, Zr, V, and Nb.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の詳細な説明する。第1図に示した安定相
として存在するKzNiFa型。
The present invention will be explained in detail below. The KzNiFa type exists as a stable phase shown in FIG.

5raTi207型、 S riT i 3010型及
びBiaTia○12型構造等のペロブスカイトあるい
は人工的にA層とBWIを積層した材料を作製するため
にMBE法あるいはスパッタリング法を用いてA層とB
WJを人工周期りで積層する方法がある。
In order to produce perovskites such as 5raTi207 type, S riT i 3010 type, and BiaTia○12 type structures, or materials in which the A layer and BWI are artificially laminated, the A layer and B layer are mixed using the MBE method or the sputtering method.
There is a method of laminating WJs in an artificial period.

蒸着あるいはスパッタリング法を用いて膜厚比1:1で
銅酸化物の膜厚を6人として銅酸化物とM原子の酸化物
を積層した時のTcの最高値を第3表に示す、蒸着条件
及びスパッタリング条件を第1表及び第2表に示す、蒸
着中の酸素ガス圧はIX 10−3Torr以下とした
が、M原子単体を酸に雰囲気中で蒸着しても周期りの積
層膜を作製することができる。
Table 3 shows the highest values of Tc when copper oxide and M atom oxide are laminated with a film thickness ratio of 1:1 and a copper oxide film thickness of 6 layers using a vapor deposition or sputtering method. The conditions and sputtering conditions are shown in Tables 1 and 2, and the oxygen gas pressure during vapor deposition was IX 10-3 Torr or less, but even if a single M atom was vaporized in an acid atmosphere, a periodically laminated film could not be formed. It can be made.

第1表 蒸着条件 第2表 スパッタリング条件 第3表 蒸着あるいはスパッタリング法で用いる基板は。Table 1 Vapor deposition conditions Table 2 Sputtering conditions Table 3 What are the substrates used in vapor deposition or sputtering methods?

A Q 203.MgO,Zroz 及びSiのいずれ
がであり単結晶基板の方が多結晶基板よりも特定方向に
膜を積層しながら成長させる点で有利である。
A Q 203. Whether it is MgO, Zroz, or Si, a single crystal substrate is more advantageous than a polycrystalline substrate in that films can be grown while being stacked in a specific direction.

膜成長条件の中で特に重要な条件は、基板温度と酸素ガ
ス圧あるいは酸素分圧である。基板温度が300℃以下
では膜の結晶構造が非晶質に近い構造となり、一定方向
に成長した積層膜とならない。
Among the film growth conditions, particularly important conditions are the substrate temperature and oxygen gas pressure or oxygen partial pressure. When the substrate temperature is 300° C. or lower, the crystal structure of the film becomes close to amorphous, and a laminated film grown in a fixed direction is not formed.

蒸着中の酸素ガス圧あるいはスパッタリング中の酸V2
分圧は、膜のTcに影晋を与える。その−例として第6
図がある。第6図では、酸素量が少なすぎると膜中に多
量の酸素欠陥が生じ、周期構造が乱れることによってT
cが著しく低くなる。−しかじ、少量の酸素欠陥はTc
を低下することなく臨界電流密度(Jc)を高くする効
果がある。第6図で酸素分圧が低い程、電気抵抗は低く
、1mTorrで作製した膜のJcが5000A/ci
以上であったのに対し10 mTorrで作製した膜の
J cは1000A/aイ以下であった。
Oxygen gas pressure during vapor deposition or acid V2 during sputtering
Partial pressure affects the Tc of the membrane. As an example, the 6th
There is a diagram. In Figure 6, if the amount of oxygen is too small, a large amount of oxygen defects will occur in the film, and the periodic structure will be disturbed, resulting in T
c becomes significantly lower. -However, a small amount of oxygen defects are Tc
This has the effect of increasing the critical current density (Jc) without reducing the current density. In Figure 6, the lower the oxygen partial pressure, the lower the electrical resistance, and the Jc of the film fabricated at 1 mTorr is 5000 A/ci.
On the other hand, the J c of the film produced at 10 mTorr was less than 1000 A/a.

第3表に示すTcの値は、第1表の蒸着条件を用いて周
期約12人、Cuz06人2M原子酸化物6人でCuz
OとM原子の酸化物をMgO基板上に1:1の膜厚比で
交互に積層した膜(全収厚約0.5μm)のTcを示し
ている。周期構造は小角領域のX線回折実験で確認した
。従って第3表に示すTCをもつ積KjJ膜中にはCu
−〇原子対から成る1摸とM−〇からなる暎が交互に周
期正しく成長していることがわかる。また高角領域のX
線回折パターンには、ペロブスカイト構造に類似した構
造によるピークが観測された。第3表に示す酸化物ター
ゲットとCu2OあるいはCuOターゲットとを交互に
第2表の条件でスパッタリングした膜(周期12人)の
Tcは第3表に示したTcとほとんど同じであり、差異
は±5%の範囲内であった。
The Tc values shown in Table 3 are calculated using the evaporation conditions shown in Table 1.
It shows the Tc of a film (total thickness of about 0.5 μm) in which oxides of O and M atoms are alternately stacked on an MgO substrate at a film thickness ratio of 1:1. The periodic structure was confirmed by small-angle X-ray diffraction experiments. Therefore, Cu is present in the KjJ film with the TC shown in Table 3.
It can be seen that the 1x consisting of the -〇 atom pair and the 1x consisting of the M-〇 atom pair grow alternately and periodically. Also, X in the high angle area
A peak due to a structure similar to a perovskite structure was observed in the line diffraction pattern. The Tc of the film sputtered (period: 12) using the oxide target shown in Table 3 and the Cu2O or CuO target alternately under the conditions shown in Table 2 is almost the same as the Tc shown in Table 3, and the difference is ± It was within the range of 5%.

CuzOの膜厚を6人一定としてM原子の酸化物の膜厚
を厚くした場合、TcはM原子の酸化物の膜厚に依存す
ることがわかった。例えば、I) b 。
It was found that when the thickness of the CuzO film was kept constant for six people and the thickness of the oxide of M atoms was increased, Tc depended on the thickness of the oxide of M atoms. For example, I) b.

Bi及びTQでは周期12人で膜厚比1:1の場合TO
<100Kであったのに対し、Cu2Oの膜厚6人でP
b、Bi及びTQ酸化物の膜厚を25Å以上とするとT
、c)100Kとなることが第2図かられかる。このよ
うにTcが上昇する理由は、長周期規則構造(LRO)
の周期が長くなることによりCu−〇対同志の距離が長
くなっているためCu−0対を流れる伝導電子のポテン
シャルが低くなり、安定して電子が移動することができ
ると考えられる。一方、第4図や第5図のように膜厚比
を変化させてもTcが100K以上とならない。第4図
や第5図では積層膜がAzCu04及びLzCuO4で
あるため膜厚比や周期りを変化させてもCu−〇原子対
の層と層の距離はほとんど変化しない。このためTcは
上昇しないと考えられる。これを第10図、第11図及
び第12図で説明する。第10図に示すようにCuzO
とBizOaを積層する場合、CuzO(符号20)と
BizC)a(符号30)をMgO基板(符号10)上
に成長させ、周期構造をX線回折実験で確認することに
より積層膜はCuzOとBizOaを単位とする長周期
規則構造(LRO)をもっていることを確認しである。
For Bi and TQ, TO with a cycle of 12 people and a film thickness ratio of 1:1.
<100K, whereas the film thickness of Cu2O was P by 6 people.
If the film thickness of b, Bi and TQ oxides is 25 Å or more, T
, c) 100K from FIG. 2. The reason for this increase in Tc is the long-period ordered structure (LRO)
It is thought that as the period becomes longer, the distance between the Cu-0 pairs becomes longer, so the potential of the conduction electrons flowing through the Cu-0 pairs becomes lower, and the electrons can move stably. On the other hand, even if the film thickness ratio is changed as shown in FIGS. 4 and 5, Tc does not exceed 100K. In FIGS. 4 and 5, the laminated films are AzCu04 and LzCuO4, so even if the film thickness ratio and periodicity are changed, the distance between the layers of Cu-○ atom pairs hardly changes. Therefore, it is considered that Tc does not increase. This will be explained with reference to FIGS. 10, 11, and 12. As shown in Figure 10, CuzO
When stacking CuzO and BizOa, CuzO (symbol 20) and BizC)a (symbol 30) are grown on an MgO substrate (symbol 10), and the periodic structure is confirmed by X-ray diffraction experiments. We confirmed that it has a long period regular structure (LRO) with units of .

また第11図に示すようにMgO基板10上にAzCu
O4(符号40)とLzCuO番(符号50)を交互に
積層して第10図の場合と同様にX線回折実験でLRO
を確認した。第10図及び第11図においてCu−0原
子対とM−0原子対について考えると、第10図ではC
u 20中ではCu−0原子対のみ、BizOa中では
Bi−〇原子対のみが存在し、CuzOとBizOaの
界面でCu−0原子対、B1−Cu原子対及びB −i
 −0原子対の3種が存在する。第11図ではAzCu
O4膜とLzcuo番膜がそれぞれペロジスカイ1−構
造を基本としているためCu−0原子対に注目すると第
12図のような積層膜と考えられ、AzCuOa(符号
40)とL2CuOa(符号50)の組合せではCu−
0N(符号60)、A−0層(符号70)、Cu−0層
(符号80)、L−0層(符号90)というように分解
して考えることができる。従ってCu −0原子対とM
−○原子対の層を考えた場合、第10図と第12図のよ
うになり、Cu−○原子対の層の厚さを変化さ“せたり
、Cu−0原子対の眉間距離を変化させる場合には第1
0図のようにして積層すればよいことがわかる。
Furthermore, as shown in FIG.
O4 (number 40) and LzCuO number (number 50) were laminated alternately and LRO was obtained in the X-ray diffraction experiment as in the case of Fig. 10.
It was confirmed. Considering the Cu-0 atom pair and the M-0 atom pair in FIGS. 10 and 11, in FIG.
Only Cu-0 atom pairs exist in u 20, and only Bi-○ atom pairs exist in BizOa, and Cu-0 atom pairs, B1-Cu atom pairs and B -i atom pairs exist at the interface between CuzO and BizOa.
There are three types of −0 atom pairs. In Figure 11, AzCu
Since the O4 film and the Lzcuo film are each based on the perodiskii 1-structure, if we focus on the Cu-0 atom pair, we can think of it as a stacked film as shown in Figure 12, which is a combination of AzCuOa (40) and L2CuOa (50). Then Cu-
It can be broken down into 0N (symbol 60), A-0 layer (symbol 70), Cu-0 layer (symbol 80), and L-0 layer (symbol 90). Therefore, Cu −0 atom pair and M
If we consider a layer of -○ atom pairs, the result will be as shown in Figures 10 and 12, and we can change the thickness of the layer of Cu-○ atom pairs and change the distance between the eyebrows of Cu-0 atom pairs. If you want to
It can be seen that the layers can be stacked as shown in Figure 0.

第2図のようにM原子の酸化物の膜厚を厚くすることに
よってTcが上昇する現象は、第3表のO印をつけた元
素でも同様に観測された。
The phenomenon in which Tc increases by increasing the thickness of the oxide of M atoms as shown in FIG. 2 was also observed for the elements marked O in Table 3.

第3図は、Cu2Oとpb○z、Bi20aあるいはT
Q203を膜厚比1:1で第2表の蒸着条件を用いて積
層した場合の膜の周期とTcの関係を示している。周期
りは、X線回折パターンから求めた長周期規則構造の周
期であり11.4Å以上である。第3図には11.4〜
55人の周期のTcを示したが5周期100人でもT 
c > 77 Kであることを確認しである。周期が長
くなるにつれてTcが上昇するのは、第2図で示したよ
うにCu−〇原子対の層間隔の拡大によると考えられる
Figure 3 shows Cu2O and pb○z, Bi20a or T.
The relationship between the film period and Tc is shown when Q203 is laminated at a film thickness ratio of 1:1 using the deposition conditions shown in Table 2. The periodicity is the period of the long-period regular structure determined from the X-ray diffraction pattern, and is 11.4 Å or more. Figure 3 shows 11.4~
It showed Tc for 55 people's cycles, but Tc for 5 cycles of 100 people.
It was confirmed that c > 77K. The reason why Tc increases as the period becomes longer is considered to be due to the increase in the interlayer spacing between the Cu-- atomic pairs, as shown in FIG.

第4図は、LazCuOtとLuzCuO4を積層周期
りで交互に積層した希土類酸化物膜の温度(T)−電気
抵抗(ρ)曲線である。第4図に示す特性をもつ希土類
酸化膜は、MBE(分子線エピタキシャル)法により作
製した。その作製条件を第1表に示す。
FIG. 4 is a temperature (T)-electrical resistance (ρ) curve of a rare earth oxide film in which LazCuOt and LuzCuO4 are alternately laminated at the lamination period. A rare earth oxide film having the characteristics shown in FIG. 4 was produced by the MBE (molecular beam epitaxial) method. The manufacturing conditions are shown in Table 1.

蒸着時の基板温度より約100℃以上高温に保持(30
min)して徐冷後の真空度を到達真空度とした。第1
表の蒸着条件で、LazCuOaとL u Cu Oa
を膜厚比1:1で交互に積層した場合、電気抵抗ρは、
第4図に示すように5周期りが短かいほどTcは高くな
り、D=25人でTc=78にであった。またDが短か
くなると、Tc付近のρの変化は急激となり、Tc直上
の温度でのρの増加がみられなくなる。TcとDの関係
が上記のようになるのは、酸化物の結晶性に関連する。
Maintain the temperature at approximately 100°C or more higher than the substrate temperature during vapor deposition (30°C
min) and the degree of vacuum after slow cooling was defined as the ultimate degree of vacuum. 1st
Under the vapor deposition conditions shown in the table, LazCuOa and L u Cu Oa
are laminated alternately with a film thickness ratio of 1:1, the electrical resistance ρ is
As shown in FIG. 4, the shorter the 5th cycle, the higher the Tc, which was 78 for D=25 people. Furthermore, when D becomes short, the change in ρ near Tc becomes rapid, and no increase in ρ is observed at temperatures just above Tc. The reason why the relationship between Tc and D is as described above is related to the crystallinity of the oxide.

−層の膜厚が厚くなると、優先成長方位からずれた結晶
方位に成長するために、膜内に成長方位の違いによる欠
陥(転位や空孔)が存在するようになる。これらの欠陥
は、超電導に関与する電子を散乱させ、Tcを下げる原
因となる。第4図はLa2CuO+とLuzCuOaと
の積層膜であるが、LazCuOaに種々の希土類酸化
物を積層した場合、Tcは第4表のような結果となった
。第4表のTcは、酸化物の膜厚比1 : 1.D=5
0人で第1表の作製条件を用いた膜について電気抵抗法
により得られた結果である。
- When the film thickness of the layer increases, the film grows in a crystal orientation that deviates from the preferential growth direction, so defects (dislocations and vacancies) due to the difference in growth orientation become present in the film. These defects scatter electrons involved in superconductivity, causing a decrease in Tc. FIG. 4 shows a laminated film of La2CuO+ and LuzCuOa, and when various rare earth oxides were laminated on LazCuOa, the Tc results were as shown in Table 4. Tc in Table 4 is based on the oxide film thickness ratio of 1:1. D=5
These are the results obtained by the electrical resistance method for a film manufactured by 0 people using the manufacturing conditions shown in Table 1.

第4表 第4表の結果よりTcは、Ce、Pr、Haで70Kを
越える値となった。第1表で作製したL a 2Cu 
04とLuzCuOa積層膜で、LazCuO4を12
.5人 としてLu2CuO+の膜厚を変化させた時、
ρは第5図のようになる。第5図には、d LazCu
O4:d LuzCuO4(d :単相膜F−A)の値
を示した。Lu2CuO<の膜厚が増加するとTcは低
下しdLuzcuo+=125人では20にとなった。
Table 4 From the results shown in Table 4, Tc exceeded 70K for Ce, Pr, and Ha. L a 2Cu prepared in Table 1
04 and LuzCuOa laminated film, LazCuO4 is 12
.. When changing the film thickness of Lu2CuO+ as 5 people,
ρ is as shown in Figure 5. In Figure 5, d LazCu
O4:d The value of LuzCuO4 (d: single phase film FA) is shown. As the film thickness of Lu2CuO< increases, Tc decreases to 20 for dLuzcuo+=125 people.

このことから、希土類酸化物の一方の膜厚が厚くなると
Tcが低下することがわかる。
From this, it can be seen that as the thickness of one of the rare earth oxides increases, Tc decreases.

第6図は、蒸着中の酸素ガス圧(PO2)を変えた時の
ρを示しである。酸素ガス圧を増加させると。
FIG. 6 shows ρ when changing the oxygen gas pressure (PO2) during vapor deposition. When increasing the oxygen gas pressure.

Tcも上昇し、P ox = 10 mTorrでTc
=95にとなったe Po zが低い場合、希土類酸化
物中の酸素原子が不足し、八面体に配列する酸素原子の
数が少なくなるために、格子振動に乱れが生じ、Tcが
低くなると考えられる。第7図は、L a 2Cu 0
4とLuzCuOt積P7I膜でCuをAg。
Tc also increases, and at P ox = 10 mTorr Tc
When e Po z = 95 is low, there is a shortage of oxygen atoms in the rare earth oxide, and the number of oxygen atoms arranged in an octahedron is reduced, causing disturbance in the lattice vibration, and when Tc becomes low, Conceivable. Figure 7 shows L a 2Cu 0
4 and LuzCuOt product P7I film with Cu and Ag.

Au、Pd、Ptで置換した積層膜のρを示す。ρ of a laminated film substituted with Au, Pd, and Pt is shown.

CuをAgで置換するとTcは上昇し、T c =85
Kに達した。またAu、Pd、Ptを置換した希土類酸
化物は、Cuに比べρが上昇し、Tcが低下した。
When Cu is replaced with Ag, Tc increases, and Tc = 85
Reached K. In addition, rare earth oxides substituted with Au, Pd, and Pt showed an increase in ρ and a decrease in Tc compared to Cu.

第8図は(L a  X)ZCu 02とLa2CuO
iを積層した希土類酸化物のρを示す。膜Jグ比は1:
1であり、積層周期りは25人である。X元素の添加量
はLa :x=9: Lとした。また第8(・4には比
較のためにLazCuO4とLLIZCIJO4のρ−
T曲線を示した。この系の希土類酸化物のTcは75に
以上となり、(Luo、45Bao、oa)2cuo<
とL a 2Cu 04希土類酸化物のTcは、約1.
 OOKとなった。
Figure 8 shows (L a X) ZCu 02 and La2CuO
ρ of the rare earth oxide layered with i is shown. The film J ratio is 1:
1, and the stacking period is 25 people. The amount of element X added was La:x=9:L. In addition, the 8th (・4) shows the ρ- of LazCuO4 and LLIZCIJO4 for comparison.
A T curve was shown. The Tc of the rare earth oxide in this system is 75 or more, and (Luo, 45Bao, oa)2cuo<
The Tc of the L a 2Cu 04 rare earth oxide is approximately 1.
It became OOK.

第9図は、酸素ガス圧(Pot)が10 mTorrの
雰囲気で、CuとLaを膜厚比1:1で積層した希土類
酸化物1漠のρを示す0周期りが短かくなるほどTcは
上昇しD=25人でTc=60にとなった。またTcの
値はPO2に依存し、第6図のように、CuとLaを積
層した希土類酸化物膜においても、PO2を減少させる
とTcは低下する傾向があった。
Figure 9 shows the ρ of a rare earth oxide layered with Cu and La stacked at a film thickness ratio of 1:1 in an atmosphere with an oxygen gas pressure (Pot) of 10 mTorr.The shorter the period around 0, the higher the Tc. Then, D=25 people and Tc=60. Further, the value of Tc depends on PO2, and as shown in FIG. 6, even in a rare earth oxide film in which Cu and La are laminated, Tc tends to decrease as PO2 is decreased.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、ペロブスカイト構造と類似の構造を基
本構造とした長周期規則構造をもつ酸化物膜を積層する
ことによって作製し高Tcの膜を得ることができる。ま
た希土類酸化物中に長周期構造を付加させ、結晶性や格
子欠陥を制御することにより、30に以上のTcをもつ
厄が得られる。
According to the present invention, a high Tc film can be obtained by stacking oxide films having a long-period regular structure whose basic structure is similar to a perovskite structure. Further, by adding a long-period structure to the rare earth oxide and controlling crystallinity and lattice defects, a material having a Tc of 30 or more can be obtained.

特に、希土類元素の種類2周期、M素へ面体構造中の金
属元素及び酸素原子の点欠陥がTcに大きく影響するが
、実施例で示したように77K(L−N2温度)以上の
Tcが得られることから、液体窒素を冷却媒体として用
いた超電導膜として応用できる。この応用としてL −
N Zを冷却剤としたジョセフソン素子や超電導トラン
ジスタ等が考えられる。
In particular, the type of rare earth element with two periods, the metal element in the M element hehedral structure, and the point defects of oxygen atoms greatly affect Tc, but as shown in the example, Tc of 77K (L-N2 temperature) or higher Since it can be obtained, it can be applied as a superconducting film using liquid nitrogen as a cooling medium. As an application of this, L −
A Josephson device using NZ as a coolant, a superconducting transistor, etc. can be considered.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はペロブスカイト構造の単位格子を示す概略図、
第2図は、TcとPb0z+ Bi20a+TQOsの
膜厚との関係を示す特性図、第3図はTcと周期との関
係を示す特性図、第4図〜第9図は、希土類酸化物積層
膜の電気抵抗−温度特性図、第10図〜第12図は積層
膜の構造図である。 1・・・0原子、2・・・Cu原子、3・・・M原子、
10・・・MgO基板、20・=Cu20,3O−Bi
203.40”・AzCu○4.50− LzCu 0
4.60 ・・・Cu−0層、70−A −0層、8O
−Cu−0層。 90・・・L−0層。 第1 口 J・・−/″I原) 第20 PbOz、 8izOJ、 Ti1tθjsl!!4第
3m 周期D(Aす め40 :里贋T(K)  5 A 温厚T(K) 半b 囚 星1fT(到 唱 ′I の 51庄 T(に) 第 8 カ 温 廣 7/にノ 牢 9 図 LI:i T (K) 第10図 哨11  国 第+z O
Figure 1 is a schematic diagram showing the unit cell of perovskite structure,
Figure 2 is a characteristic diagram showing the relationship between Tc and the film thickness of Pb0z+Bi20a+TQOs, Figure 3 is a characteristic diagram showing the relationship between Tc and period, and Figures 4 to 9 are characteristic diagrams showing the relationship between Tc and the film thickness of Pb0z+Bi20a+TQOs. The electrical resistance-temperature characteristic diagrams and FIGS. 10 to 12 are structural diagrams of the laminated film. 1...0 atom, 2...Cu atom, 3...M atom,
10...MgO substrate, 20...=Cu20,3O-Bi
203.40"・AzCu○4.50- LzCu 0
4.60...Cu-0 layer, 70-A-0 layer, 8O
-Cu-0 layer. 90...L-0 layer. 1st Mouth J...-/''I original) 20th PbOz, 8izOJ, Ti1tθjsl!!4 3rd m Period D (A recommendation 40: Counterfeit T (K) 5 A Mild T (K) Half b Prison star 1fT ( Arrival chant 'I's 51st sho T (ni) 8th Kaon Hiroshi 7/Ni no prison 9 Figure LI: i T (K) 10th sentry 11 country +z O

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.Cu−Oの原子対から成る層とそれ以外の酸化物か
ら成る層を交互に、積層したことを特徴とする超電導膜
1. A superconducting film characterized in that layers made of Cu--O atomic pairs and layers made of other oxides are alternately laminated.
2.請求項1において、前記Cu−O原子対から成る層
とそれ以外の酸化物の層が11.3Åよりも長い周期の
長周期構造をもっていることを特徴とする超電導膜。
2. 2. The superconducting film according to claim 1, wherein the layer consisting of Cu--O atom pairs and the other oxide layer have a long-period structure with a period longer than 11.3 Å.
3.請求項1において、前記Cu−O原子対から成る膜
以外の酸化物から成る膜として、Na,K,Be,Mg
,Ca,Sr,Ba,Sc,Y,Ti,Zr,V,Nb
,In,Sn,Tl,Pb,Bi,Po,Ir及び原子
番号57から71までの希土類元素の中から選ばれた少
なくとも1つの元素を含んだ酸化物を選択することを特
徴とする超電導膜。
3. In claim 1, the film made of an oxide other than the film made of Cu-O atom pairs includes Na, K, Be, Mg.
, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Zr, V, Nb
, In, Sn, Tl, Pb, Bi, Po, Ir, and rare earth elements with atomic numbers from 57 to 71.
4.請求項1において、Cuの少なくとも一部をfcc
元素で置換して他の酸化物と積層したことを特徴とする
超電導膜。
4. In claim 1, at least a part of Cu is fcc
A superconducting film characterized by being substituted with an element and laminated with other oxides.
5.A_2CuO_4膜及びL_2CuO_4膜(但し
A,Lは異なる希土類元素)を交互に積層したことを特
徴とする超電導膜。
5. A superconducting film characterized in that A_2CuO_4 films and L_2CuO_4 films (A and L are different rare earth elements) are alternately laminated.
6.請求項5において、Cuの少なくとも一部をAg,
Au,Pd,Ptの少なくとも1つで置換したことを特
徴とする超電導膜。
6. In claim 5, at least a part of Cu is Ag,
A superconducting film characterized by being replaced with at least one of Au, Pd, and Pt.
7.請求項5において、希土類元素A及びLの少なくと
も一部をSr,Ca,Ba,Mgの少なくとも1つで置
換したことを特徴とする超電導膜。
7. 6. The superconducting film according to claim 5, wherein at least a portion of the rare earth elements A and L are replaced with at least one of Sr, Ca, Ba, and Mg.
8.Cu−O原子対から成る層とそれ以外の酸化物から
成る層から構成された超電導膜を分子線エピタキシャル
法(MBE法)によつて作製することを特徴とする超電
導膜の製造法。
8. 1. A method for producing a superconducting film, which comprises producing a superconducting film composed of a layer made of Cu--O atomic pairs and a layer made of other oxides by molecular beam epitaxial method (MBE method).
9.Cu−O原子対から成る膜とそれ以外の酸化物から
成る層から構成された超電導膜をスパッタリング法によ
つて交互に積層し、長周期構造をもつ超電導膜を作製す
ることを特徴とする超電導膜の製造法。
9. A superconductor characterized by fabricating a superconducting film with a long-period structure by alternately stacking superconducting films composed of Cu-O atomic pairs and layers of other oxides by sputtering. Membrane manufacturing method.
10.A_2CuO_4層及びL_2CuO_4層(但
しA,Lは異なる希土類元素)を交互に積層する時、分
子線エピタキシャル法(MBE法)を用いて酸素雰囲気
中で成長させることを特徴とする超電導膜の製造法。
10. A method for producing a superconducting film, characterized in that when A_2CuO_4 layers and L_2CuO_4 layers (A, L are different rare earth elements) are alternately laminated, they are grown in an oxygen atmosphere using a molecular beam epitaxial method (MBE method).
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