JPH02188426A - 配向度の高い超伝導酸化物薄膜の製造方法 - Google Patents
配向度の高い超伝導酸化物薄膜の製造方法Info
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- JPH02188426A JPH02188426A JP1006723A JP672389A JPH02188426A JP H02188426 A JPH02188426 A JP H02188426A JP 1006723 A JP1006723 A JP 1006723A JP 672389 A JP672389 A JP 672389A JP H02188426 A JPH02188426 A JP H02188426A
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- 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
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、ＬＳＩ基板配線、磁気センサー磁気シール
ド材、高速演算素子など、エレクトロニクス分野で使用
される各種の素子に用いられるペロブスカイト型酸化物
超伝導物質の薄膜を製造する方法に関する。
ド材、高速演算素子など、エレクトロニクス分野で使用
される各種の素子に用いられるペロブスカイト型酸化物
超伝導物質の薄膜を製造する方法に関する。
（従来の技術）
ペロブスカイト型酸化物の超伝導物質が大きな注目を集
めているが、この物質には電子の流れに異方性があり、
結晶のＣ軸方向（Ｃｕ−０の網目面に垂直の方向、ペロ
ブスカイト型酸化物が通常とる正方品あるいは斜方晶で
は、Ｃｕ−０面をａ−ｂ軸で張られる面でとるので、そ
の垂直方法はＣ軸方向となる。）には電流が流れにくく
、Ｃ軸と直角の方向、即ち、Ｃｕ−０原子結合が網目状
になった面内（ａ−ｂ面）には電流が流れやすいことが
知られている。（例えば、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ＾ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、 Ｖｏ
ｌ、２６ （１９８７） Ｌ７２６参照）薄膜として酸
化物超伝導物質を使う場合にも、前記のａ−ｂ面にのみ
高い電流が流れ、それと直角方向（Ｃ軸方向）にはわず
かな電流しか流れないという、異方性が問題になる。こ
れを解決する方法としては、ａ−ｂ面が基板面に平行に
なるように結晶格子を積み上げてゆく方法が唯一の方法
である。このため、薄膜をつける基板材料及び薄膜作成
条件には厳しい条件が必要となる０例えば、基板は単結
晶Ｍｇ０（１００）面など数種類に限定される。
めているが、この物質には電子の流れに異方性があり、
結晶のＣ軸方向（Ｃｕ−０の網目面に垂直の方向、ペロ
ブスカイト型酸化物が通常とる正方品あるいは斜方晶で
は、Ｃｕ−０面をａ−ｂ軸で張られる面でとるので、そ
の垂直方法はＣ軸方向となる。）には電流が流れにくく
、Ｃ軸と直角の方向、即ち、Ｃｕ−０原子結合が網目状
になった面内（ａ−ｂ面）には電流が流れやすいことが
知られている。（例えば、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ＾ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、 Ｖｏ
ｌ、２６ （１９８７） Ｌ７２６参照）薄膜として酸
化物超伝導物質を使う場合にも、前記のａ−ｂ面にのみ
高い電流が流れ、それと直角方向（Ｃ軸方向）にはわず
かな電流しか流れないという、異方性が問題になる。こ
れを解決する方法としては、ａ−ｂ面が基板面に平行に
なるように結晶格子を積み上げてゆく方法が唯一の方法
である。このため、薄膜をつける基板材料及び薄膜作成
条件には厳しい条件が必要となる０例えば、基板は単結
晶Ｍｇ０（１００）面など数種類に限定される。
また、ＹＢａＩＣｕｓＯ７ｊなどの薄膜をスパッタリン
グや真空蒸着法で積み上げる際の基板温度は６００°Ｃ
以上に保たなければならない、（例えば、日本金属学会
報、第２６Ｓ第１０号（１９８７） ９７１〜９７６頁
）エレクトロニクス分野のデバイスに組み込んで使用す
る場合、最大の問題は基板温度が高すぎてＳｉとの接続
が難しい点が挙げられる。６００″Ｃ以上にするとＳｉ
と超伝導物質とが反応を起こしたり、それまでＳｉに施
したエツチング、ドーピング、酸化などで細工した層が
破壊される可能性が高い、基板温度をできる限り低くす
ることはエレクトロニクス分野での超伝導薄膜の実用化
に大きな意味を持つ。
グや真空蒸着法で積み上げる際の基板温度は６００°Ｃ
以上に保たなければならない、（例えば、日本金属学会
報、第２６Ｓ第１０号（１９８７） ９７１〜９７６頁
）エレクトロニクス分野のデバイスに組み込んで使用す
る場合、最大の問題は基板温度が高すぎてＳｉとの接続
が難しい点が挙げられる。６００″Ｃ以上にするとＳｉ
と超伝導物質とが反応を起こしたり、それまでＳｉに施
したエツチング、ドーピング、酸化などで細工した層が
破壊される可能性が高い、基板温度をできる限り低くす
ることはエレクトロニクス分野での超伝導薄膜の実用化
に大きな意味を持つ。
超伝導物質の薄膜作製方法としては、スパッタリング法
、真空蒸着法、分子線エピタキシィ法、イオンクラスタ
ビーム法などがあるが、基板温度６００°Ｃ以下でａ−
ｂ面が基板面に平行になった薄膜を製造した例はない。
、真空蒸着法、分子線エピタキシィ法、イオンクラスタ
ビーム法などがあるが、基板温度６００°Ｃ以下でａ−
ｂ面が基板面に平行になった薄膜を製造した例はない。
なお、基板材料としては以下のものが適切な条件下（た
だし、基板温度はいずれも６００℃以上）で製造すると
酸化物超伝導材料のａ−ｂ面が基板面に平行になるもの
として知られている。
だし、基板温度はいずれも６００℃以上）で製造すると
酸化物超伝導材料のａ−ｂ面が基板面に平行になるもの
として知られている。
■単結晶Ｍｇｏ（１００）面、 ■単結晶５ｒＴｉＯｓ
（１００）■ｐｔ、 ■Ｚｒ０（１００） これらの中、ＺｒＯはＳｉとも整合性が良く、Ｓｉと酸
化物超伝導材料が接して反応するのを防止するために間
に入れるバッファー材として使うことが多い、しかしこ
の場合も、６００℃以上の加熱が必要とされている。
（１００）■ｐｔ、 ■Ｚｒ０（１００） これらの中、ＺｒＯはＳｉとも整合性が良く、Ｓｉと酸
化物超伝導材料が接して反応するのを防止するために間
に入れるバッファー材として使うことが多い、しかしこ
の場合も、６００℃以上の加熱が必要とされている。
（発明が解決しようとする課題）
本発明は、Ｃｕ原子と０原子とが近接して２次元的に結
合した面を基板面に平行となるように結晶配向性を高め
た超伝導酸化物Ｆｉｔ膜を製造することを課題とし、特
にその目的は、基板配線などのためにエレクトロニクス
・デバイス中に酸化物超伝導材料を組み込む場合、Ｃｕ
原子とＯ原子とが近接して接合してできるＣｕ−０面（
ａ−ｂ面）が基板面と平行になるように結晶配向を制御
するにあたり、基板加熱温度が６００”Ｃ以下ですむよ
うな薄膜の製造方法を従供することにある。
合した面を基板面に平行となるように結晶配向性を高め
た超伝導酸化物Ｆｉｔ膜を製造することを課題とし、特
にその目的は、基板配線などのためにエレクトロニクス
・デバイス中に酸化物超伝導材料を組み込む場合、Ｃｕ
原子とＯ原子とが近接して接合してできるＣｕ−０面（
ａ−ｂ面）が基板面と平行になるように結晶配向を制御
するにあたり、基板加熱温度が６００”Ｃ以下ですむよ
うな薄膜の製造方法を従供することにある。
（課題を解決するための手段）
酸化物系超伝導材料は常温では常磁性体でしかも強い磁
気異方性を持ち、Ｃ軸方向の帯磁率が大きい。これは単
結晶のサイズにまで小さく微粉化した粉末を磁場中に置
くと磁場の方向にＣ軸が配向することを意味する。
気異方性を持ち、Ｃ軸方向の帯磁率が大きい。これは単
結晶のサイズにまで小さく微粉化した粉末を磁場中に置
くと磁場の方向にＣ軸が配向することを意味する。
一般に、薄膜製造装置はスパッタリング法にしろ、真空
蒸着法にしろ、あるいは化学気相蒸着法にしろ、物質源
はいろいろの方式があるが、薄膜製造は基板の上で行わ
れる。基板上で薄膜に積み重なる直前に元素はイオン化
した孤立状態にあると考えられる。基板上に達し、結晶
構造を組み始める初期の状態において、上記のように磁
場が基板面に垂直に付加されているとＣ軸もその方向に
配向し易くなり、その結果、臨界電流密度の高いａ−ｂ
面が基板面に平行となる。
蒸着法にしろ、あるいは化学気相蒸着法にしろ、物質源
はいろいろの方式があるが、薄膜製造は基板の上で行わ
れる。基板上で薄膜に積み重なる直前に元素はイオン化
した孤立状態にあると考えられる。基板上に達し、結晶
構造を組み始める初期の状態において、上記のように磁
場が基板面に垂直に付加されているとＣ軸もその方向に
配向し易くなり、その結果、臨界電流密度の高いａ−ｂ
面が基板面に平行となる。
本発明は、上記の原理を利用したもので、その要旨は下
記の薄膜製造方法にある。
記の薄膜製造方法にある。
ｒ超伝導酸化物薄膜を基板上で気相成長させるに際し、
基板面に垂直に０．５〜５０テスラの磁束密度の磁場を
付加しつつ薄膜を成長させることを特徴とする単位胞の
中のＣｕ原子と０（酸素）原子が近接して２次元的に結
合した面が基板面に平行な配向度の高い超伝導酸化物薄
膜の製造方法ｊ（作用） 本発明の対象となる超伝導物質は、「その単位胞の中に
Ｃｕ原子と０原子が近接して２次元的に結合した面を含
むペロプスカイト状酸化物超伝導物質」である、このよ
うな金属酸化物結晶において、Ｃｕ原子は不対電子を持
っており、従って、磁気モーメントを持っていて、それ
らは常温ではオーダーリングせずばらばらの向きにあり
、常磁性体状態にあるが、外から磁場をかけるとその方
向に磁気モーメントを平均的にある程度向けられる。こ
の磁化の程度を表すのが常磁性磁化率であるが、常磁性
磁化率は結晶異方性を持ち、単結晶の場合、磁場中に置
かれたとき磁化率が大きい結晶方位が磁場に平行に配向
した方が磁気エネルギーが低くなり安定となる。２次元
的にＣｕ−０が結合した結晶構造でＣｕ１イオンの持つ
磁気モーメントをある方向に平均的に揃えようとする場
合、Ｃｕ−０の結合した２次元面に垂直な方向に磁場を
かけたとき最も磁化率が高いことが解っている。これは
Ｃｕイオンの磁気モーメントがＣ軸方向に平均的に最も
周囲から邪魔されることな（歳差運動を行い易いことに
起因していると考えられる。このようなＣｕ−〇が網目
に２次元的に組んだ結晶構造において、それに垂直な方
向の常磁性磁化率が最も高くなることは、他に不対電子
を持った、すなわち、磁気モーメントを持った原子が存
在しても変わらない。
基板面に垂直に０．５〜５０テスラの磁束密度の磁場を
付加しつつ薄膜を成長させることを特徴とする単位胞の
中のＣｕ原子と０（酸素）原子が近接して２次元的に結
合した面が基板面に平行な配向度の高い超伝導酸化物薄
膜の製造方法ｊ（作用） 本発明の対象となる超伝導物質は、「その単位胞の中に
Ｃｕ原子と０原子が近接して２次元的に結合した面を含
むペロプスカイト状酸化物超伝導物質」である、このよ
うな金属酸化物結晶において、Ｃｕ原子は不対電子を持
っており、従って、磁気モーメントを持っていて、それ
らは常温ではオーダーリングせずばらばらの向きにあり
、常磁性体状態にあるが、外から磁場をかけるとその方
向に磁気モーメントを平均的にある程度向けられる。こ
の磁化の程度を表すのが常磁性磁化率であるが、常磁性
磁化率は結晶異方性を持ち、単結晶の場合、磁場中に置
かれたとき磁化率が大きい結晶方位が磁場に平行に配向
した方が磁気エネルギーが低くなり安定となる。２次元
的にＣｕ−０が結合した結晶構造でＣｕ１イオンの持つ
磁気モーメントをある方向に平均的に揃えようとする場
合、Ｃｕ−０の結合した２次元面に垂直な方向に磁場を
かけたとき最も磁化率が高いことが解っている。これは
Ｃｕイオンの磁気モーメントがＣ軸方向に平均的に最も
周囲から邪魔されることな（歳差運動を行い易いことに
起因していると考えられる。このようなＣｕ−〇が網目
に２次元的に組んだ結晶構造において、それに垂直な方
向の常磁性磁化率が最も高くなることは、他に不対電子
を持った、すなわち、磁気モーメントを持った原子が存
在しても変わらない。
従って、Ｃｕ−０の網目外の単位胞内にＣｕ以外の遷移
元素イオン、例えばＨｏ（ホロミウム） 、Ｅｕ （ユ
ーロピウム）等を含んでも、網目のＣｕイオンがペロブ
スカイト酸化物の常磁性を圧倒的に決するので、単結晶
ならばそのＣ軸方向が磁場方向に向いた方が安定となる
。
元素イオン、例えばＨｏ（ホロミウム） 、Ｅｕ （ユ
ーロピウム）等を含んでも、網目のＣｕイオンがペロブ
スカイト酸化物の常磁性を圧倒的に決するので、単結晶
ならばそのＣ軸方向が磁場方向に向いた方が安定となる
。
上記のような酸化物の薄膜を基板上に生成させるに際し
、基板面に垂直に磁場を付加する。そうすることによっ
て、基板温度が６００°Ｃ以下であっても、臨界電流密
度の高いＣｕ−０の網目が基板に平１行に配列する。こ
れはすなわち、Ｃ軸が基板面に垂直になることを意味す
る。
、基板面に垂直に磁場を付加する。そうすることによっ
て、基板温度が６００°Ｃ以下であっても、臨界電流密
度の高いＣｕ−０の網目が基板に平１行に配列する。こ
れはすなわち、Ｃ軸が基板面に垂直になることを意味す
る。
その際、磁場の強さくＭｉ重密度）を０．１〜５０テス
ラにするのは、０．１テスラ未満では充分な配向度を得
られないからであり、また、５０テスラを超えるような
磁束密度は工業的に容易に得られないからである。
ラにするのは、０．１テスラ未満では充分な配向度を得
られないからであり、また、５０テスラを超えるような
磁束密度は工業的に容易に得られないからである。
気相成長の方法は、前記のスパッタリング法、真空蒸着
法、あるいは化学気相蒸着法など、その方式を問わない
、基板の種類も先に述べた■〜■のいずれでも使用でき
る。基板温度は、６００°Ｃ以上が望ましいが、６００
°Ｃ以下の基板温度でも、配向度の高い１１１１９を製
造できるのが、本発明方法の大きな特徴である。
法、あるいは化学気相蒸着法など、その方式を問わない
、基板の種類も先に述べた■〜■のいずれでも使用でき
る。基板温度は、６００°Ｃ以上が望ましいが、６００
°Ｃ以下の基板温度でも、配向度の高い１１１１９を製
造できるのが、本発明方法の大きな特徴である。
いずれにしても、基板温度の上限は９５０″Ｃまでにと
どめるべきである。９５０ ”Ｃを超えて基板温度を高
くすることは、基板材料と酸化物超伝導材料との反応を
促進することになり、避けるべきである。
どめるべきである。９５０ ”Ｃを超えて基板温度を高
くすることは、基板材料と酸化物超伝導材料との反応を
促進することになり、避けるべきである。
（実施例）
第１表に示す各種の酸化物系超伝導材料の薄膜を第１表
の種々の条件で作製した。本発明の実施例では、全て基
板面に垂直に４．５テスラの磁場を、かけて成膜した。
の種々の条件で作製した。本発明の実施例では、全て基
板面に垂直に４．５テスラの磁場を、かけて成膜した。
得られた薄膜の結晶配向性と７７にでの臨界電流密度の
測定結果を第１表に併記する。
測定結果を第１表に併記する。
なお、配向性は、Ｘ線解析の結果からＣ軸配向単結晶の
（００４）ピーク高さを１００として、各試料の実測（
００４）ピーク高さの比で表した。
（００４）ピーク高さを１００として、各試料の実測（
００４）ピーク高さの比で表した。
第１表に示すように、成膜時に磁場をかけた本発明の例
では、基板温度６００°Ｃでは勿論、４５０°Ｃおよび
３５０°Ｃでも超伝導状態となり、基板温度が４５０°
Ｃで充分に実用性のあるＲ界電流密度（Ｊｃ）が得られ
ている。
では、基板温度６００°Ｃでは勿論、４５０°Ｃおよび
３５０°Ｃでも超伝導状態となり、基板温度が４５０°
Ｃで充分に実用性のあるＲ界電流密度（Ｊｃ）が得られ
ている。
これに対し、磁場をかけない従来方法の例では、Ｙ系、
Ｂｉ系、ＴＩ系のいずれでも基板温度４５０″Ｃでは超
伝導状態は得られていない。基板温度６００°Ｃでも、
本発明の例に比較すると臨界電流密度は低い。
Ｂｉ系、ＴＩ系のいずれでも基板温度４５０″Ｃでは超
伝導状態は得られていない。基板温度６００°Ｃでも、
本発明の例に比較すると臨界電流密度は低い。
これらの結果から、本発明方法が結晶配向性の高い超伝
導薄膜を製造する優れた方法であることがわかる。
導薄膜を製造する優れた方法であることがわかる。
（発明の効果）
本発明の方法によれば、Ｃｕ−０が２次元的に結合した
網目状の層を基板面に平行に配列した薄膜を得ることが
でき、この薄膜面内に高い臨界電流密度で電流を流すこ
とができる。このような薄膜は、６００ ’Ｃ以下の低
い基板温度でも作製することができるから、基板そのも
のであるＳｔを含む製造途上のデバイスの変質を防ぎ、
さらに温度が低くなった結果、Ｓｉとの反応を防止する
ためにＳｉと酸化物超伝導薄膜との間に挿入するＺｒＯ
などのバッファー材を不要とするか、あるいはその必要
厚さを減することができる。
網目状の層を基板面に平行に配列した薄膜を得ることが
でき、この薄膜面内に高い臨界電流密度で電流を流すこ
とができる。このような薄膜は、６００ ’Ｃ以下の低
い基板温度でも作製することができるから、基板そのも
のであるＳｔを含む製造途上のデバイスの変質を防ぎ、
さらに温度が低くなった結果、Ｓｉとの反応を防止する
ためにＳｉと酸化物超伝導薄膜との間に挿入するＺｒＯ
などのバッファー材を不要とするか、あるいはその必要
厚さを減することができる。
本発明は、酸化物超伝導物質の薄膜をエレクトロニクス
・デバイス用に実用化する上で大きく寄与できるもので
ある。
・デバイス用に実用化する上で大きく寄与できるもので
ある。
Claims (1)
- 超伝導酸化物薄膜を基板上で気相成長させるに際し、基
板面に垂直に０．５〜５０テスラの磁束密度の磁場を付
加しつつ薄膜を成長させることを特徴とする単位胞の中
のＣｕ原子とＯ（酸素）原子が近接して２次元的に結合
した面が基板面に平行な配向度の高い超伝導酸化物薄膜
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1006723A JPH02188426A (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 配向度の高い超伝導酸化物薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1006723A JPH02188426A (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 配向度の高い超伝導酸化物薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02188426A true JPH02188426A (ja) | 1990-07-24 |
Family
ID=11646178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1006723A Pending JPH02188426A (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 配向度の高い超伝導酸化物薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02188426A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06239614A (ja) * | 1993-02-16 | 1994-08-30 | Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai | Ｔｌ酸化物超電導体とその製法 |
-
1989
- 1989-01-13 JP JP1006723A patent/JPH02188426A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06239614A (ja) * | 1993-02-16 | 1994-08-30 | Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai | Ｔｌ酸化物超電導体とその製法 |
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