JPH02212305A - 酸化物超伝導薄膜 - Google Patents
酸化物超伝導薄膜Info
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- JPH02212305A JPH02212305A JP1033137A JP3313789A JPH02212305A JP H02212305 A JPH02212305 A JP H02212305A JP 1033137 A JP1033137 A JP 1033137A JP 3313789 A JP3313789 A JP 3313789A JP H02212305 A JPH02212305 A JP H02212305A
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Classifications
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
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】
（産業上の利用分野）
本発明は５ＱＵＩＤ、ジョセフソン素子、超伝導トラン
ジスタ、電磁波センサー 素子配線、電極等に用いる超
伝導薄膜に関する。
ジスタ、電磁波センサー 素子配線、電極等に用いる超
伝導薄膜に関する。
（従来の技術）
現在話題の酸化物超伝導物質は結晶構造に起因して興方
正が強い例えば臨界電流密度を見るとＣ軸方向はａ、
ｂ軸方向の１７５〜１／７となっている。故に高臨界
電流密度を要求する薄膜デバイスに酸化物超伝導物質を
応用するにはエピタキシャル成長をさせることが必要不
可欠といえる。エピタキシャル成長をさせるには基板と
の格子定数をマツチングさせる必要があり一般的には応
用物理第５７巻第２号（１９８８）ｐ２２７−２３１や
公開特許公報昭６３−２７０３９５に述べられているよ
うに基板に５ｒＴｉ０３を初めとしたペロブスカイト型
酸化物の単結晶が用いられていた。
正が強い例えば臨界電流密度を見るとＣ軸方向はａ、
ｂ軸方向の１７５〜１／７となっている。故に高臨界
電流密度を要求する薄膜デバイスに酸化物超伝導物質を
応用するにはエピタキシャル成長をさせることが必要不
可欠といえる。エピタキシャル成長をさせるには基板と
の格子定数をマツチングさせる必要があり一般的には応
用物理第５７巻第２号（１９８８）ｐ２２７−２３１や
公開特許公報昭６３−２７０３９５に述べられているよ
うに基板に５ｒＴｉ０３を初めとしたペロブスカイト型
酸化物の単結晶が用いられていた。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら従来の酸化物超伝導薄膜の形成に用いるペ
ロブスカイト型酸化物の単結晶基板はベルヌーイ法で作
製されており、結晶の直径が約２ｃｍφ前後以下のもの
に限られていた。そのため大口径化は不可能であり、用
途が限定される（小型素子しか応用できない）、量産性
が無い、基板のコストが高い（例えば５ｒＴｉ０３の２
ｃｍφ単結晶基板は約２万円／枚である）等の問題を有
していた。
ロブスカイト型酸化物の単結晶基板はベルヌーイ法で作
製されており、結晶の直径が約２ｃｍφ前後以下のもの
に限られていた。そのため大口径化は不可能であり、用
途が限定される（小型素子しか応用できない）、量産性
が無い、基板のコストが高い（例えば５ｒＴｉ０３の２
ｃｍφ単結晶基板は約２万円／枚である）等の問題を有
していた。
また大口径化の可能な単結晶シリコンウェハーを用い直
接酸化物超伝導薄膜を付ける場合は（１）格子定数に大
きな差がありエピタキシャル成長性が悪い（２）シリコ
ンウェハーと反応し、膜厚が２００ｎｍ以下では低臨界
温度相になり安くさらには半導体相になった。
接酸化物超伝導薄膜を付ける場合は（１）格子定数に大
きな差がありエピタキシャル成長性が悪い（２）シリコ
ンウェハーと反応し、膜厚が２００ｎｍ以下では低臨界
温度相になり安くさらには半導体相になった。
本発明はこの様な問題を解決するものであり、その目的
とするところは大口径、高臨界電流密度で用途の限定が
無く量産性に優れた酸化物超伝導薄膜を低コストで得ん
とするものである。
とするところは大口径、高臨界電流密度で用途の限定が
無く量産性に優れた酸化物超伝導薄膜を低コストで得ん
とするものである。
（課題を解決するための手段）
上記の問題を解決するため本発明の酸化物超伝導薄膜の
構造は１）単結晶シリコンウェハー基板上に形成する酸
化物超伝導薄膜の構造に於て単結晶シリコンウェハー基
板と酸化物超伝導薄膜の中間部に組成式をＡｘＭｙＯｚ
（ここでＡはＹを含む希土類元素、ＭはＴａまたはＮｂ
を示す）と表したとき０．２８≦ｘ≦０．４．０．９≦
ｙ≦１゜１である酸化物層を１層以上形成して成ること
２）酸化物超伝導物質がＬｎ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ系（こ
こでＬｎはＹを含み４価元素を除く希土類元素）で有る
ことを特徴とする。 ｘ、 ｙの値が上記組成範囲
を外れると酸化物層は安定した結晶構造をとらなくなる
。それは酸化物超伝導薄膜のエピタキシャル成長を阻害
する原因となる。また値はそれぞれ０．３３．１に近い
ほど好ましい。２は薄膜では測定が困難なため確認でき
ていないがバルクでは最適組成において３となっている
。
構造は１）単結晶シリコンウェハー基板上に形成する酸
化物超伝導薄膜の構造に於て単結晶シリコンウェハー基
板と酸化物超伝導薄膜の中間部に組成式をＡｘＭｙＯｚ
（ここでＡはＹを含む希土類元素、ＭはＴａまたはＮｂ
を示す）と表したとき０．２８≦ｘ≦０．４．０．９≦
ｙ≦１゜１である酸化物層を１層以上形成して成ること
２）酸化物超伝導物質がＬｎ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ系（こ
こでＬｎはＹを含み４価元素を除く希土類元素）で有る
ことを特徴とする。 ｘ、 ｙの値が上記組成範囲
を外れると酸化物層は安定した結晶構造をとらなくなる
。それは酸化物超伝導薄膜のエピタキシャル成長を阻害
する原因となる。また値はそれぞれ０．３３．１に近い
ほど好ましい。２は薄膜では測定が困難なため確認でき
ていないがバルクでは最適組成において３となっている
。
（実施例）
以下実施例に従い本発明を説明する。
実施例−１
先ず最初に１００配向の単結晶シリコンウェハー基板上
に第１表に示した組成の酸化物膜をＲＦマグネトロンス
パッタ法により形成する。
に第１表に示した組成の酸化物膜をＲＦマグネトロンス
パッタ法により形成する。
使用ターゲットは第１表の組成に近い組成（最終的に第
１表になるよう補正したもの）の酸化物焼結ターゲット
である。成膜条件は基板温度４５０℃〜８００℃、真空
度３〜６＊１Ｏ−３Ｔｏｒｒ、使用ガス０２：Ａｒ比３
：１、Ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓ ｉ ｔｙ ３． ９
（Ｗ／ｃｍ”）、成膜速度はｌＯ〜１５ｎｍ／ｍｉｎで
ある。また膜厚は５００〜６００ｎｍである。次にこの
酸化物膜の結晶構造を安定化させるため７５０°Ｃ酸素
雰囲気中で３時間アニール処理を行う、得られた酸化物
膜はＸ線回折とＲＨＥＥＤにより分析したところエピタ
キシャル成長した膜であった。また格子定数は３゜９１
〜３．９７でありＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ−０（Ｌｎは４価元
素を除く希土類元素）系酸化物超伝導物質に近いもので
あった。
１表になるよう補正したもの）の酸化物焼結ターゲット
である。成膜条件は基板温度４５０℃〜８００℃、真空
度３〜６＊１Ｏ−３Ｔｏｒｒ、使用ガス０２：Ａｒ比３
：１、Ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓ ｉ ｔｙ ３． ９
（Ｗ／ｃｍ”）、成膜速度はｌＯ〜１５ｎｍ／ｍｉｎで
ある。また膜厚は５００〜６００ｎｍである。次にこの
酸化物膜の結晶構造を安定化させるため７５０°Ｃ酸素
雰囲気中で３時間アニール処理を行う、得られた酸化物
膜はＸ線回折とＲＨＥＥＤにより分析したところエピタ
キシャル成長した膜であった。また格子定数は３゜９１
〜３．９７でありＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ−０（Ｌｎは４価元
素を除く希土類元素）系酸化物超伝導物質に近いもので
あった。
次に反応蒸着法により前記酸化物膜上にＹ−Ｂａ−Ｃｕ
−０超伝導薄膜を１５０ｎｍ形成した。成膜条件は蒸発
源にＹ、Ｂａ％ Ｃｕの金属を用い、真空度３〜６１１
０−５Ｔｏｒｒ、基板温度６５０℃、成膜速度２０〜３
５ ｎ ｍ ／ ｍ ｉ ｎであり、酸素の供給はマイ
クロ波で活性化した酸素プラズマを基板部に成膜中に照
射して行った。
−０超伝導薄膜を１５０ｎｍ形成した。成膜条件は蒸発
源にＹ、Ｂａ％ Ｃｕの金属を用い、真空度３〜６１１
０−５Ｔｏｒｒ、基板温度６５０℃、成膜速度２０〜３
５ ｎ ｍ ／ ｍ ｉ ｎであり、酸素の供給はマイ
クロ波で活性化した酸素プラズマを基板部に成膜中に照
射して行った。
次に５００℃酸素雰囲気中において１５時間アニール処
理を行い不足している酸素を補給すると共に（酸素不足
は低臨界温度相の発生を招く）結晶構造を安定化させ酸
化物超伝導薄膜を得る。酸化物超伝導薄膜をＸ線回折、
ＲＨＥＥＤにより分析したところエピタキシャル成長し
た膜であった。
理を行い不足している酸素を補給すると共に（酸素不足
は低臨界温度相の発生を招く）結晶構造を安定化させ酸
化物超伝導薄膜を得る。酸化物超伝導薄膜をＸ線回折、
ＲＨＥＥＤにより分析したところエピタキシャル成長し
た膜であった。
第１表
実施例−２
実施例−１と同様に第２表に示した酸化物層を単結晶シ
リコンウェハー基板上に形成した後Ｅｒ−Ｂａ−Ｃｕ−
０薄膜を形成し酸化物超伝導薄膜を得た。尚この時の酸
化物層の格子定数は３．８５〜３．９６であった。
リコンウェハー基板上に形成した後Ｅｒ−Ｂａ−Ｃｕ−
０薄膜を形成し酸化物超伝導薄膜を得た。尚この時の酸
化物層の格子定数は３．８５〜３．９６であった。
第２表
実施例−３
実施例−１と同様な条件で実施例−１で最も格子定数の
大きかったＬａ−Ｎｂ−０系酸化物層を単結晶シリコン
ウェハー基板側に、その上に実施例−２で最も格子定数
がＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０酸化物超伝導物質に近いＤｙ−Ｔ
ａ−０系酸化物層を形成する。膜厚はそれぞれ１５０ｎ
ｍ、４００ｎｍである０次にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜を
１１００ｎ形成し酸化物超伝導薄膜を得た。
大きかったＬａ−Ｎｂ−０系酸化物層を単結晶シリコン
ウェハー基板側に、その上に実施例−２で最も格子定数
がＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０酸化物超伝導物質に近いＤｙ−Ｔ
ａ−０系酸化物層を形成する。膜厚はそれぞれ１５０ｎ
ｍ、４００ｎｍである０次にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜を
１１００ｎ形成し酸化物超伝導薄膜を得た。
得られた酸化物超伝導薄膜の臨界温度と臨界電流密度を
４端子法により測定した。測定雰囲気は７７Ｋに冷却（
ダイキン工業製極低温冷機ＵＶ２０４ＳＲ使用）したヘ
リウムガス中である。
４端子法により測定した。測定雰囲気は７７Ｋに冷却（
ダイキン工業製極低温冷機ＵＶ２０４ＳＲ使用）したヘ
リウムガス中である。
結果を第３表（実施例−１と実施例−２）と第４表（実
施例−３）に比較例と共に示した。比較例は単結晶シリ
コンウェハー基板上に直接Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜を形
成した場合（Ｋ、 Ｌ、 Ｍはそれぞれ膜厚１１０
０ｎ、２００ｎｍ、７００ｎｍ）と基板に５ｒＴｉ０３
単結晶を用いた場合である。
施例−３）に比較例と共に示した。比較例は単結晶シリ
コンウェハー基板上に直接Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜を形
成した場合（Ｋ、 Ｌ、 Ｍはそれぞれ膜厚１１０
０ｎ、２００ｎｍ、７００ｎｍ）と基板に５ｒＴｉ０３
単結晶を用いた場合である。
表より判るように本発明による酸化物超伝導薄膜は大口
径化の可能なシリコンウェハーを基板として用いてもエ
ピタキシャル成長させることが出来、高い臨界電流密度
が得られるようになった。
径化の可能なシリコンウェハーを基板として用いてもエ
ピタキシャル成長させることが出来、高い臨界電流密度
が得られるようになった。
比較例Ｋ（ｌｏｏｎｍ）、Ｌ （２００ｎｍ）で超伝導
特性が悪いのはシリコンウェハーと酸化物超伝導物質が
反応して酸化物超伝導の結晶構造を壊しているためであ
る０本発明ではこの反応を抑制第３表 出来るため１１００ｎと薄く形成しても良い超伝導特性
を得ることが出来る。比較例Ｍ（膜厚７００ｎｍ）の臨
界温度は９０にと良い値であるが臨界電流密度は低い、
これは超伝導薄膜がエピタキシャル成長していないため
でる。また実施例の中でＡとＢが他に比べ臨界電流密度
が僅か低いのは酸化物層が最適組成から少しずれている
事により最適結晶構造をとれず酸化物超伝導膜の成長に
悪い影響を少しずつ与え出したためである。故に酸化物
の組成はＡｘＢｙＯｚ（ここでＡはＹを含む希土類元素
を、ＢはＮｂまたはＴａを示す）と表したとき０．２８
≦ｘ≦０．４．０．９≦ｙ≦１゜１の範囲内である必要
があり、外れると臨界電流密度は急激に低下する。
特性が悪いのはシリコンウェハーと酸化物超伝導物質が
反応して酸化物超伝導の結晶構造を壊しているためであ
る０本発明ではこの反応を抑制第３表 出来るため１１００ｎと薄く形成しても良い超伝導特性
を得ることが出来る。比較例Ｍ（膜厚７００ｎｍ）の臨
界温度は９０にと良い値であるが臨界電流密度は低い、
これは超伝導薄膜がエピタキシャル成長していないため
でる。また実施例の中でＡとＢが他に比べ臨界電流密度
が僅か低いのは酸化物層が最適組成から少しずれている
事により最適結晶構造をとれず酸化物超伝導膜の成長に
悪い影響を少しずつ与え出したためである。故に酸化物
の組成はＡｘＢｙＯｚ（ここでＡはＹを含む希土類元素
を、ＢはＮｂまたはＴａを示す）と表したとき０．２８
≦ｘ≦０．４．０．９≦ｙ≦１゜１の範囲内である必要
があり、外れると臨界電流密度は急激に低下する。
第４表は格子定数の異なる酸化物層を２層形成したもの
であるが本発明の中では最も臨界電流密度が高い、これ
は酸化物超伝導腹側に酸化物超伝導物質に格子定数の最
も近い酸化物層を配しマツチングを良くしたためと該酸
化物層とシリコンウェハー基板との間に格子定数がシリ
コンウエハー基板と酸化物超伝導物質の間に位置する酸
化物層を配したため各膜間の格子定数の変化が少なくな
り酸化物層の歪が少なくなったためと考えられる。
であるが本発明の中では最も臨界電流密度が高い、これ
は酸化物超伝導腹側に酸化物超伝導物質に格子定数の最
も近い酸化物層を配しマツチングを良くしたためと該酸
化物層とシリコンウェハー基板との間に格子定数がシリ
コンウエハー基板と酸化物超伝導物質の間に位置する酸
化物層を配したため各膜間の格子定数の変化が少なくな
り酸化物層の歪が少なくなったためと考えられる。
これら実施例の値は５ｒＴｉ０３単結晶基板を用いた値
（比較例Ｎ：ＮＴＴデータ）に近いものであり十分デバ
イス等に応用できる値である。
（比較例Ｎ：ＮＴＴデータ）に近いものであり十分デバ
イス等に応用できる値である。
第４表
／１０であり大幅な低コスト化が可能となる。
第５表
第５表に単結晶シリコンウェハー基板と従来よく用いら
れていた５ｒＴｉ０３単結晶基板の１枚の値段を示した
。単結晶シリコンウェハー基板は４インチ（約１０ｃｍ
φ）と５ｒＴｉ０３単結晶基板の約５倍と大口径である
にも関わらず値段は約１（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば大口径化の可能な単結
晶シリコンウェハーを基板に用いても酸化物超伝導薄膜
のエピタキシャル成長が可能となり、なお且基板との反
応を抑制できるため高い臨界電流密度をえられる。さら
に大口径で有るにも関わらず基板の値段が格段に安い。
れていた５ｒＴｉ０３単結晶基板の１枚の値段を示した
。単結晶シリコンウェハー基板は４インチ（約１０ｃｍ
φ）と５ｒＴｉ０３単結晶基板の約５倍と大口径である
にも関わらず値段は約１（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば大口径化の可能な単結
晶シリコンウェハーを基板に用いても酸化物超伝導薄膜
のエピタキシャル成長が可能となり、なお且基板との反
応を抑制できるため高い臨界電流密度をえられる。さら
に大口径で有るにも関わらず基板の値段が格段に安い。
そのため形状や臨界電流密度による用途の限定が無く、
量産性に優れた酸化物超伝導薄膜を低コストで得ること
が出来る。
量産性に優れた酸化物超伝導薄膜を低コストで得ること
が出来る。
本発明により得られた酸化物超伝導薄膜はそのままで用
いたり微細加工、保護膜形成、他物質の積層等を施した
後ＳＱＵ Ｉ Ｄ、ジョセフソン素子、超伝導トランジ
スタ、電磁波センサー 磁気センサー 素子配線、電流
制御素子、磁束量子メモリ、光スイツチ素子、磁気シー
ルド等導こ応用することが出来る。
いたり微細加工、保護膜形成、他物質の積層等を施した
後ＳＱＵ Ｉ Ｄ、ジョセフソン素子、超伝導トランジ
スタ、電磁波センサー 磁気センサー 素子配線、電流
制御素子、磁束量子メモリ、光スイツチ素子、磁気シー
ルド等導こ応用することが出来る。
以上
出願人 セイコーエプソン株式会社
代理人弁理士 上柳雅誉 他１名
Claims (2)
- （１）単結晶シリコンウェハー基板上に形成する酸化物
超伝導薄膜の構造に於て単結晶シリコンウェハー基板と
酸化物超伝導薄膜の中間部に組成式をＡｘＢｙＯｚ（こ
こでＡはＹを含む希土類元素を、ＭはＮｂまたはＴａを
示す）と表したとき０．２８≦ｘ≦０．４、０．９≦ｙ
≦１．１である酸化物層を形成して成る事を特徴とする
酸化物超伝導薄膜。 - （２）酸化物超伝導物質がＬｎ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ系（
ここでＬｎはＹを含み４価元素を除く希土類元素）で有
ることを特徴とする請求項１記載の酸化物超伝導薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1033137A JPH02212305A (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | 酸化物超伝導薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1033137A JPH02212305A (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | 酸化物超伝導薄膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02212305A true JPH02212305A (ja) | 1990-08-23 |
Family
ID=12378210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1033137A Pending JPH02212305A (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | 酸化物超伝導薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02212305A (ja) |
-
1989
- 1989-02-13 JP JP1033137A patent/JPH02212305A/ja active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| APPLIED.PHYSICS.LETTERS=V53 * |
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