JPH02267119A - 酸化物超伝導薄膜 - Google Patents
酸化物超伝導薄膜Info
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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
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (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】
［産業上の利用分野コ
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。
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。
［従来の技術］
Ｔｌ系は現在再現性のある超伝導物質の中で最も臨界温
度の高い超伝導材料であり注目されている。このＴｌ系
も他の高臨界温度酸化物超伝導物質と同様に結晶構造に
起因して異方圧が強い例えばコヒーレンス長さで見ると
Ｃ軸方向はＣ軸面内方向の１／３〜１／１０となってい
る。故に高臨界電流密度を必要としたりポテンシャル障
壁を抑える必要のある薄膜デバイスにＴｌ系酸化物超伝
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
は基板と超伝導物質の格子をマツチングさせる必要力５
あり一般的には［粉体および粉末冶金Ｊ 、ＶＯｌ、３
５ Ｎｏ９ （１９８８）２９−３４に述べられてい
るようにＭｇＯを初めとした単結晶基板が用いられてい
た。
度の高い超伝導材料であり注目されている。このＴｌ系
も他の高臨界温度酸化物超伝導物質と同様に結晶構造に
起因して異方圧が強い例えばコヒーレンス長さで見ると
Ｃ軸方向はＣ軸面内方向の１／３〜１／１０となってい
る。故に高臨界電流密度を必要としたりポテンシャル障
壁を抑える必要のある薄膜デバイスにＴｌ系酸化物超伝
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
は基板と超伝導物質の格子をマツチングさせる必要力５
あり一般的には［粉体および粉末冶金Ｊ 、ＶＯｌ、３
５ Ｎｏ９ （１９８８）２９−３４に述べられてい
るようにＭｇＯを初めとした単結晶基板が用いられてい
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酸
化物の単結晶基板は比較的大口径化の可能なＭｇＯでも
結晶の直径が約５ｃｍφ前後以下のものに限られていた
。またその製造条件は複雑であると共に完成には長時間
を要した。そのため大口径化は不可能であり、小型の素
子しか応用で一 きず用途が限定される、半導体の様に量産性が良くない
、値段が高い等の問題を有していた。
化物の単結晶基板は比較的大口径化の可能なＭｇＯでも
結晶の直径が約５ｃｍφ前後以下のものに限られていた
。またその製造条件は複雑であると共に完成には長時間
を要した。そのため大口径化は不可能であり、小型の素
子しか応用で一 きず用途が限定される、半導体の様に量産性が良くない
、値段が高い等の問題を有していた。
また約２０ｃｍφまで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シ
リコンウェハーと反応し低臨界温度相になったり酷いも
のは超伝導相が壊れ半導体相になってしまった。
ウェハーを用い直接酸化物超伝導薄膜を付ける場合はシ
リコンウェハーと反応し低臨界温度相になったり酷いも
のは超伝導相が壊れ半導体相になってしまった。
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、高臨界温度、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、高臨界温度、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Ｔｌ系酸化物超伝導
薄膜は１）単結晶シリコンウェハー基板上に形成するＴ
１．７Ｍ−Ｃｕ−０系（ここでＭはアルカリ土類を示す
）酸化物超伝導薄膜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ＡｘＧａｙＯｚ
（ここでＡは希土類元素を示す）と表したとき０．９５
≦ｘ≦１゜０５．０．９≦ｙ≦１． １である酸化物層
を形成して成る事を特徴とする。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。それは格子のミスマツチの増加を意味し酸化
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。また値は共に１に近いほど好ましい。Ｚ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。
薄膜は１）単結晶シリコンウェハー基板上に形成するＴ
１．７Ｍ−Ｃｕ−０系（ここでＭはアルカリ土類を示す
）酸化物超伝導薄膜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ＡｘＧａｙＯｚ
（ここでＡは希土類元素を示す）と表したとき０．９５
≦ｘ≦１゜０５．０．９≦ｙ≦１． １である酸化物層
を形成して成る事を特徴とする。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。それは格子のミスマツチの増加を意味し酸化
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。また値は共に１に近いほど好ましい。Ｚ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。
先ず最初に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反応蒸着法より５００ｎｍ形成す
る。
した組成の酸化物膜を反応蒸着法より５００ｎｍ形成す
る。
成膜条件は蒸発源に希土類とＧａの金属を用い、基板温
度５００６Ｃ〜６５０°Ｃ１真空度４〜６＊ｌＯ−’Ｔ
ｏｒｒ、 成膜速度は１８〜２３ｎｍ／ｍｉｎである
。また膜への酸素の供給は基板周辺に酸素を吹き付は行
う（この時の基板部の真空度は１Ｏ−２Ｔｏｒｒ台と推
定される）更に蒸発源を基板に到達する前にＲＦプラズ
マにより活性化させる。
度５００６Ｃ〜６５０°Ｃ１真空度４〜６＊ｌＯ−’Ｔ
ｏｒｒ、 成膜速度は１８〜２３ｎｍ／ｍｉｎである
。また膜への酸素の供給は基板周辺に酸素を吹き付は行
う（この時の基板部の真空度は１Ｏ−２Ｔｏｒｒ台と推
定される）更に蒸発源を基板に到達する前にＲＦプラズ
マにより活性化させる。
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。尚ここで
用いた酸化物は比較的（酸化物超伝導材料と比べると顕
著に）シリコンウェハー上にエピタキシャル成長させ易
い物質といえる。
たところエピタキシャル成長した膜であった。尚ここで
用いた酸化物は比較的（酸化物超伝導材料と比べると顕
著に）シリコンウェハー上にエピタキシャル成長させ易
い物質といえる。
次にＭＢＥ（分子線エピタキシ）法により前記酸化物膜
上にＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３０δ（この値は目標値で
あり僅かバラツキがある）超伝導膜を１００〜１５０ｎ
ｍ形成した。成膜条件は蒸発源にＴ１、Ｂａ、Ｃａ、Ｃ
ｕの金属を用い（蒸発はＫｎｕｄｓｅｎセルにより行な
った）、真空度４〜６＊１Ｏ−５Ｔｏｒｒ、基板温度３
５０〜４４００Ｃ１成膜速度２３〜３７ｎｍ／ｍｉｎ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う。基板温度は本酸化
物超伝導物質の構成元素の中に蒸気圧の高いものがある
ためＹ系、Ｂｉ系に比べ低い。そのためａｓ−ｇｒｏｗ
ｎではよい超伝導膜になりずらく、孜に８００〜８７０
℃酸素−アルゴンガス雰囲気中において２時間アニール
処理を行い酸化物超伝導薄膜を得る。 得られた酸化
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。
上にＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３０δ（この値は目標値で
あり僅かバラツキがある）超伝導膜を１００〜１５０ｎ
ｍ形成した。成膜条件は蒸発源にＴ１、Ｂａ、Ｃａ、Ｃ
ｕの金属を用い（蒸発はＫｎｕｄｓｅｎセルにより行な
った）、真空度４〜６＊１Ｏ−５Ｔｏｒｒ、基板温度３
５０〜４４００Ｃ１成膜速度２３〜３７ｎｍ／ｍｉｎ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う。基板温度は本酸化
物超伝導物質の構成元素の中に蒸気圧の高いものがある
ためＹ系、Ｂｉ系に比べ低い。そのためａｓ−ｇｒｏｗ
ｎではよい超伝導膜になりずらく、孜に８００〜８７０
℃酸素−アルゴンガス雰囲気中において２時間アニール
処理を行い酸化物超伝導薄膜を得る。 得られた酸化
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と同様な条件で単結晶シリコンウェハー基板
上にＰ ｒ １．ＯＧ ａ １．００ ｚ酸化物層を５
゜Ｏｎｍ形成、次にＴ １１．９Ｂ ａ １．９Ｃａ
１．ＩＣｕ ２’、１０δ薄膜を１１００ｎ形成し酸化
物超伝導薄膜を得た。
上にＰ ｒ １．ＯＧ ａ １．００ ｚ酸化物層を５
゜Ｏｎｍ形成、次にＴ １１．９Ｂ ａ １．９Ｃａ
１．ＩＣｕ ２’、１０δ薄膜を１１００ｎ形成し酸化
物超伝導薄膜を得た。
向上記実施例に於ける組成分析には工ＣＰ法、蛍光Ｘ線
法、ＥＰＭＡ法を用いた。
法、ＥＰＭＡ法を用いた。
次に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。測定温度は７７にであり
測定雰囲気はへリニウムガス中である。尚冷却にはダイ
キン工業製極低温冷凍機ＵＶ２０４ＳＲを使用した。
度を４端子法により測定した。測定温度は７７にであり
測定雰囲気はへリニウムガス中である。尚冷却にはダイ
キン工業製極低温冷凍機ＵＶ２０４ＳＲを使用した。
結果を第２表（実施例−１）と第３表（実施例＝２）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Ｔｌ−Ｂａ−ＣａＣｕ−〇薄膜を形成した
場合（Ｆ、Ｇはそれぞれ膜厚１１００ｎ、７００ｎｍ）
と基板にＭｇＯ単結晶を用いた場合で（Ｈ１■）ある。
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Ｔｌ−Ｂａ−ＣａＣｕ−〇薄膜を形成した
場合（Ｆ、Ｇはそれぞれ膜厚１１００ｎ、７００ｎｍ）
と基板にＭｇＯ単結晶を用いた場合で（Ｈ１■）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Ｍ
ｇＯ単結晶基板を用いたときに近い高い臨界電流密度と
なる。比較例Ｆが超伝導にならないのは膜全域にわたり
蒸着物質がシリコンウェハーと反応して超伝導物質の結
晶構造を採っていないためである。本発明ではこの反応
を抑制出来るため１１００ｎと薄く形成しても良い超伝
導２表 導特性を得ることが出来る。比較例Ｈ（膜厚７００ｎｍ
）の臨界温度は１０５にと比較的良い値であるにも関わ
らず臨界電流密度は低い、これは基板との界面部が反応
により結晶が崩れているためその上の酸化物超伝導薄膜
も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ＢがＡとＣに比べ臨界電流密度が高いのは酸化物
層が最適組成に近いことにより最適結晶構造をとり故に
格子のマツチングが良くなり酸化物超伝導膜のエピタキ
シャル成長に良い影響を与えているためである。すなわ
ち酸化物の組成はＡｘＧａｙＯｚ （ここでＡは希土類
元素を示す）と表したとき０．９５≦ｘ≦１．０５．０
．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。
径化の可能なシリコンウェハーを基板として用いてもＭ
ｇＯ単結晶基板を用いたときに近い高い臨界電流密度と
なる。比較例Ｆが超伝導にならないのは膜全域にわたり
蒸着物質がシリコンウェハーと反応して超伝導物質の結
晶構造を採っていないためである。本発明ではこの反応
を抑制出来るため１１００ｎと薄く形成しても良い超伝
導２表 導特性を得ることが出来る。比較例Ｈ（膜厚７００ｎｍ
）の臨界温度は１０５にと比較的良い値であるにも関わ
らず臨界電流密度は低い、これは基板との界面部が反応
により結晶が崩れているためその上の酸化物超伝導薄膜
も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ＢがＡとＣに比べ臨界電流密度が高いのは酸化物
層が最適組成に近いことにより最適結晶構造をとり故に
格子のマツチングが良くなり酸化物超伝導膜のエピタキ
シャル成長に良い影響を与えているためである。すなわ
ち酸化物の組成はＡｘＧａｙＯｚ （ここでＡは希土類
元素を示す）と表したとき０．９５≦ｘ≦１．０５．０
．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３表
膜、いわゆる実施例−１より１ユニツ）・セル間のペロ
ブスカイト層が１層少ない低臨界温度相膜の例であるが
実施例−１と同様にＭｇＯ単結晶基板を用いたときとほ
ぼ同じ臨界電流密度となっている。
ブスカイト層が１層少ない低臨界温度相膜の例であるが
実施例−１と同様にＭｇＯ単結晶基板を用いたときとほ
ぼ同じ臨界電流密度となっている。
第４表
第３表はＴｌ２Ｂａ２Ｃａｌｃｕ２０δ系超伝導薄第４
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ＭｇＯ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１０ｃｍφ）とＭｇ
○単結晶基板の約２倍と大口径であるにも関わらず値段
は約１／２０となっている。この様に単結晶シリコンウ
ェハー基板を採用することにより大口径化だけでなく大
幅な低コスト化が可能となる。また酸化物の単結晶と異
なり供給量が多いため不足する事態になる確率が少ない
こともメリットといえる。
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ＭｇＯ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１０ｃｍφ）とＭｇ
○単結晶基板の約２倍と大口径であるにも関わらず値段
は約１／２０となっている。この様に単結晶シリコンウ
ェハー基板を採用することにより大口径化だけでなく大
幅な低コスト化が可能となる。また酸化物の単結晶と異
なり供給量が多いため不足する事態になる確率が少ない
こともメリットといえる。
［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。
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。当然用いる酸化物超伝導材料が再現性と安定
性がある材料の中で最高である事も用途制限を少なくす
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。当然用いる酸化物超伝導材料が再現性と安定
性がある材料の中で最高である事も用途制限を少なくす
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 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
等に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 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
等に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 鈴木喜三部 化１名
Claims (1)
- １）単結晶シリコンウェハー基板上に形成するＴｌ−Ｍ
−Ｃｕ−Ｏ系（ここでＭはアルカリ土類を示す）酸化物
超伝導薄膜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Ａ＿ｘＧａ＿ｙＯ＿ｚ（
ここでＡは希土類元素を示す）と表したとき０．９５≦
ｘ≦１．０５、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1088981A JPH02267119A (ja) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | 酸化物超伝導薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1088981A JPH02267119A (ja) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | 酸化物超伝導薄膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02267119A true JPH02267119A (ja) | 1990-10-31 |
Family
ID=13957979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1088981A Pending JPH02267119A (ja) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | 酸化物超伝導薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02267119A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5413986A (en) * | 1988-12-23 | 1995-05-09 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Method for production of thin oxide superconducting film and substrate for production of the film |
-
1989
- 1989-04-07 JP JP1088981A patent/JPH02267119A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5413986A (en) * | 1988-12-23 | 1995-05-09 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Method for production of thin oxide superconducting film and substrate for production of the film |
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