JPH0311772A - 酸化物超電導体・半導体接合の形成方法 - Google Patents
酸化物超電導体・半導体接合の形成方法Info
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- JPH0311772A JPH0311772A JP1145066A JP14506689A JPH0311772A JP H0311772 A JPH0311772 A JP H0311772A JP 1145066 A JP1145066 A JP 1145066A JP 14506689 A JP14506689 A JP 14506689A JP H0311772 A JPH0311772 A JP H0311772A
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Classifications
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
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- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0296—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers
- H10N60/0381—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers by evaporation, e.g. MBE
-
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
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- H10N60/0912—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices
- H10N60/0941—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (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。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野〕
この発明は酸化物超電導体・半導体接合の形成方法に関
し、特にビスマス（以下Ｂｉと略す）又はタリウム（以
下ＴΩと略す）を成分元素の一つとする酸化物超電導体
と元素半導体、■−Ｖ族又は■−■族化合物半導体との
酸化物超電導体・半導体接合の形成方法に関するもので
ある。
し、特にビスマス（以下Ｂｉと略す）又はタリウム（以
下ＴΩと略す）を成分元素の一つとする酸化物超電導体
と元素半導体、■−Ｖ族又は■−■族化合物半導体との
酸化物超電導体・半導体接合の形成方法に関するもので
ある。
［従来の技術］
従来、シリコン（Ｓｉ）等の半導体基板上にＹ ＩＢ
ａ ２ Ｃｕ ｓ ＯＸ ％ Ｂ ｔ ２ （Ｓ ｒ
ｌＣａ ） ３Ｃｕ、、０）’５Ｔｆｌ ２ （Ｂ
ａ、Ｃａ） ３Ｃｕ２０ｚ等の酸化物高温超電導体の薄
膜を形成する場合、ＭｇＯ，ＺｒＯ、ＢａＴｉＯ３（又
は ５ｒＴｉＯ３）／ＭｇＡｇ２０４のような物質からなる
バッファ層をＳｉ基板上に形成したのち上記の酸化物超
電導体の薄膜を成長する方法が知られている。
ａ ２ Ｃｕ ｓ ＯＸ ％ Ｂ ｔ ２ （Ｓ ｒ
ｌＣａ ） ３Ｃｕ、、０）’５Ｔｆｌ ２ （Ｂ
ａ、Ｃａ） ３Ｃｕ２０ｚ等の酸化物高温超電導体の薄
膜を形成する場合、ＭｇＯ，ＺｒＯ、ＢａＴｉＯ３（又
は ５ｒＴｉＯ３）／ＭｇＡｇ２０４のような物質からなる
バッファ層をＳｉ基板上に形成したのち上記の酸化物超
電導体の薄膜を成長する方法が知られている。
以上のうち、ＭｇＯやＺ ｒ Ｏ２をバッファ層とする
ものとして、例えば下記文献に開示されたものがある。
ものとして、例えば下記文献に開示されたものがある。
文献１：ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド
フィジックス； Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｒＡｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ 、 ２７［８］ （Ａｕｇｕｓ
ｔ １９８８） （日） ｐ、Ｌ１５２４−Ｌ１５２８
文献２ニ文献３ニアブライドックス レターズ；ＡＩ）
Ｉ）１．ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ：Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎ
５ｔｉｔｕｔｅ ｏｆ’Ｐｈｙｓｉｃｓ、 ５２ ［２
４］ （ＨＪｕｎｅ １９８８） （米”） ｐ、２
０８８−２０７０ また、ＢａＴｉ０ （又はＳ
ｒ Ｔ ｔ Ｏ３）／ＭｇＡΩ２０４を上記のバッファ
層として用いるものは以下の文献３に開示されている。
フィジックス； Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｒＡｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ 、 ２７［８］ （Ａｕｇｕｓ
ｔ １９８８） （日） ｐ、Ｌ１５２４−Ｌ１５２８
文献２ニ文献３ニアブライドックス レターズ；ＡＩ）
Ｉ）１．ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ：Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎ
５ｔｉｔｕｔｅ ｏｆ’Ｐｈｙｓｉｃｓ、 ５２ ［２
４］ （ＨＪｕｎｅ １９８８） （米”） ｐ、２
０８８−２０７０ また、ＢａＴｉ０ （又はＳ
ｒ Ｔ ｔ Ｏ３）／ＭｇＡΩ２０４を上記のバッファ
層として用いるものは以下の文献３に開示されている。
文献３ニアブライド フィジックス レターズ；Ａｐｐ
１．Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、：Ａａ＋ｃｒｌｃａｎ Ｉｎ
５ｔｉｔｕｔｅ ｏｆ’ ＰｈｙｓＩｃｓ 、 ５３
［２０Ｆ （＋４ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９８８） （
米） ｐ、１９［ｉ７１９６９ 上記のような適切なバッファ層を用いて酸化物高温超電
導体と半導体の接合を行う方法のほかに下記文献４に示
されるようにＳｉ等の基板上に酸化物高温超電導体を直
接堆積する方法もある。文献４：ジャパニーズ ジャー
ナル オブ アプライド フィジックス ； Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｒ＾ｐｐＨｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ 、 ２７［１２］ （Ｄｅｃｅｍｂ
ｅｒ １９８Ｂ） （日） ｐ、Ｌ２４４２−Ｌ２４
４４この文献の接合方法はレーザアブレーション（Ｌａ
ｓｅｒ Ａｂｌａｔｌｏｎ）蒸着法と呼ばれているが、
酸化物超電導体のバルク材料を例えばエキシマレーザ光
によって加熱蒸発させてＳｔ等の基板上に堆積させるも
のである。
１．Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、：Ａａ＋ｃｒｌｃａｎ Ｉｎ
５ｔｉｔｕｔｅ ｏｆ’ ＰｈｙｓＩｃｓ 、 ５３
［２０Ｆ （＋４ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９８８） （
米） ｐ、１９［ｉ７１９６９ 上記のような適切なバッファ層を用いて酸化物高温超電
導体と半導体の接合を行う方法のほかに下記文献４に示
されるようにＳｉ等の基板上に酸化物高温超電導体を直
接堆積する方法もある。文献４：ジャパニーズ ジャー
ナル オブ アプライド フィジックス ； Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｒ＾ｐｐＨｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ 、 ２７［１２］ （Ｄｅｃｅｍｂ
ｅｒ １９８Ｂ） （日） ｐ、Ｌ２４４２−Ｌ２４
４４この文献の接合方法はレーザアブレーション（Ｌａ
ｓｅｒ Ａｂｌａｔｌｏｎ）蒸着法と呼ばれているが、
酸化物超電導体のバルク材料を例えばエキシマレーザ光
によって加熱蒸発させてＳｔ等の基板上に堆積させるも
のである。
［発明が解決しようとする課題］
上記文献１，２．３のような従来のバッファ層による酸
化物超電導体・半導体接合の形成方法では、酸化物超電
導体の薄膜を超電導体として利用するデバイスに対して
は有効であるが、シリコンなどの元素半導体や化合物半
導体との界面を利用する応用技術、例えば本出願人の提
出した特願昭６３−１３２８５０号に示される超電導ベ
ース・トランジスタなどの超電導体・半導体複合素子に
適用できない難点があった。また、文献４にみられるレ
ーザアブレーション蒸着法では酸化物超電導体のバルク
材をレーザ光によって加熱して蒸着させるため界面の原
子配列等の制約ができず、結果的には超電導体・半導体
界面を利用する上記超電導体・半導体複合素子のような
応用デバイスには適用できないという課題があった。
化物超電導体・半導体接合の形成方法では、酸化物超電
導体の薄膜を超電導体として利用するデバイスに対して
は有効であるが、シリコンなどの元素半導体や化合物半
導体との界面を利用する応用技術、例えば本出願人の提
出した特願昭６３−１３２８５０号に示される超電導ベ
ース・トランジスタなどの超電導体・半導体複合素子に
適用できない難点があった。また、文献４にみられるレ
ーザアブレーション蒸着法では酸化物超電導体のバルク
材をレーザ光によって加熱して蒸着させるため界面の原
子配列等の制約ができず、結果的には超電導体・半導体
界面を利用する上記超電導体・半導体複合素子のような
応用デバイスには適用できないという課題があった。
以上を要約すると従来技術ではＳｉ等の半導体基板上に
超電導・薄膜を形成した際に、ＳＬと超電導体構成元素
が界面で反応してしまうため、超電導体薄膜の特性が劣
化してしまう事及び界面反応によって境界面がぼけてし
まうという問題があった。特にＳｉのように酸化されや
すい元素の場合、酸化物高温超電導体中の酸素と薄膜形
成時、及び薄膜形成後に反応してしまうという問題があ
った。
超電導・薄膜を形成した際に、ＳＬと超電導体構成元素
が界面で反応してしまうため、超電導体薄膜の特性が劣
化してしまう事及び界面反応によって境界面がぼけてし
まうという問題があった。特にＳｉのように酸化されや
すい元素の場合、酸化物高温超電導体中の酸素と薄膜形
成時、及び薄膜形成後に反応してしまうという問題があ
った。
つまり、従来の超電導酸化物の薄膜形成はスパッタ法等
でおこなわれ、元素半導体、■−ｖ族半導体、■−■族
半導体等の基板上に良好な界面を維持しながら接合を形
成できるものではなかった。
でおこなわれ、元素半導体、■−ｖ族半導体、■−■族
半導体等の基板上に良好な界面を維持しながら接合を形
成できるものではなかった。
そのために超電導トランジスタ等の接合が形成できない
という課題があった。
という課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、元素半導体、■−ｖ族化合物半導体、■−■族
化合物半導体などの半導体基板上にＢｉ又はＴＪ７を含
有する酸化物高温超電導体の薄膜を接合形成する場合の
形成時及び形成後に界面反応を起すことなく原子の桁で
厳密に制御された界面を維持しながら例えば超電導ベー
ス・トランジスタの形成が可能なような酸化物超電導体
・半導体接合を形成する方法を提供することを目的とす
るものである。
もので、元素半導体、■−ｖ族化合物半導体、■−■族
化合物半導体などの半導体基板上にＢｉ又はＴＪ７を含
有する酸化物高温超電導体の薄膜を接合形成する場合の
形成時及び形成後に界面反応を起すことなく原子の桁で
厳密に制御された界面を維持しながら例えば超電導ベー
ス・トランジスタの形成が可能なような酸化物超電導体
・半導体接合を形成する方法を提供することを目的とす
るものである。
［課題を解決するための手段］
この発明に係る酸化物超電導体・半導体接合の形成方法
は、元素半導体、■−ｖ族化合物半導体、Ｉｆ−ＶＩ族
化合物半導体などの半導体とＢｉ又はＴｐを含有してな
る酸化物高温超電導体との接合において、半導体表面上
にＡｇ（銀）原子を３原子層（５Ｘ １０１５原子／
ｃｉ ）相当面分以下蒸着したのち、Ｂｉ又はＴｊ７原
子を同じく３原子層（５Ｘ１０１５原子／ ｃｊ ）以
下蒸着した合計６原子層以下の二重原子層の熱処理を行
うことにより、半導体表面を上記のＡｇ及びＢｉｌある
いはＡｇ及びＴＮの規則配列した原子すなわち均質な分
子層でおおい、そののちＢｉ又はＴｆｉを含有する酸化
物超電導体を所定の厚さに成長させて酸化物超電導体・
半導体接合を形成するものである。
は、元素半導体、■−ｖ族化合物半導体、Ｉｆ−ＶＩ族
化合物半導体などの半導体とＢｉ又はＴｐを含有してな
る酸化物高温超電導体との接合において、半導体表面上
にＡｇ（銀）原子を３原子層（５Ｘ １０１５原子／
ｃｉ ）相当面分以下蒸着したのち、Ｂｉ又はＴｊ７原
子を同じく３原子層（５Ｘ１０１５原子／ ｃｊ ）以
下蒸着した合計６原子層以下の二重原子層の熱処理を行
うことにより、半導体表面を上記のＡｇ及びＢｉｌある
いはＡｇ及びＴＮの規則配列した原子すなわち均質な分
子層でおおい、そののちＢｉ又はＴｆｉを含有する酸化
物超電導体を所定の厚さに成長させて酸化物超電導体・
半導体接合を形成するものである。
［作 用］
この発明においては、半導体表面にＡｇと酸化物超電導
体の主成分の一つであるＢｉ又はＴＩの６少くとも３原
子層をＡｇ、Ｂｉ又はＴ、１７の順で形成し、さらに熱
処理したのち酸化物超電導体の薄膜を成長させるから、
原子層のレベルで厳密に制御しながら界面を＄制御でき
る。この界面ではＡｇＢ ｉ又はＡｇ’Ｔｐの規則配列
した原子層が得られ、それらの分子層となった状態で接
合が形成される。そして、半導体と酸化物超電導体薄膜
の１−Ｖ特性の実験結果からみてもショットキー接合が
形成されている。したがって、不純物濃度の高い半導体
を用いた場合は、接触抵抗の小さいオーミック接合が形
成できる。
体の主成分の一つであるＢｉ又はＴＩの６少くとも３原
子層をＡｇ、Ｂｉ又はＴ、１７の順で形成し、さらに熱
処理したのち酸化物超電導体の薄膜を成長させるから、
原子層のレベルで厳密に制御しながら界面を＄制御でき
る。この界面ではＡｇＢ ｉ又はＡｇ’Ｔｐの規則配列
した原子層が得られ、それらの分子層となった状態で接
合が形成される。そして、半導体と酸化物超電導体薄膜
の１−Ｖ特性の実験結果からみてもショットキー接合が
形成されている。したがって、不純物濃度の高い半導体
を用いた場合は、接触抵抗の小さいオーミック接合が形
成できる。
［実施例］
以下、この発明の実施例を図面によって説明する。
第１図はこの発明の一実施例を示す酸化物超電導体・半
導体接合を形成するために用いた接合形成装置の模式説
明図である。図において、１は成長槽であり、２は成長
槽１排気用のゲートバルブ、３はゲートバルブ２を開い
て排気する排気系である。４は接合を形成しようとする
半導体基板、５は半導体基板４の加熱系（ヒーター等）
を含むサセプタである。６は成長槽１の外側から取り付
けられ、成長ｔｆｉｌの内部に半導体基板４の位置近傍
まで突出したノズル、７はノズル６に取り付けられたバ
ルブ、８は半導体基板４上に接合して成長させる酸化物
超電導体の構成元素を含むソースガスであり、成長時は
バルブ７を介してノズル６から成長槽１内に噴出され、
半導体基板４の表面近傍を局部的にソースガス８の圧力
を高めた状態で使用される。なお、ソースガス８は図示
しない所要の複数個の異種のソースガスボンベから切替
バルブを介して成長槽１にそれぞれ単独に導入されるよ
うになっている。
導体接合を形成するために用いた接合形成装置の模式説
明図である。図において、１は成長槽であり、２は成長
槽１排気用のゲートバルブ、３はゲートバルブ２を開い
て排気する排気系である。４は接合を形成しようとする
半導体基板、５は半導体基板４の加熱系（ヒーター等）
を含むサセプタである。６は成長槽１の外側から取り付
けられ、成長ｔｆｉｌの内部に半導体基板４の位置近傍
まで突出したノズル、７はノズル６に取り付けられたバ
ルブ、８は半導体基板４上に接合して成長させる酸化物
超電導体の構成元素を含むソースガスであり、成長時は
バルブ７を介してノズル６から成長槽１内に噴出され、
半導体基板４の表面近傍を局部的にソースガス８の圧力
を高めた状態で使用される。なお、ソースガス８は図示
しない所要の複数個の異種のソースガスボンベから切替
バルブを介して成長槽１にそれぞれ単独に導入されるよ
うになっている。
また、１６〜２０は上記ソースガス８のほかに、接合部
分や酸化物超電導体の構成元素として用いる金属元素を
蒸発して半導体基板４に堆積させるための蒸発源のクヌ
ーセンセル（Ｋｎｕｄｓｅｎ Ｃｅ１ｌ：Ｋ −セルと
略称して用いられる）であり、図では簡略のため加熱系
の図示は省略している。Ｂｉ系の酸化物超電導体・半導
体接合を形成する場合ＧＪ、１ＢがＢｉのに一セル、Ｉ
７がＳ「のに−セル、Ｉ８がＡｇのに一セル、１９がＣ
ａのに一セル、２０がＣｕのに一セルであり、Ｔｆｉ系
酸化物超電導体の場合は、１６をＴｆｉのに一セル、１
７をＢａのに一セルとして使用するようにする。さらに
、ｐｂ等の元素を添加する場合は順次目的に応じてに一
セルを増設することができるようになっている。なお、
２４〜２６はそれぞれに一セル１６〜２０のためのビー
ムシャッタである。なお、酸化物超電導体の成膜中はノ
ズル６から０ 、Ｎ ０１ｏ３又は活性化０２２ 等を供給する。２１は半導体基板４の表面に形成された
膜の結晶性をしらべるためのＲＨＥＥＤ （反射高速電
子線回折）用電子銃、２２はＲＨＥＥＤの回折パターン
の観察用窓である。また、２３はとくに半導体基板４上
に接合のために蒸着した原子層オーダーの成膜の蒸発量
を定量測定するための高速電子線をプローブとするオー
ジェ（Ａｕｇｅｒ）分析装置である。
分や酸化物超電導体の構成元素として用いる金属元素を
蒸発して半導体基板４に堆積させるための蒸発源のクヌ
ーセンセル（Ｋｎｕｄｓｅｎ Ｃｅ１ｌ：Ｋ −セルと
略称して用いられる）であり、図では簡略のため加熱系
の図示は省略している。Ｂｉ系の酸化物超電導体・半導
体接合を形成する場合ＧＪ、１ＢがＢｉのに一セル、Ｉ
７がＳ「のに−セル、Ｉ８がＡｇのに一セル、１９がＣ
ａのに一セル、２０がＣｕのに一セルであり、Ｔｆｉ系
酸化物超電導体の場合は、１６をＴｆｉのに一セル、１
７をＢａのに一セルとして使用するようにする。さらに
、ｐｂ等の元素を添加する場合は順次目的に応じてに一
セルを増設することができるようになっている。なお、
２４〜２６はそれぞれに一セル１６〜２０のためのビー
ムシャッタである。なお、酸化物超電導体の成膜中はノ
ズル６から０ 、Ｎ ０１ｏ３又は活性化０２２ 等を供給する。２１は半導体基板４の表面に形成された
膜の結晶性をしらべるためのＲＨＥＥＤ （反射高速電
子線回折）用電子銃、２２はＲＨＥＥＤの回折パターン
の観察用窓である。また、２３はとくに半導体基板４上
に接合のために蒸着した原子層オーダーの成膜の蒸発量
を定量測定するための高速電子線をプローブとするオー
ジェ（Ａｕｇｅｒ）分析装置である。
次に、酸化物超電導体・半導体接合の形成手順をＳｉ基
板とＢ ｉ−Ｓ ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系超電導体の組合
せの場合を例として説明する。まず、十分に清浄され、
さらに表面エツチング等の処理を施したＳｉ基板４をサ
セプタ５に設置し１ｏ−１１Ｔｏｒｒ程度の超高真空に
なるよう排気系３を作動して排気する。そして、Ｓｉ基
板４をサセプタ５の加熱系によって１１００℃以上に加
熱する等によってＳｔ基板４上の酸化物を除去し常温に
降温してから原子の桁で表面が清浄であることをオージ
ェ分析器２３及びＲＨＥＥＤ２１によって確認する。表
面が十分に清浄であれば、オージェ分析器２３の出力は
Ｓｔ以外のピークは認められないし、観察用窓２２を介
して得られるＲＨＥＥＤの反射回折パターンはＳ ｉ
（１００）基板であれば（Ｉ Ｘ １）構造パタ−ンが
得られる。
板とＢ ｉ−Ｓ ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系超電導体の組合
せの場合を例として説明する。まず、十分に清浄され、
さらに表面エツチング等の処理を施したＳｉ基板４をサ
セプタ５に設置し１ｏ−１１Ｔｏｒｒ程度の超高真空に
なるよう排気系３を作動して排気する。そして、Ｓｉ基
板４をサセプタ５の加熱系によって１１００℃以上に加
熱する等によってＳｔ基板４上の酸化物を除去し常温に
降温してから原子の桁で表面が清浄であることをオージ
ェ分析器２３及びＲＨＥＥＤ２１によって確認する。表
面が十分に清浄であれば、オージェ分析器２３の出力は
Ｓｔ以外のピークは認められないし、観察用窓２２を介
して得られるＲＨＥＥＤの反射回折パターンはＳ ｉ
（１００）基板であれば（Ｉ Ｘ １）構造パタ−ンが
得られる。
次に、ビームシャッタ２６を開きＡｇのに一セル１８を
加熱することによってＡｇ原子を蒸発させ上記のように
して得られた清浄面を有するＳｉ基板４に向けて噴射さ
せ３原子層相当分（５Ｘ １０１５原子／ ｃｄ ）以
下蒸着する。その後ビームシャッタ２６を閉じる。蒸管
時の成長槽１の圧力は１Ｏ−１０Ｔｏｒｒ以下が望まし
い。蒸着量はオージェ分析器２３によって測定する。
加熱することによってＡｇ原子を蒸発させ上記のように
して得られた清浄面を有するＳｉ基板４に向けて噴射さ
せ３原子層相当分（５Ｘ １０１５原子／ ｃｄ ）以
下蒸着する。その後ビームシャッタ２６を閉じる。蒸管
時の成長槽１の圧力は１Ｏ−１０Ｔｏｒｒ以下が望まし
い。蒸着量はオージェ分析器２３によって測定する。
さらにビームシャッタ２４を開きＢｉのに一セル１Ｂを
加熱することによってＡｇの３原子層上にＢｉを３原子
層相当分（５Ｘ４０１５原子／Ｃ−）以下蒸着する。そ
して、ビームシャッタ２４を閉じる。
加熱することによってＡｇの３原子層上にＢｉを３原子
層相当分（５Ｘ４０１５原子／Ｃ−）以下蒸着する。そ
して、ビームシャッタ２４を閉じる。
この場合も成長槽１の圧力は１０” Ｔｏｒｒ以下が望
ましく、蒸着量はオージェ分析器２３によって測定する
。以上のようにして、ＡｇとＢｉの各３原子層の合計゛
６６原子からなる二重原子層を蒸着したのち、観察用窓
２２からＲＨＥＥＤパターンを観察しなからＳｔ基板４
温度を５００〜６００℃に昇温すると急にパターンが鮮
明になり、Ｓｔ基板４表面で吸着状態の蒸着Ａｇ、蒸着
Ｂｉがあたかも結晶化したように再配列する様子がみら
れる。
ましく、蒸着量はオージェ分析器２３によって測定する
。以上のようにして、ＡｇとＢｉの各３原子層の合計゛
６６原子からなる二重原子層を蒸着したのち、観察用窓
２２からＲＨＥＥＤパターンを観察しなからＳｔ基板４
温度を５００〜６００℃に昇温すると急にパターンが鮮
明になり、Ｓｔ基板４表面で吸着状態の蒸着Ａｇ、蒸着
Ｂｉがあたかも結晶化したように再配列する様子がみら
れる。
第２図はＳｉ基板上に形成するＡｇ原子及びＢｉ原子の
蒸着過程及び熱処理後の規則配列の有様を上記プロセス
までの各状態を模式的に示した断面図である。この場合
上記のようにＡｇ、Ｂｉ原子とも３原子層分すなわち、
５ Ｘ １０１５原子／ ｃＪ蒸着したものである。ま
た、第２図でははじめの清浄化処理によって表面が清浄
化されたＳｉ基板４（第１図参照）をＳｉ基板３１とし
て示している。
蒸着過程及び熱処理後の規則配列の有様を上記プロセス
までの各状態を模式的に示した断面図である。この場合
上記のようにＡｇ、Ｂｉ原子とも３原子層分すなわち、
５ Ｘ １０１５原子／ ｃＪ蒸着したものである。ま
た、第２図でははじめの清浄化処理によって表面が清浄
化されたＳｉ基板４（第１図参照）をＳｉ基板３１とし
て示している。
第２図において、第２図の（ａ）は５ｉ７Ｊ、板３Ｉ上
にＡｇ原子の３原子層分の蒸着Ａｇ３２が形成された場
合を示す模式図であり、第２図の（ｂ）は第２図の（ａ
）の蒸着Ａｇ３２上にＢｉの３原子層分からなる蒸着Ｂ
１３３が形成されたことを示す模式図であり、第２図の
（Ｃ）は実施例で示した５００〜６００ ”Ｃの熱処理
によってＳｉ基板３１上にＡｇ原子３４及びＢｉ原子３
５が規則配列した様子を示したものである。
にＡｇ原子の３原子層分の蒸着Ａｇ３２が形成された場
合を示す模式図であり、第２図の（ｂ）は第２図の（ａ
）の蒸着Ａｇ３２上にＢｉの３原子層分からなる蒸着Ｂ
１３３が形成されたことを示す模式図であり、第２図の
（Ｃ）は実施例で示した５００〜６００ ”Ｃの熱処理
によってＳｉ基板３１上にＡｇ原子３４及びＢｉ原子３
５が規則配列した様子を示したものである。
図において、第２図の（ａ） 、 （ｂ）のようにＡｇ
及びＡｇ、Ｂｉの蒸着原子層では、ＲＨＥＥＤの回折パ
ターンを観察用窓２２で観察すると、多結晶（弱い回折
パターンを示す）かアモルファス（回折パターンを示さ
ない）であることが知られた。
及びＡｇ、Ｂｉの蒸着原子層では、ＲＨＥＥＤの回折パ
ターンを観察用窓２２で観察すると、多結晶（弱い回折
パターンを示す）かアモルファス（回折パターンを示さ
ない）であることが知られた。
一方、第２図の（Ｃ）のように第２図の（ｂ）の状態を
上記のように熱処理を行ったものはＲＨＥＥＤ回折パタ
ーンは強いパターンを示し、さらに（１×１）構造を示
していることから、Ａｇ原子３４及びＢｉ原子３５でＳ
ｉ基板３１表面を規則配列して完全におおっていること
が確認された。一方、オージェ分析器２３を用いたＡｇ
及びＢｉのオージェスペクトルのシグナル強度を比較す
ると、第２図の（ｃ）の強度は第２図の（ａ） 、 （
ｂ）の場合のほぼ１／３に低下することがわかった。こ
の現象からＡｇＢ１で示されるＳｉ基板３１のすぐ上に
形成された単分子層以外のＢｉ原子３５及びＡｇ原子３
４は３次元的クラスタす・なわち、図示は省略したが山
状に集合したクラスタ状態を形成しているものと考察さ
れる。
上記のように熱処理を行ったものはＲＨＥＥＤ回折パタ
ーンは強いパターンを示し、さらに（１×１）構造を示
していることから、Ａｇ原子３４及びＢｉ原子３５でＳ
ｉ基板３１表面を規則配列して完全におおっていること
が確認された。一方、オージェ分析器２３を用いたＡｇ
及びＢｉのオージェスペクトルのシグナル強度を比較す
ると、第２図の（ｃ）の強度は第２図の（ａ） 、 （
ｂ）の場合のほぼ１／３に低下することがわかった。こ
の現象からＡｇＢ１で示されるＳｉ基板３１のすぐ上に
形成された単分子層以外のＢｉ原子３５及びＡｇ原子３
４は３次元的クラスタす・なわち、図示は省略したが山
状に集合したクラスタ状態を形成しているものと考察さ
れる。
次に、酸化物超電導体・半導体接合の形成方法を説明す
る。第２図の（Ｃ）の状態にあるＳｉ基板３１にＢｉ系
酸化物超電導体を所望の厚さに形成する。以下その手順
を説明する。
る。第２図の（Ｃ）の状態にあるＳｉ基板３１にＢｉ系
酸化物超電導体を所望の厚さに形成する。以下その手順
を説明する。
まず、Ｓｉ基板３１の温度を５００〜６００℃に設定し
、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕの各に一セル１．８．１７゜
１、９ 、２０を所定の温度に加熱し、ノズル６よりＮ
２０をＳｉ基板３１（３１図では半導体基板４）に吹き
つけ、それぞれのビームシャッタ２４．２５．２７．２
８を開くと、各元素の原子ビームが同時にＳｉ基板３１
上に蒸着して図示しないＢｉ系の酸化物超電導体が成長
する。所定の厚みの成長層に達した時点で上記ビームシ
ャッタを閉じたのち、Ｓｉ基板３１の加熱を止める。基
板温度が２００ ’Ｃ以下になるまでＮ２０ガスをノズ
ル６から出しつづけるが、常温になったらＮ２０ガスの
供給を止め成長Ｈｊ１よりＳｉ基板３１を取り出すこと
により、Ｂｉ系の酸化物超電導体の薄膜がＳｉ基板３１
上に形成されてこの発明による酸化物超電導体・半導体
接合の形成が終了する。
、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕの各に一セル１．８．１７゜
１、９ 、２０を所定の温度に加熱し、ノズル６よりＮ
２０をＳｉ基板３１（３１図では半導体基板４）に吹き
つけ、それぞれのビームシャッタ２４．２５．２７．２
８を開くと、各元素の原子ビームが同時にＳｉ基板３１
上に蒸着して図示しないＢｉ系の酸化物超電導体が成長
する。所定の厚みの成長層に達した時点で上記ビームシ
ャッタを閉じたのち、Ｓｉ基板３１の加熱を止める。基
板温度が２００ ’Ｃ以下になるまでＮ２０ガスをノズ
ル６から出しつづけるが、常温になったらＮ２０ガスの
供給を止め成長Ｈｊ１よりＳｉ基板３１を取り出すこと
により、Ｂｉ系の酸化物超電導体の薄膜がＳｉ基板３１
上に形成されてこの発明による酸化物超電導体・半導体
接合の形成が終了する。
なお、７ｇ系の酸化物超電導体と半導体との接合形成は
、第１図の形成装置の説明で示した通り、Ｋ−セル１６
のＢｉをＴρとし、またに−セル１７のＳｒをＢａとし
て置き換えることにより同様に達成される。
、第１図の形成装置の説明で示した通り、Ｋ−セル１６
のＢｉをＴρとし、またに−セル１７のＳｒをＢａとし
て置き換えることにより同様に達成される。
また、上記実施例においては半導体基板４にＳｉ基板を
用いた場合を示したが、他の半導体すなわちＧｅ等の元
素半導体や■−ｖ族化合物半導体やＩＩ−Ｖｌ族化合物
半導体の場合であっても差支えなく、上記実施例と同様
の酸化物超電導体・半導体接合が形成できる。
用いた場合を示したが、他の半導体すなわちＧｅ等の元
素半導体や■−ｖ族化合物半導体やＩＩ−Ｖｌ族化合物
半導体の場合であっても差支えなく、上記実施例と同様
の酸化物超電導体・半導体接合が形成できる。
さらに、上記の酸化物超電導体・半導体接合の形成手段
は実施例において説明したように原子の桁において制御
された前管法によって行われるものであるから、接合の
成長槽１内の圧力は使用する金属原子の蒸着速度が真空
系の残留ガスの吸着速度より十分に大きいような超高真
空の状態としておくことが一つの大きな決め手であるこ
とはいうまでもない。
は実施例において説明したように原子の桁において制御
された前管法によって行われるものであるから、接合の
成長槽１内の圧力は使用する金属原子の蒸着速度が真空
系の残留ガスの吸着速度より十分に大きいような超高真
空の状態としておくことが一つの大きな決め手であるこ
とはいうまでもない。
次に、この発明による接合形成方法によって得られた酸
化物超電導体の超電導特性と酸化物超電導体・半導体接
合の接合特性を説明する。
化物超電導体の超電導特性と酸化物超電導体・半導体接
合の接合特性を説明する。
第３図は上記実施例で形成した酸化物超電導体・半導体
接合を有するＢ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ −Ｏ系超電導薄
膜の抵抗率−温度依存性を示す特性線図である。横軸は
温度［Ｋ］を示し、縦軸は任意単位による抵抗率（ρ−
Ω・ｃｍ ）である。第３図から明らかなように、抵抗
率が急激に変る温度と零抵抗率の臨界温度はほぼ一致す
る抵抗率−温度依存性を示し、極めて良好な酸化物高温
超電導体の薄膜が得られたことを示している。
接合を有するＢ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ −Ｏ系超電導薄
膜の抵抗率−温度依存性を示す特性線図である。横軸は
温度［Ｋ］を示し、縦軸は任意単位による抵抗率（ρ−
Ω・ｃｍ ）である。第３図から明らかなように、抵抗
率が急激に変る温度と零抵抗率の臨界温度はほぼ一致す
る抵抗率−温度依存性を示し、極めて良好な酸化物高温
超電導体の薄膜が得られたことを示している。
第４図は同様にこの発明の上記実施例の方法で接合形成
されたＳｉ基板とＢｉ系酸化物高温超電導体の薄膜のＩ
−Ｖ特性を示す線図である。図において、横軸は電圧、
縦軸は電流で、いずれも任意単位で示している。図によ
って知られるように、電流の立上がりは急峻でありこの
接合は非常に良好なショットキー特性を示している。し
たがって、不純物濃度の高いＳｉ基板を用いてこの発明
の酸化物超電導体・半導体接合の形成を行えば、当然良
好なオーミック特性が得られ、超電導ベース・トランジ
スタなどの応用デバイスに極めて有効に適用が可能とな
る。
されたＳｉ基板とＢｉ系酸化物高温超電導体の薄膜のＩ
−Ｖ特性を示す線図である。図において、横軸は電圧、
縦軸は電流で、いずれも任意単位で示している。図によ
って知られるように、電流の立上がりは急峻でありこの
接合は非常に良好なショットキー特性を示している。し
たがって、不純物濃度の高いＳｉ基板を用いてこの発明
の酸化物超電導体・半導体接合の形成を行えば、当然良
好なオーミック特性が得られ、超電導ベース・トランジ
スタなどの応用デバイスに極めて有効に適用が可能とな
る。
［発明の効果］
以上のようにこの発明によれば、Ｂｉ又はＴ、Ｑ系の酸
化物超電導体・半導体接合の形成において、半導体表面
に原子のレベルで制御したＡｇＢ ｉ又はＡｇＴｇの分
子層を形成してなる極めて薄い膜を介して酸化物超電導
体の薄膜を成長させるので、極めて良好な特性を有する
酸化物超電導体・半導体接合が形成できる。したがって
、この接合形成方法を応用することにより、従来の方法
で形成された接合がリーク電流が大きかったり、界面特
性が劣悪であったりしてネックとなっていた半導体・超
電導体複合素子の性質を飛躍的に改良することができる
ようになった。
化物超電導体・半導体接合の形成において、半導体表面
に原子のレベルで制御したＡｇＢ ｉ又はＡｇＴｇの分
子層を形成してなる極めて薄い膜を介して酸化物超電導
体の薄膜を成長させるので、極めて良好な特性を有する
酸化物超電導体・半導体接合が形成できる。したがって
、この接合形成方法を応用することにより、従来の方法
で形成された接合がリーク電流が大きかったり、界面特
性が劣悪であったりしてネックとなっていた半導体・超
電導体複合素子の性質を飛躍的に改良することができる
ようになった。
第１図はこの発明の一実施例を示す酸化物超電導体・半
導体接合を形成するために用いた接合形成装置の模式説
明図、第２図はＳｉ基板上に形成するＡｇ及びＢｉの蒸
着過程及び熱処理後の規則配列の有様を示す模式断面図
、第２図の（ａ）はＳｉ基板上に形成した蒸Ｊ Ａ ｇ
の模式図、第２図の（ｂ）は蒸着Ａｇ上に形成した蒸着
Ｂｉの模式図、第２図の（Ｃ）は（ｂ）を熱処理した後
のＡｇ原子、Ｂｉ原子が規則配列した様子を示す模式図
、第３図は実施例で得られたＢｉ系酸化物超電導薄膜の
抵抗率−温度依存性を示す特性線図、第４図は実施例が
得たＳｉ基板と超電導薄膜のｉ−ｖ特性を示す線図であ
る。 図において、１は成長槽、２はゲートバルブ、３は排気
系、４は半導体基板、５はサセプタ、６はノズル、７は
バルブ、８はソースガス、１ＢはＢｉ又はＴＪのに一セ
ル、１７はＳｒ又はＢａのに一セル、１８はＡｇのＩ（
−セル、１９はＣａのに一セル、２０はＣｕのに一セル
、２１はＲＨＥＥＤ用電子銃、２２は観察用窓、２３は
オージェ分析器、２４〜２８はビームシャッタ、３１は
Ｓｉ基板、３２は蒸着Ａｇ１３３は蒸着１３ｉ、３４は
Ａｇ原子、３５はＢｉ原子であ（、、／） 害基ト鉢 手続補正書（自発） １、事件の表示 特願平１−１４５０６６号 ２、発明の名称 酸化物超電導体・半導体接合の形成方法３、補正をする
者 事件との関係 住所 名称 ４、代理人 住所
導体接合を形成するために用いた接合形成装置の模式説
明図、第２図はＳｉ基板上に形成するＡｇ及びＢｉの蒸
着過程及び熱処理後の規則配列の有様を示す模式断面図
、第２図の（ａ）はＳｉ基板上に形成した蒸Ｊ Ａ ｇ
の模式図、第２図の（ｂ）は蒸着Ａｇ上に形成した蒸着
Ｂｉの模式図、第２図の（Ｃ）は（ｂ）を熱処理した後
のＡｇ原子、Ｂｉ原子が規則配列した様子を示す模式図
、第３図は実施例で得られたＢｉ系酸化物超電導薄膜の
抵抗率−温度依存性を示す特性線図、第４図は実施例が
得たＳｉ基板と超電導薄膜のｉ−ｖ特性を示す線図であ
る。 図において、１は成長槽、２はゲートバルブ、３は排気
系、４は半導体基板、５はサセプタ、６はノズル、７は
バルブ、８はソースガス、１ＢはＢｉ又はＴＪのに一セ
ル、１７はＳｒ又はＢａのに一セル、１８はＡｇのＩ（
−セル、１９はＣａのに一セル、２０はＣｕのに一セル
、２１はＲＨＥＥＤ用電子銃、２２は観察用窓、２３は
オージェ分析器、２４〜２８はビームシャッタ、３１は
Ｓｉ基板、３２は蒸着Ａｇ１３３は蒸着１３ｉ、３４は
Ａｇ原子、３５はＢｉ原子であ（、、／） 害基ト鉢 手続補正書（自発） １、事件の表示 特願平１−１４５０６６号 ２、発明の名称 酸化物超電導体・半導体接合の形成方法３、補正をする
者 事件との関係 住所 名称 ４、代理人 住所
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ビスマス又はタリウムを含有する酸化物超電導体と半
導体との酸化物超電導体・半導体接合の形成方法におい
て、 前記半導体の表面に銀を蒸着して少くとも３原子層に相
当する銀の原子層を形成し、 前記銀の原子層の上に前記ビスマス又はタリウムを蒸着
して少くとも３原子層に相当する前記ビスマス又はタリ
ウムの原子層を形成し、 前記銀及びビスマスの各原子層が形成する二重原子層あ
るいは銀及びタリウムの各原子層が形成する二重原子層
の熱処理を行って前記半導体の表面に前記銀及びビスマ
スあるいは銀及びタリウムの原子が規則配列した分子層
を形成し、 前記分子層上に前記酸化物超電導体を所定の厚さに形成
する ことを特徴とする酸化物超電導体・半導体接合の形成方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1145066A JP2525050B2 (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 酸化物超電導体・半導体接合の形成方法 |
| EP90306181A EP0402128B1 (en) | 1989-06-09 | 1990-06-07 | Method of forming an oxide superconductor/semiconductor junction |
| DE69018877T DE69018877T2 (de) | 1989-06-09 | 1990-06-07 | Methode zur Herstellung eines oxydischen Supraleiter/Halbleiter-Überganges. |
| US07/815,562 US5252548A (en) | 1989-06-09 | 1991-12-26 | Method of forming an oxide superconductor/semiconductor junction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1145066A JP2525050B2 (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 酸化物超電導体・半導体接合の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0311772A true JPH0311772A (ja) | 1991-01-21 |
| JP2525050B2 JP2525050B2 (ja) | 1996-08-14 |
Family
ID=15376593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1145066A Expired - Fee Related JP2525050B2 (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 酸化物超電導体・半導体接合の形成方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0402128B1 (ja) |
| JP (1) | JP2525050B2 (ja) |
| DE (1) | DE69018877T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04365383A (ja) * | 1991-06-13 | 1992-12-17 | Oki Electric Ind Co Ltd | 酸化物超電導体を半導体上に形成する方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3850632T2 (de) * | 1987-10-27 | 1994-12-08 | Toshiba Kawasaki Kk | Supraleiterelement und Verfahren zu seiner Herstellung. |
-
1989
- 1989-06-09 JP JP1145066A patent/JP2525050B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-06-07 EP EP90306181A patent/EP0402128B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-06-07 DE DE69018877T patent/DE69018877T2/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04365383A (ja) * | 1991-06-13 | 1992-12-17 | Oki Electric Ind Co Ltd | 酸化物超電導体を半導体上に形成する方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69018877T2 (de) | 1995-11-23 |
| EP0402128A3 (en) | 1991-05-02 |
| JP2525050B2 (ja) | 1996-08-14 |
| DE69018877D1 (de) | 1995-06-01 |
| EP0402128A2 (en) | 1990-12-12 |
| EP0402128B1 (en) | 1995-04-26 |
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