JPH03224278A - Substrate with composite-oxide superconducting thin film layer and manufacture thereof - Google Patents

Substrate with composite-oxide superconducting thin film layer and manufacture thereof

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JPH03224278A
JPH03224278A JP2174256A JP17425690A JPH03224278A JP H03224278 A JPH03224278 A JP H03224278A JP 2174256 A JP2174256 A JP 2174256A JP 17425690 A JP17425690 A JP 17425690A JP H03224278 A JPH03224278 A JP H03224278A
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JP
Japan
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thin film
substrate
composite oxide
superconducting thin
layer
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JP2174256A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenjiro Higaki
賢次郎 桧垣
Keizo Harada
敬三 原田
Takashi Matsuura
尚 松浦
Hitoshi Oyama
仁 尾山
Hideo Itozaki
糸崎 秀夫
Shuji Yatsu
矢津 修示
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve the surface smoothness of the title substrate by forming a composite-oxide super-conducting thin film layer on an intermediate layer containing a specific oxide. CONSTITUTION:An intermediate layer containing at least one or more thin films of an oxide including copper is formed on a single-crystal substrate. A composite-oxide superconducting thin film is formed on the intermediate layer which is good in lattice matching with the oxide super-conducting thin films. Therefore, the critical current density can be increased significantly due to the improved surface smoothness of the substrate by super--conducting thin film which is epitaxially grown to a good state and, at the same time, the influence of the material used for the substrate to the super-conducting layer when the material is thermally diffused is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、複合酸化物起電導薄膜層を有する基板に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a substrate having a composite oxide electrically conductive thin film layer.

特に、本発明は、下地基板上に独自の構造で複合酸化物
薄膜を備え、良好な超電導特性を安定して発揮する新規
な複合酸化物超電導基板の構成とその作製方法に関する
In particular, the present invention relates to the structure and method of manufacturing a novel composite oxide superconducting substrate that has a composite oxide thin film with a unique structure on a base substrate and stably exhibits good superconducting properties.

従来の技術 電子の相転移であるといわれる超電導現象は、長い間、
液体ヘリウムによる冷却を必要とする極低温下において
のみ観測される現象であるとされていた。しかし、19
86年にベドノーツ、ミューラ−によって30にで超電
導状態を示す(La、 Ba) 2Cub。
Conventional technologyThe superconducting phenomenon, which is said to be a phase transition of electrons, has been known for a long time.
It was thought that this phenomenon could only be observed at extremely low temperatures requiring cooling with liquid helium. However, 19
In 1986, Bednotes and Muller showed a superconducting state at 30 (La, Ba) 2Cub.

が発見され、1987年には、チュー達によって臨界温
度が90に台のYBa2Cu:+ oyが発見され、1
988年には前田達によって100 K以上の臨界温度
を示すBi系複合酸化物の超電導材料が発見された。こ
れらの複合酸化物系超電導材料は廉価な液体窒素によっ
て超電導現象を実現することができるため、超電導技術
の実用化が期待されている。
was discovered, and in 1987, Chu et al. discovered YBa2Cu:+oy with a critical temperature in the 90s.
In 1988, Maeda et al. discovered a Bi-based composite oxide superconducting material that exhibited a critical temperature of 100 K or higher. These composite oxide-based superconducting materials can achieve superconductivity using inexpensive liquid nitrogen, and are therefore expected to put superconducting technology into practical use.

これらの複合酸化物系高温超電導材料は、当初粉末冶金
法により焼結体として得られていたが、焼結体では特に
臨界電流密度の低いものしか得られないため、各種蒸着
法等により薄膜として成膜する方法が広く研究されてい
る。
These composite oxide-based high-temperature superconducting materials were initially obtained as sintered bodies using powder metallurgy, but since sintered bodies can only have particularly low critical current densities, they have been produced as thin films using various vapor deposition methods. Methods for film formation have been widely studied.

一般に、複合酸化物系超電導薄膜は、SrT+03、M
gO等の単結晶基板上に真空蒸着法、スパッタリング法
、イオンブレーティング、MBE法等の各種物理蒸着法
およびMO−CVD法に代表される化学的蒸着法によっ
て成膜される。
Generally, composite oxide-based superconducting thin films are SrT+03, M
A film is formed on a single crystal substrate such as gO by various physical vapor deposition methods such as vacuum evaporation, sputtering, ion blating, and MBE, and chemical vapor deposition such as MO-CVD.

複合酸化物超電導材料を薄膜に成膜することによって、
臨界電流密度は大幅に向上したが、現在までに得られて
いる超電導薄膜は微視的には膜質が均一ではなく、また
臨界電流密度も低いため、実際に電子回路素子等を作製
するのは困難である。
By forming a thin film of composite oxide superconducting material,
Although the critical current density has been significantly improved, the superconducting thin films obtained to date are not microscopically uniform in film quality and the critical current density is low, so it is difficult to actually fabricate electronic circuit elements. Have difficulty.

従って、複合酸化物超電導薄膜を各種のデバイスの作製
に実際に利用するためには、臨界電流密度をさらに大き
くするだけでなく、大面積の基板上に均一な膜質の超電
導薄膜、好ましくは単結晶の超電導薄膜を成膜する必要
がある。
Therefore, in order to actually utilize composite oxide superconducting thin films in the production of various devices, it is necessary not only to further increase the critical current density, but also to provide a superconducting thin film with uniform film quality on a large area substrate, preferably a single crystal. It is necessary to deposit a superconducting thin film.

MgO,5rTiG3等の酸化物単結晶基板上に成膜し
た複合酸化物Mi電導薄膜の特性が優れたものとなる理
由としては、下記の理由が考えられる;第一に、基板上
に複合酸化物超電導薄膜を直接形成した場合には、基板
の構成元素が酸化物超電導体中に拡散して超電導薄膜の
特性が低下し易いが、MgO1SrTi03等の単結晶
はその場合でも悪影響が少ない。
The following are possible reasons why the properties of the composite oxide Mi conductive thin film formed on a single crystal substrate of an oxide such as MgO or 5rTiG3 are excellent; When a superconducting thin film is directly formed, the constituent elements of the substrate are likely to diffuse into the oxide superconductor and the properties of the superconducting thin film are likely to deteriorate, but single crystals such as MgO1SrTi03 have little adverse effect even in this case.

第二に、MgO1SrTi03等の単結晶の特定な面上
に堆積させた複合酸化物超電導体は、配向性を有する多
結晶または単結晶になり易い。すなわち、MgO1Sr
TiO+等の単結晶基板を用いると複合酸化物超電導薄
膜を所謂エピタキシャル成長をさせ易い。従って、得ら
れる超電導薄膜は超電導特性に優れた単結晶または非常
に結晶方向が揃った多結晶で構成される。また、複合酸
化物超電導体の超電導特性には異方性があるが、この異
方性の制御も行なえる。
Second, a composite oxide superconductor deposited on a specific surface of a single crystal such as MgO1SrTi03 tends to become an oriented polycrystal or single crystal. That is, MgO1Sr
When a single crystal substrate such as TiO+ is used, it is easy to grow a composite oxide superconducting thin film by so-called epitaxial growth. Therefore, the obtained superconducting thin film is composed of a single crystal with excellent superconducting properties or a polycrystal with very uniform crystal orientation. Furthermore, although the superconducting properties of composite oxide superconductors have anisotropy, this anisotropy can also be controlled.

しかし、従来の方法で酸化物単結晶基板上に成膜した複
合酸化物超電導薄膜は、基板表面の凹凸の影響や、基板
を構成する材料の結晶と酸化物超電導体結晶との格子定
数とのミスマツチのために、表面が平滑にならず、デバ
イス等への応用には不都合であった。酸化物超電導薄膜
の表面が、平滑にならない理由としては以下の理由が考
えられる:■ 酸化物単結晶基板の表面は原子レベルで
は平滑ではない。表面をポリッシングすることによっで
ある程度平滑にはなるが、電子線回折(RHEED )
で観察すると、表面の平滑性を示すストリークパターン
は得られ難く、スボッティなパターンのものにしかなら
ない。
However, composite oxide superconducting thin films formed on oxide single-crystal substrates using conventional methods are susceptible to the effects of unevenness on the substrate surface and the lattice constant between the crystals of the material composing the substrate and the oxide superconductor crystals. Due to the mismatch, the surface was not smooth, which was inconvenient for application to devices and the like. Possible reasons why the surface of an oxide superconducting thin film is not smooth are as follows: ■ The surface of an oxide single crystal substrate is not smooth at the atomic level. Polishing the surface makes it smooth to some extent, but electron diffraction (RHEED)
When observed, it is difficult to obtain a streak pattern indicating surface smoothness, and only a smooth pattern is obtained.

■ 酸化物超電導体と酸化物単結晶基板との格子定数が
異なっているため、成長初期には膜応力によって吸収さ
れていた凹凸が、膜厚が厚くなるに従って膜応力に耐え
られなくなり、表面に凹凸を生じる。
■ Because the lattice constants of the oxide superconductor and the oxide single crystal substrate are different, the unevenness that was absorbed by the film stress at the early stage of growth becomes unable to withstand the film stress as the film thickness increases, and the surface Causes unevenness.

さらに、従来の各種の蒸着法によって成膜した複合酸化
物超電導薄膜はアズ デボでの超電導特性が悪いため、
優れた超電導特性を実現するためには成膜後に複合酸化
物薄膜をボストアニール処理することが必要であった。
Furthermore, since composite oxide superconducting thin films formed by various conventional vapor deposition methods have poor superconducting properties in as-devo,
In order to achieve excellent superconducting properties, it was necessary to subject the composite oxide thin film to a boss annealing process after film formation.

しかし、ボストアニール処理時によって基板材料が薄膜
中に拡散するために、基板近傍の領域では薄膜の品質が
大幅に低下することが知られている。
However, it is known that the substrate material diffuses into the thin film during the boss annealing process, resulting in a significant decrease in the quality of the thin film in the region near the substrate.

米国特許第4.837.609号には、複合酸化物超電
導材料とシリコン単結晶との間にW、 Mo、 Taを
介在させることを提案している。
US Pat. No. 4,837,609 proposes interposing W, Mo, and Ta between a composite oxide superconducting material and a silicon single crystal.

また、特開昭63−239.840号公報には金属銅基
板を酸化させてCuO層を形成し、このCuO層上に複
合酸化物超電導材料を蒸着させることを提案している。
Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 63-239.840 proposes oxidizing a metal copper substrate to form a CuO layer, and depositing a composite oxide superconducting material on this CuO layer.

発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決して、表
面が平滑な優れた特性の超電導薄膜層を有する基板と、
その作製手法とを提供することにある。
Problems to be Solved by the Invention An object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above, and to provide a substrate having a superconducting thin film layer with a smooth surface and excellent characteristics;
The object of the present invention is to provide a method for producing the same.

課題を解決するための手段 本発明の提供する複合酸化物超電導薄膜層を有する基板
は、基板と、この基板上に形成された中間層と、この中
間層上に形成された複合酸化物超電導薄膜層とによって
構成される複合酸化物超電導薄膜層を有する基板におい
て、上記中間層が銅を含む酸化物の薄膜を少なくとも一
層含んでいろことを特徴としている。
Means for Solving the Problems The present invention provides a substrate having a composite oxide superconducting thin film layer, which comprises a substrate, an intermediate layer formed on the substrate, and a composite oxide superconducting thin film formed on the intermediate layer. A substrate having a composite oxide superconducting thin film layer constituted by a composite oxide superconducting thin film layer is characterized in that the intermediate layer includes at least one thin film of an oxide containing copper.

上記基板は酸化物単結晶基板であるのが好ましく、特に
、MgO1SrTiQ3またはYSZの酸化物単結晶基
板が好ましい。
The substrate is preferably an oxide single crystal substrate, particularly an oxide single crystal substrate of MgO1SrTiQ3 or YSZ.

本発明で用いられる上記複合酸化物超電導薄膜は公知の
任意の複合酸化物超電導材料によって構成することがで
きる。既に公知の複合酸化物超電導材料としては下記の
ものを挙げることができる。
The composite oxide superconducting thin film used in the present invention can be made of any known composite oxide superconducting material. The following can be mentioned as already known composite oxide superconducting materials.

(1)   Bit (Sr、−、、CaX)m Cu
、 o、+。
(1) Bit (Sr,-,,CaX)mCu
, o, +.

(ここで、x、m、n、pおよびyは下記範囲の数であ
る: 6≦m≦10.4≦n≦8、p=6+m+n。
(Here, x, m, n, p and y are numbers in the following range: 6≦m≦10.4≦n≦8, p=6+m+n.

Q<x<l、−2≦y≦2) (2)         Ln、  Ba2  Cu3
  Ch−z(ここで、Lnはla、 NdXSm、 
Eu、 Gd、 DyXHQ%Y1ε「、Tm5Ybお
よびLuからなる群がら選択される少なくとも1種の元
素を表し、Zは、式:0≦Z<lを満たす数である) (3)    (La+−x (2% Lcuo4−y
(ここで、αはSrまたはBaを表し、Xおよびyがo
≦x<l、0≦y<1を満たす数である)本発明は特に
、(1)のBi系複合酸化物超電導薄膜を有する基板に
特に適している。
Q<x<l, -2≦y≦2) (2) Ln, Ba2 Cu3
Ch-z (where Ln is la, NdXSm,
represents at least one element selected from the group consisting of Eu, Gd, DyXHQ%Y1ε, Tm5Yb and Lu, Z is a number satisfying the formula: 0≦Z<l) (3) (La+-x ( 2% Lcuo4-y
(Here, α represents Sr or Ba, and X and y are o
≦x<l, 0≦y<1) The present invention is particularly suitable for the substrate having a Bi-based composite oxide superconducting thin film (1).

本発明の特徴は、中間層が銅を含む酸化物の薄膜を少な
くとも一層含んでいる点にある。
A feature of the present invention is that the intermediate layer includes at least one thin film of an oxide containing copper.

この銅を含む酸化物の中間層としては下記のものを挙げ
ることができる: (i)   ペロブスカイト型または層状ペロブスカイ
ト型の結晶構造を有する銅の酸化物または銅の複合酸化
物。
Examples of the intermediate layer of this copper-containing oxide include the following: (i) A copper oxide or a copper composite oxide having a perovskite-type or layered perovskite-type crystal structure.

具体的には、下記の式で表され複合酸化物を挙げること
ができる: ■  Ln+ Ba、 Cu307−2(ここて、Ln
はLa、 Ce、、Pr、 Nd、 Sm、 Eu。
Specifically, composite oxides represented by the following formula can be mentioned: ■ Ln+ Ba, Cu307-2 (here, Ln
are La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu.

Gd5TbSDy、 llo、 YSEr、 TmXY
bおよびLuからなる群から選択される少なくとも1種
の元素を表し、Zは、式;0≦z<lを満たす数である
) ■     (La+−x  αH)zcuO<−。
Gd5TbSDy, llo, YSEr, TmXY
(La+-x αH)zcuO<-.

(ここで、αはSrまたは8aを表し、Xおよびyは0
≦x<l、O≦y<1をz高たす数である) (ii)  Cuの層(基板側)とCuOの層(複合酸
化物超電導薄膜側)との2層膜 本発明の複合酸化物超電導薄膜層を有する基板は、通常
の薄膜形成手段を用いて製造することができる。すなわ
ち、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンブレーティ
ング、MBE法等の各種物理蒸着法およびMO−CVD
法等の化学的蒸着法を用いて、蒸発源から所定の元素ま
たは分子を蒸発させ、蒸発した元素・分子を5rTi0
3、MgO等の単結晶基板上に堆積させることによって
中間層と複合酸化物超電導薄膜層を成膜することができ
る。
(Here, α represents Sr or 8a, and X and y are 0
≦x<l, O≦y<1 is the number that increases z) (ii) Composite of the present invention, a two-layer film of a Cu layer (on the substrate side) and a CuO layer (on the composite oxide superconducting thin film side) A substrate having an oxide superconducting thin film layer can be manufactured using normal thin film forming means. That is, various physical vapor deposition methods such as vacuum evaporation method, sputtering method, ion blating method, MBE method, and MO-CVD
A predetermined element or molecule is evaporated from an evaporation source using a chemical vapor deposition method such as 5rTi0
3. An intermediate layer and a composite oxide superconducting thin film layer can be formed by depositing on a single crystal substrate such as MgO.

第1の実施態様 本発明の第1の実施態様では、基板上に形成される中間
層として、ペロブスカイト型または層状ペロブスカイト
型の結晶構造を有するCu酸化物またはCuを含む複合
酸化物が選択される。
First Embodiment In the first embodiment of the present invention, a Cu oxide or a composite oxide containing Cu having a perovskite or layered perovskite crystal structure is selected as the intermediate layer formed on the substrate. .

この第1の実施態様が最も有効に発揮される複合酸化物
超電導薄膜は下記の式で表されるBl系の複合酸化物系
超電導材料で構成された薄膜である=B14(Sr+−
11、Ca x)a CuhOp+y(ここで、m、n
、p、xおよびyは下記範囲の数である: 6≦m≦10、 4≦n≦8、 p=6+m+n。
The composite oxide superconducting thin film in which this first embodiment is most effectively exhibited is a thin film composed of a Bl-based composite oxide superconducting material expressed by the following formula:=B14(Sr+-
11, Ca x) a CuhOp+y (where m, n
, p, x and y are numbers in the following ranges: 6≦m≦10, 4≦n≦8, p=6+m+n.

0<x<L   −2≦y≦2) 特に好ましい組成としては下記の範囲を挙げることがで
きる (a)7≦m≦9.5≦n≦7.0.4  <x<Q、
5(b)6≦m≦7.4≦n≦5.0.2 <x<0.
4(C)9≦m≦10.7≦n≦8.0.5<X<0.
7また、この場合の中間層としては下記の式■または■
で表される複合酸化物が好ましい:■   LnlBa
2Cu3 Ch−z(ここで、LnはLa、 CeXP
r、 Nd、 Sm5Bu、 Gd。
0<x<L -2≦y≦2) Particularly preferable compositions include the following ranges (a) 7≦m≦9.5≦n≦7.0.4 <x<Q,
5(b) 6≦m≦7.4≦n≦5.0.2 <x<0.
4(C)9≦m≦10.7≦n≦8.0.5<X<0.
7 In addition, the middle layer in this case is the following formula ■ or ■
A complex oxide represented by: ■ LnlBa
2Cu3 Ch-z (where Ln is La, CeXP
r, Nd, Sm5Bu, Gd.

Tb5Dy、 Ha、 YXEr、 Tm、 Ybおよ
びLuからなる群から選択される少なくとも1種の元素
を表し、2は0≦z<lを満たす数)■  (La、−
、α、)2CuOs−y(ここで、αはSrまたはBa
を表し、Xおよびyは下記の範囲の数を表す: 0≦X<l、0≦y<1) この特殊例の場合には、下記のような利点がある。すな
わち、従来、Bi −3r −Ca−Cu系の複合酸化
物超電導薄膜を作製する場合にはMgO単結晶基板の[
100]面上に、スパッタリング法、真空蒸着法、MO
−CVD法等により成膜していたが、MgOとBi −
3r −Ca−Cu系複合酸化物とは格子整合性が低く
、特に異方性の強いBl系複合酸化物をエピタキシャル
成長させることはできず、また、低臨界温度相の形成を
防止することができなかった。
Represents at least one element selected from the group consisting of Tb5Dy, Ha, YXEr, Tm, Yb and Lu, 2 is a number satisfying 0≦z<l)■ (La, -
, α, )2CuOs-y (where α is Sr or Ba
, and X and y represent numbers in the following ranges: 0≦X<l, 0≦y<1) This special case has the following advantages. That is, conventionally, when producing a Bi-3r-Ca-Cu-based composite oxide superconducting thin film, [
100] surface, sputtering method, vacuum evaporation method, MO
- Films were formed by CVD method etc., but MgO and Bi -
It has a low lattice matching with the 3r-Ca-Cu-based composite oxide, and it is not possible to epitaxially grow the Bl-based composite oxide, which has particularly strong anisotropy, and the formation of a low critical temperature phase cannot be prevented. There wasn't.

これに対して、本発明によるに複合酸化物超電導薄膜層
を有する基板では、基板上に、ペロブスカイト型または
層状ペロブスカイト型の結晶構造を有する中間層を形成
することによって酸化物超電導薄膜層を形成する際の成
膜面となる表面に、Bii複合酸化物と結晶整合性の高
いCu原子と0原子からなるCu−0格子面を形成する
。この中間層上にBii複合酸化物薄膜を形成すること
によってB1系複合酸化物のエピタキシャル成長を促進
させる。その結果、超電導薄膜の臨界電流密度を向上さ
せることができる。
On the other hand, in the substrate having a composite oxide superconducting thin film layer according to the present invention, the oxide superconducting thin film layer is formed by forming an intermediate layer having a perovskite type or layered perovskite type crystal structure on the substrate. A Cu-0 lattice plane consisting of Cu atoms and zero atoms having high crystal consistency with the Bii composite oxide is formed on the surface that will be the actual film forming surface. By forming a Bii composite oxide thin film on this intermediate layer, epitaxial growth of the B1-based composite oxide is promoted. As a result, the critical current density of the superconducting thin film can be improved.

基板としてはMgO1SrTi03YSZの単結晶基板
を用いるのが好ましい。
It is preferable to use a single crystal substrate of MgO1SrTi03YSZ as the substrate.

中間層として用いる上記(1)または(2)の複合酸化
物はそれ自体超電導材料となり得るものであるが、この
実施態様では基板とB!系複合酸化物との何れにも格子
整合性が優れた中間層材料として使用する。すなわち、
この中間層〔1)または(2)はMgOや5rT10.
の単結晶基板上で容易にエピタキシャル成長してペロブ
スカイト型または層状ペロブスカイト型結晶を形成する
。このペロブスカイト型または層状ペロブスカイト型結
晶は、超電導現象に寄与する独特のCu−0面構造を含
んでいると共に、B1系複合酸化物超電導体において超
電導現象に寄与するCu−0面と類似した構造を有し、
しかも、このCu−0面とBii酸化物超電導体のCu
O面とは格子整合性が非常に良い。従って、この複合酸
化物中間層(1)または(2)の上ではBi系超超電導
薄膜エピタキシャルに成長し、得られた超電導薄膜の臨
界電流密度が向上する。
The composite oxide (1) or (2) used as the intermediate layer can itself be a superconducting material, but in this embodiment, the substrate and B! It is used as an intermediate layer material with excellent lattice matching with any type of composite oxide. That is,
This intermediate layer [1) or (2) is made of MgO or 5rT10.
can be easily epitaxially grown on single crystal substrates to form perovskite or layered perovskite crystals. This perovskite-type or layered perovskite-type crystal contains a unique Cu-0 plane structure that contributes to superconducting phenomena, and also has a structure similar to the Cu-0 plane that contributes to superconducting phenomena in B1-based composite oxide superconductors. have,
Moreover, this Cu-0 plane and the Cu of Bii oxide superconductor
It has very good lattice matching with the O-plane. Therefore, a Bi-based superconducting thin film is epitaxially grown on this composite oxide intermediate layer (1) or (2), and the critical current density of the obtained superconducting thin film is improved.

上記中間層と複合酸化物超電導薄膜層は、スパッタリン
グ法、真空蒸着法、MO−CVD法等の公知の任意の成
膜法で成膜することができる。また、MBE法やVPE
法等によって基板上に単原子層を順次積層して、中間層
と複合酸化物超電導薄膜層との界面が、主にCu原子と
0原子とによって形成することもできる。
The intermediate layer and the composite oxide superconducting thin film layer can be formed by any known film forming method such as a sputtering method, a vacuum evaporation method, an MO-CVD method, or the like. In addition, MBE method and VPE
Alternatively, the interface between the intermediate layer and the composite oxide superconducting thin film layer can be formed mainly of Cu atoms and zero atoms by sequentially stacking monoatomic layers on a substrate by a method or the like.

この第1の実施態様の他の特殊な実施例は、基板上にY
BCO薄膜を形成する場合である。この場合には中間層
をLaとCuの複合酸化物薄膜にするのが好ましい。
Another special embodiment of this first embodiment is to
This is the case when forming a BCO thin film. In this case, it is preferable that the intermediate layer be a composite oxide thin film of La and Cu.

すなわち、代表的な複合酸化物超電導材料である YB
a2Cu:+Oy  (以下、YBCOという)を同じ
く代表的な基板材料であるMgO単結晶基板上に成膜す
る場合について考えると、MgOとYBCOとの格子の
不整合は9.2%もある。また、YBCOの結晶成長は
専らYBCO自体に結晶化し易い構造があることに依存
していると考えられる。しかし、ボストアニール処理に
よって基板材料が超電導薄膜側に拡散すると、YBCO
は最早超電導現象に有効な構造を維持することができな
くなる。
In other words, YB, a typical composite oxide superconducting material
Considering the case where a2Cu:+Oy (hereinafter referred to as YBCO) is formed on an MgO single crystal substrate, which is also a typical substrate material, the lattice mismatch between MgO and YBCO is as much as 9.2%. Further, it is considered that the crystal growth of YBCO depends exclusively on the fact that YBCO itself has a structure that is easy to crystallize. However, when the substrate material diffuses to the superconducting thin film side by Bost annealing, YBCO
can no longer maintain a structure effective for superconducting phenomena.

また、結晶性の良いYBCO薄膜を作製する成膜条件は
極めて狭い特定の条件に限定されている。
Further, the film forming conditions for producing a YBCO thin film with good crystallinity are limited to extremely narrow and specific conditions.

これに対して本発明の複合酸化物超電導薄膜を有する基
板では、基板上にLaとCuの複合酸化物薄膜La−C
u−0を形成し、このLa−Cu−0複合酸化物薄膜上
に超電導薄膜を形成する。このLa−Cu −o1合酸
化物薄膜は極めて結晶性が良(、La −CuOとYB
COとの格子の不整合は2.1層程度で、MgOとYB
COとの間の格子不整合度合いより小さいので、YBC
O薄膜は非常に結晶化し易くなり、MgO基板上でCu
−0面を含むペロブスカイト構造を確実に形成する。ま
た、LaはYと同じランタノイド元素であり、互いに同
じCu−0面を有することから、t、a−cu−o複合
酸化物とYBCOとの界面において相互に拡散が生じて
も超電導特性に及ぼす影響は非常に小さくなる。
On the other hand, in the substrate having a composite oxide superconducting thin film of the present invention, a composite oxide thin film of La and Cu (La-C) is formed on the substrate.
u-0 is formed, and a superconducting thin film is formed on this La-Cu-0 composite oxide thin film. This La-Cu-o1 composite oxide thin film has extremely good crystallinity (La-CuO and YB
The lattice mismatch with CO is about 2.1 layers, and MgO and YB
Since the degree of lattice mismatch with CO is smaller, YBC
The O thin film becomes very easy to crystallize, and Cu on the MgO substrate
To reliably form a perovskite structure including the −0 plane. Furthermore, since La is a lanthanide element like Y and has the same Cu-0 plane, even if mutual diffusion occurs at the interface between the t, a-cu-o composite oxide and YBCO, it will not affect the superconducting properties. The impact will be very small.

従って、極めて結晶性の良いYBCO薄膜を容易に作製
することができ、しかも、薄膜内で実質的に超電導化す
る部分の厚さが増加するので、利用可能な電流密度の絶
対中を増加することができる。
Therefore, it is possible to easily produce a YBCO thin film with extremely good crystallinity, and since the thickness of the part of the thin film that becomes substantially superconducting increases, the absolute value of the usable current density can be increased. I can do it.

La−Cu−0複合酸化物が所期の結晶構造を形成し且
つ基板材料の拡散を有効に阻止するためにはLa−Cu
−0複合酸化物の膜厚は100Å以上にするのが好まし
い。
In order for the La-Cu-0 composite oxide to form the desired crystal structure and effectively prevent diffusion of the substrate material, the La-Cu-0
The film thickness of the -0 composite oxide is preferably 100 Å or more.

第2の実施態様 本発明の第2の実施態様では、基板と複合酸化物超電導
薄膜との間に、Cu層とCuO層の2層の中間層すなわ
ちバッファ層(以下、Cu/CuOバッファ層またはC
u層[’uO薄膜という)を形成する。この場合、基板
側にCu層を形成し、このCu層の上にCuO層を形成
し、このCuO層の上に複合酸化物超電導薄膜を形成す
る。
Second Embodiment In the second embodiment of the present invention, an intermediate layer consisting of a Cu layer and a CuO layer, that is, a buffer layer (hereinafter referred to as a Cu/CuO buffer layer) is provided between the substrate and the composite oxide superconducting thin film. C
A u layer (referred to as 'uO thin film) is formed. In this case, a Cu layer is formed on the substrate side, a CuO layer is formed on this Cu layer, and a composite oxide superconducting thin film is formed on this CuO layer.

この第2の実施態様では、Cu薄膜およびCu○薄膜は
ともに単結晶であることが好ましく、また、複合酸化物
超電導薄膜も単結晶であることが好ましい。
In this second embodiment, both the Cu thin film and the Cu◯ thin film are preferably single crystal, and the composite oxide superconducting thin film is also preferably single crystal.

上記Cu/[:uoバッファ層は、酸化物単結晶基板の
表面凹凸を吸収し、複合酸化物超電導薄膜と基板との間
のの結晶格子定数の差を吸収するので、この第2の実施
態様によって得られた複合酸化物超電導薄膜は表面が平
滑になり、高品質となる。
The Cu/[:uo buffer layer absorbs the surface irregularities of the oxide single crystal substrate and absorbs the difference in crystal lattice constant between the composite oxide superconducting thin film and the substrate, so this second embodiment The composite oxide superconducting thin film obtained by this method has a smooth surface and high quality.

この第2の実施態様は、結晶中にCu−0面を有する公
知の任意の複合酸化物超電導体に適用可能であり、その
例としては下記の系を挙げることができる La−3r−Cu−〇系、 Y−Ba−Cu−0系、 B+ −3r −Ca−Cu −0系、TI −Ba 
−Ca −Cu−0系 この第2の実施態様を適用した場合に特に効果が大きい
のは、Bi −3r−Ca−Cu−0系、Bi −Pb
Sr−Ca−Cu−0系の複合酸化物、例えば下記のも
のである: 814 (Sr l−X 、 C’l x) a Cu
n0p−y(ここで、m% nS0% Xおよびyは下
記範囲の数である: 6層m≦10、 4≦n≦8、 p=6+m+n。
This second embodiment is applicable to any known composite oxide superconductor having a Cu-0 plane in its crystal, and examples thereof include the following system: La-3r-Cu- 〇 system, Y-Ba-Cu-0 system, B+ -3r -Ca-Cu-0 system, TI -Ba
-Ca-Cu-0 system Bi-3r-Ca-Cu-0 system, Bi-Pb
Sr-Ca-Cu-0-based complex oxides, such as the following: 814 (Sr l-X , C'l x) a Cu
n0p-y (where m% nS0% X and y are numbers in the following ranges: 6 layers m≦10, 4≦n≦8, p=6+m+n.

Q<x<1、 −2≦y≦2) 特に好ましい組成としては下記の範囲を挙げることがで
きる: (a)7層m≦9.5≦n≦7.0.4  < x <
0.6(b)6層m≦7.4≦n≦5.0.2<X<領
4(c)9層m≦1O17≦n≦8.0.5  < x
 <0.7基板は、Cu/CuOバッファ層および/ま
たは複合酸化物超電導薄膜をエピタキシャル成長させ易
いという理由で、MgO1SrTiO3、YSZ等の酸
化物単結晶基板が好ましく、これらの基板の(100)
面および(110)面を成膜面として用いるのが好まし
い。
Q<x<1, -2≦y≦2) Particularly preferable compositions include the following range: (a) 7 layers m≦9.5≦n≦7.0.4 <x<
0.6 (b) 6 layers m≦7.4≦n≦5.0.2<X<Region 4 (c) 9 layers m≦1O17≦n≦8.0.5 < x
<0.7 The substrate is preferably an oxide single crystal substrate such as MgO1SrTiO3 or YSZ because it is easy to epitaxially grow a Cu/CuO buffer layer and/or a composite oxide superconducting thin film.
It is preferable to use the plane and the (110) plane as the film-forming plane.

バッファ層であるCu/CuO薄膜は単結晶であるのが
好ましい。
The Cu/CuO thin film serving as the buffer layer is preferably single crystal.

Cu/CuO薄膜をバッファ層として用いた場合の利点
としては以下の点を挙げることができる:(1)  C
uOは複合酸化物超電導薄膜と非常に格子整合が良<、
CuO薄膜上で複合酸化物超電導体は容易にエピタキシ
ャル成長する。また、複合酸化物超電導薄膜は、結晶中
のCu−0面が超電導特性に大きく関与しているが、C
uO上に成長させた複合酸化物超電導薄膜はCuO結晶
の構造を結晶中のCu−0面が反映し、好ましい方向の
層状結晶となり易い。
The advantages of using a Cu/CuO thin film as a buffer layer include the following: (1) C
uO has a very good lattice match with composite oxide superconducting thin films.
Complex oxide superconductors are easily epitaxially grown on CuO thin films. In addition, in complex oxide superconducting thin films, the Cu-0 plane in the crystal is greatly involved in superconducting properties, but C
In a composite oxide superconducting thin film grown on uO, the Cu-0 plane in the crystal reflects the structure of the CuO crystal, and it tends to become a layered crystal in a preferable direction.

(2)特にBi系複合酸化物超電導薄膜は層状構造を持
つことが特徴であり、B1−0層間での元素の拡散は小
さいことが知られている。このた妙Cu/CuOバッフ
ァ層上に、81系複合酸化物超電導体薄膜を形成しても
、バッファ層のCu/CuOは、超電導体中に拡散せず
、ストイキオメトリをくずすようなことがない。
(2) In particular, Bi-based composite oxide superconducting thin films are characterized by having a layered structure, and it is known that the diffusion of elements between the B1-0 layers is small. Even if an 81-series complex oxide superconductor thin film is formed on this Cu/CuO buffer layer, the Cu/CuO in the buffer layer will not diffuse into the superconductor and will not disrupt the stoichiometry. do not have.

(3)  Cu薄膜は単結晶基板上に容易にエピタキシ
ャル成長し、RHEEDで観察した場合、ストリークパ
ターンが得られるような表面平滑性を有している。また
、CuOはこのCu薄膜上に容易にエピタキシャル成長
し、同様な表面平滑性を有している。
(3) A Cu thin film easily grows epitaxially on a single crystal substrate, and has a surface smoothness such that a streak pattern is obtained when observed by RHEED. Further, CuO easily grows epitaxially on this Cu thin film and has similar surface smoothness.

上記のCu/CuOバッファ層の膜厚は、Cu薄膜、C
uO薄膜ともに10Å以上1000Å以下であることが
好ましく、特に10Å以上100Å以下であることが好
ましい。これは、各膜厚が10人未満では、その効果が
十分ではなく、各膜厚が1000人超えるとそれぞれの
薄膜の結晶性が乱れてくるため、却って超電導薄膜に悪
影響を与えるからであする。各膜厚が10Å以上100
Å以下の場合にはCu薄膜、CuO薄膜ともに結晶性が
最もよく、より優れた効果が得られる。
The film thickness of the above Cu/CuO buffer layer is Cu thin film, C
The thickness of both uO thin films is preferably 10 Å or more and 1000 Å or less, particularly preferably 10 Å or more and 100 Å or less. This is because if the thickness of each film is less than 10, the effect will not be sufficient, and if the thickness of each film exceeds 1000, the crystallinity of each thin film will be disturbed, which will have a negative effect on the superconducting thin film. . Each film thickness is 10 Å or more 100
When the thickness is Å or less, both the Cu thin film and the CuO thin film have the best crystallinity, and more excellent effects can be obtained.

この第2の実施態様のCu/CuOバッファ層および複
合酸化物超電導薄膜は、MBE (分子線エピタキシ)
法、スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法
、イオンブレーティング法などを用いて形成することが
できる。
The Cu/CuO buffer layer and composite oxide superconducting thin film of this second embodiment are formed by MBE (molecular beam epitaxy).
It can be formed using a method such as a method, a sputtering method, an ion beam sputtering method, an ion blating method, or the like.

以上、本発明を特殊な2つの実施例について説明したが
、本発明はその他の複合酸化物超電導薄膜にも容易に応
用することが可能である。
Although the present invention has been described above with reference to two special embodiments, the present invention can be easily applied to other composite oxide superconducting thin films.

以下、本発明の実施例を示すが、本発明は以下の実施例
に限定されるものではない。
Examples of the present invention will be shown below, but the present invention is not limited to the following examples.

実施例l SrTiO3単結晶基板の(100)面を成膜面として
RFスパッタリング法により、下記の第1表に示した成
膜条件で、基板上にLa −3r−Cu系の複合酸化物
中間層を形成し、その上にBi −3r−Ca−Cu系
の複合酸化物超電導薄膜層を形成した。
Example 1 A La-3r-Cu-based composite oxide intermediate layer was formed on the substrate by RF sputtering using the (100) plane of a SrTiO3 single crystal substrate as the film-forming surface under the film-forming conditions shown in Table 1 below. was formed, and a Bi-3r-Ca-Cu based composite oxide superconducting thin film layer was formed thereon.

また、比較例として、上記の第1表(2)に記載された
条件て、Sr′riOz単結晶基板上に直接超電導薄膜
層を形成した試料を作製した。
In addition, as a comparative example, a sample was prepared in which a superconducting thin film layer was directly formed on a Sr'riOz single crystal substrate under the conditions listed in Table 1 (2) above.

上記のようにして形成した実施例および比較例の試料を
ポストアニールした。すなわち、各試料を02気流中で
3℃/分の昇温速度で890℃まで加熱した後、この温
度を1時間維持した後、3℃/分の降温速度で室温まで
冷却した。
The samples of Examples and Comparative Examples formed as described above were post-annealed. That is, each sample was heated to 890° C. at a heating rate of 3° C./min in an 02 air flow, maintained at this temperature for 1 hour, and then cooled to room temperature at a cooling rate of 3° C./min.

得られた試料の中間層および超電導薄膜層の組成(原子
比)は下記の通りであった: 中間層: La :Sr :Cu  =  1.85 :0.15
 : 1超電導薄膜層 Bi  :Sr:Ca:Cu  =  2:2:2:3
実施例と比較例の各試料について、それぞれ超電導臨界
温度Tcと臨界電流密度Jcとを測定して評価した。結
果は第2表に示しである。
The composition (atomic ratio) of the intermediate layer and superconducting thin film layer of the obtained sample was as follows: Intermediate layer: La:Sr:Cu = 1.85:0.15
: 1 superconducting thin film layer Bi :Sr:Ca:Cu = 2:2:2:3
The superconducting critical temperature Tc and critical current density Jc were measured and evaluated for each sample of the example and the comparative example. The results are shown in Table 2.

第2表 *;試料の電気抵抗が低下し始める温度木本:試料の電
気抵抗が測定できなくなった温度本**ニア7Kにおけ
る臨界電流密度 第2表に示すように、本発明に従って作製された超電導
基板は、他の特性を犠牲にすることなく、極めて高い臨
界電流密度を実現していることが確言忍された。
Table 2*: Temperature at which the electrical resistance of the sample begins to decreaseKimoto: Temperature at which the electrical resistance of the sample can no longer be measured**Critical current density at near 7K As shown in Table 2, the temperature at which the electrical resistance of the sample begins to decrease is as shown in Table 2. It was confirmed that superconducting substrates achieve extremely high critical current densities without sacrificing other properties.

また、各試料の結晶性を電子線回折によって評価したと
ころ、本発明の実施例による試料では、その超電導薄膜
層がエピタキシャル成長していることがfi諜忍された
Further, when the crystallinity of each sample was evaluated by electron beam diffraction, it was revealed that the superconducting thin film layer of the sample according to the example of the present invention was epitaxially grown.

実施例2 Mg0単結晶基板の(100)面を成膜面として、同時
真空蒸着法により、基板上にY −Ba−Cu系の複合
酸化物よりなる中間層を形成し、その上にBi −3r
 −Ca−Cu系の複合酸化物超電導薄膜層を形成した
Example 2 Using the (100) plane of an Mg0 single crystal substrate as the film formation surface, an intermediate layer made of Y-Ba-Cu-based composite oxide was formed on the substrate by simultaneous vacuum evaporation, and Bi- 3r
A -Ca-Cu based composite oxide superconducting thin film layer was formed.

本実施例では、蒸着源して、市販の金属Y5金属B1、
金属Ca、金属CuおよびBaF2 、SrF2を使用
し、BaF2およびSrF2は電子銃を用して、また、
各金属元素はにセルを使用して蒸発させた。
In this example, commercially available metal Y5 metal B1,
Using metal Ca, metal Cu, BaF2, and SrF2, BaF2 and SrF2 were prepared using an electron gun, and
Each metal element was evaporated using a cell.

下記の第3表に成膜条件を示す。The film forming conditions are shown in Table 3 below.

また、比較例として、上記の第3表(2)に記載された
条件で、MgO単結晶基板上に直接超電導薄膜層を形成
した試料を作製した。
In addition, as a comparative example, a sample was prepared in which a superconducting thin film layer was directly formed on an MgO single crystal substrate under the conditions listed in Table 3 (2) above.

上記のようにして形成した実施例および比較例の試料は
ポストアニールした。すなわち、各試料を02気流中で
3℃/分の昇温速度で890℃まで加熱した後、この温
度を1時間維持した後、3℃/分の降温速度で室温まで
冷却した。
The samples of Examples and Comparative Examples formed as described above were post-annealed. That is, each sample was heated to 890° C. at a heating rate of 3° C./min in an 02 air flow, maintained at this temperature for 1 hour, and then cooled to room temperature at a cooling rate of 3° C./min.

得られた試料の中間層および超電導薄膜層の組成(原子
比)は下記の通りであった: 中間層 Y:Ba:Cu   =  1:2:3超電導薄膜層 B+:Sr:Ca:Cu  =  2:2:2:3実施
例と比較例の各試料の超電導臨界温度Tcと臨界電流密
度Jcとを測定して評価した。結果は第4表に示しであ
る。
The compositions (atomic ratio) of the intermediate layer and superconducting thin film layer of the obtained sample were as follows: Intermediate layer Y:Ba:Cu = 1:2:3Superconducting thin film layer B+:Sr:Ca:Cu = 2 :2:2:3 The superconducting critical temperature Tc and critical current density Jc of each sample of Example and Comparative Example were measured and evaluated. The results are shown in Table 4.

第4表 *:試料の電気抵抗が低下し始める温度木本:試料の電
気抵抗が測定できなくなった温度*本*ニア7Kにおけ
る臨界電流密度 第4表に示すように、本発明の複合酸化物超電導薄膜を
有する基板は、極めて高い臨界電流密度を有することが
確3忍された。
Table 4 *: Temperature at which the electrical resistance of the sample begins to decrease Kimoto: Temperature at which the electrical resistance of the sample can no longer be measured * Book * Critical current density at near 7K As shown in Table 4, the composite oxide of the present invention It has been established that substrates with superconducting thin films have extremely high critical current densities.

また、各試料の結晶性を電子線回折によって評価したと
ころ、本発明の実施例による試料では、その超電導薄膜
層がエピタキシャル成長していることが確言忍された。
Further, when the crystallinity of each sample was evaluated by electron beam diffraction, it was confirmed that the superconducting thin film layer of the sample according to the example of the present invention was epitaxially grown.

実施例3 第1図に示すMBE装置を用いて、MgO単結晶基板の
(100)面上に本発明によるBi25r2Ca2Cu
、 O。
Example 3 Bi25r2Ca2Cu according to the present invention was deposited on the (100) plane of an MgO single crystal substrate using the MBE apparatus shown in FIG.
, O.

酸化物超電導薄膜を形成した。An oxide superconducting thin film was formed.

第1図の装置は、内部を高真空に排気可能なチャンバ1
と、内部に収納した蒸発源10の温度を制御して加熱で
き且つシャッタ8により蒸発源10の蒸発量を制御可能
な複数のクヌーセンセル(K−セル)2と、基板5をヒ
ータ4により温度を制御して加熱可能な基板ホルダ3と
、マイクロ波電源7によるマイクロ波放電により励起さ
せた酸素を基板5表面近傍に供給する基板5の近傍に開
口した酸素供給バイブロとを有している。
The device shown in Figure 1 has a chamber 1 that can be evacuated to a high vacuum.
, a plurality of Knudsen cells (K-cells) 2 which can control and heat the temperature of the evaporation source 10 housed therein, and which can control the amount of evaporation of the evaporation source 10 with a shutter 8; The substrate holder 3 has a substrate holder 3 which can be heated by controlling the temperature, and an oxygen supply vibro which is opened near the substrate 5 and which supplies oxygen excited by microwave discharge from a microwave power source 7 to the vicinity of the surface of the substrate 5.

先ず、下記条件でMgO(100)単結晶基板上にCu
薄膜を成膜した。
First, Cu was deposited on an MgO (100) single crystal substrate under the following conditions.
A thin film was formed.

蒸発源 蒸発源温度 基板温度 蒸着速度 チャンバ内圧力 ニCu :  1400  ℃ =500  ℃ : 05人/sec :  I Xl0−8Torr 膜  厚    :40  人 得られたCu膜をRHEEDで観察した結果、ストリー
クパターンを示し、良質なエピタキシャル膜であった。
Evaporation source Evaporation source temperature Substrate temperature Vapor deposition rate Chamber internal pressure Cu: 1400 °C = 500 °C: 05 people/sec: I The epitaxial film was of good quality.

次に、CuO薄膜を下記条件の酸素雰囲気下で上記のC
u薄膜上に成膜した: 蒸発源    二Cu 蒸発源温度  :  1400℃ 基板温度   :500℃ 蒸着速度   :0.5八/sec マイクロ波出カニ  100W O2分圧   : 5 Xl0−’Torr膜   厚
    :20  人 最後に、上記と同じ装置中で下記条件でBi、5r2(
:a2Cu30x薄膜の成長を行った:蒸発源と蒸発源
温度: Bi:530℃ Sr:900℃ Ca:950℃ Cu : 1400℃ 基板温度   ニア00℃ 蒸着速度   :0.5八/sec マイクロ波出カニ  100W 02分圧   : 5 Xl0−6Torr膜   厚
    :500人 この超電導薄膜をRHEEDて観察した結果を第2図に
示す。第2図の回折パターンはストリーキーであり、表
面のスムーズな単結晶膜となっていることがわかる。
Next, the CuO thin film was coated with the above C in an oxygen atmosphere under the following conditions.
Film formed on u thin film: Evaporation source 2Cu Evaporation source temperature: 1400°C Substrate temperature: 500°C Vapor deposition rate: 0.58/sec Microwave output crab 100W O2 partial pressure: 5 Xl0-'Torr film thickness: 20 Finally, Bi, 5r2 (
:A2Cu30x thin film was grown: Evaporation source and evaporation source temperature: Bi: 530°C Sr: 900°C Ca: 950°C Cu: 1400°C Substrate temperature Near 00°C Vapor deposition rate: 0.58/sec Microwave emission crab 100 W 02 Partial pressure: 5 Xl0-6 Torr Film thickness: 500 people The results of RHEED observation of this superconducting thin film are shown in Figure 2. The diffraction pattern in Figure 2 is streaky, indicating that it is a single crystal film with a smooth surface.

また、上記の超電導薄膜の超電導特性の測定結果を以下
に示す。尚、比較のため、Cu/CuOバッファ層を形
成せずに、MgO単結晶基板の(100)面に上記と同
一条件で形成したBi25r2Ca2Cu、 0.薄膜
の超電導特性の測定結果も比較例として示す。
Further, the measurement results of the superconducting properties of the above superconducting thin film are shown below. For comparison, Bi25r2Ca2Cu, 0.0. The measurement results of the superconducting properties of thin films are also shown as a comparative example.

本発明   比較例 以上のように、 本発明の方法で作製した本発明 の複合酸化物超電導薄膜は、従来のものと比較してはる
かに優れた特性を有する。
Comparative Example of the Present Invention As described above, the composite oxide superconducting thin film of the present invention produced by the method of the present invention has far superior properties compared to conventional ones.

実施例4 基板として直径15mmφのMgO単結晶基板を用い、
その(100)面を成膜面としてRFスパッタリング法
により、下記の第4表に示す成膜条件でLa−Cu酸化
物薄膜を成膜し、続いて、その上にY −BaCu酸化
物薄膜を成膜して試料■を作製した。また、MgO単結
晶基板上にY −Ba−[:u酸化物薄膜を直接成膜し
た試料■を作製した。
Example 4 Using an MgO single crystal substrate with a diameter of 15 mmφ as a substrate,
A La-Cu oxide thin film was formed using the RF sputtering method using the (100) plane as the film-forming surface under the film-forming conditions shown in Table 4 below, and then a Y-BaCu oxide thin film was formed thereon. A film was formed to prepare sample (2). In addition, sample (2) was prepared in which a Y -Ba-[:u oxide thin film was directly formed on an MgO single crystal substrate.

得られた試料■、■を0□気流中で3℃/分の昇温速度
で900℃まで加熱した後、この温度を1時間維持した
後、3℃/分の降温速度で室温まで冷却した。
The obtained samples ■ and ■ were heated to 900°C in a 0□ air flow at a temperature increase rate of 3°C/min, maintained at this temperature for 1 hour, and then cooled to room temperature at a cooling rate of 3°C/min. .

熱処理後の各試料の超電導臨界温度(Tc−oおよびT
c−1)と臨界電流密度Jcとを測定した。
The superconducting critical temperature (Tc-o and T
c-1) and critical current density Jc were measured.

測定結果を第5表に示す。The measurement results are shown in Table 5.

第5表 * : rTc−o Jは試料の電気抵抗が低下し始め
る温度を、rTc−i 」は試料の電気抵抗が測定でき
なくなった温度をそれぞれ表す。
Table 5*: rTc-o J represents the temperature at which the electrical resistance of the sample begins to decrease, and rTc-i'' represents the temperature at which the electrical resistance of the sample can no longer be measured.

木本 ニア7Kにおける臨界電流密度である。This is the critical current density at Kimoto near 7K.

第5表に示すように、本発明による複合酸化物超電導薄
膜を有する基板は、他の特性を犠牲にすることなく、極
めて高い臨界電流密度を実現していることが確言忍され
た。
As shown in Table 5, it was confirmed that the substrate having the composite oxide superconducting thin film according to the present invention achieved extremely high critical current density without sacrificing other properties.

また、各試料の結晶特性を電子線回折によって観察した
ところ、本発明の実施例による試料では、その超電導薄
膜層がエピタキシャル成長しているが、比較例ではエピ
タキシャル成長していないことがV4認された。
Furthermore, when the crystal characteristics of each sample were observed by electron beam diffraction, it was found that in the sample according to the example of the present invention, the superconducting thin film layer was epitaxially grown, but in the comparative example, it was not epitaxially grown.

このように、本発明によれば高い臨界電流密度を有する
複合酸化物超電導薄膜を再現性良く形成することができ
ることが確S忍された。
As described above, it has been confirmed that according to the present invention, a composite oxide superconducting thin film having a high critical current density can be formed with good reproducibility.

発明の詳細 な説明したように、本発明による複合酸化物超電導薄膜
を有する基板は、酸化物単結晶基板と酸化物超電導薄膜
との間に格子整合性の良い中間層を設けたことにより、
超電導薄膜が良好にエピタキシャル成長して表面平滑性
が向上し、臨界電流密度が大幅に増加する。また、基板
材料が超電導材料層への熱拡散した場合の影響が少なく
、結晶性の良い複合酸化物超電導薄膜を厚さ方向に均質
且つ安定に成膜することができる。
As described in detail of the invention, the substrate having the composite oxide superconducting thin film according to the present invention has the following characteristics: by providing an intermediate layer with good lattice matching between the oxide single crystal substrate and the oxide superconducting thin film,
The superconducting thin film can be epitaxially grown well, the surface smoothness is improved, and the critical current density is significantly increased. Furthermore, thermal diffusion of the substrate material into the superconducting material layer has little effect, and a composite oxide superconducting thin film with good crystallinity can be formed uniformly and stably in the thickness direction.

本発明の酸化物超電導薄膜は、マチイソ−のスイッチン
グ素子やアナツカ−のメモリ素子、更に超電導量子干渉
計(SQUID)等のデバイスに利用する場合に極めて
有用である。
The oxide superconducting thin film of the present invention is extremely useful when used in devices such as switching elements of Machiso, memory elements of Anatsuka, and superconducting quantum interferometers (SQUID).

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

第1図は本発明の一実施例で用いられる薄膜の形成装置
の概念図であり、 第2図は本発明によるB125r2Cah−ICLIn
O)l薄膜を500A成長させたもののRHEEDパタ
ーンテある。 〔主な参照番号〕 1・・・チャンバ、 2・・・K−セノヘ3・・・基板
ホルダ、4・・・ヒータ、5・・・基板、 6・・・酸素供給パイプ、 7・・・マイクロ波電源、 8・・・シャッタ、 10・・・蒸発源、
FIG. 1 is a conceptual diagram of a thin film forming apparatus used in an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram of a thin film forming apparatus used in an embodiment of the present invention.
There is a RHEED pattern of an O)l thin film grown at 500A. [Main reference numbers] 1...Chamber, 2...K-senohe 3...Substrate holder, 4...Heater, 5...Substrate, 6...Oxygen supply pipe, 7... microwave power source, 8... shutter, 10... evaporation source,

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板と、この基板上に形成された中間層と、この
中間層上に形成された複合酸化物超電導薄膜層とによっ
て構成される複合酸化物超電導薄膜層を有する基板にお
いて、 上記中間層が銅を含む酸化物の薄膜を少なくとも一層含
むことを特徴とする複合酸化物超電導薄膜層を有する基
板。
(1) A substrate having a composite oxide superconducting thin film layer composed of a substrate, an intermediate layer formed on the substrate, and a composite oxide superconducting thin film layer formed on the intermediate layer, wherein the intermediate layer 1. A substrate having a composite oxide superconducting thin film layer, the substrate comprising at least one thin film of an oxide containing copper.
(2)上記の銅を含む酸化物の薄膜が、ペロブスカイト
型または層状ペロブスカイト型の結晶構造を有する銅の
酸化物または銅を含む複合酸化物の薄膜であるような請
求項1に記載の基板。
(2) The substrate according to claim 1, wherein the copper-containing oxide thin film is a copper oxide or copper-containing composite oxide thin film having a perovskite-type or layered perovskite-type crystal structure.
(3)上記の銅を含む酸化物の薄膜が、基板と接したC
uの層と、このCuの層および上記複合酸化物超電導薄
膜と接したCuOの層との2層によって構成されている
ような特許請求の範囲第1項に記載の基板。
(3) The above copper-containing oxide thin film is in contact with the substrate.
2. The substrate according to claim 1, comprising two layers: a layer of U and a layer of CuO in contact with the Cu layer and the composite oxide superconducting thin film.
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