JPH042694A - Oxide single crystal base, production thereof and superconductor device using the same - Google Patents

Oxide single crystal base, production thereof and superconductor device using the same

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JPH042694A
JPH042694A JP2100838A JP10083890A JPH042694A JP H042694 A JPH042694 A JP H042694A JP 2100838 A JP2100838 A JP 2100838A JP 10083890 A JP10083890 A JP 10083890A JP H042694 A JPH042694 A JP H042694A
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JP
Japan
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thin film
single crystal
substrate
oxide
superconducting thin
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JP2100838A
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Japanese (ja)
Inventor
Kozo Nakamura
浩三 中村
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Abstract

PURPOSE:To stabilize superconductivity by making a specific oxide superconductive thin film to perform epi-growth on a base made of Ca-La-Ga system oxide single crystal having K2NiF4-type crystal structure. CONSTITUTION:An oxide superconductive thin film having a chemical composition expressed by formula II (delta=0-1; Ln is Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu or Dy) and having all of lattice constants a and b are within 3.76-3.92Angstrom or 5.32-5.54Angstrom is made to epi-growth on a Ca-La-Ga system oxide single crystal base having K2NiF4-type crystal structure and expressed by formula I (-0.05<x, y, z<0.05; -0.2<w<0.2) formed by Czochralski method or zone-melting method, etc.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は酸化物単結晶基板およびこれを用いた超半導体
装置およびその製造方法に係り、特にその単結晶基板の
組成に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an oxide single crystal substrate, a super semiconductor device using the same, and a manufacturing method thereof, and particularly relates to the composition of the single crystal substrate. .

(従来の技術) 超伝導現象は、物質の示すさまざまな電磁気的性質の中
で最も特異な性質であるといわれており、完全導電性、
完全反磁性、磁束の量子化等、夫々の性質を利用し応用
面での今後の発展が期待されている。
(Prior art) Superconductivity is said to be the most unique property among the various electromagnetic properties exhibited by substances, and is characterized by complete conductivity,
Future developments in applications are expected by utilizing the respective properties such as perfect diamagnetism and quantization of magnetic flux.

このような超伝導現象を利用した電子デバイスとしては
、高速スイッチ、高感度検波素子、高感度磁束計をはし
め、広範囲の応用が期待されている。
Electronic devices that utilize such superconducting phenomena are expected to have a wide range of applications, including high-speed switches, high-sensitivity detection elements, and high-sensitivity magnetometers.

従来の超伝導デバイスによく用いられる超伝導体として
は、例えば基板上にプラズマスパッタ法によりNb3G
e薄膜かある。この臨界温度は高々23°にであり、液
体ヘリウム温度でしか使用できないものである。しかし
ながら、液体ヘリウムの使用は、液化・冷却付帯設備の
必要性に伴う冷却コストおよび技術的負担の増大、更に
は、ヘリウム資源が極めて少ないことなどの理由から、
産業および民生分野での超伝導体の実用化をはばむ大き
な問題となっていた。
As a superconductor often used in conventional superconducting devices, for example, Nb3G is deposited on a substrate by plasma sputtering.
There is a thin film. This critical temperature is at most 23° and can only be used at liquid helium temperatures. However, the use of liquid helium increases cooling costs and technical burden due to the need for liquefaction and cooling equipment, and furthermore, helium resources are extremely scarce.
This has become a major problem that hinders the practical application of superconductors in industrial and consumer fields.

そこで、高臨界温度の超伝導体を得るためにさまざまな
試みがなされており、特に、酸化物超伝導薄膜の最近の
研究はめざましく、超伝導臨界温度は77°Kを上まわ
り、安価な液体窒素を冷媒として動作させることが可能
となった。
Therefore, various attempts have been made to obtain superconductors with high critical temperatures.In particular, recent research on oxide superconducting thin films has been remarkable, and the superconducting critical temperature has exceeded 77°K. It became possible to operate using nitrogen as a refrigerant.

このような酸化物超伝導薄膜は、従来、主として、スパ
ッタ法あるいは蒸着法等により、高温に加熱したMgO
単結晶基板あるいは5rTi03単結晶基板上に形成す
るという方法がとられている。
Conventionally, such oxide superconducting thin films have mainly been produced using MgO heated to a high temperature by sputtering or vapor deposition.
A method has been adopted in which it is formed on a single crystal substrate or a 5rTi03 single crystal substrate.

また、その低基板用単結晶としては、サファイア、ys
z、  シリコン、砒化ガリウム、LiNb0a、GG
GSLaGaO3,LaAlO3等が、注目されている
In addition, sapphire, ys
z, silicon, gallium arsenide, LiNb0a, GG
GSLaGaO3, LaAlO3, etc. are attracting attention.

しかしながら、MgO単結晶基板あるいは5rTi03
単結晶基板を基板として用いる従来の薄膜形成方法では
、超伝導臨界電流(J C)を安定して大きくすること
はできず、また超伝導臨界温度(Tc)が不安定である
という問題があった。
However, MgO single crystal substrate or 5rTi03
Conventional thin film formation methods that use single-crystal substrates have problems in that the superconducting critical current (JC) cannot be stably increased and the superconducting critical temperature (Tc) is unstable. Ta.

ところで、優れたエピタキシャル膜を生成するためには
、基板材料としては次に示すような条件を持つことが必
要である。
By the way, in order to produce an excellent epitaxial film, it is necessary for the substrate material to have the following conditions.

(1)薄膜結晶との格子整合が良いこと、(II)エピ
タキシャル膜成長時における基板との相互拡散による膜
質の劣化がないこと、(m)基板材料は高温に加熱され
るため、高融点、少なくとも1000℃以上の融点を有
すること、(IV)結晶性の良好な単結晶が入手可能で
あること、 (V)電気的に絶縁性を有すること、 等である。
(1) good lattice matching with the thin film crystal; (II) no deterioration of film quality due to interdiffusion with the substrate during epitaxial film growth; (m) high melting point because the substrate material is heated to high temperature; (IV) A single crystal with good crystallinity is available; (V) It has electrical insulation properties.

一方、高臨界温度の酸化物超伝導体としては、LnBa
  Cu  O(δ−0−1,Ln:Y2    3 
 7−δ b、Er、Y、Ho、Gd、Eu、Dy) 、BiS 
r−Ca−Cu−0系の酸化物薄膜、Tl−Ba−Ca
−Cu−0系の酸化物薄膜など、多くの酸化物が報告さ
れている。
On the other hand, as a high critical temperature oxide superconductor, LnBa
CuO(δ-0-1, Ln:Y2 3
7-δ b, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Dy), BiS
r-Ca-Cu-0 based oxide thin film, Tl-Ba-Ca
Many oxides, such as -Cu-0-based oxide thin films, have been reported.

そして、これらの酸化物の格子定数aおよびbは全て3
,76〜3.92人の範囲にある。また、456座標を
変えてみると、J 2 aおよびJ2bを基本格子とも
みることができ、この場合は格子定数aおよびbは5.
32〜5.54人と表現されている。
The lattice constants a and b of these oxides are all 3
,76 to 3.92 people. Also, by changing the 456 coordinates, J 2 a and J2b can be seen as fundamental lattices, and in this case, the lattice constants a and b are 5.
It is expressed as 32 to 5.54 people.

これに対して、現在広く使用されている基板材料テする
酸化マグネシウム(MgO)l;L a−4゜203人
であり、格子定数の差は7〜11%にも達し、良好なエ
ヒリキシャル成長膜を得るのは極めて困難であった。こ
れは、サファイア、ysz。
On the other hand, the currently widely used substrate material is magnesium oxide (MgO), which has a lattice constant difference of 7 to 11%, which makes it possible to form a good epitaxial growth film. was extremely difficult to obtain. This is sapphire, ysz.

シリコン、砒化ガリウム、L 1Nb03 、GGGに
ついても同様であった。
The same was true for silicon, gallium arsenide, L 1Nb03 , and GGG.

また、5rTi03はMgOに比べて酸化物超伝導薄膜
との格子定数の差は小さく、0.4〜4%であり、格子
整合性に優れている。しかし、5rTi03は、現在の
ところ、ベルヌーイ法で作製されているのみて、結晶性
は極めて悪く、工、。
Furthermore, 5rTi03 has a smaller difference in lattice constant from the oxide superconducting thin film than MgO, 0.4 to 4%, and has excellent lattice matching. However, 5rTi03 is currently only produced by the Bernoulli method, and its crystallinity is extremely poor.

チピット密度が105個/C−より大きい結晶しか得る
ことは出来ず、このような結晶性の悪い基板上に良質な
エピタキシャル膜を得るには困難が伴う。また、大形の
基板の人手も不可能であった。
Only crystals with a tipit density of more than 105/C- can be obtained, and it is difficult to obtain a high quality epitaxial film on such a substrate with poor crystallinity. In addition, it was impossible to handle large-sized boards manually.

さらにLaGaO3単結晶は、格子定数a−5゜496
人、b−5,554人であり、酸化物超伝導体との良好
な格子整合が期待されるが、150℃付近で相転移を生
じるため、結晶内に双晶を含んでしまうという問題があ
り、L a G a 03単結晶の超伝導薄膜用基板と
しての実用化に際しては双晶の除去が大きな課題となっ
ている。
Furthermore, the LaGaO3 single crystal has a lattice constant a-5°496
It is expected that it will have a good lattice matching with the oxide superconductor, but since a phase transition occurs around 150°C, there is a problem that twins will be included in the crystal. Therefore, the removal of twins is a major issue in the practical application of L a Ga 03 single crystals as substrates for superconducting thin films.

また、LaAlO3単結晶についても、格子定数a−b
−3.788人であり、酸化物超伝導体との良好な格子
整合が期待されるが、融点が2100℃と極めて高いた
め、単結晶の作製が極めて困難であり、また結晶内に双
晶を含んでしまうという問題があった。
Also, for LaAlO3 single crystal, the lattice constant a-b
-3.788 people, and good lattice matching with oxide superconductors is expected, but because the melting point is extremely high at 2100°C, it is extremely difficult to produce a single crystal, and there are twins in the crystal. There was a problem that it included.

(発明が解決しようとする課題) このように、超伝導薄膜用基板として従来用いられてい
る材料は、前述した超伝導薄膜との格子整合性が良好で
、単結晶の入手がし易い等の条件を満たすものがなく、
安定な超半導体装置を得ることはできないという問題が
あった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the materials conventionally used as substrates for superconducting thin films have good lattice matching with the above-mentioned superconducting thin film, and are easy to obtain as single crystals. There is nothing that meets the conditions,
There was a problem that a stable super-semiconductor device could not be obtained.

そこで、本発明者は、超伝導薄膜との格子整合性が良好
で、容易に形成可能な単結晶基板として5rLaGa0
4単結晶基板(特願昭63−323739)および5r
NdGaO+  (特願平1249930)を提案して
いる。
Therefore, the present inventor developed 5rLaGa0 as a single crystal substrate that has good lattice matching with superconducting thin films and can be easily formed.
4 single crystal substrate (patent application No. 63-323739) and 5r
NdGaO+ (Japanese Patent Application No. 1249930) is proposed.

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、さらに良
好なエピタキシャル超伝導薄膜を形成することのできる
単結晶基板材料を提供し、酸化物薄膜の超伝導性の不安
定性を解決し、超伝導デバイスへの適用が可能な高品質
の超伝導体薄膜を提供することを目的とする。
The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and provides a single crystal substrate material capable of forming even better epitaxial superconducting thin films, solves the instability of superconductivity of oxide thin films, and solves the superconducting instability of oxide thin films. The purpose is to provide high-quality superconductor thin films that can be applied to conduction devices.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) そこで本発明では、基板材料として、組成が下式に示す
ようなに2NiF4型の結晶構造を有するカルシウム−
ランタン−ガリウム系酸化物単結晶基板を用いるように
している。
(Means for Solving the Problem) Therefore, in the present invention, as a substrate material, calcium-
A lanthanum-gallium based oxide single crystal substrate is used.

Ca   La   Ga   0 1−x   1−y   I−z  4−v(−0,0
5<x <0.05  、−0.05 <y <0.0
5.−。
Ca La Ga 0 1-x 1-y I-z 4-v(-0,0
5<x<0.05, -0.05<y<0.0
5. −.

、05 <z <0.05.−0.2<W <0.2 
)そして、この基板上に酸化物超伝導薄膜をエピタキシ
ャル成長法により形成する。
, 05 <z <0.05. −0.2<W<0.2
) Then, an oxide superconducting thin film is formed on this substrate by epitaxial growth.

(作用) 本発明者は、種々の実験の結果、CaLaGa04を合
成し、これが極めて良好な酸化物超伝導体用基板となり
うることを知得した。
(Function) As a result of various experiments, the present inventor synthesized CaLaGa04 and learned that it can be an extremely good substrate for an oxide superconductor.

この単結晶は、K2NiF4型の結晶構造を有し、格子
定数g−3,81人、c−12,12人である。座標を
45″変えてみたときのaは5゜39人となる。
This single crystal has a K2NiF4 type crystal structure, with lattice constants of g-3, 81 and c-12, 12. When we change the coordinates by 45'', a becomes 5°39 people.

前述したように、現在報告されている高温酸化物超伝導
体の格子定数aおよびbは3.76〜3゜92人である
(座標系により5.32〜5.54人ともみられている
)。
As mentioned above, the lattice constants a and b of currently reported high-temperature oxide superconductors are 3.76 to 3°92 (depending on the coordinate system, it is also believed to be 5.32 to 5.54). .

従って、CaLaGaO4の格子定数は、上記範囲3,
76〜3.92人に近く、また、座標系を45°回転さ
せてみると、J 2 aを基本格子と見ることもでき、
a−5,40人ともみられるが、酸化物超伝導体薄膜の
J 2 aを基本格子とみた場合の格子定数5.32〜
5.54人の範囲にも入っている。このようにCa L
 a G a 04単結晶の酸化物超伝導体薄膜に対す
る格子定数の差は極めて小さい。また、結晶構造も極め
て近く、5rNd G a 04単結晶の酸化物超伝導
体薄膜との格子整合性は極めて優れており、前述した条
件の全てを具備している。
Therefore, the lattice constant of CaLaGaO4 is in the above range 3,
76 to 3.92 people, and if we rotate the coordinate system by 45 degrees, J 2 a can be seen as a basic lattice,
a-5.40 people, but the lattice constant is 5.32~ when J2a of the oxide superconductor thin film is regarded as the fundamental lattice.
It is also within the range of 5.54 people. In this way Ca L
The difference in lattice constant between the aG a 04 single crystal and the oxide superconductor thin film is extremely small. Furthermore, the crystal structure is extremely similar, and the lattice matching with the 5rNd Ga 04 single crystal oxide superconductor thin film is extremely excellent, satisfying all of the above-mentioned conditions.

しかしながら、CaLaGa04単結晶についての報告
はなく、CaLaGaO4単結晶の作製が可能なものか
どうかもわからない状態であった。
However, there have been no reports on CaLaGaO4 single crystals, and it was unclear whether it was possible to produce CaLaGaO4 single crystals.

そこで本発明者らは、CaLaGa04の単結晶化につ
いて種々の研究を重ね、その結果、単結晶作製テストに
成功した。
Therefore, the present inventors conducted various studies on single crystallization of CaLaGa04, and as a result, succeeded in a single crystal production test.

この単結晶はチョクラルスキー引上げ法、帯域溶融法等
により作成可能であり、このようにして得られる単結晶
の組成範囲は、Ca1□  l−ya Ga     0 1−z    4−v (−0,05<x <0.05  、−0.05 <y
 <0.05−0.05 <z <0.05  −0.
2<W <0.2 )であることが確認された。
This single crystal can be created by Czochralski pulling method, zone melting method, etc., and the composition range of the single crystal obtained in this way is Ca1□ l-ya Ga 0 1-z 4-v (-0, 05<x<0.05, -0.05<y
<0.05-0.05 <z <0.05 -0.
It was confirmed that 2<W<0.2).

このようにして得られるCa   La   Ga1−
x   1−y 1−z 04−w単結晶基板を用いることにより、この
基板上にスパッタ法、真空蒸着法等により、酸化物超伝
導薄膜をエピタキシャル成長させ、良好な超伝導性を有
する超伝導体薄膜を得ることがてきた。
Ca La Ga1- obtained in this way
x 1-y 1-z 04-w By using a single crystal substrate, an oxide superconducting thin film is epitaxially grown on this substrate by sputtering, vacuum evaporation, etc., and a superconductor with good superconductivity is produced. We were able to obtain a thin film.

(実施例) 以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。
(Example) Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、CaLaGaO4単結晶を製造するための方法に
ついて説明する。
First, a method for manufacturing CaLaGaO4 single crystal will be described.

441.96grのCaCO3(純度9999%)と、
763.43grのLa2O3(純度99.99%)と
、439.22gのGa203(純度99.999%)
を混合し、1000℃で仮焼し脱炭酸処理を行った後、
粉砕しプレス成形した。
441.96gr of CaCO3 (purity 9999%),
763.43g La2O3 (99.99% purity) and 439.22g Ga203 (99.999% purity)
After mixing, calcining at 1000℃ and decarboxylation treatment,
It was crushed and press-molded.

このようにして形成された成形体を大気中で1200℃
で焼結することによりし、約1450gのC80,96
L a +、02G a 1.0204.02焼結体を
得た。
The molded body thus formed was heated to 1200°C in the atmosphere.
Approximately 1450g of C80,96
A L a +, 02G a 1.0204.02 sintered body was obtained.

この焼結体を外形的80 +nm、高さ約80mn、肉
厚2■のイリジウムるつぼまたは白金るつほに入れ、高
周波加熱によって溶融せしめた。ここでイリジウムるつ
ぼを用いる場合は、0.5〜2%の酸素を含む窒素雰囲
気を用いた。また、白金るつほを用いる場合は10〜2
1%の酸素を含む窒素雰囲気を用いた。なお、ここで酸
素を添加したのは、ガリウム酸化物の分解蒸発を防止す
るためである。
This sintered body was placed in an iridium crucible or a platinum crucible having an external diameter of 80 + nm, a height of about 80 mm, and a wall thickness of 2 cm, and was melted by high-frequency heating. When an iridium crucible was used here, a nitrogen atmosphere containing 0.5 to 2% oxygen was used. In addition, when using Shirokane Rutsuho, 10 to 2
A nitrogen atmosphere containing 1% oxygen was used. Note that oxygen was added here in order to prevent decomposition and evaporation of gallium oxide.

このようにして、Ca o96L a 、、 、2G 
a 、、 、2044o2焼結体を融解させた後、チョ
クラルスキー引上げ法を用い、Ca L a G a 
04単結晶を成長させた。
In this way, Cao96L a , , 2G
After melting the 2044o2 sintered body, using the Czochralski pulling method, Ca L a G a
04 single crystal was grown.

種結晶としては、初回においては5rTi03の[10
0]単結晶あるいは5rLaGaC)+の[100]単
結晶のいずれても良く、CaLaGa04単結晶が得ら
れた後は、当該結晶の[100]方位の単結晶を種結晶
として用いた。結晶の引上げ条件は、引上げ速度lff
1m/Hr、結晶回転数3Or pmで、直径30mm
、長さ70mmの[100コ軸単結晶を得ることができ
た。
As a seed crystal, 5rTi03 [10
0] single crystal or a [100] single crystal of 5rLaGaC)+, and after obtaining the CaLaGa04 single crystal, the single crystal of the [100] orientation of the crystal was used as a seed crystal. The crystal pulling conditions are the pulling speed lff
1m/Hr, crystal rotation speed 3Orpm, diameter 30mm
, a [100 co-axis single crystal with a length of 70 mm could be obtained.

このようにして、形成されたC a L a G a 
04単結晶をスライスし、ウェハ状にした(001)簡
単結晶基板1を用い、アルゴン/酸素(混合比1:1)
の雰囲気下でRFマグネトロンスパッタリング法により
、膜厚1000人のYBa2 Cu30  薄膜2を堆
積した。ここでターゲットと7−δ しては成膜後の組成がYBa2 Cu30   とな7
−δ るようにし調整した焼結体を用いる。このときの条件は
、ガス圧10Pa、電力300W、基板温度600℃と
した。
In this way, the formed C a L a G a
Argon/oxygen (mixing ratio 1:1) was used using a (001) simple crystal substrate 1 made by slicing a 04 single crystal into a wafer shape.
A YBa2 Cu30 thin film 2 with a thickness of 1000 nm was deposited by RF magnetron sputtering in an atmosphere of . Here, the target and 7-δ have a composition of YBa2 Cu30 after film formation.
A sintered body adjusted so that -δ is used is used. The conditions at this time were a gas pressure of 10 Pa, an electric power of 300 W, and a substrate temperature of 600°C.

堆積後、酸素雰囲気中で900℃、1時間のアニールを
行った。
After the deposition, annealing was performed at 900° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere.

このようにCaLaGa0+単結晶基板1上に形成され
た超伝導薄膜パターン2を基本構成とし、超伝導体記憶
装置等のデバイスを形成することができる。
Using the superconducting thin film pattern 2 thus formed on the CaLaGa0+ single crystal substrate 1 as a basic structure, a device such as a superconductor memory device can be formed.

ここでは、図に示すように、この後、電極形成用マスク
を介して蒸着法により金(Au)電極31.32,33
.34を形成し、YB a2 Cu30  薄膜のゼロ
抵抗温度Te01および77°に7−δ での超伝導臨界電流J、を4端子法を用いて測定した。
Here, as shown in the figure, gold (Au) electrodes 31, 32, 33 are then formed by vapor deposition through an electrode forming mask.
.. The zero resistance temperature Te01 and the superconducting critical current J at 7-δ at 77° were measured using the four-probe method.

4は安定化電源、5は電圧計である。4 is a stabilized power supply, and 5 is a voltmeter.

このCaLaGaO4単基板1上に形成されたYBa2
 Cu30   超伝導薄膜のゼロ抵抗温度TcOは8
7°にであり、77°にでの超伝導臨界電流Jcは6X
1.05A/c−と、極めて良好な結果を示している。
YBa2 formed on this CaLaGaO4 single substrate 1
The zero resistance temperature TcO of Cu30 superconducting thin film is 8
7°, and the superconducting critical current Jc at 77° is 6X
This shows an extremely good result of 1.05A/c-.

比較のために、基板として従来から用いられているSr
TiO3の(100)簡単結晶および5rLaGao4
 (100)簡単結晶を用い、同一条件でYB U2 
CU30.7−δ薄膜を堆積した。第1表にこのときの
ゼロ抵抗温度Tc01および77にでの超伝導臨界電流
Jcを測定した結果を示す。
For comparison, Sr, which has been conventionally used as a substrate,
(100) simple crystals of TiO3 and 5rLaGao4
(100) YB U2 under the same conditions using a simple crystal
A CU30.7-δ thin film was deposited. Table 1 shows the results of measuring the superconducting critical current Jc at zero resistance temperatures Tc01 and 77 at this time.

第1表 この結果から明らかなように、CaLaGa04単結晶
を基板として用いた場合、T−oJ−共に優れているこ
とがわかる。これは、CaLaGa04単結晶基板は、
膜の結晶性、均一性が優れているためと考えられる。
Table 1 As is clear from the results, when CaLaGa04 single crystal is used as a substrate, both T and J are excellent. This means that the CaLaGa04 single crystal substrate is
This is thought to be due to the excellent crystallinity and uniformity of the film.

また、このようにして作製した超伝導薄膜表面の結晶性
を反射高速電子線回折により観察したところ、Ca L
 a G a 04単結晶基板上に作製した超伝導薄膜
では(001)方位を示すシャープなストリーク状の回
折パターンを得ることができ、良好なエピタキシャル成
長膜を形成していることがわかった。
In addition, when the crystallinity of the surface of the superconducting thin film prepared in this way was observed by reflection high-speed electron diffraction, it was found that CaL
In the superconducting thin film produced on the aG a 04 single crystal substrate, a sharp streak-like diffraction pattern showing the (001) orientation could be obtained, indicating that a good epitaxially grown film was formed.

また、ターゲット材料を、LnBa2Cu307−δ(
δ−0〜l 、Ln : Yb、E r、Y、Ho。
In addition, the target material was changed to LnBa2Cu307-δ(
δ-0~l, Ln: Yb, Er, Y, Ho.

Gd、Eu、Dy)として前記と同様のCaLaGa0
4単結晶基板上に、前記と同一条件下で作製した超伝導
薄膜でも(001)方位を示すシャブなストリーク状の
回折パターンを得ることができ、良好なエピタキシャル
成長膜を形成していることがわかった。
CaLaGa0 as above as Gd, Eu, Dy)
4 A superconducting thin film fabricated on a single-crystal substrate under the same conditions as above also yielded a shabby streak-like diffraction pattern showing the (001) orientation, indicating that a good epitaxially grown film was formed. Ta.

なお、CaLaGa04単結晶は、(001)面を用い
た場合、上記超伝導薄膜の(001)面のエピタキシャ
ル膜が形成されやすいが、(100)面、(110)面
を用いた場合は、それぞれ超伝導薄膜の(100)面、
(110)面のエピタキシャル膜を形成することができ
る。
For CaLaGa04 single crystal, when the (001) plane is used, an epitaxial film of the (001) plane of the superconducting thin film is easily formed, but when the (100) plane and (110) plane are used, the epitaxial film is easily formed. (100) plane of superconducting thin film,
An epitaxial film having a (110) plane can be formed.

実施例2 次に本発明の第2の実施例として、実施例1と同様の方
法で形成したCaLaGaO4単結晶基板の(001)
面上にアルゴン/酸素(混合比2゜1)の雰囲気下でR
Fマグネトロンスパッタリング法により膜厚1000人
のBi25r2Ca2Cu30 1o−aを堆積した。
Example 2 Next, as a second example of the present invention, a (001) CaLaGaO4 single crystal substrate formed by the same method as Example 1 was prepared.
R on the surface under an atmosphere of argon/oxygen (mixing ratio 2°1)
Bi25r2Ca2Cu30 1o-a was deposited to a thickness of 1000 by F magnetron sputtering.

ここでターゲットとしては、成膜後の組成がBi25r
2Ca2Cu、0 、。−6となるように調整したもの
を用いた。
Here, the target has a composition of Bi25r after film formation.
2Ca2Cu,0. -6 was used.

このときの条件は、ガス圧5Pa、電力200W。The conditions at this time were a gas pressure of 5 Pa and an electric power of 200 W.

基板温度600℃とした。The substrate temperature was 600°C.

堆積後、酸素雰囲気中で900℃、1時間のアニールを
行った。
After the deposition, annealing was performed at 900° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere.

このようにして作製したB f 2 S r 2 Ca
 2 Cu 30 10−11薄膜に実施例1と同様に
電極を形成し、ゼロ抵抗温度Tc01および77°にで
の超伝導臨界電流Jcを4端子法を用いて測定した。
B f 2 S r 2 Ca produced in this way
Electrodes were formed on the 2 Cu 30 10-11 thin film in the same manner as in Example 1, and the zero resistance temperature Tc01 and the superconducting critical current Jc at 77° were measured using the four-terminal method.

その結果を第2表に示す。The results are shown in Table 2.

第2表 この結果から明らかなように、CaLaGa04単結晶
を基板として用いた場合、Teo、Je共に優れている
ことかわかる。これは、CaLaGaO4単結晶基板は
、膜の結晶性、均一性が優れているためBi25r2C
a2Cu30  +o−a薄膜形成の場合も実施例1の
場合と同様と優れた薄膜を得ることかできたものと考え
られる。
Table 2 As is clear from the results, both Teo and Je are excellent when CaLaGa04 single crystal is used as a substrate. This is because CaLaGaO4 single crystal substrate has excellent film crystallinity and uniformity, so Bi25r2C
It is considered that in the case of forming the a2Cu30+o-a thin film, an excellent thin film similar to that in Example 1 could be obtained.

なお、この単結晶基板は、Bj2Sr2Ca2CLl 
30  +o−,s薄膜のBi元素を一部pbて置換し
た8 11.  P bO,2S r2 Ca2CU3
0  t。
Note that this single crystal substrate is made of Bj2Sr2Ca2CLl
30 +o-,s Part of the Bi element in the thin film was replaced with pb 8 11. P bO,2S r2 Ca2CU3
0t.

6薄膜を形成した場合にも、安定なTe0sJeを得る
ことかできた。
Even when a 6-thin film was formed, stable Te0sJe could be obtained.

また、CaLaGa0+単結晶の(001)面を用いた
場合、上記超伝導薄膜の(001)面のエピタキシャル
膜が形成されやすいが、(100)面、(110)面を
用いた場合は、それぞれ超伝導薄膜の(100)面、(
110)面のエピタキシャル膜を形成することができる
Furthermore, when the (001) plane of the CaLaGa0+ single crystal is used, an epitaxial film of the (001) plane of the superconducting thin film is easily formed, but when the (100) plane and (110) plane are used, the epitaxial film is easily formed. The (100) plane of the conductive thin film, (
110) plane can be formed.

実施例3 次に本発明の第3の実施例として、実施例1と同様の方
法で形成したCaLaGa04の(001)簡単結晶基
板上にアルゴン/酸素(混合比1:1)の雰囲気下でR
Fマグネトロンスパッタリング法により膜厚1000人
のYB a2 Cu307−6を堆積した。ここでター
ゲットは、成膜後に膜の組成がT12 Ba2 Ca2
 Cu30  となるように調整したものを用いる。そ
して、このときの条件は、ガス圧10 P a s電力
80W1基板温度600℃とした。
Example 3 Next, as a third example of the present invention, R was applied to a (001) simple crystal substrate of CaLaGa04 formed in the same manner as in Example 1 in an atmosphere of argon/oxygen (mixing ratio 1:1).
YB a2 Cu307-6 was deposited to a thickness of 1000 by F magnetron sputtering. Here, the target has a film composition of T12 Ba2 Ca2 after film formation.
The one adjusted to be Cu30 is used. The conditions at this time were gas pressure of 10 Pas, power of 80 W, and substrate temperature of 600°C.

堆積後、金箔を用いてラップし、酸素雰囲気中で905
℃、10分のアニールを行った。ここて金箔を用いてラ
ップするのはタリウムの蒸発を防ぐためである。
After deposition, it was wrapped with gold foil and 905% in an oxygen atmosphere.
Annealing was performed at ℃ for 10 minutes. The purpose of wrapping with gold foil is to prevent evaporation of thallium.

このようにして作製したTI2 Ba2 Ca2 Cu
30  薄膜のゼロ抵抗温度Tc01および77゜Kて
の超伝導臨界電流Jcを4端子法を用いて測定した。
TI2 Ba2 Ca2 Cu produced in this way
30 The zero resistance temperature Tc01 of the thin film and the superconducting critical current Jc at 77°K were measured using the four-terminal method.

その結果を第3表に示す。The results are shown in Table 3.

第3表 この場合も、上記第3表の結果から明らかなように、C
a L a G a 04単結晶を基板として用いた場
合、Tc0sJc共に優れていることがわかる。
Table 3 In this case as well, as is clear from the results in Table 3 above, C
It can be seen that when a L a G a 04 single crystal is used as a substrate, both Tc0sJc are excellent.

これは、Ca L a G a 04単結晶基板は、膜
の結晶性、均一性が優れているためTI28a2 Ca
2Cu30  薄膜形成の場合も実施例1および実施例
2の場合と同様と優れた薄膜を得ることかできたものと
考えられる。
This is because the Ca L a G a 04 single crystal substrate has excellent film crystallinity and uniformity.
It is considered that in the case of forming a 2Cu30 thin film, an excellent thin film similar to that in Examples 1 and 2 could be obtained.

また、この場合も、Ca L a G a 04単結晶
の(001)面を用いた場合、上記超伝導薄膜の(00
1)面のエピタキシャル膜が形成されやすいが、(10
0)面、(110)面を用いた場合は、それぞれ超伝導
薄膜の(100)面、(110)面のエピタキシャル膜
を形成することができる。
Also in this case, when the (001) plane of the Ca L a G a 04 single crystal is used, the (00
1) epitaxial film is easily formed, but (10
When the 0) plane and the (110) plane are used, epitaxial films of the (100) plane and the (110) plane of the superconducting thin film can be formed, respectively.

なお、これらの実施例に限定されることなく他の酸化物
超伝導薄膜の形成にも適用可能である。
Note that the present invention is not limited to these examples and can be applied to the formation of other oxide superconducting thin films.

また、酸化物単結晶基板の組成については、実施例の他
、Sr、Nd、Cr等のわずかな不純物を添加したもの
についても有効である。
Further, regarding the composition of the oxide single crystal substrate, in addition to the composition of the embodiment, it is also effective to add a small amount of impurities such as Sr, Nd, and Cr.

さらにまた、前記実施例では超伝導酸化物薄膜を形成す
るに際し、RFマグネトロンスパッタ法を用いたが、こ
れに限定されることなく、真空蒸着法、多元蒸着法、分
子線エピタキシー(MBE法) 、MSD法等を用いて
もよい。
Furthermore, in the above embodiments, the RF magnetron sputtering method was used to form the superconducting oxide thin film, but the method is not limited to this, and may include vacuum evaporation method, multi-dimensional evaporation method, molecular beam epitaxy (MBE method), MSD method etc. may be used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明してきたように、本発明によれば、超伝導薄膜
の形成に際し、基板材料として、組成が下式に示すよう
なに2NiF4型の結晶構造を有するCa−La−Ga
系酸化物単結晶基板を用い、この基板上に酸化物超伝導
薄膜をエピタキシャル成長法により形成するようにして
いる Ca   La   Ga   0 L−x   I−y   l−z  4−w(−0,0
5<x <0.05  、−0.05 <y <0.0
5 −0.05 < z < 0.05.−0.2<ν
<0.2)ため、格子整合性が良好で、超伝導臨界温度
が安定でかつ高く、超伝導臨界電流の安定した超伝導体
を提供することが可能となる。
As explained above, according to the present invention, when forming a superconducting thin film, Ca-La-Ga having a 2NiF4 type crystal structure as shown in the following formula is used as a substrate material.
Ca La Ga 0 L-x I-y l-z 4-w (-0,0
5<x<0.05, -0.05<y<0.0
5 -0.05 < z < 0.05. −0.2<ν
<0.2), it is possible to provide a superconductor with good lattice matching, stable and high superconducting critical temperature, and stable superconducting critical current.

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

図は、本発明実施例の超伝導体の測定方法を示す図であ
る。 1−・・Ca L a G a 04基板、2・・・Y
B a2Cu30   薄膜、31〜34−=電極、4
・・・安定化電源、5・・・電圧計。
The figure is a diagram showing a method for measuring a superconductor according to an embodiment of the present invention. 1-...Ca L a G a 04 substrate, 2...Y
B a2Cu30 thin film, 31-34-=electrode, 4
... Stabilized power supply, 5... Voltmeter.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)組成が下式に示すようなK_2NiF_4型の結
晶構造を有することを特徴とするカルシウム−ランタン
−ガリウム系の酸化物単結晶基板。 Ca_1_−_xLa_1_−_yGa_1_−_zO
_4_−_w(−0.05<x<0.05、−0.05
<y<0.05、−0.05<z<0.05、−0.2
<w<0.2)
(1) A calcium-lanthanum-gallium-based oxide single crystal substrate characterized by having a K_2NiF_4 type crystal structure as shown in the following formula. Ca_1_-_xLa_1_-_yGa_1_-_zO
_4_-_w(-0.05<x<0.05, -0.05
<y<0.05, -0.05<z<0.05, -0.2
<w<0.2)
(2)組成が下式に示すようなK_2NiF_4型の結
晶構造を有するカルシウム−ランタン−ガリウム系酸化
物単結晶基板と、この基板上に形成された酸化物超伝導
薄膜とを備えたことを特徴とする超半導体装置。 Ca_1_−_xLa_1_−_yGa_1_−_zO
_4_−_w(−0.05<x<0.05、−0.05
<y<0.05、−0.05<z<0.05、−0.2
<w<0.2)
(2) It is characterized by comprising a calcium-lanthanum-gallium-based oxide single crystal substrate having a K_2NiF_4 type crystal structure as shown in the following formula, and an oxide superconducting thin film formed on this substrate. A super-semiconductor device. Ca_1_-_xLa_1_-_yGa_1_-_zO
_4_-_w(-0.05<x<0.05, -0.05
<y<0.05, -0.05<z<0.05, -0.2
<w<0.2)
(3)組成が下式に示すようなK_2NiF_4型の結
晶構造を有するカルシウム−ランタン−ガリウム系酸化
物単結晶基板を用意する工程と、前記単結晶基板上に格
子定数aおよびbが3.76〜3.92Åまたは5.3
2〜5.54Åの範囲にある酸化物超伝導薄膜をエピタ
キシャル成長せしめる超伝導薄膜形成工程とを含むこと
を特徴とする超半導体装置の製造方法。 Ca_1_−_xLa_1_−_yGa_1_−_zO
_4_−_w(−0.05<x<0.05、−0.05
<y<0.05、−0.05<z<0.05、−0.2
<w<0.2)
(3) A step of preparing a calcium-lanthanum-gallium oxide single-crystal substrate having a K_2NiF_4 type crystal structure as shown in the following formula, and forming a substrate with lattice constants a and b of 3.76 on the single-crystal substrate. ~3.92 Å or 5.3
1. A method for manufacturing a supersemiconductor device, comprising a superconducting thin film forming step of epitaxially growing an oxide superconducting thin film having a thickness in the range of 2 to 5.54 Å. Ca_1_-_xLa_1_-_yGa_1_-_zO
_4_-_w(-0.05<x<0.05, -0.05
<y<0.05, -0.05<z<0.05, -0.2
<w<0.2)
(4)前記超伝導薄膜形成工程が、下式で表されるよう
な組成比をもつ酸化物超伝導薄膜を形成する工程である
ことを特徴とする請求項(3)記載の超半導体装置の製
造方法。 LnBa_2Cu_3O_7_−_δ (δ=0〜1、Ln:Yb、Er、Y、Ho、Gd、E
u、Dy)
(4) The superconducting thin film forming step is a step of forming an oxide superconducting thin film having a composition ratio expressed by the following formula. Production method. LnBa_2Cu_3O_7_-_δ (δ=0 to 1, Ln: Yb, Er, Y, Ho, Gd, E
u, Dy)
(5)前記超伝導薄膜形成工程が、Bi−Sr−Ca−
Cu−O系の酸化物薄膜を形成する工程であることを特
徴とする請求項(3)記載の超半導体装置の製造方法。
(5) The superconducting thin film forming step includes Bi-Sr-Ca-
4. The method of manufacturing a super-semiconductor device according to claim 3, wherein the step is to form a Cu-O-based oxide thin film.
(6)前記超伝導薄膜形成工程が、Tl−Ba−Ca−
Cu−O系の酸化物薄膜を形成する工程であることを特
徴とする請求項(3)記載の超半導体装置の製造方法。
(6) The superconducting thin film forming step includes Tl-Ba-Ca-
4. The method of manufacturing a super-semiconductor device according to claim 3, wherein the step is to form a Cu-O-based oxide thin film.
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