JPH042697A - 酸化物単結晶基板およびこれを用いた超伝導体装置およびその製造方法 - Google Patents
酸化物単結晶基板およびこれを用いた超伝導体装置およびその製造方法Info
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- JPH042697A JPH042697A JP2100839A JP10083990A JPH042697A JP H042697 A JPH042697 A JP H042697A JP 2100839 A JP2100839 A JP 2100839A JP 10083990 A JP10083990 A JP 10083990A JP H042697 A JPH042697 A JP H042697A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔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組
成に関する。
装置およびその製造方法に係り、特にその単結晶基板組
成に関する。
（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。
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。
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、高感度磁束計をはじ
め、広範囲の応用が期待されている。
、高速スイッチ、高感度検波素子、高感度磁束計をはじ
め、広範囲の応用が期待されている。
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ー法によりＮｂａ
Ｇｅ薄膜がある。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。
は、例えば基板上にプラズマスパッター法によりＮｂａ
Ｇｅ薄膜がある。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。
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。
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。
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。
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。
また、その他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、ＬｉＮｂＯ３、ＧＧＧ
、ＬａＧａＯ３，ＬａＡ １０３等が、注目されている
。
ｚ、 シリコン、砒化ガリウム、ＬｉＮｂＯ３、ＧＧＧ
、ＬａＧａＯ３，ＬａＡ １０３等が、注目されている
。
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。
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。
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。
、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。
（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、（ＩＩＩ）基板材料は高温に加熱
され本ため、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。
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、（ＩＩＩ）基板材料は高温に加熱
され本ため、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。
一方、高臨界温度の酸化物超伝導体としては、ｔ、 ｎ
Ｂａ ２ Ｃｕ ｓ Ｏ７−、ｙ （δ−０〜１．Ｌ
ｎ：Ｙｂ、Ｅｒ、Ｙ、Ｈｏ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ） 、Ｂ
１−８ 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。
Ｂａ ２ Ｃｕ ｓ Ｏ７−、ｙ （δ−０〜１．Ｌ
ｎ：Ｙｂ、Ｅｒ、Ｙ、Ｈｏ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ） 、Ｂ
１−８ 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。
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への範囲にある。また、４５°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。
．７６〜３．９２への範囲にある。また、４５°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。
これに対して、現在広く使用されている基板材料である
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は、ａ−４゜２０３人であ
り、格子定数の差は７〜１１％にも達し、良好なエピタ
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。
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は、ａ−４゜２０３人であ
り、格子定数の差は７〜１１％にも達し、良好なエピタ
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。
シリコン、砒化ガリウム、Ｌ ｉ ＮｂＯ３，ＧＧＧに
ついても同様であった。
ついても同様であった。
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で、結晶性
は極めて悪く、エッチピット密度が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、大形の基板の入手も不可能であった。
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で、結晶性
は極めて悪く、エッチピット密度が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、大形の基板の入手も不可能であった。
さらにＬ ａ Ｇ ａ ０３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、１５００℃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 Ｏ３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。
゜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、１５００℃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 Ｏ３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。
また、ＬａＡ］０３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。
−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。
（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。
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。
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１−２４９９３０）を提案し
ている。
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１−２４９９３０）を提案し
ている。
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。
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。
（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−
ネオジム−ガリウム系酸化物単結晶基板を用いるように
している。
ようなに２ＮｉＦ４型の結晶構造を有するカルシウム−
ネオジム−ガリウム系酸化物単結晶基板を用いるように
している。
Ｃａ Ｎｄ Ｇａ ０
１−ｘ １−ｙ １−ｚ ４−ｗ（−０，０
５＜ｘ ＜０．０５．−０．０５ ＜ｙ ＜０．０５
、−０．０５ ＜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。
５＜ｘ ＜０．０５．−０．０５ ＜ｙ ＜０．０５
、−０．０５ ＜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。
（作用）
本発明者は、種々の実験の結果、ＣａＮｄＧａ０４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。
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。
この単結晶は、Ｋ２ＮｉＦ４型の結晶構造を有し、格子
定数ａ＝３．８１人、ｃ−１２，３５人である。座標を
４５＠変えてみたときのａは５゜３９人となる。
定数ａ＝３．８１人、ｃ−１２，３５人である。座標を
４５＠変えてみたときのａは５゜３９人となる。
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
）。
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
）。
従って、ＣａＮｄＧａ０４の格子定数は、上記範囲３．
７６〜３．９２人に近く、また、４５゜座標を変えてみ
ると、Ｊ ２ ａを基本格子と見ることもでき、ａ−５
，３９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５．３２〜５．５
４人の範囲にも入っている。このようにＣａＮｄＧａＯ
４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、Ｓ ｒＮ
ｄＧａ０４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。
７６〜３．９２人に近く、また、４５゜座標を変えてみ
ると、Ｊ ２ ａを基本格子と見ることもでき、ａ−５
，３９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５．３２〜５．５
４人の範囲にも入っている。このようにＣａＮｄＧａＯ
４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、Ｓ ｒＮ
ｄＧａ０４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。
しかしながら、ＣａＮｄＧａ０４単結晶についての報告
はなく、ＣａＮｄＧａ０４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。
はなく、ＣａＮｄＧａ０４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。
そこで本発明者らは、ＣａＮｄＧａＣ）＋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。
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。
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、Ｃａ Ｎｄ１−ｘ １−ｙ Ｇａｌ−ｚ ０４−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。
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、Ｃａ Ｎｄ１−ｘ １−ｙ Ｇａｌ−ｚ ０４−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。
このようにして得られるＣａ Ｎｄ 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できた。
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できた。
（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。
に説明する。
まず、ＣａＮｄＧａＯ４単結晶を製造するための方法に
ついて説明する。
ついて説明する。
４３４．０４ｇｒのＣａＣＯ３（純度９９．９９％）と
、７７４．９８ｇｒのＮｄ２０３（純度９９．９９％）
と、４３１．８３ｇのＧａ２Ｑ３（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。
、７７４．９８ｇｒのＮｄ２０３（純度９９．９９％）
と、４３１．８３ｇのＧａ２Ｑ３（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。
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Ｃａ ｏ、
、６Ｎ ｄ １． 。、Ｇ ａ ｔ、 、２０ 、、
、、焼結体を得た。
で焼結することによりし、約１４５０ｇのＣａ ｏ、
、６Ｎ ｄ １． 。、Ｇ ａ ｔ、 、２０ 、、
、、焼結体を得た。
この焼結体を外形的８０−■、高さ約８０ ａｓ、肉厚
２厘−のイリジウムるつぼまたは白金るつぼに入れ、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、白金るつぼを用いる場合は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。
２厘−のイリジウムるつぼまたは白金るつぼに入れ、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、白金るつぼを用いる場合は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。
このようにして、Ｃａ ｏ、 、６Ｎ ｄ 、、 、２
Ｇ ａ 、、 、２０４、。２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、ＣａＮｄＧａＯ４単
結晶を成長させた。
Ｇ ａ 、、 、２０４、。２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、ＣａＮｄＧａＯ４単
結晶を成長させた。
種結晶としては、初回においてはＳｒＴｉＯ３の［１０
０］単結晶あるいは５ｒＮｄＧａ０４の［１００１単結
晶のいずれでも良く、ＣａＮｄＧａ０ａ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１ｍｓ／
Ｈｒ、結晶回転数３Ｏｒｐｍで、直径３０■１．長さ７
０■■の［１００］軸単結晶を得ることができた。
０］単結晶あるいは５ｒＮｄＧａ０４の［１００１単結
晶のいずれでも良く、ＣａＮｄＧａ０ａ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１ｍｓ／
Ｈｒ、結晶回転数３Ｏｒｐｍで、直径３０■１．長さ７
０■■の［１００］軸単結晶を得ることができた。
このようにして、形成されたＣａＮｄＧａＯ４単結晶を
スライスし、ウェハ状にした（００１）−面単結晶基板
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１０
００ＡのＹＢａ２Ｃｕ３０ 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ＹＢａ２Ｃｕ３ Ｏ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１０ＰＪＩ、電力３００Ｗ、基板温度６００℃
とした。
スライスし、ウェハ状にした（００１）−面単結晶基板
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１０
００ＡのＹＢａ２Ｃｕ３０ 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ＹＢａ２Ｃｕ３ Ｏ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１０ＰＪＩ、電力３００Ｗ、基板温度６００℃
とした。
堆積後、酸素雰囲気中で９００℃、１時間のアニールを
行った。
行った。
このようにＣａ Ｎ ｄ Ｇ ａ Ｏ−４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
。
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
。
ここでは、この後、図に示すように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、ＹＢａ２Ｃｕ３０７−８薄膜のゼロ抵抗
温度Ｔ１゜、および７７°にでの超伝導臨界電流Ｊ１を
４端子法を用いて測定した。
介して蒸着法により金（Ａｕ）電極３１゜３２．３３．
３４を形成し、ＹＢａ２Ｃｕ３０７−８薄膜のゼロ抵抗
温度Ｔ１゜、および７７°にでの超伝導臨界電流Ｊ１を
４端子法を用いて測定した。
ここで、４は安定化電源、５は電圧計である。
このＣａＮｄＧａ０４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７−δ ’［０は８７＠にであり、７７°にでの超伝導臨界電流
Ｊ、は６Ｘ１０’Ａ／ｅ−と、極めて良好な結果を示し
ている。
Ｃｕ３０ 超伝導薄膜のゼロ抵抗温度７−δ ’［０は８７＠にであり、７７°にでの超伝導臨界電流
Ｊ、は６Ｘ１０’Ａ／ｅ−と、極めて良好な結果を示し
ている。
比較のために、基板として従来がら用いられている５ｒ
ＴｉＯａの（１００）向岸結晶および５ｒＮｄＧａ０４
（１００）向岸結晶を用い、同一条件でＹＢａ２
Ｃｕ３０ 薄膜を堆積した。第７−δ １表にこのときのゼロ抵抗温度Ｔｅ０１および７７にで
の超伝導臨界電流Ｊｅを測定した結果を示す。
ＴｉＯａの（１００）向岸結晶および５ｒＮｄＧａ０４
（１００）向岸結晶を用い、同一条件でＹＢａ２
Ｃｕ３０ 薄膜を堆積した。第７−δ １表にこのときのゼロ抵抗温度Ｔｅ０１および７７にで
の超伝導臨界電流Ｊｅを測定した結果を示す。
第１表
この結果から明らかなように、Ｃａ Ｎ ｄ Ｇ ａ０
４単結晶を基板として用いた場合、Ｔ。。Ｊｃ共に優れ
ていることがわかる。これは、ＣａＮｄＧａ０４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。
４単結晶を基板として用いた場合、Ｔ。。Ｊｃ共に優れ
ていることがわかる。これは、ＣａＮｄＧａ０４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。
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、ＣａＮｄ
ＧａＯ４単結晶基板上に作製した超伝導薄膜では（００
１）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。
を反射高速電子線回折により観察したところ、ＣａＮｄ
ＧａＯ４単結晶基板上に作製した超伝導薄膜では（００
１）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。
また、ターゲット材料を、ＬｎＢａ２Ｃｕ３０７−δ（
δ−０〜１ 、Ｌｎ ： Ｙｂ、Ｅ ｒ、Ｙ、Ｈｏ。
δ−０〜１ 、Ｌｎ ： Ｙｂ、Ｅ ｒ、Ｙ、Ｈｏ。
Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ）として前記と同様のＣａＮｄＧａｐ
４ （００１）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。
４ （００１）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。
なお、ＣａＮｄＧａＯ４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。
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。
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ＣａＮｄＧａ０４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Ｂ ｉ２ Ｓ ｒ ２ Ｃａ ２Ｃｕ、Ｏ，。−６を
堆積した。ここでターゲットとしては、成膜後の組成が
Ｂｉ２５ｒ２Ｃａ２Ｃｕ、 ｏ ｔｏ−６となるよう
に調整したものを用いた。
法で形成したＣａＮｄＧａ０４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Ｂ ｉ２ Ｓ ｒ ２ Ｃａ ２Ｃｕ、Ｏ，。−６を
堆積した。ここでターゲットとしては、成膜後の組成が
Ｂｉ２５ｒ２Ｃａ２Ｃｕ、 ｏ ｔｏ−６となるよう
に調整したものを用いた。
このときの条件は、ガス圧５Ｐａ、電力２００Ｗ、基板
温度６００℃とした。
温度６００℃とした。
堆積後、酸素雰囲気中で９００℃、１時間のアニールを
行った。
行った。
このようにして作製したＢ ｉ ２ Ｓ ｒ ２ Ｃａ
２ Ｃｕ３０ 、。−６薄膜に実施例１と同様に電極
を形成し、ゼロ抵抗温度Ｔ ｃｏｓおよび７７”Ｋでの
超伝導臨界電流Ｊｃを４端子法を用いて測定した。
２ Ｃｕ３０ 、。−６薄膜に実施例１と同様に電極
を形成し、ゼロ抵抗温度Ｔ ｃｏｓおよび７７”Ｋでの
超伝導臨界電流Ｊｃを４端子法を用いて測定した。
その結果を第２表に示す。
第２表
この結果から明らかなように、ＣａＮｄＧ ａ０４単
結晶を基板として用いた場合、Ｔ−ｏ、Ｊ−共に優れて
いることがわかる。これは、ＣａＮｄＧａＯ４単結晶基
板は、膜の結晶性、均一性が優れているためＢ ｉ ２
Ｓ ｒ２ Ｃａ２Ｃ１４３０Ｉｏ−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ができ
たものと考えられる。
結晶を基板として用いた場合、Ｔ−ｏ、Ｊ−共に優れて
いることがわかる。これは、ＣａＮｄＧａＯ４単結晶基
板は、膜の結晶性、均一性が優れているためＢ ｉ ２
Ｓ ｒ２ Ｃａ２Ｃ１４３０Ｉｏ−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ができ
たものと考えられる。
なお、この単結晶基板は、Ｂ ｉ２ Ｓ ｒ２ Ｃａ２
ｃｕ３ｏ＋ｏ−６薄膜のＢｉ元素を一部ｐｂで置換した
Ｂ ｉ 、８Ｐｂｏ２Ｓ ｒ２Ｃａ２ Ｃｕ３０ 、
。
ｃｕ３ｏ＋ｏ−６薄膜のＢｉ元素を一部ｐｂで置換した
Ｂ ｉ 、８Ｐｂｏ２Ｓ ｒ２Ｃａ２ Ｃｕ３０ 、
。
６薄膜を形成した場合にも、安定なＴｅａ−Ｊ−を得る
ことができた。
ことができた。
また、ＣａＮｄＧａ０４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
。
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
。
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ＣａＮｄＧａ０４の（００１）面単結晶基
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１０００Ａ
のＴ１２ Ｂａ２ Ｃａ２Ｃｕ３０ を堆積した。こ
こでターゲットは、成膜後に膜の組成がＴ １２ Ｂａ
２Ｃａ２Ｃｕａ Ｏｘ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１０Ｐａ、電力
８０Ｗ１基板温度６００℃とした。
法で形成したＣａＮｄＧａ０４の（００１）面単結晶基
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１０００Ａ
のＴ１２ Ｂａ２ Ｃａ２Ｃｕ３０ を堆積した。こ
こでターゲットは、成膜後に膜の組成がＴ １２ Ｂａ
２Ｃａ２Ｃｕａ Ｏｘ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１０Ｐａ、電力
８０Ｗ１基板温度６００℃とした。
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。ここで金箔を用いてラ
ップするのはタリウムの蒸発を防ぐためである。
℃、１０分のアニールを行った。ここで金箔を用いてラ
ップするのはタリウムの蒸発を防ぐためである。
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Ｔ３゜、および７７゜Ｋで
の超伝導臨界電流Ｊ１を４端子法を用いて測定した。
３０ 薄膜のゼロ抵抗温度Ｔ３゜、および７７゜Ｋで
の超伝導臨界電流Ｊ１を４端子法を用いて測定した。
その結果を第３表に示す。
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 Ｎ ｄ Ｇ ａ ０４単結晶を基板として用いた場
合、Ｔｃ０、Ｊｔ共に優れていることがわかる。
ａ Ｎ ｄ Ｇ ａ ０４単結晶を基板として用いた場
合、Ｔｃ０、Ｊｔ共に優れていることがわかる。
これは、ＣａＮｄＧａ０ａ単結晶基板は、膜の結晶性、
均一性が優れているためＴ１２ Ｂａ２ Ｃａ２Ｃｕ３
０ 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。
均一性が優れているためＴ１２ Ｂａ２ Ｃａ２Ｃｕ３
０ 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。
また、この場合も、ＣａＮｄＧａ０４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（１
００）面、（１１０）面のエピタキシャル膜を形成する
ことができる。
）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（１
００）面、（１１０）面のエピタキシャル膜を形成する
ことができる。
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。
超伝導薄膜の形成にも適用可能である。
また、酸化物単結晶基板の組成については、実施例の他
、Ｓｒ、Ｌａ、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。
、Ｓｒ、Ｌａ、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。
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。
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。
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−Ｎｄ−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 Ｎｄ Ｇａ ０ １−ｘ ｌ−ｙ ｌ−ｚ
４−ｖ（−０，０５＜ｘ ＜０．０５．−０．０５
＜ｙ ＜０．０５ 、−０．０５ ＜ｚ ＜０．０５
．−ｏ、２＜Ｗ ＜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。
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−Ｎｄ−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 Ｎｄ Ｇａ ０ １−ｘ ｌ−ｙ ｌ−ｚ
４−ｖ（−０，０５＜ｘ ＜０．０５．−０．０５
＜ｙ ＜０．０５ 、−０．０５ ＜ｚ ＜０．０５
．−ｏ、２＜Ｗ ＜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。
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 Ｎ ｄ Ｇ ａ ０４基板、２ ・・・Ｙ
Ｂ ａ ２ Ｃｕ ３０ 薄膜、３１〜３４ ・・
・電７−δ 極、４・・・安定化電源、５・・・電圧計。
る。 １−Ｃａ Ｎ ｄ Ｇ ａ ０４基板、２ ・・・Ｙ
Ｂ ａ ２ Ｃｕ ３０ 薄膜、３１〜３４ ・・
・電７−δ 極、４・・・安定化電源、５・・・電圧計。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （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−ネオジム
−ガリウム系の酸化物単結晶基板。 Ｃａ＿１＿−＿ｘＮｄ＿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−ネオジム−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＿−＿ｘＮｄ＿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−ネオジム−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５．３２〜５．５４Å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＿−＿ｘＮｄ＿１＿−＿ｙＧａ＿１＿−＿ｚＯ
＿４＿−＿ｗ（−０．０５＜ｘ＜０．０５、−０．０５
＜ｙ＜０．０５、−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） （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。 （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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2100839A JPH042697A (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 酸化物単結晶基板およびこれを用いた超伝導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2100839A JPH042697A (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 酸化物単結晶基板およびこれを用いた超伝導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH042697A true JPH042697A (ja) | 1992-01-07 |
Family
ID=14284488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2100839A Pending JPH042697A (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 酸化物単結晶基板およびこれを用いた超伝導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH042697A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5413986A (en) * | 1988-12-23 | 1995-05-09 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Method for production of thin oxide superconducting film and substrate for production of the film |
-
1990
- 1990-04-17 JP JP2100839A patent/JPH042697A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5413986A (en) * | 1988-12-23 | 1995-05-09 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Method for production of thin oxide superconducting film and substrate for production of the film |
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