JPH0499077A - 超伝導体 - Google Patents
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Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は、イツトリウム系、バリウム系等を含む酸化物
超伝導層を有する積層型超伝導体に関する。とくに本発
明はＹ（またはｌｌ：ｒ）−Ｂａ−Ｃｕ−０系、Ｂ１−
８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系等の酸化物超伝導体薄膜を有す
る積層型超伝導体に関する。これらの超伝導体はエレク
トロニクス分野、とくに超伝導トランジスタ分野への応
用が可能である。
超伝導層を有する積層型超伝導体に関する。とくに本発
明はＹ（またはｌｌ：ｒ）−Ｂａ−Ｃｕ−０系、Ｂ１−
８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系等の酸化物超伝導体薄膜を有す
る積層型超伝導体に関する。これらの超伝導体はエレク
トロニクス分野、とくに超伝導トランジスタ分野への応
用が可能である。
従来、Ｙ系、Ｂｉ系等の酸化物超伝導体層を形成する基
板としては・、ＳｒＴｉＯ３単結晶基板、ＭｇＯ単結晶
基板、５ｉ０２基板、ガラス基板、シリコン基板等が用
いられている。
板としては・、ＳｒＴｉＯ３単結晶基板、ＭｇＯ単結晶
基板、５ｉ０２基板、ガラス基板、シリコン基板等が用
いられている。
ところが、酸化物超伝導層を半導体と結合させてエレク
トロニクス分野に応用することを考えると、基板として
シリコンを使用することが好ましい。
トロニクス分野に応用することを考えると、基板として
シリコンを使用することが好ましい。
しかし、シリコンを基板として使用してみると、その臨
界温度は超伝導性酸化物の本来持っている臨界温度より
、かなり低下してしまう。
界温度は超伝導性酸化物の本来持っている臨界温度より
、かなり低下してしまう。
これはシリコン基板上に超伝導性酸化物薄膜を形成する
ため基板が加熱されたり、アニールされたりして、６５
０℃〜８００℃という高温の熱履歴を受けること、およ
びこれらの高温時にシリコンと超伝導酸化物間に相互に
拡散現象がおこり、酸化物層の超伝導特性やシリコン基
板の特性を悪化させることに原因があるものと考えられ
る。
ため基板が加熱されたり、アニールされたりして、６５
０℃〜８００℃という高温の熱履歴を受けること、およ
びこれらの高温時にシリコンと超伝導酸化物間に相互に
拡散現象がおこり、酸化物層の超伝導特性やシリコン基
板の特性を悪化させることに原因があるものと考えられ
る。
このような超伝導層の超伝導特性の悪影響を避けるため
には超伝導層の膜厚を厚くしなければならない。
には超伝導層の膜厚を厚くしなければならない。
膜厚を厚くすることにともなう問題点を解消するため超
伝導性酸化物の格子定数に近いＭｇＯ，ＺｒＯ，、Ｃａ
Ｆ、、Ｐｔ等の単結晶状で、しかも−軸配向した中間層
（下地層）を設ける方法が考えられるが、その成果は今
一つ不充分である。
伝導性酸化物の格子定数に近いＭｇＯ，ＺｒＯ，、Ｃａ
Ｆ、、Ｐｔ等の単結晶状で、しかも−軸配向した中間層
（下地層）を設ける方法が考えられるが、その成果は今
一つ不充分である。
一方、基板としてＧａＡｓ板を使用する技術はいまだ提
案されていない。
案されていない。
本発明の目的は、超伝導性酸化物それ自体が本来持って
いる臨界温度を発揮できる積層型超伝導体を提供する点
にある。
いる臨界温度を発揮できる積層型超伝導体を提供する点
にある。
また、本発明の他の目的は、基板としてシリコンやＧａ
Ａｓを用いたとき、シリコンやＧａＡｓと超伝導性酸化
物が相互に悪影響をおよぼさない積層型超伝導体を提供
する点にある。
Ａｓを用いたとき、シリコンやＧａＡｓと超伝導性酸化
物が相互に悪影響をおよぼさない積層型超伝導体を提供
する点にある。
本発明は、Ｓｉ基板またはＧａＡｓ基板、■２０ｓで示
される酸化物下地層、酸化物超伝導層の順に積層されて
いることを特徴とする超伝導体に関する。
される酸化物下地層、酸化物超伝導層の順に積層されて
いることを特徴とする超伝導体に関する。
酸化物下地層の膜厚は２００人〜１μｍ、とくに５００
人〜２０００人が好ましく、超伝導層の膜厚は１０００
人〜１μｍ、とくに１０００人〜４０００人が好ましい
。
人〜２０００人が好ましく、超伝導層の膜厚は１０００
人〜１μｍ、とくに１０００人〜４０００人が好ましい
。
前記基板としては、単結晶がもつとも好ましく、結晶面
としては、 （１，１，１）、（１００）、（１１０）
面が用いられる。
としては、 （１，１，１）、（１００）、（１１０）
面が用いられる。
本発明では、超伝導簿膜を下地層上にエピタキシャル成
長させることが好ましい。そのための下地層材料として
、Ｖ、Ｏ，（五酸化二バナジウム）酸化物がある。これ
は、格子定数、結晶構造が、ａ ＝ １１．５２人、ｂ
＝３．５６人、ｃ＝４．３７人の斜方晶である。電気抵
抗率は、１００に以下で約１×１０ｓΩ・ｃＩＩｌであ
り、半導体的な電気抵抗の温度依存性を示す。一方、Ｙ
ｌＢａ、Ｃｕ、Ｏｘ、Ｂｉ、５ｒ２Ｃａ、Ｃｕ３０ｘに
代表される超伝導体の格子定数は、Ｙ系においては、ａ
＝３．８３人、ｂ＝３．８８人、ｃ＝１１．８３人、Ｂ
ｉ系においてはａ ＝ ｂ ＝５．４人、ｃ＝３０〜３
７人である。また、ＳｉとＧａＡｓの格子定数は、５．
４１人、 ５．６５人である。超伝導薄膜を下地層上に
エピタキシャル成長させるための条件は、いくつかある
がその一つとして格子定数のｆｉｔｔｉｎｇがあり、そ
の地熱膨張係数、応力、下地層の元素と超伝導層の元素
の結合状態等がある。
長させることが好ましい。そのための下地層材料として
、Ｖ、Ｏ，（五酸化二バナジウム）酸化物がある。これ
は、格子定数、結晶構造が、ａ ＝ １１．５２人、ｂ
＝３．５６人、ｃ＝４．３７人の斜方晶である。電気抵
抗率は、１００に以下で約１×１０ｓΩ・ｃＩＩｌであ
り、半導体的な電気抵抗の温度依存性を示す。一方、Ｙ
ｌＢａ、Ｃｕ、Ｏｘ、Ｂｉ、５ｒ２Ｃａ、Ｃｕ３０ｘに
代表される超伝導体の格子定数は、Ｙ系においては、ａ
＝３．８３人、ｂ＝３．８８人、ｃ＝１１．８３人、Ｂ
ｉ系においてはａ ＝ ｂ ＝５．４人、ｃ＝３０〜３
７人である。また、ＳｉとＧａＡｓの格子定数は、５．
４１人、 ５．６５人である。超伝導薄膜を下地層上に
エピタキシャル成長させるための条件は、いくつかある
がその一つとして格子定数のｆｉｔｔｉｎｇがあり、そ
の地熱膨張係数、応力、下地層の元素と超伝導層の元素
の結合状態等がある。
Ｙ系の場合、格子定数はＶ、Ｏ，にかなり近い値であり
、Ｙ系をＣ軸方向に配向させるには、Ｖ２Ｏ，をａ軸に
配向させれば良いことになる。
、Ｙ系をＣ軸方向に配向させるには、Ｖ２Ｏ，をａ軸に
配向させれば良いことになる。
そのためには、基板上に■２０．をａ軸に配向させるこ
とが必要である。また、Ｂｉ系では、基板上にｖ、０．
をＣ軸配向させることが可能であり、この場合には超伝
導膜は、ａ軸配向することになる。この議論については
主に格子定数からみたものであるが薄膜作製条件により
十分成し遂げられる。
とが必要である。また、Ｂｉ系では、基板上にｖ、０．
をＣ軸配向させることが可能であり、この場合には超伝
導膜は、ａ軸配向することになる。この議論については
主に格子定数からみたものであるが薄膜作製条件により
十分成し遂げられる。
薄膜作製手段としては、下地層は通常のｒｆスパッタリ
ング法かあるいは、対向ターゲットスパッタ法で作製し
、超伝導膜はプラズマ蒸着法（蒸発源上にフィラメント
、グリッドを設け、これにより酸素ガス、蒸発物をプラ
ズマ状態にし作製する方法）により作製する。Ｓｉ基板
を４００℃から６５０℃で加熱してａｓ−ｄｅｐｏで下
地膜と超伝導膜ができることが必要である。
ング法かあるいは、対向ターゲットスパッタ法で作製し
、超伝導膜はプラズマ蒸着法（蒸発源上にフィラメント
、グリッドを設け、これにより酸素ガス、蒸発物をプラ
ズマ状態にし作製する方法）により作製する。Ｓｉ基板
を４００℃から６５０℃で加熱してａｓ−ｄｅｐｏで下
地膜と超伝導膜ができることが必要である。
また、ともに酸化物であるため、薄膜作製時の酸素ガス
の圧力コントロールが重要になる。Ｙ系超伝導体では、
作製時の酸素圧と１作製直後から基板温度が下がるまで
との圧力が異なる。
の圧力コントロールが重要になる。Ｙ系超伝導体では、
作製時の酸素圧と１作製直後から基板温度が下がるまで
との圧力が異なる。
Ｖ２Ｏ５は、基板温度と酸素ガス圧の条件を把握しない
とｖｏ、ｖ、ｏ３等の酸化物ができてしまう。基板温度
は６００℃以下が良い。
とｖｏ、ｖ、ｏ３等の酸化物ができてしまう。基板温度
は６００℃以下が良い。
実施例１
１０ｍｍ Ｘ １０＋＋ｖ＋ Ｘ Ｏ，５＋ａｍのＳｉ
（結晶面（１００））基板上に、対向ターゲットスパッ
タリングでＶ２Ｏ、膜を作製する。ターゲットはＶ：Ｏ
＝２：５にほぼ一致するように組成を合わせ、焼結した
ターゲットを用いる。Ａｒと０２の混合ガスをもちいて
、酸素分圧は、５ ｍｔｏｒｒから３０ｍｔｏｒｒで行
ない、基板温度は５５０℃から６００℃の範囲で行なっ
た。投入電力は、０．８Ａ、１．５ＫＶで、基板加熱温
度６００℃、酸素分圧１０ｍｔｏｒｒで行なった。
（結晶面（１００））基板上に、対向ターゲットスパッ
タリングでＶ２Ｏ、膜を作製する。ターゲットはＶ：Ｏ
＝２：５にほぼ一致するように組成を合わせ、焼結した
ターゲットを用いる。Ａｒと０２の混合ガスをもちいて
、酸素分圧は、５ ｍｔｏｒｒから３０ｍｔｏｒｒで行
ない、基板温度は５５０℃から６００℃の範囲で行なっ
た。投入電力は、０．８Ａ、１．５ＫＶで、基板加熱温
度６００℃、酸素分圧１０ｍｔｏｒｒで行なった。
Ａｒと０２の比は１：１であった。こうして得られた薄
膜は、Ｘ線回折結果からａ軸配向しており、膜厚２００
０人、膜表面は平坦であった０次に真空槽を予め、１０
””から１０−’Ｐａに引いておき酸素ガスを導入する
。その時の圧力は１０−１から１０−”Ｐａであった。
膜は、Ｘ線回折結果からａ軸配向しており、膜厚２００
０人、膜表面は平坦であった０次に真空槽を予め、１０
””から１０−’Ｐａに引いておき酸素ガスを導入する
。その時の圧力は１０−１から１０−”Ｐａであった。
電子銃の蒸発源にはＹ金属、Ｂａ金属、Ｃｕ金属が王台
の銃に各々入れてあり、加速電圧１０ｋｖで各材料を蒸
発させた。
の銃に各々入れてあり、加速電圧１０ｋｖで各材料を蒸
発させた。
基板加熱温度は６００℃にして行なった。一方。
蒸発源上に設けであるタングステンフィラメントには４
００Ｗの電力を投入し、熱電子を放出させた。その熱電
子は、更にその上部に設けである網目上のグリッドに印
加された正の電圧１００Ｖにより、引っ張られここで捕
らえられるようになっている。この間、酸素及び蒸発材
料は一部イオン化されこの領域にプラズマが発生する。
００Ｗの電力を投入し、熱電子を放出させた。その熱電
子は、更にその上部に設けである網目上のグリッドに印
加された正の電圧１００Ｖにより、引っ張られここで捕
らえられるようになっている。この間、酸素及び蒸発材
料は一部イオン化されこの領域にプラズマが発生する。
ただし基板は、接地しである。なお、膜作製直後から、
基板温度が室温になるまで、酸素ガス圧は１０Ｐａにし
た。こうして得られた膜の厚さは２０００人、配向軸は
Ｃ軸になっており、膜表面は平滑で緻密な膜になってい
た。臨界温度は、電気抵抗と磁化率測定から約８０にと
なった。
基板温度が室温になるまで、酸素ガス圧は１０Ｐａにし
た。こうして得られた膜の厚さは２０００人、配向軸は
Ｃ軸になっており、膜表面は平滑で緻密な膜になってい
た。臨界温度は、電気抵抗と磁化率測定から約８０にと
なった。
実施例２
ＧａＡｓ基板（１００）上（サイズはＳｉと同じ）に対
向ターゲットスパッタリングでｖ２０．膜を作製する。
向ターゲットスパッタリングでｖ２０．膜を作製する。
ターゲットはＶ：Ｏ＝２：５にほぼ一致するように組成
を合わせ、焼結したターゲットを用いる。Ａｒと０２の
混合ガスをもちいて、酸素分圧は、５ ｍｔｏｒｒから
３０ｍｔｏｒｒで行ない、基板温度は５５０℃から６０
０℃の範囲で行なった。
を合わせ、焼結したターゲットを用いる。Ａｒと０２の
混合ガスをもちいて、酸素分圧は、５ ｍｔｏｒｒから
３０ｍｔｏｒｒで行ない、基板温度は５５０℃から６０
０℃の範囲で行なった。
投入電力は、１．ＯＡ、１．５ＫＶで、基板加熱温度５
７０℃、酸素分圧１０ｍｔｏｒｒで行なった。Ａｒと、
０２の比は１：１であった。こうして得られた薄膜は、
Ｘ線回折結果からＣ軸配向しており、膜厚は２０００人
であった。次に真空槽を予め。
７０℃、酸素分圧１０ｍｔｏｒｒで行なった。Ａｒと、
０２の比は１：１であった。こうして得られた薄膜は、
Ｘ線回折結果からＣ軸配向しており、膜厚は２０００人
であった。次に真空槽を予め。
１０−３から１０−’Ｐａに引いておき酸素ガスを導入
する。その時の圧力は５ＸＩＯ−”Ｐａであった。
する。その時の圧力は５ＸＩＯ−”Ｐａであった。
電子銃の蒸発源にはＢｉ金金属Ｃｕ金属、５ｒ−Ｃａ金
属が王台の銃に各々入れてあり、加速電圧１０にＶが各
材料を蒸発させた。基板加熱温度は６２０℃にして行な
った。一方、蒸発源上に設けであるタングステンフィラ
メントには４００ｗの電力を投入し、熱電子を放出させ
た。こうして得られた膜の厚さは２０００人、配向軸は
Ｃ軸になっており、膜表面は平滑で緻密な膜になってい
た。臨界温度は、電気抵抗と磁化率測定から約８５にと
なった。
属が王台の銃に各々入れてあり、加速電圧１０にＶが各
材料を蒸発させた。基板加熱温度は６２０℃にして行な
った。一方、蒸発源上に設けであるタングステンフィラ
メントには４００ｗの電力を投入し、熱電子を放出させ
た。こうして得られた膜の厚さは２０００人、配向軸は
Ｃ軸になっており、膜表面は平滑で緻密な膜になってい
た。臨界温度は、電気抵抗と磁化率測定から約８５にと
なった。
本発明は、■２０５の下地層を用いることで、従来直接
Ｓｉ基板上に成膜していた超伝導薄膜に比べ、臨界温度
の上昇や膜質が改善されるとともに、超伝導トランジス
タなどの半導体を組合せた素子への応用が可能となった
。さらに、本発明はＧａＡｓ基板上にも作製できる道を
開いたものである。
Ｓｉ基板上に成膜していた超伝導薄膜に比べ、臨界温度
の上昇や膜質が改善されるとともに、超伝導トランジス
タなどの半導体を組合せた素子への応用が可能となった
。さらに、本発明はＧａＡｓ基板上にも作製できる道を
開いたものである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、Ｓｉ基板またはＧａＡｓ基板、Ｖ＿２Ｏ＿５で示さ
れる酸化物下地層、酸化物超伝導層の順に積層されてい
ることを特徴とする超伝導体。 ２、前記酸化物超伝導層がＹ＿１Ｂａ＿２Ｃｕ＿３Ｏｘ
、Ｂｉ＿２Ｓｒ＿２Ｃａ＿２Ｃｕ＿３Ｏｘ、Ｂｉ＿２Ｓ
ｒ＿２Ｃａ＿１ＣＵ＿２Ｏｘよりなる群から選らばれた
ものであることを特徴とする請求項１記載の超伝導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2207943A JPH0499077A (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | 超伝導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2207943A JPH0499077A (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | 超伝導体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0499077A true JPH0499077A (ja) | 1992-03-31 |
Family
ID=16548108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2207943A Pending JPH0499077A (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | 超伝導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0499077A (ja) |
-
1990
- 1990-08-06 JP JP2207943A patent/JPH0499077A/ja active Pending
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