JPH05238893A - 酸化物超伝導薄膜用基板及びその製造法 - Google Patents
酸化物超伝導薄膜用基板及びその製造法Info
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- JPH05238893A JPH05238893A JP7523592A JP7523592A JPH05238893A JP H05238893 A JPH05238893 A JP H05238893A JP 7523592 A JP7523592 A JP 7523592A JP 7523592 A JP7523592 A JP 7523592A JP H05238893 A JPH05238893 A JP H05238893A
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- Japan
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- superconducting thin
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 任意の口径に育成可能で、かつ、良好な結晶
性を有する酸化物超伝導薄膜を形成可能な高品質基板結
晶を提供する。 【構成】 この基板結晶は、少なくとも、テルビウム、
アルミウニム及び酸素の３元素を含む単結晶からなるも
のであり、一般式 【化１】 （但し、−０.５≦ｘ≦＋０.５）で表わされるものが好
ましい。また酸化物超伝導薄膜の格子定数と一致するよ
うに、テルビウムの格子点を３ａ族元素で一部置換した
り、アルミニウムの格子点を３ｂ族元素で一部置換する
ことができる。基板育成法としては、溶融固化法が適用
でき、なかでもチョクラルスキー法が適している。
性を有する酸化物超伝導薄膜を形成可能な高品質基板結
晶を提供する。 【構成】 この基板結晶は、少なくとも、テルビウム、
アルミウニム及び酸素の３元素を含む単結晶からなるも
のであり、一般式 【化１】 （但し、−０.５≦ｘ≦＋０.５）で表わされるものが好
ましい。また酸化物超伝導薄膜の格子定数と一致するよ
うに、テルビウムの格子点を３ａ族元素で一部置換した
り、アルミニウムの格子点を３ｂ族元素で一部置換する
ことができる。基板育成法としては、溶融固化法が適用
でき、なかでもチョクラルスキー法が適している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ジョセフソン素子等の
超伝導デバイス作製において、酸化物超伝導薄膜を化学
蒸着法(ＣＶＤ法)或いは物理蒸着法(ＰＶＤ法)若しくは
液相成長法によって形成する際に用いられる基板結晶及
びその製造法に関するものである。
超伝導デバイス作製において、酸化物超伝導薄膜を化学
蒸着法(ＣＶＤ法)或いは物理蒸着法(ＰＶＤ法)若しくは
液相成長法によって形成する際に用いられる基板結晶及
びその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
酸化物超伝導薄膜用基板結晶として、浸没アーク溶融法
によるＭgＯ、ベルヌイ法によるＳrＴiＯ3、チョクラル
スキー法によるＬaＧaＯ3、ＬaＡlＯ3及びＮdＧaＯ3等
が用いられている。
酸化物超伝導薄膜用基板結晶として、浸没アーク溶融法
によるＭgＯ、ベルヌイ法によるＳrＴiＯ3、チョクラル
スキー法によるＬaＧaＯ3、ＬaＡlＯ3及びＮdＧaＯ3等
が用いられている。
【０００３】しかし、ＭgＯ基板の場合、種結晶を用い
ないことに起因してサブグレインが存在するため、結晶
の品質を管理することが困難である。また、任意の大き
さに育成できない等の問題点がある。
ないことに起因してサブグレインが存在するため、結晶
の品質を管理することが困難である。また、任意の大き
さに育成できない等の問題点がある。
【０００４】ＳrＴiＯ3基板の場合には、溶融固化法の
１つであるベルヌイ法により育成されているが、転位密
度が比較的大きいため、良好な酸化物超伝導薄膜を形成
しにくいという問題点がある。また、大口径化の点で
は、２０〜３０mmφ程度が限界であるとされている。
１つであるベルヌイ法により育成されているが、転位密
度が比較的大きいため、良好な酸化物超伝導薄膜を形成
しにくいという問題点がある。また、大口径化の点で
は、２０〜３０mmφ程度が限界であるとされている。
【０００５】一方、結晶の品質の管理及び大口径化の点
では、溶融固化法の１つであるチョクラルスキー法が最
も良い結晶育成法であるとされている。近年、チョクラ
ルスキー法によって、ＬaＧaＯ3、ＬaＡlＯ3及びＮdＧa
Ｏ3等が育成されている。しかし、ＬaＧaＯ3基板及びＬ
aＡlＯ3基板に関しては、室温から１０００℃の間に相
転位点が存在するという問題点がある。すなわち、気相
又は液相法により酸化物超伝導薄膜を形成する際、基板
温度が相転位点に達する場合には、基板結晶内で相転位
に伴う双晶が発生し、酸化物超伝導薄膜と基板結晶との
整合性が劣化する。一方、ＮdＧaＯ3基板の場合には、
相転位に伴う双晶は存在しないものの、育成中にクラッ
クを生じ易く、育成が困難であるという問題点がある。
では、溶融固化法の１つであるチョクラルスキー法が最
も良い結晶育成法であるとされている。近年、チョクラ
ルスキー法によって、ＬaＧaＯ3、ＬaＡlＯ3及びＮdＧa
Ｏ3等が育成されている。しかし、ＬaＧaＯ3基板及びＬ
aＡlＯ3基板に関しては、室温から１０００℃の間に相
転位点が存在するという問題点がある。すなわち、気相
又は液相法により酸化物超伝導薄膜を形成する際、基板
温度が相転位点に達する場合には、基板結晶内で相転位
に伴う双晶が発生し、酸化物超伝導薄膜と基板結晶との
整合性が劣化する。一方、ＮdＧaＯ3基板の場合には、
相転位に伴う双晶は存在しないものの、育成中にクラッ
クを生じ易く、育成が困難であるという問題点がある。
【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであって、任意の口径に育成可能で、か
つ、良好な結晶性を有する酸化物超伝導薄膜を形成可能
な高品質基板結晶及びその製造法を提供することを目的
とするものである。
なされたものであって、任意の口径に育成可能で、か
つ、良好な結晶性を有する酸化物超伝導薄膜を形成可能
な高品質基板結晶及びその製造法を提供することを目的
とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、前述の課
題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、酸化物超伝導薄
膜用基板結晶として、ＴbＡlＯ3が良好な特性を有して
いることを見い出した。この材料の場合、一般式
題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、酸化物超伝導薄
膜用基板結晶として、ＴbＡlＯ3が良好な特性を有して
いることを見い出した。この材料の場合、一般式
【化２】 においてｘ値を変えることにより、或いはテルビウムの
格子点を３ａ族元素で一部置換し、又は、アルミニウム
の格子点を３ｂ族元素で一部置換することにより、格子
定数が変化することを利用して、酸化物超伝導薄膜の種
類を変えても、その格子定数に整合する基板を提供でき
ることを見い出した。更に、結晶育成法として、結晶の
品質の管理及び大口径化の点で優れているチョクラルス
キー法が適用できることを見い出した。
格子点を３ａ族元素で一部置換し、又は、アルミニウム
の格子点を３ｂ族元素で一部置換することにより、格子
定数が変化することを利用して、酸化物超伝導薄膜の種
類を変えても、その格子定数に整合する基板を提供でき
ることを見い出した。更に、結晶育成法として、結晶の
品質の管理及び大口径化の点で優れているチョクラルス
キー法が適用できることを見い出した。
【０００８】以下に、本発明を更に詳細に説明する。
【０００９】
【作用】前述した通り、本発明に係る酸化物超伝導薄膜
用基板は、少なくとも、テルビウム、アルミニウム及び
酸素の３元素を含む単結晶からなり、好ましくは一般式
用基板は、少なくとも、テルビウム、アルミニウム及び
酸素の３元素を含む単結晶からなり、好ましくは一般式
【化３】 (但し、−０.５≦ｘ≦＋０.５)を有するものである。ｘ
値をこの範囲で変えることにより、格子定数を制御する
ことが可能である。ｘ値がこの範囲を超えると、結晶内
に他の相が析出してくるため、好ましくない。また、上
記の一般式において、テルビウムの格子点の一部を３ａ
族元素で置換し、或いは、アルミニウムの格子点の一部
を３ｂ族元素で置換することによっても、格子定数を制
御することが可能である。
値をこの範囲で変えることにより、格子定数を制御する
ことが可能である。ｘ値がこの範囲を超えると、結晶内
に他の相が析出してくるため、好ましくない。また、上
記の一般式において、テルビウムの格子点の一部を３ａ
族元素で置換し、或いは、アルミニウムの格子点の一部
を３ｂ族元素で置換することによっても、格子定数を制
御することが可能である。
【００１０】この基板結晶の育成方法としては、溶融固
化法を利用することができる。すなわち、チョクラルス
キー法の他、ＦＺ法、ベルヌイ法及びＥＦＧ法等により
育成が可能である。これらのうち、結晶の品質の管理及
び大口径化の点においてチョクラルスキー法が優れてい
る。
化法を利用することができる。すなわち、チョクラルス
キー法の他、ＦＺ法、ベルヌイ法及びＥＦＧ法等により
育成が可能である。これらのうち、結晶の品質の管理及
び大口径化の点においてチョクラルスキー法が優れてい
る。
【００１１】次に本発明の代表的な実施例を示す。
【００１２】
【実施例１】原料として、酸化テルビウムＴb4Ｏ7(純度
９９.９９％)及び酸化アルミニウムＡl2Ｏ3(純度９９.
９９９％)を原子比でＴb：Ａl＝１：１になるように秤
量し、乾式で十分混合したものをＣＩＰ成型(圧力４ton
／cm2)した後、大気中、１６５０℃で１５時間焼結した
ものをイリジウムるつぼ(内径４７mm)に充填した。
９９.９９％)及び酸化アルミニウムＡl2Ｏ3(純度９９.
９９９％)を原子比でＴb：Ａl＝１：１になるように秤
量し、乾式で十分混合したものをＣＩＰ成型(圧力４ton
／cm2)した後、大気中、１６５０℃で１５時間焼結した
ものをイリジウムるつぼ(内径４７mm)に充填した。
【００１３】チョクラルスキー法により育成し、その育
成条件は、引上げ方位ｃ軸、結晶回転数２０rpm、引上
げ速度４.０mm／hr、育成雰囲気はＮ2とした。充填重量
の約３０％を結晶化させて育成を終了した。
成条件は、引上げ方位ｃ軸、結晶回転数２０rpm、引上
げ速度４.０mm／hr、育成雰囲気はＮ2とした。充填重量
の約３０％を結晶化させて育成を終了した。
【００１４】得られた結晶は、直径約２０mm、直胴部の
長さは、約５０mmであり、気泡やクラック等の欠陥は認
められなかった。結晶の色は茶色で透明であった。得ら
れた結晶の一部を化学分析した結果、原子比でＴb：Ａl
＝１：１であった。またＸ線回折の結果、結晶構造は斜
方晶であり、異相の析出は認められなかった。格子定数
は、ａ＝５.２３９Å、ｂ＝５.３０７Å、ｃ＝７.４１
５Åであった。
長さは、約５０mmであり、気泡やクラック等の欠陥は認
められなかった。結晶の色は茶色で透明であった。得ら
れた結晶の一部を化学分析した結果、原子比でＴb：Ａl
＝１：１であった。またＸ線回折の結果、結晶構造は斜
方晶であり、異相の析出は認められなかった。格子定数
は、ａ＝５.２３９Å、ｂ＝５.３０７Å、ｃ＝７.４１
５Åであった。
【００１５】
【実施例２】原料として、酸化テルビウムＴb4Ｏ7(純度
９９.９９％)、酸化エルビウムＥr2Ｏ3(純度９９.９９
％)及び酸化アルミニウムＡl2Ｏ3(純度９９.９９％)を
原子比でＴb：Ｅr：Ａl＝０.９：０.１：１.０になるよ
うに秤量し、乾式で十分混合したものをＣＩＰ成型(圧
力４ton／cm2)した後、大気中、１６５０℃で１５時間
焼結したものをイリジウムるつぼ(内径４７mm)に充填し
た。
９９.９９％)、酸化エルビウムＥr2Ｏ3(純度９９.９９
％)及び酸化アルミニウムＡl2Ｏ3(純度９９.９９％)を
原子比でＴb：Ｅr：Ａl＝０.９：０.１：１.０になるよ
うに秤量し、乾式で十分混合したものをＣＩＰ成型(圧
力４ton／cm2)した後、大気中、１６５０℃で１５時間
焼結したものをイリジウムるつぼ(内径４７mm)に充填し
た。
【００１６】チョクラルスキー法で育成し、その育成条
件は、引上げ方位ｃ軸、結晶回転数２０rpm、引上げ速
度１.０mm／hr、育成雰囲気はＮ2とした。充填重量の約
３０％を結晶化させて育成を終了した。
件は、引上げ方位ｃ軸、結晶回転数２０rpm、引上げ速
度１.０mm／hr、育成雰囲気はＮ2とした。充填重量の約
３０％を結晶化させて育成を終了した。
【００１７】得られた結晶は直径約２０mmφ、直胴部の
長さは約５０mmであり、気泡やクラック等の欠陥は認め
られなかった。結晶の色は茶色で透明であった。得られ
た結晶の一部を化学分析した結果、原子比で、Ｔb：Ｅ
r：Ａl＝０.９：０.１：１.０であった。またＸ線回折
の結果、結晶構造は斜方晶であり、異相の析出は認めら
れなかった。
長さは約５０mmであり、気泡やクラック等の欠陥は認め
られなかった。結晶の色は茶色で透明であった。得られ
た結晶の一部を化学分析した結果、原子比で、Ｔb：Ｅ
r：Ａl＝０.９：０.１：１.０であった。またＸ線回折
の結果、結晶構造は斜方晶であり、異相の析出は認めら
れなかった。
【００１８】
【実施例３】原料として、酸化テルビウムＴb4Ｏ7(純度
９９.９９％)及び酸化アルミニウムＡl2Ｏ3(純度９９.
９９９％)を原子比でＴb：Ａl＝１：１になるように秤
量し、乾式で十分混合したものを棒状(直径６mm、長さ
約９０mm)にＣＩＰ成型(圧力２ton／cm2)した後、大気
中、１６５０℃で１５時間焼成したものを原料棒とする
ＦＺ法により育成を行った。育成には、キセノンランプ
を光源とする集光加熱式のＦＺ装置を用いた。種結晶に
は、ＣＺ法で育成したＴbＡlＯ3単結晶から切出したも
のを用いた。ＦＺ法の育成条件としては、引上げ方位ｃ
軸、上部シャフト(原料棒)回転数２０rpm、下部シャフ
ト(種結晶)回転数３０rpm、育成速度４.０mm／hr、育成
雰囲気はＮ2とした。
９９.９９％)及び酸化アルミニウムＡl2Ｏ3(純度９９.
９９９％)を原子比でＴb：Ａl＝１：１になるように秤
量し、乾式で十分混合したものを棒状(直径６mm、長さ
約９０mm)にＣＩＰ成型(圧力２ton／cm2)した後、大気
中、１６５０℃で１５時間焼成したものを原料棒とする
ＦＺ法により育成を行った。育成には、キセノンランプ
を光源とする集光加熱式のＦＺ装置を用いた。種結晶に
は、ＣＺ法で育成したＴbＡlＯ3単結晶から切出したも
のを用いた。ＦＺ法の育成条件としては、引上げ方位ｃ
軸、上部シャフト(原料棒)回転数２０rpm、下部シャフ
ト(種結晶)回転数３０rpm、育成速度４.０mm／hr、育成
雰囲気はＮ2とした。
【００１９】得られた結晶は、直径約５mmで、長さは約
３０mmでり、気泡やクラック等の欠陥は認められなかっ
た。結晶の色は茶色で透明であった。得られた結晶の一
部を化学分析した結果、原子比で、Ｔb：Ａl＝１：１で
あった。またＸ線回折の結果、結晶構造は斜方晶であ
り、異相の析出は認められなかった。
３０mmでり、気泡やクラック等の欠陥は認められなかっ
た。結晶の色は茶色で透明であった。得られた結晶の一
部を化学分析した結果、原子比で、Ｔb：Ａl＝１：１で
あった。またＸ線回折の結果、結晶構造は斜方晶であ
り、異相の析出は認められなかった。
【００２０】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明による酸化
物超伝導薄膜用基板結晶は、少なくともテルビウム、ア
ルミニウム及び酸素の３元素を含む単結晶からなり、相
転位がないため、気相法又は液相法による酸化物超伝導
薄膜用基板として適している。更に、格子定数が制御可
能であるため、酸化物超伝導薄膜の種類に応じて格子定
数に整合させることができる。
物超伝導薄膜用基板結晶は、少なくともテルビウム、ア
ルミニウム及び酸素の３元素を含む単結晶からなり、相
転位がないため、気相法又は液相法による酸化物超伝導
薄膜用基板として適している。更に、格子定数が制御可
能であるため、酸化物超伝導薄膜の種類に応じて格子定
数に整合させることができる。
【００２１】また、結晶育成法として、溶融固化法を利
用することが可能であるが、特にチョクラルスキー法を
適用することにより、高品質で大口径の結晶を安定して
供給することが可能である。
用することが可能であるが、特にチョクラルスキー法を
適用することにより、高品質で大口径の結晶を安定して
供給することが可能である。
Claims (4)
- 【請求項１】 少なくとも、テルビウム、アルミウニム
及び酸素の３元素を含む単結晶からなることを特徴とす
る酸化物超伝導薄膜用基板。 - 【請求項２】 単結晶が一般式 【化１】 （但し、−０.５≦ｘ≦＋０.５）で表わされるものであ
る請求項１に記載の酸化物超伝導薄膜用基板。 - 【請求項３】 酸化物超伝導薄膜の格子定数と一致する
ように、テルビウムの格子点を３ａ族元素で一部置換
し、及びアルミニウムの格子点を３ｂ族元素で一部置換
する請求項１又は２に記載の酸化物超伝導薄膜用基板。 - 【請求項４】 基板育成法として、請求項１、２又は３
に記載の組成となるように原料を調整し、溶融固化法に
よって基板を育成することを特徴とする酸化物超伝導薄
膜用基板の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7523592A JPH05238893A (ja) | 1992-02-26 | 1992-02-26 | 酸化物超伝導薄膜用基板及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7523592A JPH05238893A (ja) | 1992-02-26 | 1992-02-26 | 酸化物超伝導薄膜用基板及びその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05238893A true JPH05238893A (ja) | 1993-09-17 |
Family
ID=13570356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7523592A Pending JPH05238893A (ja) | 1992-02-26 | 1992-02-26 | 酸化物超伝導薄膜用基板及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05238893A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5493984A (en) * | 1993-06-24 | 1996-02-27 | National Institute For Research In Inorganic Materials | Terbium aluminate and method for its production |
-
1992
- 1992-02-26 JP JP7523592A patent/JPH05238893A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5493984A (en) * | 1993-06-24 | 1996-02-27 | National Institute For Research In Inorganic Materials | Terbium aluminate and method for its production |
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