JPH05508610A - ａ，ｂ軸方向のペロブスカイト薄膜の成長方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ、ｂ軸方向のペロブスカイト薄膜の成長方法タ　発明の分野 本発明はペロブスカイト材の成長法に関する。より詳細には、コントロールされ た結晶方向をもっＹＢａ２ＣｕｓＯｖ−ｘのようなペロブスカイト超電導体の成 長方法に関する。

発明の背景 １　一般に高Ｔ　ｃ［１！導体と呼ばれる高温超電導体の発見は、種々の技術に 応用される可能性を秘めている。というのは低Ｔ。

超電導体デバイスには多くの種類が知られているのであるが、［高Ｔ、の同等物 を製造することは困難だからである。この困難性は多くの高Ｔｃ超電導体が強い 異方性を有し複雑なペロブスカイト結晶構造となっていることに起因している。

以下の論述ではＹ　Ｂ　ａ　２０　ｕ　３０７−Ｘ　（以下、ＹＢＣＯという） を１例として用いるが、これはそれが最もよく解明されているし、技術的にも使 用可能な高Ｔｃ超電導体だからである。

ＹＢＣＯの結晶構造は、図１に示されるように、ペロブスカイト結晶構造、即ち ａ、　ｂ軸はほぼ等長だがＣ軸はかなり長い斜方晶系の（つまり長方形の）構造 に極めて近い。ここでＹＢＣｏの薄膜を成長させるのによく使われる基板である ５ｒＴｉ０３の単位格子パラメータをＹＢＣＯの単位格子パラメータと共に表１ に示す。

表１ 格子パラメータ（ＤＩｌｌ） ａ　ｂ　ｃ ＹＢＣＯＯ，３８２０，３８８１，１６８ＰｒＢＣＯＯ，３８７０，３９３１， １７１ＳｒＴｉＯＯ，３９１０，３９１０，３９１Ｃ軸に垂直に配置されている のはＣｕＯ□面で、これが超電導性に大きく貢献するものと考えられている。ペ ロブスカイト結晶構造については、Ａ、　Ｆ、　ｆｅｌｌｓのｒｓｔｒｕｃｔｕ ｒａｌ　Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ＣｈｅｍｉｓｔｒｙＪと題する著書、Ｃ１ａｒｅ ｎｄａｎ　Ｐｒｅｓｓ社、第４版、１９７５年の第１４９頁−１５４頁に記載さ れている。

細長い非対称の単位格子はＹＢＣＯの単結晶サンプルの成長を困難にする原因と なっている。しかしそれにも拘わらず種々の技術が成功例を作ってきた。こうし た技術の詳細については、１９８９年４月３日出願のＶｅｎｋａｔｅｓａｎらの 米国特許出願第０７／３３１．７９５号および１９８９年６月１日出願のＨｅｇ ｄｅらの米国特許出願第０７／３６０゜０９０号に記載されている。この技術で は紫外線レーザにより所望の膜に類似する組成をもつ合成ターゲットの表面に短 い光パルスを与えている。ターゲットからの不均衡蒸発物、すなわちブルーン［ ｐｌｕ＋ｎｅ］が基板上に付暮し、所望のＹＢＣＯ膜を形成する。基板の温度な らびに周囲の酸素圧を細心の注意を以て制御することにより、単結晶膜を５ｒＴ ｉ０３、ＭｇＯその他の材料の（００１）方向の基板上に成長させることができ る。この方向の基板はＹＢＣＯのａ軸、ｂ軸格子パラメータに極めて緊密に適合 する表面の単位格子をもっている。この方法で成長させられたＹＢＣＯ膜は基板 に対し垂直のＣ軸方向をもっていた。

こうした膜は９０°にの範囲内で遷移温度Ｔ、を示した。

ＨｅｇｄｅらはさらにこのＣ紬エピタキシャル成長を使ってＹＢＣｏ−ＰｒＢｃ ｏ−ＹＢＣＯのエピタキシャルヘテロ構造を形成している。中間層のＰ　ｒ　Ｂ 　ａ　ｚＣｕ　５ｏｔ−ｙもまたペロブスカイトだが、これは非超電導体で半導 体のように作動する。その格子パラメータは表１に示した通りである。Ｈｅｇｄ ｅらの目的は、ＰｒＢＣＯを横切って、即ちＰｒＢＣＯ層を介在させるＹＢＣＯ 層間にジョセフソンの弱いリンクを形成することであった。

この方法を使って製造されたジョセフソンデバイスは、その電流／電圧特性にお いて反復可能に５−Ｎ−８（超電導−常電導−超電導〕動作を示した。直流およ び交流のいずれのジョセフソン効果も観察された。しかしこのようなＣ軸成長へ テロエピタキシャルデバイスの効果は、この結晶学的方向に沿っている非常に短 いコヒーレンス長だけに限定されている。超電導状態のパラメータの主要な一つ であるこのコヒーレンス長は、ＹＢＣＯｌその他のよく知られた高Ｔｃ超電導体 において強い異方性を有している。このコヒーレンス長はＣ方向においてξ−０ ゜７ｎＩｏ、ＹＢＣＯのａ、ｂ面［ｐｌａｎｅ］内においてξａｔ　ｂ　’＃　 ３．５ｆ１１１１の値である。その結果、Ｃ軸方向のＹＢＣＯ−ＰｒＢＣＯ−Ｙ ＢＣＯヘテロ構造におけるコヒーレンス長は、理想的に達成できる最小スペース よりも小さいものとなってしまい、具体的にはＹＢｅＯ２層を分離するＰｒＢＣ Ｏの単一単位格子層となる。こうしてそれはＹＢＣＯとＰｒＢＣＯ間の理想的な インターフェイスをもってはいるのであるが、Ｃ軸方向の接合効果には限界があ ることを示した。

一方、ＹＢＣＯのａ、ｂ軸方向に沿う約３．５層ｍのコヒーレンス長ξ、、ｂは 、ＰｒＢＣＯとＹＢＣＯの対応する格子パラメータの殆ど１０倍である。もしヘ テロエピタキシャル構造をＣ軸を膜面［ｐｌａｎｅｌ内に存在させて成長させる ことができるなら、そのような構造はＰｒＢＣＯのバリヤ品質およびＹＢＣＯ− ＰｒＢＣＯ間のインターフェイス品質にずっと広い許容度［１ａｔｉｔｕｄｅ］ をもたらすことになろう。たとえＰｒＢＣＯノくリヤがａ、ｂ軸方向において数 単位格子分の厚さだとしても、２つのＹＢＣＯ電極の配向秩序度［ｏｒｄｅｒ　 ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｌには十分に重なり［（＋ｖｅｒｌａｐｌがあることにな ろう。

こうした潜在的な利点に鑑み、多数の研究団がａ、ｂ軸方向のＹＢＣＯ膜を成長 させようと試みてきた。ここでａ、ｂ軸方向膜とは殆ど全部の材料が膜面内にＣ 軸を存在させているような膜を意味する。ａ、ｂ軸方向のペロブスカイト膜を成 長させるための１アプローチは（１１０）方向の基板を用いるものである。

第２のアプローチは基板の成長温度を約１００℃だけ単純に低めるものである。

低い温度では、（００１）基板の上でさえ、Ｃ軸方向と部分的に混合するとはい え、ＹＢＣＯの大部分がａ、ｂ軸方向を形成するのである。

しかしこれら両アプローチにも問題がある。いずれの場合も膜は特定の方向への オリエンテーションを均質に実現できない。

Ｘ線回折はこれら両アプローチの工程から純粋にａ軸方向またはｂ軸方向の膜を 得ることが困難なことを示した。その他の相［ｐｈａｓｅｌは殆ど常にロックイ ンされてしまう。さらに、これらアプローチは両方とも貧弱な結晶構造しか作ら ない。方向如何は別として、結晶構造はＰｒＢＣＯバリヤとかＹＢＣＯ対電極の ようなオーバーレイヤ［ｏｖｅｒｌａｙｅｒ］のエピタキシャル成長を可能にす るように高度に整列されていなければならないのである。これまで比較的低めの 温度で（１１０）または（００１）の基板上に前辺て成長させたａ、ｂ軸方向の 膜の表面にエピタキシャル成長をさせることにつき納得のいく実験はなかった。

結局、これら基板の上にａ、ｂ軸方向の成長をもたらす温度域が、通常、Ｃ軸方 向のＹＢＣＯで達成可能な約９０°にの遷移温度を得るために必要とされている 最適蒸着温度より低いということである。

このように６０〜７０°に域以上ΩＴｅをもつ良い結晶構造を示すａ。

ｂ軸方向の膜を得ることがうまくできなかった。

（００１）基板上にａ、ｂ軸方向の成長を達成することの方がより好ましいので あるが、それは現在までのところ最上のＣ軸方向の膜をもたらしてきたばかりで ある。これが達成されれば普通に方向付された基板も両方向の膜やヘテロ構造と 組合わせたデバイスの選択に対しより広く柔軟に対応できるようになるからであ る。

短いＣ軸のコヒーレンス長の問題も、化学式Ａ２Ｂ２Ｃａｎ−ＩＣｕ、Ｏ，で表 されるビスマス超電導体およびタリウム超電導体にはある。ここてＡはＢ１また はＴＩのいずれか、ＢはＢａまたはＳｒのいずれか、ｎ＝１．　２．　または３ で、ｙは６とｆＯの間である。こうしたペロブスカイト材は、極めて高いＴｃ値 を示すので技術的に深い関心が寄せられているが、そのＣ軸の格子パラメータも またかなり長くなっている。

発明の概要 そこで本発明の目的はａ、ｂ軸方向のペロブスカイト材を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は超電導遷移温度を下げることなくＣ軸方向のものから ａ、ｂ軸方向のペロブスカイト超電導体を成長させることである。

さらにもう一つの目的は、Ｃ軸成長にとって最適な（００１）基板のような基板 およびその他の基板上にａ、ｂ軸方向の膜を成長させることである。

本発明のさらにもう一つの目的は、Ｓ−にＳ（超電導体−絶縁体−超電導体）デ バイスとか５−Ｎ−５デバイスに必要とされているａ、ｂ軸方向の超電導体／絶 縁体へテロ構造を提供することにある。

要するに本発明は、例えば超電導体のような、ａ、ｂ軸方向のペロブスカイトを 、ａ、ｂ軸方向成長にとって有利な温度その他の条件で成長させた同一または類 似の材料の薄膜テンプレート上に成長させる成長方法ならびにその成長物に関す るものである。しかし、この超電導体は最高のＴ、相の形成に有利な温度および 、通常、Ｃ軸方向の膜をもたらすような温度およびその他の条件下で成長するも のである。しかしそれにもかかわらず、この超電導体は上記テンプレート上にａ 、ｂ軸方向に形電導体のＹＢＣＯであるときは、テンプレートは好ましくは、非 超電導体のＰｒＹＢａＣｕＯまたはＰｒＢａＣｕＯとするのがよい。

図面の簡単な説明 図１はＹＢＣＯ結晶質の単位格子の斜視図である。

図２は本発明の１実施例を実施するのに使われるレーザ蒸着装置の概略図である 。

図３は結晶学的オリエンテーションの成長条件への依存性を示すグラフである。

図４は本発明の１実施例の２層へテロ構造の断面図である。

図５は本発明のもう一つの実施例であるジョセフソンデノくイスとして用いるこ とができる４層へテロ構造の断面図である。

発明の詳細な説明 パルス化されたレーザ光による蒸着は高品質のＹＢＣＯ（ＹＢａｒｃｕ３０７− ｊ膜を作り出すもので、本発明を説明するための一例とする。レーザ蒸着成長装 置を概略図２に示す。真空室１０は真空ポンプ１２で真空吸引される。しかし真 空室１０の気圧はノータ弁１４を通して流入してくるｏ２で比較的高い酸素分圧 に維持されている。成長させられる膜のそれに適合する合成物をもつ同質のター ゲット１６が回転可能なターゲットホルダ１８上に取り付けられる。図示してい ないが、種々の合酸物の多重層構造を所定の場所に成長させるために多数の回転 可能ターゲット取り付は回転円盤が用いられる。パルス紫外線レーザ２０は、タ ーゲット１６の一部を非平衡プロセスで気化させるため反復回転するターゲット を打つビームを作り出す。

以下の実施例において、レーザ２０は波長２４８ｎｍでコヒーレント光３０ｎｓ パルスを出すエキシマレーザを用いた。パルスレートは５Ｈｚでターゲット１６ 上のエネルギ密度は１．５　Ｊ　／ｃｍ”であった。気化した材料から出たブル ーム［ｐｌｕｍｅｌは、ターゲット１６から数Ｃ１０離れた所にある基板ホルダ ２４に保持された基板２２上に付着する。基板ホルダ２４は電熱コイル２６で制 御可能に加熱される。図示していないが熱電対が基板ホルダ２４の温度を測定し ている。基板ホルダ２４の温度は、基板２２自体の表面より約１００℃高くされ る。成長過程の一般的技術に関する詳細はＨｅｄｇｅら及びＶｅｎｋａｔｅｓａ ｎらの特許出願に記載された通りである。

準備的実験 ＹＢＣＯまたはＰ　ｒ　Ｂ　ＣＯ（Ｐ　ｒ　Ｂ　ａ２Ｃｕｓｏ□−ｘ）いずれか の均一膜をＳｒＴｉＯ３またはＬ　ａ　Ａ　Ｉ　Ｏｓの（ＯＯＩ）方向基板上に 成長させるのに図２の装置を使った。これらの基板材は同様な立方体、すなわち Ｃ軸方向の斜方六面体のペロブスカイトであった。成長速度はＹＢＣＯおよびＰ ｒＢＣＯの化学量論的なターゲット１６から１パルス当たり約００．１層ｍであ った。

酸素分圧は１００ミリＴｏｒｒに維持された。基板ヒータの温度は膜ごとに変え られた。

製造した膜について行ったラザフォード後方散乱試験は図３に示す最小降伏値［ ｍｉｎｉｍｕｍ　ｙｉｅｌｄｌをもたらした。最小降伏値の低い値は良い結晶質 であることを示している。５ｒＴｉＯｓまたはＬａＡｌＯｘいずれかの上のＰｒ ＢＣＯの８１０°Ｃ近辺の谷点は既知のＹＢＣＯ結果に対応するもので、Ｃ軸方 向をもつ高い結晶質膜を表している。ＹＢＣＯに関するデータはここに示さない が同じ８１０℃の谷点を示す。他の研究者らはより）　低い温度て部分的にａ、 ｂ軸方向のＹＢＣＯが存在することについて報告しているが、７００℃近辺のＰ ｒＢＣＯの谷点については以前に報告されたことがない。Ｘ線回折は７００℃膜 がＣ軸方向をもたないことを明らかにした。透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で見ると ７００℃膜が膜面内にＣ軸を有していることが分かる。したがってＣ軸方向のＰ ｒＢＣＯ成長は８１０℃でバルキーな基板上に熱力学的に有利で、ａ、ｂ軸方向 の成長は７００℃で有利である、と結論できる。これら両方の温度とも±約１０ ℃の幅をもつ。中間的成長温度における比較的高い最小降伏値は、Ｃ軸およびａ 、ｂ軸方向の成長の混合であることを示している。

超電導遷移温度Ｔ６が同様な一連のＹＢＣＯ膜につき測定された。Ｃ軸方向の膜 にとってＹＢＣＯ遷移温度は図３の高い方の温度のＦ）ｒ　Ｂ　ＣＯ最小降伏値 のデータに対しほぼ逆方に連なっている。９０゛に以上の遷移温度が８１０℃近 辺±２０℃の基板温度範囲でＹＢＣＯにつき測定された。しかしＴ、４９２°Ｃ という最も良い遷移温度は±５℃範囲内でのみ得られた。７１０℃の基板温度で は遷移温度は６０°に近くにまで低下した。

下層がＰｒＢＣＯ１上層がＹＢＣＯからなる２層膜で、均質膜［ｈｏｍｏｇｅｎ ｅｏｕｓ　ｆｉｌｎ］に関して上述したのと同条件下に両層を成長させられたも のをさらに何回も積層成長させた。ＴＥＭ顕微鏡写真は、もし成長条件がＣ軸方 向の成長にとって最適になっていない限り、ＰｒＢＣＯはａ、ｂ軸方向の材料と して部分的な核をなす傾向があることを示した。ＴＥＭ顕微鏡写真は重要なこと に、ＹＢＣＯのＣ軸方向の成長を有利にする蒸着条件下でも、ＰｒＢＣＯのこの ａ、ｂ軸方向が次段階では上層のＹＢＣＯ中に伝播することを示したことである 。その結果、Ｐｒ８００層のａ、ｂ軸方向部分は、その後に成長するＹＢＣＯの ためにテンプレートとして機能し、熱力学的に有利なＣ軸成長の成長条件におい てさえ、それをそのａ、ｂ軸上に方向付けるべく強制した。

これら実験ではＳｒＴｉＯ３およびＬ　ａ　Ａ　１０３のペロブスカイト基板を 使ったが、エピタキシャルペロブスカイト膜はＭｇＯのような正方晶を含む多数 の他の基板上にも形成されることが知られている。

例１ 本発明の１例において、ＰｒＢＣＯおよびＹＢＣＯ層は図４に断面図で示したよ うに、３ｒＴｉＯｓの（００１）方向基板３０上に異なる成長温度で連続的に成 長させたものである。下側のＰｒＢｃｏ層３２は、ＰｒＢＣＯをターゲットに使 って７００℃という基板ホルダ温度で成長させるもので、０．１間厚にされる。

ＰｒＢＣＯ蒸着に引き続いて基板ホルダ温度を８１０°Ｃに上げた。そして回転 円盤［ｃａｒｏｕｓｅｌ］がＹＢＣＯターゲットをレーザビーム中へ移動させる 。そして０．１μｍ厚のＹＢＣＯ層３４かこの上昇させた温度下で成長させられ た。ＹＢＣＯ層とＰｒＢｃｏ層の各成長間の時間長さは、酸素圧を１００ミリＴ ｏｒｒに維持した状態で約５分であった。このように２層構造は所定の場所に成 長された。この２層の蒸着後、膜は酸素圧２００Ｔ。

ｒｒの室温にまで冷却された。

Ｘ線回折はこの２層膜にはＣ軸方向が全くないが、ａ、ｂ軸ピークは一致する基 板ピークのため見えてこないことを示した。

ＴＥＭとラマンのデータは膜面内に存在する２層膜のＣ軸と一致した。こうして ＹＢＣＯは、Ｃ軸成長を好ましい環境条件下でもａ、ｂ軸方向に成長した。相互 インダクタンス技術は、ＹＢＣＯ膜の超電導遷移温度Ｔ。を８３°に近辺と測定 した。この比較しあまり大きく下げない。

例２ 本発明の第２例でも、同様の工程がとられたが、ＹＢＣＯ蒸着温度は８３０℃に 上げられた。この変更は遷移温度Ｔ２を８５°Ｋに上昇させた。

２層へテロ構造の結晶学的研究は高解像ＴＥＭで進められてきている。ａ、ｂ軸 方向の成長は主としてａ軸方向である、ということは短い単位格子パラメータが 縦方向にエピタキシャル成長することを意味する。さらにＣ軸は直交するドメイ ンに配分されるのであって、このことはＣ軸が基板のほぼ正方形の面をなす２つ の単位格子に適合するので、また、これら２つの直交方向はどちらの方がよいと いうこともないので、予期された通りのことである。

例３ 本発明の第３の例は、図５に示すもので、４層のへテロ構造をしている。こうし た構造はＨｅｇｄｅらの特許出願に記載されているように、ジョセフソンデバイ スを形成するようにすることができる。第１例におけると同様の工程を経て、１ ００ル厚のＰｒＢＣＯバッファ層３２が、７００℃で（００１）　Ｓ　ｒ　Ｔ　 ｉ　Ｏｓ基板３０上に蒸着された。この温度は８１０°Ｃまで上げられ、８Ｑｎ ｍ厚の下側のＹＢＣＯ層３４がバッファ層３２上に蒸着させられた。この温度は 再び７００℃へ下げられ、２層ｍ厚のＰｒＢＣＯのバリヤ層３６が下側のＹＢＣ ｏ層３４上に蒸着させられた。次にこの温度は再び８１０℃に上げられ、８０ｎ ｍ厚の上側ＹＢＣＯ層３８がバリヤ層３６上に蒸着させられた。

２つのＰｒＢＣＯ層を低温下で成長させることによって、全体の構造がａ軸方向 になる。バリヤ層３６の厚さは、この構造が液体窒素温度にまで冷却されたとき 、これら２つの超電導ＹＢＣＯ層３４．３８間に弱いリンクを容易に形成するこ とができるに十分なほど薄い。概略図示した電気コンタクト４０．４２はＨｅｇ ｄｅらの特許出願に記載されている方法でＹＢＣＯ層３４．３８に取り付けられ る。

ＰｒＢＣＯまたはＰｒＹＢｃｏのバッファ層がＹＢＣＯの超電導層にとって好ま しい。ＰｒＢＣＯは正しい成長条件下においてａ、ｂ軸方向膜を形成し、また高 度な結晶の表面貿の膜を形成する強い傾向があるように考えられる。それにＰｒ ＢＣＯはＹＢＣＯとうまく適合して形成される。ＰｒＢＣＯはＹＢＣＯと構造的 にＰｒがＹに取って変わっただけの違いで格子定数においても殆ど違わない。そ の結果、ＹＢＣＯとＰｒＢＣＯとのインターフェイスは何の問題もないのが殆ど で、ａ、ｂ軸方向のＰｒＢＣＯはＹＢＣＯに対しテンプレートとして機能する。

テンプレート材の選択は格子パラメータの近似性［ｃｌｏｓｅΩｅｓｓ］に依存 している。（００１）方向の５ｒＴｉ○、はａ、ｂ軸方向のＹＢＣＯに格子が近 似して適合しているが、それはＰｒＢＣＯにより与えられるようなＹＢＣＯの場 合テンプレートとしては機能しない。

本発明は上述の実施例や例に制限されるものではない。ＹＢＣＯは高Ｔｃ超電導 体として最も注目されているが、高い遷移温度は類似の希土類のバリウムクブラ ート超電導体ＬＢＣＯにも観察されている。ここでＬは例えばＧｄ、Ｄｙ、Ｈｏ またはＴｍおよびＹのようなランタニド希土類元素の１つである。本発明は、Ｐ ｒＢＣＯとプラセオジウムランタニド希土類バリウムクプラート合金ＰｒＬＢＣ Ｏのバッファ層およびバリヤ層がある同様なヘテロ構造を形成させるのに上記超 電導体の全部に利用することができる。ＰｒＢＣＯは好適なバリヤ層を形成する ように思われるが、これは絶縁体というよりむしろ半導体である。ＹＢＣＯに類 似の化学的性質をもつペロブスカイト絶縁体の方がバリヤ材として好まれる。本 発明はまた、上記以外のペロブスカイト超電導体およびペロブスカイト非超電導 体にも適用できる。例えば強誘電性のビスマスチタネートの薄い膜か考えられる 。

本発明の実施例はパルスレーザ蒸着において基板温度を変化させることにより成 長状態を変化させたが、テンプレート効果は化学的または熱力学的である。した がって本発明はこれら以外の成長工程にも、例えばオファクシススバッタリング 、ホロー陰極スパッタリング、電子ビーム蒸発、化学蒸着（ＣＶＤ）、分子線エ ピタキシなどに適用することができる。さらに基板温度以外の成長条件も熱力学 の制御、ひいては成長方向の制御に利用することができる。比較的低い酸素圧は ａ、ｂ軸方向の成長を促進することが知られている。同様にＮ　２０のようなそ の他のガスも酸素に代えて方向制御に使うことができよう。通常の促進すること が報告されている。バルキーな基板が本例において使われたが、本発明目的に合 致する基板としては、例えば５ｒＴｉｏ、またはＣ軸方向のＹＢＣＯのような前 置て成長させておいた薄膜でもよい。

上述のように本発明は、制御された方向のペロブスカイト薄膜のａ、ｂ軸方向成 長、すなわち膜面内にＣ軸が存在するものを提供する。この膜は標準的技術を僅 かに変更するだけで成長させることができる。ＹＢＣＯ膜の場合、超電導遷移温 度はＣ軸方向膜のものとほぼ同じである。したがって縦方向の超電導体／常伝導 体へテロ構造が成長したとき、その超電導体から常伝導体へのインターフェイス にかけて長いコヒーレンス長が得られる。

セ 一＝ ＦＩＧ、４ 要約書 例えばＹ　Ｂ　ａ　２Ｃｕ　３０７−Ｘのような超電導体のペロブスカイト薄膜 を成長させる方法およびその成長物に関する。ペロブスカイトの例えばＰ　ｒ　 Ｂ　ａ　２Ｃｕ　３０７−７のバッファ層３２を、ａ。

ｂ軸方向の材料成長を有利にする条件下に、（００１）結晶の基板３０上に成長 させる。次にＹ　Ｂ　ａ　ＺＣｕ　３０７−ｘ層３４を、バッファ層３２上に蒸 着させるが、其の際、該基板上にＣ軸方向の材料の成長を有利にする変更した成 長条件下、例えば基板温度を１１０℃上げて行う。このバッファ層はａ、ｂ軸の ＹＢ　ａ２Ｃｕｓｏ　７−ＩＦの成長を強制するテンプレートとして機能するも のであるが、それにもかかわらず、Ｃ軸方向の膜の超電導体の遷移温度に近い超 電導遷移温度を示す。

国際調査報告

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．結晶基板上に第１のペロブスカイト合成物の第１の膜をａ．ｂ軸方向の成長 を有利にする第１の成長条件下で蒸着し、該第１膜上に第２のペロブスカイト合 成物の第２の膜を、上記第１膜がないときに、ｃ軸方向の成長を有利にする第２ の成長条件下で蒸着することにようて、ａ，ｂ軸方向の膜として成長させる 工程を有することを特徴とする方向付けされたペロブスカイト膜の成長方法。
2. ２．第１のペロブスカイト合成物が第２のペロブスカイト合成物とは異なるもの である請求項１の方法。
3. ３．第２の合成物が超電導合成物である請求項２の方法。
4. ４．第１の成長条件が基板を第１の温度に維持することを特徴とし、第２の成長 条件が基板を上記第１温度とは異なる第２の温度に健持することを特徴とする請 求項３の方法。
5. ５．第１温度が第２温度より低いものである請求項４の方法。
6. ６．第１合成物がＰｒ１−■Ｙ■Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｙであって、第２合成物が ＹＢａ２Ｃｕ３０７−ｘである請求項３の方法。ただし０＜ｚ≦１
7. ７．第１成長条件が基板を第１の温度に維持し、第２成長条件が基板を上記第１ 温度より高い第２の温度に維持することを特徴とする請求項６の方法。
8. ８．第１および第２の膜を蒸着する工程がターゲットから基板上へとパルスレー ザ気化することを特徴とする請求項７の方法。
9. ９．第１の温度が約１１０℃だけ第２の温度より低いことを特徴とする請求項８ の方法。
10. １０．結晶基板がペロブスカイトからなる請求項１の方法。
11. １１．ペロブスカイト基板が（００１）方向である請求項１０の方法。
12. １２．ペロブスカイト基板がＳｒＴｉＯ３およびＬａＡｌＯ３のグループから選 択された合成物を含む請求項１１の方法。
13. １３．ランタニド希土類バリウムクプラート層をａ，ｂ軸方向のプラセオジムラ ンタニド希土類バリウムクプラートの結晶材上にｃ軸方向のランタニド希土類バ リウムクプラートのＳｒＴｉＯ３基板上への成長を有利にする蒸着条件下で蒸着 する工程を有することを特徴とするペロブスカイト超電導体のａ，ｂ軸方向膜の 成長方法。
14. １４．結晶材を薄膜状の基板上に蒸着することを特徴とする請求項１３の方法。
15. １５．層と結晶材とを蒸着する工程がパルスレーザ蒸着であることを特徴とする 請求項１４の方法。
16. １６．ランタニド希土類バリウムクプラートがＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘからなり 、プラセオジムランタニド希土類バリウムクプラートがＰｒ１−■Ｙ■Ｂａ２Ｃ ｕ３Ｏ７−ｙからなる請求項１４の方法。ただし０≦ｚ＜１
17. １７．結晶基板と、 該基板上にエピタキシャルに形成されたａ，ｂ軸方向のプラセオジムランタニド 希土類バリウムクプラートのバッファ層と、 該バッファ層上にエピタキシャルに形成されたａ，ｂ軸方向のランタニド希土類 バリウムクプラートの超電導層と、を有することを特徴とする超電導ヘテロ構造 体。
18. １８．超電導層上にエピタキシャルに形成されたａ，ｂ軸方向のペロブスカイト のバリヤ層と、 該バリヤ層上にエピタキシャルに形成されたａ，ｂ軸方向のランタニド希土類バ リウムクプラートの第２の超電導層とを有し、超電導体の弱いリンクが上記バリ ヤ層を横切って上記超電導層間に形成されることを特徴とする請求項１７の超電 導ヘテロ構造体。
19. １９．第１および第２の超電導層がＹＢａ２ＣｕｓＯ７−ｘであって、バッファ 層がＰｒ１−■Ｙ■Ｂａ２ＣＵ３Ｏ７−ｙである請求項１８の超電導ヘテロ構造 体。ただし０≦ｚ＜１２０．バリヤ層がプラセオジムランタニド希土類バリウム クプラートである請求項１８の超電導ヘテロ構造体。