JPH05894A - 複合酸化物超電導薄膜 - Google Patents
複合酸化物超電導薄膜Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 複合酸化物超電導薄膜の新規な構造
【構成】 複合酸化物超電導材料のａ軸配向の単位層ま
たはｂ軸配向の単位層２と、ｃ軸配向の単位層１とが基
板３上で複数層交互に積層されている複合酸化物超電導
薄膜。 【効果】 磁場の印加方向に対する臨界電流密度の異方
性が無い。
たはｂ軸配向の単位層２と、ｃ軸配向の単位層１とが基
板３上で複数層交互に積層されている複合酸化物超電導
薄膜。 【効果】 磁場の印加方向に対する臨界電流密度の異方
性が無い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は基板上に成膜された複合
酸化物超電導薄膜に関するものであり、特に磁場の印加
方向に対する超電導特性の異方性、特に臨界電流密度の
異方性が少ない、あるいは無い複合酸化物超電導薄膜に
関するものである。
酸化物超電導薄膜に関するものであり、特に磁場の印加
方向に対する超電導特性の異方性、特に臨界電流密度の
異方性が少ない、あるいは無い複合酸化物超電導薄膜に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系、Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ
系およびTl−Ba−Ca−Cu−Ｏ系の高温複合酸化物超電導
材料は臨界温度が高いのでジョセフソン素子、超電導ト
ランジスタ等の電子デバイスへの応用が期待されてい
る。これらの応用では複合酸化物超電導材料を薄膜化す
ることが必須である。現在では、スパッタリング法、蒸
着法、レーザアブレーション法等の方法で、これらの高
温複合酸化物超電導材料の良質なｃ軸配向、ａ軸配向お
よびｂ軸配向の単結晶薄膜が得られている。これらの高
温複合酸化物超電導材料の結晶は超電導特性に異方性を
示し、結晶のｃ軸に垂直な方向の超電導臨界電流密度Jc
が大きい。従って、ｃ軸配向した薄膜は薄膜表面と平行
な方向に大きい電流を流すことができ、ａ軸配向または
ｂ軸配向した薄膜は薄膜の厚さ方向に大きな電流を流す
ことができる。さらに、これらの複合酸化物超電導材料
の結晶は臨界電流密度Ｊc だけでなく、コヒーレンス長
にも異方性があり、ａ軸方向のコヒーレンス長はｃ軸方
向のコヒーレンス長よりも長い。すなわち、ｃ軸方向の
コヒーレンス長は数Åであるが、ａ軸方向のコヒーレン
ス長は10数Åである。従って、用途に応じてｃ軸配向の
薄膜、ａ軸配向またはｂ軸配向の薄膜を使い分けてい
る。さらに、これらの高温複合酸化物超電導材料の結晶
は外部磁場に対しても異方性を示す。特に、ｃ軸配向し
た複合酸化物超電導薄膜の臨界電流密度Jcを磁場中で測
定すると、膜面に直角に磁場を印加した場合の臨界電流
密度Ｊc(V)は、膜面に平行に磁場を印加した場合の臨界
電流密度 Jc(P)よりも磁場強度に対して減少度が著し
い。その理由は現在のところ不明であるが、いずれにせ
よ、外部磁場に対する異方性は、複合酸化物超電導薄膜
を安定に使用する上で好ましくないものである。
系およびTl−Ba−Ca−Cu−Ｏ系の高温複合酸化物超電導
材料は臨界温度が高いのでジョセフソン素子、超電導ト
ランジスタ等の電子デバイスへの応用が期待されてい
る。これらの応用では複合酸化物超電導材料を薄膜化す
ることが必須である。現在では、スパッタリング法、蒸
着法、レーザアブレーション法等の方法で、これらの高
温複合酸化物超電導材料の良質なｃ軸配向、ａ軸配向お
よびｂ軸配向の単結晶薄膜が得られている。これらの高
温複合酸化物超電導材料の結晶は超電導特性に異方性を
示し、結晶のｃ軸に垂直な方向の超電導臨界電流密度Jc
が大きい。従って、ｃ軸配向した薄膜は薄膜表面と平行
な方向に大きい電流を流すことができ、ａ軸配向または
ｂ軸配向した薄膜は薄膜の厚さ方向に大きな電流を流す
ことができる。さらに、これらの複合酸化物超電導材料
の結晶は臨界電流密度Ｊc だけでなく、コヒーレンス長
にも異方性があり、ａ軸方向のコヒーレンス長はｃ軸方
向のコヒーレンス長よりも長い。すなわち、ｃ軸方向の
コヒーレンス長は数Åであるが、ａ軸方向のコヒーレン
ス長は10数Åである。従って、用途に応じてｃ軸配向の
薄膜、ａ軸配向またはｂ軸配向の薄膜を使い分けてい
る。さらに、これらの高温複合酸化物超電導材料の結晶
は外部磁場に対しても異方性を示す。特に、ｃ軸配向し
た複合酸化物超電導薄膜の臨界電流密度Jcを磁場中で測
定すると、膜面に直角に磁場を印加した場合の臨界電流
密度Ｊc(V)は、膜面に平行に磁場を印加した場合の臨界
電流密度 Jc(P)よりも磁場強度に対して減少度が著し
い。その理由は現在のところ不明であるが、いずれにせ
よ、外部磁場に対する異方性は、複合酸化物超電導薄膜
を安定に使用する上で好ましくないものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記問
題点を解決して、磁場の印加方向に対して超電導特性、
特に臨界電流の異方性が無い複合酸化物超電導薄膜を提
供することにある。
題点を解決して、磁場の印加方向に対して超電導特性、
特に臨界電流の異方性が無い複合酸化物超電導薄膜を提
供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、複合酸化物超
電導材料のａ軸配向の単位層またはｂ軸配向の単位層
と、ｃ軸配向の単位層とが基板上で複数層に交互に積層
されていることを特徴とする複合酸化物超電導薄膜を提
供する。
電導材料のａ軸配向の単位層またはｂ軸配向の単位層
と、ｃ軸配向の単位層とが基板上で複数層に交互に積層
されていることを特徴とする複合酸化物超電導薄膜を提
供する。
【０００５】
【作用】ａ軸配向、ｂ軸配向およびｃ軸配向の単位層と
は薄膜を構成する結晶のａ軸、ｂ軸またはｃ軸が最終的
に得られる薄膜の表面、従って、基板の表面に対して実
質的に直角に延びている単層の薄膜を意味する。本発明
の対象とする複合酸化物超電導材料の結晶ではａ軸、ｂ
軸およびｃ軸は既に決まっており、結晶のｃ軸はａ軸と
ｂ軸とによって規定される平面に対して直角に延びてい
る。ａ軸配向の単位層およびｂ軸配向の単位層は実質的
に同じ超電導特性を有し、いずれを選択してもよい。本
発明者は、ａ軸配向の単位層またはｂ軸配向の単位層と
ｃ軸配向の単位層とを交互に且つ複数層積層することに
よって磁場の印加方向に対して超電導特性、特に臨界電
流の異方性が無い複合酸化物超電導薄膜となることを発
見した。その詳細なメカニズムは現在のところ不明であ
る。
は薄膜を構成する結晶のａ軸、ｂ軸またはｃ軸が最終的
に得られる薄膜の表面、従って、基板の表面に対して実
質的に直角に延びている単層の薄膜を意味する。本発明
の対象とする複合酸化物超電導材料の結晶ではａ軸、ｂ
軸およびｃ軸は既に決まっており、結晶のｃ軸はａ軸と
ｂ軸とによって規定される平面に対して直角に延びてい
る。ａ軸配向の単位層およびｂ軸配向の単位層は実質的
に同じ超電導特性を有し、いずれを選択してもよい。本
発明者は、ａ軸配向の単位層またはｂ軸配向の単位層と
ｃ軸配向の単位層とを交互に且つ複数層積層することに
よって磁場の印加方向に対して超電導特性、特に臨界電
流の異方性が無い複合酸化物超電導薄膜となることを発
見した。その詳細なメカニズムは現在のところ不明であ
る。
【０００６】本発明による各単位層の厚さは50〜200 Å
にするのが好ましい。各単位層の厚さが50Å未満では、
隣接する他の単位層の配向性に影響されて隣接する単位
層と同じ配向性になり易い。逆に、各単位層の厚さが20
0 Åを超えると、単位層の厚さが厚くなり過ぎて本発明
の効果は得られない。実用上の理由から、本発明の複合
酸化物超電導薄膜全体の厚さは約3000Å程度にするのが
好ましい。本発明は公知の任意の複合酸化物材料に適用
できるが、特にＹ−Ba−Cu−Ｏ系の複合酸化物とBi−Sr
−Ca−Cu−Ｏ系の複合酸化物が好ましい。基板は酸化物
の単結晶基板にするのが好ましい。酸化物の単結晶基板
の例としてはMgＯ、SrTiＯ3, LaAlＯ3, LaGaＯ3, Ｙ
ＳＺ等を挙げることができる。図１は本発明の高温複合
酸化物超電導薄膜の概念的な断面図である。この高温複
合酸化物超電導薄膜は、基板３、例えばMgＯ単結晶基板
の(100) 面上に交互に成膜されたｃ軸配向の単位層１
と、ａ軸配向の単位層またはｂ軸配向の単位層２とによ
って構成される。本発明の一実施例では、ｃ軸配向の単
位層１およびａ軸配向またはｂ軸配向の単位層２の厚さ
が各々 100Åであり、各単位層は交互に15層重ねられて
いる。従って、最終的に得られる複合酸化物超電導薄膜
全体の厚さは約3000Å (100 Å×２×15＝3000Å）にな
る。
にするのが好ましい。各単位層の厚さが50Å未満では、
隣接する他の単位層の配向性に影響されて隣接する単位
層と同じ配向性になり易い。逆に、各単位層の厚さが20
0 Åを超えると、単位層の厚さが厚くなり過ぎて本発明
の効果は得られない。実用上の理由から、本発明の複合
酸化物超電導薄膜全体の厚さは約3000Å程度にするのが
好ましい。本発明は公知の任意の複合酸化物材料に適用
できるが、特にＹ−Ba−Cu−Ｏ系の複合酸化物とBi−Sr
−Ca−Cu−Ｏ系の複合酸化物が好ましい。基板は酸化物
の単結晶基板にするのが好ましい。酸化物の単結晶基板
の例としてはMgＯ、SrTiＯ3, LaAlＯ3, LaGaＯ3, Ｙ
ＳＺ等を挙げることができる。図１は本発明の高温複合
酸化物超電導薄膜の概念的な断面図である。この高温複
合酸化物超電導薄膜は、基板３、例えばMgＯ単結晶基板
の(100) 面上に交互に成膜されたｃ軸配向の単位層１
と、ａ軸配向の単位層またはｂ軸配向の単位層２とによ
って構成される。本発明の一実施例では、ｃ軸配向の単
位層１およびａ軸配向またはｂ軸配向の単位層２の厚さ
が各々 100Åであり、各単位層は交互に15層重ねられて
いる。従って、最終的に得られる複合酸化物超電導薄膜
全体の厚さは約3000Å (100 Å×２×15＝3000Å）にな
る。
【０００７】本発明の複合酸化物薄膜は公知の物理蒸着
法、例えばスパッタリング法を用いて製造することがで
きる。この物理蒸着法自体は複合酸化物超電導薄膜の成
膜方法として周知の方法である。ａ軸配向、ｂ軸配向ま
たはｃ軸配向の単位層は、各単位層の結晶の成長時の基
板温度を変えることで得られる。すなわち、ｃ軸配向の
薄膜を成長させる場合には基板温度を 640〜700℃程度
にすればよく、ａ軸配向の薄膜を成長させる場合には基
板温度を 600〜680 ℃程度にすればよい。従って、本発
明の複合酸化物超電導薄膜は基板温度を変えるだで連続
的に成膜することができる。基板温度以外の条件は用い
る複合酸化物材料に応じて適宜選択することができる。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明が以下の実
施例に限定されるものではない。
法、例えばスパッタリング法を用いて製造することがで
きる。この物理蒸着法自体は複合酸化物超電導薄膜の成
膜方法として周知の方法である。ａ軸配向、ｂ軸配向ま
たはｃ軸配向の単位層は、各単位層の結晶の成長時の基
板温度を変えることで得られる。すなわち、ｃ軸配向の
薄膜を成長させる場合には基板温度を 640〜700℃程度
にすればよく、ａ軸配向の薄膜を成長させる場合には基
板温度を 600〜680 ℃程度にすればよい。従って、本発
明の複合酸化物超電導薄膜は基板温度を変えるだで連続
的に成膜することができる。基板温度以外の条件は用い
る複合酸化物材料に応じて適宜選択することができる。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明が以下の実
施例に限定されるものではない。
【０００８】
【実施例】実施例１ MgＯ(100) 基板３上に図１に示す構造を有する本発明に
よるＹ−Ba−Cu−Ｏ系の複合酸化物薄膜であるＹ1Ba2Cu
3 Ｏ7-X をＲＦマグネトロンスパッタリング法で成膜し
てその特性を測定した。ターゲットとしてはＹ：Ba：Cu
の原子比が１：２：2.6 であるＹ−Ba−Cu−Ｏ焼結体を
使用した。本実施例では、MgＯ(100) 基板３上にｃ軸配
向の単位層１とａ軸配向の単位層２とをそれぞれ厚さ10
0 Åで成膜し、各単位層を15層交互に重ねて全体の厚さ
を約3000Åとした。ｃ軸配向の単位層１は基板温度を 6
40℃にして堆積させ、ａ軸配向の単位２は基板温度を 6
00℃にして堆積させた。その他の成膜条件はｃ軸配向の
単位層およびａ軸配向の単位層で共通にした。主要な成
膜条件は下記の通り。 ガス圧力 0.1 Torr スパッタリングガス Ar ＋Ｏ2 〔Ｏ2/Ar＋Ｏ2 〕 20 ％ ＲＦパワー 2 Ｗ／cm2 成膜速度 0.3 Å／秒 各単位層 100 Å 得られた複合酸化物超電導薄膜の超電導臨界温度Ｔｃ
と、１テスラの磁場を印加した場合の磁場の印加方向に
対する超電導臨界電流Ｊｃの異方性を測定した。この測
定では、得られた薄膜上に測定電極を銀ペーストで取付
けて測定した。結果は表１に示してある。Ｊc(V)は膜面
に直角に磁場を印加した場合の臨界電流密度であり、 J
c(P)は膜面に平行に磁場を印加した場合の臨界電流密度
である。表１には、比較のために、公知のｃ軸配向の酸
化物超電導薄膜およびａ軸配向の酸化物超電導薄膜の超
電導特性も示してある。
よるＹ−Ba−Cu−Ｏ系の複合酸化物薄膜であるＹ1Ba2Cu
3 Ｏ7-X をＲＦマグネトロンスパッタリング法で成膜し
てその特性を測定した。ターゲットとしてはＹ：Ba：Cu
の原子比が１：２：2.6 であるＹ−Ba−Cu−Ｏ焼結体を
使用した。本実施例では、MgＯ(100) 基板３上にｃ軸配
向の単位層１とａ軸配向の単位層２とをそれぞれ厚さ10
0 Åで成膜し、各単位層を15層交互に重ねて全体の厚さ
を約3000Åとした。ｃ軸配向の単位層１は基板温度を 6
40℃にして堆積させ、ａ軸配向の単位２は基板温度を 6
00℃にして堆積させた。その他の成膜条件はｃ軸配向の
単位層およびａ軸配向の単位層で共通にした。主要な成
膜条件は下記の通り。 ガス圧力 0.1 Torr スパッタリングガス Ar ＋Ｏ2 〔Ｏ2/Ar＋Ｏ2 〕 20 ％ ＲＦパワー 2 Ｗ／cm2 成膜速度 0.3 Å／秒 各単位層 100 Å 得られた複合酸化物超電導薄膜の超電導臨界温度Ｔｃ
と、１テスラの磁場を印加した場合の磁場の印加方向に
対する超電導臨界電流Ｊｃの異方性を測定した。この測
定では、得られた薄膜上に測定電極を銀ペーストで取付
けて測定した。結果は表１に示してある。Ｊc(V)は膜面
に直角に磁場を印加した場合の臨界電流密度であり、 J
c(P)は膜面に平行に磁場を印加した場合の臨界電流密度
である。表１には、比較のために、公知のｃ軸配向の酸
化物超電導薄膜およびａ軸配向の酸化物超電導薄膜の超
電導特性も示してある。
【０００９】
【表１】 Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X 薄膜の超電導特性
【００１０】実施例２ 実施例を繰り返したが、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系の代わりにBi
−Sr−Ca−Cu−Ｏの複合酸化物薄膜であるBi2Sr2Ca2Cu3
Ｏx をＲＦマグネトロンスパッタリング法で成膜した。
ターゲットとしてはBi：Sr：Ca：Cuの原子比が２：２：
２：2.6 であるBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ焼結体を使用した。
ｃ軸配向の単位層は基板温度を 700℃にして堆積させ、
ａ軸配向の単位層は基板温度を 680℃にして堆積させ
た。その他の成膜条件は実施例１の場合と同じにした。
結果は、表２に示してある。
−Sr−Ca−Cu−Ｏの複合酸化物薄膜であるBi2Sr2Ca2Cu3
Ｏx をＲＦマグネトロンスパッタリング法で成膜した。
ターゲットとしてはBi：Sr：Ca：Cuの原子比が２：２：
２：2.6 であるBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ焼結体を使用した。
ｃ軸配向の単位層は基板温度を 700℃にして堆積させ、
ａ軸配向の単位層は基板温度を 680℃にして堆積させ
た。その他の成膜条件は実施例１の場合と同じにした。
結果は、表２に示してある。
【００１１】
【表２】 Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 薄膜の超電導特性 以上の結果は、本発明の複合酸化物超電導薄膜はａ軸
またはｃ軸のみに配向した薄膜と違って磁場の印加方向
に対する臨界電流密度Ｊc の異方性が少ないことを示し
ている。
またはｃ軸のみに配向した薄膜と違って磁場の印加方向
に対する臨界電流密度Ｊc の異方性が少ないことを示し
ている。
【００１２】
【発明の効果】本発明の複合酸化物酸化物超電導薄膜は
超電導臨界電流密度に異方性がないので、ジョセフソン
素子等の電子デバイスを作製するのに有効である。
超電導臨界電流密度に異方性がないので、ジョセフソン
素子等の電子デバイスを作製するのに有効である。
図１は本発明の複合酸化物超電導薄膜の概念的な断面図
である。
である。
【符号の説明】 １ ｃ軸配向膜 ２ ａ軸配向膜 ３ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 糸▲崎▼ 秀夫 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 複合酸化物超電導材料のａ軸配向の単位
層またはｂ軸配向の単位層と、ｃ軸配向の単位層とが基
板上で複数層に交互に積層されていることを特徴とする
複合酸化物超電導薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3182949A JPH05894A (ja) | 1990-06-28 | 1991-06-27 | 複合酸化物超電導薄膜 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-170992 | 1990-06-28 | ||
| JP17099290 | 1990-06-28 | ||
| JP3182949A JPH05894A (ja) | 1990-06-28 | 1991-06-27 | 複合酸化物超電導薄膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05894A true JPH05894A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=15915112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3182949A Withdrawn JPH05894A (ja) | 1990-06-28 | 1991-06-27 | 複合酸化物超電導薄膜 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5428005A (ja) |
| EP (1) | EP0465326B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05894A (ja) |
| DE (1) | DE69112520T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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