JPH06334228A - 多層構造の超伝導素子及びその製造方法 - Google Patents
多層構造の超伝導素子及びその製造方法Info
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- JPH06334228A JPH06334228A JP5141595A JP14159593A JPH06334228A JP H06334228 A JPH06334228 A JP H06334228A JP 5141595 A JP5141595 A JP 5141595A JP 14159593 A JP14159593 A JP 14159593A JP H06334228 A JPH06334228 A JP H06334228A
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Abstract
(57)【要約】
〔目的〕基板上にバッファ層を介在させながら複数層の
超伝導薄膜が積層された良好な特性の超伝導素子及びそ
の製造方法を提供する。 〔構成〕 第２層及び更に上層の超伝導薄膜上に形成さ
れるバッファ層(2b,・・・) は、それぞれの上部に形成
される超伝導薄膜(3b,・・・) の形成温度に近い温度で
形成されたことにより、それぞれの上部に形成される超
伝導薄膜の格子定数との整合性の点で最適な結晶方位と
その他の結晶方位とが混在されている。
超伝導薄膜が積層された良好な特性の超伝導素子及びそ
の製造方法を提供する。 〔構成〕 第２層及び更に上層の超伝導薄膜上に形成さ
れるバッファ層(2b,・・・) は、それぞれの上部に形成
される超伝導薄膜(3b,・・・) の形成温度に近い温度で
形成されたことにより、それぞれの上部に形成される超
伝導薄膜の格子定数との整合性の点で最適な結晶方位と
その他の結晶方位とが混在されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温超伝導薄膜を基板
に直接成膜した際に、該超伝導薄膜が基板と反応性を持
つような場合に、その反応を回避するために用いるバッ
ファー層を使用した高温超伝導薄膜の製造方法および高
温超伝導素子に関する。
に直接成膜した際に、該超伝導薄膜が基板と反応性を持
つような場合に、その反応を回避するために用いるバッ
ファー層を使用した高温超伝導薄膜の製造方法および高
温超伝導素子に関する。
【０００２】
【従来技術】現在、高温超伝導体を電子回路へ応用する
ための研究が多数行われている。特に、製造プロセスの
簡易さ（例えば、シングルパターニングステップ）など
の点から、伝送線やフイルターなどのマイクロデバイス
への応用が、実用的な応用例として期待されている。
ための研究が多数行われている。特に、製造プロセスの
簡易さ（例えば、シングルパターニングステップ）など
の点から、伝送線やフイルターなどのマイクロデバイス
への応用が、実用的な応用例として期待されている。
【０００３】このような超伝導デバイスを構成する超伝
導体には、高い臨界電流密度、デバイス表面の全面にわ
たる均一性、平滑性などが要求される。これは、一般的
に、超伝導体の特性が顕著な異方性を持ち、かつ、コヒ
ーレント長さが極めて短いことによる。そのためには十
分な超伝導特性を得る必要があり、従って、基板上に高
配向（エピタシャル）な超伝導薄膜を成長させる必要が
ある。現在のところ、良好な超伝導特性を有する超伝導
薄膜としては、YSZ((Y203)m (ZrO2)1-m ；0 ≦m ≦1)、
MgO 、SrTiO3、LaAlO3などの基板上にエピタシャルに成
長されたものが得られており、デバイス応用のための研
究がなされている。
導体には、高い臨界電流密度、デバイス表面の全面にわ
たる均一性、平滑性などが要求される。これは、一般的
に、超伝導体の特性が顕著な異方性を持ち、かつ、コヒ
ーレント長さが極めて短いことによる。そのためには十
分な超伝導特性を得る必要があり、従って、基板上に高
配向（エピタシャル）な超伝導薄膜を成長させる必要が
ある。現在のところ、良好な超伝導特性を有する超伝導
薄膜としては、YSZ((Y203)m (ZrO2)1-m ；0 ≦m ≦1)、
MgO 、SrTiO3、LaAlO3などの基板上にエピタシャルに成
長されたものが得られており、デバイス応用のための研
究がなされている。
【０００４】上述のように、現在主として用いられてい
る基板材料は、YSZ 、MgO 、SrTiO3、LaAl03などであ
る。しかしながら、このような基板材料は、マイクロデ
バイスへの応用に際しては、マイクロ波損失と誘電率と
製造コストとがいずれも高いうえに機械的強度が低く、
しかも大きな単結晶基板を製造し難いなど多くの欠点が
ある。このため、このような基板材料は研究段階ではと
にかく、実用化は困難と考えられる。一方、サファイ
ア、シリコンなどの基板材料は、マイクロ波損失と誘電
率と製造コストとがいずれも低いうえに、機械的強度が
高いなどの利点があり、電子回路への応用や実用化のた
めの基板材料として極めて好都合である。しかも、これ
らの材料は商業ベースに十分乗せるこことが可能な条件
で大きな単結晶ウェーハを得ることが出来るため、実用
化のための基板材料として大いに期待される。
る基板材料は、YSZ 、MgO 、SrTiO3、LaAl03などであ
る。しかしながら、このような基板材料は、マイクロデ
バイスへの応用に際しては、マイクロ波損失と誘電率と
製造コストとがいずれも高いうえに機械的強度が低く、
しかも大きな単結晶基板を製造し難いなど多くの欠点が
ある。このため、このような基板材料は研究段階ではと
にかく、実用化は困難と考えられる。一方、サファイ
ア、シリコンなどの基板材料は、マイクロ波損失と誘電
率と製造コストとがいずれも低いうえに、機械的強度が
高いなどの利点があり、電子回路への応用や実用化のた
めの基板材料として極めて好都合である。しかも、これ
らの材料は商業ベースに十分乗せるこことが可能な条件
で大きな単結晶ウェーハを得ることが出来るため、実用
化のための基板材料として大いに期待される。
【０００５】しかしながら、基板の素材として期待され
るサファイアやシリコンなどの素材は、YBCO(YBa2Cu307
-d) 、TBCCO(Tl2Ba2Ca2Cu3010-d ) 、BSCCO(Bi2Sr2Ca2C
u3010-d )などの超伝導薄膜を形成する際の温度範囲
（ほぼ 600℃〜 700℃）において、超伝導薄膜と化学反
応を生じてしまう。このため、高い臨界移転温度と大き
な臨界電流密度を持つ高性能の超伝導薄膜を得ることが
できないという致命的な問題点がある。そこで、このよ
うな化学反応を回避するために、基板と超伝導薄膜との
間にバッファー層を介在させる対策が考えられる。この
ようなバッファー層の素材が備えるべき主要な条件は、
二つある。その一つは、超伝導薄膜の形成温度において
超伝導体と基板に対して化学的に安定であることであ
る。他の一つは、基板と超伝導薄膜の双方に対して格子
定数の不整合が少なく、エピタキシャルな成長に有利な
ことである。現状では、このような二つの条件を満たす
バッファー層の素材としては、前述のように基板上とし
ては不向きではあるが、YSZ 、MgO 、SrTiO3、LaAlO3な
どの素材が適している。
るサファイアやシリコンなどの素材は、YBCO(YBa2Cu307
-d) 、TBCCO(Tl2Ba2Ca2Cu3010-d ) 、BSCCO(Bi2Sr2Ca2C
u3010-d )などの超伝導薄膜を形成する際の温度範囲
（ほぼ 600℃〜 700℃）において、超伝導薄膜と化学反
応を生じてしまう。このため、高い臨界移転温度と大き
な臨界電流密度を持つ高性能の超伝導薄膜を得ることが
できないという致命的な問題点がある。そこで、このよ
うな化学反応を回避するために、基板と超伝導薄膜との
間にバッファー層を介在させる対策が考えられる。この
ようなバッファー層の素材が備えるべき主要な条件は、
二つある。その一つは、超伝導薄膜の形成温度において
超伝導体と基板に対して化学的に安定であることであ
る。他の一つは、基板と超伝導薄膜の双方に対して格子
定数の不整合が少なく、エピタキシャルな成長に有利な
ことである。現状では、このような二つの条件を満たす
バッファー層の素材としては、前述のように基板上とし
ては不向きではあるが、YSZ 、MgO 、SrTiO3、LaAlO3な
どの素材が適している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記YBCO、TBCCO 、BS
CCO などの超伝導薄膜をエピタキシャル成長させるのに
最適なバッファー層の結晶方位は、格子定数の不整合を
最小にするという点で、＜１００＞方位である。すなわ
ち、この＜１００＞方位のバッファ層上に、Ｃ軸（＜０
０１＞）の超伝導薄膜を成長させると格子定数の不整合
が最小になる。この＜１００＞方位を持つYSZ やMgO な
どのバッファー層をサファイア、シリコンなどの基板上
や、超伝導薄膜上にエピタキシャル成長させるのに必要
な温度は、本発明者の実験結果によれば概略 800℃以上
であり、超伝導薄膜を形成するのに必要な基板温度600
℃〜 700℃の値に比べてかなり高い。従って、例えば、
基板上に下層のバッファー層を介在させて下層の超伝導
薄膜を形成し、更にその上に上層のバッファー層を介し
て上層の超伝導薄膜を形成するという多層構造の超伝導
素子を作成する場合、上層のバッファー層を形成する際
の高温によって、形成済みの下層の超伝導薄膜に大きな
損傷が生じてしまい、下層の超伝導薄膜については良好
な超伝導特性が得られなくなるという問題が生じる。
CCO などの超伝導薄膜をエピタキシャル成長させるのに
最適なバッファー層の結晶方位は、格子定数の不整合を
最小にするという点で、＜１００＞方位である。すなわ
ち、この＜１００＞方位のバッファ層上に、Ｃ軸（＜０
０１＞）の超伝導薄膜を成長させると格子定数の不整合
が最小になる。この＜１００＞方位を持つYSZ やMgO な
どのバッファー層をサファイア、シリコンなどの基板上
や、超伝導薄膜上にエピタキシャル成長させるのに必要
な温度は、本発明者の実験結果によれば概略 800℃以上
であり、超伝導薄膜を形成するのに必要な基板温度600
℃〜 700℃の値に比べてかなり高い。従って、例えば、
基板上に下層のバッファー層を介在させて下層の超伝導
薄膜を形成し、更にその上に上層のバッファー層を介し
て上層の超伝導薄膜を形成するという多層構造の超伝導
素子を作成する場合、上層のバッファー層を形成する際
の高温によって、形成済みの下層の超伝導薄膜に大きな
損傷が生じてしまい、下層の超伝導薄膜については良好
な超伝導特性が得られなくなるという問題が生じる。
【０００７】従って、本発明の主要な目的は、バッファ
ー層上に超伝導薄膜を形成する際に下層の超伝導薄膜に
致命的な損傷を生じさせるおそれのない多層構造の超伝
導素子及びその製造方法を提供することにある。
ー層上に超伝導薄膜を形成する際に下層の超伝導薄膜に
致命的な損傷を生じさせるおそれのない多層構造の超伝
導素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の多層構造の超伝導素子によれば、第２層及び更に上
層の超伝導薄膜上に形成されるバッファ層は、それぞれ
の上部に形成される超伝導薄膜の形成温度に近い温度で
形成されたことにより、それぞれの上部に形成される超
伝導薄膜の格子定数との整合性の点で最適な結晶方位と
その他の結晶方位とが混在されている。
明の多層構造の超伝導素子によれば、第２層及び更に上
層の超伝導薄膜上に形成されるバッファ層は、それぞれ
の上部に形成される超伝導薄膜の形成温度に近い温度で
形成されたことにより、それぞれの上部に形成される超
伝導薄膜の格子定数との整合性の点で最適な結晶方位と
その他の結晶方位とが混在されている。
【０００９】
【作用】形成済みの超伝導薄膜の上に格子定数の整合性
の点で最適な＜１００＞方位のみを有するバッファ層を
形成しようとすれば、基板温度を800 ℃以上もの高温に
保たなければならず、形成済みの超伝導薄膜を損傷させ
てしまう。しかしながら、本発明者の実験結果によれ
ば、超伝導薄膜の形成時と同様の比較的低い基板温度範
囲で作成したバッファ層にも、超伝導薄膜のエピタキシ
ャルな成長に有利な＜１００＞方位が不利な＜１１１＞
方位と混在しており、しかも、この有利な＜１００＞方
位がたとえ僅かでもバッファ層中に存在すれば、その上
部に形成される超伝導薄膜はこの有利な＜１００＞方位
をもとにエピタキシャルな成長を行うため、良質の超伝
導薄膜が形成されることが判明した。従って、基板の素
材及びその結晶方位とバッファー層の素材を適切に組み
合わせることにより、超伝導薄膜のエピタキシャルな成
長に有利な結晶方位を僅かでも含む程度の低温でバッフ
ァ層を形成すれば、形成済みの超伝導薄膜の損傷が有効
に回避しながら新たな良質の超伝導薄膜を得ることがで
きる。
の点で最適な＜１００＞方位のみを有するバッファ層を
形成しようとすれば、基板温度を800 ℃以上もの高温に
保たなければならず、形成済みの超伝導薄膜を損傷させ
てしまう。しかしながら、本発明者の実験結果によれ
ば、超伝導薄膜の形成時と同様の比較的低い基板温度範
囲で作成したバッファ層にも、超伝導薄膜のエピタキシ
ャルな成長に有利な＜１００＞方位が不利な＜１１１＞
方位と混在しており、しかも、この有利な＜１００＞方
位がたとえ僅かでもバッファ層中に存在すれば、その上
部に形成される超伝導薄膜はこの有利な＜１００＞方位
をもとにエピタキシャルな成長を行うため、良質の超伝
導薄膜が形成されることが判明した。従って、基板の素
材及びその結晶方位とバッファー層の素材を適切に組み
合わせることにより、超伝導薄膜のエピタキシャルな成
長に有利な結晶方位を僅かでも含む程度の低温でバッフ
ァ層を形成すれば、形成済みの超伝導薄膜の損傷が有効
に回避しながら新たな良質の超伝導薄膜を得ることがで
きる。
【００１０】
【実施例】まず、図１（Ａ）に示すように、サファイヤ
（Al203)基板１のＲ面上へスパッタリングによりYSZ
（(Y205)0.1(ZrO2)0.9) バッファ層２ａを形成した。こ
の際の基板１の温度 480℃,560℃,630℃,660℃,710℃,7
40℃,840℃と異なる値に保持した。各基板温度のもとで
形成された YSZバッファ層２ａに対してＸ線回折を行い
出現した結晶方位の回折強度を縦軸に示している。図２
から判明するように、成膜時の基板温度が600 ℃以下で
はYSZ バッファ層２ａに＜１１１＞方位のみが出現し、
600℃〜 750℃では＜１１１＞方位と＜１００＞方位と
が混在して出現し、 800℃以上では超伝導薄膜の形成に
最適の＜１００＞方位のみが出現する。
（Al203)基板１のＲ面上へスパッタリングによりYSZ
（(Y205)0.1(ZrO2)0.9) バッファ層２ａを形成した。こ
の際の基板１の温度 480℃,560℃,630℃,660℃,710℃,7
40℃,840℃と異なる値に保持した。各基板温度のもとで
形成された YSZバッファ層２ａに対してＸ線回折を行い
出現した結晶方位の回折強度を縦軸に示している。図２
から判明するように、成膜時の基板温度が600 ℃以下で
はYSZ バッファ層２ａに＜１１１＞方位のみが出現し、
600℃〜 750℃では＜１１１＞方位と＜１００＞方位と
が混在して出現し、 800℃以上では超伝導薄膜の形成に
最適の＜１００＞方位のみが出現する。
【００１１】次に、基板温度 560℃、 660℃、 800℃の
もとに YSZバッファ層２ａを形成した３種類の試料につ
いて、図１（Ｂ）に示すように、各 YSZバッファ層２ａ
上にYBCO(YBa2Cu307-d) 薄膜３ａをスパッタリングによ
って形成した。このときの基板温度はいずれも 670℃に
保持した。この３種類の試料について、YBCO薄膜３ａの
超伝導特性（電気抵抗の温度特性）を測定した。この測
定結果を、 YSZバッファ層２ａの形成時の基板温度が 5
60℃の試料については図３に、 660℃の試料については
図４に、 800℃の試料についは図５にそれぞれ示す。
もとに YSZバッファ層２ａを形成した３種類の試料につ
いて、図１（Ｂ）に示すように、各 YSZバッファ層２ａ
上にYBCO(YBa2Cu307-d) 薄膜３ａをスパッタリングによ
って形成した。このときの基板温度はいずれも 670℃に
保持した。この３種類の試料について、YBCO薄膜３ａの
超伝導特性（電気抵抗の温度特性）を測定した。この測
定結果を、 YSZバッファ層２ａの形成時の基板温度が 5
60℃の試料については図３に、 660℃の試料については
図４に、 800℃の試料についは図５にそれぞれ示す。
【００１２】まず、図３を参照すれば、560 ℃の基板温
度で形成したYSZ バッファ層２ａ上にYBCO薄膜３ａを形
成した試料については、代表的な超伝導特性はオンセッ
ト温度Ton=86.4℃、臨界温度Tc=31.5 ℃、DT=Ton-Tc=5
4.9℃であり、良好な超伝導特性が得られていない。こ
れは、YSZ バッファ層２ａの結晶方位が格子定数の整合
性の点で不利な＜１１１＞方位のみであることから、そ
の上部に高配向なYBCO薄膜３ａが形成されなかったため
と考えられる。
度で形成したYSZ バッファ層２ａ上にYBCO薄膜３ａを形
成した試料については、代表的な超伝導特性はオンセッ
ト温度Ton=86.4℃、臨界温度Tc=31.5 ℃、DT=Ton-Tc=5
4.9℃であり、良好な超伝導特性が得られていない。こ
れは、YSZ バッファ層２ａの結晶方位が格子定数の整合
性の点で不利な＜１１１＞方位のみであることから、そ
の上部に高配向なYBCO薄膜３ａが形成されなかったため
と考えられる。
【００１３】次に、図５を参照すれば、800 ℃の基板温
度で形成したYSZ バッファ層２ａ上にYBCO薄膜３ａを形
成した試料については、代表的な特性は、Ton=85.3℃、
Tc=82.7 ℃、DT=Ton-Tc=2.6 ℃であり、極めて良好な超
伝導特性が得られている。YSZ バッファ層２ａの結晶方
位が格子定数の整合性上最適の＜１００＞方位のみであ
ることから、その上部に高配向なYBCO薄膜３ａが形成さ
れたためと考えられる。
度で形成したYSZ バッファ層２ａ上にYBCO薄膜３ａを形
成した試料については、代表的な特性は、Ton=85.3℃、
Tc=82.7 ℃、DT=Ton-Tc=2.6 ℃であり、極めて良好な超
伝導特性が得られている。YSZ バッファ層２ａの結晶方
位が格子定数の整合性上最適の＜１００＞方位のみであ
ることから、その上部に高配向なYBCO薄膜３ａが形成さ
れたためと考えられる。
【００１４】最後に、図４を参照すれば、660 ℃の基板
温度で形成したYSZ バッファ層２ａ上にYBCO薄膜３ａを
形成した試料についても極めて良好な超伝導特性が得ら
れている。すなわち、代表的な特性は、Ton=87.3℃、Tc
=83.4 ℃、DT=Ton-Tc=3.9 ℃である。基板温度が660 ℃
の試料ではYSZ 薄膜２ａの結晶方位は＜１１１＞方位と
＜１００＞方位とが混在しているものの、エピタキシャ
ルな成長に有利な＜１００＞方位を少しでも含んでいれ
ば、その上部に形成されたYBCO薄膜３ａはこの＜１００
＞方位をもとにエピタキシャルな成長をしており、良質
で高配向なYBCO薄膜３ａが形成されたためと考えられ
る。
温度で形成したYSZ バッファ層２ａ上にYBCO薄膜３ａを
形成した試料についても極めて良好な超伝導特性が得ら
れている。すなわち、代表的な特性は、Ton=87.3℃、Tc
=83.4 ℃、DT=Ton-Tc=3.9 ℃である。基板温度が660 ℃
の試料ではYSZ 薄膜２ａの結晶方位は＜１１１＞方位と
＜１００＞方位とが混在しているものの、エピタキシャ
ルな成長に有利な＜１００＞方位を少しでも含んでいれ
ば、その上部に形成されたYBCO薄膜３ａはこの＜１００
＞方位をもとにエピタキシャルな成長をしており、良質
で高配向なYBCO薄膜３ａが形成されたためと考えられ
る。
【００１５】比較のため、サファイアＲ面の基板１上に
バッファ層を介在させることなく直接YBCO薄膜を形成し
た。このYBCO薄膜の超伝導特性の測定結果を図６に示
す。代表的な特性は、Ton=74.2℃、Tc=39.5 ℃、DT=Ton
-Tc=34.7℃であり、良好な超伝導特性とは得られない。
サファイア基板１との間にバッファ層を介在させないた
めにサファイア基板１とYBCO薄膜との間で化学反応が生
じてしまい、高配向なYBCO薄膜が形成されていないこと
によると考えられる。
バッファ層を介在させることなく直接YBCO薄膜を形成し
た。このYBCO薄膜の超伝導特性の測定結果を図６に示
す。代表的な特性は、Ton=74.2℃、Tc=39.5 ℃、DT=Ton
-Tc=34.7℃であり、良好な超伝導特性とは得られない。
サファイア基板１との間にバッファ層を介在させないた
めにサファイア基板１とYBCO薄膜との間で化学反応が生
じてしまい、高配向なYBCO薄膜が形成されていないこと
によると考えられる。
【００１６】次に、図３乃至５に示した３種類の種類の
試料について、図１（Ｃ）に示すように、YBCO薄膜３ａ
上に第２層のYSZ バッファー層２ｂをスパッタリングに
よって形成した。この際の基板温度は、第１層のバッフ
ァー層２ａの形成時と同一の値、すなわち、560 ℃,660
℃,800℃の3 種類に設定した。各基板温度のもとで形成
された第２層の YSZバッファ層２ｂに対してＸ線回折を
行って得られた結晶方位と基板温度との関係は図２とほ
ぼ同様であった。
試料について、図１（Ｃ）に示すように、YBCO薄膜３ａ
上に第２層のYSZ バッファー層２ｂをスパッタリングに
よって形成した。この際の基板温度は、第１層のバッフ
ァー層２ａの形成時と同一の値、すなわち、560 ℃,660
℃,800℃の3 種類に設定した。各基板温度のもとで形成
された第２層の YSZバッファ層２ｂに対してＸ線回折を
行って得られた結晶方位と基板温度との関係は図２とほ
ぼ同様であった。
【００１７】さらに、各試料の第２層の YSZバッファ層
２ｂ上に、図１（Ｄ）に示すように、基板温度を 670℃
に保って第２層のYBCO薄膜３ｂを形成した。第２層のYS
Z バッファー層２ｂを第１層のバッファ層２ａの形成時
と同一の660 ℃の基板温度で形成した試料では、第１層
のYBCO薄膜３ａについても第２層のYBCO薄膜３ｂについ
ても図４と同様の極めて良好な超伝導特性が得られた。
＜１１１＞方位と＜１００＞方位とが混在している第２
層のYSZ バッファー層２ｂ上に良質で高配向な第２層の
YBCO薄膜３ｂが形成されたことと、第２層のYSZ バッフ
ァー層２ｂの形成時の基板温度が660 ℃と低い値である
ことから、形成済みの第１層のYBCO薄膜３ａに損傷が生
じなかったためと考えられる。
２ｂ上に、図１（Ｄ）に示すように、基板温度を 670℃
に保って第２層のYBCO薄膜３ｂを形成した。第２層のYS
Z バッファー層２ｂを第１層のバッファ層２ａの形成時
と同一の660 ℃の基板温度で形成した試料では、第１層
のYBCO薄膜３ａについても第２層のYBCO薄膜３ｂについ
ても図４と同様の極めて良好な超伝導特性が得られた。
＜１１１＞方位と＜１００＞方位とが混在している第２
層のYSZ バッファー層２ｂ上に良質で高配向な第２層の
YBCO薄膜３ｂが形成されたことと、第２層のYSZ バッフ
ァー層２ｂの形成時の基板温度が660 ℃と低い値である
ことから、形成済みの第１層のYBCO薄膜３ａに損傷が生
じなかったためと考えられる。
【００１８】第２層のYSZ バッファー層２ｂを第１のバ
ッファ層２ａの形成時と同一の560℃の基板温度のもと
で形成した試料では、第２層のYBCO薄膜３ｂについても
第１層のYBCO薄膜３ａの場合と同様に、図３と同様の劣
った超伝導特性が得られた。560 ℃の基板温度で形成し
たYSZ 薄膜２ｂは＜１１１＞方位のみが存在し、格子定
数の不整合が大きいことから、その上部には良質で高配
向な第２層のYBCO薄膜３ｂが形成されなかったためと考
えられる。
ッファ層２ａの形成時と同一の560℃の基板温度のもと
で形成した試料では、第２層のYBCO薄膜３ｂについても
第１層のYBCO薄膜３ａの場合と同様に、図３と同様の劣
った超伝導特性が得られた。560 ℃の基板温度で形成し
たYSZ 薄膜２ｂは＜１１１＞方位のみが存在し、格子定
数の不整合が大きいことから、その上部には良質で高配
向な第２層のYBCO薄膜３ｂが形成されなかったためと考
えられる。
【００１９】第２層のYSZ 薄膜２ｂを第１のバッファ層
２ａの形成時と同一の800 ℃の基板温度で形成した試料
では、第２層のYBCO薄膜３ｂについては極めて良好な超
伝導特性が得らたが、第１層のYBCO薄膜３ａについては
良好な超伝導特性が得られなかった。第２層のバッファ
ー層２ｂの形成時の基板温度が800 ℃の高温であること
から、既存の第１層のYBCO薄膜３ａが損傷を受け、超伝
導特性が劣化したためと見られる。同一の条件で多数作
成した試料では、第１層の YBCO 薄膜３ａが全く超伝導
特性を示されない例も見られた。
２ａの形成時と同一の800 ℃の基板温度で形成した試料
では、第２層のYBCO薄膜３ｂについては極めて良好な超
伝導特性が得らたが、第１層のYBCO薄膜３ａについては
良好な超伝導特性が得られなかった。第２層のバッファ
ー層２ｂの形成時の基板温度が800 ℃の高温であること
から、既存の第１層のYBCO薄膜３ａが損傷を受け、超伝
導特性が劣化したためと見られる。同一の条件で多数作
成した試料では、第１層の YBCO 薄膜３ａが全く超伝導
特性を示されない例も見られた。
【００２０】基板としてサファイアＡ面、シリコン(10
0) 面、(110) 面、(111) 面を用いた場合についても同
様な結果が得られた。また、バッファー層としてMgO を
用いた場合についても同様の結果が得られた。このよう
に、基板との化学反応を回避すにためにバッファー層を
介在させる場合、バッファー層上への超伝導薄膜のエピ
タキシャルな成長と良好な超伝導特性を得るために、バ
ッファー層に複数の結晶方位を混在させることは、成膜
温度、パターニングなど種々の工程設計などの観点から
プロセス的に有利である。
0) 面、(110) 面、(111) 面を用いた場合についても同
様な結果が得られた。また、バッファー層としてMgO を
用いた場合についても同様の結果が得られた。このよう
に、基板との化学反応を回避すにためにバッファー層を
介在させる場合、バッファー層上への超伝導薄膜のエピ
タキシャルな成長と良好な超伝導特性を得るために、バ
ッファー層に複数の結晶方位を混在させることは、成膜
温度、パターニングなど種々の工程設計などの観点から
プロセス的に有利である。
【００２１】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、低い基板温
度のもとに有利な結晶方位を部分的に含むバッファ層を
形成する構成であるから、下層の超伝導薄膜の損傷を回
避しながら、上層にはエピタキシャル成長により良質の
超伝導薄膜を形成することが可能になる。
度のもとに有利な結晶方位を部分的に含むバッファ層を
形成する構成であるから、下層の超伝導薄膜の損傷を回
避しながら、上層にはエピタキシャル成長により良質の
超伝導薄膜を形成することが可能になる。
【図１】サファイアＲ面の基板１上に YSZバッファ層２
ａ，２ｂを介してYBCO薄膜３ａ，３ｂを積層することに
より積層構造の超伝導素子を製造する工程を説明する断
面図である。
ａ，２ｂを介してYBCO薄膜３ａ，３ｂを積層することに
より積層構造の超伝導素子を製造する工程を説明する断
面図である。
【図２】図１の YSZバッファ層２ａの形成時の基板温度
と YSZバッファ層２ａの結晶方位との関係を示すＸ線回
折の実験データである。
と YSZバッファ層２ａの結晶方位との関係を示すＸ線回
折の実験データである。
【図３】基板温度 560℃のもとに形成した YSZバッファ
層２ａ上に形成したYBCO薄膜３ａの電気特性を示す実験
データである。
層２ａ上に形成したYBCO薄膜３ａの電気特性を示す実験
データである。
【図４】基板温度 660℃のもとに形成した YSZバッファ
層２ａ上に形成したYBCO薄膜３ａ導薄膜の電気特性を示
す実験データである。
層２ａ上に形成したYBCO薄膜３ａ導薄膜の電気特性を示
す実験データである。
【図５】基板温度 800℃のもとに形成した YSZバッファ
層２ａ上に形成したYBCO薄膜３ａ導薄膜の電気特性を示
す実験データである。
層２ａ上に形成したYBCO薄膜３ａ導薄膜の電気特性を示
す実験データである。
【図６】サファイアＲ面の基板１上にバッファ層を介在
させずに直接形成したYBCO薄膜の電気特性の実験データ
である。
させずに直接形成したYBCO薄膜の電気特性の実験データ
である。
1 サファイアＲ面の基板 2a 第１層のYSZ バッファ層 3a 第１層のYBCO超伝導薄膜 2b 第２層のYSZ バッファ層 3b 第２層のYBCO超伝導薄膜
Claims (6)
- 【請求項１】基板上にバッファ層を介在させながら複数
層の超伝導薄膜が積層された多層構造の超伝導素子であ
って、 第２層及び更に上層の超伝導薄膜上に形成されるバッフ
ァ層は、それぞれの上部に形成される超伝導薄膜の格子
定数との整合性の点で最適な結晶方位とその他の結晶方
位との混在状態にあることを特徴とする多層構造の超伝
導素子。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記基板の素材はサファイヤ（Al203)又はシリコンであ
り、前記バッファー層の素材はYSZ((Y203)m (Zr
O2)1-m ；0 ≦m ≦1)、MgO 、SrTiO3、LaAlO3から選択
された一つであることを特徴とする多層構造の超伝導素
子。 - 【請求項３】 請求項1 又は2 において、 前記バッファ層上に形成される超伝導薄膜の素材は、YB
a2Cu307-d 、Tl2Ba2Ca2Cu3010-d Bi2Sr2Ca2Cu30 10-d
の群から選択された一つであることを特徴とする多層構
造の超伝導素子。 - 【請求項４】基板上にバッファ層を介在させながら複数
層の超伝導薄膜を積層する多層構造の超伝導素子の製造
方法において、 第２層及び更に上層の超伝導薄膜上に形成されるバッフ
ァ層は、それぞれの上下に形成される超伝導薄膜の形成
温度に近い温度で形成されたことを特徴とする多層構造
の超伝導素子の製造方法。 - 【請求項５】 請求項４において、 前記基板はサファイア（Al203)又はシリコンを素材と
し、前記バッファー層の素材はYSZ((Y203)m (Zr
O2)1-m ；0 ≦m ≦1)、MgO 、SrTiO3、LaAlO3から選択
された一つであることを特徴とする多層構造の超伝導素
子の製造方法。 - 【請求項６】 請求項４において、 前記バッファー層の形成温度は、前記バッファー層に少
なくとも２以上の結晶方位が混在できる範囲に選択され
たことを特徴とする多層構造の超伝導素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5141595A JPH06334228A (ja) | 1993-05-20 | 1993-05-20 | 多層構造の超伝導素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5141595A JPH06334228A (ja) | 1993-05-20 | 1993-05-20 | 多層構造の超伝導素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06334228A true JPH06334228A (ja) | 1994-12-02 |
Family
ID=15295667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5141595A Withdrawn JPH06334228A (ja) | 1993-05-20 | 1993-05-20 | 多層構造の超伝導素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06334228A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8105981B2 (en) | 2007-09-20 | 2012-01-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Superconducting member |
| CN113013318A (zh) * | 2021-03-09 | 2021-06-22 | 傲普(上海)新能源有限公司 | 一种储能用高温超导材料性能提高方法研究 |
-
1993
- 1993-05-20 JP JP5141595A patent/JPH06334228A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8105981B2 (en) | 2007-09-20 | 2012-01-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Superconducting member |
| CN113013318A (zh) * | 2021-03-09 | 2021-06-22 | 傲普(上海)新能源有限公司 | 一种储能用高温超导材料性能提高方法研究 |
| CN113013318B (zh) * | 2021-03-09 | 2023-07-11 | 傲普(上海)新能源有限公司 | 一种储能用高温超导材料性能提高方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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