JPH0688858B2 - 超電導体 - Google Patents
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
- C23C14/087—Oxides of copper or solid solutions thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0296—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers
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-
- H—ELECTRICITY
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超電導体に関するものである。特に化合物薄膜
超電導体に関するものである。
超電導体に関するものである。
従来の技術 Y-Ba-Cu-O系がより高温の超電導体であることが最近提
案された。［M.K.Wu等、フィジカル レビュー レター
ズ（Physical Review Latters）Vol.58,No9,908-910（1
987）］ Y-Ba-Cu-O系の材料の超電導機構の詳細は明らかではな
いが、転移温度が液体窒素温度以上に高くなる可能性が
あり、高温超電導体として従来の２元系化合物より、よ
り有望な特性が期待される。
案された。［M.K.Wu等、フィジカル レビュー レター
ズ（Physical Review Latters）Vol.58,No9,908-910（1
987）］ Y-Ba-Cu-O系の材料の超電導機構の詳細は明らかではな
いが、転移温度が液体窒素温度以上に高くなる可能性が
あり、高温超電導体として従来の２元系化合物より、よ
り有望な特性が期待される。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、Y-Ba-Cu-O系の材料は、現在の技術では
焼結という過程でしか形成できないため、セラミックの
粉末あるいはブロックの形状でしか得られない。一方、
この種の材料を実用化する場合、薄膜化あるいは線状化
が強く要望されているが、従来の技術では、超電導特性
の再現性・信頼性が悪くいずれも非常に困難とされてい
る。
焼結という過程でしか形成できないため、セラミックの
粉末あるいはブロックの形状でしか得られない。一方、
この種の材料を実用化する場合、薄膜化あるいは線状化
が強く要望されているが、従来の技術では、超電導特性
の再現性・信頼性が悪くいずれも非常に困難とされてい
る。
本発明者らは、この種の材料を例えばスパッタリング法
等の薄膜化手法を用い超電導膜の界面の構造を工夫する
と、特性のよい薄膜状の高温超電導体が再現性よく形成
されることを発見し、これにもとづいて新規な超電導体
構成を発明した。
等の薄膜化手法を用い超電導膜の界面の構造を工夫する
と、特性のよい薄膜状の高温超電導体が再現性よく形成
されることを発見し、これにもとづいて新規な超電導体
構成を発明した。
問題点を解決するための手段 本発明の超電導体は、II-VI族半導体被膜で被覆した基
体上に、Ａ、Ｂ、Cuを含む酸化物で、元素比が の酸化物超電導被膜を付着させたことを特徴としてい
る。ここにＡはSc,Yおよびランタン系列元素（原子番号
57-71）のうちすくなくとも一種、ＢはBa,Sr,Ca,Be,Mg
などIIa族元素のうちの少なくとも一種の元素を示す。
体上に、Ａ、Ｂ、Cuを含む酸化物で、元素比が の酸化物超電導被膜を付着させたことを特徴としてい
る。ここにＡはSc,Yおよびランタン系列元素（原子番号
57-71）のうちすくなくとも一種、ＢはBa,Sr,Ca,Be,Mg
などIIa族元素のうちの少なくとも一種の元素を示す。
作用 本発明にかかる超電導体は、II-VI族化合物等の半導体
表面上に超電導体を薄膜化している点に大きな特色があ
る。すなわち、薄膜化は超電導体の素材を原子状態とい
う極微粒子に分解してから基体上に堆積させるから、形
成された超電導体の組成は本質的に、従来の焼結体に比
べて均質であり、またII-VI族半導体表面上では特異的
に緻密・平坦に堆積する。したがって非常に高精度で種
々の素子との一体化に適した超電導体が本発明で実現さ
れる。
表面上に超電導体を薄膜化している点に大きな特色があ
る。すなわち、薄膜化は超電導体の素材を原子状態とい
う極微粒子に分解してから基体上に堆積させるから、形
成された超電導体の組成は本質的に、従来の焼結体に比
べて均質であり、またII-VI族半導体表面上では特異的
に緻密・平坦に堆積する。したがって非常に高精度で種
々の素子との一体化に適した超電導体が本発明で実現さ
れる。
実施例 本発明を図面とともに説明する。
第１図において、３元化合物超電導体被膜12は結晶基体
11上に形成した半導体被膜12の表面に例えばスパッタリ
ング法で形成する。基体11は、超電導を示す３元化合物
被膜13の保持を目的としている。この被膜13は通常約70
0℃以上のの高温で形成する。今、基板に単結晶を用い
ると、形成される半導体被膜12は、その結晶軸が強く配
向した。
11上に形成した半導体被膜12の表面に例えばスパッタリ
ング法で形成する。基体11は、超電導を示す３元化合物
被膜13の保持を目的としている。この被膜13は通常約70
0℃以上のの高温で形成する。今、基板に単結晶を用い
ると、形成される半導体被膜12は、その結晶軸が強く配
向した。
ここで、例えばSi基板上に直接化合物超電導体を成膜し
ようとしても、薄膜そのものが形成されない。ところ
が、ZnO,CdS等のII-VI族半導体被膜12を基体11上の３元
化合物超電導体被膜13の界面に形成すると、表面はなめ
らかな第２図の状態で形成できた。表面からわかるよう
に、膜13全体が緻密な状態で、膜質の改善もみられるこ
とを本発明者らは確認した。
ようとしても、薄膜そのものが形成されない。ところ
が、ZnO,CdS等のII-VI族半導体被膜12を基体11上の３元
化合物超電導体被膜13の界面に形成すると、表面はなめ
らかな第２図の状態で形成できた。表面からわかるよう
に、膜13全体が緻密な状態で、膜質の改善もみられるこ
とを本発明者らは確認した。
さらに、本発明者らは、第１図の半導体被膜12の材料に
ついて検討した結果、II-VI族化合物半導体あるいはこ
れらの複合材料について良好な効果が見られ、中でもZn
Oの場合が最良であることを確認した。もちろん、基体
自体に、ZnO等の半導体基板を使用しても同様の効果が
得られた。これらの結果より、半導体と酸化物超電導体
の直接的接合が確認された。
ついて検討した結果、II-VI族化合物半導体あるいはこ
れらの複合材料について良好な効果が見られ、中でもZn
Oの場合が最良であることを確認した。もちろん、基体
自体に、ZnO等の半導体基板を使用しても同様の効果が
得られた。これらの結果より、半導体と酸化物超電導体
の直接的接合が確認された。
本発明の超電導体A-B-Cu-Oは結晶構造や組成式がまだ明
確には決定されていないが、酸素欠損ペロブスカイト
（A,B）3Cu3O7ともいわれている。本発明者等は作製さ
れた被膜において元素比率が の範囲であれば、臨界温度に多少の差があっても超電導
現象が見出されることを確認した。
確には決定されていないが、酸素欠損ペロブスカイト
（A,B）3Cu3O7ともいわれている。本発明者等は作製さ
れた被膜において元素比率が の範囲であれば、臨界温度に多少の差があっても超電導
現象が見出されることを確認した。
なお、スパッタリング蒸着ではターゲットとして、焼結
したA-B-Cu-Oセラミックスを用いるが、基体温度が700
℃場合では、ターゲットの金属成分と形成された薄膜に
おける成分と比較するとCuが薄膜では不足する傾向がみ
られ、ターゲットに50％程度過剰に加えればよいことを
本発明者らは確認した。したがって、ターゲットの組成
は、被膜の最適範囲の であることを本発明者らは確認した。この場合、ターゲ
ットは板状あるいは、円筒状のセラミックス以外に、粒
状あるいは粉末状の焼結状であってもスパッタリング蒸
着に有効である。なお、粉末状である場合は、例えばス
テンレスの皿に粉末を充填して用いる。
したA-B-Cu-Oセラミックスを用いるが、基体温度が700
℃場合では、ターゲットの金属成分と形成された薄膜に
おける成分と比較するとCuが薄膜では不足する傾向がみ
られ、ターゲットに50％程度過剰に加えればよいことを
本発明者らは確認した。したがって、ターゲットの組成
は、被膜の最適範囲の であることを本発明者らは確認した。この場合、ターゲ
ットは板状あるいは、円筒状のセラミックス以外に、粒
状あるいは粉末状の焼結状であってもスパッタリング蒸
着に有効である。なお、粉末状である場合は、例えばス
テンレスの皿に粉末を充填して用いる。
以下本発明の内容をさらに深く理解させるために、さら
に具体的な具体実施例を示す。
に具体的な具体実施例を示す。
（具体実施例） サファイア単結晶Ｒ面を基体11として用い、ZnO板をタ
ーゲットとして交流プレーナマグネトロンスパッタによ
り半導体被膜12としてZnO被膜12を付着させた。この場
合Arガスの圧力は8Pa、スパッタ電力は50Wで基板温度を
400℃に保って0.1μｍの厚さに蒸着した。このZnO膜は
〈0001〉方向に強く配向していた。このZnO被膜12上に
焼結したErBa2Cu4.5O8ターゲットの高周波プレナーマグ
ネトロンスパッタにより、３元化合物超電導被膜13を付
着させた。この場合、Arガスの圧力は0.5Pa、スパッタ
リング電力150W、スパッタリング時間１時間、被膜の膜
厚0.5μｍ、基体温度700℃であった。被膜の室温抵抗10
0Ω、超電導転移温度95°Ｋであった。
ーゲットとして交流プレーナマグネトロンスパッタによ
り半導体被膜12としてZnO被膜12を付着させた。この場
合Arガスの圧力は8Pa、スパッタ電力は50Wで基板温度を
400℃に保って0.1μｍの厚さに蒸着した。このZnO膜は
〈0001〉方向に強く配向していた。このZnO被膜12上に
焼結したErBa2Cu4.5O8ターゲットの高周波プレナーマグ
ネトロンスパッタにより、３元化合物超電導被膜13を付
着させた。この場合、Arガスの圧力は0.5Pa、スパッタ
リング電力150W、スパッタリング時間１時間、被膜の膜
厚0.5μｍ、基体温度700℃であった。被膜の室温抵抗10
0Ω、超電導転移温度95°Ｋであった。
この種の３元化合物超電導体（A,B）3Cu3O7の構成元素
ＡおよびＢの変化による超電導特性の変化の詳細は明ら
かではない。ただＡは、３価,Bは２価を示しているのは
事実ではある。Ａ元素としてＹについて例をあげて説明
したが、ScやLa、さらにランタン系列の元素（原子番号
57〜71）でも、超電導転移温度が変化する程度で本質的
な発明の特性を変えるものではない。
ＡおよびＢの変化による超電導特性の変化の詳細は明ら
かではない。ただＡは、３価,Bは２価を示しているのは
事実ではある。Ａ元素としてＹについて例をあげて説明
したが、ScやLa、さらにランタン系列の元素（原子番号
57〜71）でも、超電導転移温度が変化する程度で本質的
な発明の特性を変えるものではない。
また、Ｂ元素においても、Sr、Ca、Ba等IIa族元素の変
化は超電導転移温度を10°Ｋ程度変化させるが、本質的
に本発明の特性を変えるものではない。
化は超電導転移温度を10°Ｋ程度変化させるが、本質的
に本発明の特性を変えるものではない。
本発明においては、以上に述べたように酸化物超電導体
とII-VI族化合物半導体との直接的な面接合を実現して
いるところに特色がある。したがって、半導体−超電導
接合デバイスに応用が期待される。
とII-VI族化合物半導体との直接的な面接合を実現して
いるところに特色がある。したがって、半導体−超電導
接合デバイスに応用が期待される。
発明の効果 すでに説明したごとく、本発明によれば、膜全体が緻密
な超電導薄膜を形成することが可能となり、臨界電流密
度の向上も可能となった。そして本発明を用いてSiある
いはGaAsなどのデバイスとの集積化が可能であるととも
に、超電導トランジスタ等の各種の超電導デバイスの要
素材料として実用される。さらに、シリコンリボン等の
単結晶リボンを用いると、リボン状の超電導体も形成さ
れる。特に本発明における化合物超電導体の転移温度が
室温になる可能性もあり、種々の素子との一体化等にお
いて実用の範囲は広く、本発明の工業的価値は高い。
な超電導薄膜を形成することが可能となり、臨界電流密
度の向上も可能となった。そして本発明を用いてSiある
いはGaAsなどのデバイスとの集積化が可能であるととも
に、超電導トランジスタ等の各種の超電導デバイスの要
素材料として実用される。さらに、シリコンリボン等の
単結晶リボンを用いると、リボン状の超電導体も形成さ
れる。特に本発明における化合物超電導体の転移温度が
室温になる可能性もあり、種々の素子との一体化等にお
いて実用の範囲は広く、本発明の工業的価値は高い。
第１図は本発明の一実施例の超電導体の基体構成断面
図、第２図は同超電導体の表面の走査電子顕微鏡写真
（１万倍）の表面状態の観察図である。 11……結晶基体、12……半導体被膜、13……３元化合物
超電導被膜。
図、第２図は同超電導体の表面の走査電子顕微鏡写真
（１万倍）の表面状態の観察図である。 11……結晶基体、12……半導体被膜、13……３元化合物
超電導被膜。
Claims (6)
- 【請求項１】II-VI族半導体被膜で被覆した基体上に、
Ａ元素、Ｂ元素およびCuを含む酸化物で、元素のモル比
率が の酸化物超電導被膜を付着させた事を特徴とする超電導
体。 ここに、ＡはSc,Yおよびランタン系列元素（原子番号57
〜71）のうちすくなくとも一種、ＢはIIa族元素のうち
のすくなくとも一種の元素を示す。 - 【請求項２】酸化物超電導体被膜上にさらに、II-VI族
半導体被膜を形成するかあるいは酸化物超電導体被膜と
II-VI族半導体被膜を交互に積層して形成したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の超電導体。 - 【請求項３】II-VI族半導体被膜を基体上でエピタキシ
ャル成長させ、この上に酸化物超電導体を強く配向させ
て成長させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の超電導体。 - 【請求項４】II-VI族半導体被膜としてZnとVI族元素を
含む化合物半導体を使用することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の超電導体。 - 【請求項５】II-VI族半導体被膜としてCdとVI族元素を
含む化合物半導体を使用することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の超電導体。 - 【請求項６】II-VI族半導体被膜としてHgとVI族元素を
含む化合物半導体を使用することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の超電導体。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62208670A JPH0688858B2 (ja) | 1987-08-21 | 1987-08-21 | 超電導体 |
| DE3850920T DE3850920T2 (de) | 1987-08-21 | 1988-08-19 | Zusammengesetzte supraleitende Schichtstruktur. |
| EP88113504A EP0304078B1 (en) | 1987-08-21 | 1988-08-19 | Composite superconductor layer structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62208670A JPH0688858B2 (ja) | 1987-08-21 | 1987-08-21 | 超電導体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6452326A JPS6452326A (en) | 1989-02-28 |
| JPH0688858B2 true JPH0688858B2 (ja) | 1994-11-09 |
Family
ID=16560113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62208670A Expired - Fee Related JPH0688858B2 (ja) | 1987-08-21 | 1987-08-21 | 超電導体 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0304078B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0688858B2 (ja) |
| DE (1) | DE3850920T2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5221660A (en) * | 1987-12-25 | 1993-06-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor substrate having a superconducting thin film |
| US5361720A (en) * | 1988-04-22 | 1994-11-08 | British Technology Group Ltd. | Epitaxial deposition |
| GB8809548D0 (en) * | 1988-04-22 | 1988-05-25 | Somekh R E | Epitaxial barrier layers in thin film technology |
| US5323023A (en) * | 1992-12-02 | 1994-06-21 | Xerox Corporation | Epitaxial magnesium oxide as a buffer layer on (111) tetrahedral semiconductors |
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