JPH0715049A - 超伝導積層薄膜 - Google Patents
超伝導積層薄膜Info
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- JPH0715049A JPH0715049A JP5152040A JP15204093A JPH0715049A JP H0715049 A JPH0715049 A JP H0715049A JP 5152040 A JP5152040 A JP 5152040A JP 15204093 A JP15204093 A JP 15204093A JP H0715049 A JPH0715049 A JP H0715049A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 積層型ジョセフソン接合の作製に適した中間
層を有するＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超伝導積層薄
膜を提供する。 【構成】 Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 中間層３をＢｉ2
Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導体層２，４ではさんだ構造
を、ＳｒＴｉＯ3 単結晶基板１上に作製する。この中間
層はＢｉ系超伝導体と同様ペロブスカイト構造を基本と
する結晶構造を持っており、Ｂｉ系超伝導体層２，４の
間に、相互拡散なしで、十分に均一な厚さでエピタキシ
ャル成長できる。従って積層型ジョセフソン接合に適し
た超伝導積層薄膜を作製できる。
層を有するＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超伝導積層薄
膜を提供する。 【構成】 Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 中間層３をＢｉ2
Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導体層２，４ではさんだ構造
を、ＳｒＴｉＯ3 単結晶基板１上に作製する。この中間
層はＢｉ系超伝導体と同様ペロブスカイト構造を基本と
する結晶構造を持っており、Ｂｉ系超伝導体層２，４の
間に、相互拡散なしで、十分に均一な厚さでエピタキシ
ャル成長できる。従って積層型ジョセフソン接合に適し
た超伝導積層薄膜を作製できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は比較的高温で動作する積
層型ジョセフソン接合を作製するための、高い臨界温度
（Ｔc ）を有するＢｉ系超伝導酸化物層により中間層を
はさんだ構造を持つ超伝導積層薄膜に関するものであ
る。
層型ジョセフソン接合を作製するための、高い臨界温度
（Ｔc ）を有するＢｉ系超伝導酸化物層により中間層を
はさんだ構造を持つ超伝導積層薄膜に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】高いＴc を持つＢｉ系酸化物超伝導体の
発見以来、その高いＴc をもたらす超伝導機構の解明の
ための基礎研究や電子素子等への応用研究が活発におこ
なわれている。Ｂｉ系超伝導体は８０Ｋ〜１１０Ｋとい
う高いＴc を持つため、その使用に際しては、７７Ｋの
沸点を持つ安価な液体窒素を冷媒として使用することが
可能で、またその低温の維持のための設備も簡単なもの
ですむという長所を持っている。このため、従来の低い
Ｔc を持つ物質を用いて実現した超伝導電子素子を、高
いＴc を持つＢｉ系超伝導体を用いて実現することは、
産業上大きな貢献となる。
発見以来、その高いＴc をもたらす超伝導機構の解明の
ための基礎研究や電子素子等への応用研究が活発におこ
なわれている。Ｂｉ系超伝導体は８０Ｋ〜１１０Ｋとい
う高いＴc を持つため、その使用に際しては、７７Ｋの
沸点を持つ安価な液体窒素を冷媒として使用することが
可能で、またその低温の維持のための設備も簡単なもの
ですむという長所を持っている。このため、従来の低い
Ｔc を持つ物質を用いて実現した超伝導電子素子を、高
いＴc を持つＢｉ系超伝導体を用いて実現することは、
産業上大きな貢献となる。
【０００３】このＢｉ系超伝導体を用いて超伝導電子素
子を作製する際、この素子の重要な構成部分であるジョ
セフソン接合を再現性および制御性良く作製する必要が
ある。このための方法として、非超伝導体中間層を超伝
導体ではさんだ積層構造を作製する技術が一般的であ
る。この中間層を構成する非超伝導物質としては、Ｂｉ
系超伝導体と結晶構造が似ておりＢｉ系超伝導薄膜上に
十分平坦に成長すること、薄膜成長温度においてＢｉ系
超伝導体との相互拡散が小さいこと、低温で比抵抗が十
分高いこと（トンネル接合の場合）または十分低いこと
（近接効果による弱結合の場合）などの条件を満足する
必要がある。
子を作製する際、この素子の重要な構成部分であるジョ
セフソン接合を再現性および制御性良く作製する必要が
ある。このための方法として、非超伝導体中間層を超伝
導体ではさんだ積層構造を作製する技術が一般的であ
る。この中間層を構成する非超伝導物質としては、Ｂｉ
系超伝導体と結晶構造が似ておりＢｉ系超伝導薄膜上に
十分平坦に成長すること、薄膜成長温度においてＢｉ系
超伝導体との相互拡散が小さいこと、低温で比抵抗が十
分高いこと（トンネル接合の場合）または十分低いこと
（近接効果による弱結合の場合）などの条件を満足する
必要がある。
【０００４】Ｂｉ系超伝導積層薄膜の中間層として、従
来の低Ｔc 超伝導積層構造で用いられていたＡｌ酸化物
やＡｕをそのまま用いると、相互拡散やＢｉ系超伝導薄
膜の結晶配向性の乱れ等の問題が発生し、良質の超伝導
積層薄膜の作製が困難となる。そこで中間層に用いる物
質としてこれまでＢｉ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ酸化物等が用い
られているが、いずれの物質もＢｉ系超伝導層上に均一
に成長させることが困難で、そのためこれらの物質を中
間層に用いたジョセフソン接合中の電流分布には、十分
な均一性が得られないという問題点があった。
来の低Ｔc 超伝導積層構造で用いられていたＡｌ酸化物
やＡｕをそのまま用いると、相互拡散やＢｉ系超伝導薄
膜の結晶配向性の乱れ等の問題が発生し、良質の超伝導
積層薄膜の作製が困難となる。そこで中間層に用いる物
質としてこれまでＢｉ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ酸化物等が用い
られているが、いずれの物質もＢｉ系超伝導層上に均一
に成長させることが困難で、そのためこれらの物質を中
間層に用いたジョセフソン接合中の電流分布には、十分
な均一性が得られないという問題点があった。
【０００５】また均一な厚さを持つ中間層を作製するに
はＢｉ系超伝導体層自身が十分に平坦でなければならな
い。しかし従来異相の発生等を抑えることは困難であっ
たため、均一な電流分布を持つジョセフソン接合を作製
することは困難だった。
はＢｉ系超伝導体層自身が十分に平坦でなければならな
い。しかし従来異相の発生等を抑えることは困難であっ
たため、均一な電流分布を持つジョセフソン接合を作製
することは困難だった。
【０００６】またＢｉ系超伝導体の超伝導コヒーレンス
長の異方性を考えると、ジョセフソン接合内で電流をＢ
ｉ系超伝導体のａｂ軸方向に流すことが望ましい。しか
し積層型ジョセフソン接合においてａｂ軸方向に電流を
流そうとすると、積層薄膜はａｂ軸配向薄膜であるか、
あるいは（１１０）配向薄膜であることなど、積層薄膜
の垂直方向にａｂ軸成分を持つ薄膜であることが要求さ
れる。しかしＢｉ系超伝導体薄膜ではｃ軸配向薄膜が中
心で、ジョセフソン接合に適した十分な平坦性を持った
ａｂ軸配向薄膜成長は成功していない。また（１１０）
配向薄膜などａｂ軸が基板表面に対して大きな角度で傾
斜している薄膜は表面平坦性が著しく悪く、積層型ジョ
セフソン接合作製には適していない。
長の異方性を考えると、ジョセフソン接合内で電流をＢ
ｉ系超伝導体のａｂ軸方向に流すことが望ましい。しか
し積層型ジョセフソン接合においてａｂ軸方向に電流を
流そうとすると、積層薄膜はａｂ軸配向薄膜であるか、
あるいは（１１０）配向薄膜であることなど、積層薄膜
の垂直方向にａｂ軸成分を持つ薄膜であることが要求さ
れる。しかしＢｉ系超伝導体薄膜ではｃ軸配向薄膜が中
心で、ジョセフソン接合に適した十分な平坦性を持った
ａｂ軸配向薄膜成長は成功していない。また（１１０）
配向薄膜などａｂ軸が基板表面に対して大きな角度で傾
斜している薄膜は表面平坦性が著しく悪く、積層型ジョ
セフソン接合作製には適していない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、積層
薄膜で用いられる中間層としてＢｉ系超伝導体に良く適
した物質を選び、また場合によっては緩衝層を設けるこ
とにより異相の発生を抑えることによって、界面におけ
る相互拡散やＢｉ系超伝導薄膜の結晶配向性の乱れ等が
なく、十分均一な膜厚の中間層を持つ良質のＢｉ系超伝
導積層薄膜を提供すること、および薄膜の垂直方向にａ
ｂ軸成分を持ち、しかも積層型ジョセフソン接合作製に
十分な平坦性を持つ、前記の良質なＢｉ系超伝導積層薄
膜を提供することにある。
薄膜で用いられる中間層としてＢｉ系超伝導体に良く適
した物質を選び、また場合によっては緩衝層を設けるこ
とにより異相の発生を抑えることによって、界面におけ
る相互拡散やＢｉ系超伝導薄膜の結晶配向性の乱れ等が
なく、十分均一な膜厚の中間層を持つ良質のＢｉ系超伝
導積層薄膜を提供すること、および薄膜の垂直方向にａ
ｂ軸成分を持ち、しかも積層型ジョセフソン接合作製に
十分な平坦性を持つ、前記の良質なＢｉ系超伝導積層薄
膜を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明はＢｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｒ−Ｃｕ−Ｏ（ＲはＹ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，
Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌ
ｕのうちの少なくとも一種類を含む）で表される中間
層、または、Ｍ−Ｃｕ−Ｏ（ＭはＢａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｎ
ｄ，Ｌａのうち少なくとも一種類を含む）で表される中
間層、または、Ｂｉ−ＡＥ−Ｃｏ−Ｏ（ＡＢはＢａ，Ｓ
ｒ，Ｃａのうちの少なくとも一種類を含む）で表される
中間層と、それをはさむＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系
超伝導体層を基板上に設けたことを特徴とする超伝導積
層薄膜である。
ａ−Ｒ−Ｃｕ−Ｏ（ＲはＹ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，
Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌ
ｕのうちの少なくとも一種類を含む）で表される中間
層、または、Ｍ−Ｃｕ−Ｏ（ＭはＢａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｎ
ｄ，Ｌａのうち少なくとも一種類を含む）で表される中
間層、または、Ｂｉ−ＡＥ−Ｃｏ−Ｏ（ＡＢはＢａ，Ｓ
ｒ，Ｃａのうちの少なくとも一種類を含む）で表される
中間層と、それをはさむＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系
超伝導体層を基板上に設けたことを特徴とする超伝導積
層薄膜である。
【０００９】または基板と接するＢｉ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ
緩衝層を設けたことを特徴とする、前記のいずれかの超
伝導積層薄膜である。
緩衝層を設けたことを特徴とする、前記のいずれかの超
伝導積層薄膜である。
【００１０】または基板を構成する物質の所定の結晶面
から所定の角度だけ傾斜させた表面を持つ基板を用いる
ことを特徴とする、前記のいずれかの超伝導積層薄膜で
ある。
から所定の角度だけ傾斜させた表面を持つ基板を用いる
ことを特徴とする、前記のいずれかの超伝導積層薄膜で
ある。
【００１１】
【作用】Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｒ−Ｃｕ−Ｏ、Ｍ−Ｃｕ−
Ｏ、Ｂｉ−ＡＥ−Ｃｏ−Ｏ酸化物を中間層として用いた
のは、Ｂｉ系超伝導体と同様ペロブスカイト構造を基本
とする結晶構造を持っており、Ｂｉ系超伝導体層の上に
これらの中間層を十分に均一な厚さでエピタキシャル成
長させること、および逆にＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｒ−Ｃｕ
−Ｏ酸化物層の上にＢｉ系超伝導体層をエピタキシャル
成長させることが可能であること、Ｂｉ系超伝導体層と
の間の相互拡散が小さいこと、低温で充分高い比抵抗
（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｒ−Ｃｕ−Ｏ）または十分低い比
抵抗（Ｍ−Ｃｕ−Ｏ、Ｂｉ−ＡＥ−Ｃｏ−Ｏ）を持つこ
とが理由である。
Ｏ、Ｂｉ−ＡＥ−Ｃｏ−Ｏ酸化物を中間層として用いた
のは、Ｂｉ系超伝導体と同様ペロブスカイト構造を基本
とする結晶構造を持っており、Ｂｉ系超伝導体層の上に
これらの中間層を十分に均一な厚さでエピタキシャル成
長させること、および逆にＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｒ−Ｃｕ
−Ｏ酸化物層の上にＢｉ系超伝導体層をエピタキシャル
成長させることが可能であること、Ｂｉ系超伝導体層と
の間の相互拡散が小さいこと、低温で充分高い比抵抗
（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｒ−Ｃｕ−Ｏ）または十分低い比
抵抗（Ｍ−Ｃｕ−Ｏ、Ｂｉ−ＡＥ−Ｃｏ−Ｏ）を持つこ
とが理由である。
【００１２】基板と接するＢｉ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ緩衝層
を設けたのは、その上に堆積する薄膜の平坦性向上、特
に異相の発生の抑制のためである。
を設けたのは、その上に堆積する薄膜の平坦性向上、特
に異相の発生の抑制のためである。
【００１３】または基板を構成する物質の所定の結晶面
から所定の角度だけ傾斜させた表面を持つ基板を用いる
のは、積層薄膜の垂直方向にａｂ軸成分を持ち、しかも
積層型ジョセフソン接合作製に十分な平坦性を持つ積層
薄膜を作製するためである。
から所定の角度だけ傾斜させた表面を持つ基板を用いる
のは、積層薄膜の垂直方向にａｂ軸成分を持ち、しかも
積層型ジョセフソン接合作製に十分な平坦性を持つ積層
薄膜を作製するためである。
【００１４】
【実施例】（実施例１）図１は本発明によるＢｉ系超伝
導積層薄膜の概略図である。基板１には（００１）Ｓｒ
ＴｉＯ3 単結晶基板を用いた。基板の大きさは１５ｍｍ
角で厚さは０．５ｍｍである。基板上にまずＢｉ2 Ｓｒ
2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導体層２を堆積させ、その上にＢ
ｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 中間層３を、最後にその上にＢ
ｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導体層４を堆積させて積
層薄膜を作製した。成長手法は多元マグネトロンスパッ
タリング法を用いた。ターゲットは各層にそれぞれ１枚
づつ割り振り、Ｂｉ2 . 5 Ｓｒ2 . 0 Ｃａ0 . 8 Ｃｕ
2 . 4 Ｏx 、およびＢｉ2 .6 Ｓｒ2 . 0 Ｙ1 . 0 Ｃｕ
2 . 4 Ｏx という組成の焼結ターゲットを用いた。成長
中の基板温度は７００〜７５０℃、スパッタガスはＡｒ
およびＯで、Ａｒ：Ｏ＝１：１で、全ガス圧は５０〜２
００ｍＴｏｒｒとした。作製した積層薄膜の各層の厚さ
は上下のＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導層がいずれ
も約１００ｎｍ、Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 中間層が約
２０ｎｍであった。
導積層薄膜の概略図である。基板１には（００１）Ｓｒ
ＴｉＯ3 単結晶基板を用いた。基板の大きさは１５ｍｍ
角で厚さは０．５ｍｍである。基板上にまずＢｉ2 Ｓｒ
2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導体層２を堆積させ、その上にＢ
ｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 中間層３を、最後にその上にＢ
ｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導体層４を堆積させて積
層薄膜を作製した。成長手法は多元マグネトロンスパッ
タリング法を用いた。ターゲットは各層にそれぞれ１枚
づつ割り振り、Ｂｉ2 . 5 Ｓｒ2 . 0 Ｃａ0 . 8 Ｃｕ
2 . 4 Ｏx 、およびＢｉ2 .6 Ｓｒ2 . 0 Ｙ1 . 0 Ｃｕ
2 . 4 Ｏx という組成の焼結ターゲットを用いた。成長
中の基板温度は７００〜７５０℃、スパッタガスはＡｒ
およびＯで、Ａｒ：Ｏ＝１：１で、全ガス圧は５０〜２
００ｍＴｏｒｒとした。作製した積層薄膜の各層の厚さ
は上下のＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導層がいずれ
も約１００ｎｍ、Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 中間層が約
２０ｎｍであった。
【００１５】積層薄膜を２次イオン質量分析装置（ＳＩ
ＭＳ）で分析したところ、各層は相互拡散せず堆積され
ており、良質の積層薄膜が作製されていることが確認さ
れた。各層が均一な厚さを持ち相互拡散していないこと
は、高分解能電子顕微鏡による積層薄膜断面の観察によ
っても確認された。またこの積層薄膜をＸ線回折法およ
び電子線回折法で調べると、各層ともｃ軸が基板表面に
垂直で、かつ基板の＜１１０＞方向と積層薄膜を構成す
る各酸化物の＜１００＞方向とが平行となるエピタキシ
ャル成長をしていることが確認された。なおＸ線回折法
で調べた結果、Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 酸化物相お
よびＢｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 酸化物相以外の相は薄膜
中に存在していないことが確認された。積層薄膜の表面
および同条件で作製した各単層薄膜の表面を２次電子顕
微鏡および原子間力顕微鏡で観察したところ、表面は１
０ｎｍ程度の凹凸がみられるだけの平坦さで、異相の発
生も２０×２０μｍ2 に１個程度であることが確認され
た。４端子法でＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏ超伝導体層
２，４の抵抗の温度変化を測定したところ、いずれの層
ともに７０Ｋ以上のＴc を持つことが確認され、良質の
Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導体層が作製されてい
ることがわかった。
ＭＳ）で分析したところ、各層は相互拡散せず堆積され
ており、良質の積層薄膜が作製されていることが確認さ
れた。各層が均一な厚さを持ち相互拡散していないこと
は、高分解能電子顕微鏡による積層薄膜断面の観察によ
っても確認された。またこの積層薄膜をＸ線回折法およ
び電子線回折法で調べると、各層ともｃ軸が基板表面に
垂直で、かつ基板の＜１１０＞方向と積層薄膜を構成す
る各酸化物の＜１００＞方向とが平行となるエピタキシ
ャル成長をしていることが確認された。なおＸ線回折法
で調べた結果、Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 酸化物相お
よびＢｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 酸化物相以外の相は薄膜
中に存在していないことが確認された。積層薄膜の表面
および同条件で作製した各単層薄膜の表面を２次電子顕
微鏡および原子間力顕微鏡で観察したところ、表面は１
０ｎｍ程度の凹凸がみられるだけの平坦さで、異相の発
生も２０×２０μｍ2 に１個程度であることが確認され
た。４端子法でＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏ超伝導体層
２，４の抵抗の温度変化を測定したところ、いずれの層
ともに７０Ｋ以上のＴc を持つことが確認され、良質の
Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導体層が作製されてい
ることがわかった。
【００１６】なお、中間層にＳｒ0 . 9 Ｎｄ0 . 1 Ｃｕ
Ｏx 、Ｂｉ2 Ｓｒ3 Ｃｏ2 Ｏx を用いても同様の結果が
得られた。
Ｏx 、Ｂｉ2 Ｓｒ3 Ｃｏ2 Ｏx を用いても同様の結果が
得られた。
【００１７】（実施例２）図２は本発明によるＢｉ系超
伝導積層薄膜の概略図である。基板１１には（００１）
ＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を用いた。基板の大きさは１５
ｍｍ角で厚さは０．５ｍｍである。基板上にまずＢｉ2
Ｓｒ2 ＣｕＯx 緩衝層１５を堆積した。次にその上にＢ
ｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導体層１２を堆積させ、
その上にＢｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 中間層１３を、最後
にその上にＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2Ｏx 超伝導体層１４
を堆積させて積層薄膜を作製した。成長手法は多元マグ
ネトロンスパッタリング法を用いた。Ｂｉ2 . 2 Ｓｒ
2 . 1 Ｃｕ1 . 0 Ｏx 、Ｂｉ2. 5 Ｓｒ2 . 0 Ｃａ
0 . 8 Ｃｕ2 . 4 Ｏx 、およびＢｉ2 . 6 Ｓｒ2 . 0 Ｙ
1 .0 Ｃｕ2 . 4 Ｏx という組成の焼結ターゲットを用
いた。成長中の基板温度は７００℃〜７５０℃、スパッ
タガスはＡｒおよび０で、Ａｒ：Ｏ＝１：１で、全ガス
圧は５０〜２００ｍＴｏｒｒとした。作製した積層薄膜
の各層の厚さは緩衝層が約１０ｎｍ、上下のＢｉ2 Ｓｒ
2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導層がいずれも約１００ｎｍ、Ｂ
ｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 中間層が約２０ｎｍであった。
伝導積層薄膜の概略図である。基板１１には（００１）
ＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を用いた。基板の大きさは１５
ｍｍ角で厚さは０．５ｍｍである。基板上にまずＢｉ2
Ｓｒ2 ＣｕＯx 緩衝層１５を堆積した。次にその上にＢ
ｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導体層１２を堆積させ、
その上にＢｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 中間層１３を、最後
にその上にＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2Ｏx 超伝導体層１４
を堆積させて積層薄膜を作製した。成長手法は多元マグ
ネトロンスパッタリング法を用いた。Ｂｉ2 . 2 Ｓｒ
2 . 1 Ｃｕ1 . 0 Ｏx 、Ｂｉ2. 5 Ｓｒ2 . 0 Ｃａ
0 . 8 Ｃｕ2 . 4 Ｏx 、およびＢｉ2 . 6 Ｓｒ2 . 0 Ｙ
1 .0 Ｃｕ2 . 4 Ｏx という組成の焼結ターゲットを用
いた。成長中の基板温度は７００℃〜７５０℃、スパッ
タガスはＡｒおよび０で、Ａｒ：Ｏ＝１：１で、全ガス
圧は５０〜２００ｍＴｏｒｒとした。作製した積層薄膜
の各層の厚さは緩衝層が約１０ｎｍ、上下のＢｉ2 Ｓｒ
2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導層がいずれも約１００ｎｍ、Ｂ
ｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 中間層が約２０ｎｍであった。
【００１８】積層薄膜の表面および同条件で作製した各
単層薄膜の表面を２次電子顕微鏡および原子間力顕微鏡
で観察したところ、表面は５ｎｍ程度の凹凸がみられる
だけの平坦さであり、また実施例１の場合と比較して異
相の発生が非常に少なく、ほとんど異相が観察されない
ことが確認された。
単層薄膜の表面を２次電子顕微鏡および原子間力顕微鏡
で観察したところ、表面は５ｎｍ程度の凹凸がみられる
だけの平坦さであり、また実施例１の場合と比較して異
相の発生が非常に少なく、ほとんど異相が観察されない
ことが確認された。
【００１９】なお、中間層にＳｒ0 . 9 Ｎｄ0 . 1 Ｃｕ
Ｏx 、Ｂｉ2 Ｓｒ3 Ｃｏ2 Ｏx を用いても同様の結果が
得られた。
Ｏx 、Ｂｉ2 Ｓｒ3 Ｃｏ2 Ｏx を用いても同様の結果が
得られた。
【００２０】（実施例３）図３は本発明によるＢｉ系超
伝導積層薄膜の概略図である。基板２１に用いたＳｒＴ
ｉＯ3 単結晶基板は、その法線が＜１００＞から＜１１
１＞に向かって４°傾いた表面を持っているものを用い
た。この傾斜角度が２°以上の基板を用いれば、その上
に成長させる積層薄膜のａｂ軸方向を基板表面に対して
同じ角度だけ傾斜させることができた。基板の大きさは
１５ｍｍ角で厚さは０．５ｍｍである。基板上にまずＢ
ｉ2 Ｓｒ2 ＣｕＯx 緩衝層２５を堆積した。次にその上
にＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導体層２２を堆積さ
せ、その上にＢｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 中間層２３を、
最後にその上にＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導体層
２４を堆積させて積層薄膜を作製した。成長手法は多元
マグネトロンスパッタリング法を用いた。成長中の基板
温度は７００〜７５０℃、スパッタガスはＡｒおよびＯ
で、Ａｒ：Ｏ＝１：１で、全ガス圧は５０〜２００ｍＴ
ｏｒｒとした。作製した積層薄膜の各層の厚さは緩衝層
が約１０ｎｍ、上下のＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝
導層がいずれも約１００ｎｍ、Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏ
x 中間層が約２０ｎｍであった。
伝導積層薄膜の概略図である。基板２１に用いたＳｒＴ
ｉＯ3 単結晶基板は、その法線が＜１００＞から＜１１
１＞に向かって４°傾いた表面を持っているものを用い
た。この傾斜角度が２°以上の基板を用いれば、その上
に成長させる積層薄膜のａｂ軸方向を基板表面に対して
同じ角度だけ傾斜させることができた。基板の大きさは
１５ｍｍ角で厚さは０．５ｍｍである。基板上にまずＢ
ｉ2 Ｓｒ2 ＣｕＯx 緩衝層２５を堆積した。次にその上
にＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導体層２２を堆積さ
せ、その上にＢｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 中間層２３を、
最後にその上にＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝導体層
２４を堆積させて積層薄膜を作製した。成長手法は多元
マグネトロンスパッタリング法を用いた。成長中の基板
温度は７００〜７５０℃、スパッタガスはＡｒおよびＯ
で、Ａｒ：Ｏ＝１：１で、全ガス圧は５０〜２００ｍＴ
ｏｒｒとした。作製した積層薄膜の各層の厚さは緩衝層
が約１０ｎｍ、上下のＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 超伝
導層がいずれも約１００ｎｍ、Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏ
x 中間層が約２０ｎｍであった。
【００２１】この積層薄膜をＸ線および電子線回折法、
電子顕微鏡法で調べると、各層ともｃ軸が基板表面では
なく基板の＜１００＞に垂直で、積層薄膜の垂直方向に
ａｂ軸成分を持ち、積層型ジョセフソン接合に適した構
造になっていることが確認された。積層薄膜の表面およ
び同条件で作製した各単層薄膜の表面を２次電子顕微鏡
および原子間力顕微鏡で観察したところ、表面は基板傾
斜の影響で５〜１０ｎｍ程度の階段状の構造がみられる
ものの、異相の発生は実施例２と同様に少なく、十分平
坦であることが確認された。
電子顕微鏡法で調べると、各層ともｃ軸が基板表面では
なく基板の＜１００＞に垂直で、積層薄膜の垂直方向に
ａｂ軸成分を持ち、積層型ジョセフソン接合に適した構
造になっていることが確認された。積層薄膜の表面およ
び同条件で作製した各単層薄膜の表面を２次電子顕微鏡
および原子間力顕微鏡で観察したところ、表面は基板傾
斜の影響で５〜１０ｎｍ程度の階段状の構造がみられる
ものの、異相の発生は実施例２と同様に少なく、十分平
坦であることが確認された。
【００２２】なお、中間層にＳｒ0 . 9 Ｎｄ0 . 1 Ｃｕ
Ｏx 、Ｂｉ2 Ｓｒ3 Ｃｏ2 Ｏx を用いても同様の結果が
得られた。
Ｏx 、Ｂｉ2 Ｓｒ3 Ｃｏ2 Ｏx を用いても同様の結果が
得られた。
【００２３】
【発明の効果】本発明は界面における相互拡散やＢｉ系
超伝導薄膜の結晶配向性の乱れ等がなく、十分均一な膜
厚の中間層を持つ良質のＢｉ系超伝導積層薄膜を提供す
るものであり、Ｂｉ系超伝導体の超伝導電子素子への応
用上効果が大きい。
超伝導薄膜の結晶配向性の乱れ等がなく、十分均一な膜
厚の中間層を持つ良質のＢｉ系超伝導積層薄膜を提供す
るものであり、Ｂｉ系超伝導体の超伝導電子素子への応
用上効果が大きい。
【図１】本発明によるＢｉ系超伝導積層薄膜の概略図で
ある。
ある。
【図２】本発明によるＢｉ系超伝導積層薄膜の概略図で
ある。
ある。
【図３】本発明によるＢｉ系超伝導積層薄膜の概略図で
ある。
ある。
１，１１，２１ ＳｒＴｉＯ3 基板 ２，４，１２，１４，２２，２４ Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣ
ｕ2 Ｏx 超伝導体層 ２３ Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 中間層 ２５ Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＣｕＯx 緩衝層
ｕ2 Ｏx 超伝導体層 ２３ Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＹＣｕ2 Ｏx 中間層 ２５ Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＣｕＯx 緩衝層
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｒ−Ｃｕ−Ｏ（Ｒは
Ｙ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕのうち少なくとも一
種類を含む）で表される中間層と、それをはさむＢｉ−
Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超伝導体層を基板上に設けたこ
とを特徴とする超伝導積層薄膜。 - 【請求項２】 Ｍ−Ｃｕ−Ｏ（ＭはＢａ，Ｓｒ，Ｃａ，
Ｎｄ，Ｌａのうち少なくとも一種類を含む）で表される
中間層と、それをはさむＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系
超伝導体層を基板上に設けたことを特徴とする超伝導積
層薄膜。 - 【請求項３】 Ｂｉ−ＡＥ−Ｃｏ−Ｏ（ＡＥはＢａ，Ｓ
ｒ，Ｃａのうち少なくとも一種類を含む）で表される中
間層と、それをはさむＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超
伝導体層を基板上に設けたことを特徴とする超伝導積層
薄膜。 - 【請求項４】 基板と接するＢｉ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ緩衝
層を設けたことを特徴とする、請求項１、２または３に
記載の超伝導積層薄膜。 - 【請求項５】 基板を構成する物質の所定の結晶面から
所定の角度だけ傾斜させた表面を持つ基板を用いること
を特徴とする、請求項１、２、３または４に記載の超伝
導積層薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5152040A JPH0715049A (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 超伝導積層薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5152040A JPH0715049A (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 超伝導積層薄膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0715049A true JPH0715049A (ja) | 1995-01-17 |
Family
ID=15531750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5152040A Pending JPH0715049A (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 超伝導積層薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715049A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004077462A1 (ja) * | 2003-02-26 | 2004-09-10 | Tdk Corporation | 電極層および誘電体層を含む積層体ユニット |
| US7453094B2 (en) | 2002-09-20 | 2008-11-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light-emitting apparatus and fabrication method of the same |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0350122A (ja) * | 1988-04-08 | 1991-03-04 | Toshiba Corp | 絶縁性組成物 |
| JPH0483383A (ja) * | 1990-07-25 | 1992-03-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜超伝導素子の製造方法 |
| JPH04332180A (ja) * | 1991-05-07 | 1992-11-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ジョセフソン素子 |
-
1993
- 1993-06-23 JP JP5152040A patent/JPH0715049A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0350122A (ja) * | 1988-04-08 | 1991-03-04 | Toshiba Corp | 絶縁性組成物 |
| JPH0483383A (ja) * | 1990-07-25 | 1992-03-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜超伝導素子の製造方法 |
| JPH04332180A (ja) * | 1991-05-07 | 1992-11-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ジョセフソン素子 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7453094B2 (en) | 2002-09-20 | 2008-11-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light-emitting apparatus and fabrication method of the same |
| WO2004077462A1 (ja) * | 2003-02-26 | 2004-09-10 | Tdk Corporation | 電極層および誘電体層を含む積層体ユニット |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19960709 |