JPH0725640B2 - エピタキシャル構造を有する超伝導体装置 - Google Patents
エピタキシャル構造を有する超伝導体装置Info
- Publication number
- JPH0725640B2 JPH0725640B2 JP63289034A JP28903488A JPH0725640B2 JP H0725640 B2 JPH0725640 B2 JP H0725640B2 JP 63289034 A JP63289034 A JP 63289034A JP 28903488 A JP28903488 A JP 28903488A JP H0725640 B2 JPH0725640 B2 JP H0725640B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconductor
- silicon
- substrate
- unit cell
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 title claims description 74
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 62
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 53
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 52
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 44
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 3
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002480 Cu-O Inorganic materials 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical group 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H10N60/20—Permanent superconducting devices
- H10N60/203—Permanent superconducting devices comprising high-Tc ceramic materials
-
- 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
- H10N60/0576—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers characterised by the substrate
- H10N60/0604—Monocrystalline substrates, e.g. epitaxial growth
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10S428/922—Static electricity metal bleed-off metallic stock
- Y10S428/9265—Special properties
- Y10S428/93—Electric superconducting
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/70—High TC, above 30 k, superconducting device, article, or structured stock
- Y10S505/701—Coated or thin film device, i.e. active or passive
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明はシリコン上に高温度超伝導材料をエピタキシヤ
ル成長させた構造に係り、特に、シリコンの（001）表
面を含む基板上にエピタキシヤル成長させた高温度銅酸
化物超伝導体構造に関する。
ル成長させた構造に係り、特に、シリコンの（001）表
面を含む基板上にエピタキシヤル成長させた高温度銅酸
化物超伝導体構造に関する。
B.従来技術 最近、J.G.BednorzとK.A.MuellerがZ.Phys.B.−Condens
ed Matter 64、189（1986）及びEurophysics letters、
３、379（1987）で注目すべき報告を行つてから、超伝
導体に関する研究の動向と重要性は一変した。彼等の発
見はある種の金属酸化物は23Kよりも遥かに高温の超伝
導遷移温度を示し得るというものである。この種の材料
は「高Tc超伝導体」と呼ばれることがある。BednorzとM
uellerの最初の発見以来、この種の材料の超伝導のより
広い温度範囲と超伝導の基本的仕組みの理解とを求めて
ぼう大な数の研究開発が行なわれている。
ed Matter 64、189（1986）及びEurophysics letters、
３、379（1987）で注目すべき報告を行つてから、超伝
導体に関する研究の動向と重要性は一変した。彼等の発
見はある種の金属酸化物は23Kよりも遥かに高温の超伝
導遷移温度を示し得るというものである。この種の材料
は「高Tc超伝導体」と呼ばれることがある。BednorzとM
uellerの最初の発見以来、この種の材料の超伝導のより
広い温度範囲と超伝導の基本的仕組みの理解とを求めて
ぼう大な数の研究開発が行なわれている。
BednorzとMuellerは、典型的には希土類元素及び／また
は希土類元素に類似の元素及び例えばLa、Ba、Srのよう
なアルカリ土類元素を含みペロブスカイトのような構造
を有する複合銅酸化物における超伝導現象を最初に示し
た。Ｙ−Be−Cu−Ｏ系中の１−２−３相と呼ばれる相を
含む物質が77Kを超える超伝導遷移温度を示すことは知
られている。R.B.Laibowitz等がこの物質の薄膜の製法
を最初に報告した。この薄膜及びその製法については本
出願人による特開昭63−237313号公報に記載されてい
る。Laibowitz等の研究はPhys.Rev.B、35、8821（198
7）にも記載されている。その製法は超伝導薄膜の各成
分が気化されて酸素雰囲気中で基板に堆積され、その後
に更にアニールされるというものである。
は希土類元素に類似の元素及び例えばLa、Ba、Srのよう
なアルカリ土類元素を含みペロブスカイトのような構造
を有する複合銅酸化物における超伝導現象を最初に示し
た。Ｙ−Be−Cu−Ｏ系中の１−２−３相と呼ばれる相を
含む物質が77Kを超える超伝導遷移温度を示すことは知
られている。R.B.Laibowitz等がこの物質の薄膜の製法
を最初に報告した。この薄膜及びその製法については本
出願人による特開昭63−237313号公報に記載されてい
る。Laibowitz等の研究はPhys.Rev.B、35、8821（198
7）にも記載されている。その製法は超伝導薄膜の各成
分が気化されて酸素雰囲気中で基板に堆積され、その後
に更にアニールされるというものである。
この他に、P.Chaudhari等がPhys.Rev.Lett.、58、286
4、1987年６月において高Tc超伝導体の薄膜、特にその
ような物質の極めて高い臨界電流について報告してい
る。
4、1987年６月において高Tc超伝導体の薄膜、特にその
ような物質の極めて高い臨界電流について報告してい
る。
Chaudhari等はSrTiO3のような基板上にエピタキシヤル
形成させた高Tc超伝導体について述べており、77Kにお
ける臨界電流は105A/cm2を超えていた。
形成させた高Tc超伝導体について述べており、77Kにお
ける臨界電流は105A/cm2を超えていた。
この他には、本出願人による特開昭63−274032号公報に
おいてJ.Cuomoが、又、同じく本出願人による特開平１
−222488号公報においてA.Guptaが、高Tc超伝導体のフ
イルムあるいは層の堆積について述べている。前者はプ
ラズマ噴霧被覆方法について述べ、後者は溶液の噴霧に
より基板を被覆し最終的には高Tc超伝導物質のパターン
化された層を製造する方法について述べている。
おいてJ.Cuomoが、又、同じく本出願人による特開平１
−222488号公報においてA.Guptaが、高Tc超伝導体のフ
イルムあるいは層の堆積について述べている。前者はプ
ラズマ噴霧被覆方法について述べ、後者は溶液の噴霧に
より基板を被覆し最終的には高Tc超伝導物質のパターン
化された層を製造する方法について述べている。
SrTiO3を含む数種の基板上への高Tc超伝導体フイルムの
エピタキシヤル成長が既に行なわれている。特に、前出
のP.Chaudhari等の文献によつて、高い臨界電流値を示
すことのできる超伝導体がエピタキシヤル成長されるこ
とが報告されている。しかしながら、超伝導体フイルム
の格子に一致するような狭い格子を有する基板上につい
てはエピタキシヤル・フイルムの形成が行なわれてきた
が、高Tc超伝導体フイルムの格子に一致しないような格
子を有する基板、例えば、シリコン基板の上に超伝導体
フイルムをエピタキシヤル成長させることに成功した例
はなかつた。更に、シリコンを主成分とする物質は高Tc
超伝導体フイルムと反応してこれらのフイルムの超伝導
性を破壊するので、シリコン基板の好ましい性質を破壊
するようなこともなく高温度下での超伝導性を維持でき
るようなエピタキシヤル・フイルムが望まれる。
エピタキシヤル成長が既に行なわれている。特に、前出
のP.Chaudhari等の文献によつて、高い臨界電流値を示
すことのできる超伝導体がエピタキシヤル成長されるこ
とが報告されている。しかしながら、超伝導体フイルム
の格子に一致するような狭い格子を有する基板上につい
てはエピタキシヤル・フイルムの形成が行なわれてきた
が、高Tc超伝導体フイルムの格子に一致しないような格
子を有する基板、例えば、シリコン基板の上に超伝導体
フイルムをエピタキシヤル成長させることに成功した例
はなかつた。更に、シリコンを主成分とする物質は高Tc
超伝導体フイルムと反応してこれらのフイルムの超伝導
性を破壊するので、シリコン基板の好ましい性質を破壊
するようなこともなく高温度下での超伝導性を維持でき
るようなエピタキシヤル・フイルムが望まれる。
C.発明が解決しようとする問題点 本発明の第１の目的は、シリコンを含む基板上に高Tc超
伝導体フイルムをエピタキシヤル成長させる方法及びそ
の方法により製造されたフイルムと基板との結合体構造
を提供することである。
伝導体フイルムをエピタキシヤル成長させる方法及びそ
の方法により製造されたフイルムと基板との結合体構造
を提供することである。
本発明の他の目的は、高Tc超伝導体フイルム中に超伝導
性を形成するために必要な高温処理が前記超伝導フイル
ム及びシリコンを含む基板に悪影響を与えることのない
ようにして高Tc超伝導体フイルムをエピタキシヤル成長
させる方法を提供することである。
性を形成するために必要な高温処理が前記超伝導フイル
ム及びシリコンを含む基板に悪影響を与えることのない
ようにして高Tc超伝導体フイルムをエピタキシヤル成長
させる方法を提供することである。
本発明の他の目的は、超伝導体フイルムと基板とが結合
した構造体が高温処理工程から悪影響を受けないよう
な、シリコンを含む基板上に高Tc超伝導体フイルムをエ
ピタキシヤル成長させる方法を提供することである。
した構造体が高温処理工程から悪影響を受けないよう
な、シリコンを含む基板上に高Tc超伝導体フイルムをエ
ピタキシヤル成長させる方法を提供することである。
本発明の他の目的は、基板と超伝導フイルムとの間の結
晶構造上の配向が特定の関係に維持されるような種々の
方法で形成され得るような、シリコンを主成分とする基
板とその上にエピタキシヤル成長された高Tc超伝導体フ
イルムとの結合構造体を提供することである。
晶構造上の配向が特定の関係に維持されるような種々の
方法で形成され得るような、シリコンを主成分とする基
板とその上にエピタキシヤル成長された高Tc超伝導体フ
イルムとの結合構造体を提供することである。
D.問題点を解決するための手段 本発明においては、高Tc超伝導体フイルムがシリコンを
含む基板上にエピタキシヤル成長により形成され、その
際、エピタキシヤル成長はシリコン含有基板の（001）
表面上に行なわれる。高Tc超伝導体フイルムを形成する
場合に前記フイルム中に適当な量の酸素を含ませるため
に高温処理が必要となる事もあるので、シリコン基板の
（001）表面とエピタキシヤル超伝導体フイルムとの間
に中間層が形成されていてもよい。このような中間層は
薄いものでよく（例えば1000オングストローム程度）、
Si原子に対して拡散バリヤとして働く物質から選択され
る。中間層はSiの（001）表面にエピタキシヤル成長さ
れ、Siにも超伝導体フイルムにも反応しない。中間層は
絶縁体でなくともよいが、絶縁体であれば、特定の装置
の応用に対して有利となる場合がある。また、中間層の
厚さは特定の用途、基板や超伝導体の組成に応じて種々
選択し得る。
含む基板上にエピタキシヤル成長により形成され、その
際、エピタキシヤル成長はシリコン含有基板の（001）
表面上に行なわれる。高Tc超伝導体フイルムを形成する
場合に前記フイルム中に適当な量の酸素を含ませるため
に高温処理が必要となる事もあるので、シリコン基板の
（001）表面とエピタキシヤル超伝導体フイルムとの間
に中間層が形成されていてもよい。このような中間層は
薄いものでよく（例えば1000オングストローム程度）、
Si原子に対して拡散バリヤとして働く物質から選択され
る。中間層はSiの（001）表面にエピタキシヤル成長さ
れ、Siにも超伝導体フイルムにも反応しない。中間層は
絶縁体でなくともよいが、絶縁体であれば、特定の装置
の応用に対して有利となる場合がある。また、中間層の
厚さは特定の用途、基板や超伝導体の組成に応じて種々
選択し得る。
本発明のエピタキシヤル成長はシリコンの（001）表面
の上に行う。更に、高Tc超伝導体フイルムの格子はシリ
コンの格子と一致しないので、超伝導体フイルムのユニ
ツト・セルは３つの結晶軸のうちの２つがシリコン格子
に対して45゜回転し、残りの１つがシリコン基板の（00
1）表面の法線と平行であるように構成される。例え
ば、高Tc超伝導体フイルムのユニツト・セルがａ、ｂ、
及びｃ軸を含むとき、ｃ軸がシリコン基板の（001）表
面の法線と平行であり、ｂ軸及びｃ軸がシリコン・ユニ
ツト・セルのこれらの軸に対して45゜回転されている。
の上に行う。更に、高Tc超伝導体フイルムの格子はシリ
コンの格子と一致しないので、超伝導体フイルムのユニ
ツト・セルは３つの結晶軸のうちの２つがシリコン格子
に対して45゜回転し、残りの１つがシリコン基板の（00
1）表面の法線と平行であるように構成される。例え
ば、高Tc超伝導体フイルムのユニツト・セルがａ、ｂ、
及びｃ軸を含むとき、ｃ軸がシリコン基板の（001）表
面の法線と平行であり、ｂ軸及びｃ軸がシリコン・ユニ
ツト・セルのこれらの軸に対して45゜回転されている。
中間層の好ましい例はBaO、SrO、CuO、Y2O3CaF2、Ba
F2、及びこれらの合金（例えばBaSrO2）である。
F2、及びこれらの合金（例えばBaSrO2）である。
E.実施例 本実施例によれば、Siの（001）表面上に銅酸化物を主
成分とする高Tc超伝導体をエピタキシヤル成長させた物
質が提供される。この種の超伝導体物質は希土類元素あ
るいは希土類元素に類似の元素及び／またはアルカリ土
類元素を含む。そのような物質の代表例の構造式は次の
ようなものである。
成分とする高Tc超伝導体をエピタキシヤル成長させた物
質が提供される。この種の超伝導体物質は希土類元素あ
るいは希土類元素に類似の元素及び／またはアルカリ土
類元素を含む。そのような物質の代表例の構造式は次の
ようなものである。
即ち、（A1-XBX）2CuO4- ε及びA1B2Cu3O7- εである。こ
こで、Ａは３価元素（例えば、La、Ｙ、及び希土類元
素）であり、Ｂはアルカリ土類元素（例えばCa,Sr,B）
であり、Ｘ及びイプシロン（ε）は変数である。このよ
うな超伝導体物質は全てCuOの平面を有し、CuOの平面は
正方形格子に近似し、格子定数ａとｂはほぼ等しく、3.
78から3.95オングストロームである。シリコン基板の
（001）表面の格子のユニツト・セルはａ＝ｂ＝3.84Å
（5.43Å／√２＝3.84Å）の格子定数を有している。こ
の表面にエピタキシヤル成長を行なうために、超伝導体
フイルムのユニツト・セルをシリコン基板の表面のユニ
ツト・セルに対して45゜回転させて格子定数を十分に近
密に一致させなければならない。こうすれば、超伝導体
ユニツト・セルはａ＝ｂ＝3.84Å（5.43Å／√２＝3.84
Å）の格子定数を有するSiの（001）表面の格子に一致
することができる。これについては第２、３、及び４図
に示されている。
こで、Ａは３価元素（例えば、La、Ｙ、及び希土類元
素）であり、Ｂはアルカリ土類元素（例えばCa,Sr,B）
であり、Ｘ及びイプシロン（ε）は変数である。このよ
うな超伝導体物質は全てCuOの平面を有し、CuOの平面は
正方形格子に近似し、格子定数ａとｂはほぼ等しく、3.
78から3.95オングストロームである。シリコン基板の
（001）表面の格子のユニツト・セルはａ＝ｂ＝3.84Å
（5.43Å／√２＝3.84Å）の格子定数を有している。こ
の表面にエピタキシヤル成長を行なうために、超伝導体
フイルムのユニツト・セルをシリコン基板の表面のユニ
ツト・セルに対して45゜回転させて格子定数を十分に近
密に一致させなければならない。こうすれば、超伝導体
ユニツト・セルはａ＝ｂ＝3.84Å（5.43Å／√２＝3.84
Å）の格子定数を有するSiの（001）表面の格子に一致
することができる。これについては第２、３、及び４図
に示されている。
超伝導体フイルムとシリコン基板の（001）表面とを直
接的に接触させてもよいが、高Tc超伝導体を形成する際
に問題が生じることがある。高Tc超伝導体を形成する際
に、約900℃という温度が結晶構造を適当なものとする
とともに酸素の必要量を含ませるために必要となる。し
かしながら、約600℃を超えた温度において、超伝導体
フイルムとシリコン基板との界面にシリケイトが生成し
てしまう。シリケイトが形成されると、超伝導体フイル
ムの超伝導性が破壊され、シリコン基板が劣化される。
したがつて、低温でも適当な結晶構造及び酸素導入が実
現されるような処理方法が見つからない限り、超伝導体
フイルムとシリコン基板との間に中間層を形成すること
は極めて有効である。
接的に接触させてもよいが、高Tc超伝導体を形成する際
に問題が生じることがある。高Tc超伝導体を形成する際
に、約900℃という温度が結晶構造を適当なものとする
とともに酸素の必要量を含ませるために必要となる。し
かしながら、約600℃を超えた温度において、超伝導体
フイルムとシリコン基板との界面にシリケイトが生成し
てしまう。シリケイトが形成されると、超伝導体フイル
ムの超伝導性が破壊され、シリコン基板が劣化される。
したがつて、低温でも適当な結晶構造及び酸素導入が実
現されるような処理方法が見つからない限り、超伝導体
フイルムとシリコン基板との間に中間層を形成すること
は極めて有効である。
また、約400℃という温度が、超伝導体中で酸素を十分
に良く移動させて正しい化学的量論状態を達成させるた
めに必要である。したがつて、約400℃から約600℃の範
囲内の温度で適切な配列関係及び酸素の十分な濃度が達
成されるのであれば、約400℃から約600℃の温度範囲で
Siの（001）表面上に直接的にエピタキシヤル成長を行
つてもよい。
に良く移動させて正しい化学的量論状態を達成させるた
めに必要である。したがつて、約400℃から約600℃の範
囲内の温度で適切な配列関係及び酸素の十分な濃度が達
成されるのであれば、約400℃から約600℃の温度範囲で
Siの（001）表面上に直接的にエピタキシヤル成長を行
つてもよい。
第１図において、Si基板10の（001）表面とその上にエ
ピタキシヤル成長された超伝導体フイルム14との間には
中間層12が形成されている。このような構造において、
シリコン基板10はその上に薄いエピタキシヤル層12を有
し、このエピタキシヤル層12は超伝導体層14と基板10と
の間のバツフア（両者間の反応を阻止するための緩衝
体）として働く。中間層12は次のような性質を有してい
なければならない。即ち、シリコンの（001）表面にエ
ピタキシヤル成長されていること。シリコン原子に対し
て及び超伝導体層14中の原子に対して拡散バリヤとなる
こと。シリコン基板10及び超伝導体フイルム14と反応し
ないことである。絶縁体である必要は必らずしもない
が、種々の場合、絶縁体であることが望ましい。中間層
12の厚さについては特に厳格な条件はなく、基板10と超
伝導体フイルム14との間の相互拡散を阻止できる厚さで
あればよい。
ピタキシヤル成長された超伝導体フイルム14との間には
中間層12が形成されている。このような構造において、
シリコン基板10はその上に薄いエピタキシヤル層12を有
し、このエピタキシヤル層12は超伝導体層14と基板10と
の間のバツフア（両者間の反応を阻止するための緩衝
体）として働く。中間層12は次のような性質を有してい
なければならない。即ち、シリコンの（001）表面にエ
ピタキシヤル成長されていること。シリコン原子に対し
て及び超伝導体層14中の原子に対して拡散バリヤとなる
こと。シリコン基板10及び超伝導体フイルム14と反応し
ないことである。絶縁体である必要は必らずしもない
が、種々の場合、絶縁体であることが望ましい。中間層
12の厚さについては特に厳格な条件はなく、基板10と超
伝導体フイルム14との間の相互拡散を阻止できる厚さで
あればよい。
エピタキシヤル層のユニツト・セルがシリコンのユニツ
ト・セルと一致しなくとも、エピタキシヤル成長がシリ
コンの（001）表面上に行なわれ且つ超伝導体物質のユ
ニツト・セルがシリコン基板のユニツト・セルに対して
適切に配向されている場合には、エピタキシヤル成長を
行なわせることが可能である。前述した適切な配向と
は、第２図に示されるように、超伝導体フイルムのユニ
ツト・セルがシリコンのユニツト・セルに対して45゜回
転していることである。第２図はSi（001）表面の平面
図であり、図中には、シリコン表面の結晶軸ａ及びｂ、
シリコン原子の位置、高Tc超伝導体のユニツト・セル16
のシリコン表面のユニツト・セルに対する配向関係が示
されている。シリコン原子は丸印で表わされ、超伝導体
のユニツト・セルは符号16をつけた四角形で表わされて
いる。超伝導体のユニツト・セルのｃ軸がSi（001）表
面に対して直角であろうと平行であろうと、超伝導体ユ
ニツト・セルの３つの結晶軸の２つはシリコン・ユニツ
ト・セルの対応する結晶軸に対して45゜回転している。
この関係は第３図及び第４図により詳しく示されてい
る。
ト・セルと一致しなくとも、エピタキシヤル成長がシリ
コンの（001）表面上に行なわれ且つ超伝導体物質のユ
ニツト・セルがシリコン基板のユニツト・セルに対して
適切に配向されている場合には、エピタキシヤル成長を
行なわせることが可能である。前述した適切な配向と
は、第２図に示されるように、超伝導体フイルムのユニ
ツト・セルがシリコンのユニツト・セルに対して45゜回
転していることである。第２図はSi（001）表面の平面
図であり、図中には、シリコン表面の結晶軸ａ及びｂ、
シリコン原子の位置、高Tc超伝導体のユニツト・セル16
のシリコン表面のユニツト・セルに対する配向関係が示
されている。シリコン原子は丸印で表わされ、超伝導体
のユニツト・セルは符号16をつけた四角形で表わされて
いる。超伝導体のユニツト・セルのｃ軸がSi（001）表
面に対して直角であろうと平行であろうと、超伝導体ユ
ニツト・セルの３つの結晶軸の２つはシリコン・ユニツ
ト・セルの対応する結晶軸に対して45゜回転している。
この関係は第３図及び第４図により詳しく示されてい
る。
第３図において、超伝導体ユニツト・セル16のｃ軸はシ
リコン（001）表面に対して垂直であり、超伝導体ユニ
ツト・セルのａ軸及びｃ軸はシリコンの（001）表面に
平行である。シリコン基板は直方体のユニツト・セル18
を有し、ユニツト・セル18の各結晶軸は図中に示されて
いる。超伝導体ユニツト・セルのａ軸及びｂ軸はシリコ
ンのユニツト・セルの対応する結晶軸に対して45゜回転
されており、超伝導体ユニツト・セルのｃ軸はシリコン
の（001）表面に対して垂直である。
リコン（001）表面に対して垂直であり、超伝導体ユニ
ツト・セルのａ軸及びｃ軸はシリコンの（001）表面に
平行である。シリコン基板は直方体のユニツト・セル18
を有し、ユニツト・セル18の各結晶軸は図中に示されて
いる。超伝導体ユニツト・セルのａ軸及びｂ軸はシリコ
ンのユニツト・セルの対応する結晶軸に対して45゜回転
されており、超伝導体ユニツト・セルのｃ軸はシリコン
の（001）表面に対して垂直である。
第４図はシリコン基板に対する酸化物材料の配向関係を
示している。図中、超伝導体ユニツト・セル16のｃ軸は
Si（001）表面に対して平行であり、超伝導ユニツト・
セル16のａ軸あるいはｂ軸のいずれかはSi（001）表面
に対して垂直である。ここでも、エピタキシヤル成長を
行うために、超伝導体ユニツト・セルの３つの結晶軸の
うちの２つはシリコン・ユニツト・セルの対応する結晶
軸に対して45゜回転している。
示している。図中、超伝導体ユニツト・セル16のｃ軸は
Si（001）表面に対して平行であり、超伝導ユニツト・
セル16のａ軸あるいはｂ軸のいずれかはSi（001）表面
に対して垂直である。ここでも、エピタキシヤル成長を
行うために、超伝導体ユニツト・セルの３つの結晶軸の
うちの２つはシリコン・ユニツト・セルの対応する結晶
軸に対して45゜回転している。
第３図及び第４図において、中間層12は簡単化のため示
されていない。しかしながら、中間層はシリコンと一致
しており、これらの図に示されている結晶構造上の配向
関係を変更させるものではない。シリコンの（001）表
面に格子が一致する超伝導体物質の例は、La1.85Ba0.15
CuO4及びY1Ba2Cu3O7-Sである。
されていない。しかしながら、中間層はシリコンと一致
しており、これらの図に示されている結晶構造上の配向
関係を変更させるものではない。シリコンの（001）表
面に格子が一致する超伝導体物質の例は、La1.85Ba0.15
CuO4及びY1Ba2Cu3O7-Sである。
La1.85Ba0.15CuO4はａ＝ｂ＝3.78Åであり、不一致は約
２％である。Y1Ba2Cu3O7-Sはａ＝3.82Å、ｂ＝3.88Å、
c/3＝3.89Åであり、不一致は約１％である。両物質と
もそのｃ軸がSi（001）表面に対して垂直である。この
例では、超伝導体のCuO平面が基板表面に平行である。A
1B2Cu3O7-S物質においては、超伝導体のｃ軸がSi（00
1）表面に対して垂直であるようエピタキシヤル成長さ
せることもできるし平行であるようにエピタキシヤル成
長させることもできる。前記ｃ軸がSi（001）表面に対
して平行であるとき、超伝導体のCuO平面はシリコン表
面に対して垂直である。
２％である。Y1Ba2Cu3O7-Sはａ＝3.82Å、ｂ＝3.88Å、
c/3＝3.89Åであり、不一致は約１％である。両物質と
もそのｃ軸がSi（001）表面に対して垂直である。この
例では、超伝導体のCuO平面が基板表面に平行である。A
1B2Cu3O7-S物質においては、超伝導体のｃ軸がSi（00
1）表面に対して垂直であるようエピタキシヤル成長さ
せることもできるし平行であるようにエピタキシヤル成
長させることもできる。前記ｃ軸がSi（001）表面に対
して平行であるとき、超伝導体のCuO平面はシリコン表
面に対して垂直である。
このようにしてエピタキシヤル成長を行うと、高品質の
超伝導体を得ることができる。このようなエピタキシヤ
ル層は電子装置中の低抵抗の電気接続線、磁気シール
ド、及び三次元装置等に利用できる。
超伝導体を得ることができる。このようなエピタキシヤ
ル層は電子装置中の低抵抗の電気接続線、磁気シール
ド、及び三次元装置等に利用できる。
本発明はシリコンの（001）表面上の種々のエピタキシ
ヤル成長層について適用できる。本発明のエピタキシヤ
ル層には銅酸化物を主成分とする組成物が含まれ、この
組成物には稀土類元素あるいは希土類に類似の元素及び
／またはアルカリ土類元素が含まれてもよいし、希土類
元素が含まれていなくともよい。更に、Si（001）表面
はSi（100）表面と結晶構造上等価であり、いずれの称
呼が用いられるかは単に選択した座標に依るだけであ
る。
ヤル成長層について適用できる。本発明のエピタキシヤ
ル層には銅酸化物を主成分とする組成物が含まれ、この
組成物には稀土類元素あるいは希土類に類似の元素及び
／またはアルカリ土類元素が含まれてもよいし、希土類
元素が含まれていなくともよい。更に、Si（001）表面
はSi（100）表面と結晶構造上等価であり、いずれの称
呼が用いられるかは単に選択した座標に依るだけであ
る。
また、格子定数の不一致が約20％までであれば、シリコ
ン基板上に超伝導体をエピタキシヤル成長させることが
できる。もちろん、不一致が小さいものである程、エピ
タキシヤル層の品質は向上し、超伝導体中の欠陥密度は
減小する。中間層及び超伝導体層の組成を適切に選択す
ることにより、非常に近密な一致状態を実現させて低い
欠陥密度の物質を形成することができる。
ン基板上に超伝導体をエピタキシヤル成長させることが
できる。もちろん、不一致が小さいものである程、エピ
タキシヤル層の品質は向上し、超伝導体中の欠陥密度は
減小する。中間層及び超伝導体層の組成を適切に選択す
ることにより、非常に近密な一致状態を実現させて低い
欠陥密度の物質を形成することができる。
中間層12の厚さはエピタキシヤル層の応用例に従つて適
宜に選択され得る。
宜に選択され得る。
中間層及び超伝導体層を形成する方法は良く知られてい
る。例えば、中間層は化学的気相成長法により容易に形
成でき、あるいは分子線エピタキシーによつても形成で
き、この場合、極めて薄く、高品質の層がSi（001）表
面上に形成される。超伝導体層は酸素雰囲気中でのスパ
ツタリングや蒸発法のような気相堆積方法を含む良く知
られた方法を用いて堆積され得る。一般に、シリコン基
板表面はその上に形成される酸化物を除去するために加
熱され、これは標準的に行なわれている。原子レベルで
観て清浄なシリコン表面が超高度真空炉中に配置された
後、中間層が堆積される。同じ超高度真空炉中で超伝導
体層も堆積することが、汚染物の影響等を減小させるの
で、好ましい。
る。例えば、中間層は化学的気相成長法により容易に形
成でき、あるいは分子線エピタキシーによつても形成で
き、この場合、極めて薄く、高品質の層がSi（001）表
面上に形成される。超伝導体層は酸素雰囲気中でのスパ
ツタリングや蒸発法のような気相堆積方法を含む良く知
られた方法を用いて堆積され得る。一般に、シリコン基
板表面はその上に形成される酸化物を除去するために加
熱され、これは標準的に行なわれている。原子レベルで
観て清浄なシリコン表面が超高度真空炉中に配置された
後、中間層が堆積される。同じ超高度真空炉中で超伝導
体層も堆積することが、汚染物の影響等を減小させるの
で、好ましい。
以上、特定の実施例について述べてきたが、基板は真性
シリコンでもドープされたシリコンでもよく、（001）
表面配向を有する金属シリサイドを有するシリコンであ
つてもよい。例えば、エピタキシヤル金属シリサイドの
導電線が埋込まれ共通平面となつているようなシリコン
（001）表面であつてもよい。このような基板上に高Tc
酸化物超伝導体をエピタキシヤル成長させて超伝導体を
シリコンの（001）表面及び金属シリサイドの（001）表
面の両方の上に形成することができる。
シリコンでもドープされたシリコンでもよく、（001）
表面配向を有する金属シリサイドを有するシリコンであ
つてもよい。例えば、エピタキシヤル金属シリサイドの
導電線が埋込まれ共通平面となつているようなシリコン
（001）表面であつてもよい。このような基板上に高Tc
酸化物超伝導体をエピタキシヤル成長させて超伝導体を
シリコンの（001）表面及び金属シリサイドの（001）表
面の両方の上に形成することができる。
第１図は本発明に係る超伝導体のエピタキシヤル層構造
の一実施例の構成を示す断面図、 第２図は前記実施例の平面図、 第３図及び第４図は前記以外の互いに異なる実施例を示
す斜視図である。 10……シリコン基板、12……中間層、14……超伝導体の
エピタキシヤル層、16……超伝導体のユニツト・セル、
18……シリコンのユニツト・セル。
の一実施例の構成を示す断面図、 第２図は前記実施例の平面図、 第３図及び第４図は前記以外の互いに異なる実施例を示
す斜視図である。 10……シリコン基板、12……中間層、14……超伝導体の
エピタキシヤル層、16……超伝導体のユニツト・セル、
18……シリコンのユニツト・セル。
Claims (1)
- 【請求項１】シリコンの（001）表面を含む基板と、前
記（001）表面に整合する格子を有し該表面上にエピタ
キシャル成長された高温Tc超伝導体層と、を有し、 前記超伝導体層の３つの結晶軸のうちの２つの結晶軸は
前記シリコン表面のユニット・セルの対応する結晶軸に
対して実質的に45゜回転し、残りの１つの結晶軸は前記
（001）表面に対して実質的に直角であり、前記超伝導
体は、 （イ）（A1-XBX）2CuO4- ε及び （ロ）A1B2Cu3O7- ε から成る群から選ばれた１つであり、ここでＡはLa,Y,
及び希土類元素を含む３価元素であり、Ｂはアルカリ土
類であり、Ｘ及びεは変数である物質であることを特徴
とする、エピタキシャル層構造を有する超伝導体装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15177288A | 1988-02-03 | 1988-02-03 | |
| US151772 | 1988-02-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01197396A JPH01197396A (ja) | 1989-08-09 |
| JPH0725640B2 true JPH0725640B2 (ja) | 1995-03-22 |
Family
ID=22540180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63289034A Expired - Fee Related JPH0725640B2 (ja) | 1988-02-03 | 1988-11-17 | エピタキシャル構造を有する超伝導体装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5593951A (ja) |
| EP (1) | EP0327493B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0725640B2 (ja) |
| CA (1) | CA1336567C (ja) |
| DE (1) | DE68908198T2 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2546730B2 (ja) * | 1990-02-16 | 1996-10-23 | 日本電信電話株式会社 | 酸化物薄膜形成用基板 |
| DE69124072T2 (de) * | 1990-10-31 | 1997-08-07 | Sumitomo Electric Industries | Supraleitende Schaltung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| JP3189403B2 (ja) * | 1991-07-16 | 2001-07-16 | 住友電気工業株式会社 | 超電導接合を有する素子およびその作製方法 |
| DE69215993T2 (de) * | 1991-07-16 | 1997-06-19 | Sumitomo Electric Industries | Vorrichtung mit Josephson-Übergang aus supraleitendem Oxyd und Verfahren zu seiner Herstellung |
| KR970011302B1 (ko) * | 1992-08-14 | 1997-07-09 | 재단법인 한국화학연구소 | 제초성 퀴놀리닐옥사디아졸 유도체 |
| FR2726399B1 (fr) * | 1994-10-27 | 1997-01-10 | Alsthom Cge Alcatel | Procede pour la preparation d'un substrat en vue du depot d'une couche mince de materiau supraconducteur |
| GB9521460D0 (en) * | 1995-10-18 | 1995-12-20 | Univ Cardiff | Semiconductor devices |
| US6734558B2 (en) | 1998-08-20 | 2004-05-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electronic devices with barium barrier film and process for making same |
| US6077775A (en) * | 1998-08-20 | 2000-06-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Process for making a semiconductor device with barrier film formation using a metal halide and products thereof |
| US6291876B1 (en) | 1998-08-20 | 2001-09-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electronic devices with composite atomic barrier film and process for making same |
| US6720654B2 (en) | 1998-08-20 | 2004-04-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electronic devices with cesium barrier film and process for making same |
| US6351036B1 (en) | 1998-08-20 | 2002-02-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electronic devices with a barrier film and process for making same |
| US6144050A (en) * | 1998-08-20 | 2000-11-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electronic devices with strontium barrier film and process for making same |
| US6188134B1 (en) | 1998-08-20 | 2001-02-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electronic devices with rubidium barrier film and process for making same |
| JP2000306733A (ja) * | 1999-04-19 | 2000-11-02 | Kawatetsu Mining Co Ltd | 磁気素子用フェライト磁性膜 |
| JP3401558B2 (ja) * | 1999-12-14 | 2003-04-28 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | エピタキシャル複合構造体およびこのものを利用した素子 |
| US6465887B1 (en) | 2000-05-03 | 2002-10-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electronic devices with diffusion barrier and process for making same |
| US7622424B2 (en) * | 2004-10-01 | 2009-11-24 | American Superconductor Corporation | Thick superconductor films with improved performance |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4980339A (en) * | 1987-07-29 | 1990-12-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Superconductor structure |
| DE3736523A1 (de) * | 1987-10-28 | 1989-05-11 | Hoechst Ag | Duenner supraleitender film, seine herstellung und verwendung |
| DE3853273T2 (de) * | 1987-12-25 | 1995-10-19 | Sumitomo Electric Industries | Ein Halbleitersubstrat mit einem supraleitenden Dünnfilm. |
| US5296458A (en) * | 1988-02-03 | 1994-03-22 | International Business Machines Corporation | Epitaxy of high Tc superconducting films on (001) silicon surface |
| US5047385A (en) * | 1988-07-20 | 1991-09-10 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method of forming superconducting YBa2 Cu3 O7-x thin films with controlled crystal orientation |
| US5225031A (en) * | 1991-04-10 | 1993-07-06 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Process for depositing an oxide epitaxially onto a silicon substrate and structures prepared with the process |
| US5155658A (en) * | 1992-03-05 | 1992-10-13 | Bell Communications Research, Inc. | Crystallographically aligned ferroelectric films usable in memories and method of crystallographically aligning perovskite films |
-
1988
- 1988-11-10 CA CA000582759A patent/CA1336567C/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-11-17 JP JP63289034A patent/JPH0725640B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-01-18 DE DE89810041T patent/DE68908198T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-01-18 EP EP89810041A patent/EP0327493B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-05-18 US US08/443,826 patent/US5593951A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE68908198D1 (de) | 1993-09-16 |
| EP0327493A2 (en) | 1989-08-09 |
| EP0327493A3 (en) | 1989-09-27 |
| CA1336567C (en) | 1995-08-08 |
| EP0327493B1 (en) | 1993-08-11 |
| JPH01197396A (ja) | 1989-08-09 |
| US5593951A (en) | 1997-01-14 |
| DE68908198T2 (de) | 1994-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0725640B2 (ja) | エピタキシャル構造を有する超伝導体装置 | |
| US5426092A (en) | Continuous or semi-continuous laser ablation method for depositing fluorinated superconducting thin film having basal plane alignment of the unit cells deposited on non-lattice-matched substrates | |
| US20090197770A1 (en) | Bismuth based oxide superconductor thin films and method of manufacturing the same | |
| JP2000150974A (ja) | 高温超伝導ジョセフソン接合およびその製造方法 | |
| Qiu | High-temperature superconductors | |
| JPH02177381A (ja) | 超伝導体のトンネル接合素子 | |
| CA2021821C (en) | Superconducting thin film of compound oxide and process for preparing the same | |
| US5110790A (en) | Superconducting thin films on potassium tantalate substrates | |
| US5296458A (en) | Epitaxy of high Tc superconducting films on (001) silicon surface | |
| JPH03259576A (ja) | ジョセフソン接合 | |
| US5354734A (en) | Method for manufacturing an artificial grain boundary type Josephson junction device | |
| KR100235799B1 (ko) | 산화물 초전도체를 이용한 초전도 접합형성방법 | |
| JPH04275470A (ja) | 超電導体／絶縁体層構造からなる製品、およびその製品の製造方法 | |
| JP3186035B2 (ja) | 電界効果素子用積層薄膜および該積層薄膜を用いた電界効果トランジスター | |
| JP2781331B2 (ja) | 薄膜超伝導体の製造方法 | |
| Himpsel et al. | Epitaxy of high T C superconductors on silicon | |
| JPH0297073A (ja) | トンネル型ジョセフソン接合素子 | |
| JPH03275504A (ja) | 酸化物超伝導体薄膜およびその製造方法 | |
| US5188906A (en) | Substrates suitable for deposition of superconducting thin films | |
| US5362709A (en) | Superconducting device | |
| JPH01280375A (ja) | 超電導体層を有する半導体基板 | |
| JP2913653B2 (ja) | 酸化物超伝導薄膜構造体 | |
| Chrisey | Progress in the first ten years of HTS film growth | |
| JPH0294676A (ja) | 超電導素子 | |
| Krumme et al. | Growth, Morphology and Superconductivity of Epitaxial (RE) _1 Ba _2 Cu _3 O _7-δ Films on SrTiO _3 and NdGaO _3 Substrates |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |