JP2714176B2 - 酸化物超伝導体と酸化物磁性体の積層薄膜 - Google Patents
酸化物超伝導体と酸化物磁性体の積層薄膜Info
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- Thin Magnetic Films (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸化物超伝導材料、及び、その応用に関す
る。
る。
銅を含む酸化物超伝導体は臨界温度Tcが従来の金属系
の超伝導体にくらべてはるかに高く、液体窒素を冷媒と
して用いることができるという利点をもつが、臨界電流
密度Jcが低いという欠点がある。一方、この銅を含む酸
化物超伝導体の超伝導状態は反強磁性絶縁体に正孔をド
ープすることにより出現しており、超伝導メカニズムに
おいてもスピン間の磁気的な相互作用が重要な働きを担
つていると考えられている。このことから、銅を含む酸
化物超伝導体のTcを、さらに、高めるための、あるい
は、Jcを改善するための方法として酸化物超伝導体と磁
性体の近接的な相互作用を利用することは有力であると
考えられる。特に、薄膜に酸化物超伝導体と磁性体を積
層することはこの相互作用を利用する上で有力な方法で
あると考えられる。
の超伝導体にくらべてはるかに高く、液体窒素を冷媒と
して用いることができるという利点をもつが、臨界電流
密度Jcが低いという欠点がある。一方、この銅を含む酸
化物超伝導体の超伝導状態は反強磁性絶縁体に正孔をド
ープすることにより出現しており、超伝導メカニズムに
おいてもスピン間の磁気的な相互作用が重要な働きを担
つていると考えられている。このことから、銅を含む酸
化物超伝導体のTcを、さらに、高めるための、あるい
は、Jcを改善するための方法として酸化物超伝導体と磁
性体の近接的な相互作用を利用することは有力であると
考えられる。特に、薄膜に酸化物超伝導体と磁性体を積
層することはこの相互作用を利用する上で有力な方法で
あると考えられる。
しかし、酸化物超伝導体薄膜を形成するには、成膜時
の支持体（基板）の温度を600℃以上にするか、成膜後
に800℃以上で熱処理をする必要があるため、積層膜を
形成する際に金属、合金の磁性体を用いると酸化物超伝
導体との界面で拡散，反応してしまい、異相の形成、酸
化物超伝導体、及び、磁性体の組成ずれ、界面の急峻性
の喪失といつた問題を生じる。
の支持体（基板）の温度を600℃以上にするか、成膜後
に800℃以上で熱処理をする必要があるため、積層膜を
形成する際に金属、合金の磁性体を用いると酸化物超伝
導体との界面で拡散，反応してしまい、異相の形成、酸
化物超伝導体、及び、磁性体の組成ずれ、界面の急峻性
の喪失といつた問題を生じる。
本発明は、上記の問題点を解決するためのものであ
り、前記の酸化物超伝導体と磁性体の積層薄膜におい
て、磁性体として金属、合金ではなく、酸化物磁性体を
用いることを特徴とする。磁性体として酸化物を用いる
ことにより、酸化物超伝導体薄膜を形成する際の高温プ
ロセスにおいても、界面での拡散，反応を抑えることが
でき、急峻な界面を形成することができる。また、酸化
物磁性体は酸化物超伝導体と類似の結晶構造をもつもの
が多いので、適宜な結晶構造、及び、格子定数をもつ酸
化物磁性体を選ぶことにより、界面での結晶構造的欠陥
の少ない積層薄膜を形成することができる。
り、前記の酸化物超伝導体と磁性体の積層薄膜におい
て、磁性体として金属、合金ではなく、酸化物磁性体を
用いることを特徴とする。磁性体として酸化物を用いる
ことにより、酸化物超伝導体薄膜を形成する際の高温プ
ロセスにおいても、界面での拡散，反応を抑えることが
でき、急峻な界面を形成することができる。また、酸化
物磁性体は酸化物超伝導体と類似の結晶構造をもつもの
が多いので、適宜な結晶構造、及び、格子定数をもつ酸
化物磁性体を選ぶことにより、界面での結晶構造的欠陥
の少ない積層薄膜を形成することができる。
この積層構造は、第１図、及び、第２図で示すよう
に、酸化物磁性体層が酸化物超伝導体層の上であつても
下であつてもかまわない。あるいは、第３図で示すよう
に、酸化物磁性体層と酸化物超伝導体層を、順次、交互
に積層することによつて多層膜を形成することもでき
る。また、第４図で示すように、酸化物磁性体層を二枚
の酸化物超伝導体層ではさんだ三層構造を形成すること
により、「トンネル現象の物理と応用」（培風館,1987
p.177〜p.186）で詳述しているような磁性バリア・ト
ンネル接合素子を構成することができる。この場合、磁
性体層として酸化物磁性体を用いることにより、酸化物
超伝導体層との界面での反応の少ない良好な素子構造を
つくることができる。
に、酸化物磁性体層が酸化物超伝導体層の上であつても
下であつてもかまわない。あるいは、第３図で示すよう
に、酸化物磁性体層と酸化物超伝導体層を、順次、交互
に積層することによつて多層膜を形成することもでき
る。また、第４図で示すように、酸化物磁性体層を二枚
の酸化物超伝導体層ではさんだ三層構造を形成すること
により、「トンネル現象の物理と応用」（培風館,1987
p.177〜p.186）で詳述しているような磁性バリア・ト
ンネル接合素子を構成することができる。この場合、磁
性体層として酸化物磁性体を用いることにより、酸化物
超伝導体層との界面での反応の少ない良好な素子構造を
つくることができる。
本発明の積層薄膜の酸化物超伝導体は、イットリウム
あるいは希土類元素、及びバリウム、銅、酸素から構成
されるペロブスカイト型結晶構造を有し、かつ前記酸化
物磁性体がランタン、カルシウム、マンガン、酸素から
構成されるペロブスカイト型結晶構造を有するものを用
いる。特に、酸化物磁性体層としては、La1-XCaXMnO
3（Ｘ＝0.05〜0.95）が好ましい。
あるいは希土類元素、及びバリウム、銅、酸素から構成
されるペロブスカイト型結晶構造を有し、かつ前記酸化
物磁性体がランタン、カルシウム、マンガン、酸素から
構成されるペロブスカイト型結晶構造を有するものを用
いる。特に、酸化物磁性体層としては、La1-XCaXMnO
3（Ｘ＝0.05〜0.95）が好ましい。
本発明による酸化物磁性体と酸化物超伝導体の積層薄
膜は、界面での相互の原子の拡散による反応が少ないた
め、異相を生じない急峻な界面を形成することができ
る。すなわち、酸化物磁性体として酸化物超伝導体と格
子定数の整合性のよいものを選ぶことによつて、界面の
結晶構造的欠陥の少ない積層薄膜を形成することができ
たものである。このような良好な界面をもつ積層薄膜に
よつて、例えば、磁性バリア・トンネル接合素子の特性
を向上させることができる。
膜は、界面での相互の原子の拡散による反応が少ないた
め、異相を生じない急峻な界面を形成することができ
る。すなわち、酸化物磁性体として酸化物超伝導体と格
子定数の整合性のよいものを選ぶことによつて、界面の
結晶構造的欠陥の少ない積層薄膜を形成することができ
たものである。このような良好な界面をもつ積層薄膜に
よつて、例えば、磁性バリア・トンネル接合素子の特性
を向上させることができる。
以下、本発明を実施例を用いて説明する。酸化物超伝
導体層、及び、酸化物磁性体層の形成方法は、このほか
に、イオンビームスパツタリング法、電子ビーム蒸着法
等があり、また、これらの方法を組合せて用いてもよ
い。
導体層、及び、酸化物磁性体層の形成方法は、このほか
に、イオンビームスパツタリング法、電子ビーム蒸着法
等があり、また、これらの方法を組合せて用いてもよ
い。
（１） 高周波スパツタリング装置にランタン，カルシ
ウム，マンガン，酸素からなる焼結体ターゲツトを装着
する。この焼結体ターゲツトの組成は、La:Ca:Mn＝0.3:
0.7:1となるようにする。ターゲツトの対向位置に5mm×
20mm×0.5mmの大きさの酸化マグネシウム（MgO）単結晶
を支持体（基板）として固定する。２×10-6Torr程度に
まで排気した後、支持体の表面温度を600℃に保ちつ
つ、アルゴンを１×10-4Torrの圧力まで導入する。13.5
6MHz、出力200Wの高周波グロー放電により、La−Ca−Mn
−Ｏ薄膜を１μｍの厚みまで堆積する。この膜を空気中
920℃で１時間熱処理することにより、MgO基板上にLa
0.3Ca0.7MnO3膜を形成することができる。
ウム，マンガン，酸素からなる焼結体ターゲツトを装着
する。この焼結体ターゲツトの組成は、La:Ca:Mn＝0.3:
0.7:1となるようにする。ターゲツトの対向位置に5mm×
20mm×0.5mmの大きさの酸化マグネシウム（MgO）単結晶
を支持体（基板）として固定する。２×10-6Torr程度に
まで排気した後、支持体の表面温度を600℃に保ちつ
つ、アルゴンを１×10-4Torrの圧力まで導入する。13.5
6MHz、出力200Wの高周波グロー放電により、La−Ca−Mn
−Ｏ薄膜を１μｍの厚みまで堆積する。この膜を空気中
920℃で１時間熱処理することにより、MgO基板上にLa
0.3Ca0.7MnO3膜を形成することができる。
（２） このスパツタリング装置にイツトリウム，バリ
ウム，銅，酸素からなる焼結体ターゲツトを装着する。
この焼結体ターゲツトの組成は、Y:Ba:Cu＝1:2:4.5とな
るようにする。ターゲツトの対向位置に、（１）で作製
したLa0.3Ca0.7MnO3膜を堆積したMgO単結晶基板を固定
する。２×10-6Torr程度にまで排気した後、支持体の表
面温度を600℃に保ちつつ、アルゴンを１×10-4Torrの
圧力まで導入する。13.56MHz、出力200Wの高周波グロー
放電により、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ薄膜を１μｍの厚みまで堆
積する。この膜を空気中850℃で一時間熱処理すること
により、La0.3Ca0.7MnO3膜上にYBa2Cu3Oyを形成するこ
とができる。（１）及び（２）の手順で作製したYBa2Cu
3Oy/La0.3Ca0.7MnO3積層膜を試料Ａとする。
ウム，銅，酸素からなる焼結体ターゲツトを装着する。
この焼結体ターゲツトの組成は、Y:Ba:Cu＝1:2:4.5とな
るようにする。ターゲツトの対向位置に、（１）で作製
したLa0.3Ca0.7MnO3膜を堆積したMgO単結晶基板を固定
する。２×10-6Torr程度にまで排気した後、支持体の表
面温度を600℃に保ちつつ、アルゴンを１×10-4Torrの
圧力まで導入する。13.56MHz、出力200Wの高周波グロー
放電により、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ薄膜を１μｍの厚みまで堆
積する。この膜を空気中850℃で一時間熱処理すること
により、La0.3Ca0.7MnO3膜上にYBa2Cu3Oyを形成するこ
とができる。（１）及び（２）の手順で作製したYBa2Cu
3Oy/La0.3Ca0.7MnO3積層膜を試料Ａとする。
（３） スパツタリング装置にイツトリウム，バリウ
ム，銅，酸素からなる焼結体ターゲツトを装着する。こ
の焼結体ターゲツトの組成は、Y:Ba:Cu＝1:2:4.5となる
ようにする。ターゲツトの対向位置にMgO単結晶基板を
固定する。２×10-6Torr程度にまで排気した後、基板の
表面温度を600℃に保ちつつ、アルゴンを１×10-4Torr
の圧力まで導入する。13.56MHz、出力200Wの高周波グロ
ー放電により、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ薄膜を１μｍの厚みまで
堆積する。この膜を空気中900℃で一時間熱処理するこ
とにより、MgO基板上にYBa2Cu3Oyを形成することができ
る。この手順で作製したYBa2Cu3Oy単層膜を試料Ｂとす
る。
ム，銅，酸素からなる焼結体ターゲツトを装着する。こ
の焼結体ターゲツトの組成は、Y:Ba:Cu＝1:2:4.5となる
ようにする。ターゲツトの対向位置にMgO単結晶基板を
固定する。２×10-6Torr程度にまで排気した後、基板の
表面温度を600℃に保ちつつ、アルゴンを１×10-4Torr
の圧力まで導入する。13.56MHz、出力200Wの高周波グロ
ー放電により、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ薄膜を１μｍの厚みまで
堆積する。この膜を空気中900℃で一時間熱処理するこ
とにより、MgO基板上にYBa2Cu3Oyを形成することができ
る。この手順で作製したYBa2Cu3Oy単層膜を試料Ｂとす
る。
（４） 電子ビーム蒸着装置を用いてMgO単結晶基板上
に１μｍの厚さのMn薄膜を堆積する。次に、この膜を
（３）で用いたスパツタリング装置に取り付ける。２×
10-6Torr程度にまで排気した後、基板の表面温度を600
℃に保ちつつ、アルゴンを１×10-4Torrの圧力まで導入
する。13.56MHz、出力200Wの高周波グロー放電により、
Ｙ−Ba−Cu−Ｏ薄膜を１μｍの厚みまで堆積する。この
膜を空気中850℃で一時間熱処理することにより、YBa2C
u3Oy/Mn積層膜を形成することができる。これを試料Ｃ
とする。
に１μｍの厚さのMn薄膜を堆積する。次に、この膜を
（３）で用いたスパツタリング装置に取り付ける。２×
10-6Torr程度にまで排気した後、基板の表面温度を600
℃に保ちつつ、アルゴンを１×10-4Torrの圧力まで導入
する。13.56MHz、出力200Wの高周波グロー放電により、
Ｙ−Ba−Cu−Ｏ薄膜を１μｍの厚みまで堆積する。この
膜を空気中850℃で一時間熱処理することにより、YBa2C
u3Oy/Mn積層膜を形成することができる。これを試料Ｃ
とする。
（５） 試料A,B,Cについて四端子法により比抵抗の温
度特性（ρ−Ｔ特性）を測定する。その結果を第５図に
示す。これによると、試料Ａは試料Ｂに比べTcがわずか
に高くなつていることがわかる。一方、試料Ｃでは試料
Ｂに比べTcは低下し、遷移幅も大きくなつていることが
わかる。
度特性（ρ−Ｔ特性）を測定する。その結果を第５図に
示す。これによると、試料Ａは試料Ｂに比べTcがわずか
に高くなつていることがわかる。一方、試料Ｃでは試料
Ｂに比べTcは低下し、遷移幅も大きくなつていることが
わかる。
（６） 試料Ａ及びＣについて、酸化物超伝導体と磁性
体の界面の急峻性を調べるために、シムス（SIMS）によ
る界面付近の組成分析を行なつた。その結果を第６図に
示す。試料Ａでは界面付近での各元素の拡散は比較的小
さいが、試料Ｃでは著しく大きくなつていることがわか
る。第５図において、試料Ｃのρ−Ｔ特性が著しく劣つ
ていたのはこのためではないかと考えられる。
体の界面の急峻性を調べるために、シムス（SIMS）によ
る界面付近の組成分析を行なつた。その結果を第６図に
示す。試料Ａでは界面付近での各元素の拡散は比較的小
さいが、試料Ｃでは著しく大きくなつていることがわか
る。第５図において、試料Ｃのρ−Ｔ特性が著しく劣つ
ていたのはこのためではないかと考えられる。
本発明によれば、酸化物超伝導体と酸化物磁性体との
積層により、反応の小さい急峻な界面を形成することが
でき、例えば磁性バリア・トンネル接合素子の特性を向
上させることができる。
積層により、反応の小さい急峻な界面を形成することが
でき、例えば磁性バリア・トンネル接合素子の特性を向
上させることができる。
第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は本発明の
第二の実施例の説明図、第３図は本発明の第三の実施例
の説明図、第４図は本発明の第四の実施例の説明図、第
５図は本発明の第五の実施例の説明図、第６図は第六の
実施例の説明図である。 １……酸化物磁性体、２……酸化物超伝導体、３……支
持体（基板）。
第二の実施例の説明図、第３図は本発明の第三の実施例
の説明図、第４図は本発明の第四の実施例の説明図、第
５図は本発明の第五の実施例の説明図、第６図は第六の
実施例の説明図である。 １……酸化物磁性体、２……酸化物超伝導体、３……支
持体（基板）。
フロントページの続き (72)発明者 菅家 庸子 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 華園 雅信 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−318014（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−72416（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−52312（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−215074（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−217979（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−28104（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−3917（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−44098（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−106481（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】支持体上に、酸化物超伝導体と酸化物磁性
体とを積層した積層薄膜において、 前記酸化物超伝導体がイットリウムあるいは希土類元
素、及びバリウム、銅、酸素から構成されるペロブスカ
イト型結晶構造を有し、かつ前記酸化物磁性体がランタ
ン、カルシウム、マンガン、酸素から構成されるペロブ
スカイト型結晶構造を有することを特徴とする積層薄
膜。 - 【請求項２】請求項１記載の積層薄膜において、 前記酸化物超伝導体と前記酸化物磁性体が交互に積層さ
れた三層構造を有することを特徴とする積層薄膜。 - 【請求項３】請求項１または２記載の積層薄膜を用いて
形成されることを特徴とする磁性バリア・トンネル接合
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1242070A JP2714176B2 (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 酸化物超伝導体と酸化物磁性体の積層薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1242070A JP2714176B2 (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 酸化物超伝導体と酸化物磁性体の積層薄膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03105807A JPH03105807A (ja) | 1991-05-02 |
| JP2714176B2 true JP2714176B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=17083837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1242070A Expired - Lifetime JP2714176B2 (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 酸化物超伝導体と酸化物磁性体の積層薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2714176B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03228803A (ja) * | 1990-01-31 | 1991-10-09 | Sumitomo Cement Co Ltd | 酸化物超伝導複合体 |
| JP3025891B2 (ja) * | 1990-04-19 | 2000-03-27 | 松下電器産業株式会社 | 薄膜超電導体およびその製造方法 |
| DE69128335T2 (de) * | 1990-05-11 | 1998-04-02 | Hitachi Ltd | Supraleitendes Tunnelübergangselement mit magnetischem Oxidmaterial und seine Verwendung |
| JP2956299B2 (ja) * | 1991-08-30 | 1999-10-04 | 株式会社日立製作所 | 磁気検出素子およびエネルギー検出素子ならびにエネルギー検出方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2523647B2 (ja) * | 1987-06-19 | 1996-08-14 | 株式会社日立製作所 | 金属酸化物超電導薄膜 |
| JPS6452312A (en) * | 1987-08-21 | 1989-02-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Superconductor |
| JPS6472416A (en) * | 1987-09-14 | 1989-03-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Super-structure superconductive material |
-
1989
- 1989-09-20 JP JP1242070A patent/JP2714176B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03105807A (ja) | 1991-05-02 |
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