JP3008970B2 - Y123型結晶構造を有する酸化物結晶膜 - Google Patents
Y123型結晶構造を有する酸化物結晶膜Info
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Description
有する酸化物結晶膜に関するものである。
物結晶膜は、基板物質の上に、直接作製されていた。あ
るいは、基板物質と、Y123型結晶構造を有した酸化
物結晶との反応性を押さえ、酸化物結晶の結晶性を上げ
るため、格子定数の整合の良い酸化物結晶を中間層とし
て用いていた。
来の技術では、中間層を用いた場合においても、用いな
い場合においても、膜の結晶性は必ずしも良くなかっ
た。その原因は、基板あるいは中間層と、Y123型結
晶構造を有した膜との格子定数の整合性が、良質の結晶
性が得られる程度には良くないからである。一方、液相
から初晶で晶出する結晶は、一般に、基板上で成長する
結晶に比べて結晶性がよいため、ほぼ単結晶が得られる
が、基板上に膜として晶出、成長させることは困難であ
った。
されたものであり、本発明の目的は、Y系123結晶構
造を有する酸化物の良質結晶膜を得ることが可能な技術
を提供することにある。
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。
に、本発明による酸化物結晶膜は、基板上に123型結
晶構造を有するReBa2Cu3Oy(ReはYまたはラ
ンタノイドのうちの一種、yは酸素量である)の配向膜
を積層し、その上に液相から初晶で生成したReBa2
Cu3Oyの結晶を積層した構成からなることを最も主要
な特徴とする。
として含む酸化物であることが好ましい。
濡れない材質のものであることが好ましい。具体的には
基板としてMgOが最も好適である。
種々のものを採用できる。例えば、c軸を基板面に垂直
に配向させたものや、a軸を基板面に垂直に配向させた
ものを採用できる。配向膜のa軸が基板に垂直に配向し
ている場合には、液相から成長する結晶膜もa軸が基板
に垂直に配向する。例えば、特性の良いSIS接合を作
るには、I層の厚さをS層のコヒーレンス長程度とする
必要があり、a軸配向膜においては、コヒーレンス長の
長いa軸が立っていることから、I層の長さを厚くする
ことができ、より製造しやすいという技術的特徴があ
る。
範囲内であることが好ましい。Y123型結晶膜の結晶
性は、配向膜の厚さに依存する傾向があり、配向膜の厚
さ1μmを越える場合には、多結晶化して配向性が悪化
するおそれがあるので好ましくない。逆に、配向膜の厚
さが0.01μmより薄い場合にも,同様に多結晶化し
て配向性が低下するおそれがあるので好ましくない。
のが好ましい。
高周波プラズマ中に、Y-Ba-Cu-Oの酸化物原料粉
末を送り込み、蒸発させ、基材表面上に蒸着させる。
ら初晶で生成したものを用いるのが好ましい。
る酸化物を積層させる方法としては、融液から膜のY1
23型結晶が初晶で析出する条件で、配向膜上に結晶成
長させるのが好ましい。この場合、配向膜が必ずしも完
全に配向していないときでも良好な配向性を有する結晶
が得られる。
説明する。
する酸化物結晶膜の一実施例の構成を示す断面図であ
る。
化物結晶膜は、マグネシア単結晶基板101のへき界面
上に、プラズマ蒸着法により、Y123結晶の配向膜1
02を中間層として設け、その上に液相から成長したY
123結晶膜103を設けた構成になっている。
化物結晶膜は、以下の方法で作製する。
ク)101を昇温した。その時の基板101の蒸着表面
の温度は測定不可であるが、600℃から1000℃の
温度範囲に入っているものと思われる。そして、プラズ
マ蒸着法によるY-Ba-Cu-O酸化物原料粉末を送り込
み、10分間蒸発させ、マグネシア単結晶基板101の
へき界面上に蒸着を行った。Y-Ba-Cu-O酸化物原料
粉末の供給速度は測定していない。その直後酸素雰囲気
中で大気圧及び300℃程度まで冷却し大気中に取り出
してY123結晶の配向膜(中間層)102を形成し
た。
及びY-Ba-Cu-O酸化物原料粉末については、表1に
示すとおりである。
(中間層)102のX線回折パターンを示す。このパタ
ーンにより、Y123結晶の配向膜(中間層)は、マグ
ネシア単結晶基板101の面に対してc軸が立つ方向に
配向していることが判った。しかしながら、他の方向に
向いたピークも同時に観測され、配向性は良くないこと
が判明した。
23結晶の配向膜(中間層)102の上に、BaOとC
uOの混合融液を用いて、液相から初晶でY123型結
晶構造を有する酸化物結晶を成長させて作製した。
有する酸化物結晶を生成する方法は、例えば、図3に示
すように、内径30mm、高さ50mmのイットリアる
つぼ11内に、溶質供給物質としてY2BaCuO5(固
相の沈澱)12を下部に入れ、溶剤となるBaOとCu
Oの混合融液として、BaとCuのモル比が3:5とな
るように炭酸バリウムと酸化銅を混合し880℃で40
時間仮焼した後の物質(液相)13を上部に入れる。
板101のへき界面上にY123結晶の配向膜(中間
層)102を設けたもの、15は種結晶の支持棒(マグ
ネシア単結晶基板101)、16は白金サセプタ、17
は加熱用高周波コイルである。
に限らず、マグネシア、アルミナ、安定化ジルコニア等
耐蝕性のある材質が使用できる。BaとCuのモル比
は、3:5に限らず3:5から3:8程度までの量比で
もよい。下部に入れた物質(液相)13と上部に入れた
物質(固相の沈澱)12の重量比は1:4である。この
重量比は1:2から1:10程度でもよい。
約1000℃に加熱し、溶剤を溶解させた。この段階
で、下部に溶質供給物質であるY2BaCuO5が沈殿し
ており、上部に溶媒であるBaOとCuOの混合が液体
状態を保っていた。この状態の液相部分に種として、前
記マグネシア単結晶基板101上にプラズマ蒸着により
形成したY123結晶の配向膜(中間層)102を接触
させ、るつぼ11の温度を20℃程度低下させ、毎分1
00回転の回転数で、上方向に毎時0.2mmの速さで
引き上げることによって、単結晶のY123結晶膜10
3を作製することができた。
面を有しており、偏光顕微鏡の観察により、双晶壁は存
在するが、粒界のない、結晶性の良い結晶であることが
判明した。
層の作製が可能な方法であれば、プラズマ蒸着法に限ら
ず、膜形成の手段を問わない。
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。
ば、Y系123結晶構造を有する酸化物の良質結晶膜を
得ることができる。また、このY系123結晶構造を有
する酸化物の良質結晶膜を容易に作製することができ
る。
結晶膜の一実施例の構成を示す断面図、
のX線回折パターンを示す図、
物結晶膜の作製法を説明するための実施装置の模式構成
図。
ぼ、12…Y2BaCuO5(固相の沈澱)、13…炭酸
バリウムと酸化銅を混合し880℃で40時間仮焼した
後の物質(液相)、14…種結晶棒のへき界面上にY1
23結晶の配向膜を中間層として設けたもの、15…種
結晶の支持棒、16…白金サセプタ、17…加熱用高周
波コイル、101…マグネシア単結晶基板、102…Y
123結晶の配向膜、103…Y123結晶膜。
Claims (5)
- 【請求項1】 基板上に123型結晶構造を有するRe
Ba2Cu3Oy(ReはYまたはランタノイドのうちの
一種、yは酸素量である)の配向膜を積層し、その上に
液相から初晶で生成したReBa2Cu3Oyの結晶を積
層した構成からなることを特徴とする酸化物結晶膜。 - 【請求項2】 前記基板は、アルカリ土類元素を構成元
素として含む酸化物であることを特徴とする請求項1に
記載の酸化物結晶膜。 - 【請求項3】 前記基板は、バリウム−銅酸化物の融液
に濡れない材質のものであることを特徴とする請求項1
に記載の酸化物結晶膜。 - 【請求項4】 前記アルカリ土類元素は、Mgであるこ
とを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項に記
載の酸化物結晶膜。 - 【請求項5】 前記配向膜は、プラズマ蒸着法で積層し
たものであることを特徴とする請求項1乃至4のうちい
ずれか1項に記載の酸化物結晶膜。
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