JPH0555645A - 薄膜素子 - Google Patents
薄膜素子Info
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- JPH0555645A JPH0555645A JP3137754A JP13775491A JPH0555645A JP H0555645 A JPH0555645 A JP H0555645A JP 3137754 A JP3137754 A JP 3137754A JP 13775491 A JP13775491 A JP 13775491A JP H0555645 A JPH0555645 A JP H0555645A
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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
- H10N60/80—Constructional details
- H10N60/85—Superconducting active materials
- H10N60/855—Ceramic superconductors
- H10N60/857—Ceramic superconductors comprising copper oxide
- H10N60/858—Ceramic superconductors comprising copper oxide having multilayered structures, e.g. superlattices
-
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
〔目的〕 例えばジョセフソン素子として用いられる優
れた特性を有する薄膜素子を提供したい。 〔構成〕 基板上に、基板に対し実質的に垂直方向に元
素が周期を有する酸化物超伝導体からなる格子構造を備
えた薄層を形成し、その薄層の中間部において形成され
る非超伝導体中間層は、該酸化物超伝導体構成元素の少
なくとも一部が他の元素で置換し、酸化物超伝導体の格
子構造に従う積層の周期性が超伝導層と非超伝導体中間
層との界面を横切って維持するようにする。こうするこ
とにより置換した非超伝導体中間層部分がジョセフソン
接合に必要な絶縁特性または常伝導特性を示すことにな
る。
れた特性を有する薄膜素子を提供したい。 〔構成〕 基板上に、基板に対し実質的に垂直方向に元
素が周期を有する酸化物超伝導体からなる格子構造を備
えた薄層を形成し、その薄層の中間部において形成され
る非超伝導体中間層は、該酸化物超伝導体構成元素の少
なくとも一部が他の元素で置換し、酸化物超伝導体の格
子構造に従う積層の周期性が超伝導層と非超伝導体中間
層との界面を横切って維持するようにする。こうするこ
とにより置換した非超伝導体中間層部分がジョセフソン
接合に必要な絶縁特性または常伝導特性を示すことにな
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は薄膜素子に関し、更に
詳しくは、酸化物高温超伝導体を用いた、積層型のジョ
セフソン素子などに有用な薄膜素子に関するものであ
る。
詳しくは、酸化物高温超伝導体を用いた、積層型のジョ
セフソン素子などに有用な薄膜素子に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、従来より研究されてきたＮｂ，な
いしＮｂ3 ＳｎやＮｂ3 Ｇｅ等のＡ15型化合物（β−Ｗ
型結晶構造）の超伝導体に代わる超伝導体として、Ｃｕ
−Ｏ層を結晶構造中に含む酸化物超伝導体の研究が活発
である。
いしＮｂ3 ＳｎやＮｂ3 Ｇｅ等のＡ15型化合物（β−Ｗ
型結晶構造）の超伝導体に代わる超伝導体として、Ｃｕ
−Ｏ層を結晶構造中に含む酸化物超伝導体の研究が活発
である。
【０００３】このような酸化物超伝導体の典型的な材料
としてはＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＹＢＣＯ）系（臨界温度
Ｔc ＞90Ｋ）、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ系（臨界温度Ｔ
c ＝80〜 110Ｋ）、あるいはＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系（臨界温度Ｔc ＝90〜 120Ｋ）などが知られてい
る。
としてはＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＹＢＣＯ）系（臨界温度
Ｔc ＞90Ｋ）、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ系（臨界温度Ｔ
c ＝80〜 110Ｋ）、あるいはＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系（臨界温度Ｔc ＝90〜 120Ｋ）などが知られてい
る。
【０００４】そしてこれらの材料を電子素子であるジョ
セフソン素子として用いる場合における最重要技術がジ
ョセフソン接合の形成である。このジョセフソン接合
は、一般的には、蒸着法、スパッタ蒸着法、あるいはレ
ーザーアブレーションなどによって形成される。
セフソン素子として用いる場合における最重要技術がジ
ョセフソン接合の形成である。このジョセフソン接合
は、一般的には、蒸着法、スパッタ蒸着法、あるいはレ
ーザーアブレーションなどによって形成される。
【０００５】ところが、上記のような材料はその相関長
が極めて短かく（良好なジョセフソン接合のためには、
界面での乱れの大きさが相関長より小さいことが良
い）、且つ材料表面が劣化し易いことが確認されてい
る。
が極めて短かく（良好なジョセフソン接合のためには、
界面での乱れの大きさが相関長より小さいことが良
い）、且つ材料表面が劣化し易いことが確認されてい
る。
【０００６】このため、これらの材料の薄膜を間隙を形
成するための中間層を介して積層化してジョセフソン接
合を形成した場合、超伝導材料と中間層の格子整合性が
悪く、隣接する超伝導層の特性が劣化したり、中間層か
らリーク電流が生じたりするため、再現性のよいＳ／Ｎ
／Ｓ（超伝導体／常伝導体（導電体）／超伝導体）接合
が得られなかったり、あるいはＳ／Ｉ／Ｓ（超伝導体／
絶縁体／超伝導体）接合の場合でもリーク電流が生じた
り、超伝導結合が得られないなどの欠点がある。
成するための中間層を介して積層化してジョセフソン接
合を形成した場合、超伝導材料と中間層の格子整合性が
悪く、隣接する超伝導層の特性が劣化したり、中間層か
らリーク電流が生じたりするため、再現性のよいＳ／Ｎ
／Ｓ（超伝導体／常伝導体（導電体）／超伝導体）接合
が得られなかったり、あるいはＳ／Ｉ／Ｓ（超伝導体／
絶縁体／超伝導体）接合の場合でもリーク電流が生じた
り、超伝導結合が得られないなどの欠点がある。
【０００７】これらの欠点を解決するため、例えば積層
型薄膜素子の場合、従来は以下の(a) 〜(c) のような方
法が提案されている。
型薄膜素子の場合、従来は以下の(a) 〜(c) のような方
法が提案されている。
【０００８】(a) 酸化物超伝導体上に絶縁膜を形成した
後、従来型（フォノン型）の超伝導体（例えばＮｂない
しＮｂ系合金、ＰｂないしＰｂ化合物）を積層する方
法。
後、従来型（フォノン型）の超伝導体（例えばＮｂない
しＮｂ系合金、ＰｂないしＰｂ化合物）を積層する方
法。
【０００９】(b) 酸化物超伝導体上に、中間層として金
属超伝導体の酸素の少ない材料，または通常基板に用い
られるＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ＺｒＯ2 などの材料を積
層し、この上に超伝導体を積層する方法。
属超伝導体の酸素の少ない材料，または通常基板に用い
られるＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ＺｒＯ2 などの材料を積
層し、この上に超伝導体を積層する方法。
【００１０】(c) 酸化物超伝導体上に、この酸化物超伝
導体のうちの希土類元素やアルカリ土金属を他の元素で
置換して絶縁体層を形成し、この絶縁体層の上に酸化物
超伝導体を積層する方法。
導体のうちの希土類元素やアルカリ土金属を他の元素で
置換して絶縁体層を形成し、この絶縁体層の上に酸化物
超伝導体を積層する方法。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
(a) の方法の場合には、従来型の超伝導体を用いている
ことから、液体ヘリウム温度でしか薄膜素子を作動させ
ることができないという問題がある。
(a) の方法の場合には、従来型の超伝導体を用いている
ことから、液体ヘリウム温度でしか薄膜素子を作動させ
ることができないという問題がある。
【００１２】また(b) の方法では、中間層として金属超
伝導体の酸素の少ない材料を用いる場合はアニール時に
おける酸素の拡散の制御性が悪いためシャープな界面が
得難いし、またＭｇＯなどの基板材料を用いた場合では
Ｍｇなどの拡散によって特性の良い膜が得難いという問
題がある。
伝導体の酸素の少ない材料を用いる場合はアニール時に
おける酸素の拡散の制御性が悪いためシャープな界面が
得難いし、またＭｇＯなどの基板材料を用いた場合では
Ｍｇなどの拡散によって特性の良い膜が得難いという問
題がある。
【００１３】更に(C) の方法では、超伝導特性を示すＣ
ｕ−Ｏ層と希土類元素などとの結合が弱いため、超伝導
特性から絶縁特性に変えるためには上記置換を多量（50
％以上）にしなければならないという問題がある。
ｕ−Ｏ層と希土類元素などとの結合が弱いため、超伝導
特性から絶縁特性に変えるためには上記置換を多量（50
％以上）にしなければならないという問題がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記問題を解
決すべく鋭意研究した所、超伝導体の実質的構造を変化
させずにＳ／Ｎ／Ｓ，あるいはＳ／Ｉ／Ｓ構造などを作
製し得る手段を知得した。
決すべく鋭意研究した所、超伝導体の実質的構造を変化
させずにＳ／Ｎ／Ｓ，あるいはＳ／Ｉ／Ｓ構造などを作
製し得る手段を知得した。
【００１５】本発明者はＣｕを含む酸化物超伝導体の基
本構造の特異性，特にその２次元性に着眼し、基板上
に、前記基板に対し実質的に垂直方向に元素が周期を有
する酸化物超伝導体からなる格子構造を備えた薄膜が形
成され、前記薄膜の中間部において前記格子構造と前記
周期を変えることなく元素の置換がされているようなヘ
テロ界面を備えた薄膜素子を見出した。
本構造の特異性，特にその２次元性に着眼し、基板上
に、前記基板に対し実質的に垂直方向に元素が周期を有
する酸化物超伝導体からなる格子構造を備えた薄膜が形
成され、前記薄膜の中間部において前記格子構造と前記
周期を変えることなく元素の置換がされているようなヘ
テロ界面を備えた薄膜素子を見出した。
【００１６】本発明は、基板上に酸化物超伝導体膜を形
成してなる薄膜素子であって、該酸化物超伝導体膜は、
酸化物超伝導体を構成する原子の少なくとも一つからな
る原子の単層が基板に対して実質的に垂直方向に酸化物
超伝導体の格子構造に従って周期性をもって積層された
ものであり、且つその中間部において酸化物超伝導体構
成原子の少なくとも一部が他の元素に置換されて非超伝
導体中間層が形成されており、酸化物超伝導体の格子構
造に従う積層の周期性が超伝導体層と非超伝導体中間層
との間の界面を横切って維持されていることを特徴とす
る薄膜素子である。
成してなる薄膜素子であって、該酸化物超伝導体膜は、
酸化物超伝導体を構成する原子の少なくとも一つからな
る原子の単層が基板に対して実質的に垂直方向に酸化物
超伝導体の格子構造に従って周期性をもって積層された
ものであり、且つその中間部において酸化物超伝導体構
成原子の少なくとも一部が他の元素に置換されて非超伝
導体中間層が形成されており、酸化物超伝導体の格子構
造に従う積層の周期性が超伝導体層と非超伝導体中間層
との間の界面を横切って維持されていることを特徴とす
る薄膜素子である。
【００１７】上記薄膜は、具体的には例えばＬＢ2 Ｃｕ
3 Ｏ7-δ（Ｌ：希土類元素，Ｂ：アルカリ土金属），Ｔ
ｌＢａ2-n Ｃａn-1+x Ｃｕn Ｏ2n+1（ｎ：１，２，３）
またはＢｉ2 Ｓｒx Ｃａy Ｃｕn Ｏ2n+4（ｎ：１，２，
３、ｘ＋ｙ≒ｎ＋１）などのＣｕ−Ｏ層を含む酸化物超
伝導体である。そしてこの場合、薄膜中間部においてこ
のＣｕ−Ｏ層のＣｕの一部または全部を他の元素で置換
するようにすれば良い。またこの置換元素としては、周
期表II族ｂ亜族元素，周期表III 族ｂ亜族元素，あるい
はＣｕ以外の遷移元素を用いれば良い。
3 Ｏ7-δ（Ｌ：希土類元素，Ｂ：アルカリ土金属），Ｔ
ｌＢａ2-n Ｃａn-1+x Ｃｕn Ｏ2n+1（ｎ：１，２，３）
またはＢｉ2 Ｓｒx Ｃａy Ｃｕn Ｏ2n+4（ｎ：１，２，
３、ｘ＋ｙ≒ｎ＋１）などのＣｕ−Ｏ層を含む酸化物超
伝導体である。そしてこの場合、薄膜中間部においてこ
のＣｕ−Ｏ層のＣｕの一部または全部を他の元素で置換
するようにすれば良い。またこの置換元素としては、周
期表II族ｂ亜族元素，周期表III 族ｂ亜族元素，あるい
はＣｕ以外の遷移元素を用いれば良い。
【００１８】また、上記薄膜をＬＢ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-δ（Ｌ：希土類元素、Ｂ：アルカリ土金属）で構成し
た場合は、薄膜中間部においてこのＬ含有層のＬの一部
または全部を他の希土類元素またはアルカリ土類金属元
素で置換すれば良い。
7-δ（Ｌ：希土類元素、Ｂ：アルカリ土金属）で構成し
た場合は、薄膜中間部においてこのＬ含有層のＬの一部
または全部を他の希土類元素またはアルカリ土類金属元
素で置換すれば良い。
【００１９】更に，上記の薄膜をＴｌＢａ2-n Ｃａ
n-1+xＣｕn Ｏ2n+1（ｎ：１，２，３）またはＢｉ2 Ｓ
ｒx Ｃａy Ｃｕn Ｏ2n+4（ｎ：１，２，３、ｘ＋ｙ≒ｎ
＋１）で構成した場合には、薄膜中間部においてＣａ含
有層のＣａの一部または全部を他のアルカリ土金属また
は３価の希土類元素（例えばＹ）で置換すれば良い。
n-1+xＣｕn Ｏ2n+1（ｎ：１，２，３）またはＢｉ2 Ｓ
ｒx Ｃａy Ｃｕn Ｏ2n+4（ｎ：１，２，３、ｘ＋ｙ≒ｎ
＋１）で構成した場合には、薄膜中間部においてＣａ含
有層のＣａの一部または全部を他のアルカリ土金属また
は３価の希土類元素（例えばＹ）で置換すれば良い。
【００２０】一方このような薄膜を作製する際には、分
子線蒸着（ＭＢＥ），レーザーアブレーション，あるい
は電子ビームや抵抗加熱による蒸着法などの方法が用い
られる。
子線蒸着（ＭＢＥ），レーザーアブレーション，あるい
は電子ビームや抵抗加熱による蒸着法などの方法が用い
られる。
【００２１】またこの薄膜において上記のように基板に
対し元素が実質的に垂直方向に周期構造を有する酸化物
超伝導体構造とするための具体的な作製法は、従来技術
において超格子を作製するのと同様な方法が用いられ
る。
対し元素が実質的に垂直方向に周期構造を有する酸化物
超伝導体構造とするための具体的な作製法は、従来技術
において超格子を作製するのと同様な方法が用いられ
る。
【００２２】このような具体的な方法としては、各層を
一層づつ、ＹＢＣＯの場合ではＢａＯ，ＣｕＯ2 ，Ｂａ
Ｏ，ＣｕＯ2 ，ＹＣｕＯ2 の順に滞積していく方法，例
えば積み上げ法蒸着(layer by layer)などが挙げられ
る。
一層づつ、ＹＢＣＯの場合ではＢａＯ，ＣｕＯ2 ，Ｂａ
Ｏ，ＣｕＯ2 ，ＹＣｕＯ2 の順に滞積していく方法，例
えば積み上げ法蒸着(layer by layer)などが挙げられ
る。
【００２３】その他、薄膜を構成するブロック層毎に順
次蒸着して堆積する方法を採っても勿論良い。この場
合、例えばＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 では、ＢａＣｕＯ2 ，Ｙ
ＣｕＯ2.5 ，ＢａＣｕＯ2 の順で行えば良い。またＢｉ
2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏ8 の場合には、JJAP 27(1988)218
83において川合，安達氏らによる論文に述べられている
ように、Ｂｉ2 Ｏ2 −ＳｒＣｕＯ2 −ＣａＣｕＯ2 −Ｓ
ｒＣｕＯ2 （−Ｃｕ）の順で堆積することにより作製す
ることができる。
次蒸着して堆積する方法を採っても勿論良い。この場
合、例えばＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 では、ＢａＣｕＯ2 ，Ｙ
ＣｕＯ2.5 ，ＢａＣｕＯ2 の順で行えば良い。またＢｉ
2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏ8 の場合には、JJAP 27(1988)218
83において川合，安達氏らによる論文に述べられている
ように、Ｂｉ2 Ｏ2 −ＳｒＣｕＯ2 −ＣａＣｕＯ2 −Ｓ
ｒＣｕＯ2 （−Ｃｕ）の順で堆積することにより作製す
ることができる。
【００２４】また実際の薄膜素子においては変調層の上
下部分にそれぞれ独立して電流端子を設けるため、上記
構造を作製後に、例えば第４図のように下側の超伝導層
Ｓ1 が露出するようにエッチングするか，あるいは下側
の超伝導層Ｓ1 作製後ないし場合によっては超伝導構成
原子の一部が他の元素に置換された非超伝導体中間層す
なわち変調層Ｄ作製後にマスクをかぶせて、下側の超伝
導層Ｓ1 の一部が露出し、その他が変調層Ｄと上側の超
伝導層Ｓ2 に覆われるようにする必要がある。
下部分にそれぞれ独立して電流端子を設けるため、上記
構造を作製後に、例えば第４図のように下側の超伝導層
Ｓ1 が露出するようにエッチングするか，あるいは下側
の超伝導層Ｓ1 作製後ないし場合によっては超伝導構成
原子の一部が他の元素に置換された非超伝導体中間層す
なわち変調層Ｄ作製後にマスクをかぶせて、下側の超伝
導層Ｓ1 の一部が露出し、その他が変調層Ｄと上側の超
伝導層Ｓ2 に覆われるようにする必要がある。
【００２５】また、本発明においては、積層構造を例え
ばＳ／Ｉ／Ｓ／Ｉ／Ｓ，Ｓ／Ｎ／Ｓ／Ｉ／Ｓとしたり、
更には薄膜素子の上ないし下に他の公知の構造を積層し
てもよい。
ばＳ／Ｉ／Ｓ／Ｉ／Ｓ，Ｓ／Ｎ／Ｓ／Ｉ／Ｓとしたり、
更には薄膜素子の上ないし下に他の公知の構造を積層し
てもよい。
【００２６】
【作 用】例えば ISTECジャーナル２（３）1989, P19
の川合氏による研究論文にはレーザーアブレーションに
よる超格子構造の作製が解説されているが、この研究の
目的は超伝導体の次元性や超格子構造の作製にあり、本
発明における上記のヘテロ界面の作製とは構造が異な
る。
の川合氏による研究論文にはレーザーアブレーションに
よる超格子構造の作製が解説されているが、この研究の
目的は超伝導体の次元性や超格子構造の作製にあり、本
発明における上記のヘテロ界面の作製とは構造が異な
る。
【００２７】つまり本発明ではこれらの超格子作製技術
は利用するが、例えばＹＢＣＯ系酸化物超伝導体中の希
土類元素やＣｕ，あるいはＢｉ系酸化物超伝導体中のア
ルカリ土金属やＣｕをそれぞれ他の元素で置換した部分
がもとの結晶構造中にこの結晶構造を安定に保ったまま
存在すること、従って酸化物超伝導体の格子構造に従う
積層の周期性が超伝導層と非超伝導体中間層との界面を
横切って維持されており、この置換された非超伝導体中
間層部分がジョセフソン接合に必要な絶縁特性または常
伝導特性を示すことが特徴である。
は利用するが、例えばＹＢＣＯ系酸化物超伝導体中の希
土類元素やＣｕ，あるいはＢｉ系酸化物超伝導体中のア
ルカリ土金属やＣｕをそれぞれ他の元素で置換した部分
がもとの結晶構造中にこの結晶構造を安定に保ったまま
存在すること、従って酸化物超伝導体の格子構造に従う
積層の周期性が超伝導層と非超伝導体中間層との界面を
横切って維持されており、この置換された非超伝導体中
間層部分がジョセフソン接合に必要な絶縁特性または常
伝導特性を示すことが特徴である。
【００２８】従来は、例えばＹＢａ2 ＣｕＯ7 ／（ＹＰ
ｒ）Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 ／ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 などのＳ／
Ｉ／Ｓ構造が検討されてきたが、これはあくまで従来の
ヘテロ積層膜という考えにたっており、もとのＹＢＣＯ
系酸化物超伝導体膜の組成を局所的に変調したものでは
ない。
ｒ）Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 ／ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 などのＳ／
Ｉ／Ｓ構造が検討されてきたが、これはあくまで従来の
ヘテロ積層膜という考えにたっており、もとのＹＢＣＯ
系酸化物超伝導体膜の組成を局所的に変調したものでは
ない。
【００２９】すなわち従来のＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 ，Ｂｉ
2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏ8-δなどの結晶構造は極低温（４
Ｋ）から高温（〜 600℃）までの広い温度範囲で安定で
あるが従来のヘテロ構造はこの安定な構造を壊すことで
作製されてきたため、この従来構造では異種層の界面の
制御が旨くできず、熱力学的に安定な構造の薄膜素子は
作製されない。
2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏ8-δなどの結晶構造は極低温（４
Ｋ）から高温（〜 600℃）までの広い温度範囲で安定で
あるが従来のヘテロ構造はこの安定な構造を壊すことで
作製されてきたため、この従来構造では異種層の界面の
制御が旨くできず、熱力学的に安定な構造の薄膜素子は
作製されない。
【００３０】これに対し本発明の場合、本来安定である
結晶構造をほぼ完全に保ったままで上記従来のヘテロ構
造と実質的に同一の電気特性が得られ、また用いられる
変調部の組成は基本組成である超伝導と同様にその結晶
が熱力学的に安定であり安定な膜として存在し得る。そ
してこのため、本発明によれば、上記従来の問題がな
く、作動温度が高く、また特性の良好な薄膜素子を得る
ことができる。
結晶構造をほぼ完全に保ったままで上記従来のヘテロ構
造と実質的に同一の電気特性が得られ、また用いられる
変調部の組成は基本組成である超伝導と同様にその結晶
が熱力学的に安定であり安定な膜として存在し得る。そ
してこのため、本発明によれば、上記従来の問題がな
く、作動温度が高く、また特性の良好な薄膜素子を得る
ことができる。
【００３１】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。
【００３２】本発明の特徴性は層構成にあるので、以下
の説明ではこれについてのみ示す。
の説明ではこれについてのみ示す。
【００３３】第１図(A) はｃ軸配向したＹＢＣＯ系酸化
物超伝導体膜の基本構成を示したもので、ＢａＯ−Ｃｕ
Ｏ−ＢａＯ−ＣｕＯ−Ｙ−ＣｕＯの基本周期が繰返され
ている。但し欠陥の発生によりこの基本周期の一部が局
所的に崩れることもある。
物超伝導体膜の基本構成を示したもので、ＢａＯ−Ｃｕ
Ｏ−ＢａＯ−ＣｕＯ−Ｙ−ＣｕＯの基本周期が繰返され
ている。但し欠陥の発生によりこの基本周期の一部が局
所的に崩れることもある。
【００３４】第１図(B) に示したのは上記ｃ軸配向膜に
関する本発明の実施例で、第１図(A) の構造中の中間層
におけるＣｕ−Ｏ層（図の場合はＣｕＯ平面のＣｕ−
Ｏ）をＣｕＭＯで置換した構造で、図示のようにＣｕＭ
Ｏの間には変調部が形成される。この変調部は上記の基
本周期を保つように導入される。尚、ＭはＺｎなどの周
期表II族ｂ亜族元素、Ａｌ，Ｇａなどの周期表III 族ｂ
亜族元素、あるいはＣｒ、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｒ、Ｐ
ｔなどのＣｕ以外の遷移元素で、Ｃｕとのイオン半径が
大きく異ならないものが好ましい（以下同じ）。
関する本発明の実施例で、第１図(A) の構造中の中間層
におけるＣｕ−Ｏ層（図の場合はＣｕＯ平面のＣｕ−
Ｏ）をＣｕＭＯで置換した構造で、図示のようにＣｕＭ
Ｏの間には変調部が形成される。この変調部は上記の基
本周期を保つように導入される。尚、ＭはＺｎなどの周
期表II族ｂ亜族元素、Ａｌ，Ｇａなどの周期表III 族ｂ
亜族元素、あるいはＣｒ、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｒ、Ｐ
ｔなどのＣｕ以外の遷移元素で、Ｃｕとのイオン半径が
大きく異ならないものが好ましい（以下同じ）。
【００３５】上記の変調部の長さは、通常、相関長より
長く且つ相関長の10倍以下にする必要があると考えられ
ている。液体窒素温度（77Ｋ）以上の臨界温度Ｔc をも
つ酸化物の場合、異方性があるが、典型的には相関長は
10Ａ程度かそれ以下であり、従って変調部の長さは最小
基本構造単位（ｃ軸長）〜10倍のｃ軸長，即ち10〜 100
Åが好ましい範囲といえる。また上下の超伝導層として
は50〜1000Åが適切である。
長く且つ相関長の10倍以下にする必要があると考えられ
ている。液体窒素温度（77Ｋ）以上の臨界温度Ｔc をも
つ酸化物の場合、異方性があるが、典型的には相関長は
10Ａ程度かそれ以下であり、従って変調部の長さは最小
基本構造単位（ｃ軸長）〜10倍のｃ軸長，即ち10〜 100
Åが好ましい範囲といえる。また上下の超伝導層として
は50〜1000Åが適切である。
【００３６】第１図(C) はＣ軸配向膜の他の変調例を示
したもので、この例ではＣｕＯ平面でなくＣｕＯ鎖をＣ
ｕＭＯで置換したものである。
したもので、この例ではＣｕＯ平面でなくＣｕＯ鎖をＣ
ｕＭＯで置換したものである。
【００３７】第１図(D) は、ＹをＹ及びＹ以外の価数の
異なる希土類元素Ｌ（例えばＣｅ4+、Ｐｒ4+）で置換し
た実施例を示したものである。その他、この置換をアル
カリ土金属（例えばＣａ2+）で行っても良い。
異なる希土類元素Ｌ（例えばＣｅ4+、Ｐｒ4+）で置換し
た実施例を示したものである。その他、この置換をアル
カリ土金属（例えばＣａ2+）で行っても良い。
【００３８】第２図(A) はａ軸配向したＹＢＣＯ系酸化
物超伝導膜の基本構成を示したもので、ＹＢａＯ−Ｃｕ
Ｏの基本周期が繰返されている。本発明の薄膜素子にお
いては、この基本周期が保たれるように変調が行われ
る。
物超伝導膜の基本構成を示したもので、ＹＢａＯ−Ｃｕ
Ｏの基本周期が繰返されている。本発明の薄膜素子にお
いては、この基本周期が保たれるように変調が行われ
る。
【００３９】即ち第２図(B) ，(C) はこのａ軸配向膜に
関する本発明の実施例で、第２図(B) の例は中間部にお
けるＣｕＯ層をＣｕＭＯで置換した構造で、このＣｕＭ
Ｏの間には変調部が形成される。また第２図(C) はＹ−
ＢａＯ層のＹをＹ及びＹ以外の希土類元素Ｌで置換した
実施例を示したものである。
関する本発明の実施例で、第２図(B) の例は中間部にお
けるＣｕＯ層をＣｕＭＯで置換した構造で、このＣｕＭ
Ｏの間には変調部が形成される。また第２図(C) はＹ−
ＢａＯ層のＹをＹ及びＹ以外の希土類元素Ｌで置換した
実施例を示したものである。
【００４０】第３図(A) はｃ軸配向したＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃ
ａＣｕ2 Ｏ 2n+4+δ膜の基本構造を示したもので、Ｂｉ
Ｏ−ＳｒＯ−ＣｕＯ−ＣａＯ−ＣｕＯ−ＳｒＯ−ＢｉＯ
の基本周期が繰返されている。
ａＣｕ2 Ｏ 2n+4+δ膜の基本構造を示したもので、Ｂｉ
Ｏ−ＳｒＯ−ＣｕＯ−ＣａＯ−ＣｕＯ−ＳｒＯ−ＢｉＯ
の基本周期が繰返されている。
【００４１】そして第３図(B) に示した本発明の薄膜素
子はＣｕの一部をＣｕＭに置換した構造であり、ＣｕＭ
Ｏ間に変調部が形成される。また第３図(C) に示した例
ではＣａの一部がＹで置換され、ＣａＹＯの間に変調部
が形成される。
子はＣｕの一部をＣｕＭに置換した構造であり、ＣｕＭ
Ｏ間に変調部が形成される。また第３図(C) に示した例
ではＣａの一部がＹで置換され、ＣａＹＯの間に変調部
が形成される。
【００４２】尚、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化
物超伝導体の場合には、第３図(A)〜(C) においてＢｉ
をＴｌ，ＳｒをＢａとしたのと同様な構造とすれば良
い。
物超伝導体の場合には、第３図(A)〜(C) においてＢｉ
をＴｌ，ＳｒをＢａとしたのと同様な構造とすれば良
い。
【００４３】尚、以上の様々な元素の置換法は、必要で
あればこれらの２つ以上の方法を同時に組合わせるよう
にしても良い。例えばＹＢＣＯ系超伝導体膜の場合を例
に採れば、第１図(B) と第１図(C) の置換法を同時に組
合わせることが挙げられる。
あればこれらの２つ以上の方法を同時に組合わせるよう
にしても良い。例えばＹＢＣＯ系超伝導体膜の場合を例
に採れば、第１図(B) と第１図(C) の置換法を同時に組
合わせることが挙げられる。
【００４４】第５図はＹＢＣＯ系超伝導体からなる薄膜
素子における従来のヘテロエピタキシャル成長例を示し
たもので、図においてＢａＯの間にヘテロ界面が形成さ
れる。
素子における従来のヘテロエピタキシャル成長例を示し
たもので、図においてＢａＯの間にヘテロ界面が形成さ
れる。
【００４５】実施例１ 酸素分圧３×10-4torrの雰囲気下において、ＳｒＴｉＯ
3 （001)基板の面上に、電子ビーム蒸着と抵抗加熱によ
りＹＢＣＯ系酸化物超伝導体膜を以下のように作製し
た。
3 （001)基板の面上に、電子ビーム蒸着と抵抗加熱によ
りＹＢＣＯ系酸化物超伝導体膜を以下のように作製し
た。
【００４６】即ち、各膜厚の制御を印加パワーと時間及
び水晶振動式膜厚モニターにより膜厚を検知しつつ、シ
ャッター開閉によりＢａＯ層をまず一層分基板上に蒸着
し、次いでこの上にＣｕを一層分蒸着し、更にＢａＯ，
Ｃｕ，Ｙ2 Ｏ3 ，Ｃｕ，ＢａＯの順に順次蒸着を行い、
これを30回繰返すことにより、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の膜
を作製した。尚、基板温度は 700℃、各層の蒸着速度は
10Ａ／ minとした。
び水晶振動式膜厚モニターにより膜厚を検知しつつ、シ
ャッター開閉によりＢａＯ層をまず一層分基板上に蒸着
し、次いでこの上にＣｕを一層分蒸着し、更にＢａＯ，
Ｃｕ，Ｙ2 Ｏ3 ，Ｃｕ，ＢａＯの順に順次蒸着を行い、
これを30回繰返すことにより、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の膜
を作製した。尚、基板温度は 700℃、各層の蒸着速度は
10Ａ／ minとした。
【００４７】その後、酸素分圧 100torrにて５時間保持
し、次いで50℃／ minで室温まで冷却した。
し、次いで50℃／ minで室温まで冷却した。
【００４８】得られた薄膜は87Ｋでゼロ抵抗を示し、ま
たＸ線回析により良好なＣ軸配向膜となっていることが
判った。
たＸ線回析により良好なＣ軸配向膜となっていることが
判った。
【００４９】次に上記と同じ方法でまず30格子分からな
るＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を作製し、次にＣｕのかわりにＣ
ｏ 0.5Ｃｕ 0.5を用いてこの上に同様な蒸着による成膜
を５周期分繰返し、ＹＢａ（Ｃｕ 0.5Ｃｏ 0.5）3 Ｏx
を得た。
るＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を作製し、次にＣｕのかわりにＣ
ｏ 0.5Ｃｕ 0.5を用いてこの上に同様な蒸着による成膜
を５周期分繰返し、ＹＢａ（Ｃｕ 0.5Ｃｏ 0.5）3 Ｏx
を得た。
【００５０】次に再びＢａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｃｕを用いて
20格子分の蒸着を繰返し、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を得た。
20格子分の蒸着を繰返し、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を得た。
【００５１】この膜を上記と同様に酸素分圧 100torrに
て５時間保持した後50℃／ minで室温まで冷却した。得
られた膜の膜面内の抵抗を測定した所、87Ｋでゼロ抵抗
となることが判った。
て５時間保持した後50℃／ minで室温まで冷却した。得
られた膜の膜面内の抵抗を測定した所、87Ｋでゼロ抵抗
となることが判った。
【００５２】またＸ線回析により良好なＣ軸配向性も確
かめられた。これによりＣｏが両側の超伝導部に拡散せ
ず、良好な特性の薄膜素子が得られたことが判る。
かめられた。これによりＣｏが両側の超伝導部に拡散せ
ず、良好な特性の薄膜素子が得られたことが判る。
【００５３】実施例２ 実施例１と同じ条件で、ＳｒＴｉＯ3 （001)基板の面上
にＹＢａ2 ＣｕＯ7 ，ＹＢａ2 ＣｕＯ7 のＹを（Ｐｒ
0.5 Ｙ0.5 ）に変えた（Ｐｒ0.5Ｙ0.5 ）Ｂａ2 ＣｕＯ
7 ，並びにＹＢａ2 ＣｕＯ7 を順次滞積して、本発明の
薄膜素子を得た。
にＹＢａ2 ＣｕＯ7 ，ＹＢａ2 ＣｕＯ7 のＹを（Ｐｒ
0.5 Ｙ0.5 ）に変えた（Ｐｒ0.5Ｙ0.5 ）Ｂａ2 ＣｕＯ
7 ，並びにＹＢａ2 ＣｕＯ7 を順次滞積して、本発明の
薄膜素子を得た。
【００５４】この膜を実施例１に同じく酸素分圧 100to
rrにて５時間保持した後50℃／ minで室温まで冷却し、
得られた膜の膜面内の抵抗測定，並びにＸ線回析を行っ
たところ、実施例１と同様に特性の良好な薄膜素子であ
った。
rrにて５時間保持した後50℃／ minで室温まで冷却し、
得られた膜の膜面内の抵抗測定，並びにＸ線回析を行っ
たところ、実施例１と同様に特性の良好な薄膜素子であ
った。
【００５５】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、前記従
来技術のような問題がなく、作動温度が高くて良好な特
性の薄膜素子を得ることができる。
来技術のような問題がなく、作動温度が高くて良好な特
性の薄膜素子を得ることができる。
【００５６】図面および図面の簡単な説明は原出願と同
一。
一。
【図１】(A) はｃ軸配向を有するＹＢＣＯ系の酸化物超
伝導体の基本構造を示した説明図、(B) 〜(D) は同じく
本発明の構造を示した説明図
伝導体の基本構造を示した説明図、(B) 〜(D) は同じく
本発明の構造を示した説明図
【図２】(A) はａ軸配向を有するＹＢＣＯ系の酸化物超
伝導体の基本構造を示した説明図、(B) 〜(C) は同じく
本発明の構造を示した説明図
伝導体の基本構造を示した説明図、(B) 〜(C) は同じく
本発明の構造を示した説明図
【図３】(A) はＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏ 2n+4+δの基
本構造を示した説明図、(B) はこの構造でＣｕをＣｕＭ
に置換した例を示した説明図、(C) は同じくＣａをＣａ
Ｙで置換した例を示した説明図
本構造を示した説明図、(B) はこの構造でＣｕをＣｕＭ
に置換した例を示した説明図、(C) は同じくＣａをＣａ
Ｙで置換した例を示した説明図
【図４】本発明の薄膜素子の積層構造の一例の説明図
【図５】ＹＢＣＯ系の酸化物超伝導体における従来のヘ
テロエピタキシャル成長例を示した説明図である。
テロエピタキシャル成長例を示した説明図である。
Ｓ1 ，Ｓ2 …超伝導体層 Ｄ…変調層
Claims (9)
- 【請求項１】 基板上に酸化物超伝導体膜を形成してな
る薄膜素子であって、該酸化物超伝導体膜は、酸化物超
伝導体を構成する原子の少なくとも一つからなる原子の
単層が基板に対して実質的に垂直方向に酸化物超伝導体
の格子構造に従って周期性をもって積層されたものであ
り、且つその中間部において酸化物超伝導体構成原子の
少なくとも一部が他の元素に置換されて非超伝導体中間
層が形成されており、酸化物超伝導体の格子構造に従う
積層の周期性が超伝導体層と非超伝導体中間層との間の
界面を横切って維持されていることを特徴とする薄膜素
子。 - 【請求項２】 酸化物超伝導体を構成する原子の少なく
とも一つからなる原子の層が順次蒸着することにより形
成されたことを特徴とする請求項１記載の薄膜素子。 - 【請求項３】 酸化物超伝導体膜がＣｕ−Ｏ層を含む酸
化物超伝導体膜であることを特徴とする請求項１記載の
薄膜素子。 - 【請求項４】 Ｃｕ−Ｏ層を含む酸化物超伝導体膜がＬ
Ｂ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ（Ｌ：希土類元素，Ｂ：アルカリ土金
属），ＴｌＢａ2-n Ｃａn-1+x Ｃｕn Ｏ2n+1（ｎ：１，
２，３）またはＢｉ2 Ｓｒx Ｃａy Ｃｕn Ｏ2n+4（ｎ：
１，２，３、ｘ＋ｙ≒ｎ＋１）であることを特徴とする
請求項３記載の薄膜素子。 - 【請求項５】 酸化物超伝導体膜がＣｕ−Ｏ層を含む酸
化物超伝導体膜であり、酸化物超伝導体膜の中間部にお
いて、Ｃｕの一部または全部が他の元素で置換されてい
ることを特徴とする請求項１記載の薄膜素子。 - 【請求項６】 他の元素が、周期表II族ｂ亜族元素，周
期表III 族ｂ亜族元素あるいはＣｕ以外の遷移元素であ
ることを特徴とする請求項５記載の薄膜素子。 - 【請求項７】 酸化物超伝導体膜がＬＢ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ
（Ｌ：希土類元素、Ｂ：アルカリ土金属）からなり、酸
化物超伝導体膜の中間部においてＬの一部または全部が
他の希土類元素またはアルカリ土金属元素で置換されて
いることを特徴とする請求項１記載の薄膜素子。 - 【請求項８】 酸化物超伝導体膜がＴｌＢａ2-n Ｃａ
n-1+x Ｃｕn Ｏ2n+1（ｎ：１，２，３）またはＢｉ2 Ｓ
ｒx Ｃａy Ｃｕn Ｏ2n+4（ｎ：１，２，３、ｘ＋ｙ≒ｎ
＋１）からなり、酸化物超伝導体膜の中間部においてＣ
ａの一部または全部が他のアルカリ土金属元素，または
３価の希土類元素で置換されていることを特徴とする請
求項１記載の薄膜素子。 - 【請求項９】 酸化物超伝導体膜の膜厚方向に電流を流
すジョセフソン素子であることを特徴とする請求項１記
載の薄膜素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3137754A JPH0555645A (ja) | 1990-06-11 | 1991-06-10 | 薄膜素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-152178 | 1990-06-11 | ||
| JP15217890 | 1990-06-11 | ||
| JP3137754A JPH0555645A (ja) | 1990-06-11 | 1991-06-10 | 薄膜素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555645A true JPH0555645A (ja) | 1993-03-05 |
Family
ID=15534757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3137754A Pending JPH0555645A (ja) | 1990-06-11 | 1991-06-10 | 薄膜素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5422338A (ja) |
| EP (1) | EP0461592B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0555645A (ja) |
| DE (1) | DE69121792T2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2078540A1 (en) * | 1991-09-17 | 1993-03-18 | So Tanaka | Superconducting thin film formed of oxide superconductor material, superconducting device utilizing the superconducting thin film |
| EP0579018B1 (de) * | 1992-07-02 | 1998-09-30 | Balzers Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung einer Metalloxidschicht, Vakuumbehandlungsanlage hierfür sowie mit mindestens einer Metalloxidschicht beschichteter Teil |
| JPH08288563A (ja) * | 1995-04-17 | 1996-11-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
| JP3579690B2 (ja) * | 2000-09-01 | 2004-10-20 | 独立行政法人 科学技術振興機構 | 複合酸化物系薄膜の作製方法及びその装置並びにそれにより作製した複合酸化物系薄膜。 |
| WO2013114588A1 (ja) * | 2012-02-01 | 2013-08-08 | 古河電気工業株式会社 | 超電導線材の製造方法及び超電導線材 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63160273A (ja) * | 1986-12-23 | 1988-07-04 | Fujitsu Ltd | 高速半導体装置 |
| US5034374A (en) * | 1988-06-13 | 1991-07-23 | Fujitsu Limited | Method of producing high temperature superconductor Josephson element |
| JPH0259403A (ja) * | 1988-08-26 | 1990-02-28 | Hitachi Ltd | 酸化物超電導材料の製造法とイオンビーム・スパツタ装置及び電子素子 |
| JPH0283986A (ja) * | 1988-09-20 | 1990-03-26 | Fujitsu Ltd | 超伝導ダイオード |
| JPH02177381A (ja) * | 1988-09-22 | 1990-07-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超伝導体のトンネル接合素子 |
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