一軸配向性に優れた高温超伝導体薄膜及びその製造方法

【課題】Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系薄膜の結晶配向性を制御でき、優れたデバイスとなる超伝導体薄膜の提供を目的とする。
【解決手段】基板材料の表面に形成したＬａＮｉＯ_３薄膜層と、当該ＬａＮｉＯ_３薄膜層の上に形成されたＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系薄膜層を有することを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は結晶の配向性に優れた高温超伝導体薄膜及びその製造方法に関し、特にｃ軸配向性に優れたＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の薄膜に係る。
【背景技術】
【０００２】
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系のＹ系銅酸化物は、液体窒素温度（７７Ｋ）を超える９０Ｋ以上の転移温度を示すことから、高温超伝導体と称されている。
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（以下必要に応じてＹＢＣＯと略称する）の高温超伝導体は酸素欠損型のペロブスカイト構造からなる結晶構造を有し、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘと表現されている。
【０００３】
近年、このような高温超伝導性特性を利用した低消費電力型電子機器の開発が進められている。
例えば高周波分野においては、超伝導アンテナ・フィルタへの応用が検討されている。
安定したフィルタリング特性を得るには薄膜に対して垂直方向に結晶が配向したｃ軸配向性に優れた薄膜が望ましい。
しかし、高周波分野等において、これまで三方晶、非晶質で構成された低誘電率基板材料上（表面）に斜方晶、正方晶構造を有するＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系薄膜を配向性よく結晶成長させることは容易ではなかった。
【０００４】
特許文献１には、テンプレート層としてチタン酸ビスマスの薄膜を用いたｃ軸ペロブスカイト薄膜を開示するが、ビスマスは蒸発しやすく、製造プロセスの自由度が制限される欠点がある。
また、同公報にはＹＢＣＯ膜に対する特性が明らかにされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平８−５０５２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系薄膜の結晶配向性を制御でき、優れたデバイスとなる超伝導体薄膜の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らが誠意、研究した結果、種々の基板材料上で強い自己配向性を示すＬａＮｉＯ_３（以下必要に応じてＬＮＯと略称する）膜をテンプレート層として用いると、ＬＮＯは立方晶であるが、ＹＢＣＯと面内の結晶構造が類似していることから一軸配向性に優れたＹＢＣＯ薄膜が得られることを見い出し、本発明に至った。
【０００８】
本発明に係る一軸配向性に優れたＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の薄膜は、基板材料の表面に形成したＬａＮｉＯ_３薄膜層と、当該ＬａＮｉＯ_３薄膜層の上に形成されたＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系薄膜層を有することを特徴とする。
また、本発明に係る一軸配向性に優れた高温超伝導体薄膜の製造方法は、基板材料の表面にテンプレート層としてＬａＮｉＯ_３薄膜層を形成するステップと、その上にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体薄膜を形成するステップを有することを特徴とする。
高周波を対象とする分野では低誘電率の基板材料上に高温超伝導体薄膜を形成したいニーズが高く、本発明により、三方晶、六方晶からなる石英や三方晶からなるサファイヤ、あるいはランダム配向性又は非晶質からなる、低誘電率基板材料上に一軸配向性に優れた高温超伝導体薄膜の形成が可能になった。
また、本発明では、Ｙ−ＺｒＯ_２（イットリア安定化ジルコニア：ＹＳＺ）薄膜上に結晶配向性に優れたＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体薄膜を形成することもできる。
【０００９】
ここで、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体はＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘと表現されるが、酸素欠損型であることから、［Ｏ_７−ｘ］と表現し、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６．９と表現する場合もある。
これと同様の結晶構造を有するものとしては、ＹがＬａ：ランタン，Ｎｄ：ネオジム，Ｓｍ：サマリウム，Ｅｕ：ユウロピウム，Ｇｄ：ガドリニウム，Ｄｙ：ジスプロシウム，Ｈｏ：ホルミウム，Ｅｒ：エルビウム，Ｔｍ：ツリウム，Ｙｂ：イッテルビウム，Ｌｕ：ルテチウムのいずれかに置換したものが知られており、これらの薄膜体を用いてもよい。
【００１０】
本発明において薄膜の成形方法に特に制限はないが、パルスレーザー堆積法、スパッタリング法等の真空法を用いることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、テンプレート層として自己配向性の強いＬＮＯ薄膜を用いたので、その上にｃ軸配向性に優れたＹＢＣＯ薄膜を形成することができ、例えば超伝導アンテナ・フィルタの分野において優れたフィルタリング特性を示すデバイスが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１として、石英（ｑｕａｒｔｚ）上にＬＮＯ膜及びＹＢＣＯ膜をパスルレーザ堆積法にて成膜した条件を示す。
【図２】石英の上に成膜したＬＮＯ膜のＸＲＤ分析チャートを示す。
【図３】実施例１のＬＮＯ膜の上に成膜したＹＢＣＯ膜のＸＲＤ分析チャートを示す。
【図４】実施例１にて得られたＹＢＣＯ膜の表面電顕写真を示す。
【図５】実施例２として、Ｒ面サファイヤ上にＬＮＯ膜及びＹＢＣＯ膜をパルスレーザ堆積法にて成膜した条件を示す。
【図６】Ｒ面サファイヤ上に成膜下ＬＮＯ膜のＸＲＤ分析チャートを示す。
【図７】実施例２のＬＮＯ膜上に成膜したＹＢＣＯ膜のＸＲＤ分析チャートを示す。
【図８】実施例２にて得られたＹＢＣＯ膜の表面電顕写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る薄膜積層体の製造例を以下実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【実施例１】
【００１４】
低誘電率基板材料の１つである石英基板上に、パルスレーザ堆積法を用いて図１に示す条件にてＬＮＯ膜及びＹＢＣＯ膜を成膜した。
ＬＮＯ膜のＸＲＤ分析チャートを図２に示し、ＬＮＯ膜をテンプレート層として成膜したＹＢＣＯ膜のＸＲＤ分析チャートを図３に示す。
また、ＹＢＣＯ膜の表面電顕写真を図４に示す。
この結果、ＹＢＣＯ膜がｃ軸配向した結晶構造になっていることが確認され、異なる配向を示す成分は認められなかった。
【実施例２】
【００１５】
低誘電率基板材料の１つであるＲ面サファイヤ上にパルスレーザ堆積法を用いて、図５に示す条件にてＬＮＯ膜及びその上にＹＢＣＯ膜を成膜した。
まず、ＬＮＯ膜のＸＲＤ分析チャートを図６に示し、ＬＮＯ膜をテンプレート層として用いたＹＢＣＯ膜のＸＲＤ分析チャートを図７に示し、表面電顕写真を図８に示す。
この場合にもＹＢＣＯ膜がｃ軸配向した結晶成長を示し、他の配向成分が認められなかった。
なお、本実施例ではＹＢＣＯ膜の形成について説明したが、Ｌａ系、Ｐｂ系、さらには、Ｈｇ系、Ｂｉ系、Ｔｌ系等の銅酸化物高温超伝導体薄膜にも適用可能と推定される。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板材料の表面に形成したＬａＮｉＯ_３薄膜層と、当該ＬａＮｉＯ_３薄膜層の上に形成されたＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系薄膜層を有することを特徴とする一軸配向性に優れたＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の薄膜積層体。
【請求項２】
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系薄膜において、ＹがＬａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕのいずれかに置換されたものであることを特徴とする請求項１記載の薄膜積層体。
【請求項３】
基板材料の表面にテンプレート層としてＬａＮｉＯ_３薄膜層を形成するステップと、その上にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体薄膜を形成するステップを有することを特徴とする一軸配向性に優れた高温超伝導体薄膜体の製造方法。

【図１】