超導(dǎo)元件及其制造方法
【專利說(shuō)明】超導(dǎo)元件及其制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)基于在2014年3月17日提交的日本專利申請(qǐng)N0.2014-053268，并主張其優(yōu)先權(quán)，所述專利申請(qǐng)的全文內(nèi)容援引并入本申請(qǐng)中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請(qǐng)所描述的實(shí)施方案主要涉及超導(dǎo)元件及其制造方法。
技術(shù)背景
[0004]例如，期望將超導(dǎo)元件應(yīng)用于微波裝置等。改善這種超導(dǎo)元件的特性是適宜的。為了改善特性，期望提高該超導(dǎo)元件的結(jié)晶性。
【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的超導(dǎo)元件的示意性橫截面視圖；
[0006]圖2是根據(jù)第一實(shí)施方案的超導(dǎo)元件的特性的圖；
[0007]圖3A和圖3B是根據(jù)第一實(shí)施方案的超導(dǎo)元件的特性的圖；
[0008]圖4是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的超導(dǎo)元件的示意性橫截面視圖；
[0009]圖5是示出根據(jù)第二實(shí)施方案的超導(dǎo)元件的示意性橫截面視圖；
[0010]圖6A和圖6B是根據(jù)第二實(shí)施方案的超導(dǎo)元件的特性的圖；
[0011]圖7是示出根據(jù)第三實(shí)施方案的用于制造超導(dǎo)元件的方法的流程圖；并且
[0012]圖8是示出采用根據(jù)該實(shí)施方案的超導(dǎo)元件的電子裝置的示意圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，超導(dǎo)元件包括超導(dǎo)層、基礎(chǔ)層和中間層。超導(dǎo)層由包含Cu和Ba的氧化物制成?；A(chǔ)層由二氧化鐘(cerium oxide)制成。中間層設(shè)置在基礎(chǔ)層和超導(dǎo)層之間，并且由 BaxCayCeO3(0.6〈χ〈0.8 且 0.2〈y〈0.4)制成。
[0014]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，超導(dǎo)元件包括基板、超導(dǎo)層和中間層?；逵裳趸V制成。超導(dǎo)層由包含Cu和Ba的氧化物制成。中間層設(shè)置在基板和超導(dǎo)層之間，并且由BaxCayCeO3 (0.6〈χ〈0.8 且 0.2<y<0.4)制成。
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，公開(kāi)了用于制造超導(dǎo)元件的方法。該方法可以包括在介電性的基板上形成二氧化鈰的基礎(chǔ)層，以及在基礎(chǔ)層上形成BaxCayCeO3(0.6<x<0.8且0.2〈y〈0.4)的中間層。此外，該方法可以包括在中間層上形成含有Cu和Ba的氧化物的超
Q B寸 /Ζλ ο
[0016]現(xiàn)在，將參照附圖在下文中描述各種實(shí)施方案。
[0017]附圖是示意性或概念性的；并且各部分的厚度和寬度之間的關(guān)系、部分之間的尺寸比例等并不一定與其實(shí)際值相同。此外，規(guī)格和/或比例在附圖中的說(shuō)明可以不同，即使在相同的部分被示出的情況下也如此。
[0018]在本申請(qǐng)的附圖和說(shuō)明書中，類似于參照上述附圖描述的部件標(biāo)有類似的附圖標(biāo)號(hào)，其詳細(xì)描述被適當(dāng)?shù)厥÷浴?br>[0019]第一實(shí)施方案
[0020]圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的超導(dǎo)元件的示意性橫截面視圖。
[0021]如圖1所示，根據(jù)本實(shí)施方案的超導(dǎo)元件110包括基礎(chǔ)層10、超導(dǎo)層20和中間層30 (例如中間區(qū)域)。中間層30設(shè)置在基礎(chǔ)層10和超導(dǎo)層20之間。
[0022]基礎(chǔ)層10包括例如二氧化鈰(鈰土)。超導(dǎo)層20包括例如包含Cu和Ba的氧化物。
[0023]例如，超導(dǎo)層20是CuBa2Ca3Cu4012_z(0〈z〈I)層。換言之，超導(dǎo)層20包括Cul234。
[0024]超導(dǎo)層20 可以是 ReBa2Cu3O" (0〈 δ〈0.5)層。Re 是選自 La、Y、Sm、Eu、Gd、Dy、Yb、NcUHc^PEr中的不超過(guò)三種。換言之，超導(dǎo)層20包括Rel23。
[0025]中間層30 包括 BaxCayCeO3 (0.6〈χ〈0.8 且 0.2<y<0.4)。x+y = I。
[0026]中間層30具有例如分層結(jié)構(gòu)。中間層30是連續(xù)的。通過(guò)中間層30，超導(dǎo)層20與基礎(chǔ)層10分隔開(kāi)。例如，超導(dǎo)層20不接觸基礎(chǔ)層10。中間層30接觸基礎(chǔ)層10。中間層30接觸超導(dǎo)層20。
[0027]超導(dǎo)元件110還可以包括基板40?；?0是介電性的。例如，基板40是藍(lán)寶石基板。
[0028]基礎(chǔ)層10形成在基板40上，中間層30形成在基礎(chǔ)層10上，并且超導(dǎo)層20形成在中間層30上。換言之，基礎(chǔ)層10被布置在基板40與中間層30之間。
[0029]采用從基礎(chǔ)層10到超導(dǎo)層20的方向作為層疊方向(Z軸方向)?；?0、基礎(chǔ)層
10、中間層30和超導(dǎo)層20在Z軸方向上依次層疊。
[0030]基板40的厚度是，例如，不小于200微米(μπι)且不大于600 μ m。
[0031]基礎(chǔ)層10的厚度是，例如，不小于50nm并且不大于200nm。
[0032]中間層30的厚度是，例如，不小于50nm并且不大于500nm。中間層30的厚度是，例如，不小于基礎(chǔ)層10厚度的0.5倍但不超過(guò)其3倍?；A(chǔ)層10與中間層30的總厚度是，例如，不小于10nm并且不大于500nm。
[0033]超導(dǎo)層20的厚度是，例如，不小于300nm并不大于10 μ m。
[0034]在本實(shí)施方案中，BaxCayCeO3 (0.62<x<0.72且0.28〈y〈0.38)的中間層30設(shè)置在基礎(chǔ)層10和超導(dǎo)層20之間。中間層30具有媽鈦礦(perovskite)結(jié)構(gòu)。中間層30的晶體結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。因此，在中間層30上形成超導(dǎo)層20時(shí)，由超導(dǎo)層20的組成的波動(dòng)所導(dǎo)致的超導(dǎo)層20的性能劣化可以被抑制。
[0035]例如，有這樣的參考例:其中，包括Ba的超導(dǎo)層20直接形成于二氧化鈰基礎(chǔ)層10上，而不設(shè)置中間層30。在該參考例中，在超導(dǎo)層20的形成溫度高的情況下，Ba和二氧化鈰之間發(fā)生反應(yīng)，易于產(chǎn)生化合物(例如，鈰酸鋇)。這樣的化合物的晶格常數(shù)與二氧化鈰的晶格常數(shù)有很大不同。該化合物的晶格常數(shù)與具有c軸取向的超導(dǎo)層20的晶格常數(shù)也有很大不同。因此，該化合物以粒狀構(gòu)造生長(zhǎng)，并妨礙超導(dǎo)層20的層疊生長(zhǎng)。該化合物在超導(dǎo)層20內(nèi)同化(assimilate)鋇。超導(dǎo)層20的組成改變(shift)。因此，超導(dǎo)層20的特性降低。
[0036]在低溫下形成超導(dǎo)層20來(lái)抑制這種問(wèn)題的情況下，難以獲得超導(dǎo)層20的良好結(jié)晶性。
[0037]由于晶體結(jié)構(gòu)之間的差異，在直接在二氧化鈰的基礎(chǔ)層10的(100)平面上進(jìn)行超導(dǎo)層20的c軸取向生長(zhǎng)的情況下，超導(dǎo)層20的單位晶格的a軸方向相對(duì)于二氧化鈰層(其為基礎(chǔ)層10)的單位晶格的a軸方向旋轉(zhuǎn)45°。在這種情況下，a軸的晶格的長(zhǎng)度2"2倍的值被用作研宄晶格匹配時(shí)超導(dǎo)層20的晶格常數(shù)。這個(gè)值被稱為“21/2倍的晶格常數(shù)”。a軸的晶格長(zhǎng)度的2_V2倍的值被稱為“2 _1/2倍的晶格常數(shù)”。
[0038]考慮到這一方面，在二氧化鈰的晶格常數(shù)和超導(dǎo)層20的2V2倍的晶格常數(shù)之間存在差異。即，超導(dǎo)層20的21/2倍的晶格常數(shù)大于二氧化鈰的晶格常數(shù)。因此，在超導(dǎo)層20直接在二氧化鈰基礎(chǔ)層10上形成的參考例中，由于基礎(chǔ)層10和超導(dǎo)層20的晶格失配，改善超導(dǎo)層20的結(jié)晶性受到限制。在參考例中，難以獲得對(duì)應(yīng)于整體狀態(tài)(bulk state)的超導(dǎo)體的結(jié)晶性。
[0039]通過(guò)使用本實(shí)施方案的中間層30，即使在高溫下形成超導(dǎo)層20的情況下，基礎(chǔ)層10和超導(dǎo)層20內(nèi)的Ba之間的反應(yīng)也可以被抑制。諸如上述的那些化合物的產(chǎn)生可以被抑制。獲得超導(dǎo)層20的高結(jié)晶性。
[0040]所述中間層30的晶格常數(shù)介于二氧化鈰的晶格常數(shù)和超導(dǎo)層20的晶格常數(shù)之間。晶格常數(shù)之間的失配被抑制。由此，獲得超導(dǎo)層20的高結(jié)晶性。由此，超導(dǎo)層20的特性可以得到改善。
[0041]圖2是根據(jù)第一實(shí)施方案的超導(dǎo)元件的特性的圖。
[0042]圖2示出在中間層30的Ba和Ca的組成比率被改變時(shí)的中間層30的晶格常數(shù)。橫軸是中間層30中Ca濃度與Ba濃度的比率Re?？v軸是中間層30的晶格常數(shù)Lc。
[0043]如圖2所示，中間層30的晶格常數(shù)Lc隨中間層30中Ca濃度與Ba濃度的比率Re的改變而改變。比率Re高時(shí)，中間層30的晶格常數(shù)Lc較大。當(dāng)比率Re為I時(shí)，晶格常數(shù)Lal為0.600nm。比率Re為O時(shí)，晶格常數(shù)LaO為0.440nm。
[0044]在該實(shí)施方案中，例如，中間層30中Ca濃度與Ba濃度的比率Re不小于0.43并且不大于0.50。在這種情況下，中間層30的晶格常數(shù)Lc不小于約0.538nm且不大于0.548nm。
[0045]另一方面，二氧化鈰的晶格常數(shù)是0.541nm。在CuBa2Ca3Cu4012_z (0〈ζ〈1)被用作超導(dǎo)層20的情況下，超導(dǎo)層20的21/2倍的晶格常數(shù)是0.546nm。在ReBa 2Cu30" (0〈 δ〈0.5)被用作超導(dǎo)層20的情況下，超導(dǎo)層20的21/2倍的晶格常數(shù)是0.545nm。
[0046]相應(yīng)地，通過(guò)將中間層30中Ca濃度與Ba濃度的比率Re設(shè)定為不小于0.43并