MBE高温超伝導薄膜の超伝導特性と各種表面分析法によるその場測定

現状では、Bi-Sr-Ca-Cu-O(Bi系)高温超伝導単結晶薄膜の作製が非常に困難であり、薄膜に各種表面分析法を適用し評価することができない。したがって、自己フラックス法により、80K相Bi系バルク単結晶(板状で、7×7mm^2の大きさ)を作製し、これらの低速電子線回折(LEED)、磁場型LEED、反射型高速電子線回折(RHEED)の観察、とオ-ジェ電子分光(AES)、X線光電子分光(XPS)測定を行った。これにより、超伝導デバイスを作製する上で重要かつ必要な表面、及び金属や半導体との界面に関する情報を得ることができた。これらの結果を箇条書きにすると以下のようになる。(1)真空中劈開した表面と大気中劈開し真空中で加熱した表面からのLEEDパタ-ンは、明確な回折スポットで〜1×5構造のシングルドメインを示した。この表面は、清浄表面である。(2)AESによる組成分析の結果、大気中劈開した表面は、真空中で加熱することにより吸着した不純物(塩素、炭素)によるAES信号強度が減少し、構成元素のAES強度が増加した。したがって、真空中で劈開した表面は清浄表面であり、清浄表面は大気中で劈開し真空中で加熱することによっても得られる。(3)大気中劈開し真空中で加熱した表面からの構成元素の化学結合状態は、真空中劈開した表面からの結果とほぼ同じである。(4)Ar^+スパッタした表面では結晶構造が破壊されて、構成元素がランダムに存在している。(5)清浄表面に種々のガスを吸着した結果、真空中劈開した表面にCOガスの吸着が確認された。(6)清浄表面に室温でAg(10A)とSi(20A)を蒸着した結果、AgとSiは多結晶状態で成長した。また、約350℃で加熱すると、Agの場合は再び清浄表面が得られたが、Siの場合はBi系超伝導体と反応した。

現状では、Bi-Sr-Ca-Cu-O(Bi系)高温超伝導単結晶薄膜の作製が非常に困難であり、薄膜に各種表面分析法を適用し評価することができない。したがって、自己フラックス法により、80K相Bi系バルク単結晶(板状で、7×7mm^2の大きさ)を作製し、これらの低速電子線回折(LEED)、磁場型LEED、反射型高速電子線回折(RHEED)の観察、とオ-ジェ電子分光(AES)、X線光電子分光(XPS)測定を行った。これにより、超伝導デバイスを作製する上で重要かつ必要な表面、及び金属や半導体との界面に関する情報を得ることができた。これらの結果を箇条書きにすると以下のようになる。(1)真空中劈開した表面と大気中劈開し真空中で加熱した表面からのLEEDパタ-ンは、明確な回折スポットで〜1×5構造のシングルドメインを示した。この表面は、清浄表面である。(2)AESによる組成分析の結果、大気中劈開した表面は、真空中で加熱することにより吸着した不純物(塩素、炭素)によるAES信号強度が減少し、構成元素のAES強度が増加した。したがって、真空中で劈開した表面は清浄表面であり、清浄表面は大気中で劈開し真空中で加熱することによっても得られる。(3)大気中劈開し真空中で加熱した表面からの構成元素の化学結合状態は、真空中劈開した表面からの結果とほぼ同じである。(4)Ar^+スパッタした表面では結晶構造が破壊されて、構成元素がランダムに存在している。(5)清浄表面に種々のガスを吸着した結果、真空中劈開した表面にCOガスの吸着が確認された。(6)清浄表面に室温でAg(10A)とSi(20A)を蒸着した結果、AgとSiは多結晶状態で成長した。また、約350℃で加熱すると、Agの場合は再び清浄表面が得られたが、Siの場合はBi系超伝導体と反応した。