超伝導デバイス用ニオブ薄膜の高品質化に関する研究

提高超导器件用铌薄膜质量的研究

• 批准号: 07750334
• 负责人: 松田 瑞史
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Muroran Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750334/
• 关键词: 超伝導薄膜; ニオブ; エピタキシャル成長

本研究は、現在超伝導素子の性能向上を妨げている問題、すなわち超伝導薄膜中に含まれる不純物や結晶粒界での電子散乱・磁束捕捉等の、材料自体に起因する問題を克服することを目的として行われた。具体的には、素子の母体材料として用いられるNb(ニオブ)超伝導薄膜について、エピタキシャル化を試みることでその高品質化を図った。また、得られた薄膜についてその結晶学的・電気的・磁気的性質を評価し、従来の多結晶Nb膜との比較を行うことで、デバイス応用への優位性を検証した。Nb薄膜は酸素等の不純物混入をさけるために、超高真空中において電子ビーム蒸着法により作製した。基板としてはNb薄膜と格子定数の近いsapphireのR面を用い、蒸着速度は2〜10nm/sec程度で薄膜は役200nmとした。特に基板過熱を行わずに作製した薄膜試料は(110)配向した多結晶膜となるのに対して、基板加熱ユニットを用いて500℃以上に基板加熱を行いながら成膜した試料は(100)配向となり、基板表面の結晶格子に対してヘテロ・エピタキシャル成長していることがわかった。又、基板加熱を行うことにより、超伝導転移温度(Tc)は8Kから9Kへと、300Kと10Kとの抵抗比(RRR)は2から23へと増加し、電気的特性も改善されることがわかった。これは薄膜試料中に含まれる不純物・結晶粒界が減少し、電子散乱の寄与が小さくなったためと考えられる。ただし、基板温度をらに650℃程度まで上昇させて成膜すると、基板ヒ-タから発生する不純物ガスが膜中に混入して特性は劣化してしまう。高速電子線回折(RHEED)や原子間力顕微鏡(AFM)によって薄膜表面の結晶構造・表面形状の観察を行った結果、基板加熱を行って作製した試料の表面凹凸の大きさは、1〜3nm程度で、室温成膜の試料(約10nm)に比べて小さいことが判明した。このことはデバイス応用の観点からは有利であると考えられる。

This study aims to overcome the problem of improving the performance of superconductors, including impurities, electron scattering, magnetic beam trapping, etc. in superconductors and materials themselves. The specific parent material of the film is Nb(Nb), which is used for high quality. Evaluation of Crystallographic, Electrical and Magnetic Properties of Nb Thin Films and Comparison of Recent Polycrystalline Nb Films Nb thin films are prepared by electron evaporation method in ultra-high vacuum due to the mixing of impurities such as acid and so on. The substrate and Nb thin films have a constant lattice number and a evaporation speed of 2 ~ 10nm/sec. In particular, the substrate overheating process is used to prepare thin film samples with (110) orientation, polycrystalline film, and substrate heating above 500 ° C. The substrate heating process is used to form thin film samples with (100) orientation, crystalline lattice on the substrate surface, and growth. In addition, substrate heating is carried out, the transition temperature (Tc) is changed from 8K to 9K, and the resistance ratio (RRR) is changed from 2 K to 23 K, and the electrical characteristics are improved. This film sample contains impurities and crystalline particles, and electron scattering is reduced. The temperature of the substrate rises to 650 ° C, and the impurities are mixed into the film. High speed electron beam deflection (RHEED) and atomic force microscopy (AFM) were used to observe the crystal structure and surface shape of the thin film surface. The surface roughness of the sample was larger than that of the sample formed at room temperature (about 10nm). This is a good idea.

项目成果

松本学: "超高真空蒸着法によるNb薄膜の作製" 平成7年度電気関係学会北海道支部連合大会講演論文集. 179 (1995)

Manabu Matsumoto：“超高真空蒸发法制备铌薄膜”1995年电气相关协会北海道分会会议记录179（1995）。

松田瑞史: "超高真空電子ビーム蒸着法によるNb薄膜の作製" 第43回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 第2分冊. (1996)

松田水志：“超高真空电子束蒸发制备铌薄膜”第43届应用物理学会讲座会议论文集第2卷（1996年）。