硼化マグネシウムと酸化物高温超伝導体の異種接合における酸素による界面制御性の研究

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昨年度,酸化物高温超伝導(HTS)薄膜とMgB_2薄膜の系における異種接合において,特徴的なHTSとMgB_2の異種ギャップ構造の兆候を観測したが,さらに特性を向上させるためには,下部電極としてのHTS薄膜の表面平滑性が非常に重要であることが分かった.そこで,これまでレーザー蒸着法を用いてHTS成膜を行ってきたが,より表面平滑性の向上が見込まれる有機金属分解(MOD)法を用いて薄膜作製を行った.まずHTSよりも構成元素数が少なく,絶縁層・バッファー層として利用可能なSrTiO_3(STO)薄膜をMgO基板上に作製した.その結果,焼成温度までの昇温過程が非常に重要であり,核結晶を生成する500℃近傍の低温度領域を急速に通過する方がSTOの結晶性が優れていることがわかった.つまり,40nmの膜厚試料に対して,一定速度(20℃/min)で昇温するよりも急速加熱処理(約800℃/min)の方が,X線回折結果で半値幅〜2°,原子間力顕微鏡結果で表面平坦性2-3nmの非常に良質なSTO薄膜が得られた.次に,HTS成膜としてBi_2Sr_2CaCu_2O_<8+x>(BSCCO)薄膜をMOD法で作製した.ここで接合時のマイクロ波応答評価を考慮して誘電率の低いMgO基板を用いるが.MgO基板とBSCCO薄膜とでは格子整合性が非常に悪いため,先に作製したSTOをバッファー層とした.まずBSCCO/MgO基板とBSCCO/STO基板で最適化条件を求めたが,BSCCO/STO/MgO基板では両基板で求めた条件の中間に最適条件が存在した.STOバッファー上にBSCCO薄膜を作製したおかげで,BSCCOの半値幅もバッファー程度のものができ,面内配向においてもエピタキシャル成長を反映したcube-on-cubeであることが確認された.現在,このBSCCO薄膜を下部電極として,MgB_2薄膜との異種接合化を行っている.