高温超伝導体ヘテロエピタキシの表面・界面評価と光電応用

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02226105
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 小林 猛 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (80153617)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 信一 慶応義塾大学, 理工学部, 講師 (10146722) ; 作田 健 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (70221273) ; 藤原 康文 大阪大学, 基礎工学部, 講師 (10181421)
• Keywords: 高温超伝導 / エピタキシャル / 薄膜 / 表面 / ホットキャリヤ

Research Abstract

高温超伝導のエレクトロニクス応用の基盤であるエピタキシャル成長に関して,新しい高圧スパッタリング法を導入して,その抬積機構について研究した。薄膜の成長はスパッタリング粒子がタ-ゲットの直上で後方散乱を受けることと,チャンバ内を粒性プラズマに乗って拡散することで進行することが判明した。これを解析的に解く方法を提案した。解析解は実験結果を矛盾なく説明することができた。
高圧スパッタリングを使うと超低速の薄膜成長速度が得られる。これを利用して0.9A^^°/分という超低速の成長によるYBaCuOエピタキシャル薄膜の作製をおこなった。膜厚が50^^°(単位格子が4個)という超薄膜を作製して,超伝導臨界温度として50Kを得た。このように良好な超伝導特性が超薄膜で得られる背景には,超低速成長のマイグレ-ション効果がとりあげられよう。エピタキシャル成長の不可欠な条件の一つにマイグレ-ション時間の供給があるが,本研究では極限的条件を与えてこれを実証したことになる。
高温超伝導体の電子物性を調べるために,常伝導状態の高電界効果を世界に先駆けて研究した。YBCOエピタキシャル膜は2〜4KV/cmという比較的低い電界下で電流の飽和傾向を示すことが明らかになった。この実験は半導体で周知のホットキャリヤ効果で説明できることも併せて明らかになった。キャリヤは2次元系であり,有効質量は3〜5程度であることも判明した。これらの結果は、フォノン散貼を主体にしたものであり,高温超伝導にフォノンが強くかかわっていることを示唆する重要な結果である。

Research Products

• [Publications] K.Sakuta,M.Iyori,T.Kobayashi: "Effect of Discharge Gas Pressure on YBaCuO Epitaxial Film Formation by Reactive RF Magnetron Sputtering" Jpn.J.Appl.Phys.29. L601-L613 (1990)
• [Publications] U.Kabasawa,K.Sakuta,T.Kobayashi: "Catastrophic Local Degradation of YBaCuO Epitaxial Film Induced by High Electric Field Application" Jpn.J.Appl.Phys.29. L453-L455 (1990)
• [Publications] K.Sakuta,K.Asano,T.Kobayashi: "Selective Heteroepitaxial Growth of (100)MgO/(001)YBCO on MgO Substrate and its Superconductivity" Jpn.J.Appl.Phys.29. 1668-1674 (1990)
• [Publications] Y.Fujiwara,S.Hirata,T.Kobayashi: "CATHODELUMINESCENCE FROM MgO SUBSTRATES WITH YBaCuO SUPERCONDUCTING EPITAXIAL THIN FILMS" Solid St.Communications. 74. 641-644 (1990)
• [Publications] K.Sakuta,M.Iyori,T.Kobayashi: "Microscopic Observations of YBCO/MgO/YBCO Heterostructure by TEM" IEEE Trans.on Mgn.27. (1991)
• [Publications] K.Sakuta,Y.Sakaguchi,T.Kobayashi: "Highly Reliable YBCO Epitaxial Film Growth by the Pressure Controlled Reactive Sputtering" IEEE Trans.on Magnetism. 27. (1991)
• [Publications] T.Kobayashi,K.Sakuta,U.Kabasawa: "Studies of High Temperature Superconductors (Vol.6)" Nova Scientific Publisher(New York), 390 (1990)