スーパーファインセラミックスの概念設計と要素技術の開発

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02403018
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 鯉沼 秀臣 東京工業大学, 工業材料研究所, 教授 (70011187)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 関根 理香 東京工業大学, 工業材料研究所, 助手 (50211321) ; 吉本 護 東京工業大学, 工業材料研究所, 講師 (20174998) ; 川合 真紀 理化学研究所, 表面化学研究室, 主任研究員(室長) (70177640)
• Keywords: スーパーファインセラミックス / 原子層制御 / 2次元エピタキシャル成長 / RHEED振動 / レーザーMBE / 光MOCVD / 高温超伝導酸化物 / セラミックス人工格子

Research Abstract

本研究では、金属や半導体に比べて組成的にも構造的にも複雑なセラミックスの多様性を、原子レベルの構造設計とそれを実現するプロセスの開発という観点から捉えて問題を整理し、セラミックス研究の新分野を開拓することを目的として、研究を進めた。その結果、以下のような成果を得ることができた。
1。超高真空下でのパルスレーザー蒸着プロセス(レーザーMBE法)を独自に開発し、多元系セラミックスにおける原子層制御と人工超構造の設計・構築に非常に有効な手段であることを実証した。本方法を用い、パルスレーザー蒸着法では世界で初めて、長時間持続するRHEED(反射高速電子線回折)強度振動を観測することができた。この振動はセラミックス単結晶の単位格子長を1層とした2次元層状エピタキシャル成長を示していた。すなわち、RHEED強度振動のモニターは原子層レベルでの膜厚制御を可能にしてくれる。
2。RHEED強度振動を伴う2次元エピキシャル成長が膜表面の原子レベルでの平担性向山の効果であることを原子間力顕微鏡(AFM)観察により明らかにした。これにより、高温超伝導を用いたジョセフソントンネル接合形成のため基礎プロセスを確立することができた。
3。レーザーアブレーション法による高品質YBCO超伝導薄膜作製のための最適条件を明らかにし、低温走査型トンネル顕微鏡(STM)観察により、高品質YBCO超伝導薄膜の表面は大気暴露にも非常に安定であることを明らかよした。STS測定において明瞭な超伝導ギャップ(Δ=20meV)を観測することができた。

Research Products

• [Publications] Hideomi KOINIMA: "Oxygen Comtrol for Epitaxial Growth of Cuprates." J.Adv Sci.,. 4. 158-163 (1992)
• [Publications] Jianping GONG: "Laser MBE of Tetragomal BaCuO^<2-X> Films and Their Characterization." Adv. in Superconductivity (Proc. 4th Int'1 Symp.on Superconductivity (ISS'91)),. IV. 836-866 (1992)
• [Publications] Hideomi KOINIMA: "Devolopment and Application of a Micrbeam Plasma Generator" Appl. Phys. Lett.,. 60. 816-817 (1992)
• [Publications] Hideomi KOINIMA: "Atomic Layer Control in Cuprate-Based Ceramic Superlattices" ¨The Physics and Chemistry of Oxide Superconductors¨,(Springer Proc. in Phys.. Vol.60 ed by Y. Iye and H.Yasuoka,. 85-88 (1992)
• [Publications] Hideomi KOINIMA: "A Superfine Ceramics Technology Dirested Toward New High Tc Superconductors" ¨Chemical Processing of Advanced Materials¨. 29. 315-325 (1992)
• [Publications] Hiytoshi NAGATA: "Laser molecular beam epitaxy of single-ceystal SrVO_<3-X> films" Thim Solid Films.208. 264-268 (1992)
• [Publications] Hideomi KOINUMA: "Lattice Engineering of ceramics for Exploration of New High Tc Superconduetors" New Materials. ed by S.K. Joshi et al. Narosa Pub., Chap.4. 72-95 (1992)
• [Publications] Takuya HASHIMOTO: "Chemical stability of CVD source materials for high-tc superconducting fulms" J. Mater. Res.7. 1336-1340 (1992)
• [Publications] Hurotoshi NAGATA: "Hetero-epitazial grawth of CeO_7 film on GaAs(001) substrate by laser molecular beam epitaxy" J.Crystal Growth.118. 229-303 (1992)
• [Publications] Hideomi KOINUMA: "Ceramic Layer Epitaxy by Laser MBE for Fabricating Possible Ceramic-Based Quantum Decices" Ext. Abst. of 1st Irtermational Workshop on Quamtum Functional Devices QFD'92,. 102-103 (1992)
• [Publications] Mamoru YOSHIMOTO: "Atomec force Miceoscopy on Homoepitaxial SrTiO_3 Films Grown under Monitoring of Persisting RHEED Intensity Oscillation" Appl. Phys. Lett.,. (1992)
• [Publications] Jianping GONG: "Heteroepitaxial Growth of Perovskite Type Oxide Films By Pulsed Laser Deposition" Proc.of 3rd China-Japan Symposiun on Plasma Chemistry. Nanjing. China,. 123-126
• [Publications] Jianping GONG: "High Quality YBa_7Cu_3O_<7-8> Thin Films Prepared By Pulsed Laser Deposition" Proc. of 3rd China-Japan Symposium on Thin Films. Yellow Mauntain, China.70-75 (1992)
• [Publications] Huroyuki OHKUBO: "Fabrication of High Quality Perovskite Oxide Films By Lateral Epitaxy Verified with RHEED Oscillation" Ext. Abst. of 1992 International Conference on Solid State Devices and Materials, Tsukuba.457-459 (1992)
• [Publications] Hidromi KOINUMA: "Epitaxy and Atomic Scale Characterization of Infinite Layers of Alkaline Eaeth Cuperates" :Proc. 3rd Workd Congress on Superconductivity. Munchen.(1992)
• [Publications] Tetsuya HASEGAWA: "Atomic Site Tunneling Spectroscopy on Oxide Superconductors" Proc, 3rd World Congress on Superconductibity. Munchen.(1992)
• [Publications] Masadhi KAWASAKI: "Grain Boundary Junction in High Tc Superconductors" Ext. Abst. of 11th Symposium on Future Electron Devices.115-118 (1992)
• [Publications] Hirotoshi NAGATA: "Type-B epitaxial Growth of CeO_2 thin film on Si(lll) substrate" J. Crystal Growth.123. 863-866 (1992)
• [Publications] 鯉沼 秀臣: "セラミック超格子工学の可能性" 表面. 29. 868-878 (1991)
• [Publications] 川崎 雅司: "高温超伝導-夢の現状と行方-" 化学と教育. 39. 638-642 (1991)
• [Publications] 鯉沼 秀臣: "21世紀のエレクトロニクス・デバイス材料" 化学. 45. 29-32 (1992)
• [Publications] 川崎 雅司: "セラミックス超伝導体ジョセフソン素子" エレクトロニクス・セラミクス. 9. 55-60 (1992)
• [Publications] 川崎 雅司: "単一粒界を用いた酸化物高温超伝導SQUIDの雑音" 応用物理. 61. 498-502 (1992)
• [Publications] 鯉沼 秀臣: "セラミックス格子工学のすすめ-高温超伝導体はセラミックスの新しい研究今野、応用を拓くか?" 1992年新素材展総合シンポジウムテキスト(幕張).
• [Publications] Mamoru YOSHIMOTO: "Laser MBE Growth of High Tc Superconductors and Related Oxides. Heterojuntions, and Superlattices" Proc. of 3rd Int'l Conf. on Solid State and Integeated Circuti Technology. Beijing. China.709-712 (1992)
• [Publications] Mamoru YOSHIMOTO: "Two-dimensional Epitaxial Growth of SrTiO_3 Films on Carbon-free Clean Surface of Nb-doped SrTi3_3 Substrate by Laser MBE" Jpn. J. Appl. Phys.31. 3664-3666 (1992)
• [Publications] 鯉沼 秀臣: "レーザーMBE法によるセラミックス薄膜のエピタキシャル成長" 化学工業. 43. 392-396 (1992)
• [Publications] 鯉沼 秀臣: "高温超伝導フィーバーと薄膜研究" サーモ理工"10周年に寄をて"論文集. 23-26 (1992)
• [Publications] 鯉沼 秀臣: "セラミックス格子工学のすすめ" '92新素材展総合シンポジウム-光端機能材料-テキスト. 1-8 (1992)
• [Publications] 鯉沼 秀臣: "セラミック薄膜最先端-超伝導薄膜" 第8回セラミックセミナーテキスト. 21-30 (1992)
• [Publications] 吉本 護: "プラズマ材料科学ハンドブック" オーム社, 781 (1992)
• [Publications] 吉本 護: "光・薄膜技術マニュアル増補改訂版" オプトロニクス社, 511 (1992)
• [Publications] 鯉沼 秀臣: "光エレクトロニクス事典" 産業調査会, 798 (1992)