酸化物高温超伝導体の原子層エピタキシー成長表面の光学的観察と成長機構の解明

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04227214
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 小田 俊理 東京工業大学, 工学部, 助教授 (50126314)
• 研究分担者: 香間 秀昭 東京工業大学, 工学部, 助手 (50206033)
• キーワード: 酸化物高温超伝導体 / 原子層エピタキシー / MOCVD / 光学反射測定 / 表面吸着 / その場観察 / 2次元結晶成長

研究概要

YBa_2Cu_3Ox用CVD成長装置に波長670nmの半導体レーザーとシリコン光検出器を組込み、基板に対して約60度の角度で入射した光の反射光強度をモニターできるようにした。CVD原料のβジゲトン金属錯体(Y,Ba,Cu)はコンピュータ制御によりパルス供給を行なった。酸化剤にはN_2Oを用いた。半導体レーザーを変調してロックイン増幅を行うことによる基板温度を650℃まで加えて、超伝導膜成長条件で評価を行えるようにした。(100)MgO基板上に原料を交互供給してYBa_2Cu_3Oxの成長を行ないながら成長表面の光学反射率の経時変化を測定したところ、階段状の構造を有して増加することを見出した。反射率の増加は、Mgo基板上のYBa_2Cu_3Ox膜の吸収による理論と一致した。階段状構造が現れるの結晶性が良好な条件のみで、最適条件から外れると階段構造はぼやけることが分った。さらに、30サイクルほどの経過すると階段構造は消失することが分った。これらの実験事実から、階段構造が2次元的結晶成長によるものであると考えられる。3次元的結晶成長の場合には連続的にYBa_2Cu_3Ox膜の生成が起こるので階段構造は現れない。
光学反射測定はCVDにおける成長その場モニター法として有力であることが分った。表面の原子配列状態の監視だけでなく、結晶成長機構の解明にも新しい情報を提供することになろう。

研究成果

• [文献書誌] H.Zama: "Preparation of Highly Oriented Copper Films by Photo-Assisted Chemical Vapor Deposition Using β-Diketonate Complex." Jpn.J.Appl.Phys.31. L588-L590 (1992)
• [文献書誌] K.Fujii: "Preparation of YBa_2Cu_3Ox Thin Films by Layer-by-Layer Metalorganic Chemical Vapor Deposition." Jpn.J.Appl.Phys.31. L787-L789 (1992)
• [文献書誌] H.Zama: "In-Situ Optical Monitoring of Oxide Superconductor Growth for Layer-by-Layer Chemical Vapor Deposition." Extended Abstracts of 1992 International Conference on Solid State Devices and Materials Conference.Tsukuba,August 26-28. 460-462 (1992)
• [文献書誌] H.Zama.: "In-Situ Monitoring of Pptical Reflectance Oscillation in Layer-by-Layer Chemical Vapor Deposition of Oxide Superconductor Films." Jpn.J.Appl.Phys.31. L1243-L1245 (1992)
• [文献書誌] H.Zama.: "Prepartion and Characterization of YBaCuo Films by Photo-Assisted Chemical Vapor Deposition." Proceedings of 6th International Conference on Ferrites,Tokyo,September 29-October 2,1992.(1992)
• [文献書誌] S.Oda,: "Self-Limiting Adsorption and In-Situ Optical Monitoring for Atomic Layer Epitaxy of Oxide Superconductors." Thin Solid Films. (1992)
• [文献書誌] H.Zama: "Preparation and Characterization of YBaCuO Superconducting Films by Low-Temperature Chemical Vapor Deposition Using β-Diketonate Complex and N_2O" Jpn.J.Appl.Phys.31. 3839-3843 (1992)
• [文献書誌] S.Oda: "In-Situ Optical Monitoring of Crystal Growth in Layer-by-Layer Chemical Vapor Deposition of YBa_2Cu_3Ox" Proceedings of Sixth Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism.277-282 (1992)
• [文献書誌] K.Sakai: "Advances in Superconductivity V Ed.by Y.Bando" Springer-Verlag, (1993)
• [文献書誌] H.Zama: "Advances in Superconductivity V Ed.by Y.Bando" Springer-Verlag, (1993)