Bi系酸化物超伝導体高品質薄膜を用いた超伝導三端子素子の電界効果に関する研究

高品质铋基氧化物超导薄膜超导三端器件电场效应研究

• 批准号: 05750288
• 负责人: 井上 真澄
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Nagoya University
• 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: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750288/
• 关键词: 酸化物超伝導体; 薄膜; スパッタリング; 電界効果; 三端子素子

電界効果型の超伝導三端子素子は,ゲートに電圧を印加して超伝導体チャネル中のキャリアを制御しようとするものであるが,酸化物超伝導体を用いた研究においてはまだ大きな成果は得られていない。この原因の一つとして,大きな電界効果を得るための単位格子数個程度の厚さの良質な超伝導薄膜を作製するのが難しいという,製膜技術の問題がある。Bi系酸化物超伝導体Bi_2Sr_2Ca_<n-1>Cu_nO_xは,nの値により材料の特性が異なり,電界効果を系統的に調べるのに適しているが,その反面,理論的考察可能なデータを得るような良質な膜を作製しにくい材料である。申請者らのグループではこれまでに,薄膜としては世界最高の臨界温度を持つ薄膜をas-grownで得る方法を開発した。本研究ではこの高品質薄膜作製技術により製膜したBi系超伝導体の物性のゲート電圧依存性を調べ,Bi系超伝導体およびBi系超伝導体/絶縁体界面の物性の理論的,定量的検討を行うことを目的とした。本研究で得られた知見について以下に述べる。1.積層膜の作製および結晶性の評価 Bi系超伝導体2201相(n=1)(BSCO)薄膜上に絶縁体としてSrTiO_3(STO)薄膜を積層させた。X線回折により結晶性を調べたところ,STO薄膜はBSCO薄膜上にエピタキシャル成長していることがわかった。680℃において成長させたSTO薄膜は表面平滑性,結晶性ともに良好であることがわかった。2.電界効果の測定および考察 積層膜上にAgのゲート電極を設けたAg-STO-BSCO構造の試料において,ゲート電圧とBSCO薄膜の抵抗との関係を調べた。その結果,BSCO薄膜の抵抗-温度特性はゲート電圧により金属的なものから半導体的なものまで変化し,その変化の方向はキャリアをホールと考えた場合のものと一致した。これにより,BSCOチャネルのキャリア密度がゲート電圧により変化することが示唆された。

场效应超导三端器件试图通过向栅极施加电压来控制超导沟道中的载流子，但利用氧化物超导体的研究尚未取得显着成果。造成这种情况的原因之一是成膜技术的问题，难以制造出几个晶胞厚度的高质量超导薄膜来获得大的电场效应。 Bi基氧化物超导体Bi_2Sr_2Ca_<n-1>Cu_nO_x的材料特性随n值的变化而变化，使其适合系统研究电场效应，是一种难以生产高质量薄膜的材料。那些获得的。申请人的团队迄今为止已开发出一种获得具有世界最高临界温度的生长薄膜的方法。在这项研究中，我们研究了使用这种高质量薄膜制造技术制造的铋基超导体物理特性的栅极电压依赖性，并从理论上量化了铋基超导体和铋基超导体/绝缘体界面的物理特性。本研究的目的是进行全面的研究。本研究获得的结果描述如下。 1.层压膜的制备和结晶度评价将SrTiO_3(STO)薄膜作为绝缘体层压在Bi基超导体2201相(n=1)(BSCO)薄膜上。通过X射线衍射检查结晶度表明STO薄膜是在BSCO薄膜上外延生长的。 680℃生长的STO薄膜具有良好的表面光滑度和结晶度。 2.场效应的测量和讨论在具有Ag-STO-BSCO结构的样品中，其中Ag栅电极设置在层叠膜上，研究了栅极电压与BSCO薄膜的电阻之间的关系。结果，BSCO薄膜的电阻温度特性根据栅极电压从金属性变为半导体性，并且变化的方向与载流子被认为是空穴时的方向一致。这表明 BSCO 沟道中的载流子密度随栅极电压而变化。