室温以下での単結晶高融点酸化物薄膜の合成

室温下单晶高熔点氧化物薄膜的合成

• 批准号: 07855077
• 负责人: 吉本 護
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 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: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07855077/
• 关键词: 酸化物; 薄膜成長; 室温; レーザーMBE; 原子層制御; 単結晶

ナノオーダーで異種原子層の膜厚を制御しながら、良好な界面を持つ酸化物人工格子を積上げていくには、できるだけ低温において島状成長させずに原子層(あるいは分子層)単位で2次元的に層状成長させ、それを成長中にその場観察することが必要である。我々が独自に開発したレーザーMBE法(レーザー分子線エピタキシ-)により、種々の酸化物において、室温という低温で2次元的に単結晶薄膜成長することに成功した。2次元成長は反射高速電子線回折(RHEED)の強度振動のその場観察から確認した。具体的には以下の通りである。(1)原子レベルで超平坦なサファイア基板上(R面)でのサファイア単結晶薄膜成長において初めて明瞭なRHEED振動を観察した。しかも、室温という低温でも、酸化アルミニウムは単結晶化し、しかもRHEED振動しながら2次元的に層状成長することが明らかになった。振動周期は1分子層(約0.3nm)の成長に対応している。RHEED振動を観察しながら成膜することによって室温でも膜厚を分子層オーダーで制御できることが実証された。(2)岩塩型のBaO薄膜において、室温という低温で分子層状毎に単結晶薄膜成長することが明らかとなった。また、酸化物高温超伝導体の一つであるNdBa2Cu3Ox薄膜の上でも、室温でBaO薄膜を単結晶薄膜成長させることに成功した。室温成膜であるために界面での相互拡散や界面層の形成は抑制され、シャープな界面が形成された。これにより、未だ実現していないトンネル型高温超伝導ジョセフソン接合(SIS型)形成において、極薄絶縁バリア層(I層)と超伝導層(S層)間でのシャープな界面形成が可能になることが期待される。

为了构建界面良好的氧化物人工晶格，同时控制不同原子层的厚度在纳米级，需要在尽可能低的温度下以原子层（或分子层）单元进行二维生长，且无孤岛需要进行分层生长并观察原位生长。采用自主研发的激光MBE方法（激光分子束外延），成功在各种氧化物上室温二维生长单晶薄膜。使用反射高能电子衍射（RHEED）对强度振荡进行原位观察证实了二维生长。具体而言，详细如下。 （1）在超平坦蓝宝石衬底（R面）上生长蓝宝石单晶薄膜时，首次在原子水平上观察到清晰的RHEED振荡。此外，已经表明，氧化铝即使在室温等低温下也形成单晶，并且在经历RHEED振荡的同时二维地层状生长。振动周期对应于一层分子的生长（约0.3 nm）。通过在观察RHEED振动的同时沉积薄膜，证明即使在室温下也可以将薄膜厚度控制在分子层的数量级上。 (2)在岩盐型BaO薄膜中，发现单晶薄膜在室温等低温下以分子层生长。我们还在 NdBa2Cu3Ox 薄膜上成功地在室温下生长了单晶 BaO 薄膜，这是高温氧化物超导体之一。由于膜是在室温下形成的，因此抑制了相互扩散和界面处界面层的形成，从而形成了清晰的界面。这使得在形成隧道型高温超导约瑟夫森结（SIS型）时，可以在超薄绝缘势垒层（I层）和超导层（S层）之间形成尖锐的界面，该结具有预计这将会发生。

项目成果

M.Yoshimoto,T.Maeda,T.Ohnishi,H.Koimuma: "Atomic-Scale formation of Ultraswooth Surfaees on Sapphire Substvates for ligh-quality thin-film fabrication" Applied physics Letlers. 67. 2615-2617 (1995)

M.Yoshimoto、T.Maeda、T.Ohnishi、H.Koimuma：“在蓝宝石基底上原子级形成超平滑表面，用于高质量薄膜制造”应用物理快报。

M.Yoshimoto,T.Maeda,T.Ohnishi,G.H.lee,: "Atomic Scale Control of Epitaxial Growth and Interface in Oxide Thin Films for Advanced Oxide Lattice Engineering" MRS Proceeding,(′95 Fall Meeting). (in press). (1996)

M. Yoshimoto、T. Maeda、T. Ohnishi、G. H. lee，：“用于高级氧化物晶格工程的氧化物薄膜中的外延生长和界面的原子尺度控制”MRS Proceeding，（95 秋季会议）（印刷中）。 (1996)

M.Yoshimoto,K.Shimozono,T.Maeda,T.Ohnishi,: "Room-temperatuce Epitaxial growth of CeO_2 Thin Films on si(III) Subdrates for Fabvication of Sharp Oxide / Silicon Interface" Japacesc Journrl of Applied phasics. 34. <688-<690 (1995)

M.Yoshimoto、K.Shimozono、T.Maeda、T.Ohnishi，：“在 si(III) 基板上室温外延生长 CeO_2 薄膜，用于制作尖锐的氧化物/硅界面” Japacesc 应用相学杂志。