[发明专利]结晶性被控制的氧化镁单晶及其制造方法以及使用该单晶的基板

说明书

技术领域

本发明涉及控制了结晶性的氧化镁(MgO)单晶及其制造方法、由结晶性被控制的MgO单晶得到的MgO单晶基板、以及使用该MgO单晶基板的超导装置。

背景技术

MgO单晶在用于制造氧化物超导体薄膜用基板、氧化物介电薄膜用基板、高热传导性基板、光学透镜、红外线透射用窗材、等离子体显示面板(PDP)保护膜等所使用的蒸镀、溅射等的靶材等宽范围的用途中被利用。尤其是MgO单晶与氧化物超导体的晶格匹配性良好，热膨胀率也同等，并且介电常数低，因此，近年来作为被用于高频装置的氧化物超导体薄膜用基板受到关注。

由于MgO的蒸气压高，该MgO单晶通常利用电弧电熔法制造。电弧电熔法是如下的方法：在作为原料的氧化镁熔块(magnesia clinker)内插入电极而使原料熔融，由熔融的原料形成结壳(skull)层，利用自衬层保持原料熔液并结晶化。因此，电弧电熔法存在难以控制单晶的培养条件、不易得到大尺寸的单晶的问题。

于是，提出了通过在原料氧化镁熔块层上插入粉末状氧化镁，使电炉内的密闭性和温度稳定，制造大尺寸的MgO单晶的方法(专利文献1)；或者提出通过在炉内致密地填充氧化镁纯度99.8％以上的高纯度原料来制造大尺寸的MgO单晶的方法(专利文献2)。

通过上述那样对电弧电熔法的改良，可以使MgO单晶的尺寸变得较大。但是，电弧电熔法毕竟与提拉法等现有的单晶生长方法不同，并不是在晶种上依次生长单晶的方法，因此存在根本上难以得到结晶性良好的大尺寸的单晶的问题。

为了解决该问题，提出了在电弧电熔法中，通过调整电极提拉速度而控制冷却速度，从而限定亚晶界的数量和位错密度的方案(专利文献3)，报道了其结果可得到结晶性良好的MgO单晶基板。

可是，尽管利用上述的方法可得到大尺寸、且结晶性良好的MgO单晶基板，但是存在以下问题：在该基板上例如形成氧化物超导体薄膜时，超导特性非常不均衡，无法得到性能稳定的氧化物超导体薄膜。这被认为是由于MgO易与空气中的水分、二氧化碳气体反应，因此基板的表面特性随时间发生变化。

于是，作为改善MgO单晶基板表面的方法，提出了以调整成特定pH的弱酸性的洗涤水处理基板表面的方法(专利文献4)、在研磨基板表面的除去工序之后进行热处理的方法(专利文献5)、以及通过规定钙(Ca)和硅(Si)的含量来提高MgO单晶基板的表面平滑性的方法(专利文献6)等。

但是，在上述的改善MgO单晶基板表面的方法中，虽然能看到形成超导体薄膜时超导特性多少有提高，但是未必得到令人满意的效果。因此，要求尤其在形成超导体薄膜时可体现良好的超导特性的MgO单晶基板。

专利文献1：日本特开平02-263794号公报

专利文献2：日本特开平05-170430号公报

专利文献3：日本特开平06-305887号公报

专利文献4：日本特开平09-309799号公报

专利文献5：日本特开2000-86400号公报

专利文献6：日本特开平11-349399号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种可成为尤其适合形成氧化物超导体薄膜的基板的、结晶性被控制的MgO单晶及其制造方法、以及在该MgO单晶基板上形成超导体薄膜的超导装置。

用于解决问题的方法

本发明人们在为了达成上述目的而不断进行的种种研究中，着眼于MgO单晶的被亚晶界环绕着的区域内部的结晶性，发现对其衍射线位置的变动加以规定的结晶性被控制的MgO单晶可体现出作为超导体薄膜用基板的优异的性能。

进一步，发现制造上述的结晶性被控制的MgO单晶的方法，通过在特定的条件下对例如利用电弧电熔法预先制造的MgO单晶实施热处理，由此可控制结晶性。

即，根据本发明，可提供结晶性被控制的MgO单晶，其中，该MgO单晶具有亚晶界，并且，同一亚晶界中的利用倒易点阵图测定所得到的衍射线座标位置的变动幅度为：Δω座标的变动幅度为1×10^-3～2×10^-2度，并且2θ座标的变动幅度为4×10^-4～5×10^-3度。

另外，根据本发明，可提供由上述的结晶性被控制的MgO单晶所得到的结晶性被控制的MgO单晶基板、以及在该结晶性被控制的MgO单晶基板上形成由具有超导特性的物质形成的薄膜得到的超导装置。