DE3855391T2 - Methode und Gerät zur Herstellung von supraleitenden keramischen Materialien - Google Patents

Methode und Gerät zur Herstellung von supraleitenden keramischen Materialien

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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zum Herstellen einer supraleitenden Keramikschicht. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf die Herstellung einer supraleitenden Keramikschicht in einem Magnetfeld.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Es ist seit langem bekannt, daß Materialien wie Quecksilber und Blei, intermetallische Verbindungen wie NbNd, Nb&sub3;Go und NbGa, und 3-Stoff-Materialien, wie Nb&sub3;(Al0,8Ge0,2), eine Supraleitung aufweisen. Die Sprungtemperatur Tc des Einsetzens der Supraleitung solcher seit langem bekannter herkömmlicher supraleitender Materialien kann jedoch 25 K nicht überschreiten.
  • In den letzten Jahren haben supraleitende Keramiken verbreitet Interesse gefunden. Von Forschern am Züricher Laboratonum der IBM Corp. wurde zunächst über ein neues Material in Gestalt hochtemperatur-supraleitender Oxide vom Ba-La-Cu-O-Typ berichtet. Später wurden auch supraleitende Oxide vom La-Sr- Cu(II)-O-Typ vorgeschlagen. Andere Typen supraleitender Materialien mit der allgemeinen Form YBA&sub2;Cu&sub3;O&sub6;&submin;&sub8; wurden gefunden. Es ist bisher nicht gelungen, ein supraleitendes Keramikmaterial mit einem 30 K überschreitenden Tc mit einem Verfahren zu erhalten, bei dem eine Chemikalienmischung mit einer geeigneten Zusammensetzung verdichtet und gebrannt wird. Diese supraleitenden Keramiken bilden eine quasimolekulare atomare Einheit in einer perovskitartigen Struktur, deren Einheitszelle so aufgebaut ist, daß sie eine Schicht enthält, in der Elektronen eine im wesentlichen eindimensionale Bewegung aufweisen, während eine Anzahl von Kristallkörnern zufällig mit verschiedenen Kristallrichtungen angeordnet ist, und die kritische Stromdichte ist daher stark begrenzt.
  • Es ist daher wünschenswert, Tco, die Temperatur, bei der der Widerstand verschwindet, über die bisher erreichten Niveaus anzuheben und vorzugsweise über den Siedepunkt von Stickstoff (77 K) oder sogar noch höher und weiterhin die kritischen Stromdichten zu erhöhen. Um diese im Stand der Technik auftretenden Mängel zu lösen, haben wir ein in unserer am 27. März 1987 eingereichten japanischen Patentanmeldung sho62- 75205 mit dem Titel "Manufacturing Method of superconducting Materials" beschriebenes verbessertes Verfahren vorgeschlagen.
  • EP-A-284354 wurde vom Europäischen Patentamt nach Art. 54(3) und (4) EPÜ bei der Prüfung genannt. In diesem Dokument sind ein Verfahren und ein Gerät zum Herstellen eines supraleitenden Keramikmaterials beschrieben, wobei eine Mischung von Chemikalien geeigneter Mengen in Dünnschicht-Form durch Zerstäuben oder Elektronenstrahlverdampfen auf eine Oberfläche aufgebracht wird. Die aufgebrachte Mischung wird daraufhin ausgeheilt, so daß sie supraleitende Eigenschaften aufweist. Die folgenden Dokumente wurden ebenfalls während der Prüfung als ähnliche Herstellungsverfahren beschreibende Dokumente genannt: Japanese Journal of Applied Physics, Band 26, Nr. 7, Juli 1987, S. L1199-L1201 sowie S. L1221-L1222 sowie Physical Review Letters, Band 58, Abs. 25, 22.06.87, 5. 2684-2686.
    • AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die weitere Verbesserung und Weiterentwicklung unseres vorigen Verfahrens, das auf Verfahren zum Herstellen dünner Schichten supraleitender Oxidmaterialien angewendet wird.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, supraleitende Keramiken, die eine höhere Sprungtemperatur (nahezu Raumtemperatur) haben als bisher, sowie Geräte zur Herstellung solcher supraleitender Keramiken zu schaffen.
  • In einer Hinsicht wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer supraleitenden Keramikschicht geschaffen, welches enthält: Vorsehen eines aus supraleitendem Keramikmaterial gebildeten Zerstäubungs-Targets und ein Zerstäuben des Targets, so daß eine Dünnschicht aus supraleitendem Keramikmaterial auf einer Oberfläche eines Substrats aufgebracht wird, wobei das Verfahren durch das Anlegen eines Magnetfelds in der Nachbarschaft der Substratoberfläche während des Vorgangs des Aufbringens gekennzeichnet ist, wobei das Magnetfeld so gewählt wird, daß es die Kristallstruktur der supraleitenden Schicht vorzugsweise in einer vorgewählten Richtung ordnet.
  • In einer anderen Hinsicht wird durch die Erfindung ein Gerät zur Verwendung bei der Herstellung supraleitender Keramikschichten geschaffen, wobei das Gerät enthält: Eine evakuierbare Abscheidungskammer, einen aus supraleitendem Keramikmaterial gebildeten Halter für ein Zerstäubungs-Target; einen Halter für ein Substrat mit einer Oberfläche, auf der das Aufbringen einer supraleitenden Keramikschicht vorgesehen ist, und eine Einrichtung, mit der das Zerstäuben des Targets erreicht wird, so daß das Aufbringen einer Schicht des supraleitenden Keramikmaterials des Targets auf der Substratoberfläche bewirkt wird, wobei das Gerät durch eine Einrichtung zum Anlegen eines Magnetfelds in der Nachbarschaft der Substratoberfläche während des Aufbringens der Schicht gekennzeichnet ist, wobei das Magnetfeld so gewählt wird, daß es die Kristallstruktur der supraleitenden Schicht vorzugsweise in einer vorgewählten Richtung ordnet.
  • Es wurde bestätigt, daß die kritische Stromdichte supraleitender Dünnschichten bezüglich eines Stroms durch die c- Ebene durch Anlegen eines Magnetfelds an die Aufbringungsoberfläche während des Aufbringens der Dünnschichten bis auf 1 x 10&sup4; A/cm² erhöht werden kann. Die kritische Stromdichte wurde durch gleichzeitiges Heizen der Kristallstruktur auf 300 - 1000ºC während des Anlegens des Magnetfelds weiter erhöht. Die typischen Zusammensetzungen der supraleitenden Oxidmaterialien sind aus der weiteren Beschreibung ersichtlich.
  • Supraleitende Materialien werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Gerät mit perovskitartigen Strukturen hergestellt, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Struktur enthält Kupferatome 2, ein dazwischenliegendes Kupferatom 3, die Kupferatome umgebende Sauerstoffatome 5 und 6, Sauerstoff-Leerstellen 7, zur Gruppe IIIa des Periodensystems gehörende Atome 1, wie Y, und zur Gruppe IIa gehörende Atome 4, wie Ba. Die Supraleitung in einer solchen Struktur kann dadurch erklärt werden, daß Elektronenpaare infolge der Wechselwirkung zwischen den Sauerstoff- und den Kupferatomen entlang der Schichtebenen der aus den Sauerstoffatomen 5 und den zentralen Kupferatomen 2 (die durch die a- und die b-Achse gebildete Ebene, also die c-Ebene) getrieben werden. Weiterhin war die erfolgreichste Theorie des Paarens von Elektronen die BCS-Theorie, gemäß der das Paaren durch eine Vermittlung von Phononen bewirkt werden kann. Es wurde jedoch bestätigt, daß Elektronenpaare, die aus Elektronen mit entgegengesetzten Spins bestehen, durch das mit der Wechselwirkung zwischen dem Seltenerdelement 1 (magnetische Schraubensubstanz) und der Magnon" genannten Sauerstoff-Leerstelle 7 verbundene Quant vermittelt werden. Das Magnon wird als wesentliches Quasi- Teilchen angesehen, das die Bewegung der Elektronenpaare entlang der Schichtstruktur ermöglicht.
  • Die jeweiligen Kristallachsen von Körnern können daher durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes an Dünnschichten ausgerichtet werden, während diese vorzugsweise beim Ausbilden der Anordnung erhitzt werden, während die Wechselwirkung des Magnons oder der magnetischen Substanz stattfindet, und Einkristalle können daher bei niedrigen Temperaturen leicht erzeugt werden.
  • Weiterhin sind die kritischen Stromdichten entlang der c- Ebene um zwei oder mehr Größenordnungen höher als jene senkrecht zur c-Ebene. Es ist daher selbst zur Herstellung polykristalliner Dünnschichten wichtig, die Kristallrichtungen auszurichten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Gerät sind wirksam, wenn sie auf das Aufbringen von durch Mischen von Oxiden aus Bestandteilen supraleitender gebrannter Materialien hergestellter Oxidkeramiken angewendet werden, wobei das Aufbringen durch Zerstäuben, Elektronen-Ionenstrahlverdampfen, Ionplating, chemisches Aufdampfen und ähnliches ausgeführt wird, wobei alle diese Verfahren bei Unterdrücken ausgeführt werden, oder durch Sprühen, Siebdruck und ähnliches, die alle bei Luftdruck ausgeführt werden.
  • Durch Anlegen eines Magnetfeldes, das vorzugsweise nicht schwächer als 0,3 T ist, wobei vorzugsweise auf 300 - 1000ºC erhitzt wird, werden die supraleitenden dünnen Schichten so umgeordnet, daß die c-Achsen der Kristalle nahezu oder genau in Richtung des angelegten Magnetfeldes ausgerichtet werden, so daß die jeweiligen Kristallkörner der Polykristalle vergleichsweise groß werden und die Grenzen zwischen den Körnern verringert werden, wodurch eine Quasi-Einkristallstruktur hergestellt werden kann. Dementsprechend werden die kritischen Stromdichten bei polykristallinen Strukturen von bei 77 K gemessenen herkömmlichen 10²A/cm² auf 10&sup4; - 10&sup5;A/cm² erhöht, was 1/5 des Wertes bei einkristallinen Strukturen entspricht. Es wird weiterhin möglich, einkristalline dünne Schichten herzustellen, die große Flächen aufweisen, was eines der Forschungsziele im technischen Gebiet der Oxid-Supraleiter darstellt.
  • Zusätzlich zum Anlegen eines Magnetfeldes bewirkt weiterhin ein Anlegen eines elektrischen Feldes senkrecht zum Magnetfeld ein Anheben von Tc. Das Magnetfeld kann an eine Oberfläche angelegt werden, auf der das Aufbringen stattfindet, indem das Magnetfeld an einem entfernten Ort induziert wird und die Wirkung des Magnetfeldes auf die Oberfläche mittels eines aus einer magnetischen Substanz, wie Nickel oder Eisen hergestellten magnetischen Kreises, bewirkt wird.
  • Die genannten und andere Merkmale der Erfindung werden in Einzelheiten in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt, und ihre Vorteile werden für Fachleute durch Betrachtung der folgenden Beschreibung als Beispiel dienender Ausführungsformen klar verständlich, die zusammen mit der begleitenden Zeichnung gelesen werden sollte.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Fig. 1 ist eine Darstellung einer vorausgehend bereits erörterten perovskitartigen Struktur;
  • Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, in dem ein erfindungsgemäßes Gerät dargestellt ist; und
  • Fig. 3 ist eine Darstellung eines Substrathalters.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im folgenden werden mehrere Beispiele beschrieben, die die Herstellung supraleitender Keramiken entsprechend der stöchiometrischen Formel (A1-xBx)yCuzOw durch ein erfindungsgemäßes Verfahren verdeutlichen, wobei A ein oder mehrere Elemente der Gruppe IIIa des Periodensystems bezeichnet, beispielsweise die Seltenerdelemente, B eines oder mehrere Elemente der Gruppe IIa des Periodensystems bezeichnet, beispielsweise die Erdalkalimetalle einschließlich Berylhum und Magnesium und folgendes gilt: 0< x< 1; y = 2,0 - 4,0 und vorzugsweise 2,5 - 3,5; z = 1,0 - 4,0 und vorzugsweise 1,5 - 3,5; und w = 4,0 - 10,0 und vorzugsweise 6,0 - 8,0.
  • Zum Herstellen eines supraleitenden Keramikmaterials mit der vorausgehend genannten Formel wurden festgelegte Mengen von BaCo&sub3;, CuO und Y&sub2;O&sub3; verwendet (High Purity Chemical Industrie Co. Ltd., 99,95% oder höher) mit x = 0,67, y = 3, z = 3 und w = 6 - 9, was also mit (YBa&sub2;)Cu&sub3;O&sub6;&submin;&sub9; in Einklang steht. Der Faktor "w" wurde durch Anpassen der Sinter-Bedingung gesteuert.
  • Nach dem Mischen in einer Kugelmühle wurden die hochreinen Chemikalien bei 100 kg/cm in einer Kapsel gepreßt und zu einer zylindrisch geformten Tablette mit 25 mm Durchmesser und 3 mm Höhe geformt. Die Tablette wurde bei 500 - 1400ºC, beispielsweise bei 950ºC für 8 Stunden in einer oxidierenden Atmosphäre, wie Luft, erhitzt (gebrannt), wobei dieser Schritt im folgenden als Vorbrennen bezeichnet wird.
  • Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, in dem ein Gerät zum Herstellen supraleitender Filme gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Das Gerät umfaßt eine Vakuumkammer 41, ein Evakuierungssystem 25, ein Gaseinlaßsystem 40 mit drei Zweigen 32, 33 und 34, eine Anordnung 10 zum Halten eines Targets, einen Substrathalter 31, einen magnetischen Kreis mit einer magnetischen Potentialquelle 26, einen der Magnetpole 27, der sich direkt hinter dem Substrathalter 31 befindet, und den anderen Magnetpol 14, der sich direkt hinter einer Spannplatte 13 der Halteanordnung 10 befindet, an der ein Target 12 befestigt ist. Die Halteanordnung wird von einer Spannungsquelle mit einer hohen negativen Spannung 20 versorgt und mit über eine Einlaßöffnung 15 und eine Auslaßöffnung 15' umlaufendem Kühlwasser gekühlt. Wenn ein Gleichstrom-Zerstäuben gewünscht ist, wird der Halter 31 geerdet, während der Halter 31 in einem elektrisch schwimmenden Zustand angeordnet wird, wenn ein Wechselstrom-Zerstäuben gewünscht ist. Die Anordnung 10 ist durch einen Teflon-Isolator 18 von der Kammer 41 isoliert. Die Umgebung der Anordnung wird durch eine Abschirmplatte 17 geschützt. Der Substrathalter 31 ist zum Heizen eines Substrats 30, auf dem das Aufbringen durch Zerstäuben stattfindet, mit einem Heizgerät 29 ausgestattet. Das zwischen der Anordnung 10 und dem Halter 31 induzierte Magnetfeld 28 wird durch die Potentialquelle 26 gesteuert. Die Halteanordnung 10 und der Substrathalter 31 sind so angeordnet, daß der Abstand zwischen dem Substrat 30 und dem Target 12 2 - 15 cm beträgt. Das Evakuierungssystem 25 umfaßt eine Turbomolekularpumpe 21, ein Druckregulierventil 22 und eine Drehkolbenpumpe 23.
  • Eine vorausgehend beschriebene Keramiktablette wird in der Form, die der Struktur der auf dem Substrat 30 abzuscheidenden dünnen Schichten entspricht, als ein Zerstäubungs-Target 12 an der Anordnung 10 befestigt. Die Kristallrichtungen der Tablette werden auf die der abzuscheidenden dünnen Schichten ausgerichtet, so daß die Kristallstruktur der laminierten dünnen Schicht verbessert wird. Durch die Potentialquelle 26 wird das zwischen dem Target 12 und dem Substrat 30 induzierte Magnetfeld so geregelt, daß es vorzugsweise nicht schwächer ist als 0,3 T und beispielsweise den Wert 0,5 T annimmt. Allgemein sind stärkere Magnetfelder vorzuziehen.
  • Nach dem Evakuieren der Kammer 41 werden Argon, Sauerstoff und ein Gas aus einer Halogenverbindung, wie beispielsweise NF&sub3;, durch die Zweige 32, 33 bzw. 34 des Einlaßsystems 40 bei geeigneten Drücken in die Kammer 41 eingelassen. Das Target 12 wird mittels einer an den Targethalter 16 angelegten elektrischen Hochspannung zerstäubt und in einem Magnetfeld auf dem Substrat 30 aufgebracht.
    • Beispiel 1:
  • Ein Target 12 mit 25 mm Durchmesser wurde gemäß der stöchiometrischen Zusammensetzung YBa&sub2;Cu3,8O&sub6;&submin;&sub8; hergestellt. Der Abstand zwischen dem Target und dem Substrat betrug 3 cm. Der Argondruck in der Kammer betrug 4 x 10&supmin;¹ Pa. Die eingelassene Sauerstoffmenge betrug 20% der Argonmenge. Die Eingangsleistung für das Gleichstrom-Zerstäuben betrug 500 W. Die Stärke des Magnetfelds betrug an der Substratoberfläche 0,2 T. Das Substrat 30 wurde auf 750ºC erhitzt und beim Aufbringen parallel zur Richtung des Magnetfeldes um seine Achse gedreht, um ein gleichmäßiges Aufbringen zu bewirken. Unter diesen Umständen des Aufbringens wurden Keramikschichten mit einer Dicke von 0,5 - 3 Mikrometer bei 5 - 100 Å/min, beispielsweise bei 50 Å/min, aufgebracht.
  • Die Keramikschichten wurden daraufhin bei 850ºC für 3 Stunden in einer Sauerstoffatmosphäre (bei Luftdruck) ausgeheilt und daraufhin für 2 Stunden langsam bei 350 - 500ºC abgekühlt und ausgeheilt. Hierdurch wurden supraleitende Oxidkeramikschichten mit einer abgeänderten perovskitartigen Struktur des orthorhombischen Systems erhalten. Tco wurde als 98 K gemessen. Die kritische Stromdichte wurde als 3 x 10&supmin;&sup4; A/cm² gemessen. Die (a, b)-Ebenen des Targets 12 und der Schicht 50 lagen senkrecht zur Zeichenebene.
    • Beispiel 2:
  • Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde mit der im folgenden beschriebenen Ausnahme wiederholt. Insbesondere wurde der in Fig. 3 dargestellte Substrathalter anstelle des in Fig. 2 dargestellten verwendet. Der Halter trägt ein Paar von Magnetpolen 14 und 27, zwischen denen ein zum Substrat 30 paralleles Magnetfeld induziert wird, das durch einen Pfeil 28 eingezeichnet ist. Ein Target 12 mit 25 mm Durchmesser wurde entsprechend der stöchiometrischen Zusammensetzung Y0,5Yb0,5BaSrCu3,6O&sub6;&submin;&sub8; hergestellt. Die (a, b)-Ebenen des Targets 12 und der Schicht 50 wurden senkrecht zu den Ebenen der Spannplatte 13 und des Substrats 31 gewählt.
  • Das Substrat 30 wurde aus Glas, Aluminiumoxid oder ZrO&sub2; hergestellt und durch Zerstäuben bei 500ºC mit einer Platinelektrode beschichtet. Eine supraleitende Schicht 50 wurde auf der Platinelektrode aufgebracht und daraufhin mit einer Goldelektrode beschichtet. Tc wurde als 93ºC gemessen. Die kritische Stromdichte zwischen der Platin- und der Goldelektrode wurde als 2,4 x 10&sup4; A/cm² gemessen. Die kritische Stromdichte wurde bezüglich des parallel durch die Schicht fließenden Stroms als lediglich 1 x 10³ A/cm² gemessen.
    • Beispiel 3:
  • Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde mit der folgenden Ausnahme wiederholt. Insbesondere wurde ein MgO-Substrat mit einer (100)-Ebene oder ein SrTiO&sub3;-Substrat mit einer (110)- Ebene anstelle des Substrats 31 verwendet. Das Magnetfeld betrug an der Substratoberfläche 1,5 T. Hierdurch wurde eine einkristalline dünne Schicht mit 1,5 µm Dicke und einer Fläche von 1 cm² oder einer größeren Fläche gebildet.
    • Beispiel 4:
  • Das Verfahren aus Beispiel 2 wurde im wesentlichen mit der im folgenden beschriebenen Ausnahme wiederholt. Insbesondere wurde ein MgO-Substrat mit einer (110)-Ebene oder ein SrTiO&sub3;- Substrat (110) anstelle des Substrats 31 verwendet. Das Magnetfeld betrug an der Substratoberfläche 1,5 T. Hierdurch wurden einkristalline dünne Schichten mit einer Dicke von 1,5 µm (Mikrometer) und einer 5 mm² großen Oberfläche gebildet.
  • Die vorausgehenden Beispiele dienen lediglich zum Erläutern der Erfindung und schließen nicht alle Kombinationen von Elementen und Verfahrensänderungen ein, die zum Herstellen supraleitender Keramikmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, und andere Kombinationen sind ebenfalls zur Herstellung verbesserter supraleitender Materialien geeignet.
  • Supraleitende Keramiken zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung können ebenfalls entsprechend der stöchiometrischen Formel (A1-xBx)yCu&sub2;OwXv hergestellt werden, wobei A ein oder mehrere Elemente der Gruppe IIIa des Periodensystems, beispielsweise die Seltenerdelemente bezeichnet, B ein oder mehrere Elemente der Gruppe IIa des Periodensystems, beispielsweise die Erdalkalimetalle einschließlich Beryllium und Magnesium bezeichnet, X ein oder mehrere Elemente einer aus Ge, Sn, Pb, F und Cl bestehenden Gruppe bezeichnet und folgendes gilt: 0< x< 1; y = 2,0 - 4,0 und vorzugsweise 2,5 - 3,5; z = 1,0 - 4,0 und vorzugsweise 1,5 - 3,5; w = 4,0 - 10,0 und vorzugsweise 6,0 - 8,0 und v = 0 - 3.
  • Supraleitende Keramiken für die Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung können weiterhin entsprechend der stöchiometrischen Formel (A1-xBx)yCu&sub2;OwXv hergestellt werden, wobei A ein oder mehrere Elemente der Gruppe IIIa des Periodensystems, beispielsweise die Seltenerdelemente bezeichnet, B ein oder mehrere Elemente der Gruppe IIa des Periodensystems, beispielsweise die Erdalkalimetalle einschließlich Beryllium und Magnesium bezeichnet und folgendes gilt: x = 0,3 - 1; y = 2, - 4,0 und vorzugsweise 2,5 - 3,5; z = 1,0 - 4,0 und vorzugsweise 1,5 - 3,5 und w = 4,0 - 10,0 und vorzugsweise 6,0 - 8,0. Beispiele dieser allgemeinen Formel sind BiSrCaCuCu&sub2;Ox und Bi&sub4;Sr&sub3;Ca&sub3;Cu&sub4;Ox. Die Temperatur des Einsetzens der Supraleitung Tc und Tco wurden für Proben entsprechend der Formel Bi&sub4;SryCa&sub3;Cu&sub4;Ox (y beträgt etwa 1,5) als 40 - 60 K gemessen, was nicht sehr hoch ist. Vergleichsweise hohe kritische Temperaturen wurden mit Proben erhalten, die den stöchiometrischen Formeln Bi&sub4;Sr&sub4;Ca&sub2;Cu&sub4;Ox und Bi&sub2;Sr&sub3;Ca&sub2;Cu&sub2;Ox entsprechen. Die den Sauerstoffanteil bezeichnende Zahl x liegt zwischen 6 - 10 und beträgt beispielsweise etwa 8,1. Solche supraleitenden Materialen können durch Siebdruck, Vakuum-Aufdampfen oder CVD gebildet werden.
  • Wenngleich eine Beschreibung für mehrere Ausführungsformen durchgeführt wurde, sollte die vorliegende Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die speziellen Beispiele beschränkt sein.
  • Um Unklarheiten zu vermeiden, sei bemerkt, das sich alle in der vorliegenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen gegebenen Bezüge auf das Periodensystem und auf spezeille Gruppen des Periodensystem auf das japanische Periodensystem und auf die Gruppen des japanischen Periodensystems beziehen, die in "Physics and Chemistry Dictionary" von Iwanami beschrieben sind. Im Vergleich zu den beispielsweise in "The Penguin Dictionary of Science" gegebenen Gruppenbezeichnungen, die in Europa allgemein anerkannt sind, stimmen die Gruppen Ia, IIa, VIII, Ib, IIb und 0 im japanischen und im europäischen Periodensystem überein, die Gruppen IIIa, IVA, Va, VIA und VIIA des japanischen Periodensystem entsprechen jeweils den Gruppen IIIb, IVb, Vb, VIb und VIb des europäischen Periodensystems, und die Gruppen IIIb, IVb, Vb, VIb und VIIb des japanischen Periodensystem entsprechen jeweils den Gruppen IIIb, IVb, Vb, VIb und VIIb des europäischen Periodensystems.

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen einer supraleitenden Keramikschicht unter Verwendung
eines aus supraleitendem Keramiknaterial gebildeten Zerstäubungs-Targets, wobei
das Target derart zerstäubt wird, daß eine dünne Schicht aus supraleitenden Keramiknaterial auf einer Oberfläche eines Substrats aufgebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetfeld während des Vorgangs des Aufbringens in der Nähe der Substratoberfläche angelegt wird, wobei das Magnetfeld so gewählt ist, daß es die Kristallstruktur der supraleitenden Schicht vorzugsweise in einer vorgewählten Richtung ordnet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchen die Stärke des Magnetfelds wenigstens 0,2 oder 0,3 T beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Zerstäubungs-Target durch Mischen pulverförmiger chemischer Bestandteile des supraleitenden Keramikmaterials und durch Verdichten und Brennen der Mischung gebildet wird.
4. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem weiterhin die bei Anwesenheit eines Magnetfeldes auf die Substratoberfläche aufgebrachte supraleitende Schicht wärnebehandelt wird.
5. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das supraleitende Keramikmaterial der aufgebrachten Schicht der stöchiometrischen Formel
(A1-xBx)yCuzOw
entspricht, wobei A ein oder mehrere Elemente der Gruppe IIIa des japanischen Periodensystems umfaßt, B ein oder mehrere Elemente der Gruppe IIa des japanischen Periodensystens umfaßt und 0 < x < 1, y = 2 - 4, z = 1 - 4 und w = 4 - 10 gilt.
6. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 4, bei welchen das supraleitende Keramiknaterial der aufgebrachten Schicht der stöchiometrischen Formel
(A1-xBx)yCuzOw
entspricht, wobei A ein oder mehrere Elemente der Gruppe Vb des japanischen Periodensystems umfaßt, B ein oder mehrere Elemente der Gruppe IIa des japanischen Periodensystens umfaßt und x = 0,3 - 1, y = 2 - 4, z = 1 - 4 und w = 4 - 10 gilt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem das supraleitende Keramikmaterial der aufgebrachten Schicht eine perovskitartige Kristallstruktur aufweist, deren c-Achse auf die Richtung des angelegten Magnetfeldes ausgerichtet ist und bei welchem die Kristallstruktur des Zerstäubungs-Targets auf die der aufgebrachten Schicht ausgerichtet ist.
8. Gerät zur Verwendung bei der Herstellung supraleitender Keramikschichten, welches enthält:
eine evakuierbare Abscheidungskammer (41);
einen aus supraleitendem Keramikmaterial gebildeten Halter (10) für ein Zerstäubungs-Target (12);
einen Halter (31) für ein Substrat (30) mit einer Oberfläche, auf der eine supraleitende Keramikschicht aufzubringen ist; und
eine Einrichtung (20) zum Bewirken des Zerstäubens des Targets (12), so daß eine Schicht aus dem supraleitenden Keranikmaterial des Targets auf der Substratoberfläche aufgebracht wird;
gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung (14, 26, 27) zum Anlegen eines Magnetfeldes in der Nähe der Substratoberfläche während des Aufbringens der Schicht, wobei das Magnetfeld so gewählt ist, daß es die Kristallstruktur der supraleitenden Schicht vorzugsweise in einer vorgewählten Richtung ordnet.
9. Gerät nach Anspruch 8, bei welchem die Stärke des Magnetfeldes wenigstens 0,2 oder 0,3 T beträgt.
10. Gerät nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem die Einrichtung (14, 26, 27) zum Anlegen des Magnetfeldes einen magnetischen Kreis enthält, der einen hinter dem Target-Halter (10) angeordneten ersten Magnetpol (14), einen hinter dem Substrathalter (31) angeordneten zweiten Magnetpol (27) und eine Magnetquelle (26), die zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetpol (14, 27) ein zum Substrathalter (31) senkrechtes Magnetfeld entwickelt, aufweist.
11. Gerät nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem die Einrichtung (14, 26, 27) zum Anlegen des Magnetfeldes einen magnetischen Kreis enthält, der einen auf einer Seite des Substrathalters (31) angeordneten ersten Magnetpol (14), einen auf einer in einer Entfernung zur ersten Seite des Substrathalters (31) angeordneten zweiten Seite angeordneten zweiten Magnetpol (27) und eine Magnetquelle (26), die zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetpol (14, 27) ein zum Substrathalter (31) paralleles Magnetfeld entwickelt, aufweist.
12. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welchem der Substrathalter (31) ein Heizgerät (29) einschließt.
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