DE68921253T2

DE68921253T2 - Verfahren zur Abscheidung einer dünnen Supraleiterschicht.

Info

Publication number: DE68921253T2
Application number: DE68921253T
Authority: DE
Inventors: Naoji C O Itami Works Fujimori; Keizo C O Itami Works O Harada; Kenjiro C O Itami Works Higaki; Hideo C O Itami Works Itozaki; Shuji C O Itami Works Of Yazu
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1988-06-17
Filing date: 1989-06-19
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2009-06-20
Also published as: US4996190A; EP0347336B1; EP0347335A3; DE68925239D1; DE68925239T2; AU3660389A; US4997813A; HK87196A; DE68921253D1; US5114906A; AU606287B2; EP0347336A2; EP0347335A2; EP0347336A3; EP0347335B1; CA1336557C; CA1336556C; AU606807B2; AU3660289A; JPH0286014A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung eines supraleitenden dünnen Films gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Genauer betrifft das Verfahren einen supraleitenden dünnen Film des Thallium(Tl)-Typs, der eine verbesserte hohe kritische Stromdichte (Jc) als auch eine hohe kritische Temperatur (Tc) besitzt, und ein Verfahren zur Abscheidung desselben auf einem Substrat.

Beschreibung des Standes der Technik

Die Supraleitung ist ein Phänomen, das als eine Art von Phasenwechsel von Elektronen erklärt wird, bei dem der elektrische Widerstand null wird und ein perfekter Diamagnetismus beobachtet wird.
Verschiedene supraleitende Vorrichtungen sind auf dem Gebiet der Elektronik vorgeschlagen und entwickelt worden, das ein typisches Anwendungsgebiet für das Supraleitungsphänomen ist. Eine typische Anwendung des Supraleiters ist ein Josephson-Element bei der Quantenausbeute makroskopisch beobachtet wird, wenn ein elektrischer Strom durch eine schwache, zwischen zwei Supraleitern angeordnete Verbindung geleitet wird. Von dem Josephson- Tunnelelement wird erwartet, daß es aufgrund des kleineren Energieabstandes des supraleitenden Materials eine Schaltvorrichtung mit hoher Schaltgeschwindigkeit und niedrigem Energieverbrauch ist. Es wird auch erwartet, das Josephson-Element als hochsensitiven Sensor oder Detektor zum Abfühlen sehr schwacher magnetischer Felder, Mikrowellen, Röntgenstrahlen oder dergleichen zu verwenden, da eine Veränderung von elektromagnetischen Wellen oder magnetischen Feldern in einer Variation des Josphson-Effekts wiedergespiegelt wird und als ein exaktes Quantenphänomen beobachtet werden kann. Eine Entwicklung von supraleitenden Vorrichtungen, wie Hochgeschwindigkeits-Logikeinheiten oder Kabelmaterial ohne Energieverlust wird auch auf dem Gebiet der Hochgeschwindigkeitscomputer zur Reduktion des Energieverbrauchs gefordert, auf dem der Energieverbrauch pro Einheit mit dem Inkrement der Integrationsdichte die obere Grenze der Kühlkapazität erreicht. Die für die Supraleitung kritische Temperatur "Tc" konnte jedenfalls nicht die 23.2 K von Nb&sub3;Ge überschreiten, welches die höchste Tc innerhalb der letzten zehn Jahre war.
Die Möglichkeit einer Existenz neuer Typen von supraleitenden Materialien mit einer wesentlich höheren Tc wurde durch Bednorz und Müller offenbart, die 1986 einen neuen oxidischen Supraleiter entdeckten (Z. Phys. B64, 1986, S. 186).
Es war bekannt, daß bestimmte keramische Materialien aus Mischoxiden die Eigenschaft der Supraleitung zeigen. Zum Beispiel offenbart die US-A-3 932 315 ein Mischoxid des Ba-Pb-Bi-Typs, das Supraleitung zeigt, und die japanische Offenlegungsschrift Nr. 60-173 885 offenbart, daß Mischoxide des Ba-Bi-Pb-Typs auch Supraleitung zeigen. Diese Supraleiter besitzen jedoch relativ niedrige Übergangstemperaturen von ungefähr 10 K, weshalb die Verwendung von verflüssigtem Helium (Siedepunkt von 4,2 K) als Kühlmittel unerläßlich ist, um Supraleitung zu verwirklichen.
Der neue, von Bednorz und Müller entdeckte Typ Mischoxid-Supraleiter wird durch [La, Sr]&sub2;CuO&sub4; wiedergegeben, der K&sub2;NiF&sub4;-Typ-Oxid genannt wird und eine Kristallstruktur besitzt, die bekannten Oxiden vom Perowskit-Typ ähnlich ist. Die Mischoxide vom K&sub2;NiF&sub4;- Typ zeigen eine so hohe Tc wie 30 K, was wesentlich höher als bei bekannten supraleitenden Materialien war.
Es wurde auch berichtet, daß C. W. Chu et al. in den Vereinigten Staaten von Amerika im Februar 1987 ein anderes supraleitendes Material, genannt YBCO-Typ, entdeckten, das durch YBa&sub2;Cu&sub3;O7-x wiedergegeben wird und eine kritische Temperatur von ungefähr 90 K besitzt (Physical Review Letters, Vol. 58, No. 9, S. 908).
Der andere Typ neuer supraleitender Materialien, die vor kurzem mitgeteilt wurden, ist ein Mischoxid des Bi-Sr-Ca-Cu-O-Systems, mitgeteilt von Maeda et al. (Japanese Journal of Applied Physics. Vol 27, No. 2, S. 1209 bis 1210), und des Tl-Ba-Ca-Cu-O- Systems, die derartig hohe Tc von mehr als 100 K zeigen (Herrmann et al. Appl. Phys. Lett. 52 (20) S. 1738) und die chemisch wesentlich stabiler als die oben genannten Mischoxide des YBCO- Typs oder dergleichen sind. Somit erschien zum ersten Mal die Möglichkeit einer tatsächlichen Verwendung von Supraleitern mit hoher Tc auf der Bildfläche.
Die oben genannten neuen Typen supraleitenden Materials wurden in großen Mengen aus einem gesinterten Block hergestellt, der durch Sintern einer Pulvermischung von Oxiden oder Carbonaten der das supraleitende Material bildenden metallischen Elemente erhalten wurde. Sie können auf einem Substrat in Form eines dünnen Films durch ein Verfahren der Physikalischen Abscheidung aus der Gasphase (PVD) oder der chemischen Abscheidung aus der Gasphase (CVD) abgeschieden werden. In beiden Fällen ist es übliche Praxis die resultierenden gesinterten Blöcke oder dünnen Filme einer Hitzebehandlung in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre zu unterwerfen, um das Sauerstoffdefizit in dem Kristall einzustellen.
Der Anmelder dieser Anmeldung hat schon verschiedene Verfahren zur Herstellung der dünnen Filme der Hochtemperatur-Supraleiter auf einem Substrat in den folgenden Patentanmeldungen vorgeschlagen: US-Patentanmeldung Nr. 152 714, eingereicht am 2. Februar 1988, US-Patentanmeldung Nr. 167 895, eingereicht am 13. März 1988, US-Patentanmeldung Nr. 195 145, eingereicht am 18. Mai 1988, US-Patentanmeldung Nr. 195 147, eingereicht am 18. Mai 1988, US-Patentanmeldung Nr. 200 206, eingereicht am 31. Mai 1988, US-Patentanmeldung Nr. 286 860, eingereicht am 20. Dezember 1988, US-Patentanmeldung Nr. 289 718, eingereicht am 25. Dezember 1988, US-Patentanmeldung Nr. 289 719, eingereicht am 25. Dezember 1988 und US-Patentanmeldung Nr. 290 309, eingereicht am 26. Dezember 1988 oder dergleichen. Die vorliegende Erfindung liegt auf derselben Linie wie diese Anmeldungen.
C.E, Rice et al. offenbaren in APPl. Phys. Lett., 52, 21, 1988, 55. 1828-1830 die Herstellung von supraleitenden dünnen Filmen von Calcium-Strontium-Wismuth-Kupfer-Oxid auf einkristallinen SrTiO&sub3;-Substraten mit {100}- und {110}-Orientierung.
Die EP-A-0 292 958 offenbart die Herstellung eines dünnen Films eines supraleitenden Mischoxids, wie eines thalliumhaltigen Mischoxids auf einem Einkristall aus MgO, durch ein Verfahren der physikalischen Abscheidung aus der Gasphase.
Die vorliegende Erfindung betrifft supraleitende Filme vom Typ der Thallium(Tl)-Mischoxide. Dieser Typ supraleitender Filme ist durch Abscheidungsverfahren wie Radiofrequenz-Sputtern, Vakuumabscheidung oder MO-CVD-Verfahren hergestellt worden. Sie besitzen jedenfalls eine sehr niedrige kritische Stromdichte (Jc), obwohl sie eine sehr hohe kritische Temperatur (Tc) zeigten, sodaß sie schwer in Praktischen Anwendungen zu verwenden waren.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abscheidung eines supraleitenden dünnen Films eines thalliumhaltigen Mischoxids auf einem Substrat durch ein Sputter-Verfahren bereitzustellen, das es ermöglicht, die herkömmlichen supraleitenden dünnen Filmen des Thallium(Tl)-Typs zu verbessern und die kritische Stromdichte (Jc) zu erhöhen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfinder haben die herausgefunden, daß die kritische Stromdichte (Jc) des supraleitenden dünnen Films des Typs eines Thallium(TL)-Mischoxids bemerkenswert verbessert werden kann, wenn der dünne Film, verglichen mit nach herkömmlichen Verfahren hergestellten bekannten dünnen Filmen, bei denen der Film auf der {100}-Ebene von MgO abgeschieden wird, auf der {110}-Ebene eines Magnesiumoxid-Einkristalls abgeschieden wird, und wenn das bei diesem Sputtern verwendete Target ein Pulvertarget ist, das durch Mischen der Verbindungen von Ba, Ca, und Cu, Unterwerfen der resultierenden Mischung unter einen ersten Sintervorgang, Pulverisieren der resultierenden vorgesinterten Masse und anschließendem Mischen des resultierenden vorgesinterten Pulvers mit einer Tl-Verbindung, um das Pulvertarget zu erhalten, hergestellt wird. Tatsächlich lag die bei den bekannten dünnen Filmen von auf der {100}-Ebene abgeschiedenen Mischoxiden des Thallium(Tl)-Typs beobachtete kritische Stromdichte (Jc) bei ungefähr 10000 A/cm², was für praktische Anwendungen unzureichend ist.
Der erfindungsgemäße supraleitende dünne Film besteht bevorzugt aus einem supraleitenden Mischoxid von Thallium (Tl), Barium (Ba), Calcium (Ca) und Kupfer (Cu).
Der erfindungsgemäße supraleitende dünne Film kann durch ein Verfahren der physikalischen Abscheidung aus der Gasphase (PVD) wie RF-Sputtern, Vakuumabscheidung, Ionenbeschichtung, MBE (Molekularstrahl-Epitaxie), oder ein Verfahren der chemischen Abscheidung aus der Gasphase (CVD) wie thermischer CVD, Plasma- CVD, Photo-CVD, MOCVD oder dergleichen auf einem Substrat abgeschieden werden.
Y. Ichikawa et al. offenbaren in Appl. Phys. Lett. 53, 10, 1988, SS. 919-921 die Herstellung von dünnen Filmen von Tl-Ca-Ba-Cu-O durch Radiofrequenz-Magnetron-Sputtern, wobei die dünnen Filme bei 77 K kritsche Stromdichten von bis zu 1,2*10&sup5; A/cm² aufweisen.
Die bei der Abscheidung aus der Gasphase verwendete Dampfquelle kann aus elementarem Thallium (Tl), Barium (Ba), Calcium (Ca) und Kupfer (Cu) und/oder deren Verbindungen bestehen, sodaß Thallium (Tl), Barium (Ba), Calcium (Ca) und Kupfer (Cu) zusammen mit Sauerstoff (O) zur Erzeugung des supraleitenden Mischoxids abgeschieden werden.
Das Atomverhältnisse dieser Elemente: Tl, Ba, Ca und Cu werden in solcher Weise eingestellt, daß ein auf dem Substrat abgeschiedener dünner Film eine vorbestimmte Zusammensetzung hat, die Supraleitung zeigt, wobei Verdampfungsraten und die Flüchtigkeit eines jeden Elements berücksichtigt wird.
Erfindungsgemäß wird die Dampfquelle dadurch hergestellt, daß man zuerst Verbindungen von Ba, Ca und Cu, wie ihre Oxide, Carbonate, Fluoride oder dergleichen, mischt, das resultierende Pulvergemisch der Verbindungen von Ba, Ca und Cu einem ersten Sintervorgang unterwirft, die resultierende vorgesinterte Masse pulverisiert und danach das resultierende vorgesinterte Pulver mit einem Pulver einer Tl-Verbindung mischt, wie Thalliumoxiden, -carbonaten, -fluoriden oder dergleichen, um ein Material einer Pulvermischung zu erhalten, das direkt als Dampfquelle verwendet werden kann, insbesondere als ein Target für das Sputtern. Dieses Herstellungsverfahren ist sehr effizient, weil Thallium ein sehr flüchtiges und toxisches Element ist.
Die Dampfquelle kann in eine Mehrzahl von Segmenten aufgeteilt sein, wobei jedes Segment aus einem elementaren Metall von Tl, Ba, Ca, und Cu oder einer deren Verbindungen, wie ihrer Oxide, Carbonate, Fluoride oder dergleichen besteht, die mittels einer K-Zelle oder eines Ionenstrahls verdampft werden können. Diese Dampfguelle ist für Abscheidung aus der Gasphase, Ionen-Beschichtung oder Molekularstrahl-Epitaxie-Verfahren (MBE) bevorzugt. In diesem Fall wird Sauerstoff, wenn nötig, separat oder zusätzlich einer Verdampfungsatmosphäre zugeführt.
Allgemein wird eine Ergänzung von Sauerstoff in der Verdampfungsatmosphäre entweder durch Verdampfung von Sauerstoff enthaltende Verbindungen wie Oxide, Carbonate, Fluoride von Tl, Ba, Ca und Cu oder durch separates Zuführen von Sauerstoff in eine Vakuumkammer bewirkt. In jedem Fall muß der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre während der Abscheidung des supraleitenden dünnen Films genau gesteuert werden, sodaß das Sauerstoffdefizit in dem auf dem Substrat abgeschiedenen dünnen Film auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird, weil das Sauerstoffdefizit in dem dünnen Film ein kritischer Faktor für die Verwirklichung der supraleitenden Eigenschaft ist.
Der erfindungsgemäße dünne Film besteht bevorzugt aus einem supraleitenden Mischoxid der folgenden allgemeinen Formel:
Tl&sub4; (Ba1-xCax)mCunOp+y
wobei m, n, x und y Zahlen sind, die jeweils in den Bereichen
6 ≤ m ≤ 10, 4 ≤ n ≤ 8, 0 ≤ x ≤ 1 und -2 ≤ y ≤ +2 liegen, und p = (6+m+n).
Besonders bevorzugt werden die Atomverhältnisse aus einem der folgenden Bereiche ausgewählt:
(i) 7 ≤ m ≤ 9, 5 ≤ n ≤ 7 und 0,4 ≤ x ≤ 0,6,
(ii) 6 ≤ m ≤ 7, 4 ≤ n ≤ 5 und 0,2 ≤ x ≤ 0,4,
(iii) 9 ≤ m ≤ 10, 7 ≤ n ≤ 8 und 0,5 ≤ x ≤ 0,7.
Resultate von Experimenten, die von den Erfindern durchgeführt wurden, zeigten, daß die kristalline Struktur eines supraleitenden dünnen Films eines auf der {110}-Ebene eines Einkristalls von Magnesiumoxid (MgO) abgeschiedenen Films eines Mischoxides des Thallium(Tl)-Typs wesentlich einheitlicher als ein auf der {100}-Ebene desselben Einkristalls abgeschiedener supraleitender dünner Film eines Mischoxids vom Thallium(Tl)-Typ und frei von Einschlüsen ist, was als Folge einer Hinderung des Elektronenflusses angesehen wird. Der Grund, daß der erfindungsgemäße dünne Film eine sehr hohe Stromdichte (Jc) aufweist, kann durch die Abwesenheit oder die Verminderung derartiger Einschlüsse erklärt werden.
Um einen glatten Film zu erhalten, der einheitlich in seiner Kristallstruktur ist, ist es unabdingabar das Substrat während der Abscheidung auf eine Temperatur von mehr als 50ºC, bevorzugt mehr als 100ºC, aufzuheizen. Die Temperatur des Substrats sollte während der Abscheidung jedoch nicht höher als 400ºC sein. Ein Aufheizen des Substrats auf mehr als 400ºC resultiert in einer Zunahme von Einschlüssen in dem abgeschiedenen dünnen Film, weshalb sowohl die kritische Stromdichte (Jc) als auch die kritische Temperatur (Tc) abnehmen.
Es ist auch bevorzugt den auf dem Substrat abgeschiedenen dünnen Film einer Hitzebehandlung in einem Strom eines gemischten Gases aus Sauerstoff und Thallium zu unterwerfen. Diese Hitzebehandlung wird bevorzugt dadurch bewirkt, daß der resultierende, auf dem Substrat abgeschiedene dünne Film zuerst wieder bei einer Heizrate von 1 bis 5ºC/min auf eine Temperatur von 800 bis 910ºC aufgeheizt wird, bei dieser Temperatur für 10 Minuten bis 100 Stunden gehalten wird und anschließend mit einer Abkühlrate von 1 bis 5ºC/min langsam auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird. Diese Hitzebehandlung beschleunigt die Homogenisierung der Kristallstruktur in dem dünnen Film und sichert das Sauerstoffdefizit der Kristallstruktur. Um die Auswirkung der Hitzebehandlung zu verwirklichen, ist es bevorzugt, die Hitzebehandlung mit den oben genannten Schritten durchzuführen.
Das erfindungsgemäße supraleitende Mischoxid kann vorteilhafterweise in verschiedenen Anwendungen von Dünnfilmelementen wie Matisoo-Schaltelementen oder Josephson-Elementen, Anacker-Speichern, verschiedenen Sensoren oder supraleitenden Quanteninterferometern (SQUID) verwendet werden.
Im folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf Beispiele beschrieben, wobei der Rahmen der Erfindung aber nicht auf die Beispiele beschränkt werden sollte.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wird ein erfindungsgemäßer supraleitender dünner Film eines Mischoxids vom Tl-Ba-Ca-Cu-Typ durch Radiofrequenz-Magnetron-Sputtern hergestellt.
Ein bei dem Radiofrequenz-Magnetron-Sputtern verwendetes Target wird durch inniges Mischen kommerziell erhältlicher Pulver von BaCO&sub3;, CaCO&sub3; und CuO auf eine solche Weise hergestellt, daß die Atomverhältnisse der jeweiligen Elemente Ba, Ca, Cu in der resultierenden Pulvermischung 2:2:3 betragen, die Pulvermischung bei 820ºC für acht Stunden einem Sintervorgang unterworfen wird, die gesinterte Masse pulverisiert wird und danach Mischen eines kommerziell erhältlichen Pulvers von Tl&sub2;O&sub3; mit dem resultierenden pulverisierten, vorgesinterten Pulver auf eine solche Weise, daß die Atomverhältnisse von Tl, Ba, Ca und Cu 1:2:2:3 werden, um ein Target aus einer Pulvermischung zu erhalten, das direkt als das Target verwendet wird.
Das Radiofrequenz-Magnetron-Sputtern erfolgt unter folgenden Bedingungen:
Substrat: {110}-Ebene eines Mgo-Einkristalls
Sputter-Gas: ein gemischtes Gas aus Ar und O&sub2; O&sub2;/ (Ar+O&sub2;) = 0,2 (Vol)
Sputter-Druck: 2,66 Pa (2*10&supmin;²Torr)
Substrattemperatur: 200ºC
Hochfrequenz-Leistung: 50 W (0,64 W/cm²)
Mit der Abscheidung eines dünnen Films wurde bis zu einer Dicke von 8000 Å fortgefahren. Danach wurde der resultierende dünne Film in einem Strom eines aus Thallium und Sauerstoff gemischten Gases einer Hitzebehandlung unterzogen. Diese Hitzebehandlung wurde durch ein Wiedererhitzen des auf dem Substrat abgeschiedenen dünnen Films auf bis zu 900ºC bei einer Rate von 3ºC/min, Beibehalten der Temperaur für eine Stunde und danach einem langsamen Abkühlen auf Umgebungatemperatur bei einer Abkühlrate von 3ºC/min bewirkt.
Der resultierende Film wurde analysiert und es wurde herausgefunden, daß die Atomverhältnisse von Tl:Ba:Ca:Cu in dem dünnen Film 2:2:2:3 sind.
Zum Vergleich wurde dasselbe Verfahren (dasselbe Target und die gleichen Verfahrensbedingungen wie oben) mit der Ausnahme wiederholt, daß der dünne Film auf der {100}-Ebene eines MgO-Einkristalls abgeschieden wurde.
Die resultierenden supraleitenden Filme wurden durch Messung der kritischen Temperatur, der kritischen Stromdichte und Beobachtung ihrer Oberfläche mittels eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) bewertet.
Die kritischen Temperaturen (Tco an dem Punkt, wo die Supraleitung beginnt, und Tci, wo die perfekte Supraleitung verwirklicht ist) wurden bei beiden Proben des dünnen Films durch die übliche Methode der Vierfachmessung bestimmt. Die Temperatur wurde durch ein kalibriertes Au(Fe)Ag-Thermoelement gemessen. Die kritische Stromdichte (Jc) der erhaltenen dünnen Filme wurde auch bei 77,0 K bestimmt und in A/cm² ausgedrückt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Beispiel 2

Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß die Atomverhältnisse von Tl:Ba:Ca:Cu zu 2:2:1:2 verändert wurden.
Der resultierende Film wurde analysiert und es wurde herausgefunden, daß die Atomverhältnisse von Tl:Ba:Ca:Cu in dem dünnen Film 2:2:1:2 sind.
Die supraleitenden Eigenschaften des resultierenden dünnen Films wurden nach der gleichen Methode wie in Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wurde ein erfindungsgemäßer dünner Film eines Mischoxids vom Tl-Ba-Ca-Cu-Typ durch ein Verfahren der Abscheidung aus der Gasphase hergestellt.
Eine bei der Abscheidung aus der Gasphase verwendete Dampffquelle ist in vier Segmente unterteilt und besteht aus kommerziell erhältlichem Thallium(Tl)-Metall, Calcium(Ca)-Metall, Kupfer(Cu)-Metall und BaF&sub2;. Das Thallium(Tl)-Metall, Calcium(Ca)- Metall und Kupfer(Cu)-Metall werden jeweils in einer K-Zelle verdampft, während BaF&sub2; mittels einer Elektronenstrahlkanone (EB) verdampft wurde.
Die Abscheidung aus der Gasphase wurde unter folgenden Bedingungen bewirkt:
Substrat: {110}-Ebene eines MgO-Einkristalls
Sauerstoffpartialdruck: 2,66*10&supmin;&sup4; Pa (2*10&supmin;&sup6; Torr)
Substrattemperatur: 300ºC
Filmbildungsrate: 5 Å/min
Die Abscheidung eines dünnen Films wird bis zu einer Dcke von 8000 Å fortgeführt. Danach wurde der auf dem Substrat abgeschiedene dünne Film in einem Strom eines gemischten Gases aus Sauerstoff und Thallium einer Hitzebehandlung unterzogen. Diese Hitzebehandlung wird durch ein Wiedererhitzen des auf dem Substrat abgeschiedenen dünnen Films auf bis zu 900ºC mit einer Rate von 3ºC/min, Beibehalten der Temperatur für eine Stunde und anschließendem langsamen Abkühlen des dünnen Films auf Umgebungstempratur mit einer Abkühlrate von 3ºC/min bewirkt.
Der resultierende Film wurde analysiert und es wurde herausgefunden, daß die Atomverhältnisse von Tl:Ba:Ca:Cu in dem dünnen Film 2:2:2:3 sind.
Zum Vergleich wurde dasselbe Verfahren (dasselbe Target und die gleichen Verfahrensbedingungen wie oben) mit der Ausnahme wiederholt, daß der dünne Film auf der {100}-Ebene eines MgO-Einkristalls abgeschieden wurde.
Die kritischen Temperaturen (Tco und Tci) und die kritische Stromdichte (Jc) wurden nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Beispiel 4

Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 3 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß die zu verdampfenden Mengen von Ca und Cu durch Steuern der Heizmittel auf solche Weise reduziert wurden, daß die Atomverhältnisse von Tl:Ba:Ca:Cu, die in dem resultierenden Film analysiert wurden, 2:2:1:2 wurden.
Die supraleitenden Eigenschaften des resultierenden dünnen Films wurden mit den gleichen Methoden wie in Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Tabelle 1 Ebene Beispiel Nr. vorliegende Erfindung Vergleich
Mit den Ergebnissen der Beispiele wird bestätigt, daß die erfindungsgemäßen dünnen Filme eine wesentlich höhere kritische Stromdichte (Jc) besitzen, als die herkömmlichen. Die Glätte der Oberfläche der erhaltenen supraleitenden dünnen Filme wurde mittels Rasterelektronenmikroskop (SEM) geprüft. Die Ergebnisse zeigten, daß die erfindungsgemäßen dünnen Filme eine wesentlich homogenere und einheitlichere glatte Oberfäche haben als die nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellten Filme besitzen.
Diese Tatsache ist eine Stütze für den Grund, weshalb der erfindungsgemäße dünne Film eine höhere kritische Stromdichte besitzt.

Claims

1. Verfahren zum Abscheiden eines supraleitenden dünnen Films auf einem thalliumhaltigen Mischoxid durch Sputtern auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dar man den supraleitenden dünnen Film auf einer {110}-Ebene eines Einkristalls von Magnesiumoxid (MgO) abscheidet und als Target beim Sputtern ein Pulvertarget verwendet, das dadurch hergestellt worden ist, dar man Verbindungen von Ba, Ca und Cu mischt, das resultierende Gemisch der Verbindungen von Ea, Ca und Cu einem ersten Sintervorgang unterwirft, die resultierende vorgesinterte Masse pulverisiert und danach das resultierende vorgesinterte Pulver mit einer Verbindung von Tl mischt und das Pulvertarget erhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man das Substrat bei einer Temperatur, die nicht höher als 400 ºC ist, während des Abscheidens erhitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei man den dünnen Film auf dem Substrat einer Wärmebehandlung nach dem Abscheiden unterwirft.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei man die Wärembehandlung in einem Strom eines Gasgemischs aus Sauerstoff und Thallium durchführt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die beim Sputtern verwendete Dampfquelle aus elementarem Thallium (Tl), Barium (Ba), -Calzium (Ca) und Kupfer (Cu) und/oder deren Verbindungen derart besteht, dar Thallium (Tl), Barium (Ba), Calzium (Ca) und Kupfer (Cu) zusammen mit Sauerstoff (O) auf dem Substrat abgeschieden werden und das supraleitende Mischoxid gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei jede der Verbindungen von Tl, Ba, Ca und Cu eine sauerstoffhaltige Verbindung ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei jede der sauerstoffhaltigen Verbindungen jeweils unter Oxiden, Carbonaten, Nitraten und Fluoriden von Tl, Ba, Ca und Cu ausgewählt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der supraleitende dünne Film, der auf einem Substrat abgeschieden wird, aus einem supraleitenden Mischoxid der folgenden allgemeinen Formel besteht:

Tl&sub4; (Bai-xCax)mCunOp+y

wobei m, n, x und y Zahlen sind, die jeweils die Bereiche

6 ≤ m ≤ 10, 4 ≤ n ≤ 8, 0 ≤ x ≤ 1 bzw. - 2 ≤ y ≤ + 2

befriedigen,

und p = (6+m+n) ist.