JP2000256827A - 酸化物薄膜形成体とその作製装置及び作製方法 - Google Patents
酸化物薄膜形成体とその作製装置及び作製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化物薄膜中の酸素濃度の低下を防止
してポストアニール工程を省略するとともに、隣接する
層の界面性能を向上させて、デバイスの特性向上を図
る。 【解決手段】 石英製試料ホルダー２７に形成された
凹部空間２８に連通孔２９を通して酸素ガス３０を供給
するとともに、イオン導電性基板２３の表面と裏面に夫
々配設された電極３３、３４を介して電圧Ｖを印加し、
酸素ガス３０を酸素イオンとして、イオン導電性基板２
３の裏面から表面に移動拡散させて、イオン導電性基板
２３の表面に蒸着中の酸化物薄膜２４に供給する。
してポストアニール工程を省略するとともに、隣接する
層の界面性能を向上させて、デバイスの特性向上を図
る。 【解決手段】 石英製試料ホルダー２７に形成された
凹部空間２８に連通孔２９を通して酸素ガス３０を供給
するとともに、イオン導電性基板２３の表面と裏面に夫
々配設された電極３３、３４を介して電圧Ｖを印加し、
酸素ガス３０を酸素イオンとして、イオン導電性基板２
３の裏面から表面に移動拡散させて、イオン導電性基板
２３の表面に蒸着中の酸化物薄膜２４に供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空蒸着、レーザ
ーアブレーション法、スパッタ法等、真空中で基板上に
酸化物薄膜を作製する技術に関し、特に、ジョセフソン
トランジスタ、光導波路等において、真空中で基板上に
形成された酸化物薄膜形成体と、その作製装置及び作製
方法に関する。
ーアブレーション法、スパッタ法等、真空中で基板上に
酸化物薄膜を作製する技術に関し、特に、ジョセフソン
トランジスタ、光導波路等において、真空中で基板上に
形成された酸化物薄膜形成体と、その作製装置及び作製
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は、従来例を説明する図である。図
１（ａ）は、真空蒸着を利用して形成されるデバイスの
一例であるジョセフソン接合を用いたジョセフソントラ
ンジスタを示す図である。このジョセフソントランジス
タ１は、基板２の上に酸化物超電導薄膜３が真空蒸着さ
れ、さらに絶縁体４及び電極５が形成され、酸化物超電
導薄膜３にソース６及びドレーン７が、電極５にゲート
８が夫々取り付けられてて構成される。
１（ａ）は、真空蒸着を利用して形成されるデバイスの
一例であるジョセフソン接合を用いたジョセフソントラ
ンジスタを示す図である。このジョセフソントランジス
タ１は、基板２の上に酸化物超電導薄膜３が真空蒸着さ
れ、さらに絶縁体４及び電極５が形成され、酸化物超電
導薄膜３にソース６及びドレーン７が、電極５にゲート
８が夫々取り付けられてて構成される。
【０００３】このようなジョセフソントランジスタ１等
のデバイスにおいて基板上に酸化物超伝導体薄膜を形成
する場合や、光導波路（図示せず）等において基板上に
ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）等の酸化物薄膜を形
成するための真空蒸着装置、方法は、図１（ｂ）に示さ
れるとおりである。即ち、真空チャンバ９内で、るつぼ
１０内に入れられた酸化物超伝導材料等の蒸着材料１１
がレーザー光１２により（電子ビーム蒸着の場合は電子
銃により）気化され、ヒータで１３加熱されている基板
２の表面に酸化物薄膜１４が蒸着される。この蒸着に際
して、ノズル１５で蒸着面に酸素ガス１６や酸素ラジカ
ルを供給して酸化物薄膜１４の酸化の促進を図ってい
た。
のデバイスにおいて基板上に酸化物超伝導体薄膜を形成
する場合や、光導波路（図示せず）等において基板上に
ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）等の酸化物薄膜を形
成するための真空蒸着装置、方法は、図１（ｂ）に示さ
れるとおりである。即ち、真空チャンバ９内で、るつぼ
１０内に入れられた酸化物超伝導材料等の蒸着材料１１
がレーザー光１２により（電子ビーム蒸着の場合は電子
銃により）気化され、ヒータで１３加熱されている基板
２の表面に酸化物薄膜１４が蒸着される。この蒸着に際
して、ノズル１５で蒸着面に酸素ガス１６や酸素ラジカ
ルを供給して酸化物薄膜１４の酸化の促進を図ってい
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この真空蒸着等のよう
に、従来真空中で基板上に酸化物薄膜を形成する場合に
は、真空雰囲気内の酸素分圧が極めて低いことから、形
成される酸化物薄膜中の酸素濃度が低下し、酸化物薄膜
内に酸素が十分行き渡らず、酸化物の結晶構造が不安定
であり、十分なデバイス特性が得られない。このために
従来は、真空中で酸化物薄膜形成後に酸化雰囲気中で加
熱して酸化物の酸素濃度を高め結晶構造を整えるための
ポストアニール工程が必要であった。
に、従来真空中で基板上に酸化物薄膜を形成する場合に
は、真空雰囲気内の酸素分圧が極めて低いことから、形
成される酸化物薄膜中の酸素濃度が低下し、酸化物薄膜
内に酸素が十分行き渡らず、酸化物の結晶構造が不安定
であり、十分なデバイス特性が得られない。このために
従来は、真空中で酸化物薄膜形成後に酸化雰囲気中で加
熱して酸化物の酸素濃度を高め結晶構造を整えるための
ポストアニール工程が必要であった。
【０００５】又、真空中で基板上に複数の酸化物薄膜等
を積層する場合、この酸素濃度の低下のために、互いに
隣接して形成される薄膜の界面の結晶構造が不安定とな
る（界面特性の劣化）という問題があった。例えば、図
１（ｃ）に示すように、真空中で基板１７上に、酸化物
超伝導薄膜１８、常伝導酸化物薄膜１９及び酸化物超伝
導薄膜２０が順次積層された構造を有するデバイスの場
合に、酸化物超伝導薄膜１８、２０と常伝導酸化物薄膜
１９との界面２１、２２に十分酸素が補給されず、界面
の結晶構造が不安定となり、そのために常伝導酸化物薄
膜１９にピンホールが生じ、上下の酸化物超伝導薄膜１
８、２０が直接電気的に接触して、各層１８、１９、２
０の夫々の機能が十分発揮し得ず、デバイスの性能が低
下するという問題があった。
を積層する場合、この酸素濃度の低下のために、互いに
隣接して形成される薄膜の界面の結晶構造が不安定とな
る（界面特性の劣化）という問題があった。例えば、図
１（ｃ）に示すように、真空中で基板１７上に、酸化物
超伝導薄膜１８、常伝導酸化物薄膜１９及び酸化物超伝
導薄膜２０が順次積層された構造を有するデバイスの場
合に、酸化物超伝導薄膜１８、２０と常伝導酸化物薄膜
１９との界面２１、２２に十分酸素が補給されず、界面
の結晶構造が不安定となり、そのために常伝導酸化物薄
膜１９にピンホールが生じ、上下の酸化物超伝導薄膜１
８、２０が直接電気的に接触して、各層１８、１９、２
０の夫々の機能が十分発揮し得ず、デバイスの性能が低
下するという問題があった。
【０００６】本発明は、このような従来の問題点を解決
することを目的とするものであり、真空中で基板上に酸
化物薄膜を形成する場合、真空雰囲気内の酸素分圧が低
いことによる薄膜中の酸素濃度の低下を防止し、酸化物
薄膜を用いたデバイス性能の向上を図るとともに、ポス
トアニール工程を省き、作業プロセスをより簡易にする
ことを課題とする。
することを目的とするものであり、真空中で基板上に酸
化物薄膜を形成する場合、真空雰囲気内の酸素分圧が低
いことによる薄膜中の酸素濃度の低下を防止し、酸化物
薄膜を用いたデバイス性能の向上を図るとともに、ポス
トアニール工程を省き、作業プロセスをより簡易にする
ことを課題とする。
【０００７】さらに、本発明は、真空中で基板上に複数
の酸化物薄膜を積層する場合、酸素濃度の不足に起因す
る互いに隣接する層の界面の結晶構造の不安定さを解消
し、この点からもデバイス性能の向上を図ることを課題
とする。
の酸化物薄膜を積層する場合、酸素濃度の不足に起因す
る互いに隣接する層の界面の結晶構造の不安定さを解消
し、この点からもデバイス性能の向上を図ることを課題
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、イオン導電性基板と、該イオン導電性基
板の表面に真空中で形成された一層以上の酸化物薄膜と
から構成される酸化物薄膜形成体であって、上記イオン
導電性基板は、薄膜形成時には、表面に凹部空間を有す
るとともに該凹部空間に酸素を供給する連通孔が形成さ
れた石英製試料ホルダーの上に載置され、かつ表裏両面
に夫々配設された電極を介して電圧が印加されて、上記
酸素イオンを裏面から表面に移動拡散させて、形成中の
上記酸化物薄膜中に酸素イオンを移動拡散する機能を有
するものであることを特徴とする酸化物薄膜形成体を提
供する。
決するために、イオン導電性基板と、該イオン導電性基
板の表面に真空中で形成された一層以上の酸化物薄膜と
から構成される酸化物薄膜形成体であって、上記イオン
導電性基板は、薄膜形成時には、表面に凹部空間を有す
るとともに該凹部空間に酸素を供給する連通孔が形成さ
れた石英製試料ホルダーの上に載置され、かつ表裏両面
に夫々配設された電極を介して電圧が印加されて、上記
酸素イオンを裏面から表面に移動拡散させて、形成中の
上記酸化物薄膜中に酸素イオンを移動拡散する機能を有
するものであることを特徴とする酸化物薄膜形成体を提
供する。
【０００９】上記酸化物薄膜は、複数層から成る積層構
造として場合は、互いに隣接する層の界面にも上記酸素
イオンが移動拡散されていることを特徴とする。
造として場合は、互いに隣接する層の界面にも上記酸素
イオンが移動拡散されていることを特徴とする。
【００１０】さらに、本発明は、上記課題を解決するた
めに、真空チャンバ内でイオン導電性基板の表面に真空
中で一層以上の酸化物薄膜を形成する酸化物薄膜作製装
置であって、上記真空チャンバ内に配設され、その表面
に凹部空間が形成されているとともに、該凹部空間に酸
素を供給する連通孔が形成された石英製試料ホルダー
と、該石英製試料ホルダーに載置されるイオン導電性基
板の表裏両面に夫々配設された電極を介して電圧を印加
する電圧印加装置とを備え、上記電圧印加装置で上記イ
オン導電性基板の表裏両面間に電圧を印加し、上記凹部
空間に供給された酸素ガスを酸素イオンとして、上記イ
オン導電性基板を裏面から表面に移動拡散させて、形成
中の酸化物薄膜中に移動拡散することを特徴とする、イ
オン導電性基板の表面に真空中で酸化物薄膜を形成する
酸化物薄膜作製装置を提供する。
めに、真空チャンバ内でイオン導電性基板の表面に真空
中で一層以上の酸化物薄膜を形成する酸化物薄膜作製装
置であって、上記真空チャンバ内に配設され、その表面
に凹部空間が形成されているとともに、該凹部空間に酸
素を供給する連通孔が形成された石英製試料ホルダー
と、該石英製試料ホルダーに載置されるイオン導電性基
板の表裏両面に夫々配設された電極を介して電圧を印加
する電圧印加装置とを備え、上記電圧印加装置で上記イ
オン導電性基板の表裏両面間に電圧を印加し、上記凹部
空間に供給された酸素ガスを酸素イオンとして、上記イ
オン導電性基板を裏面から表面に移動拡散させて、形成
中の酸化物薄膜中に移動拡散することを特徴とする、イ
オン導電性基板の表面に真空中で酸化物薄膜を形成する
酸化物薄膜作製装置を提供する。
【００１１】さらに、本発明は、上記課題を解決するた
めに、真空チャンバ内の石英製試料ホルダーに裏面側が
載置されたイオン導電性基板の表面に、真空中で一層以
上の酸化物薄膜を形成する酸化物薄膜作製方法であっ
て、上記石英製試料ホルダーに形成された凹部空間に、
該石英製試料ホルダーに形成された連通孔を通して酸素
ガスを供給するとともに、上記イオン導電性基板の表面
と裏面に夫々配設された電極を介して電圧を印加し、上
記凹部空間に供給された酸素ガスを酸素イオンとして、
上記イオン導電性基板の裏面から表面に移動拡散させて
薄膜形成中の上記酸化物薄膜中に移動拡散することを特
徴とする、イオン導電性基板の表面に真空中で酸化物薄
膜を作製する方法を提供する。
めに、真空チャンバ内の石英製試料ホルダーに裏面側が
載置されたイオン導電性基板の表面に、真空中で一層以
上の酸化物薄膜を形成する酸化物薄膜作製方法であっ
て、上記石英製試料ホルダーに形成された凹部空間に、
該石英製試料ホルダーに形成された連通孔を通して酸素
ガスを供給するとともに、上記イオン導電性基板の表面
と裏面に夫々配設された電極を介して電圧を印加し、上
記凹部空間に供給された酸素ガスを酸素イオンとして、
上記イオン導電性基板の裏面から表面に移動拡散させて
薄膜形成中の上記酸化物薄膜中に移動拡散することを特
徴とする、イオン導電性基板の表面に真空中で酸化物薄
膜を作製する方法を提供する。
【００１２】上記イオン導電性基板は、上記石英製試料
ホルダー上に密封用金属材を介して載置し、薄膜形成時
には上記密封用金属材が溶融して上記イオン導電性基板
と上記石英製試料ホルダーの間に密着して上記凹部空間
の密封効果を高めるようにしてもよい。
ホルダー上に密封用金属材を介して載置し、薄膜形成時
には上記密封用金属材が溶融して上記イオン導電性基板
と上記石英製試料ホルダーの間に密着して上記凹部空間
の密封効果を高めるようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明に係る酸化物薄膜形成体と
その作製装置及び方法の実施の形態を実施例に基づいて
図面を参照して説明する。図２は、本発明に係る一つの
実施例（実施例１）を説明する図であり、基板２３上に
形成される酸化物薄膜２４の作製方法、及びその作製装
置の要部を説明する図である。図１において、真空チャ
ンバ（図示せず）内に石英製試料ホルダー２５が配設さ
れている。
その作製装置及び方法の実施の形態を実施例に基づいて
図面を参照して説明する。図２は、本発明に係る一つの
実施例（実施例１）を説明する図であり、基板２３上に
形成される酸化物薄膜２４の作製方法、及びその作製装
置の要部を説明する図である。図１において、真空チャ
ンバ（図示せず）内に石英製試料ホルダー２５が配設さ
れている。
【００１４】この石英製試料ホルダー２５は、その上面
に凹部２６が形成されており、その側壁２７にはこの凹
部２６内の空間（凹部空間という。）２８に連通するよ
うに連通孔２９が形成されている。この連通孔２９は、
酸素ボンベ等の適当な酸素ガス供給源に連結されてい
る。蒸着の際には、この連通孔２９を通して酸素ガス
（Ｏ２）３０が、例えば１気圧程度の圧力で凹部空間２
８内に供給される。
に凹部２６が形成されており、その側壁２７にはこの凹
部２６内の空間（凹部空間という。）２８に連通するよ
うに連通孔２９が形成されている。この連通孔２９は、
酸素ボンベ等の適当な酸素ガス供給源に連結されてい
る。蒸着の際には、この連通孔２９を通して酸素ガス
（Ｏ２）３０が、例えば１気圧程度の圧力で凹部空間２
８内に供給される。
【００１５】石英製試料ホルダー２５の背面側には、基
板加熱用ランプ３１が配設されており、蒸着時に基板２
３を加熱することができる。石英製試料ホルダー２５の
上面には、凹部２６の上部開口周縁に沿って密閉用（シ
ール用）のアルミ箔３２が配設されている。
板加熱用ランプ３１が配設されており、蒸着時に基板２
３を加熱することができる。石英製試料ホルダー２５の
上面には、凹部２６の上部開口周縁に沿って密閉用（シ
ール用）のアルミ箔３２が配設されている。
【００１６】蒸着されて酸化物薄膜２４となる蒸着材料
は、作製すべきデバイスに応じて、一種類又は多種類の
材料が夫々るつぼ（図示せず）内に入れられており、レ
ーザ光や電子銃等により気化される。蒸着材料として
は、作製すべきデバイスにより異なるが、例えば、酸化
物超電導薄膜の材料としては、イットリウム系（Ｙ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−Ｏ）、ビスマス系（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏ）等の材料がある。又、光導波路用の酸化物薄膜材
料としては、ＬｉＮｂＯ３等がある。
は、作製すべきデバイスに応じて、一種類又は多種類の
材料が夫々るつぼ（図示せず）内に入れられており、レ
ーザ光や電子銃等により気化される。蒸着材料として
は、作製すべきデバイスにより異なるが、例えば、酸化
物超電導薄膜の材料としては、イットリウム系（Ｙ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−Ｏ）、ビスマス系（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏ）等の材料がある。又、光導波路用の酸化物薄膜材
料としては、ＬｉＮｂＯ３等がある。
【００１７】以上が、本発明の酸化物薄膜形成体の作製
装置の要部の説明であり、このような作製装置により蒸
着されるべき基板２３は、このアルミ箔３２を介して石
英製試料ホルダー２５上に載置される。本発明の特徴
は、蒸着される基板２３として、イオン導電性基板が用
いられる（以下、基板をイオン導電性基板という。）点
である。
装置の要部の説明であり、このような作製装置により蒸
着されるべき基板２３は、このアルミ箔３２を介して石
英製試料ホルダー２５上に載置される。本発明の特徴
は、蒸着される基板２３として、イオン導電性基板が用
いられる（以下、基板をイオン導電性基板という。）点
である。
【００１８】このイオン導電性基板２３としては、（Ｂ
ｉ２Ｏ３）１―Ｘ・（Ｙ２Ｏ３）Ｘ（ここに、Ｘ：０〜
１）があり、これは例えば、（Ｂｉ２Ｏ３）０．７５・
（Ｙ ２Ｏ３）０．２５等がある。さらに、（Ｂｉ
２Ｏ３）１―Ｘ・（Ｇｄ２Ｏ３）Ｘ（ここに、Ｘ：０〜
１）等がある。その他、上記イオン導電性基板として用
いられる材料としては、いろいろな導電性無機材料が利
用可能であるが、代表例を挙げると、２ＡｇI・Ａｇ２
Ｏ・Ｂ２Ｏ３、３ＡｇＩ・Ａｇ２ＭｏＯ４、ＬｉＮｂＯ
３、ＬｉＴａＯ３、５Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３、５Ｌｉ２
Ｏ・Ｇａ２Ｏ３等である。
ｉ２Ｏ３）１―Ｘ・（Ｙ２Ｏ３）Ｘ（ここに、Ｘ：０〜
１）があり、これは例えば、（Ｂｉ２Ｏ３）０．７５・
（Ｙ ２Ｏ３）０．２５等がある。さらに、（Ｂｉ
２Ｏ３）１―Ｘ・（Ｇｄ２Ｏ３）Ｘ（ここに、Ｘ：０〜
１）等がある。その他、上記イオン導電性基板として用
いられる材料としては、いろいろな導電性無機材料が利
用可能であるが、代表例を挙げると、２ＡｇI・Ａｇ２
Ｏ・Ｂ２Ｏ３、３ＡｇＩ・Ａｇ２ＭｏＯ４、ＬｉＮｂＯ
３、ＬｉＴａＯ３、５Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３、５Ｌｉ２
Ｏ・Ｇａ２Ｏ３等である。
【００１９】イオン導電性基板２３の上下両面には、夫
々電極３３、３４が付設されている。上下電極３３、３
４は、例えば、図２（ｂ）にその平面図が示されるよう
な櫛形電極とすることにより、後述する酸素イオンが櫛
形電極の隙間を通りイオン導電性基板２３内を裏面から
表面に移動拡散可能である。そして、蒸着時には、上下
電極３３、３４間に電圧Ｖが印加されるように構成され
ている。
々電極３３、３４が付設されている。上下電極３３、３
４は、例えば、図２（ｂ）にその平面図が示されるよう
な櫛形電極とすることにより、後述する酸素イオンが櫛
形電極の隙間を通りイオン導電性基板２３内を裏面から
表面に移動拡散可能である。そして、蒸着時には、上下
電極３３、３４間に電圧Ｖが印加されるように構成され
ている。
【００２０】次に、本発明の実施例１の蒸着時における
作用を説明することにより、本発明の特徴をさらに明ら
かにする。まず、イオン導電性基板２３の表面に酸化物
薄膜２４を蒸着して形成する場合は、イオン導電性基板
２３が、密閉用アルミ箔３２を介して石英製試料ホルダ
ー２５上に載置される。そして、上下電極３３、３４間
に電圧Ｖが印加される。イオン導電性基板２３は、基板
加熱用ランプ３１により、ほぼ７００℃に加熱される。
すると、酸化物薄膜の蒸着材料の蒸気がイオン導電性基
板２３の表面に供給されて堆積していき、酸化物薄膜２
４が形成されて、本発明に係る酸化物薄膜形成体が得ら
れる。
作用を説明することにより、本発明の特徴をさらに明ら
かにする。まず、イオン導電性基板２３の表面に酸化物
薄膜２４を蒸着して形成する場合は、イオン導電性基板
２３が、密閉用アルミ箔３２を介して石英製試料ホルダ
ー２５上に載置される。そして、上下電極３３、３４間
に電圧Ｖが印加される。イオン導電性基板２３は、基板
加熱用ランプ３１により、ほぼ７００℃に加熱される。
すると、酸化物薄膜の蒸着材料の蒸気がイオン導電性基
板２３の表面に供給されて堆積していき、酸化物薄膜２
４が形成されて、本発明に係る酸化物薄膜形成体が得ら
れる。
【００２１】加熱用ランプ３１によりイオン導電性基板
２３が加熱されると、密閉用のアルミ箔３２は溶融し石
英製試料ホルダー２５の表面及びイオン導電性基板２３
及び電極３４の表面に溶着しシール効果が生じ、凹部空
間２８が完全に密封状態となる。
２３が加熱されると、密閉用のアルミ箔３２は溶融し石
英製試料ホルダー２５の表面及びイオン導電性基板２３
及び電極３４の表面に溶着しシール効果が生じ、凹部空
間２８が完全に密封状態となる。
【００２２】この凹部空間２８内に連通孔２９を通して
外部から酸素ガス３０が供給される。すると、酸素ガス
３０は、櫛形の下部電極３４の間隙部３５を通ってイオ
ン導電性基板２３の下面（裏面）に接触する。イオン導
電性基板２３は、イオン導電性材料で形成されており、
又上下の電極を介して下面に正の電位が上面に負の電位
が印加されているために、酸素ガス３０は酸素イオン
（Ｏ２−）としてイオン導電性基板２３及び蒸着中の酸
化物薄膜２３を矢印３６に示すように上面（裏面）側か
ら下面（表面）側へと移動する。
外部から酸素ガス３０が供給される。すると、酸素ガス
３０は、櫛形の下部電極３４の間隙部３５を通ってイオ
ン導電性基板２３の下面（裏面）に接触する。イオン導
電性基板２３は、イオン導電性材料で形成されており、
又上下の電極を介して下面に正の電位が上面に負の電位
が印加されているために、酸素ガス３０は酸素イオン
（Ｏ２−）としてイオン導電性基板２３及び蒸着中の酸
化物薄膜２３を矢印３６に示すように上面（裏面）側か
ら下面（表面）側へと移動する。
【００２３】従って蒸着時は、イオン導電性基板２３の
蒸着面全面に酸素イオンが供給され、蒸着中の酸化物薄
膜２４内に移動拡散されるから、酸化物薄膜２４内の酸
素濃度が低下するようなことが防止される。これによ
り、酸化物薄膜内に酸素が十分行き渡り、その結晶構造
が安定となり、デバイス性能の向上するとともに、ポス
トアニール工程が省略でき、作製工程が少なくなり経済
的なメリットも大きい。
蒸着面全面に酸素イオンが供給され、蒸着中の酸化物薄
膜２４内に移動拡散されるから、酸化物薄膜２４内の酸
素濃度が低下するようなことが防止される。これによ
り、酸化物薄膜内に酸素が十分行き渡り、その結晶構造
が安定となり、デバイス性能の向上するとともに、ポス
トアニール工程が省略でき、作製工程が少なくなり経済
的なメリットも大きい。
【００２４】図３は、本発明に係る別の実施例（実施例
２）を説明する図であり、図２（実施例１）と同じ蒸着
装置（符号を実施例１と共通に使用する。）において、
同様のイオン導電性基板２３の上に異なる２種類の第１
の酸化物薄膜３７と第２の酸化物薄膜３８を蒸着して積
層する場合である。この場合も、矢印３９に示すように
酸素イオンは第１の酸化物薄膜３７内を移動拡散し、さ
らに第２の酸化物薄膜３８内を移動拡散して外部へ放散
していく。
２）を説明する図であり、図２（実施例１）と同じ蒸着
装置（符号を実施例１と共通に使用する。）において、
同様のイオン導電性基板２３の上に異なる２種類の第１
の酸化物薄膜３７と第２の酸化物薄膜３８を蒸着して積
層する場合である。この場合も、矢印３９に示すように
酸素イオンは第１の酸化物薄膜３７内を移動拡散し、さ
らに第２の酸化物薄膜３８内を移動拡散して外部へ放散
していく。
【００２５】酸素濃度が低くいと、第１の酸化物薄膜３
７と第２の酸化物薄膜３８との界面４０の結晶構造が不
安定となって乱れるが、本発明では、酸素イオンが矢印
３９のように移動拡散し、界面４０にも十分行き渡るか
ら、界面４０における結晶構造が乱れることなく整然と
し、デバイスの特性は向上する。
７と第２の酸化物薄膜３８との界面４０の結晶構造が不
安定となって乱れるが、本発明では、酸素イオンが矢印
３９のように移動拡散し、界面４０にも十分行き渡るか
ら、界面４０における結晶構造が乱れることなく整然と
し、デバイスの特性は向上する。
【００２６】即ち、真空蒸着により互いに隣接する二層
３７、３８の界面４０の結晶構造が乱れることなく安定
して界面性能が向上すると、界面４０を境にして夫々の
層３７、３８の機能に急峻的に変わる。よって、デバイ
スの全体としての性能が向上する。
３７、３８の界面４０の結晶構造が乱れることなく安定
して界面性能が向上すると、界面４０を境にして夫々の
層３７、３８の機能に急峻的に変わる。よって、デバイ
スの全体としての性能が向上する。
【００２７】実施例１及び実施例２において、例えば、
同じ酸素供給量及び供給圧でも、上下電極間の印加電圧
が大きければイオンの移動量が増加するが、電圧が大き
すぎるとイオン導電性基板２３の破壊が生じる。このよ
うに、連通孔２９からの酸素の供給量、酸素の供給圧
力、上下電極３３、３４への印加電圧Ｖは互いに関連し
ている。従って、本発明の実施に際しては、形成される
酸化物薄膜や界面に十分の酸素イオンが供給されるよう
に、上記酸素供給量、供給圧及び印加電圧Ｖ等の条件が
適宜調整される。
同じ酸素供給量及び供給圧でも、上下電極間の印加電圧
が大きければイオンの移動量が増加するが、電圧が大き
すぎるとイオン導電性基板２３の破壊が生じる。このよ
うに、連通孔２９からの酸素の供給量、酸素の供給圧
力、上下電極３３、３４への印加電圧Ｖは互いに関連し
ている。従って、本発明の実施に際しては、形成される
酸化物薄膜や界面に十分の酸素イオンが供給されるよう
に、上記酸素供給量、供給圧及び印加電圧Ｖ等の条件が
適宜調整される。
【００２８】実施例１又は実施例２において、実験にお
いて、イオン導電性基板２３内の酸素イオンの移動量Ｑ
１と酸化物薄膜２４又は第２の酸化物薄膜３８から外部
への酸素イオンの拡散量Ｑ２を比較した結果、Ｑ１＞Ｑ
２となり、かつＱ２＞０であることが確認されている。
これは、外部への酸素イオンの拡散量Ｑ２＞０であり、
イオン移動拡散量に余裕量があり、酸化物薄膜に十分酸
素イオンが行き渡っている状態を示している。
いて、イオン導電性基板２３内の酸素イオンの移動量Ｑ
１と酸化物薄膜２４又は第２の酸化物薄膜３８から外部
への酸素イオンの拡散量Ｑ２を比較した結果、Ｑ１＞Ｑ
２となり、かつＱ２＞０であることが確認されている。
これは、外部への酸素イオンの拡散量Ｑ２＞０であり、
イオン移動拡散量に余裕量があり、酸化物薄膜に十分酸
素イオンが行き渡っている状態を示している。
【００２９】以上、本発明の実施例１及び実施例２では
真空蒸着を例に挙げて説明したが、レーザーアブレーシ
ョン法、スパッタリング法等の真空中で薄膜を形成する
技術にも同様に適用できることは言うまでもない。又、
本発明の実施例１、２のような構成に限ることなく、特
許請求の範囲記載の技術思想の範囲内でいろいろな実施
の形態ないし実施例があることは言うまでもない。
真空蒸着を例に挙げて説明したが、レーザーアブレーシ
ョン法、スパッタリング法等の真空中で薄膜を形成する
技術にも同様に適用できることは言うまでもない。又、
本発明の実施例１、２のような構成に限ることなく、特
許請求の範囲記載の技術思想の範囲内でいろいろな実施
の形態ないし実施例があることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】本発明は以上のような構成であるから、
真空中で基板上に酸化物薄膜を形成する場合、真空雰囲
気内の酸素分圧による薄膜中の酸素濃度の低下を防止
し、酸化物薄膜を用いたデバイスの特性向上を図ること
ができ、ポストアニール工程を省略でき作業プロセスを
より簡易にすることができる。
真空中で基板上に酸化物薄膜を形成する場合、真空雰囲
気内の酸素分圧による薄膜中の酸素濃度の低下を防止
し、酸化物薄膜を用いたデバイスの特性向上を図ること
ができ、ポストアニール工程を省略でき作業プロセスを
より簡易にすることができる。
【００３１】そして、本発明は、真空中で基板上に薄膜
を積層する場合、酸素濃度の不足に起因して生じる互い
に隣接する層の界面における結晶構造ないし接触状態の
不安定の問題を解消し、界面性能を向上させて、界面を
境に夫々の層が隣接する層に影響を受けることなくその
機能を発揮させ、界面を境にして夫々の層の機能に急峻
的に変わる。この結果、デバイス全体としての性能が向
上する。
を積層する場合、酸素濃度の不足に起因して生じる互い
に隣接する層の界面における結晶構造ないし接触状態の
不安定の問題を解消し、界面性能を向上させて、界面を
境に夫々の層が隣接する層に影響を受けることなくその
機能を発揮させ、界面を境にして夫々の層の機能に急峻
的に変わる。この結果、デバイス全体としての性能が向
上する。
【図１】従来例を説明する図である。
【図２】本発明の実施例１を説明する図である。
【図３】本発明の実施例２を説明する図である。
１ ジョセフソントランジスタ ２、１７ 基板 ３ 酸化物超電導薄膜 ９ 真空チャンバ １１ 蒸着材料 １２ レーザー光 １３ ヒータ １５ （酸素供給）ノズル １６ 酸素ガス １８、２０ 酸化物超伝導薄膜 １９ 常伝導酸化物薄膜 ２１、２２、４０ 界面 ２３ イオン導電性基板 ２４ 酸化物薄膜 ２５ 石英製試料ホルダー ２６ 凹部 ２８ 凹部空間 ２９ 連通孔 ３０ 酸素ガス ３１ 基板加熱用ランプ ３２ （密封用）アルミ箔 ３３、３４ 電極 ３７ 第１の酸化物薄膜 ３８ 第２の酸化物薄膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡ Ｈ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡＢ
Claims (5)
- 【請求項１】 イオン導電性基板と、該イオン導電性
基板の表面に真空中で形成された一層以上の酸化物薄膜
とから構成される酸化物薄膜形成体であって、 上記イオン導電性基板は、真空中での薄膜形成時には、
表面に凹部空間を有するとともに該凹部空間に酸素を供
給する連通孔が形成された石英製試料ホルダーの上に載
置され、かつ表裏両面に夫々配設された電極を介して電
圧が印加されて、上記酸素イオンを裏面から表面に移動
拡散させて、形成中の上記酸化物薄膜中に酸素イオンを
移動拡散する機能を有するものであることを特徴とする
酸化物薄膜形成体。 - 【請求項２】 上記酸化物薄膜は、複数層から成る積
層構造をしており、互いに隣接する層の界面にも上記酸
素イオンが移動拡散されていることを特徴とする請求項
１記載の酸化物薄膜形成体。 - 【請求項３】 真空チャンバ内でイオン導電性基板の
表面に真空中で一層以上の酸化物薄膜を形成する酸化物
薄膜作製装置であって、 上記真空チャンバ内に配設され、その表面に凹部空間が
形成されているとともに、該凹部空間に酸素を供給する
連通孔が形成された石英製試料ホルダーと、 該石英製試料ホルダーに載置されるイオン導電性基板の
表裏両面に夫々配設された電極を介して電圧を印加する
電圧印加装置とを備え、 上記電圧印加装置で上記イオン導電性基板の表裏両面間
に電圧を印加し、上記凹部空間に供給された酸素ガスを
酸素イオンとして、上記イオン導電性基板を裏面から表
面に移動拡散させて酸化物薄膜中に移動拡散することを
特徴とする、イオン導電性基板の表面に真空中で酸化物
薄膜を形成する酸化物薄膜作製装置。 - 【請求項４】 真空チャンバ内の石英製試料ホルダー
に裏面側が載置されたイオン導電性基板の表面に、真空
中で一層以上の酸化物薄膜を形成する酸化物薄膜作製方
法であって、 上記石英製試料ホルダーに形成された凹部空間に、該石
英製試料ホルダーに形成された連通孔を通して酸素ガス
を供給するとともに、 上記イオン導電性基板の表面と裏面に夫々配設された電
極を介して電圧を印加し、上記凹部空間に供給された酸
素ガスを酸素イオンとして、上記イオン導電性基板の裏
面から表面に移動拡散させて、形成中の上記酸化物薄膜
中に移動拡散することを特徴とする、イオン導電性基板
の表面に真空中で酸化物薄膜を作製する方法。 - 【請求項５】 上記イオン導電性基板は、上記石英製
試料ホルダー上に密封用金属材を介して載置し、薄膜形
成時には上記密封用金属材が溶融して上記イオン導電性
基板と上記石英製試料ホルダーの間に密着して上記凹部
空間の密封効果を高めることを特徴とする、請求項４記
載のイオン導電性基板の表面に真空中で酸化物薄膜を作
製する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11064021A JP2000256827A (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 酸化物薄膜形成体とその作製装置及び作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11064021A JP2000256827A (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 酸化物薄膜形成体とその作製装置及び作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000256827A true JP2000256827A (ja) | 2000-09-19 |
Family
ID=13246100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11064021A Pending JP2000256827A (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 酸化物薄膜形成体とその作製装置及び作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000256827A (ja) |
-
1999
- 1999-03-10 JP JP11064021A patent/JP2000256827A/ja active Pending
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