JP2003063817A - ホウ化物超伝導体薄膜の作製方法 - Google Patents
ホウ化物超伝導体薄膜の作製方法Info
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Abstract
照射により蒸発させ、400℃以下の成長温度で、Mg
B2で示されるホウ化物薄膜を作製することを特徴とす
る。 【効果】低い成長温度でホウ化物薄膜を電子ビーム法に
より作製するため、マグネシウムが蒸発しにくく、作製
されるホウ化物薄膜の構造変化を抑制でき、精度よく所
望のホウ化物薄膜を作製できるという利点がある。ま
た、前記ホウ化物薄膜の成長を超高真空中で行うので、
マグネシウムの酸化を抑制することが可能で、同様に構
造変化が抑制された良好なホウ化物超伝導体薄膜を作製
できるという利点がある。
Description
導線材利用等へ応用可能なホウ化物超伝導体薄膜の作製
方法に関するものである。
を作製するには、マグネシウムが揮発性が高いため、ボ
ロンもしくはマグネシウムを含有したボロンにより構成
されるボロンベースの前駆体薄膜を、マグネシウムとと
もに石英管等に封入し、数気圧以上のマグネシウム蒸気
中で600℃以上の高温の焼成過程を経て結晶化させる
必要があった。さらに、不純物として反応管の中に存在
する酸素や水等の酸素源とマグネシウムが反応しやす
く、マグネシウムが酸化されやすい問題もあった。この
ように基板温度が600℃以上と高いので、ホウ化物薄
膜中のマグネシウム蒸発による構造の変化を生じ、また
マグネシウムが酸化されやすいことから、同様に構造の
変化を生じるという欠点があり、超伝導デバイスの構成
および線材への応用などの点に課題を生じていた。
たものであり、超高真空中でボロンとマグネシウムを電
子ビーム蒸着法により蒸発させ、成長温度が400℃以
下という低温で、ホウ化物超伝導体薄膜を作製する方法
を提供することを目的としている。
め、本発明によるホウ化物超伝導体薄膜の作製方法は、
超高真空中で、MgおよびBを電子ビーム照射により蒸
発させ、400℃以下の成長温度で、MgB2で示され
るホウ化物薄膜を作製することを特徴としている。
薄膜を電子ビーム法により作製するため、マグネシウム
が蒸発しにくく、作製されるホウ化物薄膜の構造変化を
抑制でき、精度よく所望のホウ化物薄膜を作製できると
いう利点がある。また、前記ホウ化物薄膜の成長を超高
真空中で行うので、マグネシウムの酸化を抑制すること
が可能で、同様に構造変化が抑制された良好なホウ化物
超伝導体薄膜を作製できるという利点がある。すなわ
ち、超高真空中で、蒸着を行うことにより、マグネシウ
ムが真空容器の中で他の原子と衝突することなく高エネ
ルギー状態で基板に突入するためボロンと効率的に反応
するという利点を生じる。
は、超高真空中で、MgおよびBを電子ビーム照射によ
り蒸発させ、400℃以下の成長温度でMgB2で示さ
れるホウ化物薄膜を成長させるものである。具体的に
は、電子ビームにより蒸発させたMgおよびBを基板上
に蒸着させる(この場合、成長温度は基板温度とな
る)。
グネシウムの蒸散が激しくなり所望組成のホウ化物超伝
導体薄膜を作製するのが困難になる。最も好ましくは、
150〜320℃の範囲である。150℃未満である
と、ホウ化物超伝導体薄膜の作製が困難になる恐れがあ
り、320℃を越えると、Mgが蒸発し、MgとBの反
応が困難になる恐れがある。
長は、超高真空中で行う。Mgの酸化を防止でき、制御
性よく、良質のホウ化物超伝導体薄膜を作製できるから
である。このような超高真空状態は、真空度が10-7T
orr以下であるのがよい。10-7Torrを越える
と、Mgが酸化される恐れを生じ、所望の構造のホウ化
物薄膜を形成するのが困難になるからである。すなわ
ち、MgとBの反応を妨げる酸素、水を極力排除した超
高真空(≦10-7Torr)中で成膜を行うことによ
り、成長温度を著しく低下させることが可能となる。
としては、400℃、好ましくは320℃で溶解等の劣
化を起こさない基板であれば基本的に限定されるもので
はない。Si(111)、SrTiO3(001)、サ
ファイアR、サファイアC面などのほかに、金属線、テ
ープ等であってもよい。特にMgB2と格子整合の良好
な基板を使用することにより、低い温度でホウ化物薄膜
を成長させることができる。
より、基板との界面反応を低減できる。また、ジョセフ
ソン接合作製に当って、超伝導層と絶縁層もしくは金属
層の界面反応を抑制できるという利点も生じる。
て実施例に基づいて、具体的に説明する。
空容器内(蒸着前の真空容器の背圧は10-8Torr以
下)で蒸着させ、基板上に50〜150nmの厚さで堆
積させた。蒸着中の真空容器のガス圧は10-7Torr
以下に調整し、Mgの蒸発量と基板温度を様々に変化さ
せることにより薄膜中のMgの蒸着量を制御した。本実
施例では基板材料として、Si(111)、SrTiO
3(001)、サファイアR、サファイアC面を用い
た。基板温度(成長温度)は150℃〜320℃とし
た。
サファイアR面上に作製したMgB2薄膜の電気抵抗率
の温度変化を示す。なお、挿入図は超伝導転移温度(T
c)付近の拡大図である。MgB2薄膜の電気抵抗は36
K付近で落ち始め、34.7Kで零となり、この試料が
超伝導を示していることが確認された。
移が観察された。MgB2とさらに格子整合の良い基板
(Si(111))を用いることにより基板温度(成長
温度)150℃で超伝導転移(超伝導転移温度:Tc=
12.2K)を示すMgB2薄膜の作製に成功した(図
2)。なお、図2中、挿入図は超伝導転移温度(Tc)
付近の拡大図である。
SrTiO3(001)、サファイアR、サファイアC
面の市販の薄膜堆積用基板材料を用いたが、本発明によ
れば金属線、テープ等400℃で溶解等の劣化を起こさ
ない基板であれば超伝導薄膜の成膜が可能である。
を、高温焼成過程を省略し、低温(400℃以下)で、
かつ真空容器中で直接に超伝導薄膜の作製が可能とな
る。このため超伝導デバイス及び線材応用に画期的な進
展をもたらすと考える。
気抵抗率の温度変化を示す図(挿入図は超伝導転移温度
(Tc)付近の拡大図)。
したMgB2薄膜の電気抵抗率の温度変化を示す図(挿
入図は超伝導転移温度(Tc)付近の拡大図)。
Claims (3)
- 【請求項1】 超高真空中で、MgおよびBを電子ビー
ム照射により蒸発させ、400℃以下の成長温度で、M
gB2で示されるホウ化物薄膜を作製することを特徴と
するホウ化物超伝導体薄膜の作製方法。 - 【請求項2】 前記超高真空は、真空度が10ー7To
rr以下であることを特徴とする請求項1記載のホウ化
物超伝導体薄膜の作製方法。 - 【請求項3】 前記成長温度は150〜320℃である
ことを特徴とする請求項1または2のいずれか1項記載
のホウ化物超伝導体薄膜の作製方法。
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JP2001255904A JP3897550B2 (ja) | 2001-08-27 | 2001-08-27 | ホウ化物超伝導体薄膜の作製方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006147619A (ja) * | 2004-11-16 | 2006-06-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導体積層構造及びその作製方法 |
WO2006101255A1 (ja) * | 2005-03-25 | 2006-09-28 | Incorporated National University Iwate University | 超伝導硼化マグネシウム薄膜及びその製造方法 |
JP2006265049A (ja) * | 2005-03-24 | 2006-10-05 | Gunma Univ | 二ホウ化マグネシウムの製造方法 |
JP2007521397A (ja) * | 2003-12-01 | 2007-08-02 | スーパーコンダクター・テクノロジーズ・インコーポレイテッド | 反応性蒸発による現場での薄膜の生長 |
-
2001
- 2001-08-27 JP JP2001255904A patent/JP3897550B2/ja not_active Expired - Fee Related
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US7985713B2 (en) | 2005-03-25 | 2011-07-26 | Incorporated National University Iwate University | Superconducting magnesium boride thin-film and process for producing the same |
JP5055554B2 (ja) * | 2005-03-25 | 2012-10-24 | 国立大学法人岩手大学 | 超伝導硼化マグネシウム薄膜の製造方法 |
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