JP2003347610A - 酸化物超電導薄膜の熱処理方法 - Google Patents
酸化物超電導薄膜の熱処理方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板上に設けた酸化物超電導薄膜の表面形状
において、その凹凸を減少させること。 【解決手段】 酸化物超電導薄膜の熱処理方法は、基板
1の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有するYBCO
膜2を基板1上に成長し、酸素を含む雰囲気中で急速加
熱する。
において、その凹凸を減少させること。 【解決手段】 酸化物超電導薄膜の熱処理方法は、基板
1の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有するYBCO
膜2を基板1上に成長し、酸素を含む雰囲気中で急速加
熱する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品搭載用基
板や高周波素子用の基板、および高速回路等に使用する
酸化物超電導薄膜積層基板に関する。
板や高周波素子用の基板、および高速回路等に使用する
酸化物超電導薄膜積層基板に関する。
【0002】
【従来の技術】YBCO(Y−Ba−Cu−O)薄膜を
形成するための絶縁基板材料として、これまでに用いら
れてきたものには、Si、SiO2、Al2O3、Mg
O、SrTiO3、YSZ、(La,Sr)2AlTa
O6、LaAlO3等があるが、これらのうち、高周波
素子用の基板として使用する場合には、誘電率が低いこ
とが重要となってくる。
形成するための絶縁基板材料として、これまでに用いら
れてきたものには、Si、SiO2、Al2O3、Mg
O、SrTiO3、YSZ、(La,Sr)2AlTa
O6、LaAlO3等があるが、これらのうち、高周波
素子用の基板として使用する場合には、誘電率が低いこ
とが重要となってくる。
【0003】よって、これらの材料の中で最も誘電率の
低いSiO2(εr〜4)上へ酸化物超電導薄膜を形成
することが重要であるが、SiO2がアモルファスな材
料であること、またSiがYBCOと激しく反応し、超
電導特性を損失させてしてしまうことから、バッファー
層なしでは適用することができないという問題がある。
低いSiO2(εr〜4)上へ酸化物超電導薄膜を形成
することが重要であるが、SiO2がアモルファスな材
料であること、またSiがYBCOと激しく反応し、超
電導特性を損失させてしてしまうことから、バッファー
層なしでは適用することができないという問題がある。
【0004】また、サファイヤ基板Al2O3も同様で
ある。
ある。
【0005】そこで、MgOまたは、LaAlO3がY
BCO薄膜の実用化基板材料として考えられてきた。と
ころが、LaAlO3は製造ロットごとに誘電率がバラ
ツキ、MgOの誘電率が9.7程度の誘電率と比べLa
AlO3は26程度と大きい。そこで、MgO基板が重
要な実用基板となっている。
BCO薄膜の実用化基板材料として考えられてきた。と
ころが、LaAlO3は製造ロットごとに誘電率がバラ
ツキ、MgOの誘電率が9.7程度の誘電率と比べLa
AlO3は26程度と大きい。そこで、MgO基板が重
要な実用基板となっている。
【0006】従来、MgO基板を用いた利用例として
は、MgO基板上にYBCO薄膜をc軸配向させたもの
が殆どである。
は、MgO基板上にYBCO薄膜をc軸配向させたもの
が殆どである。
【0007】その場合、MgO基板とYBCO薄膜のa
−b面内の格子整合がよくなく、通常のMgO基板上に
成長させたYBCO薄膜の凹凸は大きい。
−b面内の格子整合がよくなく、通常のMgO基板上に
成長させたYBCO薄膜の凹凸は大きい。
【0008】例えば、図2に示すように、レーザー・ア
ブレーション(PLD)法によって、MgO基板1上に
厚さ300nmを成長させたYBCO薄膜2の凹凸11
は、10nmから15nmにて、上部がやや平坦になっ
ている四角錐が大小敷き詰められている形状である。
ブレーション(PLD)法によって、MgO基板1上に
厚さ300nmを成長させたYBCO薄膜2の凹凸11
は、10nmから15nmにて、上部がやや平坦になっ
ている四角錐が大小敷き詰められている形状である。
【0009】この様な大きな凹凸があっても、マイクロ
波デバイスの受動デバイス、例えば、1GHzから5G
Hzの領域の特定周波数で用いられるバンド・パスフィ
ルターとしては、通常金属の金(Au)などと比べ十分
小さな表面抵抗を持っているので利用に供されている。
波デバイスの受動デバイス、例えば、1GHzから5G
Hzの領域の特定周波数で用いられるバンド・パスフィ
ルターとしては、通常金属の金(Au)などと比べ十分
小さな表面抵抗を持っているので利用に供されている。
【0010】ランプエッジ構造のジョセフソン接合素子
を用いる応用分野では、10nmから15nmのYBC
O薄膜の凹凸では使用できない。
を用いる応用分野では、10nmから15nmのYBC
O薄膜の凹凸では使用できない。
【0011】そこで、そのような用途では、従来、液相
成長(LPE)法にて、10μm以上の厚さでMgO基
板上にYBCO薄膜を成長させ、表面を研磨して凹凸を
3nm程度に平坦化し、そのまま使用したり、その上部
にYBCO薄膜をホモエピ成長させ平坦なYBCO薄膜
表面を得ている。
成長(LPE)法にて、10μm以上の厚さでMgO基
板上にYBCO薄膜を成長させ、表面を研磨して凹凸を
3nm程度に平坦化し、そのまま使用したり、その上部
にYBCO薄膜をホモエピ成長させ平坦なYBCO薄膜
表面を得ている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、LPE
法にて、MgO基板上に10μm以上の厚さでYBCO
薄膜を成長させ、表面を研磨して凹凸を3nm程度に平
坦化するという工程は、その工程が長いばかりでなく高
価であるという問題がある。
法にて、MgO基板上に10μm以上の厚さでYBCO
薄膜を成長させ、表面を研磨して凹凸を3nm程度に平
坦化するという工程は、その工程が長いばかりでなく高
価であるという問題がある。
【0013】そこで、本発明の技術的課題は、局所的で
はあるが平坦度を凹凸で3nm程度にすることができ、
さらに工程が簡単であるため、安価に結果を得る酸化物
超電導薄膜とその製造方法と、その熱処理方法とを提供
することにある。
はあるが平坦度を凹凸で3nm程度にすることができ、
さらに工程が簡単であるため、安価に結果を得る酸化物
超電導薄膜とその製造方法と、その熱処理方法とを提供
することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
に、前記基板の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有す
るYBCO膜を成長し、酸素を含む雰囲気中で急速加熱
し、前記酸化物超電導薄膜の表面形状を改善することを
特徴とする酸化物超電導薄膜の熱処理方法が得られる。
に、前記基板の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有す
るYBCO膜を成長し、酸素を含む雰囲気中で急速加熱
し、前記酸化物超電導薄膜の表面形状を改善することを
特徴とする酸化物超電導薄膜の熱処理方法が得られる。
【0015】また、本発明によれば、前記基板の材料と
して、MgOを用い、前記酸化物超電導薄膜としてYB
CO薄膜を用いることを特徴とする前記酸化物超電導薄
膜の熱処理方法が得られる。
して、MgOを用い、前記酸化物超電導薄膜としてYB
CO薄膜を用いることを特徴とする前記酸化物超電導薄
膜の熱処理方法が得られる。
【0016】また、本発明によれば、前記急速過熱で
は、1分間を越えない時間で室温から350℃乃至50
0℃の100%酸素雰囲気に晒すことを特徴とする前記
いずれか一つに記載の酸化物超電導薄膜の熱処理方法が
得られる。
は、1分間を越えない時間で室温から350℃乃至50
0℃の100%酸素雰囲気に晒すことを特徴とする前記
いずれか一つに記載の酸化物超電導薄膜の熱処理方法が
得られる。
【0017】また、本発明によれば、基板上に成長した
前記基板の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有するY
BCO膜であって、酸素を含む雰囲気中で急速加熱し、
酸化物超電導薄膜の表面形状が改善されていることを特
徴とする酸化物超電導薄膜が得られる。
前記基板の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有するY
BCO膜であって、酸素を含む雰囲気中で急速加熱し、
酸化物超電導薄膜の表面形状が改善されていることを特
徴とする酸化物超電導薄膜が得られる。
【0018】また、本発明によれば、前記基板の材料は
MgOからなり、前記酸化物超電導薄膜は、YBCO薄
膜であることを特徴とする前記酸化物超電導薄膜が得ら
れる。
MgOからなり、前記酸化物超電導薄膜は、YBCO薄
膜であることを特徴とする前記酸化物超電導薄膜が得ら
れる。
【0019】また、本発明によれば、前記急速加熱は、
1分間を越えない時間で室温から350℃乃至500℃
の100%酸素雰囲気に晒すことであることを特徴とす
る前記いずれか一つに記載の酸化物超電導薄膜が得られ
る。
1分間を越えない時間で室温から350℃乃至500℃
の100%酸素雰囲気に晒すことであることを特徴とす
る前記いずれか一つに記載の酸化物超電導薄膜が得られ
る。
【0020】また、本発明によれば、基板上に、前記基
板の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有するYBCO
膜を成長し、酸素を含む雰囲気中で急速加熱し、前記酸
化物超電導薄膜の表面形状を改善することを特徴とする
酸化物超電導薄膜の製造方法が得られる。
板の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有するYBCO
膜を成長し、酸素を含む雰囲気中で急速加熱し、前記酸
化物超電導薄膜の表面形状を改善することを特徴とする
酸化物超電導薄膜の製造方法が得られる。
【0021】また、本発明によれば、前記基板の材料と
して、MgOを用い、前記酸化物超電導薄膜としてYB
CO薄膜を用いることを特徴とする前記酸化物超電導薄
膜の製造方法が得られる。
して、MgOを用い、前記酸化物超電導薄膜としてYB
CO薄膜を用いることを特徴とする前記酸化物超電導薄
膜の製造方法が得られる。
【0022】また、本発明によれば、前記急速過熱は、
1分間を越えない時間で室温から350℃乃至500℃
の100%酸素雰囲気に晒すことを含むことを特徴とす
る前記いずれか一つの酸化物超電導薄膜の製造方法が得
られる。
1分間を越えない時間で室温から350℃乃至500℃
の100%酸素雰囲気に晒すことを含むことを特徴とす
る前記いずれか一つの酸化物超電導薄膜の製造方法が得
られる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【0024】図1(a)及び(b)は夫々本発明の実施
の形態による酸化物超電導薄膜を示す平面図及び断面図
である。図1(a)及び(b)において、MgOの基板
1の上にYBCOからなる酸化物超電導薄膜2の表面に
は、50nm程度の高さをもつ大きな突起3があるが、
その太さ(幅)は、大きくても約0.2μmであり、ほ
とんどは0.1μm程度である。また、その密度は2μ
m平方で、20個程度である。
の形態による酸化物超電導薄膜を示す平面図及び断面図
である。図1(a)及び(b)において、MgOの基板
1の上にYBCOからなる酸化物超電導薄膜2の表面に
は、50nm程度の高さをもつ大きな突起3があるが、
その太さ(幅)は、大きくても約0.2μmであり、ほ
とんどは0.1μm程度である。また、その密度は2μ
m平方で、20個程度である。
【0025】図2は、酸化物超電導薄膜準備材を示す図
であり、(a)は平面図、(b)は断面図である。図2
を参照すると、酸化物超電導薄膜準備材20は、MgO
基板1上にYBCO薄膜2が形成されている。この酸化
物超電導薄膜準備材20は、通常のPLD法によって作
製されている。また、YBCO薄膜2の表面の凹凸11
は10nmから15nmである。
であり、(a)は平面図、(b)は断面図である。図2
を参照すると、酸化物超電導薄膜準備材20は、MgO
基板1上にYBCO薄膜2が形成されている。この酸化
物超電導薄膜準備材20は、通常のPLD法によって作
製されている。また、YBCO薄膜2の表面の凹凸11
は10nmから15nmである。
【0026】本発明に係る酸化物超電導薄膜は、次のよ
うに処理される。
うに処理される。
【0027】まず、温度を350℃乃至500℃に保
ち、酸素を充満した炉を準備する。その炉の中に、室温
の酸化物超電導薄膜準備材20を数秒、長くても1分以
内に挿入し急加熱する。
ち、酸素を充満した炉を準備する。その炉の中に、室温
の酸化物超電導薄膜準備材20を数秒、長くても1分以
内に挿入し急加熱する。
【0028】上記急加熱した酸化物超電導薄膜は上記設
定温度に保持する時間、ならびに室温に戻す時間に関し
ては、酸素雰囲気を保持しているかぎり、それほどセン
シティブではない。
定温度に保持する時間、ならびに室温に戻す時間に関し
ては、酸素雰囲気を保持しているかぎり、それほどセン
シティブではない。
【0029】例えば、1数分の保持時間から数時間の保
持時間、数分で室温に戻すから数時間で戻してよい。急
加熱が本質的なものである。
持時間、数分で室温に戻すから数時間で戻してよい。急
加熱が本質的なものである。
【0030】この熱処理によって、図1に示す酸化物超
電導薄膜10が得られる。
電導薄膜10が得られる。
【0031】次に、本発明の具体例を図面に基づき説明
する。
する。
【0032】(例1)図2に示すように、酸化物超電導
薄膜準備材20は、MgO基板1上に作製されたYBC
O薄膜2であり、通常のPLD法によって厚さ300n
m近傍に作製したものである。
薄膜準備材20は、MgO基板1上に作製されたYBC
O薄膜2であり、通常のPLD法によって厚さ300n
m近傍に作製したものである。
【0033】YBCO薄膜2の表面の凹凸11は図2に
示すような10nmから15nmである。さらに、室温
の上記酸化物超電導薄膜準備材20をピンセットで保持
したセラミックボートに乗せ、そのまま温度を500℃
に保ち、酸素を充満した炉の中に挿入し、上記酸化物超
電導薄膜準備材20を急加熱する。
示すような10nmから15nmである。さらに、室温
の上記酸化物超電導薄膜準備材20をピンセットで保持
したセラミックボートに乗せ、そのまま温度を500℃
に保ち、酸素を充満した炉の中に挿入し、上記酸化物超
電導薄膜準備材20を急加熱する。
【0034】酸素中で三時間、その温度に保持して、そ
の後、酸素を流したまま、炉の加熱電源を切り、自然冷
却する。50℃以下の室温近傍になるまで4時間経過し
た。
の後、酸素を流したまま、炉の加熱電源を切り、自然冷
却する。50℃以下の室温近傍になるまで4時間経過し
た。
【0035】上記炉から取り出した酸化物超電導薄膜の
表面の凹凸を図1に示す。
表面の凹凸を図1に示す。
【0036】図1に示すように、50nm程度の高さを
もつ大きな突起3があるが、その太さは約大きくても
0.2μmであり、ほとんどは0.1μm程度である。
その密度は2μm平方で、20個程度である。
もつ大きな突起3があるが、その太さは約大きくても
0.2μmであり、ほとんどは0.1μm程度である。
その密度は2μm平方で、20個程度である。
【0037】その大きな突起物3を除いたYBCO薄膜
2の平坦部5の凹凸は大きくても6nmよりも小さく、
かつ平滑である。
2の平坦部5の凹凸は大きくても6nmよりも小さく、
かつ平滑である。
【0038】平滑部は2nmよりも小さく、LPE法の
膜を研磨した時と同等な平滑度を示した。
膜を研磨した時と同等な平滑度を示した。
【0039】(例2)炉の温度を350℃にした以外
は、上記例1と同じ条件にして熱処理した場合は、上記
大きな突起3の高さが25nm程度と、500℃の場合
と比べ半減していた。
は、上記例1と同じ条件にして熱処理した場合は、上記
大きな突起3の高さが25nm程度と、500℃の場合
と比べ半減していた。
【0040】このように、本発明の実施の形態による酸
化物超電導薄膜の熱処理方法によれば、極めて簡単な方
法により、研磨した平滑度と同等の値を局所的に得るこ
とができた。この平滑部分は一辺が0.3μm程度の正
方形で得られるので、この部分に微細なデバイスを設け
ることができる。
化物超電導薄膜の熱処理方法によれば、極めて簡単な方
法により、研磨した平滑度と同等の値を局所的に得るこ
とができた。この平滑部分は一辺が0.3μm程度の正
方形で得られるので、この部分に微細なデバイスを設け
ることができる。
【0041】また、電子ビームやイオンビームを用いた
ナノテク・加工技術をもってすれば、一辺が0.3μm
の正方形は決して小さな領域ではない。
ナノテク・加工技術をもってすれば、一辺が0.3μm
の正方形は決して小さな領域ではない。
【0042】更に,本発明の実施の形態による酸化物超
電導薄膜の熱処理方法によれば、研磨による残留ストレ
スも基板中には存在しないという利点も備えている。
電導薄膜の熱処理方法によれば、研磨による残留ストレ
スも基板中には存在しないという利点も備えている。
【0043】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、極めて
簡単な方法により、研磨した平滑度と同等の値を局所的
に得ることができる酸化物超電導薄膜とその熱処理方法
とその製造方法とを提供することができる。
簡単な方法により、研磨した平滑度と同等の値を局所的
に得ることができる酸化物超電導薄膜とその熱処理方法
とその製造方法とを提供することができる。
【0044】また、本発明によれば、研磨による残留ス
トレスも基板中には存在しない酸化物超電導薄膜とその
熱処理方法とその製造方法とを提供することができる。
トレスも基板中には存在しない酸化物超電導薄膜とその
熱処理方法とその製造方法とを提供することができる。
【図1】本発明の実施の形態による酸化物超電導薄膜を
示す部分図で、(a)は平面図,(b)は断面図であ
る。
示す部分図で、(a)は平面図,(b)は断面図であ
る。
【図2】酸化物超電導薄膜準備材の形状を示す図で、従
来技術による酸化物超電導薄膜を示し、(a)は平面
図、(b)は断面図である。
来技術による酸化物超電導薄膜を示し、(a)は平面
図、(b)は断面図である。
1 基板(MgO)
2 酸化物超電導薄膜(YBCO)
3 突起(凹凸)
5 平坦部
10 酸化物超電導薄膜
20 酸化物超電導薄膜準備材
フロントページの続き
(72)発明者 鈴木 克己
東京都江東区東雲一丁目14番3号 財団法
人 国際超電導産業技術研究センター 超
電導工学研究所内
(72)発明者 榎本 陽一
東京都江東区東雲一丁目14番3号 財団法
人 国際超電導産業技術研究センター 超
電導工学研究所内
Fターム(参考) 4G077 AA03 BC53 DA03 ED06 FE03
FE11 HA08 SA04
4M113 AD36 AD37 BA01 BA11 BA21
BA29 BA30 CA39
5G321 AA04 CA24 DB46 DB47
Claims (9)
- 【請求項1】 基板上に、前記基板の熱膨張係数より小
さい熱膨張係数を有するYBCO膜を成長し、酸素を含
む雰囲気中で急速加熱し、前記酸化物超電導薄膜の表面
形状を改善することを特徴とする酸化物超電導薄膜の熱
処理方法。 - 【請求項2】 前記基板の材料として、MgOを用い、
前記酸化物超電導薄膜としてYBCO薄膜を用いること
を特徴とする請求項1に記載の酸化物超電導薄膜の熱処
理方法。 - 【請求項3】 前記急速過熱では、1分間を越えない時
間で室温から350℃乃至500℃の100%酸素雰囲
気に晒すことを特徴とする請求項1又は2に記載の酸化
物超電導薄膜の熱処理方法。 - 【請求項4】 基板上に成長した前記基板の熱膨張係数
より小さい熱膨張係数を有するYBCO膜であって、酸
素を含む雰囲気中で急速加熱し、酸化物超電導薄膜の表
面形状が改善されていることを特徴とする酸化物超電導
薄膜。 - 【請求項5】 前記基板の材料はMgOからなり、前記
酸化物超電導薄膜は、YBCO薄膜であることを特徴と
する請求項4に記載の酸化物超電導薄膜。 - 【請求項6】 前記急速加熱は、1分間を越えない時間
で室温から350℃乃至500℃の100%酸素雰囲気
に晒すことであることを特徴とする請求項4又は5に記
載の酸化物超電導薄膜。 - 【請求項7】 基板上に、前記基板の熱膨張係数より小
さい熱膨張係数を有するYBCO膜を成長し、酸素を含
む雰囲気中で急速加熱し、前記酸化物超電導薄膜の表面
形状を改善することを特徴とする酸化物超電導薄膜の製
造方法。 - 【請求項8】 前記基板の材料として、MgOを用い、
前記酸化物超電導薄膜としてYBCO薄膜を用いること
を特徴とする請求項7に記載の酸化物超電導薄膜の製造
方法。 - 【請求項9】 前記急速過熱は、1分間を越えない時間
で室温から350℃乃至500℃の100%酸素雰囲気
に晒すことを含むことを特徴とする請求項7又は8に記
載の酸化物超電導薄膜の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002154216A JP2003347610A (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | 酸化物超電導薄膜の熱処理方法 |
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JP2002154216A JP2003347610A (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | 酸化物超電導薄膜の熱処理方法 |
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JP2002154216A Withdrawn JP2003347610A (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | 酸化物超電導薄膜の熱処理方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006082747A1 (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 超電導薄膜材料、超電導線材およびこれらの製造方法 |
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2002
- 2002-05-28 JP JP2002154216A patent/JP2003347610A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2006082747A1 (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 超電導薄膜材料、超電導線材およびこれらの製造方法 |
JP2006216365A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導薄膜材料、超電導線材およびこれらの製造方法 |
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