JP2521950B2 - 超電導薄膜の製造方法 - Google Patents
超電導薄膜の製造方法Info
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、基板の表面にII a族−III a族−銅・酸
化物の積層体からなる超電導薄膜を形成する超電導薄膜
の製造方法に関するものである。
化物の積層体からなる超電導薄膜を形成する超電導薄膜
の製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕 超電導材料は、たとえばジョセフソン素子やSQUIDセ
ンサなどの各種クライオエレクトロニクス材料としてき
わめて有望である。
ンサなどの各種クライオエレクトロニクス材料としてき
わめて有望である。
かかる超電導材料としては、従来より種々の酸化物セ
ラミックスが焼結により作成されていた。これらの酸化
物セラミックスの例を超電導開始温度とともに以下に示
す。
ラミックスが焼結により作成されていた。これらの酸化
物セラミックスの例を超電導開始温度とともに以下に示
す。
（セラミックス） （超電導開始温度） Sc−Ba−Cu酸化物 175K Ｙ−Ba−Cu酸化物 123K La−Sr−Cu酸化物 54K La−Ba−Cu酸化物 30K 〔発明が解決しようとする問題点〕 ジョセフソン素子やSQUIDセンサなどのクライオエレ
クトロニクス材料として、超電導材料を利用する場合に
は、その薄膜化が必要であった。しかしながら、従来の
超電導材料は、焼結によって酸化セラミックスを作成し
ていたため、その薄膜化が困難であった。
クトロニクス材料として、超電導材料を利用する場合に
は、その薄膜化が必要であった。しかしながら、従来の
超電導材料は、焼結によって酸化セラミックスを作成し
ていたため、その薄膜化が困難であった。
したがって、この発明の目的は、超電導薄膜を作成す
ることができる超電導薄膜の製造方法を提供することで
ある。
ることができる超電導薄膜の製造方法を提供することで
ある。
この発明の超電導薄膜の製造方法は、II a族金属およ
び／またはその酸化物と、III a族金属および／または
その酸化物と、銅および／またはその酸化物とを、順次
または銅および／またはその酸化物を他の２種の金属お
よび／またはその酸化物と交互にスパッタして基板上に
積層させ、さらに酸素ニュートラルビームを前記基板上
に照射してII a族−III a族−銅・酸化物の積層体から
なる薄膜を作成することを特徴とするものである。
び／またはその酸化物と、III a族金属および／または
その酸化物と、銅および／またはその酸化物とを、順次
または銅および／またはその酸化物を他の２種の金属お
よび／またはその酸化物と交互にスパッタして基板上に
積層させ、さらに酸素ニュートラルビームを前記基板上
に照射してII a族−III a族−銅・酸化物の積層体から
なる薄膜を作成することを特徴とするものである。
この発明によれば、各金属または金属酸化物はスパッ
タリングにより基板上に多層構造（人工格子）となって
積層され、さらに基板に向かって照射される酸素ニュー
トラルビームにより金属は酸化されて金属酸化物とな
り、一方、金属酸化物では蒸着時に分離した酸素が酸素
ニュートラルビームによって補充される。また、この酸
素ニュートラルビームの照射によって金属または金属酸
化物は基板内または基板上の堆積層内にたたき込まれそ
れらの界面にミキシング層を形成して基板との間および
層間を強固に結合し、剥離強度を向上させる。
タリングにより基板上に多層構造（人工格子）となって
積層され、さらに基板に向かって照射される酸素ニュー
トラルビームにより金属は酸化されて金属酸化物とな
り、一方、金属酸化物では蒸着時に分離した酸素が酸素
ニュートラルビームによって補充される。また、この酸
素ニュートラルビームの照射によって金属または金属酸
化物は基板内または基板上の堆積層内にたたき込まれそ
れらの界面にミキシング層を形成して基板との間および
層間を強固に結合し、剥離強度を向上させる。
これにより、基板上にII a族−III a族−銅・酸化物
の積層体（多層構造）からなる超電導薄膜が形成され
る。この超電導薄膜は結晶構造が均一化されているた
め、超電導が起こりやすいものになる。
の積層体（多層構造）からなる超電導薄膜が形成され
る。この超電導薄膜は結晶構造が均一化されているた
め、超電導が起こりやすいものになる。
第１図はこの発明を実施するための薄膜形成装置の一
例を示す説明図である。この薄膜形成装置はイオンスパ
ッタリングにより薄膜を形成するものであって、真空チ
ャンバ１内にスパッタ粒子が放出される３つの室2,3,4
と、酸素イオン源５と、基板ホルダ６とを備える。
例を示す説明図である。この薄膜形成装置はイオンスパ
ッタリングにより薄膜を形成するものであって、真空チ
ャンバ１内にスパッタ粒子が放出される３つの室2,3,4
と、酸素イオン源５と、基板ホルダ６とを備える。
前記室2,3,4はそれぞれの内部にスパッタ用のイオン
源7,8,9とターゲット10,11,12とが収容される。前記イ
オン源7,8,9はArなどの不活性ガスを用いて引出電極系
からイオンビームを引き出すように構成したものであ
る。このイオン源7,8,9の近傍にはニュートラライザ13,
14,15が配置され、前記Arイオンビームを中性化し、得
られたArニュートラルビームa,b,cによりターゲット10,
11,12がスパッタされる。前記ニュートラライザ13,14,1
5は、たとえばタングステン、タンタルなどからなる中
性化フィラメントで構成される。Arイオンビームを中性
化するのは、これによりターゲット10〜12が絶縁性であ
る場合のチャージアップを防止し、ターゲット10〜12が
破損されるのを防止するためである。したがって、ター
ゲットが金属からなる場合にはイオンビームを中性化す
る必要はない。
源7,8,9とターゲット10,11,12とが収容される。前記イ
オン源7,8,9はArなどの不活性ガスを用いて引出電極系
からイオンビームを引き出すように構成したものであ
る。このイオン源7,8,9の近傍にはニュートラライザ13,
14,15が配置され、前記Arイオンビームを中性化し、得
られたArニュートラルビームa,b,cによりターゲット10,
11,12がスパッタされる。前記ニュートラライザ13,14,1
5は、たとえばタングステン、タンタルなどからなる中
性化フィラメントで構成される。Arイオンビームを中性
化するのは、これによりターゲット10〜12が絶縁性であ
る場合のチャージアップを防止し、ターゲット10〜12が
破損されるのを防止するためである。したがって、ター
ゲットが金属からなる場合にはイオンビームを中性化す
る必要はない。
各室内のターゲット10〜12はそれぞれII a族金属およ
び／またはその酸化物、III a族金属および／またはそ
の酸化物、銅および／またはその酸化物からなり、高温
（1000〜1200℃程度）で仮焼したものである。
び／またはその酸化物、III a族金属および／またはそ
の酸化物、銅および／またはその酸化物からなり、高温
（1000〜1200℃程度）で仮焼したものである。
各室2,3,4にはそれぞれシャッタ17,18,19を設けて各
室を開閉可能にする。これらのシャッタ17,18,19の開き
順序により成膜順序が決定され、また開き時間で膜厚を
制御することができる。
室を開閉可能にする。これらのシャッタ17,18,19の開き
順序により成膜順序が決定され、また開き時間で膜厚を
制御することができる。
酸素イオン源５は酸素イオンビームを真空チャンバ１
内に放出する。この酸素イオン源５の近傍にはニュート
ラライザ20が配置され、酸素イオンビームを中性化して
酸素ニュートラルビームｈとする。これは、基板ホルダ
６に保持された基板11に向かって酸素イオをそのまま照
射すると、基板11上に形成された薄膜の表面がチャージ
アップし、後続する酸素イオンをはね返したり絶縁破壊
するためである。前記ニュートラライザ20は、たとえば
タンタル、タングステンなどからなる中性化フィラメン
トが使用可能であって、これから発生された電子により
酸素イオンを中性化する。酸素ニュートラルビームｈの
照射量は、金属を酸化するのに必要な量よりもやや多く
するのが好ましい。
内に放出する。この酸素イオン源５の近傍にはニュート
ラライザ20が配置され、酸素イオンビームを中性化して
酸素ニュートラルビームｈとする。これは、基板ホルダ
６に保持された基板11に向かって酸素イオをそのまま照
射すると、基板11上に形成された薄膜の表面がチャージ
アップし、後続する酸素イオンをはね返したり絶縁破壊
するためである。前記ニュートラライザ20は、たとえば
タンタル、タングステンなどからなる中性化フィラメン
トが使用可能であって、これから発生された電子により
酸素イオンを中性化する。酸素ニュートラルビームｈの
照射量は、金属を酸化するのに必要な量よりもやや多く
するのが好ましい。
前記基板ホルダ６は、内部にヒータ21が設けられたも
のであって、その表面にサファイア、ジルコニア等から
なる絶縁性の基板22が取付けられる。
のであって、その表面にサファイア、ジルコニア等から
なる絶縁性の基板22が取付けられる。
スパッタ用のイオン源７〜８から引き出された500〜2
000eV程度のエネルギをもったイオンビームはニュート
ライザ10,11,12によってそれぞれ中性化されてニュート
ラルビームとなり、各ターゲット10〜12をスパッタす
る。このスパッタにより各ターゲット10〜12よりスパッ
タ粒子が発せられる。このとき、各室２〜３のシャッタ
17,18,19のいずれかを開き他を閉じる操作を所定時間毎
に順次行えば、基板11の表面に各スパッタ粒子を所定量
ずつ順次積層させることができる（第１図では１つの室
４のシャッタ19のみが開いてそこから符号ｄで示すスパ
ッタ粒子が飛び出している状態を示している）。一方、
酸素イオン源５より照射された酸素イオンビームはニュ
ートラライザ10で中性化されて酸素ニュートラルビーム
ｈとなり、基板11に向かって照射され、順次積層される
薄膜を酸化して酸化物にする。かくして、基板11の表面
にII a族金属の酸化物層と、III a族金属の酸化物層
と、銅の酸化物層とが順次積層され相互に強固に結合し
てなる超電導薄膜が形成される。この場合、基板11とし
て線状のものを使用し、これにII a族−III a族−銅・
酸化物からなる層状の超電導薄膜をこの発明にしたがっ
て被覆することもでき、これをコイルとして使用すれば
超電導コイルを得ることができる。
000eV程度のエネルギをもったイオンビームはニュート
ライザ10,11,12によってそれぞれ中性化されてニュート
ラルビームとなり、各ターゲット10〜12をスパッタす
る。このスパッタにより各ターゲット10〜12よりスパッ
タ粒子が発せられる。このとき、各室２〜３のシャッタ
17,18,19のいずれかを開き他を閉じる操作を所定時間毎
に順次行えば、基板11の表面に各スパッタ粒子を所定量
ずつ順次積層させることができる（第１図では１つの室
４のシャッタ19のみが開いてそこから符号ｄで示すスパ
ッタ粒子が飛び出している状態を示している）。一方、
酸素イオン源５より照射された酸素イオンビームはニュ
ートラライザ10で中性化されて酸素ニュートラルビーム
ｈとなり、基板11に向かって照射され、順次積層される
薄膜を酸化して酸化物にする。かくして、基板11の表面
にII a族金属の酸化物層と、III a族金属の酸化物層
と、銅の酸化物層とが順次積層され相互に強固に結合し
てなる超電導薄膜が形成される。この場合、基板11とし
て線状のものを使用し、これにII a族−III a族−銅・
酸化物からなる層状の超電導薄膜をこの発明にしたがっ
て被覆することもでき、これをコイルとして使用すれば
超電導コイルを得ることができる。
なお、基板11での反応を促進させるために、基板11は
基板ホルダ６に内蔵したヒータ21によって加熱された状
態（約700℃）でスパッタされるが、基板11を加熱せず
にまたは200℃程度に加熱してスパッタし、ついでアニ
ールするようにしてもよい。
基板ホルダ６に内蔵したヒータ21によって加熱された状
態（約700℃）でスパッタされるが、基板11を加熱せず
にまたは200℃程度に加熱してスパッタし、ついでアニ
ールするようにしてもよい。
また、上述の実施例では３つの室2,3,4より順に各金
属またはその酸化物のスパッタ粒子を放出させるため、
それらの金属またはその酸化物の割合の調整が容易にな
しうるという利点があるが、要すればII a族金属および
／またはその酸化物の室とIII a族金属および／または
その酸化物の室とのそれぞれのシャッタを同時に開いて
それらの混合酸化物層が銅の酸化物層と交互に積層され
るようにしてもよい。
属またはその酸化物のスパッタ粒子を放出させるため、
それらの金属またはその酸化物の割合の調整が容易にな
しうるという利点があるが、要すればII a族金属および
／またはその酸化物の室とIII a族金属および／または
その酸化物の室とのそれぞれのシャッタを同時に開いて
それらの混合酸化物層が銅の酸化物層と交互に積層され
るようにしてもよい。
さらに、室を２つにし、一方にII a族金属および／ま
たはその酸化物とIII a族金属および／またはその酸化
物とのターゲットを収容し、他方に銅および／またはそ
の酸化物のターゲットを収容し、２つの室のシャッタを
交互に開くようにしてもよい。この場合、一方の室内に
収容されるII a族金属および／またはその酸化物とIII
a族金属および／またはその酸化物は別個にターゲット
を構成していてもよく、あるいは合金またはその酸化物
の形態でターゲットを構成していてもよい。この発明は
これらの態様をも包含するものである。
たはその酸化物とIII a族金属および／またはその酸化
物とのターゲットを収容し、他方に銅および／またはそ
の酸化物のターゲットを収容し、２つの室のシャッタを
交互に開くようにしてもよい。この場合、一方の室内に
収容されるII a族金属および／またはその酸化物とIII
a族金属および／またはその酸化物は別個にターゲット
を構成していてもよく、あるいは合金またはその酸化物
の形態でターゲットを構成していてもよい。この発明は
これらの態様をも包含するものである。
次に本発明者が行った成膜実験について説明する。
実験1:ターゲットとしてY2O3,BaO,CuOを用い、これらを
３つの室内にそれぞれ収容した。そして、成膜室（真空
チャンバ）内のガス圧を１×10-5Torrとし、また基板と
してサファイア基板を使用した。そして、基板を200℃
に加熱した。さらに、スパッタ用のイオン源としてArイ
オンビームを用い、そのビームエネルギを1KeV、1mAと
した。
３つの室内にそれぞれ収容した。そして、成膜室（真空
チャンバ）内のガス圧を１×10-5Torrとし、また基板と
してサファイア基板を使用した。そして、基板を200℃
に加熱した。さらに、スパッタ用のイオン源としてArイ
オンビームを用い、そのビームエネルギを1KeV、1mAと
した。
また、酸素イオン源として、酸素イオンビームを用
い、そのビームエネルギを100V、0.5mAとし、これを中
性化して基板に照射した。
い、そのビームエネルギを100V、0.5mAとし、これを中
性化して基板に照射した。
成膜は次のようにして行った。すなわち、各室のシャ
ッタを、Cuの室開→Cuの室閉、Baの室開→Baの室閉、Cu
の室開→Cuの室閉、Ｙの室開→Ｙの室閉、Cuの室開→…
の順にそれぞれの室を開く操作を繰り返して多層膜とし
た。このとき、各シャッタの開き時間は各層の厚さが５
Åとなるように制御した。
ッタを、Cuの室開→Cuの室閉、Baの室開→Baの室閉、Cu
の室開→Cuの室閉、Ｙの室開→Ｙの室閉、Cuの室開→…
の順にそれぞれの室を開く操作を繰り返して多層膜とし
た。このとき、各シャッタの開き時間は各層の厚さが５
Åとなるように制御した。
成膜後、電気炉中にて700℃でアニールした。これに
よってサファイア基板の表面に厚さ1000ÅのＹ−Ba−Cu
酸化物の積層体からなる超電導薄膜が得られた。この超
電導薄膜の両端に金電極をスパッタ成膜により形成し、
液体窒素中でこの超電導薄膜の電気抵抗を測定したとこ
ろ、電極間の電気抵抗は０であった。
よってサファイア基板の表面に厚さ1000ÅのＹ−Ba−Cu
酸化物の積層体からなる超電導薄膜が得られた。この超
電導薄膜の両端に金電極をスパッタ成膜により形成し、
液体窒素中でこの超電導薄膜の電気抵抗を測定したとこ
ろ、電極間の電気抵抗は０であった。
また、前記Y,Ba,Cuのスパッタ順序を逆にしたり、あ
るいはこれらの金属に代えてこれらの酸化物を用いて前
記と同様にしてスパッタ成膜した場合も同様の結果が得
られた。
るいはこれらの金属に代えてこれらの酸化物を用いて前
記と同様にしてスパッタ成膜した場合も同様の結果が得
られた。
実験2:シャッタの開閉を、Cuの蒸発室開→Cuの蒸発室
閉、ＹおよびBaの室開→ＹおよびBaの室閉、Cuの蒸発室
開→Cuの蒸発室閉、ＹおよびBaの室開→…の順序行い、
基板上にスパッタしたほかは前述の実験１と同様にして
超電導薄膜を得た。このものも実験１と同様に電極間の
抵抗は０であった。
閉、ＹおよびBaの室開→ＹおよびBaの室閉、Cuの蒸発室
開→Cuの蒸発室閉、ＹおよびBaの室開→…の順序行い、
基板上にスパッタしたほかは前述の実験１と同様にして
超電導薄膜を得た。このものも実験１と同様に電極間の
抵抗は０であった。
なお、実験１および２において、サファイア基板を70
0℃程度に加熱して、スパッタし、アニールをしない場
合も同様の結果が得られた。
0℃程度に加熱して、スパッタし、アニールをしない場
合も同様の結果が得られた。
この発明によれば、II a族−III a族−銅・酸化物の
積層体からなる超電導薄膜の生成が可能になるという効
果がある。
積層体からなる超電導薄膜の生成が可能になるという効
果がある。
第１図はこの発明の実施に使用する薄膜形成装置の一例
を示す概略図である。 １……真空チャンバ、2,3,4……室、５……酸素イオン
源、６……基板ホルダ、7,8,9……イオン源、10,11,12
……ターゲット、13,14,15,20……ニュートラライザ、2
2……基板
を示す概略図である。 １……真空チャンバ、2,3,4……室、５……酸素イオン
源、６……基板ホルダ、7,8,9……イオン源、10,11,12
……ターゲット、13,14,15,20……ニュートラライザ、2
2……基板
Claims (1)
- 【請求項１】II a族金属および／またはその酸化物と、
III a族金属および／またはその酸化物と、銅および／
またはその酸化物とを、順次または銅および／またはそ
の酸化物を他の２種の金属および／またはその酸化物と
交互にスパッタして基板上に積層させ、さらに酸素ニュ
ートラルビームを前記基板上に照射してII a族−III a
族−銅・酸化物の積層体からなる薄膜を作成することを
特徴とする超電導薄膜の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62096785A JP2521950B2 (ja) | 1987-04-20 | 1987-04-20 | 超電導薄膜の製造方法 |
| DE8888106211T DE3877405T2 (de) | 1987-04-20 | 1988-04-19 | Verfahren zur herstellung einer supraleitenden duennen schicht und anordnung zu seiner durchfuehrung. |
| US07/183,099 US4861750A (en) | 1987-04-20 | 1988-04-19 | Process for producing superconducting thin film |
| EP88106211A EP0288001B1 (en) | 1987-04-20 | 1988-04-19 | Process for producing superconducting thin film and device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62096785A JP2521950B2 (ja) | 1987-04-20 | 1987-04-20 | 超電導薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63261626A JPS63261626A (ja) | 1988-10-28 |
| JP2521950B2 true JP2521950B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=14174288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62096785A Expired - Fee Related JP2521950B2 (ja) | 1987-04-20 | 1987-04-20 | 超電導薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2521950B2 (ja) |
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0666481B2 (ja) * | 1986-03-10 | 1994-08-24 | 日本電信電話株式会社 | 超伝導薄膜の製造方法 |
| JPS63241823A (ja) * | 1987-03-27 | 1988-10-07 | Nissin Electric Co Ltd | 超電導薄膜の製造方法 |
-
1987
- 1987-04-20 JP JP62096785A patent/JP2521950B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63261626A (ja) | 1988-10-28 |
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