JP2549894B2 - 高温超伝導セラミック薄膜の形成方法 - Google Patents
高温超伝導セラミック薄膜の形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は高温超伝導セラミック、特にY1Ba2Cu3O
７−δよりなる超伝導体薄膜をRFマグネトロンスパッタ
リング法により基板上に形成する方法に関するものであ
る。
７−δよりなる超伝導体薄膜をRFマグネトロンスパッタ
リング法により基板上に形成する方法に関するものであ
る。
「従来技術」 YBa2Cu3O７−δ超伝導セラミックは約90Kの高い臨界温
度を示し、かかる超伝導体を薄膜化することによってエ
レクトロニクス分野への応用展開が期待されているとこ
ろである。
度を示し、かかる超伝導体を薄膜化することによってエ
レクトロニクス分野への応用展開が期待されているとこ
ろである。
前記高温超伝導セラミック体膜の形成は一般にRFマグ
ネトロンスパッタリング法が利用されている。
ネトロンスパッタリング法が利用されている。
これはＹ−Ba−Cu−Ｏより成るセラミック体をターゲ
ットとし、その内部に磁石を装着させたものと、その上
位置に対向配置したMgO、SrTiO3等の単結晶よりなる基
板とを真空チャンバー内に収納し、前記ターゲットと基
板間に高周波電源からの電圧を印加して放電を生じさせ
る。この時、発生したプラズマは磁石の磁界により収束
され、密度の高いプラズマとなり、そのスパッタガスイ
オンがターゲットの表面に衝突する。その結果、ターゲ
ット表面より超伝導物質がスパッタされて対向する基板
の表面に高速度で被着し所定厚の高温超伝導薄膜を形成
するものである。
ットとし、その内部に磁石を装着させたものと、その上
位置に対向配置したMgO、SrTiO3等の単結晶よりなる基
板とを真空チャンバー内に収納し、前記ターゲットと基
板間に高周波電源からの電圧を印加して放電を生じさせ
る。この時、発生したプラズマは磁石の磁界により収束
され、密度の高いプラズマとなり、そのスパッタガスイ
オンがターゲットの表面に衝突する。その結果、ターゲ
ット表面より超伝導物質がスパッタされて対向する基板
の表面に高速度で被着し所定厚の高温超伝導薄膜を形成
するものである。
このRFマグネトロンスパッタリング法によれば、一般
のスパッタリング法や蒸着法に比し成膜堆積速度が高速
であるため生産性に優れる利点がある。
のスパッタリング法や蒸着法に比し成膜堆積速度が高速
であるため生産性に優れる利点がある。
「発明が解決しようとする問題点」 ところで、上記のようなRFマグネトロンスパッタリン
グ法により形成した超伝導薄膜は、均一かつ安定した膜
が得られないという問題があった。
グ法により形成した超伝導薄膜は、均一かつ安定した膜
が得られないという問題があった。
即ち、高周波電圧の印加によりターゲット表面から電
子が高速で飛び出し基板表面に衝突して基板温度を上昇
する。その結果、基板と超伝導膜との間に相互拡散を生
じ、両者の境界層が異質化し、かつ酸素欠損を生じるた
め臨界温度、臨界電流密度等の超伝導特性が劣化し、ま
た均一な厚みの薄膜が得られないということである。
子が高速で飛び出し基板表面に衝突して基板温度を上昇
する。その結果、基板と超伝導膜との間に相互拡散を生
じ、両者の境界層が異質化し、かつ酸素欠損を生じるた
め臨界温度、臨界電流密度等の超伝導特性が劣化し、ま
た均一な厚みの薄膜が得られないということである。
一方、得られた超伝導薄膜の組成は必ずしもターゲッ
トの組成と一致しないことが多いためターゲットの組成
決定が困難であるという問題点もあった。これは主とし
て、基板上に成長した膜の再蒸発（逆スパッタリング）
のためと考えられる。
トの組成と一致しないことが多いためターゲットの組成
決定が困難であるという問題点もあった。これは主とし
て、基板上に成長した膜の再蒸発（逆スパッタリング）
のためと考えられる。
「問題点を解決するための手段」 本発明は真空チャンバー内において、基板とターゲッ
トとの間に、負電極に接続されたグリッドを挿入配置し
たことを特徴とするものである。
トとの間に、負電極に接続されたグリッドを挿入配置し
たことを特徴とするものである。
「作用」 ターゲットの表面より飛来する電子はグリッドの負電
位による電気的な斥力を受けてターゲット側に押し戻さ
れるので基板への電子衝突が抑制され、基板温度の上昇
を防止することになる。さらに負電位のグリッド挿入に
より基板表面を活性なプラズマ領域から隔離することに
なり、成長した薄膜の逆スパッタリングを防ぐことがで
きる。
位による電気的な斥力を受けてターゲット側に押し戻さ
れるので基板への電子衝突が抑制され、基板温度の上昇
を防止することになる。さらに負電位のグリッド挿入に
より基板表面を活性なプラズマ領域から隔離することに
なり、成長した薄膜の逆スパッタリングを防ぐことがで
きる。
「実施例」 以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明に利用するRFマグネトロンスパッタリ
ング装置を概略的に示したもので、１はスパッタ放電ガ
スの注入口1aと真空排気口1bとを備えた真空チャンバ
ー、２は該チャンバー１内の下位に配置された高温超伝
導セラミック体よりなるターゲットで、磁石３が内蔵さ
れたターゲット４支持板４により保持されている。５は
同じくチャンバー１内の上位にてターゲット２と所定の
間隔を介して対峙させたMgO、SrTiO3等の単結晶よりな
る基板で、基板支持板６によって保持されている。７は
高周波電源で、前記ターゲット２と基板５との間にマッ
チング回路８を介して所定の高周波電圧を印加するよう
に接続されている。ここまでの構成は従来装置と同じも
のである。次に９は前記真空チャンバー１内にてターゲ
ット２と基板６との間に挿入配置したメッシュ状のグリ
ッド、10は直流電源で、その負極側を前記グリット９に
接続し、正極を接地している。
ング装置を概略的に示したもので、１はスパッタ放電ガ
スの注入口1aと真空排気口1bとを備えた真空チャンバ
ー、２は該チャンバー１内の下位に配置された高温超伝
導セラミック体よりなるターゲットで、磁石３が内蔵さ
れたターゲット４支持板４により保持されている。５は
同じくチャンバー１内の上位にてターゲット２と所定の
間隔を介して対峙させたMgO、SrTiO3等の単結晶よりな
る基板で、基板支持板６によって保持されている。７は
高周波電源で、前記ターゲット２と基板５との間にマッ
チング回路８を介して所定の高周波電圧を印加するよう
に接続されている。ここまでの構成は従来装置と同じも
のである。次に９は前記真空チャンバー１内にてターゲ
ット２と基板６との間に挿入配置したメッシュ状のグリ
ッド、10は直流電源で、その負極側を前記グリット９に
接続し、正極を接地している。
いま、ターゲット２として、Y,Ba,Cu,Oで構成される
セラミック体を用い、また基板５としてMgO単結晶を用
いてそれぞれ真空チャンバー１内にセットし、該チャン
バー１内の真空度を２×10- 6Torr程度になるよう排気口
1bより排気するとともにアルゴン（Ar）と酸素（O2）の
混合ガス（混合比O2:20〜80％）を注入口1aより導入す
る。
セラミック体を用い、また基板５としてMgO単結晶を用
いてそれぞれ真空チャンバー１内にセットし、該チャン
バー１内の真空度を２×10- 6Torr程度になるよう排気口
1bより排気するとともにアルゴン（Ar）と酸素（O2）の
混合ガス（混合比O2:20〜80％）を注入口1aより導入す
る。
次に直流電源10より数十ボルトの負電圧をグリッド９
に印加し、続いて高周波電源７より13.56MHz、電圧2K
V、電力150Wの高周波電圧をマッチング回路８を介して
ターゲット２と基板５との間に印加してスパッタリング
を行った処、均質なＹ−Ba−Cu−Ｏ薄膜が被着形成され
た。この時のMgO基板温度は約550℃であり、その表面上
に被着される薄膜の成長速度は70Å／分であった。
に印加し、続いて高周波電源７より13.56MHz、電圧2K
V、電力150Wの高周波電圧をマッチング回路８を介して
ターゲット２と基板５との間に印加してスパッタリング
を行った処、均質なＹ−Ba−Cu−Ｏ薄膜が被着形成され
た。この時のMgO基板温度は約550℃であり、その表面上
に被着される薄膜の成長速度は70Å／分であった。
ところで前記スパッタリングに際しターゲット２より
上方の基板５表面に向かって電子が高速で飛散し基板５
に衝突しようとするが、直流電源10の負極に接続された
グリッド９により電気的な斥力を受けてターゲット２側
に押し戻され基板５には電気的中性のスパッタ粒子のみ
が衝突するだけであるから、基板温度の上昇および逆ス
パッタリングが抑制され、前記のように低い基板温度で
の膜付けが可能となる。
上方の基板５表面に向かって電子が高速で飛散し基板５
に衝突しようとするが、直流電源10の負極に接続された
グリッド９により電気的な斥力を受けてターゲット２側
に押し戻され基板５には電気的中性のスパッタ粒子のみ
が衝突するだけであるから、基板温度の上昇および逆ス
パッタリングが抑制され、前記のように低い基板温度で
の膜付けが可能となる。
このようにMgO基板表面に形成したＹ−Ba−Cu−Ｏ薄
膜について超伝導特性を測定した結果、約83Kの転移開
始温度と約50Kの転移終了温度が得られた。
膜について超伝導特性を測定した結果、約83Kの転移開
始温度と約50Kの転移終了温度が得られた。
なお、比較のためグリッド９を直流電源10の正極側に
接続した場合、またグリッド９を使用しない場合につい
て実験したが、本発明のような効果は全く認められず、
基板温度の上昇を防止することができなかった。
接続した場合、またグリッド９を使用しない場合につい
て実験したが、本発明のような効果は全く認められず、
基板温度の上昇を防止することができなかった。
また、上例はY1Ba3Cu5Oxをターゲットに用いたが、こ
れに限定されるものでなく、ＹがCe,Pr,Pm,Tp以外のラ
ンタニド（Ｌ）系元素で置換されたＬ−Ba−Cu−Ｏ等他
の高温超伝導セラミックの薄膜化にも本発明を適用し得
るものである。
れに限定されるものでなく、ＹがCe,Pr,Pm,Tp以外のラ
ンタニド（Ｌ）系元素で置換されたＬ−Ba−Cu−Ｏ等他
の高温超伝導セラミックの薄膜化にも本発明を適用し得
るものである。
「効果」 以上の通り、本発明の薄膜形成法によれば、ターゲッ
トと基板の間に負電位に保持されたグリッドを挿入する
という簡単な手段により基板温度の上昇を抑制し、低い
基板温度で薄膜を形成できるため基板と薄膜間の相互拡
散を確実に防止し、均一で安定した超伝導膜を形成でき
るという利点がある。
トと基板の間に負電位に保持されたグリッドを挿入する
という簡単な手段により基板温度の上昇を抑制し、低い
基板温度で薄膜を形成できるため基板と薄膜間の相互拡
散を確実に防止し、均一で安定した超伝導膜を形成でき
るという利点がある。
第１図は本発明に利用するRFマグネトロンスパッタリン
グ装置の概略図である。 １……真空チャンバー、２……ターゲット、５……基
板、８……高周波電源、９……グリッド、10……直流電
源
グ装置の概略図である。 １……真空チャンバー、２……ターゲット、５……基
板、８……高周波電源、９……グリッド、10……直流電
源
Claims (2)
- 【請求項１】高温超伝導セラミックをターゲットとして
RFマグネトロンスパッタリング法により基板上に被着形
成する方法において、真空チャンバー内にて前記基板と
前記ターゲットとの間に、負極性に接続されたグリッド
を挿入配置したことを特徴とする高温超伝導セラミック
薄膜の形成方法。 - 【請求項２】前記成膜組成がＹ−Ba−Cu−Ｏであること
を特徴とする特許請求範囲第（１）項記載のセラミック
超伝導体膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63190146A JP2549894B2 (ja) | 1988-07-29 | 1988-07-29 | 高温超伝導セラミック薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63190146A JP2549894B2 (ja) | 1988-07-29 | 1988-07-29 | 高温超伝導セラミック薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0240811A JPH0240811A (ja) | 1990-02-09 |
| JP2549894B2 true JP2549894B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=16253174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63190146A Expired - Fee Related JP2549894B2 (ja) | 1988-07-29 | 1988-07-29 | 高温超伝導セラミック薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2549894B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0816267B2 (ja) * | 1991-06-14 | 1996-02-21 | 株式会社芝浦製作所 | 反応性高周波バイアススパッタリング装置 |
| US5374456A (en) * | 1992-12-23 | 1994-12-20 | Hughes Aircraft Company | Surface potential control in plasma processing of materials |
-
1988
- 1988-07-29 JP JP63190146A patent/JP2549894B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0240811A (ja) | 1990-02-09 |
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