JP2569055B2 - 酸化物超電導体薄膜の作製方法 - Google Patents
酸化物超電導体薄膜の作製方法Info
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- JP2569055B2 JP2569055B2 JP62165317A JP16531787A JP2569055B2 JP 2569055 B2 JP2569055 B2 JP 2569055B2 JP 62165317 A JP62165317 A JP 62165317A JP 16531787 A JP16531787 A JP 16531787A JP 2569055 B2 JP2569055 B2 JP 2569055B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高出力のマグネット，ジョセフソン素子、SQ
UID等に用いられている超電導材料に係り、特に液体窒
素温度以上で動作する酸化物超電導体の薄膜の作製方法
に関する。
UID等に用いられている超電導材料に係り、特に液体窒
素温度以上で動作する酸化物超電導体の薄膜の作製方法
に関する。
1986年にBednorzとMullerによって発見されたK2NiF4
型構造の(La,Sr)2CuO4超電導体は30Kの高い臨界温度を
示した。その後、1987年に入り、ペロブスカイト型構造
のY1Ba2Cu3O7-xは更に高い臨界温度Tc＝90Kを有し、液
体窒素温度（77K）以上でも超電導状態になることが分
った。しかし、結晶構造が複雑であるため、エレクトロ
ニクスデバイス用の薄膜としては品質の良い膜は得にく
いという問題があった。
型構造の(La,Sr)2CuO4超電導体は30Kの高い臨界温度を
示した。その後、1987年に入り、ペロブスカイト型構造
のY1Ba2Cu3O7-xは更に高い臨界温度Tc＝90Kを有し、液
体窒素温度（77K）以上でも超電導状態になることが分
った。しかし、結晶構造が複雑であるため、エレクトロ
ニクスデバイス用の薄膜としては品質の良い膜は得にく
いという問題があった。
関連する従来技術文献としては、ニッケイ・ニュー・
マティアリアルズ（NIKKEI NEW MATERIALS）1987年５月
11号第56頁から第60頁がある。
マティアリアルズ（NIKKEI NEW MATERIALS）1987年５月
11号第56頁から第60頁がある。
臨界温度90Kを示す典型的なY1Ba2Cu3O7-xを例にとる
と、Ｙ酸化物に比べて、Ba酸化物とCu酸化物の蒸気圧は
第２図に示すように非常に高い。ここで、１はCuO単体
の蒸気圧、２はBaO単体の蒸気圧、３はY2O3の蒸気圧で
ある。この蒸気圧の大巾な違いのため、スパッター法や
蒸着法で作製したY-Ba-Cu-Oからなる非晶質体を800℃以
上の高温で加熱して結晶化させようとすると、Ba成分、
とくにCuO成分の蒸発による損失を招く問題があった。
と、Ｙ酸化物に比べて、Ba酸化物とCu酸化物の蒸気圧は
第２図に示すように非常に高い。ここで、１はCuO単体
の蒸気圧、２はBaO単体の蒸気圧、３はY2O3の蒸気圧で
ある。この蒸気圧の大巾な違いのため、スパッター法や
蒸着法で作製したY-Ba-Cu-Oからなる非晶質体を800℃以
上の高温で加熱して結晶化させようとすると、Ba成分、
とくにCuO成分の蒸発による損失を招く問題があった。
本発明の目的は酸素欠損型で、短範囲の周期性をもつ
Re1Me2Cu3O7-x系（Re;希土類元素、Me;アルカリ土類金
属元素）の酸化物超電導体に関し、とくに臨界電流の大
きい高品質膜を提供することにある。
Re1Me2Cu3O7-x系（Re;希土類元素、Me;アルカリ土類金
属元素）の酸化物超電導体に関し、とくに臨界電流の大
きい高品質膜を提供することにある。
上記目的は、スパッター法あるいは蒸着法等で形成し
た膜を、Re1Me2Cu3O7-xと平衡するMeの酸化物とCuの酸
化物の蒸気雰囲気中で加熱して超電導体化させることで
達成できる。
た膜を、Re1Me2Cu3O7-xと平衡するMeの酸化物とCuの酸
化物の蒸気雰囲気中で加熱して超電導体化させることで
達成できる。
Re1Me2Cu3O7-x化合物と平衡するMe酸化物とCu酸化物
の蒸気中での雰囲気処理は、構成元素の蒸発によるRe1M
e2Cu3O7-xの組成ずれを防止する働きがあるので、超電
導体薄膜作製には有効な手段になる。
の蒸気中での雰囲気処理は、構成元素の蒸発によるRe1M
e2Cu3O7-xの組成ずれを防止する働きがあるので、超電
導体薄膜作製には有効な手段になる。
以下、本発明の効果を実施例で詳述する。
実施例1. Y1Ba2Cu3O7-x薄膜の作製をターゲットにY1Ba2Cu3O7-x
焼結体を用い、マグネトロンスパッタリング装置で行っ
た。ガスはAr＋10％O2の混合ガスとし、導入ガス圧は4P
aとした。基板としては（100）面のMgO単結晶を用い
た。基板温度は室温とした。作製した膜は1.0μｍの膜
厚で、Ｘ線回折によると非晶質体である。これを第１図
に示すY1Ba2Cu3O7-xからなる釜中に設置し、O2ガスを流
しながら900℃×2hの熱処理をし超電導体を作製した。
ここで、４はY1Ba2Cu3O7-xからなる焼結体、５はY1Ba2C
u3O7-xからなる粉体、６はMgO基板、７はY-Ba-Cu-Oの非
晶質膜である。また、比較試料として、第１図の釜を使
用しないでそのままO2中で熱処理することも行った。熱
処理した膜中のCu濃度を化学分析法で調べた結果を第３
図に示す。８は釜中で熱処理した場合、９は釜を使用し
ないで熱処理した場合のCu濃度の加熱時間に対する変化
を示している。８は加熱時間に対して一定である。これ
は、釜を構成しているY1Ba2Cu3O7-x焼結体４および釜中
に設置したY1Ba2Cu3O7-x粉体５が加熱により蒸発し、そ
の蒸気が膜７からのCuの蒸発を防ぐためである。一方、
９は釜および粉体を使用しないのでこのような効果はな
くCu成分は加熱とともに著しく減少している。従って、
構成元素間の蒸気圧の異なるY-Ba-Cu-Oの非晶質体の加
熱にはY1Ba2Cu3O7-xの釜中での雰囲気処理は非常に有効
である。本実施例で得られた超電導体薄膜は臨界温度が
84Kで、77Kでの臨界電流は５×103A／cm2を示し、非常
に高品質であった。
焼結体を用い、マグネトロンスパッタリング装置で行っ
た。ガスはAr＋10％O2の混合ガスとし、導入ガス圧は4P
aとした。基板としては（100）面のMgO単結晶を用い
た。基板温度は室温とした。作製した膜は1.0μｍの膜
厚で、Ｘ線回折によると非晶質体である。これを第１図
に示すY1Ba2Cu3O7-xからなる釜中に設置し、O2ガスを流
しながら900℃×2hの熱処理をし超電導体を作製した。
ここで、４はY1Ba2Cu3O7-xからなる焼結体、５はY1Ba2C
u3O7-xからなる粉体、６はMgO基板、７はY-Ba-Cu-Oの非
晶質膜である。また、比較試料として、第１図の釜を使
用しないでそのままO2中で熱処理することも行った。熱
処理した膜中のCu濃度を化学分析法で調べた結果を第３
図に示す。８は釜中で熱処理した場合、９は釜を使用し
ないで熱処理した場合のCu濃度の加熱時間に対する変化
を示している。８は加熱時間に対して一定である。これ
は、釜を構成しているY1Ba2Cu3O7-x焼結体４および釜中
に設置したY1Ba2Cu3O7-x粉体５が加熱により蒸発し、そ
の蒸気が膜７からのCuの蒸発を防ぐためである。一方、
９は釜および粉体を使用しないのでこのような効果はな
くCu成分は加熱とともに著しく減少している。従って、
構成元素間の蒸気圧の異なるY-Ba-Cu-Oの非晶質体の加
熱にはY1Ba2Cu3O7-xの釜中での雰囲気処理は非常に有効
である。本実施例で得られた超電導体薄膜は臨界温度が
84Kで、77Kでの臨界電流は５×103A／cm2を示し、非常
に高品質であった。
実施例2. 実施例１に記載したスパッター法で作製した膜を第４
図に示すような簡便な方法、すなわち、Y1Ba2Cu3O7-x焼
結体のペレット４に膜面７を合わせて熱処理する方法で
も第３図と同様な結果が得られた。
図に示すような簡便な方法、すなわち、Y1Ba2Cu3O7-x焼
結体のペレット４に膜面７を合わせて熱処理する方法で
も第３図と同様な結果が得られた。
実施例3. Y1Ba2Cu3O7-x薄膜の作製方法として、Y2Cu2O5とBaCuO
2のターゲットを用いて（Y,Cu,O）と（Ba,Cu,O）の層を
各々0.18μm,0.7μｍの厚さに設け、第４図に示す簡便
な方法により930℃で熱処理してY1Ba2Cu3O7-x薄膜を得
る方法でも、第３図に示すような結果となり、その効果
は明らかであった。
2のターゲットを用いて（Y,Cu,O）と（Ba,Cu,O）の層を
各々0.18μm,0.7μｍの厚さに設け、第４図に示す簡便
な方法により930℃で熱処理してY1Ba2Cu3O7-x薄膜を得
る方法でも、第３図に示すような結果となり、その効果
は明らかであった。
実施例4. 薄膜として、Re1Me2Cu3O7-x組成の膜（ReにＹ以外の
希土類元素、MeにBa以外のアルカリ土類金属元素）を用
いて、実施例１に記載の内容で同一実験を行ったが、薄
膜に及ぼす雰囲気処理の効果は同様であった。
希土類元素、MeにBa以外のアルカリ土類金属元素）を用
いて、実施例１に記載の内容で同一実験を行ったが、薄
膜に及ぼす雰囲気処理の効果は同様であった。
実施例5. 実施例１の効果は、Re1Me2Cu3O7-x薄膜の作製をスパ
ッター法に代えてRe,Me,Cuの各金属を抵抗加熱法で蒸着
し、そののち第４図に示す方法で930℃×2hの熱処理を
行っても超電導体を形成することができた。
ッター法に代えてRe,Me,Cuの各金属を抵抗加熱法で蒸着
し、そののち第４図に示す方法で930℃×2hの熱処理を
行っても超電導体を形成することができた。
実施例6. 実施例１で作製したY1Ba2Cu3O7-x超電導体薄膜に更
に、釜および粉末を使用し700℃×3hの熱処理を加え
た。加熱温度700℃は超電導体化する加熱処理温度より
低くしてある。その結果、室温での膜表面での接触抵抗
は200Ωから0.05Ωまで低下した。この熱処理でも釜お
よび粉末を用いることは効果があり、用いない場合には
逆に、接触抵抗が5hΩと高くなる。
に、釜および粉末を使用し700℃×3hの熱処理を加え
た。加熱温度700℃は超電導体化する加熱処理温度より
低くしてある。その結果、室温での膜表面での接触抵抗
は200Ωから0.05Ωまで低下した。この熱処理でも釜お
よび粉末を用いることは効果があり、用いない場合には
逆に、接触抵抗が5hΩと高くなる。
本発明によれば、高い臨界温度をもつRe1Me2Cu3O7-x
薄膜を再現性よく作製できるので、その効果は極めて大
きい。
薄膜を再現性よく作製できるので、その効果は極めて大
きい。
第１図は本発明の雰囲気処理方法の実施例を示す原理
図、第２図はBaO,CuO,Y2O3の平衡蒸気圧の温度依存性を
示す図、第３図はCu成分の減少に与える雰囲気処理の効
果を示す図、第４図は簡便な雰囲気処理方法の実施例を
示す図である。 １……CuO蒸気圧、２……BaO蒸気圧、３……Y2O3蒸気
圧、４……Y1Ba2Cu3O7-x焼結体、５……Y1Ba2Cu3O7-x粉
体、６……MgO基板、７……非晶質膜、８……雰囲気処
理有、９……雰囲気処理無。
図、第２図はBaO,CuO,Y2O3の平衡蒸気圧の温度依存性を
示す図、第３図はCu成分の減少に与える雰囲気処理の効
果を示す図、第４図は簡便な雰囲気処理方法の実施例を
示す図である。 １……CuO蒸気圧、２……BaO蒸気圧、３……Y2O3蒸気
圧、４……Y1Ba2Cu3O7-x焼結体、５……Y1Ba2Cu3O7-x粉
体、６……MgO基板、７……非晶質膜、８……雰囲気処
理有、９……雰囲気処理無。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 一正 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 高山 新司 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 赤松 正一 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−2218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−245828（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−3922（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】Re1Me2Cu3O7-x薄膜（Re;希土類元素、Me;
アルカリ土類金属元素）を、該Re1Me2Cu3O7-xと平衡す
るMeの酸化物とCuの酸化物の蒸気雰囲気中で加熱するこ
とを特徴とする酸化物超電導体薄膜の作製方法。 - 【請求項２】上記蒸気はRe1Me2Cu3O7-xを材料とした焼
結体または粉体の少なくとも１つが蒸発したものである
特許請求の範囲第１項に記載の酸化物超電導体薄膜の作
製方法。 - 【請求項３】上記酸化物超電導体薄膜を、さらに上記蒸
気雰囲気中で上記加熱に使用する温度より低い温度で加
熱する特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の酸化物
超電導体薄膜の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62165317A JP2569055B2 (ja) | 1987-07-03 | 1987-07-03 | 酸化物超電導体薄膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62165317A JP2569055B2 (ja) | 1987-07-03 | 1987-07-03 | 酸化物超電導体薄膜の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6410522A JPS6410522A (en) | 1989-01-13 |
| JP2569055B2 true JP2569055B2 (ja) | 1997-01-08 |
Family
ID=15810033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62165317A Expired - Lifetime JP2569055B2 (ja) | 1987-07-03 | 1987-07-03 | 酸化物超電導体薄膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2569055B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01167222A (ja) * | 1987-12-22 | 1989-06-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導薄膜の作製方法 |
| JP2598055B2 (ja) * | 1987-12-19 | 1997-04-09 | 株式会社東芝 | 電子デバイス用酸化物超電導薄膜 |
-
1987
- 1987-07-03 JP JP62165317A patent/JP2569055B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6410522A (en) | 1989-01-13 |
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