JP2611332B2 - 薄膜超電導体の製造方法 - Google Patents
薄膜超電導体の製造方法Info
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- JP2611332B2 JP2611332B2 JP63123643A JP12364388A JP2611332B2 JP 2611332 B2 JP2611332 B2 JP 2611332B2 JP 63123643 A JP63123643 A JP 63123643A JP 12364388 A JP12364388 A JP 12364388A JP 2611332 B2 JP2611332 B2 JP 2611332B2
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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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、一定の温度で電気抵抗がゼロになるいわゆ
る超電導体に係り、特に薄膜超電導体の製造方法に関す
る。
る超電導体に係り、特に薄膜超電導体の製造方法に関す
る。
B.発明の概要 本発明は、電圧を印加する一対の電極のうちの一方の
電極側を、超電導焼結体にし、これら電極の表面に交差
する方向に蒸着基板を配置することにより、均一な超電
導体の蒸着薄膜が生成できる製造方法である。
電極側を、超電導焼結体にし、これら電極の表面に交差
する方向に蒸着基板を配置することにより、均一な超電
導体の蒸着薄膜が生成できる製造方法である。
C.従来の技術 1911年にカメリング・オンネスにより超電導現象が発
見されて以来、実用化に向けてさまざまな研究開発が進
められている。実用化には、臨海温度（Tc）が高ければ
高い程、冷却コストが安くて済むため、より高温での超
電導の可能性をめぐってその超電導材料の激しい開発競
争が展開されている。
見されて以来、実用化に向けてさまざまな研究開発が進
められている。実用化には、臨海温度（Tc）が高ければ
高い程、冷却コストが安くて済むため、より高温での超
電導の可能性をめぐってその超電導材料の激しい開発競
争が展開されている。
最近、液体窒素の温度77K以上の温度にて超電導現象
を生じるものとして、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系の超電導体が発
見され、更には安価な材料でしかもTcが105K程度を示す
Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系の超電導体が発見されるに至って
いる。
を生じるものとして、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系の超電導体が発
見され、更には安価な材料でしかもTcが105K程度を示す
Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系の超電導体が発見されるに至って
いる。
また、これらの材料の具体的適用範囲を拡大する観点
から、絶縁物の基板にスパッタにより超電導体を蒸着し
て薄膜を形成することが試みられている。
から、絶縁物の基板にスパッタにより超電導体を蒸着し
て薄膜を形成することが試みられている。
第２図にこの種のスパッタ方法の概略を示す。
タンク１内に一対の電極2,3を備え、一方の電極３側
をターゲットすなわち超電導焼結体で形成し、他方の電
極側に蒸着基板４を設ている。５は電源であり一対の電
極間に電圧を印加するものである。
をターゲットすなわち超電導焼結体で形成し、他方の電
極側に蒸着基板４を設ている。５は電源であり一対の電
極間に電圧を印加するものである。
これを更に詳細に説明すると、ターゲットにＹ−Ba−
Cu−Ｏ系の焼結体を使用し、蒸着基板４には、超電導体
との熱膨張及び格子定数が合う材料を使用する。
Cu−Ｏ系の焼結体を使用し、蒸着基板４には、超電導体
との熱膨張及び格子定数が合う材料を使用する。
例えば、MgO,YZS（部分安定化ジルコニア）、SrTiO3
（チタン酸ストロンチウム）が該当する。更には、これ
らの単結晶，サファイア,Siの単結晶、等が使用される
こともある。
（チタン酸ストロンチウム）が該当する。更には、これ
らの単結晶，サファイア,Siの単結晶、等が使用される
こともある。
一方、蒸着基板４にスパッタさせる薄膜は、堆積速度
が数十Å／分で堆積され、この薄膜が超電導体になるに
は、数千Å以上の膜厚が必要であることが一般的に知ら
れている。
が数十Å／分で堆積され、この薄膜が超電導体になるに
は、数千Å以上の膜厚が必要であることが一般的に知ら
れている。
しかして、蒸着基板４に生成した薄膜は、アモルファ
スであることから、蒸着したのみでは超電導現象を生じ
ないことから、 スパッタ後の薄膜を高温（700〜950℃）で熱処理す
る。
スであることから、蒸着したのみでは超電導現象を生じ
ないことから、 スパッタ後の薄膜を高温（700〜950℃）で熱処理す
る。
基板の背部にヒータを設けて、基板を高温に加熱した
状態でスパッタする。
状態でスパッタする。
等の手段が必要である。
また、タンク１内は、真空引き後にArガス（又はAr＋
O2混合ガス）を導入して、２×10-2〜２×10-1程度の圧
力にし、そしてRF（ラジオ波）スパッタ又はDCスパッタ
で電圧を印加して蒸着を行っている。
O2混合ガス）を導入して、２×10-2〜２×10-1程度の圧
力にし、そしてRF（ラジオ波）スパッタ又はDCスパッタ
で電圧を印加して蒸着を行っている。
D.発明が解決しようとする課題 ところで、前述のようなスパッタによる薄膜形成の場
合にあっては、ターゲット（超電導焼結体）と蒸着基板
上の薄膜との組成に「ずれ」が生じることが判った。
合にあっては、ターゲット（超電導焼結体）と蒸着基板
上の薄膜との組成に「ずれ」が生じることが判った。
すなわち、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系の場合において、特にBa
とCuが欠乏することが判った。このために、例えばY:B
a:Cu＝1:2:3の組成の薄膜を得るのに、ターゲットの組
成をY:Ba:Cu＝（1:3:6）〜（1:5:10）にしておく必要が
あった。しかも、この組成比は、装置、スパッタ条件の
影響を受けて一定せず、所望の組成比の薄膜超電導体を
得ることが非常に難しいものであることが判った。
とCuが欠乏することが判った。このために、例えばY:B
a:Cu＝1:2:3の組成の薄膜を得るのに、ターゲットの組
成をY:Ba:Cu＝（1:3:6）〜（1:5:10）にしておく必要が
あった。しかも、この組成比は、装置、スパッタ条件の
影響を受けて一定せず、所望の組成比の薄膜超電導体を
得ることが非常に難しいものであることが判った。
従って、スパッタによる薄膜超電導体にあっては、超
電導性能の低下，不安定を招来しやすく、量産化した場
合には品質にバラツキを生じるおそれがある。
電導性能の低下，不安定を招来しやすく、量産化した場
合には品質にバラツキを生じるおそれがある。
これらの点に鑑み、本発明は、ターゲット材料の組成
と同じ組成の薄膜超電導体を蒸着基板上に生成でき、品
質の安定した薄膜超電導体の製造方法を提供しようとす
るものである。
と同じ組成の薄膜超電導体を蒸着基板上に生成でき、品
質の安定した薄膜超電導体の製造方法を提供しようとす
るものである。
E.課題を解決するための手段 発明者らは、種々実験を繰り返した結果、蒸着基板上
に生成される薄膜は、プラズマ中の電極間にさらされて
いることから、形成膜がさらにスパッタされてしまうこ
とになり、薄膜の生成速度が場所によって異なって、組
成の変化が生じ、結果組成比の「ずれ」が生じるものと
推察した。
に生成される薄膜は、プラズマ中の電極間にさらされて
いることから、形成膜がさらにスパッタされてしまうこ
とになり、薄膜の生成速度が場所によって異なって、組
成の変化が生じ、結果組成比の「ずれ」が生じるものと
推察した。
そこで発明者らは、蒸着基板を一対の電極面に交差す
る方向に配置することで前述の問題点が解決できないか
試みた。
る方向に配置することで前述の問題点が解決できないか
試みた。
すなわち、蒸着基板を一対の電極間のプラズマの周囲
に配置することで、ガスイオン，ターゲットイオン、等
による衝突が緩和され、基板への付着生成がゆるやかに
なったり、形成された膜からの再スパッタが少なくな
り、ターゲット材とほぼ同じ組成の薄膜が得られるので
はないかと推察した。
に配置することで、ガスイオン，ターゲットイオン、等
による衝突が緩和され、基板への付着生成がゆるやかに
なったり、形成された膜からの再スパッタが少なくな
り、ターゲット材とほぼ同じ組成の薄膜が得られるので
はないかと推察した。
しかして、プラズマの周囲に蒸着基板を置くと、基板
近傍のプラズマ密度が希薄となり、成膜速度が低くなる
おそれがある。しかしこれは、プラズマの周囲を基板又
は他の部材で筒状に取り囲むことにより防止でき、プラ
ズマ密度を効果的に高めることができないのではないか
と推察した。
近傍のプラズマ密度が希薄となり、成膜速度が低くなる
おそれがある。しかしこれは、プラズマの周囲を基板又
は他の部材で筒状に取り囲むことにより防止でき、プラ
ズマ密度を効果的に高めることができないのではないか
と推察した。
以上の様な点に基づいて達成した本発明は、一方の電
極側であるターゲットを超電導焼結体で形成し、電極面
に交差する方向に蒸着基板を配設し、そして一対の電極
間に電圧を印加してターゲットの材料を蒸着基板に蒸着
して薄膜超電導体を形成するものである。
極側であるターゲットを超電導焼結体で形成し、電極面
に交差する方向に蒸着基板を配設し、そして一対の電極
間に電圧を印加してターゲットの材料を蒸着基板に蒸着
して薄膜超電導体を形成するものである。
すなわち、薄膜超電導体が生成される蒸着基板を、一
対の電極間の電極空間に生じるプラズマの周囲に配置す
ることにより、ターゲットと同じ組成で品質の安定した
スパッタによる薄膜超電導体を生成するものである。
対の電極間の電極空間に生じるプラズマの周囲に配置す
ることにより、ターゲットと同じ組成で品質の安定した
スパッタによる薄膜超電導体を生成するものである。
なお、本発明にあっては、 電極面に交差する方向に配置する蒸着基板は、例えば
アルミナセラミックスで形成した、円形状筒体、多角形
状筒体の内周壁に固定する、ことによって設置する。
アルミナセラミックスで形成した、円形状筒体、多角形
状筒体の内周壁に固定する、ことによって設置する。
また、この基板は、電極外径位置より外側に位置して
設置する。
設置する。
ターゲット材（電極）の形状は、円形状、方形状、又
は多角形状に形成するものであり、の形状に配置する
蒸着基板の内形状と相似形にするのが望ましい。
は多角形状に形成するものであり、の形状に配置する
蒸着基板の内形状と相似形にするのが望ましい。
ターゲット材は、 （イ）Ｙ−Ba−Cu−Ｏに代表される、Ａ−Ｒ−Ｃ−Ｏ系
の場合は、 Ａとして、Y,Sc,La,Nd,Sm,Ev,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu
のうちから１種以上選択する。
の場合は、 Ａとして、Y,Sc,La,Nd,Sm,Ev,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu
のうちから１種以上選択する。
Ｒとして、Ba,Ca,Srのうちから１種以上選択する。
Ｃとして、Cu,Co,Ni,Feのうちから１種以上選択す
る。
る。
（ロ）Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏに代表される、Ｅ−Sr−Ca−
Cu−Ｏ系の場合は、 Ｅとして、Bi,Tiのうちから１種以上選択する。
Cu−Ｏ系の場合は、 Ｅとして、Bi,Tiのうちから１種以上選択する。
の組成で形成する。
蒸着基板は、MgO,YZS（部分安定化ジルコニア）、SrT
iO3（チタン酸ストロンチウム）、これらの単結晶，サ
ファイア,Siの単結晶で形成する。
iO3（チタン酸ストロンチウム）、これらの単結晶，サ
ファイア,Siの単結晶で形成する。
一対の電極，蒸着基板をタンクより小形の略密閉容器
で包囲して、プラズマの高密度化を図るようにしてもよ
い。
で包囲して、プラズマの高密度化を図るようにしてもよ
い。
蒸着薄膜の超電導体手段としては、 （イ）蒸着基板を加熱（例えば800℃）した状態でスパ
ッタする。
ッタする。
（ロ）蒸着基板を加熱（例えば800℃）した状態でスパ
ッタし、その後酸素を導入し300℃程度で徐冷する。
ッタし、その後酸素を導入し300℃程度で徐冷する。
（ハ）蒸着後に熱処理して超電導体化する。
がある。
スパッタの手段は、RFスパッタ、DCスパッタが適用で
き、またマグネトロン方式を併用してもよい。
き、またマグネトロン方式を併用してもよい。
スパッタ時のガス雰囲気は、Arガス、又はAr＋Ｏの混
合ガスである。
合ガスである。
とするものである。
F.作用 一対の電極間に生ずるプラズマの周囲に蒸着基板を配
置しているので、蒸着基板にターゲットと同じ組成の薄
膜超電導体を生成できるものである。
置しているので、蒸着基板にターゲットと同じ組成の薄
膜超電導体を生成できるものである。
G.実施例 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
ターゲット材として、成分比がY:Ba:Cu＝1:2:3のＹ−
Ba−Cu−Ｏ系の超電導焼結体（直径32mm,厚み2mm）の電
極を用意した。
Ba−Cu−Ｏ系の超電導焼結体（直径32mm,厚み2mm）の電
極を用意した。
蒸着基板として、MgOからなる板を６枚（25mm角で厚
み1mm）用意した。
み1mm）用意した。
そして、第１図に示すように、密閉タンク１内に電極
３とベース2a上に載置した電極２（前記ターゲット材）
とを、間隔約120mmにおいて対向配置する。また、一対
の電極間空間を包囲するように、アルミナセラミックス
から成る多角形筒の保持体６を配置し、この保持体６の
内壁に、蒸着基板４を６枚周方向に並べて固定する。
３とベース2a上に載置した電極２（前記ターゲット材）
とを、間隔約120mmにおいて対向配置する。また、一対
の電極間空間を包囲するように、アルミナセラミックス
から成る多角形筒の保持体６を配置し、この保持体６の
内壁に、蒸着基板４を６枚周方向に並べて固定する。
次に、密閉タンク１内を真空（例えば、７×10-6Tor
r）にし、その後Arガスを導入し、密閉タンク１内を２
×10-2Torr程度の圧力にする。
r）にし、その後Arガスを導入し、密閉タンク１内を２
×10-2Torr程度の圧力にする。
そして、電源５（直流、3kV,8mA）によって、電圧
を、一対の電極間に印加し、電極間にプラズマを発生さ
せてスパッタを開始し、蒸着基板上に膜厚１μｍの薄膜
を生成した。
を、一対の電極間に印加し、電極間にプラズマを発生さ
せてスパッタを開始し、蒸着基板上に膜厚１μｍの薄膜
を生成した。
その後基板を酸化性雰囲気中で、約850℃,2時間加熱
処理した。
処理した。
この薄膜を蒸着した基板を、液体窒素の低温槽に入
れ、安定化電流を流して電圧を測定した結果、絶対温度
約85Kで電気抵抗がゼロになることが確認された。
れ、安定化電流を流して電圧を測定した結果、絶対温度
約85Kで電気抵抗がゼロになることが確認された。
また、得られた薄膜をICP（プラズマ発光分析）で化
学分析した結果、ターゲット材の組成が、約Y:Ba:Cu＝
1:2:3であったのに対して、約Y:Ba:Ca＝1:1.93:2.95
（６枚の平均値）であり、生成した薄膜の組成は、ほぼ
ターゲットの組成と同じであった。
学分析した結果、ターゲット材の組成が、約Y:Ba:Cu＝
1:2:3であったのに対して、約Y:Ba:Ca＝1:1.93:2.95
（６枚の平均値）であり、生成した薄膜の組成は、ほぼ
ターゲットの組成と同じであった。
また、同じ条件で他にも同様な実験を行ったのでその
結果を併せて次に示す。
結果を併せて次に示す。
なお、実施例−１が前述の例である。
上記の表から判るように、生成した薄膜の組成は、ほ
ぼターゲットの組成と同じであった。
ぼターゲットの組成と同じであった。
H.発明の効果 以上のように本発明によって生成した薄膜超電導体
は、液体窒素温度（77K）において超電導状態となる。
は、液体窒素温度（77K）において超電導状態となる。
しかも、蒸着基板を発生するプラズマの周囲に配置し
ていることから、ターゲット材（超電導焼結体の電極）
の組成とほぼ同じ組成の薄膜超電導体を生成することが
できる。
ていることから、ターゲット材（超電導焼結体の電極）
の組成とほぼ同じ組成の薄膜超電導体を生成することが
できる。
従って、組成が安定化し、品質の安定した薄膜超電導
体を容易に形成でき、その上液体窒素温度での冷却でよ
いことから、一層実用化に近付き、電気，電子機器及び
これら関連品の分野に利用可能となる等極めて優れた効
果を発揮する。
体を容易に形成でき、その上液体窒素温度での冷却でよ
いことから、一層実用化に近付き、電気，電子機器及び
これら関連品の分野に利用可能となる等極めて優れた効
果を発揮する。
第１図は本発明における薄膜超電導体の製造方法の説明
図、第２図はスパッタによる薄膜製造方法の説明図であ
る。 １……タンク、２……電極（ターゲット）、３……電
極、４……蒸着基板、６……保持体。
図、第２図はスパッタによる薄膜製造方法の説明図であ
る。 １……タンク、２……電極（ターゲット）、３……電
極、４……蒸着基板、６……保持体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｂ 12/00 ＺＡＡ Ｈ０１Ｂ 12/00 ＺＡＡ Ｈ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡ Ｈ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡＢ
Claims (1)
- 【請求項１】ガス雰囲気中に設けた一対の電極のうちの
一方の側の電極を超電導焼結体で形成したターゲットに
し、これら一対の電極間空間を包囲するように筒体を配
置するとともに、この筒体の内周壁に蒸着面が電極表面
と交差する方向にして蒸着基板を配置し、前記一対の電
極間に電圧を印加してターゲットの材料を蒸着基板に蒸
着して薄膜超電導体を形成することを特徴とする薄膜超
電導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63123643A JP2611332B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63123643A JP2611332B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01294504A JPH01294504A (ja) | 1989-11-28 |
| JP2611332B2 true JP2611332B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=14865672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63123643A Expired - Fee Related JP2611332B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2611332B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107297151B (zh) * | 2017-08-15 | 2020-05-19 | 西北有色金属研究院 | 一种陶瓷金属复合多孔膜管的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63257130A (ja) * | 1987-04-14 | 1988-10-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導薄膜の製造方法 |
-
1988
- 1988-05-20 JP JP63123643A patent/JP2611332B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01294504A (ja) | 1989-11-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |