JP2702711B2 - Manufacturing method of thin film superconductor - Google Patents

Manufacturing method of thin film superconductor

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JP2702711B2
JP2702711B2 JP62090271A JP9027187A JP2702711B2 JP 2702711 B2 JP2702711 B2 JP 2702711B2 JP 62090271 A JP62090271 A JP 62090271A JP 9027187 A JP9027187 A JP 9027187A JP 2702711 B2 JP2702711 B2 JP 2702711B2
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    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超電導体の製造方法に関するものである。特
に化合物薄膜超電導体の製造方法に関するものである。 従来の技術 高温超電導体として、A15型2元系化合物として窒化
ニオブ(NbN)やゲルマニウムニオブ(Nb3Ge)などが知
られていたが、これらの材料の超電導転移温度はたかだ
か24゜Kであった。一方、ペロブスカイト系3元化合物
は、さらに高い転移温度が期待され、Ba−La−Cu−O系
の高温超電導体が提案された[J.G.Bendorz and K.A.Mu
ller,ツァイト シュリフト フェアフィジーク(Ze ts
hrift frphysik B)−Condensed Matter 64,189−193
(1986)]。さらに、Y−Ba−Cu−O系がより高温の超
電導材料であることが、最近提案された。(文献)[M.
K.Wu等,フィジカル レビュー レターズ(Physical R
eview Letters)Vol,58 No9,908−910(1987)] Y−Ba−Cu−O系の材料の超電導機構の詳細は明らか
ではないが、転移温度が液体窒素温度以上に高くなる可
能性があり、高温超電導体として従来の2元系化合物よ
り、より有望な特性が期待される。 発明が解決しよとする問題点 しかしながら、Y−Ba−Cu−O系の材料は、現在の技
術では焼結という過程でしか形成できないため、セラミ
ックの粉末あるいはブロックの形状でしか得られない。
一方、この種の材料を実用化する場合、薄膜状に加工す
ることが強く要望されているが、従来の技術では、薄膜
化は非常に困難とされている。 本発明者らは、この種の材料の薄膜をイオンプロセス
により付着させると、薄膜状の高温超電導体が形成され
ることを発見し、これにもとづいて薄膜超電導体の製造
方法を発明した。 問題点を解決するための手段 本発明の製造方法で形成する薄膜超電導体の基本構成
は、基体表面に少くともA、B、Cuを含む酸化物で、元
素のモル比率が の3元化合物被膜12を被着させたことを特徴としてい
る。本発明者らは、この種の長電導体が、加熱された基
体上に、上記複合化合物被膜を例えば蒸着というプロセ
スで付着させ、さらに酸化性雰囲気で熱処理することに
より、形成されることを見い出し発明に致ったものであ
る。ここにAはSc,Yおよびランタン系列元素(原子番号
57−71)のうちすくなくとも一種、BはBa,Sr,Ca,Be,Mg
などII a族元素のうちの少なくとも一種の元素を示す。 作用 本発明にかかる薄膜超電導体の製造方法は、超電導体
を薄膜化している所に大きな特色がある。すなわち、薄
膜化は超電導体の素材を原子状態という極微粒子に分解
してから基体上に堆積させるから、形成された超電導体
の組成は本質的に、従来の焼結体に比べて均質である。
したがって非常に高精度の超電導体が本発明の方法を用
いて実現される。 実施例 本発明の実施例を図面とともに説明する。 第1図において、3元化合物被膜12は、例えばスパッ
タリング法で形成する。この場合、基体11は、超電導を
示す3元化合物被膜12の保持を目的としている。この被
膜12は通常数100℃の高温で形成し、超電導を例えば液
体窒素温度(−195℃)の低温で動作させるため、特に
基体11と被膜12の密着性が悪くなり、しばしば被膜12が
破損されることを本発明者らは確認した。さらに本発明
者らは、詳細な基体の熱的特性を各種の材質について調
べた結果、基体の線熱膨張係数α>10−6/℃であれば、
上記被膜の破損がなく、実用されることを確認した。例
えばα<10−6/℃の石英ガラスを基体に用いると、被膜
12は無数の亀裂が入り不連続な被膜となり、実用に供し
にくいことを本発明者らは確認した。 さらに、本発明者らは、第1図の基体11に機能性から
見て、最適の材料があることを見い出した。 本発明者らは、この種の超電導体を任意の形状例えば
円筒状に加工する場合、基体としては単結晶よりも、所
請焼結磁器が有効であることを確認するとともに、最適
の磁器材料を見い出した。すなわち、磁器基体として、
アルミナ、酸化マグルシウム、酸化ヂルコニウム、ステ
アタイト、ホルステライト、ベリリア、スピネル等が基
体の加工等、超電導被膜12の基体11への密着性が最適で
あることを本発明者らは確認した。この場合、基体の表
面さえこの種の磁器で構されているとよい。 薄膜超電導体の形成には、まずA−B−Cu−Oの複合
化合物被膜をスパッタリング蒸着あるいは熱蒸着例えば
電子ビーム蒸着、レーザビーム蒸着等の物理的気相成長
法で基体上に付着させる。この場合、 超電導体A−B−Cu−Oは結晶構造や組成式がまだ明
確には決定されていないが、酸素欠損ペロブスカイト
(A,B)6Cu6O14ともいわれている。本発明者等は、作製
された被膜において元素比率が の範囲にあれば、臨界温度に多少の差があっても超電導
現象が見出されることを確認した。この複合化合物被膜
の形成法は物理的気相成長法に限定されたものではな
く、化学的気相成長法例えば常圧あるいは減圧化学的気
相成長法、プラズマ化学的気相成長法、光化学的気相成
長法も、成分A,B,Cuの比を合致させれば、有効であるこ
とを本発明者らは確認した。 本発明者らは複合化合物被膜を基体11の表面13に付着
させる場合、基体の最適の温度範囲が存在することを本
発明者らは確認した。すなわち基体最適温度範囲は100
〜1000℃である。なお、100℃以下では、基体表面への
複合酸化物被膜の付着性が悪くなる。また、1000℃以上
では複合酸化物被膜中の成分A,BおよびCuの構造比から
のずれが大きくなる。 さらに、複合化合物被膜を付着させる時の基体の温度
はとりわけ200〜500℃の範囲がこの種の蒸着装置の機
能、複合酸化物被膜の特性の再現性から見て最適である
ことを本発明者らは確認した。この場合、形成された複
合化合物被膜は、アモルファスあるいは、微結晶から構
成されている。 しかしながら意外にもこの種の被膜は半導体的な特性
を示し、超電導は液体He温度(4゜K)でも見られな
い。 本発明者らはこの種の複合化合物被膜をさらに常圧の
空気、アルゴンと酸素の混合ガスあるいは純酸素などの
酸化物性雰囲気で熱処理することにより、超電導が発生
することを発見した。この場合最適の熱処理温度は700
〜1000℃,熱処理時間は0.1〜10時間である。また、10
時間以上になると抵抗率が高くなるとともに、被膜の特
性が不安定になり、急峻な超電導を示さない。又熱処理
後の除冷例えば2時間以上の除冷時間が超電導を得るに
は適している。 なお、スパッタリング蒸着では、ターゲットとして、
焼結されたA−B−Cu−Oセラミックスを用いるが、基
体温度が200〜500℃の範囲では、ターゲットの金属成分
と形成された薄膜における成分と殆ど一致している事を
本発明者らは確認した。したがって、ターゲットの組成
は、被膜の最適範囲の であることを本発明者らは確認した。この場合、ターゲ
ットは板状あるいは円筒状のセラミックス以外に、粒状
あるいは粉末状の焼結体であっても、スパッタリング蒸
着に有効である。なお、粉末状である場合は、例えばス
テンレスり皿に粉末を充填して用いる。以下本発明の内
容をさらに深く理解されるために、さらに具体的な参考
例を示す。 (参考例) 酸化マグネシウム単結晶(100)面を基体11として用
い、高周波プレナーマグネトロンスパッタにより、焼結
したY2Ba4Cu6O14ターゲットをArガス雰囲気でスパッタ
リング蒸着して、上記基体上に結晶性のY2Ba4Cu6O14
膜として付着させ層状構造を形成した。 この場合、Arガス圧力は0.5Pa、スパッタリング電力1
50W、スパッタリング時間6時間、被膜の膜厚5.2μm、
基体温度250℃であった。形成された被膜をさらに酸素
雰囲気中で900℃2時間熱処理後3〜4時間で除冷し
た。 第2図は、サファイアR面を基体11に用い、スパッタ
リング蒸着法で主成分がY2Ba4Cu6O14の3元化合物被膜1
2を付着させた時の実施例における3元化合物被膜12の
X線回折スペクトルを示す。第2図において、スペクト
ルaは被膜12から得たものであり、スペクトルbは超電
導を示す構造から得たものを示す。同図が示すごとく、
被膜スペクトルaはスペクトルbと類似して超電導が発
生した。 被膜の超電導転移温度90゜Kであった。 この実施例では被膜12の膜厚は5.2μmであるが、膜
厚は0.1μmかそれ以下の薄い場合、10μm以上の厚い
場合も超電導が発生することを確認した。 本発明者らは、サファイア以外の結晶性基体について
の有効性を詳細に実験的に調べた。酸化マグネシウム、
スピネル単結晶基体に、Y2Ba4Cu6O14構造の被膜を、サ
ファイア単結晶の場合と同様にスパッタリング蒸着法で
付着させ、これらの被膜を空気中で900℃2時間熱処理
後3〜4時間除例するといずれも超電導を示すことが確
認された。また、チタン酸ストロンチウム、シリコン、
ガリウム砒素単結晶についても同様の結果が得られた。 本発明の超電導体は結晶構造が複雑でまだ良く分かっ
ていない。単結晶基体に基体温度をエピタキシャル温度
以上にあげて、単結晶被膜を高めると正方晶ペロブスカ
イト構造が生成し易く、再現性よく超電導体が得られな
い場合が多い。したがって、本発明の実施例に述べたご
とく、基体温度はむしろ低い範囲に選びアモルファスな
いしは微結晶構造の複合化合物被膜を形成した後熱処理
により結晶化する方が再現性よく超電導体が得られるこ
とを本発明者らは実験的に確認した。 この場合、単結晶構造の基体は熱処理過程において、
被膜の固相エピタキシャル成長を助け有効である。特に
基体上にアモルファス状態の被膜をあらかじめ形成し、
これを熱処理すると結晶性基体表面により効果的に結晶
性の被膜が固相エピタキシャルし、超電導特性の優れた
薄膜の形成に有効であることを本発明者らは確認した。 本発明者らは、基体として、多結晶の磁器基体を用い
ることが有効であることを見いだした。この多結晶の磁
器基体は、特に超電導被膜の結晶性があまり要求されな
い場合(急峻な超伝導転移が不要の時)に有効である。 この種の酸化物被膜のスパッタリング蒸着では例えば
ArとO2との混合ガスをスパッタリングガスに用いる。ま
た実験的に、Ar,Xe,Ne,Krのような不活性ガスあるいは
これらの不活性ガスの混合ガスがスパッタリングガスと
して有効であることを本発明者らは確認した。 スパッタリング蒸着方式も、高周波二極スパッタ、直
流二極スパッタ、マグネトロンスパッタいずれも有効で
あることを本発明者らは確認した。特に直流スパッタの
場合、スパッタリングターゲットの抵抗率を10-3Ωcm以
下に低くする事が必要で、これ以上の抵抗率では、充分
なスパッタリング放電が発生しない。なお、ターゲット
の抵抗率の調整は通常ターゲットの焼結条件によって行
う。 特にこの種の装置では、直流スパッタがスパッタ電力
等の精密制御に有効であり、また直流マグネトロンスパ
ッタ、あるいは直流マグネトロンスパッタガンなどが特
に有効であることを本発明者らは確認した。 なお、基体表面に複合化合物被膜の形成法として、金
属主成分を物理的気相成長法で基体上に付着させ、さら
に酸素ビームあるいは酸素イオンを被膜形成中に被膜に
照射し、基体表面で金属主成分を酸化させることも可能
である。物理的気相成長法としては、スパッタリング以
外に熱蒸着例えば電子ビームを照射しながら、複合酸化
物被膜の合金主成分をターゲットとしてスパッタリング
蒸着する。この場合複合酸化物ターゲットとしてスパッ
タリング蒸着するよりも被膜形成速度が1桁以上速い特
長を示し、工業的により有効である。 この種の被膜の結晶構造など詳細な特性は、基体上に
被膜が拘束されているため、被膜内には通常の焼結体で
は存在しない様な大きな歪とか欠陥が存在する。このた
め、焼結体の製造方法から被膜の製造方法を類推できる
ものではない。なお、被膜の熱処理の物理的な意味の詳
細は明らかではないが、おおよそつぎのような考えられ
る。すなわち、スパッタリング蒸着等で基体上に付着さ
せた複合化合物被膜では、(A,B)6Cu6O14という化合物
を形成していない。この場合、例えばBCuO3正方晶のペ
ロブスカイト構造のネットワーク中にA元素の酸化物が
分散した複合酸化物を形成している。超電導を示す構造
の発生は熱処理に関連する。すなわち、熱処理時間が1
時間以下で超電導性が得られないのは、この構造の生成
が不充分であった事に起因していると考えられる。な
お、熱処理は通常のヒータ加熱炉により行なったが、レ
ーザ光、赤外線等の工学的熱処理方法あるいは電子線に
よる加熱方法等が応用可能である。 この種の3元化合物超電導体(A,B)6Cu6O14の構成元
素AおよびBの変化による超電導特性の変化の詳細は明
らかではない。ただAは、3価,Bは2価を示しているの
は事実ではある。A元素としてYについて例をあげて説
明したが、ScやLa、さらにランタン系列の元素(原子番
号57〜71)でも、超電導転移温度が変化する程度で本質
的な発明の特性を変えるものではない。 また、B元素においても、Sr、Ca、Ba等II a族元素の
変化は超電導転移温度を10゜K程度変化させるが、本質
的に本発明の特性を変えるものではない。 発明の効果 とりわけ、本発明にかかる超電導体は、超電導体を薄
膜化している所に大きな特色がある。すなわち、薄膜化
は超電導体の素材を原子状態という極微粒子に分解して
から、基体上に堆積させるから、形成された超電導体の
組成は本質的に、従来の焼結体に比べて均質である。し
たがって、非常に高精度の超電導体が本発明で実現され
る。 以上の説明のごとく本発明の薄膜超電導体の製造方法
によると、焼結磁器体上に薄膜状で形成されるので焼結
体より本質的により精度が高い上SiあるいはGaAsなどの
デバイスとの集積化が可能であるとともに、ジョセフソ
ン素子など各種の超電導デバイスの製造に実用される。
特にこの種の化合物超電導体の転移温度が室温になる可
能性もあり、従来の実用の範囲は広く、本発明の工業的
価値は高い。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a superconductor. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a compound thin film superconductor. As a conventional art high-temperature superconductor, but such niobium nitride (NbN) and germanium niobium (Nb 3 Ge) is known as A15 type binary compounds, superconducting transition temperatures of these materials are met at most 24 ° K Was. On the other hand, a perovskite-based ternary compound is expected to have a higher transition temperature, and a Ba-La-Cu-O-based high-temperature superconductor has been proposed [JGBendorz and KAMu.
ller, Zeit Schrift Fair Physik (Ze ts
hrift frphysik B) -Condensed Matter 64,189-193
(1986)]. Furthermore, it has recently been suggested that the Y-Ba-Cu-O system is a higher temperature superconducting material. (Literature) [M.
K. Wu et al., Physical Review Letters (Physical R
eview Letters) Vol, 58 No9, 908-910 (1987)] The details of the superconducting mechanism of the Y-Ba-Cu-O material are not clear, but the transition temperature may be higher than the liquid nitrogen temperature. As a high-temperature superconductor, more promising properties are expected than conventional binary compounds. Problems to be Solved by the Invention However, Y-Ba-Cu-O-based materials can be formed only in the process of sintering with current technology, and thus can be obtained only in the form of ceramic powder or blocks.
On the other hand, when this kind of material is put to practical use, it is strongly desired to process it into a thin film. However, it is considered very difficult to form a thin film with the conventional technology. The present inventors have discovered that a thin film of a high-temperature superconductor is formed when a thin film of such a material is deposited by an ion process, and based on this, invented a method of manufacturing a thin film superconductor. Means for Solving the Problems The basic configuration of the thin film superconductor formed by the manufacturing method of the present invention is an oxide containing at least A, B, and Cu on the surface of the substrate, and the molar ratio of the elements is Characterized in that a ternary compound coating 12 is applied. The present inventors have found that this kind of long conductor is formed on a heated substrate by depositing the above-mentioned composite compound film by, for example, a process called vapor deposition and then heat-treating it in an oxidizing atmosphere. It is in accordance with the invention. Where A is Sc, Y and lanthanide elements (atomic number
57-71) At least one kind of B is Ba, Sr, Ca, Be, Mg
Indicate at least one element from group IIa elements. Action The method for manufacturing a thin film superconductor according to the present invention is characterized in that the superconductor is thinned. In other words, the thinning is performed by decomposing the material of the superconductor into ultrafine particles, which are in an atomic state, and then depositing the superconductor on the substrate. Therefore, the composition of the formed superconductor is essentially homogeneous compared to a conventional sintered body. .
Thus, very high precision superconductors are realized using the method of the present invention. Embodiment An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the ternary compound film 12 is formed by, for example, a sputtering method. In this case, the base 11 is intended to hold the ternary compound coating 12 exhibiting superconductivity. The coating 12 is usually formed at a high temperature of several hundred degrees Celsius, and since the superconductivity is operated at a low temperature of, for example, liquid nitrogen temperature (-195 ° C), the adhesion between the substrate 11 and the coating 12 is deteriorated, and the coating 12 is often damaged. The present inventors have confirmed that this is done. Furthermore, the present inventors have examined the detailed thermal properties of the substrate for various materials. As a result, if the linear thermal expansion coefficient of the substrate is α> 10 −6 / ° C.,
It was confirmed that the film was practically used without any damage to the film. For example, if quartz glass with α <10 −6 / ° C is used for the substrate,
The present inventors have confirmed that No. 12 had a discontinuous coating with numerous cracks and was difficult to be put to practical use. Furthermore, the present inventors have found that the base 11 of FIG. 1 has an optimal material from the viewpoint of functionality. The present inventors have confirmed that when processing this type of superconductor into an arbitrary shape, for example, a cylindrical shape, the sintered ceramics provided by the contract are more effective than a single crystal as the base, and the optimum ceramic material I found That is, as a porcelain base,
The present inventors have confirmed that the adhesion of the superconducting film 12 to the substrate 11 is optimal for alumina, magnesium oxide, zirconium oxide, steatite, forsterite, beryllia, spinel, etc., such as processing of the substrate. In this case, it is preferable that even the surface of the base is made of this kind of porcelain. To form a thin film superconductor, first, a composite compound coating of AB-Cu-O is deposited on a substrate by physical vapor deposition such as sputtering evaporation or thermal evaporation such as electron beam evaporation or laser beam evaporation. In this case, although the crystal structure and the composition formula of the superconductor AB-Cu-O have not yet been clearly determined, it is also referred to as oxygen-deficient perovskite (A, B) 6 Cu 6 O 14 . The present inventors have found that the element ratio in the prepared coating is It was confirmed that the superconductivity phenomenon was found even if there was a slight difference in the critical temperature within the range. The method of forming the composite compound film is not limited to the physical vapor deposition method, but may be a chemical vapor deposition method such as a normal or reduced pressure chemical vapor deposition method, a plasma chemical vapor deposition method, a photochemical vapor deposition method. The present inventors have confirmed that the vapor phase growth method is also effective if the ratios of the components A, B, and Cu are matched. The present inventors have confirmed that there is an optimal temperature range for the substrate when the composite compound coating is applied to the surface 13 of the substrate 11. That is, the optimal substrate temperature range is 100
~ 1000 ° C. If the temperature is lower than 100 ° C., the adhesion of the composite oxide film to the surface of the substrate is deteriorated. At 1000 ° C. or higher, the deviation from the structural ratio of components A, B, and Cu in the composite oxide film becomes large. Furthermore, the present inventor has found that the temperature of the substrate when depositing the composite compound film is particularly preferably in the range of 200 to 500 ° C. in view of the function of this type of vapor deposition apparatus and the reproducibility of the characteristics of the composite oxide film. Confirmed. In this case, the formed composite compound film is composed of amorphous or microcrystal. Surprisingly, however, this type of coating exhibits semiconducting properties, and superconductivity is not seen at liquid He temperatures (4 ° K). The present inventors have found that superconductivity is generated by further heat-treating this kind of composite compound film in an oxide atmosphere such as air at normal pressure, a mixed gas of argon and oxygen, or pure oxygen. In this case, the optimal heat treatment temperature is 700
~ 1000 ℃, heat treatment time is 0.1 ~ 10 hours. Also, 10
If the time is longer than this, the resistivity increases, the characteristics of the coating become unstable, and no steep superconductivity is exhibited. The cooling time after the heat treatment, for example, a cooling time of 2 hours or more is suitable for obtaining superconductivity. In the sputtering deposition, as a target,
The inventors of the present invention used sintered AB-Cu-O ceramics, and found that when the substrate temperature was in the range of 200 to 500 ° C., the metal components of the target almost coincided with the components in the formed thin film. Confirmed. Therefore, the composition of the target should be within the optimal range of the coating. The present inventors have confirmed that In this case, even if the target is a granular or powdery sintered body in addition to a plate-like or cylindrical ceramic, it is effective for sputtering deposition. In the case of powder, for example, a stainless steel dish is filled with powder and used. Hereinafter, more specific reference examples will be shown in order to further understand the contents of the present invention. (Reference Example) A sintered Y 2 Ba 4 Cu 6 O 14 target was sputter-deposited by high frequency planar magnetron sputtering in an Ar gas atmosphere using a magnesium oxide single crystal (100) plane as the substrate 11, and was deposited on the substrate. It was deposited as a crystalline Y 2 Ba 4 Cu 6 O 14 coating to form a layered structure. In this case, Ar gas pressure is 0.5 Pa, sputtering power is 1
50 W, sputtering time 6 hours, film thickness 5.2 μm,
The substrate temperature was 250 ° C. The formed film was further heat-treated at 900 ° C. for 2 hours in an oxygen atmosphere and then cooled for 3 to 4 hours. FIG. 2 shows a ternary compound film 1 whose main component is Y 2 Ba 4 Cu 6 O 14 by sputtering vapor deposition using a sapphire R surface as a substrate 11.
2 shows an X-ray diffraction spectrum of a ternary compound coating 12 in Example when 2 was attached. In FIG. 2, spectrum a is obtained from the coating 12, and spectrum b is obtained from a structure exhibiting superconductivity. As the figure shows,
In the coating spectrum a, superconductivity occurred similarly to the spectrum b. The superconducting transition temperature of the coating was 90 K. In this example, the film thickness of the film 12 was 5.2 μm, but it was confirmed that superconductivity was generated when the film thickness was as thin as 0.1 μm or less or as thick as 10 μm or more. The present inventors have examined experimentally the effectiveness of crystalline substrates other than sapphire in detail. Magnesium oxide,
A film having a Y 2 Ba 4 Cu 6 O 14 structure is deposited on a spinel single crystal substrate by sputtering in the same manner as in the case of a sapphire single crystal, and these films are heat-treated at 900 ° C. for 2 hours in air and then 3 to 4 times. It was confirmed that all samples exhibited superconductivity after time exclusion. Also, strontium titanate, silicon,
Similar results were obtained for gallium arsenide single crystals. The superconductor of the present invention has a complicated crystal structure and is not yet well understood. If the temperature of the single crystal substrate is raised to the temperature equal to or higher than the epitaxial temperature and the single crystal film is increased, a tetragonal perovskite structure is easily generated, and a superconductor cannot be obtained with good reproducibility in many cases. Therefore, as described in the examples of the present invention, it is clear that the superconductor can be obtained with higher reproducibility by selecting the substrate temperature in a rather low range, forming an amorphous or microcrystalline structure composite compound film, and then crystallization by heat treatment. The present inventors have confirmed experimentally. In this case, the substrate having a single crystal structure is subjected to a heat treatment process.
It is effective for assisting solid phase epitaxial growth of the coating. In particular, an amorphous film is formed on the substrate in advance,
The present inventors have confirmed that when this is heat-treated, the crystalline film is more effectively solid-phase epitaxially grown on the surface of the crystalline substrate, and is effective for forming a thin film having excellent superconducting properties. The present inventors have found that it is effective to use a polycrystalline porcelain substrate as the substrate. This polycrystalline porcelain substrate is particularly effective when the crystallinity of the superconducting film is not so required (when a sharp superconducting transition is unnecessary). In sputtering deposition of this kind of oxide film, for example,
A mixed gas of Ar and O 2 is used as a sputtering gas. The present inventors have experimentally confirmed that an inert gas such as Ar, Xe, Ne, or Kr or a mixed gas of these inert gases is effective as a sputtering gas. The present inventors have confirmed that high-frequency bipolar sputtering, DC bipolar sputtering, and magnetron sputtering are all effective for the sputtering deposition method. In particular, in the case of DC sputtering, it is necessary to reduce the resistivity of the sputtering target to 10 −3 Ωcm or less. If the resistivity is higher than this, sufficient sputtering discharge does not occur. Adjustment of the resistivity of the target is usually performed according to the target sintering conditions. In particular, in this type of apparatus, the present inventors have confirmed that DC sputtering is effective for precise control of sputtering power and the like, and DC magnetron sputtering or a DC magnetron sputtering gun is particularly effective. In addition, as a method of forming a composite compound film on the substrate surface, a metal main component is attached to the substrate by physical vapor deposition, and the film is irradiated with an oxygen beam or oxygen ions during the film formation, and the metal surface is formed on the substrate surface. It is also possible to oxidize the main component. In the physical vapor deposition method, in addition to sputtering, thermal vapor deposition, for example, while irradiating an electron beam, is performed by vapor deposition using the alloy main component of the composite oxide film as a target. In this case, the composite oxide target has a feature that the film formation speed is at least one order of magnitude faster than the sputtering deposition, and is industrially more effective. Regarding the detailed characteristics such as the crystal structure of this type of film, since the film is constrained on the substrate, there are large strains and defects in the film that are not present in a normal sintered body. For this reason, it is not possible to analogize the method for producing a coating from the method for producing a sintered body. Although the details of the physical meaning of the heat treatment of the coating film are not clear, the following may be considered. That is, the compound compound (A, B) 6 Cu 6 O 14 is not formed in the composite compound film deposited on the substrate by sputtering deposition or the like. In this case, for example, a complex oxide in which an oxide of the element A is dispersed in a network having a perovskite structure of BCuO 3 tetragonal is formed. The generation of a structure exhibiting superconductivity is related to the heat treatment. That is, the heat treatment time is 1
It is considered that the reason why superconductivity is not obtained in less than the time is that the formation of this structure was insufficient. The heat treatment was performed in a normal heater heating furnace, but an engineering heat treatment method using laser light, infrared light, or the like, a heating method using an electron beam, or the like can be applied. The details of the change in the superconducting characteristics due to the change in the constituent elements A and B of this type of ternary compound superconductor (A, B) 6 Cu 6 O 14 are not clear. However, it is true that A is trivalent and B is divalent. Although Y has been described as an example of the A element, Sc, La, and even lanthanum-based elements (atomic numbers 57 to 71) do not change the essential characteristics of the invention to the extent that the superconducting transition temperature changes. . Also, in the case of element B, the change of the group IIa element such as Sr, Ca, and Ba changes the superconducting transition temperature by about 10 ° K, but does not essentially change the characteristics of the present invention. Advantageous Effects of the Invention The superconductor according to the present invention is particularly characterized in that the superconductor is thinned. In other words, the thinning is performed by decomposing the material of the superconductor into ultrafine particles, which are in the atomic state, and then depositing the superconductor on the substrate. Therefore, the composition of the formed superconductor is essentially more uniform than that of a conventional sintered body. is there. Thus, a very accurate superconductor is realized in the present invention. As described above, according to the method for manufacturing a thin film superconductor of the present invention, since it is formed in a thin film on a sintered porcelain body, it is inherently higher in accuracy than a sintered body and can be integrated with a device such as Si or GaAs. It can be used in the manufacture of various superconducting devices such as Josephson devices.
In particular, there is a possibility that the transition temperature of this type of compound superconductor may be room temperature, so that the conventional practical range is wide, and the industrial value of the present invention is high.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例の薄膜超電導体の製造方法で
形成した薄膜超電導体の基本構成図、第2図は本発明の
薄膜超電導体の基本特性図である。 11……基体、12……3元化合物被膜。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a basic configuration diagram of a thin film superconductor formed by a method of manufacturing a thin film superconductor according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a basic characteristic diagram of the thin film superconductor of the present invention. is there. 11: Base, 12: Ternary compound coating.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 秀明 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (72)発明者 三露 常男 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (72)発明者 八田 真一郎 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−250882(JP,A) 特開 昭64−18920(JP,A) 特開 昭63−237313(JP,A) 特開 昭64−3001(JP,A)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Hideaki Adachi               1006 Kadoma Kadoma Matsushita Electric Industrial               Inside the corporation (72) Inventor Tsuneo Sanroku               1006 Kadoma Kadoma Matsushita Electric Industrial               Inside the corporation (72) Inventor Shinichiro Hatta               1006 Kadoma Kadoma Matsushita Electric Industrial               Inside the corporation                (56) References JP-A-63-250882 (JP, A)                 JP-A-64-18920 (JP, A)                 JP-A-63-237313 (JP, A)                 JP-A 64-3001 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.基体上に、銅、及び酸素を主成分とする、少なくと
も3つ以上の元素からなる複合酸化物被膜を付着させ、
さらに上記被膜を、酸素を含む雰囲気中で熱処理した薄
膜超電導体において、基体として焼結磁器材料を用いる
ことを特徴とした薄膜超電導体の製造方法。 2.基体を、線膨張係数α>10-6/℃の材質で構成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜超電
導体の製造方法。 3.基体を、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化ヂルコ
ニウム、ステアタイト、ホルステライト、ベリリア、ス
ピネル等の磁器で構成したことを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の薄膜超電導体の製造方法。 4.複合化合物被膜を、スパッタリング蒸着、熱蒸着等
の物理的気相成長法で基体上に付着させることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の薄膜超電導体の製造方
法。 5.複合化合物被膜を、常圧あるいは減圧化学的気相成
長法、プラズマ化学的気相成長法、光化学的気相成長法
等の化学的気相成長法で基体上に付着させることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜超電導体の製造
方法。 6.スパッタリング蒸着において、被膜蒸着中基体温度
を100〜1000℃の範囲内に設定することを特徴とする特
許請求の範囲第4項記載の薄膜超電導体の製造方法。 7.スパッタリング蒸着において、被膜蒸着中基体温度
を200〜500℃の範囲内に設定することを特徴とする特許
請求の範囲第4項記載の薄膜超電導体の製造方法。 8.熱処理において、雰囲気として常圧空気または純酸
素を用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の薄膜超電導体の製造方法。 9.スパッタリング蒸着において、少なくともA元素、
B元素およびCuを含む酸化物で元素のモル比率が、 の複合物ターゲットをスパッタリング蒸着することを特
徴とする特許請求の範囲第4項記載の薄膜超電導体の製
造方法。 10.スパッタリング蒸着において、Ar、Xe、Ne、Kr、
O2のうち少なくとも一種あるいはこれらの混合ガスでス
パッタリング蒸着することを特徴とする特許請求の範囲
第4項記載の薄膜超電導体の製造方法。 11.スパッタリング蒸着を少なくとも二極スパッタ、
直流二極スパッタ、マグネトロンスパッタのうちいずれ
か一種で行うことを特徴とする特許請求の範囲第4項記
載の薄膜超電導体の製造方法。 12.スパッタリング蒸着において、複合化合物ターゲ
ットの電気抵抗率を10-3Ωcm以下にすることを特徴とす
る特許請求の範囲第4項記載の薄膜超電導体の製造方
法。 13.物理的気相成長法において、複合化合物被膜の金
属主成分を基体上に付着させ、さらに酸素ビームあるい
は酸素イオンを被膜形成中に照射し、基体表面で金属主
成分を酸化させることを特徴とする特許請求の範囲第5
項記載の薄膜超電導体の製造方法。 14.物理的気相成長法において、基体上に酸素イオン
を照射しながら複合化合物被膜の合金主成分をターゲッ
トとしてスパッタリング蒸着することを特徴とする特許
請求の範囲第4項記載の薄膜超電導体の製造方法。 15.焼結磁器により形成した結晶性基体上に、銅、及
び酸素を主成分とする、少なくとも3つ以上の元素から
なる複合酸化物被膜を付着させ、さらに上記被膜を、酸
素を含む雰囲気中で熱処理することにより、固相エピタ
キシャル成長させて、その結晶性を改善することを特徴
とする薄膜超電導体の製造方法。
(57) [Claims] On a substrate, a composite oxide film composed of at least three or more elements having copper and oxygen as main components is adhered,
A method of manufacturing a thin film superconductor, further comprising using a sintered ceramic material as a base in a thin film superconductor obtained by heat-treating the coating in an atmosphere containing oxygen. 2. 2. The method according to claim 1, wherein the base is made of a material having a coefficient of linear expansion α> 10 −6 / ° C. 3. 2. The method for manufacturing a thin film superconductor according to claim 1, wherein the substrate is made of a porcelain such as alumina, magnesium oxide, zirconium oxide, steatite, forsterite, beryllia, and spinel. 4. 2. The method for producing a thin film superconductor according to claim 1, wherein the composite compound film is deposited on the substrate by a physical vapor deposition method such as sputtering vapor deposition or thermal vapor deposition. 5. Patent for depositing a composite compound film on a substrate by chemical vapor deposition such as normal pressure or reduced pressure chemical vapor deposition, plasma chemical vapor deposition, photochemical vapor deposition, etc. A method for manufacturing a thin film superconductor according to claim 1. 6. 5. The method for manufacturing a thin film superconductor according to claim 4, wherein the substrate temperature is set in the range of 100 to 1000 [deg.] C. during the film deposition in the sputtering deposition. 7. 5. The method for producing a thin film superconductor according to claim 4, wherein the substrate temperature is set in the range of 200 to 500 [deg.] C. during the film deposition in the sputtering deposition. 8. 2. The method for manufacturing a thin film superconductor according to claim 1, wherein in the heat treatment, atmospheric pressure air or pure oxygen is used as an atmosphere. 9. In sputtering deposition, at least the element A,
The molar ratio of the elements in the oxide containing B element and Cu is 5. The method for producing a thin film superconductor according to claim 4, wherein said composite target is deposited by sputtering. 10. In sputtering deposition, Ar, Xe, Ne, Kr,
5. The method for producing a thin film superconductor according to claim 4, wherein sputtering deposition is performed using at least one of O 2 or a mixed gas thereof. 11. Sputtering deposition at least bipolar sputtering,
5. The method for manufacturing a thin film superconductor according to claim 4, wherein the method is performed by one of DC bipolar sputtering and magnetron sputtering. 12. 5. The method for producing a thin film superconductor according to claim 4, wherein in the sputtering deposition, the electric resistivity of the composite compound target is set to 10 -3 Ωcm or less. 13. In the physical vapor deposition method, a metal main component of a composite compound film is deposited on a substrate, and further irradiated with an oxygen beam or oxygen ions during the film formation to oxidize the metal main component on the substrate surface. Claim 5
The method for producing a thin-film superconductor according to the above item. 14. 5. The method for producing a thin film superconductor according to claim 4, wherein in the physical vapor deposition method, sputtering is performed by irradiating oxygen ions onto the substrate while using the alloy main component of the composite compound film as a target. . 15. A composite oxide film composed of at least three or more elements containing copper and oxygen as main components is deposited on a crystalline substrate formed by a sintered porcelain, and the film is heat-treated in an oxygen-containing atmosphere. A solid-phase epitaxial growth to improve the crystallinity of the thin-film superconductor.
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