JP2817299B2 - 複合酸化物超電導薄膜の作製方法 - Google Patents
複合酸化物超電導薄膜の作製方法Info
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Classifications
-
- 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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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、複合酸化物超電導薄膜の作製方法に関す
る。より詳細には、本発明は、レーザ蒸着による複合酸
化物超電導薄膜の作製方法に関する。
る。より詳細には、本発明は、レーザ蒸着による複合酸
化物超電導薄膜の作製方法に関する。
従来の技術 電子の相転移であるといわれる超電導現象は、長い
間、液体ヘリウムによる冷却を必要とする極低温下にお
いてのみ観測される現象であるとされていた。しかしな
がら、1986年にベドノーツ、ミューラー等によって、30
Kで超電導状態を示す（La,Ba）2CuO4が発見され、更
に、1987年は、チュー等によって、90K台の超電導臨界
温度Tcを有するYBa2CU3Oyが発見され、続いて、1988年
には前田等によって100K以上の臨界温度を示す所謂Bi系
の複合酸化物系超電導材料が発見された。これらの複合
酸化物系超電導材料は、廉価な液体窒素による冷却でも
超電導現象を実現することができるので、超電導技術の
実用的な応用の可能性が取り沙太されるようになった。
間、液体ヘリウムによる冷却を必要とする極低温下にお
いてのみ観測される現象であるとされていた。しかしな
がら、1986年にベドノーツ、ミューラー等によって、30
Kで超電導状態を示す（La,Ba）2CuO4が発見され、更
に、1987年は、チュー等によって、90K台の超電導臨界
温度Tcを有するYBa2CU3Oyが発見され、続いて、1988年
には前田等によって100K以上の臨界温度を示す所謂Bi系
の複合酸化物系超電導材料が発見された。これらの複合
酸化物系超電導材料は、廉価な液体窒素による冷却でも
超電導現象を実現することができるので、超電導技術の
実用的な応用の可能性が取り沙太されるようになった。
上述のような高い臨界温度を示す複合酸化物系超電導
材料は、当初粉末冶金法により焼結体として得られてい
たが、焼結体材料では特に臨界電流密度等の特性につい
て好ましい特性が得られず、最近では薄膜として作製す
る方法が広く研究されるようになっている。通常、複合
酸化物系超電導薄膜は、SrTiO3単結晶基板、MgO単結晶
基板等の上に、真空蒸着法、スパッタリング法等の各種
蒸着法によって成膜される。
材料は、当初粉末冶金法により焼結体として得られてい
たが、焼結体材料では特に臨界電流密度等の特性につい
て好ましい特性が得られず、最近では薄膜として作製す
る方法が広く研究されるようになっている。通常、複合
酸化物系超電導薄膜は、SrTiO3単結晶基板、MgO単結晶
基板等の上に、真空蒸着法、スパッタリング法等の各種
蒸着法によって成膜される。
従来から知られている各種の蒸着法によって作製され
た複合酸化物薄膜は一般にはそのままでは十分な超電導
特性を示さず、有用な超電導薄膜を得るためには形成さ
れた複合酸化物薄膜に対してポストアニール処理を行う
必要がある。
た複合酸化物薄膜は一般にはそのままでは十分な超電導
特性を示さず、有用な超電導薄膜を得るためには形成さ
れた複合酸化物薄膜に対してポストアニール処理を行う
必要がある。
即ち、複合酸化物超電導材料は、一般に大きな酸素不
定比性を示すことが知られており、また、一般に非化学
量論性が低い程高い超電導特性を発揮することが知られ
ている。従来法による超電導薄膜の作製においては、こ
の酸素不定比性による酸素の不足を補う目的でポストア
ニール処理を実施していたものである。
定比性を示すことが知られており、また、一般に非化学
量論性が低い程高い超電導特性を発揮することが知られ
ている。従来法による超電導薄膜の作製においては、こ
の酸素不定比性による酸素の不足を補う目的でポストア
ニール処理を実施していたものである。
しかしながら、基板上に形成された薄膜にアニール処
理を実施すると、処理時の高熱下で基板材料が薄膜中に
拡散するために、基板近傍の領域では薄膜の品質が大幅
に低下することが知られている。従って、このような処
理を受けた薄膜は、その表面付近を実験的に使用するこ
とはできても、これを加工して各種デバイスを作製する
等の実用的な用途には使用することができない。
理を実施すると、処理時の高熱下で基板材料が薄膜中に
拡散するために、基板近傍の領域では薄膜の品質が大幅
に低下することが知られている。従って、このような処
理を受けた薄膜は、その表面付近を実験的に使用するこ
とはできても、これを加工して各種デバイスを作製する
等の実用的な用途には使用することができない。
このような状況に対して、従来あまり顧みられること
のなかったレーザ蒸着法が俄に注目されている。
のなかったレーザ蒸着法が俄に注目されている。
即ち、レーザ蒸着法は、大出力レーザをターゲットに
照射して蒸発させこれを基板上に堆積させる方法である
が、ターゲットの加熱と基板の加熱とを各々独立して制
御することができ、また、蒸着雰囲気を必ずしも高真空
にする必要がなく、適正な条件を選択することによっ
て、成膜速度を速くすることができる。更に、化合物タ
ーゲットを使用した場合に、ターゲットの組成と薄膜の
組成との組成ずれが少ないことが知られており、複合酸
化物超電導材料の薄膜化に適した成膜技術であると考え
られる。
照射して蒸発させこれを基板上に堆積させる方法である
が、ターゲットの加熱と基板の加熱とを各々独立して制
御することができ、また、蒸着雰囲気を必ずしも高真空
にする必要がなく、適正な条件を選択することによっ
て、成膜速度を速くすることができる。更に、化合物タ
ーゲットを使用した場合に、ターゲットの組成と薄膜の
組成との組成ずれが少ないことが知られており、複合酸
化物超電導材料の薄膜化に適した成膜技術であると考え
られる。
これらレーザ蒸着法の特徴を活かすことによって、ポ
ストアニール処理なしに有効な超電導特性を発揮する薄
膜を作製することができるものと期待されている。
ストアニール処理なしに有効な超電導特性を発揮する薄
膜を作製することができるものと期待されている。
発明が解決しようとする課題 上述のようなレーザ蒸着法において、ターゲットに対
してレーザビームを照射すると、ターゲットからはブル
ームと呼ばれる炎の如きものが発生する。これは、レー
ザビームの照射によってターゲットの表面から発生した
活性物質の集合体であり、これが基板上に堆積されるこ
とによって薄膜が形成される。
してレーザビームを照射すると、ターゲットからはブル
ームと呼ばれる炎の如きものが発生する。これは、レー
ザビームの照射によってターゲットの表面から発生した
活性物質の集合体であり、これが基板上に堆積されるこ
とによって薄膜が形成される。
しかしながら、実際にブルームの断面内ではターゲッ
トからの飛来物質に分布があるので、レーザ蒸着法によ
って作製した薄膜は、基板上の領域によって特性のばら
つきが大きいという問題がある。
トからの飛来物質に分布があるので、レーザ蒸着法によ
って作製した薄膜は、基板上の領域によって特性のばら
つきが大きいという問題がある。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、
レーザ蒸発法により、成膜面全体に特性の均一な薄膜を
形成することができる新規な複合酸化物超電導薄膜の作
製方法を提供することをその目的としている。
レーザ蒸発法により、成膜面全体に特性の均一な薄膜を
形成することができる新規な複合酸化物超電導薄膜の作
製方法を提供することをその目的としている。
課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、気密に画成された成膜室内に
ターゲットと基板とを配置し、該ターゲットにレーザビ
ームを照射することによって、ターゲットの組成に対応
した組成の薄膜を基板上に作製する方法において、レー
ザビームをターゲット照射した際に発生するブルームの
内部に、該ブルームの伸長方向に対して基板が直角にな
らないように配置しながら蒸着処理を行うことを特徴と
する複合酸化物超電導薄膜の作製方法が提供される。
ターゲットと基板とを配置し、該ターゲットにレーザビ
ームを照射することによって、ターゲットの組成に対応
した組成の薄膜を基板上に作製する方法において、レー
ザビームをターゲット照射した際に発生するブルームの
内部に、該ブルームの伸長方向に対して基板が直角にな
らないように配置しながら蒸着処理を行うことを特徴と
する複合酸化物超電導薄膜の作製方法が提供される。
作用 本発明に係る方法は、複合酸化物薄膜をレーザ蒸着法
で作製するにあたって、特に基板の配置を工夫すること
によって、成膜面全体をブルームの内部に位置させなが
ら成膜処理を行うことを特徴としている。
で作製するにあたって、特に基板の配置を工夫すること
によって、成膜面全体をブルームの内部に位置させなが
ら成膜処理を行うことを特徴としている。
即ち、一般的なレーザ蒸着法による薄膜作製において
は、基板は、ブルームの伸長方向に直角に配置され、ブ
ルームの中心が成膜面の中心に合致するように配置され
ることが一般的である。
は、基板は、ブルームの伸長方向に直角に配置され、ブ
ルームの中心が成膜面の中心に合致するように配置され
ることが一般的である。
これに対して、本発明に係る作製方法においては、基
板をブルームの伸長方向に対して傾斜して配置すること
によって、ターゲットからの飛来物質が分布を極力生じ
ないような状態で成膜処理を行う。
板をブルームの伸長方向に対して傾斜して配置すること
によって、ターゲットからの飛来物質が分布を極力生じ
ないような状態で成膜処理を行う。
但し、このような方法では、成膜面とターゲットとの
間の距離が、成膜面上の部位によって変化してしまう。
従って、基板を回転しながら成膜処理を行うことが好ま
しい。
間の距離が、成膜面上の部位によって変化してしまう。
従って、基板を回転しながら成膜処理を行うことが好ま
しい。
このような本発明に係る方法によれば、レーザ蒸着法
により、成膜後にポストアニール処理を行うことなく有
効な特性を発揮する酸化物超電導薄膜を作製することが
できる。
により、成膜後にポストアニール処理を行うことなく有
効な特性を発揮する酸化物超電導薄膜を作製することが
できる。
本発明に係る方法が有利に適用できる薄膜材料として
は、SrTiO3単結晶、MgO単結晶等の基板上に形成する、L
a−Ba−Cu系あるいはＹ−Ba−Cu系の他、Bi系やTl系を
含む酸化物超電導材料が挙げられる。
は、SrTiO3単結晶、MgO単結晶等の基板上に形成する、L
a−Ba−Cu系あるいはＹ−Ba−Cu系の他、Bi系やTl系を
含む酸化物超電導材料が挙げられる。
以下に実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明す
るが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲を何ら限定するものではない。
るが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲を何ら限定するものではない。
実施例１ 第１図は、本発明に係る方法を実施するためのレーザ
蒸着装置のレイアウトを示す図である。
蒸着装置のレイアウトを示す図である。
同図に示すように、この装置は、レーザ光入射窓９を
備えた成膜室１と、成膜室１内に配置されたターゲット
ホルダ４と、やはり成膜室１内に配置され、後述する回
転装置６に支持された基板ホルダ３とを備えている。ま
た、成膜室１の外部には、レーザ光入射窓９を介してタ
ーゲットホルダ４上のターゲット５にレーザ光を照射で
きるように、レーザ装置８が配置されている。
備えた成膜室１と、成膜室１内に配置されたターゲット
ホルダ４と、やはり成膜室１内に配置され、後述する回
転装置６に支持された基板ホルダ３とを備えている。ま
た、成膜室１の外部には、レーザ光入射窓９を介してタ
ーゲットホルダ４上のターゲット５にレーザ光を照射で
きるように、レーザ装置８が配置されている。
ここで、基板ホルダ３を支持する回転装置６は、基板
ホルダ３に保持された基板２を、その成膜面と直角な軸
を中心に回転できるように構成されている。
ホルダ３に保持された基板２を、その成膜面と直角な軸
を中心に回転できるように構成されている。
以上のように構成されたレーザ蒸着装置を使用して、
YBa2Cu3Oyなる組成を有する複合酸化物超電導薄膜を作
製した。
YBa2Cu3Oyなる組成を有する複合酸化物超電導薄膜を作
製した。
基板としてMgO単結晶基板を用い、Y1Ba2Cu3O7-Xなる
組成を有する焼結体を粉砕した粉末ターゲットを使用し
た。レーザは、パルスレートは1ppsでエキシマレーザを
使用し、成膜室内はO2（ガス）で満たした。その他の成
膜条件は、下記の第１表に示す通りである。尚、試料
は、基板２を固定したまま成膜を行って得た試料と、
成膜中に12回／分の割合で回転装置６を駆動して、基板
を回転しながら成膜して得た試料とを作製した。
組成を有する焼結体を粉砕した粉末ターゲットを使用し
た。レーザは、パルスレートは1ppsでエキシマレーザを
使用し、成膜室内はO2（ガス）で満たした。その他の成
膜条件は、下記の第１表に示す通りである。尚、試料
は、基板２を固定したまま成膜を行って得た試料と、
成膜中に12回／分の割合で回転装置６を駆動して、基板
を回転しながら成膜して得た試料とを作製した。
また、比較のために、第１表中に点線で示すような基
板ホルダ3aに保持した基板2aに対しても、同じ成膜条件
で成膜を行い、試料を得た。
板ホルダ3aに保持した基板2aに対しても、同じ成膜条件
で成膜を行い、試料を得た。
第２図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、上
述のようにして得た試料、試料および試料を上方
から観察した様子を示す図である。
述のようにして得た試料、試料および試料を上方
から観察した様子を示す図である。
それぞれの成膜処理によって得られた試料を観察した
ところ、試料は、第２図（ａ）に示すように、両側部
に膜厚の薄い領域があるが、試料では、第２図（ｂ）
に示すように、基板の全面が漆黒の超電導薄膜となって
いる。また、試料では、第２図（ｃ）に示すように、
基板の中央部のみが有効な超電導薄膜となっていた。
ところ、試料は、第２図（ａ）に示すように、両側部
に膜厚の薄い領域があるが、試料では、第２図（ｂ）
に示すように、基板の全面が漆黒の超電導薄膜となって
いる。また、試料では、第２図（ｃ）に示すように、
基板の中央部のみが有効な超電導薄膜となっていた。
更に、第２図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）中に記載し
たＡ−Ａ′間、およびＢ−Ｂ′間での超電導特性を測定
した。代表的な超電導特性として、臨界温度Tc並びに臨
界電流密度Jcを第２表に示す。尚、臨界電流密度Jcは、
77Kにおける測定値である。
たＡ−Ａ′間、およびＢ−Ｂ′間での超電導特性を測定
した。代表的な超電導特性として、臨界温度Tc並びに臨
界電流密度Jcを第２表に示す。尚、臨界電流密度Jcは、
77Kにおける測定値である。
発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、レーザ蒸着法
によって、基板上に均質な酸化物超電導薄膜を広い面積
で形成することが可能になる。
によって、基板上に均質な酸化物超電導薄膜を広い面積
で形成することが可能になる。
レーザ蒸着法によって作製された超電導薄膜は、その
作製プロセスにおいて、ポストアニール処理を省略する
ことができ、下地基板材料の超電導材料層への拡散が少
ないので超電導現象を利用した各種素子の作製基材とし
て好ましい。従って、一連の薄膜素子や超電導量子干渉
計（SQUID）等の作製に利用することができる。
作製プロセスにおいて、ポストアニール処理を省略する
ことができ、下地基板材料の超電導材料層への拡散が少
ないので超電導現象を利用した各種素子の作製基材とし
て好ましい。従って、一連の薄膜素子や超電導量子干渉
計（SQUID）等の作製に利用することができる。
第１図は、本発明に係る作製方法を実施する際に使用す
ることができる成膜装置のレイアウトを示す図であり、 第２図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、レーザ蒸着法に
よって得られた試料を観察した様子を示す図である。 〔主な参照番号〕 １……成膜室、２……基板、 ３……基板ホルダ、４……ターゲットホルダ、 ５……ターゲット、８……レーザ装置、 ９……レーザ光入射窓
ることができる成膜装置のレイアウトを示す図であり、 第２図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、レーザ蒸着法に
よって得られた試料を観察した様子を示す図である。 〔主な参照番号〕 １……成膜室、２……基板、 ３……基板ホルダ、４……ターゲットホルダ、 ５……ターゲット、８……レーザ装置、 ９……レーザ光入射窓
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−290576（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−122069（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−54104（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C01G 1/00 - 57/00 H01L 39/00 - 39/24 H01B 12/00 C23C 14/28
Claims (2)
- 【請求項１】気密に画成された成膜室内にターゲットと
基板とを配置し、該ターゲットにレーザビームを照射す
ることによって、ターゲットの組成に対応した組成の薄
膜を基板上に作製する方法において、 レーザビームをターゲット照射した際に発生するブルー
ムの内部に、該ブルームの伸長方向に対して基板が直角
にならないように配置しながら蒸着処理を行うことを特
徴とする複合酸化物超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の方法であって、前記基板
を、該基板の成膜面と直角な軸を中心に回転しながら前
記成膜操作を実施することを特徴とする複合酸化物超電
導薄膜の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1334031A JP2817299B2 (ja) | 1989-12-22 | 1989-12-22 | 複合酸化物超電導薄膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1334031A JP2817299B2 (ja) | 1989-12-22 | 1989-12-22 | 複合酸化物超電導薄膜の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03193606A JPH03193606A (ja) | 1991-08-23 |
| JP2817299B2 true JP2817299B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=18272731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1334031A Expired - Lifetime JP2817299B2 (ja) | 1989-12-22 | 1989-12-22 | 複合酸化物超電導薄膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2817299B2 (ja) |
-
1989
- 1989-12-22 JP JP1334031A patent/JP2817299B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03193606A (ja) | 1991-08-23 |
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