JP2818701B2 - 酸化物高温超電導体の表面処理方法 - Google Patents
酸化物高温超電導体の表面処理方法Info
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- temperature
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は酸化物高温超電導体の表
面処理方法に関し、更に詳しくは、酸化物高温超電導体
の表面抵抗を低下させる方法に関する。
面処理方法に関し、更に詳しくは、酸化物高温超電導体
の表面抵抗を低下させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｙ系、Ｂｉ系およびＴｌ系の各酸化物超
電導体は、気相、液相または固相の各相から析出させる
という方法で製造されている。しかしながら、層状構造
を有する酸化物高温超電導体は、その構造制御が非常に
困難であり、そのため、析出速度が比較的遅い気相から
の析出方法で薄膜として形成されているにすぎない。
電導体は、気相、液相または固相の各相から析出させる
という方法で製造されている。しかしながら、層状構造
を有する酸化物高温超電導体は、その構造制御が非常に
困難であり、そのため、析出速度が比較的遅い気相から
の析出方法で薄膜として形成されているにすぎない。
【０００３】この場合の成膜方法としては、一般に、例
えば単一の焼結体ターゲットを用いたスパッタリング
法、レーザ蒸着法のような物理気相成長法（ＰＶＤ法）
や化学気相成長法（ＣＶＤ法）などが採用されている。
しかし、前者のスパッタリング法やレーザ蒸着法では、
成膜された酸化物高温超電導体の組成を精密に制御する
ことが不可能である。
えば単一の焼結体ターゲットを用いたスパッタリング
法、レーザ蒸着法のような物理気相成長法（ＰＶＤ法）
や化学気相成長法（ＣＶＤ法）などが採用されている。
しかし、前者のスパッタリング法やレーザ蒸着法では、
成膜された酸化物高温超電導体の組成を精密に制御する
ことが不可能である。
【０００４】また、ＭＯＣＶＤ法や多元蒸着法の場合
は、組成制御を各構成元素ごとに独立して行なえるとい
う点で、前記したスパッタリング法やレーザ蒸着法に比
べて優れているといえるが、しかし、各構成元素を基板
上に同時に堆積させるため、酸化物高温超電導体の特徴
である層状構造を精密に制御し得ていないのが実状であ
る。
は、組成制御を各構成元素ごとに独立して行なえるとい
う点で、前記したスパッタリング法やレーザ蒸着法に比
べて優れているといえるが、しかし、各構成元素を基板
上に同時に堆積させるため、酸化物高温超電導体の特徴
である層状構造を精密に制御し得ていないのが実状であ
る。
【０００５】一方、ミリ波用やマイクロ波用のデバイス
として酸化物高温超電導体を使用する場合には、その表
面抵抗（Ｒｓ）の低いことが要求される。しかしなが
ら、上記したＭＯＣＶＤ法や多元蒸着法で成膜した酸化
物高温超電導体の場合、精密な組成制御や構造制御が困
難であるという問題の外に、成膜の過程で表面への異相
の析出や偏析などが起こる。そのため、得られた酸化物
高温超電導体は、その表面抵抗が大きくなり、しかも電
波強度依存性を示すようになってしまう。
として酸化物高温超電導体を使用する場合には、その表
面抵抗（Ｒｓ）の低いことが要求される。しかしなが
ら、上記したＭＯＣＶＤ法や多元蒸着法で成膜した酸化
物高温超電導体の場合、精密な組成制御や構造制御が困
難であるという問題の外に、成膜の過程で表面への異相
の析出や偏析などが起こる。そのため、得られた酸化物
高温超電導体は、その表面抵抗が大きくなり、しかも電
波強度依存性を示すようになってしまう。
【０００６】また、各原子ごとに順次積層することによ
って酸化物高温超電導体の層状構造を人工的に製造する
ことを目的として、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）も試
みられている。しかしながら、このＭＢＥによっても、
表面抵抗が低く、電波強度依存性がなく、ミリ波用やマ
イクロ波用デバイスへの使用可能な酸化物高温超電導体
は製造されていない。
って酸化物高温超電導体の層状構造を人工的に製造する
ことを目的として、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）も試
みられている。しかしながら、このＭＢＥによっても、
表面抵抗が低く、電波強度依存性がなく、ミリ波用やマ
イクロ波用デバイスへの使用可能な酸化物高温超電導体
は製造されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した問
題を解決し、前記した従来の方法で製造した酸化物高温
超電導体に対し、後述する簡単な表面処理を施すことに
よって、その超電導体の表面抵抗をミリ波用やマイクロ
波用デバイスに使用可能な程度にまで低下させることが
できる酸化物高温超電導体の表面処理方法の提供を目的
とする。
題を解決し、前記した従来の方法で製造した酸化物高温
超電導体に対し、後述する簡単な表面処理を施すことに
よって、その超電導体の表面抵抗をミリ波用やマイクロ
波用デバイスに使用可能な程度にまで低下させることが
できる酸化物高温超電導体の表面処理方法の提供を目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、酸化物高温超電導体の表面
に酸含有ガスを接触させて表面抵抗を低下させることを
特徴とする酸化物高温超電導体の表面処理方法が提供さ
れる。
ために、本発明においては、酸化物高温超電導体の表面
に酸含有ガスを接触させて表面抵抗を低下させることを
特徴とする酸化物高温超電導体の表面処理方法が提供さ
れる。
【０００９】
【作用】Ｙ系の１２３構造、Ｂｉ系またはＴｌ系の２２
１２構造（低温相）、Ｂｉ系またはＴｌ系の２２２３構
造（高温相）の酸化物高温超電導体においては、いずれ
も、水平面を構成するＣｕ−Ｏ原子面が超電導電子の伝
導面になっている。したがって、酸化物高温超電導体の
最上面、すなわち表面を、上記Ｃｕ−Ｏ原子面にすれ
ば、その酸化物高温超電導体の表面抵抗は低くなる。
１２構造（低温相）、Ｂｉ系またはＴｌ系の２２２３構
造（高温相）の酸化物高温超電導体においては、いずれ
も、水平面を構成するＣｕ−Ｏ原子面が超電導電子の伝
導面になっている。したがって、酸化物高温超電導体の
最上面、すなわち表面を、上記Ｃｕ−Ｏ原子面にすれ
ば、その酸化物高温超電導体の表面抵抗は低くなる。
【００１０】本発明においては、従来方法で製造された
酸化物高温超電導体の表面に無機の強酸含有ガスを接触
させて、Ｃｕ−Ｏ面以外の他の原子層のみを選択的にエ
ッチング除去することにより、結果として、Ｃｕ−Ｏ面
を最上面にする。この場合、無機の強酸としては、Ｃｕ
へのエッチング能は小さく他の原子へのエッチング能は
大きいものが用いられる。例えば、硫酸、塩酸、硝酸、
フッ酸などの１種または２種以上の強酸をあげることが
できる。
酸化物高温超電導体の表面に無機の強酸含有ガスを接触
させて、Ｃｕ−Ｏ面以外の他の原子層のみを選択的にエ
ッチング除去することにより、結果として、Ｃｕ−Ｏ面
を最上面にする。この場合、無機の強酸としては、Ｃｕ
へのエッチング能は小さく他の原子へのエッチング能は
大きいものが用いられる。例えば、硫酸、塩酸、硝酸、
フッ酸などの１種または２種以上の強酸をあげることが
できる。
【００１１】これらの酸はガス状にし、かつ、Ａｒなど
の不活性ガスやＮ2のような非酸化性ガスと混合した状
態で、処理すべき酸化物高温超電導体の表面と接触させ
る。このとき、ガスをイオン化してもよい。この混合ガ
ス中の酸の含有量は、用いた酸の種類によっても異なる
が、硫酸の場合は0.０１〜0.５体積％、塩酸の場合は0.
０１〜0.５体積％、硝酸の場合は0.０１〜0.１体積％、
フッ酸の場合は0.０１〜0.５体積％にする。
の不活性ガスやＮ2のような非酸化性ガスと混合した状
態で、処理すべき酸化物高温超電導体の表面と接触させ
る。このとき、ガスをイオン化してもよい。この混合ガ
ス中の酸の含有量は、用いた酸の種類によっても異なる
が、硫酸の場合は0.０１〜0.５体積％、塩酸の場合は0.
０１〜0.５体積％、硝酸の場合は0.０１〜0.１体積％、
フッ酸の場合は0.０１〜0.５体積％にする。
【００１２】いずれの場合でも、含有量が多くなりすぎ
ると、残すべきＣｕもエッチング除去されるようにな
り、また含有量が少なすぎると他の原子層のエッチング
除去効果が少なくなり、好ましい表面抵抗の低下を実現
できない。なお、無機の強酸含有ガスによる表面処理は
３００℃以下の温度下で行なわれる。処理時の温度が３
００℃より高くなると、処理過程で酸化物高温超電導体
の酸素組成が変わってしまうからである。
ると、残すべきＣｕもエッチング除去されるようにな
り、また含有量が少なすぎると他の原子層のエッチング
除去効果が少なくなり、好ましい表面抵抗の低下を実現
できない。なお、無機の強酸含有ガスによる表面処理は
３００℃以下の温度下で行なわれる。処理時の温度が３
００℃より高くなると、処理過程で酸化物高温超電導体
の酸素組成が変わってしまうからである。
【００１３】
【発明の実施例】実施例１ ＬａＡｌＯ3 （１００）単結晶基板の表面に、下記仕様
の多元真空蒸着法によって、組成がＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-x （以後、ＹＢＣＯという）で、厚み３０００Åの酸
化物高温超電導体薄膜を成膜した。
の多元真空蒸着法によって、組成がＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-x （以後、ＹＢＣＯという）で、厚み３０００Åの酸
化物高温超電導体薄膜を成膜した。
【００１４】すなわち、Ｙ，Ｂａ，Ｃｕの各元素を電子
銃によってそれぞれ独立に加熱蒸発させる。各元素の蒸
発速度は、水晶振動式膜厚計により基板上で理想組成
（Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３）となるようにそれぞれ
独立して制御する。基板温度を６５０℃にし、基板近傍
に酸素ガスを吹きつけてその部分を局所的に高酸素圧に
し、成膜される超電導体内に酸素を有効に取り込ませ
る。このときの酸素圧は約５×１０-4Torrとした。
銃によってそれぞれ独立に加熱蒸発させる。各元素の蒸
発速度は、水晶振動式膜厚計により基板上で理想組成
（Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３）となるようにそれぞれ
独立して制御する。基板温度を６５０℃にし、基板近傍
に酸素ガスを吹きつけてその部分を局所的に高酸素圧に
し、成膜される超電導体内に酸素を有効に取り込ませ
る。このときの酸素圧は約５×１０-4Torrとした。
【００１５】成膜終了後、全体を２００℃まで冷却した
のち大気中に取り出した。成膜された薄膜をＸ線回析法
によって結晶構造を調べた。（００ｌ）の回析ピークの
みが観測され、この薄膜においては、ＹＢＣＯのｃ軸方
向が基板と垂直な方向に成長していることが確認され
た。つぎに、図１で示したようなエッチング装置にＹＢ
ＣＯ薄膜を基板と一緒にセットした。
のち大気中に取り出した。成膜された薄膜をＸ線回析法
によって結晶構造を調べた。（００ｌ）の回析ピークの
みが観測され、この薄膜においては、ＹＢＣＯのｃ軸方
向が基板と垂直な方向に成長していることが確認され
た。つぎに、図１で示したようなエッチング装置にＹＢ
ＣＯ薄膜を基板と一緒にセットした。
【００１６】すなわち、内部に対向して配置された陽極
１と陰極２に接続する載置台３が内設され、ガス導入口
４、ガス導出口５を有するチャンバ６の前記載置台３の
上にＹＢＣＯ薄膜７をセットする。チャンバ６内をガス
導出口５から排気し、ついでガス導入口４から、硫酸ガ
ス0.５体積％含有するＡｒガスをチャンバ６内に導入し
てチャンバ６内の圧力を１０ｍTorrに維持した。
１と陰極２に接続する載置台３が内設され、ガス導入口
４、ガス導出口５を有するチャンバ６の前記載置台３の
上にＹＢＣＯ薄膜７をセットする。チャンバ６内をガス
導出口５から排気し、ついでガス導入口４から、硫酸ガ
ス0.５体積％含有するＡｒガスをチャンバ６内に導入し
てチャンバ６内の圧力を１０ｍTorrに維持した。
【００１７】高周波電源８から２００Ｗの高周波電力を
陽極１、陰極２に印加して硫酸ガス含有のＡｒガスをイ
オン化した。１０秒後にＹＢＣＯ薄膜７をチャンバ６か
ら取り出し、直流４端子法によって、電気抵抗の温度依
存性を測定した。Ｔｃは８９Ｋであった。また、７７
Ｋ、１０ＧＨｚにおける表面抵抗は７×１０-3Ωであっ
た。
陽極１、陰極２に印加して硫酸ガス含有のＡｒガスをイ
オン化した。１０秒後にＹＢＣＯ薄膜７をチャンバ６か
ら取り出し、直流４端子法によって、電気抵抗の温度依
存性を測定した。Ｔｃは８９Ｋであった。また、７７
Ｋ、１０ＧＨｚにおける表面抵抗は７×１０-3Ωであっ
た。
【００１８】実施例２ ＬａＡｌＯ3 （１００）単結晶基板の表面に、下記仕様
のＲＦマグネトロンスパッタリング法によって、厚み３
０００ÅのＢｉ系酸化物高温超電導体薄膜を成膜した。
すなわち、スパッタガスはＡｒ：Ｏ2 ＝２：１のＡｒ／
酸素混合ガスとし、成膜時のチャンバ内圧力を２０ｍTo
rrとし、ターゲットはＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏｘ焼結
体であり、基板温度は７４０℃である。
のＲＦマグネトロンスパッタリング法によって、厚み３
０００ÅのＢｉ系酸化物高温超電導体薄膜を成膜した。
すなわち、スパッタガスはＡｒ：Ｏ2 ＝２：１のＡｒ／
酸素混合ガスとし、成膜時のチャンバ内圧力を２０ｍTo
rrとし、ターゲットはＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏｘ焼結
体であり、基板温度は７４０℃である。
【００１９】成膜終了後、全体を２００℃まで冷却した
のち大気中に取り出した。成膜された薄膜をＸ線回析法
によって結晶構造を調べた。（００ｌ）の回析ピークの
みが観測され、この薄膜においては、Ｂｉ系超電導体の
ｃ軸方向が基板と垂直な方向に成長していることが確認
された。ついで、用いたガスが、塩酸ガス0.５体積％を
含むＡｒガスであったことを除いては実施例１と同様に
して薄膜に表面処理を行なった。
のち大気中に取り出した。成膜された薄膜をＸ線回析法
によって結晶構造を調べた。（００ｌ）の回析ピークの
みが観測され、この薄膜においては、Ｂｉ系超電導体の
ｃ軸方向が基板と垂直な方向に成長していることが確認
された。ついで、用いたガスが、塩酸ガス0.５体積％を
含むＡｒガスであったことを除いては実施例１と同様に
して薄膜に表面処理を行なった。
【００２０】処理後の薄膜のＴｃは８２Ｋであり、ま
た、７７Ｋ、１０ＧＨｚにおける表面抵抗は８×１０-3
Ωであった。
た、７７Ｋ、１０ＧＨｚにおける表面抵抗は８×１０-3
Ωであった。
【００２１】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、従来方法
で製造された酸化物高温超電導体の表面に本発明方法を
適用すれば、Ｃｕ以外の原子層が選択的にエッチング除
去され、結果として、超電導電子の伝導面であるＣｕ−
Ｏ面が最上面に位置するようになるので、前記超電導体
の表面抵抗は下がり、それをミリ波用やマイクロ波用デ
バイスに使用できる酸化物高温超電導体にすることがで
きる。
で製造された酸化物高温超電導体の表面に本発明方法を
適用すれば、Ｃｕ以外の原子層が選択的にエッチング除
去され、結果として、超電導電子の伝導面であるＣｕ−
Ｏ面が最上面に位置するようになるので、前記超電導体
の表面抵抗は下がり、それをミリ波用やマイクロ波用デ
バイスに使用できる酸化物高温超電導体にすることがで
きる。
【図１】本発明方法で用いるエッチング装置の概略構成
図である。 １ 陽極 ２ 陰極 ３ 載置台 ４ ガス導入口 ５ ガス導出口 ６ チャンバ ７ 酸化物高温超電導体薄膜 ８ 高周波電源
図である。 １ 陽極 ２ 陰極 ３ 載置台 ４ ガス導入口 ５ ガス導出口 ６ チャンバ ７ 酸化物高温超電導体薄膜 ８ 高周波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/58 ZAA C04B 41/91 ZAA C23C 14/08
Claims (1)
- 【請求項１】 酸化物高温超電導体の表面に無機の強酸
含有ガスを接触させて表面抵抗を低下させることを特徴
とする酸化物高温超電導体の表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9857391A JP2818701B2 (ja) | 1991-04-30 | 1991-04-30 | 酸化物高温超電導体の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9857391A JP2818701B2 (ja) | 1991-04-30 | 1991-04-30 | 酸化物高温超電導体の表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04329878A JPH04329878A (ja) | 1992-11-18 |
| JP2818701B2 true JP2818701B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=14223417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9857391A Expired - Lifetime JP2818701B2 (ja) | 1991-04-30 | 1991-04-30 | 酸化物高温超電導体の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2818701B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11346011A (ja) * | 1998-03-30 | 1999-12-14 | International Superconductivity Technology Center | 酸化物超電導体及びその表面処理方法 |
-
1991
- 1991-04-30 JP JP9857391A patent/JP2818701B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04329878A (ja) | 1992-11-18 |
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