JP2847769B2 - Ｂｉ系超伝導体薄膜の製造方法 - Google Patents
Ｂｉ系超伝導体薄膜の製造方法Info
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- JP2847769B2 JP2847769B2 JP1163474A JP16347489A JP2847769B2 JP 2847769 B2 JP2847769 B2 JP 2847769B2 JP 1163474 A JP1163474 A JP 1163474A JP 16347489 A JP16347489 A JP 16347489A JP 2847769 B2 JP2847769 B2 JP 2847769B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は酸化物超伝導体薄膜の製造方法に関する。
＜従来の技術＞ Bi系の酸化物超伝導体には、臨界温度Tc＝80K級のBi2
Sr2Ca1Cu2O8（いわゆる（2212）相）と、臨界温度Tc＝1
10K級のBi2Sr2Ca2Cu3O10（いわゆる（2223）相）とがあ
る。
Sr2Ca1Cu2O8（いわゆる（2212）相）と、臨界温度Tc＝1
10K級のBi2Sr2Ca2Cu3O10（いわゆる（2223）相）とがあ
る。
従来、高臨界温度を有するBi2Sr2Ca2Cu3O10の薄膜
は、基板を酸素供給下（酸素分圧１％以上）で加熱（80
0〜900℃）し、Bi1Sr1Ca1Cu2Oxをターゲットとしたスパ
ッタリングを行って製造していた。
は、基板を酸素供給下（酸素分圧１％以上）で加熱（80
0〜900℃）し、Bi1Sr1Ca1Cu2Oxをターゲットとしたスパ
ッタリングを行って製造していた。
＜発明が解決しようとする課題＞ 上記従来の製造方法にあっては、目的とする（2223）
相のみの薄膜ではなく、（2223）相と（2212）相とが混
在した薄膜しかできず、この薄膜は所期のTcは得られる
ものの（2212）相の存在により臨界電流密度Jcが小さく
なってしまっていた。
相のみの薄膜ではなく、（2223）相と（2212）相とが混
在した薄膜しかできず、この薄膜は所期のTcは得られる
ものの（2212）相の存在により臨界電流密度Jcが小さく
なってしまっていた。
このように（2212）相が混在してしまう理由は、次の
ようなメカニズムによる。すなわち、Bi2Sr2Ca2Cu3O10
は、その結晶化の過程でBi2Sr2Cu1O6またはBi2Sr2Ca1Cu
2O8ができ、これを酸素供給下で長時間熱処理すること
によりBi2Sr2Ca2Cu3O10へ移行させて製造するが、この
結晶化移行中に酸素分圧が高い（１％以上）とCuがCuO
となって消失してしまい、（2223）相への移行が完全に
なされないことによる。
ようなメカニズムによる。すなわち、Bi2Sr2Ca2Cu3O10
は、その結晶化の過程でBi2Sr2Cu1O6またはBi2Sr2Ca1Cu
2O8ができ、これを酸素供給下で長時間熱処理すること
によりBi2Sr2Ca2Cu3O10へ移行させて製造するが、この
結晶化移行中に酸素分圧が高い（１％以上）とCuがCuO
となって消失してしまい、（2223）相への移行が完全に
なされないことによる。
本発明は上記従来の事情に鑑みなされたもので、高臨
界温度及び高臨界電流密度を有する超伝導体薄膜を製造
する方法を提供することを目的とする。
界温度及び高臨界電流密度を有する超伝導体薄膜を製造
する方法を提供することを目的とする。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明に係る超伝導対薄膜の製造方法は、CuがCuOに
酸化されるのを抑制し得る酸素分圧との相関的温度の下
で加熱した基板上に低酸素分圧下で超伝導体材料を被着
させて結晶化した薄膜を形成し、当該薄膜を酸素供給下
で加熱処理して組成の相を移行させ、Bi2Sr2Ca2Cu3Oxの
超伝導体薄膜を形成する。
酸化されるのを抑制し得る酸素分圧との相関的温度の下
で加熱した基板上に低酸素分圧下で超伝導体材料を被着
させて結晶化した薄膜を形成し、当該薄膜を酸素供給下
で加熱処理して組成の相を移行させ、Bi2Sr2Ca2Cu3Oxの
超伝導体薄膜を形成する。
ここで、基板の加熱温度は、酸素分圧との相関関係の
下で設定されるものである。例えば、無酸素雰囲気では
加熱温度は膜の溶融する温度で制限され、酸素分圧10-6
Torr以下では750℃に設定されるが、実質的には、スパ
ッタリング雰囲気は、それ故高純度アルゴンのみと限定
される。
下で設定されるものである。例えば、無酸素雰囲気では
加熱温度は膜の溶融する温度で制限され、酸素分圧10-6
Torr以下では750℃に設定されるが、実質的には、スパ
ッタリング雰囲気は、それ故高純度アルゴンのみと限定
される。
下表に種々の条件での実施例を示す。
また、本発明に係るBi系超伝導体薄膜の製造方法は、
基板上に組成比が、 Bi:Sr:Ca:Cu:O ＝2:2:2:3:Y のアモルファス薄膜を形成し、CuがCuOに酸化されるの
を抑制し得る酸素分圧と加熱温度との相関的条件の下で
当該アモルファス薄膜を加熱して結晶化させ、当該結晶
化された薄膜を酸素雰囲気中で加熱処理して組成の相を
移行させ、Bi2Sr2Ca2Cu3Oxの超伝導体薄膜を形成する。
基板上に組成比が、 Bi:Sr:Ca:Cu:O ＝2:2:2:3:Y のアモルファス薄膜を形成し、CuがCuOに酸化されるの
を抑制し得る酸素分圧と加熱温度との相関的条件の下で
当該アモルファス薄膜を加熱して結晶化させ、当該結晶
化された薄膜を酸素雰囲気中で加熱処理して組成の相を
移行させ、Bi2Sr2Ca2Cu3Oxの超伝導体薄膜を形成する。
ここで、アモルファス結晶化の加熱温度は、酸素分圧
との相関関係の下で設定されるものである。例えば、無
酸素雰囲気では加熱温度は膜が溶融しない温度、たとえ
ば、Ar中では800℃が最高温度であり、酸素分圧0.001％
では820℃に設定される。尚、好ましくは酸素分圧0.000
01％〜0.001％に対応して温度750℃〜830℃とする。
との相関関係の下で設定されるものである。例えば、無
酸素雰囲気では加熱温度は膜が溶融しない温度、たとえ
ば、Ar中では800℃が最高温度であり、酸素分圧0.001％
では820℃に設定される。尚、好ましくは酸素分圧0.000
01％〜0.001％に対応して温度750℃〜830℃とする。
下表に種々の条件での実施例を示す。
＜作用＞ 本発明では、CuがCuOとなって消失してしまわない範
囲内での酸素分圧及び温度条件下（例えば、酸素分圧20
％では500℃）でCuを結晶中に固定し、この後に酸素供
給下で熱処理を施してBi2Sr2Ca2Cu3O10の超伝導体薄膜
を形成する。
囲内での酸素分圧及び温度条件下（例えば、酸素分圧20
％では500℃）でCuを結晶中に固定し、この後に酸素供
給下で熱処理を施してBi2Sr2Ca2Cu3O10の超伝導体薄膜
を形成する。
＜実施例＞ 本発明を更に具体的な実施例をもって説明する。
「実施例１」 ターゲットの組成をBi1.0Sr1.0Ca1.0Cu2.0Ox、基板を
MgO（100）単結晶としたスパッタリングを、全圧力10mT
orr、Arと酸素との分圧1:1、基板温度400℃の条件で行
い、基板上に組成Bi1.0Sr1.0Ca1.0Cu1.5Oy、膜厚0.5μ
ｍのアモルファス薄膜を形成した。
MgO（100）単結晶としたスパッタリングを、全圧力10mT
orr、Arと酸素との分圧1:1、基板温度400℃の条件で行
い、基板上に組成Bi1.0Sr1.0Ca1.0Cu1.5Oy、膜厚0.5μ
ｍのアモルファス薄膜を形成した。
そして、このアモルファス薄膜をArのみの雰囲気中で
750℃にて50時間熱処理したところ、（2212）相であるB
i1.0Sr1.0Ca0.5Cu1.0Oxと、CuO相と、CaO相とが混在し
た状態で結晶化した（Ｘ線分析による）。
750℃にて50時間熱処理したところ、（2212）相であるB
i1.0Sr1.0Ca0.5Cu1.0Oxと、CuO相と、CaO相とが混在し
た状態で結晶化した（Ｘ線分析による）。
そして、この３相が混在した薄膜を更に大気中で845
℃にて100時間熱処理したところ、（2212）相とCuC相、
CaO相とが反応して（2223）相のみが得られた。
℃にて100時間熱処理したところ、（2212）相とCuC相、
CaO相とが反応して（2223）相のみが得られた。
このようにして得られた薄膜を、４端子法によって臨
界温度Tc、臨界電流密度Jcの測定を行ったところ、Tc＝
106K、Jc＝5.8×105A/cm2であった。尚、本明細書で
は、JcはT/Tc＝0.8の温度での値を示してあり、例えばT
c＝105KではJcは84Kでの値を示してある。
界温度Tc、臨界電流密度Jcの測定を行ったところ、Tc＝
106K、Jc＝5.8×105A/cm2であった。尚、本明細書で
は、JcはT/Tc＝0.8の温度での値を示してあり、例えばT
c＝105KではJcは84Kでの値を示してある。
上記の実施例に対し、上記と同様にして得たアモルフ
ァス薄膜を大気中において845℃で100時間熱処理して結
晶化させ、これをＸ線分析により調べたところ、薄膜中
の主たる相は（2212）相で、僅かにCa2CuO3相とみられ
るピークが共存していた。また、EPMAによる組成分析を
行ったところ、薄膜の組成はBi1.0Sr1.0Ca0.8Cu0.9Oxで
あり、酸素を含む雰囲気中での比較的高温の熱処理によ
り、薄膜の結晶化に際してその組成変動が生じているこ
とが判った。また、この薄膜を上記と同様にして測定し
たところ、Tc＝78K、Jc＝４×104A/cm2であった。
ァス薄膜を大気中において845℃で100時間熱処理して結
晶化させ、これをＸ線分析により調べたところ、薄膜中
の主たる相は（2212）相で、僅かにCa2CuO3相とみられ
るピークが共存していた。また、EPMAによる組成分析を
行ったところ、薄膜の組成はBi1.0Sr1.0Ca0.8Cu0.9Oxで
あり、酸素を含む雰囲気中での比較的高温の熱処理によ
り、薄膜の結晶化に際してその組成変動が生じているこ
とが判った。また、この薄膜を上記と同様にして測定し
たところ、Tc＝78K、Jc＝４×104A/cm2であった。
「実施例２」 上記の実施例１と同じ組成のターゲットと基板を用い
てスパッタリングを、全圧力10mTorr、Arのみの雰囲気
で、基板温度750℃の条件で行い、基板上に膜厚0.5μｍ
の結晶化した薄膜を形成した。この薄膜の成膜直後の膜
組成をEPMA分析により調べたところBi1.0Sr0.95Ca1.05C
u1.60Oxであったが、Ｘ線分析によって（2212）相のみ
が存在することが認められた。
てスパッタリングを、全圧力10mTorr、Arのみの雰囲気
で、基板温度750℃の条件で行い、基板上に膜厚0.5μｍ
の結晶化した薄膜を形成した。この薄膜の成膜直後の膜
組成をEPMA分析により調べたところBi1.0Sr0.95Ca1.05C
u1.60Oxであったが、Ｘ線分析によって（2212）相のみ
が存在することが認められた。
そして、この薄膜をAr気流中で更に５時間熱処理して
結晶化を促進させた後、Ｘ線分析により調べたところ、
（2212）相及びCaO相、CuO相、Ca2CuO3相に起因するピ
ークが認められた。
結晶化を促進させた後、Ｘ線分析により調べたところ、
（2212）相及びCaO相、CuO相、Ca2CuO3相に起因するピ
ークが認められた。
そして、この薄膜をArと酸素分圧が100:5の混合ガス
気流中で810℃で100時間熱処理した後、Ｘ線分析により
調べたところ（2223）相のピークのみが認められ、ま
た、臨界温度、臨界電流密度を調べたところTc＝105K、
Jc＝４×105A/cm2であった。
気流中で810℃で100時間熱処理した後、Ｘ線分析により
調べたところ（2223）相のピークのみが認められ、ま
た、臨界温度、臨界電流密度を調べたところTc＝105K、
Jc＝４×105A/cm2であった。
上記の実施例に対し、上記と同様にして得たスパッタ
リング直後の薄膜をそのまま、Arと酸素分圧が100:5の
混合ガス気流中で810℃で100時間熱処理した。そして、
この薄膜を上記実施例と同様にして調べたところ、主相
は（2212）相で、他の不純物は極小量認められるが同定
できるほどではなく、また、Tc＝74K、Jc＝５×104A/cm
2であった。
リング直後の薄膜をそのまま、Arと酸素分圧が100:5の
混合ガス気流中で810℃で100時間熱処理した。そして、
この薄膜を上記実施例と同様にして調べたところ、主相
は（2212）相で、他の不純物は極小量認められるが同定
できるほどではなく、また、Tc＝74K、Jc＝５×104A/cm
2であった。
＜効果＞ 本発明によれば、CuがCuOとなって消失してしまわな
い範囲内での酸素分圧及び温度温度条件下で結晶化し、
この後に酸素供給下で熱処理を施して（2223）相への移
行を行うようにしたため、（2212）相の混在をなくし
て、高臨界温度で高臨界電流密度を有する超伝導体薄膜
を製造することができる。
い範囲内での酸素分圧及び温度温度条件下で結晶化し、
この後に酸素供給下で熱処理を施して（2223）相への移
行を行うようにしたため、（2212）相の混在をなくし
て、高臨界温度で高臨界電流密度を有する超伝導体薄膜
を製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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
Claims (2)
- 【請求項１】CuがCuOに酸化されるのを抑制し得る酸素
分圧との相関的温度の下で加熱した基板上に低酸素分圧
下で超伝導体材料を被着させて結晶化した薄膜を形成す
る工程と、当該薄膜を酸素供給下で加熱処理して組成の
相を移行させ、Bi2Sr2Ca2Cu3O10の超伝導体薄膜を形成
する工程とを備えたことを特徴とするBi系超伝導体薄膜
の製造方法。 - 【請求項２】基板上に組成比が、 Bi:Sr:Ca:Cu:O ＝2:2:2:3:Y のアモルファス薄膜を形成する工程と、CuがCuOに酸化
されるのを抑制し得る酸素分圧と加熱温度との相関的条
件の下で当該アモルファス薄膜を加熱して結晶化させる
工程と、当該結晶化された薄膜を酸素雰囲気中で加熱処
理して組成の相を移行させ、Bi2Sr2Ca2Cu3O10の超伝導
体薄膜を形成する工程とを備えたことを特徴とするBi系
超伝導体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1163474A JP2847769B2 (ja) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | Ｂｉ系超伝導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1163474A JP2847769B2 (ja) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | Ｂｉ系超伝導体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0328128A JPH0328128A (ja) | 1991-02-06 |
| JP2847769B2 true JP2847769B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=15774562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1163474A Expired - Lifetime JP2847769B2 (ja) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | Ｂｉ系超伝導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2847769B2 (ja) |
-
1989
- 1989-06-26 JP JP1163474A patent/JP2847769B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0328128A (ja) | 1991-02-06 |
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