JP2848977B2 - 高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法及び製造装置 - Google Patents
高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法及び製造装置Info
- Publication number
- JP2848977B2 JP2848977B2 JP3045865A JP4586591A JP2848977B2 JP 2848977 B2 JP2848977 B2 JP 2848977B2 JP 3045865 A JP3045865 A JP 3045865A JP 4586591 A JP4586591 A JP 4586591A JP 2848977 B2 JP2848977 B2 JP 2848977B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- oxygen
- substrate
- temperature
- oxide superconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
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
- 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
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、良好な超伝導特性を持
つ高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法及び製造装置に関
するものである。
つ高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法及び製造装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】１９８６年に３０〜４０ＫとＮｂ、Ｐｂ
等の従来の金属系超伝導体に比べ著しく高い超伝導転移
温度Ｔｃを持つＬａ1-xＭxＣｕＯy（Ｍ：Ｓｒ、Ｂａ）
が発見 された。これを契機に転移温度Ｔｃ〜９０Ｋの
ＬｎＢａＣｕＯy系（Ｌｎはイッ トリウム、あるいはラ
ンタノイド元素）、同じく〜１１０ＫのＢｉＳｒＣａＣ
ｕＯｙ系、同じく〜１２０ＫのＴｌＢａＣａＣｕＯｙ系
の発見が相次いで行われた。いずれの場合も酸化物を基
本としており、より高いＴｃを持つ超伝導体も発見され
る可能性もある。これ等の超伝導材料は、高温超伝導
体、高Ｔｃ超伝導体、高温酸化物超伝導体などと呼ばれ
ている。この高温酸化物超伝導体を電子デバイス、超伝
導配線等のエレクトロニクス応用に展開するためには、
良好な超伝導特性を持つ薄膜の形成技術が必要となる。
等の従来の金属系超伝導体に比べ著しく高い超伝導転移
温度Ｔｃを持つＬａ1-xＭxＣｕＯy（Ｍ：Ｓｒ、Ｂａ）
が発見 された。これを契機に転移温度Ｔｃ〜９０Ｋの
ＬｎＢａＣｕＯy系（Ｌｎはイッ トリウム、あるいはラ
ンタノイド元素）、同じく〜１１０ＫのＢｉＳｒＣａＣ
ｕＯｙ系、同じく〜１２０ＫのＴｌＢａＣａＣｕＯｙ系
の発見が相次いで行われた。いずれの場合も酸化物を基
本としており、より高いＴｃを持つ超伝導体も発見され
る可能性もある。これ等の超伝導材料は、高温超伝導
体、高Ｔｃ超伝導体、高温酸化物超伝導体などと呼ばれ
ている。この高温酸化物超伝導体を電子デバイス、超伝
導配線等のエレクトロニクス応用に展開するためには、
良好な超伝導特性を持つ薄膜の形成技術が必要となる。
【０００３】これ等の高温酸化物超伝導体薄膜の形成技
術として、反応性共蒸着法、スパッタ法、レーザ蒸着
法、ＣＶＤ法など、半導体薄膜形成を目的に開発された
多くの真空蒸着法を基本にした方法が試みられている。
いずれの場合も、酸化物薄膜を形成する必要があるため
酸化雰囲気中での薄膜形成がベースである。
術として、反応性共蒸着法、スパッタ法、レーザ蒸着
法、ＣＶＤ法など、半導体薄膜形成を目的に開発された
多くの真空蒸着法を基本にした方法が試みられている。
いずれの場合も、酸化物薄膜を形成する必要があるため
酸化雰囲気中での薄膜形成がベースである。
【０００４】これ等従来の高温酸化物超伝導体薄膜形成
法の共通する最も大きな欠点は、薄膜形成中、あるいは
冷却過程において高い酸素圧力（薄膜作製時では約５×
１０-2Ｔｏｒｒ以上、冷却時で約１００Ｔｏｒｒ以上）
での蒸着、冷却を行なわないと超伝導特性を持つ薄膜を
形成できないことである。このため、Ｋセル、ＥＢガ
ン、基板加熱ヒータ等の真空部品等が高圧力の酸素によ
りダメージを受ける、あるいは蒸着レートが不安定にな
る等の欠点を持つ。
法の共通する最も大きな欠点は、薄膜形成中、あるいは
冷却過程において高い酸素圧力（薄膜作製時では約５×
１０-2Ｔｏｒｒ以上、冷却時で約１００Ｔｏｒｒ以上）
での蒸着、冷却を行なわないと超伝導特性を持つ薄膜を
形成できないことである。このため、Ｋセル、ＥＢガ
ン、基板加熱ヒータ等の真空部品等が高圧力の酸素によ
りダメージを受ける、あるいは蒸着レートが不安定にな
る等の欠点を持つ。
【０００５】以下に、反応性共蒸着法の場合を例に、こ
の欠点を具体的に示す。
の欠点を具体的に示す。
【０００６】図６に、反応性共蒸着装置の概略を示す。
ここでは、高温酸化物超伝導体として、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7-xの薄膜を形成する場合を考える（他の高温酸化物超
伝導 体の場合も金属元素の種類、数が異なるだけで、
基本的には同様の原理を元に薄膜作製が行なわれてい
る。）。
ここでは、高温酸化物超伝導体として、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7-xの薄膜を形成する場合を考える（他の高温酸化物超
伝導 体の場合も金属元素の種類、数が異なるだけで、
基本的には同様の原理を元に薄膜作製が行なわれてい
る。）。
【０００７】各金属元素Ｙ，Ｂａ、ＣｕはＫセル、ＥＢ
ガン、抵抗加熱源等の蒸着源を用いて、同時に独立に蒸
発させる。図６では、ＹはＥＢガン２、ＢａはＥＢガン
１、Ｃｕは抵抗加熱源３で蒸発させる。ＥＢガン１，２
は加速した電子ビームを蒸着材料に当て加熱蒸発させ、
抵抗加熱源３の場合は、抵抗ヒータ４に電流を流すこと
により加熱蒸発させる。基板６は基板加熱ヒータ５によ
り加熱される。超伝導体薄膜の形成には、基板温度は約
６００℃以上の温度が必要である。装置のチャンバ内に
は酸素ガス（酸素分子）が導入される。その際、チャン
バ内の酸素圧力を低減するためにチャンバ内は真空ポン
プにより排気される。
ガン、抵抗加熱源等の蒸着源を用いて、同時に独立に蒸
発させる。図６では、ＹはＥＢガン２、ＢａはＥＢガン
１、Ｃｕは抵抗加熱源３で蒸発させる。ＥＢガン１，２
は加速した電子ビームを蒸着材料に当て加熱蒸発させ、
抵抗加熱源３の場合は、抵抗ヒータ４に電流を流すこと
により加熱蒸発させる。基板６は基板加熱ヒータ５によ
り加熱される。超伝導体薄膜の形成には、基板温度は約
６００℃以上の温度が必要である。装置のチャンバ内に
は酸素ガス（酸素分子）が導入される。その際、チャン
バ内の酸素圧力を低減するためにチャンバ内は真空ポン
プにより排気される。
【０００８】蒸発した金属元素と酸素は反応しながら基
板６上に堆積し、酸化物薄膜が形成される。良好な超伝
導特性を持つ酸化物薄膜を得るためには、１）薄膜中の
金属元素の組成比Ｙ：Ｂａ：Ｃｕが１：２：３になるよ
うに調整されること、２）十分な酸化が行なえる条件に
あることが重要である。１）は蒸発源の蒸発レートをコ
ントロールすることにより行なわれる。２）はチャンバ
内の酸化圧力を増加させることにより実現される。
板６上に堆積し、酸化物薄膜が形成される。良好な超伝
導特性を持つ酸化物薄膜を得るためには、１）薄膜中の
金属元素の組成比Ｙ：Ｂａ：Ｃｕが１：２：３になるよ
うに調整されること、２）十分な酸化が行なえる条件に
あることが重要である。１）は蒸発源の蒸発レートをコ
ントロールすることにより行なわれる。２）はチャンバ
内の酸化圧力を増加させることにより実現される。
【０００９】金属元素と酸素との反応を完全に行なうこ
とにより良好な超伝導特性を持つ薄膜を得るためには、
酸素分子で酸素を供給する場合（従来の方法の場合）、
基板近傍の酸素圧力は１０-1Ｔｏｒｒ以上が必要である
と言われている。
とにより良好な超伝導特性を持つ薄膜を得るためには、
酸素分子で酸素を供給する場合（従来の方法の場合）、
基板近傍の酸素圧力は１０-1Ｔｏｒｒ以上が必要である
と言われている。
【００１０】しかし、チャンバ内がこのような高い酸素
圧力になると以下のような弊害が発生する。それは、抵
抗加熱用のヒータ、基板加熱用のヒータ、及びＥＢガン
の電子発生用ヒータが酸素と反応して断線してしまうこ
とである。（蒸発源がＫセルの場合も同じであり、加熱
ヒータが切れてしまう。）。
圧力になると以下のような弊害が発生する。それは、抵
抗加熱用のヒータ、基板加熱用のヒータ、及びＥＢガン
の電子発生用ヒータが酸素と反応して断線してしまうこ
とである。（蒸発源がＫセルの場合も同じであり、加熱
ヒータが切れてしまう。）。
【００１１】他の弊害としては、ＥＢガンが異常放電し
蒸発レートのコントロールが不可能になることである。
蒸発レートのコントロールが不可能になると薄膜の組成
比のずれが起き、超伝導特性を得られない。
蒸発レートのコントロールが不可能になることである。
蒸発レートのコントロールが不可能になると薄膜の組成
比のずれが起き、超伝導特性を得られない。
【００１２】基板６近傍の酸素圧力のみを増加させ基板
から離れた場所（例えば蒸発源付近）の酸素圧力（バッ
クグラウンド酸素圧力）を減少させるために、ノルズ７
で酸素ガスを基板に吹き付けることも試みられている。
しかし、この場合でも、基板近傍と十分離れた場所間に
おける酸素圧力差はせいぜい半分程度、つまり５×１０
-2Ｔｏｒｒ程度にしかできず、上記弊害を本質的に解決
できるものではない。さらに、基板吹き付けでは基板内
での酸素圧力を均一にすることは難しく、広い面積で超
伝導体薄膜を得ることができないという欠点も生じる。
から離れた場所（例えば蒸発源付近）の酸素圧力（バッ
クグラウンド酸素圧力）を減少させるために、ノルズ７
で酸素ガスを基板に吹き付けることも試みられている。
しかし、この場合でも、基板近傍と十分離れた場所間に
おける酸素圧力差はせいぜい半分程度、つまり５×１０
-2Ｔｏｒｒ程度にしかできず、上記弊害を本質的に解決
できるものではない。さらに、基板吹き付けでは基板内
での酸素圧力を均一にすることは難しく、広い面積で超
伝導体薄膜を得ることができないという欠点も生じる。
【００１３】以上に述べた様に、従来の方法では、薄膜
蒸着時に酸素圧力が高いということに起因した多くの欠
点を持つ。
蒸着時に酸素圧力が高いということに起因した多くの欠
点を持つ。
【００１４】また、室温で良好な超伝導特性を得るため
には、成膜後、〜１００Ｔｏｒｒ以上の酸素圧力中で、
成膜温度から室温まで数時間かけて冷却する必要があ
る。基板ヒータと蒸発源とをともに停止した後であって
もそれらは瞬時には冷えないため、〜１００Ｔｏｒｒと
いう成膜時の酸素圧力に比べ３桁以上高い圧力の酸素ガ
スに高温状態で触れる。従って、成膜中以上にヒータの
断線等の真空部品に対するダメージが大きい。
には、成膜後、〜１００Ｔｏｒｒ以上の酸素圧力中で、
成膜温度から室温まで数時間かけて冷却する必要があ
る。基板ヒータと蒸発源とをともに停止した後であって
もそれらは瞬時には冷えないため、〜１００Ｔｏｒｒと
いう成膜時の酸素圧力に比べ３桁以上高い圧力の酸素ガ
スに高温状態で触れる。従って、成膜中以上にヒータの
断線等の真空部品に対するダメージが大きい。
【００１５】以上述べたように、従来の高温酸化物超伝
導体薄膜形成法では、良好な超伝導特性を持つ薄膜を実
現するためには、薄膜蒸着時、及び冷却時にチャンバ内
のバックグラウンド酸素圧力を高くせざるを得ず、その
ため真空部品に対するダメージ等の入内な弊害を生じる
という欠点を持っていた。
導体薄膜形成法では、良好な超伝導特性を持つ薄膜を実
現するためには、薄膜蒸着時、及び冷却時にチャンバ内
のバックグラウンド酸素圧力を高くせざるを得ず、その
ため真空部品に対するダメージ等の入内な弊害を生じる
という欠点を持っていた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、真空
部品等に対してダメージの少ない、かつ優れた超伝導特
性を出現させる高温酸化物伝導体薄膜の製造方法及び製
造装置を提供することにある。
部品等に対してダメージの少ない、かつ優れた超伝導特
性を出現させる高温酸化物伝導体薄膜の製造方法及び製
造装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の第１の要旨は、薄膜
形成時に、基板近傍に酸素ラジカルを照射することを特
徴とする高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法に存在す
る。
上記課題を解決するための本発明の第１の要旨は、薄膜
形成時に、基板近傍に酸素ラジカルを照射することを特
徴とする高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法に存在す
る。
【００１８】また、上記課題を解決するための本発明の
第２の要旨は、薄膜形成後の冷却時に、基板近傍に酸素
ラジカルを照射することを特徴とする高温酸化物超伝導
体薄膜の製造方法に存在する。
第２の要旨は、薄膜形成後の冷却時に、基板近傍に酸素
ラジカルを照射することを特徴とする高温酸化物超伝導
体薄膜の製造方法に存在する。
【００１９】さらに、上記課題を解決するための本発明
の第３の要旨は、内部に基板を保持するための手段を有
する酸化物超伝導体の反応性成膜装置に、酸素ラジカル
を発生させる手段を、酸素ラジカルが該基板近傍に照射
されるように配置して設けたことを特徴とする高温酸化
物超伝導体薄膜の製造装置に存在する。
の第３の要旨は、内部に基板を保持するための手段を有
する酸化物超伝導体の反応性成膜装置に、酸素ラジカル
を発生させる手段を、酸素ラジカルが該基板近傍に照射
されるように配置して設けたことを特徴とする高温酸化
物超伝導体薄膜の製造装置に存在する。
【００２０】
【作用】酸素ラジカルは酸素分子に比べ化学的に活性で
あるため、蒸着後、及び冷却時に必要な酸素圧力を桁違
いに低減できる。そのため、蒸着源、ヒータ等の真空部
品に対するダメージが大きく低減できる。
あるため、蒸着後、及び冷却時に必要な酸素圧力を桁違
いに低減できる。そのため、蒸着源、ヒータ等の真空部
品に対するダメージが大きく低減できる。
【００２１】
【実施例】（第１実施例）図１に、本発明の高温酸化物
超伝導体薄膜の製造装置の一例を示す。本例では、反応
性成膜装置の一例として反応性共蒸着装置を示し、これ
基づいて成膜の原理を説明する。なお、スパッタ法、レ
ーザ蒸着法等の他の製造装置の場合も、動作原理は同様
である。
超伝導体薄膜の製造装置の一例を示す。本例では、反応
性成膜装置の一例として反応性共蒸着装置を示し、これ
基づいて成膜の原理を説明する。なお、スパッタ法、レ
ーザ蒸着法等の他の製造装置の場合も、動作原理は同様
である。
【００２２】図１に示す装置は、従来の技術で述べた反
応性共蒸着装置と同様、真空蒸着装置を基本としてい
る。８は高温酸化物超伝導体を構成する金属元素（例え
ば、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x系高温酸化物超伝導体の場合
は、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕの３つの元素、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ
y系高温酸化物超伝導体の場合は、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａ、
Ｃｕの４つの元素）を蒸発させるための蒸着源である。
Ｋセル、ＥＢガン、抵抗加熱源などが用いられるがどれ
を用いても同様である。
応性共蒸着装置と同様、真空蒸着装置を基本としてい
る。８は高温酸化物超伝導体を構成する金属元素（例え
ば、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x系高温酸化物超伝導体の場合
は、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕの３つの元素、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ
y系高温酸化物超伝導体の場合は、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａ、
Ｃｕの４つの元素）を蒸発させるための蒸着源である。
Ｋセル、ＥＢガン、抵抗加熱源などが用いられるがどれ
を用いても同様である。
【００２３】６はその上に超伝導体薄膜を堆積させるた
めの基板である。５は基板を加熱するためのヒータであ
る。９は酸素ラジカルＯ*を発生させる ための酸素ラジ
カル源であり、酸素ラジカルＯ*は基板近傍に照射され
る。従って、各金属元素、及び酸素ラジカルとの反応に
より、基板６上に酸化物薄膜が形成できる。
めの基板である。５は基板を加熱するためのヒータであ
る。９は酸素ラジカルＯ*を発生させる ための酸素ラジ
カル源であり、酸素ラジカルＯ*は基板近傍に照射され
る。従って、各金属元素、及び酸素ラジカルとの反応に
より、基板６上に酸化物薄膜が形成できる。
【００２４】従来の技術では金属元素の酸化は酸化分子
により行なったが、本発明では酸素分子より化学的に活
性であるため酸化力が格段に優れた酸素ラジカルを用い
る。これが、本発明の最も重要な特徴である。酸素ラジ
カルは活性で酸化力が強いので、酸素圧力が低くても十
分な酸化反応が実現できる。後の実施例で具体的に述べ
るが、バックグランド酸素圧力が約１０-5Ｔｏｒｒ（従
来の高温酸化物超伝導体作製技術に必要な酸素バックグ
ランド圧力に比べて、薄膜蒸着時で１／２００００、冷
却時で１／１０００００００の低酸素圧力）でも、良好
な超伝導特性を持つ薄膜を実現できる。また、酸素ラジ
カルは金属との反応により消滅するために、酸素ラジカ
ルの存在は基板６近傍に限られ、蒸発源がある場所まで
は広がらない。
により行なったが、本発明では酸素分子より化学的に活
性であるため酸化力が格段に優れた酸素ラジカルを用い
る。これが、本発明の最も重要な特徴である。酸素ラジ
カルは活性で酸化力が強いので、酸素圧力が低くても十
分な酸化反応が実現できる。後の実施例で具体的に述べ
るが、バックグランド酸素圧力が約１０-5Ｔｏｒｒ（従
来の高温酸化物超伝導体作製技術に必要な酸素バックグ
ランド圧力に比べて、薄膜蒸着時で１／２００００、冷
却時で１／１０００００００の低酸素圧力）でも、良好
な超伝導特性を持つ薄膜を実現できる。また、酸素ラジ
カルは金属との反応により消滅するために、酸素ラジカ
ルの存在は基板６近傍に限られ、蒸発源がある場所まで
は広がらない。
【００２５】以上の結果、例えば、抵抗加熱用のヒー
タ、基板加熱用のヒータ、及びＥＢガンの電子発生用ヒ
ータ等の真空部品のダメージが大幅に抑えられる。ま
た、酸素圧力が低いのでＥＢガンの異常放電を引き起こ
さず、組成比をコントロールすることができる。
タ、基板加熱用のヒータ、及びＥＢガンの電子発生用ヒ
ータ等の真空部品のダメージが大幅に抑えられる。ま
た、酸素圧力が低いのでＥＢガンの異常放電を引き起こ
さず、組成比をコントロールすることができる。
【００２６】（第２実施例）図２に、第２実施例とし
て、酸素ラジカル源の概要を示す。
て、酸素ラジカル源の概要を示す。
【００２７】石英、ＢＮ等の酸素との反応を起こし難い
絶縁体材料からなる放電管１０の内部に酸素ガスを導入
し、ＲＦコイル１１に高周波を印加し放電を起こす。す
ると、放電管内の酸素ガスは高エネルギー状態（プラズ
マ状態）になる。この高エネルギーガスを複数の微細穴
１２があいた石英製のアパーチャ１３を通すと酸素ラジ
カルを発生できる。プラズマをラジカルにするために必
要とされる微細穴の直径は、放電管１０内の圧力、成膜
室内の圧力をどのように設定するかによっても左右され
るが、一般的には、０．１ｍｍ〜３ｍｍが好ましい。
絶縁体材料からなる放電管１０の内部に酸素ガスを導入
し、ＲＦコイル１１に高周波を印加し放電を起こす。す
ると、放電管内の酸素ガスは高エネルギー状態（プラズ
マ状態）になる。この高エネルギーガスを複数の微細穴
１２があいた石英製のアパーチャ１３を通すと酸素ラジ
カルを発生できる。プラズマをラジカルにするために必
要とされる微細穴の直径は、放電管１０内の圧力、成膜
室内の圧力をどのように設定するかによっても左右され
るが、一般的には、０．１ｍｍ〜３ｍｍが好ましい。
【００２８】典型的な設計の酸素ラジカル源の性能を次
に示す。酸素流量＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド
酸素圧力＝１×１０-5Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力
密度＝１１Ｗ／ｃｍ2（入力電力２５０Ｗ）での、基板
上（酸素ラジカル源のアパーチャ部から約 ７ｃｍ離れ
た箇所）での酸素ラジカルフラックス流量＝５×１０13
（個／ｓ・ｃｍ2）の値が実現できている。酸素流量、
ＲＦ電力を増加させると、酸素ラジカルフ ラックス流
量も増加させることができる。
に示す。酸素流量＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド
酸素圧力＝１×１０-5Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力
密度＝１１Ｗ／ｃｍ2（入力電力２５０Ｗ）での、基板
上（酸素ラジカル源のアパーチャ部から約 ７ｃｍ離れ
た箇所）での酸素ラジカルフラックス流量＝５×１０13
（個／ｓ・ｃｍ2）の値が実現できている。酸素流量、
ＲＦ電力を増加させると、酸素ラジカルフ ラックス流
量も増加させることができる。
【００２９】（第３実施例）第３実施例として、第１実
施例で述べた高温酸化物超伝導体薄膜反応性共蒸着装
置、及び第２実施例で示した酸素ラジカル源を用いた高
温酸化物超伝導体薄膜形成の具体例を示す。
施例で述べた高温酸化物超伝導体薄膜反応性共蒸着装
置、及び第２実施例で示した酸素ラジカル源を用いた高
温酸化物超伝導体薄膜形成の具体例を示す。
【００３０】酸素ラジカル源から発生した酸素ラジカル
を基板６に照射する。酸素ラジカルを照射した状態でＫ
セルにより金属Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを同時に蒸発させ基板６
上に薄膜を形成した。
を基板６に照射する。酸素ラジカルを照射した状態でＫ
セルにより金属Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを同時に蒸発させ基板６
上に薄膜を形成した。
【００３１】代表的な蒸着条件を以下に示す。酸素流量
＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド酸素圧力＝１×１
０-5Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃ
ｍ2（入力電力２５０Ｗ）、基板温度＝７００℃ 、蒸着
レートＲ＝１Å／ｓである。薄膜蒸着後、上記と同じ酸
素ラジカル照射条件（酸素流量＝０．６６ＣＣＭ、バッ
クグラウンド酸素圧力＝１×１０-5Ｔｏｒｒ、放電管内
でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ2（入力電力２５０
Ｗ））下で、 冷却速度Ｃ＝３００℃／ｈで成膜温度
（＝７００℃）から室温まで冷却した。
＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド酸素圧力＝１×１
０-5Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃ
ｍ2（入力電力２５０Ｗ）、基板温度＝７００℃ 、蒸着
レートＲ＝１Å／ｓである。薄膜蒸着後、上記と同じ酸
素ラジカル照射条件（酸素流量＝０．６６ＣＣＭ、バッ
クグラウンド酸素圧力＝１×１０-5Ｔｏｒｒ、放電管内
でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ2（入力電力２５０
Ｗ））下で、 冷却速度Ｃ＝３００℃／ｈで成膜温度
（＝７００℃）から室温まで冷却した。
【００３２】この様にして作製した薄膜の抵抗の温度変
化を図３に示す。９０Ｋから抵抗が減少し始め、８７Ｋ
で零抵抗になり、良好な超伝導特性を持つ。なお、抵抗
が減少し始める臨界温度はオンセット臨界温度と呼ば
れ、零抵抗となる臨界温度は零抵抗臨界温度と呼ばれて
いる。また、酸化物超伝導体の酸化量、及び超伝導特性
の性能を表すパラメターであるｃ軸の長さ（１１．６８
Åであると酸化が十分で、かつ超伝導特性が良い。酸化
不足で超伝導特性が劣化すると長くなる。）は、１１．
６８Åとバルクの完全な超伝導体ＹＢａ2Ｃｕ3０yの値
と等しく、酸素の取り込みは十分に行われた良好な超伝
導体薄膜であると判る。
化を図３に示す。９０Ｋから抵抗が減少し始め、８７Ｋ
で零抵抗になり、良好な超伝導特性を持つ。なお、抵抗
が減少し始める臨界温度はオンセット臨界温度と呼ば
れ、零抵抗となる臨界温度は零抵抗臨界温度と呼ばれて
いる。また、酸化物超伝導体の酸化量、及び超伝導特性
の性能を表すパラメターであるｃ軸の長さ（１１．６８
Åであると酸化が十分で、かつ超伝導特性が良い。酸化
不足で超伝導特性が劣化すると長くなる。）は、１１．
６８Åとバルクの完全な超伝導体ＹＢａ2Ｃｕ3０yの値
と等しく、酸素の取り込みは十分に行われた良好な超伝
導体薄膜であると判る。
【００３３】ここで、従来の高温酸化物超伝導体薄膜作
製技術と大きく異なるのは、従来の技術では薄膜蒸着時
の酸素バックグラウンド圧力として基板に酸素を吹き付
けた場合でも５×１０-2Ｔｏｒｒ以上、冷却時の酸素バ
ックグラウンド圧力として１００Ｔｏｒｒ以上ないと超
伝導特性を持つ薄膜が得られなかったのが、本発明によ
ると薄膜蒸着時、及び冷却時共に１×１０-5Ｔｏｒｒの
酸素バックグラウンド圧力で良好な超伝導特性を持つ薄
膜を形成できるということである。
製技術と大きく異なるのは、従来の技術では薄膜蒸着時
の酸素バックグラウンド圧力として基板に酸素を吹き付
けた場合でも５×１０-2Ｔｏｒｒ以上、冷却時の酸素バ
ックグラウンド圧力として１００Ｔｏｒｒ以上ないと超
伝導特性を持つ薄膜が得られなかったのが、本発明によ
ると薄膜蒸着時、及び冷却時共に１×１０-5Ｔｏｒｒの
酸素バックグラウンド圧力で良好な超伝導特性を持つ薄
膜を形成できるということである。
【００３４】つまり、従来の技術で必要な酸素バックグ
ラウンド圧力に比べて、薄膜蒸着時で１／２００００、
冷却時で１／１０００００００の低い酸素バックグラウ
ンド圧力での良好な超伝導特性を持つ高温酸化物超伝導
体薄膜を形成することができる。
ラウンド圧力に比べて、薄膜蒸着時で１／２００００、
冷却時で１／１０００００００の低い酸素バックグラウ
ンド圧力での良好な超伝導特性を持つ高温酸化物超伝導
体薄膜を形成することができる。
【００３５】従って、ＥＢガンの異常放電を防止し酸化
物超伝導体の構成元素の組成比を正確にコントロールで
きると共に、抵抗加熱のヒータ、基板加熱のヒータ等の
真空部品のダメージを画期的に低減できる。
物超伝導体の構成元素の組成比を正確にコントロールで
きると共に、抵抗加熱のヒータ、基板加熱のヒータ等の
真空部品のダメージを画期的に低減できる。
【００３６】（第４実施例）第４実施例では、第３実施
例において、良好な超伝導特性を持つ薄膜を得るための
薄膜成膜条件を示す。
例において、良好な超伝導特性を持つ薄膜を得るための
薄膜成膜条件を示す。
【００３７】酸素ラジカルを照射した状態でＫセルによ
り金属Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを同時に蒸発させ基板６上に薄膜
を形成した。
り金属Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを同時に蒸発させ基板６上に薄膜
を形成した。
【００３８】以下の２つの蒸着条件により薄膜を形成し
た。
た。
【００３９】１）の条件は、第３実施例と全く同じで、
酸素流量＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド酸素圧力
＝１×１０-5Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力密度＝１
１Ｗ／ｃｍ2（入力電力２５０Ｗ）、基板温度＝７０ ０
℃、蒸着レートＲ＝１Å／ｓである。
酸素流量＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド酸素圧力
＝１×１０-5Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力密度＝１
１Ｗ／ｃｍ2（入力電力２５０Ｗ）、基板温度＝７０ ０
℃、蒸着レートＲ＝１Å／ｓである。
【００４０】２）の条件は、酸素流量のみを減少させた
（バックグラウンド酸素圧力も流量に比例し減少す
る。）場合で、酸素流量＝０．２７ＣＣＭ、バックグラ
ウンド酸素圧力＝４．１×１０-6Ｔｏｒｒ、放電管内で
のＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ2（入力電力２５０
Ｗ）、基板温度＝７００℃、蒸着レートＲ＝１Å／ｓで
ある。
（バックグラウンド酸素圧力も流量に比例し減少す
る。）場合で、酸素流量＝０．２７ＣＣＭ、バックグラ
ウンド酸素圧力＝４．１×１０-6Ｔｏｒｒ、放電管内で
のＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ2（入力電力２５０
Ｗ）、基板温度＝７００℃、蒸着レートＲ＝１Å／ｓで
ある。
【００４１】１）と２）の酸素ラジカル条件の違いは、
酸素ラジカルの流量が、１）では５×１０13 （個／ｓ
・ｃｍ2）であるのに対して、 ２）では２×１０13（個
／ｓ・ｃｍ2）と減少したことである。薄膜蒸着後、両
者共に 良好な超伝導特性を持つ薄膜が得られた第３実
施例と同じ冷却条件、つまり、酸素流量＝０．６６ＣＣ
Ｍ、バックグラウンド酸素圧力＝１×１０-5Ｔｏｒｒ、
放電管内でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ2（入力電力
２５０Ｗ）の酸素ラジカ ル照射下で、冷却速度Ｃ＝３
００℃／ｈで成膜温度（＝７００℃）から室温まで冷却
した。
酸素ラジカルの流量が、１）では５×１０13 （個／ｓ
・ｃｍ2）であるのに対して、 ２）では２×１０13（個
／ｓ・ｃｍ2）と減少したことである。薄膜蒸着後、両
者共に 良好な超伝導特性を持つ薄膜が得られた第３実
施例と同じ冷却条件、つまり、酸素流量＝０．６６ＣＣ
Ｍ、バックグラウンド酸素圧力＝１×１０-5Ｔｏｒｒ、
放電管内でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ2（入力電力
２５０Ｗ）の酸素ラジカ ル照射下で、冷却速度Ｃ＝３
００℃／ｈで成膜温度（＝７００℃）から室温まで冷却
した。
【００４２】１）の薄膜蒸着条件（つまり第３実施例と
同じ。）で作製した薄膜は、第３実施例で示した様に、
オンセット臨界温度＝９０Ｋ、零抵抗臨界温度＝８７
Ｋ、ｃ軸長＝１１．６８Å（バルクの完全な超伝導体Ｙ
Ｂａ2Ｃｕ3０yの値と 等しい。）と良好な超伝導特性を
持っている。
同じ。）で作製した薄膜は、第３実施例で示した様に、
オンセット臨界温度＝９０Ｋ、零抵抗臨界温度＝８７
Ｋ、ｃ軸長＝１１．６８Å（バルクの完全な超伝導体Ｙ
Ｂａ2Ｃｕ3０yの値と 等しい。）と良好な超伝導特性を
持っている。
【００４３】しかし、２）の蒸着条件で作製した薄膜
は、オンセット臨界温度は９０Ｋであるが、零抵抗臨界
温度が５０Ｋと低下し、かつｃ軸長も１１．７５Åと長
くなり（これは酸素の取り込みが十分でない証拠であ
る。）、その超伝導特性は劣化している。従って、蒸着
レートＲ＝１Å／ｓで蒸着する場合に良好な超伝導特性
を得るための酸素ラジカル流量の臨界値は２×１０
13（個／ｓ・ｃｍ2）と５×１０13（個／ｓ・ｃｍ2）の
間にあると考えられる。ここでは、安全サイドに見積も
って、良好な超伝導特性を得た実績があるということ
で、臨界値を５×１０13（個／ｓ・ｃｍ2）とする。つ
まり、蒸着レートＲ＝１Å／ｓ で蒸着する場合に良好
な超伝導特性を得るためには、この臨界値（５×１０13
（個／ｓ・ｃｍ2））以上の酸素ラジカル流量を基板に
供給する必要がある。
は、オンセット臨界温度は９０Ｋであるが、零抵抗臨界
温度が５０Ｋと低下し、かつｃ軸長も１１．７５Åと長
くなり（これは酸素の取り込みが十分でない証拠であ
る。）、その超伝導特性は劣化している。従って、蒸着
レートＲ＝１Å／ｓで蒸着する場合に良好な超伝導特性
を得るための酸素ラジカル流量の臨界値は２×１０
13（個／ｓ・ｃｍ2）と５×１０13（個／ｓ・ｃｍ2）の
間にあると考えられる。ここでは、安全サイドに見積も
って、良好な超伝導特性を得た実績があるということ
で、臨界値を５×１０13（個／ｓ・ｃｍ2）とする。つ
まり、蒸着レートＲ＝１Å／ｓ で蒸着する場合に良好
な超伝導特性を得るためには、この臨界値（５×１０13
（個／ｓ・ｃｍ2））以上の酸素ラジカル流量を基板に
供給する必要がある。
【００４４】一方 、蒸着レートが増加すると、当然必
要な単位時間、単位面積当りの酸素ラジカル流量、つま
り酸素ラジカル流量も蒸着レートに比例して増加させる
必要がある。従って、蒸着レートＲ（Å／ｓ）の場合の
臨界酸素ラジカル流量値は、５×１０13×Ｒ（個／ｓ・
ｃｍ2）となる。従って、蒸着レートＲ（Å／ｓ）で蒸
着する場合に 良好な超伝導特性を得るためには、この
臨界値（５×１０13×Ｒ（個／ｓ・ｃｍ2 )）以上の酸
素ラジカル流量を基板に供給する必要がある。
要な単位時間、単位面積当りの酸素ラジカル流量、つま
り酸素ラジカル流量も蒸着レートに比例して増加させる
必要がある。従って、蒸着レートＲ（Å／ｓ）の場合の
臨界酸素ラジカル流量値は、５×１０13×Ｒ（個／ｓ・
ｃｍ2）となる。従って、蒸着レートＲ（Å／ｓ）で蒸
着する場合に 良好な超伝導特性を得るためには、この
臨界値（５×１０13×Ｒ（個／ｓ・ｃｍ2 )）以上の酸
素ラジカル流量を基板に供給する必要がある。
【００４５】（第５実施例）第５実施例では、第３実施
例において良好な超伝導特性を持つ薄膜を得るための冷
却条件を示す。
例において良好な超伝導特性を持つ薄膜を得るための冷
却条件を示す。
【００４６】酸素ラジカルを照射した状態でＫセルによ
り金属Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを同時に蒸発させ基板６上に薄膜
を形成した。
り金属Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを同時に蒸発させ基板６上に薄膜
を形成した。
【００４７】蒸着条件は、第３実施例を全く同じで、酸
素流量＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド圧力＝１×
１０-5Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ／
ｃｍ2（入力電力２５０ Ｗ）、基板温度＝７００℃、蒸
着レートＲ＝１Å／ｓである。酸素ラジカル流量は、５
×１０13（個／ｓ・ｃｍ2）である。
素流量＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド圧力＝１×
１０-5Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ／
ｃｍ2（入力電力２５０ Ｗ）、基板温度＝７００℃、蒸
着レートＲ＝１Å／ｓである。酸素ラジカル流量は、５
×１０13（個／ｓ・ｃｍ2）である。
【００４８】薄膜蒸着後、蒸着時と同じ酸素ラジカル
照射条件下、つまり、酸素ラジカル流量＝０．６６ＣＣ
Ｍ、バックグラウンド酸素圧力＝１×１０-5Ｔｏｒｒ、
放電管内でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ2（入 力電力
２５０Ｗ）で（従って、酸素ラジカルの流量は５×１０
13（個／ｓ・ｃｍ2 ））、冷却速度Ｃ（℃／ｈ）をパラ
メータとして成膜温度（＝７００℃）から室温で冷却し
た。
照射条件下、つまり、酸素ラジカル流量＝０．６６ＣＣ
Ｍ、バックグラウンド酸素圧力＝１×１０-5Ｔｏｒｒ、
放電管内でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ2（入 力電力
２５０Ｗ）で（従って、酸素ラジカルの流量は５×１０
13（個／ｓ・ｃｍ2 ））、冷却速度Ｃ（℃／ｈ）をパラ
メータとして成膜温度（＝７００℃）から室温で冷却し
た。
【００４９】図４はオンセット臨界温度、零抵抗臨界温
度、ｃ軸長の冷却速度Ｃ（℃／ｈ）に対する依存性を示
すグラフである。冷却速度Ｃ（℃／ｈ）が約３００（℃
／ｈ）以下で、オンセット臨界温度９０Ｋ、零抵抗臨界
温度＝８７Ｋ、ｃ軸長＝１１．６８Å（バルクの完全な
超伝導体ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏyの値と等しい。）と良好な超
伝導特性を 持つ薄膜を得ることができる。つまり、酸
素ラジカル流量が５×１０13個／ｓ・ｃｍ2の場合は、
約３００（℃／ｈ）以下の速度で冷却すれば良好な超伝
導特性 を持つ薄膜を形成できる。
度、ｃ軸長の冷却速度Ｃ（℃／ｈ）に対する依存性を示
すグラフである。冷却速度Ｃ（℃／ｈ）が約３００（℃
／ｈ）以下で、オンセット臨界温度９０Ｋ、零抵抗臨界
温度＝８７Ｋ、ｃ軸長＝１１．６８Å（バルクの完全な
超伝導体ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏyの値と等しい。）と良好な超
伝導特性を 持つ薄膜を得ることができる。つまり、酸
素ラジカル流量が５×１０13個／ｓ・ｃｍ2の場合は、
約３００（℃／ｈ）以下の速度で冷却すれば良好な超伝
導特性 を持つ薄膜を形成できる。
【００５０】また、良好な超伝導特性を得るための冷却
速度を上げるためには、単位時間、単位面積当りに供給
される酸素ラジカル量、つまり酸素ラジカル流量を冷却
速度に比例して増加させる必要がある。従って、冷却速
度Ｃ（℃／ｈ）の場合に必要な酸素ラジカル流量値は、
５×１０13（個／ｓ・ｃｍ2 ）／３００（℃／ｈ）×Ｃ
（℃／ｈ）、つまり約１．７×１０11×Ｃ（個／ｓ・ｃ
ｍ2）となる。従って、冷却温度Ｃ（℃／ｈ）の場合に
良好な超伝導特性を得る ためには、この臨界値（約
１．７×１０11×Ｃ（個／ｓ・ｃｍ2））以上の酸素 ラ
ジカル流量を基板に供給する必要がある。
速度を上げるためには、単位時間、単位面積当りに供給
される酸素ラジカル量、つまり酸素ラジカル流量を冷却
速度に比例して増加させる必要がある。従って、冷却速
度Ｃ（℃／ｈ）の場合に必要な酸素ラジカル流量値は、
５×１０13（個／ｓ・ｃｍ2 ）／３００（℃／ｈ）×Ｃ
（℃／ｈ）、つまり約１．７×１０11×Ｃ（個／ｓ・ｃ
ｍ2）となる。従って、冷却温度Ｃ（℃／ｈ）の場合に
良好な超伝導特性を得る ためには、この臨界値（約
１．７×１０11×Ｃ（個／ｓ・ｃｍ2））以上の酸素 ラ
ジカル流量を基板に供給する必要がある。
【００５１】（第６実施例）第６実施例では、第３実施
例において、第５実施例と同様良好な超伝導特性を持つ
薄膜を得るための冷却条件を示す。
例において、第５実施例と同様良好な超伝導特性を持つ
薄膜を得るための冷却条件を示す。
【００５２】酸素ラジカルを照射した状態でＫセルによ
り金属Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを同時に蒸発させ基板６上に薄膜
を形成した。
り金属Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを同時に蒸発させ基板６上に薄膜
を形成した。
【００５３】蒸着条件は、第３実施例と全く同じで、酸
素流量＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド酸素圧力＝
１×１０-5Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力密度＝１１
Ｗ／ｃｍ2（入力電力２５０Ｗ）、基板温度７００℃、
蒸着レートＲ＝１Å／ｓである 。酸素ラジカルの流量
は、５×１０13（個／ｓ・ｃｍ2）である。
素流量＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド酸素圧力＝
１×１０-5Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力密度＝１１
Ｗ／ｃｍ2（入力電力２５０Ｗ）、基板温度７００℃、
蒸着レートＲ＝１Å／ｓである 。酸素ラジカルの流量
は、５×１０13（個／ｓ・ｃｍ2）である。
【００５４】薄膜蒸着後、蒸着 時と同じ酸素ラジカル
照射条件下、つまり、酸素流量＝０．６６ＣＣＭ、バッ
クグラウンド圧力＝１×１０-5Ｔｏｒｒ、放電管内での
ＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ2（入力電力２５０Ｗ）で
（従って、酸素ラジカルの流量は５×１０13（個／ｓ・
ｃｍ2））、成膜温度（＝７００℃）から４００℃〜５
００℃の一定の温度まで 急冷した後、その温度で保持
時間ｔ（ｍｉｎ．）保持し、再び室温まで急冷した。
照射条件下、つまり、酸素流量＝０．６６ＣＣＭ、バッ
クグラウンド圧力＝１×１０-5Ｔｏｒｒ、放電管内での
ＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ2（入力電力２５０Ｗ）で
（従って、酸素ラジカルの流量は５×１０13（個／ｓ・
ｃｍ2））、成膜温度（＝７００℃）から４００℃〜５
００℃の一定の温度まで 急冷した後、その温度で保持
時間ｔ（ｍｉｎ．）保持し、再び室温まで急冷した。
【００５５】図５に、オンセット臨界温度、ｃ軸長の、
４００℃〜５００℃の一定温度（ここでは４５０℃に設
定。）での保持時間ｔ（ｍｉｎ．）依存性を示すグラフ
である。保持時間ｔ（ｍｉｎ．）が約２０（ｍｉｎ．）
以上で、オンセット臨界温度９０Ｋ、零抵抗臨界温度＝
８７Ｋ、ｃ軸長＝１１．６８Å（バルクの完全な超伝導
体ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏyの値と等しい。）と良好な超伝導特
性を持つ薄膜を得ることができる。
４００℃〜５００℃の一定温度（ここでは４５０℃に設
定。）での保持時間ｔ（ｍｉｎ．）依存性を示すグラフ
である。保持時間ｔ（ｍｉｎ．）が約２０（ｍｉｎ．）
以上で、オンセット臨界温度９０Ｋ、零抵抗臨界温度＝
８７Ｋ、ｃ軸長＝１１．６８Å（バルクの完全な超伝導
体ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏyの値と等しい。）と良好な超伝導特
性を持つ薄膜を得ることができる。
【００５６】つまり 、酸素ラジカル流量が５×１０13
（個／ｓ・ｃｍ2）の場合は、４００℃〜５００℃ の一
定温度（ここでは４５０℃に設定）で２０（ｍｉｎ．）
以上保持すれば良好な超伝導特性を持つ薄膜を形成でき
る。
（個／ｓ・ｃｍ2）の場合は、４００℃〜５００℃ の一
定温度（ここでは４５０℃に設定）で２０（ｍｉｎ．）
以上保持すれば良好な超伝導特性を持つ薄膜を形成でき
る。
【００５７】また、良好な超伝導特性を得るための保持
時間を短縮するためには、単位時間、単位面積当りに供
給される酸素ラジカル量、つまり酸素ラジカル流量を保
持時間に逆比例して増加させる必要がある。
時間を短縮するためには、単位時間、単位面積当りに供
給される酸素ラジカル量、つまり酸素ラジカル流量を保
持時間に逆比例して増加させる必要がある。
【００５８】従って、保持時間ｔ（ｍｉｎ．）の場合に
必要な酸素ラジカル流量値は、５×１０13（個／ｓ・ｃ
ｍ2）×２０（ｍｉｎ．）／ｔ（ｍｉｎ．）、つまり約
１×１ ０15／ｔ（個／ｓ・ｃｍ2）となる。従って、保
持時間ｔ（ｍｉｎ．）の場合に 良好な超伝導性特性を
得るためには、この臨界値（約１×１０15／ｔ（個／ｓ
・ｃｍ2））以上の流量の酸素ラジカルを基板に供給す
る必要がある。
必要な酸素ラジカル流量値は、５×１０13（個／ｓ・ｃ
ｍ2）×２０（ｍｉｎ．）／ｔ（ｍｉｎ．）、つまり約
１×１ ０15／ｔ（個／ｓ・ｃｍ2）となる。従って、保
持時間ｔ（ｍｉｎ．）の場合に 良好な超伝導性特性を
得るためには、この臨界値（約１×１０15／ｔ（個／ｓ
・ｃｍ2））以上の流量の酸素ラジカルを基板に供給す
る必要がある。
【００５９】以上、反応性共蒸着法、及びＹＢａＣｕＯ
ｙ系酸化物超伝導体薄膜を例として説明したが、その他
の高温酸化物超伝導体薄膜、及び高温酸化物超伝導体薄
膜作製法、例えばスパッタ法、レーザ蒸着法でも、酸素
ラジカルが酸素分子に比べて活性である特性を反映した
効果を同様に実現できる。
ｙ系酸化物超伝導体薄膜を例として説明したが、その他
の高温酸化物超伝導体薄膜、及び高温酸化物超伝導体薄
膜作製法、例えばスパッタ法、レーザ蒸着法でも、酸素
ラジカルが酸素分子に比べて活性である特性を反映した
効果を同様に実現できる。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、薄膜蒸
着中、及びその冷却過程において、基板近傍に酸素分子
に比べ化学的には活性な酸素ラジカルを照射することを
特徴とする。良好な超伝導体薄膜を得るために必要な蒸
着時、及び冷却時のバックグラウンド酸素圧力を桁違い
に低減できる。そのため、蒸着源、ヒータ等の真空部品
に対するイメージを大きく低減できる。また、酸素ラジ
カル照射条件等の薄膜形成条件を定量的に示したため、
良好な超伝導特性を持つ薄膜を容易に実現できる。
着中、及びその冷却過程において、基板近傍に酸素分子
に比べ化学的には活性な酸素ラジカルを照射することを
特徴とする。良好な超伝導体薄膜を得るために必要な蒸
着時、及び冷却時のバックグラウンド酸素圧力を桁違い
に低減できる。そのため、蒸着源、ヒータ等の真空部品
に対するイメージを大きく低減できる。また、酸素ラジ
カル照射条件等の薄膜形成条件を定量的に示したため、
良好な超伝導特性を持つ薄膜を容易に実現できる。
【図１】 本発明の第１実施例に係る反応性共蒸着装置
例の概略図。
例の概略図。
【図２】 本発明の第２実施例に係る酸素ラジカル源の
概略図。
概略図。
【図３】 本発明の第３実施例により形成した高温酸化
物超伝導体薄膜の抵抗の温度変化を示すグラフ図
物超伝導体薄膜の抵抗の温度変化を示すグラフ図
【図４】 本発明の第５実施例におけるオンセット臨界
温度、零抵抗臨界温度、ｃ軸長の冷却温度Ｃ（℃／ｈ）
依存性を示すグラフ
温度、零抵抗臨界温度、ｃ軸長の冷却温度Ｃ（℃／ｈ）
依存性を示すグラフ
【図５】 本発明の第６実施例におけるオンセット臨界
温度、零抵抗臨界温度、ｃ軸長の、４００℃〜５００℃
の一定温度（ここでは４５０℃に設定。）での保持時間
ｔ（ｍｉｎ．）依存性を示すグラフ
温度、零抵抗臨界温度、ｃ軸長の、４００℃〜５００℃
の一定温度（ここでは４５０℃に設定。）での保持時間
ｔ（ｍｉｎ．）依存性を示すグラフ
【図６】 従来例に係る反応性共蒸着装置の概略図。
１……蒸着源ＥＢガン（Ｂａ用）、２……蒸着源ＥＢガ
ン（Ｙ用）、３……蒸着源抵抗加熱、４……抵抗加熱蒸
着源用ヒータ、５……基板加熱ヒータ、６……基板、７
……酸素吹き付け用ノズル、８……蒸着源、９……酸素
ラジカル源、１０……放電管、１１……ＲＦコイル、１
２……微細穴、１３……アパーチャ。
ン（Ｙ用）、３……蒸着源抵抗加熱、４……抵抗加熱蒸
着源用ヒータ、５……基板加熱ヒータ、６……基板、７
……酸素吹き付け用ノズル、８……蒸着源、９……酸素
ラジカル源、１０……放電管、１１……ＲＦコイル、１
２……微細穴、１３……アパーチャ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡ Ｈ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡＢ
Claims (7)
- 【請求項１】 薄膜形成時に、複数の微細穴を有するア
パチャーを用いて基板表面全体への供給量が一様となる
ように、基板近傍に酸素ラジカルを照射することを特徴
とする高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法。 - 【請求項２】 薄膜形成後の冷却時に、複数の微細穴を
有するアパチャーを用いて基板表面全体への供給量が一
様となるように、基板近傍に酸素ラジカルを照射するこ
とを特徴とする高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法。 - 【請求項３】 基板における成膜レートをＲ（Å／ｓ）
とすると、供給する酸素ラジカルのフラックス流量を約
５×１０１３×Ｒ（個／ｓ・ｃｍ２）以上とすることを
特徴とする請求項１記載の高温酸化物超伝導体薄膜の製
造方法。 - 【請求項４】 冷却速度をＣ（℃／ｈ）とすると、供給
する酸素ラジカルのフラックス流量を約１．７×１０
１１×Ｃ（個／ｓ・ｃｍ２）以上とすることを特徴とす
る請求項２記載の高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法。 - 【請求項５】 冷却途中において、基板を、４００℃〜
５００℃の温度に保持時間ｔ（ｍｉｎ．）の間保持し、
その間に供給する酸素ラジカルのフラックス流量を約１
×１０１５／ｔ（個／ｓ・ｃｍ２）以上とすることを特
徴とする請求項２または４記載の高温酸化物超伝導体薄
膜の製造方法。 - 【請求項６】 酸素の高周波放電によりプラズマガスを
発生させ、そのプラズマを微細穴を通すことにより酸素
ラジカルを生成することを特徴とする請求項１ないし請
求項５のいずれか１項記載の高温酸化物超伝導体薄膜の
製造方法。 - 【請求項７】 内部に基板を保持するための手段を有
し、かつ、酸素ラジカルを該基板近傍に照射させる手段
を設けた酸化物超伝導体の反応性成膜装置において、前
記酸素ラジカルを基板近傍に照射させる手段は、酸素を
プラズマ化させるための放電管の出口に、複数の微細穴
を有するアパチャーを設けることによって基板表面全体
への供給量が一様としたことを特徴とする高温酸化物超
伝導体薄膜の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3045865A JP2848977B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法及び製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3045865A JP2848977B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法及び製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04265206A JPH04265206A (ja) | 1992-09-21 |
| JP2848977B2 true JP2848977B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=12731108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3045865A Expired - Fee Related JP2848977B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法及び製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2848977B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5801755B2 (ja) * | 2012-05-28 | 2015-10-28 | 日本電信電話株式会社 | 超伝導体の作製方法 |
| JP7360647B2 (ja) * | 2019-05-28 | 2023-10-13 | 国立大学法人東北大学 | 超伝導デバイスの製造方法及び超伝導デバイス |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0350104A (ja) * | 1989-07-18 | 1991-03-04 | Fujitsu Ltd | 酸化物超伝導体薄膜の製造方法および製造装置 |
| JP2854623B2 (ja) * | 1989-09-05 | 1999-02-03 | 株式会社東芝 | 酸化物超電導体薄膜の製造方法 |
| JP2533233B2 (ja) * | 1990-09-25 | 1996-09-11 | 理化学研究所 | 酸化物超伝導薄膜の製造法 |
-
1991
- 1991-02-18 JP JP3045865A patent/JP2848977B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04265206A (ja) | 1992-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5212148A (en) | Method for manufacturing oxide superconducting films by laser evaporation | |
| US4912087A (en) | Rapid thermal annealing of superconducting oxide precursor films on Si and SiO2 substrates | |
| JP2848977B2 (ja) | 高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法及び製造装置 | |
| US4980338A (en) | Method of producing superconducting ceramic patterns by etching | |
| Venkatesan et al. | Laser processing of high-T/sub c/superconducting thin films | |
| EP0526326B2 (en) | Method for preparing a superconducting thin film of compound oxide | |
| EP0505112B1 (en) | Bi-Sr-Ca-Cu-O system superconducting thin film and method of forming the same | |
| JP2854623B2 (ja) | 酸化物超電導体薄膜の製造方法 | |
| EP0565455B1 (en) | Process for preparing superconducting thin film formed of oxide superconductor material | |
| US5219834A (en) | Process for producing a superconducting transistor | |
| US5106819A (en) | Oxide superconducting tunnel junctions and manufacturing method for the same | |
| JP2713343B2 (ja) | 超電導回路の作製方法 | |
| US5731270A (en) | Oxide superconductor and method and apparatus for fabricating the same | |
| US4981839A (en) | Method of forming superconducting oxide films using zone annealing | |
| JP2539458B2 (ja) | 超電導薄膜の製造方法及び装置 | |
| JP2818701B2 (ja) | 酸化物高温超電導体の表面処理方法 | |
| JP3418983B2 (ja) | 高温超伝導性酸化物薄膜の沈積方法 | |
| Scheuermann et al. | Magnetron Sputtering High Tc Films From Metal Alloy Targets | |
| JP2835235B2 (ja) | 酸化物超電導体薄膜の形成方法 | |
| DiIorio | Preparation of high Tc YBa2Cu3O7-x thin films | |
| JP3169278B2 (ja) | 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 | |
| Prakash et al. | Growth of large-area YBa2Cu3O7− x films by activated reactive evaporation | |
| JPH01317122A (ja) | 超伝導体とその製造方法 | |
| JPH05270830A (ja) | 蒸着膜作製法および蒸着膜作製装置 | |
| JPH0714815B2 (ja) | Ｙｂｃｏ系酸化物高温超電導薄膜の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |