JP2853161B2 - 酸化物超電導膜の製造方法 - Google Patents
酸化物超電導膜の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、酸化物超電導膜の製造方法に関するもの
で、特に、レーザアブレーションないしはレーザ蒸着技
術を用いる酸化物超電導膜の製造方法に関するものであ
る。
で、特に、レーザアブレーションないしはレーザ蒸着技
術を用いる酸化物超電導膜の製造方法に関するものであ
る。
［従来の技術］ 近年レーザ装置の発展に伴い、レーザビームをターゲ
ットに照射して、ターゲット材料を蒸発またはスパッタ
し、基板上に成膜させる、レーザ蒸着成膜技術が提案さ
れている。たとえば、川澄博通編「最先端レーザ加工技
術」（CMC出版）参照。
ットに照射して、ターゲット材料を蒸発またはスパッタ
し、基板上に成膜させる、レーザ蒸着成膜技術が提案さ
れている。たとえば、川澄博通編「最先端レーザ加工技
術」（CMC出版）参照。
このようなレーザ蒸着成膜技術の特徴として、 （１）一般に成膜速度が大きいこと。
（２）組成の制御が容易であること。
が挙げられる。
特に、0.5〜1J/cm2以上の高いエネルギ密度を有する
エキシマパルスレーザビームを使用したレーザアブレー
ションは、光化学反応による低温化が図れる技術であ
り、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系、Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系等の酸化
物超電導薄膜の形成手段として脚光を浴びている。たと
えば、C.C.Chang他,Appl.Phys.Lett.53,517（1988）参
照。
エキシマパルスレーザビームを使用したレーザアブレー
ションは、光化学反応による低温化が図れる技術であ
り、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系、Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系等の酸化
物超電導薄膜の形成手段として脚光を浴びている。たと
えば、C.C.Chang他,Appl.Phys.Lett.53,517（1988）参
照。
［発明が解決しようとする課題］ レーザアブレーションによる成膜の速度は、用いるレ
ーザビームの周波数に比例することがわかっている。し
かしながら、レーザビームの周波数を単純に高くする
と、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系やBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系等の酸化
物超電導膜を形成しようとする場合、そのような超電導
膜に含まれるべき酸素の導入が、高すぎる成膜速度のゆ
えに、行なわれにくくなる。酸化物超電導体の場合、酸
素が不足すると、臨界温度Tcが低くなるので、単に成膜
速度を向上させる目的のために、レーザビームの周波数
を高くすることは、単純にはできないという問題があ
る。
ーザビームの周波数に比例することがわかっている。し
かしながら、レーザビームの周波数を単純に高くする
と、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系やBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系等の酸化
物超電導膜を形成しようとする場合、そのような超電導
膜に含まれるべき酸素の導入が、高すぎる成膜速度のゆ
えに、行なわれにくくなる。酸化物超電導体の場合、酸
素が不足すると、臨界温度Tcが低くなるので、単に成膜
速度を向上させる目的のために、レーザビームの周波数
を高くすることは、単純にはできないという問題があ
る。
より具体的に説明すると、レーザアブレーションによ
れば、たとえばArFガスレーザを用いて、Ｙ−Ba−Cu−
Ｏ膜を成膜すると、１個のパルスあたり、約１〜２Åの
厚みの成膜が行なえるので、たとえば、5Hzのレーザビ
ームを用いて成膜を行なうと、１時間あたり、18000Å
〜36000Åの厚みの成膜が行なえることになる。しかし
ながら、たとえば10Hzのレーザビームで成膜を行なう
と、計算上は、単位時間あたり、２倍の成膜量を得るこ
とができることになるが、成膜速度が速すぎるため、形
成された酸化物超電導膜に対して酸素の導入を十分に行
なうことができないという問題がある。
れば、たとえばArFガスレーザを用いて、Ｙ−Ba−Cu−
Ｏ膜を成膜すると、１個のパルスあたり、約１〜２Åの
厚みの成膜が行なえるので、たとえば、5Hzのレーザビ
ームを用いて成膜を行なうと、１時間あたり、18000Å
〜36000Åの厚みの成膜が行なえることになる。しかし
ながら、たとえば10Hzのレーザビームで成膜を行なう
と、計算上は、単位時間あたり、２倍の成膜量を得るこ
とができることになるが、成膜速度が速すぎるため、形
成された酸化物超電導膜に対して酸素の導入を十分に行
なうことができないという問題がある。
そこで、この発明の目的は、高い成膜速度の下であっ
ても、十分な酸素の導入を図ることができる、酸化物超
電導膜の製造方法を提供することである。
ても、十分な酸素の導入を図ることができる、酸化物超
電導膜の製造方法を提供することである。
［課題を解決するための手段］ この発明に係る酸化物超電導膜の製造方法は、エキシ
マパルスレーザビームを酸化物超電導材料からなるター
ゲットに照射し、ターゲットより飛散した原子および／
または分子を酸素含有雰囲気下で加熱した基板の第１の
部分上に堆積させる蒸着ステップと、加熱した基板を移
動させ、ターゲットより飛散した原子および／または分
子を、酸素含有雰囲気下で加熱した基板の第１の部分と
は異なる第２の部分上に堆積させながら、加熱した基板
の第１の部分で酸素アニールを行なう酸素アニールステ
ップと、を備えるとともに、蒸着ステップと酸素アニー
ルステップとを繰返すことを特徴としている。
マパルスレーザビームを酸化物超電導材料からなるター
ゲットに照射し、ターゲットより飛散した原子および／
または分子を酸素含有雰囲気下で加熱した基板の第１の
部分上に堆積させる蒸着ステップと、加熱した基板を移
動させ、ターゲットより飛散した原子および／または分
子を、酸素含有雰囲気下で加熱した基板の第１の部分と
は異なる第２の部分上に堆積させながら、加熱した基板
の第１の部分で酸素アニールを行なう酸素アニールステ
ップと、を備えるとともに、蒸着ステップと酸素アニー
ルステップとを繰返すことを特徴としている。
第１図を参照して、より具体的に説明すると、ターゲ
ット１にレーザビーム２を照射すると、ターゲット１に
対向して配置された基板３の第１の部分４上に成膜が施
される。このような成膜は、酸素含有雰囲気下で実施さ
れる。また、基板３は、矢印5,6,7,8で示す方向に移動
可能である。したがって、基板３がいずれかの方向に移
動されたとき、基板３の前述した第１の部分４とは異な
る第２の部分上で次の成膜が行なわれる。このとき、酸
素含有雰囲気下に置かれている基板３の既に成膜された
第１の部分４では、酸素アニールが行なわれ、形成され
た酸化物超電導膜への十分な酸素の導入を行なうことが
できる。以下、所望の厚みの酸化物超電導膜が得られる
まで、上述の蒸着と酸素アニールとが交互に繰返され
る。
ット１にレーザビーム２を照射すると、ターゲット１に
対向して配置された基板３の第１の部分４上に成膜が施
される。このような成膜は、酸素含有雰囲気下で実施さ
れる。また、基板３は、矢印5,6,7,8で示す方向に移動
可能である。したがって、基板３がいずれかの方向に移
動されたとき、基板３の前述した第１の部分４とは異な
る第２の部分上で次の成膜が行なわれる。このとき、酸
素含有雰囲気下に置かれている基板３の既に成膜された
第１の部分４では、酸素アニールが行なわれ、形成され
た酸化物超電導膜への十分な酸素の導入を行なうことが
できる。以下、所望の厚みの酸化物超電導膜が得られる
まで、上述の蒸着と酸素アニールとが交互に繰返され
る。
この発明において、好ましくは、レーザビームの周波
数が10Hz以上に選ばれる。
数が10Hz以上に選ばれる。
［発明の作用および効果］ 従来、レーザアブレーションにより、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ
系やBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系の酸化物超電導膜の成膜を行
なう場合、用いるレーザビームの周波数を10Hz未満に落
としていたが、一般に、レーザビームの周波数は、60Hz
〜100Hzにまで上げることができ、レーザ装置の能力を
十分に引出し、単位時間あたりの成膜量を多くするため
には、レーザビームの周波数を高くすることが望まし
い。
系やBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系の酸化物超電導膜の成膜を行
なう場合、用いるレーザビームの周波数を10Hz未満に落
としていたが、一般に、レーザビームの周波数は、60Hz
〜100Hzにまで上げることができ、レーザ装置の能力を
十分に引出し、単位時間あたりの成膜量を多くするため
には、レーザビームの周波数を高くすることが望まし
い。
この発明によれば、基板を移動させることにより、た
とえば50Åの成膜を行なった後、別の部分で成膜し、先
に成膜した部分を酸素アニールすることにより十分な酸
素の導入が可能になる。したがって、たとえば10Hz以上
の周波数のレーザビームを使用することができ、レーザ
装置の能力を十分に引出すことができる。
とえば50Åの成膜を行なった後、別の部分で成膜し、先
に成膜した部分を酸素アニールすることにより十分な酸
素の導入が可能になる。したがって、たとえば10Hz以上
の周波数のレーザビームを使用することができ、レーザ
装置の能力を十分に引出すことができる。
このように、この発明によれば、高い周波数のレーザ
ビームを利用して、超電導特性を損なうことなく、酸化
物超電導膜の成膜を高速で行なうことができる。したが
って、磁気シールドや超電導線材のように、超電導膜を
大量に成膜する必要のある分野に利用すると、特に効果
的である。
ビームを利用して、超電導特性を損なうことなく、酸化
物超電導膜の成膜を高速で行なうことができる。したが
って、磁気シールドや超電導線材のように、超電導膜を
大量に成膜する必要のある分野に利用すると、特に効果
的である。
［実施例］ 以下に、この発明に係る実施例を説明するに先立ち、
次のような比較例を紹介しておく。
次のような比較例を紹介しておく。
比較例 Y1Ba2Cu3O6.9のターゲットを使用して、ArFガスレー
ザによるレーザ蒸着を、酸素圧力200mTorrの雰囲気下で
行なった。MgO基板を用い、ターゲット・基板間距離を4
0mmとし、基板温度を700℃とした。また、レーザビーム
のエネルギ密度を、1J/pulesとし、その周波数を1Hz〜5
0Hzの範囲で変化させ、この範囲内でのいくつかの周波
数について、それぞれ１時間の成膜を行ない、得られた
成膜重量と臨界温度Tcを求め、それらの結果を第２図お
よび第３図に示した。
ザによるレーザ蒸着を、酸素圧力200mTorrの雰囲気下で
行なった。MgO基板を用い、ターゲット・基板間距離を4
0mmとし、基板温度を700℃とした。また、レーザビーム
のエネルギ密度を、1J/pulesとし、その周波数を1Hz〜5
0Hzの範囲で変化させ、この範囲内でのいくつかの周波
数について、それぞれ１時間の成膜を行ない、得られた
成膜重量と臨界温度Tcを求め、それらの結果を第２図お
よび第３図に示した。
第２図からわかるように、成膜重量は、周波数の増加
とともに大きくなるが、第３図に示すように、周波数が
10Hz以上では、得られた超電導膜の臨界温度Tcが77K未
満となり、液体窒素中では超電導を示さなくなる。
とともに大きくなるが、第３図に示すように、周波数が
10Hz以上では、得られた超電導膜の臨界温度Tcが77K未
満となり、液体窒素中では超電導を示さなくなる。
次に、この発明の実施例について説明する。
実施例 上述の比較例と同様のターゲット材料、レーザ酸素含
有雰囲気、基板材料、基板温度、ターゲット・基板間距
離を適用した。なお、基板としては、第４図に示すよう
に、60mm×40mmの大きさのものを使用し、１秒ごとに
→→→→→→…というように、成膜域を移
動させた。レーザビームのエネルギ密度は、比較例と同
様、1J/pulseとしたが、周波数を40Hzとした。
有雰囲気、基板材料、基板温度、ターゲット・基板間距
離を適用した。なお、基板としては、第４図に示すよう
に、60mm×40mmの大きさのものを使用し、１秒ごとに
→→→→→→…というように、成膜域を移
動させた。レーザビームのエネルギ密度は、比較例と同
様、1J/pulseとしたが、周波数を40Hzとした。
１時間の成膜後、成膜重量を測定すると、52mgであ
り、また、臨界温度Tcを測定すると、90Kであった。
り、また、臨界温度Tcを測定すると、90Kであった。
このように、実施例と比較例とを比較すればわかるよ
うに、比較例では、レーザビーム周波数が40Hzの場合、
成膜重量は実施例とほとんど同じであるが、臨界温度Tc
は、4.2K以下であり、液体窒素中では超電導を示さなか
った。これに対し、実施例では、或る部分の成膜中に他
の部分に十分に酸素が導入される時間を与えることがで
きるため、高い臨界温度Tcを得ることができる。
うに、比較例では、レーザビーム周波数が40Hzの場合、
成膜重量は実施例とほとんど同じであるが、臨界温度Tc
は、4.2K以下であり、液体窒素中では超電導を示さなか
った。これに対し、実施例では、或る部分の成膜中に他
の部分に十分に酸素が導入される時間を与えることがで
きるため、高い臨界温度Tcを得ることができる。
第１図は、この発明の酸化物超電導膜の製造方法の原理
を示す図解的斜視図である。 第２図は、レーザビームの周波数と成膜重量との関係を
示す図である。 第３図は、レーザビーム周波数と臨界温度Tcとの関係を
示す図である。 第４図は、この発明の実施例において基板を移動させる
ことによって達成される成膜域の移動態様の一例を示す
基板の図解的平面図である。 図において、１はターゲット、２はレーザビーム、３は
基板、４は第１の部分、５〜８は基板の移動方向を示す
矢印である。
を示す図解的斜視図である。 第２図は、レーザビームの周波数と成膜重量との関係を
示す図である。 第３図は、レーザビーム周波数と臨界温度Tcとの関係を
示す図である。 第４図は、この発明の実施例において基板を移動させる
ことによって達成される成膜域の移動態様の一例を示す
基板の図解的平面図である。 図において、１はターゲット、２はレーザビーム、３は
基板、４は第１の部分、５〜８は基板の移動方向を示す
矢印である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (2)
- 【請求項１】エキシマパルスレーザビームを酸化物超電
導材料からなるターゲットに照射し、ターゲットより飛
散した原子および／または分子を酸素含有雰囲気下で加
熱した基板の第１の部分上に堆積させる蒸着ステップ
と、 前記加熱した基板を移動させ、前記ターゲットより飛散
した原子および／または分子を、酸素含有雰囲気下で加
熱した基板の第１の部分とは異なる第２の部分上に堆積
させながら、前記加熱した基板の前記第１の部分で酸素
アニールを行なう酸素アニールステップと、 を備えるとともに、 前記蒸着ステップと前記酸素アニールステップとを繰返
す、 ことを特徴とする、酸化物超電導膜の製造方法。 - 【請求項２】前記エキシマパルスレーザビームの周波数
が、10Hz以上であることを特徴とする、請求項１記載の
酸化物超電導膜の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1126847A JP2853161B2 (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 酸化物超電導膜の製造方法 |
| CA002016028A CA2016028C (en) | 1989-05-19 | 1990-05-03 | Method of fabricating oxide superconducting film |
| DE90108847T DE69004148T2 (de) | 1989-05-19 | 1990-05-10 | Verfahren zur Herstellung einer oxydsupraleitenden Schicht. |
| EP90108847A EP0398164B1 (en) | 1989-05-19 | 1990-05-10 | Method of fabricating oxide superconducting film |
| US07/819,588 US5206212A (en) | 1989-05-19 | 1992-01-09 | Fabrication of superconducting oxide films by laser ablation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1126847A JP2853161B2 (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 酸化物超電導膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02307807A JPH02307807A (ja) | 1990-12-21 |
| JP2853161B2 true JP2853161B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=14945335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1126847A Expired - Fee Related JP2853161B2 (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 酸化物超電導膜の製造方法 |
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