JP2861164B2 - 超電導薄膜の作製方法 - Google Patents
超電導薄膜の作製方法Info
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- 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
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- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (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、複合酸化物超電導薄膜の作製方法に関す
る。
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、1
987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
な応用の可能性が俄に取り沙汰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、1
987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
な応用の可能性が俄に取り沙汰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た。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、MBE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た。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、MBE法等の
各種蒸着法によって成膜される。
発明が解決しようとする課題 複合酸化物超電導材料は、薄膜として作製されること
によって、特に臨界電流密度等の点では画期的に特性が
向上した。しかしながら、超電導薄膜を実用的に利用す
るためにはまだ不十分である。
によって、特に臨界電流密度等の点では画期的に特性が
向上した。しかしながら、超電導薄膜を実用的に利用す
るためにはまだ不十分である。
そこで本発明は、成膜条件を最適化することによっ
て、臨界電流密度のより高い超電導薄膜を作製すること
ができる新規な作製方法を提供することをその目的とし
ている。
て、臨界電流密度のより高い超電導薄膜を作製すること
ができる新規な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、スパッタリング法により基板
上に複合酸化物超電導薄膜を作製する方法であって、タ
ーゲット表面の有効領域を、該ターゲットの表面と直角
な方向に投影した領域を避けて基板を配置して成膜処理
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。
上に複合酸化物超電導薄膜を作製する方法であって、タ
ーゲット表面の有効領域を、該ターゲットの表面と直角
な方向に投影した領域を避けて基板を配置して成膜処理
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、基板の成膜面がターゲットの正
面に位置しないように配置して成膜を行うことをその主
要な特徴としている。
面に位置しないように配置して成膜を行うことをその主
要な特徴としている。
即ち、複合酸化物超電導材料は、一般にその結晶構造
に対して顕著な異方性を有しており、特に臨界電流につ
いて考えると、結晶のｃ軸に対して直角な面内で超電導
電流が流れ易いことが知られている。このために、従来
から高い臨界電流密度を有する超電導薄膜を作製する場
合には、薄膜の結晶方位を揃えて結晶性を高めることが
重要であることが知られていた。ところが、このような
配慮にも関わらず、作製された超電導薄膜の結晶性は往
々にして乱れており、このために臨界電流密度の向上が
抑制されていることが見出された。また、従来の方法で
は薄膜中に酸素が不足することも臨界温度および臨界電
流密度が低い要因となっていた。
に対して顕著な異方性を有しており、特に臨界電流につ
いて考えると、結晶のｃ軸に対して直角な面内で超電導
電流が流れ易いことが知られている。このために、従来
から高い臨界電流密度を有する超電導薄膜を作製する場
合には、薄膜の結晶方位を揃えて結晶性を高めることが
重要であることが知られていた。ところが、このような
配慮にも関わらず、作製された超電導薄膜の結晶性は往
々にして乱れており、このために臨界電流密度の向上が
抑制されていることが見出された。また、従来の方法で
は薄膜中に酸素が不足することも臨界温度および臨界電
流密度が低い要因となっていた。
そこで、成膜中の酸化物薄膜の状態を子細に検討した
ところ、成膜中のターゲットと基板との位置関係が重要
な制御因子であることが見出された。即ち、通常スパッ
タリング法においては、ターゲットと基板とが互いに正
対するように配置されている。ところが、基板をターゲ
ットの正面に配置した場合、ターゲットからは高速二次
電子や中性粒子が放射されるので、ターゲットの正面に
配置された基板上の成膜面の配向性が乱されていること
が見出された。
ところ、成膜中のターゲットと基板との位置関係が重要
な制御因子であることが見出された。即ち、通常スパッ
タリング法においては、ターゲットと基板とが互いに正
対するように配置されている。ところが、基板をターゲ
ットの正面に配置した場合、ターゲットからは高速二次
電子や中性粒子が放射されるので、ターゲットの正面に
配置された基板上の成膜面の配向性が乱されていること
が見出された。
また、薄膜の結晶性を向上させるためには、低い成膜
速度が有利であることが知られている。このため、成膜
時の印加電力を低くする必要があるので、成膜雰囲気中
の酸素を十分に活性化させることができず、結果的に超
電導特性が低くなっていた。
速度が有利であることが知られている。このため、成膜
時の印加電力を低くする必要があるので、成膜雰囲気中
の酸素を十分に活性化させることができず、結果的に超
電導特性が低くなっていた。
これに対して、本発明によれば、基板の成膜面がター
ゲットと正対しないように配置することによってこれら
の問題が解決される。即ち、ターゲットの正面を避けて
基板を配置することによって、ターゲットから放射され
る高速二次電子や中性粒子を避けることができると共
に、著しく成膜速度が低下するので、大きな電力を印加
して酸素を活性化させ、薄膜を十分に酸化することがで
きる。
ゲットと正対しないように配置することによってこれら
の問題が解決される。即ち、ターゲットの正面を避けて
基板を配置することによって、ターゲットから放射され
る高速二次電子や中性粒子を避けることができると共
に、著しく成膜速度が低下するので、大きな電力を印加
して酸素を活性化させ、薄膜を十分に酸化することがで
きる。
このように、本発明に係る方法によれば、薄膜中の酸
化物超電導体の結晶性を向上させることができ、より高
い臨界電流密度を有する酸化物超電導薄膜を、成膜後の
熱処理なしに作製することができる。
化物超電導体の結晶性を向上させることができ、より高
い臨界電流密度を有する酸化物超電導薄膜を、成膜後の
熱処理なしに作製することができる。
尚、本発明に係る方法は、その配向性が超電導特性に
影響するような酸化物超電導材料の薄膜化に一般的に適
用できる。
影響するような酸化物超電導材料の薄膜化に一般的に適
用できる。
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
の技術的範囲を限定するものではない。
実施例１ 第１図（ａ）は、RFスパッタリング法により本発明に
係る超電導薄膜の作製方法を実施する際に使用すること
ができるスパッタリング装置のレイアウトを概略的に示
す図である。
係る超電導薄膜の作製方法を実施する際に使用すること
ができるスパッタリング装置のレイアウトを概略的に示
す図である。
同図に示すように、この装置では、真空槽１の内部
に、ターゲット２のホルダを兼ねた高周波電極３と、接
地面を兼ね且つヒータ７を内蔵した基板ホルダ５が設け
られている。ここで、基板ホルダ５は、ターゲット２の
正面の位置Ａと、ターゲット２の正面の領域（図中に点
線で示す）を避けた位置Ｂとの２箇所に基板６を保持す
ることができるように構成されている。
に、ターゲット２のホルダを兼ねた高周波電極３と、接
地面を兼ね且つヒータ７を内蔵した基板ホルダ５が設け
られている。ここで、基板ホルダ５は、ターゲット２の
正面の位置Ａと、ターゲット２の正面の領域（図中に点
線で示す）を避けた位置Ｂとの２箇所に基板６を保持す
ることができるように構成されている。
第１図（ａ）に示したようなスパッタリング装置を使
用して、実際に超電導薄膜の作製を行った。基板として
直径20mmφのMgO単結晶基板を使用し、その（100）面を
成膜面として、下記の第１表に示すような成膜条件で２
個の試料を作製した。ここで、試料は、第１図（ａ）
中の位置Ａに、また、試料は、第１図（ａ）中の位置
Ｂにそれぞれ配置した。
用して、実際に超電導薄膜の作製を行った。基板として
直径20mmφのMgO単結晶基板を使用し、その（100）面を
成膜面として、下記の第１表に示すような成膜条件で２
個の試料を作製した。ここで、試料は、第１図（ａ）
中の位置Ａに、また、試料は、第１図（ａ）中の位置
Ｂにそれぞれ配置した。
上記のような成膜条件で、互いに成膜速度が等しくな
るようにして作製した各試料およびに対して、Ｘ線
回折によってその配向性を調べた。第１図（ｂ）は試料
の、第１図（ｃ）は試料のそれぞれＸ線回折を示し
ている。第１図（ｂ）および（ｃ）に示すように、試料
は明らかにｃ軸配向性が向上していた。尚、各試料
の、熱処理前の超電導特性は以下の通りであった。ま
た、試料に対しては、更に、酸素中で920℃・４時間
のアニール処理を行った。アニール処理後の試料の特
性も第２表に併せて示す。
るようにして作製した各試料およびに対して、Ｘ線
回折によってその配向性を調べた。第１図（ｂ）は試料
の、第１図（ｃ）は試料のそれぞれＸ線回折を示し
ている。第１図（ｂ）および（ｃ）に示すように、試料
は明らかにｃ軸配向性が向上していた。尚、各試料
の、熱処理前の超電導特性は以下の通りであった。ま
た、試料に対しては、更に、酸素中で920℃・４時間
のアニール処理を行った。アニール処理後の試料の特
性も第２表に併せて示す。
実施例２ 第２図は、スパッタリング法により本発明に係る超電
導薄膜の作製方法を実施する際に使用することができる
スパッタリング装置の別のレイアウトを概略的に示す図
である。
導薄膜の作製方法を実施する際に使用することができる
スパッタリング装置の別のレイアウトを概略的に示す図
である。
同図に示すように、この装置において特徴的なのは主
にその基板ホルダ５により保持された基板６の配置であ
り、真空槽１、高周波電極３および接地面４の配置は第
１図（ａ）に示した装置と同じレイアウトである。
にその基板ホルダ５により保持された基板６の配置であ
り、真空槽１、高周波電極３および接地面４の配置は第
１図（ａ）に示した装置と同じレイアウトである。
本実施例においては、別途基板ホルダを設けることに
より、各基板６がターゲット２と平行ではなく、側方の
位置Ｃおよび位置Ｄに基板６が配置されるように基板ホ
ルダ５が配置されている。ここで、位置Ｃに配置された
基板６はターゲット２の表面と直角に、また、位置Ｄに
配置された基板６は、成膜面がターゲット２の表面の中
央に向かうように、それぞれ固定されている。尚、ここ
では、位置Ｃに配置された基板上に形成された薄膜を試
料、位置Ｄに配置された基板上に形成された薄膜を試
料としている。以上のようなレイアウトで、実施例１
の試料と同じ成膜条件で成膜を行った。尚、各試料
、に対しては、アニール処理は行わなかった。各試
料の超電導特性を下記の第３表に示す。
より、各基板６がターゲット２と平行ではなく、側方の
位置Ｃおよび位置Ｄに基板６が配置されるように基板ホ
ルダ５が配置されている。ここで、位置Ｃに配置された
基板６はターゲット２の表面と直角に、また、位置Ｄに
配置された基板６は、成膜面がターゲット２の表面の中
央に向かうように、それぞれ固定されている。尚、ここ
では、位置Ｃに配置された基板上に形成された薄膜を試
料、位置Ｄに配置された基板上に形成された薄膜を試
料としている。以上のようなレイアウトで、実施例１
の試料と同じ成膜条件で成膜を行った。尚、各試料
、に対しては、アニール処理は行わなかった。各試
料の超電導特性を下記の第３表に示す。
発明の効果 以上説明したように、本発明に係る複合酸化物超電導
薄膜の作製方法によれば、酸化物超電導薄膜中の結晶性
をより向上させることができ、成膜後に熱処理を行うこ
となく、高い臨界電流密度を有する酸化物超電導薄膜を
作製することが可能となる。
薄膜の作製方法によれば、酸化物超電導薄膜中の結晶性
をより向上させることができ、成膜後に熱処理を行うこ
となく、高い臨界電流密度を有する酸化物超電導薄膜を
作製することが可能となる。
第１図（ａ）および第２図は、それぞれ本発明に係る作
製方法を実施するために使用することができるスパッタ
リング装置の構成を概略的に示す図であり、 第１図（ｂ）および（ｃ）は、第１図（ａ）に示す装置
によって作製した薄膜のｃ軸配向性を示すグラフであ
る。 〔主な参照場号〕 １……真空槽、２……ターゲット、３……高周波電極、
４……接地面、５……基板ホルダ、６……基板、７……
ヒータ
製方法を実施するために使用することができるスパッタ
リング装置の構成を概略的に示す図であり、 第１図（ｂ）および（ｃ）は、第１図（ａ）に示す装置
によって作製した薄膜のｃ軸配向性を示すグラフであ
る。 〔主な参照場号〕 １……真空槽、２……ターゲット、３……高周波電極、
４……接地面、５……基板ホルダ、６……基板、７……
ヒータ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−141568（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−174308（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−149402（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−255504（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−183654（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−122067（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C01G 1/00 - 57/00 C23C 14/34 H01L 39/00 - 39/24 H01B 12/00
Claims (1)
- 【請求項１】スパッタリング法により基板上に複合酸化
物超電導薄膜を作製する方法であって、 ターゲット表面の有効領域を該ターゲットの表面と直角
な方向に投影した領域を避け、且つ、該ターゲット表面
と平行に基板を配置して成膜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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1329975A JP2861164B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | 超電導薄膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1329975A JP2861164B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | 超電導薄膜の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03193603A JPH03193603A (ja) | 1991-08-23 |
| JP2861164B2 true JP2861164B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=18227367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1329975A Expired - Fee Related JP2861164B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | 超電導薄膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2861164B2 (ja) |
-
1989
- 1989-12-20 JP JP1329975A patent/JP2861164B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03193603A (ja) | 1991-08-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |