JP2961852B2 - 薄膜超電導体の製造方法 - Google Patents
薄膜超電導体の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超電導薄膜の製造方法に関するものであ
る。特に、Pb系層状構造の薄膜超電導体の製造方法に関
するものである。
る。特に、Pb系層状構造の薄膜超電導体の製造方法に関
するものである。
従来の技術 高温超伝導体として、ミューラ（Muller）等によりペ
ロブスカイト類型構造の酸化物超伝導体が発見された。
それ以後、種々の酸化物系で超伝導性の確認が為され、
例えばネイチャー第336巻第211頁［R.J.Cava,B.Batlog
g,J.J.Krajewski,L.W.Rupp,L.F.Schneemeyer,T.Siegris
t,R.B.van Dover,P.Marsh,W.F.Peck,Jr,P.K.Gallagher,
S.H.Glarum,J.H.Marshall,R.C.Farrow,J.V.Waszczak,R.
Hull and P.Trevor,Nature,Vol.336,211−214（198
8）］に記載されているように、主体成分が、鉛，アル
カリ土類元素，希土類元素，銅の酸化物からなるPb系超
伝導セラミックスは、70K程度の超伝導臨界温度をもつ
ということが発見された。
ロブスカイト類型構造の酸化物超伝導体が発見された。
それ以後、種々の酸化物系で超伝導性の確認が為され、
例えばネイチャー第336巻第211頁［R.J.Cava,B.Batlog
g,J.J.Krajewski,L.W.Rupp,L.F.Schneemeyer,T.Siegris
t,R.B.van Dover,P.Marsh,W.F.Peck,Jr,P.K.Gallagher,
S.H.Glarum,J.H.Marshall,R.C.Farrow,J.V.Waszczak,R.
Hull and P.Trevor,Nature,Vol.336,211−214（198
8）］に記載されているように、主体成分が、鉛，アル
カリ土類元素，希土類元素，銅の酸化物からなるPb系超
伝導セラミックスは、70K程度の超伝導臨界温度をもつ
ということが発見された。
詳細な解析の結果、この物質は他の高温酸化物超伝導
体と同様に層状構造をとり、ペロブスカイト構造ユニッ
ト（A,Ln）CuO3の２層が、隣接する（Pb,Cu）−Ｏブロ
ック層で挟まれた構造となっている。代表的な物質とし
て（Pb2Cu）Sr2（Y,Ca）Cu2Oxが知られている。
体と同様に層状構造をとり、ペロブスカイト構造ユニッ
ト（A,Ln）CuO3の２層が、隣接する（Pb,Cu）−Ｏブロ
ック層で挟まれた構造となっている。代表的な物質とし
て（Pb2Cu）Sr2（Y,Ca）Cu2Oxが知られている。
発明が解決しようとする課題 この種の材料は、主として焼結で形成されており、粉
末あるいはブロックの形状の場合が多い。
末あるいはブロックの形状の場合が多い。
一方、この種の材料を実用化する場合、薄膜状に加工
することが強く要望されている。
することが強く要望されている。
様々な方法を用いて、酸化物超電導体の薄膜化が行わ
れているが、Pb系超電導体の場合、従来の方法では薄膜
の結晶性の制御が難しく、非超電導層が出現し、再現性
に乏しいものであった。
れているが、Pb系超電導体の場合、従来の方法では薄膜
の結晶性の制御が難しく、非超電導層が出現し、再現性
に乏しいものであった。
また、多元系の超電導体では、組成の制御が難しく、
薄膜の形態で特性を達成するのは、困難とされていた。
薄膜の形態で特性を達成するのは、困難とされていた。
そこで本発明は、Pb系の超電導体を薄膜状態でしかも
低温で作製可能にすることを目的とする。
低温で作製可能にすることを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明の薄膜超電導体の製造方法は、300℃から700℃
の範囲に加熱した基体上に、鉛（Pb）を含む物質からな
る層と、銅およびアルカリ土類元素を含む物質から成る
層とを、周期的に積層させて作製し、上記課題を解決し
た。
の範囲に加熱した基体上に、鉛（Pb）を含む物質からな
る層と、銅およびアルカリ土類元素を含む物質から成る
層とを、周期的に積層させて作製し、上記課題を解決し
た。
作用 第２図はPb系超電導体の構造図である。
第２図に示すように、この物質は少なくともPbを含む
ブロック層21と、少なくともCuとアルカリ土類（Ａ）を
含むペロブスカイト形酸化物の層22とが、交互に積層し
た周期的構造可らなっている。
ブロック層21と、少なくともCuとアルカリ土類（Ａ）を
含むペロブスカイト形酸化物の層22とが、交互に積層し
た周期的構造可らなっている。
本発明の製造方法を用いると、各層が結晶構造を構築
しつつ、第２図の構造のように積層されながら膜成長が
なされるので、良質のPb系超電導薄膜が得られると考え
られる。
しつつ、第２図の構造のように積層されながら膜成長が
なされるので、良質のPb系超電導薄膜が得られると考え
られる。
以上の作用により、本発明により、良質で高性能の薄
膜超電導体を再現性良く得ることが可能となる。
膜超電導体を再現性良く得ることが可能となる。
実施例 本発明の薄膜超電導体の製造方法は、ブロック層とペ
ルブスカイト層とを300〜700℃に加熱した基体上に、周
期的に積層させることを特徴とする。
ルブスカイト層とを300〜700℃に加熱した基体上に、周
期的に積層させることを特徴とする。
ここで、ペルブスカイト層としてCuおよびアルカリ土
類金属（Ａ）および希土類元素（Ln）を含む薄膜を形成
することにより、より超電導特性、再現性の優れた製造
方法となる。
類金属（Ａ）および希土類元素（Ln）を含む薄膜を形成
することにより、より超電導特性、再現性の優れた製造
方法となる。
また、薄膜堆積にスパッタリング法を用いると、酸化
物をターゲットとして選択することもでき、周期的積層
方法により形成することにより層ごとの雰囲気を選択す
ることも可能となり、より再現性が得られる。
物をターゲットとして選択することもでき、周期的積層
方法により形成することにより層ごとの雰囲気を選択す
ることも可能となり、より再現性が得られる。
Pbを含む物質と、Cuおよびアルカリ土類元素（Ａ）を
含む物質とを周期的に積層させる方法としては、いくつ
か考えられ、MBE法,EB蒸着法又はスパッタリング法等が
あり、本発明の薄膜堆積法は限定されるものではない。
含む物質とを周期的に積層させる方法としては、いくつ
か考えられ、MBE法,EB蒸着法又はスパッタリング法等が
あり、本発明の薄膜堆積法は限定されるものではない。
但し従来スパッタリング法は、成膜中のガス圧の高さ
に起因する不純物の混入およびエネルギーの高い粒子に
よるダメージが与えられるため、このような薄膜堆積に
は不向きと考えられていた。
に起因する不純物の混入およびエネルギーの高い粒子に
よるダメージが与えられるため、このような薄膜堆積に
は不向きと考えられていた。
しかしながら、本発明者らは、このPb酸化物超電導体
に対してスパッタリングにより異なる薄い層の積層を行
なったところ、意外にも良好な積層膜の作製が可能なこ
とを発見した。
に対してスパッタリングにより異なる薄い層の積層を行
なったところ、意外にも良好な積層膜の作製が可能なこ
とを発見した。
スパッタ蒸着で異なる物質を積層させる方法として
は、組成の異なる複数個のターゲットのスパッタリング
する方法があるが、組成分布を設けた１ケのターゲット
の放電位置を制御して、侵食領域を周期的に制御すると
いう方法を用いることもできる。また、複数個のターゲ
ットにより、組成などの制御性に優れた製造方法とな
る。
は、組成の異なる複数個のターゲットのスパッタリング
する方法があるが、組成分布を設けた１ケのターゲット
の放電位置を制御して、侵食領域を周期的に制御すると
いう方法を用いることもできる。また、複数個のターゲ
ットにより、組成などの制御性に優れた製造方法とな
る。
まず、本発明者らの検討例を、スパッタリングで薄膜
を堆積した場合について述べる。
を堆積した場合について述べる。
Sr2Y0.5Ca0.5Cu2O6ターゲットと、PbCuの金属ターゲ
ットとを、アルゴンガス中で交互にスパッタリングし、
種々の温度のMgO基板上に周期的に積層させた。
ットとを、アルゴンガス中で交互にスパッタリングし、
種々の温度のMgO基板上に周期的に積層させた。
ここで基板温度が300℃以下の場合には、積層周期構
造にＸ線のピークが認められず、300〜700℃と高くする
と、60K以上の臨界温度を持つ相が作製し得る。
造にＸ線のピークが認められず、300〜700℃と高くする
と、60K以上の臨界温度を持つ相が作製し得る。
この場合、上記温度範囲でPbCuの金属ターゲットと、
Sr2Y0.5Ca0.5Cu2O5ターゲットのスパッタリングレート
を適宜に調節すると、基体温度がある一定のところで、
Pb系超電導体の構造が形成されることがわかった。
Sr2Y0.5Ca0.5Cu2O5ターゲットのスパッタリングレート
を適宜に調節すると、基体温度がある一定のところで、
Pb系超電導体の構造が形成されることがわかった。
また、周期的ではなく同時に行なった場合に比べ周期
的に積層すると、再現性よく、すぐれた薄膜が形成でき
た。
的に積層すると、再現性よく、すぐれた薄膜が形成でき
た。
特に基体温度が400℃〜600℃の場合には、結晶性が非
常に良好で、ゼロ抵抗温度70K以上のPb超電導体が再現
性よく得られた。
常に良好で、ゼロ抵抗温度70K以上のPb超電導体が再現
性よく得られた。
さらに酸化性雰囲気を用いず形成できることもあわせ
て効果を発揮し、従来の超電導の形成方法と比べ、例え
ば組成の制御、特性の制御、結晶性の制御などの制御性
に優れた形成方法が実現できた。
て効果を発揮し、従来の超電導の形成方法と比べ、例え
ば組成の制御、特性の制御、結晶性の制御などの制御性
に優れた形成方法が実現できた。
基体温度を700℃以上まで昇温すると、Pbの蒸気圧が
高く再蒸発して堆積しなかった。
高く再蒸発して堆積しなかった。
このように、従来の超電導体の製造時の基体温度に比
べむしろ低い温度の方が結晶性に優れており、他の金属
などとの積層を作る場合にも向いているといえる。
べむしろ低い温度の方が結晶性に優れており、他の金属
などとの積層を作る場合にも向いているといえる。
またこのようにして堆積した薄膜は、そのままの状態
で超電導転移を示し、従来の薄膜のように酸素中800℃
程度で熱処理を行なう必要がなく、デバイス化に最適の
製造方法である。
で超電導転移を示し、従来の薄膜のように酸素中800℃
程度で熱処理を行なう必要がなく、デバイス化に最適の
製造方法である。
以下本発明の内容がさらに深く理解されるように、具
体的な実施例をいくつか示す。
体的な実施例をいくつか示す。
具体的実施例 第１図のように、PbCuの金属ターゲット11と、希土類
としてルテチウム（Lu）を含むSr2Ln0.5Ca0.5Cu2ターゲ
ット12の２種類のターゲットを用い、酸化マグネシウム
単結晶の（100）面を基板13として、高周波プレーナー
マグネトロンスパッタ法により、スパッタリング蒸着し
て、上記基板13上に結晶性の被膜として付着させた。
としてルテチウム（Lu）を含むSr2Ln0.5Ca0.5Cu2ターゲ
ット12の２種類のターゲットを用い、酸化マグネシウム
単結晶の（100）面を基板13として、高周波プレーナー
マグネトロンスパッタ法により、スパッタリング蒸着し
て、上記基板13上に結晶性の被膜として付着させた。
ターゲットは、合金を用いても形成でき、その場合、
DC型スパッタ法を用いるとよい。
DC型スパッタ法を用いるとよい。
第２図は、形成した薄膜の断面の模式図である。
基板13をヒータで約500℃に加熱し、Arガス雰囲気（3
Pa）で、各ターゲット（11及び12）のスパッタリングを
行なった。
Pa）で、各ターゲット（11及び12）のスパッタリングを
行なった。
ターゲット11及びターゲット12のスパッタ電力を適宜
設定し、シャッター14の回転を制御して周期的積層を行
なったところ、70K以上の臨界温度を持つ相を作製する
ことができた。
設定し、シャッター14の回転を制御して周期的積層を行
なったところ、70K以上の臨界温度を持つ相を作製する
ことができた。
この積層薄膜は、約10分間の蒸着により1000Å程度の
薄膜が作製され、組成はPb:Sr:Lu:Ca:Cu＝2:2:0.5:0.5:
3となっていた。
薄膜が作製され、組成はPb:Sr:Lu:Ca:Cu＝2:2:0.5:0.5:
3となっていた。
このままの状態で、従来の超電導体のように酸素中熱
処理を行なうとことなく、非常に再現性良く70K以上の
臨界温度を達成することができた。
処理を行なうとことなく、非常に再現性良く70K以上の
臨界温度を達成することができた。
この他にも膜の組成としては、Caの代わりにアルカリ
土類（II a族）元素のうち少なくとも一種以上の元素、
Luの代わりに希土類元素のうち少なくとも一種以上の元
素を用いても同様に超電導を示した。
土類（II a族）元素のうち少なくとも一種以上の元素、
Luの代わりに希土類元素のうち少なくとも一種以上の元
素を用いても同様に超電導を示した。
ここでは、スパッタリングを例として説明したが、MB
E法,EB法などを用いても同様に形成できる。
E法,EB法などを用いても同様に形成できる。
発明の効果 以上のように、本発明の薄膜超電導体の製造方法は、
300℃から700℃の範囲に加熱した基体上に、鉛を含む物
質からなるブロック層と、銅およびアルカリ土類元素
（II a族）を含む物質からなるペロブスカイト層とを、
周期的に積層させるため、低温で合成可能なPb系酸化物
超電導薄膜の再現性のよい作製方法を提供するものであ
り、工業上極めて大きな価値を有するものである。
300℃から700℃の範囲に加熱した基体上に、鉛を含む物
質からなるブロック層と、銅およびアルカリ土類元素
（II a族）を含む物質からなるペロブスカイト層とを、
周期的に積層させるため、低温で合成可能なPb系酸化物
超電導薄膜の再現性のよい作製方法を提供するものであ
り、工業上極めて大きな価値を有するものである。
第１図は本発明の薄膜超電導体の製造装置の一実施例の
外略図、第２図は本発明の一実施例の薄膜超電導体の断
面図、第３図は本発明の薄膜超電導体の一実施例の要部
拡大断面図である。 11……PbCuの金属ターゲット、12……Sr2Lu0.5Ca0.5Cu2
O5ターゲット、13……基板、14……シャッター、15……
複合化合物被膜、21……Pb−Cuよりなるブロック層、22
……ペロブスカイト層。
外略図、第２図は本発明の一実施例の薄膜超電導体の断
面図、第３図は本発明の薄膜超電導体の一実施例の要部
拡大断面図である。 11……PbCuの金属ターゲット、12……Sr2Lu0.5Ca0.5Cu2
O5ターゲット、13……基板、14……シャッター、15……
複合化合物被膜、21……Pb−Cuよりなるブロック層、22
……ペロブスカイト層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬恒 謙太郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−233525（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−97427（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−122065（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−293326（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C01G 1/00 C01G 3/00
Claims (6)
- 【請求項１】300℃から700℃の範囲に加熱した基体上
に、鉛を含む物質からなるブロック層と、銅およびアル
カリ土類元素（II a族）を含む物質からなるペロブスカ
イト層とを、周期的に積層させることを特徴とする薄膜
超電導体の製造方法。 - 【請求項２】ペロブスカイト層に希土類元素を含むこと
を特徴とする、請求項１記載の薄膜超電導体の製造方
法。 - 【請求項３】Pb2CuO2層とSr2Ln0.5Ca0.5Cu2O6層とを周
期的に積層させることを特徴とする請求項２記載の薄膜
超電導体の製造方法。 但しLnは希土類元素の内の少なくとも１種を示す。 - 【請求項４】基体の加熱が、400℃から600℃の範囲であ
ることを特徴とする、請求項１記載の薄膜超電導体の製
造方法。 - 【請求項５】ブロック層とペルブスカイト層との積層物
質の蒸発を、スパッタリングで行うことを特徴とする、
請求項１記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項６】スパッタリングのターゲットが、少なくと
も２種以上を用いることを特徴とする、請求項４記載の
薄膜超電導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2255797A JP2961852B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2255797A JP2961852B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04132613A JPH04132613A (ja) | 1992-05-06 |
| JP2961852B2 true JP2961852B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=17283768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2255797A Expired - Fee Related JP2961852B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2961852B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6836677B2 (en) * | 2000-11-08 | 2004-12-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Bolometer and method for producing bolometer |
-
1990
- 1990-09-25 JP JP2255797A patent/JP2961852B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04132613A (ja) | 1992-05-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |