JP3208849B2 - Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜及びその製造方法 - Google Patents
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏ系超電導膜及びその製造方法に係り、特に、基板面
に対して（１１０）面が選択配向した超電導薄膜であっ
て、ジョセフソン接合デバイス、三端子デバイス等に極
めて有効なＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導膜及び
その製造方法に関する。
−Ｏ系超電導膜及びその製造方法に係り、特に、基板面
に対して（１１０）面が選択配向した超電導薄膜であっ
て、ジョセフソン接合デバイス、三端子デバイス等に極
めて有効なＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導膜及び
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物系超電導薄膜は超電導臨界温度
（Ｔｃ）が高く、トランジスタ、ジョセフソン接合デバ
イス等の電子デバイスへの応用が期待されている。酸化
物高温超電導体をこれらの各種デバイスに利用する場
合、基板上に超電導体／絶縁体／超電導体のように順次
積層した構造とする必要がある。一般に、ジョセフソン
接合デバイス、三端子デバイス等のような積層構造デバ
イスを作製する場合、超電導物性のひとつであるコヒー
レンス長（ξ）が大きいほど、デバイス作製が容易であ
ることが知られている。即ち、コヒーレンス長の長いａ
ｂ結晶面に電流が流せる構造のデバイスにすることが、
得られるデバイスの特性面から有利であり、そのために
は基板面に対して膜がａ軸又はｂ軸に配向していること
が重要である。
（Ｔｃ）が高く、トランジスタ、ジョセフソン接合デバ
イス等の電子デバイスへの応用が期待されている。酸化
物高温超電導体をこれらの各種デバイスに利用する場
合、基板上に超電導体／絶縁体／超電導体のように順次
積層した構造とする必要がある。一般に、ジョセフソン
接合デバイス、三端子デバイス等のような積層構造デバ
イスを作製する場合、超電導物性のひとつであるコヒー
レンス長（ξ）が大きいほど、デバイス作製が容易であ
ることが知られている。即ち、コヒーレンス長の長いａ
ｂ結晶面に電流が流せる構造のデバイスにすることが、
得られるデバイスの特性面から有利であり、そのために
は基板面に対して膜がａ軸又はｂ軸に配向していること
が重要である。
【０００３】ところで、従来、酸化物系超電導薄膜を製
造する方法としては、スパッタリング法等の物理的気相
成長法（ＰＶＤ法）及び化学的気相成長法（ＣＶＤ法）
が知られている。これらのうち、ＰＶＤ法では成膜速度
の下限が比較的ＣＶＤ法における下限より大きく、ＰＶ
Ｄ法で速度を小さくすると成膜速度及び成膜組成が一定
しないという欠点がある。一方、ＣＶＤ法はＰＶＤ法に
比べ、製造装置に要する経費、大型化への容易性、高い
スループット等の多くの有利な特長を持っている。
造する方法としては、スパッタリング法等の物理的気相
成長法（ＰＶＤ法）及び化学的気相成長法（ＣＶＤ法）
が知られている。これらのうち、ＰＶＤ法では成膜速度
の下限が比較的ＣＶＤ法における下限より大きく、ＰＶ
Ｄ法で速度を小さくすると成膜速度及び成膜組成が一定
しないという欠点がある。一方、ＣＶＤ法はＰＶＤ法に
比べ、製造装置に要する経費、大型化への容易性、高い
スループット等の多くの有利な特長を持っている。
【０００４】このようなことから、酸化物系超電導薄膜
は、ＣＶＤ法により製造するのが工業的に有利である。
は、ＣＶＤ法により製造するのが工業的に有利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述の如く、酸化物系
超電導薄膜を各種デバイスに利用する場合、基板面に対
して膜の配向がａ軸又はｂ軸、もしくは、それらに準じ
た配向であることが望ましいが、酸化物系超電導薄膜は
その結晶構造の大きな異方性から、ｃ軸配向し易く、特
にＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜はｃ軸配向
し易かった。即ち、酸化物高温超電導体の大きな異方性
のために、酸化物高温超電導体のコヒーレンス長は、ａ
ｂ軸方向に長く、ｃ軸方向に短いという特性を持ってい
る。これがｃ軸配向膜を使って積層構造にしたデバイス
の特性向上にとって大きな問題点となっていた。従っ
て、積層構造にしたデバイスに流す超電導電流がコヒー
レンス長の長いａｂ軸方向に流れるように配向した酸化
物高温超電導薄膜及びその製造技術が望まれていた。
超電導薄膜を各種デバイスに利用する場合、基板面に対
して膜の配向がａ軸又はｂ軸、もしくは、それらに準じ
た配向であることが望ましいが、酸化物系超電導薄膜は
その結晶構造の大きな異方性から、ｃ軸配向し易く、特
にＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜はｃ軸配向
し易かった。即ち、酸化物高温超電導体の大きな異方性
のために、酸化物高温超電導体のコヒーレンス長は、ａ
ｂ軸方向に長く、ｃ軸方向に短いという特性を持ってい
る。これがｃ軸配向膜を使って積層構造にしたデバイス
の特性向上にとって大きな問題点となっていた。従っ
て、積層構造にしたデバイスに流す超電導電流がコヒー
レンス長の長いａｂ軸方向に流れるように配向した酸化
物高温超電導薄膜及びその製造技術が望まれていた。
【０００６】しかして、従来において、スパッタリング
法によりａ軸又はｂ軸が優先的に配向したＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜を形成した例、或いは、ス
パッタリング法や蒸着法により（１１９）面や（１１
７）面が優先的に配向したＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ
系超電導薄膜を形成した例はあるが、そのいずれもｃ軸
配向成分が混在しており、完全な配向膜とはいえなかっ
た。また、Ｔｃ、結晶性等に関しても、デバイスに適し
た特性とは言えなかった。
法によりａ軸又はｂ軸が優先的に配向したＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜を形成した例、或いは、ス
パッタリング法や蒸着法により（１１９）面や（１１
７）面が優先的に配向したＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ
系超電導薄膜を形成した例はあるが、そのいずれもｃ軸
配向成分が混在しており、完全な配向膜とはいえなかっ
た。また、Ｔｃ、結晶性等に関しても、デバイスに適し
た特性とは言えなかった。
【０００７】このようなことから、Ｔｃ、結晶性等の特
性に優れ、かつ選択的にａ軸又はｂ軸配向した薄膜、或
いは選択的に（１１０）配向した薄膜、及びその製造技
術が望まれていた。
性に優れ、かつ選択的にａ軸又はｂ軸配向した薄膜、或
いは選択的に（１１０）配向した薄膜、及びその製造技
術が望まれていた。
【０００８】本発明は上記従来の実情に鑑みてなされた
もので、ジョセフソン接合デバイス、三端子デバイス等
の作製に極めて好適な、基板面に対して選択的に（１１
０）面が配向し、かつ、Ｔｃ、結晶性等の特性に優れた
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜およびその製
造方法を提供することを目的とする。
もので、ジョセフソン接合デバイス、三端子デバイス等
の作製に極めて好適な、基板面に対して選択的に（１１
０）面が配向し、かつ、Ｔｃ、結晶性等の特性に優れた
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜およびその製
造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１のＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜は、ＭｇＯの [１１０]単
結晶よりなる基板に化学的気相成長法により成膜された
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜であって、該
基板面に対して（１１０）面が選択的に成長しているこ
とを特徴とする。
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜は、ＭｇＯの [１１０]単
結晶よりなる基板に化学的気相成長法により成膜された
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜であって、該
基板面に対して（１１０）面が選択的に成長しているこ
とを特徴とする。
【００１０】請求項２のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系
超電導薄膜の製造方法は、ＭｇＯの[１１０] 単結晶よ
りなる基板に、化学的気相成長法によりＢｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜を成膜するにあたり、該基板
面に対して（１１０）面を選択的に成長させることを特
徴とする。
超電導薄膜の製造方法は、ＭｇＯの[１１０] 単結晶よ
りなる基板に、化学的気相成長法によりＢｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜を成膜するにあたり、該基板
面に対して（１１０）面を選択的に成長させることを特
徴とする。
【００１１】請求項３のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系
超電導薄膜の製造方法は、請求項２の方法において、化
学的気相成長法における成膜温度が９００℃以下である
ことを特徴とする。
超電導薄膜の製造方法は、請求項２の方法において、化
学的気相成長法における成膜温度が９００℃以下である
ことを特徴とする。
【００１２】請求項４のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系
超電導薄膜の製造方法は、請求項２又は３の方法におい
て、化学的気相成長法による成膜の初期段階において、
核生成を行なうことにより、該基板面に対して（１１
０）面をより選択的に成長させることを特徴とする。
超電導薄膜の製造方法は、請求項２又は３の方法におい
て、化学的気相成長法による成膜の初期段階において、
核生成を行なうことにより、該基板面に対して（１１
０）面をより選択的に成長させることを特徴とする。
【００１３】請求項５のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系
超電導薄膜の製造方法は、請求項４の方法において、Ｓ
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系薄膜を平均膜厚２０Å以下の厚さ
に形成して核生成を行なうことを特徴とする以下に本発
明を詳細に説明する。
超電導薄膜の製造方法は、請求項４の方法において、Ｓ
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系薄膜を平均膜厚２０Å以下の厚さ
に形成して核生成を行なうことを特徴とする以下に本発
明を詳細に説明する。
【００１４】本発明のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超
電導膜を構成するＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導
体としては、例えば、 Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏy 等の化学組成を有するものが挙げられる。特に、（１１
０）配向度を強くするために、上記組成において、Ｂｉ
量を若干少なく、例えば、 Ｂｉ1.7-2.0 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx の範囲（即ち、Ｂｉが１．７〜２．０の範囲）とするの
が好ましい。また、Ｔｃ（臨界温度）を向上させるため
に、上記組成に更にＰｂが一部含まれたものであっても
良い。
電導膜を構成するＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導
体としては、例えば、 Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏy 等の化学組成を有するものが挙げられる。特に、（１１
０）配向度を強くするために、上記組成において、Ｂｉ
量を若干少なく、例えば、 Ｂｉ1.7-2.0 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx の範囲（即ち、Ｂｉが１．７〜２．０の範囲）とするの
が好ましい。また、Ｔｃ（臨界温度）を向上させるため
に、上記組成に更にＰｂが一部含まれたものであっても
良い。
【００１５】しかして、このような本発明のＢｉ−Ｓｒ
−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導膜は、面指数 [１１０] のＭ
ｇＯの単結晶基板上に、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）
により成膜される。
−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導膜は、面指数 [１１０] のＭ
ｇＯの単結晶基板上に、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）
により成膜される。
【００１６】以下に本発明のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系超電導薄膜の製造方法について説明する。
Ｏ系超電導薄膜の製造方法について説明する。
【００１７】本発明のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超
電導薄膜は、化学組成に従った夫々の原料ガス、キャリ
アガス、酸化性ガスを用いて、ＭｇＯ [１１０] 単結晶
上に薄膜を堆積するＣＶＤ法によって製造する。
電導薄膜は、化学組成に従った夫々の原料ガス、キャリ
アガス、酸化性ガスを用いて、ＭｇＯ [１１０] 単結晶
上に薄膜を堆積するＣＶＤ法によって製造する。
【００１８】本発明で用いる原料ガスとしては、Ｂｉ，
Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｕ等の各々の有機金属錯体が挙げられ
る。有機金属錯体の有機部分、即ち、錯体の配位子とし
ては、アセチルアセトン（以下、「ａｃａｃ」と略
記）、ジピバロイルメタン（以下、「ＤＰＭ」と略
記）、シクロペンタジエン、その他下記構造式で示され
る化合物が挙げられる。 Ｒ−ＣＯ−ＣＨ2 −ＣＯ−Ｃ（ＣＨ3 ）3 （式中、Ｒは炭素数１〜４のフッ素化低級アルキル基を
示す。）これらの配位子を用いた場合には、金属錯体の
合成及び単離が容易であるため、原料ガスの調製に極め
て有利である。また有機金属錯体自体の蒸気圧が比較的
高いため、ＣＶＤ用原料ガスとして最適である。その
他、配位子としては、フェニル基（以下、「ｐｈ」と略
記）、メチル基（以下、「Ｍｅ」と略記）、エチル基
（以下、「Ｅｔ」と略記）等のアルキル基、アリール基
も適用可能である。なお、上記構造式中Ｒで示されるフ
ッ素化低級アルキル基としては、具体的にはトリフルオ
ロメチル基、ペンタフルオロエチル基（以下、「ＰＰ
Ｍ」と略記）、ヘプタフルオロプロピル基等が挙げられ
る。
Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｕ等の各々の有機金属錯体が挙げられ
る。有機金属錯体の有機部分、即ち、錯体の配位子とし
ては、アセチルアセトン（以下、「ａｃａｃ」と略
記）、ジピバロイルメタン（以下、「ＤＰＭ」と略
記）、シクロペンタジエン、その他下記構造式で示され
る化合物が挙げられる。 Ｒ−ＣＯ−ＣＨ2 −ＣＯ−Ｃ（ＣＨ3 ）3 （式中、Ｒは炭素数１〜４のフッ素化低級アルキル基を
示す。）これらの配位子を用いた場合には、金属錯体の
合成及び単離が容易であるため、原料ガスの調製に極め
て有利である。また有機金属錯体自体の蒸気圧が比較的
高いため、ＣＶＤ用原料ガスとして最適である。その
他、配位子としては、フェニル基（以下、「ｐｈ」と略
記）、メチル基（以下、「Ｍｅ」と略記）、エチル基
（以下、「Ｅｔ」と略記）等のアルキル基、アリール基
も適用可能である。なお、上記構造式中Ｒで示されるフ
ッ素化低級アルキル基としては、具体的にはトリフルオ
ロメチル基、ペンタフルオロエチル基（以下、「ＰＰ
Ｍ」と略記）、ヘプタフルオロプロピル基等が挙げられ
る。
【００１９】原料ガスとして用いられる具体的な有機金
属錯体としては、次のものを挙げることができる。 Ｂｉ（ｐｈ）3 ，Ｂｉ（ＤＰＭ）3 ，ＢｉＭｅ3 ，Ｂｉ
Ｅｔ3 ，Ｂｉアルコラート，Ｓｒ（ＤＰＭ）2 ，Ｓｒ
（ＰＰＭ）2 ，Ｃａ（ＤＰＭ）2 ，Ｃａ（ＰＰＭ）2 ，
Ｃｕ（ＤＰＭ）2 ，Ｃｕ（ＰＰＭ）2 ，Ｃｕ（ａｃａ
ｃ）2 本発明で原料ガスを反応器に供給するのに用いられるキ
ャリアガスとしては、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ等の不活性ガ
ス、その他Ｎ2 等が挙げられる。
属錯体としては、次のものを挙げることができる。 Ｂｉ（ｐｈ）3 ，Ｂｉ（ＤＰＭ）3 ，ＢｉＭｅ3 ，Ｂｉ
Ｅｔ3 ，Ｂｉアルコラート，Ｓｒ（ＤＰＭ）2 ，Ｓｒ
（ＰＰＭ）2 ，Ｃａ（ＤＰＭ）2 ，Ｃａ（ＰＰＭ）2 ，
Ｃｕ（ＤＰＭ）2 ，Ｃｕ（ＰＰＭ）2 ，Ｃｕ（ａｃａ
ｃ）2 本発明で原料ガスを反応器に供給するのに用いられるキ
ャリアガスとしては、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ等の不活性ガ
ス、その他Ｎ2 等が挙げられる。
【００２０】また、本発明で用いられる酸化性ガスとし
ては、Ｏ2 ，Ｏ3 ，Ａｉｒ，Ｎ2 Ｏ，ＮＯ，ＮＯ2 等が
挙げられる。更に、酸化力を高めるために、レーザーや
ランプを光源とする可視光や紫外光を酸化性ガスと併用
することや、上記酸化性ガスをプラズマ化することも可
能である。これらの酸化性ガスの全ガス中の分圧は、
０．０１〜７６０ｔｏｒｒ、特に１〜１００ｔｏｒｒと
するのが好ましい。
ては、Ｏ2 ，Ｏ3 ，Ａｉｒ，Ｎ2 Ｏ，ＮＯ，ＮＯ2 等が
挙げられる。更に、酸化力を高めるために、レーザーや
ランプを光源とする可視光や紫外光を酸化性ガスと併用
することや、上記酸化性ガスをプラズマ化することも可
能である。これらの酸化性ガスの全ガス中の分圧は、
０．０１〜７６０ｔｏｒｒ、特に１〜１００ｔｏｒｒと
するのが好ましい。
【００２１】成膜温度は３００〜９００℃とするのが好
ましい。成膜温度が３００℃未満では原料ガスの分解が
困難となり、また、９００℃を超えると薄膜の溶融が起
こるため、薄膜品質の劣化を招き好ましくない。なお、
得られる膜の特性の面からは、成膜温度が６００℃未満
では超電導特性を示さず、８２０℃を超えると配向制御
が難しいことから、成膜温度は特に６００〜８２０℃と
するのが好ましい。
ましい。成膜温度が３００℃未満では原料ガスの分解が
困難となり、また、９００℃を超えると薄膜の溶融が起
こるため、薄膜品質の劣化を招き好ましくない。なお、
得られる膜の特性の面からは、成膜温度が６００℃未満
では超電導特性を示さず、８２０℃を超えると配向制御
が難しいことから、成膜温度は特に６００〜８２０℃と
するのが好ましい。
【００２２】成膜速度は特に制限はないが、０．１〜１
００ｎｍ／ｍｉｎとするのが好ましい。
００ｎｍ／ｍｉｎとするのが好ましい。
【００２３】本発明においては、このようなＣＶＤ法に
よる成膜の初期段階において、核生成を行なうことによ
り、形成されるＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄
膜の基板面に対する（１１０）面配向度をより一層向上
させることができる。
よる成膜の初期段階において、核生成を行なうことによ
り、形成されるＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄
膜の基板面に対する（１１０）面配向度をより一層向上
させることができる。
【００２４】この核生成は、ＣＶＤ法による成膜の初期
段階において、例えば、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系
超電導薄膜の構成元素のうちＢｉを除いた、Ｓｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−Ｏの４元系薄膜を平均膜厚２０Å以下、好まし
くは１０〜２０Å程度に形成することにより行なうこと
ができる。
段階において、例えば、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系
超電導薄膜の構成元素のうちＢｉを除いた、Ｓｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−Ｏの４元系薄膜を平均膜厚２０Å以下、好まし
くは１０〜２０Å程度に形成することにより行なうこと
ができる。
【００２５】このようにして得られる本発明のＢｉ−Ｓ
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導膜の膜厚は、通常の場合、
１００〜１００００Åとするのが好ましい。
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導膜の膜厚は、通常の場合、
１００〜１００００Åとするのが好ましい。
【００２６】このような本発明のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系超電導膜は、一般にＴｃが５０〜１００Ｋの高
特性超電導体であり、基板面に対して（１１０）面が選
択的に成長しているため、各種デバイスに極めて有用で
ある。
ｕ−Ｏ系超電導膜は、一般にＴｃが５０〜１００Ｋの高
特性超電導体であり、基板面に対して（１１０）面が選
択的に成長しているため、各種デバイスに極めて有用で
ある。
【００２７】
【作用】ＭｇＯの [１１０] 単結晶よりなる基板を用い
ることにより、ＣＶＤ法により容易に、基板面に対して
（１１０）面が選択的に成長したＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系超電導薄膜を得ることができる。
ることにより、ＣＶＤ法により容易に、基板面に対して
（１１０）面が選択的に成長したＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系超電導薄膜を得ることができる。
【００２８】特に、ＣＶＤ法による成膜の初期段階にお
いて核生成を行なうことにより、より一層（１１０）面
配向度を向上させることができる。
いて核生成を行なうことにより、より一層（１１０）面
配向度を向上させることができる。
【００２９】
【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明をより具体的
に説明する。なお、以下において、ガス流量はｃｃ／ｍ
ｉｎを１ａｔｍ，２５℃に換算した値ｓｃｃｍで示す。
に説明する。なお、以下において、ガス流量はｃｃ／ｍ
ｉｎを１ａｔｍ，２５℃に換算した値ｓｃｃｍで示す。
【００３０】実施例１ 原料ガスとして下記表１のものを用い、表２に示す基板
及び成膜条件でＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄
膜の製造を行なった。
及び成膜条件でＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄
膜の製造を行なった。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】その結果、約３時間の成膜で約５００Å厚
さの膜を形成することができた。得られたＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜の物性は下記の通りであっ
た。
さの膜を形成することができた。得られたＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜の物性は下記の通りであっ
た。
【００３４】 化学組成 ：Ｂｉ2.0 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx 臨界温度（Ｔｃ）：約６０〜７０Ｋ ＸＲＤスペクトル：図１に示す。
【００３５】実施例２ 組成変化による配向度の違いを見るために、Ｂｉの量を
変化させた下記組成の膜を、実施例１と同様にして作製
し、得られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜
のＸＲＤスペクトルを図２〜図５に示した。
変化させた下記組成の膜を、実施例１と同様にして作製
し、得られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜
のＸＲＤスペクトルを図２〜図５に示した。
【００３６】 化学組成 ： ＸＲＤスペクトル Ｂｉ2.7 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx ： 図２に示す。 Ｂｉ2.3 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx ： 図３に示す。 Ｂｉ1.8 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx ： 図４に示す。 Ｂｉ1.6 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx ： 図５に示す。
【００３７】化学組成がＢｉ2.0 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏ
x （２２１２）である膜のＸＲＤスペクトルを示す図１
から明らかなように、基板であるＭｇＯ [１１０] 単結
晶のピーク及び（１１０），（２２０）の面指数に対応
するピークが強くでている。特に、面指数（２２０）に
対応するピークはかなりの強度で現われている。この結
果より、得られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導
薄膜は強い（１１０）配向をしていることが認められ
る。
x （２２１２）である膜のＸＲＤスペクトルを示す図１
から明らかなように、基板であるＭｇＯ [１１０] 単結
晶のピーク及び（１１０），（２２０）の面指数に対応
するピークが強くでている。特に、面指数（２２０）に
対応するピークはかなりの強度で現われている。この結
果より、得られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導
薄膜は強い（１１０）配向をしていることが認められ
る。
【００３８】また、図２、３は（２２１２）組成からＢ
ｉのみを増やした場合のＸＲＤスペクトルである。図２
に見られるようにＢｉを２から２．７まで増やすと、も
はや強い（１１０）配向を示さなくなっている。逆に、
Ｂｉ量を減らした場合のＸＲＤスペクトルを示す図４、
５のうち、図４からわかるように、Ｂｉを２から１．８
にわずかに減らしたほうが（２２１２）組成のものより
（２２０）ピークが強くでている。しかしながら、Ｂｉ
を更に減少させると、図５に見られるように再び（２２
０）ピーク強度は減少する。このようなことから、化学
量論組成よりもわずかにＢｉ量を減少させたほうが（１
１０）配向度は強くなることが認められる。
ｉのみを増やした場合のＸＲＤスペクトルである。図２
に見られるようにＢｉを２から２．７まで増やすと、も
はや強い（１１０）配向を示さなくなっている。逆に、
Ｂｉ量を減らした場合のＸＲＤスペクトルを示す図４、
５のうち、図４からわかるように、Ｂｉを２から１．８
にわずかに減らしたほうが（２２１２）組成のものより
（２２０）ピークが強くでている。しかしながら、Ｂｉ
を更に減少させると、図５に見られるように再び（２２
０）ピーク強度は減少する。このようなことから、化学
量論組成よりもわずかにＢｉ量を減少させたほうが（１
１０）配向度は強くなることが認められる。
【００３９】実施例３ ＣＶＤ法による成膜の初期段階における核生成による
（１１０）配向度への影響を見るために、実施例１にお
いて、成膜初期にＳｒ，Ｃａ，Ｃｕ，ＯのＢｉを抜かし
た４元の薄膜をそれぞれ平均膜厚が５、１５、３０Åと
なるように形成し、その上に実施例１と同様にしてＢｉ
−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ膜を５００Å成膜した。得られたＢｉ
−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜のＸＲＤスペクト
ルを図６に、ＳＥＭ写真を図７に示す。
（１１０）配向度への影響を見るために、実施例１にお
いて、成膜初期にＳｒ，Ｃａ，Ｃｕ，ＯのＢｉを抜かし
た４元の薄膜をそれぞれ平均膜厚が５、１５、３０Åと
なるように形成し、その上に実施例１と同様にしてＢｉ
−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ膜を５００Å成膜した。得られたＢｉ
−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜のＸＲＤスペクト
ルを図６に、ＳＥＭ写真を図７に示す。
【００４０】図６から明らかなように成膜初期に膜厚１
５Åに核生成したものが最も（１１０）配向度が良い。
５Åに核生成したものが最も（１１０）配向度が良い。
【００４１】また、図７のＳＥＭの写真で、長方形状に
白く見えている部分が（１１０）配向をした部分であ
る。膜全面を覆うには至っていないが、ＸＲＤスペクト
ルの結果と同様に初期の核生成の影響を確認することが
でき、膜厚１５Åで核生成したものが最も（１１０）配
向成分が多い。
白く見えている部分が（１１０）配向をした部分であ
る。膜全面を覆うには至っていないが、ＸＲＤスペクト
ルの結果と同様に初期の核生成の影響を確認することが
でき、膜厚１５Åで核生成したものが最も（１１０）配
向成分が多い。
【００４２】実施例４ 次に膜厚１５Åに核生成した後、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系超電導薄膜のＢｉ量を減らした組成で成膜を行
なって、核生成とＢｉ量の制御との組み合せによる効
果、更に膜厚との関係を調べた。
ｕ−Ｏ系超電導薄膜のＢｉ量を減らした組成で成膜を行
なって、核生成とＢｉ量の制御との組み合せによる効
果、更に膜厚との関係を調べた。
【００４３】即ち、実施例３において、成膜初期におい
て平均膜厚１５ÅとなるようにＳｒ，Ｃａ，Ｃｕ，Ｏの
４元の薄膜を形成した後、Ｂｉ量を減らした組成（Ｂｉ
1.8Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 ＯX ）のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系超電導薄膜を３０００Åの厚さに成膜した。得
られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜のＳＥ
Ｍ写真を図８に示す。
て平均膜厚１５ÅとなるようにＳｒ，Ｃａ，Ｃｕ，Ｏの
４元の薄膜を形成した後、Ｂｉ量を減らした組成（Ｂｉ
1.8Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 ＯX ）のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系超電導薄膜を３０００Åの厚さに成膜した。得
られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜のＳＥ
Ｍ写真を図８に示す。
【００４４】図８と図７とを比較すると、本実施例のＢ
ｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜では、膜全体を
（１１０）配向成分が覆っていることがわかる。
ｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜では、膜全体を
（１１０）配向成分が覆っていることがわかる。
【００４５】以上より、成膜の初期段階で核生成を行な
い、その後、Ｂｉ量を若干減らした組成でＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜を成膜するのが、（１１
０）配向させるのには適していることが明らかである。
い、その後、Ｂｉ量を若干減らした組成でＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜を成膜するのが、（１１
０）配向させるのには適していることが明らかである。
【００４６】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のＢｉ−Ｓｒ
−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導膜及びその製造方法によれ
ば、各種デバイス材料として有用な、基板面に対して
（１１０）面が選択的に成長したＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系超電導膜が、酸化物系超電導薄膜の成膜方法と
して工業的に有利なＣＶＤ法により提供される。
−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導膜及びその製造方法によれ
ば、各種デバイス材料として有用な、基板面に対して
（１１０）面が選択的に成長したＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系超電導膜が、酸化物系超電導薄膜の成膜方法と
して工業的に有利なＣＶＤ法により提供される。
【００４７】特に、ＣＶＤ法による成膜の初期段階にお
いて核生成を行なうことにより、より一層（１１０）面
配向度を向上させることができる。
いて核生成を行なうことにより、より一層（１１０）面
配向度を向上させることができる。
【図１】実施例１で得られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系超電導薄膜のＸＲＤスペクトル線図である。
Ｏ系超電導薄膜のＸＲＤスペクトル線図である。
【図２】実施例２で得られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系超電導薄膜のＸＲＤスペクトル線図である。
Ｏ系超電導薄膜のＸＲＤスペクトル線図である。
【図３】実施例２で得られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系超電導薄膜のＸＲＤスペクトル線図である。
Ｏ系超電導薄膜のＸＲＤスペクトル線図である。
【図４】実施例２で得られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系超電導薄膜のＸＲＤスペクトル線図である。
Ｏ系超電導薄膜のＸＲＤスペクトル線図である。
【図５】実施例２で得られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系超電導薄膜のＸＲＤスペクトル線図である。
Ｏ系超電導薄膜のＸＲＤスペクトル線図である。
【図６】実施例３で得られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系超電導薄膜のＸＲＤスペクトル線図である。
Ｏ系超電導薄膜のＸＲＤスペクトル線図である。
【図７】実施例３で得られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系超電導薄膜の結晶構造を示すＳＥＭ写真である。
Ｏ系超電導薄膜の結晶構造を示すＳＥＭ写真である。
【図８】実施例４で得られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系超電導薄膜の結晶構造を示すＳＥＭ写真である。
Ｏ系超電導薄膜の結晶構造を示すＳＥＭ写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩原 融 東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (56)参考文献 特開 平２−97403（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 C01G 1/00 ＣＡ（ＳＴＮ) ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (5)
- 【請求項１】 ＭｇＯ [１１０] 単結晶よりなる基板に
化学的気相成長法により成膜されたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−
Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜であって、該基板面に対して（１
１０）面が選択的に成長しているＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系超電導薄膜。 - 【請求項２】 ＭｇＯ [１１０] 単結晶よりなる基板
に、化学的気相成長法によりＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系超電導薄膜を成膜するにあたり、該基板面に対して
（１１０）面を選択的に成長させることを特徴とするＢ
ｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜の製造方法。 - 【請求項３】 前記化学的気相成長法における成膜温度
が９００℃以下であることを特徴とする請求項２に記載
のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜の製造方
法。 - 【請求項４】 前記化学的気相成長法による成膜の初期
段階において、核生成を行なうことにより、該基板面に
対して（１１０）面をより選択的に成長させることを特
徴とする請求項２又は３に記載のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系超電導薄膜の製造方法。 - 【請求項５】 Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系薄膜を平均膜厚
２０Å以下の厚さに形成して核生成を行なうことを特徴
とする請求項４に記載のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系
超電導薄膜の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17055692A JP3208849B2 (ja) | 1992-02-18 | 1992-06-29 | Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜及びその製造方法 |
| US07/950,127 US5342826A (en) | 1991-10-02 | 1992-09-24 | Bi-Sr-Ca-Cu-O superconducting thin film |
| DE69228035T DE69228035T2 (de) | 1991-10-02 | 1992-10-01 | Dünne, supraleitende Schicht aus Bi-Sr-Ca-Cu-O-Typ-Oxid |
| EP92116834A EP0535676B1 (en) | 1991-10-02 | 1992-10-01 | Bi-Sr-Ca-Cu-O system superconducting thin film |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3067292 | 1992-02-18 | ||
| JP4-30672 | 1992-02-18 | ||
| JP17055692A JP3208849B2 (ja) | 1992-02-18 | 1992-06-29 | Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05294798A JPH05294798A (ja) | 1993-11-09 |
| JP3208849B2 true JP3208849B2 (ja) | 2001-09-17 |
Family
ID=26369070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17055692A Expired - Fee Related JP3208849B2 (ja) | 1991-10-02 | 1992-06-29 | Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3208849B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050159298A1 (en) * | 2004-01-16 | 2005-07-21 | American Superconductor Corporation | Oxide films with nanodot flux pinning centers |
-
1992
- 1992-06-29 JP JP17055692A patent/JP3208849B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05294798A (ja) | 1993-11-09 |
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