JPH01100096A - 酸化物超伝導体膜の製造方法 - Google Patents
酸化物超伝導体膜の製造方法Info
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- JPH01100096A JPH01100096A JP62255847A JP25584787A JPH01100096A JP H01100096 A JPH01100096 A JP H01100096A JP 62255847 A JP62255847 A JP 62255847A JP 25584787 A JP25584787 A JP 25584787A JP H01100096 A JPH01100096 A JP H01100096A
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-
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0884—Treatment of superconductor layers by irradiation, e.g. ion-beam, electron-beam, laser beam or X-rays
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は酸化物超伝導体膜の製造方法に関し、特にエレ
クトロニクスへの応用に重要な単結晶薄膜の製造方法に
関するものである。
クトロニクスへの応用に重要な単結晶薄膜の製造方法に
関するものである。
（従来の技術）
酸化物超伝導体をエレクトロニクス分野に応用するため
には、この薄膜化が不可欠である。現在までに、真空蒸
着法やスパッタ法を用いて酸化物超伝導体膜をマグネシ
ア（ＭｇＯ）やサファイヤ（＾１２０３）基板上に１μ
ｍ程度被着し、引き続き酸素雰囲気中８００〜１０００
°Ｃで数時間熱処理することにより、液体窒素温度（７
７Ｋ）以上の高い超伝導転移温度を示す薄膜が得られて
いる。しかしながら、これらの薄膜は通常多結晶である
ため、各結晶粒が結晶粒界によって分離された構造をと
る。この結晶粒界は超伝導性をも外ない半導体的あるい
は絶縁体的性質の相で構成されるため、たとえ結晶粒が
高温超伝導性を有する相であっても結晶粒界が弱結合領
域となって超伝導臨界電流が抑制される。一般に、超伝
導体薄膜のエレクトロニクスデバイスへの応用には１０
’Ａ／ａ１２以上の大きな臨界電流が要求されるため、
結晶粒界の存在は非常に大きな問題である。また、高温
超伝導性を示す多結晶膜では結晶粒の成長が著しく、膜
厚に匹敵する凹凸を生じる。この表面荒れは、デバイス
作製に必要なりソグラブイやドラエツチングなどの微細
加工技術の適用を困難にする。
には、この薄膜化が不可欠である。現在までに、真空蒸
着法やスパッタ法を用いて酸化物超伝導体膜をマグネシ
ア（ＭｇＯ）やサファイヤ（＾１２０３）基板上に１μ
ｍ程度被着し、引き続き酸素雰囲気中８００〜１０００
°Ｃで数時間熱処理することにより、液体窒素温度（７
７Ｋ）以上の高い超伝導転移温度を示す薄膜が得られて
いる。しかしながら、これらの薄膜は通常多結晶である
ため、各結晶粒が結晶粒界によって分離された構造をと
る。この結晶粒界は超伝導性をも外ない半導体的あるい
は絶縁体的性質の相で構成されるため、たとえ結晶粒が
高温超伝導性を有する相であっても結晶粒界が弱結合領
域となって超伝導臨界電流が抑制される。一般に、超伝
導体薄膜のエレクトロニクスデバイスへの応用には１０
’Ａ／ａ１２以上の大きな臨界電流が要求されるため、
結晶粒界の存在は非常に大きな問題である。また、高温
超伝導性を示す多結晶膜では結晶粒の成長が著しく、膜
厚に匹敵する凹凸を生じる。この表面荒れは、デバイス
作製に必要なりソグラブイやドラエツチングなどの微細
加工技術の適用を困難にする。
従来、こうした多結晶膜の問題点を解決する単結晶化の
手段として、ピー・、チャダリ（Ｐ、Ｃｈａｕｄｈａｒ
ｉ）らによって１９８７年にフィジカル・レビュー・レ
ターズ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ）第５８巻２６８４〜２６８６ページで提案された
方法がある。この方法を第２図（ａ）〜（ｂ）を用いて
工程順に説明する。まず、チタン酸ストロンチウム（Ｓ
ｒＴｉ０３＞ （１００）単結晶からなる基板２１上に
、１０′４〜１Ｏ−３Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で３連真
空蒸着装置を用いてイツトリウム（Ｙ）、バリウム（Ｂ
ａ）、銅（Ｃｕ）を同時蒸着し、Ｙ Ｂ ａ ２ Ｃｕ
３０７−Ｘからなる酸化物超伝導体膜２２を形成する
（第２図（ａ））。蒸着時の基板温度は約４００°Ｃで
ある。引き続き、この酸化物超伝導体膜２２を酸素雰囲
気巾約９００゜Ｃで熱処理して単結晶化し高温超伝導性
の酸化物超伝導体膜２３を形成する（第２図（ｂ））、
基板２１に用いた５ｒＴｉ０３単結晶は格子定数３．９
ＯＡの立方晶であり、高温超伝導性を示す酸素欠損型ペ
ロブスカイト構造のＹＢａ２ Ｃｕ３０７−。
手段として、ピー・、チャダリ（Ｐ、Ｃｈａｕｄｈａｒ
ｉ）らによって１９８７年にフィジカル・レビュー・レ
ターズ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ）第５８巻２６８４〜２６８６ページで提案された
方法がある。この方法を第２図（ａ）〜（ｂ）を用いて
工程順に説明する。まず、チタン酸ストロンチウム（Ｓ
ｒＴｉ０３＞ （１００）単結晶からなる基板２１上に
、１０′４〜１Ｏ−３Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で３連真
空蒸着装置を用いてイツトリウム（Ｙ）、バリウム（Ｂ
ａ）、銅（Ｃｕ）を同時蒸着し、Ｙ Ｂ ａ ２ Ｃｕ
３０７−Ｘからなる酸化物超伝導体膜２２を形成する
（第２図（ａ））。蒸着時の基板温度は約４００°Ｃで
ある。引き続き、この酸化物超伝導体膜２２を酸素雰囲
気巾約９００゜Ｃで熱処理して単結晶化し高温超伝導性
の酸化物超伝導体膜２３を形成する（第２図（ｂ））、
基板２１に用いた５ｒＴｉ０３単結晶は格子定数３．９
ＯＡの立方晶であり、高温超伝導性を示す酸素欠損型ペ
ロブスカイト構造のＹＢａ２ Ｃｕ３０７−。
の格子定数ａ＝３．８２Ａ、ｂ＝３．８８Ａに近い。そ
のため、ＹＢａ２ Ｃｕ３ ｏ、−、単結晶膜２３を５
ｒＴｉ０３単結晶上にエピタキシャル成長させることが
可能である。
のため、ＹＢａ２ Ｃｕ３ ｏ、−、単結晶膜２３を５
ｒＴｉ０３単結晶上にエピタキシャル成長させることが
可能である。
（発明が解決しようとする問題点）
この方法では、酸化物超伝導体膜は単結晶基板上へのエ
ピタキシャル成長によって単結晶化が図られる。そのた
め、基板は成長させようとする酸化物超伝導体膜と格子
整合性がよく、しかも高温でも酸化物超伝導体との界面
で安定なものでなければならない。さらに、酸化物超伝
導体膜の応用が期待される実際のデバイスでは多層構造
を必要とするものが多いが、従来のエピタキシャル成長
技術では、基板と直接接することのない上層に酸化物超
伝導体の単結晶を成長させることは難しかしい。
ピタキシャル成長によって単結晶化が図られる。そのた
め、基板は成長させようとする酸化物超伝導体膜と格子
整合性がよく、しかも高温でも酸化物超伝導体との界面
で安定なものでなければならない。さらに、酸化物超伝
導体膜の応用が期待される実際のデバイスでは多層構造
を必要とするものが多いが、従来のエピタキシャル成長
技術では、基板と直接接することのない上層に酸化物超
伝導体の単結晶を成長させることは難しかしい。
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を取り除い
た酸化物超伝導体膜の製造方法を提供することにある。
た酸化物超伝導体膜の製造方法を提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、基板上に被着した酸化物超伝導体膜に酸素を
含む雰囲気中でレーザビームを照射し、走査することに
よって前記酸化物超伝導体膜を順次溶融、冷却して単結
晶化した後、前記酸化物超伝導体膜を酸素を含む雰囲気
中で熱処理して前記酸化物超伝導体に酸素を補給し高温
超伝導化することを特徴とする酸化物超伝導体膜の製造
方法である。
含む雰囲気中でレーザビームを照射し、走査することに
よって前記酸化物超伝導体膜を順次溶融、冷却して単結
晶化した後、前記酸化物超伝導体膜を酸素を含む雰囲気
中で熱処理して前記酸化物超伝導体に酸素を補給し高温
超伝導化することを特徴とする酸化物超伝導体膜の製造
方法である。
（作用）
本発明では、酸素を含む雰囲気中で酸化物超伝導体膜面
内をレーザビームで走査しながら、ビーム照斜部を溶融
、反応させ結晶化を図る。そのた。
内をレーザビームで走査しながら、ビーム照斜部を溶融
、反応させ結晶化を図る。そのた。
め、最初のレーザビーム照斜部が一度結晶化されると、
ビームの走査方向に結晶成長が進行し単結晶膜が得られ
る。しかし、このままではビーム照射部の酸化物超伝導
体膜はクエンチされるため、その結晶は不規則な酸素配
列や大幅な酸素欠損により高温超伝導性を示さない、従
って、引き続き酸化物超伝導体膜を酸素を含む雰囲気中
で熱処理、除冷して結晶中に酸素を補給し、高温超伝導
性を示す膜を形成する。この方法では、基板はエピタキ
シャル成長用の単結晶体である必要はなく、スパッタ法
やＣＶＤ法などで被着した絶縁膜を表面に備えた通常の
ものでよい。そのため、酸化物超伝導体膜を多層に配置
することが可能となりこのデバイスへの応用分野が拡大
する。さらに、超伝導臨界電流には結晶方位による異方
性があるが、下地の一領域にシードを設けることにより
結晶方位の制御も可能となる。
ビームの走査方向に結晶成長が進行し単結晶膜が得られ
る。しかし、このままではビーム照射部の酸化物超伝導
体膜はクエンチされるため、その結晶は不規則な酸素配
列や大幅な酸素欠損により高温超伝導性を示さない、従
って、引き続き酸化物超伝導体膜を酸素を含む雰囲気中
で熱処理、除冷して結晶中に酸素を補給し、高温超伝導
性を示す膜を形成する。この方法では、基板はエピタキ
シャル成長用の単結晶体である必要はなく、スパッタ法
やＣＶＤ法などで被着した絶縁膜を表面に備えた通常の
ものでよい。そのため、酸化物超伝導体膜を多層に配置
することが可能となりこのデバイスへの応用分野が拡大
する。さらに、超伝導臨界電流には結晶方位による異方
性があるが、下地の一領域にシードを設けることにより
結晶方位の制御も可能となる。
（実施例）
次に本発明の一実施例を示す。
まず、Ｙ −Ｂ ａ −Ｃｕ −０系ターゲツトを用い
たスパッタ法により、表面を熱酸化二酸化ケイ素（Ｓｉ
０２）で被覆したシリコン（Ｓｉ）基板１１上に、ＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏ７に近い組成をもつ酸化物超伝導体膜１２
を厚さ約０．５μｍ被着する（第１図（ａ））。スパッ
タはアルゴン（Ａｒ）と酸素（０２）との混合ガス雰囲
気中で、基板温度は室温〜８００°Ｃで行なう。この段
階では、酸化物超伝導体膜１２はアモルファスかアモル
ファスに近い多結晶体で超伝導性は示さない。次に、酸
素フロー中、基板温度６００°Ｃで、酸化物超伝導体膜
１２表面にＡｒレーザビームを照射してビーム照射部を
溶融、反応させ結晶化領域１３を形成する（第１図（ｂ
））。
たスパッタ法により、表面を熱酸化二酸化ケイ素（Ｓｉ
０２）で被覆したシリコン（Ｓｉ）基板１１上に、ＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏ７に近い組成をもつ酸化物超伝導体膜１２
を厚さ約０．５μｍ被着する（第１図（ａ））。スパッ
タはアルゴン（Ａｒ）と酸素（０２）との混合ガス雰囲
気中で、基板温度は室温〜８００°Ｃで行なう。この段
階では、酸化物超伝導体膜１２はアモルファスかアモル
ファスに近い多結晶体で超伝導性は示さない。次に、酸
素フロー中、基板温度６００°Ｃで、酸化物超伝導体膜
１２表面にＡｒレーザビームを照射してビーム照射部を
溶融、反応させ結晶化領域１３を形成する（第１図（ｂ
））。
酸化物超伝導体膜１２面内でレーザビームを走査して、
この走査方向に結晶成長させ単結晶化した酸化物超伝導
体膜１４を作製する（第１図（ｄ））。
この走査方向に結晶成長させ単結晶化した酸化物超伝導
体膜１４を作製する（第１図（ｄ））。
レーザビームアニール条件は、ビームスポット直径４０
μｍ、出力パワー５Ｗ、走査速度１０ＣＩＩ／ｓｅｃで
ある。この酸化物超伝導体膜１４は多結晶膜に比べ滑ら
かな表面をもつが、不規則な酸素配列や大幅な酸素欠損
を含む正方晶系の結晶であるため高温超伝導性は示さな
い。そこで引き続き、単結晶化した酸化物超伝導体膜１
４を酸素をフローしながら融点（約１０５０°Ｃ）以下
の温度例えば８５０〜９５０°Ｃで数時間熱処理した後
、除冷する。この結果、酸素の組成がＹＢａ２ Ｃｕ３
０７を満足する値に近づき、結晶構造が規則的な酸素配
列をもつ斜方晶系になるため、第１図（ｄ）に示すよう
な高温超伝導性の酸化物超伝導体膜１５が得られる。こ
の膜は８０に以上で完全に超伝導となる。実施例で示し
たように、本発明による方法を用いれば、酸化物超伝導
体に対しても基板に直接エピタキシャル成長させること
なく高温超伝導性を有する単結晶膜が得られる。また、
この膜はアモルファス状のＳ ｉ ０２上にも作製可能
なことから、多層構造にも適用でき広くデバイスへの応
用が期待される。この膜は単結晶であるから結晶粒界が
少なく臨界電流が増加する。
μｍ、出力パワー５Ｗ、走査速度１０ＣＩＩ／ｓｅｃで
ある。この酸化物超伝導体膜１４は多結晶膜に比べ滑ら
かな表面をもつが、不規則な酸素配列や大幅な酸素欠損
を含む正方晶系の結晶であるため高温超伝導性は示さな
い。そこで引き続き、単結晶化した酸化物超伝導体膜１
４を酸素をフローしながら融点（約１０５０°Ｃ）以下
の温度例えば８５０〜９５０°Ｃで数時間熱処理した後
、除冷する。この結果、酸素の組成がＹＢａ２ Ｃｕ３
０７を満足する値に近づき、結晶構造が規則的な酸素配
列をもつ斜方晶系になるため、第１図（ｄ）に示すよう
な高温超伝導性の酸化物超伝導体膜１５が得られる。こ
の膜は８０に以上で完全に超伝導となる。実施例で示し
たように、本発明による方法を用いれば、酸化物超伝導
体に対しても基板に直接エピタキシャル成長させること
なく高温超伝導性を有する単結晶膜が得られる。また、
この膜はアモルファス状のＳ ｉ ０２上にも作製可能
なことから、多層構造にも適用でき広くデバイスへの応
用が期待される。この膜は単結晶であるから結晶粒界が
少なく臨界電流が増加する。
本実施例では、レーザアニール後の酸素雰囲気中での熱
処理は８５０〜９５０°Ｃで行なったが、より低温の４
００〜６００°Ｃで行うこともできる。また雰囲気中に
は酸素以外に不活性な気体が混合されていてもよい、酸
化物超伝導体膜にスパッタ法により被着したＹ−Ｂａ−
Ｃｕ−０系薄膜を用いたが、蒸着法やＣＶＤ法など他の
成膜技術を用いてもよいし、Ｙの代わりにＥｕ、Ｇｄ、
Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂなど他の希土類元素を構成元素として
用いる酸化物超伝導体やＬａ−３ｒ−Ｃｕ−０系などの
他の酸化物超伝導体を用いることもできる。
処理は８５０〜９５０°Ｃで行なったが、より低温の４
００〜６００°Ｃで行うこともできる。また雰囲気中に
は酸素以外に不活性な気体が混合されていてもよい、酸
化物超伝導体膜にスパッタ法により被着したＹ−Ｂａ−
Ｃｕ−０系薄膜を用いたが、蒸着法やＣＶＤ法など他の
成膜技術を用いてもよいし、Ｙの代わりにＥｕ、Ｇｄ、
Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂなど他の希土類元素を構成元素として
用いる酸化物超伝導体やＬａ−３ｒ−Ｃｕ−０系などの
他の酸化物超伝導体を用いることもできる。
また、基板にはＳ ｉ ０２で被覆したＳｉ基板を使用
したが、ＭｇＯやＳ ｒ Ｔ ｉ Ｏｓなど他の物質で
なる基板を用いてもよい。特に酸化物超伝導体と格子整
合性のよい単結晶基板をレーザビームアニールのシード
として用いれば、基板の結晶面の選択により酸化物超伝
導体膜の結晶方位を制御することができる。さらに、本
実施例のＡｒレーザビームアニール法に変わる技術とし
て、Ｃ０２、ＹＡＧレーザビームアニール法があること
は言うまでもない。
したが、ＭｇＯやＳ ｒ Ｔ ｉ Ｏｓなど他の物質で
なる基板を用いてもよい。特に酸化物超伝導体と格子整
合性のよい単結晶基板をレーザビームアニールのシード
として用いれば、基板の結晶面の選択により酸化物超伝
導体膜の結晶方位を制御することができる。さらに、本
実施例のＡｒレーザビームアニール法に変わる技術とし
て、Ｃ０２、ＹＡＧレーザビームアニール法があること
は言うまでもない。
（発明の効果）
本発明によれば、単結晶基板にエピタキシャル成長させ
ることなく、スパッタ法やＣＶＤ法などで被着された通
常の絶縁膜上にも、高温超伝導特性の酸化物超伝導体単
結晶膜を作製することができる。従って、本発明による
方法は多層の酸化物超伝導体膜を必要とする多くのエレ
クトロニクスデバイスに適用することが可能である。
ることなく、スパッタ法やＣＶＤ法などで被着された通
常の絶縁膜上にも、高温超伝導特性の酸化物超伝導体単
結晶膜を作製することができる。従って、本発明による
方法は多層の酸化物超伝導体膜を必要とする多くのエレ
クトロニクスデバイスに適用することが可能である。
第１図（ａ）〜＜ｄ）は本発明の酸化物超伝導体膜の製
造方法を工程順に示す断面図、第２図（ａ）〜（ｂ）は
従来の酸化物超伝導体膜の製造方法を示す断面図である
。 図において、１１．２１は基板、１２．２２は酸化物超
伝導体膜、１３は単結晶化領域、１４は単結晶化した酸
化物超伝導体膜、１５．２３は高温超伝導性の酸化物超
伝導体膜である。
造方法を工程順に示す断面図、第２図（ａ）〜（ｂ）は
従来の酸化物超伝導体膜の製造方法を示す断面図である
。 図において、１１．２１は基板、１２．２２は酸化物超
伝導体膜、１３は単結晶化領域、１４は単結晶化した酸
化物超伝導体膜、１５．２３は高温超伝導性の酸化物超
伝導体膜である。
Claims (1)
- 基板上に被着した酸化物超伝導体膜に酸素を含む雰囲
気中でレーザビームを照射し、走査することによって前
記酸化物超伝導体膜を順次溶融、冷却して単結晶化した
後、前記酸化物超伝導体膜を酸素を含む雰囲気中で熱処
理して前記酸化物超伝導体膜に酸素を補給し高温超伝導
化することを特徴とする酸化物超伝導体膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62255847A JPH01100096A (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 酸化物超伝導体膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62255847A JPH01100096A (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 酸化物超伝導体膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01100096A true JPH01100096A (ja) | 1989-04-18 |
Family
ID=17284418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62255847A Pending JPH01100096A (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 酸化物超伝導体膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01100096A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5183800A (en) * | 1987-07-15 | 1993-02-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Interconnection method for semiconductor device comprising a high-temperature superconductive material |
| CN103014861A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-04-03 | 上海交通大学 | 宝塔形大尺寸rebco高温超导块体的制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6417330A (en) * | 1987-07-10 | 1989-01-20 | Semiconductor Energy Lab | Manufacture of superconductor |
| JPS6465715A (en) * | 1987-09-04 | 1989-03-13 | Furukawa Electric Co Ltd | Manufacture of superconductor molding |
-
1987
- 1987-10-09 JP JP62255847A patent/JPH01100096A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6417330A (en) * | 1987-07-10 | 1989-01-20 | Semiconductor Energy Lab | Manufacture of superconductor |
| JPS6465715A (en) * | 1987-09-04 | 1989-03-13 | Furukawa Electric Co Ltd | Manufacture of superconductor molding |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5183800A (en) * | 1987-07-15 | 1993-02-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Interconnection method for semiconductor device comprising a high-temperature superconductive material |
| CN103014861A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-04-03 | 上海交通大学 | 宝塔形大尺寸rebco高温超导块体的制备方法 |
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