JPH01107420A - 酸化物超伝導体 - Google Patents
酸化物超伝導体Info
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- JPH01107420A JPH01107420A JP62263796A JP26379687A JPH01107420A JP H01107420 A JPH01107420 A JP H01107420A JP 62263796 A JP62263796 A JP 62263796A JP 26379687 A JP26379687 A JP 26379687A JP H01107420 A JPH01107420 A JP H01107420A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
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、超伝導薄膜を有する超伝導体に係り。
特に高い超伝導転移温度を持つ酸化物系超伝導薄膜を有
する酸化物超伝導体に関する。
する酸化物超伝導体に関する。
最近、 S r −L a −Cu酸化物やY−Ba−
Cu酸化物などペロブスカイト構造を基本に持つ酸化物
材料が40に以上のル′5い超伝導転移温度(臨界温度
;Tc)を持つことが明らかにされた。これらの材料か
ら成る薄膜は、超伝導材料と近い組成の酸化物焼結体、
もしくはY 203 、 B a O、Cu Oなどの
個々の金属酸化物の焼結体ペレットの集合体から成るタ
ーゲットを用いて高周波スパッタやマグネトロンスパッ
タ法でサファイヤ(A(tzO:+)や酸化マグネシウ
ム(MgO)などの基板上に成膜することによって得ら
れている。あるいは、真空蒸着法によって酸化物超伝導
材料の構成元素、たとえばY−Ba−Cu酸化物の場合
は、Y、Ba、Cuの3種類を同時に蒸着し基板上に膜
を形成し、しかる後に加熱酸化処理することによって酸
化物超伝導材料の薄膜を形成する方法が試みられている
。
Cu酸化物などペロブスカイト構造を基本に持つ酸化物
材料が40に以上のル′5い超伝導転移温度(臨界温度
;Tc)を持つことが明らかにされた。これらの材料か
ら成る薄膜は、超伝導材料と近い組成の酸化物焼結体、
もしくはY 203 、 B a O、Cu Oなどの
個々の金属酸化物の焼結体ペレットの集合体から成るタ
ーゲットを用いて高周波スパッタやマグネトロンスパッ
タ法でサファイヤ(A(tzO:+)や酸化マグネシウ
ム(MgO)などの基板上に成膜することによって得ら
れている。あるいは、真空蒸着法によって酸化物超伝導
材料の構成元素、たとえばY−Ba−Cu酸化物の場合
は、Y、Ba、Cuの3種類を同時に蒸着し基板上に膜
を形成し、しかる後に加熱酸化処理することによって酸
化物超伝導材料の薄膜を形成する方法が試みられている
。
なお、この分野の最近の技術動向の例は、ジャパニーズ
・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス 26
巻、5号(1987年)頁L601− L 884 (
Japanese Journal of Appli
edPhysics、 Vol、26e No、5 (
1987)pp、L601−LaB5)に報じられてい
る。
・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス 26
巻、5号(1987年)頁L601− L 884 (
Japanese Journal of Appli
edPhysics、 Vol、26e No、5 (
1987)pp、L601−LaB5)に報じられてい
る。
スパッタ法や真空蒸着法により、高いTcを持つ超伝導
薄膜を形成するためには、膜の組成制御を正確に行い、
かつ適正な基板を選ぶことが重要である。従来技術のな
かでは、基板としてはMgOやSrTiO3などの単結
晶が用いられており、これらの基板上に0.5〜2μm
の超伝導薄膜を形成して80〜88にの高いTcの値が
得られている。しかし、これらの単結晶基板は高価であ
るばかりでなく、電子デバイス例えば半導体の配線部品
として超伝導薄膜を用いるのが困雅である。一方、電子
デバイスの主要基板として用いられるStや5i02上
に超伝導薄膜を形成した場合、基板と超伝導薄膜の構成
材料が熱処理温度において反応して、超伝導特性を示さ
なくなるという問題があった。
薄膜を形成するためには、膜の組成制御を正確に行い、
かつ適正な基板を選ぶことが重要である。従来技術のな
かでは、基板としてはMgOやSrTiO3などの単結
晶が用いられており、これらの基板上に0.5〜2μm
の超伝導薄膜を形成して80〜88にの高いTcの値が
得られている。しかし、これらの単結晶基板は高価であ
るばかりでなく、電子デバイス例えば半導体の配線部品
として超伝導薄膜を用いるのが困雅である。一方、電子
デバイスの主要基板として用いられるStや5i02上
に超伝導薄膜を形成した場合、基板と超伝導薄膜の構成
材料が熱処理温度において反応して、超伝導特性を示さ
なくなるという問題があった。
本発明は、酸化物系超伝導薄膜と基板との反応性を改良
し、高い臨界温度Tcと臨界電流値Jcをもった酸化物
系超伝導薄膜を電子デバイスに応用するのに好適構造の
酸化物超伝導体を提供することを宗とする。
し、高い臨界温度Tcと臨界電流値Jcをもった酸化物
系超伝導薄膜を電子デバイスに応用するのに好適構造の
酸化物超伝導体を提供することを宗とする。
上記目的は、Siあるいはその酸化物系の基板とMz
Ml−Cu O系の金属酸化物超伝導薄膜(Mo:
少なくとも1種の希土類金属。
Ml−Cu O系の金属酸化物超伝導薄膜(Mo:
少なくとも1種の希土類金属。
Ml:少なくとも1種のアルカリ土類金属)との間にM
gOから成る障壁層を介在させることによす達成できる
。
gOから成る障壁層を介在させることによす達成できる
。
本発明の作用をMz−My−Cu酸化物(MI:希土類
金属、M、:アルカリ土類金属)系超伝導薄膜の内1M
□としてY、M、ILとしてBa、基板としてMgOを
用いた場合を例に真空蒸着法で形成した方法について説
明する。第1図は、基板l上に希土類金属(Ml)2と
してY。
金属、M、:アルカリ土類金属)系超伝導薄膜の内1M
□としてY、M、ILとしてBa、基板としてMgOを
用いた場合を例に真空蒸着法で形成した方法について説
明する。第1図は、基板l上に希土類金属(Ml)2と
してY。
アルカリ土類金g(Ml)3としてBa、及びCu3か
ら成るYrBa:Cu=l:2:3の割合の金属積層膜
を形成した例である。ついで上記金属積層膜を電気炉中
に入れ、酸素ガス雰囲気中で600〜1000℃に熱処
理して酸化物系超伝導薄膜を作製する。この場合、金属
積層膜の総膜厚は、20nm以上250nm以下が適当
である。
ら成るYrBa:Cu=l:2:3の割合の金属積層膜
を形成した例である。ついで上記金属積層膜を電気炉中
に入れ、酸素ガス雰囲気中で600〜1000℃に熱処
理して酸化物系超伝導薄膜を作製する。この場合、金属
積層膜の総膜厚は、20nm以上250nm以下が適当
である。
金属積層膜の総膜厚が20nm以下では、上記基板上の
酸化物超伝導薄膜が連続的につながった膜になりにくい
* 20nm〜250nmでは、ペロブスカイト構造の
酸化物系超伝導薄膜のC軸が基板面に高配向した膜が得
られ、高いJcとTcの値が得られることがわかった。
酸化物超伝導薄膜が連続的につながった膜になりにくい
* 20nm〜250nmでは、ペロブスカイト構造の
酸化物系超伝導薄膜のC軸が基板面に高配向した膜が得
られ、高いJcとTcの値が得られることがわかった。
250nm以上になると、多結晶の酸化物系超伝導薄膜
となり、超伝導特性は示すが、JcとTcが低い値とな
る。
となり、超伝導特性は示すが、JcとTcが低い値とな
る。
MgO基板としては(001)、(111)。
(011)方位の単結晶、あるいは多結晶もしくは非晶
質のいずれでも良いが、(001)MgO単結晶を用い
た方が超伝導薄膜のC軸配向性は優れている。
質のいずれでも良いが、(001)MgO単結晶を用い
た方が超伝導薄膜のC軸配向性は優れている。
基板lとして、S i、5i02.S 1CsSi3N
4を用いて、この上に直接金属積層膜を形成した場合、
酸素雰囲気中での熱処理過程において、基板と積層膜材
料が反応して、良好な超伝導特性を示さない。
4を用いて、この上に直接金属積層膜を形成した場合、
酸素雰囲気中での熱処理過程において、基板と積層膜材
料が反応して、良好な超伝導特性を示さない。
これに対して、上記S t、sio、、S ic。
Si3N、基板上に厚さ0.01〜3μmのMgOから
成る障壁層を設け、この上に前記金属積層膜を形成し、
酸化熱処理を施すと、金属積層膜と下地基板との反応を
防止でき、良好な超伝導特性を示すことがわかった。前
記障壁層の厚さが0.01μm以下では、MgOの完全
な連続膜に成りにくく、基板と金属積層膜との反応を充
分に防止する効果が小さい。障壁層の厚さが3μm以上
になると、膜の表面が凹凸になる欠点がある。
成る障壁層を設け、この上に前記金属積層膜を形成し、
酸化熱処理を施すと、金属積層膜と下地基板との反応を
防止でき、良好な超伝導特性を示すことがわかった。前
記障壁層の厚さが0.01μm以下では、MgOの完全
な連続膜に成りにくく、基板と金属積層膜との反応を充
分に防止する効果が小さい。障壁層の厚さが3μm以上
になると、膜の表面が凹凸になる欠点がある。
本発明では、基板と酸化物超伝導薄膜の構成材料との反
応性をなくシ、良好な超伝導特性をもった超伝導薄膜の
形成方法を提供するものであり、以下実施例により詳細
に説明する。
応性をなくシ、良好な超伝導特性をもった超伝導薄膜の
形成方法を提供するものであり、以下実施例により詳細
に説明する。
実施例1゜
第2図に示す真空蒸着装置を用いて積層膜を形成した。
装置の到達真空度はlXl0−’Torrである。蒸着
源5は電子ビーム衝撃加熱式で回転ハースを持ち4種類
の異った材料を連続的に蒸発させることができる。蒸着
用の基板1は、その背後に設けたヒータ6で加熱できる
。蒸着速度と膜厚は水晶振動子式膜厚計7で測定し、制
御できる。
源5は電子ビーム衝撃加熱式で回転ハースを持ち4種類
の異った材料を連続的に蒸発させることができる。蒸着
用の基板1は、その背後に設けたヒータ6で加熱できる
。蒸着速度と膜厚は水晶振動子式膜厚計7で測定し、制
御できる。
作製した酸化物超伝導体の断面構造を第3図に示す。基
板1として、Si、5i02.SiC。
板1として、Si、5i02.SiC。
Si3N4を各々2組と比較用として(001)MgO
を用い、基板温度を300℃に設定した。
を用い、基板温度を300℃に設定した。
まず、シャッタ8を半開にして、1組のSi。
5i02.S iC,Si3N4基板上にMgOの障壁
層9を厚さ1100n形成した。ついでシャッタ8を全
開にして、障壁59を形成した。1組のS i* S
x O2? S i Cg S 、13 N 4基板と
障壁層を設けない他の1組のSl e SiO2t S
i C。
層9を厚さ1100n形成した。ついでシャッタ8を全
開にして、障壁59を形成した。1組のS i* S
x O2? S i Cg S 、13 N 4基板と
障壁層を設けない他の1組のSl e SiO2t S
i C。
Si3N4及びMgO基板上に、Yを6膜m、Baを2
4nm、Cuを6.5膜m蒸着し、3層の金属積属構造
を形成した。この3層構造を6回繰り返して形成し、合
計0.2μm厚の積層構造膜を形成した。各材料の蒸着
速度は0.5〜10nm/seeの間の一定値とした。
4nm、Cuを6.5膜m蒸着し、3層の金属積属構造
を形成した。この3層構造を6回繰り返して形成し、合
計0.2μm厚の積層構造膜を形成した。各材料の蒸着
速度は0.5〜10nm/seeの間の一定値とした。
成膜後、各試料を真空蒸着装置から取り出し。
電気炉に入れ、以下の条件で熱処理を行った。雰囲気は
約1気圧の酸化雰囲気とし、室温から100℃/hの速
度で昇温し、910℃で2時間保った後、100℃/h
の速度で室温まで冷却し。
約1気圧の酸化雰囲気とし、室温から100℃/hの速
度で昇温し、910℃で2時間保った後、100℃/h
の速度で室温まで冷却し。
積層膜の酸化および拡散反応処理を行った。
処理後の試料は、X線回折法によって超伝導材料に固有
なペロブスカイト構造が実現されていることを確認する
と共に、他の反応生成物の有無について調べた。また各
試料について4端子法により臨界温度(Tc)と4.2
Kにおける臨界電流(JC)を測定した。その結果を表
1に示す。
なペロブスカイト構造が実現されていることを確認する
と共に、他の反応生成物の有無について調べた。また各
試料について4端子法により臨界温度(Tc)と4.2
Kにおける臨界電流(JC)を測定した。その結果を表
1に示す。
表 1
表1から明らかなように、Si、SiO□。
SiC,Si3N4などの基板に直接超伝導薄膜を形成
した場合、基板界面付近に反応相が形成され、Tc、J
c共に低い値となった。これに対して上記基板上にMg
Oの障壁層を形成した場合、基板材料との反応相ができ
ず、(001)MgO単結晶基板を用いた場合とほぼ同
等の超伝導特性を示すことがわかる。
した場合、基板界面付近に反応相が形成され、Tc、J
c共に低い値となった。これに対して上記基板上にMg
Oの障壁層を形成した場合、基板材料との反応相ができ
ず、(001)MgO単結晶基板を用いた場合とほぼ同
等の超伝導特性を示すことがわかる。
実施例2゜
基板としてSiO2を用い、ターゲットとしてEr:B
a:Cuを1:2:3に割合したEr 、Ba 2 C
u 30 t −xの焼結体を使ッテ以下の条件でスパ
ッタ法により超伝導薄膜を形成した。
a:Cuを1:2:3に割合したEr 、Ba 2 C
u 30 t −xの焼結体を使ッテ以下の条件でスパ
ッタ法により超伝導薄膜を形成した。
スパッタガスはAr:02=10:1の混合ガスを10
mTorr導入し、投入電力は 100 W/cm 3とした。まず5i02基板を室温
に保ちながらMgO膜を厚さ1μm形成し、ついで同一
真空中で基板温度を600℃に設定してEr−Ba−C
u−0膜を厚さ0.2μm形成した。同様に5i02基
板を300℃、600℃に保ってMgO膜を1μmの厚
さ形成して、この上に600℃の基板温度でEr−Ba
−Cu−0膜を0.2μmの厚さ形成した。また比較用
として5i02と(001)MgO基板上に直接上記超
伝導膜を形成した。
mTorr導入し、投入電力は 100 W/cm 3とした。まず5i02基板を室温
に保ちながらMgO膜を厚さ1μm形成し、ついで同一
真空中で基板温度を600℃に設定してEr−Ba−C
u−0膜を厚さ0.2μm形成した。同様に5i02基
板を300℃、600℃に保ってMgO膜を1μmの厚
さ形成して、この上に600℃の基板温度でEr−Ba
−Cu−0膜を0.2μmの厚さ形成した。また比較用
として5i02と(001)MgO基板上に直接上記超
伝導膜を形成した。
成膜後、酸化雰囲気中で850℃で2時間熱処理を施し
た。熱処理時の昇温、及び降温速度はいずれも100℃
/hとした。
た。熱処理時の昇温、及び降温速度はいずれも100℃
/hとした。
処理後の試料は、X線回折法によりMgO障壁層と超伝
導膜の構造解析を行い、同様にTcの測定を行った。そ
の結果を表2に示す。
導膜の構造解析を行い、同様にTcの測定を行った。そ
の結果を表2に示す。
表 2
表2から明らかなように、基板上にMgOの障壁層を設
けることにより、いずれも良好な超伝導特性を示し、M
gO膜としては(001)配向膜が最も優れているが、
非晶質膜あるいは多結晶膜でもほぼ同等の特性を示すこ
とが明らかである。
けることにより、いずれも良好な超伝導特性を示し、M
gO膜としては(001)配向膜が最も優れているが、
非晶質膜あるいは多結晶膜でもほぼ同等の特性を示すこ
とが明らかである。
実施例3゜
実施例1と同様の真空蒸着装置を用いて。
(001)MgO単結晶基板上に、V、O3゜BaO,
CuOから成る積層膜をY : B a : Cu=1
:2:3となるように形成した。積層膜形成時の基板温
度は600℃とし、積層膜の厚さを3Onme 90n
m、150nm、200nm。
CuOから成る積層膜をY : B a : Cu=1
:2:3となるように形成した。積層膜形成時の基板温
度は600℃とし、積層膜の厚さを3Onme 90n
m、150nm、200nm。
300nmと変化した試料を作製した。これらの試料を
真空蒸着装置から取り出し、実施例1と同様の酸化熱処
理を施し、酸化物系超伝導薄膜を作製した。
真空蒸着装置から取り出し、実施例1と同様の酸化熱処
理を施し、酸化物系超伝導薄膜を作製した。
処理後の試料は、X線回折法により超伝導材料に固有な
ペロブスカイト構造が実現されていることを確認した0
本実施例における超伝導膜はいずれもC軸配向膜であっ
たが、膜厚の増加と共にC軸方向のX線回折ピーク以外
に他の結晶面の回折ピークが観察された。表3に、超伝
導膜のX線回折における(OO6)回折ピーク強度に対
する(+03)回折ピーク強度の割合と膜厚の関係を示
す。
ペロブスカイト構造が実現されていることを確認した0
本実施例における超伝導膜はいずれもC軸配向膜であっ
たが、膜厚の増加と共にC軸方向のX線回折ピーク以外
に他の結晶面の回折ピークが観察された。表3に、超伝
導膜のX線回折における(OO6)回折ピーク強度に対
する(+03)回折ピーク強度の割合と膜厚の関係を示
す。
表 3
これらの薄膜のTcを4端子法で測定した結果。
いずれも約80にのTeの値を示したが、超伝導膜の膜
厚が250nm以上に厚くなるとJcの値が小さくなる
傾向があった。
厚が250nm以上に厚くなるとJcの値が小さくなる
傾向があった。
以上述べたように、本発明によれば、基板と超伝導膜と
の反応により良好な超伝導特性を示さなかった基板にお
いても、両者の間に障壁層を形成することにより超伝導
特性を向上でき、高い臨界温度をもつ酸化物系超伝導薄
膜の産業上の応用範囲を拡大できる効果がある。
の反応により良好な超伝導特性を示さなかった基板にお
いても、両者の間に障壁層を形成することにより超伝導
特性を向上でき、高い臨界温度をもつ酸化物系超伝導薄
膜の産業上の応用範囲を拡大できる効果がある。
第1図は本発明の酸化物超伝導体の形成の一過程を示す
積層構造膜を示す断面図、第2図は本発明の実施例で使
用した製造装置の構成図、第3図は本発明の実施例の酸
化物超伝導体の断面図である。 1・・・基板、2・・・希土類金m (M z) 、
3・・・アルカリ土類金属(M][)、4・・・Cu、
5・・・蒸着源、6・・・ヒータ、7・・・膜厚計、8
・・・シャッタ、9・・・障壁層。
積層構造膜を示す断面図、第2図は本発明の実施例で使
用した製造装置の構成図、第3図は本発明の実施例の酸
化物超伝導体の断面図である。 1・・・基板、2・・・希土類金m (M z) 、
3・・・アルカリ土類金属(M][)、4・・・Cu、
5・・・蒸着源、6・・・ヒータ、7・・・膜厚計、8
・・・シャッタ、9・・・障壁層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、基板とM_ I −M_II−Cu−O系の金属酸化物
(M_ I :少なくとも1種の希土類金属、 M_II:少なくとも1種のアルカリ土類金属)から成る
超伝導薄膜との間にMgOから成る障壁層を有すること
を特徴とする酸化物超伝導体。 2、特許請求の範囲第1項記載の酸化物超伝導体におい
て、上記MgO膜の膜厚は0.01〜3μmであり、か
つ結晶構造は非晶質あるいは多結晶もしくは(001)
配向膜である酸化物超伝導体。 3、特許請求の範囲第1項記載の酸化物超伝導体におい
て、上記超伝導薄膜の膜厚は20〜 250nmである酸化物超伝導体。 4、特許請求の範囲1項記載の酸化物超伝導体において
、上記超伝導薄膜はc軸配向膜である酸化物超伝導体。 5、特許請求の範囲第1項記載の酸化物超伝導体におい
て、上記基板はSi、SiO_2、SiC、Si_3N
_4、またはAl_2O_3である酸化物超伝導体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62263796A JPH01107420A (ja) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | 酸化物超伝導体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62263796A JPH01107420A (ja) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | 酸化物超伝導体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01107420A true JPH01107420A (ja) | 1989-04-25 |
Family
ID=17394373
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62263796A Pending JPH01107420A (ja) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | 酸化物超伝導体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01107420A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0244012A (ja) * | 1988-08-03 | 1990-02-14 | Dowa Mining Co Ltd | 超伝導薄膜の形成法 |
KR100417802B1 (ko) * | 2000-06-29 | 2004-02-05 | 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 | 실리콘이 함유된 기판 및 보호/열 장벽 코팅으로 기능하는장벽층 |
-
1987
- 1987-10-21 JP JP62263796A patent/JPH01107420A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0244012A (ja) * | 1988-08-03 | 1990-02-14 | Dowa Mining Co Ltd | 超伝導薄膜の形成法 |
KR100417802B1 (ko) * | 2000-06-29 | 2004-02-05 | 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 | 실리콘이 함유된 기판 및 보호/열 장벽 코팅으로 기능하는장벽층 |
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