JPH01160827A - 酸化物超電導薄膜作成法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ この発明は、酸化物超電導薄膜作成法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来、常電導から超電導へと転移する温度（以ＦＴｃと
略記）が最も高いといわれていたＮｂ５ＧｅでもＴ’　
ｃ約２３にで、利用に際しては一般に高価な液体ヘリウ
ムを用いて冷却しなければならなかった。

これに対し、近年ベドノルツ（１３ｅｄｎｏｒｚｌやミ
ューラ−（Ｍ’ｉｉｌ　Ｉｅｒ）などによってｒｃが約
３０〜４０にである金属酸化物（Ｌ　ａ　−Ｈａ　−Ｓ
　ｒ　−Ｃａ−Ｃｕ−０系）が見出された（雑誌：　Ｚ
、Ｐｈｙｓ、　１３６４、１８９　（１９８６）　）、
それに続いて、Ｍ、に、ウー（Ｍ。

Ｋ、■Ｕ）などによって′ｒＣが８０〜９３に程度であ
るＹ　−Ｂ　ａ　−Ｃｕ　−０系物質が発見され（雑誌
：Ｐｈｙｓ、　Ｒｅｖ、　Ｌｅｆｔ、、　５８．９０８
　（１９８７１１、其の後の検討でＹＩ３ａｚ　Ｃｕａ
　Ｏｙ　　（６≦ｙ≦７組成近傍）が最も良好な特性を
示すことが判明した。また、ＹをＬａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｌ’、ｒ、Ｙｂ、１．ｕ″′９のラン
タノイドで置き換えても同様の特性が得られる。これら
の超電導材料は冷媒として安価な液体窒素（沸点７７Ｋ
）を用いることが可能で、また、焼結体では７７Ｋにお
ける臨界型１ｆ、密度（以下Ｊｃと略記）が１０″Ａ　
／　ｃ　ｍ　”以１−であることが確認されており、実
用−Ｌｔｉｊめて有用な特性をもつ、一方、この物質の
応用としては、ジョセフソン素子や磁気検出素子などへ
の適用可能性も薄膜形成技術を通して検討されてきてお
り、この方面での開発も急速に進められている。

この物質の薄膜化に対していくつかの方法が提案されて
おり、代表的な例としては蒸着法が挙げられ、Ｍａ、Ｌ
ｎ、Ｃｕそれぞれの金属またはその化合物を蒸着源とし
て、抵抗または電子ビームなどにより加熱し、三元同時
蒸着するなどの方法が採られてきている。基板に付着し
た膜を酸素雰囲気中で約９００℃程度に加熱すると、Ｍ
ａ−Ｌｎ−Ｃｕ−０のペロブスカイト型化合物が得られ
。

しかも、最も単純な成膜方法であるため、比較的簡便に
作成できるなどの利点がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の三元同時蒸着法による酸化物超電導薄膜作成法は
以上のようであるので、Ｍａ、Ｌｎ、ＣＵの三元素が混
然一体となって基板に接して生じる。これらの元素のう
ちＭａ、Ｌｎは化学的な反応性が著しく高い物質である
ことが知られているが、特に成膜後の酸素雰囲気中での
熱処理においては、高温下で基板材料と激しく反応し、
基板成分の酸化物超電導膜内への拡散や、その結果生じ
る所望以外の化合物の生成などが起こるなどの問題点が
あった。さらに、三元同時に蒸着するので膜全体の組成
の制御が困難であり、良好な超電導特性を有する酸化物
超電導薄膜を得にくいという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、良好な超電導特性を有するＭａ−Ｌｎ−Ｃｕ
−０系の酸化物超電導薄膜を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための１段］ この発明に係る酸化物超電導薄膜作成法は、基板上にＣ
ｕまたはＣｕ酸化物の膜を作成して第１層とし、Ｍａま
たはＭａ酸化物の膜およびＬｎまたはＬｎ酸化物の膜の
うちどちらか一方を第１層−トに作成して第２層とし、
他方を第２層上に作成して第３層とする１程、並びに上
記第藍、第２、第３層を形成した基板を酸素雰囲気中で
熱処理する［程を施すものである。

［作用］ この発明における第１層のＣｕまたはＣｕ酸化物膜は、
Ｍａ、Ｌｎと基板との直接反応を防出する。また、Ｃｕ
、Ｍａ、Ｌｎは三元同時ではなく別々に蒸着されるので
膜全体の組成の制御が容易で１＝１つ正確に行ないつる
。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図面
はこの発明の一実施例に係るクラスタ・イオンビーム（
以下ＩＣＢと略す）蒸着装置を示す断面図である。ＩＣ
Ｂ蒸着の一般的な原理は以上のとおりである。すなわち
、ルツボ（３）に蒸着物質（１）である例えばＣ１１ま
たはＹまたはＢａ金属を充填し、これを高真空とした後
ヒータ（２）を加熱する。各元素の蒸発原子（４）はル
ツボ（３）のノズルから真空層内に噴出するが、この時
、断熱膨張によって過冷却となり、原子が数百〜数十個
ゆるく結合したクラスタ（５）を形成する。イオン化フ
ィラメント（６）から電子のシャワーを浴びせると、一
部のクラスタ（５）がイオン化される。加速型１４（１
２）によって電場を加えることで、イオン化したクラス
タ（７）は加速され、基Ｆｉ（１０１に衝突して付着し
、膜が形成される。膜組成の制御は、各元素の蒸着厚さ
に応じてヒータ（２）の出力や蒸着時間を７Ａ整するこ
とでなされる。

次に具体的な作成法について説明する。ｉＶＩ　ｇ　Ｏ
単結晶基板（ｌＯ）上に、先ずＣ１１を約１８００人魚
着して第１層とし、次にＢ　ａを約６７００人魚着して
第２層とし、最後にＹを約２０００人魚着して第３層と
した。膜全体を希硝酸で溶解し、ＩＣＩ〕分析を行なう
と、Ｙ：Ｉ３ａ：Ｃｕ’＝１：２：３（モル比）であっ
た、この膜を酸素巾約９００℃で熱処理後、徐冷するこ
とにより、約８０に以下で超電導と成る膜が得られた。

また、第１図における基板Ａ部（ＩＯＡＩ　とこれから
約５ｃｍ離れた基板８部（Ｉ［ｌＢ）について膜の組成
を比較したのが第１表である。この表より、第１表 基板（＋０１の位置の違いによる超電導膜の組成の差が
俺めて小さく、広い面積にわたって均一組成の膜が得ら
れていることが分かる。

また、基板（１０）　Ｊ：へのＣｕ、Ｙ、Ｂａの成膜順
序を変化させた試料を作成し、これらをそれぞれ９００
℃で１時間、酸素雰囲気中で熱処理したところ、何れも
超゛電導特性は得られたが、それぞれの′ｒｃは第２表
のようになった。

第２表 この表より明らかなように、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕの３個の元
素をどの順序に堆積させるかによってＴＣは変化してい
る。また、ＣＩＩを第１層とすると何れの場合にも高い
Ｔｃが得られる。この原因については、各構成成分と基
板との反応性に大きく関係づけられると考えられ、比較
的活性なりａ。

Ｙは基板との馴染みが良い（反応性が高い）ため、これ
らを第１層目とするのは、有用な超電導膜の形成にはか
えって不利なものと類推される。

なお、」−記実施例では蒸着源としてＹ、Ｂａ。

Ｃｕの金属をそれぞれ用いた場合について説明したが、
これらの酸化物をそれぞれ用いてもよく、上記実施例と
同様の効果を奏する。

また、上記実施例ではＩ　Ｃ＋３蒸着法を用いた場合に
ついて説明したが、一般の蒸着法を適用した場合にも基
本的には同様な傾向が見出され、この特性の比較でも上
記実施例と同様な結果が得られることを確認した。

また、上記実施例では成分系としてＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０
系の場合を示したが、Ｙを例えばＬａ。

Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌ
ｕ等の他の希土類元素、Ｂａを例えばＳｒ等の他のアル
カリ土類元素で置き換えた場合でも同様の効果を奏する
。

また、上記実施例では基板ｆ　１０１としてＭｇＯを用
いた場合を示したがこれに限るものではなく、例えばサ
ファイアなどであってもよく、−Ｆ記実施例と同様の効
果が得られる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、基板上にＣＵまたは
ＣＩｓ酸化物の膜を作成して第１層とし、ＭａまたはＭ
ａ酸化物の膜およびＬｎまたはＬｎ酸化物の膜のうちど
ちらか一方を第１層上に作成して第２層とし、他方を第
２層−Ｌに作成して第３層とする１程、並びに上記第１
、第２、第３層を形成した基板を酸素雰囲気中で熱処理
する上程を施すので、熱処理に伴う基板とＭａやＬｎと
の反応を防止することができ、また、上記冬服の膜厚を
正確に制御することができるので、良好な超電導特性を
有する酸化物超電導薄膜が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例に係るｌＣＢ蒸着装置を示す
断面図である。 図において、（２）はヒータ、（３）はルツボ、（５）
はクラスタ、（６）はイオン化フィラメント、（７）は
クラスタイオン、（１０）は基板である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上にＣｕまたはＣｕ酸化物の膜を作成して第
   １層とし、アルカリ土類元素（以下Ｍａと略す）または
   Ｍａ酸化物の膜および希土類元素（以下Ｌｎと略す）ま
   たはＬｎ酸化物の膜のうちどちらか一方を第１層上に作
   成して第２層とし、他方を第２層上に作成して第３層と
   する工程、並びに上記第１、第２、第３層を形成した基
   板を酸素雰囲気中で熱処理する工程を施す酸化物超電導
   薄膜作成法。
2. （２）ＣｕまたはＣｕ酸化物の膜、ＭａまたはＭａ酸化
   物の膜、およびＬｎまたはＬｎ酸化物の膜は、クラスタ
   ・イオンビーム蒸着法により作成される特許請求の範囲
   第１項記載の酸化物超電導薄膜作成法。