JPH01188662A - Production of superconducting thin film - Google Patents

Production of superconducting thin film

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JPH01188662A
JPH01188662A JP63012331A JP1233188A JPH01188662A JP H01188662 A JPH01188662 A JP H01188662A JP 63012331 A JP63012331 A JP 63012331A JP 1233188 A JP1233188 A JP 1233188A JP H01188662 A JPH01188662 A JP H01188662A
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JP
Japan
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thin film
substrate
composite oxide
film
vapor deposition
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Pending
Application number
JP63012331A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Saburo Tanaka
三郎 田中
Hideo Itozaki
糸崎 秀夫
Kenjiro Higaki
檜垣 賢次郎
Shuji Yatsu
矢津 修示
Tetsuji Jodai
哲司 上代
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

PURPOSE:To increase the critical current density of a thin film of a superconductor of a compd. oxide represented by a specified formula when the thin film is formed by physical vapor deposition by carrying out the physical vapor deposition at a prescribed rate of film formation. CONSTITUTION:A thin film of a compd. oxide superconductor is formed on a substrate by physical vapor deposition. The superconductor is based on a compd. oxide represented by the formula (where Ln is Tm and/or Lu and x=0-1) and the physical vapor deposition is carried out at 0.05-1Angstrom /sec rate of film formation.

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り、よ
り詳細には、高い超電導臨界温度を有する複合酸化物超
電導薄膜の臨界電流を大幅に向上させる超電導薄膜の作
製方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for producing a superconducting thin film, and more particularly, to a method for producing a superconducting thin film that significantly improves the critical current of a composite oxide superconducting thin film having a high superconducting critical temperature. This invention relates to a method for producing a thin film.

本発明により得られる超電導薄膜は高い臨界電流を持つ
と同時に、平滑性等の他の特性においても優れた特性を
有しており、集積回路を始めとする各種電子部品の配線
材料として特に有用である。
The superconducting thin film obtained by the present invention has a high critical current and also has excellent properties such as smoothness, making it particularly useful as a wiring material for various electronic components including integrated circuits. be.

従来の技術 電子の相転移であるといわれる超電導現象は、特定の条
件下で導体の電気抵抗が零の状態となり完全な反磁性を
示す現象である。
BACKGROUND OF THE INVENTION Superconductivity, which is said to be a phase transition of electrons, is a phenomenon in which the electrical resistance of a conductor becomes zero under certain conditions and exhibits complete diamagnetic properties.

エレクトロニクスの分野では各種の超電導素子が知られ
ている。代表的なものとしては、超電導材料どうしを弱
く接合した場合に、印加電流によって量子効果が巨視的
に現れるジョセフソン効果を利用した素子が挙げられる
Various types of superconducting elements are known in the field of electronics. A typical example is an element that utilizes the Josephson effect, in which a quantum effect appears macroscopically due to an applied current when superconducting materials are weakly bonded together.

トンネル接合型ジョセフソン素子は、超電導材料のエネ
ルギーギャップが小さいことから極めて高速な低電力消
費のスイッチング素子として期待されている。また、電
磁波や磁場に対するジョセフソン効果が正確な量子現象
として現れることから、ジョセフソン素子を磁場、マイ
クロ波、放射線等の超高感度センサとして利用すること
も期待されている。さらに、単位面積当たりの消費電力
が既に冷却能力の限界に達している超高速計算機等の分
野では、超高速演算素子としであるいは低損失配線材料
としての超電導素子の開発が要望されている。
Tunnel junction type Josephson devices are expected to be extremely high-speed switching devices with low power consumption because of the small energy gap of superconducting materials. Furthermore, since the Josephson effect on electromagnetic waves and magnetic fields appears as a precise quantum phenomenon, it is expected that Josephson elements will be used as ultra-sensitive sensors for magnetic fields, microwaves, radiation, etc. Furthermore, in fields such as ultra-high-speed computers where power consumption per unit area has already reached the limit of cooling capacity, there is a demand for the development of superconducting elements as ultra-high-speed arithmetic elements or as low-loss wiring materials.

一方、様々な努力にもかかわらず、超電導材料の超電導
臨界温度Tcは長期間に亘ってNb3Geの23Kを越
えることができなかったが、昨年未来、〔La、 Ba
〕2CIJO4または[:La、 Sr:] 2cu○
4等の酸化物の焼結材が高いTCをもつ超電導材料とし
て発見され、非低温超電導を実現する可能性が大きく高
まっている。これらの物質では、30乃至50にという
従来に比べて飛躍的に高いT。が観測されている。また
、YBCOと称されるY1Ba2CLI307−Xで表
される複合酸化物は、90に台の臨界温度を有する超電
導体であることが発表されている。これら複合酸化物超
電導体の超電導特性には、結晶中の酸素欠陥が大きな役
割を果たしているといわれており、結晶中に適切な酸素
欠陥が形成されていないとTcが低く、また、オンセッ
ト温度と抵抗が完全に0となる温度との差も大きくなる
On the other hand, despite various efforts, the superconducting critical temperature Tc of superconducting materials could not exceed 23K of Nb3Ge for a long period of time, but last year, in the future, [La, Ba
]2CIJO4 or [:La, Sr:] 2cu○
Sintered materials of oxides such as No. 4 have been discovered as superconducting materials with high TC, greatly increasing the possibility of realizing non-low temperature superconductivity. These materials have a T of 30 to 50, which is dramatically higher than that of conventional materials. has been observed. Further, it has been announced that a composite oxide represented by Y1Ba2CLI307-X, called YBCO, is a superconductor having a critical temperature of about 90°C. Oxygen defects in the crystal are said to play a major role in the superconducting properties of these composite oxide superconductors, and if appropriate oxygen defects are not formed in the crystal, the Tc will be low, and the onset temperature will be low. The difference between the temperature and the temperature at which the resistance becomes completely zero also becomes large.

発明が解決しようとする課題 上述のような複合酸化物超電導体薄膜を作製する方法よ
しては、焼結等で生成した複合酸化物を蒸着源として物
理蒸着によることが広〈実施されている。
Problems to be Solved by the Invention As a method for producing a composite oxide superconductor thin film as described above, physical vapor deposition is widely practiced using a composite oxide produced by sintering or the like as a deposition source.

物理蒸着法としては、特にスパッタリング法が一般的で
ある。しかしながら、上記の超電導体は、臨界電流密度
Jcが小さいため、臨界温度Tcが高くても実用性が低
かった。この特性は、薄膜にした場合も変わらず、複合
酸化物超電導体の実用化に際して大きな問題となってい
た。
As a physical vapor deposition method, a sputtering method is particularly common. However, since the above superconductor has a small critical current density Jc, it has low practicality even if the critical temperature Tc is high. This property does not change even when it is made into a thin film, and has been a major problem when putting composite oxide superconductors into practical use.

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
し、高い臨界電流Jcを有する複合酸化物超電導材料の
薄膜を作製する方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above and to provide a method for producing a thin film of a composite oxide superconducting material having a high critical current Jc.

課題を解決するための手段 本発明に従うと、下記の式; %式% で表される複合酸化物を主として含有する複合酸化物超
電導体薄膜を物理蒸着によって作製する方法において、
上記物理蒸着時の成膜速度を0.05〜1Å/秒の範囲
としたことを特徴とする超電導薄膜の作製方法が提供さ
れる。
Means for Solving the Problems According to the present invention, in a method for producing a composite oxide superconductor thin film mainly containing a composite oxide represented by the following formula; % formula % by physical vapor deposition,
There is provided a method for producing a superconducting thin film, characterized in that the film formation rate during the physical vapor deposition is in the range of 0.05 to 1 Å/sec.

上記物理蒸着としては、スパッタリング、イオンブレー
ティング、真空蒸着等の減圧下での蒸着法の他を用いる
ことができるが、一般にはスパッタリング、特にRFマ
グネトロンスパッタリンク゛が好ましい。
As the above-mentioned physical vapor deposition, other vapor deposition methods under reduced pressure such as sputtering, ion blating, and vacuum vapor deposition can be used, but sputtering is generally preferred, particularly RF magnetron sputtering.

本発明の方法で作製される複合酸化物超電導薄膜は、上
記一般式・ しn+Ba2cus C)+−8 で示される複合酸化物を含んでおり、これらの複合酸化
物はペロブスカイト型または擬似ペロブスカイト型酸化
物を主体としたものと考えられる。
The composite oxide superconducting thin film produced by the method of the present invention contains a composite oxide represented by the above general formula: n+Ba2cusC)+-8, and these composite oxides are perovskite-type or pseudo-perovskite-type oxides. It is thought that objects are the main subject.

上記ランタノイド系元素Lnとしては、Tmおよび/ま
たはLuが好ましい。
The lanthanoid element Ln is preferably Tm and/or Lu.

また、上記ランタノイド系元素Lnと、Baと、Cuの
原子比は上記の式のように1:2:3であるのが好まし
いが、必ずしも厳密にこの比に限定されるものではなく
、これらの比から±50%の範囲、さらに好ましくは±
20%の範囲でずれた原子比の組成のものも本願発明の
範囲に入れることができる。即ち、特許請求の範囲にお
いて「上記の式で表される複合酸化物を主として含む」
という表現は、本発明の方法によって作製された超電導
薄膜が、上記式で定義されるLn : Ba : Cu
の原子比が1:2.3以外のものも含むというを意味す
る。
Further, the atomic ratio of the lanthanoid elements Ln, Ba, and Cu is preferably 1:2:3 as shown in the above formula, but it is not necessarily strictly limited to this ratio; Within a range of ±50% from the ratio, more preferably ±
Compositions with atomic ratios that deviate within a range of 20% can also be included within the scope of the present invention. That is, in the claims, "mainly includes a complex oxide represented by the above formula"
This expression means that the superconducting thin film produced by the method of the present invention is Ln:Ba:Cu defined by the above formula.
This means that the atomic ratio of is also inclusive of those other than 1:2.3.

さらに、上記の定義は上記のLn、 Ba、 Cuおよ
び○以外の元素、即ち、ppmオーダーで混入する不可
避的不純物と、得られる焼結体または薄膜の他の特性を
向上させる目的で添加される第3成分を含有していても
よいということを意味している。
Furthermore, the above definition refers to elements other than Ln, Ba, Cu, and ○ mentioned above, that is, unavoidable impurities mixed in on the order of ppm, and elements added for the purpose of improving other properties of the obtained sintered body or thin film. This means that it may contain a third component.

第3成分として添加可能な元素としては、周期律表11
a族元素のSr、 Ca、、Mg、 Be、上記以外の
周期律表nla族元素、周期律表Ib、nb、■b、■
aおよび■a族から選択される元素、例えば、Ti、 
V等を例示することができる。
Elements that can be added as the third component are listed in Periodic Table 11.
Group A elements Sr, Ca, Mg, Be, Group NLA elements of the periodic table other than the above, Ib, nb, ■b, ■ of the periodic table
Elements selected from groups a and ■a, for example, Ti,
V, etc. can be exemplified.

本発明の態様に従うと、上記の複合酸化物超電導薄膜を
形成する基板とりでは、ペロブスカイト型結晶の基板、
酸化物基板、またはそれらペロブスカイト型結晶または
酸化物がバッファ層として形成された金属基板や半導体
基板を使用することが可能である。好ましい基板材料と
しては、MgO単結晶、5rTi03単結晶、ZrO2
単結晶、ysz単結晶、A I 203単結晶、または
多結晶Al2O3、更には、それら物質で成膜面が形成
された金属基板や半導体基板が好ましい。特に、MgO
単結晶または5rTiO+単結晶基板の成膜面を、(0
01)面または(110)面とすることが好ましい。
According to an aspect of the present invention, in the substrate for forming the above composite oxide superconducting thin film, a perovskite crystal substrate,
It is possible to use an oxide substrate, or a metal substrate or semiconductor substrate on which a perovskite crystal or oxide is formed as a buffer layer. Preferred substrate materials include MgO single crystal, 5rTi03 single crystal, ZrO2
A single crystal, a ysz single crystal, an A I 203 single crystal, or a polycrystalline Al2O3, as well as a metal substrate or a semiconductor substrate having a film-forming surface formed of these materials, are preferable. In particular, MgO
The film formation surface of the single crystal or 5rTiO+ single crystal substrate is set to (0
01) plane or (110) plane is preferable.

本発明の主要な特徴は、上記物理蒸着時の成膜速度を0
.05〜1Å/秒、さらに好ましくは0.1〜0.8 
Å/秒にした点にある。
The main feature of the present invention is that the film formation rate during the physical vapor deposition is reduced to 0.
.. 05-1 Å/sec, more preferably 0.1-0.8
The point is Å/second.

本発明者達の実験結果によると、物理蒸着時の成膜速度
が1Å/秒を超えると、得られた超電導薄膜の臨界電流
密度が大幅に低下して実用的な薄膜が得られない。また
、成膜速度を0.05Å/秒未満にすると、成膜速度が
極端に遅くなるので、工業的でない。
According to the experimental results of the present inventors, when the film formation rate during physical vapor deposition exceeds 1 Å/sec, the critical current density of the obtained superconducting thin film decreases significantly, making it impossible to obtain a practical thin film. Furthermore, if the film formation rate is less than 0.05 Å/sec, the film formation rate will be extremely slow, which is not industrially practical.

上記物理蒸着をスパッタリングで行う場合には、スパッ
タリングを0.001〜0.5Torrの圧力、さらに
好ましくは0.01〜0.3Torrの圧力下でかつ0
2を5〜95分子%、さらに好ましくは10〜80分子
%含む雰囲気で行うのが好ましい。この02以外と一緒
に用いることが可能な他のスパッタリングガスとしては
不活性ガスであるアルゴンが好ましい。
When the above-mentioned physical vapor deposition is performed by sputtering, the sputtering is performed under a pressure of 0.001 to 0.5 Torr, more preferably under a pressure of 0.01 to 0.3 Torr, and at a pressure of 0.01 to 0.3 Torr.
It is preferable to carry out the reaction in an atmosphere containing 5 to 95 mol % of 2, more preferably 10 to 80 mol %. Argon, which is an inert gas, is preferably used as a sputtering gas other than 02.

また、基板を200〜950℃、さらに好ましくは50
0〜920℃に加熱しながらスパッタリングを行うのが
好ましい。
In addition, the substrate is heated at 200 to 950°C, more preferably at 50°C.
It is preferable to perform sputtering while heating at 0 to 920°C.

上記のように物理蒸着をスパッタリングで行う場合には
、成膜速度を制御するファクタとしては、成膜ガス圧力
、02バ02+Ar)の比、更にRFスパッタリングに
おいてはRFパワーを挙げることができる。
When physical vapor deposition is performed by sputtering as described above, factors for controlling the film formation rate include the film formation gas pressure, the ratio of 02 + Ar), and in the case of RF sputtering, the RF power.

いずれの場合にも、スパッタリングガス中の02の比率
が5から95分子%であることが好ましい。
In either case, the proportion of 02 in the sputtering gas is preferably 5 to 95 mol%.

そして、スパッタリングをRFスパッタリングで行う場
合には、高周波電力を0.064〜1.27W/cmの
範囲内、特に0.127〜0.76W/c++fの範囲
内とすることが好ましい。更に、スパッタリングガス中
の02の比率が10から80分子%の範囲とし、成膜ガ
ス圧力を0.001−0.5 Torrの圧力、特に0
.01−0.3 Torrの範囲内とすることが好まし
い。
When sputtering is performed by RF sputtering, the high frequency power is preferably within the range of 0.064 to 1.27 W/cm, particularly within the range of 0.127 to 0.76 W/c++f. Furthermore, the ratio of 02 in the sputtering gas is in the range of 10 to 80 mol%, and the film forming gas pressure is 0.001-0.5 Torr, especially 0.
.. It is preferable to set it within the range of 0.01-0.3 Torr.

成膜ガス圧力または02/(Ch+Ar)の比を制御す
る場合には、上記スパッタリングをRFスパッタリング
で行うときは、高周波電力を1.27〜2.55W /
 cntの範囲内、特に1.53〜2.29W/cut
の範囲内とすることが好ましい。そして、02/ (0
2+ A r)の比を制御する場合には、スパッタリン
グガス中の02の比率は、30から95分子%の範囲内
、特に40から80分子%の範囲内とすることが好まし
く、成膜ガス圧力を0.001〜0.5Torrの圧力
、特に0.旧〜0.3Torrの範囲内とすることが好
ましい。
When controlling the film forming gas pressure or the ratio of 02/(Ch+Ar), when the above sputtering is performed by RF sputtering, the high frequency power is 1.27 to 2.55 W /
Within the range of cnt, especially 1.53 to 2.29W/cut
It is preferable to set it within the range of. And 02/ (0
When controlling the ratio of 02+Ar), the ratio of 02 in the sputtering gas is preferably within the range of 30 to 95 mol%, particularly within the range of 40 to 80 mol%, and the deposition gas pressure at a pressure of 0.001 to 0.5 Torr, especially 0.00 Torr. It is preferable to set it within the range of 0.3 Torr to 0.3 Torr.

一方、成膜ガス圧力を制御する場合には、スパッタリン
グガス中の02の比率は、特に10から80分子%の範
囲内とすることが好ましく、成膜ガス圧力を0.00.
1〜0.5Tor、rの圧力、特に0.05〜0.5T
orrの範囲内とすることが好ましい。
On the other hand, when controlling the film-forming gas pressure, the ratio of 02 in the sputtering gas is preferably within the range of 10 to 80 mol%, and the film-forming gas pressure is set to 0.00.
1-0.5 Tor, r pressure, especially 0.05-0.5T
It is preferable to set it within the range of orr.

本発明の態様に従うと、上記の複合酸化物超電導薄膜を
形成する基板としては、ペロブスカイト型結晶の基板、
酸化物基板、またはそれらペロブスカイト型結晶または
酸化物がバッファ層として形成された金属基板や半導体
基板を使用することが可能である。好ましくは、基板と
しては、MgO単結晶、SrTiO3単結晶、ZrO2
単結晶、ysz単結晶、Al2O3単結晶、または多結
晶Al2O3、更には、それら物質で成膜面が形成され
た金属基板や半導体基板が好ましい。特に、MgO単結
晶または5rTi○3単結晶基板の成膜面を、(001
)面または(110)面とすることが好ましい。
According to an aspect of the present invention, the substrate on which the above composite oxide superconducting thin film is formed includes a perovskite crystal substrate,
It is possible to use an oxide substrate, or a metal substrate or semiconductor substrate on which a perovskite crystal or oxide is formed as a buffer layer. Preferably, the substrate is MgO single crystal, SrTiO3 single crystal, ZrO2
Single crystal, ysz single crystal, Al2O3 single crystal, or polycrystalline Al2O3, as well as metal substrates and semiconductor substrates whose film-forming surfaces are formed of these materials, are preferable. In particular, the film formation surface of the MgO single crystal or 5rTi○3 single crystal substrate is (001
) plane or (110) plane is preferable.

さらに、本発明の態様では、成膜後の薄膜を酸素分圧[
1,1〜10気圧の酸素含有雰囲気で800〜960℃
で0.5〜20時間、さらに好ましくは850〜950
℃で1〜10時間加熱し、10℃/分以下の冷却速度で
冷却してアニールを行うことが好ましい。
Furthermore, in an aspect of the present invention, the thin film after deposition is heated to an oxygen partial pressure [
1, 800-960℃ in an oxygen-containing atmosphere of 1-10 atm.
for 0.5 to 20 hours, more preferably 850 to 950
It is preferable to perform annealing by heating at a temperature of 1 to 10 hours and cooling at a cooling rate of 10° C./min or less.

また、膜厚を01〜10μmの範囲、さらに好ましくは
0.5〜2μmの範囲となるように成膜する。
Further, the film is formed to have a thickness in the range of 01 to 10 μm, more preferably in the range of 0.5 to 2 μm.

昨月 本発明の超電導薄膜の作製方法は、上記物理蒸着を0.
05〜1Å/秒、さらに好ましくは0.1〜0.8Å/
秒の成膜速度で行うことをその主要な特徴としている。
Last month, the method for producing a superconducting thin film of the present invention was developed by performing the above-mentioned physical vapor deposition at 0.
05-1 Å/sec, more preferably 0.1-0.8 Å/sec
Its main feature is that it can be formed at a deposition rate of seconds.

従来複合酸化物超電導体の薄膜を作製する場合には、同
じ系の複合酸化物焼結体を慕いとしたターゲットを使用
して物理蒸着、一般にはスパッタリングを行っていたが
、従来の方法で得られた超電導薄膜は、臨界電流密度J
cが低く、実用にはならなかった。
Conventionally, when producing a thin film of composite oxide superconductor, physical vapor deposition, generally sputtering, was performed using a target made of a composite oxide sintered body of the same type. The resulting superconducting thin film has a critical current density J
c was low and could not be put to practical use.

これは、複合酸化物超電導体は、その臨界電流密度に結
晶異方性を有するためである。すなわち、結晶のa軸お
よびb軸で決定される面に平行な方向に電流が流れ易い
が、従来の方法では、結晶方向を十分に揃えることがで
きなかったためである。
This is because the composite oxide superconductor has crystal anisotropy in its critical current density. That is, although current tends to flow in a direction parallel to the plane determined by the a-axis and b-axis of the crystal, the conventional methods have not been able to align the crystal directions sufficiently.

そこで、従来は、結晶方向を揃えるために、基板として
、複合酸化物超電導体結晶の格子間隔に近い格子間隔を
有するMgO1SrTi○3およびYSZ等の単結晶の
特定な面を成膜面として用いていた。
Therefore, conventionally, in order to align the crystal directions, a specific surface of a single crystal such as MgO1SrTi○3 or YSZ, which has a lattice spacing close to that of a composite oxide superconductor crystal, has been used as a film-forming surface. Ta.

本発明の方法では、従来の方法を改良して、上記物理蒸
着時の成膜速度を005〜1Å/秒、さらに好ましくは
0.1〜0.8 Å/秒にしたことで、複合酸化物の結
晶方向を揃える。この結果、従来法と比較して、大幅に
Jcが向上した超電導薄膜が得られる。
In the method of the present invention, by improving the conventional method and setting the film formation rate during the physical vapor deposition to 0.05 to 1 Å/sec, more preferably 0.1 to 0.8 Å/sec, composite oxide align the crystal directions. As a result, a superconducting thin film with significantly improved Jc compared to conventional methods can be obtained.

本発明の方法では、上記の条件で、物理蒸着、好ましく
はスパッタリングにより成膜を行うが、この物理蒸着、
好ましくはスパッタリング時に基板温度を200〜95
0℃、さらに好ましくは500〜920℃に加熱して物
理蒸着、好ましくはスパッタリングすることが好ましい
。基板温度が200 ℃未満の場合には、複合酸化物の
結晶性が悪くアモルファス状になり、超電導薄膜は得ら
れない。また、基板温度が950℃を超えると、結晶構
造が変わってしまい、上記の複合酸化物は超電導体とは
ならない。
In the method of the present invention, film formation is performed by physical vapor deposition, preferably sputtering, under the above conditions.
Preferably, the substrate temperature during sputtering is 200-95
It is preferable to perform physical vapor deposition, preferably sputtering, by heating to 0°C, more preferably 500 to 920°C. If the substrate temperature is less than 200° C., the composite oxide has poor crystallinity and becomes amorphous, making it impossible to obtain a superconducting thin film. Furthermore, if the substrate temperature exceeds 950° C., the crystal structure changes and the above-mentioned composite oxide does not become a superconductor.

本発明で好ましく用いられるRFマグネトロンスパッタ
リングの場合には、例えばIGcmφのターゲットに対
して、スパッタリング時に高周波電力を従来の1.9 
W/cffl程度から5〜100W、すなわち、単位断
面積当たり0.064〜1.27W/cd、さらに好ま
しくは、10〜60W1すなわち、単位断面積当たり0
.127〜0.76 W / clIt印加するするの
が好ましい。
In the case of RF magnetron sputtering, which is preferably used in the present invention, for example, for a target of IG cmφ, the high frequency power is 1.9
W/cffl to 5 to 100 W, that is, 0.064 to 1.27 W/cd per unit cross-sectional area, more preferably 10 to 60 W1, that is, 0 per unit cross-sectional area.
.. It is preferable to apply 127 to 0.76 W/clIt.

本発明の好ましい態様に従うと、上記の複合酸化物超電
導薄膜を形成する基板としては、MgO単結晶、5rT
i○3単結晶または1rO2単結晶基板が好ましく、特
に、MgO単結晶基板または5rTi○3単結晶基板の
(001)面または(110)面を成膜面として用いる
ことが好ましい。さらには、上記の単結晶相を有する金
属基板あるいは半導体基板を用いることもできる。
According to a preferred embodiment of the present invention, the substrate on which the composite oxide superconducting thin film is formed is MgO single crystal, 5rT
An i○3 single crystal substrate or a 1rO2 single crystal substrate is preferable, and it is particularly preferable to use the (001) plane or (110) plane of an MgO single crystal substrate or a 5rTi○3 single crystal substrate as the film forming surface. Furthermore, a metal substrate or a semiconductor substrate having the above-mentioned single crystal phase can also be used.

これは、既に説明したように本発明の複合酸化物超電導
体は、その電気抵抗に結晶異方性を有するためで、上記
の基板の上記成膜面上に形成された複合酸化物超電導薄
膜は、その結晶のC軸が基板成膜面に対し垂直または垂
直に近い角度となり、特に臨界電流密度Jcが大きくな
るものと考えられる。従って、MgO単結晶基板または
5rTi○3単結晶基板の(001)面を成膜面として
用いることが好ましい。また、(110)面を用いてC
軸を基板と平行にし、C軸と垂直な方向を特定して用い
ることもできる。さらに、Mg0SSrTi○3は、熱
膨張率が上記の複合酸化物超電導体と近いため、加熱、
冷却の過程で薄膜に不必要な応力を加えることがなく、
薄膜を破損する恐れもない。
This is because, as already explained, the composite oxide superconductor of the present invention has crystal anisotropy in its electrical resistance, and the composite oxide superconductor thin film formed on the film-forming surface of the substrate is It is thought that the C-axis of the crystal is perpendicular or nearly perpendicular to the substrate film-forming surface, and that the critical current density Jc becomes particularly large. Therefore, it is preferable to use the (001) plane of the MgO single crystal substrate or the 5rTi○3 single crystal substrate as the film forming surface. Also, using the (110) plane, C
It is also possible to make the axis parallel to the substrate and specify a direction perpendicular to the C-axis. Furthermore, Mg0SSrTi○3 has a coefficient of thermal expansion close to that of the above-mentioned composite oxide superconductor, so when heated,
No unnecessary stress is applied to the thin film during the cooling process.
There is no risk of damaging the thin film.

本発明の態様に従うと、成膜後の薄膜を酸素分圧0.1
〜10気圧の酸素含有雰囲気中で800〜960℃、さ
らに好ましくは850〜950℃に加熱、10℃/分以
下の冷却速度で冷却する熱処理を施すアニール処理を行
うことが好ましい。この処理は、上記の複合酸化物中の
酸素欠陥を調整するもので、この処理を経ない薄膜の超
電導特性は悪く、超電導性を示さない場合もある。従っ
て、上記の熱処理を行うことが好ましい。
According to an aspect of the present invention, the thin film after being formed has an oxygen partial pressure of 0.1.
It is preferable to perform an annealing treatment in which heat treatment is performed by heating to 800 to 960°C, more preferably 850 to 950°C, and cooling at a cooling rate of 10°C/min or less in an oxygen-containing atmosphere of ~10 atm. This treatment is to adjust oxygen defects in the above-mentioned composite oxide, and a thin film that does not undergo this treatment will have poor superconducting properties, and may not exhibit superconductivity. Therefore, it is preferable to perform the above heat treatment.

実施例 以下に本発明を実施例により説明するが、本発明の技術
的範囲は、以下の開示に何等制限されるものではないこ
とは勿論である。
EXAMPLES The present invention will be explained below using examples, but it goes without saying that the technical scope of the present invention is not limited to the following disclosure.

実施例1 上記で説明した本発明の超電導薄膜の作製方法をRFマ
グネトロンスパッタリングによって実施した。使用した
ターゲットは、TmまたはしUとBaとCuとの原子比
Ln:Ba:Cuを1:2.24 : 4.35とした
原料粉末を常法に従って焼結して作ったLn −Ba 
−Cu系複合酸化物のセラミックである。ターゲットは
直径が100 mmφの円板とした。各々試料について
成膜条件は同一とし、その成膜条件は以下の通りであっ
た。
Example 1 The method for producing a superconducting thin film of the present invention described above was carried out by RF magnetron sputtering. The target used was Ln-Ba, which was made by sintering raw material powder with Tm or U, Ba, and Cu in an atomic ratio Ln:Ba:Cu of 1:2.24:4.35 according to a conventional method.
-Cu-based composite oxide ceramic. The target was a disk with a diameter of 100 mmφ. The film forming conditions were the same for each sample, and the film forming conditions were as follows.

基板     MgO(001)面 02/(02+Ar)    20% 基板温度   700℃ 圧力     Q、1Torr 高周波電力  40W (0,51W/cffl)時間
     6時間 膜厚     0.88μm (成膜速度   0.35  A/秒)成膜後、大気圧
の02中で900℃の温度を1時間保った後、5℃/分
の冷却速度で冷却した。
Substrate MgO (001) plane 02/(02+Ar) 20% Substrate temperature 700°C Pressure Q, 1 Torr High frequency power 40 W (0.51 W/cffl) Time 6 hours Film thickness 0.88 μm (film formation rate 0.35 A/sec) After the film was formed, the temperature was maintained at 900° C. for 1 hour at atmospheric pressure at 02° C., and then the film was cooled at a cooling rate of 5° C./min.

なお、比較のために、同じターゲットを用いて成膜速度
を1.5Å/秒としたこと以外は、全く等しい条件で複
合酸化物超電導薄膜を作製した場合の結果を第1表に比
較例として示しである。
For comparison, Table 1 shows the results when a composite oxide superconducting thin film was fabricated under exactly the same conditions, except that the same target was used and the deposition rate was 1.5 Å/sec. This is an indication.

臨界温度Tcは、常法に従って四端子法によって測定し
た。また、臨界電流密度Jcは、77、 OKで試料の
電気抵抗を測定しつつ電流量を増加し、試料に電気抵抗
が検出されたときの電流量を、電流路の単位面積に換算
したもので記している。
The critical temperature Tc was measured by a four-terminal method according to a conventional method. In addition, the critical current density Jc is calculated by increasing the amount of current while measuring the electrical resistance of the sample with 77, OK, and converting the amount of current when electrical resistance is detected in the sample into the unit area of the current path. It is written down.

第1表 実施例2 成膜条件が以下の通りであること以外、実施例1と同様
な条件で複合酸化物超電導薄膜を作製した。その結果を
第2表に示す。
Table 1 Example 2 A composite oxide superconducting thin film was produced under the same conditions as in Example 1 except that the film forming conditions were as follows. The results are shown in Table 2.

基板     MgO(001)面 02/(o□十Ar)    50% 基板温度   700℃ 圧力     Q、l Torr 高周波電力  150W (1,9W/cnt)時間 
    6時間 膜厚     0.88μm (成膜速度   0.35  A/秒)第2表 実施例3 成膜条件は以下の通りであること以外、実施例1と同様
な条件で複合酸化物超電導薄膜を作製した。その結果を
第3表に示す。
Substrate MgO (001) plane 02/(o□10Ar) 50% Substrate temperature 700℃ Pressure Q, l Torr High frequency power 150W (1,9W/cnt) Time
6 hours Film thickness: 0.88 μm (Film forming rate: 0.35 A/sec) Table 2 Example 3 A composite oxide superconducting thin film was formed under the same conditions as in Example 1 except that the film forming conditions were as follows. Created. The results are shown in Table 3.

基板     MgO(001)面 Oh/(CL+Ar)    20% 基板温度   700℃ 圧力     0.15Torr 高周波電力  150W (1,9W/cffI)時間
     6時間 膜厚     0.88μm (成膜速度   0.35  Å/秒)第3表 上記のように本発明の方法により作製された超電導薄膜
は、比較例より大幅に臨界電流が向上している。また、
本発明の方法で作製した複合酸化物超電導薄膜の組織が
一様であることは、従来法により作製した比較例の複合
酸化物超電導薄膜の表面には、数ミクロンのダレインが
存在するのに対し、本発明の方法によるものは、表面を
SEMで1万倍に拡大して観察した場合に、その表面の
大部分の面積の所で凹凸が見られないことからも推測で
きる。
Substrate MgO (001) surface Oh/(CL+Ar) 20% Substrate temperature 700°C Pressure 0.15 Torr High frequency power 150 W (1.9 W/cffI) Time 6 hours Film thickness 0.88 μm (Deposition rate 0.35 Å/sec) Table 3 As described above, the superconducting thin film produced by the method of the present invention has a significantly improved critical current compared to the comparative example. Also,
The structure of the composite oxide superconducting thin film produced by the method of the present invention is uniform, whereas the surface of the composite oxide superconducting thin film of the comparative example produced by the conventional method has dalein of several microns. The method of the present invention can also be inferred from the fact that when the surface is observed with an SEM at a magnification of 10,000 times, no irregularities are observed over most of the surface area.

発明の効果 以上詳述のように、本発明の方法によって得られた超電
導薄膜は、従来の方法で作製されたものに較べ、高いJ
Cを示す。
Effects of the Invention As detailed above, the superconducting thin film obtained by the method of the present invention has a higher J than that produced by the conventional method.
Indicates C.

本発明の方法によれば、従来法と較べ、単に、物理蒸着
時の成膜速度を小さくしただけで安定に高性能な超電導
薄膜を供給することが可能となる。
According to the method of the present invention, compared to conventional methods, it is possible to stably supply a high-performance superconducting thin film simply by lowering the film formation rate during physical vapor deposition.

特許出願人  住友電気工業株式会社Patent applicant: Sumitomo Electric Industries, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】  式:Ln_1Ba_2Cu_3O_7_−_x(ただ
し、LnはTmおよび/またはLuを表し、xは0≦x
<1を満たす数である) で表される複合酸化物を主として含有する複合酸化物超
電導体薄膜を物理蒸着によって作製する方法において、 0.05〜1Å/秒の範囲の成膜速度で上記物理蒸着を
実施することを特徴とする超電導薄膜の作製方法。
[Claims] Formula: Ln_1Ba_2Cu_3O_7_-_x (wherein, Ln represents Tm and/or Lu, and x is 0≦x
< 1) In a method for producing a composite oxide superconductor thin film mainly containing a composite oxide represented by A method for producing a superconducting thin film, the method comprising performing vapor deposition.
JP63012331A 1987-02-17 1988-01-22 Production of superconducting thin film Pending JPH01188662A (en)

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DE3854493T DE3854493T2 (en) 1987-12-20 1988-12-20 Method of manufacturing a thin film superconductor.
EP19880403254 EP0322306B1 (en) 1987-12-20 1988-12-20 Process for producing a superconducting thin film
US07/286,860 US5028583A (en) 1987-12-20 1988-12-20 Superconducting thin film and wire and a process for producing the same
KR1019880017018A KR970005158B1 (en) 1987-12-20 1988-12-20 Superconducting thin film and wire and the process therefor
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CA 586516 CA1339020C (en) 1987-12-20 1988-12-20 Superconducting thin film and wire and a process for producing the same
US07/648,964 US5252543A (en) 1987-12-20 1991-01-31 Superconducting thin film and wire on a smooth substrate

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6414814A (en) * 1987-03-19 1989-01-19 Nippon Telegraph & Telephone Manufacture of oxide superconductive thin film
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JPH01153566A (en) * 1987-12-08 1989-06-15 Furukawa Electric Co Ltd:The Production of pvd raw material for oxide superconductor

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