JPH01235285A - 超伝導体の製造方法 - Google Patents

超伝導体の製造方法

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JPH01235285A
JPH01235285A JP63061505A JP6150588A JPH01235285A JP H01235285 A JPH01235285 A JP H01235285A JP 63061505 A JP63061505 A JP 63061505A JP 6150588 A JP6150588 A JP 6150588A JP H01235285 A JPH01235285 A JP H01235285A
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JP
Japan
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superconductor
ozone
oxygen gas
thin film
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP63061505A
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English (en)
Inventor
Yasutaka Tamura
泰孝 田村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超伝導体の製造方法に係り、詳しくは例えば
集積回路等のエレクトロニクスに応用できる超伝導体の
製造方法に関する。
近時、例えばY−Ba−Cu−0系セラミツクスからな
る酸化物超伝導体と言われる超伝導体は、超伝導遷移温
度が90゛に前後と高くなってきているため、電力やエ
レクトロニクス分野への応用が期待されている。エレク
トロニクス分野(例えば集積回路)への応用のためには
適当な基板の上に超伝導体の薄膜を形成する技術が必要
であり、通常スパッタリングや蒸着により超伝導体の薄
膜を形成することが知られている。しかしながら、薄膜
中の酸素が不足した状態となり易く、そのままでは良好
な超伝導特性が得られ難いという欠点がある。具体的に
は酸素が不足すると理想的な結晶構造(超伝導体の薄膜
を構成する金属元素が十分酸化されていること)が形成
されず、例えばY−Ba−Cu−0系の場合、単なるY
酸化物、Ba酸化物、Cui粒子(特にCuは酸化され
難い)の混合物が形成されてしまうからである。このた
め薄膜形成後、良好な超伝導体特性を得るために一般に
最高温度が900℃程度の酸素ガス中でアニール処理が
行われている。このような高温、酸化性雰囲気中でのア
ニールは、基板に形成されている他のデバイス構造(特
に熱的に弱い部分)に悪影響を与え易いという欠点があ
る。したがって、低い温度(例えば常温程度)で、かつ
、ダメージを与えないで超伝導体を酸化処理する製造方
法と、薄膜形成後に酸化処理をしないで良好な結晶構造
を有する超伝導体を得ることができる製造方法とが望ま
れている。
〔従来の技術〕
超伝導体の薄膜形成後の酸化処理する製造方法と超伝導
体の薄膜の製造方法について以下説明する。
まず、超伝導体の薄膜形成後に酸化処理する製造方法と
してはプラズマ処理する方法が知られており、良好な特
性の超伝導体を得るために低い温度で薄膜を酸化処理す
るものである。この方法は熱的ダメージを与えないとい
う利点があり、超伝導体の特性が改善される。超伝導体
の特性が改善されるのは、プラズマで発生する原子状酸
素の酸化作用によるものと考えられている。
次に、超伝導体の薄膜の製造方法としては、例えばMB
E等による形成方法があり、具体的には超伝導体を構成
する金属元素、例えばY、Ba、Cuの各分子ビームを
作り出して基板に照射するとともに、酸素ガス(Ozガ
スのこと)を導入して基板上に超伝導体の薄膜を形成す
るものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、このような従来のプラズマ処理により超
伝導体の薄膜を酸化処理する超伝導体の製造方法にあっ
ては、熱的ダメージを与えないという利点がある反面、
イオン衝撃によりダメージを与え易いという問題点があ
った。ここでイオン衝撃について説明する。イオン衝撃
とはプラズマ中に試料を置いた際の、イオンによる試料
表面への衝撃のことである。イオン衝撃があるとイオン
衝撃された表面の超伝導特性が失われ易い、これは結晶
粒界に作用して、結晶粒界が電流に対してあたかもバリ
アとして働くようになるものと推定される。具体的には
、酸素ガス圧がl torrのプラズマ中で試料電位を
一50Vとして陽イオン衝撃を行うと、膜厚5000人
のY−Ba−Cu−0系からなる薄膜の室温での抵抗率
は3.5mQc+*から18mΩ口と上昇してしまい、
超伝導特性を示さなくなる。また、イオン衝撃があると
、プラズマ処理後の経時変化が極めて大きくなり、抵抗
率にして数%/時間という大きな上昇率を示すようにな
る。
そこで本発明は、イオン衝撃によるダメージを与えるこ
となく超伝導体の薄膜を低温で酸化処理することができ
る超伝導体の製造方法を提供す“ることを目的とする。
また、超伝導体の薄膜を形成する超伝導体の製造方法に
あっては、薄膜中の酸素が不足した状態となり易(、良
好な超伝導特性が得られ難いという問題点があった。こ
れは、酸素が不足すると理想的な結晶構造が形成されず
、例えばY−Ba−Cu−0系の場合、単なるY酸化物
、Ba酸化物、Cu微粒子(特にCuは酸化され難い)
の混合物が形成されてしまうからである。
具体的には、酸素の分圧が2 Xl0−’torr 、
 Y。
Ba、Cuの各金属の工程速度が1人/secの場合、
Y、Baの酸化物の混合物中に酸化されていないCuの
微粒子が混入したものになる。
そこで本発明は、超伝導体の薄膜形成後に酸化処理をし
ないで、理想的な結晶構造の超伝導体の薄膜を安定に形
成することができる超伝導体の製造方法を提供すること
を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の第1の発明に係る超伝導体の製造方法は、セラ
ミックス系の超伝導体の薄膜を酸素ガスを導入して酸化
処理する超伝導体の製造方法において、前記酸素ガスの
一部をオゾン化してオゾンを形成し、該オゾンを含む酸
素ガス(0,ガス)中で前記超伝導体の薄膜を酸化処理
する工程を含むものである。
本発明の第2の発明に係る超伝導体の製造方法は、基板
上にセラミックス系の超伝導体の薄膜を形成する超伝導
体の製造方法において、前記基板を加熱し、前記超伝導
体を構成する金属元素を気相化して前記基板に導入する
とともに、酸素ガス(02ガス)の一部をオゾン化して
オゾンを形成し、該オゾンを含む酸素ガス(0゜ガス)
を前記基板に導入することにより前記超伝導体の薄膜を
形成する工程を含むものである。
〔作 用〕
本発明の第1の発明に係る超伝導体の製造方法では、酸
素ガスの一部のオゾン化によりオゾンが形成され、オゾ
ンを含む酸素ガス中で超伝導体が酸化処理される。
したがって、低温で酸化処理することができ、熱的な悪
影古を与えることがなくなる。また、プラズマ処理を用
いずに酸化処理することができるので、イオン衝撃によ
る超伝導体の表面へのダメージがほとんどなくなり、酸
化処理後の特性が向上する。
本発明の第2の発明に係る超伝導体の製造方法では、基
板が加熱され、超伝導体を構成する金属元素が気相化さ
れて基板に導入されるとともに、酸素ガスの一部がオゾ
ン化され形成されたオゾンを含む酸素ガスが基板に導入
されることにより超伝導体の薄膜が形成される。
したがって、薄膜形成後の酸化処理工程がなくなり、薄
膜中の酸素の不足がほとんどな(なり理想的な結晶構造
(構成する金属元素が十分酸化されていること)の薄膜
を安定に形成することができる。
(実施例) 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明の第1の発明に係る超伝導体の製造方法
の一実施例の構成を示す装置概略図、第2図は一実施例
のオゾン処理前後の温度と抵抗率との関係を示す図であ
る。
これらの図において、1は気密容器、2は試料台、3は
例えばY−Ba−Cu−0系からなり膜厚が例えば5o
oo人の超伝導体の薄膜(第1の発明に係る超伝導体の
薄膜に該当する)で、例えばMgOからなる基板に形成
されている。
4はヒータ、5はオゾン発生器である。
次に、その動作原理について説明する。
まず、試料台2の温度をヒータ4を通電することにより
一定値に制御し、オゾン発生器5により酸素ガス(08
ガスのこと)をオゾン化(オゾンは通常常温、常圧の条
件下で発生させることができる)し、このオゾンを含む
酸素ガスを気密容器l内に導入する。この時、超伝導体
薄膜3がオゾンを含む酸化ガス中で酸化処理される、こ
れが第1の発明の、酸素ガスをオゾン化してオゾンを形
成し、オゾンを含む酸素ガス中で、超伝導体く薄膜3)
を酸化処理する工程に該当する。ここではオゾンの発生
は例えば1気圧の酸素ガス中で例えば沿面放電により行
われており、酸素カ゛ス中のオゾン濃度は例えば0.5
%で、流量は例えばl j! /sin 、試料温度は
例えば90℃(通常一定に保つ)である。
すなわち、上記実施例では、薄膜3をオゾンを含む酸素
ガス中で酸化処理しているため、低温で酸化処理するこ
とができ、熱的な悪影響を与えることがなくなり、集積
回路等に応用することができる。また、プラズマ処理を
用いていないためイオン衝撃による表面へのダメージが
ほとんどなくなり、酸化処理後の経時変化が起こりに(
くなり超伝導体特性が向上する。具体的には、第2図に
示すように抵抗率がO(ゼロ)の時の温度が、オゾン処
理する前で46°にであったものがオゾン処理すること
で81°Kに上昇しており、特性の改善が見られた。こ
こではオゾン処理を3.5時間行っている。
なお、上記実施例では、オゾン発生器5により酸素ガス
をオゾン化してオゾンを形成する場合について説明した
が、第1の発明はこれに限定されるものではな(、第3
図に示すように酸素ガスを例えば100 Wの紫外線ラ
ンプ6で例えば波長2537人の紫外線を照射して励起
することによりオゾンを形成する場合であってもよく、
この場合、上記実施例と同様の効果を得るのに5時間の
オゾン処理が必要である。第4図に示すように、従来の
プラズマ処理に対して第3図に示す他の実施例は抵抗率
の経時変化がほとんどなく安定である。また、第5図に
示すように、オゾン発生器5と紫外線ランプ6とを併用
して酸素ガスをオゾン化してオゾンを形成する場合でも
よく、この場合、上記実施例と同様の効果を得るのに2
時間のオゾン処理をすればよ(、短時間で処理ができる
という利点がある。
次に、第6図は本発明の第2の発明に係る超伝導体の製
造方法の一実施例を構成を示す装置概略図、第7図は一
実施例の超伝導体の薄膜の温度と抵抗率との関係を示す
図である。
これらの図において、11は真空容器、12は基板ホル
ダ、13は基板、14はヒータ、15はオゾン発生器、
16a、16b、16cはクヌーセンセルテ、クヌーセ
ンセル16a、16b、16cにはそれぞれ例えばEr
s Ba、Cuの各単体金属(第2の発明に係る超伝導
体を構成する金属元素に該当する)が充填されている。
 17はノズルである。
次に、その動作原理について説明する。
まず、基板13の温度をヒータ14を通電することによ
り一定値(例えば700℃)に制御し、Er、I3a、
Cuの各単体金属が充填されているクヌーセンセル16
a、16b、16cによりビーム化して各分子ビームを
形成するとともに、オゾン発生器15により酸素ガスの
一部をオゾン化し、このオゾンを含む酸素ガスを基@1
3に向けて設けたノズル17から入射する。この時、基
Fi13上にEr−Ba−0系からなる超伝導体の薄膜
が例えば膜厚5000人で形成される。これが第2の発
明の、オゾンを含む酸素ガスを基板に導入することによ
り超伝導体の薄膜を形成する工程に該当する。ここでは
酸素ガスのオゾン化は、オゾン発生器15により例えば
1気圧の酸素ガス中で交流高圧電圧を用いた無声放電に
より行われている。酸素ガス中のオゾン濃度は例えば5
重量%、オゾンを含む酸素ガスを導入した時のガス圧は
I Xl0−”torr、 E r SB a 、 C
uの各単体金属の蒸着速度はそれぞれ金属単体に換算し
て0.5人/sec 、  3.5人/sec 、 0
.8人/secである。
すなわち、上記実施例では、超伝導体の薄膜3をオゾン
を含む酸素ガスを基板に導入することにより形成してい
るため、薄膜形成後の酸化処理工程がな(なり、薄膜中
の酸素の不足がほとんどなくなり、理想的な結晶構造の
薄膜を安定に形成することができる。具体的には、第7
図に示すように、室温での抵抗率が1.5mΩcmで抵
抗率が0(ゼロ)の時の温度が87°にと良好な特性を
示、した。また、酸素ガスをオゾン化せずにそのまま導
入した場合には、得られる薄膜は高抵抗で導電性を示さ
なかった。この薄膜をX線回折により調べるとアモルフ
ァス相の中にCuの単体金属の存在が確認され、Cuが
十分酸化されていないことが判った。
〔効 果〕
本発明の第1の発明によれば、イオン衝撃によるダメー
ジを与えることなく超伝導体の薄膜を低温で酸化処理す
ることができるという効果がある。また、本発明の第2
の発明によれば、超伝導体の薄膜形成後に酸化処理をし
ないで、理想的な結晶構造の超伝導体の薄膜を形成する
ことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1の発明の超伝導体の製造方法の一実施例の
構成を示す装置概略図、 第2図は第1の発明の一実施例のオゾン処理前後の温度
と抵抗率との関係を示す図、第3図は第1の発明の他の
実施例の構成を示す装置概略図、 第4図は第3図に示す他の実施例と従来例との抵抗率の
経時変化を説明する図、 第5図は第1の発明の他の実施例の構成を示す装置概略
図、 第6図は第2の発明の一実施例の構成を示す装置概略図
、 第7図は第2の発明の一実施例の超伝導体のgIGの温
度と抵抗率との関係を示す図である。 1・・・・・・気密容器、 2・・・・・・試料台、 3・・・・・・薄膜、 4.14・・・・・・ヒータ、 5.15・・・・・・オゾン発生器、 11・・・・・・真空容器、 12・・・・・・基板ホルダ、 13・・・・・・基板、 16 a 、 16.b 、 16 c ・・・・−ク
ヌーセンセル、17・・・・・・ノズル。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)セラミックス系の超伝導体の薄膜を酸素ガスを導
    入して酸化処理する超伝導体の製造方法において、前記
    酸素ガスの一部をオゾン化してオゾンを形成し、該オゾ
    ンを含む酸素ガス中で前記超伝導体の薄膜を酸化処理す
    る工程を含むことを特徴とする超伝導体の製造方法。
  2. (2)基板上にセラミックス系の超伝導体の薄膜を形成
    する超伝導体の製造方法において、前記基板を加熱し、
    前記超伝導体を構成する金属元素を気相化して前記基板
    に導入するとともに、酸素ガスの一部をオゾン化してオ
    ゾンを形成し、該オゾンを含む酸素ガスを前記基板に導
    入することにより前記超伝導体の薄膜を形成する工程を
    含むことを特徴とする超伝導体の製造方法。
JP63061505A 1988-03-15 1988-03-15 超伝導体の製造方法 Pending JPH01235285A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5330935A (en) * 1990-10-24 1994-07-19 International Business Machines Corporation Low temperature plasma oxidation process

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5330935A (en) * 1990-10-24 1994-07-19 International Business Machines Corporation Low temperature plasma oxidation process
US5412246A (en) * 1990-10-24 1995-05-02 International Business Machines Corporation Low temperature plasma oxidation process

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