JPH01240664A - 超電導薄膜の気相合成方法 - 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〕 本発明は、気相合成により酸化物系超電導薄膜を基板上
に析出させる方法に関する。

〔従来の技術〕

１９８６年１２月にアメリカ合衆国ピ；−ストン大字の
チュー教授により、液体窒素温度を越える温度で超電導
特性を有するＢａ−Ｙ−Ｃｕ−０系の物質が発見されて
以来、急速な素材開発や応用技術が進展している。

この超電導材料の薄膜化のためには、Ａｒ”イオン等を
超電導材料系のターゲット材料に衝突させ、打ち出され
た超電導物質の原子又は分子を基板上に析出させるスパ
ッタリングや蒸着法等の物理的方法が採用され、これに
よって３２０００〜１００ＯＯＯＡ／ｃｌｌｌの高い電
流密度を有する薄膜が得みれる。

しかしながら、このような物理的気相析出法では、析出
条件として１気圧以下の減圧下で行うことが絶対条件で
あり、雰囲気中の酸素分圧が充分でないため、形成され
る薄膜は酸素欠陥を生じ、超電導現象を引き起こすこと
ができない。

このため、物理的気相析出法による超電導材′；叫の薄
膜を得るには、−旦形成された薄膜を酸素を富化した雰
囲気中で８００・〜１０００℃の温度に加熱する酸化ア
ニールを行う必要がある。

５発胡が解決しようとする課題〕 このように、物理的気相析出法による超電導薄膜の製造
において不可欠なアニールは、その温度が比較的高いた
めに、石英、サファイア、シリコン等の基板と薄膜との
間の化学反応による不純物拡散の問題や、基板と薄膜と
の間の熱膨張係数の差によるクラック発生の問題を生じ
る。

とくに、基板と薄膜との間の不純物拡散の問題は、鉛や
ニオブ等の電極間に上記析出基板等からなる絶縁体と超
電導体薄膜を交互に挟み込む構造を有する超電導薄膜を
５ＱＵＩＤ（超電導量子干渉計）やジョセフソン素子等
の電子デバイスやセンサー等へ応用したとき、超電導体
薄膜としての機能を果たさなくなる。

したがって、アニール工程における基板材料から超電導
薄膜への不純物拡散の問題を解決しない限り、物理的気
相析出法による実用的な超電導薄膜の製造は不可能であ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の超電導薄膜の形成方法は、化学的気を目合成方
法の採用によってアニール処理工程を不要としたもので
ある。

従来、超電導薄膜の形成に化学的気を目合成方法が用い
られなかった理由は、Ｂｉのようなイオン半径が大きく
且つ原子量も大きい物質を蒸発又は昇華させる担体物質
が見当たらず、Ｂｉ、　Ｓｒ、　Ｃａ。

Ｃｕ等の超電導物質を気を口中に化学的且つ安定して供
給することができなかったためである。

本発明者は、超電導薄膜の化学的気相合成に関して、β
−ジケトン錯体の適用が極めてを効であることを見出し
、本発明を完成した。

本発明は超電導薄膜を形成する金属のβ−ジケトン錯体
を出発原料とし、同出発原料と酸化性ガスとの反応によ
って基板上へ薄膜を析出させる超電導薄膜の気相合成方
法である。

本発明の超電導薄膜を形成する金属としては、Ｂｉ、　
Ｓｒ、　Ｃａ、　Ｃｕ、　Ｙ、　Ｂａおよびランタニド
系元素の中の１種または２種以上が好適に用いられる。

最も好ましい例としては、Ｌａ、　Ｓｒ、　Ｙ、　Ｂａ
およびランタニド系元素等の金属よりなるβ−ジケトン
の２種以上とＣｕ　よりなるβ−ジケトンとの組合せを
出発原料とした場合を挙げることができる。

また、上記の超電導材料を形成する金属の１種又は２種
以上と錯体を形成するβ−ジケトン類はアセチルアセト
ン（Ｃ３Ｈ８０２）、ジビバロイルメタン（Ｃ１ｌＨ２
ｏ０２）、ヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｃ６８２
Ｆ６０２）等が好適である。

超電導物質は一般に（１）、　　Ｌａ−５ｒ−Ｃｕ−０
系、（２）、　Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系、（３）、　Ｂ１
−３ｉ−Ｃａ　−Ｃｕ　−〇系の３つの型があるが、こ
れらの超電導物質を本発明により得るには、出発原料と
して、冬型の構成金属のβ−ジケトン錯体の組合せを用
い酸化性ガスとの反応によって、それぞれの型の超電導
物質が得られる。

これらのβ−ジケトン錯体が、昇華させる温度域が低温
であること、低温域で昇華が可能であることによって、
安定した原料供給ができる点から最も有効である。

本発明の酸化雲囲気としては、前記β−ジケトン錯体を
充分な酸素雰囲気下において分解させるのに充分な温度
と酸素分圧を有する条件に維持する必要がある。

析出温度としては、４００〜１１００℃で、とくに析出
される薄膜の諸特性の点から６００〜１０００℃の範囲
にあることが好ましい。

また、酸素分圧は上記析出温度の下では、析出される薄
膜が酸素欠陥を生じる理由から、酸素分圧が０．１　気
圧以上である必要があり、さらに、超電導現象を高温域
で実現させる観点から、酸素分圧は０．５〜２気圧の範
囲にあることが望ましい。

さらに、原料温度はその安定性を図る意味において、２
５０　℃以下の温度に保ち、キャリアガスはＮ２．　　
Ａｒ等の中性ガスを適用することが必要である。

本発明の実施に際して使用する反応装置としては、従来
の気相合成装置を任意に使用できる。

〔実施例〕

第１図に示す装置を用いて本発明を実施した。

同図において、１は吸湿管、２は流量計、３は温度調節
器、４は原料発生器、５は反応管、６は電気炉、７は電
気炉温度調節器、８は基板発熱体、９はレコーダー、そ
れに１０はスライダックを示す。

同装置において、キャリアガスとしてＡｒを用い、キャ
リアガスはまず吸湿管１で微量の水分を脱水した後、流
量計２を通じて一定流量のＡｒ　ガスが温度調節器３に
て温度制御された原料発生器４に供給される。石英反応
管５は電気炉温度調節器７によって制御された電気炉６
で加熱されており、β−ジケトン錯体が熱分解される。

このとき、発熱体で加熱された基板８上にβ＝ニジケト
ン体の熱分解により生成するＢ　Ｉ　２０　ｖ　。

ＣａＯ，ＳｒＯ，ＣｕＯが形成され、Ｂ１−３ｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−０系の超電導薄膜が形成される。

出発原料として、Ｂｉ（Ｃ＋＋　ＨＩ３０２）２とＣｕ
　（Ｃ＋　ｌＨ＋　ｓ　Ｏ２）　２と５ｒ（Ｃ，＋Ｈ，
９０２）−およびＣｕ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２を用いた。

上記、Ｂａ、　Ｙ、　Ｃｕのβ−ジケトン錯体をそれぞ
れ１６０℃、　　１４０℃、１１０℃に保ち、Ａｒガス
をｌＢＯｍ　ｆｌ／ｍｉｎ、酸素ガスを５００ｍ　ｐ／
ｍｉｎ供給し、反応容器内を１気圧に維持した。電気炉
温度４００℃、基板温度６００℃とし、基板材質として
は５ｒＴｉＯ３（チタン酸ストロンチウム）、ジルコニ
ア１　マク不シアを用いた。

上記３種類の基板には、いずれも超電、ダ薄膜が形成さ
れたが、Ｘ線回折によってその構造はＢ１−　Ｓｒ　−
Ｃａ　−Ｃｕ　−０系超電導物質であることが確認され
ると同時に、Ｃ軸に強く配向していた。

生成した超電導薄膜は、９８にで抵抗がゼロとなった。

〔発明の効果） 本発明によって以・下の効果を奏することができる。

イ、従来の物理的気相析出法と異なり、１気圧以上の圧
力下においても超電導薄膜の合成が可能であり、処理条
件の選択に余裕ができる。

口、酸素分圧を任意に選択することができ、現状の最大
の問題点である熱処理が不要となる。

ハ、従来の物理的気相合成方法で不可欠である、高価な
高周波発生装置や蒸着装置が不要となる。

二、ジョセフソン素子や５ＱＩＪＩＤａ子等の電子デバ
イスへの応用として有力な製造プロセスとなり得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を実施するための気相合成装置
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超電導薄膜を形成する金属元素のβ−ジケトン錯体
   を出発原料とし、同出発原料と酸化性ガスとの反応によ
   って基板上へ薄膜を析出させることを特徴とする超電導
   薄膜の気相合成方法。 ２、超電導薄膜を形成する金属元素がＢｉ、Ｓｒ、Ｃａ
   、Ｃｕ、Ｙ、Ｂａおよびランタニド系元素からなる群の
   中から選択された１種または２種以上からなる特許請求
   の範囲第１項に記載の超電導薄膜の気相合成方法。 ３、β−ジケトン錯体がアセチルアセトン、ジビバロイ
   ルメタン、ヘキサフルオロアセチルアセトンの錯体であ
   る特許請求の範囲第１項に記載の超電導薄膜の気相合成
   方法。