JPH01245570A - 超電導セラミックス薄膜及びその製法 - Google Patents

超電導セラミックス薄膜及びその製法

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JPH01245570A
JPH01245570A JP63071942A JP7194288A JPH01245570A JP H01245570 A JPH01245570 A JP H01245570A JP 63071942 A JP63071942 A JP 63071942A JP 7194288 A JP7194288 A JP 7194288A JP H01245570 A JPH01245570 A JP H01245570A
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superconducting
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Tadatsugu Ito
伊藤 糾次
Kyoichi Shibuya
渋谷 恭一
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Sumitomo Cement Co Ltd
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、超電導セラミックス薄膜及びその製法仁関す
る。特に、基板上の鋼酸化物系超電導薄膜を形成きせる
際に基板との反応を防itするノブ法に関する。
[従来の技ml 従来、Y−Ba−Cu−0系或いはLa−Ba−Cu−
0系などの超電導セラミックス材薄膜を基板上に作製す
る方法においては、Cu原子が基板中に拡散する問題又
は基板にSiを用いた場合に、54が超電導セラミック
ス材中に拡散し、超電導膜の特性を劣化きせる問題が見
られた。
このような拡散反応を防止するために、バリヤ層として
希土類金属薄膜を界面に配置することか提案されている
が、それほどの効果があがっていない、また、−数的に
このような拡散反応の問題がある場合、特にシリフJン
の拡散反応を防1(、rるために、バリヤ薄膜として白
金を使用4゛ることも行なわれている。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、上記のような技術的課題を解決するために、
基板と超電導材の間に銅(Cu)薄膜を配置し、拡散反
応の問題を解決することを見出したものである。
本発明は、拡散による超電導特性の劣化を防止できる基
板上への超電導薄膜の作製方法を提供する。
本発明は、基板−Lに形成きれたf!41v2化物系超
電導特性の改善された超電導薄膜を提供することを目的
とする。また、本発明は、Siなどの基板と超電導材薄
膜が拡散反応4−ることを防11二した超電導薄膜を提
供rることを目的にする。
[発明の構成] [問題点を解決するための手段] 本発明は、上記の技術的な課題の解決のために、基板の
表面の少なくとも一部に配Ef、された銅薄膜の1−に
鋼酸化物系超電導膜を有する、−とを特徴とする特に、
その基板は、Si、MgO,Sr T i Osの!i
、結晶或いはZ r Omであることが好適である。史
に、本発明は、超電導セラミックス薄膜を作製4゛る製
法において、基板の超電導薄膜を形成すべき表面に予め
銅膜を形成しておき、その銅膜面1〕に銅酸化物系超電
導薄膜を形成することを特徴とする超電導セラミックス
薄膜の製法である。また、その場合、基板は、Si%M
gO。
5rTiOsの単結晶或いはZ r O*であることが
好適である。史に、銅酸化物系超電導材を生成するター
ゲツト材のスパッタリングのための放電ガスとして、キ
セノンガス或いは酸素を添加したキセノンガスを用いる
ことがより好適である。また基板銅膜J二に超電導薄膜
形成後に、必要により、アニール処理を行なうことが好
適である。
本発明による酸化物超電導薄膜の作製方法によると、先
ず、S f、MgO,S rTi Onの!れ結晶或い
はZ r O+などの基板表面の全部或いはその一部に
、予めtM薄膜を形成し、この銅膜面上に銅酸化物系超
電導膜を形成させるに必要な材料をスパッタリングなど
により形成する。
このように銅薄膜を基板と形成すべき超電導ヒラミック
ス薄膜の界面に配置することにより、例えばStが超電
導セラミックス9仁拡散することを防止するものである
。一般に、このようにバリヤ層として半導体製造などに
使用される物質としては、タングステン、タングステン
シリサイド(WSi)、モリブデンシリサイド(M o
 S + )が考えられる。然し乍ら、一般に、基板の
上に鋼酸化物系超電導膜をスパッタリング等により結晶
成長される場合には、基板温度は、600°C以りでな
いと、超電導性薄膜が成長しない、そのために、モリブ
デンシリサイドの昇華温度は525℃で、タングステン
シリサイドの昇華温度は650°Cであるために、これ
らの材料によるバリヤ層は不適である。
上記の方法により鋼酸化物系超電導薄膜を形成する場合
、基板−Lに超電導特性を示4′薄膜を成長させるため
には、基板の温度を約600″C前後に加熱しなければ
ならない。
鋼バリヤ層を用いない従来の技術では例えばシリコン基
板の場合を示すと鋼酸化物系超電導薄膜中の銅が基板中
のシリコンと反応し、基板中に銅が拡散反応したり、基
板中のシリコンが銅酸化物系超電導薄膜中に拡散反応し
、超電導特性や表面の性状に種々の障害が生じる。
一方、本発明方法によれば、バリヤ層の銅が銅酸化物系
超電導薄膜中の銅の拡散反応う防ぎ、銅酸化物系超電導
薄膜の物性のれっかを防ぐだけでなく、銅自身が基板中
のシリコンと拡散反応することにより、安定した化合物
を形成し、基板と銅酸化物系超電導薄膜との密着性の向
上が見られる。
また、例え、ばスパッター法で薄膜を形成する場合でも
、銅バリヤ層と形成される薄膜との濡れ性が良いため、
安定した薄膜がたやすく生成し、鋼酸化物系超電導材の
ような鋼組成が基板上に付着され難いものや、スパッタ
ーされ難いものの場合は、有効である。更に、バリヤ層
中の銅が銅酸化物系超7f導薄膜中へ拡散し、鋼組成が
不足になりがらな薄膜に対し銅を補うことになり、極め
て有効な結果が得られる。
また、NI素アニーリングを行なう場合、上記と同じ効
果が期待できる。
MgO基板と超電導ヒシミックス体層の間に中間層Cu
を形成して、処理した場合、MgO層中に拡散したCu
のhlと、超電導セラミックス体層中に拡散したMgの
量は、RBS測定法によれば、次の第1表に示される。
第1表 この表より、本発明による鋼中間層を挿入した場合の超
電導薄膜では、基板中に拡散するC uがある程度低下
し、また、膜中に拡散したMgは、約1・分の1に低ド
4ることが明らかにされる。
本発明に用いる基板は、Si、MgO1SrT+ Os
の単結晶或いはZ r O*であり、超電導物質の結晶
特性と適合性がよいものが好適である。この基板は、多
結晶体或いは単結晶とすることが好適である。
基板上への銅膜の形成は、 基板表面上に、MBE法、
スパッタリング法、PVD法によって行なわれる。
[作用] 本発明により利用される銅バリヤ層は、従来バリヤとし
て用いられたことのないものであるが、超電導薄膜を形
成するためには、最も適するものである。
本発明の鋼酸化物系酸化物超電導薄膜の作製方法は、更
に、例えば、ジョセプソン接合、赤外線検出器、光スィ
ッチのような製品のための超電導薄膜の形成にも用いる
ことができる。
次に、本発明の鋼中間層を用いる超電導セラミ/クズ薄
膜の作製方法を具体的に実施例により説明するが、本発
明はそれらによって限定されるものではない。
[実施例1] Si基板のLに銅薄膜をスパッタ法により厚さ数十nm
に形成し、そのJ二にBa−Y−CuO薄膜をキヒノン
/酸素ガス雰囲気中でのスパッタリングにより形成した
Ba−Y−Cu−0薄膜の厚きは、150nmであった
。スパッタリング中の銅膜基板の温度は、約200℃に
保持された。
スパッターのガス圧は、2Paであり、ガス組成は、X
 e : OI= 9 : 1で、RF大入力1.3w
/clItに固定して行なった。また、スパッタリング
のターゲットには、Ba−Y−Cu(2: 1:3の組
成)のものを用いた。基板/ターゲット間の距離は、2
0+110とした。
次に、前記のように作製した鋼薄膜基板−にに形成きれ
たfHNI化物系超電導薄膜の特性を、RBS分析及び
S EM(走査型″を子顕微鏡)により観察した。また
、比較のために、鋼薄膜のない基板上に同様に形成した
鋼酸化物系超電導薄膜についても観察した。その結果を
、第1図(Si基板上鋼中間層のある鋼酸化物系超電導
薄膜のRBS分析)及び第2図(Si基板上鋼中間層の
ない銅酸化物系超電導薄膜のRBS分析)並びに第3図
(t/A中間層のある銅酸化物系超電導薄膜の表面電f
!iIO微鏡写真)及び第4図(鋼中間層のない銅酸化
物系超電導薄膜の表面電子顕做鏡写真)に示す。
第1図の曲線1は、スパ/り法で形成したままの膜試料
に対してRBS分析結果を示し、曲11a2は、900
℃で1時間アニールした試料についてのものである。第
2図の曲1a3は、スパッタ法で形成したままの膜試料
に対してRBS分析結果を示し、曲!i!4は、900
℃アニールした試料についてのものである。第2図の曲
線4を観察すると、チャンネル数300付近で裾を引く
ようになっている。このことは、SiがBa−Y−Cu
−0薄膜中に拡散し工いることをしめしている。これに
対して、鋼中間層のある場合の第1図では、曲線2が裾
を引いていなく、Siの拡散反応が生していないことが
明らかである。
また、電f顕微鏡観察(SEM)でも、第3図の写真の
Cu中間層がある場合は、表面が滑らかであり、それ1
こ対して、第4図のCu層を用いない場合では、表面が
粗くなっている。即ち、拡散したSiがf14酸化物系
超電導薄膜表面に析出して、表面を粗くしており、鋼酸
化物系超電導薄膜の特性が劣化していることが明らかで
ある。
[実施例2] 実施例1と同様にMgO結晶基板表面に、鋼薄膜をスパ
ッタ法で形成した1次に、その鋼薄膜ヒに次のようにし
てBa−Y−Cu−0薄膜を形成した。即ち、RF−マ
グネトロンスパッタ法により、前記のMgO結晶基板表
面に、基板温度を約200°Cに保持する外の条件は、
実施例1と同様で、Ba−Y−Cu−0薄膜を形成した
。この超電導薄膜形成の後に、反応チャンバー内にO2
を導入しながら、基板温度を900°Cに保持して、6
0分間酸素アニール処理を行なった。
次に、前記のように作製した銅薄膜のあるMgO基板」
二に形成されたBa−Y−Cu−0薄膜の特性を、RB
S分析及びSEM(走査型電子顕微鏡)により観察した
。また、比較のために、銅薄膜のない基板−りに同様に
形成したBa−Y−Cu−〇薄膜についても観察した。
その結果を、第5図(鋼中間層のあるBa−Y−Cu−
0薄膜のRBS分析)及び第6図(&M中間層のないB
a−Y−Cu−0薄膜のRBS分析)並びに第7図(鋼
中間層のあるBa−Y−Cu−0薄膜のSEM〔表面電
子顕微鏡]写真〕及び第8図(g4中間層のないBa−
Y−Cu−0薄膜の表面電子顕微鏡写真)に示す。
第5図の曲線5は、スパッタリング蒸着したままの試料
に対してRBS分析結果を示し、曲線6は、アニールし
た試料についてのものである。第6図の曲線7は、スパ
ッタ法で形成したままの試料に対してRBS分析結果を
示し、曲線8は、アニールした試料についてのものであ
る。第6図の曲線8を観察すると、MgO内にもCuが
存在する、−とが分かる。これに対して、第5図の曲線
6では、MgO中のCuによる曲線は、低く、Cu拡乾
が少ないことをしめしている。
また、SEM観察でも、第7図の写真のCu中間層があ
るMgO基板では、Ba−Y−Cu−0薄膜の表面が滑
らかであり、それに対して、第8図のCu層を用いない
場合では、表面が粗くなっており、Ba−Y−Cu−O
薄膜の特性が劣化していることが明らかである。
[発明の効果] 本発明の銅膜によるセラミックス超電導薄膜及びその作
製方法により、次のような顕著な技術的効果が得られた
第1に、基板への拡散反応を防1h L、また、Ba−
Y−Cu−0薄膜とその作製方法を提供することかでき
る。
第2に、鋼バリヤ層中の鋼が銅酸化物系超電導薄膜中の
銅の拡散反応を防ぎ、鋼酸化物系超電導薄膜の特性の劣
化を防ぐだけでなく、銅自身が基板中のシリコンと拡散
反応することにより安定した化合物を作り、基板と鋼酸
化物系超電導薄膜との密着性の向上が見られる。また、
例えばスパッタリング法で薄膜を形成する場合でも、銅
バリヤと形成さける膜との濡れ性がよいため安定した膜
が容易に生成す、銅酸化物系超電導材のような鋼組成が
基板上に付着きれかいものや、スパ/ターされ難いもの
の場合にも有効である。
第3に、バリヤ層中の銅が銅酸化物系超電導薄膜中へ拡
散し、鋼組成が不足になりがちな薄膜に対し銅を補うこ
とになり、極めて有効な結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、鋼中間層のあるSi基板−Fに形成したBa
−Y−Cu−0薄膜のRBS分析を示1゜第2図は、鋼
中間層のないSt基板上に形成したBa−Y−Cu−0
薄膜のRBS分析結果を示第3図は、鋼中間層のあるS
t基板上に形成したBa−Y−Cu−0薄膜の表面電子
顕微鏡写真を示す。 第4図は、鋼中間層のないSt基板上に形成したBa−
Y−Cu−0薄膜の表面電子顕微鏡写真を示す。 第5図は、鋼中間層のあるMgO基板上に形成したBa
−Y−Cu−0薄膜のRBS分析を示す。 第6図は、鋼中間層のないMgO基板上に形成したBa
−Y−Cu−0薄膜のRBS分析結果を示す。 第7図は、鋼中間層のあるMgO基板上に形成したBa
−Y−CuO薄膜の表面電子顕微鏡写真を示す。 第8図は、鋼中間層のないMgO基板上に形成したBa
−Y−Cu−0薄膜の表面電子顕微鏡写真を示す。 青l令Uイ(ス10つ 第2図 ←ン木ノン委丈 1t−tしイーtvj:’ (xlOυ−1ikfLイ
ーtvl’  (xlO’、)○       −M 
       (JJ手続補正書(方式) %式% 1、事件の表示 昭和63年特許願第71942号2、
発明の名称 超電導セラミックス薄膜及びその製法 3、補正をする者 事件との関係   特許出願人 住所 東京都新宿区中落合2−9−1 氏名  伊  藤  糾  次 住所 東京都千代田区神田美土代町1番地名称 住友セ
メント株式会社 代表者 今 川 彦 二 住所 東京都千代田区永11町二丁目5番2号名称 新
技術開発事業団 理事長 赤 羽 信 久 4、代理人 住所 〒101東京都千代田区神E口須田町1丁目2番
地電話(03)253−4781(代) 5、補正命令の11付(発送口) 1[m+6U化6日只Fi (Fi H9只I:I)7
″715=771=融≧\6、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 7、補正の内容 (1)明細書第15頁第3行目、同頁第6行目、同頁第
6行目、同頁第6行目の[−〇薄膜の]の次に[粒子構
造を示す]を挿入する。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板の表面の少なくとも一部に配置された銅薄膜
    の上に銅酸化物系酸化物超電導膜を有することを特徴と
    する超電導セラミックス薄膜。
  2. (2)該基板が、Si、MgO、SrTiO_3の単結
    晶或いはZrO_2であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の超電導セラミックス薄膜。
  3. (3)超電導セラミックス薄膜を作製する製法において
    、 基板の銅酸化物系超電導薄膜を形成すべき表面に予め銅
    薄膜を形成しておき、その銅薄膜面上に銅酸化物系酸化
    物超電導薄膜を形成することを特徴とする薄膜の製法。
  4. (4)該基板は、Si、MgO、SrTiO_3の単結
    晶或いはZrO_2である特許請求の範囲第3項記載の
    薄膜の製法。
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