JPH01252530A - スパッタリング用ターゲットおよび超電導薄膜の製造方法 - 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 本発明は超電導体の製造に用いるスパッタリングターゲ
ットおよび薄膜の製造方法に関するものである。特に化
合物薄膜超電導体をスパッタリング蒸着により製造する
ために使用されるスパッタリングターゲットに関するも
のである。

従来の技術 高温超電導体として、Ａ１５型２元系化合物として窒化
ニオブ（ＮｂＮ）やゲルマニウムニオブ（Ｎ　ｂ　ｓ　
Ｇ　ｅ　）などが知られていたが、これらの材料の超電
導転移温度はたかだか２４°にであった。一方、ペロブ
スカイト系３元化合物は、さらに高い転移温度が期待さ
れ、Ｂａ−Ｌａ−Ｃｕ−０系の高温超電導体が提案され
た［　Ｊ、　Ｇ、　Ｂｅｎｄ。

ｒｚ　　ａｎｄ　に、Ａ、Ｍｕｌｌｅｒ、　　ツアイト
　シュリフト　フェアフィジーク（Ｚｅｔｓｈｒｉｆｔ
　ｒ　ｎ　ｒｐｈｙｓｉｋ　Ｂ）−Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ
Ｍａｔｔｅｒ　６４．　１８９−１９３　（１９８６）
　　］。

さらに、Ｂ　ｉ　−Ｓ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の材料が
１００に以上の転移温度を示すことも発見された。

ところが、この種の材料は１００に以上の転移温度を示
す高温相以外に、８０に級の低温相も存在し、この高温
相と低温相の分離はむずかしい。

一方、Ｔ　ｌ−Ｃａ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の材料はＢ１−
３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系以上に転移温度も高く、超電導
を示す相も１００に以上で考えられている。

この種の材料の超電導機構の詳細は明らかではないが、
転移温度が室温以上に高くなる可能性があり、高温超電
導体として従来の２元系化合物より、より有望な特性が
期待される。

発明が解決しよとする課題 しかしながら、Ｔｌ−Ｃａ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の材料は
、現在の技術では焼結という過程でしが形成できないた
め、セラミックの粉末あるいはブロックの形状でしか得
られない。一方、この種の材料を実用化する場合、薄膜
状に加工することが強く要望されていが、従来の技術で
は、薄膜化は非常に困難とされている。

本発明者らは、この種の材料の薄膜がイオンプロセスに
より付着させると、薄膜状の高温超電体が形成されるこ
とを発見し、これにもとづいて薄膜超電導体を製造する
に際し、好適なスパッタリングターゲットおよびこれを
用いた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 本発明のスパッタリングターゲットおよび超電導薄膜の
製造方法は、主成分が少なくともタリウム、ｊｌｉｉ、
カルシウムおよびバリウムを含む酸化物から構成される
ターゲットを用いることを特徴とするものである。

さらに、本発明のターゲットとして、これにて作製され
る薄膜の組成よりもタリウムを不足に含むものを用いる
ことにより、良好な超電導特性を容易に得ることが可能
となる。

作用 本発明のスパッタリングターゲットを用いて形成する薄
膜超電導体の基本構成は、基体表面に主成分がタリウム
、銅、カルシウム、バリウムの酸化物被膜を付着させた
構造を特徴としている。本発明者らはこの種の超電導体
は、基体上に、主成分がタリウム、銅、カルシウム、バ
リウムからなる複合酸化物被膜を本発明のスパッタリン
グターゲットを用いたスパッタリング蒸着というプロセ
スで付着させ、場合によっては熱処理することにより形
成される。

そして、本発明者らは、作製を行う薄膜の組成よりもタ
リウムを不足に含むターゲットを用いれば、薄膜の組成
を良好に所望のものに調整できるということを合わせて
発見した。したがって、本発明のターゲットを、１００
に以上の転移温度を持つとされるＴｌ−Ｃａ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−０系の材料の薄膜作製に応用することにより、高品
質の超電導薄膜材料が実現され非常に有効である。

本発明のターゲットを用いて形成される薄膜超電導体は
、薄膜化しており、薄膜化は超電導体の素材を原子状態
という極微粒子に分解してから基体上に堆積させるから
、形成された超電導体の組成は本質的に、従来の焼結体
に比べて均質である。したがって非常に高精度の超電導
体が本発明のターゲットを用いて実現される。

以下本発明の内容をさらに深（理解されるために、さら
に具体的な実施例を示す。

実施例 第２図に本発明による薄膜超電導体製造の実施例を示す
。薄膜超電導体は、プレーナーマグネトロンスパッタ法
により製造し、スパッタリング用ターゲットには粉末タ
ーゲット１を使用した。２はターゲット受皿、３は基体
、４は基体ホルダー、５は基体加熱用ホルダーである。

第３図に示すように、酸化マグネシウム単結晶（１００
）面を基体４として用い、高周波プレーナーマグネトロ
ンスパッタにより、第２図に示す焼結したＴｌ−Ｃａ−
Ｂａ−Ｃｕ−０ターゲツト１をＡｒ、０２ガス雰囲気で
スパッタリング蒸着して、基体４上に結晶性のＴｌ−Ｃ
ａ−Ｂａ−Ｃｕ−０被膜１０として付着させ層状構造を
形成した。

ターゲットは、Ｔ　Ｉ　２０　ｓ　、　Ｃａ　Ｏ、Ｂ　
ａ　ＣＯｓ、ＣｕＯを混ぜあわせ焼成して作ったが、空
気中では、５〜１０時間、酸素雰囲気中では１０分〜２
時間で各元素が均一に混じり、反応し、焼成温度８８０
〜９２０℃が最適であることを見い出した。

なお、ターゲットは、Ｔ１．Ｃａ、Ｂａ、Ｃｕの単元素
もしくは、酸化物の混合であっても良いが、安定した均
一性の良い薄膜を得るためには上記の混合を前記の焼成
にて行うのが良いことがわかった。

この場合、スパッタガス圧力は０．５Ｐａ、スパッタリ
ング電力１００Ｗ、スパッタリング時間１時間、被膜の
膜厚０．５μｍ、基体温度７００℃であった。形成され
た層状構造をさらに酸素雰囲気中で９１０℃、２０分間
熱処理した。

なお、スパッタリング電力を１２０Ｗ以上にすると、タ
ーゲット中のＴ　Ｉが優先的に蒸発し、放電が不安定に
なり、被膜の膜質が劣化することがわかった。そこで、
Ｔ、１−Ｃａ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の材料をスパッタリン
グ用ターゲットとして使用する場合には、５０〜１２０
Ｗが適当であることがわかった。

Ｔ　ｌ−Ｃａ−Ｂａ−Ｃｕ−０化合物の金属元素比率は
、’ｒｌ　：Ｃａ：Ｂａ：Ｃｕ＝２：２：２：３の近傍
のところが臨界温度の高い良好な超電導体となるといわ
れている。本発明者らはターゲット組成を種々変化させ
て、上記の手法で薄膜作製を行った。その結果、所望の
組成よりもタリウムが不足に入った Ｉ のターゲットを用いた場合に、薄膜の組成はＩ となり、良好な超電導特性が得られることを確認した。

第１図に薄膜の抵抗の温度依存性を示す。上記範囲のタ
リウム量を持つターゲットを用いて薄膜を作製した場合
、特性曲線１１のように零抵抗温度が８０に以上という
良好な超電導特性の薄膜が得られた。また特に Ｉ というターゲットを用いた場合においては、一部が超電
導状態になっていると考えられるオンセット温度１２０
Ｋを持つ特性１２が観測され、より高い温度で超電導を
示す薄膜材料の作製に非常に有効であると考えられる。

この場合、ターゲットの構成は焼結体例えば円板、円筒
などが有用である。しかし、必ずしも成型品である必要
はな（、例えば、粉末又は粒状あるいはチャック状であ
ってもよい。

特に本発明にかかる粉末ターゲットは成型の必要がない
上、スパッタ中に連続的に供給できる特長があり、この
種の超電導体の製造に一層有効である。

発明の効果 本発明のスパッタリング用ターゲットを用いて超電導薄
膜を形成するに際し、ターゲットを粉末あるいは粒状等
にすることが可能で、超電導薄膜形成に特に要求される
組成の調整が容易でかつ均一な材料組成のターゲットを
作成することが出来、信頼性の高い安定な超電導体を再
現性良く得ることが可能となる。したがって、本発明に
かかるターゲットにより作製される超電導体は、超電導
体を安定な薄膜として形成することが可能となる。すな
わち、均質で組成が最適に制御されたターゲットを用い
、超電導体の素材を原子状態という極微粒子に分解して
から、基体上に堆積させるため、形成された超電導体の
組成は本質的に、従来の焼結体に比べて均質である。し
たがって、非常に高精度の超電導体が本発明で実現され
る。

特に高臨界温度の期待の高いＴｌ−Ｃａ−Ｂａ−Ｃｕ−
０系の超電導薄膜作製に際し、良好な特性を持つ薄膜製
造に適したものであり、本発明の工業的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を用いて形成された薄膜超電導体の基本
特性図、第２図は薄膜超電導体製造概略図、第３図は薄
膜超電導体の基本構成断面図である。 １・・・粉末ターゲット、２・・・ターゲット受皿、３
．２１・・・基体、４・・・基体ホルダー、５・・・基
体加熱用ヒーター、２２・・・４元化合物被膜。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図 ０　　　−５０　　　　１００　　　　１５０　　　　
Ｅ）００温Ｊ′！ｉ（ｋ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）主成分がすくなくともタリウム（Ｔｌ）、銅（Ｃ
   ｕ）カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）を含む酸化
   物から構成されことを特徴とするスパッタリング用ター
   ゲット。
2. （２）作製を行う薄膜の組成よりタリウムを不足に含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスパッタ
   リング用ターゲット。
3. （３）カルシウム、バリウムが１：１からなり、タリウ
   ムのモル比率が Ｃａ＋Ｂａ ２＜｛（Ｃａ＋Ｂａ）｝／Ｔｌ＜４ であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のス
   パッタリング用ターゲット。
4. （４）主成分が少なくともタリウム、銅、カルシウム、
   バリウムを含む酸化物からなるターゲットを用い、基体
   上にスパッタリング法にて少なくともタリウム、銅、カ
   ルシウム、バリウムを含む酸化物薄膜を形成する際し、
   前記ターゲットのタリウムの組成比を、前記薄膜中の組
   成比よりも小さくすることを特徴とする超電導薄膜の製
   造方法。