JPH0193424A - Manufacture of structure having superconductive thin film - Google Patents

Manufacture of structure having superconductive thin film

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JPH0193424A
JPH0193424A JP63208501A JP20850188A JPH0193424A JP H0193424 A JPH0193424 A JP H0193424A JP 63208501 A JP63208501 A JP 63208501A JP 20850188 A JP20850188 A JP 20850188A JP H0193424 A JPH0193424 A JP H0193424A
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Abstract

PURPOSE: To produce an oxide superconducting material having desired electric property and mechanical durability by vapor-depositing the material on a substrate by using sources respectively consisting of a rare-earth composition, a copper composition and fluoride of a IIA group element, and annealing the material in an oxygen atmosphere.
CONSTITUTION: In a production method of a structure having a superconducting thin film region, the material is vapor-deposited on the substrate consisting of e.g. strontium titanate. The vapor deposition is realized by using the source consisting of the rare-earth composition such as Y, the source consisting of the copper compound and the source consisting of the fluoride of a IIA group element such as Ba. Next, the vapor-deposited material is annealed at about 800-920°C in the oxygen atmosphere.
COPYRIGHT: (C)1989,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、超伝導体材料に係り、特に酸化物超伝導材料
の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to superconductor materials, and particularly to a method for producing oxide superconductor materials.

[従来技術] 最近、40に以上の温度で本質的に電気抵抗がゼロとな
る超伝導材料が注目を集めている。これらの材料は、少
なくとも1つの希土類元素、少なくとも1つのIIA族
元素及び銅からなる酸化物であり、その代表例としては
Y B a 2 Cu a O□。
[Prior Art] Recently, superconducting materials whose electrical resistance becomes essentially zero at temperatures above 40°C have attracted attention. These materials are oxides consisting of at least one rare earth element, at least one Group IIA element, and copper, a typical example of which is Y Ba 2 Cu a O□.

YBa2Cu3O7 がある(これらの構造式は一般的な化学量論比を表わし
ているが、これらは酸素格子で生じるような単に近似し
た公称空格子点である。)。これらの酸化物材料は、電
子部品における又はそれらの相互接続における電力分配
線のような用途が代表的なものとして考えられている。
YBa2Cu3O7 (although these structures represent general stoichiometry, these are simply approximate nominal vacancies as occur in the oxygen lattice). These oxide materials are typically considered for applications such as power distribution lines in electronic components or in their interconnections.

電子部品にとって必ずしも必要と言うわけではないが、
本質的ゼロ抵抗が液体窒素の沸点以上で、即ち77に以
上の温度でTcが達成されることは、電子部品のような
応用例にとっては望ましいことである。ここで、本質的
ゼロ抵抗とは約10−9Ω−el以下の抵抗をいう。
Although it is not necessarily necessary for electronic parts,
It is desirable for applications such as electronic components that essentially zero resistance be achieved at Tc above the boiling point of liquid nitrogen, ie, at temperatures above 77°C. Here, essentially zero resistance refers to a resistance of about 10-9 Ω-el or less.

酸化物超伝導体は酸化物又は炭化物の粉末を焼結するこ
とによって製造されるのが代表的である。
Oxide superconductors are typically produced by sintering oxide or carbide powders.

例えばYBa2Cu3O7の場合では、酸化イツトリウ
ム、炭化バリウム及び酸化銅を適当な割合で混合し、7
00℃から1000℃の範囲の温度で酸素雰囲気中で焼
結させる。こうして得られた材料は65〜98にの範囲
の温度で本質的ゼロ抵抗となることが報告されている。
For example, in the case of YBa2Cu3O7, yttrium oxide, barium carbide and copper oxide are mixed in appropriate proportions, and 7
Sintering is carried out in an oxygen atmosphere at a temperature ranging from 00°C to 1000°C. The material thus obtained is reported to have essentially zero resistance at temperatures in the range 65-98°C.

また、特異な報告もいくつかある。例えば、フィジカル
レピューレターズ(Physical Review 
Letters、 5g、 2579゜1987)にお
いてオプシンスキー(Ovshlnsky)等の報告に
よれば、フッ化バリウムを金属イツトリウム及び酸化銅
と共に焼結することによって、155にで例外的に低抵
抗性を獲得する材料が得られたという。但し、再現され
たという報告はまだ無い。
There are also some unique reports. For example, Physical Review Letters
According to a report by Ovshlnsky et al. in Letters, 5g, 2579° 1987), a material that obtains exceptionally low resistance at 155 by sintering barium fluoride with metal yttrium and copper oxide. was obtained. However, there are no reports of it being reproduced yet.

超伝導体材料試料の大部分はバルク状であるが、基板上
に薄膜を形成する試みも幾つか成されている。厚さ5μ
m以下の薄膜(フィルム)は、バルク状材料を使用でき
ない電子部品のような応用例に特に適している。
Although most superconductor material samples are in bulk, some attempts have been made to form thin films on substrates. Thickness 5μ
Sub-m films are particularly suitable for applications such as electronic components where bulk materials cannot be used.

これらの薄膜形成方法は、カリフォルニア アナハイム
での材料研究学会(Materials Re5ear
chSociety)の1987年春期会合の会議録に
おけ〆にR,H,コツホ(K o c h)等により、
同じく169ページにR,H,ハモンド(Hammon
d)等により、またフィジカル レビュー レターズ。
These thin film formation methods were developed by the Materials Research Society (Materials Re5ear) in Anaheim, California.
In the minutes of the 1987 spring meeting of chSociety, R, H, Kotsuho, et al.
Also on page 169 is R.H. Hammon.
d) etc. and Physical Review Letters.

58.2684 (1987)でP、ショーハリ(Ch
audhari)等により報告されており、このような
薄膜形成方法は、酸素雰囲気中でイツトリウム、バリウ
ム及び銅を蒸着し、これによって形成されたフィルムを
850〜910℃の範囲の温度でアニールする工程を含
んでいる。R,E、 ソメク(SoIIekh)等は、
ネイチュア(Nature)、 326 。
58.2684 (1987) by P. Schohari (Ch.
This method of forming a thin film involves the steps of depositing yttrium, barium, and copper in an oxygen atmosphere and annealing the resulting film at a temperature in the range of 850 to 910°C. Contains. R, E, SoIIekh, etc.
Nature, 326.

857 (1987)において、1050℃のサファイ
ア基板上にCu、BaO及びY2O3源からのスパッタ
リングを行い、続いて500℃、酸素中でアニールを行
う薄膜形成方法を報告している。
857 (1987), reported a thin film formation method in which sputtering from Cu, BaO, and Y2O3 sources was performed on a sapphire substrate at 1050°C, followed by annealing at 500°C in oxygen.

なお、スパッタリングによるフィルムの形成は、M、モ
リワキ等により上記会議録の85ページにも記載されて
いるが、プロセスの詳細は記載されていない。
Incidentally, the formation of a film by sputtering is also described by M. Moriwaki et al. on page 85 of the above meeting minutes, but the details of the process are not described.

このようにして得られた薄膜は大部分が有望なものであ
るが、そのフィルム自体は丈夫なものではない。その超
伝導性も、時間と共に、また大気に晒されることで低下
することが報告されている。
Although the thin films thus obtained are mostly promising, the films themselves are not durable. Its superconductivity is also reported to decrease with time and with exposure to the atmosphere.

更に、所望の超伝導性を常に再現することは非常に困難
である。これは、フィルムの性質が蒸着速度やアニール
時間等のプロセスパラメータに非常に敏感であることに
よる。
Moreover, it is very difficult to always reproduce the desired superconductivity. This is because the properties of the film are very sensitive to process parameters such as deposition rate and annealing time.

[発明の概要] 上記従来の薄膜の問題点を解決し、所望の電気的性質と
機械的耐久性とを合せ持つ酸化物超伝導体材料は、蒸着
技術を使用し、最終材料に含まれるIIA族元素のソー
スとしてIIA族元素のフッ化物を用いることによって
得られる。例えば、YBa2Cu3O7を製造する場合
は、フッ化バリウムが金属銅のような適当な銅ソース及
び酸化イツトリウムのような適当なイツトリウムソース
と共に用いられる。これをアニールして得られたフィル
ムは、92にという高温で本質的ゼロ抵抗を示し、しか
も従来より十分に長い期間それらの性質を維持すること
ができる。また、その材料は従来より機械的耐久性に優
れ、大気中の水分に対しても比較的影響されない。
[Summary of the Invention] An oxide superconductor material that solves the above problems of conventional thin films and has desired electrical properties and mechanical durability can be produced by using vapor deposition technology and containing IIA in the final material. It is obtained by using a fluoride of a Group IIA element as a source of a Group element. For example, when producing YBa2Cu3O7, barium fluoride is used with a suitable copper source, such as metallic copper, and a suitable yttrium source, such as yttrium oxide. The resulting annealed film exhibits essentially zero resistance at temperatures as high as 92°C, and can maintain these properties for a significantly longer period of time than previously possible. Additionally, the material has superior mechanical durability and is relatively unaffected by atmospheric moisture.

[実施例コ 以下、本発明による実施例について詳細に説明する。[Example code] Examples according to the present invention will be described in detail below.

基板上に薄膜を堆積するのが代表的であり、これによっ
て機械的に優れた構造が得られる。更に、化学反応や拡
散による超伝導材料の実質的な劣化を防止する基板を用
いるべきである。ここで、実質的な劣化とは、Tcが4
0により低下すること又は臨界電流が1×10aIlp
/cII12より低下することをいう。
Typically, a thin film is deposited on a substrate, resulting in a mechanically superior structure. Furthermore, a substrate should be used that prevents substantial degradation of the superconducting material due to chemical reactions or diffusion. Here, substantial deterioration means that Tc is 4
0 or the critical current is 1×10aIlp
/cII12.

要するに、基板の選択基準は、基板及び超伝導材料間の
化学反応と同様に、超伝導材料から基板への又は基板か
ら超伝導材料への望ましくない拡散をも実質的に防止す
ることにある。例えば、本発明の超伝導フィルムをシリ
コン上に直接堆積させると、超伝導フィルムとシリコン
とが反応して劣化が生じる。この場合には、反応性の基
板と超伝導フィルムとの間に保護膜を設ければ良い。
In short, the criterion for selecting the substrate is to substantially prevent undesired diffusion from the superconducting material to the substrate or from the substrate to the superconducting material, as well as chemical reactions between the substrate and the superconducting material. For example, if the superconducting film of the present invention is deposited directly on silicon, the superconducting film and silicon will react and degrade. In this case, a protective film may be provided between the reactive substrate and the superconducting film.

適切な基板材料としては、■S r T io 4又は
■酸化ジルコニウム膜でコートされたサファイアなどが
ある。ストロンチウムチタン酸塩は超伝導材料を過度に
劣化させず、二酸化ジルコニウムは超伝導材料とサファ
イア間の反応を防止する。バルク状材料の場合とは異な
り、金フィルムは反応バリアとしては好ましくない。金
は超伝導材料へ急速に拡散し、保護機能が急速に低下す
るからである。
Suitable substrate materials include: ■ S r T io 4 or ■ sapphire coated with a zirconium oxide film. Strontium titanate does not unduly degrade the superconducting material, and zirconium dioxide prevents reactions between the superconducting material and sapphire. Unlike bulk materials, gold films are not preferred as reaction barriers. This is because gold rapidly diffuses into superconducting materials, rapidly reducing its protective function.

本発明によって、広範囲の材料を製造することができる
。一般に、それらの材料は酸化物超伝導材料として分類
され、次に示す■〜■の酸化物である。
A wide range of materials can be manufactured with the present invention. Generally, these materials are classified as oxide superconducting materials, and are the following oxides.

■テルビウム以外の少なくとも1つの非放射性希土類元
素(プラセオジム及びセリウムは超伝導特性を劣化させ
る傾向があるが、低濃度ならば厳しくない応用例には適
用可能であり排除されない。
- At least one non-radioactive rare earth element other than terbium (praseodymium and cerium tend to degrade superconducting properties, but at low concentrations they can be used in less demanding applications and are not excluded.

)と、 ■カルシウム、バリウム又はストロンチウムのような少
なくとも1つのnA族元素と、■銅。
); ■ at least one nA group element such as calcium, barium or strontium; and ■ copper.

なお、代表的材料は米国特許出願第001.882号。The representative material is US Patent Application No. 001.882.

第021,229号、第024,048号、及び第02
7.371号に一般的に記載されている。本発明にとっ
ては、希土類元素としてイツトリウム、ランタン及びス
カンジウムを含む。
No. 021,229, No. 024,048, and No. 02
No. 7.371. For the present invention, rare earth elements include yttrium, lanthanum and scandium.

この様な材料としては、例えば公称式 7式% びY S r 2 Cu a O7で表現されるものが
ある。
Examples of such materials include those expressed by the nominal formula 7 and Y S r 2 Cu a O7.

一般に、公称式は化学量論比を近似的に表現し、酸素欠
陥及び/又は意図の有無にかかわらず導入される不均一
性等の効果として生じる公称偏差(nominal d
eviations)もありうる・超伝導酸化物の種類
に関係なく、本発明は、希土類材料、銅、及びIIA族
元素のフッ化物(フッ化バリウム、フッ化ストロンチウ
ム、及び/又はフッ化カルシウム)の同時蒸着又は順次
蒸着工程を含むものである。なお、本発明における「蒸
着」には材料を蒸気相から堆積させる全ての技術が含ま
れる。即ち、抵抗加熱又は電子ビーム加熱による熱蒸着
、dc又はrfプラズマスパッタリング、更に二次イオ
ンビームスパッタリング等のような技術が包含される。
In general, the nominal formula approximately expresses the stoichiometric ratio, and the nominal deviation (nominal
Irrespective of the type of superconducting oxide, the present invention provides a method for simultaneously combining rare earth materials, copper, and fluorides of Group IIA elements (barium fluoride, strontium fluoride, and/or calcium fluoride). It involves vapor deposition or sequential vapor deposition steps. Note that "vapor deposition" in the present invention includes all techniques for depositing a material from a vapor phase. That is, techniques such as thermal evaporation with resistance heating or electron beam heating, DC or RF plasma sputtering, as well as secondary ion beam sputtering, etc. are included.

希土類元素のソースが必要と言うわけではない。A source of rare earth elements is not required.

希土類元素の蒸着は金属単体又は金属酸化物を用いて行
われるのが一般的である。しかし、これらの材料は、る
つぼを抵抗加熱して得られる温度では実質的な蒸気圧を
持たないために、蒸着に抵抗加熱を用いるのは望ましく
ない。従って、希土類組成物の蒸着には、電子ビーム蒸
着のような技術が好ましい。但し、他の技術を排除する
ものではない。蒸着技術により生じた希土類材料(例え
ばイツトリウム)のフラックスは、一般的に毎秒1〜1
0オングストロームである。
Rare earth elements are generally vapor-deposited using simple metals or metal oxides. However, these materials do not have substantial vapor pressure at the temperatures obtained by resistively heating the crucible, making it undesirable to use resistive heating for deposition. Therefore, techniques such as electron beam evaporation are preferred for depositing rare earth compositions. However, this does not exclude other technologies. The flux of rare earth materials (e.g. yttrium) produced by vapor deposition techniques is typically 1 to 1 per second.
0 angstrom.

銅の蒸着を行うには抵抗加熱が好都合である。Resistance heating is convenient for performing copper vapor deposition.

一般に、銅又は酸化銅のような銅のソースは、タングス
テン船型皿のような熱分解船型皿内に載置され、抵抗加
熱により毎秒1〜10オングストロームの範囲内で蒸着
フラックスを生成する。なお、抵抗加熱が好都合である
といっても、他の技術を排除するものではない。
Generally, a source of copper, such as copper or copper oxide, is placed in a pyrolytic boat-shaped dish, such as a tungsten boat-shaped dish, and resistance heating produces a deposition flux in the range of 1 to 10 angstroms per second. It should be noted that the preference for resistive heating does not exclude other techniques.

本発明における材料の所望の性質を得るために、IIA
族元素のソースはフッ化物から供給されるべきである。
In order to obtain the desired properties of the material in the present invention, IIA
The source of group elements should come from fluoride.

この様な材料の蒸着は抵抗加熱により容易に行うことが
できる。フッ化バリウムのフラックスは毎秒3〜30オ
ングストロームが実用的である。相対比率をある程度維
持できれば、より低いフラックスレートが全ての蒸着材
料にとって実用的である。なお、フラックスレート(オ
ングストローム7秒)は、結晶クォーツ速度モニタ上の
フラックスの堆積量を測定し、全体がバルク密度とする
基板上での堆積速度を計算することにより得られる。但
し、単一の係数を仮定し、速度モニタとソースの基板と
の距離と角度の相違を勘案して修正する。この修正方法
は「薄膜技術ハンドブック」 (マイセルとブラング著
 マグロ−ヒル社発行 1970年)の「真空蒸発」の
項目に記載されている。のぞまいし特性はIIA族元素
のフッ化物から得られるが、超伝導特性に影響を与えず
に、IIA族金属のような他のソースを少量用いること
も可能である。ついでながら、フッ化バリウム粉末のよ
うな粉末ソースは特性を低下させるが、これは粉末は周
囲の水分を吸着する傾向にあるからである。この様なわ
けで、バルク状の無水材料が好ましいが、無水粉末を除
外するものではない。
Deposition of such materials can be easily accomplished by resistance heating. A practical barium fluoride flux is 3 to 30 angstroms per second. Lower flux rates are practical for all deposited materials, provided the relative proportions can be maintained to some extent. The flux rate (7 angstroms) is obtained by measuring the amount of flux deposited on a crystalline quartz velocity monitor and calculating the deposition rate on the substrate with the entire bulk density. However, a single coefficient is assumed and modified to take into account the difference in distance and angle between the speed monitor and the source board. This modification method is described in the "Vacuum Evaporation" section of the "Thin Film Technology Handbook" (Meisel and Brang, McGraw-Hill, 1970). Although the thermal properties are obtained from the fluorides of Group IIA elements, it is also possible to use small amounts of other sources, such as Group IIA metals, without affecting the superconducting properties. Incidentally, powder sources such as barium fluoride powder degrade the properties since the powder tends to adsorb ambient moisture. As such, bulk anhydrous materials are preferred, although anhydrous powders are not excluded.

超伝導材料を形成する各元素の相対フラックスはこれら
の材料の最終的な化学量論的組成を決定する。特に、優
れた導電特性は前記のフラックスに関連する広い範囲の
化学量論的組成で達成できるが、有効な材料はこの範囲
外でも得られる。調整サンプルを用いて、望ましい特性
を得るための適当なフラックスレートを決定出来る。
The relative flux of each element forming superconducting materials determines the final stoichiometry of these materials. In particular, excellent conductive properties can be achieved over a wide range of stoichiometric compositions associated with the aforementioned fluxes, although effective materials can be obtained outside this range. Adjustment samples can be used to determine the appropriate flux rate to obtain the desired properties.

超伝導材料を形成するのに必要な酸素は、蒸着の工程、
アニールの過程のいずれか、あるいは両方の工程で加え
られる。例えば、化学量論的に過剰な酸素が蒸着の仮定
で、導管を通した酸素流のような従来技術により、堆積
基板に加えられる。
The oxygen needed to form superconducting materials is obtained through the process of vapor deposition,
It is added during either or both of the annealing steps. For example, a stoichiometric excess of oxygen is added to the deposition substrate by conventional techniques, such as oxygen flow through a conduit, upon deposition.

一般的には純酸素流を用いるのが便利であるが、アルゴ
ンや他の貴ガスの様な不活性ガスで純酸素流を薄めても
よい。同様に、アニールの工程で加えられる酸素も、純
酸素である必要はない。かなり高圧の酸素も不便である
が、アニールの工程で大気圧より遥かに低圧の酸素は超
伝導材料中の酸素欠損を引き起こし、超伝導特性を低下
させることになる。
Although it is generally convenient to use a pure oxygen stream, it may be diluted with an inert gas such as argon or other noble gas. Similarly, the oxygen added in the annealing process does not need to be pure oxygen. Oxygen at fairly high pressures is also inconvenient, but oxygen at far lower pressures than atmospheric during the annealing process will cause oxygen vacancies in the superconducting material, reducing its superconducting properties.

蒸着フィルムは酸素含有雰囲気で、800〜920℃で
アニールされる。このアニール工程でペロブスカイト様
結晶構造が形成される。一般に低温は結晶構造に必要な
変化を発生させないが、高温を長い間かけると、超伝導
特性を低下させるが、これは相分離と、基板との反応に
起因する。
The deposited film is annealed at 800-920° C. in an oxygen-containing atmosphere. This annealing process forms a perovskite-like crystal structure. In general, low temperatures do not cause the necessary changes in crystal structure, but prolonged exposure to high temperatures reduces superconducting properties, due to phase separation and reactions with the substrate.

アニールする時間は好ましい温度範囲の温度で、3ない
し6時間である。(このアニール時間はある程度フィル
ム厚さに依存し、この温度範囲は1000ないし200
0オングストローム厚のフィルム用で、フィルムが厚く
なれば、より長いアニール時間を必要とする。調整サン
プルを用いて、ある組成である厚さのフィルムのアニー
ル時間とアニール温度を決定できる。) 一般的に、超伝導フィルムの抵抗は方向によって異なる
。例えば、C結晶軸方向の抵抗はab平面のそれよりも
3桁程大きい。はとんどの応用例において、C結晶軸方
向が基板の主平面に直行するのが好ましい。一般的に、
厚いフィルムは表面ににそってC結晶軸方向を有する材
料を多く含む。
The annealing time is 3 to 6 hours at a preferred temperature range. (This annealing time depends to some extent on the film thickness, and this temperature range is between 1000 and 200°C.
For films with a thickness of 0 angstroms, thicker films require longer annealing times. The prepared sample can be used to determine the annealing time and temperature for a film of a certain composition and thickness. ) Generally, the resistance of superconducting films differs depending on the direction. For example, the resistance in the C crystal axis direction is about three orders of magnitude larger than that in the ab plane. In most applications, it is preferred that the C crystal axis direction be perpendicular to the main plane of the substrate. Typically,
Thick films contain more material with C crystal axis orientation along the surface.

この様なわけで、薄いフィルムがTc以上で低抵抗にな
る。
For this reason, a thin film has a low resistance above Tc.

本発明の超伝導材料を従来のりソグラフィ技術、リフト
オフやエツチングを用いてパターン形成することができ
る。例えば、堆積基板を従来のレジスト材料AZ411
0(アメリカ・ヘキスト社の製品)でパターン形成して
、基板上の超伝導材料が必要とされる場所をレジスト材
料に開口を設けることにより、あける。開口部を除いて
レジスト材料を塗布された基板に蒸着工程が実行される
The superconducting materials of the present invention can be patterned using conventional lithography techniques, lift-off and etching. For example, the deposition substrate may be coated with conventional resist material AZ411.
0 (a product of Hoechst, USA), and the locations where superconducting material is needed on the substrate are opened by creating openings in the resist material. A deposition process is performed on the substrate coated with resist material except for the openings.

そしてレジスト材料が除去された後、アニールされ、必
要な形状に蒸着フィルムが残される。この次工程のアニ
ールにより、このフィルム部分を必要な位置がパターン
形成された超伝導材料に変える。本発明の超伝導材料は
水に対して不安定ではないので、このレジスト材料はア
セトンのような通常の除去剤(これらは混合物として水
を含む)で取り除かれる。あるいは、アニール工程の前
後を問わず、レジスト材料が堆積され、このレジスト材
料が描画され、超伝導材料の部分が露出される。その後
、この構成物は水と塩化水素酸が10対1の割合ののエ
ツチング溶液に浸される。この描画技術は電子部品のよ
うな応用において、必要なパターンを描くのに用いられ
る。
After the resist material is removed, it is annealed, leaving a deposited film in the desired shape. This next step of annealing transforms this film section into a superconducting material patterned at the required locations. Since the superconducting material of the present invention is not water-stable, the resist material is removed with conventional removal agents such as acetone (which contain water as a mixture). Alternatively, either before or after the annealing step, a resist material is deposited and the resist material is written to expose portions of the superconducting material. The structure is then immersed in an etching solution of 10:1 water and hydrochloric acid. This drawing technique is used to draw the necessary patterns in applications such as electronic components.

以下の具体的実施例は本発明の超伝導材料を製造するの
に適した条件を例示するものである。
The following specific examples illustrate suitable conditions for producing the superconducting materials of the present invention.

実施例1 超伝導フィルムがストロンチュウム・チタン酸塩の基板
上に生成される。この基板は1 / 2 m mの厚さ
で、約1cmの直径を有し、その主表面は[100]結
晶軸方向と直交している。製造業者から納入されたまま
の基板の表面は機械的にも、化学的にも研磨されている
。この基板はトリクロロエタン、アセトン、メタノール
に浸すことにより洗浄される。その後、基板は乾燥窒素
中で吹きつけ乾燥され、真空容器中のサンプルホルダー
上に載置されて、基板の主表面がさらされる。このサン
プルホルダーは550℃に加熱される。
Example 1 A superconducting film is produced on a strontium titanate substrate. This substrate has a thickness of 1/2 mm, a diameter of about 1 cm, and its main surface is perpendicular to the [100] crystal axis direction. As delivered from the manufacturer, the surface of the substrate is polished both mechanically and chemically. The substrate is cleaned by soaking in trichloroethane, acetone, and methanol. The substrate is then blown dry in dry nitrogen and placed on a sample holder in a vacuum container to expose the major surface of the substrate. This sample holder is heated to 550°C.

真空容器には3個の蒸着源が在り、第1のものは従来か
ら市販されている電子ビーム蒸着器であり、この蒸着器
はイツトリウム書ターゲットを用いている。第2、第3
のものは抵抗加熱タングステン船型皿を用いている。一
方の船型皿は銅金属で、他方の船型皿は99.9%の純
フッ化バリウムで充填されている。またこの真空容器に
は3個の結晶クォーツ速度モニターがあり、それらは各
蒸着源からのフラックスをa′11定できる位置におか
れている。
There are three deposition sources in the vacuum vessel, the first being a conventional commercially available electron beam evaporator using a yttrium target. 2nd, 3rd
One uses a resistance-heated tungsten boat-shaped dish. One boat-shaped pan is copper metal and the other boat-shaped pan is filled with 99.9% pure barium fluoride. The vacuum vessel also has three crystalline quartz velocity monitors positioned to determine the flux from each source.

真空容器は最初に約5X10’トール(7,5×10−
9パスカル)まで真空引きされる。電子ビーム蒸着器の
電子ビームフラックスと2個の船型皿の温度は調節され
て、それぞれ、2.2オングストロ一ム/秒のイットリ
ュウムの蒸着フラックスと、2.0オングストロ一ム/
秒の銅の蒸発フラックスと、6.5オングストロ一ム/
秒のフッ化バリウムの蒸発フラックスを発生する。
The vacuum vessel is initially approximately 5 x 10' torr (7,5 x 10-
9 pascals). The electron beam flux of the electron beam evaporator and the temperature of the two ship-shaped dishes were adjusted to achieve a deposition flux of yttrium of 2.2 Å/sec and 2.0 Å/sec, respectively.
The evaporative flux of copper in seconds and 6.5 angstroms/
Generate an evaporative flux of barium fluoride in seconds.

酸素は直径178インチ(0,32mm)ステンレスチ
ューブから吹き込まれる。このチューブのオリフィスは
基板の表面から約3cmで、チューブは蒸発フラックス
を横切らないような角度におかれる。十分な量の酸素流
がステンレスチューブから吹き込まれ、真空室の圧力を
約5X10’トール(37,5X10’パスカル)に維
持する。
Oxygen is blown through a 178 inch (0.32 mm) diameter stainless steel tube. The orifice of this tube is about 3 cm from the surface of the substrate, and the tube is angled so that it does not cross the evaporative flux. A sufficient flow of oxygen is blown through the stainless steel tubing to maintain the pressure in the vacuum chamber at approximately 5×10' Torr (37,5×10' Pascals).

初めに蒸発源と基板との間におかれていたシャッターは
その後解放される。蒸着は172ミクロンの厚さが得ら
れるまで継続される。シャッターはその後フラッフを遮
蔽する。蒸着は完了し、酸素流は止められ、真空室は酸
素で100+u+)−ルまで酸素で充填され、基板は冷
却され、真空室は乾燥窒素で置換される。
The shutter, which was initially placed between the evaporation source and the substrate, is then released. Deposition continues until a thickness of 172 microns is obtained. The shutter then screens out the fluff. The deposition is complete, the oxygen flow is stopped, the vacuum chamber is filled with oxygen to 100+u+)-L, the substrate is cooled, and the vacuum chamber is replaced with dry nitrogen.

サンプルは真空室から取り出され、縦型石英製管炉内に
載置される。この縦型石英製管炉は外形2.4c11で
、1mmの壁厚の石英製管である。このサンプルは炉内
に置かれ、酸素が石英製管を通して流れる。この酸素流
の速度は約1cc/秒である。その後炉内温度は室温か
ら30℃/分の割合で、910℃まで上げられる。炉内
温度は910℃で2時間維持される。その後炉内温度は
5℃/分の割合で約550℃まで降下される。この温度
で30分維持され、その後加熱は中止され、サンプルは
炉内温度が200℃になった点で取り出される。
The sample is removed from the vacuum chamber and placed in a vertical quartz tube furnace. This vertical quartz tube furnace is a quartz tube with an external diameter of 2.4c11 and a wall thickness of 1 mm. The sample is placed in a furnace and oxygen flows through a quartz tube. The rate of this oxygen flow is approximately 1 cc/sec. Thereafter, the temperature inside the furnace is raised from room temperature to 910°C at a rate of 30°C/min. The temperature inside the furnace is maintained at 910° C. for 2 hours. The furnace temperature is then lowered to about 550°C at a rate of 5°C/min. This temperature is maintained for 30 minutes, after which heating is discontinued and the sample is removed when the furnace temperature reaches 200°C.

4個のバネ圧接点がフィルムの表面に約0.24mmの
間隔で取り付けられる。基板はその裏側が銅製のブロッ
ク上にあるようにおかれ、このブロックは抵抗加熱器と
、シリコンダイオード温度計が埋め込まれている。基板
の載ったブロックはフェノール製のカン内におかれ、こ
の全体がヘリウムガスの充満した液体ヘリウムデユワ−
容器内の液面レベル上におかれる。抵抗測定が1μAの
交流電流を用いて行われた。この結果は図に示しである
Four spring pressure contacts are attached to the surface of the film spaced approximately 0.24 mm apart. The substrate rests on a copper block with its back side embedded with a resistance heater and a silicon diode thermometer. The block with the substrate on it is placed inside a phenol can, and the entire block is placed in a liquid helium dewar filled with helium gas.
placed above the liquid level in the container. Resistance measurements were made using 1 μA alternating current. The results are shown in the figure.

実施例2 実施例2においても実施例1の製法が行われるが、ただ
し、0.2μm厚さのフィルムが室温状態におかれた基
板上に蒸着される点が異なる。)次に、ピーク温度85
0℃で3時間アニールされ、基板は室温まで冷却され、
このアニール工程が繰り返される。このフィルムのTc
は90にで、その最大電流密度は77ないし82にの間
の温度で、約1 x 10Bamp /(Jである。た
だし、この最大電流密度とは、フィルムが超伝導性を保
持している単位断面積当りの最大電流である。この測定
は、実施例1に記載されたのと同様な方法でなされたが
、ただし、2本の傷をフィルムにつけ、電流が狭い領域
を通るようにし、圧接電極が超伝導性フィルム上に蒸着
された4個の金製の点に接続された。
Example 2 In Example 2, the manufacturing method of Example 1 is followed, except that a 0.2 μm thick film is deposited on a substrate at room temperature. ) Next, the peak temperature 85
Annealed at 0 °C for 3 hours, the substrate was cooled to room temperature,
This annealing step is repeated. Tc of this film
is 90°C and its maximum current density is about 1 x 10Bamp/(J) at temperatures between 77°C and 82°C. Maximum current per cross-sectional area. This measurement was made in a manner similar to that described in Example 1, except that two scratches were made in the film so that the current passed through a narrow area, and the pressure Electrodes were connected to four gold dots deposited on the superconducting film.

実施例3 実施例3においても実施例1の製法が行われたが、ただ
し、フッ化バリウムの蒸着が6オングストロ一ム/秒の
割合で行われ、アニール工程がビ一り温度920℃で3
0分行われた。堆積厚さは約4000オングストローム
で、Tcは84にであった。
Example 3 In Example 3, the manufacturing method of Example 1 was also carried out, except that barium fluoride was deposited at a rate of 6 angstroms/second, and the annealing step was performed at a vinyl temperature of 920° C. for 3
It lasted 0 minutes. The deposit thickness was approximately 4000 angstroms and the Tc was 84.

実施例4 実施例4においても実施例2の製法が行われるが、ただ
し、フッ化バリウムの蒸着が7オングストロ一ム/秒の
割合で行われ、堆積厚さは0.5μmで、最初の600
オングストロ一ム分の堆積はフッ化バリウムからのみ行
われた。アニールはピーク温度910℃で両サイクルと
も行われた。他の蒸着は実施例2に記載の方法で行われ
た。このTcは80にであった。
Example 4 In Example 4, the manufacturing method of Example 2 is carried out, except that barium fluoride is deposited at a rate of 7 angstroms/second, the deposition thickness is 0.5 μm, and the first 600 μm
Depositions of one Angstrom were made only from barium fluoride. Annealing was performed at a peak temperature of 910° C. for both cycles. Other depositions were performed as described in Example 2. The Tc was 80.

実施例5 実施例5においても実施例2の製法が行われるが、ただ
し、フッ化バリウムの蒸着が6.5オングストロ一ム/
秒の割合で行われ、銅の蒸着が1.8オングストロ一ム
/秒の割合で行われ、全堆積厚さは約4000オングス
トロームであった。
Example 5 In Example 5, the manufacturing method of Example 2 is carried out, except that the barium fluoride is evaporated at 6.5 angstroms/m/m.
Copper deposition was performed at a rate of 1.8 angstroms/second, with a total deposition thickness of about 4000 angstroms.

各アニール工程は920℃で6時間行われた。このTc
は85にであった。
Each annealing step was performed at 920° C. for 6 hours. This Tc
It was 85 years ago.

実施例6 実施例6においても実施例5の製法が行われるが、ただ
し、全堆積厚さは約4000オングストロームで、アニ
ール工程が920℃で6時間で一回行われた。更に、洗
浄後、蒸発工程前の基板には1μm厚のAZ4110レ
ジスト材料が塗布された。このレジスト材料層は波長3
65ナノメータの紫外線に従来のマスクを介して露光し
、脱イオン水に4対1の割合で希釈した現像液で現像し
た後、対向端末を形成する。蒸発器からの蒸発フィルム
を除去した後で、アニール工程前に、レジスト材料はア
セトンを用いて除去される。残ったフィルムはアニール
工程の前後にわたり、所望のパターンを形成する。同様
な基板上に2μmのワイヤが相当する技術を用いて形成
された。このフィルムのTcは92にであった。
Example 6 In Example 6, the method of Example 5 was followed, except that the total deposited thickness was about 4000 angstroms and a single annealing step was performed at 920° C. for 6 hours. Furthermore, after cleaning and before the evaporation step, a 1 μm thick AZ4110 resist material was applied to the substrate. This resist material layer has wavelength 3
After exposure to 65 nanometer ultraviolet light through a conventional mask and development with a developer solution diluted 4:1 in deionized water, the opposing terminals are formed. After removing the evaporation film from the evaporator and before the annealing step, the resist material is removed using acetone. The remaining film is subjected to an annealing process to form the desired pattern. A 2 μm wire was formed on a similar substrate using a comparable technique. The Tc of this film was 92.

この測定を行った後、同一のフィルムにAZ4110の
レジスト材料でパターン(1μm厚さ)が形成され、基
板全体は描写後、基板全体にわたる1mm幅の線(15
0μmの長さの中間範囲を除く)を除いてカバーされる
。この基板は5秒間、水10に対し塩酸1の割合(体積
で)の溶液に浸される。このレジスト材料はアセトンに
約5分間浸すことにより取り除かれる。このサンプルは
乾燥窒素で乾燥された。広範囲にわたりTcは90にで
、ある部分は82にであった。
After making this measurement, the same film was patterned (1 μm thick) with a resist material of AZ4110, and the entire substrate was drawn with 1 mm wide lines (15 μm thick) across the entire substrate.
(except for the intermediate range of length 0 μm). The substrate is immersed for 5 seconds in a solution of 1 part hydrochloric acid to 1 part water (by volume). This resist material is removed by soaking in acetone for about 5 minutes. This sample was dried with dry nitrogen. Over a wide area the Tc was 90 and in some parts 82.

実施例7 材料の水中抵抗を測定するために、実施例5の蒸発プロ
セスが3000オングストロームの全厚さに就いて行な
われ、アニール工程の前にフィルムは5分間水中に浸さ
れた。920℃で6時間のアニール工程を1回実施した
後のフィルムのTcは83にであった。
Example 7 To measure the underwater resistance of the material, the evaporation process of Example 5 was performed for a total thickness of 3000 Angstroms, and the film was soaked in water for 5 minutes before the annealing step. After one 6 hour annealing step at 920° C., the film had a Tc of 83.

実施例8 実施例8においても実施例4の製法が行われるが、ただ
し、フッ化バリウムの蒸着が6.5オングストロ一ム/
秒の割合で行われ、銅の蒸着が1.8オングストロ一ム
/秒の割合で行われ、基板が酸化ジルコニュウムの被覆
を有する単結晶サファイアに代えられた。この酸化ジル
コニニウムの被覆はジルコニュウムの電子ビーム蒸発に
より酸素雰囲気中(5×10−5トール)で蒸着され、
約1000オングストロームの厚さを有する。得られた
ものは約80にのTcを有する。
Example 8 In Example 8, the manufacturing method of Example 4 is also carried out, except that the barium fluoride is evaporated at 6.5 angstroms/m/m.
Copper deposition was performed at a rate of 1.8 Angstroms/second, and the substrate was replaced with single crystal sapphire with a coating of zirconium oxide. The zirconium oxide coating was deposited by electron beam evaporation of zirconium in an oxygen atmosphere (5 x 10-5 Torr);
It has a thickness of approximately 1000 angstroms. The resultant has a Tc of about 80.

実施例9 実施例9においても実施例2の製法が行われるが、ただ
し、全堆積厚さは約1000オングストロームであった
。ピーク温度800℃で6時間のアニール工程を1回実
施した。得られたフィルムのTcは91にであった。
Example 9 In Example 9, the method of Example 2 was followed, except that the total deposited thickness was about 1000 Angstroms. One 6-hour annealing step was performed at a peak temperature of 800°C. The Tc of the obtained film was 91.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図は本発明により得られた超伝導物体の特性を示す図で
ある。 出願人:アメリカン テレフォン アンドT(K)
The figure is a diagram showing the characteristics of a superconducting object obtained by the present invention. Applicant: American Telephone &T (K)

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)超伝導薄膜領域を有する構造を製造する方法にお
いて、 材料を基板上に蒸着するステップと、該材料を酸素雰囲
気内でアニールするステップとを有し、前記蒸着ステッ
プは、希土類組成物から成るソースと、銅組成物から成
るソースと、IIA族元素のフッ化物から成るソースとを
用いて実行されることを特徴とする超伝導薄膜を有する
構造体の製造方法。
(1) A method of manufacturing a structure having a superconducting thin film region, comprising the steps of depositing a material on a substrate and annealing the material in an oxygen atmosphere, the deposition step comprising the steps of: depositing a material on a substrate; and annealing the material in an oxygen atmosphere. A method for manufacturing a structure having a superconducting thin film, characterized in that the method is carried out using a source consisting of a copper composition, a source consisting of a fluoride of a group IIA element, and a source consisting of a fluoride of a group IIA element.
(2)上記アニールは約800℃から920℃の範囲の
温度で行われることを特徴とする請求項1記載の製造方
法。
2. The method of claim 1, wherein the annealing is performed at a temperature in the range of about 800°C to 920°C.
(3)上記希土類組成物はイットリウムから成ることを
特徴とする請求項1記載の製造方法。
(3) The manufacturing method according to claim 1, wherein the rare earth composition comprises yttrium.
(4)上記IIA族組成物はバリウムから成ることを特徴
とする請求項3記載の製造方法。
(4) The method according to claim 3, wherein the Group IIA composition comprises barium.
(5)上記IIA族組成物はバリウムから成ることを特徴
とする請求項1記載の製造方法。
(5) The method according to claim 1, wherein the Group IIA composition comprises barium.
(6)上記基板はストロンチウムチタン酸塩から成るこ
とを特徴とする請求項1記載の製造方法。
(6) The manufacturing method according to claim 1, wherein the substrate is made of strontium titanate.
(7)上記超伝導薄膜をパターニングするステップを含
むことを特徴とする請求項1記載の製造方法。
The manufacturing method according to claim 1, further comprising the step of (7) patterning the superconducting thin film.
(8)上記銅の蒸着は抵抗加熱により行われることを特
徴とする請求項1記載の製造方法。
(8) The manufacturing method according to claim 1, wherein the copper vapor deposition is performed by resistance heating.
(9)上記蒸着は銅の抵抗加熱によって行われることを
特徴とする請求項8記載の製造方法。
(9) The manufacturing method according to claim 8, wherein the vapor deposition is performed by resistance heating of copper.
(10)上記銅の蒸着はスパッタリングにより行われる
ことを特徴とする請求項1記載の製造方法。
(10) The manufacturing method according to claim 1, wherein the copper vapor deposition is performed by sputtering.
(11)上記構造体は電子部品から成ることを特徴とす
る請求項1記載の製造方法。
(11) The manufacturing method according to claim 1, wherein the structure is made of an electronic component.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63225528A (en) * 1987-03-13 1988-09-20 Toa Nenryo Kogyo Kk Production of superconductive compound oxide
JPS63274027A (en) * 1987-05-01 1988-11-11 Sumitomo Electric Ind Ltd Manufacture of superconductive material
JPS63297217A (en) * 1987-05-29 1988-12-05 Toshiba Corp Production of oxide superconductor

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