JPH02106822A - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - 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］ 本発明は高出力のマクネット、ジョセフソン素子、５Ｑ
ＵＩＤ等に用いられている超電通材料に係り、特に液体
窒素温度以」二で動作する銅酸化物系超電導体の薄膜形
成方法に関する。

［従来の技術］ １９８６年に発見されたに２ＮｊＦ、型構造の（Ｌａ、
Ｂａ）２Ｃｕｂ４超電導体は３０にの高い臨界温度を示
した。その後、１９８７年に入り、酸素欠損三重ペロブ
スカイト型構造のＹＢａ２Ｃｕ、０゜８は更に高い臨界
温度”１’ｃ＝９０Ｋを治し、液体窒素温度でも超電導
状態を示した。Ｊ９８１Ｆに入ると、Ｔｃ＝１２０にの
Ｂｊ−８ｒ　−Ｃａ−Ｃｕ−０系あるいはＴ　Ｑ　−Ｂ
ａ　−Ｃａ　−ＣＬＩ　−０系超電導体が発見された。

前者はジャパニーズ　ジャーナルオブ　アプライド　フ
ィジンクス、第２７巻（１９８８）第２０９頁（ＪＰ眠
Ｊ、Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、、２７　（１９８８）Ｌ２０９）　、後者は
ネィチャー、３２２巻（１９８８）第１３８頁（Ｎａｔ
ｕｒｅ　３３２　（１９８８）１３８）で論しられてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、Ｂｌ系、１゛Ｑ系は高いＴ”ｃが得られる反面
、高゛１゛ｃ相と低’ｉ’　（：相が共存する問題があ
った。

ＩＮ系髪例にとると、Ｔｃ＝　１２０　ＫのＢ］２Ｓｒ
２Ｃａ　２　Ｃ」」３０　ｘ　＋　とＴｃ＝８０にのＢ
ｉ□５ｒ２ＣａＣｕ２０ｘの共存である。両名は金属の
ｆ！層構造で示すと、Ｌ３ｊ−８ｒ−Ｃｕ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｃａ−Ｃｕ−８ｒ１３ｊであり、後者はＢ１−３ｒ−
Ｃｕ−Ｃａ−ＣｎＳ　ｒ　−Ｂ　ｉてあり、僅かに積層
の順番が違っている多形（ポリタイプ）である。このた
め通常のＢｉ２０Ｊ＋ｓｒｃ○＜　＋　Ｃｄ　ＣＯ３＋
　Ｃ１１０粉末を混合し、圧粉体を作製し、８００〜９
００　’Ｃの温度で焼成する方法では高′１゛ｃ相と、
低’１．’　ｃ相が、試料内に元素の濃度ゆらきか避け
られないため、共存してしまう問題があった。スパッタ
法や蒸着法による薄膜形成では試料内しこ占める高’ｒ
ｅ相の割合が多いが、今の所、高゛丁Ｃ相の単相膜は得
られていない。

本発明の目的は単相の高Ｔｃ用を従来法と異なる薄膜形
成技術で達成することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、例えばＢｉ系を例にとると、Ｉ（ｉ。

Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕの金属元素を含む間欠蒸気流をＪ、（
板上に、高Ｔｃ用の変調構造に対応させなから、原子層
ごとに逐次堆積させる方法で達成される、。

第１の発明の特徴は、多源金属るつぼから発生する蒸気
流をるつぼ直上に設置した自動シャッターで強制的に遮
断し、高Ｔｃ用の金属元素の構成に対応する間欠流を逐
次作り出すことにある。

第２の発明の特徴は、蒸発源に有機金属を用いたとき、
基板上に単分子層が形成した段階で、外部よりパルスレ
ーザ光を照射して、有機金属の解離を行わしめ、逐次成
長させることにある。

第３の発明の特徴は、基板上にプラズマ室で発生した酸
素イオンを到達せしめて、酸化反応を同時に行いながら
酸化物薄膜を作成することにある、［作用］ 本発明では、長周きの結晶格子をもつ化合物て：Ｉ も、原子層レベルで逐次成長でき、かつ酸素プラズマの
強い醜化力も利用できるため、比較的低温度で原子層の
乱れのない良質酢化物を作製できる。

その効果は長期期の結晶構造をもつ高ＴｃのＢｉ系化合
物を作製できることて実証された。

［実施例］ 以下、本発明の効果をＢｊ系酸化物超電導体の高’Ｉ’
　ｃ相であるＢ　ｊ２Ｓ　ｒ、　Ｃａ２Ｃ０，ＯＸの作
製を例にとって、詳述する。

実施例］ 第１図は本発明の薄膜作製装置の概略図である。

到達真空度ＩＱ−”Ｐａの真空容器１の中に、Ｂｉ。

Ｓ　ｒ　＋　Ｃｄ　＋　Ｃ１１の４元金属が蒸発可能な
りヌーセンるつは２を設け、電源３により電力投入する
ことで、各元素の蒸気流４を発生させた。各元素の蒸気
流の流速は膜厚センサー５を通して、ＬＡ／Ｓの速度に
なるように、速度制御器６で、電源３の出力製制御した
。膜厚センサーは各元素に対応して４ケ設置してあり、
他の蒸発流の混入を防止するため、パイプ状の筒を設け
た。クヌーセンるつぼの出口の直上にシャッター７を設
け、その開閉制御器８を外部からコンピータ９で制御し
た。

各金属のシャッターはＢ　ｉ−＋　Ｓ　ｒ−＋　ＣＬＩ
→Ｃａ→ＣｕＣａ　−）　Ｃｕ　−＋　Ｓ　ｒ　−＋　
Ｂ　ｊの順で、基板］−に単ｈ：ｔ　’ｉ’　ＪＦＪづ
つ付着するように、順次１〜５ｓの間隔で開閉を繰り返
した。真空容器には差動機構部１０かあり、上部容器に
は０２ガスボンベ］１より。

１０””ＰａまでＯ３を導入した。」一部容器ではその
後、電子サイクロトロン共鳴マイクロ波（ＩζＣＲ）プ
ラズマ発生装置１ｆ１２あるいはｒｆ−高周波発生装Ｎ
１３で酸素プラズマを発生させた。基板にけ１０Ｘ１０
Ｘ０．５ｍｍ３のＭｇ０（１００）単結晶を用い、ヒー
タ内臓の基板ホルダー１４に取り付けた。基板温度は７
００℃とした。真空容器の排気は上下室とも５００　Ｑ
　／ｍｉｎの損気能力をもつターボポンプ１５で行った
。堆積膜の厚さは５０００人とした。膜はＸ線回折によ
ると、Ｃ軸方向に格子定数３６人をもつ高ＴｃのＢ　ｉ
２Ｓ　ｒ。

Ｃａ２ＣＵ３０　ｘの単相膜で、格子定数２］人の低゛
丁ＣのＢｉ２５ｒ２ＣａＣｕ２０ｘ相は存在しなかった
。膜の超電導特性はＴｃ＝１２０Ｋを示した。膜の表面
形態も非常に平滑であった。

実施例２ 第１図のクスーセンる一〕は内に有機金属物質、Ｒｉ　
（ＣＩＪ、）、、　Ｓｒ　（Ｃ５１ｆｓ）ｚ＋　Ｃａ　
（Ｃ５Ｈ５）２およびＣ，：　ｕ　（０２Ｃ５Ｉ−Ｔ７
）　２を入れ、１００〜３００°０に加熱して、蒸気流
を発生させた。蒸気流は実施例１に記載したように、シ
ャッターで間欠流にした。」−室の基板Ｉ−では、酸素
プラズマにより、有機金属は解離し、酸化物に変質した
。この際、有機金属の分解を促進させるため、外部より
１００Ｗのパルスエキシマレーザを基板−Ｌに照射した
。この場合でも、高ＴｃのＩ３」２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ　
、　Ｏｘ単相膜が生成するのをＸ線回折および超電導特
性から確認した。

実施例１を実施例２から、蒸発物質としては、Ｂｉ、Ｓ
ｒ、Ｃａ、Ｃｕの金属単体でも良いし、それらを含む化
合物体でも良いことが分る。

実施例３ 実施例１と２の実験において、Ｂｉの代りにＴｌｌを用
い、同様な薄膜作製を行ったが、高′１゛ｃのＴＱ２Ｓ
ｒ２Ｃａ２Ｃｕ、○つ単相膜を得ることができた。

［発明の効果］ 本発明は、高ＴｃのＢｊ系、ＴＱ系酸化物超電導体の長
周期化合物の変調制御を容易に行うことができ、更に今
後発見が予想される複雑な構造をもつ室温超電導体の作
製にも対処できる。さらに、本発明は酸化物超電導体に
限らず、他の複雑な結晶構造をもつ酸化物の作製にも有
効であることは勿論である。

１・・真空容器、２・・クスーセンるつぼ、３−・−゛
電源、４・・・蒸気流、５　膜厚センサー、６　速度制
御器、７・・・シャッター、８　・開閉制御器、９−外
部コンピュータ、１０・・差動機構部、１］　ガスボン
ベ、１２・・・ＥＣＲプラズマ発生装置、１３・　ｒｆ
プラズマ発生装置、１４・・基板ホルダー、１５　ター
ボポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多源るつぼから発生する金属元素を含む蒸気流をる
   つぼ直上に設置したシャッターで強制的に逐次一定時間
   遮断し、間欠蒸気流を基板上に到達せしめ、長周期化合
   物の変調構造に対応させながら、原子層ごとに成長させ
   ることを特徴とする酸化物系超電導体薄膜の形成方法。 ２、多源るつぼのある蒸発室と基板のある反応室は差動
   排気機構で別個に隔離し、反応室には酸素プラズマを導
   入し、蒸気流を酸化物に変化させながら、原子層ごとに
   成長させることを特徴とする請求項１記載の酸化物系超
   電導体薄膜の形成方法。 ３、蒸発物質には金属元素単体、あるいは金属を含む化
   合物を用い、とくに有機金属蒸気流の場合、パルスレー
   ザー光照射を同時に行うことでその分解を促進させるこ
   とを特徴とする請求項１記載の酸化物系超電導体薄膜の
   形成方法。