JPH02125863A - Formation of oxide superconductor and device therefor - Google Patents

Formation of oxide superconductor and device therefor

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JPH02125863A
JPH02125863A JP63278218A JP27821888A JPH02125863A JP H02125863 A JPH02125863 A JP H02125863A JP 63278218 A JP63278218 A JP 63278218A JP 27821888 A JP27821888 A JP 27821888A JP H02125863 A JPH02125863 A JP H02125863A
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oxide superconductor
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plasma
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信二 高城
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敦 関口
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啓次 石橋
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Abstract

PURPOSE:To form an oxide superconductor thin film having good superconductivity in a short time by irradiating the surface of a substrate on which an oxide superconductor is being formed by vacuum deposition with the oxygen-based active species formed by high-temp. unbalanced or balanced plasma. CONSTITUTION:A deposition chamber 10 is evacuated in direction of the arrow 16 through a valve 18, and the substrate 15 held at a specified temp. by an IR lamp 81 is arranged in the chamber 10. Meanwhile, the metals such as Cu, Ba, and Y constituting the oxide superconductor are vaporized respectively through electron-beam vaporization sources 41-43. The vaporized metals are deposited on the surface of the substrate 15 to form the thin film of the Ba-Y-Cu alloy having a specified composition. In this vacuum deposition, oxygen is introduced into a water-cooled discharge tube 21 adjacent to the deposition chamber 10, and high-temp. unbalanced plasma or high-temp. balanced plasma 27 is generated by a high-frequency coil 22. The surface of the substrate 15 on which a film is being formed is irradiated with the oxygen-based active species 28 formed by the plasma 27 from an orifice 50 through a differential evacuation chamber 30. By this method, the oxide superconducting thin film of Ba2YCu3Ox, etc., is efficiently formed.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、改良された酸化物超電導体薄膜の作製方法お
よびその装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to an improved method and apparatus for producing an oxide superconductor thin film.

(従来の技術) 近年、酸化物超電導体が発見されてその技術開発が急速
なテンポで進んでいる。−船釣に酸化物超電導体の酸素
含有量はその超電導特性に大きく影響することか知られ
ているか、超電導体中の酸素濃度の制御は極めて困難で
ある。
(Prior Art) In recent years, oxide superconductors have been discovered and their technological development is proceeding at a rapid pace. - It is known that the oxygen content of oxide superconductors greatly affects their superconducting properties, and it is extremely difficult to control the oxygen concentration in superconductors.

例えば、Ba2YCu、O,(Xは零であってもよい)
の超電導体を作成する際には、炭酸ノζリウム(Bac
on)、酸化イツトリウム(Y2O2)、酸化鋼(Cu
 O)を所定の比で混合した後圧縮成型してl\レット
を先ず作り、そのベレットを酸素雰囲気炉中て930℃
まで昇温しでいる。  このペレットはこの時点ては正
方晶を示す。しかしこの試料はこのままでは酸素含有量
が少なく超電導特性を示さない。(以下で、正方晶系物
質と呼ぶのは、この種の物質をいうものとする)。
For example, Ba2YCu, O, (X may be zero)
When creating a superconductor, zeta-lium carbonate (Bac
on), yttrium oxide (Y2O2), oxidized steel (Cu
O) was mixed in a predetermined ratio and then compression molded to make l\let, and the pellet was heated at 930°C in an oxygen atmosphere furnace.
The temperature has risen to . The pellet now exhibits a tetragonal structure. However, this sample does not exhibit superconducting properties due to its low oxygen content. (Hereinafter, this type of material will be referred to as a tetragonal material).

酸素含有量を適正値にして最良の超電導物質とするため
には、酸素雰囲気中で、先の930℃力)ら1日をかけ
て炉冷によるアニーリングをしなくてはならない。こう
すると斜方晶となり90に付近以下の温度で超電導特性
を示す。(以下で、斜方晶系物質と呼ぶの(ま、この種
の物質をいうものとする)。
In order to adjust the oxygen content to an appropriate value and make the best superconducting material, it is necessary to perform annealing in an oxygen atmosphere at 930°C over a day in a furnace. In this case, it becomes orthorhombic and exhibits superconducting properties at temperatures around 90°C or lower. (Hereafter, we will refer to this type of substance as an orthorhombic substance.)

しかしなから、良好な超電導特性を得るのに、上記のよ
う;こ酸素雰囲気で1日をかけて炉冷する必要があると
いうのでは、側底工業的に量産できるものではない。
However, in order to obtain good superconducting properties, as mentioned above, it is necessary to cool down the furnace in an oxygen atmosphere for one day, which does not allow mass production on an industrial basis.

B、G、Bagleyらは彼等の論文(Appl、Ph
ys、Let、↑。
B. G. Bagley et al. in their paper (Appl. Ph.
ys, Let, ↑.

5](1987)P、622−P、624)て、酸素雰
囲気中で高周波放電処理をすることにより、超電導特性
を示さない正方晶系の物質か斜方晶系となって超電導特
性を示すようになることを示している。
5] (1987) P, 622-P, 624), by high-frequency discharge treatment in an oxygen atmosphere, a tetragonal system substance that does not exhibit superconducting properties becomes an orthorhombic system and exhibits superconducting properties. It shows that it will become.

しかしこの場合も、90に級の超電導特性を得るには2
85時間の上記処理が必要であり、これも前記同様に工
業的に利用できるものではなL’。
However, in this case as well, in order to obtain superconducting properties of 90-degree
The above-mentioned treatment for 85 hours is required, and like the above-mentioned treatment, this cannot be used industrially L'.

S、Minomoらは彼等の論文(、Itln−J、A
11p1.Phb・s4ヱ(1988)P、L411−
P、LaI3)で、ECRの放電処理を行なうと、80
に級の超電導物質が400°C130分間の処理で90
 K級にまで改良されることを示しているが、これはも
ともと超電導特性が生じている試料に処理を施し、て超
電導特性の改善か行なわれたものであって、超電導特性
を示さない正方晶系の物質の結晶構造を変化させて超電
導特性を生じさせたものではない。
S., Minomo et al. in their paper (, Itln-J, A.
11p1. Phb・s4ヱ(1988) P, L411-
P, LaI3), when ECR discharge treatment is performed, 80
90% superconducting material is treated at 400°C for 130 minutes.
This shows that the superconducting properties can be improved to K class, but this is because the superconducting properties have been improved by processing the sample that originally had superconducting properties, and the tetragonal crystal which does not show superconducting properties Superconducting properties are not created by changing the crystal structure of the substances in the system.

僅かに、昭和63年第35回応用物理学関連詔演会29
a−X−5て、性能らは、酸素イオン注入およびレーザ
ーアニールにより、局所的に正方晶系物質を斜方晶系物
質に変化させることに成功しているか、これは極めて局
所的な処理に限られたものであって、側底大面積の量産
に応用できるものではなかった。
Slightly, 19863 35th Applied Physics Related Conference 29
In a-X-5, Kakaku et al. succeeded in locally changing a tetragonal material to an orthorhombic material by oxygen ion implantation and laser annealing. It was limited and could not be applied to mass production of large areas of the lateral sole.

超電導体の作製に蒸着法を用いた例としては、B 、 
C1hの論文(Appl、Phys、Let、t、、5
1,852(1987))がある。
Examples of using the vapor deposition method to produce superconductors include B,
C1h paper (Appl, Phys, Let, t, 5
1,852 (1987)).

これは酸素を反応室内に導入しながら、イットノウム、
バリウム、銅の三種の金属を、同時に電子ビーム蒸発源
を用いて基体表面に蒸着させ薄膜を作製する。そしてこ
の薄膜を、650℃で3〜6時間、750°C:て1時
間、または850℃で1時間、酸素雰囲気中でアニール
した後、アニール炉内にて徐冷することにより超電導薄
膜を得ている。従ってこの場合も作製に長時間を要する
ことに変7つりはない。
This is done while introducing oxygen into the reaction chamber.
Three metals, barium and copper, are simultaneously deposited on the substrate surface using an electron beam evaporation source to form a thin film. Then, this thin film is annealed in an oxygen atmosphere at 650°C for 3 to 6 hours, 750°C for 1 hour, or 850°C for 1 hour, and then slowly cooled in an annealing furnace to obtain a superconducting thin film. ing. Therefore, in this case as well, it is natural that manufacturing takes a long time.

(発明か解決しようとする問題点) 以上のようここ、良好な超電導特性をもつ斜方晶系の物
質を得るためには、その作製法の如何を問わず、いずれ
も長時間の処理を要し・、従来の方法はすべて量産性に
問題がある。
(Problem to be solved by the invention) As described above, in order to obtain an orthorhombic substance with good superconducting properties, regardless of the manufacturing method, long-term processing is required. However, all conventional methods have problems in mass production.

(発明の目的) 本発明はこの問題を解決し、高温からの除冷などのアニ
ーリングを必要とせず、短時間で良好な超電導特性の酸
化物超電導体薄膜を作製することのできる新規な作製方
法およびその装置を提供することを目的とする。
(Objective of the Invention) The present invention solves this problem and provides a novel production method that can produce an oxide superconductor thin film with good superconducting properties in a short time without requiring annealing such as slow cooling from high temperatures. The purpose is to provide such equipment.

(問題を解決するための手段) 本発明は、基体表面に酸化物超電導体を真空蒸着法で作
製中に、該基体表面に、高温非平衡プラズマまたは高温
平衡プラズマにより作成した酸素系活性種を照射する作
製方法:こよって前記目的を達成したものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention provides that, during the production of an oxide superconductor on the surface of a substrate by vacuum evaporation, oxygen-based active species created by high-temperature nonequilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma are applied to the surface of the substrate. A manufacturing method using irradiation: This achieves the above objective.

酸化物超電導体がB a 2 Y Cu 30 yの組
成を有するものの場合に特に本発明の方法は良好な成績
を示した。
Particularly when the oxide superconductor has a composition of B a 2 Y Cu 30 y, the method of the present invention has shown good results.

本発明の方法を実現する装置としては、基体、該基体の
温度を調整する温度調整機構、該酸化物超電導体を構成
する元素または該元素を含有する化合物を蒸発させる蒸
発源、を内蔵する堆積室と、高温非平衡プラズマまたは
高温平衡プラズマを作製する放電室とを、バルブを介し
て連通可能に結合した装置、または、両室のそれぞれに
通ずるオリフィスを備えた差動排気室を介して結合した
装置が採用される。
The apparatus for realizing the method of the present invention includes a substrate, a temperature adjustment mechanism for adjusting the temperature of the substrate, and an evaporation source for evaporating the element constituting the oxide superconductor or the compound containing the element. A device in which the chamber and a discharge chamber for producing a high-temperature non-equilibrium plasma or a high-temperature equilibrium plasma are communicatively coupled via a valve, or via a differential pumping chamber provided with an orifice that communicates with each of the two chambers. The equipment will be adopted.

(作用) 高温非平衡プラズマまたは高温平衡プラズマはこの酸素
プラズマ内で原子状の酸素系活性種を多量に発生する。
(Operation) High-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma generates a large amount of atomic oxygen-based active species within this oxygen plasma.

この活性種は固体中の拡散係数が大きく低温で急速に拡
散する性質がある。このような酸素系活性種を蒸着法で
作製中の酸化物超電導体またはその超電導体原料の表面
に照射することにより優れた超電導特性の酸化物超電導
体または酸素を大量に含んだ酸化物超電導原料をその場
につくり出す二とかできる。
This active species has a large diffusion coefficient in solids and has the property of rapidly diffusing at low temperatures. By irradiating such oxygen-based active species onto the surface of an oxide superconductor or superconductor raw material being produced by vapor deposition, an oxide superconductor with excellent superconducting properties or an oxide superconducting raw material containing a large amount of oxygen can be produced. You can create something on the spot.

試料はアニールおよび徐冷する必要がなくなるるか、少
なくともその時間を大幅に短縮することかできる。
The sample does not need to be annealed and slowly cooled, or at least the time can be significantly reduced.

(実施例) 本発明は、本願の出願人の出願になる特願昭61−06
9646号「表面処理方法および装置」を、その出願当
時は一般に知られてぃなかった酸化物超電導体の作製に
利用するものである。
(Example) The present invention is disclosed in the patent application filed in 1986-06 filed by the applicant of the present application.
No. 9646, ``Surface Treatment Method and Apparatus,'' is utilized for the production of oxide superconductors, which were not generally known at the time of filing.

前記特許願の明細書中の ”LTEブラスマ“′は、本
願明細書でいう ガ高温非平衡ブラスマまたは高温平衡
プラズマ″に当たる。
"LTE plasma" in the specification of the above patent application corresponds to "high-temperature nonequilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma" as used in the present specification.

第1図に本発明の実施例の装置の概略の正面断面図を示
す。10はステンレス製の堆積室で、バルブ18は矢印
16方向にある排気装置につながる。基体15を保持す
る基体ホルタ−12は、赤外線ランプ81により450
°C以上の昇温が可能である。基体ホルダー12の温度
は熱電対82によって測定され、図示しない温度調節計
とサイリスタユニットの併用により、P、PI、PID
制御またはリレーを用いたON、OFF制御によってラ
ンプ81の電力か調整される。必要のときは、これに水
冷等の冷却機構を併用する。83は真空計である。
FIG. 1 shows a schematic front sectional view of an apparatus according to an embodiment of the present invention. 10 is a deposition chamber made of stainless steel, and a valve 18 is connected to an exhaust device in the direction of arrow 16. The substrate holder 12 holding the substrate 15 is heated by an infrared lamp 81 at 450°C.
It is possible to raise the temperature above °C. The temperature of the substrate holder 12 is measured by a thermocouple 82, and P, PI, PID
The power of the lamp 81 is adjusted by ON/OFF control using a control or a relay. When necessary, a cooling mechanism such as water cooling is used in conjunction with this. 83 is a vacuum gauge.

21は放電管であって、石英カラスの二重管となってお
り、二重管の間に水を流して水冷される構造となってい
る。26.26’は冷却水の流れを示す。
Reference numeral 21 denotes a discharge tube, which is a double tube made of quartz glass, and is designed to be cooled by water flowing between the double tubes. 26.26' indicates the flow of cooling water.

22は銅バイブで作製したコイルであり、図示しないか
パイプ内を水冷している。コイル22の一方は接地され
ており他方は整合回路23を通して高周波電源24に接
続されている。高周波電源の周波数は、13.56MH
zである。
22 is a coil made of a copper vibrator, and the inside of the pipe (not shown) is water-cooled. One end of the coil 22 is grounded, and the other end is connected to a high frequency power source 24 through a matching circuit 23. The frequency of the high frequency power supply is 13.56MH
It is z.

ステンレス製の差動排気室30と石英カラス製の放電管
21はゴム製のOリンク(図示しない)を用いて接合さ
れている。17は圧力計で、差動排気室30内の圧力を
測定し、圧力を一定にする調節は、バルブ19およびそ
の先につながる排気装置を調節して行なわれる。
The differential exhaust chamber 30 made of stainless steel and the discharge tube 21 made of quartz glass are connected using a rubber O-link (not shown). A pressure gauge 17 measures the pressure within the differential exhaust chamber 30, and the pressure is adjusted to a constant level by adjusting the valve 19 and the exhaust device connected thereto.

特願昭61−069646号に記述されているように、
高周波電源24からコイル22に電力が注入されると、
初めは放電管21内に広く広がった高周波クロー放電か
生しる。さらに大電力を注入すると、コイル22の内部
に局所的にピンチされた高温非平衡ブラスマまたは高温
平衡ブラスマ27か生じる。(この高温非平衡ブラスマ
または高温平衡アラスマについては、三戸英夫らの「真
空」第31巻第4号(1988)P271−P2?8 
 や、その上用文献に詳しく記述されている。) この高温非平衡プラズマまたは高温平衡ブラスマは、高
周波クロー放電と比較し・て非常ζこ発光強度が高く、
そのため、多量の活性種が生じるか、特に原子状の活性
種が多い。また電気的には放電インピーダンスが格段に
低くなるという特徴をもっている。
As described in Japanese Patent Application No. 61-069646,
When power is injected into the coil 22 from the high frequency power supply 24,
Initially, a widely spread high-frequency claw discharge occurs within the discharge tube 21. If a larger power is injected, a locally pinched high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma 27 is generated inside the coil 22. (About this high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium alasma, please refer to Hideo Mito et al.'s "Vacuum" Vol. 31, No. 4 (1988), P271-P2?8
It is also described in detail in the literature. ) This high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma has an extremely high emission intensity compared to high-frequency claw discharge.
Therefore, a large amount of active species is generated, or in particular, there are many atomic active species. Additionally, electrically, it has the characteristic that the discharge impedance is significantly lower.

圧力によっては(10Torr前後よりも低圧の側では
)高温非平衡ブラスマまたは高温平衡アラスマ27の周
囲にグロー状放電ブラスマが観察され、差動排気室30
内の活性種28の中には、高温非平衡プラズマまたは高
温平衡ブラスマ27により作成された活性種の中に、そ
のグロー放電による活性種も含まれている。
Depending on the pressure (at lower pressures than around 10 Torr), a glow-like discharge plasma is observed around the high-temperature nonequilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma 27, and the differential exhaust chamber 30
Among the active species 28 within, active species created by the high-temperature non-equilibrium plasma or the high-temperature equilibrium plasma 27 include active species caused by glow discharge.

酸素系活性種が、差動排気室3oを経由して堆積室10
まて輸送されるときの、その活性種の寿1〇− 命に関しては、 j、M、cookの論文5olid 
5tate Technology /日本版May 
(1987)P、2B−P、33やこの引用文献に詳し
い。彼らはマイクロ波放電により発生した酸素原子のダ
ウンストリーム下での寿命を議論しており、流速を適当
にすればプラス゛マから50cm後方でも90%以上寿
命があることを示している。
Oxygen-based active species enter the deposition chamber 10 via the differential exhaust chamber 3o.
Regarding the lifespan of the active species when transported, J. M. Cook's paper 5olid
5tate Technology / Japanese version May
(1987) P, 2B-P, 33 and this cited literature. They discussed the downstream lifetime of oxygen atoms generated by microwave discharge, and showed that if the flow velocity is set appropriately, the lifetime of oxygen atoms can be more than 90% even 50 cm behind the plasma.

既述のように、酸素は、図示しないボンベから減圧弁、
流量コントローラーを経て矢印25の方向から導入され
差動排気室30、バルブ19を通して矢印29の方向に
排気される。差動排気室30の圧力の読みは圧力計17
によって行なわれ、圧力を一定にするための細かい調節
はバルブ19のコンダクタンスを調節することによって
行なわれる。矢印29につながる排気ポンプとしては、
ルーツポンプと油回転ポンプを用いている。差動排気室
30内の活性種28の大半は、バルブ19を通して矢印
29の方向に排気されるが、活性種28の一部はオリフ
ィス50を通して堆積室10内に噴出される。
As mentioned above, oxygen is supplied from a cylinder (not shown) through a pressure reducing valve,
It is introduced from the direction of arrow 25 through a flow controller and exhausted in the direction of arrow 29 through differential exhaust chamber 30 and valve 19. The pressure in the differential exhaust chamber 30 can be read using the pressure gauge 17.
The fine adjustment to keep the pressure constant is made by adjusting the conductance of the valve 19. As the exhaust pump connected to arrow 29,
Roots pump and oil rotary pump are used. Most of the active species 28 in the differential pumping chamber 30 are exhausted in the direction of arrow 29 through the valve 19, but a portion of the active species 28 is ejected into the deposition chamber 10 through the orifice 50.

第2図は、第1図の装置の内部を矢視A−A ’から眺
めた図である。電子ビーム蒸発源41.42.43は第
2図のように回転対称形に配置しである。それぞれはC
u、Ba、Yの蒸発源である。
FIG. 2 is a view of the inside of the apparatus shown in FIG. 1 as viewed from arrow A-A'. The electron beam evaporation sources 41, 42, 43 are arranged rotationally symmetrically as shown in FIG. Each is C
It is an evaporation source for u, Ba, and Y.

一方、各電子ビーム蒸発源41.42.43の構造は第
3図のようになっている。フィラメント電源65からの
電流で加熱されるフィラメント(電子源)63から放出
された電子は、フィラメント63よりも高電位にある加
速電極64により加速されて電子ビーム67となる。そ
してこの電子ビーム67は磁石68による偏向磁場69
で偏向され、図示しない冷却配管によって水冷された基
台62上に載置されるるつぼ61内;こ収容された被蒸
発物の表面を衝撃してこれを加熱し、蒸発させる。るつ
は61には被蒸発物である銅、バリウム、イツトリウム
が投入されている。
On the other hand, the structure of each electron beam evaporation source 41, 42, 43 is as shown in FIG. Electrons emitted from a filament (electron source) 63 heated by a current from a filament power source 65 are accelerated by an accelerating electrode 64 at a higher potential than the filament 63, and become an electron beam 67. This electron beam 67 is deflected by a magnetic field 69 caused by a magnet 68.
The crucible 61 is deflected by the crucible 61 and is placed on a base 62 which is water-cooled by a cooling pipe (not shown); the surface of the contained material to be evaporated is heated and evaporated by impacting the surface of the material. Copper, barium, and yttrium, which are substances to be evaporated, are put into the melt 61.

第4図は、第1図内を矢視B−B’から…[めた図であ
る。コツプ状の膜厚モニター71.72.73は、各蒸
発源に対応して配置され、膜厚モニター71は電子ビー
ム蒸発源41からの蒸発量たけを、膜厚モニター72は
電子ビーム蒸発源42からの蒸発量だけを、膜厚モニタ
ー73は電子ビーム蒸発源43からの蒸発量たけを測定
している。
FIG. 4 is a view taken from the arrow BB' in FIG. 1. Cop-shaped film thickness monitors 71, 72, and 73 are arranged corresponding to each evaporation source. The film thickness monitor 73 measures only the amount of evaporation from the electron beam evaporation source 43.

堆積室10内の圧力は圧力計83によって行なわれるか
、この圧力を一定にするための調節はバルブ18のコン
タクタンスを調節することによって行なわれる。
The pressure in the deposition chamber 10 is controlled by a pressure gauge 83, or the pressure is adjusted to a constant level by adjusting the contactance of the valve 18.

本実施例の装置で、まず初めに高周波電源24から電力
をコイル22に印加しない状態、即ち高温非平衡プラズ
マまたは高温平衡プラズマを生じない状態で薄膜の作製
を行なった。
Using the apparatus of this example, a thin film was first produced in a state in which power was not applied to the coil 22 from the high-frequency power source 24, that is, in a state in which high-temperature nonequilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma was not generated.

酸素を矢印25の方向から放電管21を通して差動排気
室30に導入する。酸素の流量を200secmにした
ときに差動排気室30の圧力がITorrになるようこ
こバルブ19のコンダクタンスを調節する。差動排気室
30から堆積室10にオリフィス50を通し、て酸素が
入る。そして堆積室30の圧力が10−’Torrにな
るようにバルブ16のコンダクタンスを調整する。基体
15の材料には5rTi03を用いた。そして基体15
の温度を600℃に設定して、電子ビーム蒸発源41.
42.43からイツトリウム、バリウム、銅を蒸発させ
基体15の表面に薄膜を作製した。
Oxygen is introduced into the differential exhaust chamber 30 through the discharge tube 21 in the direction of arrow 25. The conductance of the valve 19 is adjusted so that the pressure in the differential exhaust chamber 30 becomes ITorr when the oxygen flow rate is 200 seconds. Oxygen enters the deposition chamber 10 from the differential pumping chamber 30 through an orifice 50. The conductance of the valve 16 is then adjusted so that the pressure in the deposition chamber 30 is 10-' Torr. 5rTi03 was used as the material for the base 15. and the base 15
The temperature of the electron beam evaporation source 41. is set to 600°C.
From 42.43, yttrium, barium, and copper were evaporated to form a thin film on the surface of the substrate 15.

薄膜のイツトリウム、バリウム、と銅の組成比が1:2
:3になり、さらに薄膜形成速度が600A/minに
なるようにイツトリウム、バリウム、銅の蒸着速度を調
整した↓ そして薄膜の厚さが10μm位になったところで蒸着を
停止させ、基体15を堆積室10から取り出し大気中に
放置した。この場合の薄膜は、イツトリウム、バリウム
、銅の組成比は1:2:3になっていたが、酸素が不足
していたため超電導特性を示さなかった。
The composition ratio of yttrium, barium, and copper in the thin film is 1:2.
The deposition rate of yttrium, barium, and copper was further adjusted so that the thin film formation rate became 600 A/min ↓ Then, when the thickness of the thin film reached about 10 μm, the deposition was stopped and the substrate 15 was deposited. It was taken out from chamber 10 and left in the atmosphere. Although the thin film in this case had a composition ratio of yttrium, barium, and copper of 1:2:3, it did not exhibit superconducting properties because of the lack of oxygen.

次に高周波電源24からの電力をコイル22に印加して
、高温非平衡プラズマまたは高温平衡プラズマを発生さ
せて酸素系活性種28を作り、先に述べた同一の条件下
で薄膜を作製したところ、該薄膜は90に級の良好な超
電導特性を示した。
Next, power from the high-frequency power source 24 was applied to the coil 22 to generate high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma to create oxygen-based active species 28, and a thin film was produced under the same conditions as described above. , the thin film showed good superconducting properties of 90°.

次に、超電導体の原料としてBa2YCu3OXだけで
なく、他のYおよびL n系の元素を用いるもの、即ち
、 MBa2Cu30.。
Next, a superconductor using not only Ba2YCu3OX but also other Y and Ln-based elements as raw materials, ie, MBa2Cu30. .

ここでM=Y、  Ln (=La、、  Ce、  
Pr。
Here, M=Y, Ln (=La,, Ce,
Pr.

Nd、Pm、Sm。Nd, Pm, Sm.

Eu、Gd、Tb。Eu, Gd, Tb.

Dy+  Hot  Tm。Dy+ Hot Tm.

Y’b、Lu) や、同じ元素構成で他の化学量論性を持った化合物ある
いは、 Bl系−B j 2Ca2S r 2Cu 3OXT1
系−T (12B a2Ca2Cu 3OXや、同じ元
素構成で他の化学量論性を持った化合物や、このほかの
種々の元素構成で他の化学量論性を持った化合物も試み
たが、いずれにおいても本発明の方法は有効であった。
Y'b, Lu), other compounds with the same elemental composition and other stoichiometry, or Bl-B j 2Ca2S r 2Cu 3OXT1
System-T (12B a2Ca2Cu 3OX, other compounds with the same elemental composition and other stoichiometry, and other compounds with various elemental compositions and other stoichiometry were also tried, but none of them The method of the present invention was also effective.

本発明の方法に使用する高温非平衡プラズマまたは高温
平衡プラズマの発生装置は、第1図の構造tこ限られる
ものではない。前記特願昭61−0696413号に記
述されている各種構造の装置や、本願の発明者の著述こ
こなる文献、「真空」第31巻第4号(+988)P、
271−P、27Bやこれに引用されている各文献の装
置の使用によっても本発明は同様の効果を得ることがで
きる。
The high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma generator used in the method of the present invention is not limited to the structure shown in FIG. Devices with various structures described in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 61-0696413, the literature written by the inventor of the present application, "Vacuum" Vol. 31, No. 4 (+988) P,
271-P, 27B, and the devices cited therein, the present invention can achieve similar effects.

本実施例ではるつぼ61には被蒸発物として銅、バリウ
ム、イツトリウムなどの元素を用いたが、その元素を含
有する化合物であってもかまわない。
In this embodiment, elements such as copper, barium, and yttrium are used as substances to be evaporated in the crucible 61, but compounds containing such elements may be used.

例えば、銅を含む酸化第二銅、バリウムを含む炭酸バリ
ウム、イツトリウムを含む酸化イツトリウムなどの酸化
物であってもよい。
For example, oxides such as cupric oxide containing copper, barium carbonate containing barium, and yttrium oxide containing yttrium may be used.

第5図は別の実施例を示すもので、第1図の差動排気室
30の代わりに酸素系活性種の輸送管31とバルブ32
が設けられている。この構成では差動排気系を省略でき
る便宜がある。
FIG. 5 shows another embodiment, in which an oxygen-based active species transport pipe 31 and a valve 32 are used instead of the differential exhaust chamber 30 in FIG.
is provided. This configuration has the advantage of omitting the differential pumping system.

なお前記では、酸化用の気体として酸素を用いたが、オ
ゾン、亜酸化窒素等の気体を用いても同様の効果のある
ことが分かった。
In the above description, oxygen was used as the oxidizing gas, but it has been found that the same effect can be obtained by using gases such as ozone and nitrous oxide.

なおまた堆積条件は上述の圧力、酸素流量等に限られる
ものではなくかなり広い範囲で条件を選択できることが
判明している。但し酸素系活性種が不足する時は、酸化
物超電導体(成程度の超電4特性を示すもの)の作製ま
でには至らず、超電導体原料(組成としては超電導体の
可能性をもつが、未だ超電導特性を示すに至らないもの
)の作製にとどまることもあるが、こうした膜に対して
は、これに前記の酸素系活性種を照射するという後工程
を施すことによって、比較的短時間でこれに超電導特性
を付与すること・ができる。
Furthermore, it has been found that the deposition conditions are not limited to the above-mentioned pressure, oxygen flow rate, etc., and can be selected from a fairly wide range. However, when there is a shortage of oxygen-based active species, it will not be possible to create an oxide superconductor (one that exhibits four superconducting properties), and the superconductor raw material (although it has the potential to be a superconductor in terms of composition) However, such films can be fabricated in a relatively short period of time by performing a post-process of irradiating them with the oxygen-based active species described above. It is possible to impart superconducting properties to this material.

(発明の効果) 以上に述べたように、本発明の方法および装置によれば
、高温非平衡プラズマまたは高温平衡プラズマによって
作られた酸素の活性種を利用することによって、蒸着方
法で極めて短時間に、酸化物超電導体またはその超電導
体原料を作製することができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the method and apparatus of the present invention, by utilizing oxygen active species created by high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma, vapor deposition can be performed in an extremely short time. In this way, an oxide superconductor or its superconductor raw material can be produced.

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

第1図は本発明の方法を実施する本発明の装置の概略の
正面断面図。 第2図は、その堆積室内部のA −A’矢視図。 第4図は、同じ<B−B’矢視図。 第3図は、蒸発源の概略の正面断面図。 10・・・堆積室、12・・・基体ホルダー 15・・
・基体、21・・・放電管、27・・・高温非平衡プラ
ズマまたは高温平衡プラズマ、28・・・活性種、30
・・・差動排気室。 特許出願人   日電アネル八株式会社代理人    
 弁理士  村上 健次3゜ 事件の表示 昭和63年特許願第27821、 発明の名称 酸化物超電導体の作製方法および装置 補正をする者 事件との関係   特許出願人 住所 東京都府中市四谷581 5、補正命令の1コイ・1 平成1年3月71三1(発送に1) 〔5,補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 76 補lF、の内容 明細書の狼18頁1行目と2行月の間に、次記の文を挿
入゛・rる。 「第5図は別の実施例の第1図と同様の図。 」
FIG. 1 is a schematic front sectional view of an apparatus according to the invention for carrying out the method according to the invention. FIG. 2 is an A-A' arrow view of the inside of the deposition chamber. FIG. 4 is the same <B-B' arrow view. FIG. 3 is a schematic front sectional view of the evaporation source. 10...Deposition chamber, 12...Substrate holder 15...
- Substrate, 21... Discharge tube, 27... High temperature nonequilibrium plasma or high temperature equilibrium plasma, 28... Active species, 30
...Differential exhaust chamber. Patent applicant: Nichiden Anelhachi Co., Ltd. Agent
Patent attorney Kenji Murakami 3゜Display of the case Patent application No. 27821 filed in 1986 Name of the invention Relationship to the case concerning the person who amends the method for producing oxide superconductors and the device Patent applicant address 581 Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo 5. Amendment Order 1 Co. 1 March 1999 7131 (1 for shipping) [5, Column 76 for a brief explanation of the drawings of the specification subject to amendment Supplement 1F, Contents of the specification, page 18, line 1 Insert the following sentence between the 2nd line and the month. "Figure 5 is a diagram similar to Figure 1 of another embodiment."

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基体表面に酸化物超電導体を真空蒸着法で作製中
に、該基体表面に、高温非平衡プラズマまたは高温平衡
プラズマにより作成した酸素系活性種を照射したことを
特徴とする酸化物超電導体の作製方法。
(1) Oxide superconductor characterized in that the surface of the substrate is irradiated with oxygen-based active species created by high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma while producing the oxide superconductor on the substrate surface by vacuum evaporation method. How to create the body.
(2)前記酸化物超電導体がBa_2YCu_3O_X
の組成を有するものであることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の酸化物超電導体の作製方法。
(2) The oxide superconductor is Ba_2YCu_3O_X
A method for producing an oxide superconductor according to claim 1, characterized in that the oxide superconductor has a composition of:
(3)その表面に酸化物超電導体の堆積処理を行なわん
とする基体、該基体の温度を調整する温度調整機構、該
酸化物超電導体を構成する元素または該元素を含有する
化合物または混合物を蒸発させる蒸発源、を内蔵する堆
積室と、高温非平衡プラズマまたは高温平衡プラズマを
作製する放電室とを、バルブを介して連通可能に結合し
たことを特徴とする酸化物超電導体の作製装置。
(3) A substrate on whose surface the oxide superconductor is to be deposited, a temperature adjustment mechanism for adjusting the temperature of the substrate, an element constituting the oxide superconductor, or a compound or mixture containing the element. An apparatus for producing an oxide superconductor, characterized in that a deposition chamber containing an evaporation source for evaporation and a discharge chamber for producing a high-temperature non-equilibrium plasma or a high-temperature equilibrium plasma are connected so as to be able to communicate through a valve.
(4)その表面に酸化物超電導体の堆積処理を行なわん
とする基体、該基体の温度を調整する温度調整機構、該
酸化物超電導体を構成する元素または該元素を含有する
化合物を蒸発させる蒸発源、を内蔵する堆積室と、高温
非平衡プラズマまたは高温平衡プラズマを作製する放電
室とを、両室のそれぞれに通ずるオリフィスを備えた差
動排気室を介して結合したことを特徴とする酸化物超電
導体の作製装置。
(4) A substrate on whose surface an oxide superconductor is to be deposited, a temperature adjustment mechanism for adjusting the temperature of the substrate, and an element constituting the oxide superconductor or a compound containing the element evaporated. A deposition chamber containing a built-in evaporation source and a discharge chamber for producing high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma are coupled via a differential pumping chamber equipped with an orifice communicating with each of the two chambers. Oxide superconductor production equipment.
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