JPH02167827A - 薄膜超電導体 - Google Patents
薄膜超電導体Info
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- JPH02167827A JPH02167827A JP63324131A JP32413188A JPH02167827A JP H02167827 A JPH02167827 A JP H02167827A JP 63324131 A JP63324131 A JP 63324131A JP 32413188 A JP32413188 A JP 32413188A JP H02167827 A JPH02167827 A JP H02167827A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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。
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
本発明は超電導体に関するものである。特にＢｉｌ
あるいはＴｌ層状構造複合酸化物により形成された薄膜
超電導体に関するものである。
あるいはＴｌ層状構造複合酸化物により形成された薄膜
超電導体に関するものである。
従来の技術
超電導体として、Ａ１５型２元化合物である窒化ニオブ
（ＮｂＮ）やゲルマニウムニオブ（ＮｂａＧｅ）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−Ｃ
ｕ−０系の高温超電導体が提案された［Ｊ、Ｇ、Ｄｅｎ
ｄｏｒｚ ａｎｄＫ、Ａ、Ｍｕｌｌｅｒ＋ファイト シ
ュリフト フユア フィジーり（Ｚｅｉｔｓｈｒｉｆｔ
ｆｕｒ ｐｈｙｓｌｋ Ｂ）−Ｃｏｎｄｅｎｓ
ｅｄ Ｍａｔｔｅｒ ［ｉ４．１８９−１９３（１
９８ｔｉ）コ。
（ＮｂＮ）やゲルマニウムニオブ（ＮｂａＧｅ）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−Ｃ
ｕ−０系の高温超電導体が提案された［Ｊ、Ｇ、Ｄｅｎ
ｄｏｒｚ ａｎｄＫ、Ａ、Ｍｕｌｌｅｒ＋ファイト シ
ュリフト フユア フィジーり（Ｚｅｉｔｓｈｒｉｆｔ
ｆｕｒ ｐｈｙｓｌｋ Ｂ）−Ｃｏｎｄｅｎｓ
ｅｄ Ｍａｔｔｅｒ ［ｉ４．１８９−１９３（１
９８ｔｉ）コ。
さらに、近年発見された酸化物超電導体の中には、その
超電導遷移温度が液体窒素温度（７７，３ケルビン）を
越えるものがあり、超電導体の応用分野を大きく広げる
ものと思われる。特にＢｉＢ状構造複合酸化物により形
成されたＢｉ−８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の超電導体は、
１００に以上の超電導転移温度を示すごとも発見された
。［Ｈ，Ｍａｅｄａ、 Ｙ、Ｔａｎａｋａ、 Ｍ、
Ｆｕｋｕｔｏｍｌ ａｎｄ Ｔ、Ａｓａｎｏ、ジヤ
バ二−ス゛・ジャーナル・オブーｙブライド ｏｆ ＡｐｐＨｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）Ｖｏｌ．２
７，Ｌ２０９−２１０（１９８８）コ最近ではＴｌ−Ｂ
ａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の材料が１２０ケルビン以上で超
電導転移を示すことが報告されており、Ｂｉ系と共に層
状構造複合酸化物であることがわかっている。［Ｚ．Ｚ
．Ｓｈｅｎｇ ａｎｄ Ａ．Ｍ、Ｈｅｒｍａｎｎ，ネイ
チ＋−（Ｌｅｔｔｅｒ ｔｏ Ｎａｔｕｒｅ）Ｖｏ
ｌ．３３２，１３８−１３９（１９８８）コ この種の材料の超電導機＋ｒ４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元化合物より、より有望な特性
が期待される。
超電導遷移温度が液体窒素温度（７７，３ケルビン）を
越えるものがあり、超電導体の応用分野を大きく広げる
ものと思われる。特にＢｉＢ状構造複合酸化物により形
成されたＢｉ−８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の超電導体は、
１００に以上の超電導転移温度を示すごとも発見された
。［Ｈ，Ｍａｅｄａ、 Ｙ、Ｔａｎａｋａ、 Ｍ、
Ｆｕｋｕｔｏｍｌ ａｎｄ Ｔ、Ａｓａｎｏ、ジヤ
バ二−ス゛・ジャーナル・オブーｙブライド ｏｆ ＡｐｐＨｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）Ｖｏｌ．２
７，Ｌ２０９−２１０（１９８８）コ最近ではＴｌ−Ｂ
ａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の材料が１２０ケルビン以上で超
電導転移を示すことが報告されており、Ｂｉ系と共に層
状構造複合酸化物であることがわかっている。［Ｚ．Ｚ
．Ｓｈｅｎｇ ａｎｄ Ａ．Ｍ、Ｈｅｒｍａｎｎ，ネイ
チ＋−（Ｌｅｔｔｅｒ ｔｏ Ｎａｔｕｒｅ）Ｖｏ
ｌ．３３２，１３８−１３９（１９８８）コ この種の材料の超電導機＋ｒ４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。
発明が解決しようとしている課題
しかしながらＢ ｉ −Ｓ ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、お
よびＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の材料は、現在の技
術では主として焼結という過程で形成されているが、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
強く要望される。従来このＢＩＮ あるいはＴｉ系に
おいて良好な超電導１Ｓ１〆Ｌを示す薄膜を形成するた
めには少なくとも７００°Ｃ以上の熱処理あるいは形成
時の加熱が必要であり集積化デバイスを構成することは
たいへん困難であるとされており、このような従来の技
術で１よ、良好な超電導特性を有する薄膜形成は難しい
ものであった。
よびＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の材料は、現在の技
術では主として焼結という過程で形成されているが、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
強く要望される。従来このＢＩＮ あるいはＴｉ系に
おいて良好な超電導１Ｓ１〆Ｌを示す薄膜を形成するた
めには少なくとも７００°Ｃ以上の熱処理あるいは形成
時の加熱が必要であり集積化デバイスを構成することは
たいへん困難であるとされており、このような従来の技
術で１よ、良好な超電導特性を有する薄膜形成は難しい
ものであった。
また、このＢｉ−８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、およびＴｌ
−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の材料の転移温度は現在１０
０ケルビン以上であるが応用の観点からさらに向上させ
ることが望まれている。
−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の材料の転移温度は現在１０
０ケルビン以上であるが応用の観点からさらに向上させ
ることが望まれている。
課題を解決するための手段
基体上に形成された、少なくとも２層の８１−０層、あ
るいはＴｌ−００と、複数のＣｕ−０層を有した層状構
造を有する層状構造複合酸化物薄膜からなる薄膜超電導
体において、前記Ｂｉ−０層、あるいはＴｌ−０層が基
体表面に平行となるように前記層状構造複合酸化物薄膜
を形成し、さらにこの層状構造複合酸化物薄膜の表面上
に酸化物薄膜を形成し、さらにその上に、前記層状構造
複合酸化物薄膜を形成して、前記酸化物薄膜を含んだ構
造とすることにより薄膜の結晶性、安定性を向上させ、
超電導転移温度を向上させる。この酸化物薄膜の材料は
超電導特性を示さないＢｌｌ あるいはＴｌ層状構造
複合酸化物であること、またはＴＬ Ｎｂ１ Ｔａｔ
Ｗのうち少なくとも１つを含むＢｉ％ あるいは
Ｔｌ層状構造複合酸化物であること、またはＴｉｓ
Ｎｂ１ Ｔａ１ のうち少なくとも１つと、Ｐｂｓ
Ｃａｔ Ｓｒ１ Ｂａのうち少なくとも１つを含むＢ
ｌ、あるいはＴｌｆｆ状構造複合酸化物であること、ま
たは、Ｔｉを含み、しかもＮａｓ Ｋ１ Ｆｅ１ Ｎ
ｂ１ Ｔａのうち少なくとも１つを含むＢｌｌ ある
いはＴｌ層状構造複合酸化物であること、または、Ｎｂ
とＫを含むＢｌｌ あるいはＴｌ層状構造複合酸化物
であること、または、Ｂｉ４ＴｉｓＯ＋ｅあるいはＢｉ
２Ｔｉｎ０＋＋のうちどちらかであること、のいずれか
であることを特徴とする薄膜超電導体に関するものであ
る。
るいはＴｌ−００と、複数のＣｕ−０層を有した層状構
造を有する層状構造複合酸化物薄膜からなる薄膜超電導
体において、前記Ｂｉ−０層、あるいはＴｌ−０層が基
体表面に平行となるように前記層状構造複合酸化物薄膜
を形成し、さらにこの層状構造複合酸化物薄膜の表面上
に酸化物薄膜を形成し、さらにその上に、前記層状構造
複合酸化物薄膜を形成して、前記酸化物薄膜を含んだ構
造とすることにより薄膜の結晶性、安定性を向上させ、
超電導転移温度を向上させる。この酸化物薄膜の材料は
超電導特性を示さないＢｌｌ あるいはＴｌ層状構造
複合酸化物であること、またはＴＬ Ｎｂ１ Ｔａｔ
Ｗのうち少なくとも１つを含むＢｉ％ あるいは
Ｔｌ層状構造複合酸化物であること、またはＴｉｓ
Ｎｂ１ Ｔａ１ のうち少なくとも１つと、Ｐｂｓ
Ｃａｔ Ｓｒ１ Ｂａのうち少なくとも１つを含むＢ
ｌ、あるいはＴｌｆｆ状構造複合酸化物であること、ま
たは、Ｔｉを含み、しかもＮａｓ Ｋ１ Ｆｅ１ Ｎ
ｂ１ Ｔａのうち少なくとも１つを含むＢｌｌ ある
いはＴｌ層状構造複合酸化物であること、または、Ｎｂ
とＫを含むＢｌｌ あるいはＴｌ層状構造複合酸化物
であること、または、Ｂｉ４ＴｉｓＯ＋ｅあるいはＢｉ
２Ｔｉｎ０＋＋のうちどちらかであること、のいずれか
であることを特徴とする薄膜超電導体に関するものであ
る。
作用
発明者らは、薄膜超電導体材料として、Ｂｉ−３ｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏｚ Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０，Ｂｉ
−８ｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏｚ Ｂｉ−Ｃａ−Ｂａ−ＣＬ
Ｉ−０％ またはＢ ｉ −Ｐｂ−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−０−、Ｂｉ−Ｐｂ−８ｒ−Ｂａ−ＯｌＢｉ−Ｐｂ−Ｃ
ａ−Ｂａ−０などの層状構造複合酸化物超電導体を用い
、安定で結晶性の優れた他の酸化物薄膜をこの層状構造
複合酸化物超電導体により形成された薄膜の間に形成す
ることにより、その結晶成長を助けて結晶性を向上させ
、また、薄膜形成時の組成変化を防ぐことにより、２層
のＢ ｉ −ＣＬ あるいはＴｌ−０層ではさまれた
部分に出来るだけ多くのＣｕ−０層を安定に形成するこ
とにより高い超電導転移温度を実現し、安定な超電導特
性を得ることができる。
ａ−Ｃｕ−Ｏｚ Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０，Ｂｉ
−８ｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏｚ Ｂｉ−Ｃａ−Ｂａ−ＣＬ
Ｉ−０％ またはＢ ｉ −Ｐｂ−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−０−、Ｂｉ−Ｐｂ−８ｒ−Ｂａ−ＯｌＢｉ−Ｐｂ−Ｃ
ａ−Ｂａ−０などの層状構造複合酸化物超電導体を用い
、安定で結晶性の優れた他の酸化物薄膜をこの層状構造
複合酸化物超電導体により形成された薄膜の間に形成す
ることにより、その結晶成長を助けて結晶性を向上させ
、また、薄膜形成時の組成変化を防ぐことにより、２層
のＢ ｉ −ＣＬ あるいはＴｌ−０層ではさまれた
部分に出来るだけ多くのＣｕ−０層を安定に形成するこ
とにより高い超電導転移温度を実現し、安定な超電導特
性を得ることができる。
実施例
Ｂｔ層状構造複合酸化物として、Ｂ ｉ −Ｓ ｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−０１６ｉ−３ｒ−Ｂａ−Ｃｕ−ＯｓＢ ｔ
Ｃａ −Ｂ ａ Ｃｕ −Ｏｘ またはＢｉ−Ｐ
ｂ−８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０、Ｂｉ −Ｐｂ−８ｒ−Ｂａ
−０、Ｂ １−Ｐｂ−Ｃａ−Ｂａ−０、Ｔｌ層状構造複
合酸化物としてＴｌ−Ｃａ−Ｂａ−Ｃｕ −Ｏなどが超
電導体として考えられているが、ここでは例としてＢ
ｉ −８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、およびＴｌ−Ｃａ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−０系についての検討例を述べる。
ａ−Ｃｕ−０１６ｉ−３ｒ−Ｂａ−Ｃｕ−ＯｓＢ ｔ
Ｃａ −Ｂ ａ Ｃｕ −Ｏｘ またはＢｉ−Ｐ
ｂ−８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０、Ｂｉ −Ｐｂ−８ｒ−Ｂａ
−０、Ｂ １−Ｐｂ−Ｃａ−Ｂａ−０、Ｔｌ層状構造複
合酸化物としてＴｌ−Ｃａ−Ｂａ−Ｃｕ −Ｏなどが超
電導体として考えられているが、ここでは例としてＢ
ｉ −８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、およびＴｌ−Ｃａ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−０系についての検討例を述べる。
第１図（ａ）に示す第１の層状構造複合酸化物薄膜１３
は、例えば基体１１を４００−９００ ’Ｃに加熱し、
Ｂｉ２０ａと５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ化合物をターゲット２Ｌ
２２としてアルゴンと酸素の混合ガス中で交互に周期的
にスパッタリングし、５ｒＴｉｏａ（１００）基体上に
積層させることにより得られ第１図（ｂ）のようになる
。このスパッタリングにおいてＢｉ２Ｏ５と５ｒ−Ｃａ
−Ｃｕ化合物ターゲットのスパッタレートを調整し、シ
ャッタによりスパッタ粒子を選択することにより積層構
造を有する薄膜を形成すると、積層周期に対応して臨界
温度１００に以上の相が出現することがわかった。また
積層構造を形成しない場合には８０にの臨界温度を持つ
相しか形成できなかった。
は、例えば基体１１を４００−９００ ’Ｃに加熱し、
Ｂｉ２０ａと５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ化合物をターゲット２Ｌ
２２としてアルゴンと酸素の混合ガス中で交互に周期的
にスパッタリングし、５ｒＴｉｏａ（１００）基体上に
積層させることにより得られ第１図（ｂ）のようになる
。このスパッタリングにおいてＢｉ２Ｏ５と５ｒ−Ｃａ
−Ｃｕ化合物ターゲットのスパッタレートを調整し、シ
ャッタによりスパッタ粒子を選択することにより積層構
造を有する薄膜を形成すると、積層周期に対応して臨界
温度１００に以上の相が出現することがわかった。また
積層構造を形成しない場合には８０にの臨界温度を持つ
相しか形成できなかった。
１５はＢｉ−０層、１４はＣｕを含む層である。
次にこの方法により基体上に所定の膜厚の第１の層状構
造複合酸化物薄膜１３を形成したのち、この構造に類似
の構造を有する酸化物薄膜１２を所定の膜厚に形成し、
その上に前記第１の層状構造複合酸化物薄膜を形成した
。このようにして形成された構造を有する薄膜は、再現
性よく良好な結晶性と超電導特性を示すことを見いだし
た。特に、基体温度が５００−９００℃の場合には１０
０に以上の臨界温度の相の結晶性が非常に良好なものが
形威し得ることも併せて発見した。形成した薄膜はその
ままの状態でも超電導転移を示すが、酸素中８５０℃程
度で熱処理を行なうとより確実に１００Ｋ以上の臨界温
度を示した。
造複合酸化物薄膜１３を形成したのち、この構造に類似
の構造を有する酸化物薄膜１２を所定の膜厚に形成し、
その上に前記第１の層状構造複合酸化物薄膜を形成した
。このようにして形成された構造を有する薄膜は、再現
性よく良好な結晶性と超電導特性を示すことを見いだし
た。特に、基体温度が５００−９００℃の場合には１０
０に以上の臨界温度の相の結晶性が非常に良好なものが
形威し得ることも併せて発見した。形成した薄膜はその
ままの状態でも超電導転移を示すが、酸素中８５０℃程
度で熱処理を行なうとより確実に１００Ｋ以上の臨界温
度を示した。
Ｂｉ２０ｉと、！！ａ族およびＣｕ元素とを周期的に積
層させて第１の層状構造複合酸化物薄膜を形成する方法
としては、いくつか考えられる。一般に、ＭＢＥ装置あ
るいは多元のＥＢ蒸着装置で蒸発源の前を開閉シャッタ
ーで制御したり、気相成長法で形成する際にガスの種類
を切り替えたりすることにより、周期的積層を達成する
ことができる。スパッタリング法によっても良好な積層
膜形成が可能であるが、この場合、スパッタ中の高い酸
素ガス圧およびスパッタ放電が、Ｂｌ系の１００に以上
の臨界温度を持つ相の形成に都合がよいと考えられる。
層させて第１の層状構造複合酸化物薄膜を形成する方法
としては、いくつか考えられる。一般に、ＭＢＥ装置あ
るいは多元のＥＢ蒸着装置で蒸発源の前を開閉シャッタ
ーで制御したり、気相成長法で形成する際にガスの種類
を切り替えたりすることにより、周期的積層を達成する
ことができる。スパッタリング法によっても良好な積層
膜形成が可能であるが、この場合、スパッタ中の高い酸
素ガス圧およびスパッタ放電が、Ｂｌ系の１００に以上
の臨界温度を持つ相の形成に都合がよいと考えられる。
これらの方法によれば本発明の薄膜超電導体を実現する
ことが容易になる（実施例１） この様な薄膜形成法において、ターゲットを５ｒ−Ｃａ
−Ｃｕ化合物ターゲット２２とＢｉ２０ａターゲツト２
１とし、まず最初に真空装置内にＡｒ１ および酸素
ガスを導入して放電させ、スパッタ条件を設定する。ま
ずＢ １２０ｓターゲツトと５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ化合物タ
ーゲットをスパッタし、ヒータ２５により７００℃に設
定した基板表面への薄膜形成をＢｔｌ Ｈａ族およびＣ
ｕ元素を表面に付着させることより始める。この場合ス
パッタ条件の設定、およびシャッタ２４の使用により薄
膜の組成をＢｉ系酸化物超電導体の化学量論比に合わせ
てＢｉ層状構造複合酸化物薄膜１３を形成する。つまり
シャッタの回転時間、および各ターゲットのスパッタ電
力を調整してこれを実現する。
ことが容易になる（実施例１） この様な薄膜形成法において、ターゲットを５ｒ−Ｃａ
−Ｃｕ化合物ターゲット２２とＢｉ２０ａターゲツト２
１とし、まず最初に真空装置内にＡｒ１ および酸素
ガスを導入して放電させ、スパッタ条件を設定する。ま
ずＢ １２０ｓターゲツトと５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ化合物タ
ーゲットをスパッタし、ヒータ２５により７００℃に設
定した基板表面への薄膜形成をＢｔｌ Ｈａ族およびＣ
ｕ元素を表面に付着させることより始める。この場合ス
パッタ条件の設定、およびシャッタ２４の使用により薄
膜の組成をＢｉ系酸化物超電導体の化学量論比に合わせ
てＢｉ層状構造複合酸化物薄膜１３を形成する。つまり
シャッタの回転時間、および各ターゲットのスパッタ電
力を調整してこれを実現する。
その後、シャッタ２４により５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ化合物タ
ーゲットからのスパッタ原子の飛来を阻止し、Ｂｉａｏ
ａ薄膜を形成する。この表面に酸素ガスの分圧を調整し
てスパッタを行いＢｉ層状構造複合酸化物薄膜を形成し
て、前記Ｂｉ酸化物薄膜を挟み込む構造とする。これを
酸素雰囲気中で８５０″０５時間の高温熱処理をするこ
とにより、安定な超電導特性を示す薄膜が得られた。も
ちろんＢｉ層状構造複合酸化物薄膜１３とＢｉ酸化物薄
膜１２の積層構造を複数層形成した薄膜についても同様
な処理を行なうことにより、安定な超電導特性を示す薄
膜が得られる。 この薄膜の結晶性をＸ線回折法によ
り調べた。１００ケルビン以上の超電導転移を示す超電
導相により示される回折パターンはＢｉ酸化物薄膜のな
い場合には、薄膜形成行程がまったく同じであっても、
Ｂｉ酸化物薄膜がＢｉ層状構造複合酸化物薄膜に挟まれ
た積層構造で形成されている場合に比較して結晶性が劣
っていることを示すものとなった。更に、Ｂｉ酸化物薄
膜のない構造の薄膜を高温熱処理した場合には、その組
成を科学量論比に合わせて形成した複数のＢｉ層状構造
複合酸化物薄膜間の原子の相互拡散が生じ、所望するＢ
ｉｆｆ状構造複合酸化物の組成が容易に得られず、また
、基板との相互拡散によりＢｉ層状構造複合酸化物薄膜
中のＣａが異常に少なくなっていることを発明者らは見
いだした。
ーゲットからのスパッタ原子の飛来を阻止し、Ｂｉａｏ
ａ薄膜を形成する。この表面に酸素ガスの分圧を調整し
てスパッタを行いＢｉ層状構造複合酸化物薄膜を形成し
て、前記Ｂｉ酸化物薄膜を挟み込む構造とする。これを
酸素雰囲気中で８５０″０５時間の高温熱処理をするこ
とにより、安定な超電導特性を示す薄膜が得られた。も
ちろんＢｉ層状構造複合酸化物薄膜１３とＢｉ酸化物薄
膜１２の積層構造を複数層形成した薄膜についても同様
な処理を行なうことにより、安定な超電導特性を示す薄
膜が得られる。 この薄膜の結晶性をＸ線回折法によ
り調べた。１００ケルビン以上の超電導転移を示す超電
導相により示される回折パターンはＢｉ酸化物薄膜のな
い場合には、薄膜形成行程がまったく同じであっても、
Ｂｉ酸化物薄膜がＢｉ層状構造複合酸化物薄膜に挟まれ
た積層構造で形成されている場合に比較して結晶性が劣
っていることを示すものとなった。更に、Ｂｉ酸化物薄
膜のない構造の薄膜を高温熱処理した場合には、その組
成を科学量論比に合わせて形成した複数のＢｉ層状構造
複合酸化物薄膜間の原子の相互拡散が生じ、所望するＢ
ｉｆｆ状構造複合酸化物の組成が容易に得られず、また
、基板との相互拡散によりＢｉ層状構造複合酸化物薄膜
中のＣａが異常に少なくなっていることを発明者らは見
いだした。
（実施例２）
実施例１の２つのターゲットにさらにもう１つのターゲ
ット２３を加えることにより、実施例１と同様の構成の
薄膜超電導体を形成することが可能となった。つまりも
う１つのターゲットとしてＢ ｉ４Ｔ ｉ＊ｏ＋２＋
あるいはＢｉａＴｉ４０ｚのようなＴｉを含むＢｉ酸
化物を用いた。この場合、まず最初に真空装置内にＡｒ
ガスと酸素ガスを導入して放電させ、スパッタ条件を設
定する。Ｂｉ２０３ターゲツトと５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ化合
物ターゲットをスパッタし、７００′Ｃに設定した基板
表面へ、ＢｉＮＩＩａ族およびＣｕ元素を含むＢｉ層状
構造複合酸化物薄膜１３を付着させる。この場合スパッ
タ条件の設定、およびシャッタの使用により薄膜の組成
をＢｉ系酸化物超電導体の化学量論比に合わせてＢｉ層
状構造複合酸化物薄膜１３を形成する。つまりシャッタ
の回転時間、およびＢｉ２Ｏ３ターゲットと５ｒ−Ｃａ
−Ｃｕ化合物ターゲットのスパッタ電力を調整してこれ
を実現する。この薄膜形成後、酸素ガスの分圧を調整し
てスパッタを行い、シャッタ２３によりＢｉ２Ｏ３ター
ゲット、および５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ化合物ターゲットから
のスパッタ原子の飛来を阻止し、Ｔｉを含むＢｉ酸化物
薄膜を、Ｂｉ層状構造複合酸化物薄膜表面に形成する。
ット２３を加えることにより、実施例１と同様の構成の
薄膜超電導体を形成することが可能となった。つまりも
う１つのターゲットとしてＢ ｉ４Ｔ ｉ＊ｏ＋２＋
あるいはＢｉａＴｉ４０ｚのようなＴｉを含むＢｉ酸
化物を用いた。この場合、まず最初に真空装置内にＡｒ
ガスと酸素ガスを導入して放電させ、スパッタ条件を設
定する。Ｂｉ２０３ターゲツトと５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ化合
物ターゲットをスパッタし、７００′Ｃに設定した基板
表面へ、ＢｉＮＩＩａ族およびＣｕ元素を含むＢｉ層状
構造複合酸化物薄膜１３を付着させる。この場合スパッ
タ条件の設定、およびシャッタの使用により薄膜の組成
をＢｉ系酸化物超電導体の化学量論比に合わせてＢｉ層
状構造複合酸化物薄膜１３を形成する。つまりシャッタ
の回転時間、およびＢｉ２Ｏ３ターゲットと５ｒ−Ｃａ
−Ｃｕ化合物ターゲットのスパッタ電力を調整してこれ
を実現する。この薄膜形成後、酸素ガスの分圧を調整し
てスパッタを行い、シャッタ２３によりＢｉ２Ｏ３ター
ゲット、および５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ化合物ターゲットから
のスパッタ原子の飛来を阻止し、Ｔｉを含むＢｉ酸化物
薄膜を、Ｂｉ層状構造複合酸化物薄膜表面に形成する。
２０−３０オングストロームの膜厚のＴｉを含むＢｉ酸
化物薄膜１２を形成した後、前述の方法と同様にして、
この表面に酸素ガスの分圧を調整してスパッタを行いＢ
ｉ層状構造複合酸化物薄膜１３を形成して、前記Ｔｉを
含むＢｉ酸化物薄膜を挟み込む構造とする。このように
して形成された薄膜の表面に最後にＴｉを含むＢｉ酸化
物薄膜を形成して薄膜形成を終わる。これを酸素雰囲気
中で８５０’０５時間の高温熱処理をすることにより、
ｌＯＯケルビン以上で安定な超電導転移を示す薄膜が得
られた。もちろんＢｉ層状構造複合酸化物薄膜１３とＴ
ｉを含むＢｉ酸化物薄膜１２の積層構造を複数層形成し
た薄膜についても同様な処理を行なうことにより、安定
な超電導特性を示す薄膜が得られる。この薄膜は８００
℃で加熱しても同様の特性を示し、アニールに対する裕
度の大きいことが確認された。しかし臨界電流は小さく
なっており、全体積に対する超電導部分はアニール温度
により影響された。
化物薄膜１２を形成した後、前述の方法と同様にして、
この表面に酸素ガスの分圧を調整してスパッタを行いＢ
ｉ層状構造複合酸化物薄膜１３を形成して、前記Ｔｉを
含むＢｉ酸化物薄膜を挟み込む構造とする。このように
して形成された薄膜の表面に最後にＴｉを含むＢｉ酸化
物薄膜を形成して薄膜形成を終わる。これを酸素雰囲気
中で８５０’０５時間の高温熱処理をすることにより、
ｌＯＯケルビン以上で安定な超電導転移を示す薄膜が得
られた。もちろんＢｉ層状構造複合酸化物薄膜１３とＴ
ｉを含むＢｉ酸化物薄膜１２の積層構造を複数層形成し
た薄膜についても同様な処理を行なうことにより、安定
な超電導特性を示す薄膜が得られる。この薄膜は８００
℃で加熱しても同様の特性を示し、アニールに対する裕
度の大きいことが確認された。しかし臨界電流は小さく
なっており、全体積に対する超電導部分はアニール温度
により影響された。
（実施例３）
実施例２の３つのターゲットのうち１つをＴｌ２０ａ２
１とし、他の１つをＢａ−Ｃａ−Ｃｕターゲット２２と
することにより、実施例２と同様の構成の薄膜超電導体
をＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ −０系超電導体に対しても
形成することが出来る。
１とし、他の１つをＢａ−Ｃａ−Ｃｕターゲット２２と
することにより、実施例２と同様の構成の薄膜超電導体
をＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ −０系超電導体に対しても
形成することが出来る。
以下にもう１つのターゲットとしてＢｉａＴｉ３０１２
＋ あるいはＢｆ２ＴｉｊＣ）ｚのようなＴｉを含む
Ｂｉ酸化物を用いた場合についての実施例を示す。
＋ あるいはＢｆ２ＴｉｊＣ）ｚのようなＴｉを含む
Ｂｉ酸化物を用いた場合についての実施例を示す。
まず最初に真空装置内にＡｒガスと酸素ガスを導入して
放電させ、スパッタ条件を設定する。Ｔｌ２Ｏ３ターゲ
ット、およびＢａ−Ｃａ−Ｃｕ化合物ターゲットをスパ
ッタし、６００′Ｃに設定した基板表面へ、ＴｌＮ
Ｉｌａ族およびＣｕ元素をＴｉを含むＢｉ酸化物薄膜表
面に付着させる。この場合スパッタ条件の設定、および
シャッタの使用により薄膜の組成をＴｌＩ酸化物超電導
体の化学量論比に合わせてＴｌ層層状構造複合酸化物模
膜１３形成する。つまりシャッタの回転時間、およびＴ
１２０３ターゲツトとＢａ−Ｃａ−Ｃｕ化合物ターゲッ
トのスパッタ電力を調整してこれを実現する。
放電させ、スパッタ条件を設定する。Ｔｌ２Ｏ３ターゲ
ット、およびＢａ−Ｃａ−Ｃｕ化合物ターゲットをスパ
ッタし、６００′Ｃに設定した基板表面へ、ＴｌＮ
Ｉｌａ族およびＣｕ元素をＴｉを含むＢｉ酸化物薄膜表
面に付着させる。この場合スパッタ条件の設定、および
シャッタの使用により薄膜の組成をＴｌＩ酸化物超電導
体の化学量論比に合わせてＴｌ層層状構造複合酸化物模
膜１３形成する。つまりシャッタの回転時間、およびＴ
１２０３ターゲツトとＢａ−Ｃａ−Ｃｕ化合物ターゲッ
トのスパッタ電力を調整してこれを実現する。
この薄膜形成後、酸素ガスの分圧を調整してスパッタを
行い、シャッタ２３によりＴｌ２Ｏ３ターゲット、およ
びＢａ−Ｃａ−Ｃｕ化合物ターゲットからのスパッタ原
子の飛来を阻止し、Ｔｉを含むＢｉ酸化物薄膜を、Ｔ１
層状構造複合酸化物ヤリ膜表面に形成する。２０−３０
オングストロームの膜厚のＴｌを含むＢｉ酸化物薄膜１
２を形成した後、前述の方法と同様にして、この表面に
酸素ガスの分圧を調整してスパッタを行いＴｌｆｆ状構
造複合酸化物薄膜１３を形成して、前記Ｔｉを含むＢｉ
酸化物薄膜を挟み込む構造とする。このようにして形成
された薄膜の表面に最後にＴｉを含むＢｉ酸化物薄膜を
形成して薄膜形成を終わる。これを酸素雰囲気中で９０
０″Ｃ５分間の高温熱処理をすることにより、１００ケ
ルビン以上で安定な超電導転移を示す薄膜が得られた。
行い、シャッタ２３によりＴｌ２Ｏ３ターゲット、およ
びＢａ−Ｃａ−Ｃｕ化合物ターゲットからのスパッタ原
子の飛来を阻止し、Ｔｉを含むＢｉ酸化物薄膜を、Ｔ１
層状構造複合酸化物ヤリ膜表面に形成する。２０−３０
オングストロームの膜厚のＴｌを含むＢｉ酸化物薄膜１
２を形成した後、前述の方法と同様にして、この表面に
酸素ガスの分圧を調整してスパッタを行いＴｌｆｆ状構
造複合酸化物薄膜１３を形成して、前記Ｔｉを含むＢｉ
酸化物薄膜を挟み込む構造とする。このようにして形成
された薄膜の表面に最後にＴｉを含むＢｉ酸化物薄膜を
形成して薄膜形成を終わる。これを酸素雰囲気中で９０
０″Ｃ５分間の高温熱処理をすることにより、１００ケ
ルビン以上で安定な超電導転移を示す薄膜が得られた。
もちろんＴ１層状構造複合酸化物薄膜１３とＴｉを含む
Ｂｉ酸化物薄膜１２の積層構造を複数層形成したｔす膜
についても同様な処理を行なうことにより、安定な超電
導特性を示す薄膜が得られる。この薄膜は８５０℃で加
熱しても同様の特性を示し、アニールに対する裕度の大
きいことが確認された。しかし臨界電流は小さくなって
おり、全体積に対する超電導部分はアニール温度により
影響された。
Ｂｉ酸化物薄膜１２の積層構造を複数層形成したｔす膜
についても同様な処理を行なうことにより、安定な超電
導特性を示す薄膜が得られる。この薄膜は８５０℃で加
熱しても同様の特性を示し、アニールに対する裕度の大
きいことが確認された。しかし臨界電流は小さくなって
おり、全体積に対する超電導部分はアニール温度により
影響された。
発明の効果
以上のように本発明の薄膜超電導体は１００ケルビン以
上での超電導転移を示すＢｉ１ あるいはＴｌＡ’ｌ状
構造複台構造複合化合物薄膜のよい構造を提供するもの
である。本発明によれば、安定な組成と処理条件に対す
る大きな裕度を実現することが可能となり、その工業的
な価値は大きい。
上での超電導転移を示すＢｉ１ あるいはＴｌＡ’ｌ状
構造複台構造複合化合物薄膜のよい構造を提供するもの
である。本発明によれば、安定な組成と処理条件に対す
る大きな裕度を実現することが可能となり、その工業的
な価値は大きい。
第１図は本発明の一実施例の薄膜超電導体の構造を示す
断面図、第２図は本発明の超電導体を形成するために使
用される複数のターゲットとシャッタにより構成される
薄膜形成装置の模式図である。 １１・・・・・・基体、１２・・・・・・Ｂｉ酸化物薄
膜、１３・・・・・・層状構造複合酸化物薄膜、２３・
・・・・・Ｂｆ酸化物ターゲット、２４・・・・・・シ
ャッタ、２５・・・・・・ヒータ。 代理人の氏名 弁理士 栗野重孝 はか１名（ｄ） （ｂ）
断面図、第２図は本発明の超電導体を形成するために使
用される複数のターゲットとシャッタにより構成される
薄膜形成装置の模式図である。 １１・・・・・・基体、１２・・・・・・Ｂｉ酸化物薄
膜、１３・・・・・・層状構造複合酸化物薄膜、２３・
・・・・・Ｂｆ酸化物ターゲット、２４・・・・・・シ
ャッタ、２５・・・・・・ヒータ。 代理人の氏名 弁理士 栗野重孝 はか１名（ｄ） （ｂ）
Claims (20)
- （１）基体上に形成された、少なくとも２層のＢｉ−Ｏ
層と、複数のＣｕ−Ｏ層を前記２層のＢｉ−Ｏ層の間に
有した層状構造を有する第１のＢｉ層状構造複合酸化物
薄膜からなる薄膜超電導体において、前記Ｂｉ−Ｏ層を
基体表面に平行となるように前記Ｂｉ層状構造複合酸化
物薄膜を形成し、さらにこのＢｉ層状構造複合酸化物薄
膜の表面上に酸化物薄膜を形成し、さらにその上に、前
記第１のＢｉ層状構造複合酸化物薄膜を形成したことを
特徴とする薄膜超電導体。 - （２）Ｃｕ−Ｏ層の数が３以上であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の薄膜超電導体。 - （３）酸化物薄膜を第２のＢｉ層状構造複合酸化物薄膜
としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄
膜超電導体。 - （４）第２のＢｉ層状構造複合酸化物薄膜が、すくなく
ともＴｉを含むことを特徴とする特許請求の範囲第３項
記載の薄膜超電導体。 - （５）第２のＢｉ層状構造複合酸化物薄膜を、Ｂｉ＿２
Ｔｉ＿４Ｏ＿１＿１、あるいはＢｉ＿４Ｔｉ＿３Ｏ＿１
＿２としたことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
の薄膜超電導体。 - （６）第２のＢｉ層状構造複合酸化物薄膜が、すくなく
ともＮｂを含むことを特徴とする特許請求の範囲第３項
記載の薄膜超電導体。 - （７）第２のＢｉ層状構造複合酸化物薄膜が、すくなく
ともＴａ、あるいはＷを含むことを特徴とする特許請求
の範囲第３項記載の薄膜超電導体。 - （８）第２のＢｉ層状構造複合酸化物薄膜が、すくなく
ともＰｂ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１つを含
むことを特徴とする特許請求の範囲第４、６、７項記載
の薄膜超電導体。 - （９）第２のＢｉ層状構造複合酸化物薄膜が、すくなく
ともＮａ、Ｋ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｔａのうち少なくとも１つ
を含むことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の薄
膜超電導体。 - （１０）第２のＢｉ層状構造複合酸化物薄膜が、すくな
くともＫを含むことを特徴とする特許請求の範囲第６項
記載の薄膜超電導体。 - （１１）基体上に形成された、少なくとも２層のＴｌ−
Ｏ層と複数のＣｕ−Ｏ層を含んだ層状構造を有するＴｌ
層状構造複合酸化物薄膜からなる薄膜超電導体において
、前記Ｔｌ−Ｏ層を基体表面に平行となるように前記Ｔ
ｌ層状構造複合酸化物薄膜を形成し、さらにこのＴｌ層
状構造複合酸化物薄膜の表面上に酸化物薄膜を形成し、
さらにその上に、前記Ｔｌ層状構造複合酸化物薄膜を形
成したことを特徴とする薄膜超電導体。 - （１２）Ｃｕ−Ｏ層の数が３以上であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１１項記載の薄膜超電導体。 - （１３）酸化物薄膜をＢｉ層状構造複合酸化物薄膜とし
たことを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載の薄膜
超電導体。 - （１４）Ｂｉ層状構造複合酸化物薄膜が、すくなくとも
Ｔｉを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１３項記
載の薄膜超電導体。 - （１５）Ｂｉ層状構造複合酸化物薄膜を、Ｂｉ＿２Ｔｉ
＿４Ｏ＿１＿１、あるいはＢｉ＿４Ｔｉ＿３Ｏ＿１＿２
としたことを特徴とする特許請求の範囲第１４項記載の
薄膜超電導体。 - （１６）Ｂｉ層状構造複合酸化物薄膜が、すくなくとも
Ｎｂを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１３項記
載の薄膜超電導体。 - （１７）Ｂｉ層状構造複合酸化物薄膜が、すくなくとも
Ｔａ、あるいはＷを含むことを特徴とする特許請求の範
囲第１３項記載の薄膜超電導体。 - （１８）Ｂｉ層状構造複合酸化物薄膜が、すくなくとも
Ｐｂ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１つを含むこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１４、１６および１７
項記載の薄膜超電導体。 - （１９）Ｂｉ層状構造複合酸化物薄膜が、すくなくとも
Ｎａ、Ｋ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｔａのうち少なくとも１つを含
むことを特徴とする特許請求の範囲第１４項記載の薄膜
超電導体。 - （２０）Ｂｉ層状構造複合酸化物薄膜が、すくなくとも
Ｋを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載
の薄膜超電導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63324131A JPH02167827A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 薄膜超電導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63324131A JPH02167827A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 薄膜超電導体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02167827A true JPH02167827A (ja) | 1990-06-28 |
Family
ID=18162489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63324131A Pending JPH02167827A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 薄膜超電導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02167827A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04132615A (ja) * | 1990-09-25 | 1992-05-06 | Hokuriku Electric Ind Co Ltd | ビスマス層状構造化合物薄膜の製造方法 |
| EP0590560A2 (en) * | 1992-09-29 | 1994-04-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thin-film superconductor and method of fabricating the same |
-
1988
- 1988-12-22 JP JP63324131A patent/JPH02167827A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04132615A (ja) * | 1990-09-25 | 1992-05-06 | Hokuriku Electric Ind Co Ltd | ビスマス層状構造化合物薄膜の製造方法 |
| EP0590560A2 (en) * | 1992-09-29 | 1994-04-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thin-film superconductor and method of fabricating the same |
| EP0590560A3 (en) * | 1992-09-29 | 1994-08-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thin-film superconductor and method of fabricating the same |
| US5434126A (en) * | 1992-09-29 | 1995-07-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thin-film high Tc superconductor comprising a ferroelectric buffer layer |
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