JPH02221120A - 超伝導薄膜の製造方法 - 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」 本発明は超伝導薄膜の製造方法に関し、特にエキシマレ
ーザを用いたＢａ−Ｙ−Ｃｕ−０系超伝導薄膜の製造方
法に間する。

「従来の技術」 従来、超伝導薄膜を製造する製造方法として、５ｒＴｉ
０３等からなる基板上にＣＶＤ　（化学気相成長）法、
スパッタ法、或いはレーザアブレーション法等により　
Ｂａ−Ｙ−Ｃｕ−０系材料のアモルファス状薄膜を堆積
させ、次に０２存在下（大気下）にて約９００℃で１〜
２時間の高温アニールを行ない、ざらにその後、０□存
在下にて該基板を極めてゆつくつと冷却し、または約４
５０℃で１０時間の低温アニールを施す方法が知られで
いる。

また従来、基板上に超伝導材料を堆積させながら間欠的
に、例えば堆積を開始してから１０分後と２０分後とに
ルど−レーザを照射しで堆積した超伝導材料を加熱する
こと１乙より、上述の高温アニルを省略するようにした
ものも提案されている（特開昭６３−２６２８７９号公
報）。

ざらに従来一般に、アニールの一手段としてレーザアニ
ール法が知られており、そのレーザとしでＹＡＧレーザ
、エキシマレーザ、ＣＯ□レーザ、窟素レーザを用いる
ことが知られている（特開昭６３−２２４２７１号公報
）。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、高温アニールを行うようにした従来の製造方
法においては、約９００℃という高温を１〜２時間継続
する必要があるので、処理時間がかかるとともにランニ
ングコストがかがり、また基板組成物質が熱によって膜
中に拡散するという問題があった。

また、上述した高温アニールの代つにレーザアニールを
行う場合、特にＢａ−Ｙ−Ｃｕ−０系超伝導材料につい
では、例えばＣＯ□レーザでレーザアニールを行うとそ
の波長ＣＩｏ、６ｕ　ｍ　）では吸収係数が小さいこと
から基板が加熱されてしまい、高温で安定している５ｒ
ＴｉＯ：＋基板では超伝導状態が得られでも、より安価
なｃ−Ｓｉ　（結晶シリコン）基板、アルミナ基板、或
いは石英基板ではその加熱により超伝導状態を得ること
が困難であった。

他方、エキシマレーザは吸収係数が大きいことからこれ
を用いれば基板の加熱を防止することができるが、少な
くとも８ａ−Ｙ−Ｃｕ−０系超伝導材料については、吸
収係数が大きすぎて基板上に堆積された超伝導材料のご
く表面だけしが加熱することができず、いずれの基板で
あっても超伝導状態を得ることが困難であった。また仮
にエキシマレーザの出力を増大させると、基板上に堆積
された超伝導材料を吹飛ばす結果となっていた。

「課題を解決するための手段」 本発明はそのような事情に鑑み、Ｂａ−Ｙ−Ｃｕ−０系
超伝導材料からなる原料を蒸発させて該超伝導材料を連
続的に基板上に堆積させるとともに、該基板上に連続的
に堆積される超伝導材料に、その連続的な堆積に伴って
連続的にエキシマレーザを照射して、上記基板上に超伝
導薄膜を形成するようにしたものである。

「作用」 上記製造方法によれば、エキシマレーザの吸収係数が大
きくでも、基板上に堆積される超伝導材料を連続的に加
熱することによってその結晶化を図ることができ、しが
もエキシマレーザの吸収係数が大きいことがら基板の加
熱を抑制することができるので、５ｒＴｉ（ｈ基板は勿
論、安価なｃ−３ｉ基板、アルミナ基板、或いは石英基
板を用いても超伝導状態を得ることが可能となる。

「実施例」 以下図示実施例について本発明の製造方法を説明すると
、第１図において、先ず真空槽１内の所定位置にｃ−３
ｉかうなる基板２と、　Ｂａ２ＹＣｕ３０ｘからなるベ
レット状の原料３とをセットする。このとき、上記基板
２および原料３をそれぞれＸ−Ｙテーブル４．５に取付
け、各テーブル４．５によってそれぞれ位置調整を行う
ことができるようにしている。

次に、真空槽１の出口６がら内部のエアを吸弓して真空
槽］内の圧力を低下させるとともに真空槽１の入ロアが
ら０２ヲ供給し、ざらにテーブル４に設けたヒータ８に
通電して上記ｃ−３ｉ基板２を加熱する。そしてこの状
態においで、パルスエキシマレーザ装フ１１を発振させ
て上記８ａ２ＹＣｕ３ｏｘ原料３にスプリッタ１２およ
びレンズ１３ソ介しでエキシマレーザＬ１を照射し、該
原料３からベーパを発生させて上記ｃ−３ｉ基板２上に
超伝導材料１４を堆積させる。

このとき、原料３の同一位置に、例えば５分以上連続し
てエキシマレーザＬ１を照射すると照１−を部分の材質
が変質しでしまうため、上記Ｘ−Ｙテーブル５によって
連続的又は間欠的に原料３そ移動させることが望ましい
。

他方、上記スプリッタ１２によって分岐されたエキシマ
レーザＬ２は、ミラー１６、ガルバノミラ−１７および
レンズ１８ヲ介して上記ｃ−Ｓｉ基板２上に堆積された
超伝導材料１４に照Ｈされ、該超伝導材料１４を加熱し
て超伝導材料からなる薄膜１９を形成するようになる。

この場合、上記超伝導材料１４に照射するエキシマレー
ザＬ２のエネルギ密度と原料３に照射するエキシマレー
ザＬ１のエネルギ’ｆ−Ｍとは、それぞれレンズ１３．
１８ヲ所要のものに交換し、或いはそれらの位置を変更
することによって調節することができる。また上記超伝
導材料１４を基板２上に広く均一に堆積させるために、
Ｘ−Ｙテーブル４によって基板２を移動させることが望
ましく、或いは基板２を回転テーブル上に載置しても同
様に超伝導材料１４を基板２上に広く均一に堆積させる
ことができる。ざらに、エキシマレーザ上２ヲ絞ってガ
ルバノミラ−１７で該エキシマレーザＬ２の照射位置を
Ｘ−Ｙ方向に移動させるようにすれば、基板２上に堆積
した超伝導材料１４に所要の回路を描くことが可能とな
る。

ところで、上記エキシマレーザＬ２の照射開始時には基
板２上に超伝導材料１４が堆積していないため、直接基
板２に照射されて該基板２を加熱するため、基板２を損
傷させる虞がある。これを避けるためには、上記エキシ
マレーザＬ２の光軸上にシャッタ２０を設け、基板２上
に超伝導材料１４が僅かに堆積されてからシャッタ２０
を開くようにすればよい。

このようにして基板２上に所要厚さの薄膜１９を形成し
たら、次に０２雰囲気中で低温アニールを施して、超伝
導薄膜を完成する。

上述したように、基板２上に連続的に堆積される超伝導
材料１４に、それの連続的な堆積に伴って連続的にエキ
シマレーザＬ２を照射すれば、エキシマレーザＬ２の吸
収係数が大きくて超伝導材料１４のごく表面だけしか加
熱できなくても、確実に基板２上に所要厚さの薄膜１９
を形成することができる。

そして上記エキシマレーザＬ２の吸収係数が大きいため
、該エキシマレーザＬ２が基板２を加熱することが抑制
でき、したがって高温で安定している５ｒＴｉ０３基板
を用いることができることはもとより、より安価なｃ−
５ｉ基板２やその他のアルミナ基板、或いは石英基板を
も用いることが可能となる。

また、上記基板２上の超伝導材料１４に照射するレーザ
をエキシマレーザＬ２とすることによって、薄膜１９の
平坦性を向上させることができる。

ざらに、基板２上に超伝導材料１４ヲ堆積させる手段と
して一般にスパッタ法を用いることが多いが、スパッタ
法の場合は原料３の組成に対して基板２上に堆積される
超伝導材料１４の組成が変化するため、原料３の組成を
その変化を見込んだものにする必要がある。しかしなが
ら、レーザアブレーション法によれば、原料３の組成と
基板２上に堆積した超伝導材料１４の組成とが同一とな
るため、そのような見込みが不要となる。但し、０□量
はアブレーションを例えば８２０等の０□雰囲気中で行
うので、若干少なくてもよい。

次に、本発明にかかる超伝導薄膜の製造方法の具体例を
示すと、下記のとおりである。

レーザ装胃１１の発振周波数　　　５　　Ｈｚ波長　　
　　　　１９３　ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ）基板２
の材質　　ｃ−Ｓｉ 原料３の材質　　８ａ２ＹＣｕ３０ｘ 原料表面のエネルギ２度　２　　Ｊ／ｃｒ＋（・５ｈｏ
ｔ超伝導薄膜表面のエネルギ２度 ２０〜５２ｍＪ／ｃｍ　−５ｈｏｔ 基板加熱用ヒ一タ温度　　６００℃ 真空槽内の圧力　　２７Ｐａ 堆積時間　　　　　９０分 超伝導薄膜の膜厚　０，８〜２ｕｍ また、低温アニールの条件は、下記の通りである。

基板温度　４９０℃ 雰囲気　　０□１．３ｋＰａ 時間　　　２時間 上記条件で製造した超伝導薄膜ａ、ｂ、ｃの抵抗湯度依
存性を第２図に示す、ここで、超伝導薄膜ａは超伝導薄
膜表面のエネルギ密度を２０ｍＪ／Ｃｍ’・５ｈｏｔと
したもの、また超伝導薄膜す、ｃはそれぞれエネルギ密
度７ａ２６ｍＪ／ｃｒｒｆ・５ｈｏｔ　、５２ｍＪ／ｃ
ｒ＋？・５ｈｏｔとしたものである。

同図から理解されるように、基板２上に連続的に堆積さ
れる超伝導材料１４にエキシマレーザし２を連続的に照
射して薄膜１９を形成すれば、ｃ−Ｓｉ基板２であって
も優れた性能の超伝導薄膜を得ることができる。

なお上記実験において、基板２上に堆積される超伝導材
料１４にエキシマレーザＬｌ照射しなくても、その後に
低温アニールを施すことによって超伝導薄膜が得られる
ことがあった。これは基板加熱用ヒータ温度を６００℃
と比較的高温に設定しているので、何等かの原因で偶然
的に超伝導薄膜か得られるものと考えられる。しかしな
がら上記超伝導薄１ｉａ、ｂ、ｃのように、安定して超
伝導薄膜を得ることはできなかった。

また上記パルスエキシマレーザし１、し２は、Ｉｌ［に
は連続発振ではないが、所定の周波数で発振されでいる
限り連続的と言い得るものであることは明らかである。

次に、第３図は、上記実施例が１台のパルスエキシマレ
ーザ装置１１を用いているのに対し、２台のパルスエキ
シマレーザ装置１ＮＡ、１１８＠用いた実施例を示して
いる。

また本実施例においては、原料３を基板２に対向させて
平行に配置し、一方のパルスエキシマレーザ装置＋１Ａ
からのエキシマレ−サシ１ヲその原料３に照射させてい
る。これに対し、他方のパルスエキシマレーザ装ｆｉｌ
＋８からのエキシマレーザＬ２は、円錐状ミラー２５の
外周面とリング状ミラー２６の内周面とによって上記原
料３を避けて基板２に照射させることができるようにし
ている。このとき、上記円錐状ミラー２５は細長いロッ
ド２７によって上記リング状ミラー２６に固定しである
。

上記実施例ではエキシマレーザＬ１とＬ２の発振のタイ
ミングは、厳密にはそれぞれの光路長によって僅かに変
更することができるとしても、実質的に同一なものとな
るが、本実施例によればパルスエキシマレーザ装ＭＩＩ
Ａと１１８の発振タイミングを自由に設定することがで
きる。したがって、例えば一方のレーザ装置１１１Ａか
らのエキシマレーザし１を原料３に照射してベーパを発
生させ、該ベーパが基板２上に堆積されるタイミングを
待って、他方のレーザ装Ｗｅｔｓからのエキシマレーザ
上２ヲ基板２上に堆積された超伝導材料１４に照射させ
るようにすれば、効率的な加熱を行うことが可能となる
。

また、必要に応じて各レーザ装ＭＩＩＡ、Ｉｌ８の発振
周波数を異ならせることができ、ざらに上記シャッタ２
０を設けなくても、最初にレーザ製型１１Ａの発振を開
始し、基板２上に超伝導材料か僅かに堆積されてから他
方のレーザ装！ＩＩ８の発振を開始きせることができる
。

「発明の効果」 以上のように、本発明によれば、エキシマレーザの吸収
係数が大きくでも、基板上に堆積される８ａ−Ｙ−Ｃｕ
−０系超伝導材料を連続的に加熱してその結晶化を図る
ことができ、しかもエキシマレーザの吸収係数が大きい
ことから基板の加熱を抑制することができるので、５ｒ
Ｔｉ０３基板は勿論、安価なｃ−Ｓｉ基板、アルミナ基
板、或いは石英基板を用いても超伝導状態を得ることが
できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
本発明にかかる超伝導薄膜ａ、ｂ、ｃの抵抗温度依存牲
を示す線図、第３図は本発明の他の実施例を示す概略構
成図である。 第　　３　　図 ２・・・基板 ３・・・原料 １１、＋１Ａ、ＩＩＢ・・・パルスエキシマレーザ装置
＋　４−・・超伝導材料 １９・・・薄膜 Ｌｌ、Ｌ２・・・エキシマレーザ １Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｂａ−Ｙ−Ｃｕ−Ｏ系超伝導材料からなる原料を蒸発さ
   せて該超伝導材料を連続的に基板上に堆積させるととも
   に、該基板上に連続的に堆積される超伝導材料に、その
   連続的な堆積に伴って連続的にエキシマレーザを照射し
   て、上記基板上に超伝導薄膜を形成することを特徴とす
   る超伝導薄膜の製造方法。