JPH02248317A - 超伝導体薄膜の製造方法 - Google Patents
超伝導体薄膜の製造方法Info
- Publication number
- JPH02248317A JPH02248317A JP1068702A JP6870289A JPH02248317A JP H02248317 A JPH02248317 A JP H02248317A JP 1068702 A JP1068702 A JP 1068702A JP 6870289 A JP6870289 A JP 6870289A JP H02248317 A JPH02248317 A JP H02248317A
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- Japan
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- thin film
- temperature
- substrate
- superconductor
- buffer layer
- Prior art date
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- 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
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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］
本発明は物理的蒸着法、例えばスパッタリングを用いて
イツトリウム系超伝導体く以下ＹＢＣＯ系超伝導体）薄
膜を薄膜用の基板上に形成する超伝導体薄膜の製造方法
に関する。
イツトリウム系超伝導体く以下ＹＢＣＯ系超伝導体）薄
膜を薄膜用の基板上に形成する超伝導体薄膜の製造方法
に関する。
［従来の技術］
従来のこの種のＹＢＣＯ系超伝導体薄膜の製造方法にあ
っては、薄膜用の基板、例えばシリコン基板上に、ター
ゲツト材としてＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７を用いて一定温度、
例えば７００℃にその基板を保持してスパッタリングを
行うことにより、ＹＢＣＯ系の超伝導体薄膜（ＹＢ ａ
２Ｃｕ３０７−ｘ）を形成していた。第２図はこのスパ
ッタリングにおける基板温度と時間との関係を示してい
る。この場合の超伝導体薄膜の厚さは約１μｍである。
っては、薄膜用の基板、例えばシリコン基板上に、ター
ゲツト材としてＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７を用いて一定温度、
例えば７００℃にその基板を保持してスパッタリングを
行うことにより、ＹＢＣＯ系の超伝導体薄膜（ＹＢ ａ
２Ｃｕ３０７−ｘ）を形成していた。第２図はこのスパ
ッタリングにおける基板温度と時間との関係を示してい
る。この場合の超伝導体薄膜の厚さは約１μｍである。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、このような従来の超伝導体薄膜の製造方
法にあっては、超伝導体を組成する物質をターゲットと
して一定温度（ａｓ−ｓｐｕｔｔｅ ｒ ｅ ｄ状態で
結晶化する温度）でスパッタリングしていた結果、基板
上に超伝導体薄膜が直接被着される。この場合、超伝導
体薄膜の熱膨張係数が薄膜用基板のそれとは、例えばＹ
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの熱膨張係数は１６．９Ｘ１０−
６ シリコン基板は２．４Ｘ１０−６であるように、
大きく異なっていた。このため、その熱膨張係数の差に
より発生した熱応力が該超伝導体薄膜にクラックを生じ
させ、さらには薄膜の剥離が生じるという問題があった
。
法にあっては、超伝導体を組成する物質をターゲットと
して一定温度（ａｓ−ｓｐｕｔｔｅ ｒ ｅ ｄ状態で
結晶化する温度）でスパッタリングしていた結果、基板
上に超伝導体薄膜が直接被着される。この場合、超伝導
体薄膜の熱膨張係数が薄膜用基板のそれとは、例えばＹ
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの熱膨張係数は１６．９Ｘ１０−
６ シリコン基板は２．４Ｘ１０−６であるように、
大きく異なっていた。このため、その熱膨張係数の差に
より発生した熱応力が該超伝導体薄膜にクラックを生じ
させ、さらには薄膜の剥離が生じるという問題があった
。
なお、他の薄膜用基板の熱膨張係数としては、硬質ガラ
スが４．０Ｘ１０＝、研磨パイレックスが３．３Ｘ１０
−’、研磨溶融石英が０．５Ｘ１０−６ グレーズドア
ルミナが０．０７Ｘ１０−８等である。
スが４．０Ｘ１０＝、研磨パイレックスが３．３Ｘ１０
−’、研磨溶融石英が０．５Ｘ１０−６ グレーズドア
ルミナが０．０７Ｘ１０−８等である。
そこで、本発明は、基板と薄膜との界面部にアモルファ
ス等からなるバッファ層を形成、介在させ、その結晶粒
界の隙間によって上記熱応力によるひずみを吸収させ、
薄膜の基板からの剥離が生じない超伝導体薄膜の製造方
法を提供することをその目的としている。
ス等からなるバッファ層を形成、介在させ、その結晶粒
界の隙間によって上記熱応力によるひずみを吸収させ、
薄膜の基板からの剥離が生じない超伝導体薄膜の製造方
法を提供することをその目的としている。
［課題を解決するための手段］
本発明は、薄膜用の基板を第１の温度に保持する工程と
、該第１の温度においてこの基板上に物理的蒸着法によ
ってイツトリウム系超伝導体の組成物質からなるバッフ
ァ層を形成する工程と、該基板を上記第１の温度よりも
高い第２の温度に上昇させて保持する工程と、該第２の
温度においてバッファ層上に物理的蒸着法によってイツ
トリウム系の超伝導体の薄膜を形成する工程と、を備え
た超伝導体薄膜の製造方法にあって、上記第１の温度は
上記超伝導体薄膜のＣ軸が基板に対して垂直に配向して
成長を開始する配向開始温度以下に設定するとともに、
上記第２の温度はこの配向成長温度を超える温度である
超伝導体薄膜の製造方法である。なお、第２の温度は結
晶化最適温度（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄで超伝導性を
示す温度）とした場合には、薄膜被着後の熱処理、例え
ばアニールは省略することができる。
、該第１の温度においてこの基板上に物理的蒸着法によ
ってイツトリウム系超伝導体の組成物質からなるバッフ
ァ層を形成する工程と、該基板を上記第１の温度よりも
高い第２の温度に上昇させて保持する工程と、該第２の
温度においてバッファ層上に物理的蒸着法によってイツ
トリウム系の超伝導体の薄膜を形成する工程と、を備え
た超伝導体薄膜の製造方法にあって、上記第１の温度は
上記超伝導体薄膜のＣ軸が基板に対して垂直に配向して
成長を開始する配向開始温度以下に設定するとともに、
上記第２の温度はこの配向成長温度を超える温度である
超伝導体薄膜の製造方法である。なお、第２の温度は結
晶化最適温度（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄで超伝導性を
示す温度）とした場合には、薄膜被着後の熱処理、例え
ばアニールは省略することができる。
［作用］
本発明に係る超伝導体薄膜の製造方法は、まず薄膜用の
基板を、超伝導体薄膜のＣ軸が基板に対して垂直に配向
して成長を開始する配向開始温度以下に設定した第１の
温度に保持する。
基板を、超伝導体薄膜のＣ軸が基板に対して垂直に配向
して成長を開始する配向開始温度以下に設定した第１の
温度に保持する。
次に、この第１の温度においてこの基板上に物理的蒸着
法、例えばスパッタリングによってイツトリウム系超伝
導体の組成物質からなるバッファ層を形成する。この場
合のバッファ層は、例えば超伝導体の結晶構造を示して
おらず、該組成物質からなるアモルファス、多結晶構造
を、または、それらの混晶によって構成されている。
法、例えばスパッタリングによってイツトリウム系超伝
導体の組成物質からなるバッファ層を形成する。この場
合のバッファ層は、例えば超伝導体の結晶構造を示して
おらず、該組成物質からなるアモルファス、多結晶構造
を、または、それらの混晶によって構成されている。
その後、該基板を上記配向開始温度を超えた第２の温度
に上昇させて保持する。
に上昇させて保持する。
そして、この第２の温度において上記バッファ層上に物
理的蒸着法（スパッタリング）によってイツトリウム系
の超伝導体の組成物質層を被着する。この場合、第２の
温度として結晶化最適温度にてスパッタリングすると、
その後のアニールは不必要であるが、結晶化最適温度未
満で被着すると、その後該超伝導体の組成物質層を熱処
理して超伝導体薄膜を基板上に形成することが必要であ
る。すなわち、配向開始温度を超えた第２の温度にあっ
て処理するため、超伝導体の組成物質層は、その超伝導
体薄膜を構成する結晶のＣ軸が基板に対して垂直に配向
して成長を開始し結晶化する結果、超伝導体薄膜は良好
な超伝導特性を示すこととなる。なお、この場合にあっ
て上記バッファ層は（十分に）配向結晶化しないもので
ある。
理的蒸着法（スパッタリング）によってイツトリウム系
の超伝導体の組成物質層を被着する。この場合、第２の
温度として結晶化最適温度にてスパッタリングすると、
その後のアニールは不必要であるが、結晶化最適温度未
満で被着すると、その後該超伝導体の組成物質層を熱処
理して超伝導体薄膜を基板上に形成することが必要であ
る。すなわち、配向開始温度を超えた第２の温度にあっ
て処理するため、超伝導体の組成物質層は、その超伝導
体薄膜を構成する結晶のＣ軸が基板に対して垂直に配向
して成長を開始し結晶化する結果、超伝導体薄膜は良好
な超伝導特性を示すこととなる。なお、この場合にあっ
て上記バッファ層は（十分に）配向結晶化しないもので
ある。
［発明の効果］
以上説明してきたように、本発明に係る超伝導体薄膜の
製造方法にあっては、基板と薄膜との界面部にアモルフ
ァス等からなるバッファ層を形成、介在させることがで
き、その結晶粒界の隙間によって上述した基板と薄膜と
の熱膨張係数差により生じる熱応力によるひずみを吸収
させ、薄膜の基板からの剥離が生じない良好な超伝導体
薄膜を得ることができる。
製造方法にあっては、基板と薄膜との界面部にアモルフ
ァス等からなるバッファ層を形成、介在させることがで
き、その結晶粒界の隙間によって上述した基板と薄膜と
の熱膨張係数差により生じる熱応力によるひずみを吸収
させ、薄膜の基板からの剥離が生じない良好な超伝導体
薄膜を得ることができる。
［実施例］
以下、本発明に係る実施例について説明する。
第１図は本発明に係る超伝導体薄膜の製造方法における
スパッタリングの時間と基板温度との関係を示すグラフ
である。このグラフ中Ｔ１は配向開始温度よりも低い第
１の温度、ｔｌは０℃からこのＴＩに到達するまでの昇
温時間、ｔ２はＴＩにおけるスパッタリング時間、ｔ３
はＴＩからＴ２への昇温時間、Ｔ２は配向開始温度より
も高い第２の温度、ｔ４はＴ２におけるスパッタリング
の時間、ｔ５は温度Ｔ２から０℃までに降下する降下時
間をそれぞれ示している。この第２の温度はａｓ−ｄｅ
ｐｏｓｉｔｅｄの状態で結晶化しており、超伝導性を示
す温度（Ｔ２＝Ｔｃｒｙ：結晶化最適温度、例えば７０
０℃）としてもよい。
スパッタリングの時間と基板温度との関係を示すグラフ
である。このグラフ中Ｔ１は配向開始温度よりも低い第
１の温度、ｔｌは０℃からこのＴＩに到達するまでの昇
温時間、ｔ２はＴＩにおけるスパッタリング時間、ｔ３
はＴＩからＴ２への昇温時間、Ｔ２は配向開始温度より
も高い第２の温度、ｔ４はＴ２におけるスパッタリング
の時間、ｔ５は温度Ｔ２から０℃までに降下する降下時
間をそれぞれ示している。この第２の温度はａｓ−ｄｅ
ｐｏｓｉｔｅｄの状態で結晶化しており、超伝導性を示
す温度（Ｔ２＝Ｔｃｒｙ：結晶化最適温度、例えば７０
０℃）としてもよい。
第」ＪＣｉ例
この実施例では、スパッタリングの条件として、高周波
スパッタリング（４００Ｗ）、放電気体は、アルゴン（
Ａｒ）：酸素（０２）＝１：１とし、真空容器内の圧力
は１ｍＴｏｒｒ、とする。また、ターゲツト材としては
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７を、基板はシリコン基板を用いてい
る。
スパッタリング（４００Ｗ）、放電気体は、アルゴン（
Ａｒ）：酸素（０２）＝１：１とし、真空容器内の圧力
は１ｍＴｏｒｒ、とする。また、ターゲツト材としては
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７を、基板はシリコン基板を用いてい
る。
（以下、余白）
表１−１
表１−２（表１−１の続き）
したがって、 （００１）結晶配向性開始温度は上記条
件では約４００℃と考えられる。
件では約４００℃と考えられる。
第ｙＪｕ阪例
この実施例では、スパッタリングの条件として、マグネ
トロンスパッタリング（５００Ｗ）、放電気体はＡｒ：
０２＝２： １とし、真空容器内の圧力は１ｍＴｏｒ
ｒ、とする。ターゲツト材はＹＢａ２ＣＬ１３０７、基
板はシリコン基板を用いている。
トロンスパッタリング（５００Ｗ）、放電気体はＡｒ：
０２＝２： １とし、真空容器内の圧力は１ｍＴｏｒ
ｒ、とする。ターゲツト材はＹＢａ２ＣＬ１３０７、基
板はシリコン基板を用いている。
表２−１
表２−２
（表２−１の続き）
したがって、 （００１）結晶配向−性成長温度は上記
条件では約３５０℃と考えられる。
条件では約３５０℃と考えられる。
これは、マグネトロンスパッタリングではアルゴンイオ
ンによるボンバードメントで運動エネルギが供給されて
いるからと考えられるからである。
ンによるボンバードメントで運動エネルギが供給されて
いるからと考えられるからである。
第１図は本発明の超伝導体薄膜の製造方法の実施例に係
るスパッタリングの時間と温度との関係を示すグラフ、 第２図は従来の超伝導体薄膜の製造方法におけるスパッ
タリングの時間と温度との関係を示すグラフである。 特許出願人 三菱金属株式会社 代理人 弁理士 桑井 清−（外１名）第１ 図 第２図
るスパッタリングの時間と温度との関係を示すグラフ、 第２図は従来の超伝導体薄膜の製造方法におけるスパッ
タリングの時間と温度との関係を示すグラフである。 特許出願人 三菱金属株式会社 代理人 弁理士 桑井 清−（外１名）第１ 図 第２図
Claims (1)
- （１）薄膜用の基板を第１の温度に保持する工程と、 該第１の温度においてこの基板上に物理的蒸着法によっ
てイットリウム系超伝導体の組成物質からなるバッファ
層を形成する工程と、 該基板を上記第１の温度よりも高い第２の温度に上昇さ
せて保持する工程と、 該第２の温度において上記バッファ層上に物理的蒸着法
によってイットリウム系超伝導体の薄膜を形成する工程
と、を備えた超伝導体薄膜の製造方法にあって、 上記第１の温度は上記超伝導体薄膜のｃ軸が基板に対し
て垂直に配向して成長を開始する配向開始温度以下に設
定するとともに、上記第２の温度はこの配向成長温度を
超える温度であることを特徴とする超伝導体薄膜の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1068702A JPH02248317A (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 超伝導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1068702A JPH02248317A (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 超伝導体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02248317A true JPH02248317A (ja) | 1990-10-04 |
Family
ID=13381364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1068702A Pending JPH02248317A (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 超伝導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02248317A (ja) |
-
1989
- 1989-03-20 JP JP1068702A patent/JPH02248317A/ja active Pending
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