JPH0238313A - 薄膜超電導体の製造方法 - Google Patents
薄膜超電導体の製造方法Info
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- JPH0238313A JPH0238313A JP63189044A JP18904488A JPH0238313A JP H0238313 A JPH0238313 A JP H0238313A JP 63189044 A JP63189044 A JP 63189044A JP 18904488 A JP18904488 A JP 18904488A JP H0238313 A JPH0238313 A JP H0238313A
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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
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (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、100に以上の高臨界温度が期待されるビス
マスを含む酸化物超電導体の薄膜の製造方法に関するも
のである。
マスを含む酸化物超電導体の薄膜の製造方法に関するも
のである。
従来の技術
高温超電導体として、人15型2元系化合物として窒化
ニオブ(NbN)やゲルマニウムニオブ(N1gGe)
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。
ニオブ(NbN)やゲルマニウムニオブ(N1gGe)
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 −Cu −0系の高温
超電導体が提案された( J 、Cr、 Bendor
z andK A Mullθr、ツァイト シュ
リフト フエアフ、イジーク(Zetshrift F
urphysik B ) −Condensed M
atter 64 、189−193(1986))。
温度が期待され、Ba −La −Cu −0系の高温
超電導体が提案された( J 、Cr、 Bendor
z andK A Mullθr、ツァイト シュ
リフト フエアフ、イジーク(Zetshrift F
urphysik B ) −Condensed M
atter 64 、189−193(1986))。
さらに、B1−3r−Ca−Cu−0系の材料が100
に以上の転移温度を示すことも発見された。
に以上の転移温度を示すことも発見された。
(H,Maada、Y、T&naka、M、Fukut
omi andT Asano、ジャパニーズ・ジャー
ナル・オブ・アプライドeフィジックス(Japane
se Journalof Applied Ph
ysics )Vol 、27.L 209L210(
1988)〕 この種の材料の超電導機構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元系化合物より、より有望な特性が
期待される。
omi andT Asano、ジャパニーズ・ジャー
ナル・オブ・アプライドeフィジックス(Japane
se Journalof Applied Ph
ysics )Vol 、27.L 209L210(
1988)〕 この種の材料の超電導機構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元系化合物より、より有望な特性が
期待される。
発明が解決しようとする課題
しかしながらBi −Sr −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しか
形成できないため、セラミックの粉末あるいはブロック
の形状でしか得られない。一方、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ている
が、従来の技術では、良好な超電導特性を有する薄膜作
製は難しいものであった。
材料は、現在の技術では主として焼結という過程でしか
形成できないため、セラミックの粉末あるいはブロック
の形状でしか得られない。一方、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ている
が、従来の技術では、良好な超電導特性を有する薄膜作
製は難しいものであった。
すなわち、B1−3r −Ca−Cu −0系には超電
導臨界温度の異なる幾つかの相が存在することが知られ
ているが、特に100に以上の臨界温度を持つ相を薄膜
の形態で達成するのは、非常に困難とされていた。
導臨界温度の異なる幾つかの相が存在することが知られ
ているが、特に100に以上の臨界温度を持つ相を薄膜
の形態で達成するのは、非常に困難とされていた。
課題を解決するだめの手段
本発明の薄膜超電導体の製造方法は、550℃から90
0℃の範囲に加熱した基体上に、少くともビスマスを含
む物質と、少くとも銅およびアルカリ土類を含む物質と
を、周期的に積層させて作製するというものである。
0℃の範囲に加熱した基体上に、少くともビスマスを含
む物質と、少くとも銅およびアルカリ土類を含む物質と
を、周期的に積層させて作製するというものである。
作用
異なる物質を周期的に積層させて新しい薄膜を作る方法
は金属薄膜、酸化物薄膜でいくつか試みられているが、
基体温度を高くすると層間拡散のため周期構造が消失し
てしまう事が常識であった。
は金属薄膜、酸化物薄膜でいくつか試みられているが、
基体温度を高くすると層間拡散のため周期構造が消失し
てしまう事が常識であった。
このだめ通常は周期構造を作る場合は基体の冷却を行な
うこともある。本発明者等はとのBiを含む酸化物超電
導体に対して、たとえば異なる2つのターゲットを用い
たスパッタリングにより基体温度と薄膜の結晶構造の関
係を詳細に調べだ。
うこともある。本発明者等はとのBiを含む酸化物超電
導体に対して、たとえば異なる2つのターゲットを用い
たスパッタリングにより基体温度と薄膜の結晶構造の関
係を詳細に調べだ。
このとき、100に以上の臨界温度が得られることが判
明し、まだ結晶性も良く再現性もすぐれていた。本発明
により良質で高性能な薄膜超電導体を再現性良く得るこ
とが可能となる。
明し、まだ結晶性も良く再現性もすぐれていた。本発明
により良質で高性能な薄膜超電導体を再現性良く得るこ
とが可能となる。
実施例
まず、本発明者等の検討例を先に述べる。
すなわち、B1ターゲットと3r2Ca、、Cu5 p
−ゲットをアルゴンと酸素混合ガス中で交互にスパッ
タリングし、種々の温度のMg0(100)基体上に周
期的に積層させた。第1図は得られた薄膜のX線回折パ
ターンである。基体温度が4o○℃以下の際は積層周期
構造に対応するピーク()が認められるが、4o○℃〜
650℃と高くすると周期構造が弱くなり、他の相(×
)の出現が認められる。ところがさらに温度を高くする
と、550℃〜900℃の範囲の基体温度では、意外に
も100に以上の臨界温度を持つ相(○)が作製し得る
ことを発見した。この場合、上記温度範囲でBiと5r
2Ca2Cu3のスパッタリングレートを適宜に調整す
ると、積層周期に対応して100に以上の相が出現する
ことが分かった。また積層を周期的ではなく同時に行な
った場合にはsoKの臨界温度を持つ相しか作製出来な
かった。基体温度が特に660℃〜860℃の場合には
100に以上の臨界温度の相の結晶性が非常に良好なも
のが作製し得ることも合わせて発見した。基体温度が9
00℃以上の際は薄膜が蒸発して堆積しなかった。65
0℃〜860℃で作製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860℃程度で熱処理を行う
とより確実に100に以上の臨界温度を示した。660
℃〜850℃で積層した薄膜は、特に再現性に優れてい
ることも定見した。
−ゲットをアルゴンと酸素混合ガス中で交互にスパッ
タリングし、種々の温度のMg0(100)基体上に周
期的に積層させた。第1図は得られた薄膜のX線回折パ
ターンである。基体温度が4o○℃以下の際は積層周期
構造に対応するピーク()が認められるが、4o○℃〜
650℃と高くすると周期構造が弱くなり、他の相(×
)の出現が認められる。ところがさらに温度を高くする
と、550℃〜900℃の範囲の基体温度では、意外に
も100に以上の臨界温度を持つ相(○)が作製し得る
ことを発見した。この場合、上記温度範囲でBiと5r
2Ca2Cu3のスパッタリングレートを適宜に調整す
ると、積層周期に対応して100に以上の相が出現する
ことが分かった。また積層を周期的ではなく同時に行な
った場合にはsoKの臨界温度を持つ相しか作製出来な
かった。基体温度が特に660℃〜860℃の場合には
100に以上の臨界温度の相の結晶性が非常に良好なも
のが作製し得ることも合わせて発見した。基体温度が9
00℃以上の際は薄膜が蒸発して堆積しなかった。65
0℃〜860℃で作製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860℃程度で熱処理を行う
とより確実に100に以上の臨界温度を示した。660
℃〜850℃で積層した薄膜は、特に再現性に優れてい
ることも定見した。
B1を含む物質と、Cuおよび[a族元素を含む物質と
を周期的に積層させる方法としては、いくつか考えられ
る。一般のMBE装置あるいは多元のEB蒸着装置で蒸
着源の前を開閉シャッターで制御したり、気相成長法で
作製する際にガスの種類を切り換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。しかしこの種の
非常に薄い層の積層には従来スパッタリング蒸着は不向
きとされていた。この理由は、成膜中のガス圧の高さに
起因する不純物の混入およびエネルギーの高い粒子によ
るダメージと考えられている。しかしながら本発明者等
は、このBi系酸化物超電導体に対してスパッタリング
により異なる薄い層の積層を行なったところ、意外にも
良好な積層膜の作製が可能なことを発見した。スパッタ
中の高い酸素ガス圧およびスパッタ放電が、Bi系の1
00に以上の臨界温度を持つ相の形成に都合が良いため
ではないかと考えられる。
を周期的に積層させる方法としては、いくつか考えられ
る。一般のMBE装置あるいは多元のEB蒸着装置で蒸
着源の前を開閉シャッターで制御したり、気相成長法で
作製する際にガスの種類を切り換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。しかしこの種の
非常に薄い層の積層には従来スパッタリング蒸着は不向
きとされていた。この理由は、成膜中のガス圧の高さに
起因する不純物の混入およびエネルギーの高い粒子によ
るダメージと考えられている。しかしながら本発明者等
は、このBi系酸化物超電導体に対してスパッタリング
により異なる薄い層の積層を行なったところ、意外にも
良好な積層膜の作製が可能なことを発見した。スパッタ
中の高い酸素ガス圧およびスパッタ放電が、Bi系の1
00に以上の臨界温度を持つ相の形成に都合が良いため
ではないかと考えられる。
スパッタ蒸着で異なる物質を積層させる方法としては、
組成分布を設けた1ケのスパッタリングターゲットの放
電位置を周期的に制御するという方法があるが、組成の
異なる複数個のターゲットのスパッタリングという方法
を用いると比較的簡単に達成することができる。この場
合、複数個のターゲットの各々のスパッタ量を周期的に
制御したり、あるいはターゲットの前にンヤノターを設
けて周期的に開閉したシして、周期的積層膜を作製する
ことができる。また基板を周期的運動させて各々のター
ゲットの上を移動させる方法でも作製が可能である。レ
ーザースパッタあるいはイオンビームスパッタを用いた
場合には、複数個のターゲットを周期運動させてビーム
の照射するターゲットを周期的に変えれば、周期的積層
膜が実現される。このように複数個のターゲットを用い
たスパッタリングにより比較的簡単にBl系酸化物の周
期的積層膜が作製可能となる。
組成分布を設けた1ケのスパッタリングターゲットの放
電位置を周期的に制御するという方法があるが、組成の
異なる複数個のターゲットのスパッタリングという方法
を用いると比較的簡単に達成することができる。この場
合、複数個のターゲットの各々のスパッタ量を周期的に
制御したり、あるいはターゲットの前にンヤノターを設
けて周期的に開閉したシして、周期的積層膜を作製する
ことができる。また基板を周期的運動させて各々のター
ゲットの上を移動させる方法でも作製が可能である。レ
ーザースパッタあるいはイオンビームスパッタを用いた
場合には、複数個のターゲットを周期運動させてビーム
の照射するターゲットを周期的に変えれば、周期的積層
膜が実現される。このように複数個のターゲットを用い
たスパッタリングにより比較的簡単にBl系酸化物の周
期的積層膜が作製可能となる。
以下本発明の内容をさらに深く理解されるだめに、具体
的な実施例をいくつか示す。
的な実施例をいくつか示す。
(実施例1)
Bi、 CaCu、 5r2Cu 2個の計4個のター
ゲットを用い、第2図に示すように配置させた。すなわ
ちMgO基体21に焦点を結ぶように各ターゲットが約
30°傾いて設置されている。ターゲットの前方には回
転するンヤソター22があり、その中に設けられたスリ
ット230回転により、B1→Sr 2 Cu −+
CaCu−+sr 2 Cu →Biのサイクルでスパ
ッタ蒸着が行なわれる。基体21をヒーター24で約γ
oo℃に加熱し、アルゴン・酸素(5:1)混合雰囲気
3Paのガス中で各ターゲットのスパッタリングを行な
った。各ターゲットのスパッタ電流を、Bi : 30
mA 、 5r2Cu : Son人、 CaCu :
250mAとし、シャッタの回転周期を10分間として
周期的積層を行なったところ、100に以上の臨界温度
を持つ相を作製することが出来だ。約10時間の蒸着に
より1000人程鹿の薄膜が作製され、組成ばBi :
Sr :Ca :Cu=2:2:2:3となっていた。
ゲットを用い、第2図に示すように配置させた。すなわ
ちMgO基体21に焦点を結ぶように各ターゲットが約
30°傾いて設置されている。ターゲットの前方には回
転するンヤソター22があり、その中に設けられたスリ
ット230回転により、B1→Sr 2 Cu −+
CaCu−+sr 2 Cu →Biのサイクルでスパ
ッタ蒸着が行なわれる。基体21をヒーター24で約γ
oo℃に加熱し、アルゴン・酸素(5:1)混合雰囲気
3Paのガス中で各ターゲットのスパッタリングを行な
った。各ターゲットのスパッタ電流を、Bi : 30
mA 、 5r2Cu : Son人、 CaCu :
250mAとし、シャッタの回転周期を10分間として
周期的積層を行なったところ、100に以上の臨界温度
を持つ相を作製することが出来だ。約10時間の蒸着に
より1000人程鹿の薄膜が作製され、組成ばBi :
Sr :Ca :Cu=2:2:2:3となっていた。
このままの状態でもこの薄膜は100に以上の超電導転
移を示したが、さらに酸素中で855℃、1時間の熱処
理を行なうと非常に再現性良(100に以上の臨界温度
を達成することができだ。Bl系物質の100に以上の
臨界温度を持つ相の結晶構造はまだよく解かっていない
が、金属元素がBi −8r −Cu −Ca −Cu
−Cl −Cu −5r−Biの順序で並んだ酸化物
の層から成り立っているとも言われており、本発明の製
造方法がこの構造を作るのに非常に役立っているのでは
ないかと考えられる。
移を示したが、さらに酸素中で855℃、1時間の熱処
理を行なうと非常に再現性良(100に以上の臨界温度
を達成することができだ。Bl系物質の100に以上の
臨界温度を持つ相の結晶構造はまだよく解かっていない
が、金属元素がBi −8r −Cu −Ca −Cu
−Cl −Cu −5r−Biの順序で並んだ酸化物
の層から成り立っているとも言われており、本発明の製
造方法がこの構造を作るのに非常に役立っているのでは
ないかと考えられる。
(実施例2)
Bi 、 Sr 2個、Ca2個、Cu3個計日計8タ
ーゲットを第3図に示すように真空容器31の内側周辺
に配置した。MgO基体21およびヒーター24は容器
の中心32の回りを回転できる機構となっている。この
ように基体を回転させつつスパッタ蒸着を行なうと、B
i −Sr −Cu −Ca −Cu −CaCu −
Sr −B工の順序で積層構造が作製される。ア/l/
コy・酸素(s :1)s Paのガス中でスパッタ
リングを行ない、各ターゲットの蒸発量を適宜に設定し
たところ、基板温度650℃〜850℃で再現性良(1
00に以上の臨界温度を持つ相が作製できた。この方法
は基体の数を円周上で増やすことができ、大量の薄膜超
電導体の炸裂に非常に有効であると考えられる。
ーゲットを第3図に示すように真空容器31の内側周辺
に配置した。MgO基体21およびヒーター24は容器
の中心32の回りを回転できる機構となっている。この
ように基体を回転させつつスパッタ蒸着を行なうと、B
i −Sr −Cu −Ca −Cu −CaCu −
Sr −B工の順序で積層構造が作製される。ア/l/
コy・酸素(s :1)s Paのガス中でスパッタ
リングを行ない、各ターゲットの蒸発量を適宜に設定し
たところ、基板温度650℃〜850℃で再現性良(1
00に以上の臨界温度を持つ相が作製できた。この方法
は基体の数を円周上で増やすことができ、大量の薄膜超
電導体の炸裂に非常に有効であると考えられる。
発明の効果
以上のように本発明の薄膜超電導体の製造方法は、10
0に以上の超電導臨界温度を持つBl系酸化物超電導薄
膜の再現性の良い作製方法を提供するものであり、本発
明の工業的価値は高い。
0に以上の超電導臨界温度を持つBl系酸化物超電導薄
膜の再現性の良い作製方法を提供するものであり、本発
明の工業的価値は高い。
第1図は本発明の基の発見となった基体温度と薄膜のX
線回折パターンの関係を示す図、第2図。 第3図は本発明の実施例における薄膜の製造の概略図で
ある。 21・・・・・・MgO基体、22・・・・・・シャッ
ター、23・・・・・・スリット、24・・・・・・ヒ
ーター。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1名図 ′52zf Nt凰俸 (度) 2/ −−−1’Q(片基体 22−−ヒーグ−
線回折パターンの関係を示す図、第2図。 第3図は本発明の実施例における薄膜の製造の概略図で
ある。 21・・・・・・MgO基体、22・・・・・・シャッ
ター、23・・・・・・スリット、24・・・・・・ヒ
ーター。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1名図 ′52zf Nt凰俸 (度) 2/ −−−1’Q(片基体 22−−ヒーグ−
Claims (4)
- (1)550℃から900℃の範囲に加熱した基体上に
、少くともビスマスを含む物質と、少くとも銅およびア
ルカリ土類(IIa族)を含む物質とを、周期的に積層さ
せて得ることを特徴とする薄膜超電導体の製造方法。 ここでアルカリ土類は、IIa族元素のうちのすくなくと
も一種あるいは二種以上の元素を示す。 - (2)650℃から850℃の範囲に加熱した基体上に
積層させて得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の製造方法。 - (3)積層物質の蒸発をスパッタリングで行なうことを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜超電導体の
製造方法。 - (4)積層物質の蒸発を、少くとも2種以上の組成の複
数個のターゲットのスパッタリングで行なうことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜超電導体の製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63189044A JPH07102974B2 (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63189044A JPH07102974B2 (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0238313A true JPH0238313A (ja) | 1990-02-07 |
JPH07102974B2 JPH07102974B2 (ja) | 1995-11-08 |
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ID=16234352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP63189044A Expired - Fee Related JPH07102974B2 (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | 薄膜超電導体の製造方法 |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH07102974B2 (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63169375A (ja) * | 1986-12-29 | 1988-07-13 | Toyobo Co Ltd | スパツタリング方法 |
JPH01246141A (ja) * | 1988-03-26 | 1989-10-02 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 酸化物超電導体薄膜の製造方法 |
JPH01249606A (ja) * | 1988-03-30 | 1989-10-04 | Hitachi Ltd | 超電導薄膜作製法 |
JPH01275434A (ja) * | 1988-04-26 | 1989-11-06 | Natl Res Inst For Metals | 酸化物高温超電導膜の製造法 |
-
1988
- 1988-07-28 JP JP63189044A patent/JPH07102974B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63169375A (ja) * | 1986-12-29 | 1988-07-13 | Toyobo Co Ltd | スパツタリング方法 |
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JPH01249606A (ja) * | 1988-03-30 | 1989-10-04 | Hitachi Ltd | 超電導薄膜作製法 |
JPH01275434A (ja) * | 1988-04-26 | 1989-11-06 | Natl Res Inst For Metals | 酸化物高温超電導膜の製造法 |
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Publication number | Publication date |
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JPH07102974B2 (ja) | 1995-11-08 |
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