JPH0255208A - 酸化物超電導薄膜の製造方法 - 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〕 この発明は酸化物超電導薄膜の製造方法に係り。

特に高温処理を経ないで良好なＡ！ｉ屯導特性の得られ
る超電導薄膜の製造方法に関する。

し従来の技術〕 １９８６年にＬａ　−Ｂａ　−Ｃｕ　−０糸の複合酸化
物が約３０にのＭｉ或導臨界温度（以下′ｖＣと略記す
る）をもつことが示されて以来、酸化物超電導体の研究
が盛んになり１９８７年初頭にはＴｃが液体窒素温度を
越えるに至った。このため安価で冷却能力の大きい液体
窒素を使用した超１！Ｌ導デバイスが実用化される可能
性がでてきた。液体窒素温度以上のＴｃをもつ物質とし
てはＬｎ　−Ｍ　−Ｃｕ　−０系複合識化物超電導体が
知られている。ここにＬｎはＬａ　、　Ｎｄ　。

Ｐｍ　、　Ｓｍ　、　Ｅｕ　、　Ｇｄ　、　Ｄｙ　、　
Ｈｏ　、　Ｂｒ　、　’ｌ”ｍ　、　ｙｂ　、　Ｌｕ　
、　Ｙのつちの少なくとも１種類１ＭはＢａ　、　Ｓｒ
　、　Ｃａ　Ｏ）　’ｒちの少なくとも１種類である。

また１９８８年には１００に以上のＴｃをもツＢｉ　−
８ｒ　−Ｃａ　−Ｃｕ−０糸複合酸化物ｅ　Ｔ−１３−
８ｒ　−Ｃａ　−Ｃｕ−０系複合酸化物モ％ａられるに
至りだ。これらの超電導材料はエネルギ関連の分野やエ
レクトロニクスの分野への応用が考えられる。超電導材
ＭＰエレクトロニクスデバイスに応用するには焼結体、
単結晶、薄膜などの形態が考えられるがこのうち薄膜に
ついては、真空蒸着、スパッタリング９分子縁、エピタ
キシ８レーザ蒸着などが検討されている。このうちスパ
ッタリングは大面積化が容易、量産性にも優れるので盛
んに研究されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらスパッタリングによって調製された膜はそ
のままでは超電導特性を示さないかあるいはＴＣが低く
、ＴＣを上げるために９００℃前後でアニールを行う必
要がある。このような高温アニールは半導体との複合化
を考える場合例えば超電導トランジスタやトランジスタ
の配線に超電導材料を使用すると云った場合、半導体を
損傷することとなるので致命的であり、アニールを必要
としないスパッタリング方法が要望される。

この発明は上述の点ｌこ鑑みてなされその目的はスパッ
タガスに改良を加えることにより従来法より低いアニー
ル温Ｉｆで超電導特性に優れる酸化物超′［株］導薄膜
を製造する方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的はこの発明によれば酸化物超電導物質をスパ
ッタし基板上ζこ薄膜を形成させる酸化物超電導薄膜の
製造方法において、純酸素ガスを用い゛Ｃ酸化物！６１
’を導物買をスパッタすることにより達成される。

〔作用〕

酸素でスパッタするとスパッタされた原子のエネルギは
小さくなるものと考えられ、従って得られた酸化物超電
導薄膜は格子歪や欠陥の少ない良好な結晶になると推足
される。また純酸素でスバ、りするとアルゴンが格子間
に侵入することがないので格子歪が少なくなる。

〔実施例〕

（実施例１） 次にこの発明の実施例を図面ｌこ基いて説明する。

（１００）面を有するチタン酸ストロンチウム（Ｓｒ’
ｌ’１０３）を基板とし高周波マグネトロンスパッタ装
置を用い、ｉ％１ｉｆこ示す条件でＹ−Ｈａ−Ｃｕ−０
糸複合酸化物の超電導薄膜を形成した。

Ｗｌ　　１　　表 ターゲットはＹ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、ＣｕＯを出発原料
とし。

Ｙ　：　Ｂａ　：　Ｃｕ　＝１　：　２　：　５　とな
るように秤搬、調合し、公知の方法で混合、仮焼、粉砕
、成形、焼成を行って作製した焼結体を用いた。スパッ
タガスは純酸素を用いた。スバ、り後、１気圧の酸素を
真空室に導入した後室温まで冷却した。得られた膜は光
沢のある黒い色をしており、表面は清らかである。膜厚
は約３００ＯＡであった。Ｘ＠回折により結晶構造を調
べたところ、完全にＣ軸配向した三重ヘロブスカイト構
造に対応するピークのみが現れた。Ｃ軸の長さは１１．
９Ａであつた。この膜に金属電極を蒸着し、四端子法に
より抵抗の温度変化をル１べたところ、第１図の曲線１
のようになり。

Ｔｃは約４０　Ｋであった。Ｃ軸の長さが焼結体で得ら
れている値１１．７Ａと比べやや長いことから、膜中の
２２が不足していることがＴｃが低い原因であると思わ
れる。

次に上記のようにして作製した膜をｒｉｌ素気流中で５
５０℃、２時間アニールした。スバ、りしたままの膜と
外観上は変化がないが、Ｘｉ回折によるとＣ軸の長さは
１１．６５Ａに縮んでおり、十分に酸素が供給されたも
のと考えられる。この膜の抵抗の温度変化を＠１図の曲
＃２に示す。Ｔｃが９１にと高くなり、常電導状態にお
ける抵抗の温度変化が金属的な振舞いをしており、良好
な特性の超電導薄膜が得られていることがわかる。液体
窒素温度７７にでの臨界電流密度（Ｊｃ）を測定したと
ころ１２０万Ａ／ｍという高い値が得られた。これは、
エレクトロニクスデバイスに応用するのに十分な値であ
る。

スパッタガスに純酸素を用いると、低温のアニールでも
高い臨界温度Ｔｃ、高い臨界電流密度Ｊｃの膜が得られ
る原因については完全に解明したわけではないが１次の
２つの理由が考えられる。

（１）アルゴン＃ｌ素混合ガスでスパッタした膜を分析
した結果、約１．５％のアルゴンが膜中に存在していた
。このアルゴンは格子間に存在し、結晶格子を歪ませ超
電導特性を劣化させていると考えられるが、アルゴンを
膜から追い出し、結晶性を良くするために９００℃以上
の高温アニールが必要になる。

純酸素でスバ、りした場合には不純物としてのアルゴン
の取り込みは皆無となるので、低温アニールで結晶性が
良くなる。

（２）酸素イオンはアルゴンイオンよりもスパッタ動車
が低いとされている。このため、スバ、りされたターゲ
ット原子のエネルギは純１１ｆｆｌＸでスパッタした場
合の方が小さくなる。その結果高エネルギ粒子の入射に
よる格子欠陥の生成の確率が小さくなり、低温アニール
でも結晶性を良くすることができる。

以上のように本発明によれば、５５０℃という低いアニ
ール温度で高いＴｃ、高いＪｃの超電導薄膜を作製でき
、エレクトロニクスデバイスへの応用性は大きい。また
純酸素を用いたスバ、りでは、スパッタ動車が悪く成膜
速度が小さくなるので量産等にはほとんど用いられない
が１本発明では酸素イオンのスバ、り効本の悪さを逆に
積極的に利用して低温プロセスを可能とした。成膜速度
が小さい欠点は他の長所で補って余りあるし、超電導薄
膜は通常３０００　Ａ程度の薄いものが用いられるので
、成膜速度が小さいことはほとんどデメリットにならな
い。

（比較例１） 次に比較のため、アルゴン酸素混合ガス（混合比１：ｌ
）をスパッタガスとして用いた場合の例を示す。スパッ
タ条件は、純酸素を用いた場合とほぼ同じであるが、酸
素分圧を同じにするためＩこスパッタガスの全圧は１０
　Ｐａとし、また成膜速度を同じにするため、スバ、り
電力は２５０Ｗとした。

スパッタした膜に対し上記と同じ５５０℃、２時間のア
ニールを行い、抵抗の温度変化を測定した結果を第２図
の曲線３に示す。常電導状態での抵抗の変化は金属的で
あり、超電導転移も鋭いが此葬Ｔｃは７５　Ｋと低い。

アニール温度を９３０℃と高くするとＷＪｚ図の曲線４
のようなＴｃ　９０　Ｋの薄膜が得られたが、異面がや
や荒れており、７７にでのＪｃは１２万Ａ／ｄであった
。

（実施例２） ＭｇＯ（１００）面を基板とし、実施例１とほぼ同様な
方法でＧｄ　−Ｂａ　−Ｃｕ　−０系複合酸化物の超電
導薄膜を作製した。この膜も’ｌｃ　８９　Ｋ　ｅ　Ｊ
ｃ　９０万Ａ／ｍの特性を示した。

〔発明の効果〕

この発明によれば酸化物超電導物質をスノ（ツタし基板
上に薄膜を形成させる酸化物超電導薄膜の製造方法に２
いて、純酸素ガスを用いて酸化物超１！導物質をスパッ
タするのでスノ（ツタされた原子のエネルギが小さくな
り格子歪や欠陥の少ない薄膜結晶が得られその結果従来
法よりも低いアニール温度で超電導特性に優れる酸化物
超電導薄膜を製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る超゛を導薄膜の温度と
電気抵抗との関係を示す線図、第２図は従来のＭｉ’ｌ
！４薄膜の温度と電気抵抗の関係を示す線烹　１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）酸化物超電導物質をスパッタし基板上に薄膜を形成
   させる酸化物超電導薄膜の製造方法において、純酸素ガ
   スを用いて酸化物超電導物質をスパッタすることを特徴
   とする酸化物超電導薄膜の製造方法。