JPH0280306A - 高温超電導結晶性薄膜の製造法 - Google Patents
高温超電導結晶性薄膜の製造法Info
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-
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- 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、有機金属化学的気相成長による酸化物高温超
電導結晶性薄膜の製造法に関する。
電導結晶性薄膜の製造法に関する。
(従来技術及びその問題点)
Y−Ba−Cu−0系に代表される稀土類元素−アルカ
リ土類元素−Cu酸化物系高温超電導セラミックス、B
1−Ca−3r−Cu−0系に代表されるBi−アル
カリ土類元素−Cu酸化物からなる高温超電導セラミン
クスは、交通機関、重電機器、コンピューター、医療機
器の多方面への応用が期待されている。
リ土類元素−Cu酸化物系高温超電導セラミックス、B
1−Ca−3r−Cu−0系に代表されるBi−アル
カリ土類元素−Cu酸化物からなる高温超電導セラミン
クスは、交通機関、重電機器、コンピューター、医療機
器の多方面への応用が期待されている。
これらの酸化物系高温超電導セラミックスは、液体窒素
のような安価な冷媒で冷却することによっても超電導状
態になるため、液体ヘリウム中でしか超電導状態を示さ
ないNb−Ti系超電導合金などの代わりに、超電導マ
グネットなどに使えれば、経済的に大きなメリットがあ
る。
のような安価な冷媒で冷却することによっても超電導状
態になるため、液体ヘリウム中でしか超電導状態を示さ
ないNb−Ti系超電導合金などの代わりに、超電導マ
グネットなどに使えれば、経済的に大きなメリットがあ
る。
酸化物系高温超電導体を電子デバイスに応用する場合に
おいて、基板上に超電導結晶性薄膜を、あるいは絶縁薄
膜と超電導結晶性薄膜の多層膜を形成する必要がある。
おいて、基板上に超電導結晶性薄膜を、あるいは絶縁薄
膜と超電導結晶性薄膜の多層膜を形成する必要がある。
従来、結晶性薄膜の形成法としては種々の方法が知られ
ているが、有機金属の蒸気をガス同伴により反応管に送
り基板上で熱分解させ薄膜を形成させる、いわゆる有機
金属化学的気相成長法(Metal Organic
Chemical Vapor Deposition
;MOCVD法)が薄膜形成速度の制御が容易であり、
また常圧近辺で製造することができ量産し易い等の理由
から一般によく用いられる。前記MOCVD法において
、昇華性有機金属錯体の有機部分(配位子)としてアセ
チルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトン、ジピ
バロイルメタン、あるいはシクロペンタジェンが知られ
ている。しかし、前記配位子を用いる場合、合成、単離
が困難であったり、あるいは分解等により有機金属錯体
自体の蒸気圧を有しなかったり、蒸気圧が低く薄膜形成
速度が小さいといった問題点があった。
ているが、有機金属の蒸気をガス同伴により反応管に送
り基板上で熱分解させ薄膜を形成させる、いわゆる有機
金属化学的気相成長法(Metal Organic
Chemical Vapor Deposition
;MOCVD法)が薄膜形成速度の制御が容易であり、
また常圧近辺で製造することができ量産し易い等の理由
から一般によく用いられる。前記MOCVD法において
、昇華性有機金属錯体の有機部分(配位子)としてアセ
チルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトン、ジピ
バロイルメタン、あるいはシクロペンタジェンが知られ
ている。しかし、前記配位子を用いる場合、合成、単離
が困難であったり、あるいは分解等により有機金属錯体
自体の蒸気圧を有しなかったり、蒸気圧が低く薄膜形成
速度が小さいといった問題点があった。
また、特性の優れた酸化物高温超電導結晶性薄膜を製造
するため有機金属錯体が反応、分解等で薄膜を形成する
基板の温度を高くすると、基板上に異種の超電導結晶性
薄膜、あるいは絶縁薄膜と超電導結晶性薄膜の多層膜を
形成する場合、既に形成された超電導結晶性薄膜あるい
は絶縁薄膜の影響を受けて、超電導結晶性薄膜への不純
物の拡散がおこり、形成された多層膜の特性が損なわれ
る問題点もあった。
するため有機金属錯体が反応、分解等で薄膜を形成する
基板の温度を高くすると、基板上に異種の超電導結晶性
薄膜、あるいは絶縁薄膜と超電導結晶性薄膜の多層膜を
形成する場合、既に形成された超電導結晶性薄膜あるい
は絶縁薄膜の影響を受けて、超電導結晶性薄膜への不純
物の拡散がおこり、形成された多層膜の特性が損なわれ
る問題点もあった。
(問題点解決のための技術的手段)
本発明者等は、上記問題点について鋭意研究した結果、
本発明に至った。
本発明に至った。
本発明は、有機金属化学的気相成長法によって酸化物高
温超電導結晶性薄膜を製造する際に、原料化合物として
下記の一般式、 H3 R−C−’CH2−C−C−CH3(1)〔式中、Rは
炭素数1〜4のフッ素化低級アルキル基を示す〕で表せ
る有機化合物と金属との錯体を用いて、波長150〜6
00 nmの光を照射することを特徴とする酸化物高温
超電導結晶性薄膜の製造法に関する。
温超電導結晶性薄膜を製造する際に、原料化合物として
下記の一般式、 H3 R−C−’CH2−C−C−CH3(1)〔式中、Rは
炭素数1〜4のフッ素化低級アルキル基を示す〕で表せ
る有機化合物と金属との錯体を用いて、波長150〜6
00 nmの光を照射することを特徴とする酸化物高温
超電導結晶性薄膜の製造法に関する。
本発明のMOCVD法で製造される酸化物高温超電導結
晶性薄膜としては、Bi−アルカリ土類元素−Cu酸化
物系超電導セラミックス、あるいは稀土類元素−アルカ
リ土類元素−Cu酸化物系超電導セラミックス等からな
る結晶性薄膜が挙げられる。
晶性薄膜としては、Bi−アルカリ土類元素−Cu酸化
物系超電導セラミックス、あるいは稀土類元素−アルカ
リ土類元素−Cu酸化物系超電導セラミックス等からな
る結晶性薄膜が挙げられる。
Bi−アルカリ土類元素−Cu酸酸化物系高温超電導セ
ラミックス、次の一般式、B 1IAXcu。
ラミックス、次の一般式、B 1IAXcu。
02で表される。式中AはMg、Ca、Ba及びSrか
ら選択される少なくとも一種類のアルカリ土類元素を示
している。上記式において、1<x〈4.1 <y<4
.3.5<z<9.5の範囲のものが特に好ましい。
ら選択される少なくとも一種類のアルカリ土類元素を示
している。上記式において、1<x〈4.1 <y<4
.3.5<z<9.5の範囲のものが特に好ましい。
稀土類元素−アルカリ土類元素−Cu酸化物系超電導セ
ラミックスは、次の一般式、R,A、Cu。
ラミックスは、次の一般式、R,A、Cu。
0□で表される。式中RはY、La、Nd、Sm、Eu
、Gd、Dy、Ho、Tm、、Tb、、Lu及びE「か
ら選択される少な(とも−Nun 類の稀土類元素、A
はBa及びSrから選択される少なくとも一種類のアル
カリ土類元素を示している。上記式%式% 6.5<z<7の範囲が好ましい。
、Gd、Dy、Ho、Tm、、Tb、、Lu及びE「か
ら選択される少な(とも−Nun 類の稀土類元素、A
はBa及びSrから選択される少なくとも一種類のアル
カリ土類元素を示している。上記式%式% 6.5<z<7の範囲が好ましい。
本発明において使用する原料のf機金属錯体の製造法と
しては通常の金属錯体の製造法の技術を採用することが
でき、例えば所望の高温超電導単結晶の成分である金属
(例えばB15Cu、Ca。
しては通常の金属錯体の製造法の技術を採用することが
でき、例えば所望の高温超電導単結晶の成分である金属
(例えばB15Cu、Ca。
Ba、Sr、Y等の稀土類元素)の水酸化物、金属塩等
の金属化合物と式〔1〕で表される有機化合物との水溶
液から、pHIH整により得られる粗結晶をエタノール
−水から再結晶し、さらに乾燥させることにより容易に
得ることができる。
の金属化合物と式〔1〕で表される有機化合物との水溶
液から、pHIH整により得られる粗結晶をエタノール
−水から再結晶し、さらに乾燥させることにより容易に
得ることができる。
式〔1〕中のRとしてはトリフルオロメチル基、ペンタ
フルオロエチル基(以下、PPMと略記する。)、ヘプ
タフルオロプロピル基等の炭素数1〜4のフッ素化低級
アルキル基を挙げることができる。
フルオロエチル基(以下、PPMと略記する。)、ヘプ
タフルオロプロピル基等の炭素数1〜4のフッ素化低級
アルキル基を挙げることができる。
本発明のlCVD法による酸化物高温超電導結晶性薄膜
の製造は、原料の有機金属錯体が、充填された供給用容
器にキャリアーガスを導入し、有機金属錯体をガスと同
伴させて反応管に供給し、一方、結晶性薄膜形成用の加
熱された基板へ、同時に波長150〜600 nmの光
を照射し、基板付近に設けられたノズルから酸素を供給
し、反応管内の有機金属錯体を光、酸化熱分解させるこ
とにより行うことができる。
の製造は、原料の有機金属錯体が、充填された供給用容
器にキャリアーガスを導入し、有機金属錯体をガスと同
伴させて反応管に供給し、一方、結晶性薄膜形成用の加
熱された基板へ、同時に波長150〜600 nmの光
を照射し、基板付近に設けられたノズルから酸素を供給
し、反応管内の有機金属錯体を光、酸化熱分解させるこ
とにより行うことができる。
以下に本発明による酸化物高温超電導結晶性薄膜の製造
法について詳述する。
法について詳述する。
各原料が充填された供給用容器の温度制御は有機金属錯
体の種類等により異なるが、原料の有機金属錯体の蒸気
圧が比較的低いことから実用的には30〜250°Cの
温度にコントロールされる。
体の種類等により異なるが、原料の有機金属錯体の蒸気
圧が比較的低いことから実用的には30〜250°Cの
温度にコントロールされる。
キャリアーガスとしては不活性ガス、例えばアルゴン、
窒素等が挙げられ、そのガス流量としては原料の種類に
よって適宜界なるが、通常1〜1000 mfl /
min、が選択される。供給用容器と反応管までの配管
は有機金属錯体の凝縮等の問題を避けるため、分解する
温度より低い温度で保温することが好ましい。好ましい
温度範囲は100〜250°Cである。
窒素等が挙げられ、そのガス流量としては原料の種類に
よって適宜界なるが、通常1〜1000 mfl /
min、が選択される。供給用容器と反応管までの配管
は有機金属錯体の凝縮等の問題を避けるため、分解する
温度より低い温度で保温することが好ましい。好ましい
温度範囲は100〜250°Cである。
反応管内に設けられた基板としては、MgO1SrTi
Ch、シリコン単結晶等を用いることができる。基板は
ヒーター付の、例えば石英製の基板加熱ホルダーに固定
し、300〜700°Cの範囲に保持する。さらに、基
板面を原料ガス導入口に対して3〜50度傾けることが
好ましい。反応管内壁の温度は前記と同様の理由で凝縮
、分解を防ぐため、100〜250 ’Cの範囲の温度
に保温されることが好ましい。反応管はリボンヒーター
電気炉、恒温槽等を用いて加熱することができる。
Ch、シリコン単結晶等を用いることができる。基板は
ヒーター付の、例えば石英製の基板加熱ホルダーに固定
し、300〜700°Cの範囲に保持する。さらに、基
板面を原料ガス導入口に対して3〜50度傾けることが
好ましい。反応管内壁の温度は前記と同様の理由で凝縮
、分解を防ぐため、100〜250 ’Cの範囲の温度
に保温されることが好ましい。反応管はリボンヒーター
電気炉、恒温槽等を用いて加熱することができる。
基板付近に設けられたノズルからの酸素あるいは酸素と
不活性ガスとの混合ガスを基板上に供給する速度は、1
mff1膜min、〜10 e /min、が選択さ
れる。反応管に供給される有機金属錯体のキャリヤーガ
スおよび酸素と不活性ガスとの混合ガスの全流量は、0
.1〜101膜min、、反応圧力は1〜1000 t
orrの範囲に調節して薄膜形成させることが好ましい
。
不活性ガスとの混合ガスを基板上に供給する速度は、1
mff1膜min、〜10 e /min、が選択さ
れる。反応管に供給される有機金属錯体のキャリヤーガ
スおよび酸素と不活性ガスとの混合ガスの全流量は、0
.1〜101膜min、、反応圧力は1〜1000 t
orrの範囲に調節して薄膜形成させることが好ましい
。
反応管の外側からは基板上に波長150〜60Onmの
光を照射する。光を照射することによって基板上での原
料有機金属錯体の分解を促進し、結晶性の良好な結晶性
薄膜を形成することができる。また、光を照射すること
によって基板を700′C以下の比較的低い温度に保持
して薄膜を形成することができる。光源としては通常知
られた高圧水銀ランプ、キセノンランプ、重水素ランプ
等の紫外光を含むランプ4.アルゴンレーザー、エキシ
マレーザ−、アルゴンレーザー光をティ倍したレーザー
光等が採用できる。
光を照射する。光を照射することによって基板上での原
料有機金属錯体の分解を促進し、結晶性の良好な結晶性
薄膜を形成することができる。また、光を照射すること
によって基板を700′C以下の比較的低い温度に保持
して薄膜を形成することができる。光源としては通常知
られた高圧水銀ランプ、キセノンランプ、重水素ランプ
等の紫外光を含むランプ4.アルゴンレーザー、エキシ
マレーザ−、アルゴンレーザー光をティ倍したレーザー
光等が採用できる。
基板、ガス導入口が設けられた反応管は、波長150〜
600 n mの光の透過性が良いものが好ましく、石
英製の反応管、あるいは石英製の窓を存するステンレス
製の反応管等が好適に用いられる。
600 n mの光の透過性が良いものが好ましく、石
英製の反応管、あるいは石英製の窓を存するステンレス
製の反応管等が好適に用いられる。
(実施例)
以下に実施例を示し、本発明を更に詳しく説明する。
実施例I
石英製の反応管内に脱脂洗浄した5rTi○3〔面指数
(100)の単結晶〕の基板を、供給ガス口の方向に対
して5度傾けたヒーター内蔵の基板ホルダーに固定し、
酸素とアルゴンの等モル混合ガスを2A/min、で流
通した。原料ガスを流す前に、5分間基板を800°C
に保ち、その後600′Cまで基板温度を下げ、反応管
外部から500Wの高圧水銀ランプにより基板上へ光照
射を開始した。
(100)の単結晶〕の基板を、供給ガス口の方向に対
して5度傾けたヒーター内蔵の基板ホルダーに固定し、
酸素とアルゴンの等モル混合ガスを2A/min、で流
通した。原料ガスを流す前に、5分間基板を800°C
に保ち、その後600′Cまで基板温度を下げ、反応管
外部から500Wの高圧水銀ランプにより基板上へ光照
射を開始した。
ステンレス製容器内のY (P P M) y、 B
a(PPM)、およびCu(PPM)zはそれぞれ13
0°C2200°C190°Cに保温され、アルゴンガ
スをそれぞれに50m1膜min、、100d/min
、、30m1膜min、で流通した。反応管および反応
管までの流路は、有機金属錯体の凝縮を防ぐため200
〜220 ”Cに保温した。
a(PPM)、およびCu(PPM)zはそれぞれ13
0°C2200°C190°Cに保温され、アルゴンガ
スをそれぞれに50m1膜min、、100d/min
、、30m1膜min、で流通した。反応管および反応
管までの流路は、有機金属錯体の凝縮を防ぐため200
〜220 ”Cに保温した。
約1時間基板上に結晶薄膜成長をおこなった後、原料有
機金属錯体のアルゴン混合ガスの供給を止め、薄膜の酸
化を完結させるため30分間放置した。
機金属錯体のアルゴン混合ガスの供給を止め、薄膜の酸
化を完結させるため30分間放置した。
得られたY−Ba−Cu酸化物超電導3膜の電気抵抗を
測定した結果、92にで電気抵抗が零になった。この薄
膜のX線回折スペクトルは(002)面に基づくピーク
だけを示し、この薄膜がC軸配向した結晶性の高い酸化
物高温超電導結晶性薄膜であることがわかった。
測定した結果、92にで電気抵抗が零になった。この薄
膜のX線回折スペクトルは(002)面に基づくピーク
だけを示し、この薄膜がC軸配向した結晶性の高い酸化
物高温超電導結晶性薄膜であることがわかった。
実施例2
石英製の反応管内に脱脂洗浄した5rTiO。
〔面指数(100)の単結晶〕の基板を、供給ガス口の
方向に対して5度傾けたヒーター内蔵の基板ホルダーに
固定し、酸素とアルゴンの等モル混合ガスを2f/mi
n、で流通した。原料ガスを流す前に、5分間基板を8
00°Cに保ち、その後650°Cまで基板温度を下げ
、反応管外部から500Wの高圧水銀ランプにより基板
上へ光照射を開始し ノこ。
方向に対して5度傾けたヒーター内蔵の基板ホルダーに
固定し、酸素とアルゴンの等モル混合ガスを2f/mi
n、で流通した。原料ガスを流す前に、5分間基板を8
00°Cに保ち、その後650°Cまで基板温度を下げ
、反応管外部から500Wの高圧水銀ランプにより基板
上へ光照射を開始し ノこ。
ステンレス製容器内のB i (CH3) x、Sr
(PPM)2、Ca(PPM)z、およびCu(I’P
M)2はそれぞれ30″C1225°c1160゛Cお
よび90°Cに保温され、アルゴンガスをそれぞれに1
ml/min、、200 ml / min、、200
d/mln、および100 mR/min、で流通した
。反応管および反応管までの流路は、有機金属錯体の凝
縮を防ぐため230〜240°Cに保温した。
(PPM)2、Ca(PPM)z、およびCu(I’P
M)2はそれぞれ30″C1225°c1160゛Cお
よび90°Cに保温され、アルゴンガスをそれぞれに1
ml/min、、200 ml / min、、200
d/mln、および100 mR/min、で流通した
。反応管および反応管までの流路は、有機金属錯体の凝
縮を防ぐため230〜240°Cに保温した。
約1時間基板上に結晶薄膜成長をおこなった後、原料有
機金属錯体のアルゴン混合ガスの供給を止め、薄膜の酸
化を完結させるため30分間放置した。
機金属錯体のアルゴン混合ガスの供給を止め、薄膜の酸
化を完結させるため30分間放置した。
得られたB 1−3r−Ca−Cu酸化物超電導薄膜の
電気抵抗を測定した結果、100〜105にで電気抵抗
が零になった。この薄膜の9磁率、X線回折の測定の結
果、この薄膜が低温和と高温相からなり、C軸配向性の
良好な酸化物高温超電導結晶性薄膜であることがわかっ
た。
電気抵抗を測定した結果、100〜105にで電気抵抗
が零になった。この薄膜の9磁率、X線回折の測定の結
果、この薄膜が低温和と高温相からなり、C軸配向性の
良好な酸化物高温超電導結晶性薄膜であることがわかっ
た。
比較例1
光照射をしなかった以外は、実施例2と同様に薄膜を形
成させた。
成させた。
得られた薄膜の電気抵抗は、液体窒素温度で零にならな
かった。また、X線回折スペクトルはC軸配向を顕著に
示しておらず、結晶配向性の良好な薄膜は得られなかっ
た。
かった。また、X線回折スペクトルはC軸配向を顕著に
示しておらず、結晶配向性の良好な薄膜は得られなかっ
た。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 有機金属化学的気相成長法によって酸化物高温超電導結
晶性薄膜を製造する際に、原料化合物として下記の一般
式、 ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、Rは炭素数1〜4のフッ素化低級アルキル基を
示す〕で表せる有機化合物と金属との錯体を用いて、波
長150〜600nmの光を照射することを特徴とする
酸化物高温超電導結晶性薄膜の製造法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1093008A JPH0280306A (ja) | 1988-05-13 | 1989-04-14 | 高温超電導結晶性薄膜の製造法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11453588 | 1988-05-13 | ||
JP63-114535 | 1988-05-13 | ||
JP1093008A JPH0280306A (ja) | 1988-05-13 | 1989-04-14 | 高温超電導結晶性薄膜の製造法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0280306A true JPH0280306A (ja) | 1990-03-20 |
Family
ID=26434417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1093008A Pending JPH0280306A (ja) | 1988-05-13 | 1989-04-14 | 高温超電導結晶性薄膜の製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0280306A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0255219A (ja) * | 1988-08-18 | 1990-02-23 | Mitsubishi Metal Corp | 超伝導体薄膜の製造方法 |
JPH0297426A (ja) * | 1988-06-04 | 1990-04-10 | Riken Corp | 超電導薄膜の製造方法 |
JPH0474866A (ja) * | 1990-07-13 | 1992-03-10 | Dowa Mining Co Ltd | 1,3―ジケトン系有機金属錯体を用いる薄膜の製造方法 |
US6576302B1 (en) | 1999-02-25 | 2003-06-10 | Agency Of Industrial Science And Technology | Method for producing a metal oxide and method for forming a minute pattern |
-
1989
- 1989-04-14 JP JP1093008A patent/JPH0280306A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0297426A (ja) * | 1988-06-04 | 1990-04-10 | Riken Corp | 超電導薄膜の製造方法 |
JPH0255219A (ja) * | 1988-08-18 | 1990-02-23 | Mitsubishi Metal Corp | 超伝導体薄膜の製造方法 |
JPH0474866A (ja) * | 1990-07-13 | 1992-03-10 | Dowa Mining Co Ltd | 1,3―ジケトン系有機金属錯体を用いる薄膜の製造方法 |
US6576302B1 (en) | 1999-02-25 | 2003-06-10 | Agency Of Industrial Science And Technology | Method for producing a metal oxide and method for forming a minute pattern |
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