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

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JPH0280306A
JPH0280306A JP1093008A JP9300889A JPH0280306A JP H0280306 A JPH0280306 A JP H0280306A JP 1093008 A JP1093008 A JP 1093008A JP 9300889 A JP9300889 A JP 9300889A JP H0280306 A JPH0280306 A JP H0280306A
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JP
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thin film
light
crystalline
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superconducting
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JP1093008A
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English (en)
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Tsunemi Sugimoto
常実 杉本
Kazuhiro Fujii
一宏 藤井
Hiroshi Daimon
宏 大門
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Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
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  • Chemical 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。

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。
(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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

Claims (1)

  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。
JP1093008A 1988-05-13 1989-04-14 高温超電導結晶性薄膜の製造法 Pending JPH0280306A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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JPH0255219A (ja) * 1988-08-18 1990-02-23 Mitsubishi Metal Corp 超伝導体薄膜の製造方法
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