JPH0297419A - 薄膜超電導体の製造方法 - 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 本発明は薄膜超電導体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、Ａ１５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（ＮｂＧｅ）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　　Ｏ系の高
温超電導体が提案された［Ｊ、Ｇ、Ｂｅｄｎｏｒｚ　ａ
ｎｄＫ、Ａ、Ｍｕｌｌｅｒ、ツァイト　シュリフト　フ
ェア　フィジーク（Ｚｅｌｔｓｈｒｌｆｔ　ｆｕｒ　Ｐ
ｈｙｓｌｋ　Ｂ）　−Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ　Ｍａｔｔｅ
ｒ　Ｇ４．１８９−１９３　（１９Ｈ））　］。

そして＋　　Ｙ　−Ｂ　ａ　−Ｃｕ　　Ｏ系がより高い
超電導転移温度を持つ材料であることが、提案された。

文献［Ｍ、に４ｕ等、フィジカル　レビュー　レターズ
（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｌｒｗ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）
　Ｖｏｌ、５８．　Ｎｏ、９．９０８−９１０　（１９
８７）コ。さらに最近、これらの材料より超電導転移温
度を示す材料として＋　　Ｔ　Ｉ　−Ｂ　ａ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−０系が提案された。文献［Ｚ、Ｚ、Ｓｈｅｎｇ　ａ
ｎｄ　Ａ、Ｍ、）Ｉｅｒｍａｎｎ、ネイチ＋　−（Ｎａ
ｔｕｒｅ）　Ｖｏｌ。

３３２．１３８　　（１９８８））　　コ。

この種の材料の超電導機構の詳細は明かではないが、転
移温度が液体窒素温度以上に高（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、より有益か
つ効果的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、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の材料は
、ＴＩの蒸気圧が顕常に高いため熱処理工程が非常に難
しいものであった。従ってこの種の材料で再現性良く超
電導特性を得ることが課題となっていた。

また現在の技術では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、薄膜化は非常に困難とされており、特に熱処理
中のＴＩの蒸発による薄膜の不均一性から高い超電導転
移温度。

臨界電流密度をともに有する薄膜を得ることはきわめて
困難であった。

本発明者らは、この種の材料の薄膜がイオンプロセスに
より基体上に付若さぜると、薄膜状の高温超電導体が形
成されることを発見し、これにもとづいて好適な形成過
程を有する薄膜超電導体の製造方法を提供することを目
的とする。

課題を解決するための手段 本発明の薄膜超電導体の製造方法は、基体上に少なくと
もタリウム（Ｔｌ）と酸素（Ｏ）を含む薄膜を付着させ
、さらに主体成分に少なくとも銅（Ｃｕ）、　　アルカ
リ土類（ＩＩａ族）、酸素（Ｏ）を含みアルカリ土類が
カルシウム（Ｃａ）とストロンチウム（Ｓｒ）もしくは
バリウム（Ｂａ）の少なくとも一方からなる薄膜を付着
させた上、少なくとも酸素ガスを含む雰囲気中で熱処理
することを特徴とするものである。

作用 本発明者らは、」二記方法の薄膜超電導体の形成工程を
行うことにより、再現性良＜Ｔｌを含む薄膜超電導体を
作製できることを確認した。

基体上に少なくともタリウム（Ｔｌ）と酸素（Ｏ）を含
む薄膜を付着させ、さらに主体成分に少なくとも銅（Ｃ
ｕ　）　＋　　アルカリ土類（ＩＩａ族）。

酸素（Ｏ）を含み、アルカリ土類がカルシウム（Ｃａ）
、Ｔｈストロンチウム（Ｓ　ｒ）もしくはバリウム（Ｂ
　ａ）の少なくとも一方からなる薄膜を付着させた」二
、少なくとも酸素ガスを含む雰囲気中で熱処理すること
により、融点が低く、蒸気圧が高く蒸発しやすいＴＩが
基体表面から熱処理雰囲気中に拡散しながら、他のＢａ
、　　Ｃｕ＋　　Ｏｒ　　Ｃａ　（もしくはＳｒ）と反
応し合って、結晶成長が進行するのでＴＩが薄膜中に不
足することを防ぎ、併せて、酸素もしくは空気中で熱処
理するので酸化物超電導体の生成に不可欠な酸素も供給
でき、同品質なＴＩ系薄膜超電導体を得易いという特徴
を持つ。

以下本発明の内容をさらに深く理解されるために、具体
的な実施例を示す。

実施例 第１図に本発明の実施例で行った薄膜超電導体の製造工
程を示す。

ます高周波プレナーマグネトロンスパッタにより、　　
Ｔｌ−０薄膜１２を、　（ａ）に示す酸化マグネシウム
ｒｉｉ結晶（１００）基体１１上に約０．２μｍ堆積さ
せた（ｂ）。この場合、ターゲットにはＴｌ２Ｏ３を用
い、スパッタガスはＡ　ｒ　：　　０２＝　１　：　　
１１ガス圧力０．　５　　Ｐ　ａｒ　　高周波電力１０
０Ｗ、　　基体温度４００℃とした。さらにＴｌ−０薄
膜工２上に高周波プレナーマグネトロンスバッタにより
、　　Ｃａ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜１３を約１μｍ堆積さ
せた（ｃ）。

この場合ターゲットは、組成比がＣａ：　Ｂａ：　Ｃｕ
＝２：　　１：　　３＋　　スパッタガスはＡｒ：０２
＝１：１、ガス圧力０．　５ｐａ、　　高周波電力１５
０Ｗとした。この結果、　　Ｔｌ−〇薄膜１２とＣａ−
Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜１３の組成比はＴｌ：　Ｂａ：　　
Ｃａ：　Ｃｕ＝３：　　２：２：３であった。

このようにして堆積したＴ１−０薄膜１２とＣａ−Ｂａ
−Ｃｕ−０薄膜１３薄に、酸素雰囲気中で９００″Ｇ、
　　３０分間の熱処理を行った。熱処理を行った結果。

Ｔ　ｌ−Ｃａ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜１４がけいせいされ
（ｄ）、薄膜１４の抵抗の温度変化を測定した結果、ゼ
ロ抵抗温度はｌｌ０Ｋ、　　液体窒素温度での臨界電流
密度５０万Ａ／ｃｍ２と良好な超電導特性が得られた。

なお９本発明者らは本発明の実施例において。

熱処理時間が１分から１時間が良好な超電導特性を得る
に適していることを確認した。

さらに本発明者らは、熱処理工程を行う前の薄膜１２と
１３の元素のモル比率が Ｉ の範囲にあれば２本発明の熱処理工程により超電導特性
に差がないことを確認した。

ここでＡはＳｒもしくはＢ　ａ。

さらに、熱処理前の薄膜１２と１３で９モル比がＣａ：
　Ｃｕ＝２：　３の時最も超電導特性がよく。

この条件のもと９本発明者らはＣａとＢａのモル比を変
えて、上記の熱処理を行った。

その結果得られた抵抗の温度変化を第２図に示す。第２
図において抵抗変化２１はＣａ／Ｂａ＝１のとき１　抵
抗変化２２はＣａ／Ｂａ＝２のとき。

抵抗変化２３はＣａ　／　Ｂ　ａ　＝　３のときの結果
である。抵抗変化２１は１１０に、　　抵抗変化２２は
１２５に、抵抗変化２３は１０３にで抵抗がゼロになっ
た。

本発明者らは＋ＣａとＢａのモル比Ｃａ／Ｂａが。

１．５≦Ｃａ／Ｂａ≦２．５ の範囲にある時、抵抗が１２５にでゼロになることを見
いだした。

なお９本発明者らは、熱処理の温度による、超電導特性
の変化を調べた結果、７００〜９５０°Ｃの熱処理温度
に対して超電導特性が得られ、良好な超電導特性は８７
０〜９２０　’Ｃの範囲にあることを見いたした。

発明の効果 本発明の薄膜超電導体の製造方法によると、臨界温度と
臨界電流密度の高いＴＬ　　Ｃａ＋　　Ｃｕ。

Ｂａ（もしくはＳｒ）を含む酸化物薄膜超電導体が良好
にしかも再現性良く得ることができ１本発明の工業的価
値は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における薄膜超電導体製造工程
の様子を示す概略図、第２図は本発明の実施例において
形成された超電導体の基本特性図である。 １１＠・　・基体、　１２・・・Ｔ１−０薄膜、　１３
Ｉ−＃　　Ｃａ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄Ｒり！、　　　１　
４　　ψ　ａ　　ｅ　　Ｔ　１−Ｃａ−Ｈａ−Ｃｕ−Ｏ
ｆｉｉ膜、２１，２２．２３＠・・超電導体の抵抗の温
度変化。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体上に少なくともタリウム（Ｔｌ）と酸素（Ｏ
   ）を含む薄膜を付着させ、さらに主体成分に少なくとも
   銅（Ｃｕ）、アルカリ土類（IIａ族）酸素（Ｏ）を含み
   、アルカリ土類がカルシウム（Ｃａ）とストロンチウム
   （Ｓｒ）もしくはバリウム（Ｂａ）の少なくとも一方か
   らなる薄膜を付着させた上、少なくとも酸素ガスを含む
   雰囲気中で熱処理することを特徴とする薄膜超電導体の
   製造方法。
2. （２）タリウム元素のモル比率が、 ３≦（Ｃａ＋Ａ＋Ｃｕ）／Ｔｌ≦１０ の範囲にあ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。 ここでＡはＳｒもしくはＢａ。
3. （３）熱処理の温度を７００〜９５０℃、熱処理の時間
   を１分〜１時間の範囲とした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。