JPH0297420A - 高温超伝導薄膜の製造方法 - 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〉 本発明はＴｌ（タリウム）系超伝導４Ｍ４の製造方法の
改善に関するものである。

〈従来の技術〉 Ｔｌ、Ｂａ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｏｘから構成される１゛２２
系化は現在確認されている安定した酸化物超伝導体の中
では超伝導臨界温度が絶対温度１２５にと最も高いこと
が知られている。

従来は上記化合物をターゲット材として用い。

スパッタによりＭｇＯの基板上に薄膜を形成しその基板
を高温熱処理（以下、アニールという）することにより
超伝導性を得ている。

しかしながら、Ｔｌは非常に毒性が高＜、Ｔｌを含むタ
ーゲット材をスパッタにより着膜した場合、スパッタ装
置内（真空室や排気系等）が汚染され１作業上危険を伴
うという問題があった。また、スパッタしたままの状態
では結晶！ｆ４造が乱れているので超伝導性を有してい
ない、結晶Ｍ造を整えるためにはアニールをする必要が
あるが、アニールするために基板を９００℃程度に加熱
するとＴｌが蒸発してしまい、十分な超伝導性を得るの
はにしいという問題があった。

この問題を解決するために本出願人は昭和６３年９月２
６日に“高温超伝導薄膜の製造方法”を出願した。その
内容は、スパッタによる薄膜形成は１゛！を含まない化
合物で行い、アニールをＴ　１蒸気中で行うことにより
スパッタによる装置内部の汚染を防止すると共に十分な
超伝導性を有する様にしたものである。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記先願においてはスパッタでＢａ、Ｃ
ａ、Ｃｕ、Ｏの薄膜を形成後はその真空雰囲気から基板
を取出す訳であるが、アニールを行うまでの間は大気に
晒されることになる。そのため特に湿気の多い日やアニ
ールを行うまで長期間放置しておくような場合は薄膜の
表面が変色し。

この変色した薄膜をアニールしても良好な超伝導特性を
示さないという問題があった。この原因は薄膜中のＲａ
、Ｃａが空気中のＨ２ＯやＣＯ，と反応しているからと
考えられる。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて成されたもので
、薄膜形成からアニールまでの間の反応を防止する薄膜
を形成し、良好な高温超伝導薄膜を得ることを目的とす
る。

く課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するための本発明の構成は。

１　）Ｂａ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｏからなる化合物のターゲッ
ト材を用いて単結晶基板上に第１の薄膜を形成する工程
と。

２）前記薄膜上にＣｕからなるターゲット材を用いて第
２の薄膜を形成する工程と。

３）前記２層の薄膜が形成された単結晶基板を１゛ＩＳ
￥囲気中で熱処理する工程により、前記薄膜中にＴｌを
拡散させたことを特徴とするものである。

〈実施例〉 本発明の一実施例について説明する。

始めにマグネトロンスパッタ法により第１の薄膜として
のＢａ２　Ｃａ２　Ｃｕ３０重化合物を基板へ着脱する
。

スパッタ条件は下記の通りとした。

≠江ε 容器中のＡｒ≠噂９ガス　− スパッタガス圧力 基板材質 ＲＦ電力 基板加熱 スパッタ時間 ；　　３０　ｍ’ｒｏｒｒ ：単結晶ＭｇＯ ：２００Ｗ ２２００〜３００°Ｃ ７１時間 次にこの薄膜の上に第２の薄膜であるＣ　ＩＩをスパッ
タする。なお、この場合スパッタ装置は２種類以上のタ
ーゲットか装着可能な装置を用いるものとし、Ｂａ、Ｃ
ａ、Ｃｕ、Ｏ薄膜を形成後、この上にＣｕのターゲット
を用いてＣｕ薄膜を形成する。即ち１．！！−板を装置
内から収出すことなく２層のスパッタを行う、、ｔたＣ
ｕの薄膜は［！薄く行い例えば５００〜１０００八程度
とする。

次にこの基板を第１図に断面図で示す熱処理装置を用い
てアニールを行う９図において、１は石英管であり、２
は石英管を巻き回して形成された加熱装置である。３ａ
、３ｂはアルミナからなるボートであり、第２図の斜視
図に示すように上下に分割され１重ねた状態で縁部に形
成された溝等により内部との気体の流通が行われるよう
に形成されている（流通溝は図では省略）、４は薄膜が
形成されたＭｇＯ基板、５は金属′Ｉ″！または酸化′
■゛！であり、これらはアルミナボートの中に配置・さ
れる、６ａ、６ｂは石英管の中に配置されたアルミナか
らなるキャップであり、気体の流通が可能なように形成
されている。矢印は０２の流通方向を示している。

アニールは第３図に示す条件により行った。即ち、１２
０分で９０５℃まで昇温し、１０〜２０分間保持後、１
８０分で３００°Ｃまで降温して徐冷する。上記アニー
ルによりアルミナボート中の′１゛２が蒸発し、その蒸
発したＴｌが基板表面に形成された薄膜中に拡散する。

アニールは酸素流量０．１〜０．２ｍｌ／ｍｉ　ｎの雰
囲気中で行った。

なお、キャップ６ａ、６ｂは蒸発したｒｌをより長く石
英管１内にＡｉ）留させてゴ！の雰囲気を高めるなめに
寄与する。

上記の様なアニール装置はスパッタ装置の様にクリーン
ルームに配置する必要がなく、毒性のあるＴｌ蒸気の処
理も比較的容易である。

第４図は上記方法により作製した超伝導薄膜の温度と抵
抗の関係を示すものである。図によれば臨界温度は１０
０にであり１液体窒素温度（７７Ｋ）を２３に上回って
いることが分る。なお、臨界温度の測定は超伝導薄膜に
銀ペーストを用いて電極を取出し液体ヘリウム中に配ゴ
して４端子法により温度−抵抗測定を行った。また１本
発明の製造方法により複数回同様の超伝導薄膜を作製し
温度−抵抗測定を行ったが臨界温度の再現性は良好であ
った。

なお１本実施例においてはＦＪＪＢｔをマグネトロンス
パッタ法を用いて作製したが、薄膜形成装置の種類は任
意である。また、アニールの条件を具体的数値で示した
が本実施例に限るものではなく。

より良好な値を得るために適宜変更可能である。

また、酸化化合物の構成はＢａ２　Ｃａ２　Ｃｕ３０Ｘ
に限ることなく他の組成でも良い。

また９本実施例においては単結晶基板をＭ　ｇ　Ｏとし
たが、これに限ることなく例えばＳ　ｒ　Ｔ’　ｉ　０
３等でもよい。

また１本実施例ではＴｌを含まない薄膜を形成後４゛！
拡散を行う工程をそれぞれ一工程で終了したが、この場
合Ｔｌは表面の極浅い部分にしか拡散しない。用途に応
じてＴｌ拡散を行った基板の上に更にＴｌを含まない薄
膜をスパッタし、その−Ｅに更にＴ　１を拡散すること
も可能である。この場合、基板にはすでに’Ｉ’　１が
含まれているが′１゛！は３００℃程度では蒸発しない
ので汚染の危険性はない。

〈発明の効果〉 以上５実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば、スパッタによる薄膜形成からアニールを行うま
での間にＢ　ａ−Ｃａ−ＣＬＩ　Ｏｘ薄膜が反応するの
を防止するＣｕ薄膜を形成しなので良好な高温超伝導薄
ｌ模を得ることか出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はアニール装置の一実施例を示す図、第２図は基
板と′１゛２を収納するホードを示す斜視図。 第３図はアニールの温度条件を示す図、第４図は薄膜の
温度と抵抗の関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）Ｂａ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｏからなる化合物のターゲット
   材を用いて単結晶基板上に第１の薄膜を形成する工程と
   。 ２）前記薄膜上にＣｕからなるターゲット材を用いて第
   ２の薄膜を形成する工程と、 ３）前記２層の薄膜が形成された単結晶基板をＴｌ雰囲
   気中で熱処理する工程により、前記薄膜中にＴｌを拡散
   させたことを特徴とする高温超伝導薄膜の製造方法。