JPH03141104A - 複合酸化物超電導薄膜の作製方法 - 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、複合酸化物超電導薄膜の作製方法に関する。

より詳細には、本発明は、複合酸化物超電導薄膜を、よ
り少ない工程でより高品質に作製するための新規な方法
に関する。

従来の技術 電子の相転移であるといわれる超電導現象は、長い間、
液体ヘリウムによる冷却を必要とする極低温下において
のみ観測される現象であるとされていた。しかしながら
、１９８６年にベドノーツ、ミューラー等によって、３
０にで超電導状態を示す（Ｌａ、　Ｂａ）　２ＣＵ　０
４が発見され、更に、１９８７年は、チュー等によって
、９０に台の超電導臨界温度Ｔｃを有するＹ８ａｚＣｕ
ｓ　Ｏ，発見され、続いて、１９８８年には前出等によ
って１００　Ｋ以上の臨界温度を示す所謂Ｂｉ系の複合
酸化物系超電導材料が発見された。

これらの複合酸化物系超電導材料は、廉価な液体窒素に
よる冷却でも超電導現象を実現することができるので、
超電導技術の実用的な応用の可能性が俄に取り沙汰され
るようになった。

上述のような高い臨界温度を示す複合酸化物系超電導材
料は、当初粉末冶金法により焼結体として得られていた
が、焼結体材料では特に臨界電流密度等の特性について
好ましい特性が得られず、最近では薄膜として作製する
方法が広く研究されるようになった。通常、複合酸化物
系超電導薄膜は、５ｒＴｉ○、単結晶基板、〜＋ｇＯ単
結晶基板等の上に、真空蒸着法、スパッタリング法等の
各種蒸着法によって成膜される。

発明が解決しようとする課題 従来から知られている各種の蒸着法によって作製された
複合酸化物薄膜は一般にはそのままでは十分な超電導特
性を示さず、有効な超電導特性を発揮する複合酸化物薄
膜を得るには、形成された複合酸化物薄膜に対してボス
トアニール処理を行う必要がある。

しかしながら、基板上に形成された薄膜にアニール処理
を実施すると、基板材料が薄膜中に拡散するために、基
板近傍の領域では薄膜の品質が大幅に低下することが知
られている。従って、このような処理を受けた薄膜は、
その表面付近を実験に使用することはできても、これを
利用して各種デバイスを形成する等実用的な用途には使
用することができない。

そこで本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、ボス
トアニール処理なしに、成膜したままの状態で高い超電
導特性が実現されるような新規な超電導薄膜の作製方法
を提供することをその目的としている。

課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、スパッタリング法によって基板
上に複合酸化物超電導薄膜を作製する方法であって、該
基板上の成膜面に、０３ガスを吹きつけながら複合酸化
物超電導材料層の成膜を行うことを特徴とする複合酸化
物超電導薄膜の作製方法が提供される。

作用 本発明に係る方法は、スパッタリング法による複合酸化
物超電導材料層の成膜を、成膜面に０３ガスを吹きつけ
ながら行うことをその主要な特徴としている。

複合酸化物超電導材料は、一般に大きな酸素不定比性を
示すことが知られており、また、一般に非化学量論性が
低い程高い超電導特性を発揮することが知られている。

従来法による超電導薄膜の作製においては、この酸素不
定比性による酸素の不足を補う目的でボストアニール処
理を実施していたものである。

これに対して、本発明に係る方法では、成膜処理を０３
ガスを吹きつけながら行う。即ち、０３は、０□に活性
酸素が作用したものであり、高い酸化性を示す。従って
、成膜処理中に成膜面に作用して超電導材料層の酸化を
促進し、延いてはボストアニール処理の省略を可能とし
ている。

尚、本発明に係る方法において、０３と複合酸化物との
反応を十分に行うためには、吹きつける０３ガスの純度
が高い程有利である。また、成膜速度は低い方が有利で
ある。更に、基板上に形成される薄膜の酸化を促進する
と共に、薄膜の品質を均一にするために、０３ガスの吹
きつけは、基板の周囲から複数のノズルによって行うこ
とが好ましい。具体的には、基板の径よりも大きい内径
を有するリング状のパイプに複数のノズル孔を形成した
複合ノズルを使用することが有利である。

また、最終的に得られる複合酸化物超電導薄膜の特性は
、複合酸化物層の平滑性にも依存し、具体的には表面粗
さＲ１４ＡＸが０．０２μｍ以下であることが好ましい
。従らて、使用する下地基板の成膜面は十分に平滑であ
ることが好ましく、この点からも複合酸化物薄膜の成膜
速度は遅い方が有利である。

本発明に係る方法において有利に使用できる基板材料と
しては、ＳｒＴｉＯ３単結晶、ＭｇＯ単結晶等が挙げら
れる。また、本発明が好ましく適用できる複合酸化物系
超電導材料としては、Ｌａ系、Ｙ系、Ｂｌ系、ＴＩ系な
どの高温超電導酸化物があげられる。

以下に実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する
が、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の
技術的範囲を何ら限定するものではない。

実施例１ 第１図は、本発明に係る複合酸化物超電導薄膜の作製方
法を実施することができる装置の構成を模式的に示す図
である。

同図に示すように、この装置は、成膜室１と、下地基板
２を成膜室１内で保持する基板ホルダ３と、成膜室１内
で基板ホルダ３に保持された下地基板２に０３ガスを吹
きつけるリング状ノズル７とを備えている。また、基板
ホルダ３には、下地基板２の温度を制御するためのヒー
タ４が備えられている。一方、下地基板２に対向して載
置されたターゲット５に、高周波電力を印加することが
できるように、成膜室の外には高周波電源６が接続され
ている。

このように構成された装置では、成膜室１内を一旦排気
した後后ガスを導入し、ターゲット５に高周波電力を印
加することにより、下地基板２の表面に、ターゲットの
組成に対応した組成の薄膜を形成することができる。ま
た、この成膜操作中に、ノズル７より０．ガスを吹きつ
けることができる。

下地基板として直径１５ｍｍφの５ｒＴｉＯ，単結晶基
板を使用し、その（１００）面を成膜面として、第１図
に示すような装置で、下記の第１表に示すような成膜条
件で複合酸化物超電導材料層を形成した。

第１表 尚、０．ガスの吹きつけは、下地基板近傍に配置したリ
ング状ノズルによって行い、０３ガスの併置は、５ｃｃ
／分とした。また、吹きつけた０゜ガスは、液体窒素に
よって冷却した液体オゾンを気化させたもので、実質的
に純粋な０．ガスである。

また、比較例として、上記実施例と同じ成膜条件で、０
３ガスの代わりに０２ガスを吹きつけながら超電導薄膜
を作製した。

実施例と比較例の各試料について、それぞれ超電導臨界
温度Ｔｃと臨界電流密度Ｊｃとを測定した。評価結果を
第２表に併せて示す。

第２表 た超電導薄膜は、ボストアニールなしに高い臨界温度と
高い臨界電流密度とを達成していることが確Ｓ忍された
。

尚、比較例の試料に対して、０２気流中で、３℃／分の
昇温速度で９２０℃まで加熱した後、この温度を１時間
保持した後、３℃／分の降温速度で室温まで冷却するボ
ストアニール処理を行ったところ、下記の第３表に示す
ように、実施例に匹敵する超電導特性を示すようになっ
た。

第３表 ＊：試料の電気抵抗が低下し始める温度木本：試料の電
気抵抗が測定できなくなった温度本本本ニア７Ｋにおけ
る臨界電流密度 第２表に示すように、本発明に従って作製され＊：試料
の電気抵抗が低下し始める温度木本：試料の電気抵抗が
測定できなくなった温度本本本ニア７Ｋにおける臨界電
流密度 更に、前述の実施例に係る試料と、上述のボストアニー
ル処理後の比較例試料とを、それぞれ表面から１０００
人までエツチングした後に、改めて超電導特性を測定し
たところ、第４表に併せて示すように、比較例では特性
が著しく劣化した。

第３表 発明の詳細 な説明したように、本発明に係る複合酸化物超電導薄膜
の製造方法では、０３雰囲気下で超電導材料層の成膜を
行うことによって、成膜後のボストアニール処理なしに
高い超電導特性を実現している。従って、複合酸化物超
電導薄膜の製造工程を減少することができる。

また、この方法によって作製された超電導薄膜は、下地
基板材料の超電導材料層への熱拡散がないので、超電導
現象を利用した各種素子の作製基材として好ましい構成
となっており、一連の薄膜素子や超電導量子干渉計（Ｓ
ＱＵＩＤ）等の作製に有利に利用することができる。

＊二試料の電気抵抗が低下し始める温度木本：試料の電
気抵抗が測定できなくなった温度本本本ニア７Ｋにおけ
る臨界電流密度

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る複合酸化物超電導薄膜の作製方
法を実施することができる装置の構成を模式的に示す図
である。 〔主な参照番号〕 １・・・成膜室、　　　　２・・・下地基板、３・・・
基板ホルダ、　　４・・・ヒータ、５・・・ターゲット
、　６・・・高周波電源、７・・・リング状ノズル、 ８・・・Ａｒガス導入口 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　スパッタリング法によって基板上に複合酸化物超電導
   薄膜を作製する方法であって、 該基板上の成膜面に、Ｏ＿３ガスを吹きつけながら複合
   酸化物超電導材料層の成膜を行うことを特徴とする複合
   酸化物超電導薄膜の作製方法。