JPH03170333A - 薄膜超電導体およびその製造方法 - 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、ＩＯＯＫ以上の高臨界温度が期待されるビス
マスを含む酸化物からなる薄膜超電導体およびその製造
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
二オブ（ＮｂＮ）やゲルマニウムニオブ（Ｎｂ：＋Ｇｅ
）などが知られているが、これらの材料の超電導転移温
度はたかだか２３Ｋである。一方、ペロブス力イト系化
合物はさらに高い転移温度が期待され、Ｂａ−Ｌａ−Ｃ
ｕ−０系の高温超電導体が提案された。ＩＪ．Ｇ．Ｂｅ
ｄｎｏｒｚ　ａｎｄ　Ｋ．Ａ．Ｍｕｌｌｅｒ，ツアイト
シュリフト・フユア・フィジーク（Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉ
ｆｔｆｉｉｒ　Ｐｈｙｓｉｋ　Ｂ）−Ｃｏｎｄｅｎｓｅ
ｄ　Ｍａｔｔｅｒ　Ｖｏｌ．６４．ＰＰ１８９１９３（
１９８６）　］　。

さらに、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の材料が１００
Ｋ以上の転移温度を示すことも発見された［Ｈ．Ｍａｅ
ｄａ，Ｙ．Ｔａｎａｋａ，Ｍ．Ｆｕｋｕｔｏｉｉ　ａｎ
ｄ　Ｔ．Ａｓａｎｏ，ジャパニーズ・ジャーナル・オブ
・アプライド・フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏ
ｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）
Ｖｏ１．２７．ＰＰＬ２Ｏ９−２１０（１９８８）］　
．この種の材料の超電導機構の詳細は明らかではないが
、転移温度が室温以上に高くなる可能性があり、高温超
電導体として従来の２元系化合物より、より有望な特性
が期待される。

さらに超電導体と磁性体とを交互に積層することにより
、より高い臨界電流密度およびより高い臨界磁場が従来
から期待されている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、Ｂ　ｉ　−Ｓ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の
材料は、現在の技術では主として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、良好な超電導特性を有する薄膜作
製は難しいものであった。すなわち、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ
−ＣｕＯ系には超電導転移温度の異なるいくつかの相が
存在することが知られているが、特に転移温度が１００
Ｋ以上の相を薄膜の形態で達成するのは、非常に困難と
されていた。

また、従来このＢｉ系において良好な超電導特性を示す
薄膜を形成するためには少なくとも７　０　０　０Ｃ以
上の熱処理あるいは形成時の加熱が必要であり、そのた
め高い臨界電流密度、高い臨界磁場が期待される磁性薄
膜との周期的な積層構造を得ることは極めて困難と考え
られ、またこの構造を利用した集積化デバイスを構威す
ることもたいへん困難であるとされていた。

課題を解決するための手段 本発明者らによる第１の発明の薄膜超電導体は、主体成
分が少なくともビスマス（Ｂｉ），銅（Ｃｕ），および
アルカリ土類（ＩＩａ族）を含む層状酸化物超電導薄膜
と、主体威分がスピネル型酸化物からなる磁性薄膜とが
交互に積層された構造を持つことを特徴とする薄膜超電
導体である。

さらに第２の発明の薄膜超電導体の製造方法は、基体上
に、少なくともビスマス（Ｂｉ）を含む酸化物と少なく
とも銅（Ｃ　ｕ）およびアルカリ土類（Ｉ　Ｉａ族）を
含む酸化物とを周期的に積層させて形成する酸化物薄膜
とスピネル型酸化物からなる磁性薄膜とを交互に積層す
ることを特徴とする薄膜超電導体の製造方法である。

弓 ここでアルカリ土類は、Ｉｌａ族元素のうち少なくとも
一種あるいは二種以上の元素を示す。またスピネル型酸
化物とは、Ｍ　Ｘ　２Ｏ４（Ｍ＝Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
　ｉ　，Ｃ　ｕ　，Ｃ　ｒ　，Ｍｇ，Ｃ　ｄ，Ｌ　ｉｏ
．ｓＦ　ｅｏ．ｓ，ＸＦｅ，　Ｃｏ，　Ｃｒ，Ｍ　ｎ　
，Ｖ）およびＮ＋−ｘＺｎｘＦ　ｅ２Ｏ＋（Ｎ＝Ｍｎ，
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ　ｉ　，Ｍｇ，Ｌ　ｉｏ．ｓＦ　ｅｏ．
ｓ）であらわされる酸化物磁性体およびこれらのうち少
なくとも二種以上を含む複合酸化物磁性体である。

作用 本発明者らによる第１の発明においては、安定なＢｉ２
Ｏ２酸化膜層またはこれを主体とした層によりともに覆
われた結晶構造となっているところの、Ｂｉ系超電導薄
膜とスピネル型酸化物なる磁性薄膜とが交互に積層され
た構造をとることによって、超電導薄膜と磁性薄膜との
間での相互拡散の少ない積層が可能となる。また、磁性
薄膜のもつ磁気モーメントまたはスピンと超電導薄膜と
の相互作用により、Ｂｉ系超電導薄膜における臨界電流
密度および臨界磁場の向上が実現されたものである。

６ さらに第２の発明においては上記構造を達成するため、
少なくともＢｉを含む酸化物と少なくとも銅およびアル
カリ土類ＣＩ　Ｉａ族〉を含む酸化物あるいはスピネル
型酸化物とを周期的に積層させて分子レベルの制御によ
る薄膜の作製を行うことによって、再現性良＜Ｂｉ系超
電導薄膜と磁性薄膜との積層を得るものである。

実施例 まず、本発明者らはＢｉ系超電導薄膜と磁性薄膜との周
期的な積層構造を実現するため、Ｂｉ系超電導薄膜と種
々の磁性薄膜との界面での相互作用について検討した。

通常、Ｂｉ系超電導薄膜は５００〜７００℃に加熱した
基体上に蒸着して得る。蒸着後、そのままでも薄膜は超
電導特性を示すが、その後８００〜９５０℃の熱処理を
施し、超電導特性を向上させる。

しかしながら、基体温度が高い時に磁性薄膜をＢｉ系超
電導薄膜に続いて積層したり、磁性薄膜を形成後熱処理
を行った場合、超電導薄膜と磁性薄膜との間で、元素の
相互拡散が起こり超電導特性が大きく劣化することが判
明した。相互拡散を起こさないためには、超電導薄膜，
磁性薄膜の結晶性が優れていること、超電導薄膜と磁性
薄膜との間で格子の整合性が優れていること、磁性薄膜
が８００〜９５０℃の熱処理に対して安定であることが
不可欠と考えられる。

種々の検討を行った結果、本発明者らは、スピネル型酸
化物薄膜が磁性薄膜として適していることを見い出した
。その理由としては明らかではないが、スピネル型酸化
物は、Ｂｉ系超電導体との格子の整合性がきわめて優れ
ており、また高温の熱処理においても、Ｂｉ系超電導体
との界面が非常に安定であると考えられる。

さらに本発明者らは、Ｂｉ系超電導薄膜とスピネル型酸
化物薄膜を周期的に積層した時、Ｂｉ系超電導薄膜本来
の臨界電流密度および臨界磁場が向上することを見い出
した。

以下本発明の具体的な実施例について説明する。

実施例１ 第１図は、本発明による薄膜超電導体を得るための高周
波二元マグネトロンスパッタ装置の内部の概略図であり
、１１はＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−ＣｕＯターゲット、１２は
Ｎｉ−Ｆｅ−○ターゲット、１３はシャッター　１４は
アパーチャ−　１５は基体、１６は基体加熱用ヒーター
を示す。焼結体をプレス戒形加工して作製した２個のタ
ーゲッ｝１１．１２を用い、第１図に示すように配置し
た。すなわち、基体１５に焦点を結ぶように各ターゲッ
トが約３０℃傾いて設置されている。ターゲットの前方
には回転ずるシャッター１３があり、その中にはアパー
チャ−１４が設けられている。シャッター１３の回転を
パルスモーターで制御することにより、アパーチャ−１
４をＢｉ−ＳｒＣａ−Ｃｕ−０ターゲット１１またはＮ
ｉ−ＦｅＯターゲット１２上に停止させることができる
。このようにして、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−ＣｕＯ−＋Ｎｉ
−Ｆｅ−０−＋Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−ＣｕＯ−＋Ｎｉ−Ｆ
ｅ−０−＋Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−ＣｕＯのサイクルでスパ
ッタ蒸着が行なうことができ９ る。Ｂ　ｉ７Ｓ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０膜，Ｎｉ−ＦｅＯ
膜の積層の様子を概念的に第２図に示す。第２図におい
て、１５は基体、２１はＮｉ−ＦｅＯ膜、２２はＢ　ｉ
　−Ｓ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０膜を示す。ターゲッｌ−１
１．１２への入力電力、ＢｉＳ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０お
よびＮｉ−Ｆｅ−０のスパッタ時間を制御することによ
り、基体１５上に蒸着するＮｉ−Ｆｅ−０膜２１，Ｂｉ
−Ｓｒ−ＣａＣｕ−０膜２２の膜厚を変えることができ
る。

基体１５をヒーターｌ６で約７００℃に加熱し、アルゴ
ン・酸素（１　：　１）混合雰囲気０．５Ｐａのガス中
で各ターゲットのスパッタリングを行なった。薄膜作製
後は酸素雰囲気中において、８　０　０　’Ｃの熱処理
を２時間施した。本実施例では、各ターゲットのスパッ
タ電力を、Ｂ　ｉ　−Ｓ　ｒ−Ｃａ−ＣｕＯ：　１５０
Ｗ．Ｎｉ−Ｆｅ−０：　ＩＯＯＷとし、ターゲット１１
．１２のスパッタ時間を制御した。Ｂ　ｉ　−Ｓ　ｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−０膜２２の元素の組戒比率がＢｉ：Ｓｒ：
Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：２：３、Ｎｉ−Ｆｅ−０膜２１の
元素の組戒比率１　０ がＮｉ：Ｆｅ：Ｏ＝１：２：４になるよう、夕一ゲット
１１．１２の元素の組戒比率を調整した。

Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０膜２２をＮ　ｉ　−Ｆ　ｅ
Ｏ膜２１と積層せずに基体１５上に形成した場合、すな
わちＢ　ｉ　−Ｓ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０膜２２そのもの
の特性は、ＩＩＯＫで超電導転移を起こし、９７Ｋで抵
抗がゼロになるものであった。また、ＮｉＦｅ２Ｏ４膜
だけを成膜し磁化を測定したところバルクの値と同一で
あった。ＮｉＦｅ２Ｏ４膜およびＢ　ｉ２ｓｒ２ｃａ２
ｃｕ３０ｙ膜の膜厚をそれぞれ５００Ａとし１層づつ積
層した。そのときの積層膜のＸ線回折パターンを第３図
に示す。

ＮｉＦｅ２Ｏ４およびＢ　ｉ２Ｓ　ｒ２Ｃａ２Ｃｕ３０
９はそれぞれＣ軸配向を示している。またこの膜の抵抗
の温度特性を第４図に示す。超電導転移温度（オンセッ
ト温度）は、ＩＩＯＫでありＮｉＦｅ２Ｏ４膜を積層し
ていない場合とがわらながった。第５図には外部磁場を
印加した状態における電気抵抗の温度特性を示す。Ｎｉ
　Ｆｅ２Ｏ４膜を積層していないＢ　ｉ　−Ｓ　ｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−０膜自身の結果と比較すると積層膜において
は、磁場による超電導転移温度領域の広がりが小さくな
ることが分かった。このことは上部臨界磁場の向上を意
味している。またＮ　ｉ　Ｆ　ｅ　２Ｏ４膜およびＢｉ
−Ｓｒ−ＣａＣ　Ｌｌ　−　０膜を単独で成膜したとき
、膜厚がそれぞれＩＯＯＡおよび５０Ａ以上のとき結晶
性の薄膜かえられることがわかった。第２図において、
ＮｉＦｅ２Ｏ４膜２１の膜厚をＩＯＯＡとしてＢｉＳ　
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０膜２２の膜厚がＩＯＯＡ，３００Ａ
．５００Ａ、繰り返し回数を２Ｏとしたときの電気抵抗
の温度特性をそれぞれ第６図において、特性６１，６２
．６３に示す。特性６１においてはゼロ抵抗温度が約３
０ＫとＢｉ−ＳｒＣａ−Ｃｕ−０膜２２の特性が劣化す
ることがわかった。この理由として、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ
−ＣｕＯ膜２２とＮｉ−Ｆｅ−０膜２ｌとの間で元素の
相互拡散による膜２１．２２の結晶性の破壊が考えられ
る。さらに特性６３においては、ＮｉＦｅ−０膜２１と
の周期的な積層なしに基体１５上につけたときのＢｉ−
Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０膜２２本来の超電導特性とほとん
ど同じであり、磁性薄膜Ｎｉ−Ｆｅ−０膜２１との積層
効果は確認されなかった。しかしながら、本発明者らは
特性６２において、臨界電流密度は磁性膜を積層してい
ない膜と比較して約３０％向上し、７　７　Ｋで３２Ｏ
万Ａ／ｏとなった。上部臨界磁場はＢ　ｉ　−Ｓ　ｒ−
Ｃａ−ＣｕＯ膜本来のものより約２Ｏ％向上した。４．
２Ｋにおいて、Ｃ軸に平行方向に磁場を加えたときの値
は３０テスラ、またＣ軸に垂直方向では４５０テスラで
あった。現在、これらの効果の詳細な理由については未
だ不明であるが、Ｎｉ−Ｆｅ−０膜２１が持つ磁気モー
メントまたはスピンの影響、または、薄いＮｉ−Ｆｅ−
０膜２２を介して複数のＢ　ｉ　−Ｓ　ｒ−Ｃａ−ＣＬ
Ｉ−０膜２１を積層することによりＢ　ｉ−Ｓｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−０膜２２において超電導機構になんらかの変化
が引き起こされたことが考えられる。

なお、本発明者らはターゲット１１、もしくは１２に鉛
（Ｐ　ｂ）を添加してスパッタしたとき、基体１５の温
度が上記実施例よりも約１００℃低く１　３ ても、上記実施例と同等な結果が得られることを見い出
した。

さらに本発明者らは、Ｂｉの酸化物と、Ｓｒ，Ｃａ，Ｃ
ｕの酸化物を異なる蒸発源から真空中で別々に蒸発させ
、基体上にＢｉ−０−＋Ｓｒ−ＣｕＯ＋Ｃａ−Ｃｕ−０
＋Ｓ　ｒ−Ｃｕ−０→Ｂ　ｉＯの順で周期的に積層させ
た場合、さらにＮｉＦｅ合金ターゲットを用い真空中で
蒸発させ、積層させた場合、実施例１に示した積層構造
作製方法より極めて制御性良く、安定した膜質の、しか
も膜表面が極めて平坦なＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−ＣｕＯ超電
導薄膜およびＮｉ−Ｆｅ一〇磁性薄膜が得られることを
見い出した。

さらに本発明者らは、Ｂｉ−０，Ｓｒ−ＣｕＯ，Ｃａ−
Ｃｕ−０，Ｎｉ−０．Ｆｅ−０を別々の蒸発源から蒸発
させ、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−ＣｕＯ超電導薄膜とＮｉ−Ｆ
ｅ−Ｏ磁性薄膜を周期的に積層した時、極めて制御性良
（ｍ（Ｂｉ−ＳｒＣａ−Ｃｕ−０）・ｎ（Ｎｉ−Ｆｅ−
０）の周期構造を持つ薄膜を形成できることを見い出し
た。

１　４ ここでｍ，ｎはそれぞれ少なくとも１以上の正の整数を
示す。さらに、このｍ（Ｂ　ｉ　−Ｓ　ｒ−ＣａＣｕ−
０）・ｎ（Ｎｉ−Ｆｅ−０）薄膜は、実施例ｌに示した
Ｂ　ｉ　−Ｓ　ｒ−Ｃａ−ＣＬＩ−０を同時に蒸着して
得る超電導薄膜と、Ｎｉ−Ｆｅ−０を同時に蒸着して得
る酸化物磁性薄膜とを周期的に積層して得た薄膜に比べ
て、はるかに結晶性が優れ、臨界電流密度および上部臨
界磁場の特性において勝っていることも併せて見い出し
た。さらに本発明者らは、上記の方法で作製したＢｉ−
ＳｒＣａ−Ｃｕ−０超電導薄膜とＮｉ−Ｆｅ−０磁性薄
膜はともに薄膜表面が極めて平坦であることを見い出し
た。

これらのことは、異なる元素を別々に順次積層していく
ことにより、基体表面に対し平行な面内だけで積層され
た蒸着元素が動くだけで、基体表面に対し垂直方向への
元素の移動がないことによるものと考えられる。

さらに、良好な超電導特性を得るに必要な基体の温度、
熱処理温度も、従来より低いことを見い出した。

Ｂｉ、−０，Ｓｒ−Ｃｕ−０，Ｃａ−Ｃｕ−０，Ｎｉ−
Ｆｅ−０を周期的に積層させる方法としては、いくつか
考えられる。一般に、ＭＢＥ装置あるいは多元のＥＢ蒸
着装置で蒸発源の前を開閉シャッターで制御したり、気
相成長法で作製する際にガスの種類を切り替えたりする
ことにより、周期的積層を達成することができる。しか
しこの種の非常に薄い層の積層には従来スパッタリング
蒸着は不向きとされていた。この理由は、成膜中のガス
圧の高さに起因する不純物の混入およびエネルギーの高
い粒子による損傷と考えられている。しかしながら、本
発明者らは、このＢｉ系酸化物超電導体に対してスパッ
タリングにより異なる薄い層の積層を行なったところ、
意外にも良好な積層膜作製か可能なことを発見した。ス
パッタ中の高い酸素ガス圧およびスパッタ放電が、Ｂｉ
系のＩＯＯＫ以上の臨界温度を持つ相の形成、およびＮ
ｉ−Ｆｅ−０絶縁膜の形成に都合がよいためではなかろ
うかと考えられる。

スパッタ蒸着で異なる物質を積層させる方法としては、
組成分布を設けた１ヶのスパッタリングターゲットの放
電位置を周期的に制御するという方法があるが、組成の
異なる複数個のターゲットのスパッタリングという方法
を用いると比較的簡単に達威することができる。この場
合、複数個のターゲットの各々のスパッタ量を周期的に
制御したり、あるいはターゲットの前にシャッターを設
けて周期的に開閉したりして、周期的積層膜を作製する
ことができる。また基板を周期的運動させて各々ターゲ
ットの上を移動させる方法でも作製が可能である。レー
ザースパッタあるいはイオンビームスパッタを用いた場
合には、複数個のターゲットを周期運動させてビームの
照射するターゲットを周期的に変えれば、周期的積層膜
が実現される。このように複数個のターゲットを用いた
スパッタリングにより比較的簡単にＢｉ系酸化物の周期
的積層が作製可能となる。

実施例２ 第７図に本実施例で用いた４元マグネトロンス１　７ バッタ装置の概略図を示す。第７図において、７１はＢ
ｉターゲット、７２はＳｒＣｕ合金ターゲット、７３は
ＣａＣｕ合金ターゲット、７４はＮｉＦｅＯターゲット
、７５はシャッター、７６はアパーヂャー、７７は基体
、７８は基体加熱用ヒーターを示す。計４個のターゲッ
ト７１，７２，７３．７４は第２図に示すのと同様に配
置させた。即ち、基体７７に焦点を結ぶように各ターゲ
ットが約３０℃傾いて設置されている。ターゲットの前
方には回転するシャッター７５があり、パルスモー夕で
駆動することによりその中に設けられたアパーヂャ−７
６の回転が制御され、各ターゲットのサイクルおよびス
パッタ時間を設定することができる。基体７７をヒータ
ー７８で約６００℃に加熱し、アルゴン・酸素（５：１
）混合雰囲気３Ｐａのガス中で各ターゲット７１〜７４
のスパッタリングを行なった。各ターゲットのスパッタ
電流を、Ｂ　ｉ　：　３０ｍＡ．ＳｒＣｕ　：　８０ｍ
Ａ，ＣａＣｕ　：３００ｍＡにして実験を行った。また
、Ｎｉ−ＦｅＯは電気伝導率が低いので一高周波スパッ
タ法に１　８ より入力電力ｉｏｏｗでスパッタリングを行なった。Ｂ
　ｉ　−Ｓ　ｒＣｕ−ＣａＣｕ−Ｓ　ｒＣｕ−Ｂ　ｉの
サイクルでスパッタし、Ｂ　ｉ　−Ｓ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ
Ｏ膜の元素の組成比率がＢｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：
２：２：３となるように各ターゲットのスパッタ時間を
調整し、上記サイクルを２Ｏ周期行った結果、ＩＯＯＫ
以上の臨界温度を持つ相を作製することができた。この
ままの状態でもこのＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０薄膜は
ＩＯＯＫ以上の臨界温度を示したが、さらに酸素中で６
００℃、■時間の熱処理を行なうと非常に再現性がよく
なり、臨界温度は１１５Ｋ、抵抗がゼロになる温度は１
００Ｋになった。超電導転移温度が１００Ｋを超す相は
金属元素がＢｉ−Ｓｒ−Ｃｕ−ＣａＣｕ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｓ　ｒ−Ｂ　ｉの順序で並んだ酸化物の層から戒り立っ
ているとも言われており、本発明の製造方法がこの構造
を作るのに非常に役立っているのではないかと考えられ
る。

また、本発明者らはＮｉ−Ｆｅ−０を単独で成膜したと
き膜厚が少なくとも７０Ａ以上でスピネル型結晶構造を
とることを見い出した。

本発明者らはＢ　ｉ−＋Ｓ　ｒＣｕ−＋ＣａＣｕ−＋Ｓ
　ｒＣｕの積層を１周期としてｎ周期積層しその上にＮ
ｉ−Ｆｅ−０を膜厚ｄ（Ａ）になるよう各ターゲットを
スパッタし、ｎ（Ｂｉ−Ｓｒ−ＣａＣ　ｕ−０）・ｄ（
Ｎ　ｉ　−Ｆ　ｅ−０）薄膜を基体７７上に作製した。

ここでｎは１以上の正の整数を示す。本発明者らはｎ＝
１０のとき、Ｎｉ−ＦｅＯ薄膜の膜厚ｄを変化させて積
層して得た膜の電気抵抗の温度特性を調べた。このとき
Ｂｉ−Ｓｒ−ＣａＣｕ−０薄膜／Ｎｉ−Ｆｅ−０薄膜の
積層繰り返し回数は１０とした。第８図にｄ＝７０．２
Ｏ０，１　０００Ａのときに得た多層膜の抵抗の温度変
化をそれぞれ特性８１，８２．８３に示す。第８図にお
いて、ｄ＝２Ｏ０Ａのとき、最も高い超電導転移温度お
よびゼロ抵抗温度、すなわち特性８２が得られた。特性
８２の超電導転移温度、ゼロ抵抗温度はＢｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−０膜本来のそれらの値と同等であった。臨界
電流密度は７　７　Ｋにおいて、３６０万Ａ　／　ｏと
なり、磁性体薄膜を積層していない薄膜の値より４５％
高くなった。

また、上部臨界磁場はＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−ＣｕＯ膜本来
のものより約３０％向上した。４．２Ｋにおいて、Ｃ軸
に平行方向に磁場を加えたときの値は３３テスラ、また
Ｃ軸に垂直方向では４９０テスラであった。この効果の
詳細な理由については未だ不明であるが、本実施例に示
した方法でＢｉＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０膜とＮｉ−Ｆｅ−
０膜とを周期的に積層することによって、Ｂｉ−ＳｒＣ
ａ−Ｃｕ−０膜とＮｉ−Ｆｅ−０膜がエビタキシャル威
長していることにより積層界面での元素の相互拡散の影
響がなく、かつ結晶性に優れた薄いＮｉ−Ｆｅ−０膜を
介して同しく結晶性に優れたＢ　ｉ　−Ｓ　ｒ−Ｃａ−
Ｃｕ−０膜を積層することによりＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−０膜において超電導機構になんらかの変化が引き起
こされたことが考えられる。

さらに、本発明者らはターゲット７１もしくは７４に鉛
（Ｐｂ）を添加してスパッタしたとき、基体７７の温度
が上記実施例よりも約１ｏｏ℃低くても、２１ 上記実施例と同等な結果が得られることを見い出した。

発明の効果 以上のように本発明による薄膜超電導体は、Ｂｉ系薄膜
超電導体の臨界電流密度、臨界磁場の向上をはかるもの
であり、また本発明による薄膜超電導体の製造方法は特
性のよい薄膜超電導体の製造をより効果的に実現し、デ
バイス等の応用には必須の低温でのプロセス確立したも
のであり、その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による薄膜超電導体を得るための製造装
置の一実施例の概略図、第２図は本発明による薄膜超電
導体の構造概念図、第３図，第４図および第６図は第１
図の装置により得た薄膜超電導体におけるＸ線回折図お
よび抵抗の温度特性図、第５図は第１図の装置により得
た薄膜超電導体における外部磁場下における抵抗の温度
特性図、第７図は本発明による薄膜超電導体を得るため
の製造装置の他の実施例の概略図、第８図は第２２ ７図の装置により得た薄膜超電導体における抵抗の温度
特性図である。 １　１−・・・Ｂ　ｉ　−Ｓ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０ター
ゲット、１　２−Ｎ　ｉ　−　Ｆ　ｅ−０ターゲット、
１３、７５・・・・・・シャッター、１４．７６・・・
・・・アパーヂャ１５．７７・・・・・・基体、１６．
７８・・・・・・ヒーター、２　１　−Ｎ　ｉ　−　Ｆ
　ｅ　−　０１ｌ１、２２・・・・・・ＢｉＳｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−０膜、６１．６２，６３，８１，８２．８３・
・・・・・薄膜超電導体の抵抗の温度特性、７ｌ・・・
・・・Ｂｉターゲット、７２・・・・・・ＳｒＣｕター
ゲット、７３・・・・・・ＣａＣｕターゲッ１・、７４
・・・・・・Ｎｉ−Ｆｅ−０ターゲット。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）主体成分が少なくともビスマス（Ｂｉ）、銅（Ｃ
   ｕ）、およびアルカリ土類（ I I ａ族）を含む層状酸
   化物超電導薄膜と、少なくとも１種類以上のスピネル型
   酸化物からなる磁性薄膜とが交互に積層された構造を持
   つことを特徴とする薄膜超電導体。（ここでスピネル型
   酸化物とは、ＭＸ＿２Ｏ＿４（Ｍ＝Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，
   Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｇ，Ｃｄ，Ｌｉ＿０＿．＿５Ｆｅ
   ＿０＿．＿５，Ｘ＝Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｖ）およ
   びＮ＿１＿−＿ｘＺｎ＿ｘＦｅ＿２Ｏ＿４（Ｎ＝Ｍｎ，
   Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｌｉ＿０＿．＿５Ｆｅ＿０＿
   ．＿５）であらわされる酸化物磁性体およびこれらのう
   ち少なくとも二種以上を含む複合酸化物磁性体である。 ）
2. （２）基体上に、少なくともビスマス（Ｂｉ）を含む酸
   化物と少なくとも銅（Ｃｕ）およびアルカリ土類（ I
   I ａ族）を含む酸化物とを周期的に積層させて形成す
   る酸化物薄膜とスピネル型酸化物からなる磁性薄膜とを
   交互に積層することを特徴とする薄膜超電導体の製造方
   法。（ここでスピネル型酸化物とは、ＭＸ＿２Ｏ＿４（
   Ｍ＝Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｇ，Ｃｄ
   ，Ｌｉ＿０＿．＿５Ｆｅ＿０＿．＿５，Ｘ＝Ｆｅ，Ｃｏ
   ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｖ）およびＮ＿１＿−＿ｘＺｎ＿ｘＦｅ
   ＿２Ｏ＿４（Ｎ＝Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｌｉ
   ＿０＿．＿５Ｆｅ＿０＿．＿５）であらわされる酸化物
   磁性体およびこれらのうち少なくとも二種以上を含む複
   合酸化物磁性体である。）
3. （３）積層物質の蒸発を少なくとも二種以上の蒸発源で
   行うことを特徴とする請求項２記載の薄膜超電導体の製
   造方法。
4. （４）積層物質の蒸発をスパッタリングで行なうことを
   特徴とする請求項３記載の薄膜超電導体の製造方法。