JPH0317253A - 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、高臨界温度を持ス　ＮｄａＣｕ○４型結晶構
造の酸化物薄膜超電導体の製造方法に関するものであも 従来の技術 高い超電導転移温度を持つ酸化物超電導体として、Ｂａ
−Ｌａ−Ｃｕ一〇系の超電導体が発見された［シゝエイ
・シゝ一・へ゛ト゛ノルフ　ァンド　ケー・工−・ミエ
ラー、（ファイトシヱリ７ト　７ヱア　７イシゝ−夕　
へゝ一）　一　コンデ１ンスト　マター（Ｊ．Ｇ，Ｂｅ
ｄｎｏｒｚａｎｄ　　Ｋ，Ａ，Ｍｕｌｌｅｒ，（Ｚｅｉ
ｔｓｈｒｉｆｔ　　ｆｕｒ　　Ｐｈｙｓｉｋ　　Ｂ）　
　一Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ　Ｍａｔｔｅｒ，　ｖｏ１，６
４，１８９−１９３（１９８６））］。これ以来数々の
新しい酸化物超電導体が発見されるに至った ところで最近　これら従来の酸化物超電導体とは常電導
状態における電荷輸送担体が異なる、Ｎｄｃ　ｅ−Ｃ　
ｕ−Ｑに代表されるＮｄａＣｕｏｉ型結晶構造の新しい
酸化物超電導体が発見された［ワイ・トクラ、エイチ・
夕カキ′　アント”ｘス・ウチタ′、　（ネイチ＋−）
（Ｙ，Ｔｏｋｕｒａ，Ｈ，Ｔａｋａｇｉ　ａｎｄ　Ｓ．
　Ｕｃｈｉｄａ．　（Ｎａｔｕｒｅ）ｖｏ１．３３７，
３４５−３４７（１９８９））］。この種の材料の超電
導機構の詳細は明らかではない戟　転移温度がさらに高
くなる可能性があり、また新しいデバイスの実現等の有
望な応用が期待されも 発明が解決しようとする課題 しかしなが６　　Ｎｄ−Ｃｅ−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或できな
いた△　セラミックの粉末あるいはプロックの形状でし
か得られなＬ％　　−；ｌｌｌｉ．　　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
ている力交　従来の技術で４上　良好な超電導特性を有
する薄膜作製は非常に困難とされている。

本発明ζよ　このような従来技術の課題を解決すること
を目的とすも 課題を解決するための手段 本発明｛友　主戊分力＜．Ｎｄ２Ｃｕ○４型結晶構造の
（Ａ．Ｂ）　２ｃｕ０４で表わされる複合酸化物の超電
導薄膜を作製するた△　基本的にスパッタ蒸着法を用い
て行なし＼　蒸着させる際にスパッタガス中の酸素ある
いは酸化ガスの分圧を１０−’Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ以下にし
て蒸着するというものであも　ここで、ＡはＮ（Ｌ　　
８＋１１，　　Ｐｒのうちの少なくとも一狼　ＢはＣｅ
．　　Ｔｈのうちの少なくとも一種の元素を示す。

作用 本発明者らはこのＮｄａＣｕ○４型結晶構造の酸化物超
電導体に対して、スパッタ蒸着法による薄膜作製を行な
し＼　作製条件と薄膜の超電導性の関係について詳細に
調べた　２００〜１０００℃に加熱した基体上に　例え
ばＮｄ＋．＊ｓＣｅｍ．＋ｓＣｕ○４の薄膜を、Ｎｄと
ＣｅとＣｕを含むターゲットをスパッタして戊膜させ、
アニール処理により超電導特性を得も　通常酸化物薄膜
の作製の場合、スパッタガスとして、不活性ガスと酸素
または酸化ガスをほぼ等量混合して用いる。ところがＮ
ｄｅＣｕＯｎ型結晶構造の酸化物超電導体においてｃヨ
　　スパッタガス中の酸素あるいは酸化ガスの分圧を極
端に低くして戒膜すると、以外にも良好な超電導性が得
られることを本発明者らは発見し九　特に酸素あるいは
酸化ガスの分圧が１０−３以下であれば　ゼロ抵抗温度
がセラミックス材料とほぼ等しい２０Ｋのもの力ｔ　再
現性良く得られることを合わせて確認し九　この原因は
現在のところ明らかではない力丈　この種の材料のセラ
ミックスの焼結においては還元雰囲気がよいとも言われ
ており、スパツタ蒸着中の酸素分圧を低くすることによ
り不必要な酸素が薄膜の結晶構造中に入らないたへ　良
い結果が得られているのではないかと思われも　また酸
素あるいは酸化ガスを全く含まない不活性ガスのみの場
合でＬ　意外にも良好な超電導特性が得られることを見
いだした　不活性ガスとしてはアルゴンが比較的利用し
易く、また結果も良いことを確言忍しｔら スパッタターゲットとしてＩｔ　　Ａ元煮　Ｂ元素、Ｃ
ｕを含む酸化物で構成すれζ戴　良好な結晶性の薄膜が
作製可能であった　ただしＡはＮｄ．Ｓａ　　Ｐｒのう
ちの少なくとも一ｉＢはＣｅ，　　Ｔｈのうちの少なく
とも一種の元素を示す。この理由＜Ｌ　　Ｎｄ２Ｃｕ○
４型の結晶構造を作るにはある程度の酸素が必要で、そ
の酸素はターゲットから供給されるのが一番適している
ことによると思われる。

蒸着中の基体の温度としては２００〜１０００℃とした
場合に　低温で薄膜の電気抵抗に超電導の兆候が認めら
れた力交　特に５００〜７００℃で作製した膜において
（上　完全にゼロ抵抗が２０Ｋ程度で確認され　また結
晶性も良く再現性もすぐれてい九 実施例 以下に　本発明の実施例について図面を参照しながら説
明すも Ｎｄ＋．ｓｓＣｅｍ．＋＠Ｃｕ２０×の酸化物セラミッ
クス焼結体をターゲットとして用へ　チタン酸ストロン
チウム（１　０　０）面の基体上に　高周波プレナーマ
グネトロンスパッタにより薄膜作製を行なった基体温度
を６５０℃とヒ　スバック電力１６０Ｗ，スパッタガス
圧力３ｘ　１　０−”Ｔｏ　ｒ　ｒの条件のもとで、約
１時間スパッタ蒸着することにより、約０．８μｍ厚の
薄膜が得られ九　スパッタガスは純アルゴンあるいはア
ルゴンガスと酸素の混合ガスとし　この際のスパッタガ
ス中の酸素分圧を細かく変化させて、出現する超電導特
性と′の関係を調べ九　薄膜或膜抵　空中１１００℃２
時間及び真空中９００℃１時間のアニール処理を行なっ
た上記過程の眞ＷＬ膜の組或を調べたとこム　金属元素
の比率はＮｄ：　Ｃｅ：　Ｃｕ＝１．８　４：　　０．
１　６：１．０とほぼ化学量論比になっていた　また薄
膜の結晶構造（よ　Ｘ線回折法によりｃｉｌ！ｌが基板
に垂直に配向したＮｄ２ＣｕＯ４型の結晶構造であるこ
とが判りｔも 代表的な薄膜についての電気抵抗の温度依存性を図に示
す。曲線１１は酸素分圧が２Ｘ１０−”の条件で或膜し
たもｑ　曲線ｌ２は酸素分圧が１．５×１０１の条件で
或膜したもα　曲線１３は酸素分圧が１×ｌＯ−″の条
件で或膜したちα　曲　＊ｌ４は酸素分圧が０すなわち
純アルゴンでスパッタして戊膜したものである。これを
みると、酸素分圧がＩＸＩＯ−’以上のものは超電導の
兆候は認められるバ　ゼロ抵抗は実現していな（〜　曲
線ｌ３で示されている酸素分圧がＩＸＩＯ−’の条件で
戊膜したものにおいて、　２０Ｋ付近で初めてゼロ抵抗
が確認され九　特に酸素分圧がＯすなわち純アルゴンで
スパッタして或膜したもの（曲線１４）で｛よ　常電導
状態の電気抵抗率自体も小さく、超電導転移もシャープ
な良好な特性が得られ九以上のことか転　スパッタガス
中の酸素分圧が１０−’Ｔｏｒｒ以下であればゼロ抵抗
温度２０Ｋ程度の超電導を示す（Ｎｄ，Ｃｅ）ｓＣｕ○
４薄膜を作製できることが判った　なおこの結果ζｉ　
　Ｎｄの代わりにＳａ　　Ｐｒあるいはこの少なくとも
一種を含む組合せ、またＣｅの代わりにＴｈあるいはこ
の少なくとも一種を含む組合せでｋ　同様であることが
確言忍された 発明の効果 本発明により、良質で高性能なＮｄ２Ｃｕ○４型結晶構
造の薄膜超電導体を再現性良く得ることが可能となっ九
　本発明の製造方法ζよ　この種の物質を用いたデバイ
ス等の応用には必須であり、本発明の工業的価値は大き
鶏

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例において製造された薄膜超電導体
の電気抵抗の温度依存性を示すグラフである。 １　１−−−酸素分圧（２　ｘ　１　０”　Ｔｏｒｒ）
　，　１　２　・・・酸素分圧（１．５　Ｘ　１　０”
　Ｔｏｒｒ）　．　１　３　・・・酸素分圧（１　ｘ　
１　０”　Ｔｏｒｒ）　，　１　４　・・・酸素分圧（
　Ｑ　　Ｔｏｒｒ）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　基体上に、主成分がＮｄ＿２ＣｕＯ＿４型結晶
   構造の（Ａ，Ｂ）＿２ＣｕＯ＿４で表わされる複合酸化
   物をスパッタ蒸着させる際に（但しここで、ＡはＮｄ、
   Ｓｍ、Ｐｒのうちの少なくとも一種、ＢはＣｅ、Ｔｈの
   うちの少なくとも一種の元素を示す。）、スパッタガス
   中の酸素あるいは酸化ガスの分圧を１０＾−＾３Ｔｏｒ
   ｒ以下にして蒸着することを特徴とする薄膜超電導体の
   製造方法。
2. （２）　スパッタターゲットを、少なくともＡ元素、Ｂ
   元素、Ｃｕを含む酸化物で構成した（ここで、ＡはＮｄ
   、Ｓｍ、Ｐｒのうちの少なくとも一種、ＢはＣｅ、Ｔｈ
   のうちの少なくとも一種の元素を示す。）ことを特徴と
   する請求項１記載の薄膜超電導体の製造方法。
3. （３）　スパッタガスを、純粋な不活性ガスで構成した
   ことを特徴とする請求項１記載の薄膜超電導体の製造方
   法。
4. （４）　スパッタガスを、純粋なアルゴンガスで構成し
   たことを特徴とする請求項１記載の薄膜超電導体の製造
   方法。
5. （５）　スパッタ蒸着において、薄膜堆積中の前記基体
   温度を２００〜１０００℃の範囲内に設定することを特
   徴とする請求項１記載の薄膜超電導体の製造方法。
6. （６）　スパッタ蒸着において、薄膜堆積中の前記基体
   温度を５００〜７００℃の範囲内に設定することを特徴
   とする請求項１記載の薄膜超電導体の製造方法。