JPH03193603A - 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。

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、
３０にで超電導状態を示す（Ｌａ、　Ｂａ）　２Ｃｕ　
Ｏ４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ＹＢａ２Ｃ
ｕ３０ｙが発見され、続いて、１９８８年には前出等に
よって１００に以上の臨界温度を示す所謂Ｂ１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、ＳｒＴ＋０３単結晶基板、ＭｇＯ単結
晶基板等の上に、真空蒸着法、スパッタリング法、ＭＢ
Ｅ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 複合酸化物超電導材料は、薄膜として作製されることに
よって、特に臨界電流密度等の点では画期的に特性が向
上した。しかしながら、超電導薄膜を実用的に利用する
ためにはまだ不十分である。

そこで本発明は、成膜条件を最適化することによって、
臨界電流密度のより高い超電導薄膜を作製することがで
きる新規な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り基板上
に複合酸化物超電導薄膜を作製する方法であって、ター
ゲット表面の有効領域を、該ターゲットの表面と直角な
方向に投影した領域を避けて基板を配置して成膜処理を
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、基板の成膜面がターゲットの正面
に位置しないように配置して成膜を行うことをその主要
な特徴としている。

即ち、複合酸化物超電導材料は、一般にその結晶構造に
対して顕著な異方性を有しており、特に臨界電流につい
て考えると、結晶のＣ軸に対して直角な面内で超電導電
流が流れ易いことが知られている。このために、従来か
ら高い臨界電流密度を有する超電導薄膜を作製する場合
には、薄膜の結晶方位を揃えて結晶性を高めることが重
要であることが知られていた。ところが、このような配
慮にも関わらず、作製された超電導薄膜の結晶性は往々
にして乱れており、このために臨界電流密度の向上が抑
制されていることが見出された。また、従来の方法では
薄膜中に酸素が不足することも臨界温度および臨界電流
密度が低い要因となっていた。

そこで、成膜中の酸化物薄膜の状態を子細に検討したと
ころ、成膜中のターゲットと基板との位置関係が重要な
制御因子であることが見出された。

即ち、通常スパッタリング法においては、ターゲットと
基板とが互いに正対するように配置されている。ところ
が、基板をターゲットの正面に配置した場合、ターゲッ
トからは高速二次電子や中性粒子が放射されるので、タ
ーゲットの正面に配置された基板上の成膜面の配向性が
乱されていることが見出された。

また、薄膜の結晶性を向上させるためには、低い成膜速
度が有利であることが知られている。このため、成膜時
の印加電力を低くする必要があるので、成膜雰囲気中の
酸素を十分に活性化させることができず、結果的に超電
導特性が低くなっていた。

これに対して、本発明によれば、基板の成膜面が、ター
ゲットと正対しないように配置することによってこれら
の問題が解決される。即ち、ターゲットの正面を避けて
基板を配置することによって、ターゲットから放射され
る高速二次電子や中性粒子を避けることができると共に
、著しく成膜速度が低下するので、大きな電力を印加し
て酸素を活性化させ、薄膜を十分に酸化することができ
る。

このように、本発明に係る方法によれば、薄膜中の酸化
物超電導体の結晶性を向上させることができ、より高い
臨界電流密度を有する酸化物超電導薄膜を、成膜後の熱
処理なしに作製することができる。

尚、本発明に係る方法は、その配向性が超電導特性に影
響するような酸化物超電導材料の薄膜化に一般的に適用
できる。

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（ａ）は、ＲＦスパッタリング法により本発明に
係る超電導薄膜の作製方法を実施する際に使用すること
ができるスパッタリング装置のレイアウトを概略的に示
す図である。

同図に示すように、この装置では、真空槽１の内部に、
ターゲット２のホルダを兼ねた高周波電極３と、接地面
を兼ね且つヒータ７を内蔵した基板ホルダ５が設けられ
ている。ここで、基板ホルダ５は、ターゲット２の正面
の位置Ａと、ターゲット２の正面の領域（図中に点線で
示す）を避けた位置Ｂとの２箇所に基板６を保持するこ
とができるように構成されている。

第１図（ａ）に示したようなスパッタリング装置を使用
して、実際に超電導薄膜の作製を行った。

基板として直径２０ｍｍφのＭｇＯ単結晶基板を使用し
、その（１００）面を成膜面として、下記の第１表に示
すような成膜条件で２個の試料を作製した。

ここで、試料■は、第１図（ａ）中の位置Ａに、また、
試料■は、第１図（ａ）中の位置已にそれぞれ配置した
。

第１表 上記のような成膜条件で、互いに成膜速度が等しくなる
ようにして作製した各試料■および■に対して、Ｘ線回
折によってその配向性を調べた。

第１図（Ｉ））は試料■の、第１図（Ｃ）は試料■のそ
れぞれＸ線回折を示している。第１図（５）および（Ｃ
）に示すように、試料■は明らかにＣ軸配向性が向上し
ていた。尚、各試料の、熱処理前の超電導特性は以下の
通りであった。また、試料■に対しては、更に、酸素中
で９２０℃・４時間のアニール処理を行った。アニール
処理後の試料■の特性も第２表に併せて示す。

第２表 ＊　： 本＊　　： ｒＴｃ−ｏ　Ｊは試料の電気抵抗が低下し始める温度を
、ｒＴｃ−ｉ　Ｊは試料の電気抵抗が測定限界以下まで
下がった温度をそれぞれ表す。

７７Ｋにおける臨界電流密度である。

実施例２ 第２図は、スパッタリング法により本発明に係る超電導
薄膜の作製方法を実施する際に使用することができるス
パッタリング装置の別のレイアウトを概略的に示す図で
ある。

同図に示すように、この装置において特徴的なのは主に
その基板ホルダ５により保持された基板６の配置であり
、真空槽１、高周波電極３および接地面４の配置は第１
図（ａ）に示した装置と同じレイアウトである。

本実施例においては、別途基板ホルダを設けることによ
り、各基板６がターゲット２と平行ではなく、側方の位
置Ｃおよび位置りに基板６が配置されるように基板ホル
ダ５が配置されている。ここで、位置Ｃに配置された基
板６はターゲット２の表面と直角に、また、位置りに配
置された基板６は、成膜面がターゲット２の表面の中央
に向かうように、それぞれ固定されている。尚、ここで
は、位置Ｃに配置された基板上に形成された薄膜を試料
■、位置りに配置された基板上に形成された薄膜を試料
■としている。以上のようなレイアウトで、実施例１の
試料■と同じ成膜条件で成膜を行った。尚、各試料■、
■に対しては、アニール処理は行わなかった。各試料の
超電導特性を下記の第３表に示す。

第３表 ｒＴｃ−ｏ」は試料の電気抵抗が低下し始める温度を、
ｒＴｃ−ｉ　Ｊは試料の電気抵抗が測定限界以下まで下
がった温度をそれぞれ表す。

＊＊　　ニア７Ｋにおける臨界電流密度である。

＊　： 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
の作製方法によれば、酸化物超電導薄膜中の結晶性をよ
り向上させることができ、成膜後に熱処理を行うことな
く、高い臨界電流密度を有する酸化物超電導薄膜を作製
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および第２図は、それぞれ本発明に係る作
製方法を実施するために使用することができるスパッタ
リング装置の構成を概略的に示す図であり、 第１図ら）および（Ｃ）は、第１図（ａ）に示す装置に
よって作製した薄膜のＣ軸配向性を示すグラフである。 〔主な参照番号〕 １・・・真空槽、　　２・・・ターゲット、３・・、・
高周波電極、４・・・接地面、５・・・基板ホルダ、６
・・・基板、 ７・・・ヒータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スパッタリング法により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、ターゲット表面の有効
   領域を、該ターゲットの表面と直角な方向に投影した領
   域を避けて基板を配置して成膜処理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。
2. （２）請求項１に記載の方法であって、前記ターゲット
   の表面と前記基板の表面とが平行ではないことを特徴と
   する複合酸化物超電導薄膜の作製方法。