JPH03205308A - 酸化物超電導薄膜の製造方法 - Google Patents

酸化物超電導薄膜の製造方法

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JPH03205308A
JPH03205308A JP2000174A JP17490A JPH03205308A JP H03205308 A JPH03205308 A JP H03205308A JP 2000174 A JP2000174 A JP 2000174A JP 17490 A JP17490 A JP 17490A JP H03205308 A JPH03205308 A JP H03205308A
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JP
Japan
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thin film
oxide superconducting
superconducting material
oxide
heat
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JP2000174A
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English (en)
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Yasuko Torii
靖子 鳥居
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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、酸化物超電導薄膜の製造方法に関する。より
詳細には、Tl −Bi −Sr −Ca−Cu一〇系
およびTl −Bi −Pb −Sr −Ca−Cu−
○系酸化物超電導材料の薄膜の製造方法に関する。
従来の技術 各種の酸化物超電導材料の中でも、いわゆるTl系の酸
化物超電導材料は、特に臨界温度が高く、実用化が有望
と考えられている。酸化物超電導材料を、ジョセフソン
素子、超電導トランジスタ等の電子デバイスに応用する
ためには、薄膜化することが必須である。
酸化物超電導材料の薄膜の製造方法としては、一般に焼
結体を蒸発源としたRFスパッタリング法、イオンビー
ムスパッタリング法、レーザアプレーション法等の物理
的蒸着方法と、蒸発源として有機金属を用いるMOCV
D法等の化学的蒸着方法とが用いられている。
また、上記の酸化物超電導材料の薄膜は、一般に、Al
zOs  (サ77イヤ) 、MgO,SrTiOs、
LaAI03 、LaGaOs 、Zr○.(YSZ)
等の酸化物の単結晶基板上に形或される。これは、これ
らの酸化物の結晶の格子定数が、酸化物超電導材料の結
晶の格子定数と近いため、結晶性のよい薄膜を形或する
ことができるからである。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の方法で、Tlを含む酸化物超
電導材料の薄膜を製造すると、Tlの蒸気圧が高く、薄
膜の組戊の制御が困難である。そのため、得られる薄膜
の組成は、焼結により得られるバルクのTl系酸化物超
電導材料とは大幅に組成が異なり、超電導特性もよくな
かった。また、Tlの毒性が強いので、装置が汚染され
る問題もあった。
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し
た、正確に組戒を制御することが可能で、装置の汚染も
少ない、Tl系酸化物超電導材料の薄膜の製造方法を提
供することにある。
課題を解決するための手段 本発明に従うと、Tlを含む酸化物超電導材料の薄膜を
製造する方法において、前記酸化物超電導材料に含まれ
るTl以外の元素を含み、少なくとも0以外の元素の相
対的な組成比が、前記酸化物超電導材料とほぼ等しい複
合酸化物を含む薄膜を作製し、この薄膜をTl雰囲気下
で熱処理する工程を含むことを特徴とする酸化物超電導
薄膜の製造方法が提供される。
立亙 本発明の方法は、Tlを含む酸化物超電導材料の薄膜を
製造する場合に、Tl以外の元素を含み、少なくとも○
以外の元素の相対的な組成比がほぼ等しい複合酸化物を
含む薄膜を作製し、この薄膜をTl雰囲気下で熱処理し
て、Tlを供給するところにその主要な特微がある。
本発明の方法は、例えば、 一般式’ (” + 一P+ ”’p) ,Sr,Ca
,CuvOw(ただし、VSXSl)1S1V,Wは各
元素の比を表し、 0.5≦y≦3.0 0.5≦z≦4.0 0 ≦p≦1 0.5≦s≦3.0 1.0≦v≦5.0である) で示される組成の複合酸化物を含む酸化物超電導材料の
薄膜を製造する場合に、 一般式: B+,− Sr1Ca1Cuv・08・(た
だし、Z’ 、p’ 、S’ % V’ 、W’は各元
素の比を表0.5≦z゜≦4.0 0 ≦p゜≦1 0.5≦s゜≦3.0 1.0≦v’≦5.0である) で示される組成の複合酸化物を含む薄膜をTl雰囲気下
で熱処理する工程を含むことが好ましい。上記p′およ
びpは、それぞれ0、2≦p’≦0.8および0.2≦
p≦0.8であることが特に好ましい。
また、本発明の方法は、−II式: (Tl l−p−q+ Bip, Pb,) ysrJ
azcLIv Ow(ただし、y1zSp1S,vSW
は各元素の比を表し、 0.5≦y≦3.0 0.5≦z≦4.0 0 ≦p≦1 0 ≦q≦1 0.5≦s≦3.0 1.0≦v≦5.0である) で示される組成の複合酸化物を含む酸化物超電導材料の
薄膜を製造する場合に使用することも好ましく、この場
合は、 一般式: Bip= Pb,,Srs’ Ca.,Cu
v,00,(ただし、” 、F” 、Q’ 、S’ 、
V’ 、W’は各元素の比を表し、 0.5≦z’≦40 0 ≦p”≦l O ≦q”≦1 0.5≦s゜≦3.0 1.0≦v’≦5.0である) で示される組成の複合酸化物を含む薄膜をTl雰囲気下
で熱処理する工程を含むことが好ましい。このときは、
上記p′およびpは、それぞれ0.2≦p’≦0.5お
よび0.2≦p≦0.5であることが好ましい。
本発明においては、上記熱処理工程における処理温度(
基板温度)は、400〜900 t:であることが好ま
しい。これは、熱処理温度が400 t:未満では、T
l分圧が低過ぎるのと、薄膜とTl蒸気が十分に反応せ
ず、目的とする高温相のTl系酸化物超電導材料の薄膜
が形威されないためである。また、熱処理温度が900
℃を超えると、不純物相が形或されたり、基板の構戒元
素が薄膜中に拡散して、薄膜の超電導特性を損なうため
である。
さらに、この熱処理工程における処理時間は1〜24時
間が好ましい。処理時間が上記の範囲に達しないと、十
分な効果が得られず、また、上記の範囲を超えて処理を
行ってもその効果は変わらない。
本発明の方法では、上記熱処理工程において薄膜の熱処
理をTl蒸気圧下の密閉系で行うことにより、各元素の
蒸発を防ぐとともに不純物元素の混入を防ぐことができ
る。また、本発明に係る超電導材料は、上記温度領域で
安定であるので、熱処理時のTl蒸気が過剰であっても
形或される超電導相が劣化されることがない。従って、
本発明の方法では薄膜の組成の制御が正確に行われる。
また、本発明の方法では、Tl雰囲気下での熱処理は、
専用の装置で行うことができるので、汚染に対する十分
な対策を施すことができる。
以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。
(適1 本発明の方法により、Tl0, 6B10.aSr2C
a2Cu3 0w酸化物超電導薄膜およびTlo. 6
Blo. 2Pl]o. 2sr2Ca2Cu30w酸
化物超電導薄膜を作製した。最初にRFマグネトロンス
パッタリング法により、MgO基板上にそれぞれ ■ Blo. 4SrzCa2CU3 0w・複合酸化
物薄膜および■ Bio. 4Pbo. 3sr2Ca
2Cu30w−複合酸化物薄膜を蒸着して形或した。
ターゲットはそれぞれ原子比 ■Bi :Sr :Ca :Cu= 0.4 : 2 
+ 2 : 3■Bi :Pb :Sr :Ca :C
u=0.4: 0.3:2:2:3 である焼結体を用いた。他の蒸着条件を以下に示す。
1 1 スパッタリングガス:Ar (80%)+02(20%
)圧力: 0. 03Torr 基板温度;700〜850℃ 膜厚;0.5μm 上記の薄膜をTl蒸気中で熱処理した。熱処理温度は9
00℃であり、6時間、Tl蒸気中の密閉系内で熱処理
を行った。また、このときのTl分圧は、約100 T
orrテあッタ。
以上の工程により作製した酸化物超電導薄膜を電子線回
折およびX線回折で調べたところ、エビタキシャル或長
した単結晶薄膜であることが確認された。薄膜の超電導
特性を第1表に示す。
第1表 比較のために、 ■TlO. solo, 4Sr2Ca2Cu3 0w
■T]o, eBlo. 2Pbo. 2sr2ca2
cus○012 焼結体をターゲットとして、上記と等しい蒸着条件で酸
化物超電導薄膜をMgO基板上に蒸着した。
このようにして得た薄膜を酸素中で熱処理してエビタキ
シャル或長した単結晶薄膜を作製した。
この比較例の薄膜の超電導特性を第2表に示す。
第2表 注:臨界電流密度は77. 3 Kで測定。
この結果、本発明の方法に従って、作製した酸化物超電
導薄膜は、従来の方法で作製したものより優れた超電導
特性を有することがわかる。
発明の効果 以上説明したように、本発明に従うと、従来の方法より
も超電導特性に優れたTl系酸化物超電導薄膜が作製可
能である。本発明により、超電導技術の応用がさらに促
進される。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)Tlを含む酸化物超電導材料の薄膜を製造する方
    法において、前記酸化物超電導材料に含まれるTl以外
    の元素を含み、少なくともO以外の元素の相対的な組成
    比が、前記酸化物超電導材料とほぼ等しい複合酸化物を
    含む薄膜を作製し、この薄膜をTl雰囲気下で熱処理す
    る工程を含むことを特徴とする酸化物超電導薄膜の製造
    方法。 (2)一般式:(Tl_1_−_P,Bi_p)_yS
    r_sCa_zCu_vO_w(ただし、y、z、p、
    s、v、wは各元素の比を表し、 0.5≦y≦3.0 0.5≦z≦4.0 0≦p≦1 0.5≦s≦3.0 1.0≦v≦5.0である) で示される組成の複合酸化物を含む酸化物超電導材料の
    薄膜を製造する方法において、 一般式:Bi_p,Sr_s,Ca_z,Cu_v,O
    _w,(ただし、z’、p’、s’、v’、w’は各元
    素の比を表し、 0.5≦z’≦4.0 0≦p’≦1 0.5≦s’≦3.0 1.0≦v’≦5.0である) で示される組成の複合酸化物を含む薄膜をTl雰囲気下
    で熱処理する工程を含むことを特徴とする請求項(1)
    に記載の酸化物超電導薄膜の製造方法。 (3)前記p’が、0.2≦p’≦0.8であり、前記
    pが、0.2≦p≦0.8であることを特徴とする請求
    項(2)に記載の酸化物超電導薄膜の製造方法。 (4)一般式: (Tl_1_−_p_−_q,Bi_p,Pb_q)_
    ySr_sCa_zCu_vO_w(ただし、y、z、
    p、s、v、wは各元素の比を表し、 0.5≦y≦3.0 0.5≦z≦4.0 0≦p≦1 0≦q≦1 0.5≦s≦3.0 1.0≦v≦5.0である) で示される組成の複合酸化物を含む酸化物超電導材料の
    薄膜を製造する方法において、 一般式:Bip−Pb_q,Sr_s,Ca_z,Cu
    _v,O_w,(ただし、z’、p’、q’、s’、v
    ’、w’は各元素の比を表し、 0.5≦z’≦4.0 0≦p’≦1 0≦q’≦1 0.5≦s’≦3.0 1.0≦v’≦5.0である) で示される組成の複合酸化物を含む薄膜をTl雰囲気下
    で熱処理する工程を含むことを特徴とする請求項(1)
    に記載の酸化物超電導薄膜の製造方法。 (5)前記p’が、0.2≦p’≦0.5であり、前記
    pが、0.2≦p≦0.5であることを特徴とする請求
    項(4)に記載の酸化物超電導薄膜の製造方法。 (6)前記熱処理工程における処理温度が、400〜9
    00℃であることを特徴とする請求項(1)〜(5)の
    いずれか1項に記載の酸化物超電導薄膜の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994018361A2 (en) * 1992-03-20 1994-08-18 E.I. Du Pont De Nemours And Company Process for making films and circuit elements of high temperature superconductors containing thallium and lead

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994018361A2 (en) * 1992-03-20 1994-08-18 E.I. Du Pont De Nemours And Company Process for making films and circuit elements of high temperature superconductors containing thallium and lead
WO1994018361A3 (en) * 1992-03-20 1994-12-08 E I De Pont De Nemours And Com Process for making films and circuit elements of high temperature superconductors containing thallium and lead

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