JPH03218906A - 酸化物超伝導薄膜形成装置及びその装置を用いた酸化物超伝導薄膜形成方法 - Google Patents

酸化物超伝導薄膜形成装置及びその装置を用いた酸化物超伝導薄膜形成方法

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JPH03218906A
JPH03218906A JP2012802A JP1280290A JPH03218906A JP H03218906 A JPH03218906 A JP H03218906A JP 2012802 A JP2012802 A JP 2012802A JP 1280290 A JP1280290 A JP 1280290A JP H03218906 A JPH03218906 A JP H03218906A
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JP
Japan
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substrate
thin film
oxygen
raw material
oxide superconducting
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Application number
JP2012802A
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English (en)
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Kota Yoshikawa
浩太 吉川
Nobuo Sasaki
伸夫 佐々木
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

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】 〔概 要〕 基板上に酸化物超伝導薄膜を形成する酸化物超伝導薄膜
形成装置、及びその装置を用いた酸化物超伝導薄膜形成
方法に関し、 膜形成時点で転移温度Tcがなるべく高くなるように形
成するため、MBE法または蒸着法により基板上に前記
薄膜を成長し、その直後に、該基板周囲の雰囲気を原料
蒸発手段に悪影響を及ぼすことなく常圧程度の酸素に切
り換えることができるようにすることを目的とし、 装置においては、前記基板を支持して加熱する基板支持
台と、該基板支持台上の前記基板に酸素を供給する酸素
供給手段と、該基板に向けて前記薄膜の原料物質を蒸発
させる原料蒸発手段と、前記基板支持台及び前記酸素供
給手段を含む第1空間と前記原料蒸発手段を含む第2空
間とを気密に仕切り且つ開閉自在なゲートバルブと、を
有するように構成し、または更に、前記第1空間に連通
し且つ前記基板支持台上の前記基板を搬入し得て、搬入
した該基板を冷却する冷却手段を備える第3空間を有す
るように構成し、方法においては、前記ゲートバルブを
開いて、前記原料蒸発手段からの原料蒸発と前記酸素供
給手段からの酸素供給とにより、前記基板支持台上の前
記基板に前記薄膜を成長する工程と、しかる後に該ゲー
トバルブを閉じて、前記酸素供給手段からの酸素供給に
より、前記第1空間の酸素圧を高める工程とを有するよ
うに構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、基板上に酸化物超伝導薄膜を形成する酸化物
超伝導薄膜形成装置に関する。
酸化物超伝導薄膜は、ジョセフソン素子など新しい高性
能電子素子への応用が検討されているものであり、その
応用のためには、膜形成時点て転移温度Te(電気抵抗
が0になる温度)がなるべく高くなっている必要がある
〔従来の技術〕
基板上に酸化物超伝導薄膜を再現性良く然も比較的大面
積に形成する方法として、MBE(分子線エピタキシ)
法または蒸着法がある。
また、その薄膜は、成長直後に周囲の雰囲気を常圧程度
の酸素に切り換えることにより、その切り換えを行わな
い場合よりも転移温度Teが高《なることが知られてい
る。それは、成長した薄膜が冷却するまでの間にその薄
膜から酸素が抜け出すのを上記酸素雰囲気が抑えるから
である。
しかしながら、上記MBE法または蒸着法を行う従来の
薄膜形成装置は、周知のように基板を支持する基板支持
台と薄膜の原料物質を基板に向けて蒸発させる原料蒸発
手段とが同一室内にあるために、加熱状態にある原料蒸
発手段に酸化などの悪影響を及ぼさないようにしながら
上記酸素雰囲気に切り換えることが事実上不可能である
このため従来は、原料蒸発手段の冷却を待ってこの雰囲
気切り換えを行っており、その間に薄膜から酸素が抜け
出して良好な結果が得られていない。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、基板上に酸化物超伝導薄膜を膜形成時点で転
移温度Teがなるべく高くなるように形成するため、M
BE法または蒸着法により基板上に前記薄膜を成長し、
その直後に、該基板周囲の雰囲気を原料蒸発手段に悪影
響を及ぼすことなく常圧程度の酸素に切り換えることが
できる酸化物超伝導薄膜形成装置、及びその装置を用い
た酸化物超伝導薄膜形成方法の提供を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、第1実施例の構成図である第l図を参照し
て、基板Sを支持して加熱する基板支持台7と、基板支
持台7上の基板Sに酸素を供給する酸素供給手段4.5
と、該基板Sに向けて前記薄膜の原料物質を蒸発させる
原料蒸発手段8と、基板支持台7及び酸素供給手段4,
5を含む第1空間(成膜室l)と原料蒸発手段8を含む
第2空間(蒸発室2)とを気密に仕切り且つ開閉自在な
ケートバルブ3と、を有する本発明の酸化物超伝導薄膜
形成装置によって達成される。
また、第2実施例の構成図である第2図を参照して、上
記薄膜形成装置で更に、成膜室lに連通し且つ基板支持
台7上の基板Sを搬入し得て、搬入した該基板Sを冷却
する冷却手段lOを備える第3空間(冷却室9)を有す
る本発明の酸化物超伝導薄膜形成装置によって達成され
る。
そして、上記薄膜形成装置の何れかを用い、ゲートバル
ブ3を開いて、原料蒸発手段8からの原料蒸発と酸素供
給手段4からの酸素供給とにより、基板支持台7上の基
板Sに前記薄膜を成長する工程と、しかる後にゲートバ
ルブ3を閉じて、酸素供給手段5からの酸素供給により
、成膜室lの酸素圧を高める工程とを有する本発明の酸
化物超伝導薄膜形成方法によって達成される。
〔作 用〕
上記薄膜の成長は、ゲートバルブ3の開きにより成膜室
1と蒸発室2とが一体の室となるので、原料蒸発千段8
の構成をMBE用または蒸着用にすることによりMBE
法または蒸着法によって行うことができる。
そして、ゲートバルブ3を閉じて即ち成膜室lと蒸発室
2とを隔離して行う酸素供給手段5からの酸素供給によ
り、成長の直後に、基板S周囲の雰囲気を原料蒸発手段
8に悪影響を及ぼすことなく常圧程度の酸素に酸素に切
り換えることができる。
このことから、成長した薄膜が冷却するまでの間にその
薄膜から酸素が抜け出すのを上記酸素雰囲気が抑えて、
形成される酸化物超伝導薄膜は、膜形成時点で転移温度
Tcの高いものとなる。
なお、上記冷却室9は、それを利用することにより、成
長した薄膜が冷却するまでの時間を短縮させることがで
きて、抜け出す酸素量の一層の低減とスループットの向
上を可能にさせる。
〔実施例〕
以下本発明の実施例について先に示した第1図及び第2
図を用いて説明する。
第1図において、同図は第1実施例の構成図であり、l
は成膜室(前記第1空間)、2は蒸発室(前記第2空間
)、3はゲートバルブ、4は第1酸素供給手段、5は第
2酸素供給手段、6は排気手段、7は基板支持台、8は
原料蒸発手段、Sは酸化物超伝導薄膜形成対象の基板、
を示す。
成膜室lは、基板支持台7を備えている。基板支持台7
は、基板lを支持して加熱するものであり、内部に基板
1加熱用のヒータ7aを備えている。
蒸発室2は、成膜室1に連通し、複数の原料蒸発手段8
を備えている。原料蒸発手段8は、形成する酸化物超伝
導薄膜の酸素以外の原料物質を基板支持台7上の基板S
に向けて蒸発させるものであり、具体的にはMBE用の
K−Cell ( KnudsenCell )である
。そして、元素毎に別になっている上記原料物質を個別
に入れてそれぞれの原料蒸発手段8がそれぞれの原料物
質を蒸発させる。この原料蒸発手段8は蒸着用の蒸発用
ヒータ、EBガンなどであっても良い。
ゲートバルブ3は、成膜室lと蒸発室2との間を気密に
仕切り且つ開閉自在である。
第1酸素供給手段4は、所要時に前記薄膜の原料とする
酸素を基板支持台7上の基板Sに向けて供給する。その
流量は前記薄膜の成長に適合した値に調節される。
第2酸素供給手段5は、所要時に酸素を成膜室lに供給
する。その際ゲートバルブ3を閉じてあれば、成膜室l
内の圧力を1気圧程度またはそれ以上にすることができ
る。
排気手段6は、排気口6aを蒸発室2に設けて、蒸発室
2を高真空に排気し、ゲートバルブ3が開いていれば成
膜室lをも一緒に排気する。
酸化物超伝導薄膜の形成は、基板支持台7上の基板Sに
該薄膜を成長し、その直後に、基板S周囲の雰囲気を1
気圧程度以上の酸素.に切り換えて該薄膜を自然冷却さ
せることによって行う。
その際の薄膜成長は、ゲートバルブ3を開き排気手段6
により蒸発室2及び成膜室lを高真空にして、原料蒸発
手段8からの原料蒸発と第1酸素供給手段4からの酸素
供給とにより行う。従ってこの成長は、原料蒸発手段8
がK−Cellであることから、MBE法となる。なお
、原料蒸発手段8が蒸着用の蒸発用ヒータであるならば
蒸着法となる。
そして基板S周囲雰囲気の酸素への切り換えは、ゲート
バルブ3を閉じて第2酸素供給手段5から成膜室lに酸
素を導入することによって行う。導入された酸素は、ゲ
ートバルブ3に遮られて原料蒸発手段8に悪影響を及ぼ
すことがない。
本発明者は、下記の条件により転移温度T。が68Kの
酸化物超伝導薄膜を再現性良く形成することができた。
成長条件 原料物質 :  Bi, Sr, Ca, Cu基板S
   :  MgO(100)単結晶基板基板温度 :
700°C 排気圧力 :  2 X 10−” torr成膜圧力
 :  I XIO−’ torr成長速度 :0.2
人/秒 成長膜厚 :  1000  人 雰囲気の切り換え条件 切り換え後の酸素圧  : l 気圧 1気圧になる迄の時間 :30  秒 ちなみに、この薄膜の形成において雰囲気の切り換えを
省略して減圧中で冷却した場合は、転移温度Tcが45
Kとなった。
なお上記実施例において、第1酸素供給手段4と第2酸
素供給手段5が共に酸素を供給するものであることから
、供給の調節可能範囲を広げることにより両者を一つの
酸素供給手段にまとめることも可能である。
次に第2図において、同図は第2実施例の構成図であり
、第1図と同一符号は同一対象物を示し、9は冷却室(
前記第3空間)、10は冷却手段、を示す。
この第2実施例は、第1実施例に冷却室9が付加された
ものである。
冷却室9は、成膜室lに連通し且つ基板支持台7上の基
板Sを搬入し得るもので、前後にゲートバルブ■1が配
設されてロードロックを構成し、内部に冷却手段IOを
備えている。冷却手段lOは、基板支持台7から搬入し
た基板Sを冷却するものであり、内部に冷却用の液体窒
素10aを有している。
なお図中の12は、基板Sの上記搬入に用いる移送杆で
ある。
この第2実施例による酸化物超伝導薄膜の形成は、第1
実施例の場合と同様に該該薄膜の成長と基板S周囲雰囲
気の酸素への切り換えを行い、その後基板Sを冷却室9
に搬入して自然冷却によらず冷却手段10によって急速
に冷却するものである。
このため、基板S周囲雰囲気の酸素への切り換えでは、
ゲートバルブ3を閉じる際に成膜室l側のゲートバルブ
11を開き、冷却室9内にも酸素を導入する。
そして、基板Sの上記急速冷却は、成長した酸化物超伝
導薄膜が冷却するまでの時間を短縮させることができて
、該薄膜から抜け出す酸素量の一層の低減と装置のスル
ープット向上を可能にさせる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明の構成によれば、MBE法ま
たは蒸着法により基板上に前記薄膜を成長し、その直後
に、該基板周囲の雰囲気を原料蒸発手段に悪影響を及ぼ
すことなく常圧程度の酸素に切り換えることができる酸
化物超伝導薄膜形成装置、及びその装置を用いた酸化物
超伝導薄膜形成方法が提供されて、膜形成の時点で転移
温度T.が高い酸化物超伝導薄膜を、基板上に再現性良
《然も比較的大面積に形成することを可能にさせる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1実施例の構成図、 第2図は第2実施例の構成図、 である。 図において、 lは第1空間である成膜室、 2は第2空間である蒸発室、 3はゲートバルブ、 4は第1酸素供給手段、 5は第2酸素供給手段、 6は排気手段、 7は基板支持台、 8は原料蒸発手段、 9は第3空間である冷却室、 10は冷却手段、 Sは基板、 を示す。 箔 1 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)基板(S)上に酸化物超伝導薄膜を形成する装置で
    あって、 前記基板(S)を支持して加熱する基板支持台(7)と
    、 該基板支持台(7)上の前記基板(S)に酸素を供給す
    る酸素供給手段(4、5)と、 該基板(S)に向けて前記薄膜の原料物質を蒸発させる
    原料蒸発手段(8)と、 前記基板支持台(7)及び前記酸素供給手段(4、5)
    を含む第1空間と前記原料蒸発手段(8)を含む第2空
    間とを気密に仕切り且つ開閉自在なゲートバルブ(3)
    と、 を有することを特徴とする酸化物超伝導薄膜形成装置。 2)前記第1空間に連通し且つ前記基板支持台(7)上
    の前記基板(S)を搬入し得て、搬入した該基板(S)
    を冷却する冷却手段(10)を備える第3空間を有する
    ことを特徴とする請求項1記載の酸化物超伝導薄膜形成
    装置。 3)請求項1または2記載の薄膜形成装置を用いて基板
    (S)上に酸化物超伝導薄膜を形成する方法であって、 前記ゲートバルブ(3)を開いて、前記原料蒸発手段(
    8)からの原料蒸発と前記酸素供給手段(4)からの酸
    素供給とにより、前記基板支持台(7)上の前記基板(
    S)に前記薄膜を成長する工程と、しかる後に該ゲート
    バルブ(3)を閉じて、前記酸素供給手段(5)からの
    酸素供給により、前記第1空間の酸素圧を高める工程と
    を有することを特徴とする酸化物超伝導薄膜形成方法。
JP2012802A 1990-01-23 1990-01-23 酸化物超伝導薄膜形成装置及びその装置を用いた酸化物超伝導薄膜形成方法 Pending JPH03218906A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05221613A (ja) * 1992-02-13 1993-08-31 Nitto Koki Kk 圧縮スプレー法による噴霧状材料を被覆する薄膜形成装置
US5421890A (en) * 1991-07-10 1995-06-06 International Superconductivity Technology Center Apparatus for producing oxide thin film
US5556472A (en) * 1991-12-09 1996-09-17 Sumitomo Electric Industries, Ltd Film deposition apparatus

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