JPH03257002A - 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ＧＥＬ　　主に超電導材料を基板上に配し　電気
回路もしくは電子回路を構成するために用いる超電導体
基板の製造方法に関する。

従来の技術 従来　高温超電導体は　酸化イツトリウム　炭酸バリウ
ム　酸化銅等の粉末を調合し　固形にプレス形成した後
、　９００℃以上の高温で焼成するとイットリウへ　バ
リウム　銅の複合酸化物（以下ＹＢＣＯ）が形成され　
この物質が液体窒素温度以上の比較的高い温度で超電導
状態になることが発見されて以来　この物質を基板上に
膜形成し能動素子や回路基板用配線として幅広く応用が
期待されていも 発明が解決しようとする課題 しかしなか収　この様な従来の技術でζ友　これらの高
温超電導体を電気もしくは電子回路の配線のための例え
ばプリント基板等に応用するとした紋　前記した超電導
体を７００℃以上の基板温度で堆積形成した檄　配線パ
ターンの形状に加工する力＼　もしくは低温で形成した
後、　５００℃以上の高温で堆積熱処理をしなければな
らな（〜　それには高温の熱処理に耐えることのできる
基板を用いなければならな（〜　しかも高温超電導体と
して機能するために（よ　結晶性の良いＹＢＣＯ膜が形
成されなければならないので基板は必然的く　サファイ
ア（Ａｌｔｏｓ）、酸化マグネシュウム（Ｍｇｏ）、チ
タン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯｓ）等の高価な基板
を使用する必要があったこの問題点を解決するためへ　
基板としてサファイア（Ａ　ｌ　＊Ｏ＊）、酸化マグネ
シュウム（ＭｇＯ）、チタン酸ストロンチュウム（Ｓｒ
ＴｉＯｓ）等の高価な基板を使用することなく、単結晶
シリコン等の比較的安価で用途的にも汎用性の高い基板
上に　低温で酸化物薄膜を塗布したの板４００℃以下の
基板温度で、マイクロ波電子サイクロトロン共鳴吸収（
ＥＣＲ）を利用したプラズマ（以後ＥＣＲプラズマと表
現する）発生装置により酸素をプラズマ分解させ酸素を
含むイオンの低エネルギー照射によって、安価で大面積
な超電導体を得ようとする試みが行なわれていも しかしなが収　この様な従来のプラズマ処理技術でζ友
　低電圧でイオンを基板に引き込むため絶縁性基板を使
用する場合基板にイオンが到達しなくなり処理効果が生
じなｔ〜　また　イオンの加速電位を高くするために基
板に電圧を印加すると、磁界によって引き出されたプラ
ズマに基板の電位が影響Ｌ　　ＥＣＲプラズマがスムー
ズに引き出せなくなも　すなわ叛　プラズマ中のイオン
成分を有効に活用できず、処理温度は４００℃以上とし
なくてはなら哄　高励起なＥＣＲプラズマを利用するに
は至っていな１１〜 本発明（友　この様な問題点を解決することを目的とし
ていも 課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために　本発明でζよ　マイクロ
波電子サイクロトロン共鳴吸収（ＥＣＲ）を利用したプ
ラズマ発生装置により酸素をプラズマ分解させ酸素を含
むイオンの低エネルギー照射させる限　処理されるべき
基板または基板近傍にプラズマ中に存在する処理に寄与
するイオン粒子に運動エネルギーを与えることが可能な
周波数を有する交流もしくはパルス電界を印加すも作用 本発明の作用は次のようなものであａ 第一に従来の酸化処理方法で（よ　低電圧でイオンを基
板に引き込むため絶縁性基板を使用する場合基板にイオ
ンが到達しなくなり処理効果が生じなｔ〜　また　イオ
ンの加速電位を高くするために基板に電圧を印加すると
、磁界によって引き出されたプラズマに基板の電位が影
響し　プラズマがスムーズに引き出せなくなる。すなわ
板　プラズマ中のイオン成分を有効に活用できず、処理
温度は４００℃以上とする必要があったものを、本発明
では交流電界の印加によってイオン照射とそれにともな
う電荷の蓄積によるイオン加速照射効果の消失を、電子
の照射を交互に行なうことによって防ぐことができも　
さらに直流電界印加Ｃ戴ＥＣＲプラズマの特徴である発
散磁界による両極性プラズマの引出しに多大な影響を与
え　プラズマの特性を著しく損なう力（交流にすること
によってこの影響をなくすことが可能となり、ＥＣＲプ
ラズマ本来のイオン性の強いプラズマを最大限に利用可
能とし九 第二へ　従来法では熱処理中に酸化物中の酸素が失われ
るのを防ぐためへ　０２雰囲気中で熱処理を行っていた
力（この従来の処理では０２は活性な状態に分解しては
い哄　酸素の欠乏状態を補うことが出来哄　どうしても
酸化物としての結晶性が悪かったものを、この酸素を含
むガスを高励起なＥＣＲプラズマ分解させ、そのプラズ
マ中の酸素を含むイオンを交流電界で加速照射すること
によって、活性な酸素イオンでごく表面をイオン衝撃に
より加熱するので、酸素欠乏のない熱処理が行なえ　低
温で良質な超伝導酸化物結晶が成長す本本発明によれば
　基板としてサファイア（Ａｌ■０＄）、酸化マグネシ
ュウム（ＭｇＯ）、チタン酸ストロンチュウム（ＳｒＴ
ｉＯｓ）等の高価な基板を使用することなく、単結晶シ
リコン等の比較的安価で用途的にも汎用性の高い基板上
！ζ　低温で酸化物薄膜を塗布したの板　４００℃以下
の基板温度て　上記処理を行なうことによって安価で大
面積な超電導体を提供することができも実施例 以下図面に基づき、本発明の代表的な実施例を示す。

第１図は本発明のプラズ酸化処理装置概略図であａ　１
が真空チャンバーで、排気孔２より真空に排気されム　
導波管３を通してマイクロ波発振器４からマイクロ波が
プラズマ発生室５へ導入されも　電磁石６によりプラズ
マ発生室５に磁界が印加されも　７はガス導入口で０２
やＮｅｏ等のソースガスが導入されも　８が本発明で付
は加えられた交流もしくはパルス電界を加えるための電
源であり、基板ホルダー９にパルス電界が印加される　
プラズマ発生室の磁界の強さを電子サイクロトロン共鳴
条件を満たすように設定することにより、解離度の高く
イオン多く含むプラズマ１０が発生すａ　発生したプラ
ズマはプラズマ引出し窓１１を通過して基板ホルダー９
に達しさらに　基板ホルダー近傍にて再び交流電源８に
よりプラズマ中の主にイオンと電子に運動エネルギーを
与えられて酸化物薄膜へ目的の酸素を含むイオンが打ち
込まれ酸化結晶層が形成される。この時基板近傍の磁界
の強さは電磁石の設定によって１００〜３００ガウスと
しておくと更に効果的にイオンに運動エネルギーを与え
ることができも　交流の周波数法　主に酸素を含むイオ
ンと酸素イオンにエネルギーを与えるために５０Ｈｚ〜
５００ＫＨｚとしていも　これらの周波数より低い場合
、高抵抗なきばんを使用するとプラズマに電界が印加さ
れなくなりまた高い周波数の場合ではイオンが追随でき
なくなる。このときさらに　基板近傍の磁束密度は数十
〜数百ガウスあるた嵌　印加した電界によって高周波マ
グネトロン放電が生じてしまいマイクロ波電子サイクロ
トロンによるプラズマと高周波プラズマとが重畳された
状態になってしま（＼　本来の高活性のプラズマとは異
なってしまうのであム さらに正イオンを基板に引き込む時間を長くするためパ
ルス電界を用いパルス幅比を変化させた場合について説
明すも 装置は共通であり、パルスの負電位の時間を長くすると
、イオンを加速し　基板に打ち込む時間が長くできも　
しかしこれを長くし過ぎると、基板に高抵抗層が形成さ
れ　帯電してしま（＼　イオンの加速がなされなくなり
、効率がむしろ悪化してしまう。そのため負電位状態に
あるパルス幅と正電位時のパルス幅の比を１＝　１０か
ら１０：１の間に設定するのが好ましく、この間に最適
条件が存在すム 第２図が本発明によって形成された　超電導膜であム　
２１が基板で、　２２がイオン照射によって酸化処理さ
れた超伝導酸化物罠　２３が照射処理されていない酸化
物膜である。

本発明ではごく表面だけイオン照射によって加熱される
た数　従来のＥＣＲプラズマ照射処理では４００℃以上
の基板温度が必要であったもの力丈基板温度３５０℃の
ままで良質な超電導体を得ることが出来る。第３図に処
理前と３５０℃で従来のＥＣＲプラズマ処理法によるも
Ｑ　本発明によるものとの抵抗率の温度依存性を示す。

従来の方法によると、確かに超電導を示すようになる力
丈その転移温度が低く、本発明にたいし効果は小さ（１
以上の効果によって本発明は配線や超電導素子への応用
にも非常に有益である。

な耘　本実施例ではイツトリウム　バリウへ銅の複合酸
化物の例について説明した力文　イツトリウムの代わり
にエルビウム（Ｅｒ）を用いたものも　ランタン（Ｌａ
）、ストロンチウム（Ｓｒ）、銅の複合酸化帳　さらに
はビスマス（Ｂｉ）、ストロンチウム　カルシュウへ　
銅の複合酸化物やタリュウム（Ｔｌ）、ストロンチウム
シュウ八　銅の複合酸化物を用いた場合にも有効である
のは言うまでもな（− 発明の効果 本発明によれば　高励起なイオンの利用力曵　交流電界
を使用することによって利用できるようになり、その結
果　イオンの持つ加速エネルギーで膜中に効果的に注入
され酸化させることが可能となム

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するためへ　紫外光を照射し処理
を行うための装置概略医　第２図は本発明によって形成
された超電導膜を示す医　第３図は抵抗率の温度依存性
を示すグラフであムト・・真空チャンバー　　２・・・
排気孔　　３・・・導波像　　４・・・マイクロ波発振
器　　５・・・プラズマ発生室　　６・・・電磁孔　　
７・・・ガス導入は８・・・交流（パルス）電ＩＬ　　
９・・・基板ホルダー、１０・・・プラズマ、　　１１
・・・プラズマ引出し東２１・・・基板　　２２・・・
超電導酸化物！！　　　２３・・・酸化物風

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超電導となりうる複合酸化物セラミックス層の形
   成を、酸素を含むガスをマイクロ波電子サイクロトロン
   共鳴吸収を利用したプラズマ分解によって行なう酸化処
   理法において、処理を行う基板またはその近傍にプラズ
   マ分解によって生じたイオン粒子に運動エネルギーを与
   えることが可能な周波数の交流もしくはパルス波形を有
   する交番電界を印加し、その電界によってイオンを基板
   へ打ち込み処理を行なうことを特徴とする超電導体の製
   造方法。
2. （２）酸素を含むガスとしてＮ＿２Ｏ、Ｏ＿２ガスもし
   くはそれらの混合ガスを用いることを特徴とする請求項
   １記載の超電導体の製造方法。
3. （３）交流もしくはパルス電界の周波数を５０Ｈｚ〜５
   ００ＫＨｚとすることを特徴とする請求項１記載の超電
   導体の製造方法。