JPH04104901A - 酸化物超電導薄膜の作製方法 - Google Patents
酸化物超電導薄膜の作製方法Info
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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。
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作製方法に関する。より
詳細には、レーザアブレーション法を用いて、高品質な
酸化物超電導体の薄膜を作製する方法に関する。
詳細には、レーザアブレーション法を用いて、高品質な
酸化物超電導体の薄膜を作製する方法に関する。
従来の技術
薄膜の作製には、各種の方法が使用されるが、レーザア
ブレーション法は、−切の電磁場を必要としないので、
高品質の薄膜を作製するのに適した方法と考えられてい
る。
ブレーション法は、−切の電磁場を必要としないので、
高品質の薄膜を作製するのに適した方法と考えられてい
る。
特に、エキシマレーザをレーザ光源に使用するエキシマ
レーザアブレーション法は、２００ｎｍ付近の短波長領
域の高エネルギレーザ光を使用するので、薄膜を高速且
つ低い基板温度で作製できる。
レーザアブレーション法は、２００ｎｍ付近の短波長領
域の高エネルギレーザ光を使用するので、薄膜を高速且
つ低い基板温度で作製できる。
また、下記の利点があり、多元系の化合物である酸化物
超電導体の薄膜化に適した技術として注目されている。
超電導体の薄膜化に適した技術として注目されている。
■ ターゲットとの組成のずれの無い薄膜が得られる。
■ 雰囲気の圧力がｌ Ｔｏｒｒ付近までの広い領域で
成膜ができる。
成膜ができる。
■ 成長速度を極めて速くすることができる。
■ 高エネルギ光による非熱平衡過程である。
しかしながら、エキシマレーザはパルス発振のレーザで
あり、通常その発光時間は１０数ナノ秒程度の極めて短
い。そのため、上記のエキシマレーザを光源に使用した
レーザアブレーション法では、ターゲットにパルスレー
ザ光が断続的に照射される。
あり、通常その発光時間は１０数ナノ秒程度の極めて短
い。そのため、上記のエキシマレーザを光源に使用した
レーザアブレーション法では、ターゲットにパルスレー
ザ光が断続的に照射される。
一般にレーザアブレーション法では、ターゲットがレー
ザに照射されている間のみ、ターゲットから粒子または
蒸気が飛散する。ターゲットから飛散した粒子または蒸
気は、基板表面における反応により基板表面で薄膜とな
って堆積する。そのため、エキシマレーザアブレーショ
ン法テハ、レーザパルスに合わせて、断続的にターゲッ
トから粒子または蒸気が飛散する。
ザに照射されている間のみ、ターゲットから粒子または
蒸気が飛散する。ターゲットから飛散した粒子または蒸
気は、基板表面における反応により基板表面で薄膜とな
って堆積する。そのため、エキシマレーザアブレーショ
ン法テハ、レーザパルスに合わせて、断続的にターゲッ
トから粒子または蒸気が飛散する。
パルス幅の極めて短くエネルギの高いエキシマレーザで
は、１パルスのレーザ光で多量の粒子または蒸気を発生
させることができる。従って、レーザのエネルギ状態が
、成膜に大きく影響を与える。
は、１パルスのレーザ光で多量の粒子または蒸気を発生
させることができる。従って、レーザのエネルギ状態が
、成膜に大きく影響を与える。
発明が解決しようとする課題
通常エキシマレーザのレーザビームは、断面方向に大き
なエネルギ分布を有している。即ち、レーザビーム断面
の周辺部ではエネルギが小さく、中央部はエネルギが大
きい分布を有する。
なエネルギ分布を有している。即ち、レーザビーム断面
の周辺部ではエネルギが小さく、中央部はエネルギが大
きい分布を有する。
本発明者等の知見によれば、レーザアブレーション法に
おいて、ターゲットに照射するレーザ光の、良質の薄膜
が得ることが可能なエネルギ密度の範囲は限られている
。レーザ光のエネルギ密度が低い場合には、作製した薄
膜内に液滴状析出物が数多く生成し、膜質を大きく低下
させる。また、ターゲットに照射するレーザ光のエネル
ギ密度が高過ぎる場合には、薄膜中に亀裂が多数発生し
膜質を劣化させる。
おいて、ターゲットに照射するレーザ光の、良質の薄膜
が得ることが可能なエネルギ密度の範囲は限られている
。レーザ光のエネルギ密度が低い場合には、作製した薄
膜内に液滴状析出物が数多く生成し、膜質を大きく低下
させる。また、ターゲットに照射するレーザ光のエネル
ギ密度が高過ぎる場合には、薄膜中に亀裂が多数発生し
膜質を劣化させる。
そのため、レーザビームの中央部のエネルギ密度を適切
な大きさに調整すると、レーザビームの周辺部ではエネ
ルギが低くなり過ぎる。このような場合、成膜後のター
ゲットのレーザ光が照射された部分の周辺部は、融解し
た痕跡が認められ、この部分で発生した液滴状粒子が、
薄膜内の析出物となることが推定された。
な大きさに調整すると、レーザビームの周辺部ではエネ
ルギが低くなり過ぎる。このような場合、成膜後のター
ゲットのレーザ光が照射された部分の周辺部は、融解し
た痕跡が認められ、この部分で発生した液滴状粒子が、
薄膜内の析出物となることが推定された。
すなわち、高品質の酸化物超電導薄膜を作製するには、
レーザビームのエネルギ分布を均一にすることが極めて
重要である。
レーザビームのエネルギ分布を均一にすることが極めて
重要である。
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し
た優れた超電導特性の高品質な酸化物超電導薄膜を作製
可能な酸化物超電導薄膜のレーザアブレーション法によ
る作製方法を提供することにある。
た優れた超電導特性の高品質な酸化物超電導薄膜を作製
可能な酸化物超電導薄膜のレーザアブレーション法によ
る作製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、ターゲットにレーデ光を照射して、前
記ターゲットに対向して配置した基板上に薄膜を成長さ
せるレーザアブレーション法により酸化物超電導体の薄
膜を作製する方法において、ターゲットに照射する前記
レーザ光の入射方向に対して垂直な面内のエネルギ分布
を１０％以内とすることを特徴とする酸化物超電導薄膜
の作製方法が提供される。
記ターゲットに対向して配置した基板上に薄膜を成長さ
せるレーザアブレーション法により酸化物超電導体の薄
膜を作製する方法において、ターゲットに照射する前記
レーザ光の入射方向に対して垂直な面内のエネルギ分布
を１０％以内とすることを特徴とする酸化物超電導薄膜
の作製方法が提供される。
一作月
本発明の方法は、レーザアブレーション法で基板上に酸
化物超電導薄膜を作製する場合に、ターゲットに照射す
るレーザビームの断面におけるエネルギ分布を１０％以
内とするところに主要な特徴がある。本発明の方法では
、ターゲットに照射されるレーザ光が均一であるので、
均質な薄膜が成膜できる。
化物超電導薄膜を作製する場合に、ターゲットに照射す
るレーザビームの断面におけるエネルギ分布を１０％以
内とするところに主要な特徴がある。本発明の方法では
、ターゲットに照射されるレーザ光が均一であるので、
均質な薄膜が成膜できる。
本発明の方法は、プリズムおよびレンズを組み合わせて
、レーザビーム周辺の弱い部分を重ね合わせて強くした
り、中央の強い部分を平均化する装置をレーザ装置とチ
ャンバとの間のレーザ光の光路に設置することで実現で
きる。
、レーザビーム周辺の弱い部分を重ね合わせて強くした
り、中央の強い部分を平均化する装置をレーザ装置とチ
ャンバとの間のレーザ光の光路に設置することで実現で
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。
、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。
実施例
第１図に、本発明の方法を実施するレーザアブレーショ
ン装置の一例の概略図を示す。第１図のレーザアブレー
ション装置は、レーザ入射窓１２、酸素導入口１３およ
び排気口１０を具備し、排気口１０から内部を高真空に
排気可能なチャンバ３と、チャンバ３内に配置された内
部に基板加熱用のヒータを備える基板ホルダ５と、モー
タ１６で回転されるターゲットホルダ７とを具備する。
ン装置の一例の概略図を示す。第１図のレーザアブレー
ション装置は、レーザ入射窓１２、酸素導入口１３およ
び排気口１０を具備し、排気口１０から内部を高真空に
排気可能なチャンバ３と、チャンバ３内に配置された内
部に基板加熱用のヒータを備える基板ホルダ５と、モー
タ１６で回転されるターゲットホルダ７とを具備する。
チャンバ３の外部には、エキシマレーザ装置１、レーザ
光を均一にするレーザ光均一化装置８およびレーザ光を
集光する集光レンズ２が配置されている。
光を均一にするレーザ光均一化装置８およびレーザ光を
集光する集光レンズ２が配置されている。
レーザ装置１で発生されたレーザ光は、レーザ光均一化
装置８で、断面方向のエネルギ分布が１０％以内になる
よう均一化されて出射される。レーザ光均一化装置８か
ら出射したレーザ光は、集光レンズ２で集光され、チャ
ンバ３のレーザ入射窓１２に入射し、ターゲットホルダ
７に固定された原料ターゲット６を照射する。レーザ光
はターゲット６の中心からやや外れた位置を照射するよ
うになされている。ターゲット６は、モータ１６により
回転されるので、この装置においては、ターゲット６の
一部だけがレーザ光に照射されることがない。
装置８で、断面方向のエネルギ分布が１０％以内になる
よう均一化されて出射される。レーザ光均一化装置８か
ら出射したレーザ光は、集光レンズ２で集光され、チャ
ンバ３のレーザ入射窓１２に入射し、ターゲットホルダ
７に固定された原料ターゲット６を照射する。レーザ光
はターゲット６の中心からやや外れた位置を照射するよ
うになされている。ターゲット６は、モータ１６により
回転されるので、この装置においては、ターゲット６の
一部だけがレーザ光に照射されることがない。
第２図に、上記の装置のレーザ光均一化装置８の概略断
面図を示す。第２図のレーザ光均一化装置８は、同形の
２個の５角形断面のプリズム２１を適当な距離を隔てて
直列に配列して構成されている。
面図を示す。第２図のレーザ光均一化装置８は、同形の
２個の５角形断面のプリズム２１を適当な距離を隔てて
直列に配列して構成されている。
上記の装置を使用して、本発明の方法で酸化物超電導薄
膜を作製した。
膜を作製した。
実施例１
第１図の装置において、Ｍｇ○単結晶を基板４として使
用し、ターゲット６にＹＢａ２Ｃｕ３０を粉末の成形体
を使用して、酸化物超電導薄膜を作製した。
用し、ターゲット６にＹＢａ２Ｃｕ３０を粉末の成形体
を使用して、酸化物超電導薄膜を作製した。
基板ホルダ５とターゲット６との間隔を４０ｍｍにした
。基板温度は７００℃に設定した。温度の測定は、通常
の熱電対で更正したシース熱電対を使用した。
。基板温度は７００℃に設定した。温度の測定は、通常
の熱電対で更正したシース熱電対を使用した。
チャンバ３内をＩ Ｘ １Ｏ−７Ｔｏｒｒまで真空引き
した後、酸素導入口１３より酸素ガスを導入して、圧力
を１００ ｍＴｏｒｒにした。次に、エキシマレーザを
１．５Ｊ／ｃｔｌ、５七でターゲツト面上に照射し、１
０分間成膜を行った後、２０℃／分の冷却速度で徐冷し
た。
した後、酸素導入口１３より酸素ガスを導入して、圧力
を１００ ｍＴｏｒｒにした。次に、エキシマレーザを
１．５Ｊ／ｃｔｌ、５七でターゲツト面上に照射し、１
０分間成膜を行った後、２０℃／分の冷却速度で徐冷し
た。
得られた薄膜の電気抵抗の温度変化を測定したところ、
電気抵抗が零になる温度、すなわちキュウリ−温度（Ｔ
ｃ ）が９０にであった。
電気抵抗が零になる温度、すなわちキュウリ−温度（Ｔ
ｃ ）が９０にであった。
また、７７にでの臨界電流密度（Ｊｃ ）を測定したと
ころ、５．２Ｘ１０６Ａ／ｃｍ！であった。
ころ、５．２Ｘ１０６Ａ／ｃｍ！であった。
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察では、薄膜表面
は液滴状析出物の無い極めて滑らかな面をしており、面
粗さ計測定による面粗さはｌＱｎｍ程度であった。
は液滴状析出物の無い極めて滑らかな面をしており、面
粗さ計測定による面粗さはｌＱｎｍ程度であった。
実施例２
第１図の装置において、５ｒＴｔＯ３単結晶を基板４と
して使用し、ターゲット６にＹＢａ２Ｃｕ３０−ｒ粉末
の成形体を使用して、酸化物超電導薄膜を作製した。基
板ホルダ５とターゲット６との間隔を５０ｍｍにし、基
板温度を７００℃に設定した。実施例１と同様の手順で
チャンバ３内の圧力を１００ ｍＴｏｒｒにし、エキシ
マレーザを１，５ Ｊ／ｃｎｆ、 ５Ｈｚでターゲツ
ト面上に照射して１０分間成膜を行った。その後、２０
℃／分の冷却速度で徐冷した。
して使用し、ターゲット６にＹＢａ２Ｃｕ３０−ｒ粉末
の成形体を使用して、酸化物超電導薄膜を作製した。基
板ホルダ５とターゲット６との間隔を５０ｍｍにし、基
板温度を７００℃に設定した。実施例１と同様の手順で
チャンバ３内の圧力を１００ ｍＴｏｒｒにし、エキシ
マレーザを１，５ Ｊ／ｃｎｆ、 ５Ｈｚでターゲツ
ト面上に照射して１０分間成膜を行った。その後、２０
℃／分の冷却速度で徐冷した。
得られた薄膜の電気抵抗の温度変化を測定したところ、
電気抵抗が零になる温度（Ｔｃ ）は９０にであった。
電気抵抗が零になる温度（Ｔｃ ）は９０にであった。
また、７７にでの臨界電流密度（Ｊｃ ）は、８．０Ｘ
１０６Ａ／ｃａｆであった。
１０６Ａ／ｃａｆであった。
さらに、ＳＥＭ観察では、実施例１で作製した薄膜と同
様表面が液滴状析出物の無い極めて滑らかな面をしてお
り、面粗さ計測定による面粗さは７ｎｍ程度であった。
様表面が液滴状析出物の無い極めて滑らかな面をしてお
り、面粗さ計測定による面粗さは７ｎｍ程度であった。
比較例
上記の装置において、レーザ光均一化装置８を使用しな
いで、実施例２と同様、５ｒＴｉ０３単結晶を基板４と
して使用し、ターゲット６にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７粉末の
成形体を使用して、酸化物超電導薄膜を作製した。実施
例２と同様の手順および条件で１０分間の成膜を行った
。その後、２０ｔ／分の冷却速度で徐冷した。
いで、実施例２と同様、５ｒＴｉ０３単結晶を基板４と
して使用し、ターゲット６にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７粉末の
成形体を使用して、酸化物超電導薄膜を作製した。実施
例２と同様の手順および条件で１０分間の成膜を行った
。その後、２０ｔ／分の冷却速度で徐冷した。
得られた薄膜の電気抵抗が零になる温度（Ｔｃ ）は８
５にであった。また、７７にでの臨界電流密度（Ｊｃ
）は、１．０Ｘ１０６Ａ／ｃ＋＋！であった。
５にであった。また、７７にでの臨界電流密度（Ｊｃ
）は、１．０Ｘ１０６Ａ／ｃ＋＋！であった。
さらに、ＳＥＭ観察では、薄膜表面に液滴状析出物が多
数具られ、面粗さ計測定による面粗さは１１００ｎ程度
であった。
数具られ、面粗さ計測定による面粗さは１１００ｎ程度
であった。
発明の詳細
な説明したように、本発明の方法に従うと、レーザアブ
レーション法により、高品質の薄膜を作製することがで
きる。本発明の方法により作製される酸化物超電導薄膜
は、ジョセフソン素子、超電導トランジスタ等の電子デ
バイスに応用するのに最適である。
レーション法により、高品質の薄膜を作製することがで
きる。本発明の方法により作製される酸化物超電導薄膜
は、ジョセフソン素子、超電導トランジスタ等の電子デ
バイスに応用するのに最適である。
第１図は、本発明の方法を実施するレーザアブレーショ
ン装置の一例の概略図であり、第２図は、レーザ光均一
化装置の一例の概略断面図である。 〔主な参照番号〕 １・・・エキシマレーザ、 ２・・・レンズ、 ３・・・チャンバ、４・・・基板
、 ５・・・基板ホルダ、６・ ・ ・ターゲット、 ７・・・ターゲットホルダ、 ８・・・レーザ光均一化装置、 １０・・・排気口、 １２・・・レーザ入射窓、 １３・・・酸素導入口
ン装置の一例の概略図であり、第２図は、レーザ光均一
化装置の一例の概略断面図である。 〔主な参照番号〕 １・・・エキシマレーザ、 ２・・・レンズ、 ３・・・チャンバ、４・・・基板
、 ５・・・基板ホルダ、６・ ・ ・ターゲット、 ７・・・ターゲットホルダ、 ８・・・レーザ光均一化装置、 １０・・・排気口、 １２・・・レーザ入射窓、 １３・・・酸素導入口
Claims (1)
- ターゲットにレーザ光を照射して、前記ターゲットに対
向して配置した基板上に薄膜を成長させるレーザアブレ
ーション法により酸化物超電導体の薄膜を作製する方法
において、ターゲットに照射する前記レーザ光の入射方
向に対して垂直な面内のエネルギ分布を１０％以内とす
ることを特徴とする酸化物超電導薄膜の作製方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2217775A JPH04104901A (ja) | 1990-08-18 | 1990-08-18 | 酸化物超電導薄膜の作製方法 |
| US07/743,621 US5264412A (en) | 1990-08-18 | 1991-08-12 | Laser ablation method for forming oxide superconducting thin films using a homogenized laser beam |
| EP91113507A EP0472083A1 (en) | 1990-08-18 | 1991-08-12 | Method of forming oxide superconducting thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2217775A JPH04104901A (ja) | 1990-08-18 | 1990-08-18 | 酸化物超電導薄膜の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04104901A true JPH04104901A (ja) | 1992-04-07 |
Family
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