JPH04139009A - 酸化物超電導薄膜体の製造方法 - Google Patents
酸化物超電導薄膜体の製造方法Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
本発明は酸化物超電導薄膜体及びその製造方法に関し、
超電導素子等に利用することかできるものである。
超電導素子等に利用することかできるものである。
（ロ）従来の技術
基板上に酸化物超電導薄膜を作成する方法としては、従
来からスパッタ法、蒸着法等が使用されている。
来からスパッタ法、蒸着法等が使用されている。
酸化物超電導！Ｉｌ成薄膜の形成後における熱処理を必
要としないものにおいて、酸化物超電導薄膜の成膜時に
おける膜中の酸素の取り込みは、スバ・／夕法ではＡｒ
ガス中にＯ，ガスを２０〜５０％程度混合したガスを用
いてスパッタすることにより行い、また、蒸発法では蒸
発源からの分子又は原子の蒸発中にＲｆ＃素プラズマ又
はＥＣＲ酸素プラズマをかけることにより行っている（
ＥｘＬｅｎｄｅｄ４ｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ ｌ５ＥＣ
１９８９Ｐ９−１３参照）。
要としないものにおいて、酸化物超電導薄膜の成膜時に
おける膜中の酸素の取り込みは、スバ・／夕法ではＡｒ
ガス中にＯ，ガスを２０〜５０％程度混合したガスを用
いてスパッタすることにより行い、また、蒸発法では蒸
発源からの分子又は原子の蒸発中にＲｆ＃素プラズマ又
はＥＣＲ酸素プラズマをかけることにより行っている（
ＥｘＬｅｎｄｅｄ４ｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ ｌ５ＥＣ
１９８９Ｐ９−１３参照）。
（ハ）発明が解決しようとする課題
前述のスパッタ法により酸化物超電導薄膜を形成する場
合には、酸素取り込みが不十分であり、その薄膜の超電
導特性が不十分であり、その薄膜の表面の凹凸は、デバ
イスに応用するには不十分である。
合には、酸素取り込みが不十分であり、その薄膜の超電
導特性が不十分であり、その薄膜の表面の凹凸は、デバ
イスに応用するには不十分である。
これに対して、蒸着法において用いられるＥＣＲ（Ｅｌ
ｅＣｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅ５ｏｎａｎｃ
ｅ）酸素プラズマは低順でのプラズマ発生と、多量の酸
素ラジカル及び低エネルギーイオンの維持との点で優れ
ており、また、同じ酸素圧ではＲｆ酸素プラズマに比し
て高密度のプラズマであるため酸化力が大きく、ＭＢＥ
などの高真空での酸化膜の成長に有効である。
ｅＣｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅ５ｏｎａｎｃ
ｅ）酸素プラズマは低順でのプラズマ発生と、多量の酸
素ラジカル及び低エネルギーイオンの維持との点で優れ
ており、また、同じ酸素圧ではＲｆ酸素プラズマに比し
て高密度のプラズマであるため酸化力が大きく、ＭＢＥ
などの高真空での酸化膜の成長に有効である。
しかしながら、ＥＣＲ酸素プラズマ放電管部内の真空チ
ャンバー側のグリッドが、イオン引き出しのために負電
位にされており、このグリッドを通過する荷電粒子によ
り、蒸着により形成された超電導薄膜をエツチングする
作用があるため、超電導薄膜の表面が凹凸面となる。超
電導素子、例えばジョセフソン素子はこの超電導薄膜の
表面上に単結晶の絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に第２
の超電導薄膜を形成して、超電導薄膜・絶縁膜・超電導
膜の構成にされるが、この場合に、第１の超電導薄膜表
面の凹凸面の段差がほぼ１０Å以上であると、以後に形
成される３０人程度の絶縁膜の表面の被覆率が悪くなり
（ピンホール等の原因になる）、また、第２のＭｉ電導
薄膜の配向が基板表面の垂直方向に一致しなくなり、性
能のよい超電導膜ｆを形成することかできない。
ャンバー側のグリッドが、イオン引き出しのために負電
位にされており、このグリッドを通過する荷電粒子によ
り、蒸着により形成された超電導薄膜をエツチングする
作用があるため、超電導薄膜の表面が凹凸面となる。超
電導素子、例えばジョセフソン素子はこの超電導薄膜の
表面上に単結晶の絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に第２
の超電導薄膜を形成して、超電導薄膜・絶縁膜・超電導
膜の構成にされるが、この場合に、第１の超電導薄膜表
面の凹凸面の段差がほぼ１０Å以上であると、以後に形
成される３０人程度の絶縁膜の表面の被覆率が悪くなり
（ピンホール等の原因になる）、また、第２のＭｉ電導
薄膜の配向が基板表面の垂直方向に一致しなくなり、性
能のよい超電導膜ｆを形成することかできない。
本発明は、上記凹凸面の段差が可及的に小さい超電導薄
膜及びその製造方法を提供しようとするものである。
膜及びその製造方法を提供しようとするものである。
（ニ）課組を解決するための手段
かかる課趙を解決するために、第１の発明による酸化物
超電導薄膜体は、基板上に設ける酸化物超電導薄膜の表
面凹凸の段差を１０Å以下にしたことを特徴とするもの
である。
超電導薄膜体は、基板上に設ける酸化物超電導薄膜の表
面凹凸の段差を１０Å以下にしたことを特徴とするもの
である。
第２の発明による酸化物超電導薄膜体の製造方法は、真
空チャンバー内の基板上に、ＴｉもしくはＢｉ元素、ア
ルカリ土類元素及びＣｕ元素を原子または分子の状態で
堆積させる際に、真空チャンバーの側壁に設けたＥＣＲ
１１！！稟プラズマ放電管部からのＥＣＲ酸素プラズマ
を利用して前記基板上に酸化物超電導薄膜を形成するも
のであって、前記放電管の真空チャンバー側のグリッド
に正電圧を印加するとともに前記基板に逆バイアスをか
けて前記Ｍｉ電導薄膜を形成したことを特徴とするもの
である。
空チャンバー内の基板上に、ＴｉもしくはＢｉ元素、ア
ルカリ土類元素及びＣｕ元素を原子または分子の状態で
堆積させる際に、真空チャンバーの側壁に設けたＥＣＲ
１１！！稟プラズマ放電管部からのＥＣＲ酸素プラズマ
を利用して前記基板上に酸化物超電導薄膜を形成するも
のであって、前記放電管の真空チャンバー側のグリッド
に正電圧を印加するとともに前記基板に逆バイアスをか
けて前記Ｍｉ電導薄膜を形成したことを特徴とするもの
である。
（ホ）作用
第１の発明によれば、超電導薄膜の表面平滑度を従来の
ものより高めて１０Å以下にすることができるので、こ
の超電導薄膜を用いてジョセフソン素子等の超電導素子
に利用することができる。
ものより高めて１０Å以下にすることができるので、こ
の超電導薄膜を用いてジョセフソン素子等の超電導素子
に利用することができる。
また、第２の発明によれば、前記放電管部の真空チャン
バー側のグリッドに正電圧を印加するとともに前記基板
に逆バイアスをかけて前記超電導薄膜を形成したので、
この薄膜形成後の熱処理が不要であり、且つＥＣＲ酸素
プラズマによって生ずる荷電粒子が前記超電導薄膜をエ
ツチングする虞れが少なくなり、薄膜の表面平滑度が高
い超電導１１ｉ１膜を形成することができる。
バー側のグリッドに正電圧を印加するとともに前記基板
に逆バイアスをかけて前記超電導薄膜を形成したので、
この薄膜形成後の熱処理が不要であり、且つＥＣＲ酸素
プラズマによって生ずる荷電粒子が前記超電導薄膜をエ
ツチングする虞れが少なくなり、薄膜の表面平滑度が高
い超電導１１ｉ１膜を形成することができる。
（へ）実施例
本発明の一実施例を図面に基ずいて説明する。
第１図はＭＢＥ装置の概略図である。この図面においで
、真空チャンバー１には基Ｆｉ２か挿入されて回転＠３
にヒータ部４を介して支持されており、このチャンバー
１は到達真空度Ｉ Ｘ １０−”ＴＯｒ ｒであり、タ
ーボポンプ、イオンポンプ等の真空装＠５にて真空にさ
れている。前記基板２として＼１ｇｏ結晶板を用いたが
、５ｒＴｉＯｓ、Ａ１．．０ 、またはＹＳＺ（イツト
リアで安定化したジルコニア）を用いることができる。
、真空チャンバー１には基Ｆｉ２か挿入されて回転＠３
にヒータ部４を介して支持されており、このチャンバー
１は到達真空度Ｉ Ｘ １０−”ＴＯｒ ｒであり、タ
ーボポンプ、イオンポンプ等の真空装＠５にて真空にさ
れている。前記基板２として＼１ｇｏ結晶板を用いたが
、５ｒＴｉＯｓ、Ａ１．．０ 、またはＹＳＺ（イツト
リアで安定化したジルコニア）を用いることができる。
チャンバー１は４個の分子線源（蒸発源）６ａ〜６ｄを
有し、Ｂｉ−Ａ−Ｂ−Ｃｕの構成元素が各分子線源に設
けられる。ここに元素ＡとＢはアルカリ土類金属である
Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒから選択されるものであり、この実施
例ではＡとしてＳｒ、ＢとしてＣａを用いた。各分子線
源６ａ〜６ｄには、順次Ｂ１、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕが用意
され、各分子線源から個別に分子の状態で基板２に照射
される。尚、第１図において、各分子線源６ａ〜６ｄと
基板２との間には、分子線の通過を制御するゲートバル
ブ７と薄膜の膜圧制御Ｓ８が設けられている。また、９
は７オーカスコイルである。
有し、Ｂｉ−Ａ−Ｂ−Ｃｕの構成元素が各分子線源に設
けられる。ここに元素ＡとＢはアルカリ土類金属である
Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒから選択されるものであり、この実施
例ではＡとしてＳｒ、ＢとしてＣａを用いた。各分子線
源６ａ〜６ｄには、順次Ｂ１、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕが用意
され、各分子線源から個別に分子の状態で基板２に照射
される。尚、第１図において、各分子線源６ａ〜６ｄと
基板２との間には、分子線の通過を制御するゲートバル
ブ７と薄膜の膜圧制御Ｓ８が設けられている。また、９
は７オーカスコイルである。
チャンバー■の側壁にはＥＣＲ酸素プラズマ放電管部Ｉ
Ｏが設けられており、この放電管部はマイクロ波源１１
に連結されている。
Ｏが設けられており、この放電管部はマイクロ波源１１
に連結されている。
この放電管部１０は、第２図に示すようにマイクロ波源
１１からのマイクロ波（２，４５ＧＨ２）がマイクロ波
ケーブルＩｌａの先端から放射されることにより、コイ
ル１２の通電により生ずる電磁場内において、チャンバ
ー１に２Ｘ１０−’〜５− ｘ １０−’Ｔｏｒｒ程度
まで導入した酸素ガスに基すいて酸素プラズマを生じ、
ドリフトチューブ１３の大気側のグリッド１４に加速電
圧をかけて生じたプラズマを引き出し、そのグリッドと
ドリフトチューブ１３のチャンバー１側のグリッド１５
との間の中間グリ・ンド１６に負のバイアス電圧を印加
するとともにドリフトチューブ１３に負のバイアス電圧
を印加してチャンバー１内に多数の酸素ラジカルを絞り
、ビーム状に放出する。この場合に、チャンバー１側の
グリッド１５にはプラズマにおける荷電粒子の通過を阻
止するとともに酸素ラジカルを通過させるために、正の
バイアス主１か印加されているっ尚、第２図において、
チャンバー１にフランジ】７が取り付けられ、この７ラ
ンジに設けたメタルガスケット１８を介してドリフトチ
ューブ１３が取り付けられている。１９．２０はアルミ
ナ絶縁石である。
１１からのマイクロ波（２，４５ＧＨ２）がマイクロ波
ケーブルＩｌａの先端から放射されることにより、コイ
ル１２の通電により生ずる電磁場内において、チャンバ
ー１に２Ｘ１０−’〜５− ｘ １０−’Ｔｏｒｒ程度
まで導入した酸素ガスに基すいて酸素プラズマを生じ、
ドリフトチューブ１３の大気側のグリッド１４に加速電
圧をかけて生じたプラズマを引き出し、そのグリッドと
ドリフトチューブ１３のチャンバー１側のグリッド１５
との間の中間グリ・ンド１６に負のバイアス電圧を印加
するとともにドリフトチューブ１３に負のバイアス電圧
を印加してチャンバー１内に多数の酸素ラジカルを絞り
、ビーム状に放出する。この場合に、チャンバー１側の
グリッド１５にはプラズマにおける荷電粒子の通過を阻
止するとともに酸素ラジカルを通過させるために、正の
バイアス主１か印加されているっ尚、第２図において、
チャンバー１にフランジ】７が取り付けられ、この７ラ
ンジに設けたメタルガスケット１８を介してドリフトチ
ューブ１３が取り付けられている。１９．２０はアルミ
ナ絶縁石である。
この実施例では、マイクロ波出力１００Ｗ、大気側のグ
リ・／ド１４の加速型Ｅｌ ００ Ｖ、中間グＪツド１
６の電圧を一３０Ｖ、ドリフトチューブ１３の電圧を一
５５０Ｖ、チャンバー１側のグリッド１５の電圧を＋２
００ｖとした。このグツ、・ド１５の電圧としては０〜
５００Ｖの範囲の電圧を印加することができるが、この
実施例ではこのグリッド１５と基板との離間距離を５０
ｍｍとしたので、＋２００Ｖにした。
リ・／ド１４の加速型Ｅｌ ００ Ｖ、中間グＪツド１
６の電圧を一３０Ｖ、ドリフトチューブ１３の電圧を一
５５０Ｖ、チャンバー１側のグリッド１５の電圧を＋２
００ｖとした。このグツ、・ド１５の電圧としては０〜
５００Ｖの範囲の電圧を印加することができるが、この
実施例ではこのグリッド１５と基板との離間距離を５０
ｍｍとしたので、＋２００Ｖにした。
かかる条件下において、ゲートバルブ７によるゲート開
成時における基板２上での結晶の成長は、各分子線源６
ａ〜６ｄから出発した分子が基板２の方向の飛んでいき
、ＥＣＲ酸素プラズマにより生じた酸素ラジカルととも
に基板２に衝突する。すると基板上で一部再蒸発するも
のもあるが、多くは基板表面近傍に留まり、熱エネルギ
ーを基板に与えながら動き回り、捕獲中・し・て−分子
又は酸素ラジカル集団を捕獲し、核を形成し、この核は
次々到着する分子又は酸素ラジカルと合体して安定核と
なり、順次成長していく。
成時における基板２上での結晶の成長は、各分子線源６
ａ〜６ｄから出発した分子が基板２の方向の飛んでいき
、ＥＣＲ酸素プラズマにより生じた酸素ラジカルととも
に基板２に衝突する。すると基板上で一部再蒸発するも
のもあるが、多くは基板表面近傍に留まり、熱エネルギ
ーを基板に与えながら動き回り、捕獲中・し・て−分子
又は酸素ラジカル集団を捕獲し、核を形成し、この核は
次々到着する分子又は酸素ラジカルと合体して安定核と
なり、順次成長していく。
かくして得られた膜厚１０００−７０００人のＢ１−５
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０薄膜の抵抗温度特性を標準的な四端
子電極針法により調べたところ、８１にで抵抗ゼロにな
った。また、その薄膜の組成をＩＣＰで調べたところ、
Ｂｌ ｔｓｒｔｃａ＋ｃＬｌｙｏｘであり、その薄膜の
Ｘ線回折パターンを第３図に示す。
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０薄膜の抵抗温度特性を標準的な四端
子電極針法により調べたところ、８１にで抵抗ゼロにな
った。また、その薄膜の組成をＩＣＰで調べたところ、
Ｂｌ ｔｓｒｔｃａ＋ｃＬｌｙｏｘであり、その薄膜の
Ｘ線回折パターンを第３図に示す。
さらに、その薄膜の表面凹凸の段差寸法を膜厚計（グリ
ステップ）で測定したところ、概ね１０Å以下であるこ
とが分かった。これに対してＥＣＲ＃素プラズマ放電管
部１０におけるチャンバー１側のグリッド１５に負のバ
イアス電圧を印加して超電導薄膜を形成したものの表面
凹凸の段差寸法を測定したところ、３０〜４０人であり
、本発明においてはその段差寸まが格段に向上している
ことが分かる。
ステップ）で測定したところ、概ね１０Å以下であるこ
とが分かった。これに対してＥＣＲ＃素プラズマ放電管
部１０におけるチャンバー１側のグリッド１５に負のバ
イアス電圧を印加して超電導薄膜を形成したものの表面
凹凸の段差寸法を測定したところ、３０〜４０人であり
、本発明においてはその段差寸まが格段に向上している
ことが分かる。
分子線源６ａｉ：Ｂｉに代わってＴｌを使用すれは、Ｔ
Ｆ系超電導薄膜を形成することができる。
Ｆ系超電導薄膜を形成することができる。
また、アルカリ土類元素としては、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒか
ら選ばれるものが使用される。
ら選ばれるものが使用される。
さらに、Ｙ系又は希土類系の超電導薄膜の形成に本発明
を適用することができる。
を適用することができる。
（ト）発明の効果
第１の発明による酸化物超電導薄膜体は、基板上に設け
る酸化物超電導薄膜の表面凹凸の段差を１０Å以下にし
たことを特徴とするものであるから、超電導薄膜の表面
平滑度を従来のものより高めることができるので、この
超電導薄膜を用いてジョセフソン素子等の超電導素子に
利用することができる。
る酸化物超電導薄膜の表面凹凸の段差を１０Å以下にし
たことを特徴とするものであるから、超電導薄膜の表面
平滑度を従来のものより高めることができるので、この
超電導薄膜を用いてジョセフソン素子等の超電導素子に
利用することができる。
また、第２の発明によれば、前記放電管部の真空チャン
バー側のグリッドに正電圧を印加するとともに前記基板
に逆バイアスをかけて前記超電導薄膜を形成したので、
この薄膜形成後の熱処理が不要であり、且つＥＣＲ酸素
プラズマによって生ずる荷電粒子が前記超電導薄膜をエ
ツチングする虞れが少なくなり、薄膜の表面平滑度が高
い超電導薄膜を形成することができる。
バー側のグリッドに正電圧を印加するとともに前記基板
に逆バイアスをかけて前記超電導薄膜を形成したので、
この薄膜形成後の熱処理が不要であり、且つＥＣＲ酸素
プラズマによって生ずる荷電粒子が前記超電導薄膜をエ
ツチングする虞れが少なくなり、薄膜の表面平滑度が高
い超電導薄膜を形成することができる。
図面は本発明の一実施例を示し、第１図はＭＢＥ装置の
概略説明図、第２図はＥＣＲ酸素酸素プラズマ管部の概
略図、第３図は実施例によって得られた超電導薄膜のＸ
線回折パターンである。 １−−−−−−一真空チャンバー ２−−−−−−−一
基板、５−−−−−−一真空装置、６ａ〜６ ｄ 、−
−−−−−一分子線源（蒸発源）、１０−−−−−−−
Ｅ ＣＲ酸素プラズマ放電管部、１１、−−−−−−−
マイクロ波源、１２−−−−−−−−コイル、１３−−
−−−−−−ドリフトチューブ、１４−Ｔ−−−−一大
気側のグリッド、１５−−−−−−−チャンバー側のグ
リッド、１６−−−−−−−−中間グリッド。
概略説明図、第２図はＥＣＲ酸素酸素プラズマ管部の概
略図、第３図は実施例によって得られた超電導薄膜のＸ
線回折パターンである。 １−−−−−−一真空チャンバー ２−−−−−−−一
基板、５−−−−−−一真空装置、６ａ〜６ ｄ 、−
−−−−−一分子線源（蒸発源）、１０−−−−−−−
Ｅ ＣＲ酸素プラズマ放電管部、１１、−−−−−−−
マイクロ波源、１２−−−−−−−−コイル、１３−−
−−−−−−ドリフトチューブ、１４−Ｔ−−−−一大
気側のグリッド、１５−−−−−−−チャンバー側のグ
リッド、１６−−−−−−−−中間グリッド。
Claims (2)
- （１）基板上に設ける酸化物超電導薄膜の表面凹凸の段
差を１０Å以下にしたことを特徴とする酸化物超電導薄
膜体。 - （２）真空チャンバー内の基板上に、ＴｌもしくはＢｉ
元素、アルカリ土類元素及びＣｕ元素を原子または分子
の状態で堆積させる際に、真空チャンバーに設けたＥＣ
Ｒ酸素プラズマ放電管部からのＥＣＲ酸素プラズマを利
用して前記基板上に酸化物超電導薄膜を形成するもので
あって、前記放電管の真空チャンバー側のグリッドに正
電圧を印加するとともに前記基板に逆バイアスをかけて
前記超電導薄膜を形成したことを特徴とする超電導薄膜
体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2259189A JP2889677B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 酸化物超電導薄膜体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2259189A JP2889677B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 酸化物超電導薄膜体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04139009A true JPH04139009A (ja) | 1992-05-13 |
| JP2889677B2 JP2889677B2 (ja) | 1999-05-10 |
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ID=17330613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2259189A Expired - Fee Related JP2889677B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 酸化物超電導薄膜体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2889677B2 (ja) |
-
1990
- 1990-09-27 JP JP2259189A patent/JP2889677B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2889677B2 (ja) | 1999-05-10 |
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