JPH04187504A - 酸化物超電導体の製造装置 - 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」 この発明は、膜状の酸化物超電導体を製造する装置に関
するものである。

Ｕ従来の技術ｄ 従来、酸化物超電導体を製造する方法として、酸化物超
電導体の原料粉末を複数混合した後にこの混合粉末を圧
密成形し、次いで熱処理を行う方法が知られているが、
この製造方法では、粉末の圧密塵を十分に高めることが
できない欠点があり、圧密体の内部にクラックなどの欠
陥を生じ易いために、臨界電流密度の高い酸化物超電導
体を製造できない問題があった。

そこで臨界電流密度の高い酸化物超電導体を製造可能な
方法として、半導体の製造分野などで従来から多用され
ている薄膜製造方法が注目されている。更にこの種の薄
膜製造法において、結晶粒界が少なく、結晶の配向性も
良好な酸化物超電導体の薄膜を製造することができる方
法として、スパッタ法が注目されている。

このスパッタ法は、目的とする酸化物超電導体の組成と
同一あるいは近似した組成の酸化物ターゲットを用い、
酸化物ターゲットを真空雰囲気中に設置し、この酸化物
ターゲットにイオンビームなどを照射して酸化物ターゲ
ットの構成分子をスパッタし、発生させた粒子を基板上
に堆積させて酸化物超電導体の膜を得る方法である。

「発明が解決しようとする課題−ｊ 前記スパッタ法においては、スパッタを行うためのイオ
ンガンを成膜室内で作動させるために、成膜室を１０−
’Ｔｏｒｒ以上の真空度に保つ必要がある。また、スパ
ッタ処理後の膜はアモルファス状態の部分が多いために
、通常は成膜後に数百℃に加熱して結晶化を行う必要が
あるとともに、Ｙ−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系などの酸化物超
電導体は、結晶化の際に酸素を十分に供給する必要があ
るために、成膜室において１０−’〜］　０−３Ｔ　ｏ
ｒｒ程度の酸素分圧を保つ必要がある。

このような背景から、酸化物超電導体の膜に十分な量の
酸素を供給する目的で、成膜室内に酸素ガスの噴射管を
設け、この噴射管から基板上面に酸素ガスを吹き付ける
方法が採用されている。

しかしながら成膜室内で基板に酸素ガスを吹き付けた場
合、酸素気流によって基板表面の温度か低下し、基板表
面の温度か正確に把握できなくなり、良質の酸化物超電
導体の膜を生成できない問題があった。

本発明は前記課題を解決するためＪこなされたもので、
成膜時の基板温度を良好に制御することができ、粒界の
ない結晶配向性の良好な酸化物超電導体の膜を製造する
ことができる装置を提供することを目的とする。

ｒＲＭを解決するための手段］ 本発明は前記課題を解決するために、真空雰囲気とされ
る成膜室に基板ホルダを設置し、この基板ホルダに支持
された基板上に真空雰囲気中で酸化物超電導体の薄膜を
形成する装置において、前記基板ホルダの周囲に酸素ガ
スの噴＃Ｉ管を設け、この噴射管の先端に、基板ホルダ
上の基板の上面に対してＩＯ°以内の傾斜角度で酸素ガ
スを噴射する噴射部を形成してなるものである。

「作用」 基板に対して側方から酸素ガス流が吹き付けられるので
、基板上に形成された酸化物超電導体の膜の温度分布か
均一になって良質の酸化物超電導体の膜が生成する。ま
た、酸素カスを吹き付けつつ膜を熱処理できるので、膜
に酸素を十分に補給することかでき、酸素不足のない超
電導特性の良好な酸化物超電導体の膜が得られる。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

第１図と第２ＶｇＪは本発明の一実施例を示すもので、
第１図に符号ｌで示すものは、真空雰囲気に調整可能な
成膜室の内部に設置された基板ホルダであり、この基板
ホルダＩは、イオンビームスパッタ装置の成膜室、電子
線エピタキシー装置の成膜室、ＣＶＤ（化学蒸着）装置
の成膜室など、各種成膜装置の成膜室に設置されるもの
である。この基板ホルダ】の内部には、図面では略され
ているが、加熱ヒータが設けられ、この基板ホルダ１の
上面に基板２を設置した場合に、この基板２を加熱でき
るようになっている。

なお、基板ホルダｌがイオンビームスパッタ装置の成膜
室に設けられている場合を例にとってイオンビームスパ
ッタ装置の成膜室について説明すると、前記基板ホルダ
Ｉの上方には酸化物超電導体の膜を製造するためのター
ゲットとこのターゲットにイオンビームを照射するイオ
ンビーム照射装置が設置され、イオンビーム７照射装置
からターゲットにイオンビームを照射してターゲットの
構成原子をスパッタすることにより基板ホルダ■上の基
板２の上面にターゲットの構成原子を堆積できるように
なっている。

前記ターゲットとは、目的とする酸化物超電導体の膜と
同等あるいは近似した組成のバルクを用いる。従って、
Ｙ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系の超電導体を製造する場合は
Ｙ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系の複合酸化物または酸化物超
電導体を用い、Ｂ　ｉ−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の超電
導体を製造する場合はＢ　ｉ−Ｓ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０
系の複合酸化物あるいは酸化物超電導体を用い、Ｔ　Ｉ
−Ｂ　ａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の超電導体を製造する場合
はＴ　Ｉ−Ｂ　ａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の複合酸化物ある
いは酸化物超電導体を用いる。なお、成膜室に成分の異
なる複数のターゲットを設置し、各ターゲットをスパッ
タして酸化物超電導体の膜を生成しても差し支えない。

前記基板ホルダ１の側方には、酸素ガスの供給源に接続
された噴射管３が複数設けられている。

この噴射管３は、基板ホルダＩの斜め上方から基板ホル
ダ１の側端部に向けて延出され、噴射管３の先端部（噴
射部）３ａは、基板ホルダ１上の基板２の上面に対して
傾斜角αを１０’以下とするように形成され、先端部３
ａは基板ホルダ１の側端部の上方に位置している。即ち
この構成によって、噴射管３の先端部３ａから基板ホル
ダ１の上面に対して酸素ガスを流した場合、基板２の上
面と酸素ガスの流れの方向とがなす傾斜角が１０°以内
になるようになっている。また、噴射管３の先端部３ａ
は偏平状に圧潰加工されていて、噴射管３から噴き出さ
れる酸素ガス流が先端部３ａの左右側の広い範囲に広が
るようになっている。なお、噴射管３の先端部３ａは酸
素ガス流が広がるように加工することか好まし０ので、
例えば、偏平のラッパ状などに加工しても良い。

前記基板２の上面に酸化物超電導体の膜を形成するには
、基板ホルダＩ上に基板２を設置し、成膜室を真空排気
するととしに、イオンビームスツク・ツタ装置を作動さ
せてターゲットにイオンビームを照射し、ターゲットの
原子をスパッタして基板２の上面に向けて堆積させ、更
に、噴射管３から酸素ガスを横向きに基板２に吹き出す
。

以上の操作によって基板２の上面には酸化物超電導体の
膜が堆積される。また、この酸化物超電導体の膜は基板
ホルダ１に内蔵された加熱ヒータにより加熱されて結晶
化される。加熱ヒータにより膜を加熱する温度は、８０
０〜９５０℃のに囲とする。そしてこの加熱時において
、従来は、基板２の上方から酸素ガスを吹き付けていた
のに対し、噴射管３の先端部３ａから１０°以下の傾斜
角度で横向きに酸素ガスを吹き付出すので、加熱時の基
板２の温度を均一にすることができる。即ち、高速のカ
ス流が直接基板２に当たらないために基板２の温度を均
一にすることができる。

以上説明し１こように基板２に酸素ガスを吹き付けつつ
成膜することで、酸素不足を生じていない超電導特性の
良好な超電導体の膜を生成することかできる。また、酸
素ガスの流れが基板２に対して横向きて、傾斜角度も１
０°以下であるので、基板２の温度を均一化することが
でき、熱処理時に温度むらを生じないので、均質な酸化
物超電導体の膜を得ることができる。

前記のように製造された酸化物超電導体の膜は、液体窒
素で冷却して使用可能なもので、高速メモリ、超電導量
子干渉素子、電圧標準器、／Ｓイパスフィルタ、赤外線
センサ、３端子素子、ミリ波ミギサ、テープ材の表面に
形成した場合に電カケープル用などとして用いることが
できる。

「実施例」 酸化物超電導体のターゲットを用い、イオンビームスバ
ック装置を用Ｌ）てＹ　ＩＢ　ａｔｃ　ｕ３０７−６な
る組成の酸化物超電導体の膜を形成した。成膜室の圧力
を５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒに設定し、基板ホルダの加
熱ヒータで基板を６５０℃に加熱するととしに、噴射管
の先端部から基板上面に向く酸素ガス流の傾斜角を５°
に設定し、流速５０ｍ／分て吹き出し、更にターゲット
にイオンビームを照射して基板上に厚さＩ　０μｍの膜
を形成した。

このように製造された酸化物超電導体の膜の臨界温度は
８２Ｋを示し、走査電子顕微鏡（ＳＭＥ）による表面観
察の結果、膜に粒界の存在を認めることができないとと
もに、Ｘ線回折分析の結果、膜の結晶は、酸化物超電導
体のＣ軸に沿って強く配向していることを確認すること
ができた。

また、噴射管の傾斜角度を以下の第１表に示すように種
々の値に変更して成膜した場合に得られた膜の臨界温度
と臨界電流密度を示す。

第１表に示す結果から明らかなように、酸素ガスの傾斜
角度は１０’以下が適切であることが判明した。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、基板ホルダに装着する基
板に対して傾斜角度１０”以内で側方から酸素ガスを流
すようにしたので、基板の温度を一定に保つことができ
ると同時に基板付近の酸素分圧を高めることができる。

従って結晶粒界がなく、結晶配向性が良好であって、超
電導特性の良好な酸化物超電導体の膜を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は噴
射管先端部の斜視図である。 Ｉ・・・基板ホルダ、２・・・基板、３・・・噴射管、
３ａ・・・先端部、α・・・傾斜角度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　真空雰囲気とされる成膜室に基板ホルダを設け、この
   基板ホルダに支持された基板上に真空雰囲気中で酸化物
   超電導体の膜を形成する装置において、前記基板ホルダ
   の周囲に酸素ガスの噴射管を設け、この噴射管の先端に
   、基板ホルダ上の基板の上面に対して１０°以内の傾斜
   角度で酸素ガスを噴射する噴射部を形成してなることを
   特徴とする酸化物超電導体の製造装置。