JPH04229669A - 反応器及びタリウムを含む高温超電導体を形成する方法 - Google Patents

反応器及びタリウムを含む高温超電導体を形成する方法

Info

Publication number
JPH04229669A
JPH04229669A JP3097617A JP9761791A JPH04229669A JP H04229669 A JPH04229669 A JP H04229669A JP 3097617 A JP3097617 A JP 3097617A JP 9761791 A JP9761791 A JP 9761791A JP H04229669 A JPH04229669 A JP H04229669A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thallium
film
reactor
substrate
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3097617A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael M Eddy
マイケル・マーティン・エディー
William L Olson
ウィリアム・レビン・オルソン
Timothy W James
ティモシー・ウォルトン・ジェイムズ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Superconductor Technologies Inc
Original Assignee
Superconductor Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Superconductor Technologies Inc filed Critical Superconductor Technologies Inc
Publication of JPH04229669A publication Critical patent/JPH04229669A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/087—Oxides of copper or solid solutions thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/541—Heating or cooling of the substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5806—Thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5846—Reactive treatment
    • C23C14/5866—Treatment with sulfur, selenium or tellurium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/002—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C30B29/225—Complex oxides based on rare earth copper oxides, e.g. high T-superconductors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/01—Manufacture or treatment
    • H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
    • H10N60/0296—Processes for depositing or forming superconductor layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/01—Manufacture or treatment
    • H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
    • H10N60/0296—Processes for depositing or forming superconductor layers
    • H10N60/0521—Processes for depositing or forming superconductor layers by pulsed laser deposition, e.g. laser sputtering; laser ablation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/01—Manufacture or treatment
    • H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
    • H10N60/0296—Processes for depositing or forming superconductor layers
    • H10N60/0548—Processes for depositing or forming superconductor layers by precursor deposition followed by after-treatment, e.g. oxidation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/20—Permanent superconducting devices
    • H10N60/203—Permanent superconducting devices comprising high-Tc ceramic materials
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/725—Process of making or treating high tc, above 30 k, superconducting shaped material, article, or device
    • Y10S505/729—Growing single crystal, e.g. epitaxy, bulk
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/775—High tc, above 30 k, superconducting material
    • Y10S505/776—Containing transition metal oxide with rare earth or alkaline earth
    • Y10S505/783—Thallium-, e.g. Tl2CaBaCu308
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/786—Manufacturing system or apparatus for making high temperature, i.e. tc greater than 30 k superconductor product, device, article or stock, i.e. which system or apparatus does not itself contain a superconducting component

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、制御されたタリウム
超電導体フィルムのためのタリウム酸化物の蒸着および
反応器の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】窒素の気化温度以上で
超電導性を示すを高温超電導体が製造できるという初期
の興奮の後、これらの物質を有用な形状に製造する問題
が、きわめて重要になっている。
【０００４】高い超電導遷移温度のゆえにとりわけ興味
深い酸化銅系組成物の中に、タリウム化合物がある。こ
れらタリウム化合物は、タリウム酸化物の性質のゆえに
、調製することが困難である。Ｔｌ２Ｏ３は不安定であ
り、通常採用される高い処理温度では、Ｔｌ２とＯ２と
に分解される。超電導体を形成するのに用いられる酸化
物混合体中に存在するタリウムを維持するためには、酸
化物組成物の気相及び液相においてタリウム量を制御す
る必要がある。タリウムの処理における他の困難の中に
は、タリウムが極めて反応を起こしやすく、採用される
反応器は、構成物質とタリウムとの反応を考慮しなけれ
ばならないことがある。一つには、高温超電導体にとっ
て好適な組成を得るために、液相と気相の間でタリウム
の分布を制御しながら、高温下で気相及び液相の両方で
同時に存在しうる高反応性物質と反応するということに
直面しなければならないことである。
【０００５】種々の応用のため、基板上に薄い高温超電
導フィルムを作成することが望まれている。基板として
は、マグネシウム酸化物、ランタン、アルミン酸塩及び
サファイアが知られている。マイクロ波装置の発展にと
って、サファイアは低温での超低損失正接性、大面積基
板への適用性、低コスト及びマイクロ波基板としての汎
用性等の多くの利点を有する。加えて、サファイア上の
低損失正接性フィルムのために、高温超電導フィルムが
改良されているので、マイクロ波装置のＱ特性において
、その大きさの数桁の改善が達成できる。しかしながら
、サファイア上のタリウム高温超電導フィルムは、反応
して、第２相としてバリウムもしくはストロンチウムア
ルミン酸塩を形成する。
【０００６】タリウム・銅酸化物系高温超電導フィルム
及びマイクロ波やミリ波の種々の応用を製作するための
種々の基板の製作は、極めて興味深いことである。した
がって、装置の製作にとって興味ある基板上に高温超電
導フィルムを制御可能にかつ再生可能に製造することを
可能にする製造法及び反応器を提供することは、重要な
ことである。
【０００７】サンディア　　ナショナル　　ラボラトリ
ー（Ｓａｎｄｉａ　　Ｎａｔｉｏｎａｌ　　Ｌａｂｏｒ
ａｔｏｒｉｅｓ）に属するギンレイ（Ｇｉｎｌｅｙ）と
協働者等が最近２１２２のタリウム合成物（Ｔｌ２，Ｃ
ａ，Ｂａ２，Ｃｕ２，Ｏ８）の薄い超電導体フィルムの
調製を報告した。同じラボラトリーのジムクェーク（Ｊ
ｉｍ　　Ｋｗａｋ）は、イットリウムによって安定化さ
れた酸化ジルコニア上の多結晶タリウムを主成分とした
薄膜についての報告をした。それらのフィルムは、基盤
上の各々の金属の結果的に起こるエレクトロン・ビ−ム
蒸発によって酸化ジルコニアに固定されたイットリア上
に設置され、得られたフィルムは方向性が無く、９７Ｋ
の遷移温度を示す。
【０００８】ＩＢＭは、高周波ダイオード・スパッタリ
ングによって２２２３および２１２２の合成物からなる
方向性を有する薄膜の調製をしたと報告している。
【０００９】タリウムの合成物に関して、多数の論文が
出版されている。これらの論文の例としては、シェン（
Ｓｈｅｎｇ）およびハーマン（Ｈｅｒｍａｎ）による論
文，ネイチャー（ＮＡＴＵＲＥ），１９８８年，３２２
：５５−５８，同じくシェングとハーマンによる論文，
ネイチャー，１９８８年，３３２：１３８−１３９，ギ
ンレイ等（Ｇｉｎｌｅｙ　　ｅｔ　　ａｌ．）による論
文，フィジカＣ（Ｐｈｙｓｉｃａ−Ｃ），１９８８年，
１５２：２１７−２２２，があり、スーパーコンダクタ
ー・ウィーク［（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　　Ｗ
ｅｅｋ），Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．１８，１９８８年５月９
日］には、サンディア研究所が、遷移温度が９７Ｋで臨
界電流密度が、７７Ｋで１１０，０００Ａ／ｃｍ２に達
する無方向性の多結晶タリウムフィルムを調製したこと
を報告している。又、高磁場（６テスラ）内では、臨界
電流密度が４Ｋで１×１０６Ａ／ｃｍ２であることが確
認されている。
【００１０】ブェンカーサン（Ｖｅｎｋａｔｅｓａｎ）
などによる論文，アプライド・フィジックス・レター［
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．），１９８８年，５
２：ｐｐ１１９３−１１９５］およびムウ（Ｗｕ）など
による論文［高臨界温度を持つ超電導体に関するシンポ
ジウムの論文集［（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　　ｏｆ　　
ＳＰＩＥ　　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　　ｏｎ　　Ｈｉｇｈ
　　Ｔｃ　　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ），１９
８８年３月，カルフォルニア（ＣＡ），ニューポートビ
ーチ（Ｎｅｗｐｏｒｔ　　Ｂｅａｃｈｉ）］での報告は
、高遷移温度を持つ超電導体調製のためにパルスレーザ
ーによる蒸着を用いるものである。ブェンカーサン等に
よる論文、そしてムウ等による論文（同上）によると、
６５０℃で蒸着し、その後酸素雰囲気中４５０℃でアニ
ーリングすることによりＹＢａＣｕＯ超電導体フィルム
を得ることに成功したとある。ウィタナッチ（Ｗｉｔａ
ｎａｃｈｃｈｉ）等による論文，アプライド・フィジッ
クス・レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．印刷中
）の中で高Ｔｃを持つ超電導体ＹＢａＣｕＯの薄いフィ
ルムのレーザ・アブレーション中、ＤＣバイアス・プラ
ズマの付加を伴うと、４００℃程度の低い基板温度で超
電導フィルムが得られることを報告している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、フィルムと蒸
気との間の早い平衡状態を可能とする小容積の容器内に
酸化層が保持され、制御された加熱、高温での短期間の
保持及び急速な冷却を可能とすることにより、種々の基
板上にタリウム・酸化銅（ｃｕｐｒａｔｅ）系高温超電
導フィルムの製造のための方法と反応器とを提供するも
のである。
【００１２】本発明の反応器は、以下のものを含む。
【００１３】（１）キャップ：高温超電導フィルムの形
成のための反応物質を覆って小さい容積を画成する。こ
のキャップには、タリウムのソース又はシンク物質がコ
ートされてもよい。
【００１４】（２）基板：その上に、蒸気領域を包囲し
て反応物質がコートされる。
【００１５】（３）サセプタ：加熱と冷却の速度を制御
する。
【００１６】（４）スペーサ：上記キャップと基板の間
に配置される。
【００１７】更に、タリウムの蒸気の領域内で独立した
圧力制御を行うための手段を備えることができる。本発
明にかかる加熱の方式及び反応器を採用することにより
、高温の超電導フィルムが種々の基板上で再現可能に得
られる。
【００１８】
【実施例】多様な基板上のタリウムベースの酸化銅系高
温超電導体フィルムを、再現可能に製造するための方法
と装置が提供される。本発明方法は、予め定めた高温度
まで急速に加熱し、そして短時間、予定した温度に維持
し、直ちにその温度よりも実質的に低く急冷却すること
が可能な装置を用いる。さらに本装置は、構成物を形成
するフィルムを覆うタリウム酸化物と酸素の圧力の制御
維持をするように構成されている。これによって超電導
体構成物は、溶融物から超電導体フィルムとして堆積さ
れる。多様な基板上のタリウム−酸化銅ベース高温超電
導体フィルムから成る結果物は高い遷移温度、ＭｇＯ，
ＬａＡｉＯ３，ＬａＧａＯ３又は、サファイヤのような
低い損失の正接性基板上の低い表面抵抗、そして浅い浸
透の深さが要求されるマイクロ波デバイスやミリメータ
波デバイスに好適に使用することができる。
【００１９】この発明において得られるフィルムは、タ
リウム，カルシウム，バリウムそして銅の酸化物から成
る。化学量論比、２０２１，２１２２，２２２３、もし
くは、超電導性を与える他の化学量論比を含む。フィル
ムは、実質的に均一な結晶性を持つようにある方向性を
有する。フィルムは、単結晶又は粒界で結合された多数
の多結晶から成る。Ｘ線解析や電子ビームチャンネルリ
ングの技術で実証されるように、フィルムは基板の表面
に実質的に垂直なｃ−軸で高度に方向付けられている。 殆どの部分で単相のフィルムが得られるが、それが好ま
しいにもかかわらず、フィルム内で２相や複数相の混合
物が得られるかもしれない。幾つかの応用のためには、
多結晶フィルムを調製することができる。基板によって
は、エピタキシャルフィルムが得られる。
【００２０】フィルムの厚さは、制御することができる
。フィルムは超電導性を得るための必要な総ての平面を
含む層と同じ薄さとすることができ、個々の用途に応じ
て通常約３０−５０オングストローム或いは、２ミクロ
ンかそれ以上である。フィルムは、最初の製造工程では
必要な厚さより厚く製作しておくことが好ましく、その
後例えばイオンミルを用いて厚さを必要な厚さまで減少
させる。フィルムの厚さは、電流密度や浸透深さ等の特
性に依存して採用される処理工程上の制約によるという
よりは、実際的な考慮に一義的に依存する。
【００２１】多くの用途には、通常約０．１−１ミクロ
ン範囲の１ミクロンの数分の１のものが用いられる。フ
ィルムは、少なくとも７５Ｋ、もっと普通には少なくと
も１００Ｋ、より望ましくは、約１１５Ｋ、そして更に
望ましくは、現在のところ約１５０Ｋ以下であるが、少
なくとも約１２２Ｋの、超電導遷移温度を有する。
【００２２】２１２２組成のフィルムは、少なくとも１
０５Ｋ、そして１１０Ｋかそれ以上の臨界温度Ｔｃを得
ることができ、又２２２３組成のフィルムは、少なくと
も１１０Ｋ、そして１２２Ｋ以上での臨界温度Ｔｃを得
ることができる。ある情況にあっては、一つのパラメー
タが、他のパラメータに影響を及ぼしても、超電導体の
遷移温度は、可能な限りにおいて高くすべきである。殆
どのフィルムは、約６０−１００Ｋの範囲で用いられる
であろう。
【００２３】フィルムは、通常、７７Ｋで少なくとも１
０３Ａ／ｃｍ２、一般には１０６Ａ／ｃｍ２の臨界電流
密度をもつ。マイクロ波およびミリメータ波の用途のた
めには、表面抵抗即ちインピーダンスは、１０ＧＨｚに
おいて約５０Ｋ，望ましくは７５Ｋで、一般には約１０
−３Ω以下、普通約１０−４Ω以下とする必要がある。 フィルムは、超電導体でない物質約１０ｗｔ．％以下、
望ましくは約５ｗｔ．％以下の不純物に対して実質的に
影響されない。
【００２４】フィルムは、低い格子欠陥密度によって実
証されるように高品質である。この十分に低い格子欠陥
密度は本来備えている超電導体物質の輸送特性を実現し
、必要不可欠な装置特性を達成し得るのである。更に、
滑らかな表面組織が均一な厚さとともに得られる。 フォーシス（Ｆｏｒｓｙｔｈ）による論文、サイエンス
（Ｓｃｉｅｎｃｅ）、１９８８年、２４２：ｐｐ３９１
−３９９、Ｎｂ３Ｓｎの超電導体の表面組織と電磁特性
の効果の記載を参照のこと。
【００２５】フィルムは、ａ−ｂ平面における表面寸法
が少なくとも約０．１ｍｍ、普通は、少なくとも０．２
ｍｍであり、を、又特に円の直径や４角形の対角線等の
最小表面寸法としては、６ｃｍかそれ以上である平面の
大きさを持つ。
【００２６】マグネシウム酸化物、ランタン・アルミン
酸塩、ランタン没食子酸塩、ランタン・ストロンチウム
・アルミン酸塩、サファイヤ，緩衝処理されたサファイ
ヤ、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等の金属、その他の反応性或は不
活性基板等、種々の基板を採用することができる。本発
明方法は、反応性基板を用いた特別な用途に適用でき、
処理において、高遷移温度を持つ超電導体の先駆物質層
と基板との間に最小限の反応しか生じさせない。
【００２７】本方法は、何らかの便利な技術を用いて、
酸化物組成にタリウム、カルシウム、バリウム、及び銅
イオンを含むフィルム形成することによって成立する。 特に１９８９年２月８日に提出された米国特許出願第３
０８，１４９号に記載されているような、ゾル・ゲルも
しくはレーザ・アブレーション技術が使用されている。 他の技術には、熱蒸発，液相エピタクシー，エレクトロ
ン・ビームもしくはマグネトロンスパッタリング，そし
て化学的蒸着を含む。
【００２８】液相フィルムの形成は、基板上に液体コー
ト層を形成するため堆積されたフィルムを加熱する工程
を含み、融溶物を冷却する際、もしくは他の技術におい
て、金属酸化物の混合物は液体から基盤表面上に結晶化
し、エピタキシャル超電導体を形成する。液体の組成は
タリウム酸化物自体、もしくは溶剤としてのカルシウム
酸化物さらにはタリウム酸化物を含む溶液に高温で溶解
し、結果的に正確な化学量論比で結晶化される他の酸化
物との組み合わせからなる。冷却中、溶剤の蒸発、もし
くは化学的析出に際して金属酸化物は、結晶性超電導体
層を結晶化して形成する。基板上の性質に応じて、超電
導体層は、エピタキシャルとなりうる。必ずしも、最初
に酸化物を必要としないが、対向イオン及び条件が望ま
しい酸化物を形成するように調整された液相において金
属ソースとして機能する金属化合物が使用される。
【００２９】基板のコーティングは、多くの方法によっ
て行なえる。その内の一つの技術は、熱分解によってコ
ーティング層として好ましい酸化物を与える化学的な先
駆物質を用いることである。もう一つの技術としては、
超電導体を製造するために適当な化学量論比を有するゾ
ル状の金属酸化物を含む液体が用いられる。他にも蒸発
相析出を必要とする技術も示されている。考慮されるべ
き第一の技術は、酸化物を形成するために半無機先駆物
質を使用することである。
【００３０】ゾルの構成は、適当な化学量論比を与える
複数の金属石鹸を用いることによって用意される。金属
石鹸は、少なくとも約６個の炭素原子で、望ましくは少
なくとも約８個の炭素原子で、通常は１６個以下の炭素
原子で、より一層好ましくはは１２個以下の炭素原子の
カルボン酸塩でありうる。ネオデカノエート又は枝分れ
鎖、特にアルファ枝分れ鎖脂肪酸を用いることができる
が、都合の良いことに２・エチルヘキサノンを使用出来
ることが分かった。金属石鹸は、慣例的な手順に従って
準備される。石鹸は、クロロホルム，トルエン，キシレ
ン，ベンゼン，２塩化メチレンなどの４０℃〜１００℃
の範囲で沸騰する炭化水素およびハロゲン・炭化水素な
どの適当な媒体中で分散され、その混合物は例えば数時
間の浸透等の撹はんによって、均質化される。補薬とし
て増粘剤のような例えばポリサッカロイドもしくは超密
度ポリマーなどを加える。得られた溶液及び／又は分散
液は基板上に塗布される。
【００３１】コーティングは塗布表面に粘りの有るゾル
を付着し、この表面を求心的に短時間回転させ、フィル
ム上で実質的に均一な分布が得られるようにする。他の
方法として、塗布面以外を保護した上対で基板を浸漬す
る、あるいは分散液を用いて噴霧することによってもよ
い。基盤上に実質的均一なフィルムを塗布することがで
きるいかなる技術をも用いることができる。
【００３２】塗布された基板は短時間、通常１５０℃〜
５００℃、望ましくは１５０℃〜３００℃の範囲の高温
で加熱される。タリウムの揮発は、１００℃ぐらいの低
い温度で生ずるので、短い処理タイミング、タリウムへ
の過剰圧力と雰囲気酸化とが、相の形成を制御し、そし
てタリウムの損失とフィルムへの好ましくない２番目の
相の形成を最小限にするために採用されている。加熱時
間，そして温度は、金属酸化物の薄いフィルムを残すよ
うに、脂肪酸の熱分解を確保する様に選択されなければ
ならず、熱分解は、酸素、より便利には空気の存在によ
って行われる。この処理は、金属酸化物フィルムの厚さ
を増すように必要に応じて多数回繰り返される。
【００３３】望ましくは、各順次の熱分解は２５０℃〜
４５０℃の範囲の上部で行なわれる最初の熱分解より低
い温度約２００℃〜３５０℃の範囲でで行なわれる。普
通、少なくとも揮発性有機物の６０％は除去され、加熱
時間を延長することによって一定の重量が実現される。 ３００℃以上での熱分解時はタリウムの揮発を最小にす
るように気を付けなければならない。
【００３４】フィルムの付着そして熱分解の手順は少な
くとも一回行なわれ、より一般的には２回、そして５回
かそれ以上、一般には４回を越えない。
【００３５】各層の厚さは、幾つかのパラメータ；例え
ばゾルの粘度、回転時間、毎分当たりの回転数、回転さ
れる基板の温度などに依存する。浸漬、噴霧、ブレード
による塗布などの塗布法を用いる場合には異なったパラ
メータに依存することになる。
【００３６】本発明にかかるフィルムを製造する第２の
実施例では、レーザー・アブレーション（ｌａｓｅｒ　
　ａｂｌａｔｉｏｎ）が用いられる。レーザー・アブレ
ーションは、上で述べられた熱処理の前準備として基板
への塗布を室温において行なうか、高温下において一つ
の工程として超電導体層の堆積および形成を行なうかい
ずれかが選択できる。
【００３７】この発明によるとレーザー・アブレーショ
ンは、適切なターゲットを用意することによって実施で
きる。装置の大部分は、従来周知のものであり、ウー（
Ｗｕ）などによる論文（同上）に開示されている。ター
ゲットは回転率を制御された支持体の表面上に適当な化
学量論比を与える金属もしくは金属酸化物を配置するこ
とによって用意される。支持材上に設置されたターゲッ
トは、石英の窓を持つ真空室の中に設置され、そこでは
適当なエネルギーおよび波長のレザー光線がターゲット
に衝突しターゲット表面に垂直な融触蒸発柱を発生する
。基板は表面上に柱内の原子を受取るために柱に対して
垂直に設定され、そこで原子は基板表面に結合される。 基板は最終的に非晶質の堆積層か結晶質の堆積層である
かによって室温もしくは高温度に維持される。
【００３８】レーザー・アブレーション・ターゲットは
、前述したゾル・ゲルコーティングと同様の方法で容易
に作成することができる。このようにして多様なカルボ
キシレートによる均一なフィルムが調製され、そして所
望の酸化物組成物を製造するために前記した熱分解が行
なわれる。熱分解は、適当な酸化状態において所望の金
属酸化物の形成を確保するように酸素の存在下で行なわ
れる。他の方法として、ターゲットは、加圧して焼結し
た焼結合金（粉）およびホットプレスされた焼結合金（
粉）によって作成される。ターゲット上のレーザーエネ
ルギー密度は一般に約１〜３Ｊ／ｃｍ２である。理想的
には、ターゲット上のフィルムは、基板上に形成しよう
とする組成物と同じ金属モル比を持つ。実際的には、堆
積物はターゲット組成に比してタリウムが少なくなる傾
向がある。ターゲットは、普通表面積が約０．５〜１０
ｉｎであり、厚さ約０．００１〜０．２５ｉｎである。
【００３９】レーザーは、ターゲット上の種々の領域を
カバーするように結像される。最小２度から９０度まで
の範囲内の角度で表面に照射される。典型的な照射角度
は約２５度である。レーザーによる照射領域は一般に少
なくとも約２ｍｍ２であり、約５０ｍｍ２を越えること
はない。典型的な領域としては約１５ｍｍ２である。幅
に対する長さの比率は、衝突の角度に依存している。一
般的には少なくとも２：１であり、約２０：１を越える
ことはなく、より一般的には約１０：１を越えることは
ない。１パルスごとに２Ｊ／ｃｍ２の範囲のエネルギー
を用いることにより、、１パルスは約１個の堆積層をつ
くる。一般的には各パルスごとに基板上に約３Åの厚さ
をもつ単一の層が堆積される。一般に、毎秒約０．５〜
５０の範囲のパルス数に制御することにより、約０．１
μｍ／ｍｉｎずつ基板上に堆積物を得ることができる。
【００４０】ターゲットは、通常基板に近接して配置さ
れ、少なくとも約２ｃｍ、多くとも約１０ｃｍ、望まし
くは６ｃｍの距離に配置される。通常、真空室は１×１
０−６Ｔｏｒｒまで一旦掃引され、その後約５００ｍＴ
ｏｒｒまで、望ましくは２〜２００ｍＴｏｒｒの範囲よ
り望ましくは１００〜２００ｍＴｏｒｒの範囲まで戻さ
れる。酸素や空気、過酸化水素、オゾン、亜酸化窒素等
の窒素酸化物等の多様な無機酸化性ガスが存在し、そこ
では無機酸素ソースは、レーザー光線もしくは独立した
エネルギーソースの作用によって活性化される。例えば
、酸化性ガス・ソースは、基板上の層に指向され、例え
ば酸素は、電子領域およびレーザーを通過することによ
って活性化される。
【００４１】コーティング膜の組成はタリウムの量に応
じて変化し、通常少なくとも、およその”タリウムの総
化学量論比”を持つ。タリウムは反応器内のタリウムソ
ースから与えられ、超電導体先駆物質構成物によって吸
収されるかもしくはコーティング膜からのタリウムの蒸
発損失は付加的なタリウムソースによって減少される。 コーティング膜内の過剰タリウムに関してはその過剰は
例えば、カルシウム，バリウム，銅の酸化物組成物、漏
洩制御などのタリウム・シンクよって除去される。又、
酸素の過剰圧はタリウムの蒸発損失を制御することに役
立つ。
【００４２】一旦フィルムが形成されると、相対的に精
密な温度の制御が高い遷移温度をもつ超電導体フィルム
固有の組成を与えるためのフィルムの加熱に用いられる
。約７５０℃〜９００℃、より一般的には約８００℃〜
８７５℃の範囲内で予定された温度を達成するため、均
一な温度制御が採用される。加熱速度は慎重に制御され
なくてはならず、均一に基板全体を加熱しなければなら
ない。加熱速度はフィルム製造行程において２つのキイ
となる以下の特性を制御する。一つは溶解度合であり、
もう一つはフィルムからのＴｌ２Ｏの蒸発速度である。 より高い加熱速度を採用するとより完全な溶解が得られ
る。非常にタリウムリッチな堆積構成物という特別な場
合においては、急激な加熱速度は斑点のある、不十分な
基板被覆範囲しかもたないフィルムを生じる結果となる
。加熱速度は通常少なくとも約５℃／ｍｉｎであり、大
体２００℃／ｍｉｎかそれ以上でもよく、通常５゜〜４
０℃／ｍｉｎの範囲である。温度維持時間は一般的に約
０．５〜１０ｍｉｎであり、通常は１〜８ｍｉｎ、望ま
しくは１〜５ｍｉｎである。温度はその後加熱速度とお
およそ同じ範囲の速度で冷却される。
【００４３】加熱方法としては色々な方法が存在する。 特に有効な方法は、赤外線ヒーターを用いた反応器と高
速なアニール装置を用いることである。反応器のサイズ
に変化を与えることによって反応器は、熱ソースおよび
シンクとして機能し、最初に急激に温度を上昇させるた
めに熱を吸収し、その後にあっては、熱ソースとの位置
関係，サイズ，熱伝導部品との接触の有無等に依存し基
板とフィルムから急速に熱を除去するために熱シンクと
して機能する。反応器は、一般に直径が０．５〜２”の
範囲のサイズでできている。反応器は、種々の腐食に対
して耐久性を有する［Ｏ２］物質，例えばスチール，イ
ンコネル，石墨で被覆された炭化シリコン，多結晶質ア
ルミニウム、ジルコルニアなどで作成されている。
【００４４】フィルムの厚さは一般的に約０．５〜５μ
ｍの範囲であり、フィルム面積は約０．５〜５ｍｍの範
囲にある。フィルム上方の空洞の容量は一般に約１０４
〜１０８μｍ３の範囲である。好ましくは空洞は約２０
０〜５００ｍｍ３の範囲にある。空洞の高さは一般に約
１０〜１００μｍであり、好ましくは１５〜６０μｍの
高さを持つ。フィルムに対向する面はタリウムソースお
よびシンクとして機能する。即ち、フィルムに対向する
壁は空洞内で過剰タリウム圧を与えるのに寄与するタリ
ウム酸化物からなるか、超電導体先駆物質フィルムから
放出されたタリウムを吸収するようなカルシウム，バリ
ウム，銅酸化物の２つ又はそれ以上の組合せから成る。
【００４５】更に溝は、酸素やタリウム，その他のガス
ソースに空洞を接続するため、或いは空洞内の圧力を通
常減圧することによって変化させ、空洞内のタリウム酸
化物や酸素のような揮発性物質を掃引するために設けら
れる。
【００４６】フィルムそして空洞内に存在するタリウム
および酸素に関連して変化されうる多くのパラメータが
存在する。過剰なタリウムは、空洞を形成する壁面との
フィルムとしての超電導体先駆物質フィルム内に与える
か、あるいは外部のソースからタリウム酸化物を導入す
ることによって与えられる。他の方法として、空洞の壁
に化学的なタリウムのシンクを設けることにより、もし
くは空洞からのタリウム酸化物を除去することを考慮し
た溝を空洞内に設けることによってタリウム酸化物を空
洞内から除去することができる。更にはフィルムもしく
はソース内のタリウム酸化物の揮発性に影響を与える空
洞内の過剰酸素圧を変化させることもできる。このよう
にして先駆物質フィルム内のタリウム酸化物量に直接関
与する空洞内のタリウム酸化物に変化を与えることによ
って、高い遷移温度を持つ超電導体フィルムの形成と組
成を制御することができる。
【００４７】タリウム酸化物のソース又はシンクとして
機能するタリウム，カルシウム，バリウム，銅の酸化物
のすべて、もしくはその内のいくつかで構成するペレッ
トを用意し、空洞とペレット間は連通させるがペレット
と超電導体フィルム先駆物質間の接触を防ぐという方法
で設置される。高い遷移温度を持つ超電導体フィルムの
開発のために用いられる多様な機器および装置との関連
において種々の形状が検討されるであろう。適切な超電
導体組成物が調製された後、アニール処理が施される。 熱アニーリングのためのパラメータは超電導体フィルム
を作るためのパラメータとは相異する。アニーリングの
ため超電導体フィルムは、約５００〜８５０℃の範囲内
の温度に通常１０〜３０秒の期間にわたって急速に加熱
される。タリウムソースの存在下もしくは存在しない状
態で酸素範囲中において約５〜６０分間、好ましくは約
１５〜４５分間±１５％で温度を維持する。ソースが存
在する場合、ソースの温度は少なくとも約５０度以上で
あり、理想的には超電導体フィルムより高い約１００〜
１５０℃とされる。酸素の圧力は約０．００１〜５００
０ｔｏｒｒの範囲が用いられる。ソースの温度は超電導
体フィルムと同様に制御され、そのためソースの温度は
フィルムの究極的な温度に達した時点もしくは直後にソ
ースの最終的な温度に達する。ソースの温度はアニーリ
ング期間中実質的に一定に維持され、その後室温に戻る
まで超電導体フィルムと同様の時間および速度で冷却さ
れる。 望ましくは、ソースの冷却は超電導体フィルムの冷却が
始まる少し前、通常約０．５〜５分前に始められる。
【００４８】本発明にかかる装置は、予定された高温度
に短期間維持するだけで急速な加熱および冷却を行うこ
とができるように、処理の温度パターンを制御するため
の手段を有する。更には、タリウム酸化物の過剰圧力を
制御するための手段が設けられ、その手段は、反応器空
洞内に在るタリウム酸化物のソースおよびシンクを与え
るとともに、過剰圧を制御するということを含んでいる
。又、反応器の空洞は超電導体先駆物質フィルムの容量
の僅か数倍程度に制御され、空洞内への受入れは、空洞
内に存在する揮発性物質を導入し、或いは除去するため
の手段によって行なわれる。
【００４９】図１に示す第１の実施例に於いては反応器
１０は、サセプタとして機能するトッププレート１２と
ベースプレート１４とを有し、好ましくはステンレスス
チールもしくは他の似たような酸化に耐えるような物質
を用いてこれらを製作する。これらプレートは２つの目
的で用いられている。その１つは熱処理中の堆積温度の
制御のために有効な再生可能な反応物質として機能する
ことである。第２には、上部および下部のプレートのサ
イズおよび厚さを変化させることによって被覆フィルム
２２とこれに対向する堆積されたフィルム１６との間に
温度勾配を与えることを可能とすることである。空洞２
０はキャッププレート２２とスペサー箔２４によって囲
まれている。キャッププレート２２は単結晶酸化マグネ
シウム基板を好適にが用いることができる。熱燐酸を用
いた短結晶基板に適当な深さの井戸を化学的エッチング
することによって、反応領域として機能する空洞が形成
される。使用可能な他の物質はサファイヤ、多結晶質Ｍ
ｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３を含む。好ましくは、キャッププレー
トによるシールはタリウムソース又はシンク４０によっ
て被覆される。通常空洞の深さは約２０μｍを越えず、
一般的には約５μｍ以下ではなく、好ましくは約１０μ
ｍである。
【００５０】スペサー箔は不活性物質が用いられ、好ま
しくは、貴金属特に金が用いられる。しかしながら金で
さえも加熱されたタリウム酸化物と反応することが判明
したのでタリウム酸化物にさらされる金の量を最小限に
するべきである。通常スペサー箔は約０．００５〜５ミ
リの厚さを持つ。トッププレート１２とベースプレート
１４は共にステンレススチールのねじ２６，２８を用い
て締結され固定されている。トッププレート１２の熱電
対３０そしてボトムプレートの熱電対３２は好ましくは
インジウムを用いてプレート内へ熱的に埋め込まれてい
る。同様に総ての接点も熱的に埋め込まれている。基板
３４は、スペサー箔２４と蓋２２とに接続することによ
って空洞２０を完全に包囲する。反応器は矢印３８に示
す赤外線を用いた熱源内に導入される。
【００５１】サセプタプレート１２，１４はタリウムを
処理中堆積物中のタリウムの濃縮もしくは蒸発を促す強
い駆動力を与えることによって熱処理されるフィルム中
のタリウム含有量を調整しうる温度勾配を与えるために
用いられる。例えばもしＴｌ２Ｏ３堆積物が上部蓋層に
付着しているならば”サンドウィチ”となっている上部
はまず加熱によってタリウム酸化物蒸発ソースを与える
ことができる。或いは、もしＣａ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物組
成物が、蓋（キャッププレート）を形成する基板上に堆
積されたならば、この物質は蒸気中の過剰のタリウム酸
化物を濃縮するための化学的なシンクを与え、それによ
ってフィルムからのタリウムの蒸発のための強い駆動力
を与える。
【００５２】前述した如く、雰囲気をごく限られた容積
とすることによって、反応器の対向する両端を形成する
上部及び下部のフィルムのにおいて極めて高い輸送効率
が得られる（このフィルム間の距離は０．００５インチ
程度の極く小さなものである）。２つのサセプタプ反応
体レートの質量と投入する赤外線加熱力を適切に選択す
ることによって、タリウムソース及びシンク堆積物間の
温度勾配を一定に保持するように制御することができ、
これによって蒸発と輸送の比率そして超電導体相の結晶
化機構の両方の正確な制御を行なうことができる。
【００５３】図２には最初の反応器の修正構造を示す。
【００５４】反応器５０は、トッププレート５４の上に
被覆されたタリウムソース／シンクを持っている。トッ
ププレート５４は低熱伝導性物質、好ましくは多結晶質
ジルコニアを用いたスペーサー６０によってベースプレ
ート５６から熱的に絶縁されている。スペーサー６０は
ベースプレート５６とトッププレート５４の間の輻射熱
伝導量を制限する。このようにしてスペーサー６０は反
応器の隣接する要素間の絶縁体として機能する。空洞領
域６２は例えば、金や白金のワイヤ等の不活性金属のガ
スケット６４，６６の対を用いてシールされる。
【００５５】密閉された反応器は毛状管７０によって真
空ポンプ（図示せず）と接続されている。この接続は容
器圧力を独立して制御、監視することを可能とするもの
であり、これによって熱処理中のガスの膨張やシール不
良の可能性を減少することができる。さらには、反応器
のソース及びシンクプレート間に低熱伝導性断熱材を用
いることによって、ベースプレート５６とトッププレー
ト５４間の温度勾配の制御の確立を可能とする。赤外線
加熱は、矢印７２で示される。もし望むならば、分離さ
れた熱源が蓋５４とベースプレート５６とに備えられる
。熱電対は、タリウム／シンクそして堆積フィルムの温
度の監視、制御するために用いられる。堆積物の温度は
、熱的にそれぞれ分離された反応体として機能する蓋５
４とベースプレート５６を持つことによって制御される
。
【００５６】毛状管は、約０．０１−５０００ｔｏｒｒ
の広範囲の酸素圧におけるフィルムの熱処理を可能とす
る。
【００５７】毛状管は、また、金属ガスケットの完全性
を確認するため反応器の漏れチェックにも用いることが
できる。反応器の構造は、別個独立に制御された温度に
維持されうる独立したタリウムソースもしくはシンクの
追加の自由度を与えるとともに、熱処理中、プロセス温
度、タリウム酸化物及び酸素圧を独立に制御することを
可能とする。空洞の小さな容量は、反応器内に存在する
多様な固体、液体、気体の迅速な平衡を保証する。高い
遷移温度を持つ超電導体先駆物質のフィルム７４は、熱
シンク７８に熱溶接された基板７６上にコートされてい
る。
【００５８】図３には、改良された反応器の構造が図２
よりは詳細に示されている。図３において、蓋プレート
５４とベースプレート５６は、ステンレススチールでで
きており、熱的に埋込まれたステンレススチールのねじ
８０，８２によってシールされている。超電導体先駆物
質フィルム７４からのタリウムソース／シンク５２の熱
的分離には、多結晶質ジルコニアなどの低い熱電導性物
質カバー５３が用いられ、ステンレス製ベース及び蓋プ
レート５４，５６間の輻射熱伝導量を抑制するように作
用する。熱電対８４，８６は蓋プレート５４とベースプ
レート５６の各々に設けられている。第２の加熱源８８
は蓋プレート５４から分離されたベースプレート５６の
加熱のために設けられる。赤外線加熱を行なう高速アニ
ーリング装置の壁９０が図示され、この壁を通じて真空
計９２と真空ポンプ９４とに接続される毛状管は弁９８
によって制御されるベント９６を備える。真空ポンプ９
４との接続は弁１００を通して行われている。
【００５９】図４〜図７には、反応器の種々の構成部品
が正面図及び側面図で示されている。トッププレートに
は、熱電対８４を収容する空洞１０２を有し、同時にス
テンレススチールねじ８０および８２を収容するためト
ッププレート５４の４隅付近に対称的に設置されたチャ
ンネルを備えている。ベースプレート５６は空洞の一部
を包囲する壁１１０を画成するように段付けされており
、ガスケット６４，６６とスペーサー６０で空洞の容積
を画成する。金箔のガスケット１１０は、図３に示す金
属ガスケット６４，６６として機能する。最後に、熱的
分離スペーサー６０は空洞６２を囲むバリヤを完全化す
る。
【００６０】装置はベースプレート５６の上に超電導体
先駆物質フィルム７４をコートした基板７６を設置し、
さらに、ガスケット７６、熱隔離スペーサー６０及びガ
スケットを夫々装着することによって容易に組み立てら
れる。
【００６１】タリウムソース／シンクが適切にコートさ
れた蓋プレート５４は、ガスケット６４上に載置され、
ステンレススチールのねじ８０，８２がシールのための
チャンネル１０４と１０６内に挿入される。熱電対８４
，８６は、その後適切な空洞内に挿入され、そのうえで
、反応器は超電導体フィルムの処理のために高速アニー
ル容器内に導入される。
【００６２】図８、図９には、他の構造が示されている
。この反応器は高品質のサファイヤ基板によって構成さ
れている。ここでは、３、もしくはそれ以上の基板が使
用される。ベース基板１２０は、基板表面に堆積された
超電導体フィルム先駆物質１２２を有し、表面を磨かれ
たスペーサー１２４はベース基板１２０によって支持さ
れ、フィルム１２２を取り囲んでおり、そして上部ウェ
ハー１２６は、スペーサー１２４によって画成された空
洞１２８を包囲している。スペーサーの厚さは典型的に
は、１５〜４０ミリ程度である。フィルム１２０は好適
にはベースウェハー１２０の上に例えばレーザー・アブ
レーションと円形シャドーマスクを用いて直接堆積され
る。４０ミリの厚さのスペーサーを用いることでベース
と蓋基板間の距離は空洞内において中程度の厚み（１５
ｍｉｌ）の１ｃｍの正方形基板の設置を可能とする。
【００６３】熱処理を始める前に、それぞれのサファイ
ヤ基盤は、熱硫酸もしくは水素酸化物内において慎重に
洗浄され、構造を構成している種々のウェハー間に密着
するように重ね合わされる。ウェハーを同時にプレスし
た時の干渉縞を調べる事によってウェハー間のシール性
を監視することができる。反応器の全周に２−５個の干
渉縞が存在しないときは、適切な密着性が得られない事
を示す。
【００６４】典型的処理において、ウエハー１２０，１
２４と１２６によって構成される円形反応器１３０は石
英製そり１３２の上に載置される。レバーアーム１３４
は上部ウエハー１２６上に位置するように引き下げられ
る。レバーアーム１３４上には、反応器１３０を構成す
るウエハーに作用させる圧力値を制御するために錘り１
３６が装着され、その組立体全体は、直径１．５インチ
の機密な石英管１４０の内部に装填される。石英管１４
０はシールされ、導管１４２を通して繰り返し真空掃引
され、その後約１０〜７６０Ｔｏｒｒの範囲の所定の圧
力まで酸素が充填される。この圧力はデジタルの読取り
装置を用いてＭＫＳ単位系で測定される。
【００６５】試料が供される前に炉は８６０℃にまで加
熱される。試料は石英押出し棒１４４を持つ炉の中央に
差し込まれる。或は、その炉は加熱速度がプログラム制
御されているものである。試料温度は、石英押出し棒１
４４の中に設置された熱電対１４６を用いて監視される
。試料が差し込まれた時の加熱速度は、約２００℃／ｍ
ｉｎで７００℃まで加熱し、その後５０℃／ｍｉｎで８
６０℃まで加熱される。プログラム制御される加熱速度
は、約１００℃／ｍｉｎで７００℃まで加熱し、その後
８６０℃まで１〜５０℃／ｍｉｎで加熱するようになっ
ている。
【００６６】試料は、処理温度８６０℃に迅速に達し、
室温にまで急冷（１０−２０分間）される前に０．５〜
８分間保持される。全システムの圧力は、適当な真空酸
素マニフォールドを用いる事によって簡単にプログラム
することができる。代表的な処理実験は試料が８６０℃
に達した後反応器内の酸素加圧を７６０ｔｏｒｒから１
１０ｔｏｒｒとするプログラム制御を行う。真空掃引速
度は、適切に弁を用いることによって真空ポンプへの漏
洩率を変化させる事により経験的に決定される。選択さ
れるポンプ・ダウン時間は、その間隔を変化させること
ができるが、完了のためには、通常約４５秒が必要であ
る。
【００６７】均一な組成と形態を有する超電導体タリウ
ムフィルムは、この反応器の構造によれば、定常的に得
られる。７０回を越える実験の過程にわたって、再生産
性を向上させるための数多くの改良が行なわれた。基本
的な試みとしては、タリウムリッチの８２２３（Ｔｌ：
Ｃａ：Ｂａ：Ｃｕ）組成の酸化先駆物質をその融解点に
近いか、またはそれ以上の温度まで加熱すること及び得
られた液体相からのタリウムの蒸発速度を制御すること
によって相形成を制御することである。
【００６８】液体相の形成は、堆積物のタリウムの化学
量論比及び物質上の温度、酸素分圧に依存している。例
えばの１ａｔｍの酸素圧下の８２２３堆積物は、８６０
℃の融点を持つ。適切な処理条件下において、均一な溶
融状態が得られ、溶融物は僅かな量のタリウム酸化物と
酸素を急速に放出して周囲の雰囲気と平衡に達する。フ
ィルム上方の自由容積は、堆積物の厚さとタリウムの化
学量論比における変化を考慮することによって容易に変
化させることができる。約２２２３の所望最終フィルム
化学量論比に近い初期組成を持つフィルム処理では、フ
ィルム上の自由容積は付加的なサファイヤもしくは酸化
マグネシウム基板を反応器の不使用容積に挿入すること
によって最小化される。物質が全体の容積を減少させる
べく反応器の空洞に挿入されるときには、通常その物質
はフィルムを体積する基板の下方に置かれる。
【００６９】６つの基本的方法が温度処理中に生ずる堆
積物からのタリウム酸化物の蒸発速度を制御するのに用
いられている。
【００７０】まず最初の方法は、空洞内に存在する空間
容積を変化させる事である。これはスペーサの厚さを変
えることにより、或いは反応器内の余った空間を取り除
くためスペーサを挿入することによって制御される。２
番目の方法はタリウムの蒸発を促進させるために処理温
度を上昇させることである。３番目の方法は、特定の時
間と温度処理過程中に、全体的な酸素分圧を変化させる
ものである。酸素は、タリウム酸化物の蒸発を活性的に
抑制するので、システムの全体圧を低下させることは、
ある与えられた湿度におけるタリウムの蒸発を増加させ
るのに有効な機構となる。４番目の方法は、反応器の壁
を形成する各基板間の間隔を変化する事である。基板間
の大きな間隔は、フィルムからのタリウムの蒸発速度を
増加させる。例えば、サファイヤの反応器ウェハーが互
いに密に調整されていたならば、インコネルクリップも
しくはレバーアーム上の錘りを使う事によってフィルム
からのタリウムの損失は、酸素圧１気圧で８６０℃の温
度に８分かそれ以上の反応時間保持した場合でも、非常
に少なくなる。一方、もしキャッププレートを反応器か
ら取り除き、フィルムを開放された炉の中で加熱した場
合、タリウムは数秒で完全に蒸発してしまう。タリウム
酸化物の蒸発を制御する５番目の方法は加熱速度を制御
することである。急加熱は、より多くの液体タリウム酸
化物を生成し、従って蒸発量も多くなる。６番目の方法
は保持時間と加熱温度とを制御することである。保持時
間を長くすることにより、より多くのタリウム酸化物の
蒸発損失を生じる。
【００７１】次の形状においては、再生産可能に構成で
き、かつフィルム上の限られた空間からのタリウム酸化
物の蒸発の制御のために容易に改良できる反応器のため
の制御される拡散障壁を組み立てる目的で形状が作られ
た。これは最初に上部ウェハー内に穴をあけることによ
り達成される。その穴は、次に、所定の長さ、深さ、幅
の慎重に削られた溝を備え、大きな平面部をもったサフ
ァイヤによって覆われている。サファイヤの蓋内の溝は
反応器の上部ウェハー穴を直接覆うものであり、全体の
組立ては相互にしっかりと保持されている。約５００μ
ｍの深さ、そして約２００μｍの幅の溝を用いる事によ
って満足な結果が得られた。溝は熱処理中の融液からの
タリウム酸化物の蒸発損失のために再生可能なよく限定
された拡散リークを生じさせる。
【００７２】図１０、図１１に示す装置において、反応
器１５０はベースプレート１５２と穴１５６を備えたト
ッププレート１５４を有する。スペーサ１５８はベース
プレート１５２、１５４を分離し、空洞１６０の容積を
定める。基板１６２はベースプレート１５２の上に設置
され、超伝導体先駆物質フィルム１６４によって被覆さ
れている。拡散リーク溝を有する蓋１６６（図示せず）
は、穴１５６を覆い、クリップも使用できるけれども、
重り１６８によって位置に固定されている。プレート１
５２、１５４とスペーサ１５８からなる組立てはクリッ
プ１７０によって共に固定されている。
【００７３】図１１において示される反応器１５０には
、より薄い基板１６２が用いられ、この反応器１５０は
、圧力が制御されたチャンバ１７２内におかれ、このチ
ャンバ１７２は好ましくは大きな内径を持つステンレス
スチール管で作られる導管１７４を通して真空マニホル
ドに接続される。上部プレート１５４と下部プレート１
５２おのおのを加熱する赤外線加熱矢印１７６、１７８
で示されている。
【００７４】方向性を有する薄い超電導体フィルムはこ
の反応器形状を用いて酸化マグネシウムそしてランタン
アルミン酸塩を使用して作成される。そして１組の条件
において、処理条件は、サファイア反応器の内側に設置
されているフィルムを約８６０℃に急速加熱し、２〜８
分間その温度を維持することを含む。高圧酸素（３気圧
）において、フィルムの溶解は抑圧され、タリウム酸化
物の蒸発は事実上零となる。１気圧付近での酸素の加剰
加圧下において、フィルムからのタリウム酸化物の再生
可能な速い損失により、超電導体の薄いフィルムのＴｃ
は８０Ｋ以上になり、ＸＲＰパターンは２１２２化合物
の公表された参考スペクトルの参考文献とよく一致する
。一例では、得られたランタンアルミン酸塩上のエピタ
キシャルの薄いフィルムは、７７Ｋにおいて１０ＧＨＺ
で、表面抵抗８ｍΩを示す。
【００７５】酸化マグネシウム上において超電導体フィ
ルムが極まれに基板上に均一に生成されることも生成さ
れないこともある。不均一さは、“斑点”状の不連続な
超電導体フィルムを形成する。同じような現象が、開放
金パウチ処理前に用いて酸化マグネシウム上で処理され
た２２２３の化学量論比をもつ薄いフィルムに現れる。 したがって、酸化マグネシウムを用いて、フィルムの一
部は、３ｍｍの厚さのスペーサーから隔離され、一様な
厚さと形状を形成する。ランタンアルミン酸塩基板上に
熱処理された８２２３の化学量論比をもつフィルムにお
いて、核の密度と基板の適用範囲は、酸化マグネシウム
上のフィルムと比較して良い結果を得る。小さい圧力制
御反応器内で作成されたランタンアルミン酸塩上の１μ
ｍ厚さの２１２２の化学量論比のフィルムのＸ線回析曲
線が得られた。堆積された状態のフィルムは、８２２３
の近似的化学量論比をもつフィルムであり、１．８μｍ
の厚さをもつ。熱処理後のフィルムは、大部分の（００
１）反射で検出器を飽和させていて、ｃ軸方向によく配
向している。フィルムの最も弱く検出された（００１）
反射の振動曲線は、０．５°のＦＷＨＭでｃ軸に強く配
向していることを示した。正面及び断面の両方での電子
ビームチャネリングは、超電導体フィルムがエピタキシ
ャルであることを示し、極めて鋭くよく区画されたフィ
ルム基板間の接面を持つことを示した。フィルムは、組
成と形状において均一であり、組成及び組織の傾斜はな
い。温度と共に変化する抵抗曲線は、物質が９８Ｋの遷
移温度で超電導になる事を示す。フィルムは非常に狭い
交流磁化率遷移幅（０．５）を示し、７７Ｋでの１０Ｇ
ＨＺにおけるフィルムの表面抵抗は１．５ｍΩであり、
同じ温度、周波数におけるＯＦＨＣ銅よりもわずかに良
い結果を示す。
【００７６】以下の手順において堆積物は、高密度平板
のアルカン社によって生産されるターゲットをレーザー
融解することによって生じる。このターゲットは、多孔
性ターゲットよりも均一な堆積物を生じさせることがわ
かった。レーザー融解と堆積物の各条件は、エネルギー
３．４Ｊ／ｃｍ２、堆積時間：２５分、基板：ＬａＡｌ
Ｏ３（ＡＴ＆Ｔ社製）、酸素圧：５ｍｔｏｒｒ、ターゲ
ット化学量論比：８２２３である。
【００７７】使用した小容量の反応器は、５×５ｍｍの
基板から成っており、インコネルの管が反応容器として
用いられる。反応器は３０℃／ｍｉｎの速度で加熱され
る高温領域の中へ挿入される。その処理における各条件
は、最終加熱温度：８５４℃、保持時間：２分、酸素圧
：７６０ｔｏｒｒ、厚さ：１．５μｍであった。そのフ
ィルムの輸送特性は、ＲＳ（１０ＧＨＺに規格化、７７
Ｋ）は０．３ｍΩ、Ｔｃ（０）は９５Ｋであった。
【００７８】次の実験は、レーザーエネルギーが３．０
Ｊ／ｃｍ２であり、堆積物の堆積時間が３５分である事
以外は実質的に同様である。堆積処理のために、加熱速
度は炉の内部で制御される。試料は基板中心に６．５ｍ
ｍ２の堆積物を伴った１ｃｍ２のＬａＡｌＯ３基板であ
る。この処理における各条件は最終加熱温度：８５５℃
、保持時間：２分、酸素圧：７６０ｔｏｒｒ、厚さ：１
．３μｍである。　　次に示す表１は、他の実施結果を
示し、特に記す場合以外は、ターゲットは８：２：２：
３のＴｌ、Ｃａ、Ｂａ、Ｃｕのモル比を示すものである
。
【００７９】
【表１】
【００８０】＃６４５−図１と異なる構成であり、サフ
ァイア窓を通して直接加熱するために、それではトップ
プレートが除去され、付加的なＴ１の上層がＴ１の初期
損失を補償するために堆積された。
【００８１】＃６４３−図１と同様の構成であった。Ｔ
１源は上部のサファイヤウェハーの上にＴ１　　２−エ
チルヘキサノエートの薄い層を回転させることによって
供給され、それは薄い（０．００２ｍｍ）金箔を有する
トップ・プレートに熱溶着された。
【００８２】＃６２１−図１と同様の構成であった。基
板はＣａ／Ｉｎの混合物を用いたベースに熱的に結合さ
れた。
【００８３】＃６４５−図９と同様の構成であった。石
英管が１”（ｉｎｃｈ）の管状炉に設置された。
【００８４】＃２４２−図９と同様の構成であった。フ
ィルムは７７Ｋで１×１０６Ａ／ｃｍ２の初期密度を持
っていた。結晶の品質は、非常に鋭いＸ線ロッキング曲
線及びＡＣ磁化率によって示されるように優秀であった
。
【００８５】＃２６２−図９と同様の構成であった。最
終的に得られたフは、高いパワーリミット（約０ｄＢｍ
）に対して３０００を越えるＱを有する共振器に使用さ
れた。
【００８６】最後に、本発明の好ましい実施例に従って
、図１１の構造はクリップ１７０がトップ吹き消し弁１
６６上のベースプレート１５２から配置されるものに変
形される。この変形構成はほかの構成よりもより再生可
能なシールを提供する。
【００８７】図１２に示すように反応アッセンブリ１８
０は、石英管１８４内に堆積される石英輸送プレート１
８２の上に設置される。反応アッセンブリ１８０は、そ
のとき、炉１８６内に配置される。このシステムは不純
物を除去するために純粋な酸素で洗浄され、そして温度
サイクルが開始される。これらの実験に関連し、大抵の
実験は１ａｔｍの酸素気体で行われ、非晶質堆積物のタ
リウム含有量、温度の関数としての損失レートおよび最
終の重量は完成されたフィルムにおいて最良のモーソロ
ジ（ｍｏｒｔｈｏｌｏｇｙ）とＴｃを与えるように選択
される。重量損失を制御するため、これらの実験は、ゆ
っくりとした加熱および冷却のレートで遂行された。典
型的には、１分当たり５°が典型的な加熱レートであっ
た。
【００８８】上記した器具を使用した典型的な手続きの
例が以下に示されている。レーザによるアブレーション
の技術を使用するとともに、次のパラメータ及び材料が
使用された。
【００８９】 基板材料＝ＬａＡｌＯ３　　　　　　販売者＝ＡＴ＆Ｔ
ビームエネルギー＝２．２Ｊ／ｃｍ２　　　　　　チャ
ンバ内圧力＝５ｍｔｏｒｒターゲット組成＝８２２３　
　　　　　堆積時間＝４２分基板温度＝２５℃　　　　
　　雰囲気＝Ｏ２フィルムの厚さ＝１．５μｍｓ　 ファイル毎の温度処理は次通りである。
【００９０】 Ｒａｍｐ１＝５０ｄｅｇ／ｍｉｎ　　　　　　　　０℃
〜６８０℃までＲａｍｐ２＝２５ｄｅｇ／ｍｉｎ　　　
　　　　　６８０℃〜７２０℃までＲａｍｐ３＝５ｄｅ
ｇ／ｍｉｎ　　　　　　　　　　７２０℃〜７８０℃ま
で、５分保持Ｒａｍｐ４＝５ｄｅｇ／ｍｉｎ　　　　　
　　　　　７８０℃〜８６０℃まで、２分保持冷却は炉
に対するパワーをオフとすることにより行う。
【００９１】溝の漏れ寸法は５００μｍｓ×５００μｍ
ｓであった。圧力は７６０ｔｏｒｒであった。この実験
で作られたフィルムは１．６Ｋの遷移幅で、Ｔｃ＝１０
１．７Ｋを有していた。７７Ｋで１０ＧＨｚにおけるＲ
ｓは０．２ミリオームであった。１４ＧＨｚにおけるＱ
（クオリティーファクター）は１１．００であった。
【００９２】マイクロストリップの構造における２．５
ＧＨｚの共振子としてのこのフィルムの使用は、相対的
に低いパワー（−６５ｄＢｍ）では９５００のＱを与え
るとともに、相対的に高いパワー（−１０ｄＢｍ）では
５５００のＱを与える。　　超電導体フィルムを、その
性能において、上記フィルムが銅フィルムと同等又はそ
れ以上の高い超電導遷移温度及び良好な表面抵抗特性を
有し、種々の装置に利用するために得ることができるこ
とが上記の結果から明らかである。
【００９３】注目に値するほど改良されたエピタキシャ
ルの品質は酸化マグネシウムやランタンアルミン酸塩な
どの種々の基板を得る事ができる。当該フィルムは鋭い
ＸＲＤ振動曲線を示し、良好に画成された電子のチャン
ネル・パターンの面積は１ｃｍ２であった。当該フィル
ムは高出力状態においてより良好なマイクロ波特性を示
している。
【００９４】タリウムの薄いフィルムの共振器はストリ
ップラインへ薄いフィルムから作成される。そしてマイ
クロ波の計上は約２０ｄＢｍに出力における低温冷却さ
れた銀の共振器に比べ高い“Ｑ’ｓ”を持つ、共振器の
出力は、−７０〜−１０ｄＢｍｋ範囲を超える出力を示
すことはない。−１０ｄＢｍｋ出力レベルは、実際のマ
イクロ波受信装置における出力特性を示すものであり、
出力１ｍＶに近似される。マイクロ波受信装置ではスト
リップラインもしくはマイクロストリップライン形状の
共振器が用いられ、装置は２ＧＨＺ、７７Ｋど超低温の
銀に対し約３０倍ほどその性能が優れている。
【００９５】処理方法は単純明快であり、フィルムの生
成を高温で行われるタリウム酸化物の蒸発によって迅速
に行うものである。一つにまとめられた処理は液体相の
動力学的な素速い拡散特性を用いることによって約１０
分に満たな高温状態における処理時間を限る事で基板そ
してフィルムの相互拡散反応を最小限にとどめることが
できる。薄いフィルムからストリップライン及びマイク
ロ波装置の形状に形成されたタリウム薄膜は、２０ｄＢ
ｍと同程度の電力において、低温で冷却された銀の共振
器よりも非常に高いＱの特性を有する。これらの共振器
は、−７０ｄＢｍから−１０ｄＢｍまでの間の電力の範
囲にわたって、電力に対して依存した特性を全く示さな
かった。−１０ｄＢｍにおける電力レベルは、焼く１ｍ
Ｗの出力電力を有する実際の受動マイクロ波装置におい
て存在する複数の電力レベルの特性である。ストリップ
ラインもしくはマイクロストリップライン形状の共振器
を用いる受動マイクロ波装置においては、これらの装置
は、２ＧＨｚの周波数及び７７Ｋの温度において、低温
の銀よりも３０倍だけその性能が優れている。
【００９６】処理方法は簡単であり、フィルムの成長は
高温で行われるタリウム酸化物の蒸着によって行われ、
したがって、当該フィルムの成長を迅速に行なうことが
できる。液体相のプロセスに関する特徴的に急速な拡散
についての反応速度論と結合されるプロセスは、高温に
おける処理時間を約１０分以下に限定することによって
、基板とフィルム間の相互拡散の反応を最小にする。
【００９７】２次的なタリウム源は必要とせず、これに
よって有毒な廃棄物処理の必要性を最小にする。高温で
の酸素気体中のタリウム酸化物を処理する際の両立性の
問題、すなわち、腐食による化学反応はサファイアを反
応器として用いることで最小化される。反応器の設計は
簡単であり、非常に小さい熱容量を有し、これによって
制御される反応器において試料の均一な加熱及び冷却を
行なうことができる。
【００９８】極端に小さな反応器容量の使用は、フィル
ムと蒸着との間の迅速な平衡状態を保証し、これによっ
てフィルムにおける横方向の組成及び形態状の傾斜を最
小にする。この熱処理による幾何形状は、最新の利用可
能な迅速な熱アニーリング炉装置をもちいて容易に計測
可能であり、かつ両立可能であると思われる。酸素の分
圧及び温度、並びに反応器からの拡散で制限された（も
れ比−ギャップの大きさ）損失比を変化することによっ
て、フィルムからのタリウム酸化物の蒸着比を制御する
ことができる。
【００９９】この明細書で引用したすべての出版物及び
特許出願は、それぞれの出版物もしくは特許出願が参照
して含まれるべきことが明確にかつ個々に示されるよう
に、それらの参照によってここに含まれる。
【０１００】前述の発明は理解を明確にする目的のため
の図及び実施例によって、いくらか詳細に記述されてい
るが、これらの変更及び変形を添付された特許請求の範
囲の技術的思想又はその範囲から逸脱することなしに行
なうことは、本発明の教授の観点から当業者にとって容
易に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】　　反応器の概略立面側面図である。
【図２】　　反応器の実施例の概略立面側面図である。
【図３】　　反応器の実施例の側部概略立面図である。
【図４】　　図３に示された反応器のトッププレートを
示す図である。
【図５】　　図３に示された反応器のベースプレートを
示す図である。
【図６】　　図３に示された反応器のガスケットを示す
図である。
【図７】　　図３に示された反応器のスペーサを示す図
である。
【図８】　　図３に示された反応器のウエハー、スペー
サを示す斜視図である。
【図９】　　本発明の他の実施例の概略立面側面図であ
る。
【図１０】　　図９の反応器の要部拡大断面図説明図で
ある。
【図１１】　　図９の反応器の実施例の変形例の概略立
面側面図である。
【図１２】　　図９の反応器のもうひとつの変形例の概
略立面側面図である。
【符号の説明】
１０　　反応器 １２　　トッププレート １４　　ベースプレート ２０　　空洞 ２２　　蓋（キャッププレート） ２４　　スペーサー ２６，２８　　ねじ ３０，３２　　熱電対 ５０　　反応器 ５４　　トッププレート ５６　　ベースプレート ６０　　スペーサー ６４，６６　　ガスケット ７４　　先駆物質フィルム ７６　　基板 ７８　　熱シンク ８０，８２　　ねじ ８４，８６　　熱電対 １２０　　ベース基板 １２２　　先駆物質フィルム １２４　　スペーサー １２６　　上部ウェハー １３０　　反応器 １５０　　反応器 １５２　　ベースプレート １５４　　トッププレート １５８　　スペーサー

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　超電導体に結晶化すべき基板上のタリ
    ウムを含む蒸着された金属酸化物フィルムを熱処理する
    ための反応器の容器であって、上記基板とフィルムを収
    容するために十分に大きな部屋を含む容器を備え、上記
    容器は上記タリウムの通気を可能とする少なくとも１つ
    の開口部を有することを特徴とする金属酸化物フィルム
    を熱処理するための反応器の容器。
  2. 【請求項２】　　高温超電導体を含むタリウムを形成す
    るための方法であって、上記方法は、基板上に先駆物質
    フィルムを含むタリウムを形成するステップと、上記先
    駆物質からタリウムを開口部を介して蒸発させるステッ
    プと、上記開口部からのもれ比を制御するステップとを
    含むことを特徴とする高温超電導体を含むタリウムを形
    成するための方法。
  3. 【請求項３】　　上記先駆物質は、タリウムリッチであ
    ることを特徴とする請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】　　Ｔｌ：Ｃａ：Ｂａ：Ｃｕのモル比は、
    ０．５：２：２：３から８：２：２：３までの範囲であ
    ることを特徴とする請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】　　上記タリウムは、上記先駆物質フィル
    ムを加熱にすることによって、部分的に上記先駆物質か
    ら蒸発されることを特徴とする請求項２記載の方法。
  6. 【請求項６】　　上記タリウムは、上記先駆物質フィル
    ムを加熱しかつ酸素圧を制御することによって、部分的
    に上記先駆物質から蒸発されることを特徴とする請求項
    ５記載の方法。
JP3097617A 1990-04-27 1991-04-26 反応器及びタリウムを含む高温超電導体を形成する方法 Pending JPH04229669A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/516,078 US5139998A (en) 1988-08-31 1990-04-27 Controlled thallous oxide evaporation for thallium superconductor films and reactor design
US516,078 1990-04-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04229669A true JPH04229669A (ja) 1992-08-19

Family

ID=24054038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3097617A Pending JPH04229669A (ja) 1990-04-27 1991-04-26 反応器及びタリウムを含む高温超電導体を形成する方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5139998A (ja)
EP (1) EP0454489B1 (ja)
JP (1) JPH04229669A (ja)
AT (1) ATE142373T1 (ja)
CA (1) CA2041319C (ja)
DE (1) DE69121762T2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05213619A (ja) * 1991-10-10 1993-08-24 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 超伝導体およびその製造方法
JP2010275119A (ja) * 2009-05-26 2010-12-09 Japan Steel Works Ltd:The 超電導酸化物材料の製造方法及び装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5306699A (en) * 1988-08-31 1994-04-26 Superconductor Technologies, Inc. Reactor vessel for manufacture of superconducting films
JPH04310521A (ja) * 1991-01-29 1992-11-02 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 酸化物薄膜生成方法
US5508255A (en) * 1994-07-05 1996-04-16 Superconductor Technologies, Inc. Epitaxial thallium high temperature superconducting films formed via a nucleation layer
DE19600934A1 (de) 1996-01-12 1997-07-17 Basf Ag Substituierte Aza- und Diazacycloheptan- und Cyclooctanverbindungen und deren Verwendung
JP4017476B2 (ja) * 2002-08-30 2007-12-05 富士通株式会社 誘電体導波管及びその製造方法
US7265027B2 (en) * 2005-06-14 2007-09-04 Miradia Inc. Bond method and structure using selective application of spin on glass

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3925147A (en) * 1971-08-30 1975-12-09 Hughes Aircraft Co Preparation of monocrystalline lead tin telluride
US4762576A (en) * 1982-09-29 1988-08-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Close space epitaxy process
JPS6046022A (ja) * 1983-08-23 1985-03-12 Sumitomo Electric Ind Ltd イオン注入用基板の前処理方法
FR2576147B1 (fr) * 1985-01-17 1987-11-27 Flicstein Jean Procede de depot et de cristallisation d'une couche mince de materiau organique au moyen d'un faisceau d'energie
US4820651A (en) * 1985-11-01 1989-04-11 Gte Laboratories Incorporated Method of treating bodies of III-V compound semiconductor material
US4828648A (en) * 1986-05-29 1989-05-09 Rockwell International Corporation Liquid phase epitaxy apparatus and method
US4962083A (en) * 1988-02-12 1990-10-09 University Of Arkansas High temperature T1-Ba-Ca-Cu-O and T1-Sr-Cu-O superconductor
US4870052A (en) * 1988-03-08 1989-09-26 International Business Machines Corporation Tl-Ca-Ba-Cu-O compositions electrically superconducting above 120 degree K and processes for their preparation
US4929594A (en) * 1988-03-14 1990-05-29 E. I. Du Pont De Nemours And Company Superconducting composition Tl2 Ba2 CuO6+x and process for manufacture
US4939308A (en) * 1988-04-29 1990-07-03 Allied-Signal Inc. Method of forming crystallite-oriented superconducting ceramics by electrodeposition and thin film superconducting ceramic made thereby
JPH0238302A (ja) * 1988-07-29 1990-02-07 Hitachi Ltd 超電導薄膜形成方法
JPH02167820A (ja) * 1988-08-10 1990-06-28 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｔ１系複合酸化物超電導体薄膜の成膜方法
EP0357509A1 (en) * 1988-08-30 1990-03-07 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Process for preparing a thallium-type compound oxide superconductor
ATE135134T1 (de) * 1988-08-31 1996-03-15 Superconductor Tech Supraleitendes erzeugnis enthaltend thallium

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05213619A (ja) * 1991-10-10 1993-08-24 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 超伝導体およびその製造方法
JP2010275119A (ja) * 2009-05-26 2010-12-09 Japan Steel Works Ltd:The 超電導酸化物材料の製造方法及び装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP0454489A2 (en) 1991-10-30
CA2041319C (en) 2002-07-09
US5139998A (en) 1992-08-18
DE69121762D1 (de) 1996-10-10
EP0454489B1 (en) 1996-09-04
EP0454489A3 (en) 1992-02-26
DE69121762T2 (de) 1997-04-03
CA2041319A1 (en) 1991-10-28
ATE142373T1 (de) 1996-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schieber Deposition of high temperature superconducting films by physical and chemical methods
EP0357507B1 (en) Superconducting article containing thallium
JPH04229669A (ja) 反応器及びタリウムを含む高温超電導体を形成する方法
US5358926A (en) Epitaxial thin superconducting thallium-based copper oxide layers
US5480861A (en) Layered structure comprising insulator thin film and oxide superconductor thin film
US5476836A (en) Reactor vessel for manufacture of superconducting films
Speller Thallium based high temperature superconductors for microwave device applications
US4959345A (en) Method of adding oxygen into oxide superconducting materials by ion injection
US5137868A (en) Method for preparing a superconducting device
Serbezov et al. Structure and superconducting properties of YBa2Cu3O7− x films prepared by nitrogen laser evaporation and CO2 laser annealing in oxygen
KR970009739B1 (ko) 고온초전도박막의 제조방법
Sant et al. Metalorganic chemical vapor deposition of YBa2Cu3O7− x using a special equipment for solid precursors
US5232903A (en) Oxide superconducting device having uniform oxygen concentration
JP2704625B2 (ja) 三層ペロブスカイト構造をもつＬｎＡ▲下２▼Ｃｕ▲下３▼Ｏ▲下７▼−ｘの単結晶薄膜及びＬｎＡ▲下２▼Ｃｕ▲下３▼Ｏ▲下７▼−ｘ薄膜の製造法
JP2817299B2 (ja) 複合酸化物超電導薄膜の作製方法
JPH0556282B2 (ja)
JP2637615B2 (ja) 酸化物超電導体の製造方法
JPH01100817A (ja) 高温超電導材
JP2707470B2 (ja) 分子線エピタキシ成長方法
Yuan et al. Some aspects of fabrication of YBCO thin films by inverted cylindrical magnetron sputtering in large area
JPH0616496A (ja) 超伝導体膜の成長方法と成長装置
Puzzer Preparation of high-Tc YBa2Cu3Oy thin films
JPH06216421A (ja) 酸化物超伝導膜の作製方法
Gohda et al. Preparation of Bi‐Sr‐Ca‐Cu‐0 Superconducting Thin Films by Mocvd
Kúš et al. Ion beam modification and analysis of GdBaCuO thin film on Si substrates at 300 and 77 K without any buffer layer