JPH0517142A - バリウム化合物薄膜の製造方法 - Google Patents

バリウム化合物薄膜の製造方法

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JPH0517142A
JPH0517142A JP3221721A JP22172191A JPH0517142A JP H0517142 A JPH0517142 A JP H0517142A JP 3221721 A JP3221721 A JP 3221721A JP 22172191 A JP22172191 A JP 22172191A JP H0517142 A JPH0517142 A JP H0517142A
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thin film
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gas
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Koji Sato
弘次 佐藤
Shungo Sugawara
駿吾 菅原
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】気化性、熱安定性および薄膜形成の再現性にお
いて優れた性能を持つ特定のバリウム化合物を用い、C
VD法によって高品質のバリウム元素を含む酸化物超伝
導体薄膜などの各種のバリウム化合物薄膜を製造する方
法を提供する。 【構成】化学気相成長法により、基材上にバリウム元素
を含む薄膜の製造方法において、BaR2(R:アルケニ
ル基、ベンジル基、フッ素置換ベンジル基、置換シクロ
ペンタジエニル基のうちの少なくとも1種を表わす。)
で示されるバリウム化合物もしくはこれと酸素含有化合
物、窒素含有化合物とのアダクツ化合物を用いる。 【効果】薄膜の成長再現性がよく、高品質の酸化物超伝
導体薄膜などのバリウム化合物薄膜が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はバリウム元素を含む薄膜
の製造方法に関し、特にバリウム元素を含む酸化物超伝
導体薄膜、チタン酸バリウム等の酸化物薄膜、フッ化バ
リウム薄膜、フッ化物ガラス薄膜等の機能性薄膜の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高い転移温度(Tc)を有する酸
化物超伝導体が発見され、液体窒素温度での利用を目指
して精力的な研究が展開されている。これらの酸化物超
伝導体には、多くの場合バリウムが必須の成分元素とし
て含まれている。バリウム元素を含むものを材料的に分
類すると、(1)ランタン(La)系超伝導体と言わ
れ、Tcが40K前後のもの〔(La1_xBax)2CuO4〕、
(2)イットリウム(Y)系超伝導体と言われTcが9
0K前後のもの〔YBa2Cu37_x〕、(3)タリウム
(Tl)系超伝導体と言われTcが125K前後のもの
〔Tl2Ba2Ca2Cu38〕等が知られている。今後の応
用、例えば配線やセンサへの応用を考えた場合に、単結
晶と同等の特性を持つ薄膜を作製する必要がある。ま
た、各種の薄膜材料の中で、構成元素としてバリウム
(Ba)を含むものは、以下に示すようにさまざまな機
能があり、従来のバルク材料の検討から現在では薄膜材
料としての検討が進められている。 (1)酸化物材料として、例えばチタン酸バリウム(B
aTiO3)は、高い誘電率を持つ強誘電体材料であり、
コンデンサ、圧電素子、焦電素子、音響光学素子、PT
C(Positive Temperature Coefficient of Resistivit
y)素子などへの応用が可能であり、また最近では大容
量集積回路のキャパシタ、光記録媒体(光屈折率効果)
としての検討が進められている。また、各種の光学材料
として以下のものが着目されている。 (a)β−BaB24;非線形光学材料 (b)Ba2NaNb515;非線形光学材料、電気光学材
料 (c)(Sr,Ba)Nb26;電気光学材料、音響光学
材料 (d)Ba2LiNb515;非線形光学材料 (e)(Pb,Ba,La)Nb26;電気光学材料 (f)(Pb,La)(Zr,Ti)O3;異常光起電力材料 (2)高温超伝導体材料としては、液体窒素温度で超伝
導特性を示す酸化物が発見され、配線や磁気センサへの
応用をめざして精力的な研究が進められている。こうし
た材料として、イットリウム系材料(YBa2Cu37_
x);臨界温度(Tc)が90K前後のもの、ランタン
系〔(La1_xBax)2CuO4〕;Tcが45K前後のも
の、タリウム系〔Tl2Ba2Ca2Cu38〕;Tcが12
5K前後のもの、などが知られている。 (3)フッ化バリウム(BaF2)は、窓、プリズム、レ
ンズ等の光学材料として応用可能であり、またシリコン
基材上に化合物半導体薄膜を成長させる場合のバッファ
層として有効であることが知られている。 (4)フッ化物ガラスは、2〜5μm帯の光伝送媒体と
して、この波長領域に吸収を持たないフッ化物ガラスが
着目されている。こうした材料として、52モル%のZ
rF4、24モル%のBaF2、20モル%のNaFからな
るZBNガラス(他に、4モル%のAlF3を含む)があ
り、必要に応じてLa等が添加(ZBLANガラス)さ
れる。 上述したBaを含む薄膜の製造法として、酸化物薄膜お
よび高温超伝導体薄膜の場合は、主にスパッタリング法
が、フッ化バリウムバッファ層の場合にはMBE(分子
線エピタキシー法)が、またフッ化物ガラスの場合には
溶融法で作製されていた。しかしながら、従来の方法で
はそれぞれ成長速度が遅い上、薄膜の品質が悪く不純物
の混入が多い等の問題があった。こうした問題を解決す
る方法として、化学気相成長法(CVD法)が着目され
ている。CVD法は大面積、均質な薄膜が得られるこ
と、成長速度が早いこと、組成制御が容易であるこ
と、等の特長があり、最近多くの研究がなされている
〔応用物理、第59巻(1990年)第134頁から第
144頁〕。しかしながら、現状では薄膜の成長温度を
800℃程度にまで上げないと品質のよい薄膜が得られ
ず、例えば薄膜の平坦性が低下したり、基材と薄膜の界
面で相互拡散が起こるなどの問題があった。また、CV
D法に適用するためには蒸気圧の高いCVD原料が必要
であり、バリウム化合物薄膜の場合においては適当な原
料がいまだ見い出されていない。すなわち、従来のβ−
ジケトナト錯体である、ビス(ジピバロイルメタナト)
バリウム〔Ba(dpm)2〕、ビス(ヘキサフルオロアセチ
ルアセトナト)バリウム〔Ba(hfa)2〕、ビス(トリフ
ルオロアセチルアセトナト)バリウム〔Ba(tfa)2〕は
気化温度が200〜260℃以上と高く、また加熱され
た化合物が容器内で熱分解して変質し、繰り返し使用す
る内に気化性が次第に低下するという問題があり、バリ
ウム元素源としての安定性、薄膜形成の再現性において
満足できるものではなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術における問題点を解決するものであって、気化
性、熱安定性および薄膜形成の再現性において優れた性
能を持つ特定のバリウム化合物を使用し、CVD法によ
り高品質のバリウム元素を含む酸化物超伝導体薄膜をは
じめ、各種のバリウム化合物薄膜を製造する方法を提供
することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、気相反応容器中に、薄膜構成元素を含む各
種の化合物と、反応性ガスとして、例えば酸素、オゾン
またはその混合ガスを導入し、これらを熱分解して上記
反応容器中に設置した基材上に酸化物超伝導体薄膜を製
造する方法において、バリウム化合物として、一般式 BaR2 (式中、Rはアルケニル基、ベンジル基、フッ素置換ベ
ンジル基、置換シクロペンタジエニル基のうちの少なく
とも1種を表わす。)で示される有機金属化合物を使用
することを特徴とするバリウム化合物薄膜の製造方法で
る。本発明のバリウム化合物薄膜の製造方法は、具体的
に、(1)酸化物超伝導体がバリウム、その他の金属お
よび酸素元素からなることを特徴とする酸化物超伝導体
薄膜の製造方法であり、(2)酸化物超伝導体がバリウ
ム元素、イットリウム元素、銅元素および酸素元素から
なることを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の製造方法で
あり、(3)酸化物超伝導体がバリウム元素、ランタン
元素、銅元素および酸素元素からなることを特徴とする
酸化物超伝導体薄膜の製造方法であり、さらに(4)酸
化物超伝導体がバリウム元素、タリウム元素、カルシウ
ム元素、銅元素、および酸素元素からなることを特徴と
する酸化物超伝導体薄膜の製造方法に関するものであ
る。本発明のバリウム元素を含む酸化物超伝導体薄膜の
製造方法において、バリウム元素源として用いるバリウ
ム化合物は、アルケニル基、ベンジル基、フッ素置換ベ
ンジル基、置換シクロペンタジエニル基等がバリウムと
結合した有機金属化合物の中から選択して使用すること
を特徴としており、従来このようなバリウム化合物を使
用することは知られていなかった。本発明は、上記の熱
的に安定で、かつ高い気化性を有するバリウム化合物を
使用することにより、低い基材温度においても基材上で
の熱分解性がよく、酸素欠陥の少ない薄膜が得られるこ
とを見い出したことによるものである。表1および表2
にバリウム元素源として使用できるバリウム化合物の具
体名を挙げるが、本発明はこれらのみに限定されるもの
ではない。
【0005】
【表1】
【0006】
【表2】
【0007】また本発明は、気相反応容器中に、薄膜構
成元素を含む各種の化合物と、必要に応じて反応性ガ
ス、またはさらに他の成分を含む化合物を気相で導入
し、これらを熱分解して上記反応容器中に設置した基材
上にバリウム化合物薄膜を形成する方法において、バリ
ウム元素を含む化合物として、一般式 BaR2(式中、
Rは置換シクロペンタジエニル基を表わす。)で示され
るバリウム化合物、もしくは該バリウム化合物と酸素含
有化合物または窒素含有化合物とのアダクツ化合物、も
しくは上記バリウム化合物と上記アダクツ化合物を用い
ることを特徴とするバリウム化合物薄膜の製造方法であ
る。さらに本発明は、気相反応容器中に、薄膜構成元素
を含む各種の化合物と、必要に応じて反応性ガス、また
はさらに他の成分を含む化合物を気相で導入し、これら
を熱分解して上記反応容器中に設置した基材上に、バリ
ウム化合物薄膜を形成する方法において、バリウム元素
を含む化合物として、一般式 BaR2(式中、Rはアル
ケニル基、ベンジル基、フッ素置換ベンジル基のうちの
少なくとも1種を表わす。)で示されるバリウム化合
物、もしくは該バリウム化合物と酸素含有化合物または
窒素含有化合物とのアダクツ化合物、もしくは上記バリ
ウム化合物と上記アダクツ化合物を用いることを特徴と
するバリウム化合物薄膜の製造方法である。そして、上
記の酸素含有化合物および窒素含有化合物の具体名を以
下に列記するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。 水、テトラヒドロフラン(thf)、ジオキサン、2,
2′−ジピリジル、3,3′−ジピリジル、4,4′−
ジピリジル、ビピリミジン(BPy)、1,2−ビス
(ジメチルアミノエタン)、ピリジン(Py)、4−ジメ
チルアミノピリジン(dmapy)、N,N,N′,
N′−テトラメチルフェニレンジアミン(tmpd)、
N,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジアミン
(tmen)、2,6−キシリルイソシアニド(xc
y)などが挙げられる。本発明のバリウム化合物薄膜の
製造方法は、具体的には、(1)バリウム化合物が、バ
リウムを含む酸化物薄膜であることを特徴とするバリウ
ム化合物薄膜の製造方法であり、(2)バリウム化合物
が高温超伝導体であることを特徴とするバリウム化合物
薄膜の製造方法であり、(3)バリウム化合物が、フッ
化バリウム単独であることを特徴とするバリウム化合物
薄膜の製造方法であり、(4)バリウム化合物が、Zr
−Ba系のフッ化物ガラスであることを特徴とするバリ
ウム化合物薄膜の製造方法である。本発明は、いずれも
バリウム元素源として、従来使用されていなかった新規
な化合物を使用することを特徴としており、本発明は、
このようなバリウム元素を使用すると、安定で高い気化
性を有すると共に、繰り返し加熱・気化させた場合にも
気化性の再現性が良好であり、従来の化合物を用いた場
合よりも基材上での熱分解性がよく、高品質のバリウム
化合物薄膜が得られることを見い出したことによるもの
である。表3、表4および表5にバリウム元素源として
使用できるバリウム化合物およびバリウム化合物とのア
グクツ化合物の具体名、および使用に際しての加熱温度
を示す。
【0008】
【表3】
【0009】
【表4】
【0010】
【表5】
【0011】なお、アダクツ化合物はアダクツ化する前
のバリウム化合物に比較して気化性がよく、また水分や
酸素との反応も著しく低下するなどの利点があるが、反
面長期の熱安定性の点ではやや低下する傾向がある。
【0012】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。 (実施例1)図1は、イットリウム系超伝導体薄膜の製
造に適用した場合の装置の構成の一例を示す系統図であ
る。図において、バリウム元素を含む原料であるジアリ
ルバリウムが封入されている有機金属化合物のバブラ容
器6内に、ガス流量コントローラ12により流量調節され
たアルゴンガスをキャリヤガス20として導入させること
により、ジアリルバリウムを所要量含有するアルゴンガ
スを形成し、同様にしてイットリウム元素を含む原料で
あるY(dpm)3(トリスジピバリルメタナトイットリウ
ム)を含むバブラ容器7、および銅元素を含む原料であ
るCu(dpm)2(ビスジピバリルメタナト銅)を含むバブ
ラ容器8に流量制御されたアルゴンガスを導入する。他
方、酸素ボンベ21から所定流量の酸素ガスを供給する。
この他に、圧力調整のため流量コントローラ17、18を介
して所要量のアルゴンガスを供給する。反応容器1内に
は、チタン酸ストロンチウム(100)基材3が基材ホ
ルダ2の上に配置されていて、高周波加熱コイル5によ
り所定の温度に加熱され、導入されたバリウム、イット
リウム、銅の有機金属化合物および酸素からなる4成分
の気相化学反応によりイットリウム系酸化物超伝導体薄
膜が基材上に形成される。なお、基材としては酸化マグ
ネシウム基材も好適に使用できる。以上説明した酸化物
超伝導体薄膜の製法を、より具体的に説明すると、温度
105℃(±5℃の範囲で制御、以下同様とする)のジ
アリルバリウムのバブラ容器6を通過した250cc(立
方センチ)/分のアルゴンガスと、温度200℃のY(d
pm)2のバブラ容器7を通過した150cc/分のアルゴン
ガスと、温度120℃のCu(dpm)2のバブラ容器8を通
過した300cc/分のアルゴンガスと、圧力調整用の1
リットル/分のアルゴンガスを反応容器1内に導入す
る。同時に、酸素ボンベ21を通過した1リットル/分の
酸素ガス、および圧力調整用の1リットル/分のアルゴ
ンガスを反応容器1内に導き、600℃の温度に加熱さ
れた基材上に吹き付ける。成長速度は1時間当り5.4
μmであり、得られた単結晶薄膜の表面は、良好な鏡面
が形成され結晶性にも問題はなかった。また、この薄膜
のTcは90Kであった。
【0013】(比較例1)ジアリルバリウムに代えてB
a(dpm)2を用いて、バブラ容器6の温度を260℃、基
材温度を790℃とする以外は実施例1と同様にして酸
化物薄膜を成長させたところ、成長速度は1時間当り
2.2μmであり、また得られた単結晶薄膜の表面には
白濁した部分が認められ、明らかに実施例1で得られた
薄膜に比較して成長速度や薄膜品質の点で劣っていた。
【0014】(実施例2〜4)実施例1において用いた
ジアリルバリウムの代わりに、表1に示すNo.2、
3、4の原料および加熱条件を使用する他は実施例1と
同様にしてイットリウム系超伝導体薄膜の成長を行っ
た。いずれの場合においても、実施例1と同様に優れた
特性の単結晶薄膜が得られた。
【0015】(実施例5)図2は、タリウム系超伝導体
薄膜の製造に適用した場合の装置の構成の一例を示す系
統図である。図において、有機金属化合物として、それ
ぞれBa(CH264−2−F)2〔ビス(2−フルオロ
ベンジル)バリウム;表2のNo.12に示す〕、Tl(C
3)3(トリメチルタリウム)、Ca(dpm)2(ビスジピバ
リルメタナトカルシウム)、Cu(dpm)2をバブラ容器6、
7、8、9に充填した。バブラ容器の温度は、それぞれ
175℃、80℃、180℃、120℃とした。また、
アルゴンガスの流量は、それぞれ200、250、22
0、300cc/分とし、かつオゾン発生器22を用い、キ
ャリヤガス20として酸素を用いた。その他は、実施例1
と同様にして基材温度650℃で薄膜の成長を行ったと
ころ、1時間当り10μmの速度で成長できた。得られ
た単結晶薄膜の表面は、良好な鏡面が形成され結晶性に
も問題はなかった。また、この薄膜のTcは112Kで
あった。
【0016】(実施例6)実施例5において、以下に示
す原料化合物を使用する他は、実施例5と同様にしてラ
ンタン系の酸化物超伝導体薄膜の成長を行った。Ba(C
263−2,6−F2)2〔ビス(2,6−ジフルオロ
ベンジル)バリウム;表2のNo.15に示す〕、La(C5
5)3(トリシクロペンタジエニルランタン)、Cu(dpm)
2をバブラ容器6、7、8に充填した。容器温度は、そ
れぞれ165℃、300℃、120℃とした。基材温度
640℃で成長を行ったところ、1時間当り5μmの速
度で成長できた。得られた単結晶薄膜の表面は、良好な
鏡面が形成され結晶性にも問題はなかった。また、この
薄膜のTcは41Kであった。
【0017】(実施例7)図3は、バリウム化合物薄膜
がBaTiO3薄膜である場合の薄膜製造に適用した場合
の装置の構成の一例を示す系統図である。図において、
バリウム元素を含む原料であるビス(ペンタメチルシク
ロペンタジエニル)バリウムが封入されているバブラ容
器6内に、ガス流量コントローラ12により流量調整され
たアルゴンガスをキャリヤガス20として導入することに
より、バリウム原料を所要量含有するアルゴンガスを形
成させて反応容器1に供給する。同様にして、チタンを
含む原料であるチタニウムテトライソプロポキシド、す
なわちTi(OC37)4を含むバブラ容器7にガス流量コ
ントローラ13を介して反応容器1に所定流量のチタン元
素を含むアルゴンガスを供給する。他方、酸素ボンベ21
から流量コントローラ19を介して反応容器1に所定流量
の酸素ガスを供給する。この他に、圧力調整のため流量
流量コントローラ17、および18を介して所定量のアルゴ
ンガスを反応容器1に供給する。反応容器1内には、チ
タン酸ストロンチウム(SrTiO3)からなる基材3が
基材ホルダ2の上に配置されていて、高周波加熱コイル
5により所定の温度に加熱され、導入されたバリウム、
チタンおよび酸素からなる3成分の化学気相反応により
BaTiO3薄膜を基材上に形成する。なおバブラ容器
8、9、10は使用していない。以上説明したバリウム酸
化物薄膜の製法を、さらに具体的に説明する。すなわ
ち、220℃のバブラ容器6を通過した20cc(立方セ
ンチ)/分のアルゴンガスと、温度30℃のTi(OC3
7)4のバブラ容器7を通過した50cc/分のアルゴン
ガスと、圧力調整用の200cc/分のアルゴンガスを反
応容器1内に導く。同時に、酸素ボンベ21から供給され
る200cc/分の酸素ガスを反応容器1内に導き、70
0℃の温度に加熱された基材上に薄膜成長を行った。な
お、反応容器1内の圧力は50Torr(mmHg)に制御
した。得られた薄膜の成長速度は、1時間当り1.4μ
mであった。また、この薄膜の表面は、良好な鏡面が形
成され、オージェ元素分析により この薄膜はBaTiO
3であることが確認できた。RHEED測定により単結
晶薄膜が形成されていることが確認できた。また、X線
回折から求めた半値幅は10分であった。さらに、上記
の薄膜成長操作を繰り返し実施した。その結果を図4に
示す。薄膜成長速度は、ほぼ一定した再現性を示す、良
好な値であり、第2回目以降に形成される薄膜も第1回
目と同等の特性を示した。
【0018】(比較例2)ジアリルバリウムに代えてB
a(dpm)2を用いて、バブラ容器6の温度を260℃とす
る以外は、実施例7と同様にしてBaTiO3薄膜の成長
を行ったところ、成長速度は1時間当り1.2μmであ
ったが、薄膜の表面は荒れて鏡面ではなく、また結晶性
も実施例7に比較して劣っていた。また、この薄膜成長
を繰り返し実施し、成長速度を測定した。この結果を図
4に示すが、第2回目以降の成長速度は、原料化合物自
体の劣化により、急激な低下を伴い、薄膜形成の再現性
は得られなかった。
【0019】(実施例8)実施例7において使用した装
置を用いて、β−BaB24薄膜の製造を行った。ここ
で、バブラ容器6には150℃に加熱されたビス(ペン
タメチルシクロペンタジエニル)バリウム−thfアダ
クツ化合物を使用し、バブラ容器7には50℃に保温さ
れたトリエトキシホウ素を用いた。バブラ容器8、9、
10は使用していない。また基材3として、サファイア
(C面)を使用し、基材温度は600℃とした。薄膜の
成長速度は1μm/hであり、単結晶薄膜が得られたこ
とが、RHEED、X線回折により確認できた。成長を
繰り返し行った場合の速度の再現性は、実施例7と同様
に優れていた。また、酸素の代わりにオゾンまたは酸素
とオゾンの混合ガスを用いても同様に高品質なβ−Ba
24薄膜を得ることができた。
【0020】(実施例9)実施例7において使用した装
置を用いて高温超伝導体であるYBa2Cu37_x薄膜の
製造を行った。ここで、バブラ容器6には100℃に加
熱されたビス(イソプロピルシクロペンタジエニル)バ
リウム−BPyアダクツ化合物を使用し、バブラ容器7
には160℃に保温されたY(dpm)3を用いた。また、バ
ブラ容器8には180℃に保温されたCu(dpm)2を使用
した。Arガス流量は、それぞれ100cc/分、50cc
/分、150cc/分とした。バブラ容器9、10は使用し
ていない。また、基材としてSrTiO3基材を使用し、
基材温度は800℃とした。薄膜の成長速度は1μm/
hであり、単結晶薄膜がえられることが、RHEED、
X線回折により確認できた。Tcは、88Kであった。
成長を繰り返し行った場合の速度の再現性は、実施例1
と同様に優れていた。また、酸素の代わりにオゾンまた
は酸素とオゾンの混合ガスを用いても同様に高品質なY
BCO系超伝導薄膜を得ることができた。
【0021】(実施例10)実施例7において使用した装
置を用いてBaF2薄膜の製造を行った。バブラ容器6に
は170℃に加熱されたビス(イソプロピルシクロペン
タジエニル)バリウムを使用し、バブラ容器7、8、
9、10は使用しなかった。酸素の代わりに、フッ化水素
が充填されたボンベ11から200cc/分のフッ化水素を
供給した。基材3として、シリコン基材(111)を使
用し、基材温度は400℃とした。薄膜の成長速度は1
時間当り1.2μmであり、良好な鏡面が得られた。ま
た、X線回折の結果2θ=27.7度および50.8度に
鋭いピークを示し、高い結晶性を有していることが判明
した。
【0022】(実施例11)実施例7において使用した装
置を用いてZr−Ba系フッ化物ガラス薄膜の製造を行っ
た。すなわちバブラ容器6には130℃に加熱されたビ
ス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)バリウム−t
mpdアダクツ化合物を、バブラ容器7には50℃に保
温されたZr(hfa)4化合物を、バブラ容器8には170
℃に加熱されたLa(ppm)3化合物を、バブラ容器9には
170℃に加熱されたNa(ppm…ペンタフルオロピバリ
ルメタナト)化合物を、バブラ容器10には60℃に保温
されたAl(fod)3化合物を使用した。Ar流量は、それぞ
れ20cc/分、50cc/分、1cc/分、20cc/分、1
cc/分とした。フッ化水素供給量は200cc/分とし、
Arガス100cc/分を圧力調整用に供給した。反応容
器内の圧力は50Torrとした。基材としてCaF2基材
を使用し、250℃に保温した、この条件で3μm/時
間の速度でフッ化物ガラス膜を得ることができた。膜表
面は鏡面であり、またX線回折パターンは幅広い非晶質
ハローを示し、良好なガラス状態であることが確認でき
た。
【0023】(実施例12)図3に示した装置を用い、バ
リウム化合物薄膜がβ−BaB24薄膜である場合の薄
膜製造方法について説明する。図において、バリウム元
素を含む原料であるジアリルバリウムが封入されている
バブラ容器6内に、ガス流量コントローラ12により流量
調整されたアルゴンガスをキャリヤガス20として導入す
ることにより、ジアリルバリウムを所要量含有するアル
ゴンガスを形成させて反応容器1に供給する。同様にし
て、ホウ素を含む原料であるトリメトキシホウ素、すな
わちB(OCH3)3を含むバブラ容器7に、ガス流量コン
トローラ13を介して反応容器1に所定流量のトリメトキ
シホウ素を含むアルゴンガスを供給する。他方、酸素ボ
ンベ21から流量コントローラ19を介して反応容器1に所
定流量の酸素ガスを供給する。この他に、圧力調整のた
め流量コントローラ17および18を介して所定量のアルゴ
ンガスを反応容器1に供給する。反応容器1内には、サ
ファイア基材(C面)3が基材ホルダ2の上に配置され
ていて、高周波加熱コイル5により所定の温度に加熱さ
れ、導入されたバリウム、ホウ素および酸素からなる3
成分の化学気相反応によりβ−BaB24薄膜を基材上
に形成する。なお、バブラ容器8、9、10は使用してい
ない。以上説明したバリウム酸化物薄膜の製法を、さら
に具体的に説明する。すなわち、105℃のバブラ容器
6を通過した20cc(立方センチ)/分のアルゴンガス
と、温度40℃のB(OCH3)3のバブラ容器7を通過し
た50cc/分のアルゴンガスと、圧力調整用の200cc
/分のアルゴンガスを反応容器1内に導く。同時に、酸
素ボンベ21から供給される200cc/分の酸素ガスを反
応容器1内に導き、600℃の温度に加熱された基材上
に薄膜成長を行った。なお、反応容器1内の圧力は50
Torr(mmHg)に制御した。得られた薄膜の成長速度
は、1時間当り1.4μmであった。また、この薄膜の
表面は、良好な鏡面が形成され、オージェ元素分析によ
りこの薄膜はBaB24であることが確認できた。RH
EED測定により単結晶薄膜が形成されていることが確
認できた。また、X線回折から求めた半値幅は30分で
あった。さらに、上記の薄膜成長操作を繰り返し実施し
た。その結果を図5に示す。薄膜成長速度は、ほぼ一定
した再現性を示す良好な値であり、第2回目以降に形成
される薄膜も第1回目と同等の特性を示した。
【0024】(比較例3)ジアリルバリウムに代えてB
a(dpm)2を用いて、バブラ容器6の温度を260℃とす
る以外は、実施例12と同様にしてβ−BaB24薄膜の
成長を行ったところ、成長速度は1時間当り1.2μm
であったが、薄膜の表面は荒れて鏡面ではなく、また結
晶性も実施例12に比較して劣っていた。また、この薄膜
成長を繰り返し実施し、成長速度を測定した。この結果
を図5に示すが、第2回目以降の成長速度は、原料化合
物自体の劣化により、急激な低下を伴い、薄膜形成の再
現性は得られなかった。
【0025】(実施例13)実施例12において使用した装
置を用いてBaTiO3薄膜の製造を行った。ここでバブ
ラ容器6には160℃に加熱されたジベンジルバリウム
−4,4′−ジピリジルアダクツ化合物を使用し、バブ
ラ容器7には30℃に保温されたチタニウムテトライソ
プロポキシドを用いた。バブラ容器8、9、10は使用し
なかった。また、基材3としてSrTiO3(110)を
使用し、基材温度は700℃とした。薄膜の成長速度は
1μm/hで、単結晶薄膜が得られたことが、RHEE
D、X線回折により確認できた。成長を繰り返し行った
場合の速度の再現性は、実施例1と同様優れていた。ま
た、酸素の代わりにオゾンまたは酸素とオゾンの混合ガ
スを用いても同様に高品質のBaTiO3薄膜を得ること
ができた。
【0026】(実施例14)実施例12において使用した装
置を使用してBaF2薄膜の製造を行った。バブラ容器6
には165℃に加熱されたビス(2,6−ジフルオロベ
ンジル)バリウムを使用し、バブラ容器7、8、9、10
は使用しなかった。酸素の代わりに、フッ化水素ボンベ
11から200cc/分のフッ化水素を供給した。基材3と
して、シリコン基材(111)を使用し、基材温度は4
00℃とした。薄膜の成長速度は1時間当り1.2μm
であり、良好な鏡面が得られた。また、X線回折の結果
2θ=27.7度および50.8度に鋭いピークを示し、
高い結晶性を有していることが判明した。
【0027】(実施例15)実施例12において使用した装
置を用いてZr−Ba系フッ化物ガラス薄膜の製造を行っ
た。すなわち、バブラ容器6には150℃に加熱された
ビス(ペンタフルオロフェニル)バリウム−thfアダ
クツ化合物を、バブラ容器7には50℃に保温されたZ
r(hfa)4化合物を、バブラ容器8には 170℃に加熱
されたLa(ppm)3化合物を、バブラ容器9には170℃
に加熱されたNa(ppm)化合物を、バブラ容器10には6
0℃に保温されたAl(fod)3化合物を使用した。Ar流量
は、それぞれ20cc/分、50cc/分、1cc/分、20
cc/分、1cc/分とした。フッ化水素供給量は200cc
/分とし、Arガス100cc/分を圧力調整用に供給し
た。反応容器内の圧力は、50Torrとした。基材とし
てCaF2基材3を使用し、250℃に保温した。この条
件で3μm/時間の速度でフッ化物ガラス膜を得ること
ができた。膜表面は鏡面であり、またX線回折パターン
は幅広い非晶質ハローを示し、良好なガラス状態である
ことが確認できた。
【0028】(実施例16)実施例7において使用した
装置を用いて、β−BaB24薄膜の製造を行った。こ
こで、バブラ容器6には220℃に加熱されたビス(ペ
ンタメチルシクロペンタジエニル)バリウムを使用し、
バブラ容器7には150℃に加熱されたビス(ペンタメ
チルシクロペンタジエニル)バリウム−thfアダクツ
化合物を使用し、バブラ容器8には50℃に保温された
トリエトキシホウ素を用いた。バブラ容器9、10は使
用していない。また、基材3として、サファイア(C
面)を使用し、基材温度を600℃とした他は、実施例
7と同様にして薄膜の形成を行った。薄膜の成長速度は
1μm/hであり、単結晶薄膜が得られたことが、RH
EED、X線回折により確認できた。成長を繰り返し行
った場合の速度の再現性は、実施例7と同様にすぐれて
いた。また、酸素の代わりにオゾンまたは酸素とオゾン
の混合ガスを用いても同様に高品質なβ−BaB24
膜を得ることができた。
【0029】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の酸
化物超伝導体薄膜などの各種のバリウム化合物薄膜の製
造方法によれば、バリウム元素源として、気化性、熱安
定性および薄膜形成の再現性のよい特定の有機バリウム
化合物を使用しているため、成長再現性がよく、高品質
なバリウム化合物薄膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1において用いたバリウム化合
物薄膜の製造装置の構成の一例を示す模式図。
【図2】本発明の実施例5において用いたバリウム化合
物薄膜の製造装置の構成の一例を示す模式図。
【図3】本発明の実施例7において用いたバリウム化合
物薄膜の製造装置の構成の一例を示す模式図。
【図4】実施例7および比較例2の薄膜形成における加
熱回数と薄膜成長速度の関係を示すグラフ。
【図5】実施例12および比較例3の薄膜形成における加
熱回数と薄膜成長速度の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1…反応容器 2…基材ホルダ 3…基材 4…熱電対 5…高周波加熱コイル 6、7、8、9、10…バブラ容器 11…フッ化水素ボンベ 12、13、14、15、16、17、18、19…ガス流量コントロー
ラ 20…キャリヤガス 21…酸素ボンベ 22…オゾン発生器(または酸素ボンベ)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 39/24 ZAA B 8728−4M // H01B 12/06 ZAA 8936−5G

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】気相反応容器内に所定の基材を設置し、バ
    リウムを含む化合物、その他の薄膜構成元素を含む化合
    物、および反応性ガスを気相で導入して、化学気相成長
    法により上記基材上にバリウム元素を含む薄膜を製造す
    る方法において、上記バリウム元素を含む化合物とし
    て、一般式 BaR2 (式中、Rはアルケニル基、ベンジル基、フッ素置換ベ
    ンジル基、置換シクロペンタジエニル基のうちの少なく
    とも1種を表わす。)で示されるバリウム化合物を用い
    ることを特徴とするバリウム化合物薄膜の製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、バリウム以外の薄膜構
    成元素を含む化合物が、少なくともイットリウム元素お
    よび銅元素を含む化合物を用いて、イットリウム系の超
    伝導体薄膜を形成することを特徴とするバリウム化合物
    薄膜の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1において、バリウム以外の薄膜構
    成元素を含む化合物が、少なくともランタン元素および
    銅元素を含む化合物を用いて、ランタン系の超伝導体薄
    膜を形成することを特徴とするバリウム化合物薄膜の製
    造方法。
  4. 【請求項4】請求項1において、バリウム以外の薄膜構
    成元素を含む化合物が、少なくともタリウム元素、カル
    シウム元素および銅元素を含む化合物を用いて、タリウ
    ム系の超伝導体薄膜を形成することを特徴とするバリウ
    ム化合物薄膜の製造方法。
  5. 【請求項5】高周波加熱コイルを備えた気相反応容器内
    に所定の基材を設置し、酸化物超伝導体薄膜の構成元素
    を含む化合物を、以下に示す(1)〜(4)の組み合わ
    せで用い、 (1)ジアリルバリウムと、トリスジピバリルメタナト
    イットリウムと、ビスジピバリルメタナト銅。 (2)ジプロペニルバリウムまたはビス(2−メチルプ
    ロペニル)バリウムもしくはジイソプロペニルバリウム
    と、トリスジピバリルメタナトイットリウムと、ビスジ
    ピバリルメタナト銅。 (3)ビス(2−フルオロベンジル)バリウムと、トリ
    メチルタリウムと、ビスジピバリルメタナトカルシウム
    と、ビスジピバリルメタナト銅。 (4)ビス(2,6−ジフルオロベンジル)バリウム
    と、トリシクロペンタジエニルランタンと、ビスジピバ
    リルメタナト銅。 上記それぞれの化合物を単独のバブラ容器に封入して設
    定の温度に保持し、アルゴンガスをキャリヤガスとして
    上記バブラ容器に導入することにより、それぞれの化合
    物を所定量含むアルゴンガスを、並列に上記反応容器に
    導入する手段と、所定量の酸素またはオゾンもしくはこ
    れらの混合ガスを上記反応容器に導入する手段とによっ
    て、上記反応容器内の基材上に超伝導体薄膜構成元素を
    含む気体を導入し、気相化学反応により上記基材上に、
    イットリウム系、ランタン系もしくはタリウム系の超伝
    導体薄膜を形成することを特徴とするバリウム化合物薄
    膜の製造方法。
  6. 【請求項6】気相反応容器中に所定の基材を設置し、バ
    リウムを含む化合物、その他の薄膜構成元素を含む化合
    物、および反応性ガス、もしくは上記の化合物と、その
    他の成分を含む化合物を気相で導入して、化学気相成長
    法により上記基材上にバリウム元素を含む薄膜を製造す
    る方法において、上記バリウムを含む化合物として、一
    般式 BaR2 (式中、Rは置換シクロペンタジエニル基を表わす。)
    で示されるバリウム化合物、もしくは該バリウム化合物
    と酸素含有化合物または窒素含有化合物とのアダクツ化
    合物、もしくは上記バリウム化合物と上記アダクツ化合
    物を用いることを特徴とするバリウム化合物薄膜の製造
    方法。
  7. 【請求項7】気相反応容器中に所定の基材を設置し、バ
    リウムを含む化合物、その他の薄膜構成元素を含む化合
    物および反応性ガス、もしくは上記の化合物と、その他
    の成分を含む化合物を気相で導入して、化学気相成長法
    により上記基材上にバリウム元素を含む薄膜を製造する
    方法において、上記バリウムを含む化合物として、一般
    式 BaR2 (式中、Rはアルケニル基、ベンジル基、フッ素置換ベ
    ンジル基のうちの少なくとも1種を表わす。)で示され
    るバリウム化合物、もしくは該バリウム化合物と酸素含
    有化合物または窒素含有化合物とのアダクツ化合物、も
    しくは上記バリウム化合物と上記アダクツ化合物を用い
    ることを特徴とするバリウム化合物薄膜の製造方法。
JP3221721A 1990-09-07 1991-09-02 バリウム化合物薄膜の製造方法 Pending JPH0517142A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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