JPH05302163A - 複合酸化物超電導薄膜の成膜方法 - Google Patents
複合酸化物超電導薄膜の成膜方法Info
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- JPH05302163A JPH05302163A JP4134246A JP13424692A JPH05302163A JP H05302163 A JPH05302163 A JP H05302163A JP 4134246 A JP4134246 A JP 4134246A JP 13424692 A JP13424692 A JP 13424692A JP H05302163 A JPH05302163 A JP H05302163A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 超電導特性の優れた複合酸化物超電導薄膜を
低い基板温度で成膜する方法を提供する。 【構成】 基板の成膜面近傍を、該成膜面と平行に通過
する補助レーザビームを照射しながらレーザ蒸着法によ
り複合酸化物薄膜を成膜する。
低い基板温度で成膜する方法を提供する。 【構成】 基板の成膜面近傍を、該成膜面と平行に通過
する補助レーザビームを照射しながらレーザ蒸着法によ
り複合酸化物薄膜を成膜する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は酸化物超電導薄膜の成膜
方法に関する。より詳細には、本発明は、より低い基板
温度で超電導特性の優れた複合酸化物超電導薄膜を成膜
することができる新規な方法に関する。
方法に関する。より詳細には、本発明は、より低い基板
温度で超電導特性の優れた複合酸化物超電導薄膜を成膜
することができる新規な方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導現象は、液体ヘリウムによる冷却
が必須な極低温における固有の現象であるとかつては考
えられていた。しかしながら、1986年にベドノーツ、ミ
ューラー等によって30Ｋで超電導状態を示す[La,Ba]2Cu
Ｏ4 が発見されて以来、1987年にはチュー等によって90
Ｋ台の超電導臨界温度Ｔc を有するＹBa2Cu3Ｏy が発見
され、続いて、1988年には前田等によって 100Ｋ以上の
臨界温度を示す所謂Bi系の複合酸化物系超電導材料が発
見された。これらの一連の複合酸化物系超電導材料は、
廉価な液体窒素による冷却で超電導現象を実現すること
ができるので、超電導技術の実用的な応用の可能性が俄
に取り沙汰されるようになった。
が必須な極低温における固有の現象であるとかつては考
えられていた。しかしながら、1986年にベドノーツ、ミ
ューラー等によって30Ｋで超電導状態を示す[La,Ba]2Cu
Ｏ4 が発見されて以来、1987年にはチュー等によって90
Ｋ台の超電導臨界温度Ｔc を有するＹBa2Cu3Ｏy が発見
され、続いて、1988年には前田等によって 100Ｋ以上の
臨界温度を示す所謂Bi系の複合酸化物系超電導材料が発
見された。これらの一連の複合酸化物系超電導材料は、
廉価な液体窒素による冷却で超電導現象を実現すること
ができるので、超電導技術の実用的な応用の可能性が俄
に取り沙汰されるようになった。
【０００３】当初、これらの複合酸化物系超電導材料
は、固相反応法による焼結体として合成されていたが、
その後の研究の進捗により今日では薄膜として極めて品
質の高いものが得られるようになってきている。
は、固相反応法による焼結体として合成されていたが、
その後の研究の進捗により今日では薄膜として極めて品
質の高いものが得られるようになってきている。
【０００４】ところで、上述のような一連の複合酸化物
超電導体は、その結晶構造に関連して超電導特性に異方
性を有している。即ち、複合酸化物超電導体は、その結
晶のｃ軸に直角な方向により大きな電流を流すことがで
きる。従って、酸化物超電導体薄膜を成膜する場合に
は、その最終的な用途における超電導電流の伝播方向を
意識して薄膜の結晶配向性を制御する必要がある。
超電導体は、その結晶構造に関連して超電導特性に異方
性を有している。即ち、複合酸化物超電導体は、その結
晶のｃ軸に直角な方向により大きな電流を流すことがで
きる。従って、酸化物超電導体薄膜を成膜する場合に
は、その最終的な用途における超電導電流の伝播方向を
意識して薄膜の結晶配向性を制御する必要がある。
【０００５】例えば、非超電導体層を挟んで１対の超電
導薄膜を積層してジョセフソン接合を製作する場合に
は、基板に対して直角に超電導電流が流れ易いａ軸配向
膜を使用することが好ましい。一般に、複合酸化物超電
導体のａ軸配向膜は、成膜時の基板温度を低く設定する
ことにより形成されることが知られている。尚、ここで
いう "ａ軸配向膜" とは、基板の成膜面に対して結晶の
ａ軸が直角に配向している薄膜のことを意味している。
導薄膜を積層してジョセフソン接合を製作する場合に
は、基板に対して直角に超電導電流が流れ易いａ軸配向
膜を使用することが好ましい。一般に、複合酸化物超電
導体のａ軸配向膜は、成膜時の基板温度を低く設定する
ことにより形成されることが知られている。尚、ここで
いう "ａ軸配向膜" とは、基板の成膜面に対して結晶の
ａ軸が直角に配向している薄膜のことを意味している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、複合酸
化物超電導体のａ軸配向膜は、成膜時の基板温度を低く
設定することにより形成される。ところが、実際に作製
したａ軸配向膜の超電導特性は、標準的な基板温度で作
製されたｃ軸配向膜等に比較すると、超電導臨界温度が
著しく低下してしまうことが判明している。
化物超電導体のａ軸配向膜は、成膜時の基板温度を低く
設定することにより形成される。ところが、実際に作製
したａ軸配向膜の超電導特性は、標準的な基板温度で作
製されたｃ軸配向膜等に比較すると、超電導臨界温度が
著しく低下してしまうことが判明している。
【０００７】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、臨界温度等の超電導特性の優れたａ軸配向膜
を成膜することができる新規な成膜方法を提供すること
をその目的としている。
を解決し、臨界温度等の超電導特性の優れたａ軸配向膜
を成膜することができる新規な成膜方法を提供すること
をその目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、レーザ
蒸着法により複合酸化物超電導薄膜を成膜する方法にお
いて、基板の成膜面近傍に、該成膜面と平行に補助レー
ザビームを通過させながら、成膜処理を行う工程を含む
ことを特徴とする複合酸化物超電導薄膜を成膜成膜の方
法が提供される。
蒸着法により複合酸化物超電導薄膜を成膜する方法にお
いて、基板の成膜面近傍に、該成膜面と平行に補助レー
ザビームを通過させながら、成膜処理を行う工程を含む
ことを特徴とする複合酸化物超電導薄膜を成膜成膜の方
法が提供される。
【０００９】
【作用】本発明に係る酸化物超電導薄膜の成膜方法は、
レーザ蒸着法による酸化物超電体薄膜の成膜法におい
て、基板の成膜面の近傍を通過する補助レーザを使用す
る点にその主要な特徴がある。
レーザ蒸着法による酸化物超電体薄膜の成膜法におい
て、基板の成膜面の近傍を通過する補助レーザを使用す
る点にその主要な特徴がある。
【００１０】従来の成膜方法について詳細に検討した結
果以下のようなことが判明した。即ち、ａ軸配向膜を成
膜するために、従来の方法に従って成膜時の基板温度を
低くして複合酸化物超電導薄膜を成膜した場合、成膜中
の薄膜の表面の活性が低下して、超電導体の形成に寄与
する酸素が薄膜中に取り込まれ難くなる。このため、最
終的に得られる複合酸化物超電導薄膜の超電導特性が劣
化してしまう。
果以下のようなことが判明した。即ち、ａ軸配向膜を成
膜するために、従来の方法に従って成膜時の基板温度を
低くして複合酸化物超電導薄膜を成膜した場合、成膜中
の薄膜の表面の活性が低下して、超電導体の形成に寄与
する酸素が薄膜中に取り込まれ難くなる。このため、最
終的に得られる複合酸化物超電導薄膜の超電導特性が劣
化してしまう。
【００１１】これに対して、本発明に従う成膜方法にお
いては、成膜中に、基板の成膜面近傍を通過するよう
に、成膜面に平行な補助レーザビームを照射する。この
処理により、成膜面近傍の雰囲気中の酸素の活性が高く
なり、薄膜中に充分な酸素が薄膜に取り込まれるので、
最終的に得られる複合酸化物超電導薄膜の超電導特性が
向上する。
いては、成膜中に、基板の成膜面近傍を通過するよう
に、成膜面に平行な補助レーザビームを照射する。この
処理により、成膜面近傍の雰囲気中の酸素の活性が高く
なり、薄膜中に充分な酸素が薄膜に取り込まれるので、
最終的に得られる複合酸化物超電導薄膜の超電導特性が
向上する。
【００１２】Ｙ−Ba−Cu−Ｏ複合酸化物の成膜を例に挙
げると、本発明に係る方法に従って超電導薄膜を成膜す
る場合、基板温度を 600℃程度まで低下させても、得ら
れる薄膜の臨界温度は低下しない。Ｙ−Ba−Cu−Ｏ複合
酸化物の場合、ａ軸配向膜を成膜するために適切な基板
温度は 650℃程度であることから、本発明に係る成膜方
法によれば、極めて良好な超電導特性を有するａ軸配向
膜を成膜することができる。
げると、本発明に係る方法に従って超電導薄膜を成膜す
る場合、基板温度を 600℃程度まで低下させても、得ら
れる薄膜の臨界温度は低下しない。Ｙ−Ba−Cu−Ｏ複合
酸化物の場合、ａ軸配向膜を成膜するために適切な基板
温度は 650℃程度であることから、本発明に係る成膜方
法によれば、極めて良好な超電導特性を有するａ軸配向
膜を成膜することができる。
【００１３】また、本発明の好ましい実施態様のひとつ
によれば、前述のような補助レーザの効果が薄膜全体に
均等に及ぶように、補助レーザビームと基板との平行を
保ちつつ、補助レーザビームを振りながら蒸着処理を行
うことが有利である。
によれば、前述のような補助レーザの効果が薄膜全体に
均等に及ぶように、補助レーザビームと基板との平行を
保ちつつ、補助レーザビームを振りながら蒸着処理を行
うことが有利である。
【００１４】尚、本発明に係る成膜方法において、補助
レーザビームを使用することの効果が有効に現れるため
には、補助レーザビームにより付与されるエネルギーが
ある程度以上高いことが必要である。具体的には、例え
ば、補助レーザビームとして波長 193nmのArＦエキシマ
レーザを使用した場合に、そのエネルギー密度が１ｍＪ
／cm2 以上であり、且つ、繰り返し周波数が10Hz以上で
あることが好ましい。即ち、補助レーザビームがこの条
件を満たさない場合は、補助レーザビームを使用したこ
との効果が殆ど現れない。
レーザビームを使用することの効果が有効に現れるため
には、補助レーザビームにより付与されるエネルギーが
ある程度以上高いことが必要である。具体的には、例え
ば、補助レーザビームとして波長 193nmのArＦエキシマ
レーザを使用した場合に、そのエネルギー密度が１ｍＪ
／cm2 以上であり、且つ、繰り返し周波数が10Hz以上で
あることが好ましい。即ち、補助レーザビームがこの条
件を満たさない場合は、補助レーザビームを使用したこ
との効果が殆ど現れない。
【００１５】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
【００１６】
〔実施例〕図１は、本発明に係る成膜方法を実施するこ
とができる成膜装置の構成を模式的に示す図である。
とができる成膜装置の構成を模式的に示す図である。
【００１７】同図に示すように、この成膜装置は、１対
の透明な窓１ａ、１ｂを備えた真空槽１と、真空槽１内
に収容されたターゲットホルダ３および基板ネルダ５
と、真空槽１の窓１ａ、１ｂを介して真空槽１内にレー
ザビームを照射することができるように配置された１対
のレーザ装置７、８とから主に構成されている。また、
真空槽１には、真空槽１内に酸素ガスを導入するための
酸素導入孔６が設けられている。
の透明な窓１ａ、１ｂを備えた真空槽１と、真空槽１内
に収容されたターゲットホルダ３および基板ネルダ５
と、真空槽１の窓１ａ、１ｂを介して真空槽１内にレー
ザビームを照射することができるように配置された１対
のレーザ装置７、８とから主に構成されている。また、
真空槽１には、真空槽１内に酸素ガスを導入するための
酸素導入孔６が設けられている。
【００１８】ここで、窓１ａは、真空槽１の外壁に対し
て傾斜して設けられており、ターゲットホルダ３に保持
されたターゲット２に対して、アブレーション用レーザ
装置７がレーザビームを照射できるように構成されてい
る。また、窓１ｂは、基板ホルダ５に保持された基板４
の直下近傍に配置されており、補助レーザ装置８が、基
板４の成膜面に対して平行なレーザビームを照射できる
ように構成されている。
て傾斜して設けられており、ターゲットホルダ３に保持
されたターゲット２に対して、アブレーション用レーザ
装置７がレーザビームを照射できるように構成されてい
る。また、窓１ｂは、基板ホルダ５に保持された基板４
の直下近傍に配置されており、補助レーザ装置８が、基
板４の成膜面に対して平行なレーザビームを照射できる
ように構成されている。
【００１９】以上のように構成された成膜装置は、以下
のように操作する。
のように操作する。
【００２０】まず、ターゲットホルダ３および基板ホル
ダ５にそれぞれターゲット２および基板４をセットす
る。次に、図示していない排気手段により真空槽１内を
一旦排気した後、酸素導入孔６より適量の酸素ガスを基
板４近傍に供給する。続いて、まず補助レーザ装置８を
駆動して、基板１の成膜面近傍に、成膜面と平行に補助
レーザビームを照射し、基板近傍の酸素ガスを励起しな
がら、アブレーション用レーザ装置７を駆動してターゲ
ット２にレーザビームを照射する。
ダ５にそれぞれターゲット２および基板４をセットす
る。次に、図示していない排気手段により真空槽１内を
一旦排気した後、酸素導入孔６より適量の酸素ガスを基
板４近傍に供給する。続いて、まず補助レーザ装置８を
駆動して、基板１の成膜面近傍に、成膜面と平行に補助
レーザビームを照射し、基板近傍の酸素ガスを励起しな
がら、アブレーション用レーザ装置７を駆動してターゲ
ット２にレーザビームを照射する。
【００２１】以上のような操作により、この成膜装置で
は、活性酸素の存在下でレーザ蒸着が行われるので基板
４上に堆積される薄膜には効率良く酸素が取り込まれ
る。
は、活性酸素の存在下でレーザ蒸着が行われるので基板
４上に堆積される薄膜には効率良く酸素が取り込まれ
る。
【００２２】〔作製例〕基板としてSrTiＯ3 単結晶基板
を使用し、レーザ蒸着法によりＹ−Ba−Cu−Ｏ複合酸化
物超電導薄膜を作製した。各試料の作製に共通な成膜条
件を下記の表１に示す。
を使用し、レーザ蒸着法によりＹ−Ba−Cu−Ｏ複合酸化
物超電導薄膜を作製した。各試料の作製に共通な成膜条
件を下記の表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】上記のように成膜条件で、基板温度を 600
℃として試料を作製した。また、基板温度を 650℃と
して、試料を作製した。更に、補助レーザの照射を行
わずに、 650℃の基板温度で比較用の試料を作製し
た。
℃として試料を作製した。また、基板温度を 650℃と
して、試料を作製した。更に、補助レーザの照射を行
わずに、 650℃の基板温度で比較用の試料を作製し
た。
【００２５】Ｘ線回折により各試料の膜特性を評価し
た。評価結果は、図２〜図４にグラフとして示す。
た。評価結果は、図２〜図４にグラフとして示す。
【００２６】同図に示すように、本発明の方法に従って
成膜された薄膜では、ａ軸配向を示す（００３）のピー
クが極めて明瞭に現れ、同時に、（００５）のピークは
殆ど消滅している。これに対して、補助レーザの照射を
行わずに成膜した試料のＸ線回折では、むしろ（００
５）のピークが（００３）よりも高くなっている。
成膜された薄膜では、ａ軸配向を示す（００３）のピー
クが極めて明瞭に現れ、同時に、（００５）のピークは
殆ど消滅している。これに対して、補助レーザの照射を
行わずに成膜した試料のＸ線回折では、むしろ（００
５）のピークが（００３）よりも高くなっている。
【００２７】更に、上述のように良好なａ軸配向膜であ
る試料およびの超電導臨界温度を測定したところ、
基板温度 600℃で成膜した試料が81Ｋ、基板温度 650
℃で成膜した試料が84Ｋと、それぞれ高い臨界温度で
超電導体となることが確認された。尚、従来の成膜方法
で成膜されたＹ−Ba−Cu−Ｏ複合酸化物超電導体のａ軸
配向膜の臨界温度は70Ｋ前後に止まっている。
る試料およびの超電導臨界温度を測定したところ、
基板温度 600℃で成膜した試料が81Ｋ、基板温度 650
℃で成膜した試料が84Ｋと、それぞれ高い臨界温度で
超電導体となることが確認された。尚、従来の成膜方法
で成膜されたＹ−Ba−Cu−Ｏ複合酸化物超電導体のａ軸
配向膜の臨界温度は70Ｋ前後に止まっている。
【００２８】尚、上記成膜法において、使用する補助レ
ーザビームのエネルギー密度を１ｍＪ／cm2 未満にした
場合、および、補助レーザビームの繰り返し周波数を10
Hz未満にした場合、最終的に得られた酸化物超電導薄膜
の特性は、補助レーザビームを全く使用しなかった場合
と有意な差が見られなかった。
ーザビームのエネルギー密度を１ｍＪ／cm2 未満にした
場合、および、補助レーザビームの繰り返し周波数を10
Hz未満にした場合、最終的に得られた酸化物超電導薄膜
の特性は、補助レーザビームを全く使用しなかった場合
と有意な差が見られなかった。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る成膜
方法によれば、低い基板温度で充分に酸素を含んだ薄膜
を成膜することができる。従って、その結晶がａ軸配向
していおり、且つ、超電導特性の優れた複合酸化物超電
導薄膜をレーザ蒸着法により成膜することが可能にな
る。
方法によれば、低い基板温度で充分に酸素を含んだ薄膜
を成膜することができる。従って、その結晶がａ軸配向
していおり、且つ、超電導特性の優れた複合酸化物超電
導薄膜をレーザ蒸着法により成膜することが可能にな
る。
【図１】本発明に係る成膜方法を実施することができる
成膜装置の構成を模式的に示す図である。
成膜装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る成膜方法に従って成膜された試料
のＸ線回折を示すグラフである。
のＸ線回折を示すグラフである。
【図３】本発明に係る成膜方法に従って成膜された試料
のＸ線回折を示すグラフである。
のＸ線回折を示すグラフである。
【図４】従来の成膜方法で成膜された試料のＸ線回折
を示すグラフである。
を示すグラフである。
１ 真空槽、 ２ ターゲッ
ト、３ ターゲットホルダ、 ４ 基
板、５ 基板ホルダ、 ６ 酸素
導入孔、７ アブレーション用レーザ装置、 ８
補助レーザ装置
ト、３ ターゲットホルダ、 ４ 基
板、５ 基板ホルダ、 ６ 酸素
導入孔、７ アブレーション用レーザ装置、 ８
補助レーザ装置
───────────────────────────────────────────────────── 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 // Ｈ０１Ｂ 12/06 ＺＡＡ 8936−5Ｇ
Claims (4)
- 【請求項１】レーザ蒸着法により複合酸化物超電導薄膜
を成膜する方法において、 基板の成膜面近傍に、該成膜面と平行に補助レーザビー
ムを通過させながら成膜処理を行う工程を含むことを特
徴とする複合酸化物超電導薄膜の成膜方法。 - 【請求項２】請求項１に記載された成膜方法において、
前記補助レーザビームが、波長 193nmのArＦエキシマレ
ーザであることを特徴とする複合酸化物超電導薄膜の成
膜方法。 - 【請求項３】請求項１または請求項２に記載された成膜
方法において、前記補助レーザビームのエネルギー密度
が、１ｍＪ／cm2 以上であることを特徴とする複合酸化
物超電導薄膜の成膜方法。 - 【請求項４】請求項１から請求項３までのいずれか１項
に記載された成膜方法において、前記補助レーザビーム
の繰り返し周波数が10Hz以上であることを特徴とする複
合酸化物超電導薄膜の成膜方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4134246A JPH05302163A (ja) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | 複合酸化物超電導薄膜の成膜方法 |
| CA002094791A CA2094791A1 (en) | 1992-04-27 | 1993-04-23 | Process for depositing a compound oxide superconducting thin film |
| EP93401093A EP0568446A1 (en) | 1992-04-27 | 1993-04-27 | Process for depositing a compound oxide superconducting thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4134246A JPH05302163A (ja) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | 複合酸化物超電導薄膜の成膜方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05302163A true JPH05302163A (ja) | 1993-11-16 |
Family
ID=15123815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4134246A Withdrawn JPH05302163A (ja) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | 複合酸化物超電導薄膜の成膜方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0568446A1 (ja) |
| JP (1) | JPH05302163A (ja) |
| CA (1) | CA2094791A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100383274C (zh) * | 2006-05-26 | 2008-04-23 | 北京工业大学 | 激光辐照提高镧钡锰氧薄膜性能的方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1332062C (zh) * | 2004-05-14 | 2007-08-15 | 中国科学院半导体研究所 | 低能氧离子束辅助脉冲激光沉积氧化物薄膜的方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989008605A1 (en) * | 1988-03-16 | 1989-09-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Process for producing thin-film oxide superconductor |
| JP3192666B2 (ja) * | 1990-03-02 | 2001-07-30 | 住友電気工業株式会社 | 酸化物超電導膜の製造方法および装置 |
| DE4102380C1 (en) * | 1991-01-28 | 1992-03-26 | Battelle-Institut Ev, 6000 Frankfurt, De | High temp. superconductor film mfr. - by heating substrate with laser beam |
-
1992
- 1992-04-27 JP JP4134246A patent/JPH05302163A/ja not_active Withdrawn
-
1993
- 1993-04-23 CA CA002094791A patent/CA2094791A1/en not_active Abandoned
- 1993-04-27 EP EP93401093A patent/EP0568446A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100383274C (zh) * | 2006-05-26 | 2008-04-23 | 北京工业大学 | 激光辐照提高镧钡锰氧薄膜性能的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2094791A1 (en) | 1993-10-28 |
| EP0568446A1 (en) | 1993-11-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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