JPH0579606B2 - - Google Patents
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- JPH0579606B2 JPH0579606B2 JP1078456A JP7845689A JPH0579606B2 JP H0579606 B2 JPH0579606 B2 JP H0579606B2 JP 1078456 A JP1078456 A JP 1078456A JP 7845689 A JP7845689 A JP 7845689A JP H0579606 B2 JPH0579606 B2 JP H0579606B2
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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
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は酸化物超伝導薄膜作製方法に関し、特
に薄膜中に酸素を効率よく供給する酸化物超伝導
薄膜の作製方法に関する。
に薄膜中に酸素を効率よく供給する酸化物超伝導
薄膜の作製方法に関する。
［従来の技術］
酸化物超伝導体における超伝導特性は、超伝導
体中に含まれている酸素濃度に強く依存している
ことが知られている。たとえば、Ｙ−Ba−Cu−
Ｏ系超伝導体では、酸素濃度が小さいと、臨界温
度が低くなつたり、あるいは超伝導特性を示さず
半導体となる。
体中に含まれている酸素濃度に強く依存している
ことが知られている。たとえば、Ｙ−Ba−Cu−
Ｏ系超伝導体では、酸素濃度が小さいと、臨界温
度が低くなつたり、あるいは超伝導特性を示さず
半導体となる。
そこで、酸化物超伝導体を作製する際には酸素
を充分供給することが重要となる。特に酸化物超
伝導薄膜の多くは真空中で作製されるため、酸素
を効率よく、薄膜中へ供給することが極めて重要
となる。
を充分供給することが重要となる。特に酸化物超
伝導薄膜の多くは真空中で作製されるため、酸素
を効率よく、薄膜中へ供給することが極めて重要
となる。
従来、酸化物超伝導薄膜の作製方法として、ス
パツタ法、モレキユラービームエピタキシー法
（MBE法）、真空蒸着法などが知られている。中
でも、酸化物超伝導体を構成する複数の金属元素
を電子ビームあるいは抵抗加熱により、rf酸素プ
ラズマ中で同時に蒸着する方法は、単結晶の超伝
導薄膜を作製する方法として優れている。この方
法は、反応性同時蒸着法と呼ばれている。（公知
文献：T.Terashima，K.Iijima，K.Yamamoto，
Y.Bando and H.Mazaki，Jpn.Appl.Phys.27
（1988）L91）。
パツタ法、モレキユラービームエピタキシー法
（MBE法）、真空蒸着法などが知られている。中
でも、酸化物超伝導体を構成する複数の金属元素
を電子ビームあるいは抵抗加熱により、rf酸素プ
ラズマ中で同時に蒸着する方法は、単結晶の超伝
導薄膜を作製する方法として優れている。この方
法は、反応性同時蒸着法と呼ばれている。（公知
文献：T.Terashima，K.Iijima，K.Yamamoto，
Y.Bando and H.Mazaki，Jpn.Appl.Phys.27
（1988）L91）。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、上述の反応性同時蒸着法におい
ては、真空槽における低い酸素圧力下で基板を冷
却するため酸化物超伝導薄膜中への酸素導入が不
充分となり、蒸着された薄膜の臨界温度は40Kと
低い。
ては、真空槽における低い酸素圧力下で基板を冷
却するため酸化物超伝導薄膜中への酸素導入が不
充分となり、蒸着された薄膜の臨界温度は40Kと
低い。
そこで、膜中に酸素を供給するために、膜を蒸
着後、酸素圧を200Torrの高圧力まで上昇させた
後に基板温度を下げるという熱処理を行つてい
る。あるいは、基板を真空槽からとりだし、１気
圧の酸素中で熱処理を行つている。このような従
来の作製方法を用いると、積層構造をもつ酸化物
超伝導デバイス作製において酸素高圧下での熱処
理を行なわなければならないので、酸化物超伝導
薄膜のプロセス上大きな問題点として残つてい
る。
着後、酸素圧を200Torrの高圧力まで上昇させた
後に基板温度を下げるという熱処理を行つてい
る。あるいは、基板を真空槽からとりだし、１気
圧の酸素中で熱処理を行つている。このような従
来の作製方法を用いると、積層構造をもつ酸化物
超伝導デバイス作製において酸素高圧下での熱処
理を行なわなければならないので、酸化物超伝導
薄膜のプロセス上大きな問題点として残つてい
る。
本発明の目的は上述の問題点を解決し、良好な
超伝導特性を有する酸化物超伝導薄膜作製方法を
提供することにある。
超伝導特性を有する酸化物超伝導薄膜作製方法を
提供することにある。
［課題を解決するための手段］
このような目的を達成するために、本発明は、
反応炉内に設置された基板を所定の温度に加熱し
て、薄膜形成法により酸化物超伝導薄膜を基板表
面に堆積した後、引き続き該反応炉内において基
板を酸素プラズマ中に保持しつつ冷却することを
特徴とする。
反応炉内に設置された基板を所定の温度に加熱し
て、薄膜形成法により酸化物超伝導薄膜を基板表
面に堆積した後、引き続き該反応炉内において基
板を酸素プラズマ中に保持しつつ冷却することを
特徴とする。
［作用］
本発明によれば、膜堆積後、酸素プラズマ中で
基板冷却することにより、低い酸素圧力下におい
ても膜中への酸素供給が効率よく行われ、As−
grown、すなわち作製した薄膜にアニールなどの
ような処理を施さない状態でも超伝導特性を示す
酸化物超伝導薄膜を作製することができる。
基板冷却することにより、低い酸素圧力下におい
ても膜中への酸素供給が効率よく行われ、As−
grown、すなわち作製した薄膜にアニールなどの
ような処理を施さない状態でも超伝導特性を示す
酸化物超伝導薄膜を作製することができる。
酸化物超伝導体しては、Ｌ−Ｍ−Cu−Ｏ系
（ＬはSc，Ｙおよびランタノイド元素、ＭはRaを
除くアルカリ土類金属元素）酸化物超伝導体、
Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物超伝導体およびTl
−Ca−Ba−Cu−Ｏ系酸化物超伝導体を例示する
ことができる。
（ＬはSc，Ｙおよびランタノイド元素、ＭはRaを
除くアルカリ土類金属元素）酸化物超伝導体、
Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物超伝導体およびTl
−Ca−Ba−Cu−Ｏ系酸化物超伝導体を例示する
ことができる。
酸素プラズマの発生には、DC放電による方法、
高周波やマイクロ波発振器で放電させる方法など
いくつか考えられる。
高周波やマイクロ波発振器で放電させる方法など
いくつか考えられる。
酸素プラズマの圧力およびパワーは、本発明に
おいて大きな役割を演じる。酸素圧力およびパワ
ーが大きいと、プラズマのエネルギーが大きくな
り、膜に酸素を導入する効果よりもプラズマによ
り膜を損傷させる方法が大きくなる。膜の損傷は
超伝導特性を劣化させる。
おいて大きな役割を演じる。酸素圧力およびパワ
ーが大きいと、プラズマのエネルギーが大きくな
り、膜に酸素を導入する効果よりもプラズマによ
り膜を損傷させる方法が大きくなる。膜の損傷は
超伝導特性を劣化させる。
一方、プラズマのエネルギーが小さくなると、
膜への酸素導入の効率が悪くなるので、超伝導特
性を改善することができない。
膜への酸素導入の効率が悪くなるので、超伝導特
性を改善することができない。
従つて酸素圧力としては0.1mTorrから1Torr
が好ましく、最適圧力は1mTorrであると考えら
れる。放電パワーは10Wから1kWが好ましく、
最適放電パワーは100Wであると考えられる。
が好ましく、最適圧力は1mTorrであると考えら
れる。放電パワーは10Wから1kWが好ましく、
最適放電パワーは100Wであると考えられる。
［実施例］
以下に、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。本発明の実施例として、Ｙ−Ba−
Cu−Ｏ系超伝導薄膜作製について述べる。
に説明する。本発明の実施例として、Ｙ−Ba−
Cu−Ｏ系超伝導薄膜作製について述べる。
第１図に薄膜の作製装置を示す。真空槽１にお
いてＹ，Baは電子ビーム１０１および１０２に
より加熱されて蒸発し、Cuは抵抗加熱したるつ
ぼ２中で加熱されて蒸発し、Ｙ，BaおよびCuは
基板３に同時蒸着する。基板３としてはMgOを
用いた。
いてＹ，Baは電子ビーム１０１および１０２に
より加熱されて蒸発し、Cuは抵抗加熱したるつ
ぼ２中で加熱されて蒸発し、Ｙ，BaおよびCuは
基板３に同時蒸着する。基板３としてはMgOを
用いた。
蒸着中は、酸素導入パイプ４から酸素を導入
し、rf放電コイル５によつてrf放電を行う。酸素
導入パイプ４としては口径が1/8インチのステン
レスパイプを用い、基板３に酸素ガスが直接吹き
つけられるようにする。蒸着中に基板ヒータ６に
よつて基板３を加熱し、基板温度が650℃となつ
た時点で蒸着が完了する。
し、rf放電コイル５によつてrf放電を行う。酸素
導入パイプ４としては口径が1/8インチのステン
レスパイプを用い、基板３に酸素ガスが直接吹き
つけられるようにする。蒸着中に基板ヒータ６に
よつて基板３を加熱し、基板温度が650℃となつ
た時点で蒸着が完了する。
酸素導入パイプ４から導入する酸素ガス流量は
40〜70SCCMであり、真空槽１中における酸素圧
力は0.4mTorrとする。rf放電パワーは100Wで、
周波数13.6MHzを使用する。蒸着速度は0.05〜
0.4nm／secである。
40〜70SCCMであり、真空槽１中における酸素圧
力は0.4mTorrとする。rf放電パワーは100Wで、
周波数13.6MHzを使用する。蒸着速度は0.05〜
0.4nm／secである。
酸素圧力0.4mTorr、rf放電パワー100Wを維持
した状態で、すなわち基板を酸素プラズマ中に保
持した状態で、第２図に示すような基板冷却を行
う。基板温度を下げ、プラズマによる、薄膜中へ
の酸素供給を効率よく行なうために、550℃で30
分間保持する。その後、基板３を徐々に冷却す
る。
した状態で、すなわち基板を酸素プラズマ中に保
持した状態で、第２図に示すような基板冷却を行
う。基板温度を下げ、プラズマによる、薄膜中へ
の酸素供給を効率よく行なうために、550℃で30
分間保持する。その後、基板３を徐々に冷却す
る。
第３図は作製された超伝導薄膜における温度と
電気抵抗率との関係を示す。この薄膜の膜厚は
100nmである。曲線Ａは酸素プラズマ中において
冷却を行なつた薄膜についての測定結果を示し、
曲線Ｂは酸素プラズマ中での冷却を行なわない薄
膜についての測定結果を示す。
電気抵抗率との関係を示す。この薄膜の膜厚は
100nmである。曲線Ａは酸素プラズマ中において
冷却を行なつた薄膜についての測定結果を示し、
曲線Ｂは酸素プラズマ中での冷却を行なわない薄
膜についての測定結果を示す。
このように、酸素プラズマ中で冷却を行うこと
により、As−grownの超伝導薄膜の臨界温度は、
プラズマ中での冷却を行わない場合に比べて、
40Kから80Kに向上し、極めて高品質の超伝導薄
膜が得られた。
により、As−grownの超伝導薄膜の臨界温度は、
プラズマ中での冷却を行わない場合に比べて、
40Kから80Kに向上し、極めて高品質の超伝導薄
膜が得られた。
以上、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系超伝導薄膜を作製す
る場合について説明したが、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系
以外のＬ−Ｍ−Cu−Ｏ系（ＬはSc，Ｙおよびラ
ンタノイド元素、ＭはRaを除くアルカリ土類金
属元素）酸化物超伝導薄膜、Bi−Sr−Ca−Cu−
Ｏ系酸化物超伝導薄膜およびTl−Ca−Ba−Cu−
Ｏ系酸化物超伝導薄膜の作製も同様にして行なう
ことができる。
る場合について説明したが、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系
以外のＬ−Ｍ−Cu−Ｏ系（ＬはSc，Ｙおよびラ
ンタノイド元素、ＭはRaを除くアルカリ土類金
属元素）酸化物超伝導薄膜、Bi−Sr−Ca−Cu−
Ｏ系酸化物超伝導薄膜およびTl−Ca−Ba−Cu−
Ｏ系酸化物超伝導薄膜の作製も同様にして行なう
ことができる。
また、酸素圧力を0.4mTorr、rfパワーを
100W、蒸着時の基板温度を650℃および基板の冷
却過程での保持温度を550℃としたがこれに限る
ものではない。蒸着時および冷却時の酸素圧力
は、0.1m〜Torr，rf放電パワーは10W〜1kWで
あればよく、蒸着時の基板温度は450℃〜800℃、
冷却過程で一旦保持する場合の温度は400℃〜600
℃であればよい。
100W、蒸着時の基板温度を650℃および基板の冷
却過程での保持温度を550℃としたがこれに限る
ものではない。蒸着時および冷却時の酸素圧力
は、0.1m〜Torr，rf放電パワーは10W〜1kWで
あればよく、蒸着時の基板温度は450℃〜800℃、
冷却過程で一旦保持する場合の温度は400℃〜600
℃であればよい。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明によれば、酸化物
超伝導薄膜を堆積した後、引き続き酸素プラズマ
中で冷却するようにしたので、効率よく酸素を薄
膜に導入することができ、したがつて超伝導特性
の非常によい膜をAs−grownで作製することが
できる 本発明によつて作製された酸化物超伝導薄膜
は、高速性を必要とする多くの応用分野において
適用することができる。例えば、高速性低消費性
に着目した高速コンピユータ素子に応用すること
ができる。また、酸化物超伝導体を用いた素子技
術の進歩により、LSIの集積が可能となり、集積
論理回路用薄膜としても応用できる。さらに、
SQUlD装置、高精度量子電圧装置およびミキサ
装置などのようなマイクロエレクトロニクスの分
野に利用することができる。
超伝導薄膜を堆積した後、引き続き酸素プラズマ
中で冷却するようにしたので、効率よく酸素を薄
膜に導入することができ、したがつて超伝導特性
の非常によい膜をAs−grownで作製することが
できる 本発明によつて作製された酸化物超伝導薄膜
は、高速性を必要とする多くの応用分野において
適用することができる。例えば、高速性低消費性
に着目した高速コンピユータ素子に応用すること
ができる。また、酸化物超伝導体を用いた素子技
術の進歩により、LSIの集積が可能となり、集積
論理回路用薄膜としても応用できる。さらに、
SQUlD装置、高精度量子電圧装置およびミキサ
装置などのようなマイクロエレクトロニクスの分
野に利用することができる。
第１図は本発明の実施例の薄膜作製装置を示す
図、第２図は本発明の実施例の基板冷却パターン
を示す図、第３図は本発明の実施例の温度と電気
低効率との関係を示す図である。 １……真空槽、２……るつぼ、３……基板、４
……酸素導入パイプ、５……rf放電用コイル、６
……基板ヒータ。
図、第２図は本発明の実施例の基板冷却パターン
を示す図、第３図は本発明の実施例の温度と電気
低効率との関係を示す図である。 １……真空槽、２……るつぼ、３……基板、４
……酸素導入パイプ、５……rf放電用コイル、６
……基板ヒータ。
Claims (1)
- １ 反応炉内に設置された基板を所定の温度に加
熱して、薄膜形成法により酸化物超伝導薄膜を基
板表面に堆積した後、引き続き該反応炉内におい
て基板を酸素プラズマ中に保持しつつ冷却するこ
とを特徴とする酸化物超伝導薄膜作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1078456A JPH02260329A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 酸化物超伝導薄膜作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1078456A JPH02260329A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 酸化物超伝導薄膜作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02260329A JPH02260329A (ja) | 1990-10-23 |
| JPH0579606B2 true JPH0579606B2 (ja) | 1993-11-04 |
Family
ID=13662539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1078456A Granted JPH02260329A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 酸化物超伝導薄膜作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02260329A (ja) |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP1078456A patent/JPH02260329A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02260329A (ja) | 1990-10-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |