JPH06116094A - 薄膜超伝導体及びその製造方法 - Google Patents

薄膜超伝導体及びその製造方法

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JPH06116094A
JPH06116094A JP4259448A JP25944892A JPH06116094A JP H06116094 A JPH06116094 A JP H06116094A JP 4259448 A JP4259448 A JP 4259448A JP 25944892 A JP25944892 A JP 25944892A JP H06116094 A JPH06116094 A JP H06116094A
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洋 市川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定で高性能な超伝導特性を示すＢi 系超伝
導薄膜の構造と、その製造方法を提供する。 【構成】 基体１上に、主成分が少なくともビスマス、
チタンと酸素からなる層状誘電体薄膜２を堆積させ、誘
電体薄膜２上に、主成分が少なくともビスマス、銅，お
よびアルカリ土類（IIａ族）を含む層状酸化物超伝導薄
膜３が堆積された構造を持ち、前記誘電体薄膜と超伝導
薄膜が、少なくともｃ軸に対し垂直でない平面で切られ
た結晶面を介して接している薄膜超伝導体と、基体１上
に、少なくともＢi を含む酸化物層と少なくともＢi と
Ｔi を含む酸化物層とを周期的に積層させて層状誘電体
薄膜を形成した後、前記層状誘電体薄膜の少なくともｃ
軸に対し垂直でない結晶面を表面とし、少なくともＢi
を含む酸化物層と少なくとも銅およびアルカリ土類(IIa
族) を含む酸化物層とを周期的に積層させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高性能な特性を有する
超伝導薄膜の構造およびその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】現在、最も応用が急がれている材料のひ
とつに酸化物高温超伝導体がある。このペロブスカイト
系化合物は、金属化合物超伝導体よりさらに高い転移温
度が期待され、Ｂa-Ｌa-Ｃu-Ｏ系の高温超伝導体が提案
された［J.G.Bednorz and K.A.Muller, ツァイトシュリ
フト・フュア・フィジーク(Zeitshrift Fur Physik B)-
Condensed Matter Vol.64,189-193(1986)] 。さらに、
Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ系の材料が１００Ｋ以上の転移温度
を示すことも発見された［H.Maeda,Y.Tanaka,M.Fukutom
i and T.Asano,ジャぱニーズ・ジャーナル・オブ・アプ
ライド・フィジックス(Japanese Journal of Applied P
hysics)Vol.27,L209-L210(1988)]。この種の材料の超伝
導機構の詳細は明らかではないが、転移温度が室温以上
に高くなる可能性があり、高温超伝導体として従来の２
元系化合物より、電子デバイス分野での応用が期待され
ており、そのためにもこの種の材料の薄膜化技術の確立
が要請されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｂi-Ｓ
r-Ｃa-Ｃu-Ｏ系の材料を実用化する場合、薄膜状に加工
することが強く要望されているが、従来の技術では、良
好な超伝導特性を有する薄膜作製は難しいものであっ
た。すなわち、Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ系には超伝導転移温
度の異なるいくつかの相が存在することが知られている
が、特に転移温度が１００Ｋ以上の相を薄膜の形態で達
成するのは、非常に困難とされていた。これはおよそ次
のようなことに起因している。すなわち、Ｂi-Ｓr-Ｃa-
Ｃu-Ｏ系材料はＢｉ2 Ｏ2 層がＳr-Ｃa-Ｃu-Ｏ仮相ペロ
ブスカイト層を挟んだ層状の結晶構造を有しており、こ
の仮相ペロブスカイト層がそれぞれ整数の比率で表記さ
れる単結晶をとりにくいためである。そのために、薄膜
で超伝導臨界電流密度を一定に、また安定に高いものを
作製するのはきわめて困難であった。
【０００４】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、安定で高性能なＢi 系超伝導薄膜を含む薄膜超伝
導体を提供すること、及びこの構造をより効果的に実現
するＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜薄膜の有効な製造方法を提
供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の薄膜超伝導体は、基体上に、主成分が少な
くともビスマス（Ｂi ）、チタン（Ｔi ）、酸素（Ｏ）
からなる層状誘電体薄膜が堆積され、前記誘電体薄膜上
に、主成分が少なくともビスマス（Ｂi ）、銅（Ｃu
），およびアルカリ土類（IIａ族）を含む層状酸化物
超伝導薄膜が堆積された積層構造であるという構成を備
えたものである。（ただしアルカリ土類は、IIａ族元素
のうちの少なくとも一種あるいは二種以上の元素を示
す。）前記構成においては、誘電体薄膜と超伝導薄膜
が、少なくとも前記誘電体薄膜または前記超伝導薄膜の
ｃ軸に対し垂直でない平面で切られた面を介して接して
いることが好ましい。
【０００６】また本発明の薄膜超伝導体の製造方法は、
基体上に、少なくともＢi を含む酸化物層と少なくとも
Ｂi とＴi を含む酸化物層とを周期的に積層させて層状
誘電体薄膜を形成した後、前記層状誘電体薄膜の少なく
ともｃ軸に対し垂直でない結晶面を表面とし、少なくと
もＢi を含む酸化物層と少なくとも銅およびアルカリ土
類(IIa族) を含む酸化物層とを周期的に積層させること
を特徴とする。
【０００７】前記構成においては、積層手段が蒸発によ
るものであり、かつ前記蒸発をスパッタリングで行なう
ことが好ましい。また前記構成においては、積層物質の
蒸発を少なくとも二種以上の蒸発源で行うことが好まし
い。
【０００８】
【作用】前記した本発明の構成によれば、基体上に主成
分が少なくともビスマス（Ｂi）、チタン（Ｔi ）、酸
素（Ｏ）からなる層状誘電体薄膜が堆積され、前記誘電
体薄膜上に、主成分が少なくともビスマス（Ｂi ）、銅
（Ｃu ），およびアルカリ土類（IIａ族）を含む層状酸
化物超伝導薄膜が堆積された積層構造であることによ
り、安定で高性能なＢi 系超伝導薄膜を含む薄膜超伝導
体を得ることができる。すなわち、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12が
代表的であるＢi 系層状強誘電体は、Ｂｉ2Ｏ2 層が仮
相ペロブスカイト相を挟んだＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ超伝導
体の構造と同じであり、互いのａ軸、ｂ軸がほぼ等しい
という特性を持っている。さらにＢi系強誘電体結晶の
仮相ペロブスカイト相の構成元素およびその比率を変え
ることができ、それに従ってｃ軸長も変えることができ
る。融点も1000℃以上と高く安定である。本発明の薄膜
超伝導体の構造をとることによって、Ｂi 系超伝導体が
安定にＢi 系強誘電体上に安定にエピタキシャル成長す
るばかりでなく、Ｂi 系強誘電体のｃ軸と垂直をなさな
い平面上に堆積することによって、Ｂi 系超伝導体結晶
のｃ軸長がＢi 系強誘電体のそれに固定され、ｃ軸長が
一定すなわち結晶相が単一の単結晶薄膜が容易に得られ
る。
【０００９】さらに本発明の製造方法は、Ｂi 系強誘電
体およびＢi 系超伝導体の結晶を構成するＢｉ2 Ｏ2 層
と仮相ペロブスカイト層を互いに周期的に積層する薄膜
超伝導体の製造方法であり、本発明の薄膜超伝導体をよ
り効果的に作製することができる。
【００１０】
【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。通常、酸化物超伝導薄膜は400 〜700 ℃に加
熱した基体上に蒸着して得る。蒸着後、そのままでも薄
膜は超伝導特性を示すが、その後700 〜950 ℃の熱処理
を施し、超伝導特性を向上させる。
【００１１】しかしながら、通常、膜厚が1000オングス
トローム以下の酸化物超伝導薄膜については、バルク焼
成体とほぼ等しい超伝導転移温度を示すが、ゼロ抵抗温
度がバルク焼成体の場合より低い。例えば、Ｂi-Ｓr-Ｃ
a-Ｃu-Ｏ系の超伝導体はバルク焼成体ではゼロ抵抗温度
が105 Ｋ程度であるのに対し、膜厚数100 オングストロ
ームの薄膜では最高80Ｋであった。基体上に酸化物超伝
導薄膜を形成した場合、基体と薄膜との界面で基体の元
素が薄膜に拡散し、薄膜の結晶構造を破壊していること
がわかった。さらにＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12に代表されるＢi
系強誘電体がＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ系超伝導体結晶と同じ
くＢi2Ｏ2 層が仮相ペロブスカイト層を挟んだ構造を有
しており、ａ軸( またはｂ軸) 長がＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ
系超伝導体結晶のそれにほぼ等しく、また融点も1000℃
と高く安定であることに着目し、Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ超
伝導体薄膜とＢi 系強誘電体の積層について検討を行っ
た。そしてＢi 系強誘電体薄膜上にＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ
系超伝導薄膜がきわめて安定にエピタキシャル成長する
ことを見いだした。さらにＢi 系強誘電体薄膜上のＢi-
Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ超伝導薄膜の臨界電流密度も直接基体上
に作製した場合に比べ高いことも併せて見いだした。こ
のことは次のように解釈される。すなわちＢi 系強誘電
体結晶とＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ超伝導体結晶のａ軸（もし
くはｂ軸）がほぼ等しく、またＢi2Ｏ2 層が熱的に安定
でＢi 系強誘電体薄膜とＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ超伝導薄膜
の界面で互いの元素の相互拡散が抑えられたエピタキシ
ャル成長が実現されていることによるものと考えられ
る。
【００１２】さらに、Ｂi 系強誘電体薄膜のｃ軸と垂直
でない結晶面にＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ超伝導薄膜を作製し
たとき以外にも超伝導特性が向上することを見いだし
た。そこで、相転移のあるＬa Ａl Ｏ3 結晶材料を基体
として選び、その上にＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12薄膜を作製し
た。基体温度600 ℃でＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12薄膜を作製した
とき、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12薄膜の表面が階段状になってい
ることを見いだした。一般にＬa Ａl Ｏ3 の相転移温度
は550 〜650 ℃といわれており、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12薄膜
作製中にＬa Ａl Ｏ3 基体に相転移が起こり基体表面が
階段状になったことによるものと考えられる。Ｘ線回折
測定によると基体表面に対し約５゜傾いてＢｉ4 Ｔｉ3
Ｏ12薄膜が成長していることがわかった。さらに前記Ｂ
ｉ4 Ｔｉ3 Ｏ 12薄膜上にＢi 系超伝導体薄膜を作製する
と、直接基体上にＢi 系超伝導薄膜を作製したときに比
べ格段に超伝導特性が向上していることを見いだした。
以下具体的な実施例を用いて本発明を説明する。
【００１３】実施例１ 図１に本実施例で作製した薄膜超伝導体の構造概略図を
示す。本実施例において、まず基体１としてＬa Ａl Ｏ
3 （１００）単結晶を用いた。本発明者らは基体１上に
Ｂi-Ｔi-Ｏ薄膜２、続いてＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜３を
図１の構成になるよう高周波マグネトロンスパッタ法で
堆積した。Ｂi-Ｔi-Ｏ薄膜２、Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜
３のスパッタリングターゲットにはそれぞれ焼成したセ
ラミックス粉体を用いた。Ｂi-Ｔi-Ｏ薄膜２作製時のガ
ス圧力（Ａr:Ｏ2 ＝１: ９）は５Ｐa 、高周波電力６０
Ｗ、基体温度６００℃にして１００ｎｍ作製した。Ｂi-
Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜３作製時のガス圧力（Ａr:Ｏ2 ＝
８: ２）は１Ｐa 、高周波電力６０Ｗ、基体温度６５０
℃にして１００ｎｍ作製した。図２に図１の構造にした
ときのＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜の抵抗の温度変化４と、
直接Ｌa Ａl Ｏ3 基体上に同一条件でＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-
Ｏ薄膜を作製したときの抵抗の温度変化５を示す。抵抗
の温度変化４の方が超伝導転移温度が５Ｋ程度高い結果
が得られた。さらに５０Ｋのときの超伝導臨界電流密度
はＢi-Ｔi-Ｏ薄膜上のＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜の場合
５．５×１０5 Ａ/ ｃｍ2 であった。これに対して基体
上のＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜の場合は１×１０5 Ａ/ ｃ
ｍ2 であり、図２の構造のＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜の方
が特性が優れていることがわかった。基体１をＳr Ｔi
Ｏ3、Ｍg Ｏ、ＹＡl Ｏ3 に変えて同様な実験を行なっ
たがＢi-Ｔi-Ｏ薄膜上のＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜が基体
上のＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜に比べていずれの基体につ
いても超伝導特性が優れていた。しかしながら本実施例
でＬa Ａl Ｏ3 基体上にＢi-Ｔi-Ｏ薄膜を作製した上の
Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜の特性がもっとも優れていた。
この原因をＸ線回折、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察
で究明した結果、Ｌa Ａl Ｏ3 基体１、Ｂi-Ｔi-Ｏ薄膜
２、Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜３は図３に示す様な断面構
造になっていることがわかった。すなわちＬa Ａl Ｏ3
基体上に成長したＢi-Ｔi-Ｏ薄膜２の表面はｃ軸に垂直
な面（ａ−ｂ面）から約５゜傾いた面になっており、Ｂ
i-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜３もＢi-Ｔi-Ｏ薄膜２と同様に成
長していることがわかった。そして意外にもＢi-Ｓr-Ｃ
a-Ｃu-Ｏ薄膜結晶はＢi-Ｔi-Ｏ薄膜結晶のＢｉ2 Ｏ2 層
でつながり、Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜結晶のｃ軸長もバ
ルク単結晶体の３ｎｍからＢi-Ｔi-Ｏ薄膜結晶の３．２
５ｎｍになっていることがわかった。このときＢi-Ｓr-
Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜３の超伝導特性が向上する原因は不明で
あるが、図３に示すようにＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜結晶
のｃ軸長がＢi-Ｔi-Ｏ薄膜結晶のそれにつられて固定さ
れることによるのではと考えられる。
【００１４】本実施例は基体１として相転移のあるＬa
Ａl Ｏ3 を用いたことにより、偶然見いだした。次に、
本発明者らは意識的にこのような基体とＢi-Ｔi-Ｏ薄膜
の状態をつくり、Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜の作製を試み
た。すなわちＳr Ｔi Ｏ3 単結晶のｃ軸に対し９５゜の
垂直でない角度をなす面で切り、研磨し基体として用い
たときにもＬa Ａl Ｏ3 のときと同じ結果を得ることが
できた。さらにＢi-Ｔi-Ｏ薄膜のｃ軸に対し９５゜の角
度をなす面で切り、研磨しその上にＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ
薄膜を作製したときにも同様な結果を得ることができ
た。すなわち本発明者らは、Ｂi-Ｔi-Ｏ薄膜とＢi-Ｓr-
Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜がｃ軸に垂直な面と０でない角度θをな
す面を介して接しているとき有効であることを見いだし
た。なお、本発明者らはその角度が０゜＜θ≦１０゜の
範囲で有効であることを併せて見いだした。
【００１５】なお、本発明者らはＬa Ａl Ｏ3 以外の種
々の基体についても本発明の効果を実験・検討した結
果、酸化マグネシウム（Ｍg Ｏ）、チタン酸ストロンチ
ウム(Ｓr Ｔi Ｏ3 ）、サファイア( α−ＡＬ
2 Ｏ3 ）、Ｍg Ａｌ2 Ｏ4 、ＹＳＺ、Ｌa Ｇa Ｏ3 、Ｌ
a Ａl Ｏ3 、Ｎd Ｇa Ｏ3 、ＹＡl Ｏ3 、Ｓi 、Ｇa Ａ
s の結晶性基体についても本発明が有効であることを確
認した。
【００１６】なお、本発明者らはＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のか
わりにＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12と同じＢｉ 2 ＷＯ6 やＢｉ2 Ａ
m-1 Ｂm Ｏ2m+1の化学式で表記できるＢi 系層状強誘電
体でも有効であることを見いだした。ここでｍは１、
２、３、４、５の値をとる。Ａは１価、２価、３価の元
素またはこれらの組合せで構成される。ＢはＴｉ4+、Ｎ
ｂ5+、Ｔａ5+か、またはこれらの組合せで構成される。
【００１７】第１の発明の構造をＢi-Ｔi-Ｏ薄膜とＢi-
Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜を原子オーダーで周期的に積層した
ときにＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ超伝導薄膜の超伝導特性がよ
り安定する薄膜超伝導体の製造方法とすることができ
る。
【００１８】さらに本発明者らは、Ｂi の酸化物と、Ｓ
r 、Ｃa 、Ｃu の酸化物を異なる蒸発源から真空中で別
々に蒸発させ、基体上にＢi-Ｏ→Ｓr-Ｃu-Ｏ→Ｃa-Ｃu-
Ｏ→Ｓr-Ｃu-Ｏ→Ｂi-Ｏの順で周期的に積層させた場
合、さらにＢi の酸化物と、Ｔi の酸化物を異なる蒸発
源から真空中で別々に蒸発させ、Ｂi-Ｏ→Ｔi-Ｏ→Ｂi-
Ｏの順で周期的に積層させ、さらに活性化された酸素ガ
スを導入することによって、前記実施例１に示した作製
方法より格段に制御性良く、安定した膜質の、しかも膜
表面が極めて平坦なＢi-Ｔi-Ｏ誘電体膜が得られ、さら
にＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜とも有効に積層できることを
見いだした。
【００１９】さらに本発明者らは、Ｂi-Ｏ、 Ｓr-Ｃu-
Ｏ、 Ｃa-Ｃu-Ｏ, Ｔi-Ｏを別々の蒸発源から蒸発させ、
Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ超伝導薄膜とＢi-Ｔi-Ｏ誘電体膜を
周期的に積層した時、極めて制御性良くｍ（Ｂi-Ｓr-Ｃ
a-Ｃu-Ｏ）・ｎ（Ｂi-Ｔi-Ｏ）の周期構造を持つ薄膜を
形成できることを見いだした。ここでｍ，ｎは正の整数
を示す。さらに、このｍ（Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ）・ｎ
（Ｂi-Ｔi-Ｏ）薄膜は、前記実施例に示したＢi-Ｓr-Ｃ
a-Ｃu-Ｏを同時に蒸着して得る超伝導薄膜と、Ｂi-Ｔi-
Ｏを同時に蒸着して得る酸化物誘電体膜とを周期的に積
層して得た薄膜に比べて、はるかに結晶性が優れ、超伝
導転移温度、臨界電流密度等の特性に勝っていることも
併せて見いだした。さらに本発明者らは、上記の方法で
作製したＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ超伝導薄膜とＢi-Ｔi-Ｏ誘
電体膜はともに薄膜表面が極めて平坦であることを見い
だした。
【００２０】これらのことは図４に示す積層の概念図を
用いて説明することができる。すなわち、それぞれ層状
構造を構成する異なる元素を別々に順次積層していくこ
とにより、基体表面に対し平行な面内だけで積層された
蒸着元素が動くだけで、基体表面に対し垂直方向への元
素の移動がないことによるものと考えられる。さらに、
Ｂi とＴi を含む酸化物層状ペロブスカイト構造の結晶
のa 軸の長さは、Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏのそれとほぼ等し
く、連続的にエピタキシャル成長が可能であることによ
るものと考えられる。
【００２１】さらに以外にも、良好な超伝導特性を得る
に必要な基体の温度、熱処理温度も、従来より低いこと
を見いだした。Ｂi-Ｏ, Ｓr-Ｃu-Ｏ, Ｃa-Ｃu-Ｏ, Ｔi-
Ｏを周期的に積層させる方法としては、いくつか考えら
れる。一般に、ＭＢＥ装置あるいは多元のＥＢ蒸着装置
で蒸発源の前を開閉シャッターで制御したり、気相成長
法で作製する際にガスの種類を切り替えたりすることに
より、周期的積層を達成することができる。しかしこの
種の非常に薄い層の積層には従来スパッタリング蒸着は
不向きとされていた。この理由は、成膜中のガス圧の高
さに起因する不純物の混入およびエネルギーの高い粒子
によるダメージと考えられている。しかしながら、本発
明者らは、このＢi 系酸化物超伝導体に対してスパッタ
リングにより異なる薄い層の積層を行なったところ、以
外にも良好な積層膜作製が可能なことを発見した。スパ
ッタ中の高い酸素ガス圧およびスパッタ放電が、Ｂi 系
の１００Ｋ以上の臨界温度を持つ相の形成、およびＢi-
Ｔi-Ｏ誘電体膜の形成に都合がよいためではなかろうか
と考えられる。
【００２２】スパッタ蒸着で異なる物質を積層させる方
法としては、組成分布を設けた１ケのスパッタリングタ
ーゲットの放電位置を周期的に制御するという方法があ
るが、組成の異なる複数個のターゲットのスパッタリン
グという方法を用いると比較的簡単に達成することがで
きる。この場合、複数個のターゲットの各々のスパッタ
量を周期的に制御したり、あるいはターゲットの前にシ
ャッターを設けて周期的に開閉したりして、周期的積層
膜を作製することができる。また基板を周期的運動させ
て各々ターゲットの上を移動させる方法でも作製が可能
である。レーザースパッタあるいはイオンビームスパッ
タを用いた場合には、複数個のターゲットを周期運動さ
せてビームの照射するターゲットを周期的に変えれば、
周期的積層膜が実現される。このように複数個のターゲ
ットを用いたスパッタリングにより比較的簡単にＢi 系
酸化物の周期的積層が作製可能となる。
【００２３】実施例２ 図５に本実施例で用いた３元マグネトロンスパッタ装置
の概略図を示す。図５において、６はＢi-Ｏターゲッ
ト、７はＳr-Ｃa-Ｃu-Ｏターゲット、８はＢi-Ｔi-Ｏタ
ーゲット、９はＭｇＯ等の基体、１０は基体加熱用ヒー
ターを示す。計３個のターゲット６、７、８は図５に示
すように配置させた。即ち、基体９に焦点を結ぶように
各ターゲットが約３０°傾いて設置されている。各ター
ゲットの前方にはシャッター１１、１２、１３があり、
各ターゲットのスパッタ時間、順番を設定することがで
きる。基体９をヒーター１０で約６００℃に加熱し、ア
ルゴン・酸素（５：１）混合雰囲気３Ｐa のガス中で各
ターゲットのスパッタリングを行なった。このとき基体
９として、Ｍg Ｏの（１００）面に対して５゜傾いた面
を削りだし用いた。ターゲット６、７、８に注入した高
周波電力をそれぞれ、３０Ｗ，６０Ｗ、６０Ｗとした。
まずＢi-Ｏ→（Ｂi-Ｔi-Ｏ）→Ｂi-ＯのサイクルでＢi-
Ｔi-Ｏ膜の元素の組成比がＢi:Ｔi=4:3 となるように各
ターゲットのスパッタ時間を調整し、上記サイクルを２
０サイクル行いＢi-Ｔi-Ｏ薄膜を基体９上に作製したの
ち、基体９の温度を６５０℃に上げてＢi-Ｏ→（Ｓr-Ｃ
a-Ｃu-Ｏ）→Ｂi-Ｏのサイクルを２０サイクル行いＢi-
Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜を作製した。このとき得られたＢi-
Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜の抵抗の温度変化１４を図６に示
す。超伝導転移温度、臨界電流密度ともに実施例１の図
２に示した特性４よりも向上していることがわかった。
この原因についての詳細は不明であるが、本発明者らに
よる第１の発明の薄膜超伝導体の構造が原子レベルで制
御され精度よく実現されたことによるものと考えられ
る。
【００２４】なお、本発明者らは酸化マグネシウム( Ｍ
g Ｏ) 以外の種々の基体についても本発明の効果を実験
・検討した結果、チタン酸ストロンチウム( Ｓr Ｔi Ｏ
3 ）、サファイア( α- Ａｌ2 Ｏ3 ）、Ｍg Ａｌ2 Ｏ4
、ＹＳＺ、Ｌa Ｇa Ｏ3 、Ｌa Ａl Ｏ3 、Ｎd Ｇa Ｏ
3 、ＹＡl Ｏ3 、Ｓi 、Ｇa Ａs の結晶性基体について
も本発明が有効であることを確認した。
【００２５】
【発明の効果】以上のように本発明薄膜超伝導体は、安
定で高性能なＢi 系超伝導薄膜の構造のものである。ま
た本発明の製造方法は、前記の構造をより効果的に実現
するＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜薄膜の有効な作成方法を提
供するものであり、デバイス等の応用には必須の低温で
のプロセス確立したものであり、本発明の工業的価値は
大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における薄膜超伝導体構造の
概念図。
【図２】本発明の実施例１によって得られたＢi-Ｓr-Ｃ
a-Ｃu-Ｏ薄膜の抵抗の温度特性図。
【図３】本発明の実施例１によって得られたＢi-Ｔi-Ｏ
薄膜とＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜界面の状況を模式的に示
した薄膜の断面構造図。
【図４】本発明の実施例１のＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ結晶と
Ｂi-Ｔi-Ｏ結晶の分子構造概略図。
【図５】本発明の実施例２で用いた薄膜の製造装置の概
略図。
【図６】本発明の実施例２で得られたＢi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-
Ｏ薄膜の抵抗の温度特性図。
【符号の説明】
１ Ｌa Ａl Ｏ3 ２ Ｂi-Ｔi-Ｏ薄膜 ３ Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜 ４，５，14 Ｂi-Ｓr-Ｃa-Ｃu-Ｏ薄膜の抵抗の温度特性 ６，７，８ スパッタリングターゲット ９ Ｍg Ｏ基体 10 ヒーター 11、12、13 シャッター
───────────────────────────────────────────────────── 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 39/02 ＺＡＡ Ｂ 9276−4Ｍ 39/24 ＺＡＡ Ｂ 9276−4Ｍ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基体上に、主成分が少なくともビスマス
    （Ｂi ）、チタン（Ｔi ）、酸素（Ｏ）からなる層状誘
    電体薄膜が堆積され、前記誘電体薄膜上に、主成分が少
    なくともビスマス（Ｂi ）、銅（Ｃu ），およびアルカ
    リ土類（IIａ族）を含む層状酸化物超伝導薄膜が堆積さ
    れた積層構造である薄膜超伝導体。（ただしアルカリ土
    類は、IIａ族元素のうちの少なくとも一種あるいは二種
    以上の元素を示す。）
  2. 【請求項２】 誘電体薄膜と超伝導薄膜が、少なくとも
    前記誘電体薄膜または前記超伝導薄膜のｃ軸に対し垂直
    でない平面で切られた面を介して接している請求項１に
    記載の薄膜超伝導体。
  3. 【請求項３】 基体上に、少なくともＢi を含む酸化物
    層と少なくともＢi とＴi を含む酸化物層とを周期的に
    積層させて層状誘電体薄膜を形成した後、前記層状誘電
    体薄膜の少なくともｃ軸に対し垂直でない結晶面を表面
    とし、少なくともＢi を含む酸化物層と少なくとも銅お
    よびアルカリ土類(IIa族) を含む酸化物層とを周期的に
    積層させることを特徴とする薄膜超伝導体の製造方法。
  4. 【請求項４】 積層手段が蒸発によるものであり、かつ
    前記蒸発をスパッタリングで行なう請求項３に記載の薄
    膜超伝導体の製造方法。
  5. 【請求項５】 積層物質の蒸発を少なくとも二種以上の
    蒸発源で行う請求項４に記載の薄膜超伝導体の製造方
    法。
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