JPH06166597A - ビスマス−ストロンチウム−カルシウム−銅酸化物系超電導体の化学的蒸着方法 - Google Patents

ビスマス−ストロンチウム−カルシウム−銅酸化物系超電導体の化学的蒸着方法

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JPH06166597A
JPH06166597A JP3042986A JP4298691A JPH06166597A JP H06166597 A JPH06166597 A JP H06166597A JP 3042986 A JP3042986 A JP 3042986A JP 4298691 A JP4298691 A JP 4298691A JP H06166597 A JPH06166597 A JP H06166597A
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JP
Japan
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compound
bismuth
substrate
strontium
calcium
Prior art date
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Pending
Application number
JP3042986A
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English (en)
Inventor
Ken Nanatane
謙 七種
Tadashi Sugihara
忠 杉原
Takuo Takeshita
拓夫 武下
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温で基板上にペロブスカイト構造のBi−
Sr−Ca−Cu系超電導体薄膜を形成する。 【構成】 ビスマス化合物、ストロンチウム化合物、カ
ルシウム化合物、銅化合物、の各原料ガスと、高純度の
酸化二窒素と、白金族有機化合物と、を反応室内に導入
する。この反応室内には例えば650℃以下に設定した
基板を設置してある。この白金は、上記各原料ガスと酸
化二窒素との反応を促進する結果、基板と超電導体とが
化学反応することなく、この基板上にはペロブスカイト
構造のBi−Sr−Ca−Cu系超電導体薄膜が堆積、
被着される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はビスマス−ストロンチウ
ム−カルシウム−銅酸化物系超電導体の化学的蒸着方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は従来の化学的蒸着装置を示す系統
図である。この図において、201は反応室203を有
する槽体である。反応室203は、高純度(例えば、純
度99.999%)の酸素供給源205と、ビスマス化
合物供給源207と、ストロンチウム化合物供給源20
9と、カルシウム化合物供給源211と、銅化合物供給
源213と、に連通している。これらのビスマス化合物
供給源207、ストロンチウム化合物供給源209、カ
ルシウム化合物供給源211、および、銅化合物供給源
213は、更にアルゴンガス供給源に連通されており、
これらのビスマス化合物等はキャリヤガスとしてのアル
ゴンガスにより反応室203内に運ばれる。
【0003】ビスマス化合物、ストロンチウム化合物、
カルシウム化合物、銅化合物は、組成式Bi(p
h)3、Sr(DPM)2、Ca(DPM)2、Cu(D
PM)2でそれぞれ表されており、上記組成式中の(p
h)3と(DPM)2はトリフェニールと2−2−6−6
テトラメチル3−5ヘプタンジオネートとをそれぞれ示
している。これらトリフェニールと2−2−6−6テト
ラメチル3−5ヘプタンジオネートは蒸気圧を調整する
配位子として機能している。
【0004】反応室203は、更に排気装置215に連
通されており、この排気装置215は上記酸素供給源2
05および各化合物供給源207、209、211、2
13から反応室203に供給されるガスを反応後に反応
室外に排気する。
【0005】そして、反応室203内には、基板保持機
構217が設けられており、この基板保持機構217は
加熱装置219から熱の供給を受けて基板221を所定
温度に維持する。
【0006】上記構成に係る化学的蒸着装置を使用して
基板221上に超電導薄膜を被着させるには、まず、基
板221を摂氏800度程度に維持した状態で、酸素供
給源205から高純度の酸素を、各化合物供給源207
〜213からアルゴンガスで運ばれる各原料化合物を反
応室203に供給する。そして、反応後のガスを排気装
置215で反応室外に排除しつつ配位子を解離し、基板
221上にビスマス−ストロンチウム−カルシウム−銅
酸化物の超電導体薄膜を被着させる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
化学的蒸着法では、基板を摂氏800度程度に加熱しな
いと酸素が活性化されず、ペロブスカイト構造の結晶が
成長しにくい。したがって、従来の化学的成長法では、
基板を高温に維持することは、超電導体薄膜を結晶化さ
せるために不可欠であった。
【0008】ところが、基板温度を高温に維持した状態
でビスマス−ストロンチウム−カルシウム−銅酸化物を
被着させると、該酸化物が基板の材質に依っては基板と
化学反応をし、不所望の反応生成物が発生し、良好な超
電導状態の発現を阻害しがちであるという課題が発生し
た。
【0009】また、集積回路上に超電導体薄膜の配線層
を形成する場合は、半導体基板を高温に加熱すると、半
導体基板中に形成された不純物領域の拡散プロファイル
が変化し、不良品が多発するという課題もあった。
【0010】
【課題を解決するための手段】本願発明者は低温の基板
上に超電導体薄膜を被着する方法を研究し、酸化二窒素
を酸素供給源として利用すると基板を高温にしなくても
ペロブスカイト構造の結晶に必要な酸素を供給できる可
能性を発見した。ところが、単に高純度酸素に代えて酸
化二窒素を供給しても、迅速な超電導体酸化物の結晶化
を図れず、本願発明者は更に研究を進めた結果、白金族
有機化合物を反応助剤として供給すると、良好な超電導
体酸化物が迅速に結晶化できることを発見した。
【0011】したがって、本願発明の要旨は、ビスマス
化合物とストロンチウム化合物とカルシウム化合物と銅
化合物とを含む原料ガスと、酸素供給物質と、上記原料
ガスと上記酸素供給物質との反応を促進する反応助剤と
を準備する工程と、反応室に置かれた基板を所定温度以
下に設定する工程と、上記ビスマス化合物と、ストロン
チウム化合物と、カルシウム化合物と、銅化合物と、酸
素供給物質と、反応助剤とを反応室に導入し、上記反応
助剤で酸化を促進しつつ、ビスマス−ストロンチウム−
カルシウム−銅酸化物系超電導体を基板上に被着させる
工程とを含み、上記酸素供給物質として高純度の酸化二
窒素を、上記反応助剤として白金族有機化合物をそれぞ
れ選択したことである。
【0012】
【発明の作用および効果】上記化学的蒸着方法に依れ
ば、ビスマス化合物、ストロンチウム化合物、カルシウ
ム化合物、銅化合物、白金族有機化合物は反応室内でそ
れぞれ分解し、ビスマス、ストロンチウム、カルシウ
ム、銅、白金となって酸化二窒素と共に基板上に堆積す
る。これら基板上に堆積したビスマス、ストロンチウ
ム、カルシウム、銅は、基板が比較的低温であっても白
金の存在下で酸化二窒素中の酸素原子と速やかに結合
し、ペロブスカイト構造の超電導体となる。
【0013】このように、基板は比較的低温でもペロブ
スカイト構造の超電導体が結晶化するので、基板と超電
導体との化学反応は抑制され、基板の材質を広く選択す
ることができる。また、基板の低温化が図れるので、基
板を半導体で形成しても、該半導体基板中に形成された
不純物領域の拡散プロファイルに変化が生ぜず、不良品
の発生を抑制することができる。
【0014】
【実施例】図1は本願発明の一実施例で使用する化学的
蒸着装置の系統図である。図において、101は反応室
103を有する槽体である。反応室103は、高純度
(例えば、純度99.9995%)の酸化二窒素供給源
105と、ビスマス化合物供給源107と、ストロンチ
ウム化合物供給源109と、カルシウム化合物供給源1
11と、銅化合物供給源113と、白金族有機化合物供
給源114と、に各々接続、連通している。ビスマス化
合物供給源107と、ストロンチウム化合物供給源10
9と、カルシウム化合物供給源111と、銅化合物供給
源113と、白金族有機化合物供給源114は、更にア
ルゴンガス供給源に各々接続、連通されており、これら
のビスマス化合物等はキャリヤガスとしてのアルゴンガ
スにより反応室103に運ばれる。各化合物供給源10
7、109、111、113、114に供給されるアル
ゴンガスは、それぞれ50CCM、50CCM、50C
CM、50CCM、0〜30CCMである。
【0015】ビスマス化合物、ストロンチウム化合物、
カルシウム化合物、銅化合物は、組成式Bi(p
h)3、Sr(DPM)2、Ca(DPM)2、Cu(D
PM)2でそれぞれ表されている。これらの組成式中の
(ph)3と(DPM)2は、トリフェニールと2−2−
6−6テトラメチル3−5ヘプタンジオネートとをそれ
ぞれ示している。これらトリフェニールと2−2−6−
6テトラメチル3−5ヘプタンジオネートは蒸気圧を調
整する配位子として機能している。ビスマス化合物(B
i(ph)3)、ストロンチウム化合物(Sr(DP
M)2)、カルシウム化合物(Ca(DPM)2)、銅化
合物(Cu(DPM)2)の気化温度は、それぞれ摂氏
98度〜115度、摂氏215度〜230度、摂氏18
0度〜200度、摂氏100度〜105度である。
【0016】ビスマスの配位子としてDPMではなくp
hを選択したのはトリフェニールビスマスの蒸気圧が他
の化合物に近いからである。
【0017】また、白金族有機化合物としては、白金に
配位子としてのアセチルアセトン(一般式{M(AcA
c)x}で表される)を結合させた化合物(Pt(Ac
Ac)2)、あるいは、Pt(HFA)2、Ag(HF
A)等を使用することができ、かかる化合物は摂氏80
度〜200度で気化し、化学的蒸着法に有効である。
【0018】反応室103は更に排気装置115と接
続、連通されており、排気装置115は酸化二窒素供給
源105および各化合物供給源107〜114から反応
室103に供給されるガスを反応後に反応室外に排気す
る。
【0019】反応室103内には、基板保持機構117
が設けられており、この基板保持機構117は加熱装置
119から熱の供給を受けて基板121を所定温度に維
持する。
【0020】上記構成に係る化学的蒸着装置を使用して
基板121上に超電導薄膜を被着させるには、まず、基
板121を摂氏650度以下に維持した状態で、酸化二
窒素給源105から高純度の酸化二窒素を供給するとと
もに、各化合物供給源107、109、111、11
3、114からアルゴンガスで運ばれる各原料化合物を
反応室103に供給する。そして、この反応後のガスを
排気装置115で反応室外に排除しつつ配位子を解離
し、基板121上にビスマス−ストロンチウム−カルシ
ウム−銅酸化物の超電導体薄膜を被着させる。反応室1
03は15torrに維持される。この際、白金も薄膜
中に取り込まれ、ペロブスカイト構造の結晶化に寄与す
るが、薄膜中に含まれる白金元素は約0.1重量%〜約
5重量%に制限されている。かかる範囲内の白金元素は
ビスマス−ストロンチウム−カルシウム−銅酸化物の超
電導性の発現を阻害しない。
【0021】上記化学的蒸着法で種々のビスマス−スト
ロンチウム−カルシウム−銅酸化物を成膜し、その臨界
温度(Tc:[K])、臨界電流密度(Jc:[A/c
2])を測定し、X.R.D分析により結晶構造を判
別した。蒸着条件を表1−1〜表1−2に、測定結果を
表2−1〜表2−2にそれぞれ示す。なお、表中、Bi
はビスマス化合物を、Srはストロンチウム化合物を、
Caはカルシウム化合物を、Cuは銅化合物を、Nは酸
化二窒素を示し、それぞれ上述の配位子と結合したもの
である。
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】比較のため、従来の蒸着方法で基板温度を
摂氏800度に維持し、蒸着した超電導薄膜は、本願発
明の範囲内の薄膜とほぼ同等の臨界温度であるものの、
その臨界電流密度は約1/10であった。
【0026】上記実施例では、基板の加熱により化学反
応に必要なエネルギを得たが、プラズマあるいは光等に
より化学反応を促進するなら、更に基板の低温化を図る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例で使用する化学的蒸着装置を
示す概略系統図である。
【図2】従来の化学的蒸着装置を示す概略系統図であ
る。
【符号の説明】
101 槽体 103 反応室 105 酸化二窒素源(酸素供給物質) 107 ビスマス化合物供給源 109 ストロンチウム化合物供給源 111 カルシウム化合物供給源 113 銅酸化物供給源 114 白金族有機化合物供給源 117 基板保持機構 121 基板
───────────────────────────────────────────────────── 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 13/00 565 D 7244−5G H01L 39/24 ZAA B 9276−4M

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビスマス化合物とストロンチウム化合物
    とカルシウム化合物と銅化合物とを含む原料ガスと、酸
    素供給物質と、上記原料ガスと上記酸素供給物質との反
    応を促進する反応助剤とを準備する工程と、 反応室に置かれた基板を所定温度以下に設定する工程
    と、 上記ビスマス化合物と、ストロンチウム化合物と、カル
    シウム化合物と、銅化合物と、酸素供給物質と、反応助
    剤とを反応室に導入し、上記反応助剤で酸化を促進しつ
    つ、ビスマス−ストロンチウム−カルシウム−銅酸化物
    系超電導体を基板上に被着させる工程とを含み、 上記酸素供給物質として高純度の酸化二窒素を、上記反
    応助剤として白金族有機化合物をそれぞれ選択したこと
    を特徴とするビスマス−ストロンチウム−カルシウム−
    銅酸化物系超電導体の化学的蒸着方法。
JP3042986A 1990-10-19 1991-02-15 ビスマス−ストロンチウム−カルシウム−銅酸化物系超電導体の化学的蒸着方法 Pending JPH06166597A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0892082A1 (de) * 1997-07-14 1999-01-20 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung von Dünnfilmen aus oxidischer Keramik
KR20150027817A (ko) * 2012-06-29 2015-03-12 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 알칼리 토금속들을 함유하는 막들을 증착시키는 방법

Cited By (3)

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EP0892082A1 (de) * 1997-07-14 1999-01-20 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung von Dünnfilmen aus oxidischer Keramik
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