JPH06212422A - 高温超伝導酸化物薄膜の改質方法 - Google Patents
高温超伝導酸化物薄膜の改質方法Info
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- JPH06212422A JPH06212422A JP3065293A JP6529391A JPH06212422A JP H06212422 A JPH06212422 A JP H06212422A JP 3065293 A JP3065293 A JP 3065293A JP 6529391 A JP6529391 A JP 6529391A JP H06212422 A JPH06212422 A JP H06212422A
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- oxide thin
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】超伝導相と非超伝導相の構造および組成を制御
し、超伝導特性を向上させることのできるイオン注入法
による高温超伝導酸化物薄膜の改質方法を提供する。 【構成】特定の構成原子を選択的に変位させるイオン種
を高温超伝導酸化物薄膜に注入する。
し、超伝導特性を向上させることのできるイオン注入法
による高温超伝導酸化物薄膜の改質方法を提供する。 【構成】特定の構成原子を選択的に変位させるイオン種
を高温超伝導酸化物薄膜に注入する。
Description
【産業上の利用分野】この発明は、高温超伝導酸化物薄
膜の改質方法に関するものである。さらに詳しくは、こ
の発明は、超伝導相と非超伝導相の構造および組成を制
御し、超伝導特性を向上させることのできるイオン注入
法による高温超伝導酸化物薄膜の改質方法に関するもの
である。
膜の改質方法に関するものである。さらに詳しくは、こ
の発明は、超伝導相と非超伝導相の構造および組成を制
御し、超伝導特性を向上させることのできるイオン注入
法による高温超伝導酸化物薄膜の改質方法に関するもの
である。
【従来の技術とその課題】従来より、高温超伝導酸化物
薄膜については、真空加熱蒸着法、スパッタ蒸着法また
は気相成長法により作製してきている。しかしながら、
その製造においては、超伝導相を生成させるための熱処
理条件が厳しく、通常、熱処理温度は900 ℃近い高温で
あり、また、許容温度範囲は５℃以下という狭い温度範
囲に限定されるために、高温熱処理中の質量変化や組成
変化などが避けられず、再現性よく高温超伝導酸化物薄
膜を製造することが難しいという問題があった。また、
一度作製した超伝導酸化物薄膜に高温処理を施さずに低
温処理で超伝導相の構造や超伝導特性を改善することは
困難でもあった。このため、従来法では、超伝導酸化物
薄膜の超伝導相構造および超伝導特性を改善し、均一性
や安定性を付与することは困難であった。この発明は、
以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来の
高温超伝導酸化物薄膜の作製法についての欠点を解消
し、超伝導相と非超伝導相の構造および組成を制御し、
超伝導特性を向上させることのできる、新しいイオン注
入法による高温超伝導酸化物薄膜の改質方法を提供する
ことを目的としている。
薄膜については、真空加熱蒸着法、スパッタ蒸着法また
は気相成長法により作製してきている。しかしながら、
その製造においては、超伝導相を生成させるための熱処
理条件が厳しく、通常、熱処理温度は900 ℃近い高温で
あり、また、許容温度範囲は５℃以下という狭い温度範
囲に限定されるために、高温熱処理中の質量変化や組成
変化などが避けられず、再現性よく高温超伝導酸化物薄
膜を製造することが難しいという問題があった。また、
一度作製した超伝導酸化物薄膜に高温処理を施さずに低
温処理で超伝導相の構造や超伝導特性を改善することは
困難でもあった。このため、従来法では、超伝導酸化物
薄膜の超伝導相構造および超伝導特性を改善し、均一性
や安定性を付与することは困難であった。この発明は、
以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来の
高温超伝導酸化物薄膜の作製法についての欠点を解消
し、超伝導相と非超伝導相の構造および組成を制御し、
超伝導特性を向上させることのできる、新しいイオン注
入法による高温超伝導酸化物薄膜の改質方法を提供する
ことを目的としている。
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、特定の構成原子を選択的に変位
させるイオン種を高温超伝導酸化物薄膜に注入すること
を特徴とするイオン注入法による高温超伝導酸化物薄膜
の改質方法を提供する。この発明の高温超伝導酸化物薄
膜の改質方法においては、イオンの表面スパッタ効果に
よる表面組成の変化を避けるために、イオン加速電圧を
５０ｋｅＶ以上とし、かつイオン注入量を１０15個／cm
2 以上とすることが好ましい。このイオン注入量は、１
０15〜１０18個／cm2 の範囲とするのが特に好ましい。
また、Ｃａ等の特定の原子の変位を有効に生じさせるた
めには、イオン注入温度は低温であればあるほど好まし
く、たとえば３００Ｋから１０Ｋまでの範囲を例示する
ことができる。さらにまたこの発明においては、イオン
注入後の熱処理を８００℃以下の温度、たとえば600〜7
90℃で行うことを好ましい態様としてもいる。
を解決するものとして、特定の構成原子を選択的に変位
させるイオン種を高温超伝導酸化物薄膜に注入すること
を特徴とするイオン注入法による高温超伝導酸化物薄膜
の改質方法を提供する。この発明の高温超伝導酸化物薄
膜の改質方法においては、イオンの表面スパッタ効果に
よる表面組成の変化を避けるために、イオン加速電圧を
５０ｋｅＶ以上とし、かつイオン注入量を１０15個／cm
2 以上とすることが好ましい。このイオン注入量は、１
０15〜１０18個／cm2 の範囲とするのが特に好ましい。
また、Ｃａ等の特定の原子の変位を有効に生じさせるた
めには、イオン注入温度は低温であればあるほど好まし
く、たとえば３００Ｋから１０Ｋまでの範囲を例示する
ことができる。さらにまたこの発明においては、イオン
注入後の熱処理を８００℃以下の温度、たとえば600〜7
90℃で行うことを好ましい態様としてもいる。
【実施例】以下実施例を示し、この発明の高温超伝導酸
化物薄膜の改質方法についてさらに詳しく説明する。マ
グネトロン・スパッタ法によりＭｇＯ基板上に厚さ0.5
μｍのＢｉＳｒＣａＣｕＯ超伝導酸化物薄膜を蒸着した
後に、870 〜900 ℃の範囲で温度を変えて大気中熱処理
を施し、高温相および低温相の２相を含む混合相膜（試
料１）、低温相を主体とする単相膜（試料２）、および
Ｃａ−欠乏相を主体とする単相膜（試料３）を各々作製
した。ＢｉＳｒＣａＣｕＯ超伝導酸化物においては、Ｃ
ａ原子層の構造が超伝導特性を支配している。そこで、
Ｃａ原子を優先的に変位させるために、イオン種として
質量数が同程度であるＡｒイオンを選択した。このＡｒ
イオンに対する各構成原子の核弾性衝突散乱断面積を示
したものが表１である。
化物薄膜の改質方法についてさらに詳しく説明する。マ
グネトロン・スパッタ法によりＭｇＯ基板上に厚さ0.5
μｍのＢｉＳｒＣａＣｕＯ超伝導酸化物薄膜を蒸着した
後に、870 〜900 ℃の範囲で温度を変えて大気中熱処理
を施し、高温相および低温相の２相を含む混合相膜（試
料１）、低温相を主体とする単相膜（試料２）、および
Ｃａ−欠乏相を主体とする単相膜（試料３）を各々作製
した。ＢｉＳｒＣａＣｕＯ超伝導酸化物においては、Ｃ
ａ原子層の構造が超伝導特性を支配している。そこで、
Ｃａ原子を優先的に変位させるために、イオン種として
質量数が同程度であるＡｒイオンを選択した。このＡｒ
イオンに対する各構成原子の核弾性衝突散乱断面積を示
したものが表１である。
【表１】 表１からも明らかなように、結合状態を考慮すると、Ｃ
ａ原子の変位確率が最大となっている。以上の３つの薄
膜試料を室温300Ｋから低温１０Ｋまで冷却し、その各
々にＡｒイオンを加速電圧５０ｋｅＶ以上で照射し、１
０15〜１０18個／cm2 の範囲で注入した。この後に、60
0 〜790 ℃までの温度範囲で段階的に１時間の大気中熱
処理を行った。こうして得られた薄膜試料の各々につい
て、Ｘ線回折法と電気抵抗測定法によりその構造変化と
超伝導特性とを調べた。図１は、試料１にＡｒイオンを
２×１０16個／cm2 注入した後に、730 ℃まで熱処理し
た時の超伝導酸化物薄膜の温度と電気抵抗との関係を、
未処理の試料とともに示した相関図である。この図１か
らも明らかなように、未処理材（１）の超伝導遷移温度
Ｔｃは６０Ｋと低いが、処理材（２）では完全に回復し
Ｔｃ＝８０Ｋとなった。また、低温相に対する高温相の
体積比（Ｈ／Ｌ）も未処理材（１）の場合と比べて約２
倍まで改善された。さらに、処理材（２）の高温相生成
のための最適熱処理温度は730 〜760 ℃となり、従来の
未処理材（１）の場合よりも100 ℃以上低温化すること
ができるとともに、その許容温度範囲を５℃から３０℃
までへと約６倍に拡張できることが確認された。図２
は、試料２にＡｒイオンを５×１０15個／cm2 注入した
後に、790 ℃まで熱処理した時の超伝導酸化物薄膜の温
度と電気抵抗との関係を、未処理の試料とともに示した
相関図である。図２からも明らかなように、未処理材
（３）はＴｃ＝７５Ｋであったが、処理材（４）はＴｃ
＝８０Ｋにまで上昇した。また、Ｔｃ＝105 Ｋの高温相
が新たに生成し、薄膜の相構造が改質された。図３は、
試料３にＡｒイオンを２×１０17個／cm2 注入した後
に、790 ℃まで熱処理した時の超伝導酸化物薄膜の温度
と電気抵抗との関係を、未処理の試料とともに示した相
関図である。図３からも明らかなように、未処理材
（５）は半導体的性質を有し、超伝導性を示さなかった
が、処理材は（６）はＴｃ＝７８Ｋの良好な超伝導単相
膜に改質された。以上の結果をまとめて示したものが表
２である。
ａ原子の変位確率が最大となっている。以上の３つの薄
膜試料を室温300Ｋから低温１０Ｋまで冷却し、その各
々にＡｒイオンを加速電圧５０ｋｅＶ以上で照射し、１
０15〜１０18個／cm2 の範囲で注入した。この後に、60
0 〜790 ℃までの温度範囲で段階的に１時間の大気中熱
処理を行った。こうして得られた薄膜試料の各々につい
て、Ｘ線回折法と電気抵抗測定法によりその構造変化と
超伝導特性とを調べた。図１は、試料１にＡｒイオンを
２×１０16個／cm2 注入した後に、730 ℃まで熱処理し
た時の超伝導酸化物薄膜の温度と電気抵抗との関係を、
未処理の試料とともに示した相関図である。この図１か
らも明らかなように、未処理材（１）の超伝導遷移温度
Ｔｃは６０Ｋと低いが、処理材（２）では完全に回復し
Ｔｃ＝８０Ｋとなった。また、低温相に対する高温相の
体積比（Ｈ／Ｌ）も未処理材（１）の場合と比べて約２
倍まで改善された。さらに、処理材（２）の高温相生成
のための最適熱処理温度は730 〜760 ℃となり、従来の
未処理材（１）の場合よりも100 ℃以上低温化すること
ができるとともに、その許容温度範囲を５℃から３０℃
までへと約６倍に拡張できることが確認された。図２
は、試料２にＡｒイオンを５×１０15個／cm2 注入した
後に、790 ℃まで熱処理した時の超伝導酸化物薄膜の温
度と電気抵抗との関係を、未処理の試料とともに示した
相関図である。図２からも明らかなように、未処理材
（３）はＴｃ＝７５Ｋであったが、処理材（４）はＴｃ
＝８０Ｋにまで上昇した。また、Ｔｃ＝105 Ｋの高温相
が新たに生成し、薄膜の相構造が改質された。図３は、
試料３にＡｒイオンを２×１０17個／cm2 注入した後
に、790 ℃まで熱処理した時の超伝導酸化物薄膜の温度
と電気抵抗との関係を、未処理の試料とともに示した相
関図である。図３からも明らかなように、未処理材
（５）は半導体的性質を有し、超伝導性を示さなかった
が、処理材は（６）はＴｃ＝７８Ｋの良好な超伝導単相
膜に改質された。以上の結果をまとめて示したものが表
２である。
【表２】 このように、低温でＡｒイオンを注入することにより、
Ｃａ原子を優先的に変位させることができ、その後の比
較的低温での熱処理によって、Ｃａ原子の再配列が生
じ、低温相から高温相、また、Ｃａ−欠乏相から低温相
へと構造を改質させることができた。これによって、超
伝導遷移温度Ｔｃおよび超伝導相の量比の超伝導特性を
改善することが確認された。もちろんこの発明は、以上
の例によって限定されるものではない。高温超伝導酸化
物薄膜の種類および膜厚、注入するイオン種および注入
量、また、熱処理温度等の細部については様々な態様が
可能であることはいうまでもない。
Ｃａ原子を優先的に変位させることができ、その後の比
較的低温での熱処理によって、Ｃａ原子の再配列が生
じ、低温相から高温相、また、Ｃａ−欠乏相から低温相
へと構造を改質させることができた。これによって、超
伝導遷移温度Ｔｃおよび超伝導相の量比の超伝導特性を
改善することが確認された。もちろんこの発明は、以上
の例によって限定されるものではない。高温超伝導酸化
物薄膜の種類および膜厚、注入するイオン種および注入
量、また、熱処理温度等の細部については様々な態様が
可能であることはいうまでもない。
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
れば、イオン種を超伝導酸化物薄膜に応じて適当に選択
することにより特定の構成原子を選択的に変位させるこ
とができ、超伝導相構造および超伝導特性を再生・改質
することができる。また、超伝導相を生成させるための
熱処理温度を低下させることができ、その許容温度範囲
を拡張することも可能となる。さらには、イオン照射に
より薄膜表面の平坦化が進行し、安定性、電気接触性、
均一性等が向上するため、超伝導薄膜デバイス素子の表
面処理加工プロセスとして優れた効果を奏する。
れば、イオン種を超伝導酸化物薄膜に応じて適当に選択
することにより特定の構成原子を選択的に変位させるこ
とができ、超伝導相構造および超伝導特性を再生・改質
することができる。また、超伝導相を生成させるための
熱処理温度を低下させることができ、その許容温度範囲
を拡張することも可能となる。さらには、イオン照射に
より薄膜表面の平坦化が進行し、安定性、電気接触性、
均一性等が向上するため、超伝導薄膜デバイス素子の表
面処理加工プロセスとして優れた効果を奏する。
【図１】この発明の改質法により処理した高温相と低温
相の混合相からなるＢｉＳｒＣａＣｕＯ超伝導酸化物薄
膜の温度と電気抵抗との関係を、未処理の試料とともに
示した相関図である。
相の混合相からなるＢｉＳｒＣａＣｕＯ超伝導酸化物薄
膜の温度と電気抵抗との関係を、未処理の試料とともに
示した相関図である。
【図２】この発明の改質法により処理した低温相を主体
とするＢｉＳｒＣａＣｕＯ超伝導酸化物薄膜の温度と電
気抵抗との関係を、未処理の試料とともに示した相関図
である。
とするＢｉＳｒＣａＣｕＯ超伝導酸化物薄膜の温度と電
気抵抗との関係を、未処理の試料とともに示した相関図
である。
【図３】この発明の改質法により処理したＣａ−欠乏相
を主体とするＢｉＳｒＣａＣｕＯ超伝導酸化物薄膜の温
度と電気抵抗との関係を、未処理の試料とともに示した
相関図である。
を主体とするＢｉＳｒＣａＣｕＯ超伝導酸化物薄膜の温
度と電気抵抗との関係を、未処理の試料とともに示した
相関図である。
１，３，５ 未処理材 ２，４，６ 処理材
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年２月３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆ 9276−4Ｍ // Ｈ０１Ｂ 12/06 ＺＡＡ 7244−5Ｇ
Claims (5)
- 【請求項１】 特定の構成原子を選択的に変位させるイ
オン種を高温超伝導酸化物薄膜に注入することを特徴と
するイオン注入法による高温超伝導酸化物薄膜の改質方
法。 - 【請求項２】 イオン加速電圧を５０ｋｅＶ以上とし、
かつイオン注入量を１０15個／cm2 以上とする請求項１
の高温超伝導酸化物薄膜の改質方法。 - 【請求項３】 イオン注入温度を３００Ｋから１０Ｋま
での範囲とする請求項１の高温超伝導酸化物薄膜の改質
方法。 - 【請求項４】 イオン注入後、８００℃以下の温度で熱
処理する請求項１の高温超伝導酸化物薄膜の改質方法。 - 【請求項５】 Ａｒイオンを照射注入し、Ｃａを変位さ
せて、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ超伝導酸化物薄膜を改質させ
る請求項１の高温超伝導酸化物薄膜の改質方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3065293A JP2662609B2 (ja) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | 高温超伝導酸化物薄膜の改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3065293A JP2662609B2 (ja) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | 高温超伝導酸化物薄膜の改質方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06212422A true JPH06212422A (ja) | 1994-08-02 |
| JP2662609B2 JP2662609B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=13282739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3065293A Expired - Lifetime JP2662609B2 (ja) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | 高温超伝導酸化物薄膜の改質方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2662609B2 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6412428A (en) * | 1987-07-07 | 1989-01-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of superconducting film |
| JPS6489572A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-04 | Nec Corp | Manufacture of high temperature superconducting thin film |
| JPH01119076A (ja) * | 1987-10-30 | 1989-05-11 | Nec Corp | 酸化物超伝導体膜の製造方法 |
| JPH02181483A (ja) * | 1989-01-06 | 1990-07-16 | Shimadzu Corp | 超電導回路の製造方法 |
-
1991
- 1991-03-07 JP JP3065293A patent/JP2662609B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6412428A (en) * | 1987-07-07 | 1989-01-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of superconducting film |
| JPS6489572A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-04 | Nec Corp | Manufacture of high temperature superconducting thin film |
| JPH01119076A (ja) * | 1987-10-30 | 1989-05-11 | Nec Corp | 酸化物超伝導体膜の製造方法 |
| JPH02181483A (ja) * | 1989-01-06 | 1990-07-16 | Shimadzu Corp | 超電導回路の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2662609B2 (ja) | 1997-10-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |