JPH06291375A - Manufacture of thin film superconductor and its manufacture - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜超電導体の製造方
法及びその製造装置に関し、特に酸化物の薄膜超電導体
の製造方法及びその製造装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thin film superconductor and a manufacturing apparatus therefor, and more particularly to a method for manufacturing a thin film superconductor made of oxide and a manufacturing apparatus therefor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】薄膜化技術は、半導体を中心としたエレ
クトロニクス分野において、新材料の開発と共に進歩し
てきた。これらの薄膜は、単体元素の場合はごくまれ
で、一般には合金あるいは化合物である場合が多く、形
成方法によってその特性が著しく変化する。これら新材
料の創成及びそのデバイス化は、人工格子材料などに代
表されるように、薄膜化技術の向上によるところが多
い。2. Description of the Related Art Thin film technology has made progress with the development of new materials in the electronics field centered on semiconductors. These thin films are extremely rare in the case of a simple element, and in many cases, they are generally alloys or compounds, and their characteristics remarkably change depending on the forming method. The creation of these new materials and their deviceization are mostly due to the improvement of thin film forming technology as represented by artificial lattice materials.
【０００３】近年注目されている薄膜材料として、酸化
物の高温超電導体材料がある。これは、超電導転移温度
Ｔc が３０〜４０ケルビンを示すＢａ−Ｌａ−Ｃｕ−Ｏ
系の高温超電導体が発見されて以来［Ｊ．Ｇ．Ｂｅｄｎ
ｏｒｚ（ベドノルツ） ａｎｄ Ｋ．Ａ．Ｍｕｌｌｅｒ
（ミューラー）， ツァイトシュリフト・フュア・フィ
ジーク（Ｚｅｉｔｓｈｒｉｆｔ Ｆｕｒ Ｐｈｙｓｉｋ
Ｂ）−Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ Ｍａｔｔｅｒ， ｖｏ
ｌ．６４，１８９−１９３（１９８６）］、世界的に注
目を集め、Ｔc が９０ケルビンを超えるＹ−Ｂａ−Ｃｕ
−Ｏ系材料、Ｔcが１００ケルビンを超えるＢｉ−Ｓｒ
−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系材料、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ
系材料が相次いで発見された。As a thin film material that has been receiving attention in recent years, there is an oxide high temperature superconductor material. This is Ba-La-Cu-O having a superconducting transition temperature Tc of 30 to 40 Kelvin.
Since the discovery of high temperature superconductors in the system [J. G. Bedn
orz (bednorz) and K.K. A. Muller
(Müller), Zeitschrift Fur Physik
B) -Condensed Matter, vo
l. 64, 189-193 (1986)], Y-Ba-Cu with T c exceeding 90 Kelvin, which has received worldwide attention.
-O-based material, Bi-Sr with Tc exceeding 100 Kelvin
-Ca-Cu-O-based material, Tl-Ba-Ca-Cu-O
The system materials were discovered one after another.
【０００４】この種の材料の超電導機構の詳細は明かで
はないが、特性の向上あるいは集積化のためには、その
薄膜化が非常に重要である。高性能化という観点からす
れば、単結晶薄膜あるいは配向膜であることが望まし
く、ヘテロエピタキシャル成長技術の開発が重要であ
る。これらに関する研究は、スパッタリング法、反応性
蒸着法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、レーザ・アブレー
ション法など様々な薄膜堆積法に基づいて、多くの研究
機関で行われ、特定の手法については、すでに実験室段
階では達成されたといってよいものもある。しかし、実
用化・量産化の段階においては、組成・結晶構造・緻密
性等を制御して所望の特性を有する薄膜を再現性良く得
ることは、一般には容易でなかった。特に、この種の材
料は、構成元素である酸素の含有量によってその超電導
特性が大きく変化する。この課題に対し、従来において
は、形成後に酸化物被膜を８００℃以上の高温の酸素雰
囲気中で熱処理するか、あるいは、形成膜を酸素プラズ
マ中でプラズマ処理することにより、被膜中の酸素含有
量を補充したり、成膜中に活性度の高い酸化性ガスもし
くは酸化性ガスのプラズマを用いることにより被膜中の
酸素含有量を補っていた。Although the details of the superconducting mechanism of this kind of material are not clear, it is very important to reduce the film thickness in order to improve the characteristics or to integrate the materials. From the viewpoint of high performance, a single crystal thin film or an oriented film is desirable, and development of a heteroepitaxial growth technique is important. Research on these is carried out in many research institutes based on various thin film deposition methods such as a sputtering method, a reactive vapor deposition method, a CVD (chemical vapor deposition) method, and a laser ablation method. Some have already been achieved in the laboratory. However, at the stage of practical application and mass production, it is generally not easy to obtain a thin film having desired characteristics with good reproducibility by controlling the composition, crystal structure, denseness, and the like. In particular, the superconducting properties of this type of material greatly change depending on the content of oxygen as a constituent element. In order to solve this problem, conventionally, the oxide content in the film is formed by heat-treating the oxide film after formation in an oxygen atmosphere at a high temperature of 800 ° C. or higher, or by subjecting the formed film to plasma treatment in oxygen plasma. And the oxygen content in the film is supplemented by using a highly active oxidizing gas or plasma of an oxidizing gas during film formation.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、酸化物薄膜
超電導体の場合には、一般に、基板との格子不整合を少
なくし、活性度の高い堆積方法を用いることによって酸
素を除く構成元素の化学組成を合致させれば、酸素濃度
に関係なく、結晶化温度で結晶性の薄膜を得ることがで
きる。しかし、膜中の酸素欠損により、その超電導特性
が劣化する。By the way, in the case of an oxide thin film superconductor, in general, the chemistry of constituent elements except oxygen is reduced by reducing the lattice mismatch with the substrate and using a highly active deposition method. If the compositions are matched, a crystalline thin film can be obtained at the crystallization temperature regardless of the oxygen concentration. However, due to oxygen deficiency in the film, its superconducting properties deteriorate.
【０００６】この場合、前記したように複合化合物被膜
を炉等により酸素雰囲気中で熱処理すれば、良好な超電
導特性を有する酸化物薄膜超電導体を得ることができる
が、その条件設定が難しく、処理時間に長時間を要し、
さらには８００℃以上の高温プロセスを必要とするとい
う問題がある。In this case, as described above, if the composite compound film is heat-treated in an oxygen atmosphere in a furnace or the like, an oxide thin film superconductor having good superconducting properties can be obtained, but it is difficult to set the conditions and the treatment is difficult. It takes a long time,
Further, there is a problem that a high temperature process of 800 ° C. or higher is required.
【０００７】また、酸素プラズマ中でプラズマ処理を施
すという方法を採用すれば、比較的低温で酸化処理を行
なうことができるが、プラズマ自体は高々５０〜１００
ｅＶのエネルギーでしかないため、被膜の表面層のみし
か処理することができない。Further, if the method of performing the plasma treatment in oxygen plasma is adopted, the oxidation treatment can be performed at a relatively low temperature, but the plasma itself is at most 50-100.
Since the energy is only eV, only the surface layer of the coating can be processed.
【０００８】また、成膜中に活性度の高い酸化源を用い
るという方法を採用すれば、酸化は促進されるが、イオ
ン衝撃、プラズマダメージなどを受けて膜の結晶性が損
なわれることもあり、その結果、結晶性が良く、しかも
酸素欠損の少ない膜を形成するのは非常に困難である。Further, if a method of using an oxidation source having high activity during film formation is adopted, the oxidation is promoted, but the crystallinity of the film may be impaired due to ion bombardment or plasma damage. As a result, it is very difficult to form a film having good crystallinity and less oxygen deficiency.
【０００９】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、良質で高性能な酸化物超電導体を薄膜化すること
のできる薄膜超電導体の製造方法及びその製造装置を提
供することを目的とする。In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a thin film superconductor and a manufacturing apparatus therefor capable of forming a thin film of a high quality and high performance oxide superconductor. To do.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る薄膜超電導体の製造方法は、真空槽内
に基体を設置し、前記基体上に酸化物薄膜超電導体を気
相成長させる薄膜超電導体の製造方法であって、前記基
体の温度を結晶性薄膜が得られる温度に保持した状態で
基体上に薄膜を堆積させる工程と、非堆積中に堆積薄膜
に対して酸素イオンあるいは酸素プラズマを照射させる
工程とを交互に繰り返すことを特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, a method for producing a thin film superconductor according to the present invention is such that a substrate is placed in a vacuum chamber and an oxide thin film superconductor is vapor-phase grown on the substrate. A method of manufacturing a thin film superconductor, comprising: depositing a thin film on a substrate while maintaining the temperature of the substrate at a temperature at which a crystalline thin film is obtained; It is characterized in that the step of irradiating with oxygen plasma is alternately repeated.
【００１１】前記本発明方法の構成においては、薄膜の
堆積方法としてスパッタリング法を用い、基体を周期的
にターゲット上を通過させ、ターゲット上における堆積
工程と酸素イオン源あるいは酸素プラズマ源上を通過さ
せるイオン・プラズマ処理工程とを周期的に繰り返すの
が好ましい。In the above-mentioned method of the present invention, a sputtering method is used as a method for depositing a thin film, a substrate is periodically passed over a target, and a deposition process on the target and an oxygen ion source or an oxygen plasma source are passed. It is preferable to periodically repeat the ion plasma treatment step.
【００１２】また、本発明に係る薄膜超電導体の製造装
置は、同一真空槽内に、基体の温度を結晶性薄膜が得ら
れる温度に保持した状態で前記基体上に薄膜を堆積させ
る機構と、堆積薄膜に酸素イオンあるいは酸素プラズマ
を照射させる機構とを備え、かつ、前記基体を前記堆積
機構と前記酸素イオン・プラズマ照射機構との間で交互
に移動させる機構を備えたものである。The thin film superconductor manufacturing apparatus according to the present invention further comprises a mechanism for depositing a thin film on the substrate in the same vacuum chamber while maintaining the temperature of the substrate at a temperature at which a crystalline thin film is obtained. A mechanism for irradiating the deposited thin film with oxygen ions or oxygen plasma, and a mechanism for alternately moving the substrate between the deposition mechanism and the oxygen ion / plasma irradiation mechanism.
【００１３】前記本発明装置の構成においては、薄膜の
堆積機構がスパッタリング堆積機構であるのが好まし
い。また、前記本発明装置の構成においては、酸素イオ
ンあるいは酸素プラズマを照射させる機構が、マイクロ
波を用いたプラズマ分解によるプラズマ処理装置であっ
て、電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界を印加す
ることのできる機構を備えているのが好ましい。In the structure of the apparatus of the present invention, the thin film deposition mechanism is preferably a sputtering deposition mechanism. Further, in the configuration of the device of the present invention, the mechanism for irradiating oxygen ions or oxygen plasma is a plasma processing device by plasma decomposition using microwaves, and a magnetic field satisfying the electron cyclotron resonance condition can be applied. It is preferable to have a mechanism.
【００１４】また、前記本発明装置の構成においては、
基体の移動機構が、同一軸を中心として一定速度で回転
させる回転機構であるのが好ましい。Further, in the configuration of the device of the present invention,
It is preferable that the base moving mechanism is a rotating mechanism that rotates at a constant speed about the same axis.
【００１５】[0015]
【作用】前記本発明方法の構成によれば、堆積した薄膜
の結晶性を非堆積中に逐次安定させながら、膜中の酸素
濃度も補充することができるので、超電導転移温度、超
電導臨界電流密度などの特性の優れた薄膜超伝導体を形
成することができる。従って、この種の材料を用いたデ
バイス等の応用を考えた場合、工業的に極めて大きな価
値を有する。According to the above-mentioned method of the present invention, the oxygen concentration in the deposited thin film can be supplemented while the crystallinity of the deposited thin film is sequentially stabilized during non-deposition, so that the superconducting transition temperature and the superconducting critical current density can be improved. It is possible to form a thin film superconductor having excellent characteristics such as. Therefore, when considering the application of a device using this type of material, it has an extremely great industrial value.
【００１６】前記本発明方法の構成において、薄膜の堆
積方法としてスパッタリング法を用い、基体を周期的に
ターゲット上を通過させ、ターゲット上における堆積工
程と酸素イオン源あるいは酸素プラズマ源上を通過させ
るイオン・プラズマ処理工程とを周期的に繰り返すとい
う好ましい構成によれば、比較的簡便な装置で容易に薄
膜超電導体を気相成長させることができる。In the above-described method of the present invention, a sputtering method is used as a method for depositing a thin film, the substrate is periodically passed over the target, and the deposition step on the target and the ions are passed through an oxygen ion source or an oxygen plasma source. -With a preferable configuration in which the plasma treatment step is periodically repeated, the thin film superconductor can be easily vapor-phase grown with a relatively simple device.
【００１７】また、前記本発明装置の構成によれば、超
電導転移温度、超電導臨界電流密度などの特性の優れた
薄膜超伝導体を効率良く合理的に形成することができ
る。前記本発明装置の構成において、酸素イオンあるい
は酸素プラズマを照射させる機構が、マイクロ波を用い
たプラズマ分解によるプラズマ処理装置であって、電子
サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界を印加することの
できる機構を備えているという好ましい構成によれば、
酸化作用に重要な役割を果たす原子状酸素を多量に発生
でき、かつ、低圧（例えば、１０-3〜１０Ｐａ）でプラ
ズマを発生できるので、発生した原子状酸素を他の粒子
に衝突させることなく堆積薄膜の表面まで輸送でき、そ
の結果、薄膜超電導体を確実かつ容易に酸化することが
できる。Further, according to the structure of the device of the present invention, a thin film superconductor having excellent characteristics such as superconducting transition temperature and superconducting critical current density can be efficiently and rationally formed. In the configuration of the device of the present invention, the mechanism for irradiating oxygen ions or oxygen plasma is a plasma processing apparatus by plasma decomposition using microwaves, and is provided with a mechanism capable of applying a magnetic field satisfying an electron cyclotron resonance condition. According to the preferred configuration that
Since a large amount of atomic oxygen that plays an important role in the oxidizing action can be generated and plasma can be generated at a low pressure (for example, 10 −3 to 10 Pa), the generated atomic oxygen does not collide with other particles. It can be transported to the surface of the deposited thin film, so that the thin film superconductor can be reliably and easily oxidized.
【００１８】[0018]
【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。図１に、本実施例で用いた薄膜形成装置の
概略図を示す。EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. FIG. 1 shows a schematic view of the thin film forming apparatus used in this example.
【００１９】図１に示すように、真空槽１は、スパッタ
堆積室２と酸素イオン・プラズマ源を有する酸化処理室
３との２つの機構によって構成されている。ここで、ス
パッタ堆積室２と酸化処理室３とは仕切４によって仕切
られており、スパッタ堆積室２及び酸化処理室３はそれ
ぞれ排気ポンプ１４、１６によってほぼ真空状態に保持
される。尚、各室の真空度には、それぞれ排気バルブ１
３、１５を調整することによって最大一桁程度の圧力差
をつけることができる。スパッタリング方式としてはマ
グネトロンスパッタ法を用いている。また、スパッタ堆
積室２内には、焼結した酸化物超電導体材料がターゲッ
ト５として設置されており、高周波電源（１３．５６Ｍ
Ｈｚ）２０を用いることによって高周波電界を印加する
ことができる。As shown in FIG. 1, the vacuum chamber 1 is composed of two mechanisms, a sputter deposition chamber 2 and an oxidation treatment chamber 3 having an oxygen ion plasma source. Here, the sputter deposition chamber 2 and the oxidation treatment chamber 3 are partitioned by a partition 4, and the sputter deposition chamber 2 and the oxidation treatment chamber 3 are held in a substantially vacuum state by exhaust pumps 14 and 16, respectively. In addition, the exhaust valves 1
By adjusting Nos. 3 and 15, a pressure difference of about one digit at the maximum can be provided. The magnetron sputtering method is used as the sputtering method. Further, a sintered oxide superconductor material is installed as a target 5 in the sputter deposition chamber 2, and a high frequency power source (13.56M) is used.
(Hz) 20 can be used to apply a high frequency electric field.
【００２０】一方、酸化処理室３にはイオン・プラズマ
発生室１９が連結されており、該イオン・プラズマ発生
室１９は導波管１８を介してマイクロ波源１７に連結さ
れている。これにより、マイクロ波源１７から導波管１
８を介してイオン・プラズマ発生室１９へ周波数２．４
５ＧＨｚのマイクロ波を導入し、電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）条件を満たす８７５ガウス程度の磁界を印
加すれば、１０-4Ｔｏｒｒ程度の酸素ガス圧の下、酸化
処理室３内に高活性な酸素イオン・プラズマを発生させ
ることができる。すなわち、ＥＣＲプラズマは、高励
起、高密度であるため、酸化作用に重要な役割を果たす
原子状酸素を多量に発生でき、かつ、低圧（例えば、１
０-3〜１０Ｐａ）でプラズマを発生できるので、発生し
た原子状酸素を他の粒子に衝突させることなく堆積薄膜
の表面まで輸送でき、その結果、薄膜超電導体を確実か
つ容易に酸化することができる。On the other hand, an ion / plasma generating chamber 19 is connected to the oxidation treatment chamber 3, and the ion / plasma generating chamber 19 is connected to a microwave source 17 via a waveguide 18. This allows the microwave source 17 to guide the waveguide 1
To the ion / plasma generation chamber 19 through the frequency 2.4.
If a microwave of 5 GHz is introduced and a magnetic field of about 875 Gauss that satisfies the electron cyclotron resonance (ECR) condition is applied, highly active oxygen ions are generated in the oxidation treatment chamber 3 under an oxygen gas pressure of about 10 −4 Torr. -A plasma can be generated. That is, since ECR plasma is highly excited and has a high density, it can generate a large amount of atomic oxygen that plays an important role in the oxidation action, and at a low pressure (for example, 1
Since plasma can be generated at 0 -3 to 10 Pa), the generated atomic oxygen can be transported to the surface of the deposited thin film without colliding with other particles, and as a result, the thin film superconductor can be reliably and easily oxidized. it can.
【００２１】基体６は、基体ホルダー７の回転により、
ターゲット５の直上及び酸素イオン・プラズマ源を通過
するようにされている。また、基体ホルダー７は、プラ
ズマからの電子及びイオンの衝撃を抑制するために電気
的に浮いた状態、すなわちフローティング状態にされて
いる。The base 6 is rotated by the base holder 7,
It is designed to pass directly above the target 5 and the oxygen ion plasma source. The substrate holder 7 is in an electrically floating state, that is, a floating state in order to suppress the impact of electrons and ions from the plasma.
【００２２】尚、図１中、８はシャッター、９はマグネ
ット、１０は基体加熱用のランプヒーター、１１は回転
機構、１２は絶縁部、２１は整合器である。薄膜形成装
置を以上のように構成することにより、ＡｒとＯ2 の混
合ガス雰囲気でターゲット５をスパッタリングしながら
基体ホルダー７を回転させれば、基体６の温度を一定に
保持した状態で薄膜の堆積速度を周期的に変化させるこ
とができる。In FIG. 1, 8 is a shutter, 9 is a magnet, 10 is a lamp heater for heating the substrate, 11 is a rotating mechanism, 12 is an insulating portion, and 21 is a matching unit. By configuring the thin film forming apparatus as described above, if the substrate holder 7 is rotated while the target 5 is sputtered in a mixed gas atmosphere of Ar and O 2 , the temperature of the substrate 6 is kept constant. The deposition rate can be changed periodically.
【００２３】以下、具体的実施例を挙げて、本発明をよ
り詳細に説明する。図１に示した薄膜形成装置を用い
て、薄膜超電導体ＧｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ1-z を形成する場
合について述べる。The present invention will be described in more detail with reference to specific examples. A case of forming a thin film superconductor GdBa 2 Cu 3 O 1-z using the thin film forming apparatus shown in FIG. 1 will be described.
【００２４】基体６としてＭｇＯ（１００）単結晶基体
を用い、ターゲット５として、焼結した酸化物超電導体
ＧｄＢａ2 Ｃｕ4 Ｏx を用いた。そして、基体６を６０
０℃に加熱し、アルゴン・酸素（１：１）混合雰囲気
０．４Ｐａのガス中でターゲット５のスパッタリングを
行い、基体６上に膜厚１００ｎｍの薄膜を形成した。こ
の場合、０．０５Ｐａの酸素ガス圧の下、マイクロ波電
力１００Ｗを印加することによって酸化処理室３内に高
活性な酸素イオン・プラズマを発生させ、基体ホルダー
７を４ｒｐｍの速度で回転させることにより、薄膜堆積
工程と酸素イオン・プラズマ照射工程とを交互に繰り返
して、薄膜超電導体ＧｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ1- z を気相成長
させた。A MgO (100) single crystal substrate was used as the substrate 6, and a sintered oxide superconductor GdBa 2 Cu 4 O x was used as the target 5. Then, the base 6 is set to 60
The target 5 was heated at 0 ° C., and the target 5 was sputtered in a gas of an argon / oxygen (1: 1) mixed atmosphere of 0.4 Pa to form a thin film having a thickness of 100 nm on the substrate 6. In this case, by applying a microwave power of 100 W under an oxygen gas pressure of 0.05 Pa, a highly active oxygen ion plasma is generated in the oxidation treatment chamber 3, and the substrate holder 7 is rotated at a speed of 4 rpm. Thus, the thin film deposition step and the oxygen ion / plasma irradiation step were alternately repeated to vapor - deposit the thin film superconductor GdBa 2 Cu 3 O 1- z .
【００２５】結晶性の高いペロブスカイト構造の薄膜を
形成するためには、基体６の温度は５５０〜６５０℃の
範囲内にあるのが好ましく、また、ＡｒとＯ2 の混合比
はＡｒ／Ｏ2 ＝１〜５、ガス圧は０．１〜０．５Ｐａの
範囲内にあるのが好ましい。また、堆積速度は、ターゲ
ット−基板間の距離が８５ｍｍである場合、２００〜４
００Ｗの入力パワーで０．５〜２．５オングストローム
／ｓｅｃであった。薄膜の結晶性・モフォロジー等は、
これらスパッタリング条件と共に変化し、電気抵抗、臨
界電流密度等の電気特性も変化する。In order to form a thin film having a perovskite structure with high crystallinity, the temperature of the substrate 6 is preferably in the range of 550 to 650 ° C., and the mixing ratio of Ar and O 2 is Ar / O 2. = 1 to 5 and the gas pressure is preferably in the range of 0.1 to 0.5 Pa. Further, the deposition rate is 200 to 4 when the distance between the target and the substrate is 85 mm.
It was 0.5 to 2.5 angstrom / sec with an input power of 00W. The crystallinity and morphology of thin films are
It changes with these sputtering conditions, and electric characteristics such as electric resistance and critical current density also change.
【００２６】図２に、上記のようにして形成した薄膜超
電導体ＧｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ1-z の抵抗率の温度変化を示
す。非堆積工程において、酸素イオン・プラズマ処理を
行なう場合（本実施例の場合）と行わない場合について
示した。酸素イオン・プラズマ処理を行なわなかったも
のについては、超電導の兆候を示すオンセット温度が９
２ケルビン、ゼロ抵抗温度が７２ケルビンであったが、
酸素イオン・プラズマ処理を行なったものについては、
オンセット温度が９３ケルビン、ゼロ抵抗温度が８８ケ
ルビンであり、非堆積工程における酸素イオン・プラズ
マ照射による特性向上の効果が現われている。FIG. 2 shows the temperature change of the resistivity of the thin film superconductor GdBa 2 Cu 3 O 1-z formed as described above. In the non-deposition step, the case where the oxygen ion plasma treatment is performed (in the present embodiment) and the case where it is not performed are shown. For those not subjected to oxygen ion / plasma treatment, the onset temperature, which is a sign of superconductivity, is 9
2 Kelvin, zero resistance temperature was 72 Kelvin,
For those that have undergone oxygen ion / plasma treatment,
The onset temperature is 93 Kelvin and the zero resistance temperature is 88 Kelvin, which shows the effect of improving the characteristics by the oxygen ion plasma irradiation in the non-deposition process.
【００２７】このように薄膜超電導体の特性を向上させ
ることができたのは、非堆積工程において結晶性の安定
化及び膜の緻密化が行なわれる上に、酸素イオン・プラ
ズマ照射による酸化処理によって酸素欠損が防止される
ためであると考えられる。The characteristics of the thin film superconductor can be improved in this way because the crystallinity is stabilized and the film is densified in the non-deposition process, and the oxidation treatment by oxygen ion plasma irradiation is performed. It is considered that this is because oxygen deficiency is prevented.
【００２８】尚、本発明のように非堆積工程を間欠的に
取り入れて薄膜の高品質化を図る試みは、実験室レベル
では検討されていたが、主にシャッターや蒸着源の制御
による場合が多く、スループット点で劣り、また、いず
れも堆積条件の不安定性が懸念されるものであった。Although an attempt to improve the quality of a thin film by intermittently incorporating the non-deposition process as in the present invention has been studied at the laboratory level, it may be mainly controlled by a shutter or a vapor deposition source. In many cases, the throughput was inferior, and in all cases, the instability of the deposition conditions was a concern.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る薄膜
超電導体の製造方法によれば、堆積した薄膜の結晶性を
非堆積中に逐次安定させながら、膜中の酸素濃度も補充
することができるので、超電導転移温度、超電導臨界電
流密度などの特性の優れた薄膜超伝導体を形成すること
ができる。従って、この種の材料を用いたデバイス等の
応用を考えた場合、工業的に極めて大きな価値を有す
る。As described above, according to the method for manufacturing a thin film superconductor according to the present invention, the oxygen concentration in the film is replenished while the crystallinity of the deposited thin film is sequentially stabilized during non-deposition. Therefore, it is possible to form a thin film superconductor having excellent characteristics such as superconducting transition temperature and superconducting critical current density. Therefore, when considering the application of a device using this type of material, it has an extremely great industrial value.
【００３０】本発明方法の構成において、薄膜の堆積方
法としてスパッタリング法を用い、基体を周期的にター
ゲット上を通過させ、ターゲット上における堆積工程と
酸素イオン源あるいは酸素プラズマ源上を通過させるイ
オン・プラズマ処理工程とを周期的に繰り返すという好
ましい構成によれば、比較的簡便な装置で容易に薄膜超
電導体を気相成長させることができる。In the configuration of the method of the present invention, a sputtering method is used as a thin film deposition method, the substrate is periodically passed over the target, and the deposition step on the target and the oxygen ion source or the oxygen plasma source are passed through. According to a preferable configuration in which the plasma treatment step is periodically repeated, the thin film superconductor can be easily vapor-phase grown with a relatively simple device.
【００３１】また、本発明に係る薄膜超電導体の製造装
置の構成によれば、超電導転移温度、超電導臨界電流密
度などの特性の優れた薄膜超伝導体を効率良く合理的に
形成することができる。Further, according to the structure of the apparatus for manufacturing a thin film superconductor according to the present invention, a thin film superconductor having excellent characteristics such as superconducting transition temperature and superconducting critical current density can be efficiently and rationally formed. .
【００３２】本発明装置の構成において、酸素イオンあ
るいは酸素プラズマを照射させる機構が、マイクロ波を
用いたプラズマ分解によるプラズマ処理装置であって、
電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界を印加するこ
とのできる機構を備えているという好ましい構成によれ
ば、酸化作用に重要な役割を果たす原子状酸素を多量に
発生でき、かつ、低圧（例えば、１０-3〜１０Ｐａ）で
プラズマを発生できるので、発生した原子状酸素を他の
粒子に衝突させることなく堆積薄膜の表面まで輸送で
き、その結果、薄膜超電導体を確実かつ容易に酸化する
ことができる。In the structure of the apparatus of the present invention, the mechanism for irradiating oxygen ions or oxygen plasma is a plasma processing apparatus by plasma decomposition using microwaves,
According to the preferable configuration in which a mechanism capable of applying a magnetic field satisfying the electron cyclotron resonance condition is provided, it is possible to generate a large amount of atomic oxygen that plays an important role in the oxidative action, and to generate a low pressure (for example, 10 − Since plasma can be generated at 3 to 10 Pa), the generated atomic oxygen can be transported to the surface of the deposited thin film without colliding with other particles, and as a result, the thin film superconductor can be reliably and easily oxidized.
【図１】本発明に係る薄膜超電導体の製造装置の一実施
例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an apparatus for manufacturing a thin film superconductor according to the present invention.
【図２】本発明に係る薄膜超電導体の製造方法の一実施
例により形成された薄膜超電導体の抵抗率の温度特性図
である。FIG. 2 is a temperature characteristic diagram of resistivity of a thin film superconductor formed by an embodiment of a method for manufacturing a thin film superconductor according to the present invention.
１ 真空槽 ２ スパッタ堆積室 ３ 酸化処理室 ４ 仕切 ５ ターゲット ６ 基体 ７ 基体ホルダー ８ シャッター ９ マグネット １０ ランプヒーター １１ 回転機構 １２ 絶縁部 １３ 排気バルブ １４ 排気ポンプ １５ 排気バルブ １６ 排気ポンプ １７ マイクロ波源 １８ 導波管 １９ 酸素イオン・プラズマ発生室 ２０ 高周波電源 ２１ 整合器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum tank 2 Sputter deposition chamber 3 Oxidation treatment chamber 4 Partition 5 Target 6 Substrate 7 Substrate holder 8 Shutter 9 Magnet 10 Lamp heater 11 Rotating mechanism 12 Insulation part 13 Exhaust valve 14 Exhaust pump 15 Exhaust valve 16 Exhaust pump 17 Microwave source 18 Conduct Wave tube 19 Oxygen ion / plasma generation chamber 20 High frequency power supply 21 Matching device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小牧 一樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuki Komaki 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Takashi Hirao 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (6)
酸化物薄膜超電導体を気相成長させる薄膜超電導体の製
造方法であって、前記基体の温度を結晶性薄膜が得られ
る温度に保持した状態で基体上に薄膜を堆積させる工程
と、非堆積中に堆積薄膜に対して酸素イオンあるいは酸
素プラズマを照射させる工程とを交互に繰り返すことを
特徴とする薄膜超電導体の製造方法。1. A method for producing a thin film superconductor in which a substrate is placed in a vacuum chamber and an oxide thin film superconductor is vapor-phase grown on the substrate, wherein the temperature of the substrate is a temperature at which a crystalline thin film is obtained. A method for producing a thin film superconductor, characterized by alternately repeating a step of depositing a thin film on a substrate while being held at a temperature and a step of irradiating a deposited thin film with oxygen ions or oxygen plasma during non-deposition.
を用い、基体を周期的にターゲット上を通過させ、ター
ゲット上における堆積工程と酸素イオン源あるいは酸素
プラズマ源上を通過させるイオン・プラズマ処理工程と
を周期的に繰り返す請求項１に記載の薄膜超電導体の製
造方法。2. A sputtering method is used as a method for depositing a thin film, wherein a substrate is periodically passed over a target, and a deposition step on the target and an ion / plasma treatment step in which the substrate is passed over an oxygen ion source or an oxygen plasma source. The method for producing a thin film superconductor according to claim 1, which is periodically repeated.
膜が得られる温度に保持した状態で前記基体上に薄膜を
堆積させる機構と、堆積薄膜に酸素イオンあるいは酸素
プラズマを照射させる機構とを備え、かつ、前記基体を
前記堆積機構と前記酸素イオン・プラズマ照射機構との
間で交互に移動させる機構を備えた薄膜超電導体の製造
装置。3. A mechanism for depositing a thin film on the substrate while maintaining the temperature of the substrate in the same vacuum chamber at a temperature at which a crystalline thin film is obtained, and a mechanism for irradiating the deposited thin film with oxygen ions or oxygen plasma. And a mechanism for moving the substrate alternately between the deposition mechanism and the oxygen ion / plasma irradiation mechanism.
構である請求項３に記載の薄膜超電導体の製造装置。4. The thin-film superconductor manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the thin-film deposition mechanism is a sputtering deposition mechanism.
させる機構が、マイクロ波を用いたプラズマ分解による
プラズマ処理装置であって、電子サイクロトロン共鳴条
件を満たす磁界を印加することのできる機構を備えた請
求項３に記載の薄膜超電導体の製造装置。5. A plasma processing apparatus for irradiating oxygen ions or oxygen plasma, which is a plasma processing apparatus by plasma decomposition using microwaves, and is provided with a mechanism capable of applying a magnetic field satisfying an electron cyclotron resonance condition. 3. The apparatus for manufacturing a thin film superconductor according to item 3.
一定速度で回転させる回転機構である請求項３に記載の
薄膜超電導体の製造装置。6. The apparatus for manufacturing a thin film superconductor according to claim 3, wherein the moving mechanism of the substrate is a rotating mechanism which rotates at a constant speed about the same axis.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7557393A JPH06291375A (en) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | Manufacture of thin film superconductor and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP7557393A JPH06291375A (en) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | Manufacture of thin film superconductor and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06291375A true JPH06291375A (en) | 1994-10-18 |
Family
ID=13580073
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP7557393A Pending JPH06291375A (en) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | Manufacture of thin film superconductor and its manufacture |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPH06291375A (en) |
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-
1993
- 1993-04-01 JP JP7557393A patent/JPH06291375A/en active Pending
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