JPH07106900B2 - 超伝導薄膜の製造方法 - Google Patents

超伝導薄膜の製造方法

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JPH07106900B2
JPH07106900B2 JP1042726A JP4272689A JPH07106900B2 JP H07106900 B2 JPH07106900 B2 JP H07106900B2 JP 1042726 A JP1042726 A JP 1042726A JP 4272689 A JP4272689 A JP 4272689A JP H07106900 B2 JPH07106900 B2 JP H07106900B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は超伝導薄膜の製造方法に関し、特にエキシマレ
ーザを用いたBa−Y−Cu−O系超伝導薄膜の製造方法に
関する。
「従来の技術」 従来、超伝導薄膜を製造する製造方法として、SrTiO3
からなる基板上にCVD(化学気相成長)法、スパッタ
法、或いはレーザアブレーション法等によりBa−Y−Cu
−O系材料のアモルファス状薄膜を堆積させ、次にO2
在下(大気下)にて約900℃で1〜2時間の高温アニー
ルを行ない、さらにその後、O2存在下にて該基板を極め
てゆっくりと冷却し、または約450℃で10時間の低温ア
ニールを施す方法が知られている。
また従来、基板上に超伝導材料を堆積させながら間欠的
に、例えば堆積を開始してから10分後と20分後とにルビ
ーレーザを照射して堆積した超伝導材料を加熱すること
により、上述の高温アニールを省略するようにしたもの
も提案されている(特開昭63−262879号公報)。
さらに従来一般に、アニールの−手段としてレーザアニ
ール法が知られており、そのレーザとしてYAGレーザ、
エキシマレーザ、CO2レーザ、窒素レーザを用いること
が知られている(特開昭63−224271号公報)。
「発明が解決しようとする課題」 ところで、高温アニールを行うようにした従来の製造方
法においては、約900℃という高温を1〜2時間継続す
る必要があるので、処理時間がかかるとともにランニン
グコストがかかり、また基板組成物質が熱によって膜中
に拡散するという問題があった。
また、上述した高温アニールの代りにレーザアニールを
行う場合、特にBa−Y−Cu−O系超伝導材料について
は、例えばCO2レーザでレーザアニールを行うとその波
長(10.6μm)では吸収係数が小さいことから基板が加
熱されてしまい、高温で安定しているSrTiO3基板では超
伝導状態が得られても、より安価なc−Si(結晶シリコ
ン)基板、アルミナ基板、或いは石英基板ではその加熱
により超伝導状態を得ることが困難であった。
他方、エキシマレーザは吸収係数が大きいことからこれ
を用いれば基板の加熱を防止することができるが、少な
くともBa−Y−Cu−O系超伝導材料については、吸収係
数が大きすぎて基板上に堆積された超伝導材料のごく表
面だけしか加熱することができず、いずれの基板であっ
ても超伝導状態を得ることが困難であった。また仮にエ
キシマレーザの出力を増大させると、基板上に堆積され
た超伝導材料を吹飛ばす結果となっていた。
「課題を解決するための手段」 本発明はそのような事情に鑑み、Ba−Y−Cu−O系超伝
導材料からな原料を蒸発させて該超伝導材料を連続的に
基板上に堆積させるとともに、該基板上に連続的に堆積
される超伝導材料に、その連続的な堆積の過程において
連続的にエキシマレーザを照射して、上記基板上に超伝
導薄膜を形成するようにしたものである。
「作用」 上記製造方法によれば、エキシマレーザの吸収係数が大
きくても、基板上に堆積される超伝導材料を連続的に加
熱することによってその結晶化を図ることができ、しか
もエキシマレーザの吸収係数が大きいことから基板の加
熱を抑制することができるので、SrTiO3基板は勿論、安
価なc−Si基板、アルミナ基板、或いは石英基板を用い
ても超伝導状態を得ることが可能となる。
「実施例」 以下図示実施例について本発明の製造方法を説明する
と、第1図において、先ず真空槽1内の所定位置にc−
Siからなる基板2と、Ba2YCu3Oxからなるぺレット状の
原料3とをセットする。このとき、上記基板2および原
料3をそれぞれX−Yテーブル4、5に取付け、各テー
ブル4、5によってそれぞれ位置調整を行うことができ
るようにしている。
次に、真空槽1の出口6から内部のエアを吸引して真空
槽1内の圧力を低下させるとともに真空槽1の入口7か
らO2を供給し、さらにテーブル4を設けたヒータ8に通
電して上記c−Si基板2を加熱する。そしてこの状態に
おいて、パルスエキシマレーザ装置11を発振させて上記
Ba2YCu3Ox原料3にスプリッタ12およびレンズ13を介し
てエキシマレーザL1を照射し、該原料3からベーパを発
生させて上記c−Si基板2上に超伝導材料14を堆積させ
る。
このとき、原料3の同一位置に、例えば5分以上連続し
てエキシマレーザL1を照射すると照射部分の材質が変質
してしまうため、上記X−Yテーブル5によって連続的
又は間欠的に原料3を移動させることが望ましい。
他方、上記スプリッタ12によって分岐されたエキシマレ
ーザL2は、ミラー16、カルバノミラー17およびレンズ18
を介して上記c−Si基板2上に堆積された超伝導材料14
に照射され、該超伝導材料14を加熱して超伝導材料から
なる薄膜19を形成するようになる。
この場合、上記超伝導材料14に照射するエキシマレーザ
L2のエネルギ密度と原料3に照射するエキシマレーザL1
のエネルギ密度とは、それぞれレンズ13、18を所望のも
のに交換し、或いはそれらの位置を変更することによっ
て調節することができる。また上記超伝導材料14を基板
2上に広く均一に堆積させるために、X−Yテーブル4
によって基板2を移動させることが望ましく、或いは基
板2を回転テーブル上に載置しても同様に超伝導材料14
を基板2上に広く均一に堆積させることができる。さら
に、エキシマレーザL2を絞ってガルバノミラー17で該エ
キシマレーザL2の照射位置をX−Y方向に移動させるよ
うにすれば、基板2上に堆積した超伝導材料14に所望の
回路を描くことが可能となる。
ところで、上記エキシマレーザL2の照射開始時には基板
2上に超伝導材料14が堆積していないため、直接基板2
に照射されて該基板2を加熱するため、基板2を損傷さ
せる虞がある。これを避けるためには、上記エキシマレ
ーザL2の光軸上にシャッタ20を設け、基板2上に超伝導
材料14が僅かに堆積されてからシャッタ20を開くように
すればよい。
このようにして基板2上に所要厚さの薄膜19を形成した
ら、次にO2雰囲気中で低温アニールを施して、超伝導薄
膜を完成する。
上述したように、基板2上に連続的に堆積される超伝導
材料14に、それの連続的な堆積の過程において連続的に
エキシマレーザL2を照射すれば、エキシマレーザL2の吸
収係数が大きくても超伝導材料14のごく表面だけしか加
熱できなくても、確実に基板2上に所望厚さの薄膜19を
形成することができる。
そして上記エキシマレーザL2の吸収係数が大きいため、
該エキシマレーザL2が基板2を加熱することが抑制で
き、したがって高温で安定しているSrTiO3基板を用いる
ことができることはもとより、より安価なc−Si基板2
やその他のアルミナ基板、或いは石英基板をも用いるこ
とが可能となる。
また、上記基板2上の超伝導材料14に照射するレーザを
エキシマレーザL2とすることによって、薄膜19の平坦性
を向上させることができる。
さらに、基板2上に超伝導材料14を堆積させる手段とし
て一般にスパッタ法を用いることが多いが、スパッタ法
の場合は原料3の組成に対して基板2上に堆積させる超
伝導材料14の組成が変化するため、原料3の組成をその
変化を見込んだものにする必要がある。しかしながら、
レーザアブレーション法によれば、原料3の組成と基板
2上に堆積した超伝導材料14の組成とが同一となるた
め、そのような見込みが不要となる。但し、O2量はアブ
レーションを例えばN2O等の雰囲気中で行うので、若干
少なくてもよい。
次に、本発明にかかる超伝導薄膜の製造方法の具体例を
示すと、下記のとおりである。
レーザ装置11の発振周波数 5Hz 波長 193nm(ArFエキシマレーザ) 基板2の材質 c−Si 原料3の材質 Ba2YCu3Ox 原料表面のエネルギ密度 2J/cm2・shot 超伝導薄膜表面のエネルギ密度 20〜52mJ/cm2・shot 基板加熱用ヒータ温度 600℃ 真空槽内の圧力 27Pa 堆積時間 90分 超伝導薄膜の膜厚 0.8〜2μm また、低温アニールの条件は、下記の通りである。
基板温度 490℃ 雰囲気 O2 1.3kPa 時間 2時間 上記条件で製造した超伝導薄膜a、b、cの抵抗温度依
存性を第2図に示す。ここで、超伝導薄膜aは超伝導薄
膜表面のエネルギ密度を20mJ/cm2・shotとしたもの、ま
た超伝導薄膜b、cはそれぞれエネルギ密度を26mJ/cm2
・shot、52mJ/cm2・shotとしたものである。
同図から理解されるように、基板2上に連続的に堆積さ
れる超伝導材料14にエキシマレーザL2を連続的に照射し
て薄膜19を形成すれば、c−Si基板2であっても優れた
性能の超伝導薄膜を得ることができる。
なお上記実験において、基板2上に堆積される超伝導材
料14にエキシマレーザL2を照射しなくても、その後に低
温アニールを施すことによって超伝導薄膜が得られるこ
とがあった。これは基板加熱用ヒータ温度600℃と比較
的高温に設定しているので、何等かの原因で偶然的に超
伝導薄膜が得られるものと考えられる。しかしながら上
記超伝導薄膜a、b、cのように、安定して超伝導薄膜
を得ることはできなかった。
また上記パルスエキシマレーザL1、L2は、厳密には連続
発振ではないが、所定の周波数で発振されている限り連
続的と言い得るものであることは明らかである。
次に、第3図は、上記実施例が1台のパルスエキシマレ
ーザ装置11を用いているのに対し、2台のパルスエキシ
マレーザ装置11A、11Bを用いた実施例を示している。
また本実施例においては、原料3を基板2に対向させて
平行に配置し、一方のパルスエキシマレーザ装置11Aか
らのエキシマレーザL1をその原料3に照射させている。
これに対し、他方のパルスエキシマレーザ装置11Bから
のエキシマレーザL2は、円錐状ミラー25の外周面とリン
グ状ミラー26の内周面とによって上記原料3を避けて基
板2に照射させることができるようにしている。このと
き、上記円錐ミラー25は細長いロッド27によって上記リ
ング状ミラー26に固定してある。
上記実施例ではエキシマレーザL1とL2の発振のタイミン
グは、厳密にはそれぞれの光路長によって僅かに変更す
ることができるとしても、実質的に同一なものとなる
が、本実施例によればパルスエキシマレーザ装置11Aと1
1Bの発振タイミングを自由に設定することができる。し
たがって、例えば一方のレーザ装置11Aからのエキシマ
レーザL1を原料3に照射してベーパを発生させ、該ベー
パが基板2上に堆積されるタイミングを待って、他方の
レーザ装置11BからのエキシマレーザL2を基板2上に堆
積された超伝導材料14に照射させるようにすれば、効率
的な加熱を行うことが可能となる。
また、必要に応じて各レーザ装置11A、11Bの発振周波数
を異ならせることができ、さらに上記シャッタ20を設け
なくても、最初にレーザ装置11Aの発振を開始し、基板
2上に超伝導材料が僅かに堆積されてから他方のレーザ
装置11Bの発振を開始させることができる。
「発明の効果」 以上のように、本発明によれば、エキシマレーザの吸収
係数が大きくても、基板上に堆積されるBa−Y−Cu−O
系超伝導材料を連続的に加熱してその結晶化を図ること
ができるので、超伝導材料の表面から深い範囲に亙って
超伝導状態を得ることができ、しかもエキシマレーザの
吸収係数が大きいことから基板の加熱を抑制することが
できるので、SrTiO3基板は勿論、安価なc−Si基板、ア
ルミナ基板、或いは石英基板を用いても超伝導状態を得
ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第2図は
本発明にかかる超伝導薄膜a、b、cの抵抗温度依存性
を示す線図、第3図は本発明の他の実施例を示す概略構
成図である。 2……基板 3……原料 11、11A、11B……パルスエキシマレーザ装置 14……超伝導材料 19……薄膜 L1、L2……エキシマレーザ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01B 13/00 565 D H01L 39/24 ZAA B (72)発明者 大坪 茂 石川県金沢市大豆田本町甲58番地 澁谷工 業株式会社内 (72)発明者 南川 俊治 石川県加賀市白鳥町カ2番地93 (72)発明者 米澤 保人 石川県金沢市笠舞2丁目7―1 (72)発明者 清水 立生 石川県金沢市涌波2丁目7番25号 (72)発明者 森本 章治 石川県金沢市涌波2丁目7番25号 (56)参考文献 特開 平1−290576(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Ba−Y−Cu−O系超伝導材料からなる原料
    を蒸発させて該超伝導材料を連続的に基板上に堆積させ
    るとともに、該基板上に連続的に堆積される超伝導材料
    に、その連続的な堆積の過程において連続的にエキシマ
    レーザを照射して、上記基板上に超伝導薄膜を形成する
    ことを特徴とする超伝導薄膜の製造方法。
JP1042726A 1989-02-22 1989-02-22 超伝導薄膜の製造方法 Expired - Lifetime JPH07106900B2 (ja)

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