JPH0753639B2 - 酸化物超電導材料からなる薄膜の製造方法 - Google Patents
酸化物超電導材料からなる薄膜の製造方法Info
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- JPH0753639B2 JPH0753639B2 JP62145942A JP14594287A JPH0753639B2 JP H0753639 B2 JPH0753639 B2 JP H0753639B2 JP 62145942 A JP62145942 A JP 62145942A JP 14594287 A JP14594287 A JP 14594287A JP H0753639 B2 JPH0753639 B2 JP H0753639B2
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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)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ペロブスカイト構造を有する酸化物超電導
材料からなる薄膜の製造方法に関し、特に臨界電流密度
の高い酸化物超電導材料からなる薄膜を得るための製造
方法に関するものである。
材料からなる薄膜の製造方法に関し、特に臨界電流密度
の高い酸化物超電導材料からなる薄膜を得るための製造
方法に関するものである。
［従来の技術］ 最近La−Sr−Cu−Ｏ系、La−Ba−Cu−Ｏ系、Ｙ−Ba−Cu
−Ｏ系等の酸化物超電導材料が相次いで発見されてい
る。これらは、従来のNb−Ti、Nb−Ge等の金属間化合物
からなる超電導材料に比べて臨界温度が極めて高いた
め、大きな注目を集めている。また、これらの酸化物超
電導材料は、スパッタ、真空蒸着等の気相薄膜成長法に
よって薄膜化されることにより、ジョセフソン素子やSQ
UID等のデバイス、線材やテープ等の長尺体への応用が
考えられている。
−Ｏ系等の酸化物超電導材料が相次いで発見されてい
る。これらは、従来のNb−Ti、Nb−Ge等の金属間化合物
からなる超電導材料に比べて臨界温度が極めて高いた
め、大きな注目を集めている。また、これらの酸化物超
電導材料は、スパッタ、真空蒸着等の気相薄膜成長法に
よって薄膜化されることにより、ジョセフソン素子やSQ
UID等のデバイス、線材やテープ等の長尺体への応用が
考えられている。
これらの酸化物超電導材料に対しては、現在のところ、
気相薄膜成長法による薄膜化の具体的な方法はあまり詳
細には公表されていない。たとえば、これらの酸化物超
電導材料と反応や拡散を起こしにくい、ZrO2やSrTiO3等
からなる基板上に超電導特性を有する薄膜を形成する方
法として、 （ａ） 常温で成膜した後、熱処理炉中で熱処理を行な
うことによって薄膜にペロブスカイト構造を発現させる
方法、 （ｂ） 基板温度を上昇させた状態で成膜することによ
り、成膜と同時に薄膜にペロブスカイト構造を発現させ
る方法 がある。これらの方法のうち、（ｂ）の方法によれば、
基板温度が低い状態で超電導材料からなる薄膜が得られ
る。
気相薄膜成長法による薄膜化の具体的な方法はあまり詳
細には公表されていない。たとえば、これらの酸化物超
電導材料と反応や拡散を起こしにくい、ZrO2やSrTiO3等
からなる基板上に超電導特性を有する薄膜を形成する方
法として、 （ａ） 常温で成膜した後、熱処理炉中で熱処理を行な
うことによって薄膜にペロブスカイト構造を発現させる
方法、 （ｂ） 基板温度を上昇させた状態で成膜することによ
り、成膜と同時に薄膜にペロブスカイト構造を発現させ
る方法 がある。これらの方法のうち、（ｂ）の方法によれば、
基板温度が低い状態で超電導材料からなる薄膜が得られ
る。
上記のような薄膜化の方法は、蒸発物質やスパッタにお
けるターゲット材料として酸化物や金属を用い、雰囲気
中に酸素ガスを導入することにより、形成される薄膜内
の酸素の欠乏を抑制したり、形成される薄膜の酸化を行
なったりしている。この雰囲気中の酸素分圧の値は公表
されていないが、気相薄膜成長法の常識として真空蒸着
法では10-4Torr以下、スパッタ法では10-1Torr以下であ
る。
けるターゲット材料として酸化物や金属を用い、雰囲気
中に酸素ガスを導入することにより、形成される薄膜内
の酸素の欠乏を抑制したり、形成される薄膜の酸化を行
なったりしている。この雰囲気中の酸素分圧の値は公表
されていないが、気相薄膜成長法の常識として真空蒸着
法では10-4Torr以下、スパッタ法では10-1Torr以下であ
る。
［発明が解決しようとする問題点］ 従来の方法では、薄膜形成後、形成時と同等またはそれ
以下のガス圧下で真空槽内で薄膜の冷却が行なわれてい
た。この方法では、薄膜は冷却過程において、真空蒸着
によれば10-4Torr以下、スパッタによれば10-1Torr以下
のガス圧下である酸素雰囲気にさらされることになる。
本願発明者等は、この冷却下における雰囲気中で薄膜中
の酸素、特に薄膜表面層中の酸素が容易に離脱すること
を見い出した。しかも、この薄膜中の酸素は一旦離脱す
れば、空気中または酸素中において高温度、長時間の熱
処理を行なわないと薄膜中に酸素を回復させることはで
きない。
以下のガス圧下で真空槽内で薄膜の冷却が行なわれてい
た。この方法では、薄膜は冷却過程において、真空蒸着
によれば10-4Torr以下、スパッタによれば10-1Torr以下
のガス圧下である酸素雰囲気にさらされることになる。
本願発明者等は、この冷却下における雰囲気中で薄膜中
の酸素、特に薄膜表面層中の酸素が容易に離脱すること
を見い出した。しかも、この薄膜中の酸素は一旦離脱す
れば、空気中または酸素中において高温度、長時間の熱
処理を行なわないと薄膜中に酸素を回復させることはで
きない。
この現象は基板温度を上昇させて成膜させる方法におい
て著しいが、基板加熱を行なわない方法でも、成膜中の
温度上昇があるために避けられない問題となっている。
そのため、形成された薄膜は酸素が部分的に離脱するこ
とにより、化学量論的な組成のものを薄膜全体にわたっ
て得ることが困難で、この薄膜が呈する超電導特性も満
足なものが得られないという問題点があった。
て著しいが、基板加熱を行なわない方法でも、成膜中の
温度上昇があるために避けられない問題となっている。
そのため、形成された薄膜は酸素が部分的に離脱するこ
とにより、化学量論的な組成のものを薄膜全体にわたっ
て得ることが困難で、この薄膜が呈する超電導特性も満
足なものが得られないという問題点があった。
そこで、この発明は、上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、超電導特性の優れた、特に臨界電
流密度の高い酸化物超電導材料からなる薄膜の製造方法
を提供することを目的とする。
めになされたもので、超電導特性の優れた、特に臨界電
流密度の高い酸化物超電導材料からなる薄膜の製造方法
を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ この発明に従った酸化物超電導材料からなる薄膜の製造
方法は、ペロブスカイト構造を有する酸化物超電導材料
からなる薄膜の製造方法において、この薄膜を気相薄膜
成長法によって形成した後、直ちに、その酸素分圧が薄
膜形成時の酸素分圧より高い雰囲気中に薄膜を保持し、
100℃／分以下の冷却速度で冷却することを特徴とする
ものである。
方法は、ペロブスカイト構造を有する酸化物超電導材料
からなる薄膜の製造方法において、この薄膜を気相薄膜
成長法によって形成した後、直ちに、その酸素分圧が薄
膜形成時の酸素分圧より高い雰囲気中に薄膜を保持し、
100℃／分以下の冷却速度で冷却することを特徴とする
ものである。
［作用］ 本発明によれば、気相薄膜成長法による薄膜の形成直後
に形成時より酸素分圧の高い雰囲気中に保持されるの
で、形成された薄膜中に酸素が充分取り込まれ、その結
果として薄膜中の酸素が離脱することなく、薄膜全体に
わたって化学量論的な組成が達成されるものと考えられ
る。得られた薄膜は優れた超電導特性、特に高い臨界電
流密度を呈する。この酸素分圧の高い雰囲気中に薄膜を
保持する方法としては、バッチ式では成膜室中に酸素を
導入する方法、または連続式では成膜室より酸素分圧の
高い冷却室に薄膜形成後の基板を移動する方法によれば
よい。
に形成時より酸素分圧の高い雰囲気中に保持されるの
で、形成された薄膜中に酸素が充分取り込まれ、その結
果として薄膜中の酸素が離脱することなく、薄膜全体に
わたって化学量論的な組成が達成されるものと考えられ
る。得られた薄膜は優れた超電導特性、特に高い臨界電
流密度を呈する。この酸素分圧の高い雰囲気中に薄膜を
保持する方法としては、バッチ式では成膜室中に酸素を
導入する方法、または連続式では成膜室より酸素分圧の
高い冷却室に薄膜形成後の基板を移動する方法によれば
よい。
また、このような酸素分圧の高い雰囲気下での冷却は徐
冷、すなわち100℃／分以下の冷却速度で行なう。これ
は、100℃／分を超える冷却速度では上記のような薄膜
全体にわたって化学量論的な組成が得られず、超電導特
性も劣るからである。
冷、すなわち100℃／分以下の冷却速度で行なう。これ
は、100℃／分を超える冷却速度では上記のような薄膜
全体にわたって化学量論的な組成が得られず、超電導特
性も劣るからである。
上述のような薄膜中への酸素の導入は、成膜後酸素分圧
の低い雰囲気下で冷却した後、酸素分圧の高い雰囲気下
で熱処理することによっても達成されるように思われ
る。しかしながら、この方法によれば成膜、冷却、熱処
理、再び冷却という工程をとるので、処理時間が長くな
る上に本発明に見られるような効果が得られない。この
理由は明確ではないが、成膜後酸素分圧の低い雰囲気下
で冷却した場合には、酸素のみならず、酸化物超電導材
料の他の構成元素であるCu等の蒸発も起こっているから
かもしれない。また、一旦冷却した場合には、冷却途中
で多くの酸素が失われるため、薄膜中に酸素が回復しに
くいのかもしれない。さらに、成膜直後の状態では酸素
の拡散係数が大きいということも考えられる。
の低い雰囲気下で冷却した後、酸素分圧の高い雰囲気下
で熱処理することによっても達成されるように思われ
る。しかしながら、この方法によれば成膜、冷却、熱処
理、再び冷却という工程をとるので、処理時間が長くな
る上に本発明に見られるような効果が得られない。この
理由は明確ではないが、成膜後酸素分圧の低い雰囲気下
で冷却した場合には、酸素のみならず、酸化物超電導材
料の他の構成元素であるCu等の蒸発も起こっているから
かもしれない。また、一旦冷却した場合には、冷却途中
で多くの酸素が失われるため、薄膜中に酸素が回復しに
くいのかもしれない。さらに、成膜直後の状態では酸素
の拡散係数が大きいということも考えられる。
いずれにもして、本発明による方法では、非常に化学量
論的な組成を有する膜が得られることができ、得られた
膜の超電導特性、特に臨界電流密度も優れたものとな
る。
論的な組成を有する膜が得られることができ、得られた
膜の超電導特性、特に臨界電流密度も優れたものとな
る。
［実施例］ 実施例１ イットリア安定化ジルコニアからなる基板上に、Y2O3−
BaCO3−CuO粉末を焼結したものからなるターゲットを使
用したスパッタ法により薄膜を形成して、サンプルを作
製した。スパッタは以下に示す条件でRFマグネトロンス
パッタによって行なった。
BaCO3−CuO粉末を焼結したものからなるターゲットを使
用したスパッタ法により薄膜を形成して、サンプルを作
製した。スパッタは以下に示す条件でRFマグネトロンス
パッタによって行なった。
ガス圧:50％O2−Arガス雰囲気下にて１×10-1Torr 基板温度:600℃ 出力:RF100Watt ターゲット−基板間距離:45mm 膜組成はＹ１±0.01Ba２±0.02Cu3Oxとなるように調整
し、膜厚は水晶振動子を使用した膜厚計によって比重を
4.5としたときに2000Åになるように調節した。
し、膜厚は水晶振動子を使用した膜厚計によって比重を
4.5としたときに2000Åになるように調節した。
膜形成完了後直ちに、バルブ調整によりガス圧を0.1atm
に調整し、温度600℃から500℃まで冷却速度１℃／分で
徐冷した。その後、ガス圧0.1atmのまま放冷し、冷却速
度５〜20℃／分で冷却した後、サンプルを取り出した。
このようにして得られた薄膜の臨界電流密度を測定し
た。臨界電流密度の測定結果は液体窒素温度下において
1800A/cm2を示した。
に調整し、温度600℃から500℃まで冷却速度１℃／分で
徐冷した。その後、ガス圧0.1atmのまま放冷し、冷却速
度５〜20℃／分で冷却した後、サンプルを取り出した。
このようにして得られた薄膜の臨界電流密度を測定し
た。臨界電流密度の測定結果は液体窒素温度下において
1800A/cm2を示した。
実施例２ 実施例１と同一条件でスパッタ法によって薄膜を形成し
た。その後、ガス圧1Torrの雰囲気下で50℃／分の冷却
速度で冷却した後、サンプルを取り出した。得られた薄
膜の臨界電流密度は液体窒素温度下で1100A/cm2であっ
た。
た。その後、ガス圧1Torrの雰囲気下で50℃／分の冷却
速度で冷却した後、サンプルを取り出した。得られた薄
膜の臨界電流密度は液体窒素温度下で1100A/cm2であっ
た。
実施例３ イットリア安定化ジルコニアからなる基板上に、Y1Ba2C
u3Ox粉末を蒸発物質とするフラッシュ蒸着法により薄膜
を形成して、サンプルを作製した。蒸着条件としては、
ジルコニア製のるつぼを使用してタングステンヒータに
より加熱し、酸素ガス分圧５×10-6〜１×10-5Torrの雰
囲気下で蒸着を行なった。
u3Ox粉末を蒸発物質とするフラッシュ蒸着法により薄膜
を形成して、サンプルを作製した。蒸着条件としては、
ジルコニア製のるつぼを使用してタングステンヒータに
より加熱し、酸素ガス分圧５×10-6〜１×10-5Torrの雰
囲気下で蒸着を行なった。
また、膜組成はＹ１±0.01Ba２±0.02Cu3Oxとなるよう
に調整し、膜厚は水晶振動子を使用した膜厚計によって
比重を4.5としたときに2000Åになるように調節した。
に調整し、膜厚は水晶振動子を使用した膜厚計によって
比重を4.5としたときに2000Åになるように調節した。
膜形成後、ガス圧１×10-1Torrの雰囲気下で冷却速度10
℃／分で冷却した後、サンプルを取り出した。得られた
薄膜の液体窒素温度下での臨界電流密度を950A/cm2であ
った。
℃／分で冷却した後、サンプルを取り出した。得られた
薄膜の液体窒素温度下での臨界電流密度を950A/cm2であ
った。
比較例１ 実施例１と同一条件でスパッタ法によって薄膜を形成し
た。その後、スパッタガス圧のまま、実施例１と同じ冷
却速度で冷却した後、サンプルを取り出した。得られた
薄膜の液体窒素温度下での臨界電流密度を測定したとこ
ろ、58.9A/cm2であった。さらに、このサンプルをガス
圧0.1atmの雰囲気下で温度600℃まで加熱した後、実施
例１と同様に冷却した。この薄膜の臨界電流密度を再び
測定したが、130A/cm2であった。
た。その後、スパッタガス圧のまま、実施例１と同じ冷
却速度で冷却した後、サンプルを取り出した。得られた
薄膜の液体窒素温度下での臨界電流密度を測定したとこ
ろ、58.9A/cm2であった。さらに、このサンプルをガス
圧0.1atmの雰囲気下で温度600℃まで加熱した後、実施
例１と同様に冷却した。この薄膜の臨界電流密度を再び
測定したが、130A/cm2であった。
比較例２ 実施例１と同一条件でスパッタ法によって薄膜を形成し
た。その後、大気中にサンプルを取り出し、温度100℃
まで３分間で冷却した。得られた薄膜の臨界電流密度は
液体窒素温度下で300A/cm2を示した。
た。その後、大気中にサンプルを取り出し、温度100℃
まで３分間で冷却した。得られた薄膜の臨界電流密度は
液体窒素温度下で300A/cm2を示した。
比較例３ 実施例３と同一条件でフラッシュ蒸着法によって薄膜を
形成した。膜形成後、ガス圧２×10-6Torrの雰囲気下で
冷却した後、サンプルを取り出した。得られた薄膜の臨
界電流密度を液体窒素温度下で測定したところ、62.1A/
cm2であった。
形成した。膜形成後、ガス圧２×10-6Torrの雰囲気下で
冷却した後、サンプルを取り出した。得られた薄膜の臨
界電流密度を液体窒素温度下で測定したところ、62.1A/
cm2であった。
以上のように、実施例1,2,3で示されるようにこの発明
に従った薄膜の製造方法によれば、得られる薄膜の超電
導特性は優れており、特に臨界電流密度は1000A/cm2程
度、あるいはそれ以上の値を示すものが得られた。
に従った薄膜の製造方法によれば、得られる薄膜の超電
導特性は優れており、特に臨界電流密度は1000A/cm2程
度、あるいはそれ以上の値を示すものが得られた。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に従った薄膜の製造方法
は、薄膜形成後の酸素分圧および冷却速度の調整という
簡単な制御により、形成される薄膜が呈する臨界電流密
度を大幅に増加させることができるという利点がある。
したがって、本発明はデバイス用薄膜や超電導線・テー
プ用薄膜、特に大電流密度を必要とするパワーデバイス
配線やパワー用超電導線・テープ等の応用製品の製造方
法に適用されるとき、その利用価値は極めて大である。
は、薄膜形成後の酸素分圧および冷却速度の調整という
簡単な制御により、形成される薄膜が呈する臨界電流密
度を大幅に増加させることができるという利点がある。
したがって、本発明はデバイス用薄膜や超電導線・テー
プ用薄膜、特に大電流密度を必要とするパワーデバイス
配線やパワー用超電導線・テープ等の応用製品の製造方
法に適用されるとき、その利用価値は極めて大である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０１Ｌ 39/12 ＺＡＡ Ｃ 9276−4Ｍ
Claims (1)
- 【請求項１】ペロブスカイト構造を有する酸化物超電導
材料からなる薄膜の製造方法において、 前記薄膜を気相薄膜成長法によって形成した後、直ち
に、その酸素分圧が前記形成時の酸素分圧より高い雰囲
気中に前記薄膜を保持し、100℃／分以下の冷却速度で
冷却することを特徴とする、酸化物超電導材料からなる
薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62145942A JPH0753639B2 (ja) | 1987-06-11 | 1987-06-11 | 酸化物超電導材料からなる薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62145942A JPH0753639B2 (ja) | 1987-06-11 | 1987-06-11 | 酸化物超電導材料からなる薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63310519A JPS63310519A (ja) | 1988-12-19 |
| JPH0753639B2 true JPH0753639B2 (ja) | 1995-06-07 |
Family
ID=15396611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62145942A Expired - Lifetime JPH0753639B2 (ja) | 1987-06-11 | 1987-06-11 | 酸化物超電導材料からなる薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0753639B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6445014A (en) * | 1987-08-13 | 1989-02-17 | Univ Tokai | Manufacture of superconductive material |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2612694B1 (fr) * | 1987-03-17 | 1989-05-19 | Comp Generale Electricite | Oxyde de cuivre a valence mixte supraconducteur et son procede de fabrication |
-
1987
- 1987-06-11 JP JP62145942A patent/JPH0753639B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63310519A (ja) | 1988-12-19 |
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