JPH0761870B2 - 高温超伝導薄膜の製造方法 - Google Patents
高温超伝導薄膜の製造方法Info
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- JPH0761870B2 JPH0761870B2 JP63249624A JP24962488A JPH0761870B2 JP H0761870 B2 JPH0761870 B2 JP H0761870B2 JP 63249624 A JP63249624 A JP 63249624A JP 24962488 A JP24962488 A JP 24962488A JP H0761870 B2 JPH0761870 B2 JP H0761870B2
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- high temperature
- temperature superconducting
- sputtering
- superconducting thin
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (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＞ 本発明はTl（タリウム）系超伝導薄膜の製造方法の改善
に関するものである。
に関するものである。
＜従来の技術＞ Tl,Ba,Ca,Cu,Oから構成されるTl系化合物は現在確認さ
れている安定した酸化物超伝導体の中では超伝導臨界温
度が絶対温度125Kと最も高いことが知られている。
れている安定した酸化物超伝導体の中では超伝導臨界温
度が絶対温度125Kと最も高いことが知られている。
従来は上記化合物をターゲット材として用い，スパッタ
によりMgOの基板上に薄膜を形成し，その基板を高温熱
処理（以下，アニールという）することにより超伝導性
を得ている。
によりMgOの基板上に薄膜を形成し，その基板を高温熱
処理（以下，アニールという）することにより超伝導性
を得ている。
＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら,Tlは非常に毒性が高く,Tlを含むターゲッ
ト材をスパッタにより着膜した場合，スパッタ装置内
（真空室や排気系等）が汚染され，作業上危険を伴うと
いう問題があった。また，スパッタしたままの状態では
結晶構造が乱れているので超伝導性を有していない。結
晶構造を整えるためにはアニールをする必要があるが，
アニールするために基板を900℃程度に加熱するとTlが
蒸発してしまい，十分な超伝導性を得るのは難しいとい
う問題があった。
ト材をスパッタにより着膜した場合，スパッタ装置内
（真空室や排気系等）が汚染され，作業上危険を伴うと
いう問題があった。また，スパッタしたままの状態では
結晶構造が乱れているので超伝導性を有していない。結
晶構造を整えるためにはアニールをする必要があるが，
アニールするために基板を900℃程度に加熱するとTlが
蒸発してしまい，十分な超伝導性を得るのは難しいとい
う問題があった。
本発明は上記従来技術の課題を解決するために成された
もので，スパッタによる薄膜形成はTlを含まない化合物
で行い，アニールをTl蒸気中で行うことによりスパッタ
による装置内部の汚染を防止すると共に十分な超伝導性
を有する高温超伝導薄膜を得，さらに緻密度の高い膜を
得るための製造方法を提供することを目的とする。
もので，スパッタによる薄膜形成はTlを含まない化合物
で行い，アニールをTl蒸気中で行うことによりスパッタ
による装置内部の汚染を防止すると共に十分な超伝導性
を有する高温超伝導薄膜を得，さらに緻密度の高い膜を
得るための製造方法を提供することを目的とする。
＜課題を解決するための手段＞ 上記課題を解決するための本発明の構成は，単結晶基板
上にY,Ba,Cu,O化合物からなるターゲット材を用いて第
１の薄膜を形成し，この第１の薄膜の上にBa,Ca,Cu,Oか
らなる化合物のターゲット材を用いて第２の薄膜を形成
し，前記２層の薄膜を形成した単結晶基板をTl雰囲気中
で熱処理することにより，前記薄膜中にTlを拡散させた
ことを特徴とするものである。
上にY,Ba,Cu,O化合物からなるターゲット材を用いて第
１の薄膜を形成し，この第１の薄膜の上にBa,Ca,Cu,Oか
らなる化合物のターゲット材を用いて第２の薄膜を形成
し，前記２層の薄膜を形成した単結晶基板をTl雰囲気中
で熱処理することにより，前記薄膜中にTlを拡散させた
ことを特徴とするものである。
＜実施例＞ 本発明の一実施例について説明する。
始めに第１の薄膜となるY1Ba3Cu4Ox化合物をターゲット
材としてマグネトロンスパッタ法により着膜する。
材としてマグネトロンスパッタ法により着膜する。
スパッタ条件は下記の通りである。
容器中のAr/O2ガス分圧比;9/1 スパッタガス圧力;30mTorr 基板材質；単結晶MgO RF電力;100W 基板加熱;200℃ 上記条件で20分,40分で着膜した試料をそれぞれ１個,60
分で着膜したものを３個作製した。
分で着膜したものを３個作製した。
次に60分で着膜した試料１個を残し，他の４個に第２の
薄膜となるBa2Ca2Cu3Ox化合物をターゲットとしてスパ
ッタした。スパッタ条件は第１の薄膜の場合と同様であ
るがRF電力は200Wとした（このＷ数の高さに比例して着
膜速度が速くなるが,W数が高くなるに従ってターゲット
に悪影響を与える。また，その影響はターゲットの材質
により異なる）。
薄膜となるBa2Ca2Cu3Ox化合物をターゲットとしてスパ
ッタした。スパッタ条件は第１の薄膜の場合と同様であ
るがRF電力は200Wとした（このＷ数の高さに比例して着
膜速度が速くなるが,W数が高くなるに従ってターゲット
に悪影響を与える。また，その影響はターゲットの材質
により異なる）。
スパッタ時間と第１の薄膜との関係は次表の通りであ
る。なお，本出願人が用いたスパッタ装置では１時間当
たりのスパッタ時間に対しておよそ１μｍの膜厚が形成
される。
る。なお，本出願人が用いたスパッタ装置では１時間当
たりのスパッタ時間に対しておよそ１μｍの膜厚が形成
される。
上表において，第２の薄膜は200Wで形成しているので，
膜厚は第２の薄膜に比較しておよそ倍の速度で形成され
る。即ち，試料No.の第１の薄膜と第２の薄膜の膜厚
比はおよそ1:8,試料No.の第１の薄膜と第２の薄膜の
膜厚比はおよそ1:3:5,試料No.の第１の薄膜と第２の
薄膜の膜厚比はおよそ1:3,試料No.の第１の薄膜と第
２の薄膜の膜厚比はおよそ1:1となる。
膜厚は第２の薄膜に比較しておよそ倍の速度で形成され
る。即ち，試料No.の第１の薄膜と第２の薄膜の膜厚
比はおよそ1:8,試料No.の第１の薄膜と第２の薄膜の
膜厚比はおよそ1:3:5,試料No.の第１の薄膜と第２の
薄膜の膜厚比はおよそ1:3,試料No.の第１の薄膜と第
２の薄膜の膜厚比はおよそ1:1となる。
上記により作製した基板を第１図に断面図で示す熱処理
装置を用いてアニールを行った。図において,1は石英管
であり,2は石英管を囲んで形成された加熱装置である。
3a,3bはアルミナからなるボートであり，第２図の斜視
図に示すように上下に分割され，重ねた状態で縁部に形
成された溝等により内部との気体の流通が行われるよう
に形成されている（流通溝は図では省略）。４は薄膜が
形成されたMgO基板,5は金属Tlまたは酸化Tlであり，こ
れらはアルミナボートの中に配置される。6a,6bは石英
管の中に配置されたアルミナからなるキャップであり，
気体の流通が可能なように形成されている。矢印はO2の
流通方向を示している。
装置を用いてアニールを行った。図において,1は石英管
であり,2は石英管を囲んで形成された加熱装置である。
3a,3bはアルミナからなるボートであり，第２図の斜視
図に示すように上下に分割され，重ねた状態で縁部に形
成された溝等により内部との気体の流通が行われるよう
に形成されている（流通溝は図では省略）。４は薄膜が
形成されたMgO基板,5は金属Tlまたは酸化Tlであり，こ
れらはアルミナボートの中に配置される。6a,6bは石英
管の中に配置されたアルミナからなるキャップであり，
気体の流通が可能なように形成されている。矢印はO2の
流通方向を示している。
アニールは第３図に示す条件により行った。即ち,120分
で895℃まで昇温し,10〜20分間保持後,180分で300℃ま
で降温して徐冷する。上記アニールによりアルミナボー
ト中のTlが蒸発し，その蒸発したTlが基板表面に形成さ
れた薄膜中に拡散する。アニールは酸素流量0.1〜0.2ml
/minの雰囲気中で行った。なお，キャップ6a,6bは蒸発
したTlをより長く石英管１内に滞留させてTlの雰囲気を
高めるために寄与する。
で895℃まで昇温し,10〜20分間保持後,180分で300℃ま
で降温して徐冷する。上記アニールによりアルミナボー
ト中のTlが蒸発し，その蒸発したTlが基板表面に形成さ
れた薄膜中に拡散する。アニールは酸素流量0.1〜0.2ml
/minの雰囲気中で行った。なお，キャップ6a,6bは蒸発
したTlをより長く石英管１内に滞留させてTlの雰囲気を
高めるために寄与する。
上記の様なアニール装置はスパッタ装置の様にクリーン
ルームに配置する必要がなく，毒性のあるTl蒸気の処理
も比較的容易である。
ルームに配置する必要がなく，毒性のあるTl蒸気の処理
も比較的容易である。
第１の薄膜の膜厚と第２の薄膜の膜厚の割合いは臨界温
度と表面の緻密度に大いに関係する。即ち，第１の薄膜
のみの場合（試料No.）および第１の薄膜の着膜時間
を20分，第２の薄膜の着膜時間を82分とした場合（試料
No.）の臨界温度は108K程度となるが，その表面の密
度は第４図に示すようなものとなる。図は着膜面を360
倍に拡大した状態を示すものでイ，ロ，ハで示す部分に
は膜が付着していない。この様に一部が剥がれた状態の
薄膜はデバイスとして用いる場合利用しにくいという問
題がある。
度と表面の緻密度に大いに関係する。即ち，第１の薄膜
のみの場合（試料No.）および第１の薄膜の着膜時間
を20分，第２の薄膜の着膜時間を82分とした場合（試料
No.）の臨界温度は108K程度となるが，その表面の密
度は第４図に示すようなものとなる。図は着膜面を360
倍に拡大した状態を示すものでイ，ロ，ハで示す部分に
は膜が付着していない。この様に一部が剥がれた状態の
薄膜はデバイスとして用いる場合利用しにくいという問
題がある。
第５図は試料No.，，の薄膜表面の状態を600倍に
拡大して示すもので薄膜が基板に緻密に付着しているこ
とがわかる。しかしながら上記３個の試料のうち，試料
No.の臨界温度は77K以下であった。
拡大して示すもので薄膜が基板に緻密に付着しているこ
とがわかる。しかしながら上記３個の試料のうち，試料
No.の臨界温度は77K以下であった。
以上のことから第１の薄膜と第２の薄膜の膜厚比は1:3
〜1:8程度の範囲に設定すれば，緻密度が高く臨界温度
の高い高温超伝導薄膜を得ることが出来る。
〜1:8程度の範囲に設定すれば，緻密度が高く臨界温度
の高い高温超伝導薄膜を得ることが出来る。
なお，臨界温度の測定は超伝導薄膜に銀ペーストを用い
て電極を取出し液体ヘリウム中に配置して４端子法によ
り温度−抵抗測定を行った。
て電極を取出し液体ヘリウム中に配置して４端子法によ
り温度−抵抗測定を行った。
第６図は試料No.，の超伝導薄膜の温度と抵抗の関
係を示すものである。図によれば臨界温度は108Kであ
り，液体窒素温度（77K）を31K上回っていることが分
る。また，本発明の製造方法により複数回同様の超伝導
薄膜を作製し温度−抵抗測定を行ったが臨界温度の再現
性は良好であった。
係を示すものである。図によれば臨界温度は108Kであ
り，液体窒素温度（77K）を31K上回っていることが分
る。また，本発明の製造方法により複数回同様の超伝導
薄膜を作製し温度−抵抗測定を行ったが臨界温度の再現
性は良好であった。
なお，本実施例においては薄膜をマグネトロンスパッタ
法を用いて作製したが，薄膜形成装置の種類は任意であ
る。また，アニールの条件を具体的数値で示したが本実
施例に限るものではなく，より良好な値を得るために適
宜変更可能である。また，第1,第２の薄膜はY1Ba3Cu4O
x,Ba2Ca2Cu3Oxに限ることなく他の組成でも良い。
法を用いて作製したが，薄膜形成装置の種類は任意であ
る。また，アニールの条件を具体的数値で示したが本実
施例に限るものではなく，より良好な値を得るために適
宜変更可能である。また，第1,第２の薄膜はY1Ba3Cu4O
x,Ba2Ca2Cu3Oxに限ることなく他の組成でも良い。
また，本実施例では第１の薄膜を形成後そのスパッタし
たままの面に第２の薄膜を形成したが，第１の薄膜形成
後850〜900℃で１時間程度アニールを施せばより結晶性
の良い超伝導薄膜を得る可能性がある。
たままの面に第２の薄膜を形成したが，第１の薄膜形成
後850〜900℃で１時間程度アニールを施せばより結晶性
の良い超伝導薄膜を得る可能性がある。
＜発明の効果＞ 以上，実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば，スパッタによる薄膜形成はTlを含まない化合物
で行い，アニールをTl蒸気中で行うことによりTlをBa,C
a,CuOx薄膜に拡散させる様にしたのでスパッタによる装
置内部の汚染を防止すると共に十分な超伝導性を有する
高温超伝導薄膜を得ることが出来，第１の薄膜の上に第
２の薄膜を形成しその膜厚比を調整することにより緻密
度の高い薄膜を得ることが出来る。
よれば，スパッタによる薄膜形成はTlを含まない化合物
で行い，アニールをTl蒸気中で行うことによりTlをBa,C
a,CuOx薄膜に拡散させる様にしたのでスパッタによる装
置内部の汚染を防止すると共に十分な超伝導性を有する
高温超伝導薄膜を得ることが出来，第１の薄膜の上に第
２の薄膜を形成しその膜厚比を調整することにより緻密
度の高い薄膜を得ることが出来る。
第１図はアニール装置の一実施例を示す図、第２図は基
板とTlを収納するボートを示す斜視図、第３図はアニー
ルの温度条件を示す図、第４図、第５図は薄膜部分の粒
子構造を示す拡大図、第６図は薄膜の温度と抵抗の関係
を示す図である。 尚、第４図及び第５図は、粒子構造に関する説明に付
き、図面に代わる写真を提出する。 １……石英管,2……加熱装置,3a,3b……アルミナボー
ト,4……基板,5……Tl金属または酸化Tl。
板とTlを収納するボートを示す斜視図、第３図はアニー
ルの温度条件を示す図、第４図、第５図は薄膜部分の粒
子構造を示す拡大図、第６図は薄膜の温度と抵抗の関係
を示す図である。 尚、第４図及び第５図は、粒子構造に関する説明に付
き、図面に代わる写真を提出する。 １……石英管,2……加熱装置,3a,3b……アルミナボー
ト,4……基板,5……Tl金属または酸化Tl。
Claims (2)
- 【請求項１】単結晶基板上にY,Ba,Cu,O化合物からなる
ターゲット材を用いて第１の薄膜を形成し，この第１の
薄膜の上にBa,Ca,Cu,Oからなる化合物のターゲット材を
用いて第２の薄膜を形成し，前記２層の薄膜を形成した
単結晶基板をTl雰囲気中で熱処理することにより，前記
薄膜中にTlを拡散させたことを特徴とする高温超伝導薄
膜の製造方法。 - 【請求項２】前記第１の層と第２の層の膜厚比は1:3〜
1:8の範囲に形成したことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の高温超伝導薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63249624A JPH0761870B2 (ja) | 1988-10-03 | 1988-10-03 | 高温超伝導薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63249624A JPH0761870B2 (ja) | 1988-10-03 | 1988-10-03 | 高温超伝導薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0297421A JPH0297421A (ja) | 1990-04-10 |
| JPH0761870B2 true JPH0761870B2 (ja) | 1995-07-05 |
Family
ID=17195796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63249624A Expired - Lifetime JPH0761870B2 (ja) | 1988-10-03 | 1988-10-03 | 高温超伝導薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0761870B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104805505A (zh) * | 2014-01-24 | 2015-07-29 | 泉州市博泰半导体科技有限公司 | 一种制备目标薄膜层的方法 |
| CN107739795A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-02-27 | 北京鼎臣世纪超导科技有限公司 | 一种用于多片超导薄膜热处理的装置 |
| KR102046097B1 (ko) | 2019-06-14 | 2019-11-18 | 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지 | 배기가스를 포함하는 유체의 흐름을 제어하기 위한 매니폴드 |
| CN111593310B (zh) * | 2020-05-09 | 2021-06-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种利用磁控溅射制备高光电稳定性透明导电膜的方法 |
-
1988
- 1988-10-03 JP JP63249624A patent/JPH0761870B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0297421A (ja) | 1990-04-10 |
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