JPH0764678B2 - 超電導薄膜の作製方法 - Google Patents
超電導薄膜の作製方法Info
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- JPH0764678B2 JPH0764678B2 JP62107794A JP10779487A JPH0764678B2 JP H0764678 B2 JPH0764678 B2 JP H0764678B2 JP 62107794 A JP62107794 A JP 62107794A JP 10779487 A JP10779487 A JP 10779487A JP H0764678 B2 JPH0764678 B2 JP H0764678B2
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超電導薄膜の製造方法に関する。より詳細に
は、高い超電導臨界温度を有し、組成の均一な超電導薄
膜の作製方法に関する。
は、高い超電導臨界温度を有し、組成の均一な超電導薄
膜の作製方法に関する。
従来の技術 電子の相転移であるといわれる超電導現象は、特定の条
件下で導体の電気抵抗が零の状態となり完全な反磁性を
示す現象である。即ち、超電導下では、超電導体に電流
を流しても電力損失が全く無く、密度の高い電流が永久
に流れ続ける。例えば、超電導技術を電力送電に応用す
れば、現在送電に伴って生じているといわれる約７％の
送電損失を大幅に減少できる。また、高磁場発生用電磁
石としての応用は、例えば、発電技術の分野ではMHD発
電、電動機等と共に、開発に発電量以上の電力を消費す
るともいわれる核融合反応の実現を有利に促進する技術
として期待されている。また磁気浮上列車、電磁気推進
船舶等の動力として、更に、計測・医療の分野でもNM
R、π中間子治療、高エネルギー物理実験装置などへの
利用が期待されている。
件下で導体の電気抵抗が零の状態となり完全な反磁性を
示す現象である。即ち、超電導下では、超電導体に電流
を流しても電力損失が全く無く、密度の高い電流が永久
に流れ続ける。例えば、超電導技術を電力送電に応用す
れば、現在送電に伴って生じているといわれる約７％の
送電損失を大幅に減少できる。また、高磁場発生用電磁
石としての応用は、例えば、発電技術の分野ではMHD発
電、電動機等と共に、開発に発電量以上の電力を消費す
るともいわれる核融合反応の実現を有利に促進する技術
として期待されている。また磁気浮上列車、電磁気推進
船舶等の動力として、更に、計測・医療の分野でもNM
R、π中間子治療、高エネルギー物理実験装置などへの
利用が期待されている。
上述のような大型の装置における利用とは別に、超電導
材料の他の利用として、各種の超電導素子の作製が挙げ
られる。代表的なものとしては、超電導材料どうしを弱
く接合した場合に、印加電流によって量子効果が巨視的
に現れるジョセフソン効果を利用した素子が挙げられ
る。トンネル接合型ジョセフソン素子は、超電導材料の
エネルギーギャップが小さいことから、極めて高速な低
電力消費のスイッチング素子として期待されている。ま
た、電磁波や磁場に対するジョセフソン効果が正確な量
子現象として現れることから、ジョセフソン素子を磁場
マイクロ波、放射線等の超高感度センサとして利用する
ことも期待されている。さらに、電子回路の集積度が高
くなるにつれて単位面積当たりの消費電力が冷却能力の
限界に達する。そこで超高速計算機には超電導素子の開
発が要望されている。
材料の他の利用として、各種の超電導素子の作製が挙げ
られる。代表的なものとしては、超電導材料どうしを弱
く接合した場合に、印加電流によって量子効果が巨視的
に現れるジョセフソン効果を利用した素子が挙げられ
る。トンネル接合型ジョセフソン素子は、超電導材料の
エネルギーギャップが小さいことから、極めて高速な低
電力消費のスイッチング素子として期待されている。ま
た、電磁波や磁場に対するジョセフソン効果が正確な量
子現象として現れることから、ジョセフソン素子を磁場
マイクロ波、放射線等の超高感度センサとして利用する
ことも期待されている。さらに、電子回路の集積度が高
くなるにつれて単位面積当たりの消費電力が冷却能力の
限界に達する。そこで超高速計算機には超電導素子の開
発が要望されている。
発明が解決しようとする問題点 一方、様々な努力にもかかわらず、超電導材料の超電導
臨界温度Tcは長期間に亘ってNb3Geの23Kを越えることが
できなかったが、昨年末来、〔La,Ba〕2CuO4または〔L
a,Sr〕2CuO4等のK2NiF4型酸化物の焼結材が高いTcをも
つ超電導材料として発見され、非低温超電導を実現する
可能性が大きく高まっている。これらの物質では、30乃
至50Kという従来に比べて飛躍的に高いTcが観測され、7
0K以上のTcも観測されている。しかしながら、これらの
超電導材料は焼結材であり、ミクロ的には未反応の粒子
部分が存在したり、組成、組織が不均一となりやすく、
電子素子に直接応用できるものではない。
臨界温度Tcは長期間に亘ってNb3Geの23Kを越えることが
できなかったが、昨年末来、〔La,Ba〕2CuO4または〔L
a,Sr〕2CuO4等のK2NiF4型酸化物の焼結材が高いTcをも
つ超電導材料として発見され、非低温超電導を実現する
可能性が大きく高まっている。これらの物質では、30乃
至50Kという従来に比べて飛躍的に高いTcが観測され、7
0K以上のTcも観測されている。しかしながら、これらの
超電導材料は焼結材であり、ミクロ的には未反応の粒子
部分が存在したり、組成、組織が不均一となりやすく、
電子素子に直接応用できるものではない。
また、各種電子デバイスに応用するには、薄膜構造と
し、微細な組成、組織の制御を必要とする。さらに、金
属またはその他の線材またはテープ状材料に超電導材料
を蒸着して長尺の超電導材料を製造することが予想され
るが、その製造にも超電導材料の蒸着技術が要望され
る。
し、微細な組成、組織の制御を必要とする。さらに、金
属またはその他の線材またはテープ状材料に超電導材料
を蒸着して長尺の超電導材料を製造することが予想され
るが、その製造にも超電導材料の蒸着技術が要望され
る。
しかし、これまでのところ、単なる物理蒸着を用いたの
では所望する組成および結晶構造の薄膜を形成すること
ができなかった。
では所望する組成および結晶構造の薄膜を形成すること
ができなかった。
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
し、高い臨界温度TCを有し、均一な組成および組織の超
電導材料の薄膜を作製する方法を提供することにある。
し、高い臨界温度TCを有し、均一な組成および組織の超
電導材料の薄膜を作製する方法を提供することにある。
問題点を解決するための手段 上記した問題点を解決するため種々の実験、検討を繰り
返した結果、本発明は完成されたものであり、本発明に
従うと、周期律表II a、III a族元素から選択された１
種の元素α、周期律表II a、III a族元素でαと同じも
のを含む元素から選択された１種の元素βおよび周期律
表I b、II b、III b、IV a、VIII a族元素から選択され
た少なくとも１種の元素γを含有する合金を蒸着源と
し、ＯまたはO2イオンビームを併用して物理蒸着を行い
薄膜を形成する。
返した結果、本発明は完成されたものであり、本発明に
従うと、周期律表II a、III a族元素から選択された１
種の元素α、周期律表II a、III a族元素でαと同じも
のを含む元素から選択された１種の元素βおよび周期律
表I b、II b、III b、IV a、VIII a族元素から選択され
た少なくとも１種の元素γを含有する合金を蒸着源と
し、ＯまたはO2イオンビームを併用して物理蒸着を行い
薄膜を形成する。
作用 上記超電導薄膜は、 一般式：（α1-xβｘ）γyOz （但し、α、β、γは、上記定義の元素であり、ｘはα
＋βに対するβの原子比で、0.1≦ｘ≦0.9であり、ｙお
よびｚは（α1-xβｘ）を１とした場合に0.4≦ｙ≦3.
0、１≦ｚ≦５となる原子比である） で表される組成の酸化物の薄膜であるのが好ましく、上
記のような （α1-xβｘ）γyOz で一般的に表され、例えばBa−Ｙ−Cu−Ｏ系の場合には Ba2Y1Cu3O7-x（ｘは１以下）、 を主体とする混合相と考えられる。
＋βに対するβの原子比で、0.1≦ｘ≦0.9であり、ｙお
よびｚは（α1-xβｘ）を１とした場合に0.4≦ｙ≦3.
0、１≦ｚ≦５となる原子比である） で表される組成の酸化物の薄膜であるのが好ましく、上
記のような （α1-xβｘ）γyOz で一般的に表され、例えばBa−Ｙ−Cu−Ｏ系の場合には Ba2Y1Cu3O7-x（ｘは１以下）、 を主体とする混合相と考えられる。
上記薄膜はペロブスカイト型酸化物または擬似ペロブス
カイト型酸化物であることが好ましい。擬似ペロブスカ
イトとはペロブスカイトに類似した構造をいい、例えば
酸素欠損ペロブスカイト型、オルソロンビック型等を含
むものである。
カイト型酸化物であることが好ましい。擬似ペロブスカ
イトとはペロブスカイトに類似した構造をいい、例えば
酸素欠損ペロブスカイト型、オルソロンビック型等を含
むものである。
本発明で蒸着源として使用する合金は、Ba−Ｙ−Cu、Ba
−La−CuまたはSr−La−Cuが好ましい。本発明の方法で
使用する蒸着源のαとβの原子比原子比は、上記α、
β、γの種類に応じて適宜選択できる。Ｙ−Ba、La−B
a、Sr−Ba系の場合にはそれぞれY/（Ｙ＋Ba）は0.06〜
0.94であることが好ましく、0.1〜0.4であることがさら
に好ましく、Ba/（La＋Ba）は0.04〜0.96であることが
好ましく、さらに0.08〜0.45であることがさらに好まし
く、Sr/（La＋Sr）は0.03〜0.95の範囲であることが好
ましく、0.05〜0.1であることがさらに好ましい。蒸着
源の原子比が上記の範囲からはずれた場合にはいずれ
も、蒸着膜と超電導臨界温度が所望の値とならない。ま
た、上記蒸着源のBa、Sr、La、ＹおよびCuの原子比は目
標とする薄膜のBa、Sr、La、ＹおよびCuの原子比に従っ
て決定される。例えば、蒸着源のBa、ＹおよびCuの原子
比は、形成すべき薄膜のBa、ＹおよびCuの原子比を基準
として、Ba、ＹおよびCuの蒸着効率に応じて調整して決
定する。
−La−CuまたはSr−La−Cuが好ましい。本発明の方法で
使用する蒸着源のαとβの原子比原子比は、上記α、
β、γの種類に応じて適宜選択できる。Ｙ−Ba、La−B
a、Sr−Ba系の場合にはそれぞれY/（Ｙ＋Ba）は0.06〜
0.94であることが好ましく、0.1〜0.4であることがさら
に好ましく、Ba/（La＋Ba）は0.04〜0.96であることが
好ましく、さらに0.08〜0.45であることがさらに好まし
く、Sr/（La＋Sr）は0.03〜0.95の範囲であることが好
ましく、0.05〜0.1であることがさらに好ましい。蒸着
源の原子比が上記の範囲からはずれた場合にはいずれ
も、蒸着膜と超電導臨界温度が所望の値とならない。ま
た、上記蒸着源のBa、Sr、La、ＹおよびCuの原子比は目
標とする薄膜のBa、Sr、La、ＹおよびCuの原子比に従っ
て決定される。例えば、蒸着源のBa、ＹおよびCuの原子
比は、形成すべき薄膜のBa、ＹおよびCuの原子比を基準
として、Ba、ＹおよびCuの蒸着効率に応じて調整して決
定する。
これは、発明の薄膜の構成成分であるBa、Sr、La、Ｙお
よびCuの酸化物の融点等がそれぞれ相違し、このため蒸
着効率が相違するためである。
よびCuの酸化物の融点等がそれぞれ相違し、このため蒸
着効率が相違するためである。
すなわち、蒸着源の元素比を適当に選択しないと薄膜が
所望の元素比にならない。また、スパッタリングの場
合、蒸着源（ターゲット）の原子比は各金属酸化物のス
パッタリング係数および基板上における蒸気圧等を計算
して決定できる。
所望の元素比にならない。また、スパッタリングの場
合、蒸着源（ターゲット）の原子比は各金属酸化物のス
パッタリング係数および基板上における蒸気圧等を計算
して決定できる。
本発明の好ましい態様に従うと、上記物理蒸着時にＯま
たはO2イオンビームが基板に向け照射される。イオン源
は差動排気可能であることが好ましく、冷陰極型である
ことが好ましい。イオン源内には1.7×10-5〜8.3×10-3
Torrの範囲のO2ガスを流すことが好ましく、イオン源の
放電電圧として0.8〜10kVの範囲が好ましい。また、イ
オン源の加速電圧は50V〜40kVの範囲が好ましい。
たはO2イオンビームが基板に向け照射される。イオン源
は差動排気可能であることが好ましく、冷陰極型である
ことが好ましい。イオン源内には1.7×10-5〜8.3×10-3
Torrの範囲のO2ガスを流すことが好ましく、イオン源の
放電電圧として0.8〜10kVの範囲が好ましい。また、イ
オン源の加速電圧は50V〜40kVの範囲が好ましい。
さらに本発明の好ましい態様に従うと、上記物理蒸着雰
囲気は、ArとO2とを含み、Ar分圧は1.0×10-5〜1.0×10
-2Torrの範囲内であることが好ましく、また、O2分圧は
1.0×10-5〜1.0×10-3Torrの範囲内であることが好まし
い。
囲気は、ArとO2とを含み、Ar分圧は1.0×10-5〜1.0×10
-2Torrの範囲内であることが好ましく、また、O2分圧は
1.0×10-5〜1.0×10-3Torrの範囲内であることが好まし
い。
さらに本発明の好ましい態様に従うと、上記物理蒸着時
には、ヒータにより基板を230〜1410℃の範囲の温度に
加熱する。基板は、MgO単結晶またはSrTiO3単結晶が好
ましいが、ガラス、石英、Si、ステンレス鋼またはセラ
ミックスを用いることができる。
には、ヒータにより基板を230〜1410℃の範囲の温度に
加熱する。基板は、MgO単結晶またはSrTiO3単結晶が好
ましいが、ガラス、石英、Si、ステンレス鋼またはセラ
ミックスを用いることができる。
本発明においては、物理蒸着時にＯまたはO2イオンビー
ムを基板に照射する。この照射により、蒸着膜中に含ま
れる酸素濃度が適正なものとなるため、蒸着膜の結晶構
造も改善され、Tc値が向上する。イオンビームはO2イオ
ンビームのみであることが好ましく、このためにイオン
源は冷陰極型であることが好ましい。また、イオン源に
は、1.7×10-5〜8.3×10-3Torrの範囲のO2ガスを流すの
が好ましい。すなわち、O2ガスの流量が1.7×10-5Torr
以下ではO2イオンビームが不足し、8.3×10-3Torr以上
では逆に過剰となり、目的とする薄膜の改質効果が見ら
れないためである。このイオン源の圧力はチャンバー内
と圧力が異なるため、イオン源は差動排気が可能でなけ
ればならない。
ムを基板に照射する。この照射により、蒸着膜中に含ま
れる酸素濃度が適正なものとなるため、蒸着膜の結晶構
造も改善され、Tc値が向上する。イオンビームはO2イオ
ンビームのみであることが好ましく、このためにイオン
源は冷陰極型であることが好ましい。また、イオン源に
は、1.7×10-5〜8.3×10-3Torrの範囲のO2ガスを流すの
が好ましい。すなわち、O2ガスの流量が1.7×10-5Torr
以下ではO2イオンビームが不足し、8.3×10-3Torr以上
では逆に過剰となり、目的とする薄膜の改質効果が見ら
れないためである。このイオン源の圧力はチャンバー内
と圧力が異なるため、イオン源は差動排気が可能でなけ
ればならない。
イオン源の放電電圧は0.8〜10kVの範囲が好ましい。す
なわち、放電電圧が0.8kV未満だと、十分なイオンが発
生せず、10kVを超えるととイオンの励起状態が不安定と
なる。また、イオンの加速電圧は50V〜40kVの範囲が好
ましい。すなわち、加速電圧が50V未満であると薄膜内
に十分な量の酸素が取り込まれず、40kを超えると装置
の価格が高価になり、コストを上昇させてしまう。
なわち、放電電圧が0.8kV未満だと、十分なイオンが発
生せず、10kVを超えるととイオンの励起状態が不安定と
なる。また、イオンの加速電圧は50V〜40kVの範囲が好
ましい。すなわち、加速電圧が50V未満であると薄膜内
に十分な量の酸素が取り込まれず、40kを超えると装置
の価格が高価になり、コストを上昇させてしまう。
本発明の物理蒸着としては、真空蒸着法、イオンプレー
ティング法あるいはイオンビームスパッタ法のいずれも
が使用可能である。蒸着雰囲気は、ArとO2とを含み、Ar
分圧が1.0×10-5〜1.0×10-2Torrの範囲内であり、O2分
圧は1.0×10-5〜1.0×10-3Torrの範囲内であることが好
ましい。即ち、Ar分圧が1.0×10-5Torr未満のときには
放電が起こり難く、一方、1.0×10-2Torrを超えるとき
にはチャンバ内の気体分子、イオン等の平均自由行程が
短くなり過ぎ、所望の超電導特性を有する酸化物の堆積
が得られない。また、O2分圧が1.0×10-5Torr未満のと
きは、蒸着膜の結晶性が悪く、ペロブスカイト型酸化物
または擬似ペロブスカイト型酸化物が得られ難く、O2分
圧が高くなるほど結晶性がよくなるが、1.0×10-3Torr
を超えると、堆積速度が著しく低下する。
ティング法あるいはイオンビームスパッタ法のいずれも
が使用可能である。蒸着雰囲気は、ArとO2とを含み、Ar
分圧が1.0×10-5〜1.0×10-2Torrの範囲内であり、O2分
圧は1.0×10-5〜1.0×10-3Torrの範囲内であることが好
ましい。即ち、Ar分圧が1.0×10-5Torr未満のときには
放電が起こり難く、一方、1.0×10-2Torrを超えるとき
にはチャンバ内の気体分子、イオン等の平均自由行程が
短くなり過ぎ、所望の超電導特性を有する酸化物の堆積
が得られない。また、O2分圧が1.0×10-5Torr未満のと
きは、蒸着膜の結晶性が悪く、ペロブスカイト型酸化物
または擬似ペロブスカイト型酸化物が得られ難く、O2分
圧が高くなるほど結晶性がよくなるが、1.0×10-3Torr
を超えると、堆積速度が著しく低下する。
本発明の好ましい態様に従うと、基板としてMgO単結晶
またはSrTiO3単結晶基板を（001）面を成膜面として用
いるのが好ましい。
またはSrTiO3単結晶基板を（001）面を成膜面として用
いるのが好ましい。
さらに本発明の好ましい態様に従うと、基板をヒータで
230〜1410℃に加熱する。この基板の加熱により薄膜は
焼結と同様な作用をうけ、適当なペロブスカイト型酸化
物または擬似ペロブスカイト型酸化物となる。しかしな
がら、基板温度が高すぎると蒸着膜の組成の制御が困難
となり、目的とするペロブスカイト型酸化物または擬似
ペロブスカイト型酸化物が得られない。
230〜1410℃に加熱する。この基板の加熱により薄膜は
焼結と同様な作用をうけ、適当なペロブスカイト型酸化
物または擬似ペロブスカイト型酸化物となる。しかしな
がら、基板温度が高すぎると蒸着膜の組成の制御が困難
となり、目的とするペロブスカイト型酸化物または擬似
ペロブスカイト型酸化物が得られない。
次に本発明の方法を実施するために用いる装置について
説明する。第１図は、本発明の超電導酸化物薄膜の作製
に用いたイオンビームスパッタリング装置の概略図であ
る。
説明する。第１図は、本発明の超電導酸化物薄膜の作製
に用いたイオンビームスパッタリング装置の概略図であ
る。
第１図に示す装置は、チャンバ１と、チャンバ１内に配
置されたターゲット（蒸着源）２およびこのターゲット
を包み込むように配置されたマグネトロン電極３とそれ
に併置された高周波電源４と、原料ターゲット２に対向
して設けられ、表面上に薄膜が形成されることになる基
板５とから主に構成されている。チャンバ１は排気孔８
を介して真空ポンプ（不図示）に接続され、内部を真空
にすることができる。
置されたターゲット（蒸着源）２およびこのターゲット
を包み込むように配置されたマグネトロン電極３とそれ
に併置された高周波電源４と、原料ターゲット２に対向
して設けられ、表面上に薄膜が形成されることになる基
板５とから主に構成されている。チャンバ１は排気孔８
を介して真空ポンプ（不図示）に接続され、内部を真空
にすることができる。
チャンバ１には差動排気可能なイオン源10が基板４に向
いて取りつけられ、イオン源10は、O2ガスを取り込む導
入孔９、排気孔８、冷陰極型イオン発生電極11、イオン
引き出し電極12からなる。
いて取りつけられ、イオン源10は、O2ガスを取り込む導
入孔９、排気孔８、冷陰極型イオン発生電極11、イオン
引き出し電極12からなる。
基板５には加熱用ヒーター６が取りつけられ、基板温度
が調整可能である。さらに、チャンバ１には、雰囲気ガ
スの導入孔９が取りつけられている。
が調整可能である。さらに、チャンバ１には、雰囲気ガ
スの導入孔９が取りつけられている。
実施例 以下に本発明を実施例により説明するが、本発明の技術
的範囲はこれらの実施例に何等制限されるものではない
ことは勿論である。
的範囲はこれらの実施例に何等制限されるものではない
ことは勿論である。
第１図に示したイオンビームスパッタリング装置を用い
て超電導薄膜を作製した。
て超電導薄膜を作製した。
各実施例の成膜条件は第１表に示す通りである。
実施例１ 原料ターゲット２として、Ｙ、Baをモル比1:2で混合
し、CuをＹ、Ba、Cuのモル比が1:2:3となる量よりも10
重量％過剰に混合して作製した合金を用い、基板５には
MgO単結晶の（001）面を成膜面として用いた。
し、CuをＹ、Ba、Cuのモル比が1:2:3となる量よりも10
重量％過剰に混合して作製した合金を用い、基板５には
MgO単結晶の（001）面を成膜面として用いた。
まず、チャンバ１内に、上記合金ターゲット２と基板５
を装着した。次いでチャンバ１内を真空に排気し、4.5
×10-4TorrのO2と6.0×10-4TorrのArを導入した。イオ
ン源10内も同様に真空に排気してから、3.0×10-4Torr
のO2を導入した。ヒーター６に通電し、基板温度を680
℃に加熱して、RF電極、イオン発生電極に高周波電力を
流した。また、同時にイオン引き出し電極にも電圧をか
けた。それぞれの電力、電圧はRF電力が45W/cm2、イオ
ン発生電極の放電電圧が1.6kV、イオン引き出し電極に
かけた加速電圧が620Vである。この時、薄膜は成膜速度
0.3Å／秒で生成した。成膜条件を第１表に示した。
を装着した。次いでチャンバ１内を真空に排気し、4.5
×10-4TorrのO2と6.0×10-4TorrのArを導入した。イオ
ン源10内も同様に真空に排気してから、3.0×10-4Torr
のO2を導入した。ヒーター６に通電し、基板温度を680
℃に加熱して、RF電極、イオン発生電極に高周波電力を
流した。また、同時にイオン引き出し電極にも電圧をか
けた。それぞれの電力、電圧はRF電力が45W/cm2、イオ
ン発生電極の放電電圧が1.6kV、イオン引き出し電極に
かけた加速電圧が620Vである。この時、薄膜は成膜速度
0.3Å／秒で生成した。成膜条件を第１表に示した。
実施例２ 原料ターゲット２として、La、Baをモル比1:2で混合
し、CuをLa、Ba、Cuのモル比が1:2:3となる量よりも10
重量％過剰に混合して作製した合金を用い、基板５には
MgO単結晶の（001）面を成膜面として用いた。成膜の手
順は実施例１と同様であり、成膜条件は第１表に示して
ある。
し、CuをLa、Ba、Cuのモル比が1:2:3となる量よりも10
重量％過剰に混合して作製した合金を用い、基板５には
MgO単結晶の（001）面を成膜面として用いた。成膜の手
順は実施例１と同様であり、成膜条件は第１表に示して
ある。
実施例３ 原料ターゲット２として、La、Srをモル比1:2で混合
し、CuをLa、Sr、Cuのモル比が1:2:3となる量よりも10
重量％過剰に混合して作製した合金を用い、基板５には
SrTiO3単結晶の（001）面を成膜面として用いた。成膜
の手順は実施例１と同様であり、成膜条件は第１表に示
してある。
し、CuをLa、Sr、Cuのモル比が1:2:3となる量よりも10
重量％過剰に混合して作製した合金を用い、基板５には
SrTiO3単結晶の（001）面を成膜面として用いた。成膜
の手順は実施例１と同様であり、成膜条件は第１表に示
してある。
次いで、得られた各々の薄膜の抵抗を測定するためサン
プルを作製した。抵抗測定を行うサンプルは、基板５上
に形成された薄膜の両端部分に、さらに真空蒸着で一対
のAl電極を形成し、このAl電極にリード線をハンダ付け
した。
プルを作製した。抵抗測定を行うサンプルは、基板５上
に形成された薄膜の両端部分に、さらに真空蒸着で一対
のAl電極を形成し、このAl電極にリード線をハンダ付け
した。
成膜条件と得られたTc、Tcf（電気抵抗が完全に０にな
る温度）の計測結果を併せて第１表に示す。
る温度）の計測結果を併せて第１表に示す。
この結果、本発明の方法により薄膜の結晶構造、酸素濃
度を適正に制御し、優れた特性を持つ、超電導薄膜が形
成できることがわかった。
度を適正に制御し、優れた特性を持つ、超電導薄膜が形
成できることがわかった。
発明の効果 以上説明したように、本発明により、従来の超電導体よ
りも遥かに高いTcをもつ超電導酸化物を薄膜化すること
が可能となる。従って、本発明を、超電導体を薄膜素子
として応用する分野、例えばジョセフソン素子と呼ばれ
るマティソー（Ma−tisoo）のスイッチング素子やアナ
ッカー（Anacker）のメモリー素子、さらには超電導量
子干渉計（SQUID）などに利用すると効果的である。
りも遥かに高いTcをもつ超電導酸化物を薄膜化すること
が可能となる。従って、本発明を、超電導体を薄膜素子
として応用する分野、例えばジョセフソン素子と呼ばれ
るマティソー（Ma−tisoo）のスイッチング素子やアナ
ッカー（Anacker）のメモリー素子、さらには超電導量
子干渉計（SQUID）などに利用すると効果的である。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の方法を実施するのに用いるスパッタリ
ング装置の一例の概略図である。 （主な参照番号） １……チャンバ、２……原料ターゲット、 ３……RF電極、４……高周波電源、 ５……基板、６……ヒーター、 ８……排気孔、10……イオン源、 12……イオン引き出し電極
ング装置の一例の概略図である。 （主な参照番号） １……チャンバ、２……原料ターゲット、 ３……RF電極、４……高周波電源、 ５……基板、６……ヒーター、 ８……排気孔、10……イオン源、 12……イオン引き出し電極
フロントページの続き (72)発明者 矢津 修示 兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 上代 哲司 兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−239742（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−33005（ＪＰ，Ａ)
Claims (26)
- 【請求項１】周期律表II a、III a族元素から選択され
た１種の元素α、周期律表II a、III a族元素でαと同
じものを含む元素から選択された１種の元素βおよび周
期律表I b、II b、III b、IV a、VIII a族元素から選択
された少なくとも１種の元素γを含有する合金を蒸着源
とし、ＯまたはO2イオンビームを併用して酸素を含む雰
囲気中で物理蒸着を行い、酸化物超電導体の薄膜を形成
することを特徴とする超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項２】上記酸化物超電導薄膜が、 一般式：（α1-xβｘ）γyOz （但し、α、β、γは、上記定義の元素であり、ｘはα
＋βに対するβの原子比で、0.1≦ｘ≦0.9であり、ｙお
よびｚは（α1-xβｘ）を１とした場合に0.4≦ｙ≦3.
0、１≦ｚ≦５となる原子比である） で表される組成の酸化物であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項３】上記蒸着源が、Ba、ＹおよびCuの合金であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
に記載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項４】上記蒸着源が、Ba、LaおよびCuの合金であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
に記載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項５】上記蒸着源が、Sr、LaおよびCuの合金であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
に記載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項６】蒸着源の原子比Y/（Ｙ＋Ba）が0.06乃至0.
94の範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第３項
に記載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項７】蒸着源の原子比Ba/（La＋Ba）が0.04乃至
0.96の範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第４
項に記載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項８】蒸着源の原子比Sr/（La＋Sr）が0.03乃至
0.95の範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第５
項に記載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項９】蒸着源の原子比Y/（Ｙ＋Ba）が0.1乃至0.4
であることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の
超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項１０】蒸着源の原子比Ba/（La＋Ba）が0.08乃
至0.45であることを特徴とする特許請求の範囲第７項に
記載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項１１】蒸着源の原子比Sr/（La＋Sr）が0.05乃
至0.1であること特徴とする特許請求の範囲第８項に記
載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項１２】蒸着源のBa−Ｙ−Cu、Ba−La−Cuまたは
Sr−La−Cuの原子比が、形成される薄膜のBa−Ｙ−Cu、
Ba−La−CuまたはSr−La−Cuの原子比を基準として、Ba
−Ｙ−Cu、Ba−La−CuまたはSr−La−Cuの蒸着効率に応
じて調整されていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項乃至第11項のいずれか１項に記載の超電導薄膜の作
製方法。 - 【請求項１３】上記ＯまたはO2イオンビームを、基板に
向け照射することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
至第12項のいずれか１項に記載の超電導薄膜の作製方
法。 - 【請求項１４】上記物理蒸着装置が差動排気可能なイオ
ン源を備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
至第13項のいずれか１項に記載の超電導薄膜の作製方
法。 - 【請求項１５】上記イオン源として、冷陰極型イオン源
を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
14項のいずれか１項に記載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項１６】上記イオン源内に1.7×10-5乃至8.3×10
-3Torrの範囲のO2ガスを流すことを特徴とする特許請求
の範囲第１項乃至第15項のいずれか１項に記載の超電導
薄膜の作製方法。 - 【請求項１７】上記イオン源の放電電圧を、0.8乃至10k
Vの範囲とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項
乃至第16項のいずれか１項に記載の超電導薄膜の作製方
法。 - 【請求項１８】上記イオン源の加速電圧を、50V乃至40k
Vの範囲とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項
乃至第17項のいずれか１項に記載の超電導薄膜の作製方
法。 - 【請求項１９】蒸着雰囲気がArとO2とを含み、Ar分圧
が、1.0×10-5乃至10×10-2Torrの範囲内であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第18項に記載の超
電導薄膜の作製方法。 - 【請求項２０】上記蒸着雰囲気のO2分圧が1.0×10-5乃
至1.0×10-3Torrの範囲内であることを特徴とする特許
請求の範囲第19項に記載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項２１】上記物理蒸着が、真空蒸着法、イオンプ
レーティング法、あるいはイオンビームスパッタリング
法であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
20項のいずれか１項に記載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項２２】蒸着時に、基板をヒータにより加熱する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第21項のい
ずれか１項に記載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項２３】蒸着時の上記基板の加熱温度が230乃至1
410℃の範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第2
2項に記載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項２４】上記基板として、MgO単結晶またはSrTiO
3単結晶を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１
項乃至第23項のいずれか１項に記載の超電導薄膜の作製
方法。 - 【請求項２５】上記MgO単結晶またはSrTiO3単結晶基板
の成膜面を、（001）面とすることを特徴とする特許請
求の範囲第24項に記載の超電導薄膜の作製方法。 - 【請求項２６】上記基板が、ガラス、石英、Si、ステン
レス鋼およびセラミックスからなる群より選択された１
種であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
25項のいずれか１項に記載の超電導薄膜の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62107794A JPH0764678B2 (ja) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | 超電導薄膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62107794A JPH0764678B2 (ja) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | 超電導薄膜の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63274024A JPS63274024A (ja) | 1988-11-11 |
| JPH0764678B2 true JPH0764678B2 (ja) | 1995-07-12 |
Family
ID=14468198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62107794A Expired - Fee Related JPH0764678B2 (ja) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | 超電導薄膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0764678B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2561303B2 (ja) * | 1988-01-14 | 1996-12-04 | 日本電気株式会社 | 単結晶酸化物超伝導薄膜の製造方法 |
| KR101052036B1 (ko) * | 2006-05-27 | 2011-07-26 | 한국수력원자력 주식회사 | 고온 내 부식성 향상을 위한 세라믹 코팅 및 이온빔 믹싱장치 및 이를 이용한 박막의 계면을 개질하는 방법 |
| KR100877574B1 (ko) * | 2006-12-08 | 2009-01-08 | 한국원자력연구원 | 원자력 수소생산용 고온, 고압 및 내식성 공정 열교환기 |
| JP5830238B2 (ja) * | 2010-11-17 | 2015-12-09 | 古河電気工業株式会社 | 酸化物薄膜の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6433005A (en) * | 1987-03-04 | 1989-02-02 | Masumoto Takeshi | Production of metal oxide superconducting material |
| JPS63239742A (ja) * | 1987-03-27 | 1988-10-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜超電導体の製造方法 |
-
1987
- 1987-04-30 JP JP62107794A patent/JPH0764678B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63274024A (ja) | 1988-11-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |