JPH0818912B2 - 薄膜超電導体の製造方法 - Google Patents
薄膜超電導体の製造方法Info
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- JPH0818912B2 JPH0818912B2 JP62132507A JP13250787A JPH0818912B2 JP H0818912 B2 JPH0818912 B2 JP H0818912B2 JP 62132507 A JP62132507 A JP 62132507A JP 13250787 A JP13250787 A JP 13250787A JP H0818912 B2 JPH0818912 B2 JP H0818912B2
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超電導体の製造方法に関するものである。特
に化合物薄膜超電導体の製造方法に関するものである。
に化合物薄膜超電導体の製造方法に関するものである。
従来の技術 高温超電導体として、A15型２元系化合物として窒化
ニオブ（NbN）やゲルマニウムニオブ（Nb3Ge）などが知
られていたが、これらの材料の超電導転移温度はたかだ
か24゜Ｋであった。一方、ペロブスカイト系３元化合物
は、さらに高い転移温度が期待され、Ba−La−Cu−Ｏ系
の高温超電導体が提案された［J.G.Bendorz and K.A.Mu
ller,ツァイト シュリフト フェアフィジーク（Ze ts
hrift frphysik B）−Condensed Matter 64,189−193
（1986）］。さらに、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系がよ高温の超電
導材料であることが、最近提案された。（文献）［M.K.
Wu等，フィジカル レビューレターズ（Physical Revie
w Letters）Vol,58 No9,908−910（1987）］ Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系の材料の超電導機構の詳細は明らか
ではないが、転移温度が液体窒素温度以上に高くなる可
能性があり、高温超電導体として従来の２元系化合物よ
り、より有望な特性が期待される。
ニオブ（NbN）やゲルマニウムニオブ（Nb3Ge）などが知
られていたが、これらの材料の超電導転移温度はたかだ
か24゜Ｋであった。一方、ペロブスカイト系３元化合物
は、さらに高い転移温度が期待され、Ba−La−Cu−Ｏ系
の高温超電導体が提案された［J.G.Bendorz and K.A.Mu
ller,ツァイト シュリフト フェアフィジーク（Ze ts
hrift frphysik B）−Condensed Matter 64,189−193
（1986）］。さらに、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系がよ高温の超電
導材料であることが、最近提案された。（文献）［M.K.
Wu等，フィジカル レビューレターズ（Physical Revie
w Letters）Vol,58 No9,908−910（1987）］ Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系の材料の超電導機構の詳細は明らか
ではないが、転移温度が液体窒素温度以上に高くなる可
能性があり、高温超電導体として従来の２元系化合物よ
り、より有望な特性が期待される。
発明が解決しようとする問題点 上述のように複合化合物被膜を酸素雰囲気中等で熱処
理することにより、超電導の良好な特性を得ることがで
きることにより、その条件設定が難しいことと、処理す
るのに長い時間かかることと、更には800℃以上での高
温プロセスのため、高温炉等が必要であるという問題が
あった。
理することにより、超電導の良好な特性を得ることがで
きることにより、その条件設定が難しいことと、処理す
るのに長い時間かかることと、更には800℃以上での高
温プロセスのため、高温炉等が必要であるという問題が
あった。
問題点を解決するための手段 本発明の製造方法で形成する薄膜超電導体の基本構成
は、基体表面に少くともＡ、Ｂ、Cuを含む酸化物で、元
素のモル比率が の３元化合物被膜12を付着させたことを特徴としてい
る。本発明者らは、この種の超電導体が、加熱された基
本上に、上記複合化合物被膜を例えば蒸着というプロセ
スで付着させ、さらに酸素イオンを照射することによ
り、形成されることを見い出し発明に致ったものであ
る。ここにＡはSc,Yおよびランタン系列元素（原子番号
57−71）のうちすくなくとも一種、ＢはBa,Sr,Ca,Be,Mg
などII a族元素のうちの少なくとも一種の元素を示す。
は、基体表面に少くともＡ、Ｂ、Cuを含む酸化物で、元
素のモル比率が の３元化合物被膜12を付着させたことを特徴としてい
る。本発明者らは、この種の超電導体が、加熱された基
本上に、上記複合化合物被膜を例えば蒸着というプロセ
スで付着させ、さらに酸素イオンを照射することによ
り、形成されることを見い出し発明に致ったものであ
る。ここにＡはSc,Yおよびランタン系列元素（原子番号
57−71）のうちすくなくとも一種、ＢはBa,Sr,Ca,Be,Mg
などII a族元素のうちの少なくとも一種の元素を示す。
作用 本発明にかかる薄膜超電導体の製造方法は、超電導体
を薄膜化している所に大きな特色がある。すなわち、薄
膜化は超電導体の素材を原子状態という極微粒子に分解
してから基体上に堆積させ、その後酸素イオン照射処理
を行うので形成された超電導体の組成は本質的に、従来
の焼結体に比べて均質である。したがって非常に高精度
の超電導体が本発明の方法を用いて実現される。
を薄膜化している所に大きな特色がある。すなわち、薄
膜化は超電導体の素材を原子状態という極微粒子に分解
してから基体上に堆積させ、その後酸素イオン照射処理
を行うので形成された超電導体の組成は本質的に、従来
の焼結体に比べて均質である。したがって非常に高精度
の超電導体が本発明の方法を用いて実現される。
実施例 本発明の実施例を図面とともに説明する。
第１図において、３元化合物被膜12は、例えばスパッ
タリング法で形成する。この場合、基体11は超電導を示
す３元化合物被膜12の保持を目的としている。この被膜
12は通常数100℃の高温で形成し、超電導を例えば液体
窒素温度（−195℃）の低温で動作させるため、特に基
体11と被膜12の密着性が悪くなり、しばしば被膜12が破
損されることを本発明者らは確認した。さらに本発明者
らは、詳細な基本の熱的特性を各種の材質について調べ
た結果、基本の線熱膨脹係数α＞10−6/℃であれば、上
記被膜の破損がなく、実用されることを確認した。例え
ばα＜10−6/℃の石英ガラスを基体に用いると、被膜12
は無数の亀裂が入り不連続な被膜となり、実用に供しに
くいことを本発明らは確認した。
タリング法で形成する。この場合、基体11は超電導を示
す３元化合物被膜12の保持を目的としている。この被膜
12は通常数100℃の高温で形成し、超電導を例えば液体
窒素温度（−195℃）の低温で動作させるため、特に基
体11と被膜12の密着性が悪くなり、しばしば被膜12が破
損されることを本発明者らは確認した。さらに本発明者
らは、詳細な基本の熱的特性を各種の材質について調べ
た結果、基本の線熱膨脹係数α＞10−6/℃であれば、上
記被膜の破損がなく、実用されることを確認した。例え
ばα＜10−6/℃の石英ガラスを基体に用いると、被膜12
は無数の亀裂が入り不連続な被膜となり、実用に供しに
くいことを本発明らは確認した。
さらに、本発明者らは、第１図の基体11に機能性から
見て、最適の材料があることを見い出した。
見て、最適の材料があることを見い出した。
すなわち、結晶性の高い３元化合物被膜12を基体11の
表面13に形成させるためには、単結晶の基体が有効であ
る。本発明者らは詳細に最適基体材料を調べた結果、基
体11として、酸化マグネシウム、サファイア（α−Al2O
3）、スピネル、チタン酸ストロンチウム、シリコン、
ガリウム砒素等の単結晶が有効であることを確認した。
もっとも、これは表面13に効果的に結晶性の高い被膜12
を成長させるためのものであるから、少なくとも基体表
面13が単結晶であればよい。
表面13に形成させるためには、単結晶の基体が有効であ
る。本発明者らは詳細に最適基体材料を調べた結果、基
体11として、酸化マグネシウム、サファイア（α−Al2O
3）、スピネル、チタン酸ストロンチウム、シリコン、
ガリウム砒素等の単結晶が有効であることを確認した。
もっとも、これは表面13に効果的に結晶性の高い被膜12
を成長させるためのものであるから、少なくとも基体表
面13が単結晶であればよい。
本発明者らは、この種の超電導体を任意の形状例えば
円筒状に加工する場合、基体としては単結晶よりも、所
請焼結磁器が有効であることを確認するともに、最適の
磁器材料を見い出した。すなわち、磁器基体として、ア
ルミナ、酸化マグネシウム、酸化ヂルコニウム、ステア
タイト、ホルステライト、ベリリア、スピネル等が基体
の加工等、超電導被膜12の基体11への密着性が最適であ
ることを本発明者らは確認した。この場合も単結晶と同
様に、基体の表面さえこの種の磁器で構されているとよ
い。
円筒状に加工する場合、基体としては単結晶よりも、所
請焼結磁器が有効であることを確認するともに、最適の
磁器材料を見い出した。すなわち、磁器基体として、ア
ルミナ、酸化マグネシウム、酸化ヂルコニウム、ステア
タイト、ホルステライト、ベリリア、スピネル等が基体
の加工等、超電導被膜12の基体11への密着性が最適であ
ることを本発明者らは確認した。この場合も単結晶と同
様に、基体の表面さえこの種の磁器で構されているとよ
い。
薄膜超電導体の形成には、まずＡ−Ｂ−Cu−Ｏの複合
化合物被膜をスパッタリング蒸着あるいは蒸着例えば電
子ビーム蒸着、レーザビーム蒸着等の物理的気相成長法
で基体上に付着させる。この場合、超電導体Ａ−Ｂ−Cu
−Ｏは結晶構造や組成式がまだ明確には決定されていな
いが、酸素欠損ペロブスカイト（A,B）6Cu6O14ともいわ
れている。本発明者等は、作製された被膜において元素
比率が の範囲にあれば、臨界温度に多少の差があっても超電導
現象が見出されることを確認した。この複合化合物被膜
の形成法は物理的気相成長法に限定されたものではな
く、化学的気相成長法例えば常圧あるいは減圧化学的気
相成長法、プラズマ化学的気相成長法、光化学的気相成
長法も、成分A,B,Cuの比を合致させれば、有効であるこ
とを本発明らは確認した。
化合物被膜をスパッタリング蒸着あるいは蒸着例えば電
子ビーム蒸着、レーザビーム蒸着等の物理的気相成長法
で基体上に付着させる。この場合、超電導体Ａ−Ｂ−Cu
−Ｏは結晶構造や組成式がまだ明確には決定されていな
いが、酸素欠損ペロブスカイト（A,B）6Cu6O14ともいわ
れている。本発明者等は、作製された被膜において元素
比率が の範囲にあれば、臨界温度に多少の差があっても超電導
現象が見出されることを確認した。この複合化合物被膜
の形成法は物理的気相成長法に限定されたものではな
く、化学的気相成長法例えば常圧あるいは減圧化学的気
相成長法、プラズマ化学的気相成長法、光化学的気相成
長法も、成分A,B,Cuの比を合致させれば、有効であるこ
とを本発明らは確認した。
本発明者らは複合化合物被膜を基体11の表面13に付着
させる場合、基体の最適の温度範囲が存在することを本
発明者らは確認した。すなわち基体最適温度範囲は100
〜1000℃である。なお、100℃以下では、基体表面への
複合酸化物被膜の付着性が悪くなる。また、1000℃以上
では複合酸化物被膜中の成分A,BおよびCuの構造比から
のずれが大きくなる。
させる場合、基体の最適の温度範囲が存在することを本
発明者らは確認した。すなわち基体最適温度範囲は100
〜1000℃である。なお、100℃以下では、基体表面への
複合酸化物被膜の付着性が悪くなる。また、1000℃以上
では複合酸化物被膜中の成分A,BおよびCuの構造比から
のずれが大きくなる。
さらに、複合化合物被膜を付着させる時の基体の温度
はとりわけ500〜900℃の範囲がこの種の蒸着装置の機
能、複合酸化物被膜の特性の再現性から見て最適である
ことを本発明者らは確認した。この場合、形成された複
合化合物被膜は、アモルファスあるいは、微結晶から構
成されている。
はとりわけ500〜900℃の範囲がこの種の蒸着装置の機
能、複合酸化物被膜の特性の再現性から見て最適である
ことを本発明者らは確認した。この場合、形成された複
合化合物被膜は、アモルファスあるいは、微結晶から構
成されている。
しかしながら意外にもこの種の被膜は半導体的な特性
を示し、超電導は液体He温度（４゜Ｋ）でも見られな
い。又空気中に放電しておくと高抵抗となり非常に不安
定で信頼性のない被膜であることを確認した。
を示し、超電導は液体He温度（４゜Ｋ）でも見られな
い。又空気中に放電しておくと高抵抗となり非常に不安
定で信頼性のない被膜であることを確認した。
本発明者らはこの種の複合化合物被膜をさらに少なく
とも酸素を含むガスの放電により生成される酸素イオン
により処理することにより、超電導体が発生し、長期的
安定性も大きく向上することを発見した。この場合基体
を加熱することにより超電導特性が改善されることを見
い出した。最適の熱処理温度は400〜800℃であった。こ
れ以上温度になると抵抗率が高くなるとともに、被膜の
特性が不安定になり、急峻な超電導を示さない。
とも酸素を含むガスの放電により生成される酸素イオン
により処理することにより、超電導体が発生し、長期的
安定性も大きく向上することを発見した。この場合基体
を加熱することにより超電導特性が改善されることを見
い出した。最適の熱処理温度は400〜800℃であった。こ
れ以上温度になると抵抗率が高くなるとともに、被膜の
特性が不安定になり、急峻な超電導を示さない。
（具体実施例） サファイア単結晶Ｒ面を基体11として用い高周波プレ
ナーマグネトロンスパッタにより、焼結したY2Ba4Cu6O
14ターゲットをArとO2の混合ガス雰囲気でスパッタリン
グ蒸着して、上記基体上に結晶性のY2Ba4Cu6O14被膜と
して付着させ層状構造を形成した。
ナーマグネトロンスパッタにより、焼結したY2Ba4Cu6O
14ターゲットをArとO2の混合ガス雰囲気でスパッタリン
グ蒸着して、上記基体上に結晶性のY2Ba4Cu6O14被膜と
して付着させ層状構造を形成した。
この場合、ガス圧力は0.5Pa、スパッタリング電力150
W、スパッタリング時間１時間、被膜の膜厚0.5μｍ、基
体温度700℃であった。形成された被膜をさらに500℃に
加熱して酸素イオン処理を行った。５×10-4Torrの真空
槽内で処理時間10分であった。
W、スパッタリング時間１時間、被膜の膜厚0.5μｍ、基
体温度700℃であった。形成された被膜をさらに500℃に
加熱して酸素イオン処理を行った。５×10-4Torrの真空
槽内で処理時間10分であった。
第２図は、サファイアＲ面を基体11に用い、スパッタ
リング蒸着法で主成分がY2Ba4Cu6O14の３元化合物被膜1
2を付着させた時の実施例における３元化合物被膜12の
Ｘ線回析スペクトルを示す。第２図において、スペクト
ルａは被膜12から得たものであり、スペクトルｂは超電
導を示す構造から得たものを示す。同図が示すごとく、
被膜スペクトルａはスペクトルｂと類似し超電導が発生
した。
リング蒸着法で主成分がY2Ba4Cu6O14の３元化合物被膜1
2を付着させた時の実施例における３元化合物被膜12の
Ｘ線回析スペクトルを示す。第２図において、スペクト
ルａは被膜12から得たものであり、スペクトルｂは超電
導を示す構造から得たものを示す。同図が示すごとく、
被膜スペクトルａはスペクトルｂと類似し超電導が発生
した。
被膜の超電導転移温度90゜Ｋであった。
この実施例では被膜12の膜厚は0.5μｍであるが、膜
厚は0.1μｍかそれ以下の薄い場合、10μｍ以上の厚い
場合も超電導が発生することを確認した。
厚は0.1μｍかそれ以下の薄い場合、10μｍ以上の厚い
場合も超電導が発生することを確認した。
本発明者らは、サファイア以外の結晶性基体ついての
有効性を詳細に実験的に調べた。酸化マグネシウム、ス
ピネル単結晶基体上に、Y2Ba4Cu6O14構造の被膜を、サ
ファイア単結晶の場合と同様にスパッタリング蒸着法で
付着させ、これらの被膜を本発明の酸素イオン処理を行
うことによりいずれも超電導を示すことが確認された。
また、チタン酸ストロンチウム、シリコン、ガリウム砒
素単結晶についても同様の結果が得られた。
有効性を詳細に実験的に調べた。酸化マグネシウム、ス
ピネル単結晶基体上に、Y2Ba4Cu6O14構造の被膜を、サ
ファイア単結晶の場合と同様にスパッタリング蒸着法で
付着させ、これらの被膜を本発明の酸素イオン処理を行
うことによりいずれも超電導を示すことが確認された。
また、チタン酸ストロンチウム、シリコン、ガリウム砒
素単結晶についても同様の結果が得られた。
本発明の超電導体は結晶構造が複雑でまだ良く分かっ
ていない。単結晶基体に基体温度をエピタキシャル温度
以上にあげて、単結晶性を高めると正方晶ペロブスカイ
ト構造が生成し易く、再現性よく超電導体が得られない
場合が多い。したがって、本発明の実施例に述べたごと
く、基体温度はむしろ低い範囲に選びペロブスカイトな
いしは微結晶構造を含む複合化合物被膜を形成した後熱
処理により結晶化し酸素イオン処理する方が再現性よく
超電導体が得られることを本発明者らは実験的に確認し
た。
ていない。単結晶基体に基体温度をエピタキシャル温度
以上にあげて、単結晶性を高めると正方晶ペロブスカイ
ト構造が生成し易く、再現性よく超電導体が得られない
場合が多い。したがって、本発明の実施例に述べたごと
く、基体温度はむしろ低い範囲に選びペロブスカイトな
いしは微結晶構造を含む複合化合物被膜を形成した後熱
処理により結晶化し酸素イオン処理する方が再現性よく
超電導体が得られることを本発明者らは実験的に確認し
た。
この場倍、単結晶構造の基体は熱処理を行うと被膜の
固相エピタキシャル成長を助け有効である。特に基体上
にアモルファス状態の被膜をあらかじめ形成し、これを
熱処理すると結晶性基体表面により効果的に結晶性の被
膜が固相エピタキシャルし、その後被膜形成装置の真空
をやぶることなく引き続き本発明の酸素イオン処理を行
うことが超電導特性の優れた薄膜の形成に有効であるこ
とを本発明者らは確認した。なお、超電導被膜の結晶性
が特に要求されない場合（急峻な超電導転位が不要の
時）は、多結晶の磁器基体が有効である。
固相エピタキシャル成長を助け有効である。特に基体上
にアモルファス状態の被膜をあらかじめ形成し、これを
熱処理すると結晶性基体表面により効果的に結晶性の被
膜が固相エピタキシャルし、その後被膜形成装置の真空
をやぶることなく引き続き本発明の酸素イオン処理を行
うことが超電導特性の優れた薄膜の形成に有効であるこ
とを本発明者らは確認した。なお、超電導被膜の結晶性
が特に要求されない場合（急峻な超電導転位が不要の
時）は、多結晶の磁器基体が有効である。
この種の酸化物被膜のスパッタリング蒸着では例えば
ArとO2との混合ガスをスパッタリングガスに用いる。ま
た実験的に、Ar,Xe,Ne,Krのような不活性ガスあるいは
これらの不活性ガスの混合ガスがスパッタリングガスと
して有効であることを本発明者らは確認した。
ArとO2との混合ガスをスパッタリングガスに用いる。ま
た実験的に、Ar,Xe,Ne,Krのような不活性ガスあるいは
これらの不活性ガスの混合ガスがスパッタリングガスと
して有効であることを本発明者らは確認した。
スパッタリング蒸着方式も、高周波二極スパッタ、直
流二極スパッタ、マグネトロンスパッタいずれも有効で
あることを本発明者らは確認した。特に直流スパッタの
場合、スパッタリングターゲットの抵抗率を10-3Ωcm以
下に低くする事が必要で、これ以上の抵抗率では、十分
なスパッタリング放電が発生しない。なお、ターゲット
の抵抗率の調整は通常ターゲットの焼結条件によって行
う。
流二極スパッタ、マグネトロンスパッタいずれも有効で
あることを本発明者らは確認した。特に直流スパッタの
場合、スパッタリングターゲットの抵抗率を10-3Ωcm以
下に低くする事が必要で、これ以上の抵抗率では、十分
なスパッタリング放電が発生しない。なお、ターゲット
の抵抗率の調整は通常ターゲットの焼結条件によって行
う。
特にこの種の装置では、直流スパッタがスパッタ電力
等の精密制御に有効であり、また直流マグネトロンスパ
ッタ、あるいは直流マグネトロンスパッタガンなどが特
に有効であることを本発明者らは確認した。
等の精密制御に有効であり、また直流マグネトロンスパ
ッタ、あるいは直流マグネトロンスパッタガンなどが特
に有効であることを本発明者らは確認した。
上述のような作成方法により得られた複合化合物被膜
に対して酸素処理を第３図、第４図、第５図の構成の装
置を用いて行った。
に対して酸素処理を第３図、第４図、第５図の構成の装
置を用いて行った。
まず第３図のイオン源31に酸素ガスあるいは酸素を含
む混合ガスを導入し、このガスをはさんで対向した電極
32,33に高周波信号を印加してプラズマを発生させる。
このプラズマ中に磁場を形成すたの磁場発生源34を配置
し、効率よく発生させた酸素イオンを、複合化合物被膜
を形成した基板35を配置した基板台36と上記イオン源の
プラズマの間に電圧を印加することにより、酸素イオン
をイオン源より引き出し、基板台36の基板11上の複合化
合物被膜12に照射する。この時基板はヒータ37により40
0℃〜800℃に加熱することにより酸素イオン処理時間が
短縮され被膜の超電導特性が向上することを発明者らは
見出した。又、プラズマと特性試料台の間に印加する電
圧が10KV以下の場合には被膜12の表面はスパッタリング
されるが、被膜内部に対して効果的に酸素イオン処理が
行えることを確認した。
む混合ガスを導入し、このガスをはさんで対向した電極
32,33に高周波信号を印加してプラズマを発生させる。
このプラズマ中に磁場を形成すたの磁場発生源34を配置
し、効率よく発生させた酸素イオンを、複合化合物被膜
を形成した基板35を配置した基板台36と上記イオン源の
プラズマの間に電圧を印加することにより、酸素イオン
をイオン源より引き出し、基板台36の基板11上の複合化
合物被膜12に照射する。この時基板はヒータ37により40
0℃〜800℃に加熱することにより酸素イオン処理時間が
短縮され被膜の超電導特性が向上することを発明者らは
見出した。又、プラズマと特性試料台の間に印加する電
圧が10KV以下の場合には被膜12の表面はスパッタリング
されるが、被膜内部に対して効果的に酸素イオン処理が
行えることを確認した。
第４図は真空槽41内に酸素ガスあるいは酸素を含む混
合ガスを導入し、このガスにマイクロ波を照射して放電
させプラズマを発生させ、プラズマに磁場42を印加し
て、酸素イオンのイオン化効率を上げたものをイオン源
として用いたものである。この場合通常マイクロ波源43
には2.45GHzのマイクロ波を使用し磁場強度を875ガウス
程度にすると電子のサイクロトロン共鳴が生じるので酸
素イオン化の効率が上がる。このイオン源より引き出さ
れた酸素イオンを試料台36上に配置された複合化合物被
膜に照射する構造となっている。この場合マイクロ波に
より効率よくイオン化された高エネルギーの酸素イオン
が複合化合物被膜の効率的に酸化し超電導特性を向上さ
せることを見い出した。
合ガスを導入し、このガスにマイクロ波を照射して放電
させプラズマを発生させ、プラズマに磁場42を印加し
て、酸素イオンのイオン化効率を上げたものをイオン源
として用いたものである。この場合通常マイクロ波源43
には2.45GHzのマイクロ波を使用し磁場強度を875ガウス
程度にすると電子のサイクロトロン共鳴が生じるので酸
素イオン化の効率が上がる。このイオン源より引き出さ
れた酸素イオンを試料台36上に配置された複合化合物被
膜に照射する構造となっている。この場合マイクロ波に
より効率よくイオン化された高エネルギーの酸素イオン
が複合化合物被膜の効率的に酸化し超電導特性を向上さ
せることを見い出した。
これ以外にも真空槽内に酸素ガスあるいは酸素を含む
混合ガスを導入し、このガスに高周波を平行電極に印加
して放電させ、この放電プラズマ中に複合化合物被膜を
配置して、酸素処理することも出来る。この方法により
発明者らは被膜の超電導特性の向上することを確認し
た。しかしこの方法では被膜にイオン以外が照射され表
面状態を変化させるので上述の酸素処理方法がより好ま
しい。この理由で数10KV以上の加速電圧を用いる通常の
イオン注入技術による酸素処理等も十分効果のあること
を確認した。
混合ガスを導入し、このガスに高周波を平行電極に印加
して放電させ、この放電プラズマ中に複合化合物被膜を
配置して、酸素処理することも出来る。この方法により
発明者らは被膜の超電導特性の向上することを確認し
た。しかしこの方法では被膜にイオン以外が照射され表
面状態を変化させるので上述の酸素処理方法がより好ま
しい。この理由で数10KV以上の加速電圧を用いる通常の
イオン注入技術による酸素処理等も十分効果のあること
を確認した。
この種の被膜の結晶構造など詳細な特性は、基体上に
被膜が拘束されているため、被膜内には通常の焼結体で
は存在しない様な大きな歪とか欠陥が存在する。このた
め、焼結体の製造方法から被膜の製造方法を類推できる
ものではない。なお、被膜の熱処理の物理的な意味の詳
細は明らかではないが、おおよそつぎにように考えられ
る。すなわち、スパッタリング蒸着等で基体上に付着さ
せた複合化合物被膜では、（A,B）6Cu6O14という化合物
を形成していない。この場合、例えばBCuO3正方晶のペ
ロブスカイト構造のネットワーク中にＡ元素の酸化物が
分散した複合酸化物を形成している。超電導を示す構造
の発生は被膜の酸化処理に関連する。この場合本発明の
被膜では、50KV以上の注入電圧が損傷の少ない処理を可
能にすることが判った。
被膜が拘束されているため、被膜内には通常の焼結体で
は存在しない様な大きな歪とか欠陥が存在する。このた
め、焼結体の製造方法から被膜の製造方法を類推できる
ものではない。なお、被膜の熱処理の物理的な意味の詳
細は明らかではないが、おおよそつぎにように考えられ
る。すなわち、スパッタリング蒸着等で基体上に付着さ
せた複合化合物被膜では、（A,B）6Cu6O14という化合物
を形成していない。この場合、例えばBCuO3正方晶のペ
ロブスカイト構造のネットワーク中にＡ元素の酸化物が
分散した複合酸化物を形成している。超電導を示す構造
の発生は被膜の酸化処理に関連する。この場合本発明の
被膜では、50KV以上の注入電圧が損傷の少ない処理を可
能にすることが判った。
以上のような、酸素処理方法において複合化合物被膜
に酸素イオンを照射すると同時に500nm以下の短波長の
光線を照射することにより、酸素処理の効率を向上させ
ることが可能であることを見い出した。特に、紫外線照
射によるとその効果が大なることを確認した。さらにこ
の酸素処理に先だち水素イオンを同様の方法で発生させ
て複合化合物被膜に照射すると酸素処理の効果がより向
上することを見い出した。この場合被膜を300〜600℃に
加熱すると水素イオンの効果が大きくなることも確認し
た。つまりこれら酸素イオン及び水素イオンの処理によ
り複合化合物被膜の超電導特性が改善され、信頼性、長
期安定性も著しく改善された。
に酸素イオンを照射すると同時に500nm以下の短波長の
光線を照射することにより、酸素処理の効率を向上させ
ることが可能であることを見い出した。特に、紫外線照
射によるとその効果が大なることを確認した。さらにこ
の酸素処理に先だち水素イオンを同様の方法で発生させ
て複合化合物被膜に照射すると酸素処理の効果がより向
上することを見い出した。この場合被膜を300〜600℃に
加熱すると水素イオンの効果が大きくなることも確認し
た。つまりこれら酸素イオン及び水素イオンの処理によ
り複合化合物被膜の超電導特性が改善され、信頼性、長
期安定性も著しく改善された。
この種の３元化合物超電導体（A,B）6Cu6O14の構成元
素ＡおよびＢの変化による超電導特性の変化の詳細は明
らかではない。ただＡは、３価,Bは２価を示しているの
は事実ではある。Ａ元素としてＹについて例をあげて説
明したが、ScやLa、さらにランタン系列の元素（原子番
号57〜71）でも、超電導転移温度が変化する程度で本質
的な発明の特性を変えるものではない。
素ＡおよびＢの変化による超電導特性の変化の詳細は明
らかではない。ただＡは、３価,Bは２価を示しているの
は事実ではある。Ａ元素としてＹについて例をあげて説
明したが、ScやLa、さらにランタン系列の元素（原子番
号57〜71）でも、超電導転移温度が変化する程度で本質
的な発明の特性を変えるものではない。
また、Ｂ元素においても、Sr、Ca、Ba等II a族元素の
変化は超電導転移温度を10゜Ｋ程度変化させるが、本質
的に本発明の特性を変えるものではない。
変化は超電導転移温度を10゜Ｋ程度変化させるが、本質
的に本発明の特性を変えるものではない。
発明の効果 とりわけ、本発明にかかる超電導体は、超電導体を薄
膜化して酸素イオン処理している所に大きな特色があ
る。すなわち、薄膜化は超電導体の素材を原子状態とい
う極微粒子に分解してから、基体上に堆積させるから、
形成された超電導体の組成は本質的に、従来の焼結体に
比べて均質である。さらに通常行われている熱によるア
ニールに比べて本発明による酸素イオン処理は制御性が
良好で短時間処理が可能である。したがって、非常に高
精度の超電導体が本発明で実現される。
膜化して酸素イオン処理している所に大きな特色があ
る。すなわち、薄膜化は超電導体の素材を原子状態とい
う極微粒子に分解してから、基体上に堆積させるから、
形成された超電導体の組成は本質的に、従来の焼結体に
比べて均質である。さらに通常行われている熱によるア
ニールに比べて本発明による酸素イオン処理は制御性が
良好で短時間処理が可能である。したがって、非常に高
精度の超電導体が本発明で実現される。
以上の説明のごとく本発明の薄膜超電導体の製造方法
によると、例えば結晶性基体上に薄膜状で形成されるの
で焼結体より本質的により精度が高い上SiあるいはGaAs
などのデバイスとの集積化が可能であるとともに、ジョ
セフソン素子など各種の超電導デバイスの製造に実用さ
れる。特にこの種の化合物超電導体の転移温度が室温に
なる可能性もあり、従来の実用の範囲は広く、本発明の
工業的価値は高い。
によると、例えば結晶性基体上に薄膜状で形成されるの
で焼結体より本質的により精度が高い上SiあるいはGaAs
などのデバイスとの集積化が可能であるとともに、ジョ
セフソン素子など各種の超電導デバイスの製造に実用さ
れる。特にこの種の化合物超電導体の転移温度が室温に
なる可能性もあり、従来の実用の範囲は広く、本発明の
工業的価値は高い。
第１図は本発明の一実施例の薄膜超電導体の製造方法で
形成した薄膜超電導体の基本構成図、第２図は本発明の
薄膜超電導体の基本特性図、第３図、第４図は本発明に
用いるイオン処理装置の概略構成図である。 11……基体、12……３元化合物被膜、31……イオン源。
形成した薄膜超電導体の基本構成図、第２図は本発明の
薄膜超電導体の基本特性図、第３図、第４図は本発明に
用いるイオン処理装置の概略構成図である。 11……基体、12……３元化合物被膜、31……イオン源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 和佐 清孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (15)
- 【請求項１】少なくともCuを含む複合化合物により構成
される酸化物超電導被膜において、この被膜の作製中
に、被膜に対して酸素イオンを照射すると同時に光線を
照射することを特徴とする薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項２】酸素イオン照射時の複合化合物被膜を加熱
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜
超電導体の製造方法。 - 【請求項３】酸素イオン源として、少なくとも酸素を含
むガムの真空槽内での放電により生成したプラズマを用
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜
超電導体の製造方法。 - 【請求項４】酸素イオン源装置として、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を用いること
を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の薄膜超電導体
の製造方法。 - 【請求項５】電子サイクロトロン共鳴を用いることを特
徴とする特許請求の範囲第４項記載の薄膜超電導体の製
造方法。 - 【請求項６】真空槽内での放電により生成した酸素イオ
ンをこの真空槽内のプラズマと複合化合物被膜を設置し
た試料台との間に電圧を印加して加速し照射することを
特徴とする特許請求の範囲第３項記載の薄膜超電導体の
製造方法。 - 【請求項７】酸素イオン照射時の複合化合物被膜を400
℃から800℃以下に加熱することを特徴とする特許請求
の範囲第２項記載の薄膜電導体の製造方法。 - 【請求項８】酸素ガスに高周波電圧を印加して生成した
プラズマと試料台の間に所定の電位に設置した電極を設
置して酸素イオンを照射することを特徴とする特許請求
の範囲第６項記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項９】プラズマと試料台との間に10KV以下の直流
電圧を印加することを特徴とする特許請求の範囲第６項
記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項１０】酸素ガスに高周波電圧を印加して生成し
たプラズマ中に複合化合物被膜を設置したことを特徴と
する特許請求の範囲第６項記載の薄膜超電導体の製造方
法。 - 【請求項１１】酸素イオンの照射と同時に紫外線を照射
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜
超電導体の製造方法。 - 【請求項１２】複合化合物被膜を形成した後同一の装置
により引き続き酸素イオン照射を行うことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項１３】酸素イオン源と試料台の間に50KV以上の
電圧を印加することを特徴とする特許請求の範囲第６項
記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項１４】水素を含んだガスを放電させ水素イオン
を複合化合物被膜に照射することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項１５】複合化合物被膜の温度を400℃〜600℃と
したことを特徴とする特許請求の範囲第14項記載の薄膜
超電導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62132507A JPH0818912B2 (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62132507A JPH0818912B2 (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63298920A JPS63298920A (ja) | 1988-12-06 |
| JPH0818912B2 true JPH0818912B2 (ja) | 1996-02-28 |
Family
ID=15082971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62132507A Expired - Fee Related JPH0818912B2 (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0818912B2 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63245829A (ja) * | 1987-03-31 | 1988-10-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 酸化物超電導薄膜の製造方法 |
| JPS63261770A (ja) * | 1987-04-18 | 1988-10-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 酸化物超電導材料の作製方法 |
| JPS63261626A (ja) * | 1987-04-20 | 1988-10-28 | Nissin Electric Co Ltd | 超電導薄膜の製造方法 |
| JPS63268087A (ja) * | 1987-04-27 | 1988-11-04 | Hitachi Ltd | 記憶媒体 |
-
1987
- 1987-05-28 JP JP62132507A patent/JPH0818912B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63245829A (ja) * | 1987-03-31 | 1988-10-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 酸化物超電導薄膜の製造方法 |
| JPS63261770A (ja) * | 1987-04-18 | 1988-10-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 酸化物超電導材料の作製方法 |
| JPS63261626A (ja) * | 1987-04-20 | 1988-10-28 | Nissin Electric Co Ltd | 超電導薄膜の製造方法 |
| JPS63268087A (ja) * | 1987-04-27 | 1988-11-04 | Hitachi Ltd | 記憶媒体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63298920A (ja) | 1988-12-06 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |