JPH08970B2 - 多元素化合物薄膜の形成方法 - Google Patents
多元素化合物薄膜の形成方法Info
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- 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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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高品質な多元素化合物薄膜の形成技術に関
するものであり、SAW（弾性表面波）フィルタおよび赤
外線センサなどのような圧電デバイスおよび焦電デバイ
スや、光変調器などのようなオプトエレクトロニクスデ
バイス，あるいはジョセフソン素子,SQUID,超伝導配線
基板などのような超伝導デバイス等への応用が可能とな
る。
するものであり、SAW（弾性表面波）フィルタおよび赤
外線センサなどのような圧電デバイスおよび焦電デバイ
スや、光変調器などのようなオプトエレクトロニクスデ
バイス，あるいはジョセフソン素子,SQUID,超伝導配線
基板などのような超伝導デバイス等への応用が可能とな
る。
［従来の技術］ 多元素化合物薄膜形成の従来技術の一例として、酸化
物超伝導薄膜の現状について述べる。
物超伝導薄膜の現状について述べる。
Ｙ系やBi系などの酸化物超伝導体は、臨界温度が液体
窒素温度（77K）を越えるため、エレクトロニクス分野
における応用範囲が拡大してきた。そこで、デバイスへ
の展開をはかるために薄膜形成方法が種々検討されてお
り、中でも単結晶膜の形成も可能なことからスパッタ法
が主流となっている。
窒素温度（77K）を越えるため、エレクトロニクス分野
における応用範囲が拡大してきた。そこで、デバイスへ
の展開をはかるために薄膜形成方法が種々検討されてお
り、中でも単結晶膜の形成も可能なことからスパッタ法
が主流となっている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、酸化物超伝導体は多元素からなり、各
元素の蒸気圧およびスパッタ率が異なっているため組成
制御が困難であり、化学量論組成に等しい膜を得るこ
と、および良好な超伝導特性（臨界温度，臨界電流等）
を再現よく得ることは困難であった。
元素の蒸気圧およびスパッタ率が異なっているため組成
制御が困難であり、化学量論組成に等しい膜を得るこ
と、および良好な超伝導特性（臨界温度，臨界電流等）
を再現よく得ることは困難であった。
また、レーザ光を酸化物超伝導ターゲットに照射し基
板上に超伝導薄膜を蒸着する方法も試みられているが、
単一波長のレーザ光のみを照射しているためその波長に
依存した膜組成にしかならず、良好な超伝導特性を得る
ための組成制御は困難である。
板上に超伝導薄膜を蒸着する方法も試みられているが、
単一波長のレーザ光のみを照射しているためその波長に
依存した膜組成にしかならず、良好な超伝導特性を得る
ための組成制御は困難である。
こうした薄膜の組成制御の困難性は、多元素からなる
他の化合物薄膜の形成についても見られることはいうま
でもない。また、従来の酸化物超伝導薄膜は、基板上に
薄膜を形成した後に900℃程度の高温でアニールする工
程が必要であるため、基板と酸化物超伝導薄膜との間で
拡散・反応等を生じ、このため膜の超伝導特性を損なう
ことがあり、使用できる基板が高価なSrTiO3等に限定さ
れるなど、デバイス化に当たって問題となっていた。
他の化合物薄膜の形成についても見られることはいうま
でもない。また、従来の酸化物超伝導薄膜は、基板上に
薄膜を形成した後に900℃程度の高温でアニールする工
程が必要であるため、基板と酸化物超伝導薄膜との間で
拡散・反応等を生じ、このため膜の超伝導特性を損なう
ことがあり、使用できる基板が高価なSrTiO3等に限定さ
れるなど、デバイス化に当たって問題となっていた。
本発明の目的は上述の問題点を解決し、組成を制御す
ることができる多元素化合物薄膜の形成方法を提供する
ことにある。特に良好な超伝導特性を示す酸化物超伝導
薄膜を容易に形成し、さらに超伝導化に必要な高温アニ
ール工程を省略あるいは簡略化し得る方法を提供するこ
とにある。
ることができる多元素化合物薄膜の形成方法を提供する
ことにある。特に良好な超伝導特性を示す酸化物超伝導
薄膜を容易に形成し、さらに超伝導化に必要な高温アニ
ール工程を省略あるいは簡略化し得る方法を提供するこ
とにある。
［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、互いに
波長の異なる２種類以上のレーザ光を多元素化合物から
なるターゲットに同時に照射する工程と、照射により蒸
気化した多元素化合物を基板上に蒸着させる工程とを含
むことを特徴とする。
波長の異なる２種類以上のレーザ光を多元素化合物から
なるターゲットに同時に照射する工程と、照射により蒸
気化した多元素化合物を基板上に蒸着させる工程とを含
むことを特徴とする。
［作用］ 本発明では種々のガスを導入でき、かつ減圧あるいは
加圧下にもできる容器内において、互いに波長の異なる
２種類以上のレーザ光を多元素化合物ペレットに同時に
照射することにより、多元素化合物薄膜の組成制御を容
易に、かつ再現性よく行うことができる。さらに照射に
より蒸気化した多元素化合物を励起分解させることがで
き、形成膜の平滑性を向上できる。また、同一容器内で
基板上の形成膜にレーザ光を照射しアニールさせること
ができ、形成膜の原子状態を励起させることもできる。
加圧下にもできる容器内において、互いに波長の異なる
２種類以上のレーザ光を多元素化合物ペレットに同時に
照射することにより、多元素化合物薄膜の組成制御を容
易に、かつ再現性よく行うことができる。さらに照射に
より蒸気化した多元素化合物を励起分解させることがで
き、形成膜の平滑性を向上できる。また、同一容器内で
基板上の形成膜にレーザ光を照射しアニールさせること
ができ、形成膜の原子状態を励起させることもできる。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例に係る薄膜形成装置の概念
を示す。ここで、１は薄膜形成用レーザ光入射口、２は
ターゲットである酸化物超伝導ペレット、３は基板、４
は基板ホルダー、５はガス導入口、６は排気口である。
を示す。ここで、１は薄膜形成用レーザ光入射口、２は
ターゲットである酸化物超伝導ペレット、３は基板、４
は基板ホルダー、５はガス導入口、６は排気口である。
超伝導薄膜の形成は、レーザ光入射口１から互いに波
長の異なる２種類のレーザ光を同時に入射させ、酸化物
超伝導ペレットであるターゲット２に照射、基板３上に
酸化物超伝導体を蒸着・堆積させ、薄膜を形成するもの
である。蒸着中の雰囲気は、各種ガスをガス導入口５よ
り導入することで制御可能であり、さらに酸素雰囲気中
において、ターゲット２と基板３間に設置した電極（図
示せず）に10kV以上の高電圧を印加し、プラズマ化した
酸素雰囲気にすることも可能である。
長の異なる２種類のレーザ光を同時に入射させ、酸化物
超伝導ペレットであるターゲット２に照射、基板３上に
酸化物超伝導体を蒸着・堆積させ、薄膜を形成するもの
である。蒸着中の雰囲気は、各種ガスをガス導入口５よ
り導入することで制御可能であり、さらに酸素雰囲気中
において、ターゲット２と基板３間に設置した電極（図
示せず）に10kV以上の高電圧を印加し、プラズマ化した
酸素雰囲気にすることも可能である。
このような構成となっているため、照射する２種類の
レーザ光の波長およびパワーを変えることにより、形成
される薄膜の組成を制御し、ターゲットと同じ組成の膜
形成を行うことが可能となる。また雰囲気を変えること
で、蒸着する超伝導膜の酸素含量を、良好な超伝導特性
を示す値に制御することが可能となる。
レーザ光の波長およびパワーを変えることにより、形成
される薄膜の組成を制御し、ターゲットと同じ組成の膜
形成を行うことが可能となる。また雰囲気を変えること
で、蒸着する超伝導膜の酸素含量を、良好な超伝導特性
を示す値に制御することが可能となる。
２種類のレーザを用いた場合との比較のために、一例
として、ターゲット２として900℃で焼結させたBa2YCu3
Ox（ｘ＝6.8）酸化物超伝導体に、波長1.06μｍのYAGレ
ーザ光、あるいは波長193nmのエキシマレーザ光のいず
れか１種類を照射した場合について説明する。基板３と
して単結晶Si（110）を使用し、基板温度は室温、雰囲
気は大気とし、10分間蒸着を行った。作製された蒸着膜
を発光分析法にて組成分析したところ、表１に示すよう
にYAGレーザ光を用いて形成された膜ではＹとBaの組成
比が理論組成比（ターゲット組成比）に比べて若干低
く、逆にエキシマではそれら組成比が若干高いなど形成
膜の組成にレーザ波長の依存性がみられた。
として、ターゲット２として900℃で焼結させたBa2YCu3
Ox（ｘ＝6.8）酸化物超伝導体に、波長1.06μｍのYAGレ
ーザ光、あるいは波長193nmのエキシマレーザ光のいず
れか１種類を照射した場合について説明する。基板３と
して単結晶Si（110）を使用し、基板温度は室温、雰囲
気は大気とし、10分間蒸着を行った。作製された蒸着膜
を発光分析法にて組成分析したところ、表１に示すよう
にYAGレーザ光を用いて形成された膜ではＹとBaの組成
比が理論組成比（ターゲット組成比）に比べて若干低
く、逆にエキシマではそれら組成比が若干高いなど形成
膜の組成にレーザ波長の依存性がみられた。
このように、形成膜の組成にはレーザの波長依存性が
あるため１種類のレーザでは化学量論組成に等しい膜を
得ることが困難である。これに対し、前述の場合と同じ
条件で、レーザ入射口１からYAGおよびエキシマの２種
類のレーザ光を同時にターゲット２に照射した場合に
は、BaとＹの組成比が低いYAGレーザ光の欠点を、Baと
Ｙの組成比が高いエキシマレーザ光で補償して化学量論
組成（Ba:Y:Cu＝2:1:3）により近い膜を得ることができ
た。すなわち光波長依存性を利用して、逆に組成制御が
可能となる。
あるため１種類のレーザでは化学量論組成に等しい膜を
得ることが困難である。これに対し、前述の場合と同じ
条件で、レーザ入射口１からYAGおよびエキシマの２種
類のレーザ光を同時にターゲット２に照射した場合に
は、BaとＹの組成比が低いYAGレーザ光の欠点を、Baと
Ｙの組成比が高いエキシマレーザ光で補償して化学量論
組成（Ba:Y:Cu＝2:1:3）により近い膜を得ることができ
た。すなわち光波長依存性を利用して、逆に組成制御が
可能となる。
また、プラズマ化した酸素雰囲気中において薄膜形成
を行うと、酸素が活性化され酸素吸着が高められるた
め、Ｙ系の場合、蒸着する超伝導膜Ba2YCu3Oxの酸素含
量ｘを、良好な超伝導特性を示す6.9付近の値に制御す
ことができ、より高品質な膜の形成が可能となる。な
お、この後必要に応じて酸素雰囲気にした別個の加熱炉
内で基板３を900℃前後に加熱しアニールしてもよい。
を行うと、酸素が活性化され酸素吸着が高められるた
め、Ｙ系の場合、蒸着する超伝導膜Ba2YCu3Oxの酸素含
量ｘを、良好な超伝導特性を示す6.9付近の値に制御す
ことができ、より高品質な膜の形成が可能となる。な
お、この後必要に応じて酸素雰囲気にした別個の加熱炉
内で基板３を900℃前後に加熱しアニールしてもよい。
以上のように、基板に蒸着を行う際に互いに波長の異
なるレーザ光を２種類使用することにより、容易に、か
つ再現性よく薄膜の組成制御を行うことができる。しか
も室温・大気中という簡便な条件下でも、超伝導薄膜を
蒸着できるという特徴を持つ。
なるレーザ光を２種類使用することにより、容易に、か
つ再現性よく薄膜の組成制御を行うことができる。しか
も室温・大気中という簡便な条件下でも、超伝導薄膜を
蒸着できるという特徴を持つ。
なお、２種類ではなく波長の異なる３種類以上のレー
ザ光を同時にターゲットに照射することにより膜の組成
制御を行ってもよいことはいうまでもない。また、薄膜
形成は大気圧の他に減圧あるいは加圧下で行ってもよい
ことはいうまでもない。さらに、ターゲットとして酸化
物超伝導体以外の多元素化合物を用いても、組成制御を
行うことができることはいうまでもない。
ザ光を同時にターゲットに照射することにより膜の組成
制御を行ってもよいことはいうまでもない。また、薄膜
形成は大気圧の他に減圧あるいは加圧下で行ってもよい
ことはいうまでもない。さらに、ターゲットとして酸化
物超伝導体以外の多元素化合物を用いても、組成制御を
行うことができることはいうまでもない。
第２図は本発明の他の実施例に係る薄膜形成装置の概
念を示す。第２図において参照番号１から６で示したも
のは第１図と同様であり、７はアニール用レーザ入射口
である。
念を示す。第２図において参照番号１から６で示したも
のは第１図と同様であり、７はアニール用レーザ入射口
である。
本実施例は上述の実施例と同様の方法で蒸着する薄膜
に、アニール用レーザ光入射口７からレーザ光を照射
し、アニール処理を行うものである。アニール用レーザ
光の照射は、膜蒸着と同時あるいは蒸着後に行う。蒸着
後に行うアニール中の雰囲気は上述の一実施例における
蒸着中と同様、プラズマ化した酸素雰囲気を含む各種の
雰囲気制御が可能である。
に、アニール用レーザ光入射口７からレーザ光を照射
し、アニール処理を行うものである。アニール用レーザ
光の照射は、膜蒸着と同時あるいは蒸着後に行う。蒸着
後に行うアニール中の雰囲気は上述の一実施例における
蒸着中と同様、プラズマ化した酸素雰囲気を含む各種の
雰囲気制御が可能である。
基板上にレーザ光を照射することにより、基板表面の
局部的な加熱，表面活性が促進され、蒸着膜への酸素吸
収が高められる。よって酸化物超伝導体を蒸着した場
合、Ba2YCu3Oxの酸素含量ｘを良好な超伝導特性を示す
6.9付近の値に制御することが可能であり、より高品質
な膜の形成が可能となる。
局部的な加熱，表面活性が促進され、蒸着膜への酸素吸
収が高められる。よって酸化物超伝導体を蒸着した場
合、Ba2YCu3Oxの酸素含量ｘを良好な超伝導特性を示す
6.9付近の値に制御することが可能であり、より高品質
な膜の形成が可能となる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては、以下のよう
な効果がある。
な効果がある。
（１）従来のスパッタ法のように構成元素の蒸気圧、ス
パッタ率の違いを補うために、ターゲット組成を化学量
論組成から高精度にずらして調整する必要（例えばＹ系
酸化物超伝導体におけるCuの組成比を若干高くする等）
がなくなるので、多元素化合物薄膜の組成制御が容易に
しかも再現性よく行うことができる。
パッタ率の違いを補うために、ターゲット組成を化学量
論組成から高精度にずらして調整する必要（例えばＹ系
酸化物超伝導体におけるCuの組成比を若干高くする等）
がなくなるので、多元素化合物薄膜の組成制御が容易に
しかも再現性よく行うことができる。
（２）室温のような低い温度で超伝導体などのような多
元素化合物薄膜が形成できるので、基板と薄膜との反応
・拡散を防ぐことができ、Si等のような廉価な基板材が
使用可能となる。
元素化合物薄膜が形成できるので、基板と薄膜との反応
・拡散を防ぐことができ、Si等のような廉価な基板材が
使用可能となる。
（３）高温，高真空を必要とせずに超伝導体などの多元
素化合物薄膜が形成できるので、薄膜形成装置を簡便で
かつ小型にすることが可能となる。
素化合物薄膜が形成できるので、薄膜形成装置を簡便で
かつ小型にすることが可能となる。
（４）特に酸化物超伝導体では、薄膜形成と酸素含量調
整などのためのアニール処理が可能となり、従来薄膜形
成の後に別の加熱炉内で行っていた高温アニール工程を
省略あるいは簡略することができる。
整などのためのアニール処理が可能となり、従来薄膜形
成の後に別の加熱炉内で行っていた高温アニール工程を
省略あるいは簡略することができる。
（５）Ba2YCu3Ox材料ではスパッタ法で困難な90K以上の
高温臨界温度が容易に得られるなど、良好な超伝導特性
が得られる。
高温臨界温度が容易に得られるなど、良好な超伝導特性
が得られる。
これらの効果により、例えばデバイスなどのようなエ
レクトロニクスへの応用が可能となる。
レクトロニクスへの応用が可能となる。
第１図は本発明の一実施例に係る薄膜形成装置の概念
図、 第２図は本発明の他の実施例に係る拡張型薄膜形成装置
の概念図である。 １……薄膜形成用レーザ光入射口、２……ターゲット、
３……基板、４……基板ホルダー、５……ガス導入口、
６……排気口、７……アニール用レーザ光入射口。
図、 第２図は本発明の他の実施例に係る拡張型薄膜形成装置
の概念図である。 １……薄膜形成用レーザ光入射口、２……ターゲット、
３……基板、４……基板ホルダー、５……ガス導入口、
６……排気口、７……アニール用レーザ光入射口。
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/203 Ｓ 9545−4Ｍ 39/24 ＺＡＡ Ｃ
Claims (3)
- 【請求項１】互いに波長の異なる２種類以上のレーザ光
を多元素化合物からなるターゲットに同時に照射する工
程と、該照射により蒸気化した前記多元素化合物を基板
上に蒸着させる工程とを含むことを特徴とする多元素化
合物薄膜の形成方法。 - 【請求項２】前記多元素化合物からなるターゲットとし
て酸化物超伝導ペレットを用いることを特徴とする請求
項１記載の多元素化合物薄膜の形成方法。 - 【請求項３】前記酸化物超伝導ペレットへの前記照射を
酸素あるいはプラズマ化した酸素雰囲気中で行い、前記
蒸着中もしくは前記蒸着後に前記薄膜上にレーザ光を照
射することにより該薄膜をアニールすることを特徴とす
る請求項１または２記載の多元素化合物薄膜の形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63273002A JPH08970B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 多元素化合物薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63273002A JPH08970B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 多元素化合物薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02122069A JPH02122069A (ja) | 1990-05-09 |
| JPH08970B2 true JPH08970B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=17521781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63273002A Expired - Fee Related JPH08970B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 多元素化合物薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08970B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2300426B (en) * | 1992-11-30 | 1997-05-28 | Mitsubishi Electric Corp | Thin film forming apparatus using laser |
| JP3255469B2 (ja) * | 1992-11-30 | 2002-02-12 | 三菱電機株式会社 | レーザ薄膜形成装置 |
| JP2011146234A (ja) * | 2010-01-14 | 2011-07-28 | Fujikura Ltd | 酸化物超電導膜の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6353258A (ja) * | 1986-08-22 | 1988-03-07 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | Ｐｖｄ方法および装置 |
-
1988
- 1988-10-31 JP JP63273002A patent/JPH08970B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02122069A (ja) | 1990-05-09 |
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