JPH09310169A - Dispersed grain oxide thin film containing rare earth element and its production - Google Patents

Dispersed grain oxide thin film containing rare earth element and its production

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JPH09310169A
JPH09310169A JP8148246A JP14824696A JPH09310169A JP H09310169 A JPH09310169 A JP H09310169A JP 8148246 A JP8148246 A JP 8148246A JP 14824696 A JP14824696 A JP 14824696A JP H09310169 A JPH09310169 A JP H09310169A
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rare earth
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高橋紘一郎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an oxide thin film having excellent characteristics by incorporating rare earth elements and copper and allowing it to exist on the surface of a substrate in a state in which grains are dispersed. SOLUTION: As a substrate, though limitation is not placed in particular, quartz glass or the like are suitably used. For producing an oxide thin film on this substrate by sputtering, at first, with rare earth elements as a target, sputtering is executed using Ar ions. Next, with a copper element as a target, sputtering is similarly executed to form a metallic multilayer film on the surface of the substrate. The formed thin film is subjected to thermal oxidation treatment in an oxidizing atmosphere such as air in an electric furnace. This heat treatment is executed generally at about <=1200 deg.C. In this way, the dispersed grains are formed at uniform density on the surface of the substrate with the (c) axis orientated vertically to the substrate. Moreover, the grai size and grain density can be regulated by changing the molar ratio of the rare earth elements to the copper element. Thus, they are suitable as the pinning points for a superconductive thin film or as the active points for carriers and catalysts uniformly distributed over the substrate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、希土類元素を含
む粒子分散系酸化物薄膜の製造方法に関するものであ
る。さらに詳しくは、この発明は、磁気センサー、赤外
線検出器、電磁波検出器または超高速コンピューター素
子、ならびに石油精製触媒、自動車排ガス浄化触媒また
は触媒作用を利用したガスセンサーなどに有用な希土類
元素を含む粒子分散系酸化物薄膜の製造方法に関するも
のである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a particle-dispersed oxide thin film containing a rare earth element. More specifically, the present invention is a particle containing a rare earth element useful for a magnetic sensor, an infrared detector, an electromagnetic wave detector or an ultra-high speed computer element, as well as a petroleum refining catalyst, an automobile exhaust gas purification catalyst or a gas sensor utilizing a catalytic action. The present invention relates to a method for manufacturing a dispersed oxide thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術とその課題】従来より、実用的な超伝導材
料としてNb、Geなどの元素やNb−Ge合金などの
金属からなるものが知られている。しかしながら、これ
ら従来の超伝導材料は、高密度で延伸性に富んでいる
が、臨界温度Tcが23K以下と低いため、これらを使
用するに際しては、冷却材として高価な液体ヘリウムを
大量に用いる必要があり、これらを用いた超伝導機械お
よびセンサーは、大型かつ高価なものになる等の問題が
あった。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a practical superconducting material, a material made of an element such as Nb or Ge or a metal such as an Nb-Ge alloy has been known. However, although these conventional superconducting materials are high in density and rich in extensibility, they have a low critical temperature Tc of 23 K or less. Therefore, when they are used, it is necessary to use a large amount of expensive liquid helium as a coolant. However, there has been a problem that the superconducting machine and the sensor using them are large and expensive.

【0003】一方、近年、臨界温度Tcが液体窒素温度
以上であるY−Ba−Cu−O系、Bi−Pb−Sr−
Ca−Cu−O系等の酸化物超セラミックスが見出さ
れ、超伝道応用技術の開発が活発化している。しかしな
がら、これらの酸化物系は、正孔(ホール)ドープ型
(p型超伝導体)のみであるため、電子デバイスを構成
する際に大きな制約を受ける。
On the other hand, in recent years, a critical temperature Tc is Y-Ba-Cu-O based on liquid nitrogen temperature or higher, Bi-Pb-Sr-.
Oxide superceramics such as Ca-Cu-O have been found, and the development of superconductivity application technology has been activated. However, since these oxides are only hole-doped (p-type superconductor), they are greatly restricted when forming an electronic device.

【0004】また、磁界中の超伝導体に超伝導電流をど
れだけ流し得るかは応用上重要であるが、これは量子化
磁束を強くピン止めできるピンをどれだけ導入できるか
にかかっている。だが、現在は、超伝導体中の析出物や
結晶粒界あるいはイオン照射による格子欠陥などがピン
止めの役割をはたしているが、超伝導体に均一にピン止
め点を導入することは難しい。
Further, how much a superconducting current can flow in a superconductor in a magnetic field is important for application, but this depends on how many pins can strongly pin the quantized magnetic flux. . However, at present, the precipitates in the superconductor, the grain boundaries, or the lattice defects due to ion irradiation play a role of pinning, but it is difficult to uniformly introduce pinning points to the superconductor.

【0005】このような状況において、希土類を含む、
いわゆる(Ln)2 CuO4 型酸化物(Ln:希土類元
素)の応用が期待されている。臨界温度Tcが高く、銅
を含有する超伝導酸化物のうち、(Ln)2 CuO4
は、(Ln1、Ln2、A)CuO4-Z の一般式(ここ
で、Ln1、Ln2は希土類元素、Aはアルカリまたは
アルカリ土類元素)で表される。その結晶構造は、単位
格子中にCu−Oが一層のみ含む最も単純な構造を有す
るものである。臨界温度Tcは、20〜40Kであっ
て、Y系やBi系超伝導酸化物に比して低いが、金属超
伝導体よりも優位にある。
In such a situation, including rare earth,
Application of so-called (Ln) 2 CuO 4 type oxide (Ln: rare earth element) is expected. Among the superconducting oxides having a high critical temperature Tc and containing copper, the (Ln) 2 CuO 4 type has a general formula of (Ln1, Ln2, A) CuO 4-Z (where Ln1 and Ln2 are rare earth elements). , A is an alkali or alkaline earth element). Its crystal structure has the simplest structure in which only one layer of Cu—O is contained in the unit cell. The critical temperature Tc is 20 to 40K, which is lower than that of Y-based or Bi-based superconducting oxides, but is superior to that of metallic superconductors.

【0006】この一般式で示される化合物は3種類存在
する。まず一つは、K2 NiF4 型(T型)でCuの配
位数が8個であり、(La、Ba)2 CuO4 などがこ
れに属し、正孔をキャリアとする超伝導体である。第二
のものは、T′型と呼ばれるもので、Cuの配位数が4
個であり、これは電子ドープ型ともいわれ、電子をキャ
リアとする超伝導体である。第三のものは、T″型と呼
ばれるもので、Cuの配位数は5個であって、正孔をキ
ャリアとする超伝導体である。
There are three types of compounds represented by this general formula. The first one is a K 2 NiF 4 type (T type) with a Cu coordination number of 8, and (La, Ba) 2 CuO 4 belongs to this, and is a superconductor using holes as carriers. is there. The second one is called T'type and has a Cu coordination number of 4
This is also called an electron-doped type, and is a superconductor having electrons as carriers. The third type is called a T ″ type, which has a coordination number of Cu of 5 and is a superconductor having holes as carriers.

【0007】以上のように、前記の(Ln)2 CuO4
型結晶は、金属もしくは合金の超伝導体の臨界温度Tc
より高く、電子ドープ型(n型)と正孔ドープ型(p
型)の2種類があり、両者を組み合わせることにより、
電子デバイスの種類が倍増するという利点を有してい
る。しかしながら、(Ln)2 CuO4 型酸化物は、金
属系超伝導材料とは異なり、超伝導電子の流れる方向が
結晶面と特定の関係になっているため、基板に対して配
向させる必要がある。また、磁場の影響による超伝導性
の劣化を防ぐためには超伝導体中に均一なピン止め点の
導入が必要である。さらに、このような酸化物は、触媒
あるいはセンサー等として利用することも期待される
が、実際の利用においては、たとえば気体との接触頻度
を大きくするため、比表面積を大きくする必要がある等
の問題点もあった。
As described above, the above (Ln) 2 CuO 4
The type crystal has a critical temperature Tc of a metal or alloy superconductor.
Higher, electron-doped (n-type) and hole-doped (p
There are two types), and by combining both,
It has an advantage that the number of types of electronic devices is doubled. However, unlike the metal-based superconducting material, the (Ln) 2 CuO 4 type oxide needs to be oriented with respect to the substrate because the flowing direction of superconducting electrons has a specific relationship with the crystal plane. . Further, in order to prevent the deterioration of superconductivity due to the influence of the magnetic field, it is necessary to introduce uniform pinning points in the superconductor. Furthermore, although such oxides are expected to be used as catalysts or sensors, in actual use, for example, in order to increase the frequency of contact with gas, it is necessary to increase the specific surface area. There were also problems.

【0008】この発明は、以上の通りの事情を鑑みてな
されたものであり、高い配向性を有し、ピン止め点が薄
膜中に均一に導入された、磁場に強く高臨界電流密度の
超伝導酸化物薄膜や、さらに担体あるいは基板上に活性
度および反応速度の制御が可能な触媒およびセンサー素
子等の製造のための新しい酸化物薄膜の製造方法を提供
することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances and has a high orientation, a pinning point is uniformly introduced into a thin film, and is strong against a magnetic field and has a high critical current density. It is an object of the present invention to provide a method for producing a conductive oxide thin film, and a new oxide thin film for producing a catalyst, a sensor element, and the like which can control the activity and reaction rate on a carrier or a substrate.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、1種以上の希土類元素と銅とを
含有し、基板表面に粒子分散された状態の薄膜として存
在することを特徴とする希土類元素を含む粒子分散系酸
化物薄膜(請求項1)と、この酸化物薄膜の上に超伝導
酸化物膜が配設一体化されていることを特徴とするヘテ
ロ構造超伝導薄膜(請求項2)を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention contains one or more kinds of rare earth elements and copper and exists as a thin film in a state of particles dispersed on a substrate surface. A heterostructured superconducting thin film, characterized in that a particle-dispersed oxide thin film containing a rare earth element (claim 1) and a superconducting oxide film are disposed and integrated on the oxide thin film. (Claim 2) is provided.

【0010】そしてまた、この発明は、スパッター装置
により、希土類元素および銅元素をターゲットとして、
これらを順次スパッターすることによって基板上に金属
多膜層を形成し、次いで酸化性雰囲気中で熱酸化処理す
ることを特徴とする希土類元素を含む粒子分散系酸化物
薄膜の製造方法(請求項3)と、この薄膜の上に超伝導
酸化物膜を成膜することを特徴とするヘテロ構造超伝導
薄膜の製造方法(請求項7)を提供する。
Further, according to the present invention, a sputtering apparatus is used to target rare earth elements and copper elements,
A method for producing a particle-dispersed oxide thin film containing a rare earth element, characterized in that a metal multi-layer is formed on a substrate by sequentially sputtering these, and then thermal oxidation is performed in an oxidizing atmosphere. ) And a superconducting oxide film is formed on the thin film, and a method for producing a heterostructure superconducting thin film (claim 7) is provided.

【0011】さらに、この発明は、上記酸化物薄膜の製
造方法において、1200℃以下の温度で多段階で熱酸
化処理すること(請求項4)、さらには600〜850
℃において熱処理し、次いで900〜1200℃におい
て熱酸化処理すること(請求項5)や、スパッタする希
土類元素と銅元素のモル比を制御することによって分散
粒子の粒径および粒密度を制御すること(請求項6)等
の態様をも提供する。
Further, according to the present invention, in the above-mentioned method for producing an oxide thin film, a multi-step thermal oxidation treatment is performed at a temperature of 1200 ° C. or lower (claim 4), and further 600 to 850.
Controlling the particle size and particle density of dispersed particles by heat treatment at 90 ° C. and then thermal oxidation at 900 to 1200 ° C. (claim 5) and by controlling the molar ratio of rare earth element and copper element to be sputtered. (Claim 6) and the like are also provided.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】この発明では、基板としては特に
限定されないが、石英ガラス、アルミナ、ジルコニア、
安定化ジルコニア、マグネシア(MgO)、チタン酸ス
トロンチウム(SrTiO3)等が適当である。しか
し、配向性あるいは単結晶の薄膜を得るためには、特定
の結晶面を切りだしたMgO、SrTiO3 の単結晶が
好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, the substrate is not particularly limited, but quartz glass, alumina, zirconia,
Stabilized zirconia, magnesia (MgO), strontium titanate (SrTiO3) and the like are suitable. However, in order to obtain an oriented or single crystal thin film, a single crystal of MgO or SrTiO 3 having a specific crystal plane cut out is preferable.

【0013】また希土類元素についても同様に特にその
種類に限定はないが、ヘテロ構造超伝導薄膜の製造等の
観点からは、たとえばNd、Pr、Sm、La等が例示
される。この発明の酸化物薄膜をスパッターにより製造
する際には、その手順としては、まず、希土類元素をタ
ーゲットとしてArイオンを用いてスパッターする。次
に、銅元素をターゲットとして同様にスパッターして、
金属多層膜を基板上に形成させる。あるいは、銅元素を
先に、次いで希土類元素をスパッターしてもよい。スパ
ッター条件については特に制限されないが、一般的には
真空度は10-5〜10-2Pa、基板温度は室温から70
0℃が適当である。
Similarly, although the kind of the rare earth element is not particularly limited, Nd, Pr, Sm, La and the like are exemplified from the viewpoint of manufacturing a heterostructure superconducting thin film. When the oxide thin film of the present invention is manufactured by sputtering, the procedure is as follows. First, sputtering is performed using Ar ions with a rare earth element as a target. Next, similarly sputter with a copper element as a target,
A metal multilayer film is formed on the substrate. Alternatively, the copper element may be sputtered first, and then the rare earth element may be sputtered. The sputter conditions are not particularly limited, but generally, the degree of vacuum is 10 −5 to 10 −2 Pa, and the substrate temperature is from room temperature to 70.
0 ° C. is appropriate.

【0014】以上の条件下で作製された薄膜を電気炉中
で空気等の酸化性雰囲気で酸化処理する。熱処理は、一
般的には約1200℃以下の温度において行うこととす
る。そしてこの場合、始めから高い温度、たとえば90
0〜1100℃で行うと、金属膜は蒸発し消失する場合
もあることが懸念されることから、多段階での熱処理、
たとえば少くとも2段階で行うのが望ましい。すなわ
ち、600℃未満の温度の熱処理では容易に酸化および
拡散されずに結晶化しにくいことから、まず最初に60
0〜850℃の比較的低温で5〜20時間酸化して金属
膜を酸化物とした後、それよりも高い温度域900〜1
200℃で1〜3時間、同一雰囲気中で熱処理し、金属
膜を粒子分散化させる。900〜1200℃の温度での
熱処理では、CuO層が液相となって、この液相が膜の
配向化の要因となる。
The thin film produced under the above conditions is subjected to oxidation treatment in an electric furnace in an oxidizing atmosphere such as air. The heat treatment is generally performed at a temperature of about 1200 ° C. or lower. And in this case, from the beginning a high temperature, for example 90
When performed at 0 to 1100 ° C., it is feared that the metal film may evaporate and disappear.
For example, it is desirable to carry out in at least two stages. That is, since heat treatment at a temperature of less than 600 ° C. does not easily oxidize and diffuse and does not easily crystallize, 60
After oxidizing the metal film by oxidation at a relatively low temperature of 0 to 850 ° C. for 5 to 20 hours, a temperature range higher than 900 to 1
Heat treatment is performed at 200 ° C. for 1 to 3 hours in the same atmosphere to disperse the metal film into particles. In the heat treatment at a temperature of 900 to 1200 ° C., the CuO layer becomes a liquid phase, and this liquid phase causes the orientation of the film.

【0015】熱酸化処理の雰囲気は、空気、酸素等の適
宜なものとしてよい。たとえば以上の態様により作製さ
れた分散粒子はc軸が基板に垂直に配向され、基板上に
均一な密度で形成される。また、結晶の粒径および粒密
度は希土類元素と銅元素のモル比を変えることにより制
御することができる。したがって、磁場中で高臨界電流
密度の希土類元素を含有する超伝導薄膜のピン止め点と
して、または担体あるいは基板に均一に分布した触媒の
活性点として好適である。
The atmosphere for the thermal oxidation treatment may be an appropriate atmosphere such as air or oxygen. For example, the c-axis of the dispersed particles produced by the above embodiment is oriented perpendicular to the substrate, and is formed on the substrate with a uniform density. The crystal grain size and grain density can be controlled by changing the molar ratio of the rare earth element and the copper element. Therefore, it is suitable as a pinning point of a superconducting thin film containing a rare earth element having a high critical current density in a magnetic field, or as an active point of a catalyst uniformly distributed on a carrier or a substrate.

【0016】磁場に強い超伝導材料とするためには、粒
子分散系酸化物膜のみでは機能しない。そこで、基板と
分散粒子からなる系に、物理的または化学的気相法によ
り、さらに連続膜を追加成膜し、超伝導体−常伝導体
(ここでは粒子分散系)ヘテロ構造を構成する。この構
造において、常伝導体(粒子分散系)は、ピン止め点と
して機能し、磁界に強い超伝導材料となる。ヘテロ構造
とは、異なる機能を有する二種以上の素材が、同一材料
の中に存在し、構成する単体(素材)のみでは、不可能
な機能を発揮する構造である。すなわち、超伝導膜のみ
では磁場に弱いが、そこにピン止め点として、常伝導物
質を点在させて、ヘテロ構造を構成することによって、
磁場に強い材料となる。物理的気相法としては、MBE
(分子線エピタキシー)法、スパッター法、蒸着法等、
また、化学的気相法としては、CVD法(化学的気相凝
固法)、MOCVD(有機金属CVD法)などが用いら
れる。
In order to obtain a superconducting material that is strong against a magnetic field, the particle-dispersed oxide film alone does not function. Therefore, a continuous film is additionally formed on the system consisting of the substrate and dispersed particles by a physical or chemical vapor phase method to form a superconductor-normal conductor (here, particle dispersed system) heterostructure. In this structure, the normal conductor (particle dispersion system) functions as a pinning point and becomes a superconducting material that is strong against magnetic fields. The heterostructure is a structure in which two or more kinds of materials having different functions exist in the same material, and the functions (impacts) which cannot be achieved by a simple substance (material) constituting the structure are exhibited. That is, a superconducting film alone is weak against a magnetic field, but by forming a heterostructure by interspersing normal conducting materials as pinning points there,
It becomes a material that is strong against magnetic fields. As a physical vapor phase method, MBE
(Molecular beam epitaxy) method, sputtering method, vapor deposition method, etc.
As the chemical vapor deposition method, a CVD method (chemical vapor deposition method), MOCVD (organic metal CVD method), or the like is used.

【0017】磁場に強いピン止め点を有する超伝導膜の
作製に際しては、上記粒子分散系は、常伝導物質でなけ
ればならない。Cuを含む希土類酸化物の場合、超伝導
性を示さず、常伝導物質であり、また希土類高温超伝導
酸化物と呼ばれるものも、含有酸素量(たとえば(N
d,Ce)2 CuOy におけるy)によっては超伝導性
を示さない。また、希土類高温超伝導酸化物の臨界温度
Tcはたかだか40K程度であるから、さらに臨界温度
の高い超伝導酸化物、たとえば、YBa2 Cu3
x (Tc=90K)と組み合わせた場合、材料の使用温
度によっては(40〜90K)、希土類高温超伝導酸化
物も常伝導物質として機能することになる。
In producing a superconducting film having a pinning point that is strong against a magnetic field, the particle dispersion system must be a normal conducting substance. In the case of a rare earth oxide containing Cu, it does not exhibit superconductivity and is a normal conductive material, and a rare earth high temperature superconducting oxide also contains an oxygen content (for example, (N
It does not exhibit superconductivity depending on y) in d, Ce) 2 CuO y . Further, since the critical temperature Tc of the rare earth high temperature superconducting oxide is at most about 40K, a superconducting oxide having a higher critical temperature, for example, YBa 2 Cu 3 O.
When combined with x (Tc = 90K), the rare earth high temperature superconducting oxide also functions as a normal conducting material depending on the use temperature of the material (40 to 90K).

【0018】また、ピン止め点としての役割を果たす粒
子分散系に、後から追加される膜の組成としては、Cu
を含むすべての高温酸化物超伝導体が該当する。たとえ
ば、Y系(YBa2 Cu3 x )、Bi系(Bi−Pb
−Sr−Ca−Cu−O等)、希土類を含む高温酸化物
超伝導体((Nd,Ce)2 CuOx 等)である。以
下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明の希土類元素
を含む粒子分散系酸化物薄膜の製造方法について説明す
る。
The composition of the film to be added later to the particle dispersion system which functions as a pinning point is Cu.
All high temperature oxide superconductors including are applicable. For example, Y-based (YBa 2 Cu 3 O x ) and Bi-based (Bi-Pb)
-Sr-Ca-Cu-O), and high temperature oxide superconductors containing rare earths ((Nd, Ce) 2 CuO x etc.). Examples will be shown below, and the method for producing a particle-dispersed oxide thin film containing a rare earth element of the present invention will be described in more detail.

【0019】[0019]

【実施例】実施例1 3極型直流マグネトロンスパッター装置を使用し、(N
0.85,Ce0.152CuO4 組成の超伝導酸化物の母
体であるNd2 CuO4 組成の酸化物薄膜を作製した。
EXAMPLES Example 1 A three-pole DC magnetron sputtering apparatus was used,
An oxide thin film of Nd 2 CuO 4 composition, which is a matrix of a superconducting oxide of d 0.85 , Ce 0.15 ) 2 CuO 4 composition, was prepared.

【0020】薄膜の作製条件は、真空度10-4Pa、エ
ミッター電流40A、プラズマ電流4.0A、ターゲッ
ト電圧100〜200Vであった。ターゲットにはNd
金属および銅金属、基板にはSrTiO3(100面)
を使用した。まず、一つのスパッター粒子源より、Nd
をスパッターし、基板上に金属膜を作り、次いで、その
上にCuをスパッターし、金属多層膜を作製した。さら
に、この膜について二段階酸化処理をおこなった。第一
段階として、上記の膜を空気中、800℃で10時間酸
化し、第二段階として、膜結晶の結晶性を良くするため
に、1100℃で1時間空気中で熱処理することによっ
て、Nd2 CuO4 組成の酸化物薄膜を得た。これによ
り得られたNd2 CuO4 の構造を解析するためにX線
回折分析を行った。
The conditions for forming the thin film were a vacuum of 10 -4 Pa, an emitter current of 40 A, a plasma current of 4.0 A, and a target voltage of 100 to 200V. Nd for target
Metal and copper metal, SrTiO3 (100 faces) for the substrate
It was used. First, from one sputter particle source, Nd
Was sputtered to form a metal film on the substrate, and then Cu was sputtered thereon to form a metal multilayer film. Further, this film was subjected to a two-step oxidation treatment. As a first step, the above film was oxidized in air at 800 ° C. for 10 hours, and as a second step, heat treatment was performed in air at 1100 ° C. for 1 hour to improve the crystallinity of the film crystal. An oxide thin film having a composition of 2 CuO 4 was obtained. X-ray diffraction analysis was performed in order to analyze the structure of Nd 2 CuO 4 thus obtained.

【0021】添付した図面の図1は、この発明により作
製されたNd2 CuO4 のX線回折分析の結果を示した
ものである。図1に示したように、この発明によって作
製されたNd2 CuO4 は、高いc軸配向性を有してい
ることがわかる。以上のNd2 CuO4 膜をベースとし
てスパッター法により成膜したNd1.83Ce0.17CuO
X /YBa2 Cu3 7-δのヘテロ構造膜は、ゼロ磁場
中、77KにおいてJc=1.1×107 A/cm2
あった。実施例2 実施例1と同様に、一つのスパッター粒子源によってN
dをスパッターし、基板上に金属膜を形成し、その上に
Cuをスパッターし、金属多層膜を作製した。
FIG. 1 of the accompanying drawings shows the result of an X-ray diffraction analysis of Nd 2 CuO 4 produced according to the present invention. As shown in FIG. 1, it can be seen that Nd 2 CuO 4 produced according to the present invention has a high c-axis orientation. Nd 1.83 Ce 0.17 CuO formed by the sputtering method based on the above Nd 2 CuO 4 film
The heterostructure film of X / YBa 2 Cu 3 O 7- δ had Jc = 1.1 × 10 7 A / cm 2 at 77K in zero magnetic field. Example 2 As in Example 1, one sputtered particle source
d was sputtered to form a metal film on the substrate, and Cu was sputtered thereon to form a metal multilayer film.

【0022】さらに、この膜について二段階酸化処理を
行った。第1段階として、上記の膜を空気中、800℃
で10時間酸化し、第二段階として、1100℃で1時
間、空気中で熱処理することによってNd2 CuO4
成の粒子分散系薄膜を得た。これにより得られた分散粒
子の構造を解析するためにX線回折分析を行った。添付
した図面の図2は、この発明により作製されたNd2
uO4 組成の粒子分散系薄膜のX線回折分析の結果を示
したものである。
Further, this film was subjected to a two-step oxidation treatment. As a first step, the above film was placed in air at 800 ° C.
Then, as a second step, a particle-dispersed thin film of Nd 2 CuO 4 composition was obtained by heat treatment in air at 1100 ° C. for 1 hour. X-ray diffraction analysis was performed to analyze the structure of the dispersed particles thus obtained. FIG. 2 of the accompanying drawings shows that Nd 2 C produced according to the present invention.
2 shows the result of X-ray diffraction analysis of a particle-dispersed thin film having a uO 4 composition.

【0023】図2に示したように、作製されたNd2
uO4 組成の粒子分散系薄膜は、高いc軸配向性を有し
ていることがわかる。添付した図面の図3は、この発明
により作製されたNd2 CuO4 組成の粒子分散系薄膜
のSEM写真を示したものである。図3に示したよう
に、作製されたNd2 CuO4 組成の粒子分散系薄膜に
おいて、分散粒子が基板上に均一に分布していることが
わかる。実施例3 実施例1と同様の装置を用いて、スパッター時間を調整
することによって、NdとCuのモル比を変化させて金
属多層膜を作製し、この膜について二段階熱処理を行っ
た。第一段階として、上記の膜を空気中、800℃で1
0時間酸化し、第二段階として、1100℃で1時間空
気中で熱処理することによって、粒子分散系薄膜を得
た。
Nd 2 C prepared as shown in FIG.
It can be seen that the particle-dispersed thin film of uO 4 composition has a high c-axis orientation. FIG. 3 of the accompanying drawings shows an SEM photograph of a particle-dispersed thin film of Nd 2 CuO 4 composition prepared according to the present invention. As shown in FIG. 3, in the produced particle-dispersed thin film of Nd 2 CuO 4 composition, the dispersed particles are uniformly distributed on the substrate. Example 3 Using the same apparatus as in Example 1, the sputtering time was adjusted to change the molar ratio of Nd and Cu to prepare a metal multilayer film, and this film was subjected to a two-step heat treatment. As a first step, the above membrane was exposed to air at 800 ° C for 1 hour.
Oxidation was performed for 0 hours, and as a second step, heat treatment was performed in air at 1100 ° C. for 1 hour to obtain a particle dispersion type thin film.

【0024】添付した図面の図4は、この発明により作
製されたNd2 CuO4 組成の粒子分散系薄膜のスパッ
ターしたNdとCuのモル比と粒径の関係を示したもの
であり、図5は、NdとCuのモル比と粒密度の関係を
示したものである。図4および5に示したように、Cu
の蒸着量が増加すると、分散粒子の粒子が大きくなり、
粒密度が小さくなることがわかる。
FIG. 4 of the accompanying drawings shows the relationship between the molar ratio of sputtered Nd and Cu and the particle size of the particle-dispersed thin film of Nd 2 CuO 4 composition prepared according to the present invention. Shows the relationship between the molar ratio of Nd and Cu and the particle density. As shown in FIGS. 4 and 5, Cu
When the deposition amount of is increased, the size of dispersed particles becomes larger,
It can be seen that the grain density decreases.

【0025】[0025]

【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明したと
おり、希土類元素を含む超伝導酸化物の高配向結晶粒が
基板上に均一分散した系を容易に作成することができ
る。すなわち、超伝導薄膜中に常伝導物質をピニング点
として分散させた、磁場に強い高電流密度を有する、超
伝導酸化物薄膜の作製に有用である。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to easily prepare a system in which highly oriented crystal grains of a superconducting oxide containing a rare earth element are uniformly dispersed on a substrate. That is, it is useful for producing a superconducting oxide thin film in which a normal conducting substance is dispersed as a pinning point in a superconducting thin film and which has a high current density that is strong against a magnetic field.

【0026】また、希土類元素と銅元素のモル比を変え
ることにより、結晶粒の粒径および粒密度を容易に制御
でき、活性度および反応速度の制御可能な触媒の作製に
有用である。
By changing the molar ratio of the rare earth element and the copper element, the grain size and grain density of the crystal grains can be easily controlled, and it is useful for producing a catalyst whose activity and reaction rate can be controlled.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明により作製されたNd2 CuO4 組成
の連続薄膜のX線回折分析の結果を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing a result of an X-ray diffraction analysis of a continuous thin film having a composition of Nd 2 CuO 4 produced according to the present invention.

【図2】この発明により作製されたNd2 CuO4 組成
の粒子分散系薄膜のX線回折分析の結果を示した図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a result of an X-ray diffraction analysis of a particle-dispersed thin film having a Nd 2 CuO 4 composition produced according to the present invention.

【図3】この発明により作製されたNd2 CuO4 組成
の粒子分散系薄膜の図面に代わる電子顕微鏡(SEM)
写真である。
FIG. 3 is an electron microscope (SEM) replacing the drawing of a particle-dispersed thin film of Nd 2 CuO 4 composition prepared according to the present invention.
It is a photograph.

【図4】この発明により作製されたNd2 CuO4 組成
の粒子分散系薄膜のスパッターしたNdとCuのモル比
と粒径の関係を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a sputtered Nd-Cu molar ratio and a particle size of a particle-dispersed thin film having an Nd 2 CuO 4 composition manufactured by the present invention.

【図5】NdとCuのモル比と粒密度の関係を示した図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a molar ratio of Nd and Cu and a grain density.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 1種以上の希土類元素と銅とを含有し、
基板表面に粒子分散された状態の薄膜として存在するこ
とを特徴とする希土類元素を含む粒子分散系酸化物薄
膜。
1. Containing one or more rare earth elements and copper,
A particle-dispersed oxide thin film containing a rare earth element, which is present as a thin film in which particles are dispersed on the surface of a substrate.
【請求項2】 請求項1の酸化物薄膜の上に超伝導酸化
物膜が配設一体化されていることを特徴とするヘテロ構
造超伝導薄膜。
2. A heterostructure superconducting thin film, wherein a superconducting oxide film is disposed and integrated on the oxide thin film of claim 1.
【請求項3】 スパッター装置により、希土類元素およ
び銅元素をターゲットとして、これらを順次スパッター
することによって基板上に金属多層膜を形成し、次いで
酸化性雰囲気中で熱酸化処理することを特徴とする希土
類元素を含む粒子分散系酸化物薄膜の製造方法。
3. A metal multilayer film is formed on a substrate by sequentially sputtering a rare earth element and a copper element as targets with a sputter device, and then performing thermal oxidation treatment in an oxidizing atmosphere. A method for producing a particle-dispersed oxide thin film containing a rare earth element.
【請求項4】 1200℃以下の温度において多段階で
熱酸化処理する請求項3の製造方法。
4. The production method according to claim 3, wherein the thermal oxidation treatment is carried out in multiple stages at a temperature of 1200 ° C. or lower.
【請求項5】 600〜850℃において熱処理し、次
いで900〜1200℃において熱酸化処理する請求項
3または4の製造方法。
5. The method according to claim 3, wherein the heat treatment is performed at 600 to 850 ° C., and the thermal oxidation treatment is then performed at 900 to 1200 ° C.
【請求項6】 スパッターする希土類元素と銅元素のモ
ル比の制御によって、分散粒子の粒径および粒密度を制
御する請求項3ないし5のいずれかの製造方法。
6. The method according to claim 3, wherein the particle diameter and particle density of the dispersed particles are controlled by controlling the molar ratio of the rare earth element and copper element to be sputtered.
【請求項7】 請求項3ないし6のいずれかの方法によ
り製造した希土類を含む粒子分散系酸化物薄膜上に、物
理的または化学的に超伝導酸化物を成膜することを特徴
とするヘテロ構造超伝導薄膜の製造方法。
7. A heteroconductive film characterized in that a superconducting oxide is physically or chemically formed on a particle-dispersed oxide thin film containing a rare earth element, which is produced by the method according to any one of claims 3 to 6. Method for manufacturing structural superconducting thin film.
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