JPS605233B2 - 高融点化合物薄膜の製造方法 - Google Patents

高融点化合物薄膜の製造方法

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JPS605233B2
JPS605233B2 JP56017465A JP1746581A JPS605233B2 JP S605233 B2 JPS605233 B2 JP S605233B2 JP 56017465 A JP56017465 A JP 56017465A JP 1746581 A JP1746581 A JP 1746581A JP S605233 B2 JPS605233 B2 JP S605233B2
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JP
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thin film
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high melting
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compound thin
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明憲 勝井
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/80Constructional details
    • H10N60/85Superconducting active materials

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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超伝導薄膜および薄膜微小回路の製造技術に
関し、特に高融点化合物薄膜の製造方法に関するもので
ある。
AI5構造を有する超伝導化合物として代表的な材料で
あるNQC科ま非平衡相であるから、単一相のN広後を
得ることはむずかしく、通常の製造条件ではNは技3な
どが混在する。
薄膜の形態でも状況は同じであり、かかる薄膜を形成す
るために従来、スパッタ法、同時蒸着法、CVD法など
が検討されているものの、これらの方法では、生成する
薄膜の組成、特性に影響を与える要因の数が多く、また
それらの要因の相互関係も複雑なため、膜内で組成や特
性が均一である高臨界温度を示すNG蛇薄膜の製造条件
はいまだに確立されておらず、従来から改善策が望まれ
ていた。また、N広Gなどの超伝導薄膜を用いてジョセ
フソン素子などの薄膜回路を基板上に形成する湯合、従
来法では薄膜製造の工程中にわたって基板を高温度に保
持しなければならず、そのため基板としては、特別な材
料しか用いることができず、また、多層構成を必要とす
る薄膜回路の製造にあたっては、既に形成した下層の薄
膜が、上層の薄膜を形成している間に、熱変成する煤れ
があった。
そのため、上述した従来の薄膜製造法は、薄膜微小回路
の製造技術としては実用性に乏しく、きわめて適用領域
の狭いものとなっていた。そこで、本発明の目的は、い
かなる基板材料の上にも形成可能な高融点超伝導化合物
薄膜を、信頼性高く、かつ簡略工程で製造することので
きる高融点化合物薄膜の製造方法を提案することにある
。かかる目的を達成するために、本発明では、超伝導化
合物を構成する1つまたは2つの酸化物と高融点金属と
を出発原料とし、それらの複合物を反応させるために高
エネルギービームを用いる。
すなわち、本発明では、基板上に、QまたはSjの酸化
物またはそれらの酸化物の混合物の層を形成し、該層の
上に、Nq〜Vx(1≧x≧0)から成る高融点金属の
薄膜を形成し、前記薄膜の上方から、前記層と前記薄膜
との複合物を高エネルギービームで局部的に加熱するこ
とによって、(Nq‐xVx)3Q,‐ySiy(1≧
y≧0)から成る超伝導化合物薄膜を生成する。本発明
の製造方法では、超伝導化合物を横成するNbまたはV
のような高融点金属が酸素に対して強い親和力をもつ性
質を利用する。
例えば、N広後の製造は、次式で示される化学反応を進
めることにより行う。Cや〇2十Nb→Nb3Ge十N
b・〇(1)(1}式で示す反応が固相状態で進んでN
広戊が生成するか否かは、‘1}式の反応に伴なうギプ
ス(Gibbs)の自由エネルギーの変化量の正確な値
が不明な場合、蛇02とNb・0の生成熱の大小関係を
比較することで十分推定できる。
上述のように、Nbの酸化物(Nb・0)は大きな生成
熱をもち、2500で−58〜66Kcal′夕・at
omである。一方、Q02の生成熱は25o0で、おお
よそ一40Kcal′夕・abmである。したがって、
‘1}式の反応は右へ進むと推定できる。すなわち、Q
02上にNbの薄膜を形成し、その複合物を加熱するこ
とによってN広蛇を生成することができる。さらに、本
発明の方法では、Ge02とNbを反応させるための熱
源としてレーザビームや電子ビームなどの高エネルギー
ビームを用いているため、反応はビームの照射された部
分においてのみ進行し、基板上の所望部分のみにNb3
0eを形成できるから微小回路の形成が容易であり、ま
たビームが照射されている部分を除けば基板は雰囲気温
度に近く、しかもビームが照射されている部分において
も熱は基板深部に達することはないので、基板の熱変成
の心配がなく、従って、基板材料としてはいかなるもの
でも使用できる利点もある。以下に図面を参照して本発
明を詳細に説明する。本発明により高融点化合物薄膜を
形成する一例を第1図および第2図を参照して説明する
ここで、第1図はビーム走査に先立って形成した3層構
造体を示し、1は高融点金属薄膜、2は酸化物層、およ
び3は基板である。本発明においては、まずSi単結晶
、技単結晶または瓜As単結晶等の基板3上に、Wまた
はSiの酸化物またはそれら酸化物の混合物による酸化
物層2を熱酸化法などによって形成する。次いで、高真
空蒸着装層内で、この酸化物層2の上に、Nb,‐xV
x(IZxと0)から成る高融点金属薄膜1を電子ビー
ム加熱法により堆積させる。以上により第1図示の3層
構造体が得られる。この構造体を別の真空容器内に移し
、第2図に示すようにレーザ4Aおよび照射光学4Bに
より、薄膜1の上方から薄膜1と酸化物層2との複合物
を高エネルギーのレーザビームで所望パタ−ンに沿って
走査する。かかるビーム走査によりかかる複合物はパタ
ーンに沿っては局部的に加熱され、(Nb,−XVX)
3蛇,‐ySiy(1≧y≧0)から成る超伝導化合物
薄膜5および高融点金属NQyVxの酸化物層6が形成
される。本発明の3実施例における高融点金属薄膜1、
酸化物層2および基板3の組合せを次の第1表に示す。
第1表 いずれの実施例においても、Nb、V薄膜1の厚さはお
およそ0.15仏肌、Si02、Q02薄膜2の厚さは
おおよそ0.1ムのであった。
基板3の単結晶としては、研磨、化学エッチングを施し
、よく蒸留水で洗浄した後に乾燥させたものを用いた。
まず、第1表の実施例1について説明する。Si単結晶
3の上に、熱酸化法によってSi02薄膜2を形成し、
これを高真空蒸着装暦内に移し、室温で保ったSi02
薄膜2の表面に10‐7Ton程度の真空中で電子ビー
ム加熱法によりNbの薄膜1を形成した。次に、これを
ただちに別の真空容器内に移し、1×10‐6Torr
以下の真空度まで排気した後、レーザ4Aおよびその照
射光学系48によってレーザビームをNb薄膜1の表面
に照射して走査した。ここで、レーザとしてはCWふイ
オンレーザを用いた。Nb薄膜1は、別の真空容器内へ
移す際にその表面が酸化されるI倶れがあるから、真空
蒸着後に同一装置内でビームを照射することがより好ま
しいことはもちろんである。ビーム照射領域の上昇温度
の推定を理論的に行って、ビームパワーがNb薄膜1の
表面でおおよそ900qoを越えないように調整した。
レーザビーム照射後、X線回折および電子回折法によっ
て試料からの反応生成物を同定したところ、ビームを走
査した部分では、未反応のSi02薄膜2の上に超伝導
化合物であるN広Si薄膜5と、更にその上にNbの酸
化物層6が層状に生成されていることがわかった。
また、生成されたN広Si薄膜5は、その厚さと組成と
がきわめて均一であった。一方、ビームが照射されてい
ない領域は、照射前の状態とほぼ同じであった。実施例
2について説明する。
蛇単結晶3の上に蛇02薄膜2を形成した後、実施例1
と同じ方法でNb薄膜1を戊02薄膜2の表面に堆積さ
せ、次いでビームパワーを実施例1の場合よりやや低下
させて温度800〜85000となるよう調整し、その
ビームによりNb薄膜1の表面を走査した。その結果、
CWArイオンレーザビームが照射された領域では、未
反応の戊02薄膜2の上に層状にN広蛇の薄膜5と、更
にその上に少量のNb5蛇3を含むNbの酸化物層6が
生成された。次に実施例3について説明する。
lmAs単結晶3の上に電子ビーム加熱法によってSi
02薄膜2およびVの薄膜1を順次に横層したのち、ビ
ームパワーを実施例2より更に低下させて温度700〜
85000となるよう調整し、そのビームによってV薄
膜1の表面を走査したところ、ビームが照射された部分
では、超伝導化合物であるV3Sj薄膜5と更にその上
に少量のV5Si3の混つたVの酸化物層6が生成され
た。以上の3実施例のいずれの場合にも、レーザビーム
は照射表面でほとんど吸収され、また基板3上に形成し
た酸化物層2で熱的に絶縁されるから基板3にはしーザ
ビーム照射による熱変成は全く認められなかった。
そして、レーザビームの代りに電子ビームを用いた場合
にもほぼ同じ結果が得られた。なお、本発明では、反応
後に高融点金属の酸化物層6が超伝導化合物薄膜5の表
面に層状に生成されるが、これらの酸化物は、化学エッ
チングなどによって、超伝導化合物薄膜5には何ら影響
を与えずに容易に取り除くことができた。
さらに、酸化物層2として戊02とS;02の混合物を
用いることにより単一の化合物薄膜5のみならず、例え
ばNb3(Q、Sj)のようなNb3GとN広Siの混
合物の薄膜も製造可能であり、またSi02や蛇Qの代
りにそれらを主成分としたガラスを用いても同じように
本発明の製造方法を適用できる。
以上説明したように、本発明の製造方法では、超伝導化
合物薄膜を製造するにあたって、基板全体を加熱する必
要がないから、基板材料としてはいかなるものでも使用
できるという利点がある。
またビームを走査したり、走査後不必要な生成酸化物を
取り除いて、超伝導化合物薄膜を露出させ、その上に同
じ操作で超伝導化合物薄膜を形成させることも容易であ
るから、本発明は2次元あるいは3次元の薄膜微小回路
の製造に使用してきわめて有利である。さらに、超伝導
化合物と格子整合のよい物質を基板に用いて、その上に
本発明の方法でその化合物の薄膜を形成すれば、固相ェ
ピタキシャル成長を行うことも可能で、良質の単結晶薄
膜の取得も容易であるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は、本発明の製造方法の一実施例を
示す、それぞれレーザビーム走査前およびレーザビーム
走査後の3層構造体の断面構造を示す説明図である。 1・・・・・・高融点金属薄膜、2・・・・・・酸化物
層、3・・・・・・基板、4A・・・・・・レーザ、4
B・…・・照射光学系、5・・・・・・化合物薄膜、6
・・・・・・反応後生成された高融点金属の酸化物層。 第1図第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 基板上に、GeまたはSiの酸化物またはそれらの
    酸化物の混合物の層を形成し、該層の上に、Nb_1_
    −_xV_x(1≧x≧0)から成る高融点金属の薄膜
    を形成し、前記薄膜の上方から、前記層と前記薄膜との
    複合物を高エネルギービームで局部的に加熱することに
    よつて、(Nb_1_−_xV_x)_3Ge_1_−
    _ySi_y(1≧y≧0)から成る超伝導化合物薄膜
    を生成することを特徴とする高融点化合物薄膜の製造方
    法。
JP56017465A 1981-02-10 1981-02-10 高融点化合物薄膜の製造方法 Expired JPS605233B2 (ja)

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