JPS63247362A - Sputtering target - Google Patents

Sputtering target

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Publication number
JPS63247362A
JPS63247362A JP62083253A JP8325387A JPS63247362A JP S63247362 A JPS63247362 A JP S63247362A JP 62083253 A JP62083253 A JP 62083253A JP 8325387 A JP8325387 A JP 8325387A JP S63247362 A JPS63247362 A JP S63247362A
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JP
Japan
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superconductor
target
sputtering
film
kinds
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Pending
Application number
JP62083253A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyotaka Wasa
清孝 和佐
Hideaki Adachi
秀明 足立
Kentaro Setsune
瀬恒 謙太郎
Tsuneo Mitsuyu
常男 三露
Shinichiro Hatta
八田 真一郎
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Abstract

PURPOSE:To obtain a sputtering target particularly suitable for manufacturing a thin-film compound superconductor by means of sputtering vapor deposition, by providing a composition composed principally of one or more kinds among Sc-, Y- and La-series elements, one or more kinds among group-IIa elements, Cu, and O in the prescribed mol.% ratio. CONSTITUTION:The sputtering target of this invention has the principal components represented by (A1-xBx)2CuO4-delta. At this time, A and B mean one or more kinds among Sc-, Y, and La-series elements (atomic number 57-71) and one or more kinds among group-IIa elements, respectively, and the symbols (delta) and (x) stand for 0-4 and 0-1, respectively. A thin-film superconductor formed by using the above-mentioned target is reduced in thickness, and the thin film is prepared by depositing a superconductor material on a substrate after decomposing the material into an atomic state of submicron particles. Accordingly, the composition of the resulting superconductor is essentially homogeneous as compared with that of the conventional sintered compact, and a superconductor having extremely high accuracy can be manufactured by using the target of this invention.

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に用いるスパッタリングターゲ
ットに関するものである。特に化合物薄膜超電導体をス
パッタリング蒸着により製造するために使用されるスパ
ッタリングターゲットに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a sputtering target used in the production of superconductors. In particular, it relates to sputtering targets used for producing compound thin film superconductors by sputter deposition.

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(NbsGe)
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°にであった。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−0系の高温超電導体が提案された[ J、
 G、 Bend。
Conventional technology Niobium nitride (NbN) and germanium niobium (NbsGe) are used as A15 type binary compounds as high-temperature superconductors.
were known, but the superconducting transition temperature of these materials was at most 24°. On the other hand, perovskite-based ternary compounds are expected to have even higher transition temperatures, and Ba-
A La-Cu-0-based high-temperature superconductor was proposed [J,
G. Bend.

rz  and K、A、Muller、  ツァイト
 シュリフト フェアフィジーク(Zetshrift
 f Q rphysik B)−Condensed
Matter 64.189−193 (1986) 
]。
rz and K, A, Muller, Zetshrift Fairphysik
f Q rphysik B)-Condensed
Matter 64.189-193 (1986)
].

この種の材料の超電導機構の詳細は明らがではないが、
転移温度が液体窒素温度以上に高(なる可能性があり、
高温超電導体として従来の2元系しかしながら、Ba−
La−Cu−0系の材料は、現在の技術では焼結という
過程でしか形成できないため、セラミックの粉末あるい
はブロックの形状でしか得られない。一方、この種の材
料を実用化する場合、薄膜状に加工することが強く要望
されていが、従来の技術では、薄膜化は非常に困難とさ
れている。
Although the details of the superconducting mechanism of this type of material are not clear,
The transition temperature may be higher than the liquid nitrogen temperature.
However, Ba-
La-Cu-0-based materials can only be formed through the process of sintering with current technology, so they can only be obtained in the form of ceramic powder or blocks. On the other hand, when this type of material is to be put to practical use, there is a strong demand for processing it into a thin film, but it is considered extremely difficult to form a thin film using conventional techniques.

本発明者らは、この種の材料の薄膜がイオンプロセスに
より付着させると、薄膜状の高温超電体が形成されるこ
とを発見し、これにもとづいて薄膜超電導体を製造する
に際し、好適なスパッタリングターゲットを提供するこ
とを目的とする。
The present inventors have discovered that when a thin film of this kind of material is deposited by an ion process, a thin film-like high-temperature superconductor is formed, and based on this, a suitable method for manufacturing a thin film superconductor has been found. The purpose is to provide sputtering targets.

問題点を解決するための手段 本発明のスパッタリングターゲットは、主成分が(A里
−、Bオ)gcuot−aであることを特徴とするもの
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
■a族元素のうちのす(なくとも一種あるいは二種以上
の元素を示す。δはO≦δ≦4であり、Xは0≦x≦1
である。
Means for Solving the Problems The sputtering target of the present invention is characterized in that its main components are (Ari-, Bo)gcut-a. Here, A represents at least one of Sc, Y, and lanthanum series elements (atomic numbers 57 to 71), and B represents at least one or two or more of the group ■a elements. δ is O ≦δ≦4, and X is 0≦x≦1
It is.

作用 本発明のスパッタリングターゲットを用いて形成する薄
膜超電導体の基本構成は、基体表面に主成分が(A+−
オB K ) 2 Cu O4の3元化合物被膜を付着
させた層状構造を特徴としている。本発明者らこの種の
層状構造超電導体は、加熱された基体上に、主成分が(
A t −* B X ) 2 Cu Oaである複合
酸化物被膜を本発明のスパッタリングターゲットを用い
たスパッタリング蒸着というプロセスで付着させ、さら
に酸化性雰囲気で熱処理することにより、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57−7.1 
)のうちす(なくとも一種、BはBa、Sr、Ca、B
e、MgなどIIa族元素のうちの少なくとも一種の元
素を示す。
Function The basic structure of the thin film superconductor formed using the sputtering target of the present invention is that the main component is (A+-
It is characterized by a layered structure to which a ternary compound coating of OBK)2CuO4 is attached. The present inventors have developed this type of layered structure superconductor by depositing the main component (
The present invention discovered that a composite oxide film consisting of A t -*B This is what happened. Here A is Sc
, Y and lanthanum series elements (atomic number 57-7.1
) (at least one kind, B is Ba, Sr, Ca, B
At least one element of group IIa elements such as e, Mg, etc.

本発明のター°ゲットを用いて形成される薄膜超電導体
は、薄膜化しており、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。したがって非常に高精度の超電
導体が本発明のターゲットを用いて実現される。
The thin film superconductor formed using the target of the present invention is made into a thin film, and the thin film is made thin because the superconductor material is decomposed into ultrafine particles in the atomic state and then deposited on the substrate. The composition of superconductors is essentially homogeneous compared to conventional sintered bodies. Superconductors of very high precision are therefore realized using the targets of the invention.

実施例 本発明の実施例を図面とともに説明する。Example Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図に示す3元化合物被膜12は、本発明のターゲッ
トを用いたスパッタリング法で形成したものである。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。したがって、本発明の超電導
体は本質的に層状構造からなっている。この層状構造は
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、しばしば層状構
造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、詳細な基体の熱的特性を各種の材質につい
て調べた結果、基体の線熱膨張係数α> l Q−8/
仁であれば、上記層状構造の破損がな(、実用されるこ
とを確認した。例えばα< l Q−6/むの石英ガラ
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者らは
確認した。
The ternary compound film 12 shown in FIG. 1 is formed by a sputtering method using the target of the present invention. In this case, the base 11 has a ternary compound coating 12 exhibiting superconductivity.
The purpose is to maintain the The superconductor of the invention therefore essentially consists of a layered structure. This layered structure is usually formed at a high temperature of several hundred degrees Celsius, and since superconductors are operated at a low temperature, for example, liquid nitrogen temperature (-195 degrees Celsius), the adhesion between the base 11 and the coating 12 is particularly poor, and the layered structure is often damaged. The present inventors have confirmed that. Furthermore, as a result of investigating the detailed thermal characteristics of the base for various materials, the present inventors found that the linear thermal expansion coefficient α>l Q-8/
It has been confirmed that the above-mentioned layered structure will not be damaged if the layered structure is thick.For example, if quartz glass with α<l Q-6/mu is used as the substrate, the coating 12 will have numerous cracks and become discontinuous. The present inventors have confirmed that the resulting film is difficult to put into practical use.

さらに、本発明者らは、第1図の層状構造の基体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。
Furthermore, the present inventors have discovered that there is an optimal material for the layered structure substrate 11 shown in FIG. 1 from the viewpoint of functionality.

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3元化合物被膜の超電導体として
有効な組成範囲x=0.05〜0.2について、詳細に
最適基体材料を調べた結果、基体として、酸化マグネシ
ウム、サファイア(α−A Igo3)、スピネル、チ
タン酸ストロンチウユウム、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。
That is, the highly crystalline ternary compound coating 12 is applied to the substrate 11.
A single crystal substrate is effective for forming it on the surface 13 of. The present inventors investigated in detail the optimal substrate material for the composition range x = 0.05 to 0.2, which is effective as a superconductor for a ternary compound film. As a result, we found that magnesium oxide, sapphire (α-A Igo3 ), spinel, strontium titanate, silicon, gallium arsenide, and other single crystals were confirmed to be effective. However, since this is for effectively growing a highly crystalline coating 12 on the surface 13, it is sufficient if at least the substrate surface 13 is a single crystal.

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、酸化マグルシウム、酸化デルコニウム、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成され
ているとよい。
The present inventors have confirmed that sintered porcelain is more effective as a base material than single crystal when processing this type of superconductor into an arbitrary shape, such as a cylindrical shape. Found the material. In other words, the present inventors have found that alumina, maglucium oxide, derconium oxide, steatite, forsterite, beryllia, spinel, etc. are used as the porcelain substrate to provide optimal adhesion of the superconducting coating 12 to the substrate 11 during processing of the substrate. confirmed. In this case as well, it is preferable that even the surface of the substrate is made of this type of porcelain, as in the case of single crystals.

薄膜超電導体の形成には、まず(As−B−)tcu 
O4成分の複合酸化物被膜を主成分が(A+−、Bx 
) 2 Cu Oa −sであるスパッタリング用ター
ゲットを用いてスパッタリング蒸着で基体上に付着させ
る。この場合、複合酸化物被膜は、成分A、BおよびC
uの化学量論比さえ合致していればよいことを本発明者
らは確認した。
To form a thin film superconductor, first, (As-B-)tcu
The main components are (A+-, Bx
) 2 CuOa-s is deposited on the substrate by sputter deposition using a sputtering target. In this case, the composite oxide film consists of components A, B and C.
The present inventors have confirmed that it is sufficient that the stoichiometric ratio of u matches.

本発明者らは複合酸化物被膜を基体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。すなわち基体ま最適温度範囲は
200〜1000℃である。なお、200℃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
、ioo。
The present inventors have confirmed that when a composite oxide film is attached to the surface 13 of the base 11, there is an optimal temperature range for the base. That is, the optimum temperature range for the substrate is 200 to 1000°C. In addition, below 200℃,
The adhesion of the composite oxide film to the substrate surface deteriorates. Also, ioo.

℃以上では複合酸化物被膜中の成分A、BおよびCuの
化学量論比からのずれが大きくなる。
At temperatures above .degree. C., the deviation from the stoichiometric ratio of components A, B and Cu in the composite oxide film increases.

さらに、複合酸化物被膜を付着させる時の基体の温度は
とりわけ500〜700℃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
複合酸化物被膜は、超電導を示す(A s −* B 
x ) lICu Oa焼結体の層状ペロブスカイト構
造と類似の構造を示す。
Furthermore, the present invention has shown that the temperature of the substrate when depositing the composite oxide film is particularly in the range of 500 to 700°C from the viewpoint of the function of this type of vapor deposition apparatus and the reproducibility of the properties of the composite oxide film. They confirmed. In this case, the formed composite oxide film exhibits superconductivity (A s −* B
x) Shows a structure similar to the layered perovskite structure of the lICuOa sintered body.

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)K)でも見られ
ない。
Surprisingly, however, this type of coating exhibits semiconducting properties and no superconductivity is observed even at liquid He temperatures (4°K).

本発明者らはこの種の複合酸化物被膜をさらに常圧の空
気、アルゴンと酸素の混合ガスあるいは純酸素などの酸
化物性雰囲気で熱処理することにより、超電導が発生す
ることを発見した。この場合最適の熱処理温度は900
〜1000℃、熱処理時間は1〜100時間であり、特
に熱処理時間が薄膜材料の常識を破る長時間が特徴的で
ある。
The present inventors have discovered that superconductivity can be generated by further heat-treating this type of composite oxide film in an oxidic atmosphere such as air at normal pressure, a mixed gas of argon and oxygen, or pure oxygen. In this case, the optimal heat treatment temperature is 900
~1000°C, and the heat treatment time is 1 to 100 hours, and the heat treatment time is particularly long, which is unconventional for thin film materials.

熱処理時間が1時間以下になると半導体特性が再現性よ
く超電導特性が得られない。また、100時間以上にな
ると抵抗率が高くなるとともに、被膜の特性が不安定に
なる。
If the heat treatment time is less than 1 hour, superconducting properties cannot be obtained with good reproducibility of semiconductor properties. Moreover, when the time is longer than 100 hours, the resistivity becomes high and the characteristics of the film become unstable.

以下本発明の内容をさらに深(理解されるために、さら
に具体的な具体実施例を示す。
In order to further understand the contents of the present invention, more specific examples will be shown below.

(具体実施例) 酸化マグネシウム単結晶(100)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<Lao、eS ro、+)tcUO4ターゲッ
ト(x=0.1.A=La、B=Sr)をAr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(
L ao、ss ro、5)2CuO4被膜として付着
させ層状構造を形成した。
(Specific Example) <Lao, eS ro, +) tcUO4 target (x=0.1.A=La,B =Sr) is sputter-deposited in an Ar gas atmosphere to form crystalline (Sr) on the above substrate.
Lao, ss ro, 5) Deposited as a 2CuO4 coating to form a layered structure.

この場合、Arガス圧力は0.5Pa、スパッタリング
電力150W、スパッタリング時間10時間、被膜の膜
厚6μm、基体温度600℃であった。形成された層状
構造をさらに空気中で9−00℃70時間熱処理した。
In this case, the Ar gas pressure was 0.5 Pa, the sputtering power was 150 W, the sputtering time was 10 hours, the film thickness was 6 μm, and the substrate temperature was 600° C. The formed layered structure was further heat treated in air at 9-00°C for 70 hours.

被膜の室温抵抗率は100μΩ(至)、超電導転移温度
28°にであった。
The room temperature resistivity of the film was 100 μΩ (up to), and the superconducting transition temperature was 28°.

第2図は、酸化マグネシウム単結晶(100)面を基体
11に用い、本発明のターゲットを用いてスパッタリン
グ蒸着法で主成分が(A+−Bx) 2Cub4(x=
0.1.A=La、B=Sr)の3元化合物被膜12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
線回折スペクトルを示す。第2図において、スペクトル
aは被膜12がら得たものであり、スペクトルbは超電
導を示す層状ペロブスカイト構造から得たものを示す。
FIG. 2 shows that the main component is (A+-Bx) 2Cub4 (x=
0.1. X of the ternary compound coating 12 in the example when the ternary compound coating 12 of A=La, B=Sr)
A line diffraction spectrum is shown. In FIG. 2, spectrum a is obtained from the coating 12, and spectrum b is obtained from the layered perovskite structure exhibiting superconductivity.

同図が示すごとく、被膜スペクトルaは層状ペロブスカ
イトのスペクトルbと類似しており、被膜12も第3図
の電気抵抗の温度変化31に見られるごとく、超電導が
発生した。
As shown in the figure, the coating spectrum a is similar to the spectrum b of the layered perovskite, and superconductivity occurred in the coating 12 as well, as seen in the temperature change 31 of electrical resistance in FIG.

この実施例では被膜12の膜厚は6μmであるが、膜厚
は0.1μ曙かそれ以下の薄い場合、10μ−以上の厚
い場合も超電導が発生することを確認した。さらに、こ
の例では3元化合物の組成比をX=O,lの場合を示し
たが、Xの値の変化は超電導転移温度の変化を引きおこ
すみで、本質的な差異はX=0.05〜0.2の範囲で
はない。ただX<0.01では超電導が顕著でない。
In this example, the film thickness of the coating 12 is 6 μm, but it has been confirmed that superconductivity occurs even when the film thickness is as thin as 0.1 μm or less, or as thick as 10 μm or more. Furthermore, although this example shows the case where the composition ratio of the ternary compound is X=O,l, a change in the value of X causes a change in the superconducting transition temperature, and the essential difference is X=0.05. ~0.2. However, when X<0.01, superconductivity is not significant.

本発明者らは、酸化マグネシウム以外の結晶性基体につ
いての有効性を詳細に実験的に調べた。
The present inventors experimentally investigated in detail the effectiveness of crystalline substrates other than magnesium oxide.

第4図は、サファイア、スピネル単結晶基体上に、(A
t−xB、)2Cu04構造(x=0.1.A=La、
B=Sr)の被膜を、マグネシウム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、これらの被膜から
得たX線回折スペクトルを示す。
Figure 4 shows (A
t-xB, )2Cu04 structure (x=0.1.A=La,
B=Sr) coatings were deposited by sputtering deposition as in the case of magnesium single crystals, and the X-ray diffraction spectra obtained from these coatings are shown.

同図スペクトル、(a)(サファイア) 、 (b) 
(スピネル)の各特性は、第2図(a)、(b)のスペ
クトルと類似している。これらの基体以外に、チタン酸
ストロンチュウム、シリコン、ガリウム砒素単結晶につ
いても調べたが、同様のX線回折スペクトルが得られた
。これらの場合、いずれも超電導を示すことが確認され
た。
Spectra in the same figure, (a) (sapphire), (b)
The characteristics of spinel (spinel) are similar to the spectra in FIGS. 2(a) and (b). In addition to these substrates, strontium titanate, silicon, and gallium arsenide single crystals were also investigated, and similar X-ray diffraction spectra were obtained. It was confirmed that all of these cases exhibited superconductivity.

この種の酸化物被膜のスパッタリング蒸着では例えばA
rと02との混合ガスをスパッタリングガスに用いるが
02ガスの存在は形成された酸化物被膜の結晶体を悪く
する場合もある事を本発明者らは見い出した。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。
In sputtering deposition of this type of oxide film, for example, A
Although a mixed gas of r and 02 is used as a sputtering gas, the present inventors have found that the presence of 02 gas may deteriorate the crystallinity of the formed oxide film. The present inventors have experimentally confirmed that inert gases such as Ar, Xe, Ne, and Kr, or mixed gases of these inert gases, are effective as sputtering gases.

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。
The present inventors have confirmed that all sputtering vapor deposition methods, such as high-frequency bipolar sputtering, direct current bipolar sputtering, and magnetron sputtering, are effective.

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10−3Ω備以下に低くする事が必要で、これ
以上の抵抗率では、充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。
Particularly in the case of DC sputtering, it is necessary to lower the resistivity of the sputtering target to less than 10<-3 >Ω, and if the resistivity is higher than this, sufficient sputtering discharge will not occur. Note that the resistivity of the target is usually adjusted by adjusting the sintering conditions of the target.

第5図は本発明者らにより改良されたスパッタリング蒸
着法を示す。すなわち、上記スパッタリング蒸着を、少
なくとも一つのターゲットの化学組成が異なる複数個の
ターゲット1(At−IB−1)tc u O4,2(
At−x2Bxg)gCu 04 ・・・3(At−*
n B X!l ) 2 Cu 04を同時にスパッタ
リング蒸着することを特徴としている。この場合、各タ
ーゲットへのスパッタリング電力を変えることにより、
スパッタリングにより基板4(第1図の11)上に形成
した複合酸化物被膜の化学組成を与えることができる。
FIG. 5 shows the sputtering deposition method improved by the inventors. That is, the sputtering vapor deposition is performed using a plurality of targets 1 (At-IB-1)tcuO4,2(
At-x2Bxg)gCu 04...3(At-*
n B X! l) 2 Cu 04 is simultaneously deposited by sputtering. In this case, by varying the sputtering power to each target,
The chemical composition of the composite oxide film formed on the substrate 4 (11 in FIG. 1) can be imparted by sputtering.

5は不活性等のガス、6はヒーター、7は真空容器であ
る。
5 is an inert gas, 6 is a heater, and 7 is a vacuum container.

したがって、被膜の化学組成の積極的な調整、人工格子
などの人工的な化学組成のゆらぎを形成が可能になる。
Therefore, it becomes possible to actively adjust the chemical composition of the film and create artificial fluctuations in the chemical composition, such as an artificial lattice.

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。
Particularly in this type of apparatus, the present inventors have confirmed that DC sputtering is effective for precise control of sputtering power, etc., and that DC magnetron sputtering or a DC magnetron sputter gun is particularly effective.

なお、基体表面に複合酸化物被膜の形成法として、金属
主成分をスパッタリング蒸着法で基体上に付着させ、さ
らに酸素ビームあるいは酸素イオンを被膜形成中に被膜
に照射し、基体表面で金属主成分を酸化させることも可
能である。
In addition, as a method for forming a composite oxide film on the substrate surface, the main metal component is deposited on the substrate by sputtering vapor deposition, and the film is further irradiated with an oxygen beam or oxygen ions during film formation, so that the main metal component is deposited on the surface of the substrate. It is also possible to oxidize.

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
、被膜の製造方法から被膜の製造方法を類推できるもの
でない。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、おおよそつぎのように考えられる。す
なわち、スパッタリング蒸着で基体上に付着させた複合
酸化物被膜では、2価のB元素の3価A元素の置換が完
全に行われていなく (As−1lB−) I!cuO
番という化合物を形成していない。この場合、例えばA
gCuO4構造のネットワーク中にB元素の酸化物が分
散した複合酸化物を形成している。
The detailed characteristics of this type of coating, such as its crystal structure, are such that because the coating is constrained on the substrate, there are large strains and defects within the coating that do not exist in ordinary sintered bodies. For this reason, it is not possible to infer the method of manufacturing a coating from the method of manufacturing the coating. Although the details of the physical meaning of the heat treatment of the film are not clear, it can be roughly considered as follows. That is, in the composite oxide film deposited on the substrate by sputtering vapor deposition, the divalent B element is not completely replaced by the trivalent A element (As-11B-) I! cuO
It does not form a compound called "ban". In this case, for example, A
A composite oxide is formed in which the oxide of element B is dispersed in a network of gCuO4 structure.

当然Cu原子は2価である。超電導特性も再現性良(得
られない。超電導は、A元素のB元素による置換と、こ
れに引き続(2価Cu原子の酸化による3価Cu原子の
発生に起因し、この過程が熱処理に関連する。なお、熱
処理時間が1時間以下で超電導性が得られないのは、へ
元素のB元素による置換が不充分であった事に起因して
いると考えられる。
Naturally, the Cu atom is divalent. Superconducting properties also have good reproducibility (not obtained.Superconductivity is caused by the replacement of element A by element B, and subsequent generation of trivalent Cu atoms by oxidation of divalent Cu atoms, and this process is caused by heat treatment. Related: The reason why superconductivity cannot be obtained when the heat treatment time is 1 hour or less is thought to be due to insufficient substitution of the B element for the B element.

この種の3元化合物超電導体(A + −* B * 
) 2Cu04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、へ元素の一部をB元素が置換してい
るのは事実ではある。A元素としてLaについて例をあ
げて説明したが、ScやY、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層状構造の特性を変えるもので
はない。
This type of ternary compound superconductor (A + - * B *
) The details of changes in superconducting properties due to changes in constituent elements A and B of 2Cu04 are not clear. However, it is true that A indicates trivalence and B indicates divalence, and the B element replaces a part of the hexavalent element. The explanation has been given using La as an example of element A, but Sc, Y, and even lanthanum series elements (atomic numbers 57 to 71) can change the essential properties of the layered structure of the invention to the extent that the superconducting transition temperature changes. It's not a thing.

また、B元素においても、Sr、Ca%Ba等Ha族元
素の変化は超電導転移温度を10°に程度変化させるが
、本質的に本発明層状構造の特性を変えるものではない
Also, regarding the B element, changes in Ha group elements such as Sr and Ca%Ba change the superconducting transition temperature by about 10°, but this does not essentially change the characteristics of the layered structure of the present invention.

本発明者らは、この種の超電導薄膜を形成するためのた
とえば第5図に示すスパッタリングターゲット1,2.
3として主成分が(At−ヨB−)2Cu Oa −J
であればよい事を確認した。ここで0≦x≦1.0≦δ
≦4で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na族元素
のうちのす(な(とも一種の元素を示す。この場合、タ
ーゲットの構成は焼結体例えば円板、円筒などが有用で
ある。
The present inventors have discovered, for example, sputtering targets 1, 2, .
3, the main component is (At-YoB-)2Cu Oa -J
I confirmed that it is fine. where 0≦x≦1.0≦δ
≦4, A is at least one of Sc, Y, and lanthanum series elements (atomic numbers 57 to 71), and B is one of the na group elements. In this case, the composition of the target is Sintered bodies such as disks, cylinders, etc. are useful.

しかし、必ずしも成型品である必要はな(、例えば第6
図に示すような、粉末又は粒状あるいはチャック状であ
っても、ターゲットの構成金属元素比率が、上述した(
 A s −* B * ) 2 Cu Oa −aを
満足さえしていればよい。特に第6図に示すような粉末
あるいは粒状のターゲット8を容器9に充てんして使用
するとターゲットの任意の形状にして供給することが可
能となり、超電導薄膜を形成する場合の組成比を最適化
でき、極めて好都合である。そして、焼結した場合に組
成の不均一が生じやすい超電導材料を、均一化したター
ゲットとすることか容易に実現でき、粉末あるいは粒状
ターゲットは、非常に有効であることを確認した。
However, it does not necessarily have to be a molded product (for example,
As shown in the figure, even if the target is in the form of powder, granules, or chuck, the ratio of the constituent metal elements of the target is as described above (
As long as A s −* B * ) 2 Cu Oa −a is satisfied. In particular, if a container 9 is filled with a powder or granular target 8 as shown in FIG. 6, it becomes possible to supply the target in any shape, and the composition ratio when forming a superconducting thin film can be optimized. , which is extremely convenient. It was also confirmed that it is possible to easily create a uniform target for superconducting materials that tend to have non-uniform composition when sintered, and that powder or granular targets are very effective.

さらにターゲットの構成元素はスパッタによって原子状
に蒸着するため、必ずしもターゲットは焼結された(A
I−XBX)gcuo4−J化合物である必要はない。
Furthermore, since the constituent elements of the target are deposited in atomic form by sputtering, the target is not necessarily sintered (A
I-XBX)gcuo4-J compound.

ターゲットの構成金属元素の化合物、例えば少な(とも
AOx、Boy、CuOZなどが混入していても結果と
してこれらの金属元素A、B、Cuは原子状でスパッタ
されるから、ターゲット中の金属元素濃度が、(AI−
B、)gCuoa−Jを満足さえしていればよい。ここ
にX。
Even if a compound of metal elements constituting the target, such as a small amount (AOx, Boy, CuOZ, etc.) is mixed in, as a result, these metal elements A, B, and Cu are sputtered in atomic form, so the metal element concentration in the target is However, (AI-
B.) It is sufficient as long as it satisfies gCuoa-J. X here.

Y、Z≧0゜ またターゲットも単一組成である必要はなく、例えばA
OX、BOY、CuOZ、(AI−XB11)2Cu 
04−Jあるいはこれらの化合物から構成された異種組
成の複合ターゲットがあっても、複合ターゲット中の全
金属元素濃度が、(A I−IT B * ) t C
u04−Jを満足さえしていればよい。
Y, Z≧0゜Also, the target does not need to have a single composition, for example, A
OX, BOY, CuOZ, (AI-XB11)2Cu
Even if there is a composite target with a different composition composed of 04-J or these compounds, the total metal element concentration in the composite target is (A I-IT B *) t C
It is sufficient as long as u04-J is satisfied.

なお、多元スパッタを用い、これらの複合ターゲットを
構成する各構成要素をAOx、Boy、Cu Ozにし
、これらを同時にスパッタしても基体上に付着する金属
元素濃度が、(AI−、B−)tcUOa−Jを満足さ
えしていればよい。
In addition, even if multi-component sputtering is used and the constituent elements constituting these composite targets are AOx, Boy, and CuOz, and these are sputtered simultaneously, the metal element concentration deposited on the substrate will be (AI-, B-). It is only necessary to satisfy tcUOa-J.

特に本発明にかかる粉末ターゲットは成型の必要がない
上、スパッタ中に連続的に供給できる特長があり、この
種の超電導体の製造一層有効である。
In particular, the powder target according to the present invention does not require molding and has the advantage that it can be continuously supplied during sputtering, making it more effective in producing this type of superconductor.

発明の効果 本発明のスパッタリング用ターゲットを用いて、超電導
薄膜を形成するに際し、ターゲットを粉末あるいは粒状
等にすることが可能で、超電導薄膜形成に特に要求され
る組成の調整が容易でかつ均一な材料組成のターゲット
を作成することが出来、信頼性の高い安定な超電導体を
再現性良く得ることが可能となる。したがって、本発明
にかかるターゲットにより作製される超電導体は、超電
導体を安定な薄膜として形成することが可能となる。す
なわち、均質で組成が最適に制御されたターゲットを用
い、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ため、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。
Effects of the Invention When forming a superconducting thin film using the sputtering target of the present invention, it is possible to form the target into a powder or granule form, which makes it easy to adjust the composition particularly required for forming a superconducting thin film, and to form a uniform film. It is possible to create a target material composition, making it possible to obtain highly reliable and stable superconductors with good reproducibility. Therefore, the superconductor produced using the target according to the present invention can be formed as a stable thin film. In other words, using a homogeneous target with an optimally controlled composition, the superconductor material is decomposed into ultrafine particles in the atomic state and then deposited on the substrate, so the composition of the formed superconductor is essentially: It is more homogeneous than conventional sintered bodies.

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。
Therefore, a superconductor with very high precision is realized with the present invention.

以上の説明のごと(本発明のターゲットを用いた薄膜超
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なと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(、本発明の工業的価値は高い。
As explained above (according to the method for manufacturing a thin film superconductor using the target of the present invention, it is formed in the form of a thin film on a crystalline substrate, for example, so it is essentially more precise than a sintered body, and is made of Si or GaAs). It is possible to integrate devices with other devices, and it is also used in the production of various superconducting devices such as Josephson devices.In particular, the transition temperature of this type of compound superconductor may be room temperature, making it difficult for conventional practical applications. The scope of this invention is wide (and the industrial value of the present invention is high).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明のターゲットを用いて形成された薄膜超
電導体の基本構成図、第2図、第3図、第4図は本発明
を用いて形成された薄膜超電導体の基本特性図、第5図
は本発明の薄膜超電導体の製造方法に用いる製造装置の
基本構成図、第6図は本発明の一実施例のターゲットを
用いたスパッタリング状態を示す図である。 1.2.3・・・スパッタリングターゲット、8・・・
粉末ターゲット、11・・・基体、12・・・3元化合
物被膜。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか1各軍1園 1度(K)
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a thin film superconductor formed using the target of the present invention, FIGS. 2, 3, and 4 are basic characteristic diagrams of a thin film superconductor formed using the present invention, FIG. 5 is a basic configuration diagram of a manufacturing apparatus used in the method for manufacturing a thin film superconductor of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing a state of sputtering using a target according to an embodiment of the present invention. 1.2.3... Sputtering target, 8...
Powder target, 11...substrate, 12... ternary compound coating. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other military, 1 school (K)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)主成分が(A_1_−_xB_x)2CuO_4
_−_δであることを特徴とするスパッタリング用ター
ゲット。 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IIa族元
素のうちのすくなくとも一種あるいは二種以上の元素を
示す。δは0≦δ≦4であり、xは0≦x≦1である。
(1) The main component is (A_1_-_xB_x)2CuO_4
A sputtering target characterized by being ____δ. Here, A represents at least one kind of Sc, Y, and lanthanum series elements (atomic numbers 57 to 71), and B represents at least one kind or two or more kinds of group IIa elements. δ is 0≦δ≦4, and x is 0≦x≦1.
(2)焼結体で構成したことを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載のスパッタリング用ターゲット。
(2) The sputtering target according to claim 1, characterized in that it is made of a sintered body.
(3)焼結体を粉末、あるいは粒状に構成したことを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載のスパッタリング用
ターゲット。
(3) The sputtering target according to claim 1, wherein the sintered body is in the form of powder or particles.
(4)少なくともAO_X、BO_Y、CuO_Z又は
これらの化合物を含むことを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載のスパッタリング用ターゲット。ここにX、
Y、Z≧0
(4) The sputtering target according to claim 1, which contains at least AO_X, BO_Y, CuO_Z, or a compound thereof. X here,
Y, Z≧0
(5)AO_X、BO_Y、CuO_Zあるいはこれら
の化合物の複合体からなることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載のスパッタリング用ターゲット。
(5) The sputtering target according to claim 1, which is made of AO_X, BO_Y, CuO_Z, or a composite of these compounds.
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