JPS63261628A - 超電導薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、イオン蒸着法を用いて基板の表面にｎａ族
−１［１ａ族−銅・酸化物からなる超電導薄膜を形成す
る超電導薄膜の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

超電導材料は、たとえばジョセフソン素子や５ＱｔＪＩ
Ｄセンサなどの各種クライオエレクトロニクス材料とし
てきわめて有望である。

かかる超電導材料としては、従来より種々の酸化物セラ
ミックスが焼結により作成されていた。

これらの酸化物セラミックスの例を超電導開始温度とと
もに以下に示す。

（セラミックス）　　　　　（超電導開始温度）Ｓｃ−
Ｂａ−Ｃｕ酸化物　　　　　　　１７５ＫＹ　−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物　　　　　　　１２３ＫＬａ−５ｒ−Ｃｕ酸
化物　　　　　　　　５４ＫＬａ−Ｈａ−Ｃｕ酸化物　
　　　　　　　３０Ｋ（発明が解決しようとする問題点
） ジョセフソン素子や５ＱｔＪＩＤセンサなどのクライオ
エレクトロニクス材料として、超電導材料を利用する場
合には、そのｒｓ膜化が必要であった。

しかしながら、従来の超電導材料は、焼結によって酸化
セラミックスを作成していたため、その薄膜化が困難で
あった。

したがって、この発明の目的は、超電導薄膜を作成する
ことができる超電導薄膜の製造方法を従供することであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

ミの発明の超電導薄膜の製造方法は、ｌｌａＢａ族金属
び／またはその酸化物と、ＩＩＩａ族金属および／また
はその酸化物と、銅および／またはその酸化物とを同時
に基板上に蒸着し、かつこの蒸着中に酸素二ュートラル
ビームを基板に照射して■ａ族−ＩＩＩａ族−銅・酸化
物薄膜を作成することを特徴とするものである。

〔作用］ この発明によれば、蒸発した各金属または金属酸化物の
蒸発物は基板上にゆっくりと舞い降り、付着するが、こ
れと同時に酸素二ュートラルビームが基板に照射される
ため、この酸素二ュートラルビームによって金属または
金属酸化物は基板内に打ち込まれ、基板との界面にミキ
シング層を形成するため、基板との結合性が高められ、
剥離強度が向上する。また、金属は酵素ニュートラルビ
ームによって酸化され金属酸化物となって基板上に蒸着
し、一方、金属酸化物では蒸着時に分離した酸素が補充
される。

これにより、基板上にＩＩａ族−Ｂａ族−銅・酸化物薄
膜からなる超電導薄膜が形成される。

〔実施例〕

第１図はこの発明を実施するための薄膜形成装置の一例
を示す説明図である。この薄膜形成装置はイオン蒸着法
（ＩＶＤ）を利用して薄膜を形成するものであって、真
空チャンバ１内に藻発源となる各原料金属を入れた３個
の蒸発るつぼ２．３゜４と、酸素イオン源５と、基板ホ
ルダ６とを備える。

前記蒸発るつぼ２，３．４はそれぞれにｆＪａ族金属（
Ｓｒ、　Ｂａ等）またはその酸化物、Ｂａ族金属（Ｓｃ
、　Ｙ、　Ｌａ等）またはその酸化物、銅またはその酸
化物を入れたものである。また、各るつぼ２゜３．４に
は電子線源７，８．９から電子線ａ、　　ｂ。

Ｃがそれぞれ照射されて各金属またはその酸化物を蒸発
させる。各蒸発物をそれぞれｄ、ｅ、ｆで示す。

酸素イオン源５は酸素イオンビームを真空チャンバ１内
に放出する。この酸素イオン源５の近傍にはニュートラ
ライザ１０が配置され、酸素イオンを中性化して酸素二
ュートラルビームｈとする。

これは、基板ホルダ６に保持された基板ｌｌ上に形成さ
れる薄膜１３が！縁体であるため、酸素イオンをそのま
ま照射すると、薄膜１３の表面がチャージアップし、後
続する酸素イオンビームをはね返したり絶縁破壊するた
めである。前記ニュートラライザ１０は、たとえばタン
タル、タングステン等からなる中性化フィラメントが使
用可能であって、これから発生された電子により酸素イ
オンを中性化する。酸素二ュートラルビームｈの照射量
は、金属を酸化するのに必要な量よりもやや多くするの
が好ましい。

前記基板ホルダ６は、内部にヒータ１２が設け、　られ
たものであって、その表面にサファイア、ジルコニア等
からなる絶縁性の基板１１が取付けられる。

各るつぼ２，３．４内の金属またはその酸化物は電子線
源？、８．９からの電子線ａ、ｂ、ｃによって蒸発し、
基板ホルダ６の表面に取付けた基板１１に付着する。こ
のとき、各金属またはその酸化物の割合は電子線の照射
量、したがって電子線源のフィラメント温度を制御して
適宜決定することができ、好ましくは基板１１の面上で
ＩＩａＢａ族金属はその酸化物とＩＩＩａ族金属または
その酸化物との総量：銅の配合量が約１：１となるよう
に設定する。

蒸着と同時に、酸素イオン源より照射さた酸素イオンを
ニュートラライザｌＯで中性化された酸素ニュートラル
ビームｈが基板１１の表面に照射され、蒸発物を基板１
１内に打ち込むゝさ、とともに、各蒸発物と反応して基
板１１の表面にＩＩａ族−Ｂａ族−銅・酸化物からなる
超電導薄膜１３が形成される。この場合、基板１１とし
て線状のものを使用し、これにＢａ族−ｎｌａ族−銅・
酸化物からなる超電導薄膜をこの発明にしたがって被覆
することもでき、これをコイルとして使用すれば超電導
コイルを得ることができる。

なお、蒸着金属を結晶化させるために、基板１１は基板
ホルダ６に内蔵したヒータ１２によって加熱された状態
で蒸着されるが、基板１１を加熱せずにまたは２００　
’Ｃ程度の加熱して蒸着し、ついでアニールして結晶化
させるようにしてもよい。

また、上記３種の金属またはその酸化物を別個に蒸発さ
せるため、それらの各金属または酸化物の割合の制御ｎ
が容易であるという利点があるが、あらかじめそれらの
３種の金属からなる合金またはその酸化物を作成するよ
うにしてもよく、また、Ｕａ族金属および／またはその
酸化物とＩＩＩａ族金属および／またはその酸化物との
混合物または合金を２つのるつぼのうち一方に入れ、他
方に銅および／またはその酸化物を入れるようにしても
よい。

次に本発明者が行った成膜実験について説明する。

真空チャンバ内でそれぞれのるつぼに入れたＹ。

Ｂａ、　Ｃｕを下記蒸着速度で蒸発させ、同時に薄膜中
に酸素二ュートラルビームを照射させて基板の表面に薄
膜を形成させた。

（金属）　　　　　　（蒸着速度） Ｙ　　　　　１．　ＯＸ　Ｌ　Ｏ１ｓａｔｏｍ／ｃｍ”
　・５ｅｃＢａ　　　　　＋、　４　Ｘ　１０１Ｓａｔ
ｏｍ／ｃｍ”−５ｅｃＣｕ　　　　　２．４　Ｘ　１０
　”ａｔｏｓ／ｃｍ”　・ｓｅｅ使用した基板はサファ
イア基板（０面）であり、これを８００　’Ｃで加熱し
て蒸着させた。酸素イオン源として、酸素イオンビーム
を用い、そのビームエネルギを１００ｅＶ、１ｍ＾／Ｃ
＋ａ（基板面上）とし、これをニュートラライザで中性
化して基板に照射した。

これによってサファイア基板の表面に厚さ５０００人の
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物からなる超電導薄膜を形成した。

この超電導薄膜の両端に金電極をスパッタ成膜により形
成し、液体窒素中でこの超電導Ｆｊｌ膜の電気抵抗を測
定したところ、電極間の電気抵抗は０であった。

また、前記Ｙ＋　Ｈａ、　Ｃｕに代えてこれらの酸化物
を用いて前記と同様にしてサファイア基板にイオン蒸着
して成膜した場合も同様の結果が得られた。

さらに、前記サファイア基板を蒸着時に加熱せずにまた
は２００°Ｃ程度に加熱して、蒸着後、アニールして結
晶化させた場合も同様の結果が得られた。

〔発明の効果〕

この発明によれば、ｌｌａ族−■ａ族−銅・酸化物から
なる超電導薄膜の生成が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施に使用する薄膜形成装置の一例
を示す概略図である。 １・・・真空チャンバ、２，３．４−るつぼ、５−酸素
イオン源、６−基板ホルダ、１０−・−ニュートラライ
ザ、１１一基板、１３・〜超電導薄膜第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. IIａ族金属および／またはその酸化物と、IIIａ族金属
   および／またはその酸化物と、銅および／またはその酸
   化物とを同時に基板上に蒸着し、かつこの蒸着中に酸素
   二ュートラルビームを前記基板上に照射してIIａ族−I
   IIａ族−銅・酸化物薄膜を作成することを特徴とする超
   電導薄膜の製造方法。