JPS63301424A

JPS63301424A - 酸化物超伝導体薄膜の製造方法

Info

Publication number: JPS63301424A
Application number: JP62138386A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Tsurumi; 重行鶴見; Makoto Hikita; 疋田　真; Tsunekazu Iwata; 岩田　恒和; Juichi Noda; 野田　壽一
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-06-02
Filing date: 1987-06-02
Publication date: 1988-12-08

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】〔発明の属する技術分野］本発明は高い臨界磁場を有する酸化物超伝導体薄膜の作
製方法に関するものである。

（従来の技術）Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物をはじめとするＬｕ−Ｂａ−Ｃｕ
酸化物（Ｌｕ　：ランタン系元素）で電気抵抗が完全に
零となる温度（以下Ｔｃと略す）が９０Ｋを越える材料
を薄膜化することは、高感度磁束計（いわゆる５ＱＵＩ
Ｄ）、電子計算機回路等に幅広い応用が可能なジョセン
ソン素子を作る上で極めて重要である。また、これら酸
化物の薄膜が得られることにより液体窒素中で使用する
集積回路の配線として使用することができ、集積回路の
高速化・高密度化・低消費電力化が期待できる。

ところが９０Ｋを越える酸化物超伝導材料の構成元素の
中には活性なりａ、ランタン系元素が入っており薄膜を
作製した際に基板と反応し、酸化物超伝導体中に基板材
料が溶は込んだり、酸化物超伝導材料に組成ずれを生じ
たりしてＴｃが６０に程度に低下する欠点を有していた
（鈴木他　昭和６２年度春期第３４回応用物理学会超伝
導ワークショップ）。

これを解消するためにＢｅＯ，ＭｇＯ，ＺｒＯ□等の化
学的安定な基板を用いて素子化することが試みられてい
るが、Ｓｉ基板を用いるＳｉプロセスのような大量生産
に向いていないという欠点を有していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は高温超伝導体薄膜が基板と反応し臨界温
度Ｔｃが低下する点及び任意の材質の基板が使用できな
かった点を解決した高臨界温度Ｔｃを有する高温超伝導
体薄膜の作製方法を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］本発明は任意の材質の基板上にＩｌａや希土類と反応し
ない化学的に安定なＭｇＯ，ＢｅＯ，ＣａＺｒＯ３，Ｂ
ｅＺｒＯ３゜ＭｇＺｒＯ３，ＣａＡｌｚＯ４，ＢｅＺｒ
Ｏ３のいずれか一つの薄膜を形成した後、Ｓｃ、Ｙラン
タン系元素とアルカリ土類金属と銅の酸化物からなる高
温超伝導体薄膜を蒸着法あるいはスパッタ法により形成
することを特徴とする。

〔実施例〕

（実施例１）（１００）面のＳｉ基板を３００〜６００°Ｃに加熱し
Ｂｅをターゲットとしてアルゴンと酸素の混合ガス中で
スパッタリングを行い、Ｓｉ基板表面にＢｅＯの単結晶
薄膜を形成した。次にＹ、Ｂａ、Ｃｕの酸化物がｌ：２
：３の原子比を基本組成としたターゲットを用いてアル
ゴンと酸素の混合ガス中でスパッタリングを行い、酸化
物超伝導薄膜を形成した。Ｓｉのａ軸の格子定数は５．
４３人、Ｂｅ０Ｏａ軸の格子定数は２．６９５人でこの
２倍が５．３９０人となりＳｉの格子定数に極めて近い
。このためＳｉの（１００）面でＢｅＯ膜は単結晶薄膜
となる。一方酸化物超伝導体薄膜であるＹ、Ｂａ、Ｃｕ
、Ｏｘ　（ｘ　〜７　）のａ軸の格子定数は５．４４８
人であり、ＢｅＯの格子定数の２倍と極めて近く、Ｙ、
Ｂａ、ＣｕｚＯｘ　（ｘ　〜７　）の薄膜は単結晶薄膜
となる。また、ＢｅＯはきわめて安定な酸化物でＢａ、
Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類、Ｙ及びランタン系元素に
反応しないため、不純物の少ない酸化物超伝導体の単結
晶薄膜となる。第１図に上記の方法で作製した単結晶薄
膜のＸ線回折結果、第２図に電気抵抗の変化を示す。第
１図から、酸化物超伝導体の薄膜がＣ軸方向に成長した
単結晶薄膜であることが確認でき、第２図からはＴｃが
〜９０にで超伝導体となることを確認できた。

（実施例２）Ｙ、Ｂａ、Ｃｕをそれぞれ１：２：３の原子比で蒸着装
置のＷボートに入れ、Ｓｉ基板上と、Ｓｉの表面にあら
かじめスパッタ法によりＭｇＯ，ＢｅＯ，ＣａＺｒＯ３
，ＢｅＺｒ０．、　ＭｇＺｒ０．、ＣａＡｌｚＯ，、Ｂ
１３Ａ１．０４の薄膜を形成した基板のそれぞれに順次
もしくは同時に全量蒸着した。なお、Ｙ、　Ｂａ、　Ｃ
ｕの組成比は原子比でそれぞれ１０〜２０％、２０〜４
０％、４０〜６０％の組成範囲で全量１００％となるよ
うな組成であればＹ、Ｂａ、Ｃｕをそれぞれ１：２：３
とした場合とほぼ同等の結果が得られた。こうして作製
した薄膜を酸素を流した炉の中で９００°Ｃ１３０分間
熱処理し、ゆっくり室温まで温度を下げた。なお熱処理
は６００°Ｃ以上で行うと、より安定した特性を示す酸
化物超伝導体薄膜が得られる。この結果得られたＹ＋Ｂ
ａｚＣｕｓＯｘ　（ｘ　〜７　）のそれぞれんの薄膜の
臨界温度Ｔｃを表１に示す。Ｓｉ基板では超伝導を示さ
ないが、Ｓｉ基板に上記酸化物超伝導体薄膜を形成した
基板では８５〜９０にのＴｃを示した。

（以下余白）表　　　　１（実施例３）Ｓｉ基板上に電子ビーム蒸着でＢｅを蒸着した後、酸素
雰囲気中で熱処理してＢｅＯ薄膜を形成した。

この基板上にＣｕ、ＢａＯ，Ｙ、Ｏ，の順に原子比１：
２：３となるように蒸着した。この際各々４０〜６０％
、２０〜４０％、１０〜２０％で全量１００％となるよ
う組成範囲に入っていれば特性上問題がなかった。こよ
うに作製した薄膜を９００°Ｃで３０分間、大気中で熱
処理した後、ゆっくり室温まで冷却した。上記の方法で
８９にのＴｃを有する酸化物超伝導体が得られた。

（実施例４）石英基板、サファイヤ基板、パイレックスガラス基板上
にスパッタリングでＢａＯ膜を形成した後表２に示す各
組成のターゲットを用いてスパッタ法により薄膜を形成
した。基板上を６００°Ｃに加熱しアルゴンと酸素の混
合ガス（Ａｒ：０２・１：１）を３Ｐａの圧力にして１
００Ｗの出力で行った。このようにして作製した各種薄
膜のＴｃを表２に示す。すべて８５〜９０にの高いＴｃ
が得られた。これをＳｉ基板で行うと全く超伝導を示さ
ない。このようにＳｉ基板上にＢｅＯ薄膜を付けること
により品質の良い酸化物超伝導体薄膜が得られる。

（以下余白）表　　　　２〔発明の効果〕以上説明したようにＳｉ基板上に化学的に安定なＭｇＯ
，ＢｅＯ，ＣａＺｒ０：＋、　ＢｅＺｒＯｓ、　ＭｇＺ
ｒＯ３，ＣａＡｌｚＯ４゜ＢｅＡｌｚＯｎのいずれか一
種類の薄膜を形成した後酸化物超伝導体薄膜を作製する
ことにより、酸化物超伝導体と基板の反応が抑えられる
ことから高い臨界温度を有する酸化物超伝導体薄膜が得
られる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は（１００）面のＳｉウェハ上にＢｅＯ単結晶薄
膜を形成した後Ｙ、ＢａｚＣｕ３０ｘ　（ｘ　〜７　）
の単結晶薄膜を形成したもののＸ線回折パターン、第２
図は上記のＹ＋ＢａｚＣｕ＋Ｏｘ　（ｘ　〜７　）の単
結晶薄膜の電気抵抗変化である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）任意の材質の基板上にＭｇＯ、ＢｅＯ、ＣａＺｒ
Ｏ＿３、ＢｅＺｒＯ、ＭｇＺｒＯ＿３、ＣａＡｌ＿２Ｏ
＿４、ＢｅＡｌ＿２Ｏ＿４のいずれか一つの薄膜を形成
した後、Ｓｃ、Ｖ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ
、Ｌｕ、Ａｌの元素またはその酸化物のうち一種または
複数種、Ｃａ、Ｂｒ、Ｂａの元素またはその酸化物のう
ち一種または複数種およびＣｕを原子比で各々１０〜２
０％、２０〜４０％、４０〜６０％の組成領域で全量で
１００％となる組成の合金薄膜を真空蒸着法によって形
成した後、酸素を含む雰囲気中で熱処理して前記合金薄
膜を酸化物薄膜にすることを特徴とする酸化物超伝導体
薄膜の製造方法。
（２）任意の材料の基板上にＭｇＯ、ＢｅＯ、ＣａＺｒ
Ｏ＿３、ＢｅＺｒＯ＿３、ＭｇＺｒＯ、ＣａＡｌ＿２Ｏ
＿４、ＢｅＡｌ＿２Ｏ＿４のいずれか一つの薄膜を形成
した後、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ
、Ｌｕ、Ａｌの酸化物のうち一種または複数種、Ｃａ、
Ｓｒ、Ｂａの酸化物のうち一種または複数種およびＣｕ
の酸化物を原子比で各々１０〜２０％、２０〜４０％、
４０〜６０％の組成範囲で全量で１００％となる酸化物の混合体を酸素を含む雰囲気で焼
成したターゲットを用いて、酸素を含むガス中でスパッ
タリングすることにより酸化物薄膜を形成することを特
徴とする酸化物超伝導体薄膜の製造方法。