JPS63310519A - 酸化物超電導材料からなる薄膜の製造方法 - Google Patents

酸化物超電導材料からなる薄膜の製造方法

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JPS63310519A
JPS63310519A JP62145942A JP14594287A JPS63310519A JP S63310519 A JPS63310519 A JP S63310519A JP 62145942 A JP62145942 A JP 62145942A JP 14594287 A JP14594287 A JP 14594287A JP S63310519 A JPS63310519 A JP S63310519A
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cooling
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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

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、ペロブスカイト構造を有する酸化物超電導
材料からなる薄膜の製造方法に関し、特に臨界電流密度
の高い酸化物超電導材料からなる薄膜を得るための製造
方法に関するものである。
[従来の技術] 最近La−5r−Cu−0系、La−Ba−Cu−0系
、Y−Ba−Cu−0系等の酸化物超電導材料が相次い
で発見されている。これらは、従来のNb−TL、Nb
−Ge等の金属間化合物からなる超電導材料に比べて臨
界温度が極めて高いため、大きな注目を集めている。ま
た、これらの酸化物超電導材料は、スパッタ、真空蒸着
等の気相薄膜成長法によって薄膜化されることにより、
ジジセフソン素子や5QUID等のデバイス、線材やテ
ープ等の長尺体への応用が考えられている。
これらの酸化物超電導材料に対しては、現在のところ、
気相薄膜成長法による薄膜化の具体的な方法はあまり詳
細には公表されていない。たとえば、これらの酸化物超
電導材料と反応や拡散を起こしにくい、ZrO2や5r
TiO,等からなる基板上に超電導特性を有する薄膜を
形成する方法として、 (a)  常温で成膜した後、熱処理炉中で熱処理を行
なうことによって薄膜にペロブスカイト構造を発現させ
る方法、 (b)  基板温度を上昇させた状態で成膜することに
より、成膜と同時に薄膜にペロブスカイト構造を発現さ
せる方法 がある。これらの方法のうち、(b)の方法によれば、
基板温度が低い状態で超電導材料からなる薄膜が得られ
る。
上記のような薄膜化の方法は、蒸発物質やスパッタにお
けるターゲット材料として酸化物や金属を用い、雰囲気
巾に酸素ガスを導入することにより、形成される薄膜内
の酸素の欠乏を抑制したり、形成される薄膜の酸化を行
なったりしている。この雰囲気巾の酸素分圧の値は公表
されていないが、気相薄膜成長法の常識として真空蒸着
法では10−’Torr以下、スパッタ法では10−’
T。
rr以下である。
[発明が解決しようとする問題点] 従来の方法では1、薄膜形成後、形成時と同等またはそ
れ以下のガス圧下で真空槽内で薄膜の冷却が行なわれて
いた。この方法では、薄膜は冷却過程において、真空蒸
着によれば1O−4Torr以下、スパッタによれば1
0−’Torr以下のガス圧下である酸素雰囲気にさら
されることになる。本願発明者等は、この冷却下におけ
る雰囲気巾で薄膜中の酸素、特に薄膜表面層中の酸素が
容易に離脱することを見い出した。しかも、この薄膜中
の酸素は一旦離脱すれば、空気中または酸素中において
高温度、長時間の熱処理を行なわないと薄膜中に酸素を
回復させることはできない。
この現象は基板温度を上昇させて成膜させる方法におい
て著しいが、基板加熱を行なわない方法でも、成膜中の
温度上昇があるために避けられない問題となっている。
そのため、形成された薄膜は酸素が部分的に離脱するこ
とにより、化学量論的な組成のものを薄膜全体にわたっ
て得ることが困難で、この薄膜が呈する超電導特性も満
足なものが得られないという問題点があった。
そこで、この発明は、上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、超電導特性の優れた、特に臨界電
流密度の高い酸化物超電導材料からなる薄膜の製造方法
を提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] この発明に従った酸化物超電導材料からなる薄膜の製造
方法は、ペロブスカイト構造を有する酸化物超電導材料
からなる薄膜の製造方法において、この薄膜を気相薄膜
成長法によって形成した後、直ちに、その酸素分圧が薄
膜形成時の酸素分圧より高い雰囲気巾に薄膜を保持し、
100℃/分以下の冷却速度で冷却することを特徴とす
るものである。
[作用コ 本発明によれば、気相薄膜成長法による薄膜の形成直後
に形成時より酸素分圧の高い雰囲気巾に保持されるので
、形成された薄膜中に酸素が充分取り込まれ、その結果
として薄膜中の酸素が離脱することなく、薄膜全体にわ
たって化学量論的な組成が達成されるものと考えられる
。得られた薄膜は優れた超電導特性、特に高い臨界電流
密度を呈する。この酸素分圧の高い雰囲気巾に薄膜を保
持する方法としては、バッチ式では成膜室中に酸素を導
入する方法、または連続式では成膜室より酸素分圧の高
い冷却室に薄膜形成後の基板を移動する方法によればよ
い。
また、このような酸素分圧の高い雰囲気下での冷却は徐
冷、すなわち100℃/分以下の冷却速度で行なう。こ
れは、100℃/分を超える冷却速度では上記のような
薄膜全体にわたって化学量論的な組成が得られず、超電
導特性も劣るからである。
上述のような薄膜中への酸素の導入は、成膜後酸素分圧
の低い雰囲気下で冷却した後、酸素分圧の高い雰囲気下
で熱処理することによっても達成されるように思われる
。しかしながら、この方法によれば成膜、冷却、熱処理
、再び冷却という工程をとるので、処理時間が長くなる
上に本発明に見られるような効果が得られない。この理
由は明確ではないが、成膜後酸素分圧の低い雰囲気下で
冷却した場合には、酸素のみならず、酸化物超電導材料
の他の構成元素であるCu等の蒸発も起こっているから
かもしれない。また、一旦冷却した場合には、冷却途中
で多くの酸素が失われるため、薄膜中に酸素が回復しに
くいのかもしれない。さらに、成膜直後の状態では酸素
の拡散係数が大きいということも考えられる。
いずれにもして、本発明による方法では、非常に化学量
論的な組成を有する膜が得られることができ、得られた
膜の超電導特性、特に臨界電流密度も優れたものとなる
[実施例] 実施例1 イツトリア安定化ジルコニアからなる基板上に、Y2O
,−5aco、−CuO粉末を焼結したものからなるタ
ーゲットを使用したスパッタ法により薄膜を形成して、
サンプルを作製した。スパッタは以下に示す条件でRF
マグネトロンスパッタによって行なった。
ガス圧:50%0□−Arガス雰囲気下にて1xlO−
’ Torr 基板温度: 600℃ 出カニRF100Watt ターゲット−基板間距離;45mm 膜組成はY ItO,OI  B a 2t0.02 
Cu a oxとなるように調整し、膜厚は水晶振動子
を使用した膜厚計によって比重を4.5としたときに2
00OAになるように調節した。
膜形成完了後直ちに、バルブ調整によりガス圧を0.l
atmに調整し、温度600℃から500℃まで冷却速
度1’C/分で徐冷した。その後、ガス圧Q、latm
のまま放冷し、冷却速度5〜b このようにして得られた薄膜の臨界電流密度を測定した
。臨界電流密度の測定結果は液体窒素温度下においてl
800A/cm2を示した。
実施例2 実施例1と同一条件でスパッタ法によって薄膜を形成し
た。その後、ガス圧ITorrの雰囲気下で50℃/分
の冷却速度で冷却した後、サンプルを取り出した。得ら
れた薄膜の臨界電流密度は液体窒素温度下でl100A
/cm2であった。
実施例3 イツトリア安定化ジルコニアからなる基板上に、Y、B
a2Cua ox粉末を蒸発物質とするフラッシュ蒸着
法により薄膜を形成して、サンプルを作製した。蒸着条
件としては、ジルコニア製のるつぼを使用してタングス
テンヒータにより加熱し、酸素ガス分圧5X10−’〜
lXl0−’Torrの雰囲気下で蒸着を行なった。膜
形成中において基板温度は350℃まで上昇した。
また・膜組成はY Ilり、1)I B a 2±0.
02 Cu I oxとなるように調整し、膜厚は水晶
振動子を使用した膜厚計によって比重を4.5としたと
きに200OAになるように調節した。
膜形成後、ガス圧1×10−’ Torrの雰囲気下で
冷却速度10℃/分で冷却した後、サンプルを取り出し
た。得られた薄膜の液体窒素温度下での臨界電流密度は
950A/cm2であった。
比較例1 実施例1と同一条件でスパッタ法によって薄膜を形成し
た。その後、スパッタガス圧のまま、実施例1と同じ冷
却速度で冷却した後、サンプルを取り出した。得られた
薄膜の液体窒素温度下での臨界電流密度を測定したとこ
ろ、58.9A/cm2であった。さらに、このサンプ
ルをガス圧0゜1atmの雰囲気下で温度600℃まで
加熱した後、実施例1と同様に冷却した。この薄膜の臨
界電流密度を再び測定したが、130A/cm2であつ
た。
比較例2 実施例1と同一条件でスパッタ法によって薄膜を形成し
た。その後、大気中にサンプルを取り出し、温度100
℃まで3分間で冷却した。得られた薄膜の臨界電流密度
は液体窒素温度下で300A/cm2を示した。
比較例3 実施例3と同一条件でフラッシュ蒸着法によって薄膜を
形成した。膜形成後、ガス圧2X10−’Torrの雰
囲気下で冷却した後、サンプルを取り出した。得られた
薄膜の臨界電流密度を液体窒素温度下で測定したところ
、62.IA/cm2であった。
以上のように、実施例1,2.3で示されるようにこの
発明に従った薄膜の製造方法によれば、得られる薄膜の
超電導特性は優れており、特に臨界電流密度は100O
A/cm2程度、あるいはそれ以上の値を示すものが得
られた。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明に従った薄膜の製造方法は
、薄膜形成後の酸素分圧および冷却速度の調整という簡
単な制御により、形成される薄膜が呈する臨界電流密度
を大幅に増加させることができるという利点がある。し
たがって、本発明はデバイス用薄膜や超電導線・テープ
用薄膜、特に大電流密度を必要とするパワーデバイス配
線やパワー用超電導線・テープ等の応用製品の製造方法
に適用されるとき、その利用価値は極めて大である。
6−補正の対m 手続補正書 昭和63年8月10日 2、発明の名称 酸化物超電導材料からなる薄膜の製造方法3、補正をす
る者 事件との関係 特許出願人 住 所  大阪市東区北浜5丁目15番地名 称  (
213)住友電気工業株式会社代表者 用上哲部 4、代理人 住 所  大阪市北区南森町2丁g1番29号 住友銀
行南森町ビル電話 大阪(06)361−2021 (
代)W・・°、、゛ 明細書の発明の詳細な説明の欄 7、補正の内容 明細書第9頁第5行ないし第6行の「膜形成中において
基板温度は350℃まで上昇した。」を削除する。
以上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ペロブスカイト構造を有する酸化物超電導材料からなる
    薄膜の製造方法において、 前記薄膜を気相薄膜成長法によって形成した後、直ちに
    、その酸素分圧が前記形成時の酸素分圧より高い雰囲気
    巾に前記薄膜を保持し、100℃/分以下の冷却速度で
    冷却することを特徴とする、酸化物超電導材料からなる
    薄膜の製造方法。
JP62145942A 1987-06-11 1987-06-11 酸化物超電導材料からなる薄膜の製造方法 Expired - Lifetime JPH0753639B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6445014A (en) * 1987-08-13 1989-02-17 Univ Tokai Manufacture of superconductive material

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63248723A (ja) * 1987-03-17 1988-10-17 コンパニイ・ジエネラル・デレクトリシテ 混合原子価をもつ銅の超伝導酸化物及びその製造方法

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