JP2543073B2 - 超電導薄膜の製造方法 - Google Patents
超電導薄膜の製造方法Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超電導材料に関し、超電導線として、薄膜型
の小型超電導磁石などに応用される他に、半導体の超電
導電極や配線など凡く電子部品に適用される。
の小型超電導磁石などに応用される他に、半導体の超電
導電極や配線など凡く電子部品に適用される。
従来の技術 旧来の電導材としては、Pb,Nb,レアーアースなどが広
く知られており、特にNb合金系は超電導磁石用として、
研究用や試験用に用いられている。これらは、液体He温
度領域に冷却しないと超電導体として作用しない、これ
に対して、特に最近、セラミクス材を中心とした、（La
Sr）Cu,Ox系がより高温で、ある場合には液体窒素温度
でも超電導性を示し始めると報告され、注目されてい
る。しかし、これらの材料は、液体窒素温度以上で超電
導性をやや示し始めるだけであり、超電導性を示す完全
な反磁性を示す温度はやはり、液体He温度に近い10゜K
近辺にある。超電導を示す臨界温度が広く分布している
といえる。
く知られており、特にNb合金系は超電導磁石用として、
研究用や試験用に用いられている。これらは、液体He温
度領域に冷却しないと超電導体として作用しない、これ
に対して、特に最近、セラミクス材を中心とした、（La
Sr）Cu,Ox系がより高温で、ある場合には液体窒素温度
でも超電導性を示し始めると報告され、注目されてい
る。しかし、これらの材料は、液体窒素温度以上で超電
導性をやや示し始めるだけであり、超電導性を示す完全
な反磁性を示す温度はやはり、液体He温度に近い10゜K
近辺にある。超電導を示す臨界温度が広く分布している
といえる。
発明が解決しようとする問題点 本発明は、上述の臨界温度の分布の巾を狭め、完全な
超電導性を示す臨界温度を高めることを目的とする。
超電導性を示す臨界温度を高めることを目的とする。
問題点を解決するための手段 上記目的を達成するため、本発明は、Cu元素と、アル
カリ土族元素を含む超電導結晶構造化合物をエピタキシ
ャル成長した超電導薄膜の製造方法において、前記結晶
構造化合物のエピタキシャル成長方向に組成変調を行う
ことにより格子歪を生じさせるようにして超伝導薄膜を
形成する。
カリ土族元素を含む超電導結晶構造化合物をエピタキシ
ャル成長した超電導薄膜の製造方法において、前記結晶
構造化合物のエピタキシャル成長方向に組成変調を行う
ことにより格子歪を生じさせるようにして超伝導薄膜を
形成する。
作用 薄層にすることにより、その層内に、層状結晶構造の
結晶層がうまく一致して含まれ、且つ、結晶層がほぼ面
内に連続している。薄層が厚くなると、部分的に柱状構
造に発達するなど結晶性が悪化して上記の連続性が悪く
なるが、組成変調により積層して、層を厚くすることに
より、このような悪化が防止される。
結晶層がうまく一致して含まれ、且つ、結晶層がほぼ面
内に連続している。薄層が厚くなると、部分的に柱状構
造に発達するなど結晶性が悪化して上記の連続性が悪く
なるが、組成変調により積層して、層を厚くすることに
より、このような悪化が防止される。
超電導性を示す臨界温度の巾が狭まる理由は不明であ
るが、従来、結晶層が無秩序に交査しているのに対し
て、本発明においては、ほぼ同一面内に並んでいるため
と推定される。
るが、従来、結晶層が無秩序に交査しているのに対し
て、本発明においては、ほぼ同一面内に並んでいるため
と推定される。
実 施 例 薄膜の形成には、高周波マグネトスパッタリングを用
い、組成変調をかけるために、第２図に示すような薄膜
構成元素の割合を面積比1,2,3で調整してあるターゲッ
ト４の裏面に沿って磁石５をゆっくり移動６せしめた。
磁極5N,S附近が最もよくスパッターされる事を利用した
ものである。磁石５を一ケ所に止めておけば、その場所
（面積割合など）で定まる単一組成の薄膜が得られる。
試料はターゲット４に対向して平行に設置し、冷却する
と共に、面内均一性を向上するため10rpmで回転させ
た。なお、補助ガスとして、プラズマ化したN2,O2,CH4
ガスを側面から必要に応じて、試料上に導入した。
い、組成変調をかけるために、第２図に示すような薄膜
構成元素の割合を面積比1,2,3で調整してあるターゲッ
ト４の裏面に沿って磁石５をゆっくり移動６せしめた。
磁極5N,S附近が最もよくスパッターされる事を利用した
ものである。磁石５を一ケ所に止めておけば、その場所
（面積割合など）で定まる単一組成の薄膜が得られる。
試料はターゲット４に対向して平行に設置し、冷却する
と共に、面内均一性を向上するため10rpmで回転させ
た。なお、補助ガスとして、プラズマ化したN2,O2,CH4
ガスを側面から必要に応じて、試料上に導入した。
ターゲットは、それぞれの原料粉体をホットプレスし
て緻密化した後、ダイヤモンド加工具により所定の形に
切断，研削し、装着した。
て緻密化した後、ダイヤモンド加工具により所定の形に
切断，研削し、装着した。
先ずLa2O3/Cu2O/SrOの三種より成るターゲット材から
形成する薄膜超電導材料について説明する。
形成する薄膜超電導材料について説明する。
スパッターガスとしてArガス２×10-3Torrを用い、約
２Å/secでほぼ平均（La,Sr）2CuO3.5〜４で示される組
成変調薄膜材を形成した。磁石を20分の周期で往復さ
せ、組成変調を行なった。この時、試料側面より、500V
の変位をかけた酸素プラズマを試料上に常時送風し、酸
化度を向上せしめた。なお基板とてしては、厚さ3mm径5
0mmのKFの結晶基板を用いた。ほぼ10μｍ厚の組成変調
膜を形成した後、650℃,30分，酸素雰囲気中で焼鈍し、
5mm角にクライプし、基板を溶解した。残留した薄膜
を、SIMS（二次イオンマス分析法）により、厚さ方向の
組成分析,5mm角の試料を多数積層したものでもって、反
磁性の測定を行った。組成は、第１図に示すSIMSによる
厚さ方向の濃度分布で判るように、約2500Åの周期をも
ち、概略の定量化の結果、ほぼLa2Sr0.1〜0.2Cu
0.8〜0.9Ｏ４−δとLa2Sr2Cu2O7で表示し得る組成物よ
り成っていることが判った。さらに、700℃の焼鈍前で
は、Ｘ線回折ピークは低く、ピーク巾も広く、結晶性の
低い事ないしは、連続的に格子定数が変化している事な
どが示されていたが、焼鈍後では少しはっきりとしてお
り、K2NiF4構造を有するLa2CuO4と固定される組成物
と、確認し得ない他の結晶組成物に対応している。
２Å/secでほぼ平均（La,Sr）2CuO3.5〜４で示される組
成変調薄膜材を形成した。磁石を20分の周期で往復さ
せ、組成変調を行なった。この時、試料側面より、500V
の変位をかけた酸素プラズマを試料上に常時送風し、酸
化度を向上せしめた。なお基板とてしては、厚さ3mm径5
0mmのKFの結晶基板を用いた。ほぼ10μｍ厚の組成変調
膜を形成した後、650℃,30分，酸素雰囲気中で焼鈍し、
5mm角にクライプし、基板を溶解した。残留した薄膜
を、SIMS（二次イオンマス分析法）により、厚さ方向の
組成分析,5mm角の試料を多数積層したものでもって、反
磁性の測定を行った。組成は、第１図に示すSIMSによる
厚さ方向の濃度分布で判るように、約2500Åの周期をも
ち、概略の定量化の結果、ほぼLa2Sr0.1〜0.2Cu
0.8〜0.9Ｏ４−δとLa2Sr2Cu2O7で表示し得る組成物よ
り成っていることが判った。さらに、700℃の焼鈍前で
は、Ｘ線回折ピークは低く、ピーク巾も広く、結晶性の
低い事ないしは、連続的に格子定数が変化している事な
どが示されていたが、焼鈍後では少しはっきりとしてお
り、K2NiF4構造を有するLa2CuO4と固定される組成物
と、確認し得ない他の結晶組成物に対応している。
それでも、ピーク巾は広く、面内に強い残留歪のある
ことが示磋されている。又、（200）と（006）のＸ線強
度は、最高強度をもつ（103）に対して、各々、ほぼ０
％と70％になっており、面全体がＣ面に強く配向してい
ることが示されていた。
ことが示磋されている。又、（200）と（006）のＸ線強
度は、最高強度をもつ（103）に対して、各々、ほぼ０
％と70％になっており、面全体がＣ面に強く配向してい
ることが示されていた。
本材料の超伝導臨界温度は、第３図に示すように、開
始点がほぼ18゜Kであり、完全になる点が約13゜Kとなっ
ており、それらの２点間の巾が約５゜Kと狭くなり、完
全な超電導性を示す温度が高くなっていることが判る。
始点がほぼ18゜Kであり、完全になる点が約13゜Kとなっ
ており、それらの２点間の巾が約５゜Kと狭くなり、完
全な超電導性を示す温度が高くなっていることが判る。
これに対して、平均組成がほぼ一致するように、磁石
を一ケ所に留めて、同じように薄膜を形成した所、第４
図１に示すように、各々17゜K及び７゜Kを示し、それら
の２点間の巾が広くなっているのが測定された。この
時、Ｘ線回折の結果、（200）ピークが（006）ピークよ
りやや強く、上述のような強い異方性のないことが判っ
た。なお、第４図２に、文献ジャパニーズ ジャーナル
オブ アプライド フィジックス（Jap.Journal of A
pplisd Phgsics）26（１）L1（′87）より転載した反磁
性−温度曲線を画いてある。上記の対比例と同様に、２
点間の巾が20゜Kに広がっており、超電導性を示し始め
る温度はかなり高いにも拘らず、完全な超電導性を示す
温度はかなり低いことが判る。
を一ケ所に留めて、同じように薄膜を形成した所、第４
図１に示すように、各々17゜K及び７゜Kを示し、それら
の２点間の巾が広くなっているのが測定された。この
時、Ｘ線回折の結果、（200）ピークが（006）ピークよ
りやや強く、上述のような強い異方性のないことが判っ
た。なお、第４図２に、文献ジャパニーズ ジャーナル
オブ アプライド フィジックス（Jap.Journal of A
pplisd Phgsics）26（１）L1（′87）より転載した反磁
性−温度曲線を画いてある。上記の対比例と同様に、２
点間の巾が20゜Kに広がっており、超電導性を示し始め
る温度はかなり高いにも拘らず、完全な超電導性を示す
温度はかなり低いことが判る。
次にY,Ba,Cu,O系について、Y2O3/Cu2O/BaOの３ターゲ
ット材を用いて同様の実験を行った。実験条件は上述条
件であるが、磁石の周期を10分と早くした。同様の分析
の結果、厚さ約1500ÅのほぼY2Ba0.1〜0.2Cu0.8〜0.9Ｏ
４−δと、約1000ÅのほぼY3Ba3Cu1O7と見られる積層結
晶層が認められ、（006）／（103）強度比は、約75％と
なっており、やはりＣ面配向の強いことが示された。
ット材を用いて同様の実験を行った。実験条件は上述条
件であるが、磁石の周期を10分と早くした。同様の分析
の結果、厚さ約1500ÅのほぼY2Ba0.1〜0.2Cu0.8〜0.9Ｏ
４−δと、約1000ÅのほぼY3Ba3Cu1O7と見られる積層結
晶層が認められ、（006）／（103）強度比は、約75％と
なっており、やはりＣ面配向の強いことが示された。
同じ平均組成物で単純に一層より成る膜は、Ｘ線的に
Ｃ面配向は殆んど認められなかった。両者の超電導臨界
温度は、完全な点及び開始する点が、各々、約24゜Kと
約21゜K及び、約20゜Kと約11゜Kであり、その巾は各
々、約３゜K,9゜Kであり、組成変調をした本発明の方
が、完全な超電導を示す温度の高いことが示された。
又、その巾も、本発明の方が約1/3と狭く、優れている
ことが示されている。
Ｃ面配向は殆んど認められなかった。両者の超電導臨界
温度は、完全な点及び開始する点が、各々、約24゜Kと
約21゜K及び、約20゜Kと約11゜Kであり、その巾は各
々、約３゜K,9゜Kであり、組成変調をした本発明の方
が、完全な超電導を示す温度の高いことが示された。
又、その巾も、本発明の方が約1/3と狭く、優れている
ことが示されている。
発明の効果 本発明の組成変調構成をとることにより、従来、超電
導を示し始める温度が高くとも、完全な超電導を示す温
度が低いといった材料特性劣化を防ぐことができ、両者
の差を大巾に縮めることができる。
導を示し始める温度が高くとも、完全な超電導を示す温
度が低いといった材料特性劣化を防ぐことができ、両者
の差を大巾に縮めることができる。
このため、実用的にこのような超電導素子を使用する
温度をより高く保つことが可能となった。
温度をより高く保つことが可能となった。
さらに本発明によれば、溝膜で形成できるため、超LS
Iの電極や、配線にも使用できることは明らかであり、
これらの素子の大巾な特性改善につながるものといえ
る。
Iの電極や、配線にも使用できることは明らかであり、
これらの素子の大巾な特性改善につながるものといえ
る。
又、本発明によれば、構成元素が同一であり、組成が
ほぼ連続的に変化しているのみであるため、組成，微細
構造の制御が非常に容易であり、再現性に富むものであ
る。
ほぼ連続的に変化しているのみであるため、組成，微細
構造の制御が非常に容易であり、再現性に富むものであ
る。
第１図は本発明の一実施例における変調組成物の断面方
向の組成の解析例を示すグラフ、第２図は本発明におけ
るターゲットの構成を概略を示す平面図、第３図および
第４図は本発明と従来例などの超電導臨界温度を示すグ
ラフである。
向の組成の解析例を示すグラフ、第２図は本発明におけ
るターゲットの構成を概略を示す平面図、第３図および
第４図は本発明と従来例などの超電導臨界温度を示すグ
ラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】Cu元素と、アルカリ土族元素を含む超電導
結晶構造化合物をエピタキシャル成長した超電導薄膜の
製造方法において、前記結晶構造化合物のエピタキシャ
ル成長方向に組成変調を行うことにより格子歪を生じさ
せるようにしたことを特徴とする超電導薄膜の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62086065A JP2543073B2 (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 超電導薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62086065A JP2543073B2 (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 超電導薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63252311A JPS63252311A (ja) | 1988-10-19 |
| JP2543073B2 true JP2543073B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=13876296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62086065A Expired - Fee Related JP2543073B2 (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 超電導薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2543073B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0197319A (ja) * | 1987-10-09 | 1989-04-14 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 酸化物超電導膜被覆物体の製造方法 |
| DE102010046780A1 (de) * | 2010-09-28 | 2012-03-29 | Singulus Technologies Ag | Beschichten von Substraten mit einer Legierung mittels Kathodenzerstäubung |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63242532A (ja) * | 1987-03-30 | 1988-10-07 | Komatsu Ltd | 超電導体およびその製造方法 |
-
1987
- 1987-04-08 JP JP62086065A patent/JP2543073B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63252311A (ja) | 1988-10-19 |
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