JPH01183176A - 超電導薄膜の製造方法 - Google Patents
超電導薄膜の製造方法Info
- Publication number
- JPH01183176A JPH01183176A JP63007332A JP733288A JPH01183176A JP H01183176 A JPH01183176 A JP H01183176A JP 63007332 A JP63007332 A JP 63007332A JP 733288 A JP733288 A JP 733288A JP H01183176 A JPH01183176 A JP H01183176A
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- JP
- Japan
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- thin film
- group
- oxygen
- metal
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- Pending
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- 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。
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、Ｉ［ａ族−ＩＩａ族−銅一酸素からなる超
電導薄膜の製造方法に関するものである。
電導薄膜の製造方法に関するものである。
超電導材料をジョセフソン素子や５ＱＵＩＤ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利用する場
合には、その薄膜化が必要であるため、従来より種々の
超電導薄膜の製造方法が提案されている。代表的な製造
方法としては、イオンビームスパッタリング法、イオン
アシスト蒸着法、クラスタイオンビーム蒸着法、分子線
エピタキシー法等のＰＶＤ法があげられる。
の各種クライオエレクトロニクス材料として利用する場
合には、その薄膜化が必要であるため、従来より種々の
超電導薄膜の製造方法が提案されている。代表的な製造
方法としては、イオンビームスパッタリング法、イオン
アシスト蒸着法、クラスタイオンビーム蒸着法、分子線
エピタキシー法等のＰＶＤ法があげられる。
また、超電導薄膜の種類では、主としてｌ１ｌａ族−Ｉ
Ｉａ族−銅−酸素（または稀土類元素−ＩＩａ族−銅一
酸素）から組成の薄膜が液体窒素温度７７にで超電導特
性を示している。このような超電導薄膜としては、ＹＢ
ａ ２Ｃｕ ３０ ｂ ＋。、 ＥｒＢａｚＣｕ３０６
＋、。
Ｉａ族−銅−酸素（または稀土類元素−ＩＩａ族−銅一
酸素）から組成の薄膜が液体窒素温度７７にで超電導特
性を示している。このような超電導薄膜としては、ＹＢ
ａ ２Ｃｕ ３０ ｂ ＋。、 ＥｒＢａｚＣｕ３０６
＋、。
ＨｏＢａ２ＣｕＪ６＋＋＋ （式中、Ｘは１．０〜０．
４である）などが知られている。
４である）などが知られている。
たとえばスパッタリング法においては、ターゲット組成
とこれをスパッタして得られる薄膜組成との間に大幅な
組成ずれが生じ、薄膜の組成を超電導特性を示す化学量
論的な組成、たとえばＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜ではＹ：
Ｂａ：Ｃｕが１＝２：３の組成にならず、超電導膜を安
定して得られない。
とこれをスパッタして得られる薄膜組成との間に大幅な
組成ずれが生じ、薄膜の組成を超電導特性を示す化学量
論的な組成、たとえばＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜ではＹ：
Ｂａ：Ｃｕが１＝２：３の組成にならず、超電導膜を安
定して得られない。
この発明の超電導薄膜の製造方法は、ｎｌａ族金属：Ｉ
Ｉａ族族金属：銅酸酸素割合が１：２〜４：５〜７：０
〜７であるＩＩＩａ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、酸素分圧比（０□／不活性
ガス）が１０〜２００％の雰囲気中にて基板上に付着さ
せ、ＩＩＩａ族−Ｔｌａ族−銅一酸素・薄膜を作成する
ものである。
Ｉａ族族金属：銅酸酸素割合が１：２〜４：５〜７：０
〜７であるＩＩＩａ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、酸素分圧比（０□／不活性
ガス）が１０〜２００％の雰囲気中にて基板上に付着さ
せ、ＩＩＩａ族−Ｔｌａ族−銅一酸素・薄膜を作成する
ものである。
前記ＩＩＩａＩＩＩａ族金属ては、たとえばＹ、Ｓｃ。
Ｈｏ、Ｅｒ等があげられる。また、前記ＩＴａ族金属と
しては、たとえばＢａ、Ｓｒ等があげられる。
しては、たとえばＢａ、Ｓｒ等があげられる。
上記各元素を基板上に付着させる手段としては、イオン
ビームスパッタリング法があげられる。
ビームスパッタリング法があげられる。
基板としては、たとえばＣ軸に垂直カットしたＭｇＦｚ
＋ ＣａＦｚ＋ サファイア、 ｙｓｚなどがあげられ
る。
＋ ＣａＦｚ＋ サファイア、 ｙｓｚなどがあげられ
る。
イオンビームスパッタリング法により超電導薄膜を作成
する場合、真空容器内に上記組成のターゲットを装着し
、イオン源より引き出した不活性ガス（Ｎｅ、 Ａｒ＋
Ｋｒ、 Ｘｅ等）のイオンビームをターゲットに照射
してターゲットよりスパッタし、このスパッタ粒子を基
板上に堆積させて薄膜を作成する。このとき、真空容器
内に酸素ガスを導入して０□／不活性ガスの酸素分圧比
が１０〜２００％になるように設定する。
する場合、真空容器内に上記組成のターゲットを装着し
、イオン源より引き出した不活性ガス（Ｎｅ、 Ａｒ＋
Ｋｒ、 Ｘｅ等）のイオンビームをターゲットに照射
してターゲットよりスパッタし、このスパッタ粒子を基
板上に堆積させて薄膜を作成する。このとき、真空容器
内に酸素ガスを導入して０□／不活性ガスの酸素分圧比
が１０〜２００％になるように設定する。
このように、この発明では、ＩＩＩａ族金属：ＩＩａ族
族金属：銅酸酸素割合が１：２〜４：５〜７：０〜７の
ものを用いて、酸素分圧比が１０〜２００％の雰囲気中
にてこれらの元素を基板上に付着させることにより、■
ａ族金属：ＩＩａ族金属：銅の組成比がｌ：２：３で超
電導特性を示す化学量論的組成の超電導薄膜を得ること
が可能になる。
族金属：銅酸酸素割合が１：２〜４：５〜７：０〜７の
ものを用いて、酸素分圧比が１０〜２００％の雰囲気中
にてこれらの元素を基板上に付着させることにより、■
ａ族金属：ＩＩａ族金属：銅の組成比がｌ：２：３で超
電導特性を示す化学量論的組成の超電導薄膜を得ること
が可能になる。
このとき、前記Ｉ［［ａ族金属：ＩＩａ族金属：銅の割
合が上記範囲をはずれるときは上記組成比の超電導薄膜
が得られない。また、酸素分圧比が前記範囲より小なる
ときも、大なるときも、ｌ１ｌａ族金属：ＩＩａ族金属
：銅の組成比が１：２：３で安定した超電導特性を示す
薄膜を得ることができない。
合が上記範囲をはずれるときは上記組成比の超電導薄膜
が得られない。また、酸素分圧比が前記範囲より小なる
ときも、大なるときも、ｌ１ｌａ族金属：ＩＩａ族金属
：銅の組成比が１：２：３で安定した超電導特性を示す
薄膜を得ることができない。
この発明の一実施例を第１図および第２図に基づいて説
明する。第１回はこの発明を実施するためのイオンビー
ムスパッタリング装置を示す説明回である。このスパッ
タリング装置は、直空容器１内に、スパッタ用イオン源
２とターゲット３と基板ヒータ４と酸素ガス導入パイプ
７とを備え、基板ヒータ４には基板５が取付けられ、一
定温度に加熱される。また、イオン源２にはＫｒガス導
入バイブロが接続され、イオン源２からＫｒイオンビー
ム８を引き出すように構成される。このときのＫｒガス
圧は約Ｉ Ｘ １０−’〜４ Ｘ １０−’ｔｏｒｒで
あるのが適当である。
明する。第１回はこの発明を実施するためのイオンビー
ムスパッタリング装置を示す説明回である。このスパッ
タリング装置は、直空容器１内に、スパッタ用イオン源
２とターゲット３と基板ヒータ４と酸素ガス導入パイプ
７とを備え、基板ヒータ４には基板５が取付けられ、一
定温度に加熱される。また、イオン源２にはＫｒガス導
入バイブロが接続され、イオン源２からＫｒイオンビー
ム８を引き出すように構成される。このときのＫｒガス
圧は約Ｉ Ｘ １０−’〜４ Ｘ １０−’ｔｏｒｒで
あるのが適当である。
基板５への成膜にあたっては、スパッタ用イオン源２か
ら引き出された５００〜２０００ｅＶ程度のエネルギを
もったＫｒイオンビーム８がターゲット３に衝突してス
パッタする。このスパッタによりターゲット３から放出
されたスパッタ粒子が基板５の表面に付着して成膜され
る。ががる成膜の間、ガス導入パイプ７より酸素ガスが
特定の酸素分圧比Ｏｚ／Ｋｒとなるように導入され、前
記スパッタ粒子と反応して基板５上にＩＩＩａ−Ｉ［ａ
−銅−酸素からなる薄膜が形成される。
ら引き出された５００〜２０００ｅＶ程度のエネルギを
もったＫｒイオンビーム８がターゲット３に衝突してス
パッタする。このスパッタによりターゲット３から放出
されたスパッタ粒子が基板５の表面に付着して成膜され
る。ががる成膜の間、ガス導入パイプ７より酸素ガスが
特定の酸素分圧比Ｏｚ／Ｋｒとなるように導入され、前
記スパッタ粒子と反応して基板５上にＩＩＩａ−Ｉ［ａ
−銅−酸素からなる薄膜が形成される。
成膜後、薄膜を酸素ガス雰囲気下（１０〜７６０ ｔｏ
ｒｒ）で６００〜１０００°Ｃで熱処理し、超電導性を
示す斜方晶系の結晶化を促進させる。熱処理温度が前記
範囲よりも高いときは超電導性を示さない正方晶系とな
るため好ましくない。熱処理の時間は０．５〜１０時間
、より好ましくは１〜４時間程度が適当である。熱処理
後、自然放冷等により室温まで冷却させる。
ｒｒ）で６００〜１０００°Ｃで熱処理し、超電導性を
示す斜方晶系の結晶化を促進させる。熱処理温度が前記
範囲よりも高いときは超電導性を示さない正方晶系とな
るため好ましくない。熱処理の時間は０．５〜１０時間
、より好ましくは１〜４時間程度が適当である。熱処理
後、自然放冷等により室温まで冷却させる。
なお、基板５として線状のものを使用し、これにｎＩａ
族−１１ａ属−銅一酸素からなる超電導薄膜を被覆する
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。
族−１１ａ属−銅一酸素からなる超電導薄膜を被覆する
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。
次に本発明者らが第１図に示すイオンビームスパッタリ
ング装置を用いて行った成膜実験について説明する。
ング装置を用いて行った成膜実験について説明する。
ターゲット３としてＹ ： Ｂａ ： Ｃｕの組成比が
１：３：６であるＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０の合金を使用し、
これにＫｒイオンビームを照射してスパッタリングを行
った。このとき、真空容器１内に酸素ガスを噴出させ、
酸素分圧比（０□／ Ｋ ｒ ）を０〜２５０％の範囲
で変化させてＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０・薄膜を基板５（ＹＳ
Ｚ基板）の表面に堆積させた。スパッタリング条件は以
下の通りである。
１：３：６であるＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０の合金を使用し、
これにＫｒイオンビームを照射してスパッタリングを行
った。このとき、真空容器１内に酸素ガスを噴出させ、
酸素分圧比（０□／ Ｋ ｒ ）を０〜２５０％の範囲
で変化させてＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０・薄膜を基板５（ＹＳ
Ｚ基板）の表面に堆積させた。スパッタリング条件は以
下の通りである。
加速電圧： １５００Ｖ
イオン電流： ４０ｍＡ
基板温度： ３００℃
膜厚：１．２μｍ
成膜速度＝ ２５０人／分
基板上に形成された薄膜の組成をＥＳＣＡにより分析し
た。その結果を第２図に示す。第２図から、酸素分圧比
（酸素ガス／Ｋｒガス）が１０〜２００％において、イ
ツトリウムに対するバリウムと銅の割合はほとんど変化
がなく、超電導特性を示す割合、すなわちＹ：Ｂａ：Ｃ
ｕが１：２：３にあるのに対して、酸素分圧比力月０％
より小なるときはＢａ量が増加しＣｕ量が減少し、また
２００％より大なるときはＢａ量が減少しＣｕ量が増加
した。
た。その結果を第２図に示す。第２図から、酸素分圧比
（酸素ガス／Ｋｒガス）が１０〜２００％において、イ
ツトリウムに対するバリウムと銅の割合はほとんど変化
がなく、超電導特性を示す割合、すなわちＹ：Ｂａ：Ｃ
ｕが１：２：３にあるのに対して、酸素分圧比力月０％
より小なるときはＢａ量が増加しＣｕ量が減少し、また
２００％より大なるときはＢａ量が減少しＣｕ量が増加
した。
、 このようにして得られた薄膜を電気炉にて酸素雰
囲気中で９３０°Ｃで１時間保持し、ついで徐冷し５５
０°Ｃで４時間アニーリングを行った。このものを液体
窒素中に浸漬し、四端子法にて電気抵抗を測定したとこ
ろ、酸素分圧比が１０〜２００％の条件下で作成した薄
膜において、電気抵抗が０であった。
囲気中で９３０°Ｃで１時間保持し、ついで徐冷し５５
０°Ｃで４時間アニーリングを行った。このものを液体
窒素中に浸漬し、四端子法にて電気抵抗を測定したとこ
ろ、酸素分圧比が１０〜２００％の条件下で作成した薄
膜において、電気抵抗が０であった。
なお、不活性ガスとして、Ｋｒに代えてＡｒ等の他の不
活性ガスを用いた場合にも同様の結果が得られた。
活性ガスを用いた場合にも同様の結果が得られた。
この発明によれば、Ｉ［Ｉａａ金属：ＩＩａ族族金属：
銅酸酸素比が１：２〜４：５〜７：ｏ〜７のものを用い
て、酸素分圧比が１０〜２００％の雰囲気中にてこれら
の元素を基板上に付着させることにより、Ｉ［［ａ族金
属：ＩＩａ族金属：銅の組成比が１’： ２ ： ３と
なった化学量論的組成の薄膜を得ることが可能となり、
安定した超電導特性を発現させることができる。
銅酸酸素比が１：２〜４：５〜７：ｏ〜７のものを用い
て、酸素分圧比が１０〜２００％の雰囲気中にてこれら
の元素を基板上に付着させることにより、Ｉ［［ａ族金
属：ＩＩａ族金属：銅の組成比が１’： ２ ： ３と
なった化学量論的組成の薄膜を得ることが可能となり、
安定した超電導特性を発現させることができる。
第１図はこの発明の一実施例で使用するイオンビームス
パッタリング装置の概略図、第２図は酸素分圧比と薄膜
組成比との関係を示すグラフである。 １−真空容器、２−イオン源、３−ターゲット、５一基
板、６−・−Ｋｒガス導入パイプ、７−酸素ガス導入パ
イプ
パッタリング装置の概略図、第２図は酸素分圧比と薄膜
組成比との関係を示すグラフである。 １−真空容器、２−イオン源、３−ターゲット、５一基
板、６−・−Ｋｒガス導入パイプ、７−酸素ガス導入パ
イプ
Claims (1)
- IIIａ族金属：IIａ族金属：銅：酸素の割合が１：２
〜４：５〜７：０〜７であるIIIａ族金属および／また
はその酸化物と、IIａ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、酸素分圧比（Ｏ
＿２／不活性ガス）が１０〜２００％の雰囲気中にて基
板上に付着させ、IIIａ族−IIａ族−銅−酸素・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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63007332A JPH01183176A (ja) | 1988-01-16 | 1988-01-16 | 超電導薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63007332A JPH01183176A (ja) | 1988-01-16 | 1988-01-16 | 超電導薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01183176A true JPH01183176A (ja) | 1989-07-20 |
Family
ID=11663000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63007332A Pending JPH01183176A (ja) | 1988-01-16 | 1988-01-16 | 超電導薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01183176A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01188664A (ja) * | 1988-01-22 | 1989-07-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導薄膜の作製方法 |
| US5747427A (en) * | 1991-11-15 | 1998-05-05 | Hokkaido Electric Power Co., Inc. | Process for forming a semiconductive thin film containing a junction |
-
1988
- 1988-01-16 JP JP63007332A patent/JPH01183176A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01188664A (ja) * | 1988-01-22 | 1989-07-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導薄膜の作製方法 |
| US5747427A (en) * | 1991-11-15 | 1998-05-05 | Hokkaido Electric Power Co., Inc. | Process for forming a semiconductive thin film containing a junction |
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