JPH01202875A - Manufacture of superconductive material structure - Google Patents

Manufacture of superconductive material structure

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JPH01202875A
JPH01202875A JP63027887A JP2788788A JPH01202875A JP H01202875 A JPH01202875 A JP H01202875A JP 63027887 A JP63027887 A JP 63027887A JP 2788788 A JP2788788 A JP 2788788A JP H01202875 A JPH01202875 A JP H01202875A
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JP
Japan
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superconducting material
material layer
superconducting
ceramic
oxygen
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Pending
Application number
JP63027887A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuto Ikeda
和人 池田
Takaaki Kimura
記村 隆章
Hideki Yamawaki
秀樹 山脇
Masaru Ihara
賢 井原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔目 次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 (1)本発明の第1実施例  (第1.2図)(2)本
発明の第2実施例  (第3図)発明の効果 〔概 要〕 セラミックス系の超伝導材料構造の製造方法に係り、 複数のセラミックス系の超伝導材料層と眉間物質または
基板との相互作用を抑制して優れた超伝導特性を有する
超伝導材料構造を製造する方法を提供することを目的と
し、 少なくとも2層のセラミックス系の超伝導材料層の間に
、中間層を介在させて超伝導材料構造を製造する方法に
おいて、超伝導体となり得る組成成分を有する第1のセ
ラミックス系の超伝導材料層を形成する工程と、前記第
1の超伝導材料層に酸素イオンまたはフッ素イオンを導
入する工程と、前記第1の超伝導材料層の上に、セラミ
ックス系の酸化物超伝導材料以外の材料よりなる中間層
を介在させて、超伝導体となり得る組成成分を有する第
2のセラミックス系の超伝導材料層を形成する工程と、
前記第2の超伝導材料層に酸素イオンまたはフッ素イオ
ンを導入する工程と、を含むように構成する。
[Detailed description of the invention] [Table of contents] Overview Industrial field of application Conventional technology Problems to be solved by the invention Means for solving the problems Example (1) First embodiment of the present invention (First embodiment) .2) (2) Second embodiment of the present invention (Figure 3) Effects of the invention [Summary] A method for manufacturing a ceramic-based superconducting material structure, in which a plurality of ceramic-based superconducting material layers and a The purpose of the present invention is to provide a method for manufacturing a superconducting material structure having excellent superconducting properties by suppressing interaction with a substance or a substrate. A method of manufacturing a superconducting material structure by interposing a layer includes the steps of: forming a first ceramic-based superconducting material layer having compositional components capable of becoming a superconductor; and adding oxygen to the first superconducting material layer. A step of introducing ions or fluorine ions, and interposing an intermediate layer made of a material other than a ceramic-based oxide superconducting material on the first superconducting material layer to introduce compositional components that can become a superconductor. forming a second ceramic-based superconducting material layer having;
and a step of introducing oxygen ions or fluorine ions into the second superconducting material layer.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、超伝導材料構造の製造方法に係り、詳しくは
複数のセラミックス系の超伝導材料層の間に中間層を介
在させて多層化した超伝導材料構造の製造方法に関する
。
The present invention relates to a method for manufacturing a superconducting material structure, and more particularly to a method for manufacturing a multilayer superconducting material structure in which an intermediate layer is interposed between a plurality of ceramic-based superconducting material layers.

近年、コンピュータの高速化はめざましく、この高速化
のアプローチとしてプロセッサのマルチ化、デバイスの
スイッチング速度の向上、およびこれらデバイスを高密
度に実装して配線距離を短くすることが行われている。
In recent years, the speed of computers has increased dramatically, and approaches to increase speed include multiplication of processors, improvement of switching speed of devices, and shortening of wiring distances by packaging these devices at high density.

高密度に配線するためには、微細な配線パターンで回路
を作成することが必要となり、このような微細化を図る
と、配線に用いる導体の断面積が減少する反面、配線の
電気抵抗が増加する。そのため、伝播する電気信号の減
少、波形の歪が起こる。
In order to achieve high-density wiring, it is necessary to create circuits with fine wiring patterns, and while this miniaturization reduces the cross-sectional area of the conductor used for wiring, it also increases the electrical resistance of the wiring. do. As a result, the propagating electrical signal decreases and the waveform becomes distorted.

そこで、超伝導物質を銅などの常伝導体に代えて配線材
料として用いることができれば、これらの問題は大きく
改善される。また、超伝導物質によりジョセフソン素子
を構成し、集積化すれば高速・低電力性と微小実装部品
技術の活用により超高速のコンピュータシステムを実現
できる。
Therefore, if superconducting materials can be used as wiring materials in place of normal conductors such as copper, these problems will be greatly improved. Furthermore, if Josephson elements are constructed using superconducting materials and integrated, ultra-high-speed computer systems can be realized by utilizing high speed, low power consumption, and micro-mounting component technology.

従来の超伝導体は超伝導状態に転移する温度が低く、冷
却のために液体ヘリウムや液体水素を用いなければなら
なかった。しかし、これらの冷却媒体は取り扱いが難し
く、コストもかかるので、超伝導配線材料の実現化は困
難であった。
Conventional superconductors have a low transition temperature to the superconducting state, requiring the use of liquid helium or liquid hydrogen for cooling. However, since these cooling media are difficult to handle and costly, it has been difficult to realize superconducting wiring materials.

ところが、近時Y−Ba−Cu−0系セラミックスに代
表される、いわゆる高温超伝導体が出現し、超伝導配線
の実用化の可能性が大きく広がりつつある。
However, in recent years, so-called high-temperature superconductors typified by Y-Ba-Cu-0 ceramics have appeared, and the possibilities for practical application of superconducting wiring are greatly expanding.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

セラミックス系の酸化物高温超伝導体は液体窒素の沸点
(77°K)以上の比較的高温で超伝導状態になること
から、I−Cなどの半導体デバイス、各種装置の部品、
装置内の配゛線など応用範囲が広く、その要求も大きい
。これらの要求に応えるためには品質の良い薄膜を効率
よく形成する必要がある。例えばジョセフソン接合を含
め半導体、集積回路の構成素子は、すべて薄膜素子から
なる全薄膜集積回路という特質がある。このため、薄膜
の結晶粒径、配向性等の結晶性に基づく薄膜の性質、均
一性、再現性が素子ひいては超伝導集積回路の歩留り、
信頼性の重要な因子となる。
Ceramic oxide high-temperature superconductors become superconductive at relatively high temperatures above the boiling point of liquid nitrogen (77°K), so they can be used in semiconductor devices such as ICs, parts of various devices,
It has a wide range of applications, such as wiring inside equipment, and the demands are large. In order to meet these demands, it is necessary to efficiently form thin films of good quality. For example, the constituent elements of semiconductors and integrated circuits, including Josephson junctions, have the characteristic of being all-thin-film integrated circuits consisting of thin-film elements. For this reason, the properties, uniformity, and reproducibility of thin films based on crystallinity such as crystal grain size and orientation of thin films are important in determining the yield of devices and ultimately of superconducting integrated circuits.
This is an important factor in reliability.

このようにセラミックス系の高温超伝導材料を実装配線
に適用するためには、まず薄膜技術の確立を図る必要が
あり、それもできるだけ低いプロセス温度で成膜できる
ことが要求される。電流密度も微細化することを考える
と、10hA/cIa以上は必要である。
In order to apply ceramic-based high-temperature superconducting materials to packaging interconnects, it is first necessary to establish thin film technology, which also requires that the film can be formed at the lowest possible process temperature. Considering that the current density will also be miniaturized, it is necessary to have a current density of 10 hA/cIa or more.

従来のセラミックス系超伝導材料の薄膜を形成する方法
としては、主にスパッタ法、EB蒸着法などが用いられ
る。スパッタ法では、成長を行う一物質として同程度の
組成のターゲットを用い、これをイオンスパッタにより
気化し基板上に成長させている。また、EB蒸着法では
、薄膜を形成する物質(蒸発源)をEBガンを用いて蒸
発させ、基板上に蒸着させている。
Conventional methods for forming thin films of ceramic superconducting materials mainly include sputtering, EB evaporation, and the like. In the sputtering method, a target with a similar composition is used as a material for growth, and this is vaporized by ion sputtering and grown on a substrate. Furthermore, in the EB evaporation method, a substance (evaporation source) for forming a thin film is evaporated using an EB gun and deposited on a substrate.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、このような従来のセラミックス系超伝導
材料層を形成する方法にあっては、超伝導材料層の酸素
の組成制御について、高温、長時間の熱処理を°必要と
しているため、基板結晶や眉間物質(金属材料、半4体
材料、絶縁体材料など)とセラミックス系材料との相互
作用によりインターフェースがぼけて超伝導特性が悪化
する等の各種の問題点があった。
However, in this conventional method of forming a ceramic superconducting material layer, high temperature and long-term heat treatment is required to control the oxygen composition of the superconducting material layer. There have been various problems, such as the interaction between substances (metal materials, semi-quadram materials, insulator materials, etc.) and ceramic materials, which blurs the interface and deteriorates superconducting properties.

次に、この問題点について詳述する。Next, this problem will be explained in detail.

上述の高温超伝導体となり得るセラミックス系材料層は
、例えばY13a2Cu、0−r−xなる組成を有する
ものがその典型例である。このセラミックス系材料層は
成長したままの状態においては超伝導特性を示さないか
、あるいは超伝導特性を示す温度が液体窒素の沸点(7
7°K)より相当低温となり、このような超伏4特性は
セラミックス系材料層の酸素の組成比に強く依存してい
る。すなわち、0.−Xから明らかなように酸素の割合
は7より少し少ないが(例えば、通常はOa、a)、酸
素の入り込みが十分でないと、高温超伝導体にはならな
い。
A typical example of the ceramic material layer that can serve as the above-mentioned high-temperature superconductor is one having a composition of, for example, Y13a2Cu, 0-r-x. This ceramic material layer does not exhibit superconductivity in the as-grown state, or the temperature at which it exhibits superconductivity is the boiling point of liquid nitrogen (7
The temperature is considerably lower than 7° K), and such super-low-temperature characteristics strongly depend on the oxygen composition ratio of the ceramic material layer. That is, 0. As is clear from -X, the proportion of oxygen is slightly less than 7 (for example, usually Oa, a), but unless enough oxygen enters, it will not become a high-temperature superconductor.

したがって、酸素の組成比を十分に高めるために、成長
状態のセラミックス系材料層を酸素雰囲気中900〜1
000℃の温度下で、数時間熱拡散することが行われ、
これにより起転4状態となり得る温度を77°に以上に
高くできるとともに超伝導電流を大幅に増大できる。
Therefore, in order to sufficiently increase the oxygen composition ratio, the grown ceramic material layer is placed in an oxygen atmosphere with a
Thermal diffusion was carried out for several hours at a temperature of 000 °C,
As a result, the temperature at which the four starting states can be achieved can be increased to 77° or more, and the superconducting current can be significantly increased.

しかしながら、高温でかつ長時間の熱処理が複数回行わ
れるため、上述の如く、インターフェースがぼけて超伝
導特性が悪化するとともに、さらに特性の悪化を軽減す
るためには層間物質の種類が限定される(例えば金属そ
の他の低融点物質は使用できない)等の新たな問題点が
発生する。
However, as heat treatment is performed multiple times at high temperatures and for long periods of time, as mentioned above, the interface becomes blurred and the superconducting properties deteriorate, and in order to further reduce the deterioration of the properties, the type of interlayer material must be limited. (For example, metals and other low melting point substances cannot be used.) New problems arise.

そこで本発明は、複数の超伝導材料層と眉間物質または
基板との相互作用を抑制して優れた超伝導特性を有する
多層化されたセラミックス系の超(左扉材料構造を製造
する方法を提供することを目的としている。
Therefore, the present invention provides a method for manufacturing a multilayered ceramic-based super(left-door material structure) that suppresses the interaction between multiple superconducting material layers and a glabellar substance or a substrate and has excellent superconducting properties. It is intended to.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明による超伝導材料構造の製造方法は上記目的達成
のため、少なくとも2層のセラミックス系の超伝導材料
層の間に、中間層を介在させて超伝導材料構造を製造す
る方法において、超伝導体となり得る組成成分を有する
第1のセラミックス系の超伝導材料層を形成する工程と
、前記第1の超伝導材料層に酸素イオンまたはフッ素イ
オンを導入する工程と、前記第1の超伝導材料層の上に
、セラミックス系の酸化物超伏4材料以外の材料よりな
る中間層を介在させて、超伝導体となり得る組成成分を
有する第2のセラミックス系の超伝導材料層を形成する
工程と、前記第2の超伝導材料層に酸素イオンまたはフ
ッ素イオンを導入する工程と、を含むようにしている。
In order to achieve the above object, the method for manufacturing a superconducting material structure according to the present invention includes a method for manufacturing a superconducting material structure by interposing an intermediate layer between at least two ceramic-based superconducting material layers. a step of forming a first ceramic-based superconducting material layer having a compositional component that can become a superconducting material; a step of introducing oxygen ions or fluorine ions into the first superconducting material layer; and a step of introducing the first superconducting material into the first superconducting material layer. forming a second ceramic-based superconducting material layer having compositional components capable of becoming a superconductor by interposing an intermediate layer made of a material other than the ceramic-based oxide superconducting material on the layer; , a step of introducing oxygen ions or fluorine ions into the second superconducting material layer.

〔作 用〕[For production]

本発明では、超伝導体となり得る組成成分を有する第1
のセラミックス系の超伝導材料層を形成した後、この超
伝導材料層に酸素イオンまたはフッ素イオンが導入され
、第1の超伝導材料層の上に、中間層を介在させて、超
伝導体となり得る組成成分を有する第2のセラミックス
系の超伝導材料層を形成した後、この超伝導材料層に酸
素イオンまたはフッ素イオンが導入される。
In the present invention, the first
After forming a ceramic superconducting material layer, oxygen ions or fluorine ions are introduced into this superconducting material layer, and an intermediate layer is interposed on top of the first superconducting material layer to form a superconductor. After forming the second ceramic-based superconducting material layer having the composition to be obtained, oxygen ions or fluorine ions are introduced into the superconducting material layer.

したがって、高温・長時間の熱処理による酸素の拡散を
行わなくても、超伝導材料層の酸素の組成比が確実に高
められるとともに、超伝導材料層と層間物質または基板
との相互作用が抑制される。
Therefore, the oxygen composition ratio in the superconducting material layer can be reliably increased, and the interaction between the superconducting material layer and the interlayer substance or substrate can be suppressed, even without oxygen diffusion through high-temperature and long-term heat treatment. Ru.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained based on the drawings.

乎土去隻拠 第1.2図は本発明に係る超伝導材料構造の製造方法の
第1実施例を示す図であり、本発明の超伝導材料構造を
基板上1で製造した例である。
Figure 1.2 is a diagram showing a first embodiment of the method for manufacturing a superconducting material structure according to the present invention, and is an example in which the superconducting material structure of the present invention is manufactured on a substrate 1. .

第1図は超伝導材料構造を示す断面図であり、第1図に
おいて、1は成長基板である。成長基板lとしては、例
えばS t、MgO、サファイア(Al203 ) 、
スピネル(MgO’ A I203 )等が用いられる
。このような素材を基板1として用いるのは、薄膜素子
からなる超伝導集積回路実現に不可欠な磁気的不純物を
含まず、清浄で良好な平坦性の基板をf%ることが可能
だからである。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a superconducting material, and in FIG. 1, 1 is a growth substrate. As the growth substrate l, for example, St, MgO, sapphire (Al203),
Spinel (MgO'A I203) or the like is used. The reason why such a material is used as the substrate 1 is that it does not contain magnetic impurities that are essential for realizing a superconducting integrated circuit made of thin film elements, and it is possible to obtain a substrate that is clean and has good flatness.

2および3はそれぞれYBa2 Cuz、07−Xなる
組成を有するセラミックス系の超伝導材料層モあり、超
伝導材料層2と超伏4材料層3との間には中間層4が形
成されている。超伏’25+A料層2.3は何れも同様
の方法で形成される。すなわち、基板l上に、まずYB
az Cu307−Xの組成を有するセラミックス系の
超伝導材料層2をスパッタ法、EB蒸着法あるいはCV
D法により300〜1Ooo’cの温度条件下で形成し
、次いで、この超伝導材料層2に酸素イオンまたは酸素
イオンとフッ素イオンを例えばイオン注入法により導入
する。これにより、酸素の入り込みが適切に調整されて
超伝導材料層2は高温超伝導体となる。その後、超伝導
材料層2の上にスパッタ法、EB蒸着法あるいはCVD
法により300−1000℃の温度条件下で中間層4を
形成する。次いで、超伝導材料層2の形成プロセスと同
様のプロセスを用いて超伝導材料層3を中間層4の上に
形成した後、酸素イオンまたはフッ素イオンの注入を行
う。
2 and 3 are ceramic-based superconducting material layers having the compositions YBa2 Cuz and 07-X, respectively, and an intermediate layer 4 is formed between the superconducting material layer 2 and the superconducting material layer 3. . The super-flattened '25+A material layer 2.3 is formed in the same manner. That is, first YB is placed on the substrate l.
A ceramic superconducting material layer 2 having a composition of az Cu307-X is formed by sputtering, EB evaporation, or CV.
The superconducting material layer 2 is formed by method D at a temperature of 300 to 1 Ooo'c, and then oxygen ions or oxygen ions and fluorine ions are introduced into this superconducting material layer 2 by, for example, an ion implantation method. As a result, the entry of oxygen is appropriately adjusted, and the superconducting material layer 2 becomes a high-temperature superconductor. After that, the superconducting material layer 2 is coated by sputtering, EB evaporation, or CVD.
The intermediate layer 4 is formed by a method at a temperature of 300-1000°C. Next, a superconducting material layer 3 is formed on the intermediate layer 4 using a process similar to that for forming the superconducting material layer 2, and then oxygen ions or fluorine ions are implanted.

このような構造はスパッタ法、EB蒸着法、CVD法の
何れの方法によっても製造可能であるが、その中でも最
も特性の良い薄膜が得られるCVD法を本出願人は先に
開発しており、この方法によって超伝導材料層を形成す
る例を第2図を参照して説明する。
Such a structure can be manufactured by any of the sputtering method, EB evaporation method, and CVD method, but the applicant has previously developed the CVD method, which provides a thin film with the best characteristics. An example of forming a superconducting material layer by this method will be explained with reference to FIG.

第2図は化学気相成長法(CVD法)を実施するための
装置(CVD装置)の概略図である。第2図において、
11は円筒状で石英を素材とする耐熱性の反応管である
。反応管11の周囲には4つの抵抗加熱炉12a〜12
dが配設されており、抵抗加熱炉12a−12dは電流
の通電により発熱して反応管11の各部を加熱する。一
方、反応管11の内部にはソースチェンバ13が設けら
れており、ソースチェンバ13内には3つのソースポー
ト14a−14cが配置される。ソースポー目4a=1
4cにはそれぞれB a Cl z +  Y C1s
 + Cu Clが入っており、ソースポート143〜
14Cは抵抗加熱炉12a〜12dにより加熱されると
、それぞれBaC1,ガス。
FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus (CVD apparatus) for carrying out chemical vapor deposition (CVD). In Figure 2,
11 is a cylindrical heat-resistant reaction tube made of quartz. There are four resistance heating furnaces 12a to 12 around the reaction tube 11.
d, and the resistance heating furnaces 12a to 12d generate heat by applying current to heat each part of the reaction tube 11. On the other hand, a source chamber 13 is provided inside the reaction tube 11, and three source ports 14a to 14c are arranged within the source chamber 13. Source po eye 4a = 1
4c has B a Cl z + Y Cls, respectively.
+ Cu Cl is contained, source port 143 ~
14C is BaCl and gas respectively when heated by the resistance heating furnaces 12a to 12d.

YCl3ガス、CuClガスを発生させる。すなわち、
本実施例ではセラミックス系の酸化物高温超伝導体の材
料としてY 、B a ’−Cuが用いられるため、こ
れらがガス化されるようになっている。
Generate YCl3 gas and CuCl gas. That is,
In this embodiment, since Y 2 and B a '-Cu are used as materials for the ceramic-based oxide high-temperature superconductor, these are gasified.

ソースチェンバ13の一端側には小径のガス導入部13
aが設けられ、ガス導入部13aからはキャリアガスH
eの他に必要に応じてCO□やH2が導入される。また
、ソースチェンバ13の他端側は開口し、その側方には
所定距離を隔てて基板支持台15が配置されている。基
板支持台15は耐熱性のグラファイトや石英などからな
り、その上面には成長基板lが載置されている。一方、
反応管11の一端側にも同様に小径のガス導入口11a
が設けられ、他端側には排気口11bが設けられている
。排気口11bは図示しない真空ポンプに接続され、反
応管ll内のガスを排出する。
A small-diameter gas introduction part 13 is provided at one end of the source chamber 13.
A is provided, and a carrier gas H is supplied from the gas introduction part 13a.
In addition to e, CO□ and H2 are introduced as necessary. The other end of the source chamber 13 is open, and a substrate support 15 is placed on the side thereof at a predetermined distance. The substrate support 15 is made of heat-resistant graphite, quartz, or the like, and the growth substrate 1 is placed on its upper surface. on the other hand,
Similarly, a small diameter gas inlet 11a is provided at one end of the reaction tube 11.
is provided, and an exhaust port 11b is provided at the other end. The exhaust port 11b is connected to a vacuum pump (not shown) to exhaust the gas in the reaction tube 11.

以上の構成において、まず、成長基板l上にYBa、C
u= O,、lなる組成を存するセラミックス系酸化物
超伝導材料層2を形成する工程について説明する。
In the above configuration, first, YBa, C and
The process of forming the ceramic-based oxide superconducting material layer 2 having the composition u=O, , l will be described.

基板支持台15上に前記成長基板1を載置するとともに
、ソースポート143〜14cにそれぞれBaC1,、
YCl、 、CuC1を入れる。次いで、反応管11を
抵抗加熱炉12a−12dにより加熱してソースポート
14a〜14CからそれぞれBaC1zガス、YC1,
ガス、CuC1ガスを発生させるとともに、ガス導入部
13aよりキャリアガスHeを導入し、発生したガスを
成長基板l上に送る。
The growth substrate 1 is placed on the substrate support 15, and the source ports 143 to 14c are filled with BaCl,...
Add YCl, CuC1. Next, the reaction tube 11 is heated by the resistance heating furnaces 12a-12d, and BaC1z gas, YC1, YC1, and
A gas, CuC1 gas, is generated, and a carrier gas He is introduced from the gas introduction section 13a, and the generated gas is sent onto the growth substrate l.

また、ガス導入口11aよりキャリアガスHeを導入す
るとともに、cot 、H2を導入し、これらのガスを
ソースチェンバ13の外側を通して成長基板l上に送る
。このとき、成長基板lも抵抗加熱炉12aにより加熱
する。この結果、成長基板1上あるいは成長基板lの周
辺で酸化・還元反応が起こり、成長基板1上に式■で示
す化学反応が生じてYBaz Cu30?−Xなる高温
超伝導体の薄膜が成長する。
Further, a carrier gas He is introduced through the gas inlet 11a, and cot 2 and H2 are introduced, and these gases are sent through the outside of the source chamber 13 onto the growth substrate l. At this time, the growth substrate 1 is also heated by the resistance heating furnace 12a. As a result, an oxidation/reduction reaction occurs on the growth substrate 1 or around the growth substrate 1, and a chemical reaction shown by the formula (■) occurs on the growth substrate 1, resulting in YBaz Cu30? A thin film of high temperature superconductor -X is grown.

Y Cl 3 + 2 B a Cl z + 3 C
u C1+7CO□+58゜ YB at、 Cus 07−X + 7 Co +1
0HC1・・・・・・■ 上記の成長条件として下記の範囲で行った。
Y Cl 3 + 2 B a Cl z + 3 C
u C1+7CO□+58゜YB at, Cus 07-X + 7 Co +1
0HC1...■ The above growth conditions were performed within the following range.

成長基板温度(Tsus)・・・・・・850〜120
0℃BaC1,温度(TB、)・・・・・・800〜1
150℃YCl3温度(Ty )−・・・・・・700
〜1150℃CuC1温度(Tcu)・・・・・・・・
・350〜1100℃coz?ffi度(対He)・・
・・・・・・・0.OI〜10%HzfQ度(対He)
・・・・・・・・・・・・0.01〜20%成長基板・
・・・・・(100) S i 、 (100) M 
g 0(1102)サファイア(At□03)(100
)スピネル(M g O−A 1 zOl) 成長膜厚・・・・・・0.2〜5μm 次いで、基板1をCVD装置から取り出し、基板1上に
形成した超伝導材料層2に第3図中矢印Iで示す方向か
ら016゛のイオン注入を行う。イオン注入は、例えば
所定のイオン打込み装置により真空中で酸素原子をイオ
ン化し、電界で加速して超伝導材料層2に打ち込む。こ
のとき、打ち込む酸素原子の単位面積当りの数(ドーズ
量)は10′5−10”Cl11−”、加速に用いる電
圧(加速電圧)は50〜400Kevで行う。これによ
り、超伝導材料層2中に未反応の金属原子があってもイ
オン注入によって該金属原子が積極的に酸化し、酸素の
組成比が超伝導特性を示す適切なものとなる。
Growth substrate temperature (Tsus)...850-120
0℃BaC1, temperature (TB,)...800~1
150℃YCl3 temperature (Ty) - 700
~1150℃CuC1 temperature (Tcu)・・・・・・・・・
・350~1100℃ coz? ffi degree (vs. He)...
......0. OI~10%HzfQ degree (vs. He)
・・・・・・・・・0.01~20% growth substrate・
...(100) S i , (100) M
g 0 (1102) Sapphire (At□03) (100
) Spinel (M g O-A 1 zOl) Growth film thickness: 0.2 to 5 μm Next, the substrate 1 is taken out from the CVD apparatus, and the superconducting material layer 2 formed on the substrate 1 is coated with the superconducting material layer 2 shown in FIG. Ion implantation of 016° is performed from the direction indicated by the middle arrow I. In the ion implantation, for example, oxygen atoms are ionized in a vacuum using a predetermined ion implantation device, accelerated by an electric field, and implanted into the superconducting material layer 2. At this time, the number of implanted oxygen atoms per unit area (dose amount) is 10'5-10''Cl11-'', and the voltage used for acceleration (acceleration voltage) is 50 to 400 Kev. As a result, even if there are unreacted metal atoms in the superconducting material layer 2, the metal atoms are actively oxidized by ion implantation, and the oxygen composition ratio becomes appropriate to exhibit superconducting characteristics.

次に、超伝導材料層2が形成された基板1を第2図に示
すCVD装置に移して、金属材料の1つであるアルミニ
ウムを用いて300〜600 ’Cの温度条件において
超伝導材料層2の上にCVD法により中間層4を形成す
る。さらに、前記超伝導材料層2と同様にして同一装置
内において超伝導材料層3を、この中間層4の上に形成
させ、超伝導材料層2の場合と同様の条件で超伝導材料
層3に酸素イオンを注入する。
Next, the substrate 1 on which the superconducting material layer 2 has been formed is transferred to the CVD apparatus shown in FIG. An intermediate layer 4 is formed on 2 by the CVD method. Furthermore, a superconducting material layer 3 is formed on this intermediate layer 4 in the same apparatus as the superconducting material layer 2, and the superconducting material layer 3 is formed under the same conditions as the superconducting material layer 2. Inject oxygen ions into the

このようにして、基板1上に形成された2層の超伝導材
料層2.3の間に中間層4を介在させた超伝導材料構造
が得られる。
In this way, a superconducting material structure is obtained in which the intermediate layer 4 is interposed between the two superconducting material layers 2.3 formed on the substrate 1.

次に、上記方法による超伝導材料構造について、その効
果を考察する。
Next, the effects of the superconducting material structure obtained by the above method will be discussed.

(I)本実施例では高温、長時間の熱処理を行わず、低
温状態でのイオン注入により超伝導材料層の酸素の組成
比を高めている。この場合、イオン注入は熱拡散法によ
るドーピング等と異なり、熱平衡状態を経ない物理的過
程を利用する技術であるため、次のような優れた利点が
ある。
(I) In this example, the oxygen composition ratio of the superconducting material layer is increased by ion implantation at a low temperature without performing high temperature and long-term heat treatment. In this case, unlike doping by thermal diffusion, ion implantation is a technique that utilizes a physical process that does not undergo a thermal equilibrium state, and therefore has the following excellent advantages.

すなわち、まず酸素原子の量と深さを正確に制御できる
。イオン注入では超伝導材料層2に注入されるイオンの
個数を計測しながら注入することもできるので、注入量
の精度は極めて高い。また、室温でイオン注入ができる
ので、高温の熱処理に至らない。したがって、このよう
なイオン注入により超伝導材料層2に十分な量の酸素が
入り込み、超伝導状態となる温度を少なくとも77°に
以上にすることができ、しかもこの超伝導特性を安定な
ものとすることができるとともに、超伝導電流を大幅に
増大できる。
That is, first, the amount and depth of oxygen atoms can be precisely controlled. In ion implantation, the number of ions to be implanted into the superconducting material layer 2 can be measured while being implanted, so the accuracy of the implantation amount is extremely high. Furthermore, since ion implantation can be performed at room temperature, high-temperature heat treatment is not required. Therefore, by such ion implantation, a sufficient amount of oxygen enters the superconducting material layer 2, and the temperature at which the superconducting state becomes at least 77 degrees can be raised to at least 77 degrees, and this superconducting property can be made stable. It is possible to significantly increase the superconducting current.

(I[)また、高温、長時間の熱処理がないので、基板
1の結晶や超伝導材料N2と3の間に前述の層間物質を
介在させて回路を多層化した場合における核層間物質と
超伝導材料層2および3との相互作用が起きず、これら
のインターフェースがぼけることなく明確なままの状態
に維持され、超伝導特性が悪化するという事態が避けら
れる。さらに、上記の理由により眉間物質の種類が限定
されることもない。したがって、層間物質として例えば
金属材料などの低融点物質を選択することができ、各種
の物質との結合により構成された超伝導材料や回路素子
を容易に実現することができる。
(I[) Also, since there is no high-temperature, long-term heat treatment, the core interlayer material and the superconductor in the case where the circuit is multilayered by interposing the interlayer material mentioned above between the crystal of the substrate 1 and the superconducting materials N2 and 3. No interaction occurs with the conductive material layers 2 and 3, and these interfaces remain unblurred and clear, thus avoiding deterioration of the superconducting properties. Furthermore, the type of glabellar substance is not limited for the above reasons. Therefore, a low melting point substance such as a metal material can be selected as the interlayer substance, and superconducting materials and circuit elements configured by bonding with various substances can be easily realized.

第1尖施闇 第3図は本発明の第2実施例を示す図である。1st tip darkness FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

上記第1実施例では、成長した超伝導材料層の全面にイ
オン注入によって酸素を導入する例について説明したが
、第2実施例においては、第3図に示すように基板1上
に成長させた超伝導材料層22をホトレジスト膜5 (
イオン注入保護膜)を用いて覆いパターン化した領域2
2aにのみ上記第1実施例と同じ条件で酸素イオンを注
入するようにしている。したがって、上記領域22aの
部分のみが高温超伝導体となる。この第2実施例におい
ても、第1実施例と同様の効果が得られるとともに、回
路パターンに対応する超伝導材料層22を必要な部分に
のみ選択的に形成することができ、デバイス作製を容易
に行うことができる。
In the first embodiment, an example was explained in which oxygen was introduced into the entire surface of the grown superconducting material layer by ion implantation, but in the second embodiment, oxygen was grown on the substrate 1 as shown in FIG. The superconducting material layer 22 is covered with a photoresist film 5 (
Region 2 covered and patterned using ion-implanted protective film)
Oxygen ions are implanted only into 2a under the same conditions as in the first embodiment. Therefore, only the region 22a becomes a high temperature superconductor. In this second embodiment as well, the same effects as in the first embodiment can be obtained, and the superconducting material layer 22 corresponding to the circuit pattern can be selectively formed only in necessary parts, facilitating device fabrication. can be done.

なお、上記実施例ではCVD法により超伝導材料構造を
製造する例を詳細に説明したが、このような超伝導材料
構造は前述のスパッタ法やE 73 Q着法によっても
製造でき、この詳細例は省略している。
In addition, in the above example, an example of manufacturing a superconducting material structure by the CVD method was explained in detail, but such a superconducting material structure can also be manufactured by the above-mentioned sputtering method or E 73 Q deposition method, and this detailed example is omitted.

また、上記各実施例においてはイオン注入法のイオン源
として酸素のみを用いた場合について説明したが、フッ
素を酸素に混合してイオン源として用いてもよく、フッ
素は金属原子との結合エネルギーが強いため、酸素単独
の場合よりもイオン注入による効果が大きくなる。
Furthermore, in each of the above embodiments, the case where only oxygen was used as an ion source in the ion implantation method was explained, but fluorine may be mixed with oxygen and used as an ion source, and fluorine has a high bonding energy with metal atoms. Because of the strong ion implantation, the effect of ion implantation is greater than that of oxygen alone.

さらに、上記実施例では超伝導材料層が2層の例につい
て説明したが、これに限らず、3層、4層あるいはそれ
以上の層であっても各層の間の必要な部分に目的に適合
した中間層4を介在させることにより同様の効果を得る
ことができる。
Furthermore, in the above embodiment, an example was explained in which the number of superconducting material layers is two, but this is not limiting, and even if there are three, four, or more layers, the necessary portion between each layer can be adapted to the purpose. A similar effect can be obtained by interposing the intermediate layer 4.

さらに、上記実施例は超伝導材料層を基板上に形成した
例であるが、本発明の適用はこれに限るものではない。
Further, although the above embodiment is an example in which a superconducting material layer is formed on a substrate, the application of the present invention is not limited to this.

例えば、複数の超伝導材料を単独に成長させ、それらの
間に中間層4を介在させるような例であってもよい。
For example, a plurality of superconducting materials may be grown individually and the intermediate layer 4 may be interposed between them.

また、上記実施例においては、セラミツ、クス系p超伝
導材料としてYBaz Cus 07−Xなる組成のも
のを用いた場合について説明したが、超伝導材料として
は、例えばYがGdその他のランタン系元素で置換され
たもの、BaがSrなど他のアルカリ土類金属で置換さ
れたもの、Oの一部がハロゲンで置換されたものなど他
の組成の超伝導材料を用いても同様の効果が得られる。
Furthermore, in the above embodiments, a case was explained in which a composition of YBaz Cus 07-X was used as the ceramic or Cu-based p superconducting material. Similar effects can be obtained using superconducting materials with other compositions, such as those in which Ba is replaced with other alkaline earth metals such as Sr, and those in which part of O is replaced with halogen. It will be done.

次に、そのような置換例を示す。Next, an example of such a substitution is shown.

LnBaz Cu307−z  (1,yI Hランタ
ン系元素)の場合Lnとしては、Nd (ネオジウム)
、Sm(サマリウム)、Eu(ユーロピウム)、Gd 
(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプ
ロシウム)、Ho(ホルミウム)、Er(エルビウム)
、Tm(ツリウム)、Yb(インテルビウム)がある。
In the case of LnBaz Cu307-z (1,yIH lanthanum-based element), Ln is Nd (neodymium)
, Sm (samarium), Eu (europium), Gd
(gadolinium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium)
, Tm (thulium), and Yb (interbium).

また、これらの酸化物を2種以上混合して成長させても
、高温超伝導体となる。
Furthermore, even if two or more of these oxides are grown as a mixture, a high-temperature superconductor can be obtained.

なお、成長材料としては、これらの金属の塩化物、臭化
物あるいはヨウ化物を用いる。
Note that chlorides, bromides, or iodides of these metals are used as the growth material.

また、上記実施例においては、中間層4を形成する眉間
物質として、アルミニウム(AI)を用いた場合につい
て説明したが、このような層間物質は、セラミックス系
の酸化物超伝導材料以外のものであればよく、例えばC
u % A g SA uなどの金属材料、NiSi、
、Co51z、Mo5it。
Further, in the above embodiment, a case was explained in which aluminum (AI) was used as the interlayer material forming the intermediate layer 4, but such an interlayer material may be other than a ceramic-based oxide superconducting material. For example, C
u % A g SA Metal materials such as u, NiSi,
, Co51z, Mo5it.

WSi、、CrSi2、FeSiなどのシリサイド、S
i、Ge、CaAs、GaAlAs5 Inp。
Silicides such as WSi, CrSi2, FeSi, S
i, Ge, CaAs, GaAlAs5 Inp.

InAs、GaPなiの半導体材料、Sin、、A 1
zO,、MgO,MgO・A l z Os 、YzO
lなどの絶縁体材料などがあげられる。
Semiconductor materials such as InAs, GaP, Sin, A 1
zO,, MgO, MgO・AlzOs, YzO
Examples include insulating materials such as l.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、超伝導体となり得る組成成分を有する
第1のセラミックス系の超伝導材料層を形成した後、こ
の超伝導材料層に酸素イオンまたはフッ素イオンを導入
し、第1の超伝導材料層の上に、中間層を介在させて、
超伝導体となり得る組成成分を有する第2のセラミック
ス系の超伝導材料層を形成した後、この超伝導材料層に
酸素イオンまたはフッ素イオンを導入するようにしてい
るので、高温・長時間の熱処理による酸素の拡散を行わ
なくても超伝導材料層の酸素の組成比が確実に高められ
、超伝導材料層と眉間物質または基板との相互作用が抑
制されるとともに、優れた超伝導特性を有する超伝導材
料構造が得られる。
According to the present invention, after forming a first ceramic-based superconducting material layer having compositional components capable of becoming a superconductor, oxygen ions or fluorine ions are introduced into this superconducting material layer to form a first superconductor. With an intermediate layer interposed on the material layer,
After forming a second ceramic-based superconducting material layer having compositional components capable of becoming a superconductor, oxygen ions or fluorine ions are introduced into this superconducting material layer, which requires high-temperature and long-term heat treatment. Even without oxygen diffusion, the oxygen composition ratio in the superconducting material layer is reliably increased, the interaction between the superconducting material layer and the glabellar substance or the substrate is suppressed, and it has excellent superconducting properties. A superconducting material structure is obtained.

この結果として、金属材料、半導体材料、シリサイド、
絶縁体材料などよりなる多様な眉間物質を導入すること
ができ、メモリ素子、ロジック素子、受光素子、発光素
子などの半導体素子やジョセフソン素子との混載および
超伝導配線との結合が可能になる。
As a result, metal materials, semiconductor materials, silicides,
It is possible to introduce various glabellar materials made of insulating materials, etc., and it becomes possible to mix with semiconductor devices such as memory devices, logic devices, light receiving devices, light emitting devices, Josephson devices, and combine with superconducting wiring. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1.2図は本発明による超伝導材料構造の製造方法の
第1実施例を示す図であり、 第1図はその構成を示す断面図、 第2図はその方法を実施するためのCVD装置の模式図
、 第3図はその第2実施例の構成を示す断面図である。 ■・・・・・・成長基板、 2.3.22・・・・・・超伝導材料層、4・・・・・
・中間層、 5・・・・・・ホトレジスト膜(イオン注入保護膜)、
22a・・・・・・パターン化領域。 特許出願人 富士通株式会社、、、1 代 理 人 弁理士  井 桁 貞 −一ン(′5− 第2実施例の構成を示す断面図 第3図
Figure 1.2 is a diagram showing a first embodiment of the method for manufacturing a superconducting material structure according to the present invention, Figure 1 is a sectional view showing its configuration, and Figure 2 is a CVD process for carrying out the method. A schematic diagram of the apparatus, FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of a second embodiment thereof. ■...Growth substrate, 2.3.22...Superconducting material layer, 4...
・Intermediate layer, 5... Photoresist film (ion implantation protective film),
22a...Patterned area. Patent Applicant: Fujitsu Limited, 1 Agent: Patent Attorney Sada Igeta ('5- Fig. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the second embodiment)

Claims (1)

【特許請求の範囲】  少なくとも2層のセラミックス系の超伝導材料層の間
に、中間層を介在させて超伝導材料構造を製造する方法
において、 超伝導体となり得る組成成分を有する第1のセラミック
ス系の超伝導材料層を形成する工程と、前記第1の超伝
導材料層に酸素イオンまたはフッ素イオンを導入する工
程と、 前記第1の超伝導材料層の上に、セラミックス系の酸化
物超伝導材料以外の材料よりなる中間層を介在させて、
超伝導体となり得る組成成分を有する第2のセラミック
ス系の超伝導材料層を形成する工程と、 前記第2の超伝導材料層に酸素イオンまたはフッ素イオ
ンを導入する工程と、 を含むことを特徴とする超伝導材料構造の製造方法。
[Claims] A method for manufacturing a superconducting material structure by interposing an intermediate layer between at least two ceramic-based superconducting material layers, comprising: a first ceramic having a composition that can become a superconductor; a step of forming a layer of a ceramic-based superconducting material; a step of introducing oxygen ions or fluorine ions into the first superconducting material layer; and forming a ceramic-based oxide superconducting material layer on the first superconducting material layer. By interposing an intermediate layer made of a material other than a conductive material,
It is characterized by comprising the steps of: forming a second ceramic-based superconducting material layer having a composition that can become a superconductor; and introducing oxygen ions or fluorine ions into the second superconducting material layer. A method for manufacturing a superconducting material structure.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9750748B2 (en) 2012-12-17 2017-09-05 Takeda Pharmaceutical Company Limited Pyridazinones as DAAO enzyme inhibitors
US9931340B2 (en) 2011-08-22 2018-04-03 Takeda Pharmaceutical Company Limited Pyridazinone compounds and their use as DAAO inhibitors
US10202399B2 (en) 2011-11-15 2019-02-12 Takeda Pharmaceutical Company Limited Dihydroxy aromatic heterocyclic compound

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