JPH01215963A - 超電導薄膜形成方法 - Google Patents
超電導薄膜形成方法Info
- Publication number
- JPH01215963A JPH01215963A JP63039434A JP3943488A JPH01215963A JP H01215963 A JPH01215963 A JP H01215963A JP 63039434 A JP63039434 A JP 63039434A JP 3943488 A JP3943488 A JP 3943488A JP H01215963 A JPH01215963 A JP H01215963A
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- JP
- Japan
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- thin film
- superconducting thin
- heating
- support
- superconducting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (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〕
本発明は酸化物超電導薄膜の形成方法に関するものであ
る。
る。
１９８６年に銅、酸素を含む焼結体において高い転移温
度をもつ超電導体が発見されて以来、さらに高い転移温
度をもつ超電導体の探索、あるいはこれらの超電導体を
材料として用いるための研究が盛んに行なわれている。
度をもつ超電導体が発見されて以来、さらに高い転移温
度をもつ超電導体の探索、あるいはこれらの超電導体を
材料として用いるための研究が盛んに行なわれている。
将来の機能的デバイスへの応用を考えた場合には、上記
の超電導体を薄膜化することが重要であり、現在、良質
の薄膜を得るための研究開発も盛んに行なわれている。
の超電導体を薄膜化することが重要であり、現在、良質
の薄膜を得るための研究開発も盛んに行なわれている。
」二記の酸化物超蕾導体の薄膜を形成するには例えば、
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）やチタン酸ストロンチウム
（ＳｒＴｉ０３）の支持体の上にスパッタリング法や電
子ビーム蒸着法などによって薄膜を堆積する。この際の
組成の制御は、スパッタリングのターゲットに用いる焼
結体の金属成分の比をコン１〜ロールしたり、多元蒸着
法を用いて各々の蒸発量によってコントロールしたりす
る方法が用いられている。膜の結晶性は通常、成膜時の
支持体温度が室温から摂氏３００″Ｃ程度では非晶質で
あり、また支持体温度が６００℃程度では多結晶体であ
ることが知られており、結晶性を向」ニさせるために、
成膜後に酸素雰囲気中で熱処理を施している。熱処理温
度は非晶質膜については９００°Ｃ前後、多結晶膜につ
いては６００ ’Ｃ程度で数時間の熱処理か行なわれて
いる。
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）やチタン酸ストロンチウム
（ＳｒＴｉ０３）の支持体の上にスパッタリング法や電
子ビーム蒸着法などによって薄膜を堆積する。この際の
組成の制御は、スパッタリングのターゲットに用いる焼
結体の金属成分の比をコン１〜ロールしたり、多元蒸着
法を用いて各々の蒸発量によってコントロールしたりす
る方法が用いられている。膜の結晶性は通常、成膜時の
支持体温度が室温から摂氏３００″Ｃ程度では非晶質で
あり、また支持体温度が６００℃程度では多結晶体であ
ることが知られており、結晶性を向」ニさせるために、
成膜後に酸素雰囲気中で熱処理を施している。熱処理温
度は非晶質膜については９００°Ｃ前後、多結晶膜につ
いては６００ ’Ｃ程度で数時間の熱処理か行なわれて
いる。
上記のような方法により結晶性の良い酸化物超電導薄膜
は形成されるが、６００℃あるいは９００℃に加熱する
ことにより支持体側から支持体の構成元素が拡散混入し
て超電導特性を劣化させるという問題がある。たとえば
支持体としてチタン酸ストロンチウムを用いた場合に超
電導薄膜中にチタン、ストロンチウムが拡散混入するこ
とがアプライド・フイズイツクス レターズ 第５１巻
（１９８７）第８６１頁から第８６３頁（Ａｐｐｌ。
は形成されるが、６００℃あるいは９００℃に加熱する
ことにより支持体側から支持体の構成元素が拡散混入し
て超電導特性を劣化させるという問題がある。たとえば
支持体としてチタン酸ストロンチウムを用いた場合に超
電導薄膜中にチタン、ストロンチウムが拡散混入するこ
とがアプライド・フイズイツクス レターズ 第５１巻
（１９８７）第８６１頁から第８６３頁（Ａｐｐｌ。
Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、 ＶｏＱ５１ （１９８７）
ｐｐ８６１−８６３）（公知例１）に述べられている。
ｐｐ８６１−８６３）（公知例１）に述べられている。
このような問題に対する一つの解決方法としては例えば
、第４８回応用物理学会講演予稿集１９Ｐ−Ｄ−３（公
知例２）に述べられているように、非晶質の超電導薄膜
にレーザビームを照射し、これを走査することによって
結晶化させる方法がある。この方法ならば膜を局部的に
加熱する時間が比較的短くてすみ、支持体からの元素の
混入を大幅に減少することができうるという利点がある
。
、第４８回応用物理学会講演予稿集１９Ｐ−Ｄ−３（公
知例２）に述べられているように、非晶質の超電導薄膜
にレーザビームを照射し、これを走査することによって
結晶化させる方法がある。この方法ならば膜を局部的に
加熱する時間が比較的短くてすみ、支持体からの元素の
混入を大幅に減少することができうるという利点がある
。
しかし、逆に加熱部分が局部的であるということから、
微小部分で結晶化が行なわれるため、単結晶薄膜や結晶
粒の大きな薄膜を形成することは難しいという欠点をも
つ。
微小部分で結晶化が行なわれるため、単結晶薄膜や結晶
粒の大きな薄膜を形成することは難しいという欠点をも
つ。
本発明の目的は、支持体からの不純物の混入が少なく、
かつ結晶性の良好な超電導薄膜形成方法を提供すること
にある。
かつ結晶性の良好な超電導薄膜形成方法を提供すること
にある。
本発明はこのような欠点を改善したものであり、支持体
上に酸化物超電導薄膜を堆積した後に、この薄膜の一方
の幅を含む帯状の領域を加熱し、この帯状の加熱領域を
薄膜の一端より他端まで一方向に移動せしめることによ
り、薄膜の全領域を順次加熱するというものである。こ
の方法を模式的に第１図に示す。第１図において、符号
１は超電導薄膜、２は支持体、３は加熱領域、４は加熱
済み領域、５は未加熱領域、６は加熱領域移動方向であ
る。この方法では、前記公知例２の場合とは異なり、加
熱領域ガスポット状ではなくある程度広い領域であるの
で広い部分が同時に結晶化でき、しかも支持体からの不
純物の混入を抑制できるという利点をもつ。加熱を酸素
雰囲気中で行なえば加熱によって膜中の酸素が脱離する
のを防ぐことができる。また、加熱雰囲気における薄膜
中の金属成分の蒸気圧をあらかじめ高くしておけば加熱
中に薄膜の金属成分が昇化あるいは蒸発して減少してし
まうことを防ぐことができる。
上に酸化物超電導薄膜を堆積した後に、この薄膜の一方
の幅を含む帯状の領域を加熱し、この帯状の加熱領域を
薄膜の一端より他端まで一方向に移動せしめることによ
り、薄膜の全領域を順次加熱するというものである。こ
の方法を模式的に第１図に示す。第１図において、符号
１は超電導薄膜、２は支持体、３は加熱領域、４は加熱
済み領域、５は未加熱領域、６は加熱領域移動方向であ
る。この方法では、前記公知例２の場合とは異なり、加
熱領域ガスポット状ではなくある程度広い領域であるの
で広い部分が同時に結晶化でき、しかも支持体からの不
純物の混入を抑制できるという利点をもつ。加熱を酸素
雰囲気中で行なえば加熱によって膜中の酸素が脱離する
のを防ぐことができる。また、加熱雰囲気における薄膜
中の金属成分の蒸気圧をあらかじめ高くしておけば加熱
中に薄膜の金属成分が昇化あるいは蒸発して減少してし
まうことを防ぐことができる。
本発明における帯状の領域の加熱は光をこの帯状領域全
体に照射することによって可能であるし、また、高周波
誘導加熱によっても可能である。光の場合はレーザ光を
用いてもよいし、赤外光を集光させて用いてもよい。十
分な出力があれば光源としてタングステンランプ、高圧
キセノン放電ランプ、水銀放電ランプ等を用いることも
可能である。
体に照射することによって可能であるし、また、高周波
誘導加熱によっても可能である。光の場合はレーザ光を
用いてもよいし、赤外光を集光させて用いてもよい。十
分な出力があれば光源としてタングステンランプ、高圧
キセノン放電ランプ、水銀放電ランプ等を用いることも
可能である。
本方法による加熱は薄膜が固体状態を保つ温度範囲で結
晶化を行なうのが普通と考えられるが、前記のように膜
中金属成分の脱離を防ぎうるような雰囲気下においては
溶融状態にまで加熱することも可能である。また前記の
帯状の加熱領域の移動を適当な速さで行なうことにより
、結晶粒の太きさを十分大きくすることが可能であり、
小さな支持体を用いる場合であれば単結晶薄膜を形成す
ることも可能である。
晶化を行なうのが普通と考えられるが、前記のように膜
中金属成分の脱離を防ぎうるような雰囲気下においては
溶融状態にまで加熱することも可能である。また前記の
帯状の加熱領域の移動を適当な速さで行なうことにより
、結晶粒の太きさを十分大きくすることが可能であり、
小さな支持体を用いる場合であれば単結晶薄膜を形成す
ることも可能である。
前記のような加熱方法を用いることにより、支持体から
の不純物の混入が少なく結晶粒の大きな超電導薄膜を形
成することができる。
の不純物の混入が少なく結晶粒の大きな超電導薄膜を形
成することができる。
以下、本発明を実施例を用いて説明するが、本発明はこ
れに限定されるものではない。超電導薄膜の堆積方法と
してはスパッタリング法、電子ビーム蒸着法などがある
。
れに限定されるものではない。超電導薄膜の堆積方法と
してはスパッタリング法、電子ビーム蒸着法などがある
。
１）高周波スパッタリング装置にイツトリウム、バリウ
ム、銅、酸素からなる焼結体ターゲットを装着する。こ
の焼結体ターゲットの組成は、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝ｌ：２
：４．５ となるように調整する。このような組成の
ターゲットを用い、下記の条件でスパッタリングを行な
うと、堆積した膜の組成は、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．：２
：３となることが予備検討から確認されている。夕−ゲ
ラ１〜の対向位置に５ｎｕＸ １５ｎ＋ｎ＋Ｘ Ｏ，５
ｍｍの大きさのチタン酸ストロンチウム単結晶（（１０
０）面）を支持体として固定し、１×１０−６Ｔｏｒｒ
程度にまで排気した後、支持体の表面温度を３００ ’
Ｃに保ちつつ、酸素（０２）、アルゴン（Ａｒ）の混合
ガスをＩ Ｘ １０−２Ｔｏｒｒの圧力まで導入する。
ム、銅、酸素からなる焼結体ターゲットを装着する。こ
の焼結体ターゲットの組成は、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝ｌ：２
：４．５ となるように調整する。このような組成の
ターゲットを用い、下記の条件でスパッタリングを行な
うと、堆積した膜の組成は、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．：２
：３となることが予備検討から確認されている。夕−ゲ
ラ１〜の対向位置に５ｎｕＸ １５ｎ＋ｎ＋Ｘ Ｏ，５
ｍｍの大きさのチタン酸ストロンチウム単結晶（（１０
０）面）を支持体として固定し、１×１０−６Ｔｏｒｒ
程度にまで排気した後、支持体の表面温度を３００ ’
Ｃに保ちつつ、酸素（０２）、アルゴン（Ａｒ）の混合
ガスをＩ Ｘ １０−２Ｔｏｒｒの圧力まで導入する。
この時のガス比は、０２／ （Ａｒ＋０２）＝０．１と
なるようにする。
なるようにする。
１３．５６ＭＨｚ、出力２００Ｗの高周波グロー放電に
より、ＹＢａ２ＣｕｓＯｘ薄膜を１μｍの厚みまで堆積
する。
より、ＹＢａ２ＣｕｓＯｘ薄膜を１μｍの厚みまで堆積
する。
２）１）で作製したＹＢａｚＣｕａＯｘ薄膜のＸ線回折
を測定する。この結果を第２図に示す。第２図より明ら
かなように、この薄膜は非晶質である。
を測定する。この結果を第２図に示す。第２図より明ら
かなように、この薄膜は非晶質である。
３）１気圧の酸素雰囲気中において１）で作製したＹＢ
ａ２Ｃｕ３０ア薄膜の長手方向の一端の２ｎ冊Ｘ５０Ｉ
Ｉｌｌの帯状領域に赤外光を第１図に示したように照射
する。上記の照射領域におけるエネルギー密度を十分高
くするために、赤外光を反射鏡等を用いて上記形状に集
光している。この帯状の照射領域を毎分１ ｎ＋ｎ＋の
速さで上記薄膜の長手方向に移動することにより薄膜全
体の加熱、結晶化を行なう。これを試料Ａとする。
ａ２Ｃｕ３０ア薄膜の長手方向の一端の２ｎ冊Ｘ５０Ｉ
Ｉｌｌの帯状領域に赤外光を第１図に示したように照射
する。上記の照射領域におけるエネルギー密度を十分高
くするために、赤外光を反射鏡等を用いて上記形状に集
光している。この帯状の照射領域を毎分１ ｎ＋ｎ＋の
速さで上記薄膜の長手方向に移動することにより薄膜全
体の加熱、結晶化を行なう。これを試料Ａとする。
４）３）で熱処理したＹＢａ２Ｃｕ３０ア薄暎のＸ線回
折を測定する。この結果を第３図に示す。これより、試
料Ａは結晶化しており、しかも（００１）面が基板に平
行に成長していることがわかる。
折を測定する。この結果を第３図に示す。これより、試
料Ａは結晶化しており、しかも（００１）面が基板に平
行に成長していることがわかる。
５）１）と全く同じ方法でＹＢａｚ’ＣｕａＯｘ薄膜を
作製し、これを電気炉に入れ、１気圧の酸素気流中で９
４０ ’Ｃに保ち、２時間の熱処理を行なう。
作製し、これを電気炉に入れ、１気圧の酸素気流中で９
４０ ’Ｃに保ち、２時間の熱処理を行なう。
従来法による熱処理で得られた膜を試料Ｂとする。
６）試料Ａ及びＢの深さ方向の組成分布を二次イオン質
量分析装置（ＳＩＭＳ）を用いて測定する。測定領域を
アルゴンでスパッタリングを行ない穴掘りすることで深
さ方向の組成分布を測定する。表面からの深さは上記の
スパッタ時間により表わすことにする。この結果を第４
図の（ａ）、（ｂ）とする。これより、従来法の試料Ｂ
では膜と支持体（チタン酸ストロンチウ１Ｓ）界面付近
でチタン、ストロンチウム、バリウムが相互に拡散して
いるのがみられるが、本発明による試料Ａでは相互拡散
はきわめて小さいことがわかる。
量分析装置（ＳＩＭＳ）を用いて測定する。測定領域を
アルゴンでスパッタリングを行ない穴掘りすることで深
さ方向の組成分布を測定する。表面からの深さは上記の
スパッタ時間により表わすことにする。この結果を第４
図の（ａ）、（ｂ）とする。これより、従来法の試料Ｂ
では膜と支持体（チタン酸ストロンチウ１Ｓ）界面付近
でチタン、ストロンチウム、バリウムが相互に拡散して
いるのがみられるが、本発明による試料Ａでは相互拡散
はきわめて小さいことがわかる。
以上から明らかなように本発明による方法を用いると、
支持体からの不純物の混入が少なく、かつ結晶性の良好
な超電導薄膜を得ることができる。
支持体からの不純物の混入が少なく、かつ結晶性の良好
な超電導薄膜を得ることができる。
第１図は本発明による超電導薄膜の加熱方法を模式的に
示した斜視図である。 第２図及び第３図は実施例１における本発明による熱処
理を行なう前後のＸ線回折パターンを示す特性図である
。 第４図は実施例１における本発明と従来法によるＹＢａ
２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜の深さ方向の組成分布を示す特性図で
ある。 １・・超電導薄膜、２・・・支持体、３・・加熱領域、
４・・加熱済み領域、５・未加熱領域、６・・加熱領域
移動方向。
示した斜視図である。 第２図及び第３図は実施例１における本発明による熱処
理を行なう前後のＸ線回折パターンを示す特性図である
。 第４図は実施例１における本発明と従来法によるＹＢａ
２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜の深さ方向の組成分布を示す特性図で
ある。 １・・超電導薄膜、２・・・支持体、３・・加熱領域、
４・・加熱済み領域、５・未加熱領域、６・・加熱領域
移動方向。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、支持体上に形成された酸化物超電導薄膜において、
支持体上に薄膜を堆積した後に、前記薄膜の一方の幅を
含む帯状の領域を加熱し、前記の帯状の加熱領域を、前
記薄膜の一端より他端まで一方向に移動せしめることに
より、前記薄膜の全領域を順次加熱し、前記薄膜の結晶
性を向上させ支持体から薄膜への不純物混入を減少させ
ることを特徴とする超電導薄膜形成方法。 ２、前記の帯状領域の加熱を前記超電導薄膜を酸素雰囲
気中において行なうことを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の超電導薄膜形成方法。 ３、前記の帯状領域の加熱を赤外線あるいは光を前記薄
膜の帯状の部分に照射することによつて行なうことを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超電導薄膜形成
方法。 ４、前記の帯状領域の加熱を高周波誘導加熱法を用いて
行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
超電導薄膜形成方法。 ５、前記の超電導薄膜が銅を含む酸化物であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超電導薄膜形成
方法。 ６、前記の超電導薄膜がイットリウム、バリウム、銅、
酸素により構成されることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の超電導薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63039434A JPH01215963A (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | 超電導薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63039434A JPH01215963A (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | 超電導薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01215963A true JPH01215963A (ja) | 1989-08-29 |
Family
ID=12552892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63039434A Pending JPH01215963A (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | 超電導薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01215963A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0634376A1 (fr) * | 1993-07-15 | 1995-01-18 | Saint-Gobain Vitrage | Procédé de traitement d'une couche mince d'oxyde |
| JP2014227600A (ja) * | 2013-05-23 | 2014-12-08 | 日本電子工業株式会社 | 熱処理による表面皮膜層の強化 |
| US10629796B2 (en) | 2017-03-30 | 2020-04-21 | Tdk Corporation | Laminate and thermoelectric conversion element |
-
1988
- 1988-02-24 JP JP63039434A patent/JPH01215963A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0634376A1 (fr) * | 1993-07-15 | 1995-01-18 | Saint-Gobain Vitrage | Procédé de traitement d'une couche mince d'oxyde |
| JP2014227600A (ja) * | 2013-05-23 | 2014-12-08 | 日本電子工業株式会社 | 熱処理による表面皮膜層の強化 |
| US10629796B2 (en) | 2017-03-30 | 2020-04-21 | Tdk Corporation | Laminate and thermoelectric conversion element |
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