JPH01227480A - 超電導薄膜の製造方法 - Google Patents

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 超電導体は、その電気抵抗が零になる性質、を利用して
、強力磁場発生装置や半導体装置の配線に、また、ジョ
セフソン効果を利用した高速スイ・ソチ素子や微小磁場
、電場センサとして使用°される。

従来の技術 超電導体は、薄膜としての利用価値が大きい。

薄膜の基板には、セラミックス、単結晶、アモルファス
物質、金属等が用いられるが、酸化膜の薄膜を作成した
場合、一般に基板の種類と作成条件によって、結晶の方
位が変わりやすい。（ＲＥ）Ｂａ２ｃｕ３０７−ｘ系超
電導体［但し、　（ＲＥ）はＹｌＬａ等の希土類元素］
は、斜方晶系で、（１００）と（０１０）方向に電流が
流れやすい［ヨウイチェノモト（Ｙｏｕｉｃｂｉ　　Ｅ
ｎｏｍｏｔｏ）他：ジャパニーズ・ジャーナル・オプ・
アプライド・フィジックス（、Ｊ−Ａｐｐ　ｔ、Ｐｈｙ
ｓ、）２６巻、ページＬ１２４８〜Ｌ　１２５０．１９
８７年６月１９日受付］。応用の観点からは、基板に垂
直に（００１）軸を並べることが望ましい。

石英ガラス（ＳｉＯ２）は、耐熱性に優れ熱膨張係数が
非常に小さいので基板としては優れている。

しかし、石英ガラスはアモルファスであり、結晶をその
上に配向させることは、一般に困難である。

上記の＃ｉｉ電導材料に間しては、石英ガラス上に特定
の結晶軸が配向したという報告はない。

発明が解決しようとする課題 一般には、基板に平行に（１００）あるいは（０１０）
軸が確実に配向することはない。本発明の目的は、基板
に垂直に（００１）軸を高度に配向させることである。

課題を解決するための手段 基板として石英ガラスを用い、　（ＲＥ）Ｂａ２Ｃｕ３
０７−ｘ系超電導体［但し、　（ＲＥ）はＹ、Ｌａ。

Ｎｄ、　　３ｍ％Ｅｕ、　　Ｃｄ、　　Ｄｙ、　　１（
ｏ、　　Ｅｒ、　　Ｔｎｌ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの一種類
以上を含む］をアルゴン／酸素が９５１５〜５０１５０
、ガス圧力が４０　ｍ　Ｔ　〜２５０　ｍ　Ｔ、基板の
温度が６００〜８００℃の条件下で、スパッタ法により
、成膜させる。

作用 基板の温度が低すぎるか、アルゴン／酸素が大きすぎる
か、あるいは、ガス圧力が低すぎると、できた薄膜は多
結晶体あるいはアモルファスである。しかし、適当なア
ルゴン／酸素、ガス圧力むよび基板温度では、薄膜の（
００１）軸が基板面に垂直に揃って、エピタキシアル的
に配向成長する。

実施例 薄膜は、ＲＦ−マグネトロンスパッタ法により作成した
。ターゲットの組成は、　（ＲＥ）Ｂａ２Ｃｕ３０ｒ−
ｘである。但し、　（ＲＥ）はＹ、Ｌａ。

Ｎｄ、　　Ｓｍ、　　Ｅｕ、　　Ｃｄ、　　Ｄｙ、　　
Ｈｏ、　　Ｅｒ、　　Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの一種類
以上を含む。原料であるＹ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｎｄ２
ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｃ
ｈｓ　　ＨＯ２０３％Ｅｒ２Ｏ３、Ｔｍ２０＋、Ｙｂ２
Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、ＣｕＯを所定量、配合
、混合し、９００℃で１２時間、空気中で焼成した。焼
成後、粉砕、混合して、ターゲットとした。ターゲット
粉末は、銅皿に入れ、２００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレ
スした。

スバ・ツタガスは、アルゴン／酸素が９７／３〜４０／
６０の範囲の混合ガスである。ガス圧力は２０〜３００
　ｍ　Ｔの範囲で変化させた。基板の温度は５００〜９
００℃である。基板とターゲットの距離は８ｃｍである
。

基板には、石英ガラスを用いた。成膜は６時間行った。

単結晶の場合、斜方晶系の（０１０）、（１００）方向
の電気抵抗が、　（００１）方向に比へて、かなり低い
ことが報告されている（上記の文献）。

従って、臨界電流密度も（０１０）、　（１００）方向
で大きいことが容易に推定できる。成膜は、５ｒｎｍＸ
　１５ｍｍの形状で行い、Ｘ線回折パターンを観測して
のち、ＲＦマグネトロンスパッタ法でｐｔ電極を付けた
。電気抵抗は４端子法で測定した。種々の条件で作成し
た薄膜試料に付いて、電気抵抗と帯磁率の温度変化の測
定により、約９０に以下で超電導現象を示すことを確認
した。構造が明らかになっているＹ　Ｂ　ａ２ｃ　ｕ　
ｚｏｔ−ｗの粉末のＸ線パターンを標準として測定し、
薄膜の結果と比較した。粉末の場合の（００３）反射の
２０は、　２２．　８＠　にあり、　（１１０）、　（
１０３）反射は、３２．８°にある。そのＸ線反射強度
比１　　（００３）／Ｉ　　（１１０、１０３）は、　
１０／１００＝０．１である。　（００１）、　（００
２）、（００３）・・・・方向が、基板に垂直に配向し
ている度合を表わすために配向率をＩ　（００３）／［
（００３）＋１　（１１０，１０３）］とおいた。配向
していない粉末で配向率は０．０９１で、（００１）軸
が基板に垂直に優勢に配向しているならば、この配向率
が０．０９１より大きくなるはずである。また完全に（
００１）方向に配向しているならば、即ち、基板に垂直
に（００１）方向が向いているならば、この値は１にな
る。ＲＥ元素がＹとＬａの場合の薄膜の作成条件と配向
率の関係を第１表、第２表に示す。

配向率１　（００３）／　［１（００３）＋　（１１０
，１０３）］は、アルゴン／酸素が９５１５〜５０１５
０、ガス圧力が４０〜２５０ｔｎＴ、　そして基板温度
が６００〜８００℃の範囲では、非常に大きく０．５以
上になっている。その他のＲＥ元素を用いた場合の薄膜
の作成条件と配向率の関係は第３表に示す。

第１表　Ｙを用いた場合の配向率＋　（００３）／［Ｉ
（００３）＋１（１１０，１０３）］とスパッタ条件の
関係［１］ 第１表　Ｙを用いた場合の配向率＋（００３）／［１（
００３）＋１（１１０，１０３）］とスパッタ条件の関
係［２］ 第１表　Ｙを用いた場合の配向率１（００３）／ＣＩ（
００３）＋１（１１０，１０３）］とスパッタ条件の関
係［３］ 第１表　Ｙを用いた場合の配向率＋（００３）／［＋（
００３）＋１（１１Ｇ、１０３）］とスパッタ条件の関
係［４］ 第１表　Ｙを用いた場合の配向率＋（００３）／［１（
００３）＋１（１１０，１０３）］とスパッタ条件の関
係［５］ 第１表　Ｙを用いた場合の配向率＋（００３）／［＋（
００３）＋＋（１１０，１０３）］とスパッタ条件の関
係［６］ 第１表　Ｙを用いた場合の配向率１（００３）／［＋（
００３）＋１（１１０，１０３）］とスパッタ条件の関
係［７］ 第２表　Ｌａを用いた場合の配向率＋（００３）バ（（
００３）＋１（１１０，１０３）］とスパッタ条件の関
係［１］ 第２表　Ｌａを用いた場合の配向率＋（００３）／［（
００３）＋１（１１０，１０３）］とスパッタ条件の間
係［２］ 第２表　Ｌ　ａを用いた場合の配向率＋（００３）／［
（００３）＋１（１１０，１０３）］とスパッタ条件の
関係［３］ 第３表　Ｎｄ、　Ｓｍ％Ｅｕ、　Ｇｄ、　Ｄｙ％Ｈｏ。

Ｅ「、Ｔｍ、　　Ｙｂ、　　Ｉ、Ｕを用いた場合の配向
率とスパッタ条件の関係［１１ 第３表　Ｎｄ％Ｓｍ、　Ｅｕ、　ｃｄ、　Ｉ）ｙ、　Ｈ
ｏ。

Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕを用いた場合の配向率とスパッ
タ条件の間係［２］ これらの場合もＹとＬａの場合と同様の薄膜作成条件で
配向率が大きくなった。

また、２種類あるいは３種類のＲＥ元素を用いた場合の
薄膜の作成条件と配向率の関係についても試みた。これ
らの場合もＲＥ元素の単体を用いた場合とは一同様の結
果が得られた。第４表に、Ａｒ１０２＝９０／１０、ガ
ス圧カー’１５０ｍＴ。

基板温度＝７５０℃の場合の組成と配向率を示す。

第４表　ＲＥ元素を２または３種類用いた場合の組成と
配向率 配向率が高い０．５以上の試料の室温における比抵抗は
、かなり低かった。例えば、配向率・が０．６９の試料
の比抵抗は、配向率が０．１５の試料の比抵抗の約６０
分の１であった。第１図に配向率の小さい試料の、第２
図に配向率の高い試料のＸ線回折パターンを示す。

発明の効果 本発明に依れば、アルゴン／酸素、ガス圧力、基板温度
を制御するだけで、石英ガラス上に、面に平行に比抵抗
の低い、即ち、基板に垂直に（００１）軸が配向した超
電導薄膜を形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、配向率の小さい薄膜のＸ線回折パターンを示
す図、第２図は（００１）軸に強く配向した薄膜のＸ線
回折パターンを示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　石英ガラス（ＳｉＯ＿２）基板上に、アルゴン／酸素
   が９５／５〜５０／５０、ガス圧力が４０ｍＴ〜２５０
   ｍＴ、基板の温度が６００〜８００℃で、スパッタ法に
   より、（ＲＥ）Ｂａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿ｘ系酸化
   物［但し、（ＲＥ）はＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇ
   ｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの一種
   類以上を含む］薄膜を形成させることにより、基板に平
   行に電気抵抗の低い結晶方位（１００）および（０１０
   ）軸を配向させることを特徴とする超電導薄膜の製造方
   法。