JPH01246373A - 薄膜超電導体の製造方法 - Google Patents
薄膜超電導体の製造方法Info
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- JPH01246373A JPH01246373A JP63072465A JP7246588A JPH01246373A JP H01246373 A JPH01246373 A JP H01246373A JP 63072465 A JP63072465 A JP 63072465A JP 7246588 A JP7246588 A JP 7246588A JP H01246373 A JPH01246373 A JP H01246373A
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- JP
- Japan
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- thin film
- film superconductor
- elements
- superconductor
- etching
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- Pending
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- 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
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- 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
本発明はＷＪＪＩ！超電導体の製造方法に関するもので
ある。特に化合物薄膜超電導体の製造方法に関するもの
である。
ある。特に化合物薄膜超電導体の製造方法に関するもの
である。
従来の技術
高温超電導体として、Ａ１５型２元系化合物として窒化
ニオブ（ＮｂＮ）やゲルマニウム二オフ（ＮｂＧｅ ）
などが知られていたが、これらの材料の超電導転移温度
はたかだか２４”Ｋであった。
ニオブ（ＮｂＮ）やゲルマニウム二オフ（ＮｂＧｅ ）
などが知られていたが、これらの材料の超電導転移温度
はたかだか２４”Ｋであった。
一方、ベロアスカイト系３元化合物は、さらに高い転移
温度が期待され、ＢａＬＩＬ Ｃｕ−０系の高温超電導
体が提案された［ Ｊ、 Ｇ、 Ｂｅｎｄｏｒｚ ａ
ｎｄ Ｋ、Ａ、Ｍｕｌｌｅｒ、 ツアイト シュリフ
ト フェア フイジーク（Ｚｅ ｔｓｈｒｉｆｔ ｆ
ｒｐｈｙｓｉｋ Ｂ）−Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ Ｍａｔ
ｔｅｒ ６４．１８９−１９３ （１９８６） ］。
温度が期待され、ＢａＬＩＬ Ｃｕ−０系の高温超電導
体が提案された［ Ｊ、 Ｇ、 Ｂｅｎｄｏｒｚ ａ
ｎｄ Ｋ、Ａ、Ｍｕｌｌｅｒ、 ツアイト シュリフ
ト フェア フイジーク（Ｚｅ ｔｓｈｒｉｆｔ ｆ
ｒｐｈｙｓｉｋ Ｂ）−Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ Ｍａｔ
ｔｅｒ ６４．１８９−１９３ （１９８６） ］。
さらに、Ｂ Ｉ −Ｓ ｒ −Ｃａ −Ｃｕ −０系が
１００に以上で超電導転移を示すことが明らかになった
。
１００に以上で超電導転移を示すことが明らかになった
。
この種の材料の超電導機構の詳細は明らかではないが、
転移温度が液体窒素温度以上に高くなる可能性があり、
高温超電導体として従来の２元系化合物より、より有望
な特性が期待される。
転移温度が液体窒素温度以上に高くなる可能性があり、
高温超電導体として従来の２元系化合物より、より有望
な特性が期待される。
これらの材料を薄膜化してデバイス応用に供する場合、
加工する必要があるが、現在のところ、加工法について
は、従来の半導体素子作成で使用されるプロセスを応用
しようという試みが成されている。
加工する必要があるが、現在のところ、加工法について
は、従来の半導体素子作成で使用されるプロセスを応用
しようという試みが成されている。
発明が解決しようとする課題
上述のような薄膜超電導体をジョセフソン素子等の超電
導素子に加工する場合、エツチング加工が重要なボイド
となる。従来は、その方法として、主にアルゴンイオン
によるエツチング加工が試みられてきた。しかし、この
方法では、加工後の超電導特性が著しく劣化するという
問題があった。
導素子に加工する場合、エツチング加工が重要なボイド
となる。従来は、その方法として、主にアルゴンイオン
によるエツチング加工が試みられてきた。しかし、この
方法では、加工後の超電導特性が著しく劣化するという
問題があった。
それは、アルブン照射による超電導体の結晶相に対する
損傷、超電導性を左右すると考えられている酸素の離脱
、及び不純物の混入が劣化の原因であることが判った。
損傷、超電導性を左右すると考えられている酸素の離脱
、及び不純物の混入が劣化の原因であることが判った。
課題を解決するための手段
本発明の加工方法は、上記課題を解決するために、真空
槽内に設置した薄膜超電導体に、磁界とマイクロ波を印
加して形成した酸素プラズマを照射し、さらに、其の際
、薄膜超電導体を設置した試料台とプラズマとの間に電
圧を印加することにより、薄膜超電導体素子のエツチン
グを行うものである。
槽内に設置した薄膜超電導体に、磁界とマイクロ波を印
加して形成した酸素プラズマを照射し、さらに、其の際
、薄膜超電導体を設置した試料台とプラズマとの間に電
圧を印加することにより、薄膜超電導体素子のエツチン
グを行うものである。
作用
本発明にかかる薄膜超電導体の加工方法は、薄膜超電導
体を、酸素プラズマによりエツチング加工している所に
大きな特色がある。すなわち、酸素そのものによるエツ
チングであるために、酸素の離脱を防ぎ、また不純物の
混入による影響も少なくなり、超電導特性の劣化はみら
れない、しかも、エツチング後の超電導体素子の表面も
卵常に平坦であった。
体を、酸素プラズマによりエツチング加工している所に
大きな特色がある。すなわち、酸素そのものによるエツ
チングであるために、酸素の離脱を防ぎ、また不純物の
混入による影響も少なくなり、超電導特性の劣化はみら
れない、しかも、エツチング後の超電導体素子の表面も
卵常に平坦であった。
実施例
本発明の実施例を図面とともに説明する。
薄膜超電導体の形成には、まずＡ −Ｂ −Ｃｕ −０
の複合化合物被膜をスパッタリング蒸着あるいは熱蒸着
例えば電子ビーム蒸着、レーザビーム蒸着等の物理的気
相成長法で基体上に付着させる。
の複合化合物被膜をスパッタリング蒸着あるいは熱蒸着
例えば電子ビーム蒸着、レーザビーム蒸着等の物理的気
相成長法で基体上に付着させる。
この場合、超電導体Ａ −Ｂ −Ｃｕ −０は結晶構造
や組成式がまだ明確には決定されていないが、酸素欠損
ペロブスカイト（Ａ、Ｂ）ＣｕＯともいわれている。本
発明者等は、望ましくは作製された被膜において元素比
率が ０．５≦（Ａ＋Ｂ）／Ｃｕ≦２．５ の範囲にあれば、臨界温度に多少の差があちても超電導
現象が見出されることを確認した。この複合化合物被膜
の形成法は物理的気相成長法に限定されたものではなく
、化学的気相成長法例えば常圧あるいは減圧化学的気相
成長法、プラズマ化学的気相成長法、光化学的気相成長
法も、成分Ａ。
や組成式がまだ明確には決定されていないが、酸素欠損
ペロブスカイト（Ａ、Ｂ）ＣｕＯともいわれている。本
発明者等は、望ましくは作製された被膜において元素比
率が ０．５≦（Ａ＋Ｂ）／Ｃｕ≦２．５ の範囲にあれば、臨界温度に多少の差があちても超電導
現象が見出されることを確認した。この複合化合物被膜
の形成法は物理的気相成長法に限定されたものではなく
、化学的気相成長法例えば常圧あるいは減圧化学的気相
成長法、プラズマ化学的気相成長法、光化学的気相成長
法も、成分Ａ。
Ｂ、Ｃｕの比を合致させれば、有効であることを本発明
者らは確認した。
者らは確認した。
又、ビスマス（Ｂｉ）、アルカリ土金属、銅、酸素から
なる薄膜超電導体も同様な手段によりえられることが確
認された。この場合、転移温度は１００に以上であり、
さらに高品質の薄膜超電導素子を得ることが可能となる
。
なる薄膜超電導体も同様な手段によりえられることが確
認された。この場合、転移温度は１００に以上であり、
さらに高品質の薄膜超電導素子を得ることが可能となる
。
具体的には、酸化マグネシウム面（１００）を基体１１
として用い高周波プレナーマグネトロンスパッタにより
、焼結したＹ −Ｂ ａ −Ｃｕ −０ターゲツト、Ｂ
１−Ｃａ−５ｒ−Ｃｕ−０をＡｒと０２の混合ガス雰
囲気でスパッタリング蒸着し、上記基体上にそれぞれ結
晶性のＹ −Ｂ ａ −Ｃｕ −０被膜、Ｂ ｌ −Ｃ
ａ −Ｓ ｒ −Ｃｕ −０被膜１２として付着させた
。
として用い高周波プレナーマグネトロンスパッタにより
、焼結したＹ −Ｂ ａ −Ｃｕ −０ターゲツト、Ｂ
１−Ｃａ−５ｒ−Ｃｕ−０をＡｒと０２の混合ガス雰
囲気でスパッタリング蒸着し、上記基体上にそれぞれ結
晶性のＹ −Ｂ ａ −Ｃｕ −０被膜、Ｂ ｌ −Ｃ
ａ −Ｓ ｒ −Ｃｕ −０被膜１２として付着させた
。
この場合、ガス圧力は０．５Ｐａ、スパッタリジグ電力
１５０Ｗ、スパッタリング時間１時間、被膜の膜厚０．
５μｍ１基体温度７００℃であった。ここで四端子法に
より、超電導特性を確認するために金を蒸着した。
１５０Ｗ、スパッタリング時間１時間、被膜の膜厚０．
５μｍ１基体温度７００℃であった。ここで四端子法に
より、超電導特性を確認するために金を蒸着した。
試料の超電導転移温度は、Ｙ−ＢａＣｕ−０被膜が９０
Ｋ、、Ｂ Ｉ −Ｃａ−５ｒ−Ｃｕ−０被膜が１１０
にであった。
Ｋ、、Ｂ Ｉ −Ｃａ−５ｒ−Ｃｕ−０被膜が１１０
にであった。
上述のような作成方法により得られた薄膜超電導体被膜
１２に対してエツチング加工を第２図の構成の装置を用
いて行った。
１２に対してエツチング加工を第２図の構成の装置を用
いて行った。
第２図は真空槽２１内に酸素ガスを導入し、このガスに
マイクロ波を照射して放電プラズマを発生させ、プラズ
マに磁場２２を印加して、酸素イオンのイオン化効率を
上げ第１図の薄膜超電導体基体２０をエツチングするも
のである。この場合通常マイクロ波源２３には２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を使用し磁場強度を８７５ガウス程
度にすると電子のサイクロトロン共鳴が生じるので酸素
イオン化の効率が上がるため、これ以上の磁場強度が望
ましい、この酸素イオンを真空槽２１と試料台２４との
間に電圧を印加することによって、試料台２４上に配置
された薄膜超電導体１２に照射する構造となっている。
マイクロ波を照射して放電プラズマを発生させ、プラズ
マに磁場２２を印加して、酸素イオンのイオン化効率を
上げ第１図の薄膜超電導体基体２０をエツチングするも
のである。この場合通常マイクロ波源２３には２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を使用し磁場強度を８７５ガウス程
度にすると電子のサイクロトロン共鳴が生じるので酸素
イオン化の効率が上がるため、これ以上の磁場強度が望
ましい、この酸素イオンを真空槽２１と試料台２４との
間に電圧を印加することによって、試料台２４上に配置
された薄膜超電導体１２に照射する構造となっている。
この場合マイクロ波により効率よくイオン化された高エ
ネルギーの酸素イオンが、薄膜超電導体波ｆｆ１１２に
マスク１３で被覆されていない部分１２ａを効率的にエ
ツチングし超電導特性を劣化させることなく加工できる
ことを見い出した。また、薄膜超電導体上に電極として
、金等を蒸着した場合も同様にエツチングすることが可
能であり、この場合、薄膜中への金の拡散は認められず
、安定した超電導薄膜特性を得ることが出来た。
ネルギーの酸素イオンが、薄膜超電導体波ｆｆ１１２に
マスク１３で被覆されていない部分１２ａを効率的にエ
ツチングし超電導特性を劣化させることなく加工できる
ことを見い出した。また、薄膜超電導体上に電極として
、金等を蒸着した場合も同様にエツチングすることが可
能であり、この場合、薄膜中への金の拡散は認められず
、安定した超電導薄膜特性を得ることが出来た。
具体的には、マイクロ波２００Ｗ、試料台２４と真空槽
２１との間に一３００Ｖの電圧を印加し、ガス圧２ ｘ
ｌ Ｑ−３Ｔｏｒｒ、加工時間３０分の条件で行なっ
た。試料の加熱は特に行なわなかったが、加工時の温度
は３５０度であった。マスク１３には、酸化アルミを材
料として用いた。エツチング速度は５００Ａ／ｈｒ以上
であった。なお、このエツチング速度は、ガス圧、印加
電圧、処理時間を調整することにより精密に制御できる
ことも判った。
２１との間に一３００Ｖの電圧を印加し、ガス圧２ ｘ
ｌ Ｑ−３Ｔｏｒｒ、加工時間３０分の条件で行なっ
た。試料の加熱は特に行なわなかったが、加工時の温度
は３５０度であった。マスク１３には、酸化アルミを材
料として用いた。エツチング速度は５００Ａ／ｈｒ以上
であった。なお、このエツチング速度は、ガス圧、印加
電圧、処理時間を調整することにより精密に制御できる
ことも判った。
エツチング後は再び金を蒸着した後、四端子法により超
電導薄膜特性の確認を行なった。第３図に処理後の超電
導特性を示したる加工後の試料の超電導薄膜転移温度は
ともに加工前と同じであった。
電導薄膜特性の確認を行なった。第３図に処理後の超電
導特性を示したる加工後の試料の超電導薄膜転移温度は
ともに加工前と同じであった。
さらに、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）観察の結果、エツチ
ング表面は平坦で素子加工に適していることがわかった
。
ング表面は平坦で素子加工に適していることがわかった
。
ここで、マイクロ波の出力は、２００Ｗとしたが、５０
〜ＩＫＷＯ間であればよい。２．４５ＧＨｚの周波数を
用いた場合、５０Ｗ以下では、プラズマが安定せず、Ｉ
ＫＷ以上では薄膜のマイクロ波による損傷が大きい。
〜ＩＫＷＯ間であればよい。２．４５ＧＨｚの周波数を
用いた場合、５０Ｗ以下では、プラズマが安定せず、Ｉ
ＫＷ以上では薄膜のマイクロ波による損傷が大きい。
ガス圧は、１０ ”””’ １０−’Ｔｏｒｒ（７）範
囲で磁場による効果が顕著に現れた。
囲で磁場による効果が顕著に現れた。
マスク材料としては、酸化アルミに限らず、酸化シリコ
ン、酸化クロム等の金属酸化物は、この種の超電導体材
料上に形成が容易であり作成方法も簡便であるが、酸素
プラズマに侵されないものであればマスクとして使用出
来る。
ン、酸化クロム等の金属酸化物は、この種の超電導体材
料上に形成が容易であり作成方法も簡便であるが、酸素
プラズマに侵されないものであればマスクとして使用出
来る。
試料台と真空槽との間には、−３００Ｖの電圧を印加し
たが、−１ｋＶ以下の範囲で同様の効果がみられた。正
の電圧を印加してる、エツチングは可能だが、負の電圧
を印加すると超電導特性の向上がみられる。
たが、−１ｋＶ以下の範囲で同様の効果がみられた。正
の電圧を印加してる、エツチングは可能だが、負の電圧
を印加すると超電導特性の向上がみられる。
加工時の試料温度は、特に加熱しなかったが、８００℃
以下の範囲であれば超電導特性を安定に保って加工する
ことが可能であるとともに望ましくは４００℃以下が良
い。
以下の範囲であれば超電導特性を安定に保って加工する
ことが可能であるとともに望ましくは４００℃以下が良
い。
発明の効果
とりわけ、本発明にかかる薄膜超電導体素子の加工は、
薄膜超電導体を酸素イオンによりエツチング加工してい
る所に大きな特色がある。すなわち、酸素そのものによ
るエツチングであるために、酸素の離脱を防ぎ、また不
純物の混入による影響も少なくなり、超電導特性の劣化
はみられない。しかも、エツチング後の超電導体素子の
表面も非常に平坦であった。さらに、エツチングの際、
制御性が良好で短時間処理が可能である。したがって、
非常に高精度の超電導体が本発明で実現される。
薄膜超電導体を酸素イオンによりエツチング加工してい
る所に大きな特色がある。すなわち、酸素そのものによ
るエツチングであるために、酸素の離脱を防ぎ、また不
純物の混入による影響も少なくなり、超電導特性の劣化
はみられない。しかも、エツチング後の超電導体素子の
表面も非常に平坦であった。さらに、エツチングの際、
制御性が良好で短時間処理が可能である。したがって、
非常に高精度の超電導体が本発明で実現される。
以上の説明のごとく本発明の薄膜超電導体素子の加工方
法によると、精度が高い上Ｓ１あるいはＧ ａ Ａ ｓ
なとのデバイスとの集積化が可能であるとともに、ジョ
セフソン素子など各種の超電導デバイスの製造プロセス
に実用される。特にこの種の化合物超電導体素子が室温
で実現する可能性もあり、従来の実用の範囲は広く、本
発明の工業的価値は高い。
法によると、精度が高い上Ｓ１あるいはＧ ａ Ａ ｓ
なとのデバイスとの集積化が可能であるとともに、ジョ
セフソン素子など各種の超電導デバイスの製造プロセス
に実用される。特にこの種の化合物超電導体素子が室温
で実現する可能性もあり、従来の実用の範囲は広く、本
発明の工業的価値は高い。
第１図は本発明の一実施例の薄膜超電導体の製造方法で
形成する場合の基本構成断面図、第２図は本発明に用い
るエツチング装置の概略構成図、第３図はエツチング後
のＢ Ｉ −Ｓ ｒ −Ｃａ −Ｃｕ −０薄膜の超電
導特性の図である。 １１・・・基体、１２・・・複合化合物被膜、１３・・
・マスク。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第１図 第２図
形成する場合の基本構成断面図、第２図は本発明に用い
るエツチング装置の概略構成図、第３図はエツチング後
のＢ Ｉ −Ｓ ｒ −Ｃａ −Ｃｕ −０薄膜の超電
導特性の図である。 １１・・・基体、１２・・・複合化合物被膜、１３・・
・マスク。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第１図 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）真空槽内に酸素ガスを導入し、磁界とマイクロ波
を印加してマイクロ波プラズマを発生させ、真空槽内の
試料台に設置した少なくとも一部をマスクで被覆した薄
膜超電導体に照射し、試料台と真空槽内のプラズマとの
間に電圧を印加して、薄膜超電導体をエッチング加工す
ることを特徴とする薄膜超電導体の製造方法。 （２）薄膜超電導体は、Ａ元素、Ｂ元素及びＣｕを含む
酸化物で、元素のモル比率が ０．５≦（Ａ＋Ｂ）／Ｃｕ≦２．５ で構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の薄膜超電導体の製造方法。 ここに、ＡはＳｃ、Ｙ及びランタン系列元素（原子番号
５７〜７１）のうち少なくとも一種、Ｂは少なくともI
Iａ族元素のうちの少なくとも一種あるいは二種以上の
元素を示す。 （３）薄膜超電導体が、少なくともビスマス（Ｂｉ）、
アルカリ土類、Ｃｕを含む酸化物で構成されることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜超電導体の製
造方法。 ここに、アルカリ土類はIIａ族元素のうちの少なくとも
一種あるいは二種以上の元素を示す。 （４）エッチングに用いるマスクの材料が、酸化アルミ
、酸化シリコン、酸化クロムであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の薄膜超電導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63072465A JPH01246373A (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63072465A JPH01246373A (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01246373A true JPH01246373A (ja) | 1989-10-02 |
Family
ID=13490083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63072465A Pending JPH01246373A (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01246373A (ja) |
-
1988
- 1988-03-25 JP JP63072465A patent/JPH01246373A/ja active Pending
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