JPH01614A - Method for producing oxide superconducting thin film - Google Patents
Method for producing oxide superconducting thin filmInfo
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- JPH01614A JPH01614A JP62-155080A JP15508087A JPH01614A JP H01614 A JPH01614 A JP H01614A JP 15508087 A JP15508087 A JP 15508087A JP H01614 A JPH01614 A JP H01614A
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- thin film
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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】
(産業上の利用分野〕
本発明は、超伝導デバイスに使用する超伝導薄膜の作製
方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for producing a superconducting thin film used in a superconducting device.
超伝導薄膜は、酸化物、金属、半導体等の基板上に形成
される。超伝導特性は、組成、結晶性、不純物濃度に左
右され、薄膜の堆積時の条件に依存する。Superconducting thin films are formed on substrates such as oxides, metals, and semiconductors. Superconducting properties depend on the composition, crystallinity, and impurity concentration, which in turn depends on the conditions during the deposition of the thin film.
最近< (La14Baz)zcu04と(Y+−xB
ax)tcuo4に代表される層状構造酸化物が30〜
100にという高いTcを示すことが見いだされた(例
えばZ。Recently < (La14Baz)zcu04 and (Y+-xB
ax) The layered structure oxide represented by tcuo4 is 30~
It has been found to exhibit Tc as high as 100 (e.g. Z.
Phys、 B64(1986)189.Phys、
Rev、 Lett、 5B(1986) 408 )
。これら高いTcの酸化物超伝導体の薄膜を形成する場
合、薄膜形成において重要なパラメータは、薄膜状態に
おける最適組成の実現と、結晶性を左右する基板温度で
ある。この様な酸化物超伝導体の薄膜化において、基板
温度は、一般に、 500’C以上が必要である。従来
。Phys, B64 (1986) 189. Phys.
Rev, Lett, 5B (1986) 408)
. When forming a thin film of such a high Tc oxide superconductor, important parameters in forming the thin film are the realization of an optimum composition in the thin film state and the substrate temperature, which influences crystallinity. In forming a thin film of such an oxide superconductor, the substrate temperature generally needs to be 500'C or higher. Conventional.
超伝導薄膜は、^1z(h、5rTiO+、TiCh
l熱酸化したSi等の基板が用いられている。The superconducting thin film is ^1z(h, 5rTiO+, TiCh
A thermally oxidized substrate such as Si is used.
これら基板上に、上記の高Tc酸化物超伝導体を数百°
C以上の基板温度で堆積したとしても。On these substrates, the above-mentioned high Tc oxide superconductor was deposited at several hundred degrees.
Even if deposited at a substrate temperature above C.
良好な超伝導特性を持つ薄膜を堆積することは容易でな
かった。その原因は2次のものがある。It was not easy to deposit thin films with good superconducting properties. There are two reasons for this.
■高いTcを持つ酸化物超伝導体が、■族と■族の金属
の酸化物及びCuの酸化物からなる多元系であり、全て
の元素を最適比率(組成)にすることが容易でない。(2) The oxide superconductor with high Tc is a multi-component system consisting of oxides of metals of group (2) and (2) and oxide of Cu, and it is not easy to achieve an optimum ratio (composition) of all elements.
■構成する酸化物は、スパッタ効率、基板への付着率、
蒸気圧等がそれぞれ異なるため、基板への堆積効率に差
ができ、形成された薄膜の組成は、ターゲット組成と異
なる。)
■酸化物超伝導体を構成するCuの酸化物は。■The constituent oxides are determined by sputtering efficiency, adhesion rate to the substrate,
Since the vapor pressure and the like are different, there is a difference in the deposition efficiency on the substrate, and the composition of the formed thin film is different from the target composition. ) ■What is the Cu oxide that makes up the oxide superconductor?
基板温度の上昇と共に基板に付着しにくい性質がある。It has a property that it becomes difficult to adhere to the substrate as the substrate temperature rises.
以上の理由により、酸化物超伝導体の薄膜を。For the above reasons, thin films of oxide superconductors.
基板上堆積する場合、良好な特性を持つ薄膜を得にくい
欠点があった。When deposited on a substrate, it is difficult to obtain a thin film with good properties.
本発明の目的は、酸化物超伝導体の薄膜堆積の従来技術
の欠点を解決し、超伝導デバイスに適用可能なTcの高
い高品質の超伝導酸化物薄膜を提供することにある。An object of the present invention is to overcome the drawbacks of the conventional techniques of thin film deposition of oxide superconductors and to provide a high quality superconducting oxide thin film with a high Tc that can be applied to superconducting devices.
本発明は、薄膜化によって不足する金属元素を金属、或
は、酸化物の形態で、ターゲット上に置き、最適組成の
薄膜を堆積させることにより、 Tcの高い酸化物超伝
導体の薄膜を形成することを特徴とするものである。特
に9本発明では、不足元素の補償法として、 MlとM
2元素が。The present invention forms a thin film of an oxide superconductor with a high Tc by depositing a thin film with an optimal composition by placing metal elements that are insufficient due to thinning on a target in the form of metal or oxide. It is characterized by: In particular, in the present invention, as a compensation method for missing elements, Ml and M
Two elements.
薄膜化した後、最適比率になるターゲットを準備し、そ
のターゲット上にCu元素の不足を補うCuの酸化物、
或は、金属を配置して補償することを基本とするもので
あり、この際、ターゲットは、 CuOを含んでも含ま
なくてもよいが。After thinning the film, prepare a target with an optimal ratio, and add Cu oxide on the target to compensate for the lack of Cu element.
Alternatively, it is based on compensation by arranging a metal, and in this case, the target may or may not contain CuO.
所定の堆積条件で、最適組成に近い成分量を含む方が、
最適組成の薄膜を実現しやすい、 MlとM2の原子比
の微細調整が必要な場合、 Cuと同様に、不足の元素
のものをターゲット上に置いて補償することも可能であ
る。Under predetermined deposition conditions, it is better to include component amounts close to the optimal composition.
If fine adjustment of the atomic ratio of Ml and M2 is required to easily realize a thin film with an optimal composition, it is also possible to compensate by placing the missing element on the target, similar to Cu.
従来9合金・化合物の超伝導体の薄膜は、熱酸化したS
t基板やサファイア基板等に堆積されている。A15型
化合物等では、600℃以上の基板温度で高品質の薄膜
が作製されているが。Conventionally, thin films of superconductors made of nine alloys/compounds were made using thermally oxidized S.
It is deposited on a T substrate, a sapphire substrate, etc. For A15 type compounds, etc., high quality thin films have been produced at substrate temperatures of 600° C. or higher.
Nb3GeやNb3Ga等ではターゲット組成と薄膜組
成とはほとんど差はなく、基板温度によってもあまり変
わらない。しかし、 Nb、AIでは、 Nbと^l
の蒸気圧の差は比較的大きく基板温度の上昇と共に変化
するが、最大でも数%の組成ずれにしか過ぎない。しか
し、酸化物系においては、 20〜30χの組成ずれは
容易に発生する。このため、ターゲットと薄膜の組成ず
れを考慮し。For Nb3Ge, Nb3Ga, etc., there is almost no difference between the target composition and the thin film composition, and it does not change much depending on the substrate temperature. However, in Nb and AI, Nb and ^l
Although the difference in vapor pressure is relatively large and changes as the substrate temperature rises, the difference in composition is only a few percent at most. However, in oxide systems, a compositional deviation of 20 to 30x easily occurs. For this reason, we take into account the compositional deviation between the target and the thin film.
ずれる量だけ組成を補償してターゲットを作製し、それ
を用いて、薄膜が作製されることになる。しかし、今回
発見された酸化物材料は、多元系であり、薄膜化による
組成ずれを調整することは容易でなく、さらに、堆積効
率は、基板温度に大きく依存し、一つのターゲットのみ
では、超伝導特性の良い薄膜を任意の基板温度で形成す
ることが難しい。A target is produced by compensating the composition by the amount of deviation, and a thin film is produced using the target. However, the oxide material discovered this time is a multi-component system, and it is not easy to adjust the composition deviation due to thinning.Furthermore, the deposition efficiency largely depends on the substrate temperature, and it is difficult to adjust the composition deviation due to thinning. It is difficult to form thin films with good conductivity at arbitrary substrate temperatures.
高Tc酸化物超伝導体をスパッタ等で薄膜化した場合2
次のような特徴があることが分かった。When a high Tc oxide superconductor is made into a thin film by sputtering etc. 2
It was found that it has the following characteristics:
■ M1金属とM2金属は、′薄膜化すると、ターゲッ
ト組成とはずれるものの堆積条件によりあまり組成変動
がない。(2) When M1 metal and M2 metal are made into thin films, their compositions do not vary much depending on the deposition conditions, although they differ from the target composition.
■ CuOの堆積効率は基板温度により影響され、温度
の上昇と共に、著しく小さくなる。(2) The deposition efficiency of CuO is affected by the substrate temperature and decreases significantly as the temperature rises.
この結果をもとに9本発明では、 MlとM2の原子
比に着目し、薄膜化において組成ずれを考慮した組成の
ターゲットを作製し、ターゲツト上で補償する元素は、
主として基板温度の影響を受けるCu元素とする。Based on this result9, in the present invention, we focused on the atomic ratio of Ml and M2, created a target with a composition that took into account the compositional deviation during thinning, and the elements to be compensated on the target were:
The Cu element is mainly affected by the substrate temperature.
〔実施例1〕
Y+BazCu+OXとY、Ba6Cu、、Oxのター
ゲットを作製した。Y、BazCu30xターゲットの
超伝導臨界温度(Tc)はTce(endpaint)
=90にであったが。[Example 1] Targets of Y+BazCu+OX and Y, Ba6Cu, and Ox were prepared. The superconducting critical temperature (Tc) of Y, BazCu30x target is Tce(endpaint)
It was 90.
Y、Ba、Cu、Oxターゲットは4.2にでも超伝導
を示さなかった。これらのターゲットを用い、 Ar+
lOχ02ガス中でのRFスパッタにより、ガス圧:3
Pa、電カニ30囲、とし、基板温度を600℃として
3000Aの薄膜を形成した。基板として。Y, Ba, Cu, and Ox targets did not exhibit superconductivity even at 4.2. Using these targets, Ar+
By RF sputtering in lOx02 gas, gas pressure: 3
A thin film of 3000 A was formed at a substrate temperature of 600° C. and an electric crab pressure of 30° C. as a substrate.
サファイア基板を用いた。高Tcを示すY1BazCu
lOxターゲットから得られた薄膜は超伝導特性を示さ
なかった。この薄膜を組成分析したところ、 Y:Ba
:Cuの原子比は1:0.3:0.09であった。一方
、 Y+BaaCu+*Oにのターゲットから得られた
薄膜は、やはり超伝導特性を示さなかったが、 Y:B
a:Cuの原子比はh2:1であった。この薄膜のYs
Ba比は高Tc組成比になっており。A sapphire substrate was used. Y1BazCu exhibiting high Tc
Thin films obtained from lOx targets did not exhibit superconducting properties. A compositional analysis of this thin film revealed that Y:Ba
:Cu atomic ratio was 1:0.3:0.09. On the other hand, the thin film obtained from the Y+BaaCu+*O target also did not exhibit superconducting properties, but the Y:B
The atomic ratio of a:Cu was h2:1. Ys of this thin film
The Ba ratio is a high Tc composition ratio.
Cuが不足していた。There was a lack of Cu.
そこで、 YJa6Cu+40Xのターゲットを用い。Therefore, we used a target of YJa6Cu+40X.
その上に、 CuOのペレットを置いて、 Y:Ba:
Cuの原子比が1:2:3に近い薄膜を作製した。作製
時の基板温度は600°Cであった。この薄膜は。Place a CuO pellet on top of it, Y:Ba:
A thin film in which the atomic ratio of Cu was close to 1:2:3 was fabricated. The substrate temperature during fabrication was 600°C. This thin film.
超伝導特性を示し、 Tce=80にであった。It exhibited superconducting properties, with Tce=80.
また、Y1M2zCu30x薄膜(M2:Be、 Mg
、 Ca、 Sr+ Zn+Cd、Hg、Cf)作製に
おいても、 Y、M、yCu、Oxターゲットを作製し
た。M2の金属によって、yの値は1〜8まで変わった
が、IMのY:M2の原子比は 1:2に近い値を示し
た。これらのターゲットを用い、 Cuの金属片をター
ゲット上に置くことによりY:M2:Cuの原子比が高
Tc組成の1=2:3に近い薄膜を得た。これらの薄膜
のTcは30〜75にであった。In addition, Y1M2zCu30x thin film (M2: Be, Mg
, Ca, Sr+ Zn+Cd, Hg, Cf), Y, M, yCu, Ox targets were also produced. Although the value of y varied from 1 to 8 depending on the metal of M2, the atomic ratio of Y:M2 in IM was close to 1:2. Using these targets, a thin film with a Y:M2:Cu atomic ratio close to 1=2:3 with a high Tc composition was obtained by placing a Cu metal piece on the target. The Tc of these thin films was 30-75.
〔実施例2〕
実施例1において、サファイア基板の代わりに、Si基
板を用い、スパッタガスとして^rガスを使用し、 Y
+BazCusOxとY1BabCu+aOxのターゲ
ット上
600°Cであった。 Y、BagCu+Oxターゲッ
トから得られた薄膜の組成は、 Y:Ba:Cu =
1:0.1:0.1であった。[Example 2] In Example 1, a Si substrate was used instead of the sapphire substrate, ^r gas was used as the sputtering gas, and Y
+BazCusOx and Y1BabCu+aOx targets were 600°C. The composition of the thin film obtained from Y, BagCu+Ox target is: Y:Ba:Cu =
The ratio was 1:0.1:0.1.
一方、 Y、Ba、Cu+40xのターゲットから得ら
れた薄膜の組成は、 Y:Ba:Cu =1:1.6:
1.5であった。On the other hand, the composition of the thin film obtained from the target of Y, Ba, Cu+40x is: Y:Ba:Cu =1:1.6:
It was 1.5.
双方の薄膜とも超伝導特性を示さなかった。後者のター
ゲットにHa、Cu片を置くことにより。Neither film showed superconducting properties. By placing a Ha,Cu piece on the latter target.
高Tc組成のY:Ba:Cu =1:2:3に近い薄膜
を得た。この薄膜のTcを測定したところ、 Tce・
10にであった。これは、酸素の量が不足しているため
である。そこで、酸素中、600°Cで10時間焼鈍し
た。この薄膜のTcは85 Kであった。A thin film with a high Tc composition of Y:Ba:Cu=1:2:3 was obtained. When the Tc of this thin film was measured, it was found that Tce・
It was on 10th. This is due to the lack of oxygen. Therefore, it was annealed in oxygen at 600°C for 10 hours. The Tc of this thin film was 85K.
また、同様にしてM1、Ba、Cu5Ox (Ml :
Sc、Ce。Similarly, M1, Ba, Cu5Ox (Ml:
Sc, Ce.
Pr、Nd、Pm、Yb、Lu、B+AI、Ga、 I
n、T1.Es) の薄膜を上記の条件のもとで作製
した。ターゲットとし。Pr, Nd, Pm, Yb, Lu, B+AI, Ga, I
n, T1. A thin film of Es) was produced under the above conditions. As a target.
Ml + BayCu 、 、、Oxを作製した。yの
値はMlの金属の種類によって、0.8〜1.5まで変
わった。これらのターゲットを用い、 Cu片をターゲ
ット上に置きスパッタした。 MlとHaの比が2より
かなりずれる時には、不足の元素をCu片と同時に置い
てスパッタし、高Tc組成に近い薄膜を作製した。得ら
れた薄膜のTcは低かったが。Ml + BayCu, , Ox were produced. The value of y varied from 0.8 to 1.5 depending on the type of metal of Ml. Using these targets, a Cu piece was placed on the target and sputtered. When the ratio of Ml and Ha deviated significantly from 2, the missing element was placed simultaneously with the Cu piece and sputtered to produce a thin film with a composition close to a high Tc. Although the Tc of the obtained thin film was low.
酸素中で焼鈍することにより、 Tcは上昇し、40〜
85にの薄膜となった。By annealing in oxygen, Tc increases to 40~
It became a thin film of 85 mm.
以上説明したように、本発明によれば、多元系の酸化物
の薄膜化において1組成ずれの変動の少ない元素系を予
め調製して作製したターゲットを用い、かつ、堆積効率
が基板温度に著しく影響されるCuをターゲット上に置
き補償するのであるから、任意の基板温度で高いTcの
薄膜組成を実現できる利点がある。As explained above, according to the present invention, when thinning a multi-component oxide, a target prepared in advance with an elemental system with little variation by one composition shift is used, and the deposition efficiency significantly changes depending on the substrate temperature. Since the affected Cu is placed on the target and compensated for, there is an advantage that a thin film composition with high Tc can be realized at any substrate temperature.
Claims (3)
0<X<1、1≦Y≦2、2≦Z<5、M1はIII族金
属(Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Yb、
Lu、B、Al、Ga、In、Tl、Es)からなる群
から選ばれた一または二以上の金属、M2はII族金属(
Be、Mg、Ca、Br、Ba、Zn、Cd、Hg、C
f)からなる群から選ばれた一または二以上の金属)か
らなる酸化物超伝導体の薄膜を、スパッタ法により基板
上に堆積する方法において、薄膜中で不足する金属元素
をターゲット表面上に金属あるいは酸化物の状態で配置
してスッパッタを行うことを特徴とする酸化物超伝導薄
膜の作製方法。(1) (M1_1_−_XM2_X)_YCuO_Z(
0<X<1, 1≦Y≦2, 2≦Z<5, M1 is a group III metal (Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Yb,
one or more metals selected from the group consisting of Lu, B, Al, Ga, In, Tl, Es), M2 is a group II metal (
Be, Mg, Ca, Br, Ba, Zn, Cd, Hg, C
f) A method of depositing a thin film of an oxide superconductor consisting of one or more metals selected from the group consisting of A method for producing an oxide superconducting thin film, which comprises disposing it in a metal or oxide state and performing sputtering.
ンビームスパッタ、反応性イオンビームスパッタ法のい
ずれかであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の酸化物超伝導薄膜の作製方法。(2) The method for producing an oxide superconducting thin film according to claim 1, wherein the sputtering method is any one of sputtering, reactive sputtering, ion beam sputtering, and reactive ion beam sputtering. .
るターゲットを使用し、該ターゲット上にCu元素を配
置して、スッパッタを行うことを特徴とする特許請求の
範囲第1項または第2項記載の酸化物超伝導薄膜の作製
方法。(3) Sputtering is performed by using a target in which the composition of M1 and M2 has an optimal atomic ratio after thinning, and by arranging the Cu element on the target. Or the method for producing an oxide superconducting thin film according to item 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62155080A JPS64614A (en) | 1987-06-22 | 1987-06-22 | Manufacture of oxide superconducting film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62155080A JPS64614A (en) | 1987-06-22 | 1987-06-22 | Manufacture of oxide superconducting film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01614A true JPH01614A (en) | 1989-01-05 |
| JPS64614A JPS64614A (en) | 1989-01-05 |
Family
ID=15598218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62155080A Pending JPS64614A (en) | 1987-06-22 | 1987-06-22 | Manufacture of oxide superconducting film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS64614A (en) |
-
1987
- 1987-06-22 JP JP62155080A patent/JPS64614A/en active Pending
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