JPH01614A - 酸化物超伝導薄膜の作製方法 - 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〕 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。

〔従来の技術〕

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。

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。

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
。

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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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。

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。

■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。

■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。

基板温度の上昇と共に基板に付着しにくい性質がある。

以上の理由により、酸化物超伝導体の薄膜を。

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。

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。

〔問題点を解決するための手段〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

■　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。

■　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。

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。

〔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。

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。

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。

Ｃｕが不足していた。

そこで、　ＹＪａ６Ｃｕ＋４０Ｘのターゲットを用い。

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。

超伝導特性を示し、　Ｔｃｅ＝８０にであった。

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。

〔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。

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。

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。

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。

また、同様にして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。

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。

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。

〔発明の効果〕

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。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）（Ｍ１＿１＿−＿ＸＭ２＿Ｘ）＿ＹＣｕＯ＿Ｚ（
   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。
2. （２）スッパタ法が、スパッタ、反応性スパッタ、イオ
   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。
3. （３）Ｍ１、Ｍ２の組成が、薄膜化後最適な原子比とな
   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。