JPH02194176A - 酸化物超電導薄膜の形成方法 - Google Patents

酸化物超電導薄膜の形成方法

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JPH02194176A
JPH02194176A JP1010019A JP1001989A JPH02194176A JP H02194176 A JPH02194176 A JP H02194176A JP 1010019 A JP1010019 A JP 1010019A JP 1001989 A JP1001989 A JP 1001989A JP H02194176 A JPH02194176 A JP H02194176A
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JP
Japan
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gas
oxide superconducting
substrate
thin film
dpm
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Pending
Application number
JP1010019A
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English (en)
Inventor
Michio Shimotomai
道夫 下斗米
Yasuhiro Kakio
垣生 泰弘
Yoshihito Tate
舘 義仁
Akira Seki
明 関
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
JFE Mineral Co Ltd
Original Assignee
Kawatetsu Mining Co Ltd
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH02194176A publication Critical patent/JPH02194176A/ja
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Chemical 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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明はジョセフソン素子や超電導量子干渉計5QU
ID等の作製に利用すると有利な酸化物超電導薄膜の形
成方法に関する。
(従来の技術) 酸化物超電導薄膜の形成方法としてニューセラミックス
(1988) Nα6(オプトロニクス社)  p 2
4−28にはMO−CVD法についての開示があるが、
MO−CVD法では基板温度を780°C程度の高温に
加熱する必要があった。したがって例えば酸化物超電導
薄膜−絶縁膜−酸化物超電S薄膜(SIS構造)のよう
に薄膜を積層化してジョセフソン素子や5QUID等を
作成する場合にMO−CVD法を用いると、二層目、三
層目を形成する際の熱エネルギーによるダメージが大き
く酸素欠損や眉間の相互拡散による組成変動等の悪影響
が大きくなるため、上記のデバイスを作成するには不向
きである。
またシリコン単結晶薄膜や化合物半導体薄膜の成膜に利
用される光励起気相法は、基板あるいは気相中、に紫外
線を照射し、有機金属化合物を含む原料ガスや基板表面
のマイグレーションを促進させるもので、低温で結晶性
の優れた薄膜を形成する方法として知られている。
しかしながら酸化物超電導薄膜の形成に当っては、使用
する原料の種類が多い上、使用する有機金属化合物は室
温で固体であるのでガスとしての供給が困難であり、さ
らに反応ガスとして酸素ガスを使用して酸化反応を起こ
させなければならないため紫外線による励起だけでは均
一な反応を維持しての大幅な低温化は望めず、酸化物超
電導薄膜を積層デバイスへ応用することは困難であった
また、現在酸化物超電導薄膜の形成に使用されるMgO
や5rTi03の基板は材料の誘電損失が大きいため、
高感度磁気センサーの5QUIDには雑音として大きな
影響がでて使用できないことから、酸化物超電導薄膜を
シリコン単結晶基板上に形成し得る方法が切望されてい
た。
(発明が解決しようとする課題) この発明は光化学反応を最大限に利用し、酸化物超電導
薄膜の堆積速度を向上させるとともに、基板温度を低温
にしても酸素欠損がなく、結晶性の優れた酸化物超電導
薄膜を高温アニール処理なしに形成する方法について提
案することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 発明者らはとくに光化学反応について研究を重ねた結果
、(1)波長110〜400 nmの紫外光が酸素ガス
、亜酸化窒素ガス、またはオゾンのガスを活性な酸素ラ
ジカル又はオゾンに励起し得ることおよび(2)酸化物
超電導薄膜の原料となる有機金属化合物は250cm−
’ 〜8000cm−’の赤外線領域において−CB、
、−CO−CH等の赤外線吸収ピークを有し、これらガ
ス分子の振動吸収の波長を含む赤外線を照射すると本来
の有機金属化合物の分解温度より低温で活性化できるこ
とを新たに見出した。
さらに紫外線と赤外線とを同時に照射することによって
、活性酸素と薄膜形成の基となる有機金属化合物のガス
とが気相中又は基板表面で反応するとともに酸化物超電
導薄膜中の酸素量を増加させ、従、来よりも低温で結晶
性の優れた酸化物超電導薄膜を作製できることも新たに
判明した。
この発明はかかる知見に基いて酸化物超電導薄膜の有利
な形成方法を完成したものである。
すなわちこの発明は、基板を配置した反応室内に、複数
の有機金属化合物と酸素ガス、亜酸化窒素ガスおよびオ
ゾンの少なくとも一種とからなる原料ガスを減圧雰囲気
下にて導入し、該原料ガスに赤外線と紫外線とを同時に
照射して原料ガスを励起、分解し、基板上に酸化物超電
導薄膜を形成することを特徴とする酸化物超電導薄膜の
形成方法である。
以下、この発明に従う光励起気相成長法による酸化物超
電導薄膜の形成について説明する。
さて、第1図にこの発明に直接使用する光励起気相成長
装置を示す。
図中符号1は高純度アルゴンを充填したボンベ、2は高
純度の酸素ガス、亜酸化窒素またはオゾンを充填したボ
ンベ、3は流量計、4は有機金属化合物の蒸発容器、5
は水平に向けた紫外線光源、6は円筒型赤外線ランプ、
7は平面型赤外線ランプ、8は基板9の近傍に配置した
紫外線光源、lOはステンレス鋼製のフランジ、11は
拡散ポンプおよび/またはロータリポンプ、12は石英
ガラス、フッ化マグネシウムまたはフッ化カルシウム製
の窓、13は石英製の基板ホルダー、14は石英製の反
応管である。
ここで紫外光励起に用いる光源は、紫外線を有するもの
であればいずれでも良く、例えば重水素ランプ、水銀ラ
ンプおよびエキシマレーザ−等が有利に適合する。一方
赤外光励起に用いる光源は0.8μm〜50μmの波長
を有するものであればよく、例えばタングステン線又は
モリブデン線赤外線ランプ、C(hガスレーザー等が有
利に適合する。
なお反応管への光の導入窓としては、紫外光の透過性の
良い石英ガラス、フッ化マグネシウム、またはフッ化カ
ルシウム等の透明で高温に耐えるセラミックスを用いる
のが好ましい。
また酸化物超電導薄膜用原料としての有機金属化合物は
、Ln (DPM)+ (但しLnはインドリウム、ス
カン、ジウムを含むランタノイド等およびDPM 4よ
ジピバロイルメタナト錯体等を示す) 、Cu、 Pb
Biから成る有機金属化合物としてCu(DPM)z。
Pb(DPM) z、Bi (DPM) s、  Bi
(フェニル)3.アルカリ土類金属の有機金属化合物と
してBa (DPM) z、 Sr(DPM)z、 C
a(DPM)z、 Mg(叶M)2  等が挙げられ、
以上の有機金属化合物から選ばれる少なくとも2種を使
用することが好ましい。
さらに光励起気相成長法における有機金属化合物のキャ
リアガスは、アルゴン等の不活性ガスを用い、その他の
導入ガスとしては酸素、オゾン又は亜酸化窒素と不活性
ガスの混合ガスを用いる。
さて第1図の装置において有機金属化合物ガスは蒸発容
器4を100〜300°Cに加熱し内部の有機金属化合
物を蒸発させて反応管14に導入する。
一方酸素ガス、オゾン、亜酸化窒素のうちから選ばれる
少なくとも一種を100〜300°Cに加熱し、基板9
より上流側から導入する。紫外線は反応容器内の光源5
および8の位置から、一方赤外線は反応容器外のランプ
6および7の位置から同時に照射し、酸化物超電導薄膜
を基板9上に形成する。
(作 用) 原料ガスを導入した反応室内では、まず赤外線により各
種有機金属化合物の−CH,、−Co−、−CI基が活
性化した後、紫外線により−CH,、−CO−。
CIの分解が生じ、さらに0□、 N20.03ガスが
酸素ラジカルに励起され気相反応が促進する。また基板
表面赤外線と紫外線を同時に照射することでマイグレー
ションによる表面反応を促進し、従来法よりも300°
Cも低温で結晶性の優れた酸化物超電導薄膜を形成し得
る。
なお赤外線は0.25〜50μm 、紫外線は110〜
400n+m (とくに110〜250nmの真空紫外
線)および真空度は1〜20torrがそれぞれ有利に
適合する。
すなわち赤外線は有機金属化合物を活性化できる波長と
熱源として作用する波長の両方を含む必要がある。一方
、紫外線も酸素、オゾン、亜酸化窒素を励起できる波長
を含めばよいが、とくに110〜250nmの波長が最
も活性な酸素ラジカルを効率よく発生でき、有利である
また、真空度は、基板上に薄膜形成を行なうため1〜2
0Torr程度のガス濃度で均一な組成比の薄膜が得ら
れるため望ましい。
(実施例) 実施■土 第1図に示した光励起気相成長法による酸化物超電導薄
膜形成装置を使用し、有機金属化合物としてトリフェニ
ルビスマス、Sr(DPM)g、  Ca(DPM)z
Cu (DPM) z (但しDPMはジピバロイルメ
タナト錯体)を各々、140”C,235°C,210
°C,130°Cで加熱蒸発させて反応管内に導入する
とともに、0□ガスを反応管内に1000 cc/l1
inで導入し、次いで波長0.25〜50,1/I11
の赤外線と波長110〜400 nmの紫外線を真空度
IQtorrの減圧下で同時に照射し、基板温度500
°Cでシリコン単結晶(100)上に、薄膜を形成した
ところ、第2図に示すような(00f )面に配向した
B i zCa zSr 2CLI 30XのX線回折
パターンを得た。また、シリコン基板からのシリコン拡
散もまったく見られず、赤外線と紫外線の同時照射によ
り基板温度の低温化と結晶性の優れた薄膜の形成を確認
できた。
実施■叉 第1図に示したような光励起気相成長法による酸化物超
電導薄膜形成装置を使用し、有機金属化合物としてトリ
フェニルビスマス 、Sr(DPM)z。
Ca(DPM)g 、  Cu(DPM)z、 Pb(
DPM)zを各々130°C9235°C,210°C
,130°C,120°Cで加熱蒸発させて反応管内に
導入するとともに、N20ガスを反応管内に500cc
/minで導入し、次いで波長0.25〜50μmの赤
外線と波長115〜400nmの紫外線を真空度5 t
orrの減圧下で同時に照射し、基板温度500°Cで
シリコン単結晶(100)上に薄膜を形成した。この薄
膜の臨界温度Tcについて測定した結果を第5図に示す
ようにTcは78にで、したがって液体窒素下において
デバイスへ応用できること、すなわちシリコン基板上で
の超電導デバイス設計が可能になることが確認できた。
(発明の効果) この発明によれば、赤外線と紫外線を気相中に同時照射
することで従来法よりも300’C以上の基板温度・の
低下を達成して膜形成時のダメージを最小限とし、さら
に積層時の酸素欠損や積層膜の相互拡散による組成変動
を防止し、積層構造をもつジョセフソン素子や5QUI
D等の酸化物超電導薄膜デバイスの製作を実現する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に用いる光励起気相成長法による酸化
物超電導薄膜形成装置の一例を示す模式第2図は実施例
で作製した薄膜のX線回折パターンのグラフ、 第3図は実施例で作製した薄膜の低温における抵抗率を
測定した結果を示すグラフである。 1.2・・・ボンベ     3・・・流量計4・・・
蒸発容器      5,8・・・紫外線光源6.7・
・・赤外線ランプ  9・・・基板10・・・フランジ 11・・・拡散ポンプおよび/またはロータリーポンプ
12・・・窓 14・・・反応管。 ―−− 同 出 願 人 川 鉄 鉱 業 株 式 %式%)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、基板を配置した反応室内に、複数の有機金属化合物
    と酸素ガス、亜酸化窒素ガスおよびオゾンの少なくとも
    一種とからなる原料ガスを減圧雰囲気下にて導入し、該
    原料ガスに赤外線と紫外線とを同時に照射して原料ガス
    を励起、分解し、基板上に酸化物超電導薄膜を形成する
    ことを特徴とする酸化物超電導薄膜の形成方法。
JP1010019A 1989-01-20 1989-01-20 酸化物超電導薄膜の形成方法 Pending JPH02194176A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106467963A (zh) * 2015-08-14 2017-03-01 炬力奈米科技有限公司 光辅助原子层沉积方法
WO2020030900A1 (en) * 2018-08-06 2020-02-13 Queen Mary University Of London Substrate layer
JP2021525308A (ja) * 2018-05-31 2021-09-24 イビデン株式会社 微細結晶粒3C−SiC厚膜およびそれを調製するためのプロセス

Cited By (3)

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