JPH02255525A

JPH02255525A - Ｙ系超伝導薄膜の製造方法

Info

Publication number: JPH02255525A
Application number: JP1077188A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yoshitake; 務吉武; Tetsuro Sato; 哲朗佐藤; Junichi Fujita; 淳一藤田; Sadahiko Miura; 貞彦三浦
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-03-28
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1990-10-16
Also published as: JPH02255162A; DE4009678C2; DE4009678A1; US5033749A; GB9006995D0; GB2229641A; JP2621472B2; GB2229641B

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）本発明は高い臨界温度を有するＹ系酸化物を主体とする
超伝導薄膜の製造方法に関するものである。

（従来の技術）近年、高い臨界温度（Ｔｃ）を有する酸化物超伝導材料
として、４０にのＴｃを持つＬａ系の材料が発見された
のにひきつづいて、フィジカル、レビュー・レターズ（
Ｐｈｙｓ、　Ｒｅｖ、　Ｌｅｔｔ）巻５８．９０８頁の
ようにＭ、　Ｋ、　Ｗｕらによって発見された９０にの
Ｔｃを持つＹ系の材料が登場したため、材料科学の分野
で非常に注目されている。このＹ系超伝導体の９０にの
Ｔｃは液体窒素の沸点である７７によりも高い値である
ため、従来の臨界温度の低い超伝導材料がその冷媒とし
て価格の高い液体ヘリウムを利用する必要があったのに
対して、Ｙ系の材料は冷媒に安価な液体窒素を利用する
ことが可能である。そして、その用途は超伝導磁石用線
材、量子磁気干渉素子、超伝導ＬＳＩ配線、さらに超伝
導態動素子等多くの応用が考えられる。

このＹ系超伝導体を薄膜化する方法としては、従来、マ
グネトロンスパッタ法や蒸着等種種の方法が試みられて
いるが、いずれの方法においても高いＴｃを示す薄膜を
作製するためには、成膜後、８００°Ｃ〜９００°ｑ程
度の高い温度で酸素雰囲気中で熱処理する必要があった
。このため、薄膜はその結晶粒が非常に大きく発達して
しまい、薄膜の表面が非常に荒れた状態になってしまう
ため、前記の応用を目的とする場合には実用化すること
が不可能であった。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来のＹ系超伝導薄膜の製造方法は、超伝
導薄膜を製造するためには８００°Ｃ以上の高い温度で
熱処理することが必要であること、また、得られるＴｃ
がバルクの値と比較するとやや低い値である等の理由の
ため、前記の応用のためには不十分なものとなっている
。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決し
て、臨界温度が高いＹ系酸化物超伝導薄膜を低温で合成
する方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明はＹａＢａｂＣｕｌ−ａ−ｂＯＸなる式で表され
、ａ＝０．１５〜０．２、ｂ＝０．３〜０．３５、ｘ＝
０．９５〜１．０５である組成の酸化物を真空蒸着法に
よって薄膜化する際に、紫外線照射された酸素を基板に
吹き付けながら成膜を行うことを特徴とするＹ系酸化物
超伝導薄膜の製造方法である。さらに、成膜プロセス中
に真空容器内に高周波（ＲＦ）を導入することを特徴と
する前記酸化物超伝導薄膜の製造方法である。

（作用）Ｙ系酸化物超伝導薄膜において、ａの範囲を０．１５〜
０．２、ｂの範囲を０．３〜０．３５、Ｘの範囲を０．
９５〜１．０５と限定したのは、この範囲を外れると作
製された薄膜中において、超伝導相以外の異相の割合が
大きくなってしまい、Ｔｃが著しく低くなってしまうか
らである。また、紫外線照射された酸素を基板に吹き付
けながら成膜するのは、紫外線照射によってが０２分子
の解離が促進されて、反応性に優れたｏ３および原子状
の酸素が有効に生成するため、成膜中の薄膜表面におけ
る各成分の酸化反応が促進されるためである。次に、成
膜プロセス中に真空容器内にＲＦプラズマを導入するこ
とにより、各蒸発原子を活性化し、酸素との反応が促進
されるとともに、膜の結晶化温度を下げることができる
ため、成膜時の基板温度を低くすることができ、また、
超伝導相の結晶性を向上させることができる。

（実施例）以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。Ｙ
系酸化物超伝導薄膜を作製するために本実施例で用いた
多元蒸着装置を第１図に示す。真空容器１には電子ビー
ム加熱源２．３．４が備えられており、３種類の蒸着材
料Ｙ５、Ｂａ６、Ｃｕ７をそれぞれ独立に加熱溶解し各
成分原子を蒸発させる。各蒸着材料はるつぼ中に４０ｃ
ｃ準備することができる。この際、加熱源としては、抵
抗加熱源、レーザービーム加熱源等他の加熱源を用いて
もさしつがえない。さらに、蒸着材料として、例えば、
Ｂａの代わりにＢａＯを用いる等地の組合せを採用して
もさしつかえない。

基板８には（１００）ＭｇＯ単結晶基板を用いた。基板
としては、ＭｇＯ基板の他の方位の結晶や、ＳｒＴｉＯ
３、ＹＳｚ、サファイヤ等地の材質を用いてもさしつか
えない。基板の大きさは、２０ｍｍ角で厚さ０．５ｍｍ
である。基板はヒーター９によって８５０’Ｃまで加熱
することができる。また、薄膜の均一性を高めるため、
基板は基板回転機構１０によって成膜中回転させること
ができる。酸素ガスは導入管１１によって紫外線ランプ
１２が設置されている筒の中に導入されて紫外線照射さ
れた後、基板に向けて吹き付けられるようになっている
。紫外線ランプの強度は３００Ｗである。さらに、ＲＦ
コイル１３も設置されており、１００Ｗ程度のＲＦプラ
ズマを基板と蒸着源との間に導入することができる。

薄膜作製に際しては、最初に真空容器１を真空ポンプ１
４によって１０　　Ｔｏｒｒ台まで排気する。この後、
真空容器１中に真空度Ｉ　Ｘ　１０　　Ｔｏｒｒ程度に
なるように酸素ガスを導入管１１によって導入する。こ
の際、真空容器中の真空度は１０　　Ｔｏｒｒ〜１０　
　Ｔｏｒｒ台であれば、他の真空度でもさしつかえない
。基板８はヒーター９によって加熱され、６００°Ｃ程
度に保持されている。また、成膜中基板は一分間に１０
回回転度の自転をしている。この段階で、紫外線ランプ
１２の電源を起動して、酸素ガスに紫外線を照射して活
性化された酸素を基板に吹き付ける。この状態で電子ビ
ーム加熱源２〜４で各材料５〜７を蒸発させる。各材料
の蒸発速度は蒸発速度モニター１５．１６．１７モニタ
ーされ、また、制御されている。各材料の蒸発速度が各
々の目的とする値になったところで基板シャッター１８
を開き蒸着を開始する。

各蒸着材料から飛び出した蒸発原子は基板付近でお互い
に混合状態となり、紫外線によって活性化された酸素と
反応しながら、加熱された基板上で均質な酸化物薄膜と
して堆積する。成膜時の蒸着速度は約０．２Ａ／ｓｅｅ
である。また、作製した薄膜の膜厚は約５０ＯＡである
。得られた薄膜の組成はＥＰＭＡによって調べた。

このようにして作製した薄膜の構造をＸ線回折法によっ
て調べると、本発明の組成範囲に含まれる薄膜はおもに
Ｙ系の超伝導体相、即ち、Ｃ軸の格子定数が約１１．６
９Ａの相から構成されているのがわかった。今回の実施
例においては、本発明の範囲外の材料も含めて、第１表
に示した組成及び成膜条件の薄膜を作製した。なお、作
製した薄膜は酸素含有量が０．９５〜１．０５の範囲で
あった。また、第１表中には、電気抵抗測定によって評
価された薄膜のＴｃ（ゼロ抵抗状態となる温度）も同時
に示されている。

紫外線の欄で○は照射あり、×は照射なし、高周波の欄
でＯは印加した場合、×は印加しない場合。

表のうち、本部は本発明の範囲外である。

表に見られるように、組成がａ＝０．１５〜０．２、ｂ
＝０．３〜０．３５の範囲にあり成膜中に酸素ガスに紫
外線を照射した薄膜はいずれの薄膜においても９０に前
後のＴｃが得られている。一方、成膜中に酸素ガスに紫
外線を照射しなかった薄膜では、本発明の請求の範囲の
組成に含まれる場合においても超伝導相は形成されず、
超伝導薄膜を作製することはできなかった。なお、本実
施例では、基板温度として６００°Ｃ程度の場合を示し
たが、５００°Ｃ〜６５０°Ｃの間であれば他の基板温
度で成膜を行ってもさしつかえない。基板温度を５００
°Ｃ以下にすると薄膜の結晶性が悪くなってしまうため
超伝導特性が得られなくなり、また、基板温度を６５０
°Ｃ以上にするとＣｕが還元されてやはり超伝導特性が
得られなくなってしまう。

また、第１表における薄膜で、本発明の範囲内にある薄
膜を電子顕微鏡によって観察すると薄膜は非常に均質で
あり、特に薄膜の表面は５０Ａ以下の精度で平坦である
ことがわかった。

以上の実施例において、真空容器１内にＲＦコイル１３
によってＲＦを導入すると酸素プラズマが発生して、酸
素がさらに活性化されるとともに、蒸着原子自体も活性
化される。このような環境下で成膜を行うことによって
、薄膜の結晶化温度が低くなるとともに、Ｔｃを高い値
に保持したままで、薄膜の結晶性を著しく向上させるこ
とが可能となった。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によるＹ系超伝導薄
膜の製造方法は、液体窒素の沸点以上のＴｃを有する薄
膜を低温で容易に合成することができ、デバイス等への
応用上、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例で使用した多元蒸着装置の
概略図である。図において、１・・・真空容器、２．３．４・・・電子
ビーム加熱源、５．６．７・・・蒸着材料、８・・・基
板、９・・・ヒーター、１０・・・基板回転機構、１１
・・・酸素ガス導入管、１２・・・紫外線ランプ、１３
・・・ＲＦコイル、１４・・・真空排気系、１５．１６
゜１７・・・蒸着速度モニター、１８・・・基板シャッ
ターである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｙ＿ａＢａ＿ｂＣｕ＿１＿−＿ａ＿−＿ｂＯ＿Ｘ
なる式で表され、ａは０．１５〜０．２、ｂは０．３〜
０．３５、ｘは０．９５〜１．０５である組成の酸化物
を真空蒸着法を用いて薄膜化する際に、紫外線照射され
た酸素を基板に吹き付けながら成膜を行うことを特徴と
する超伝導薄膜の製造方法。
（２）成膜プロセス中に真空容器内に高周波（ＲＦ）を
導入することを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の
酸化物超伝導薄膜の製造方法。