JPH02267106A - 超電導素子の製造方法 - Google Patents
超電導素子の製造方法Info
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- JPH02267106A JPH02267106A JP1089101A JP8910189A JPH02267106A JP H02267106 A JPH02267106 A JP H02267106A JP 1089101 A JP1089101 A JP 1089101A JP 8910189 A JP8910189 A JP 8910189A JP H02267106 A JPH02267106 A JP H02267106A
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Classifications
-
- 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
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Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (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】
（イ）産業上の利用分野
本発明は、超電導トランジスタ、超電導センサ等の製造
に適用することができる超電導素子の製造方法に関する
。
に適用することができる超電導素子の製造方法に関する
。
（ロ）従来の技術
近年、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系で代表される酸化物焼結体
が液体窒素の沸点（７７ＩＯより高い臨界温度で超電導
状態に入ることが見出されて脚光を浴びている。
が液体窒素の沸点（７７ＩＯより高い臨界温度で超電導
状態に入ることが見出されて脚光を浴びている。
超電導トランジスタ、超電導センサー等の超電導素子は
、超電導体薄膜の形成を前提とするものであり、この薄
膜を、たとえば前記酸化物焼結体を用いて、スパッタリ
ング法により形成することが知らｈている。このスパッ
タリング法は、前記酸化物焼結体をスパッタリング装置
の陰極又は陽極の一方を構成するターゲツト材として配
置し、対極に配設された基板上に酸化物超電導物質をス
パッタリングし、その後に熱処理するものである。
、超電導体薄膜の形成を前提とするものであり、この薄
膜を、たとえば前記酸化物焼結体を用いて、スパッタリ
ング法により形成することが知らｈている。このスパッ
タリング法は、前記酸化物焼結体をスパッタリング装置
の陰極又は陽極の一方を構成するターゲツト材として配
置し、対極に配設された基板上に酸化物超電導物質をス
パッタリングし、その後に熱処理するものである。
ところがこのスパッタリング法は、超電導薄膜の組成に
対応した組成の酸化物超電導焼結体を形成し、この焼結
体をターゲットとして基板」二にスバッタリングし、そ
の後に熱処理が必要となり、極めて煩雑な工程を必要と
する。
対応した組成の酸化物超電導焼結体を形成し、この焼結
体をターゲットとして基板」二にスバッタリングし、そ
の後に熱処理が必要となり、極めて煩雑な工程を必要と
する。
そこで、基板上の膜形成後の熱処理を必要としない化学
的な気相成長法として例えばハロイド系気相成長法につ
いて、文献“Ｈｉｇｈ−Ｔｃ Ｂ１５ｒｃａｃｕｏｘ
ｏｎ ＭｇＯ５ｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｇ
ｒｏｗｎ Ｂｙ Ｖ Ｐ Ｅ″ （Ｍ、Ｉｈａｒａ ｅ
ｔ ａＬ５ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋ
ｓｈｏｐ ｏｎ Ｆｕｔｕｒｅ Ｅｊｅｔｒｏｎ Ｄｅ
ｖｉｃｅｓ、ｐｐ １３７〜１４１（１９８８））で提
案されている。
的な気相成長法として例えばハロイド系気相成長法につ
いて、文献“Ｈｉｇｈ−Ｔｃ Ｂ１５ｒｃａｃｕｏｘ
ｏｎ ＭｇＯ５ｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｇ
ｒｏｗｎ Ｂｙ Ｖ Ｐ Ｅ″ （Ｍ、Ｉｈａｒａ ｅ
ｔ ａＬ５ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋ
ｓｈｏｐ ｏｎ Ｆｕｔｕｒｅ Ｅｊｅｔｒｏｎ Ｄｅ
ｖｉｃｅｓ、ｐｐ １３７〜１４１（１９８８））で提
案されている。
これは第２図に示すように、気相成長装置を用いるもの
で、石英ソースチャンバー１１内に、ソース材料である
Ｂ４Ｃ氾、、Ｃｕｌ、Ｃａ Ｉｔ及びＳｒ１．の固型材
料を配置すると共に石英ソースチャンバー１１を有する
石英反応管１２内にＭｇＯ基板１３を配置し、各ソース
材料及び基板１３を各ゾーン毎に加熱する抵抗加熱炉１
４を反応管１２の周囲に設けて構成される。抵抗加熱炉
１４の抵抗加熱線１５によりソース温度はＢ ｉＣｌ
ｓを２００℃、Ｃｕｒを５００℃、Ｃａ１．を８００℃
、ＳｒＩ、を８２５℃とし、基板１３の温度を８２５℃
として、ソースチャンバー１１にＨｅガスを流入するこ
とにより、各ソース材料からの蒸気を基板１３上に移行
させ、反応管１２に流入されるＨ ｅガスを混入した０
２ガスの雰囲気下で反応させて基板１３上に、Ｂ１−８
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の高温起電導薄膜を形成するもの
である。この方法によれば、マルチターゲットスパッタ
リングや多元蒸着法等のような物理的成膜法に比べ、化
学的な結合力を利用するため、高品位なエピタキシャル
膜を、後の熱処理なしで成長できる。
で、石英ソースチャンバー１１内に、ソース材料である
Ｂ４Ｃ氾、、Ｃｕｌ、Ｃａ Ｉｔ及びＳｒ１．の固型材
料を配置すると共に石英ソースチャンバー１１を有する
石英反応管１２内にＭｇＯ基板１３を配置し、各ソース
材料及び基板１３を各ゾーン毎に加熱する抵抗加熱炉１
４を反応管１２の周囲に設けて構成される。抵抗加熱炉
１４の抵抗加熱線１５によりソース温度はＢ ｉＣｌ
ｓを２００℃、Ｃｕｒを５００℃、Ｃａ１．を８００℃
、ＳｒＩ、を８２５℃とし、基板１３の温度を８２５℃
として、ソースチャンバー１１にＨｅガスを流入するこ
とにより、各ソース材料からの蒸気を基板１３上に移行
させ、反応管１２に流入されるＨ ｅガスを混入した０
２ガスの雰囲気下で反応させて基板１３上に、Ｂ１−８
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の高温起電導薄膜を形成するもの
である。この方法によれば、マルチターゲットスパッタ
リングや多元蒸着法等のような物理的成膜法に比べ、化
学的な結合力を利用するため、高品位なエピタキシャル
膜を、後の熱処理なしで成長できる。
（ハ）発明が解決しようとする課題
従来の気相成長法においては、一般に単一キャリアガス
を使用し、熱平衡状態でソース材料を蒸発させるため、
単一組成の膜を形成するのには都合がよいが、膜の組成
を積層する厚みによって変化させるには、膜の組成を異
ならしめるために各ソース温度を抵抗加熱炉１４により
調整する必要があるが、熱平衡状態に至る時間が単一原
子層の成膜速度に比べて遅いため、膜の組成を積層する
厚みよって異ならしめることが困難である。
を使用し、熱平衡状態でソース材料を蒸発させるため、
単一組成の膜を形成するのには都合がよいが、膜の組成
を積層する厚みによって変化させるには、膜の組成を異
ならしめるために各ソース温度を抵抗加熱炉１４により
調整する必要があるが、熱平衡状態に至る時間が単一原
子層の成膜速度に比べて遅いため、膜の組成を積層する
厚みよって異ならしめることが困難である。
本発明はかかる点に鑑み発明されたものにして、超電導
相化合物薄膜と非超電導相化合物薄膜を、膜の成長過程
において原子層、分子層レベルでエピタキシャル成長さ
せながら形成して、超電導素子を製造する方法を提供せ
んとするものである。
相化合物薄膜と非超電導相化合物薄膜を、膜の成長過程
において原子層、分子層レベルでエピタキシャル成長さ
せながら形成して、超電導素子を製造する方法を提供せ
んとするものである。
（ニ）課題を解決するための手段
かかる課題を解決するため、第１の本発明は、高温酸化
物超電導体組成の構成元素のハロゲン化物の固型材料と
基板を、キャリアガス中に配置すると共に前記固型材料
を加熱蒸発させ、加熱された基板上に前記超電導体組成
の化合物を析出させるものであって、基板上の超電導相
化合物と非超電導相化合物を、前記固型材料の加熱温度
及び基板温度を単一原子層の成膜速度より早く異ならし
めて層状に析出することを特徴とする。
物超電導体組成の構成元素のハロゲン化物の固型材料と
基板を、キャリアガス中に配置すると共に前記固型材料
を加熱蒸発させ、加熱された基板上に前記超電導体組成
の化合物を析出させるものであって、基板上の超電導相
化合物と非超電導相化合物を、前記固型材料の加熱温度
及び基板温度を単一原子層の成膜速度より早く異ならし
めて層状に析出することを特徴とする。
第２の本発明は、第１の本発明において前記所定の固型
材料及び基板の温度を抵抗加熱と赤外線又は高周波加熱
とにより制御することを特徴とするものである。
材料及び基板の温度を抵抗加熱と赤外線又は高周波加熱
とにより制御することを特徴とするものである。
（ホ）作用
前記固型材料の加熱温度及び基板温度を、単一原子層の
成膜速度より早く異ならしめることにより、熱平衡状態
を抵抗加熱の制御により得るものより、早く得ることが
できる。従って、基板上の超電導相化合物膜と非超電導
相化合物膜とを層状に形成することができる。
成膜速度より早く異ならしめることにより、熱平衡状態
を抵抗加熱の制御により得るものより、早く得ることが
できる。従って、基板上の超電導相化合物膜と非超電導
相化合物膜とを層状に形成することができる。
前記加熱温度及び基板温度は、抵抗加熱と赤外線又は高
周波加熱により、単一原子層の成膜速度より早く異なる
ものとなる。
周波加熱により、単一原子層の成膜速度より早く異なる
ものとなる。
（へ）実施例
本発明の一実施例を第１図に基いて説明する。
第１図は気相成長装置の概略図である。
この図面において、気相成長装置は、石英反応管１、石
英ソースチャンバー２、横型５ゾーン抵抗加熱炉３、石
英ファイバー管４及びガスコントロールシステムから構
成されている。
英ソースチャンバー２、横型５ゾーン抵抗加熱炉３、石
英ファイバー管４及びガスコントロールシステムから構
成されている。
石英ソースチャンバー２内には、高温酸化物超電導体組
成を構成する複数の元素のハロゲン化物の固型材料が各
ゾーンに分けて配置されている。
成を構成する複数の元素のハロゲン化物の固型材料が各
ゾーンに分けて配置されている。
この実施例では、Ｂ ｉ−８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ系酸化物超
電導体組成の構成元素のハロゲン化物として、Ｂ ｉ
Ｃｊ！、、ＣｕＩ、Ｃａ Ｉ ２及びＳｒ Ｉｔの固型
材料を夫々ボートに載置して、各ゾーン毎に対応して配
置する。
電導体組成の構成元素のハロゲン化物として、Ｂ ｉ
Ｃｊ！、、ＣｕＩ、Ｃａ Ｉ ２及びＳｒ Ｉｔの固型
材料を夫々ボートに載置して、各ゾーン毎に対応して配
置する。
石英反応管１内には、ソースチャンバー２の開口側に（
１，００）Ｍ ｇ Ｏ基板５をサセプタに載置して配置
する。
１，００）Ｍ ｇ Ｏ基板５をサセプタに載置して配置
する。
抵抗加熱炉３は、各ゾーンに対応した抵抗加熱線６が反
応管の周囲に配置され、ＣｕＩ及びＣｕＩ、の各固型材
料及び基板５に対応する抵抗加熱線６には夫々石英ファ
イバー管４が設けられている。抵抗加熱炉３による温度
は、Ｂ ＩＣｌ ＋が１８０℃、ＣｕＩが４５０℃、Ｃ
ａ１．が７００℃、Ｓ ｒ Ｉ ｔが８２５℃、基板５
が８００℃に設定されている。また、石英ファイバー管
４がら赤外線照射により、ＣｕＩは４５０℃から５００
℃に、Ｃａ １．は７００℃から８００℃に、基板５は
８００℃から８５０℃に加熱される。この際の温度変化
は赤外線を用いているため数秒以内と急峻である。
応管の周囲に配置され、ＣｕＩ及びＣｕＩ、の各固型材
料及び基板５に対応する抵抗加熱線６には夫々石英ファ
イバー管４が設けられている。抵抗加熱炉３による温度
は、Ｂ ＩＣｌ ＋が１８０℃、ＣｕＩが４５０℃、Ｃ
ａ１．が７００℃、Ｓ ｒ Ｉ ｔが８２５℃、基板５
が８００℃に設定されている。また、石英ファイバー管
４がら赤外線照射により、ＣｕＩは４５０℃から５００
℃に、Ｃａ １．は７００℃から８００℃に、基板５は
８００℃から８５０℃に加熱される。この際の温度変化
は赤外線を用いているため数秒以内と急峻である。
抵抗加熱と赤外線加熱の状態で、ソースチャンバー２に
キャリアガスとして純度９９．９９％のＨｅガスをガス
コントロールシステムにより流量２で、７分を流す。ソ
ースチャンバー２内にはＯ，ガスを流さないので、各固
型材料からの蒸気は反応せず、基板５上に移行する。
キャリアガスとして純度９９．９９％のＨｅガスをガス
コントロールシステムにより流量２で、７分を流す。ソ
ースチャンバー２内にはＯ，ガスを流さないので、各固
型材料からの蒸気は反応せず、基板５上に移行する。
反応管１には反応ガスとしての純度９９．９９％０゜ガ
スを０．１１７分と、ソースチャンバー２内との流速を
調整するための純度９９．９９％のＨｅガスを２２／分
とがガスコントロールシステムにより調整されて流入さ
れる。従って、基板５上で、各蒸気が反応してＢｉ＋５
ｒｔＣａｔＣｕｓＯｘ組成の膜が、成膜速度１０人／分
で形成される。この成膜速度は遅いが、その分結晶性、
平坦性に優れた膜が得られる。１００分成膜を行ない、
１０００人の超電導相化合物の膜を形成する。尚、この
膜の組成はＩＣＰ分析により求めた。また、この膜の抵
抗温度特性を測定したところ、臨界温度Ｔｃ（ｅｎｄ）
がｌｌ０Ｋであった。従って、Ｂｉ、Ｓｒ＋Ｃａ 、Ｃ
ｕ 、Ｏｘは酸化物超電導体であることがわかる。
スを０．１１７分と、ソースチャンバー２内との流速を
調整するための純度９９．９９％のＨｅガスを２２／分
とがガスコントロールシステムにより調整されて流入さ
れる。従って、基板５上で、各蒸気が反応してＢｉ＋５
ｒｔＣａｔＣｕｓＯｘ組成の膜が、成膜速度１０人／分
で形成される。この成膜速度は遅いが、その分結晶性、
平坦性に優れた膜が得られる。１００分成膜を行ない、
１０００人の超電導相化合物の膜を形成する。尚、この
膜の組成はＩＣＰ分析により求めた。また、この膜の抵
抗温度特性を測定したところ、臨界温度Ｔｃ（ｅｎｄ）
がｌｌ０Ｋであった。従って、Ｂｉ、Ｓｒ＋Ｃａ 、Ｃ
ｕ 、Ｏｘは酸化物超電導体であることがわかる。
上記膜の形成に続いて、ＣｕＬＣａｌｚ及び基板５に対
する赤外線加熱を止めると、１分以内に各ゾーンの温度
は抵抗加熱のみによる初期設定した温度１８０℃−４５
０℃−７００’Ｃ−８２５’Ｃ−８００℃に急峻に戻る
。この熱平衡状態で１０分開成膜を行ったところ、約１
００人のＢ１゜Ｓ ｒ 、Ｃｕ 、Ｏｘ膜を得た。この
膜組成はＩＣＰ分析により求めた。また、この膜を液体
窒素（沸点７７Ｋ）に浸しても抵抗は零にはならず、常
電導相又は半導体相の非超電導相の化合物であることが
判別した。
する赤外線加熱を止めると、１分以内に各ゾーンの温度
は抵抗加熱のみによる初期設定した温度１８０℃−４５
０℃−７００’Ｃ−８２５’Ｃ−８００℃に急峻に戻る
。この熱平衡状態で１０分開成膜を行ったところ、約１
００人のＢ１゜Ｓ ｒ 、Ｃｕ 、Ｏｘ膜を得た。この
膜組成はＩＣＰ分析により求めた。また、この膜を液体
窒素（沸点７７Ｋ）に浸しても抵抗は零にはならず、常
電導相又は半導体相の非超電導相の化合物であることが
判別した。
以上の工程で基板５上に］１３＋１ｓｒｔｃａｔｃｕ＋
Ｏｘの超電導相化合物薄膜とＢ ｉ ！Ｓ ｒｔｃｕ＋
ＯＸの非超電導相化合物薄膜を、両者の基本格子が同
一であるため、急峻なエピタキシャル界面で層状に形成
することができる。
Ｏｘの超電導相化合物薄膜とＢ ｉ ！Ｓ ｒｔｃｕ＋
ＯＸの非超電導相化合物薄膜を、両者の基本格子が同
一であるため、急峻なエピタキシャル界面で層状に形成
することができる。
また、上記非超電導相化合物薄膜を形成した後、再び赤
外線照射により、ＣｕＩ、ＣａＩ２及び基板の温度を夫
々５００℃、８００℃及び８５０℃に戻すことにより、
前述と同様にＢ １ｔ Ｓ ｒ ｒＣａ ｘ Ｃｕ ｈ
Ｏｘの超電導相化合物薄膜を１０００人形成する。か
くして、超電導相化合物薄膜、／非超電導相比合物薄膜
／超電導相化合物薄膜を急峻なエピタキシャル界面で層
状に形成することができる。
外線照射により、ＣｕＩ、ＣａＩ２及び基板の温度を夫
々５００℃、８００℃及び８５０℃に戻すことにより、
前述と同様にＢ １ｔ Ｓ ｒ ｒＣａ ｘ Ｃｕ ｈ
Ｏｘの超電導相化合物薄膜を１０００人形成する。か
くして、超電導相化合物薄膜、／非超電導相比合物薄膜
／超電導相化合物薄膜を急峻なエピタキシャル界面で層
状に形成することができる。
以上の実施例においては。ハロゲン化物の固型材料の加
熱温度と基板温度を、単一原子層の成膜速度より早く異
ならしめる手段として、赤外線加熱を用いたが、この赤
外線加熱に代って高周波加熱を用いることができる。ま
た、実施例では、Ｂ１−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ系酸化物超電
導体組成のものを用いたが、他の系たとえばＹｂ−Ｂａ
−Ｃｕ系、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ系酸化物超電導体組
成にも適用できる。
熱温度と基板温度を、単一原子層の成膜速度より早く異
ならしめる手段として、赤外線加熱を用いたが、この赤
外線加熱に代って高周波加熱を用いることができる。ま
た、実施例では、Ｂ１−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ系酸化物超電
導体組成のものを用いたが、他の系たとえばＹｂ−Ｂａ
−Ｃｕ系、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ系酸化物超電導体組
成にも適用できる。
（ト）効果
本発明は、高温酸化物超電導体組成の構成元素のハロゲ
ン化物の固型材料温度と基板温度を、単一原子層の成膜
速度より早く異ならしめて、超電導相化合物と非超電導
相化合物を層状に形成するから、固化合物薄膜をエピタ
キシャル状態で単結晶性を保持した状態で順次積層する
ことができ、超電導素子を製造することができる。
ン化物の固型材料温度と基板温度を、単一原子層の成膜
速度より早く異ならしめて、超電導相化合物と非超電導
相化合物を層状に形成するから、固化合物薄膜をエピタ
キシャル状態で単結晶性を保持した状態で順次積層する
ことができ、超電導素子を製造することができる。
また、上記温度を変化させるに際して、赤外線又は高周
波加熱を用いると、熱平衡状態に達するまでの応答速度
が数１０ミリ秒台まで高速化が可能で、この速度は単一
原子層の成膜速度に比べて十分に早く、単一原子層、分
子層での組成の制御を十分な精度で行うことができる。
波加熱を用いると、熱平衡状態に達するまでの応答速度
が数１０ミリ秒台まで高速化が可能で、この速度は単一
原子層の成膜速度に比べて十分に早く、単一原子層、分
子層での組成の制御を十分な精度で行うことができる。
第１図は本発明に用いる気相成長装置の概略図、第２図
は従来例で用いる気相成長装置の概略図である。
は従来例で用いる気相成長装置の概略図である。
Claims (2)
- （１）高温酸化物超電導体組成の構成元素のハロゲン化
物の固型材料と基板を、キャリアガス中に配置すると共
に前記固型材料を加熱蒸発させ、加熱された基板上に前
記超電導体組成の化合物を析出させるものであって、基
板上の超電導相化合物と非超電導相化合物を、前記固型
材料の加熱温度及び基板温度を単一原子層の成膜速度よ
り早く異ならしめて層状に析出形成することを特徴とす
る超電導素子の製造方法。 - （２）前記所定の固型材料及び基板の温度を、抵抗加熱
と赤外線又は高周波加熱とにより制御することを特徴と
する請求項（１）記載の超電導素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1089101A JP2828652B2 (ja) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | 超電導素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1089101A JP2828652B2 (ja) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | 超電導素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02267106A true JPH02267106A (ja) | 1990-10-31 |
| JP2828652B2 JP2828652B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=13961499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1089101A Expired - Fee Related JP2828652B2 (ja) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | 超電導素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2828652B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0248404A (ja) * | 1988-08-10 | 1990-02-19 | Fujitsu Ltd | 超伝導薄膜の形成方法およびその形成装置 |
-
1989
- 1989-04-07 JP JP1089101A patent/JP2828652B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0248404A (ja) * | 1988-08-10 | 1990-02-19 | Fujitsu Ltd | 超伝導薄膜の形成方法およびその形成装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2828652B2 (ja) | 1998-11-25 |
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