JPH0248404A - 超伝導薄膜の形成方法およびその形成装置 - Google Patents
超伝導薄膜の形成方法およびその形成装置Info
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- JPH0248404A JPH0248404A JP63200647A JP20064788A JPH0248404A JP H0248404 A JPH0248404 A JP H0248404A JP 63200647 A JP63200647 A JP 63200647A JP 20064788 A JP20064788 A JP 20064788A JP H0248404 A JPH0248404 A JP H0248404A
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- JP
- Japan
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- thin film
- superconducting
- substrate
- temperature
- superconducting material
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- Pending
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- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (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】
〔概要〕
超伝導薄膜の形成方法に関し、
ロー界雷流、臨界温度ともに高い超伝導Ｆｉｌ膜の形成
方法の提供を目的とし、 予め所定温度に加熱された基板上に超伝導材料薄膜を堆
積させる際に、前記超伝導材料薄膜の表面にレーザ光ま
たは赤外線を間欠的に照射することを含み構成する。
方法の提供を目的とし、 予め所定温度に加熱された基板上に超伝導材料薄膜を堆
積させる際に、前記超伝導材料薄膜の表面にレーザ光ま
たは赤外線を間欠的に照射することを含み構成する。
本発明は、超伝導薄膜の形成方法およびその形成装置に
関する。
関する。
近年、超伝導特性を利用した超伝導装置の開発が盛んで
あり、ジゴセフソン接合の作成などのデバイスへの応用
から高い臨界電流と臨界温度を有する超伝導薄膜の提供
が望まれている。
あり、ジゴセフソン接合の作成などのデバイスへの応用
から高い臨界電流と臨界温度を有する超伝導薄膜の提供
が望まれている。
〔従来の技術］
高温超伝導材料（たとえばＹ＋ Ｂａ、 Ｃｕ、 ０の
混合物）は７００℃〜８００℃に加熱しないと結晶成長
しない。しかし、この温度での安定した結晶構造は正方
晶であり、正方晶の結晶構造では酸素含有量が少なく、
はとんど超伝導特性を示さない。この正方晶を酸素供給
下で４００〜６００°Ｃに冷却すると、この温度におけ
る安定な結晶構造である斜方晶に相転移し、このとき酸
素を十分に取り入れて高臨界電流、高臨界温度の優れた
超伝導特性を示す。
混合物）は７００℃〜８００℃に加熱しないと結晶成長
しない。しかし、この温度での安定した結晶構造は正方
晶であり、正方晶の結晶構造では酸素含有量が少なく、
はとんど超伝導特性を示さない。この正方晶を酸素供給
下で４００〜６００°Ｃに冷却すると、この温度におけ
る安定な結晶構造である斜方晶に相転移し、このとき酸
素を十分に取り入れて高臨界電流、高臨界温度の優れた
超伝導特性を示す。
そこで従来の超伝導薄膜の形成方法としては、スバンタ
法あるいはＥＢ蒸着法により超伝導材料を基板上に非晶
質状態に堆積さセた後、９００°Ｃで数時間アニールし
て結晶成長させ、その後４００’Ｃの酸素雰囲気中で再
度アニールして超伝導特性を持たせている。
法あるいはＥＢ蒸着法により超伝導材料を基板上に非晶
質状態に堆積さセた後、９００°Ｃで数時間アニールし
て結晶成長させ、その後４００’Ｃの酸素雰囲気中で再
度アニールして超伝導特性を持たせている。
しかし、この従来の方法ではアニール工程中に基板を９
００°Ｃの高温に長時間加熱するので、超伝導膜と基板
の境界面で熱拡散により超伝導膜の結晶構造が乱れるた
めに超伝導特性の低下を招き、臨界電流、臨界温度とも
に低い薄膜しか得られていない。
００°Ｃの高温に長時間加熱するので、超伝導膜と基板
の境界面で熱拡散により超伝導膜の結晶構造が乱れるた
めに超伝導特性の低下を招き、臨界電流、臨界温度とも
に低い薄膜しか得られていない。
本発明は、臨界電流、臨界温度ともに高い超伝導ＴＩ膜
の提供を目的とする。
の提供を目的とする。
〔課題を解決するための手段］
本発明の超伝導薄膜の形成方法は、予め所定温度に加熱
された基板上に超伝導材料薄膜を堆積させる際に、前記
超伝導材料薄膜の表面にレーザ光または赤外線を間欠的
に照射することを特徴とし、本発明の超伝導薄膜の形成
装置は、基板を加熱して基板温度を所定温度に保つ加熱
手段と、前記基板上に超伝導材料薄膜を堆積させる手段
と、前記超伝導材料薄膜の表面にレーザ光または赤外線
を間欠的に照射する手段とを有することを特徴とし、 前記目的を達成する。
された基板上に超伝導材料薄膜を堆積させる際に、前記
超伝導材料薄膜の表面にレーザ光または赤外線を間欠的
に照射することを特徴とし、本発明の超伝導薄膜の形成
装置は、基板を加熱して基板温度を所定温度に保つ加熱
手段と、前記基板上に超伝導材料薄膜を堆積させる手段
と、前記超伝導材料薄膜の表面にレーザ光または赤外線
を間欠的に照射する手段とを有することを特徴とし、 前記目的を達成する。
本発明では、予め基板を超伝導材の斜方晶転移が起きる
４００°Ｃ程度に加熱しておき、基板上に超伝導材料を
非晶質状態で堆積させる過程において、レーザ光または
赤外線を基板上に被着形成された超伝導材料薄膜に間欠
的に照射する。これにより、前記超伝導材料薄膜表面の
温度は、レーザ光または赤外線の照射時には瞬間的に９
００°Ｃ程度に上昇し、非照射時には急激に基板温度に
まで下降する。
４００°Ｃ程度に加熱しておき、基板上に超伝導材料を
非晶質状態で堆積させる過程において、レーザ光または
赤外線を基板上に被着形成された超伝導材料薄膜に間欠
的に照射する。これにより、前記超伝導材料薄膜表面の
温度は、レーザ光または赤外線の照射時には瞬間的に９
００°Ｃ程度に上昇し、非照射時には急激に基板温度に
まで下降する。
この結果、基板上に非晶質上に堆積した超伝導材料は、
レーザ光（または赤外線）照射による高温時に結晶成長
し、非照射による低温時に斜方晶に相転移して超伝導特
性ををする薄膜となる。このようにして、超伝導特性を
有する物質が順次堆積して、超伝導薄膜が形成される。
レーザ光（または赤外線）照射による高温時に結晶成長
し、非照射による低温時に斜方晶に相転移して超伝導特
性ををする薄膜となる。このようにして、超伝導特性を
有する物質が順次堆積して、超伝導薄膜が形成される。
通常、超伝導薄膜形成の基板に用いられるＭｇＯ５ｒＴ
ｉ０３．サファイア単結晶は、レーザ光または赤外線の
波長範囲に対して高い透光性を示し、レーザ光および赤
外線の大部分は基板を透過するので、光照射による不必
要な基板の温度上昇はなく、また超伝導材料はレーザ光
および赤外線の吸収性が高いので、光照射による温度上
昇は超伝導材料薄膜の表面だけであり、基板温度は４０
０°Ｃ程度の低温に保たれる。
ｉ０３．サファイア単結晶は、レーザ光または赤外線の
波長範囲に対して高い透光性を示し、レーザ光および赤
外線の大部分は基板を透過するので、光照射による不必
要な基板の温度上昇はなく、また超伝導材料はレーザ光
および赤外線の吸収性が高いので、光照射による温度上
昇は超伝導材料薄膜の表面だけであり、基板温度は４０
０°Ｃ程度の低温に保たれる。
この結果、従来のような、高温加熱のために起こる相転
移による超伝導薄膜の結晶構造の乱れや、基板元素の熱
拡散による超伝導薄膜への不純物混入のない超伝導薄膜
が形成されるようになる。
移による超伝導薄膜の結晶構造の乱れや、基板元素の熱
拡散による超伝導薄膜への不純物混入のない超伝導薄膜
が形成されるようになる。
従って、超伝導特性の劣化、すなわち臨界温度および臨
界電電流の低下を招くことなく、超伝導薄膜が形成でき
るようになる。
界電電流の低下を招くことなく、超伝導薄膜が形成でき
るようになる。
さらに、超伝導材料の堆積と同時に超伝導薄膜が形成で
きるので、従来の多大の時間を要したアニール工程が不
要となり、工程の所要時間が大幅に短縮される。
きるので、従来の多大の時間を要したアニール工程が不
要となり、工程の所要時間が大幅に短縮される。
第１図は本発明の実施例に係る超伝導薄膜の形成装置の
構成図である０図において、１は反応室、２はＭｇＯ，
５ｒＴｉＯｉまたはサファイア単結晶の基板、２ａは基
板２上に被着形成された超伝導材料薄膜、３は基板２を
支持する基板支持具で、基板支持具３には基板２を加熱
するヒータ３ａが備えつけである。
構成図である０図において、１は反応室、２はＭｇＯ，
５ｒＴｉＯｉまたはサファイア単結晶の基板、２ａは基
板２上に被着形成された超伝導材料薄膜、３は基板２を
支持する基板支持具で、基板支持具３には基板２を加熱
するヒータ３ａが備えつけである。
４ａ、４ｂ、４ｃはそれぞれＹ、 Ｂａ、 Ｃｕの超伝
導材料の金属ソース、５ ａ −ｃはそれぞれＹ、 Ｂ
ａＣｕを加熱する電子ビームの発生部である。
導材料の金属ソース、５ ａ −ｃはそれぞれＹ、 Ｂ
ａＣｕを加熱する電子ビームの発生部である。
６は基板表面を加熱するＣＯｔ レーザ、７は基板に酸
素をシャワー状に供給する酸素供給器である。
素をシャワー状に供給する酸素供給器である。
なお、８は反応室内を真空に引く排気口である。
次に同図を参照しながら、本発明の実施例に係る超伝導
薄膜の形成方法について説明する。
薄膜の形成方法について説明する。
まず、基板２をヒータ３ａで加熱して４００″Ｃに保ち
ながら、酸素供器７により酸素をガス流量６ｃｃ／ｍｉ
ｎで基板２にシャワー状に供給する。このとき、反応室
１内の圧力を不図示の排気手段により排気して５ Ｘ
１０−’Ｔｏｒｒに保つ。この状態のままでＹ、 Ｂａ
、 Ｃｕの金属ソース４ａ〜Ｃに電子ビームを照射する
ことにより、金属ソース４ａ−ｃを蒸発させ、超伝導材
料であるＹ、 Ｂａ、 Ｃｕ、 ’Ｏを基板２上に非晶
質状態で堆積させて超伝導材料薄膜２ａを形成する。
ながら、酸素供器７により酸素をガス流量６ｃｃ／ｍｉ
ｎで基板２にシャワー状に供給する。このとき、反応室
１内の圧力を不図示の排気手段により排気して５ Ｘ
１０−’Ｔｏｒｒに保つ。この状態のままでＹ、 Ｂａ
、 Ｃｕの金属ソース４ａ〜Ｃに電子ビームを照射する
ことにより、金属ソース４ａ−ｃを蒸発させ、超伝導材
料であるＹ、 Ｂａ、 Ｃｕ、 ’Ｏを基板２上に非晶
質状態で堆積させて超伝導材料薄膜２ａを形成する。
これと同時に、超伝導材料薄膜２ａの表面の温度が超伝
導材料（Ｙ、 Ｂａ、 Ｃｕ、 Ｏ）が結晶成長する９
００−１０００’Ｃになるように、パワー０．３Ｊ／ｃ
ｍ”のＣｏｗ レーザ６によりレーザ光（波長ｌ００６
μｍ）を間欠的に超伝導材料ＷｔＷｉ ２ ａの前面に
パルス照射する。このときの超伝導材料薄膜表面の温度
変化を第２図に示す、なお、レーザの照射周波数は９１
Ｈｚ （すなわち、照射周期は１１ｍ５ｅｃ ）で、レ
ーザ光の照射時間はＩ ｔｍｓｅｃ、非照射時間は１０
ｍ５ｅｃである。
導材料（Ｙ、 Ｂａ、 Ｃｕ、 Ｏ）が結晶成長する９
００−１０００’Ｃになるように、パワー０．３Ｊ／ｃ
ｍ”のＣｏｗ レーザ６によりレーザ光（波長ｌ００６
μｍ）を間欠的に超伝導材料ＷｔＷｉ ２ ａの前面に
パルス照射する。このときの超伝導材料薄膜表面の温度
変化を第２図に示す、なお、レーザの照射周波数は９１
Ｈｚ （すなわち、照射周期は１１ｍ５ｅｃ ）で、レ
ーザ光の照射時間はＩ ｔｍｓｅｃ、非照射時間は１０
ｍ５ｅｃである。
この結果、超伝導材料薄膜２ａの表面温度は、結晶成長
する９００〜１０００°Ｃの高温と、超伝導特性の優れ
た斜方晶に相転移する４００〜６００”Ｃの低温との間
を繰り返し変化する。
する９００〜１０００°Ｃの高温と、超伝導特性の優れ
た斜方晶に相転移する４００〜６００”Ｃの低温との間
を繰り返し変化する。
この結果、高温時に基板表面に非晶質状態で堆積した超
伝導材料が結晶成長し、続く低温時に斜方晶に相転移し
て、超伝導特性を有する膜となる。
伝導材料が結晶成長し、続く低温時に斜方晶に相転移し
て、超伝導特性を有する膜となる。
このように超伝導材料の結晶成長と相転移が絶えず行わ
れて基板２上に超伝導薄膜が成長する。
れて基板２上に超伝導薄膜が成長する。
本発明で用いるレーザ光は、超伝導薄膜形成の基板とし
て主に用いられるＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ３，サファイア単
結晶をほとんど透過するので、レーザ光照射による基板
２の温度上昇はない。従って、基板温度は４００’Ｃ程
度の低温に保たれるので、高温での相転移することによ
る超伝導薄膜の結晶構造の乱れや、基板元素の熱拡散に
よる超伝導薄膜への不純物混入を招くことなく超伝導薄
膜が形成できる。この結果、臨界電流、臨界温度ともに
高い超伝導薄膜が形成できるようになる。
て主に用いられるＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ３，サファイア単
結晶をほとんど透過するので、レーザ光照射による基板
２の温度上昇はない。従って、基板温度は４００’Ｃ程
度の低温に保たれるので、高温での相転移することによ
る超伝導薄膜の結晶構造の乱れや、基板元素の熱拡散に
よる超伝導薄膜への不純物混入を招くことなく超伝導薄
膜が形成できる。この結果、臨界電流、臨界温度ともに
高い超伝導薄膜が形成できるようになる。
さらに、超伝導材料の堆積と同時に超伝導特性を示す超
伝導薄膜が形成できるので、従来のアニール工程が不要
になる。この結果、製造工程に要する時間が大幅に短縮
され、量産性に優れるとともにコスト低減に効果がある
。
伝導薄膜が形成できるので、従来のアニール工程が不要
になる。この結果、製造工程に要する時間が大幅に短縮
され、量産性に優れるとともにコスト低減に効果がある
。
なお、本実施例では、超伝導材料薄膜の形成にＥ Ｂ
７７６着法を用いたが、他の方法（たとえば、スパッタ
法など）を用いていもよい９また、本実施例ではレーザ
光の照射方法として、パルス照射して行ったが、超伝導
材料薄膜の表面をスキャンさせてもよい。
７７６着法を用いたが、他の方法（たとえば、スパッタ
法など）を用いていもよい９また、本実施例ではレーザ
光の照射方法として、パルス照射して行ったが、超伝導
材料薄膜の表面をスキャンさせてもよい。
さらに、超伝導材料薄膜２ａの照射光にはレーザ光の代
わりに赤外線を用いてもよいが、いずれの場合もパワー
が強すぎるとＹ、 Ｂａ、 Ｃｕが再庫発するので注意
する必要がある。
わりに赤外線を用いてもよいが、いずれの場合もパワー
が強すぎるとＹ、 Ｂａ、 Ｃｕが再庫発するので注意
する必要がある。
本発明によれば、光照射による温度上昇は超伝導材料薄
膜の表面だけであり基板温度は４００″Ｃ程度の低温に
保たれるので、基板元素が拡散することなく超伝導薄膜
が形成できるようになる。従って、特性の優れた超伝導
ｆ！膜、すなわち臨界電流臨界温度ともに高い超伝導薄
膜が形成できるようになる。
膜の表面だけであり基板温度は４００″Ｃ程度の低温に
保たれるので、基板元素が拡散することなく超伝導薄膜
が形成できるようになる。従って、特性の優れた超伝導
ｆ！膜、すなわち臨界電流臨界温度ともに高い超伝導薄
膜が形成できるようになる。
さらに、反応室内において超伝導材料の結晶成長と斜方
晶転移が同時に行われるので、超伝導薄膜の形成が一工
程で完了する。従って、従来方法において多大の時間を
要したアニール工程が不要となり、工程の所要時間が大
幅に短縮されて生産性が向上するとともにコスト低減に
も効果がある。
晶転移が同時に行われるので、超伝導薄膜の形成が一工
程で完了する。従って、従来方法において多大の時間を
要したアニール工程が不要となり、工程の所要時間が大
幅に短縮されて生産性が向上するとともにコスト低減に
も効果がある。
第１図は本発明の実施例に係る超伝導薄膜の形成装置の
構成図、 第２図はレーザ光照射をパルス照射で行った場合におけ
る超伝導材料薄膜表面の温度変化図である。 （符号の説明） ■・・・反応室、 ２・・・基板、 ２ａ・・・超伝導材料薄膜、 ３・・・基板支持具、 ３ａ・・・ヒータ、 ４ａ−ｃ・・・金属ソース、 ５ａ〜Ｃ・・・電子ビーム発生部、 ６・・・ＣＯ２レーザ、 ７・・・酸素供給器、 ８・・・排気口。
構成図、 第２図はレーザ光照射をパルス照射で行った場合におけ
る超伝導材料薄膜表面の温度変化図である。 （符号の説明） ■・・・反応室、 ２・・・基板、 ２ａ・・・超伝導材料薄膜、 ３・・・基板支持具、 ３ａ・・・ヒータ、 ４ａ−ｃ・・・金属ソース、 ５ａ〜Ｃ・・・電子ビーム発生部、 ６・・・ＣＯ２レーザ、 ７・・・酸素供給器、 ８・・・排気口。
Claims (2)
- （１）予め所定温度に加熱された基板上に超伝導材料薄
膜を堆積させる際に、 前記超伝導材料薄膜の表面にレーザ光または赤外線を間
欠的に照射することを特徴とする超伝導薄膜の形成方法
。 - （２）基板を加熱して基板温度を所定温度に保つ加熱手
段と、 前記基板上に超伝導材料薄膜を堆積させる手段と、 前記超伝導材料薄膜の表面にレーザ光または赤外線を間
欠的に照射する手段とを有することを特徴とする超伝導
薄膜の形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63200647A JPH0248404A (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 超伝導薄膜の形成方法およびその形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63200647A JPH0248404A (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 超伝導薄膜の形成方法およびその形成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0248404A true JPH0248404A (ja) | 1990-02-19 |
Family
ID=16427877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63200647A Pending JPH0248404A (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 超伝導薄膜の形成方法およびその形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0248404A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02267106A (ja) * | 1989-04-07 | 1990-10-31 | Sanyo Electric Co Ltd | 超電導素子の製造方法 |
| EP0926257A1 (en) * | 1997-12-23 | 1999-06-30 | United Technologies Corporation | Pre-oxidation method |
-
1988
- 1988-08-10 JP JP63200647A patent/JPH0248404A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02267106A (ja) * | 1989-04-07 | 1990-10-31 | Sanyo Electric Co Ltd | 超電導素子の製造方法 |
| EP0926257A1 (en) * | 1997-12-23 | 1999-06-30 | United Technologies Corporation | Pre-oxidation method |
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