JPH025582A - 超伝導薄膜の製造方法 - 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 本発明は超伝導薄膜の製造方法に関する。

超電導体は、その電気抵抗が零になる性質を利用して１
強力磁場発生装置や半導体素子の配線に。

また、ジョセフソン効果を利用した高速スイッチ素子や
微小磁場、電場センサとして使用される。

従来の技術 超電導体は、薄膜としての利用価値が大きい、薄膜の基
板には、セラミックス、単結晶、アモルファス物質、金
属等が用いられるが、酸化物の薄膜を作成した場合、基
板の種類と作成条件によって。

結晶の方位が変わりやすい。ＴＩ、　　Ｂａ、　　Ｃａ
、　　Ｃｕの酸化物超伝導体は、斜方晶系で、（ＲＥ）
ＢａａＣｕｓＯ□２１系（ＲＥは希土類元素）超電導体
と類似の結晶構造をもち、（１００）と（０１０）方向
に電流が流れ易いことが推定される［ヨウイチ　ェノモ
ト（ＹｏｕｌｃｈＩ　Ｅｎｏｍｏｔｏ）イ也：ジャパニ
ーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（
Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、）　２８巻、ページＬ１
２４８〜Ｌ１２５０．　１９８７年６月１９日受付］。

応用の観点からは、基板面に垂直に（００１）軸を並べ
ることが望ましい。（００１）配向、即ち、Ｃ軸配向に
適した基板を選び、高度にＣ軸配向した薄膜超電導体を
作成する必要がある。

発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、基板面に平行に、　　（１００）ある
いは（０１０）軸を配向させる。即ち、基板面に垂直に
（ＯＯｉ）方向が配向するようにすることである。

課題を解決するための手段 基板として（００１）面にへき閲させたＭｇＯ中結晶を
用い、アルゴン（Ａｒ）／酸素（０２）が体重比で９５
１５〜６０／４０．　　ガス圧力が８０〜２００ｍＴ、
基板の温度が４００〜６００°Ｃの条件下で９スパツタ
法によりＴＬ（Ｂａｔ−ｎｃａｌｌ）ｅｃｕｃ０２２−
ｘ酸化物〔但し、　　Ａ＝０．３〜０．７．　　Ｂ＝５
〜９．Ｃ＝３〜７］を成膜させる。

作用 基板の温度が低ずぎるか、Ａｒ１０２が大きすぎるか、
あるいは、ガス圧力が低ずぎると９作成した薄膜は多結
晶体あるいはアモルファス体である。

しかし、適当なＡｒ１０２．ガス圧力および基板温度で
は、薄膜の＜００１）軸が基板面に垂直に揃って。

エビタギシアル的に配向成長する。

実施例 ｉ膜ｉｔ　ＲＦ−マグネトロンスパッタ法により作成し
た。ターゲットの組成はＴＬ（Ｂａｔ−ｏｃａ向）、Ｉ
Ｃｕｃ０２．−ｘ　　＋：但し、　　Ａ：０，２へ−０
，８，Ｒ＝＝Ｊ〜１０．　　Ｃ＝２〜・８コである。原
料のＴｌ２Ｏ３，ＢａＣＯ３，ＣａＣ０ａ、ＣｕＯを所
定量、配合９　混合し９　ターゲットとした。ターゲッ
ト粉末は、銅皿に入れ、２００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプ
レスした。

スパッタガスはＩ　　Ａｒ１０２が体積比で９７／３〜
５０１５０の範囲の混合ガスである。ガス圧力は６０６
０−２５Ｏの範囲で変化させた。基板の温度は３５０−
６５０℃である。基板とターゲットの距離は８ｅｒｎで
ある。

基板には、（１００）面でへき関したＭｇＯ単結晶を用
いた。成膜は６時間行った。

類似の結晶構造の（ＲＥ　）Ｂ　ａ２　Ｃｕｓ　Ｏｐ？
−ｘ単結晶の場合、斜方晶系の（０１０）、（１００）
方向の電気抵抗が、（００１）方向に比べて、かなり低
いことが報告占れている（−に記の文献）。従って、臨
界電流密度も（０１０）、（１００）方向で大きいこと
が容易に推定できる。成膜は＋　　５ｍｍＸ１５ｍｍの
形状で行い、Ｘ線回折パターンを観測してのち。

ＲＦマグネトロンスパッタ法でＰｔ電極を付けた。

電気抵抗は４端子法で測定した。種々の条件で作成した
薄膜試料について、電気抵抗と帯磁率の温度変化の測定
により、超伝導現象を示すかどうかをしらべた。（００
１）、（００２）、（００３）・・・・方向が、基板に
垂直に配向している度合を表わすために配向率をＩ（０
０１）／［Ｉ（００１）→−Ｉ（０１０）コと定義した
。完全に（００１）方向に配向しているならば、即ち、
基板に垂直に（００１）方向が完全に揃っているならば
、配向率は１になる。この配向率が太き（なるスパッタ
リング条件を求めた。組成ＴＬ（Ｂａａ、６Ｃａｓｒ、
）ａｃｏｓ０２２−ｘについて種々のスパッタリング条
件で作成した薄膜の配向率を第１表に示す。この組成の
薄膜は試みたスパッタリング条件の範囲で、超伝導特性
を示し、臨界温度は９５〜１２５にであった。

配向率Ｉ（００１）／［Ｉ（００１）＋Ｉ（０１０）］
は＋　　Ａｒ１０２が９５１５〜６０／４０．　　ガス
圧力が８０８０−２Ｏ０，基板温度が４００〜８００℃
の範囲では、非常に大きく０．５以上になっている。

第１表　Ｔ　Ｌ（Ｂａ＠、５Ｃａｌ１１．５）ｓｃｕＧ
ｏ２２−ｘの作成条件と配向率の関係［１コ 第１表 Ｔ　ｌａ　（Ｂ　ａａ、ｓ　Ｃａｅ、ｓ　）＊　Ｃｕａ
　Ｏ２２−Ｘの作成条件と配向率の関係［２コ 第１表 Ｔ　１ａ（Ｂａａ、５Ｃａａ、５）ｓｃｕｅｏ２ａ−ｘ
の作成条件と配向率の関係［３コ 第１表 Ｔ　ｌ４（Ｂａｓ、５Ｃａｅ、５）ｓｃｕｓｏ２２−ｘ
の作成条件と配向率の関係［４］ ＣをＡ＝　０．２〜０．８．　　Ｂ＝４〜１０．　　Ｃ
＝２〜８の範囲で変えたときの超伝導臨界温度Ｔｃと配
向率の関係を第２表に示す。×は少なくとも液体窒素温
度以上では超伝導を示さなかった試料である。

第２表の結果から＋　　Ｔ１４（Ｂａ＋−ａｃａｌｌ）
ｓｃｕｃＯａａ−ｉ＋　［：但し、　　Ａ＝０．３〜０
．７．　　Ｂ＝５〜９．　　Ｃ＝３〜７］の組成の試料
が７７に以上の臨界温度と高い配向率をもつことがわか
る。

配向率の高い０．５以上の試料の室温における比抵抗は
、かなり低かった。例えば、配向率が０．７６の試料の
比抵抗は、配向率が０．１７の試料の比抵抗の約６０分
の１であった。

（以下余白） 次に、スパッタリング条件を一定にして、すなわちＡｒ
１０ａ：９０／１０．　　ガス圧力＝２００ｍＴ。

基板温度５５０°Ｃで作成した薄膜の超伝導特性と配向
率について組成の依存性をしらべた。組成式％式％ 第２表　組成式Ｔｌａ　（Ｂａｔ−ｎｃａｎ）　Ｂｃｕ
ｃ０２２−。

の薄膜の超伝導臨界ｍ度ＴＯ２配同率の組成依存性［１
］ 第２表 組成式ＴＩＡ（Ｂａｔ−ｎｃａａ）　ｅｃｕｅｏ２２−
ｘの薄膜の超伝導臨界温度Ｔｃ＋　　配向率の組成依存
性［２コ 第２表 組成式Ｔｌｚ　（Ｂａｔ−ｏｃａｌｌ）　１ｌＣｕｃＯ
２２−の薄膜の超伝導臨界温度Ｔｃ＋　　配向率の組成
依存性［３コ 発明の効果 本発明によれば、スパッタ法で、アルゴン／酸素。

ガス圧力、基板温度を制御するだけで、ＭｇＯ単結晶上
に９面に平行に比抵抗の低い、即ち、Ｘ板面に垂直に高
度に（００１）軸が配向した超電導薄膜を形成できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１００）面にへき開させたＭｇＯ（マグネシア）単結
   晶基板上に、アルゴン／酸素が体積比で９５／５〜６０
   ／４０、ガス圧力が８０〜２００ｍＴ、基板の温度が４
   ００〜６００℃で、スパッタ法により、Ｔｌ＿４（Ｂａ
   ＿１＿−＿ＡＣａ＿Ａ）＿ＢＣｕ＿ＣＯ＿２＿２＿−＿
   Ｘ酸化物［但し、Ａ＝０．３〜０．７、Ｂ＝５〜９、Ｃ
   ＝３〜７］薄膜を形成させることにより、基板面に平行
   に電気抵抗の低い結晶方位（１００）および（０１０）
   軸を配向させることを特徴とする超電導薄膜の製造方法
   。