JPH03150218A - 超電導薄膜の作製方法 - Google Patents

超電導薄膜の作製方法

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JPH03150218A
JPH03150218A JP1289661A JP28966189A JPH03150218A JP H03150218 A JPH03150218 A JP H03150218A JP 1289661 A JP1289661 A JP 1289661A JP 28966189 A JP28966189 A JP 28966189A JP H03150218 A JPH03150218 A JP H03150218A
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film
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糸崎 秀夫
Kenjiro Higaki
檜垣 賢次郎
Shuji Yatsu
矢津 修示
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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、複合酸化物超電導薄膜の作製方法に関する。
従来の技術 電子の相転移であるといわれる超電導現象は、長い間、
液体ヘリウムによる冷却を必要とする極低温下において
のみ観測される現象であるとされていた。しかしながら
、1986年にベドノーツ、ミューラー等によって、3
0にで超電導状態を示す(La、 Ha)、Cubaが
発見され、更に、1987年は、チ二一等によって、9
0に台の超電導臨界温度Tcを有するYBazCu3O
y発見され、続いて、1988年には前出等によって1
00に以上の臨界温度を示す所謂Bi系の複合酸化物系
超電導材料が発見された。
これらの複合酸化物系超電導材料は、廉価な液体窒素に
よる冷却でも超電導現象を実現することができるので、
超電導技術の実用的な応用の可能性が俄に取り沙汰され
るようになった。
上述のような高い臨界温度を示す複合酸化物系超電導材
料は、当初粉末冶金法により焼結体として得られていた
が、焼結体材料では特に臨界電流密度等の特性について
好ましい特性が得られず、最近では薄膜として作製する
方法が広く研究されるようになった。通常、複合酸化物
系超電導薄膜は、SrTIO:*単結晶基板、MgO単
結晶基板等の上に、真空蒸着法、スパッタリング法、M
BE法等の各種蒸着法によって成膜される。
発明が解決しようとする課題 複合酸化物超電導材料は、薄膜として作製されることに
よって、特に臨界電流密度等の点では画期的に特性が向
上した。しかしながら、超電導薄膜を実用的に利用する
ためにはまだ不十分である。
また、酸化物超電導材料において大きな臨界電流密度を
実現し、更にこれを各種のデバイスの作製に利用するた
めには、大面積の単結晶薄膜を作製する必要がある。し
かしながら、現状ではこれは実現されていない。
また更に、従来から知られている各種の蒸着法によって
作製された複合酸化物薄膜において有効な超電導特性を
実現するためには、成膜後の複合酸化物薄膜に対して行
うボストアニール処理が不可避である。しかしながら、
アニール処理時に基板材料が薄膜中に拡散するために、
基板近傍の領域では薄膜の品質が大幅に低下するこ七が
知られている。
そこで本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、より
品質の高い酸化物超電導薄膜を作製するための新規な方
法を提供することをその目的としている。
課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、基板上に複合酸化物超電導薄膜
を作製する方法であって、まず、基板上にYzBaCu
Oxなる組成を有する複合酸化物薄膜による下地層を成
膜し、続いて、YBazCu、 0.1なる組成を有す
る複合酸化物薄膜による超電導層を成膜する工程を含む
ことを特徴とする複合酸化物超電導薄膜の作製方法が提
供される。
作用 本発明に係る方法は、Y −Ba−Cuの複合酸化物超
電導薄膜の成膜に先立って、基板上に、やはりY −B
a−Cuの複合酸化物であって、その組成比が2:l:
Lであるような複合酸化物薄膜による下地層を成膜する
工程を含むことをその主要な特徴としている。
即ち、複合酸化物超電導材料として代表的な(YBa2
Cu30. )を、やはり代表的な基板材料であるMg
O単結晶基板上に成膜する場合について考えると、Mg
Oと(YBa2Cu3 Oy )との格子の不整合は9
.2%もあり、その結晶成長は、専ら(Y8a2Cus
Oyl自体に結晶し易い性質があることに依存している
と考えられる。しかしながら、前述のようにボストアニ
ール処理等によって基板材料が超電導薄膜側に拡散する
と、[YBa2CusO,]は最早超電導現象に有効な
構造を維持することができなくなる。
これに対して本発明に係る方法においては、基板上に、
やはりY −Ba−Cuの複合酸化物薄膜を形成し、こ
の下地層上に超電導薄膜を形成することになる。ここで
、下地層となる[YJaCuOw]は極めて結晶性が良
く、MgO基板上で再現性良くペロブスカイト構造を形
成する。また、CYzBa[”uO,]は極めて安定な
化合物で、成膜時およびアニール時の超電導薄膜層への
拡散が少なくなると共に、拡散した場合にも超電導層を
構成する元素と同じ元素なので超電導特性に及ぼす影響
が小さい。
このような本発明に係る方法によれば、極めて結晶性の
良いYBa2Cu30.薄膜を容易に作製することがで
きる。また、基板による超電導層の汚染が下地層によっ
て阻止されるので、薄膜内で実質的に超電導化する領域
の厚さが増加する。このような本発明に係る方法は、他
の複合酸化物超電導材料の薄膜作製にも応用することが
可能であると考えられる。
尚、本発明に係る方法において、下地層となる( Y 
2 BaCu O* )薄膜が所期の結晶構造を形成し
、且つ、基板材料の拡散を有効に阻止するためには、そ
の膜厚が100Å以上であることが好ましい。
以下に実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する
が、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の
技術的範囲を何ら限定するものではない。
実施例 下地基板として直径10mm口のMgO単結晶基板を使
用し、その(100)面を成膜面として、下記の第1表
に示すような成膜条件で、(Y2BaCuOx)薄膜を
作製し、続いてその上に(YBaiCu3Oy ]薄膜
を作製して、試料■を作製した。また、MgO単結晶基
板上に、直接[YBa2Cus Oy ]薄膜を成膜し
て試料■を作製した。
第1表(1) : Y2 BaCuO,酸化物薄膜の成
膜条件I スパッタリングガス iAr+o、   l
l  03 / (Ar+05)  l  0.2  
(体積比)  11 ガス圧力[Torr〕i   4
 xlo−”    11 基板温度〔t3   1 
  750      l高周波電力       5
0CW3 (0,64[W/cut) ) 1膜厚CA)  g  100   l第1表(2) 
: YBaz Cu* O,酸化物薄膜の成膜条件ター
ゲット組成 [Y:Ba:Cu]1 :2 :4 1 スパッタリングガス i  Ar  +  03 
  11 0、/(Ar+O,)  I  0.2  
(体積比)  11 ガス圧力(TorrE   l 
  4xlO−21I 基板温度[t]l    75
0      l高周波電力       5Q (W
)(0,64CW/cd〕) 1膜厚〔人]  #  3000  1上記のような成
膜条件で作製した各試料に対して、それぞれ超電導臨界
温度Tc  (Tc−oおよびTc−i )と臨界電流
密度Jc性とを測定した。測定結果を第2表に示す。
第2表 090   g9 12.5X10 ■ 91  84  i0.5xlO * : rTc−o Jは試料の電気抵抗が低下し始め
る温度を、rTc−i Jは試料の電気抵抗が測定でき
なくなった温度をそれぞれ表す。
客車 =77Kにおける臨界電流密度である。
更に、試料■および■について、X線回折、RHEED
により結晶性の評価を行ったが、何れの試料も結晶性の
良好な薄膜であった。従って、第2表に記載したような
臨界電流密度の差異は、試料■において、基板からMg
が薄膜中に拡散して超電導薄膜の界面近傍が劣化したた
めに、実効的な膜厚が減少したためであると考えられる
尚、本実施例では、スパッタリング法により成膜を行っ
たが、他の方法による超電導薄膜の作製にも本発明に係
る方法を適用できることはいうまでもない。
発明の効果 以上説明したように、本発明に係る複合酸化物超電導薄
膜の製造方法によれば、薄膜の結晶性の良い薄膜を安定
に作製することができる。
また、この方法によって作製された超電導薄膜は、下地
基板材料の超電導材料層への熱拡散の影響が少なく、薄
膜中の厚さ方向にも均質な超電導薄膜が得られる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 基板上に複合酸化物超電導薄膜を作製する方法であって
    、 まず、基板上にY_2BaCuO_xなる組成を有する
    複合酸化物薄膜による下地層を成膜し、続いて、YBa
    _2Cu_3O_yなる組成を有する複合酸化物薄膜に
    よる超電導層を成膜する工程を含むことを特徴とする複
    合酸化物超電導薄膜の作製方法。
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