JPH03164407A - 超伝導薄膜作製法 - 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】 （１）産業上の利用分野 本発明は、ＹＢａ２Ｃｕ３０ｖ−ｘ及びＢｌ２Ｃａ２Ｓ
　ｒ　２Ｃ　Ｌｌ　３０＋１１等酸化物超伝導体薄膜の
製造方法に関するものである。

（２）従来の技術 レーザ・アブレーション法は、レーザのターゲソトへの
照射によりターゲットより原子状、分子状あるいはクラ
スター状原料を発生させて、それを基板上に堆積させ’
Ｆ４　ｆｆＩを形成する方法である。

そのうち特に、エキシマレーザを使用するエキシマレー
ザアブしーション法は、２０Ｏｎｍ付近の短波長領域の
高エネルギー光を使用する方法で、下記の利点があり薄
膜を高速且つ低温で得られる方法として注目されている
。

■夕一ゲットと絹成とのずれの無い薄膜が得られる。

■雰囲気の圧力がＩＴｏｒｒ付近までの広い領域で成膜
ができる。

■成長速度を極めて速くすることができる。

■高エネルギー光による非熱平衡過程である。

しかし、エキシマレーザはパルス発振であり、ｌＯ数ナ
ノ秒程度の極めて短いパルス状のレーザが発生し、ター
ゲットに照刺される。モして煕躬時のみ原料が基板上に
供給され、成膜することになる。

また、パルス幅の極めて短くエネルギーの高いエキシマ
レーザでは、多量の原科を生成させ基板上に堆積させる
ことができ成長速度を非常に速くすることができるが、
そのため結晶化が充分行われず膜質を悪くすることがあ
る。

一方一成肢温度の低温化は，慕材の熱による劣化あるい
は反応を防ぐ必要から、機能性薄膜の電子工学上の応用
にとり必須の技術である。低温化の方法として、プラズ
マ技雨との複合化が考えられる。すなわち、基板近傍に
おいてプラズマを発生させ、これによりさらに非熱平衡
状態を助長させ、より低温での成膜が可能になると考え
られる。

さらに、プラズマの付加により膜質の改善ができること
も考えられる。

（３）発明が解決しようとする課題 プラズマ技所との複合化は成膜の高品質化、高速１ヒ、
低温化にとり重要になっている。しかし、エキシマレー
ザ・アフ゛レーション？去では成膜はレーザが煕剥され
ている間のみ間欠的に起こり、レーザが熊剥されない間
は、原科の供給無しにプラズマのみに基板表面がさらさ
れ、生成膜が損傷を受ける問題があり、充分にその効果
が発揮されない。すなわち、プラズマの添加を効果的に
行う必要がある。

（４）課題を解決するための手段 プラズマの添加方法としては、種々ある内ＤＣあるいは
ＡＣプラズマ法を使用し、基板とターゲット間に電極を
設け、電極と基板間に電圧を印加する事、あるいは、基
板とターゲット間に電圧を印加する事により、ＤＣある
いはＡＣプラズマの発生可能な状況をつくりだす。次に
レーザを夕一ゲット上あるいは基板間及び基板上に煕剥
させ、電圧及び雰囲気圧力、レーザ強度を調整して、パ
ルスレーザの煕躬と同間させてプラズマを発生させる。

このとき、レーザは第１図または第２図に示すようにタ
ーゲット上に集光レンズを用いて焦点を当てると特に効
果的である。

（５）作用 レーザの煕躬と同朋して間欠的にプラズマが発生する理
由は明確になっていないが次のように考えられる。電極
と基板間に電圧が印加された状態で、レーザを電極と基
板間あるいは基板上及びターゲット上に超射させること
により雰囲気ガスをイオン化させ、そのイオンの発生が
トリガーとなりプラズマが起こる。レーザが照剥されな
いとイオンの発生が無くなり、プラズマの発生も停止す
る。あるいは、エキシマレーザによる光電効果により、
非自続放電が起こっている事も考えられる。

そして、これらの現象が起こる条件は限られた範囲にあ
る。

この条件の適正化により、レーザによるアブレーション
が起きて原料が基板上に供給される時のみプラズマを発
生させることができるので、原科が供給されない時にお
こるプラズマによる基板面及び成長面の損傷を無くす事
ができる。

この時に用いる圧力としては１０−’Ｔｏｒｒ〜ＩＴｏ
ｒ　ｒの圧力範囲が望ましく、１　０−’Ｔ　ｏ　ｒ　
ｒ未満またはＩＴｏｒｒを越えるとプラズマの発生が起
こりにくい。

雰囲気としては、０２．　　Ｎ２．　　Ｎ２０等のガス
を使用することも考えられる。特に酸化物薄膜を得る場
合には０２、また窒化物薄膜を用いる場合はＮ　２　１
百台≦蔓イＰダ勿蒲『δスシ　４ｌ　ス　Ｌ巳仝１７？
＋　ｒ）、　　　　〜ｌ，／Ｔｌ　う苓仝→イ　゛フ？
たはＮ２０等のガスを使用することができる。

本願の別の特徴は、非熱平衡過程を用いる点にある。す
なわち、高エネルギーのレーザビームを用いるので、タ
ーゲットから出てくる原子，分子，クラスターは大変活
性の高い状態となっている。

従って基板の温度は従来法に比較して低い温度でも結晶
性の高い薄膜を得ることができる。

また、このようにして発生せしめた蒸発物質は、ほぼタ
ーゲットに垂直に飛敗し、指向性の高い状態なので効率
よく基板に蒸着することができる。

なお、ターゲットは通常回転させて極部的な蒸発を防止
するのが通常である。

（６）実施例 実施例Ｉ ＭｇＯ単結晶を基板として使用し、ターゲットにＹＢａ
２Ｃｕ３０７粉末の成形体を使用した。第１図に示す装
置にて、酸素ガスを導入して雰囲気圧力を１００ｍＴｏ
ｒｒにした。基板ホルダーとターゲットとの間隔を４０
ｍｍにして、基板側を陽梅Ｌこｔ，Ｔｌｆｉ０Ｖの直河
雷ｒ＋，Ｇ印加ｈかへ其ネ■タ！度は６００℃に設定し
た。温度の測定は、通常の幼電対て更正し九シース幼電
対を使用しｋ．次にーエキシマレーザを２Ｊ／ｃｍ”、
５Ｈｚでターゲット面上に照射したところ、．レーザの
パルスに呼応して基板面にプラズマの発生が認められた
。１０分間の成膜のあと、２０℃／ｍ　ｉ　ｎ．　　で
徐冷した。

得られた薄膜の電気抵抗の温度変化を測定したが、電気
抵抗が零になる温度、すなわちキュウリー温度（Ｔｃ）
が９０Ｋであることが分かった。

また、７７Ｋでの臨界電流密度（Ｊ　ｃ）を測定したと
ころ、１．３Ｘ１０６Ａ／ｃｍ２であることが分かった
。

ＳＥＸＩＩ察では極めて滑らかな面をしめしており、面
徂さ計測定による面粗さは１０ｎｍ程度であった。

さらに、得られた薄膜の膜厚は触針式の膜厚測定計で測
定したが、膜厚は０．２０ｕｍで、成膜速度が１．２０
Ｌ１ｍ／ｈｒ．　になっており、他の方法と比較して一
桁高い速度で上記高品質膜が合成されたことが判明した
。

実施例２ ＭｇＯ単結晶を基板として使用し一　ターゲットにＹＢ
ａ２Ｃｕ３０７粉末の成形体を使用した。第２図に示す
装置にて、酸素ガスを導入して雰囲気圧力を１００ｍＴ
ｏｒｒにした。基板ホルダーとターゲットとの間隔を５
０ｍｍ、ループ状電極と基板ホルダーとの間隔を４０ｍ
ｍに各々して、電極と基板ホルダー間に１５０Ｖの直流
電圧を印加した。基板温度は６００℃に設定した。次に
、エキシマレーザを２Ｊ／ｃｒｎ２、５Ｈｚでターゲッ
ト面上に煕躬したところ、レーザのパルスに呼応して基
板面にプラズマの発生が認められた。１０分間の成■莫
のあと、２０℃／ｍｉｎ．　　で徐冫合した。

得られた薄膜の電気抵抗の温度変化を測定したが、電気
抵抗が零になる温度、すなわちキュウリー温度（Ｔｃ）
が９０Ｋであることが分かった。

また、７７Ｋでの臨界電流密度（Ｊ　ｃ）を＞ｕｌ定し
たところ、１．４Ｘ１０６Ａ／ｃｍ２であることが分か
った。

ＳＥＭ観察では極めて滑らかな面をしめしており、面粗
さ計測定による面粗さは１０ｎｍ程度であった。

さらに、得られた薄膜の膜厚は触針式の膜厚測定計で測
定したが、膜厚は０．２２ｕｍで、成膜速度が１．３２
ｕｍ／ｈｒ．　になっており、他の方法と比較して一桁
高い速度で上記高品質膜が合成されたことが判明した。

（７）発明の効果 以上述べた様に本発明により、酸化物超伝導体の高品質
薄膜を低温で且つ高速で成膜できるようになり、それら
の用途展開を大きく広げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図に実施例で使用した装置を示す。 １−エキシマレーザ　　　６−ターゲット２−レンズ　
　　　　　　７−ターゲットホルダー３−チャンバー　
　　　　８一直流電源４一基板　　　　　　　９一電線 ５一基板ホルダー　　　１０−電線導入ボート１ １ 一排気系 １ ４−レーザ人躬窓 １ ２−レーザ光 １ ５一酸素導入口 １ ３−プラズマ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザのターゲットへの照射により、超伝導体タ
   ーゲットより原子状、分子状あるいはクラスター状原料
   を発生させて、それを基板上に堆積させ超伝導薄膜を形
   成する方法に於て、レーザの照射と同期してプラズマを
   発生させる事を特徴とする薄膜形成方法。