JPH03197326A - 酸化物超伝導薄膜の製法 - Google Patents

酸化物超伝導薄膜の製法

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JPH03197326A
JPH03197326A JP1332750A JP33275089A JPH03197326A JP H03197326 A JPH03197326 A JP H03197326A JP 1332750 A JP1332750 A JP 1332750A JP 33275089 A JP33275089 A JP 33275089A JP H03197326 A JPH03197326 A JP H03197326A
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JP
Japan
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thin film
film
compound
phase
temperature
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JP1332750A
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English (en)
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Yoshinori Shiraku
善則 白楽
Hisanao Ogata
久直 尾形
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はBi−(Pb)−5r−Ca−Cu−0系酸化
物超伝導薄膜の製法に係り、特に720℃以下のプロセ
スのみで、臨界温度80に以上の高い臨界温度を有する
高品質な酸化物超伝導薄膜の製法に関する。
〔従来の技術〕
従来.Bi−5r−Ca−Cu−0系酸化物超伝導体の
製法については、ジャパニーズ・ジャーナル・アプライ
ド・フイジイクス27 、2 (1988年)第L20
9頁からB210頁(Jpn、J、APPl−Pyhs
27,2 (1988)pp、B209−B210)に
おいて初めて論じられているmBi−Sr−Ca−Cu
−0系の酸化物超伝導体には、2つの超伝導相が確認さ
れており、これらは80にの超伝導臨界温度をもつB 
its rzcaxcuzOc(低臨界温度相)と11
0にの超伝導臨界温度をもつBits rzcazcu
aox (高臨界温度相)である、工学的に重要なのは
より高い超伝導臨界温度をもつB izS rzcaz
cuaOx超伝導相である。しかしながら、これらの酸
化物超伝導体の作製法として常用されている同相反応法
では、出発組成としてBizS rxcazcusox
を使用しても、B izS rzcazcuaoxの高
臨界温度相は単一相として得ることが困難で、必ず前記
高臨界温度相とBizS rzcalcuzoxなる低
臨界温度相の2つから成る混相化合物であった。フィジ
カル・レビュー B38,1 (1988) pP’。
893−896(Rhys、Rev、B 35. 1(
1988)pp、893−896)によって、鉛元素P
bを出発組成のBits rzcazcuaoxに添加
し、ビスマスを鉛で置換すると、前記高臨界温度相の成
長が促進されることが示唆された。そして、ジャパニー
ズ・ジャーナル・アプライド・フイジイクス27.6(
1988)ppL1041−Bi043゜(Jpn、J
、Appl、Pyhs 27 、6 (1988) p
 pL1041−Bi043.)において.Bi−Sr
−Ca−Cu−0システムで高臨界温度相を単一相とし
て得るための最適な出発組成比、特に鉛の添加量につい
て、さらに最適な熱処理条件について詳細に報告された
。少なくともこのBi−5 r −Ca −Cu −0
システムに鉛を添加することによって、明らかに高臨界
温度相の生成は促進された。これらの論文において、鉛
の役割は、鉛がビスマスと置換することにより、高臨界
温度相を安定化させるものであると推定していた。
以上のものは1通常の固相反応法によるバルク材料につ
いてであった。これらと同様に薄膜においても、ジャパ
ニーズ・ジャーナル・アプライド・フイジイクス27,
11 (1988年)pp。
L 2091− L 2093 、  (Jpn、J、
Appl、Pyhs27.11(1988)pp、B2
091−B2093において、13i−Sr−Ca−C
u−0に鉛をドープすることにより結晶性が向上し、さ
らに、高臨界温度相の生成が促進され臨界温度が100
Kを越すことが示された。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、B i −P b −S r −Ca
 −Cu−0超伝導薄膜の膜質の高品質化及び低温プロ
セス化の点については配慮がされておらず、確かに鉛元
素のドープにより、結晶性は向上し、さらに高臨界温度
相の生成も著しく促進され、はぼ高臨界温度相のみの単
一相のものさえできる。しかし、成膜後に空気中で約り
50℃×1〜10時間という高温アニール熱処理が必要
なため、高温熱処理中における鉛元素の膜中からの蒸発
などにより、鉛元素のドープ量のコントロールの難しさ
、高温熱処理による膜の表面荒れなどが生じるという問
題点があった。また、700℃程度の成膜のみで超伝導
相を結晶化させようとしても、成膜中における鉛元素の
付着率の悪さなどにより、超伝導相の結晶化温度600
℃以上では鉛元素を膜中にドープすることが難しいとい
う問題があった。
本発明の目的は、 Bi−Pb−Sr−Ca −Cu−
0超伝導薄膜を700℃以下の低温プロセスのみで、結
晶性にずれ、80に以上の超伝導薄膜の高品質なものを
得ることにある。
〔課題を解決するための手段〕 上記目的は、従来のように成膜プロセスとして単一の成
膜条件下における一つの成膜プロセスのみで、膜を形成
するのではなく、鉛(Pb)元素を含む化合物の薄膜を
形成する前プロセスと、これに続いてBi−Sr−Ca
−Cu−0の超伝導相を結晶化させながら薄膜を形成す
る後プロセスの二つを含むようなプロセスで、酸化物超
伝導薄膜を形成することにより達成される。
〔作用〕
前プロセスとして基板上に形成されたPbを含む化合物
の薄膜の上に、これに続<Bi−Sr −Ca−Cu−
0薄膜を形成する後プロセスにおいて、鉛元素は前記基
板上に形成されたPb化合物により、基板側のPb化合
物により供給されるので、超伝導相の結晶化プロセスと
もなる後プロセスでの膜形成過程において、充分に所望
量の鉛元素がドープされることになる。このとき、前記
鉛元素の供給はPbの拡散あるいは蒸発などにより行わ
れて、膜厚が薄い場合にはPbのドープ量はほぼ均一に
なる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。
薄膜の形成方法としてはスパッタリング法を用いる。タ
ーゲットは次のプロセスで作製する。
Bi2O3、PbO,5rCOa、CaC0a及びCu
Oを所望の組成比で混合し、約り00℃×12時間空気
中で仮焼する。この仮焼粉末を所望の大きさのベレット
状にプレス成形し、これを約り00℃×12時間で焼結
する。この焼結体をスパッタリングのターゲットとする
。これは、単一ターゲットによるスパッタリングの場合
であるが、複数の組成の違うターゲットを用いた複数タ
ーゲットのスパッタリングでもできる。スパッタリング
は直流あるいは高周波スパッタのどちらでもよい。
例えば、ターゲットの組成比として、 Bi5Pbzsrzcazcua、sox のものを用
意する。基板として単結晶MgOの(100)面を使用
する。先ず、第1プロセスとして純酸素0.3Torr
中で、基板温度580℃程度で、直流スパッタ電圧18
0V、直流スパッタ電流500mA程度で約5分間成膜
する。続いて第2プロセスとして基板温度を700℃と
して約20分間成膜し、第3プロセスとしてスパッタに
よる成膜後、室温まで急冷(クエンチ)する。こうして
、目的とする結晶化薄膜を製作する。前記、第1プロセ
スは。
鉛を含む下地薄膜の低温成膜プロセスで、基板温度は2
00〜600℃程度に選ぶ、こうして作製した薄膜の組
成比は、X線マイクロアナライザによる組成分析の結果
、Bi:Pb:Sr:Ca:Cu=1.9:1:2:2
:3.2でターゲットの組成比とほぼ等しく、また鉛も
充分に膜中に入っていることが分った。このような第1
プロセスに続いて実施する第2プロセスでは、基板温度
が約700℃と高いため、結晶化成膜中には鉛はほとん
ど付着しないが、第1プロセスで成膜した膜から、拡散
あるいは蒸発により第2プロセスでの形成中の膜の中に
供給されるので、この第2プロセスの成膜時の膜中に鉛
がドープされることになる。
こうして、第2プロセス中に結晶化超伝導相が成長する
。第2プロセスの成膜終了後、すぐに純酸素を200〜
760 Torr、スパッタ雰囲気中に導入し、室温ま
で急冷(クエンチ)する、こうして、超伝導相の結晶は
安定に成膜することができる。
このように作製した超伝導薄膜の超伝導特性は第2プロ
セスの基板温度に非常に敏感であり、そのわずかな差に
より、80に超伝導相となったり、110に超伝導相に
なったりする。第2図に示すように、基板温度(Ts)
が700℃では零抵抗温度は100K以上が得られるが
Tsが660℃では零抵抗温度は75にであった。これ
に、第3図に示すX線回折像より前者に110に超伝導
相単相で、後者が80に超伝導相単相であることが分か
る。また、Ts=700℃で形成した薄膜の組成比はB
i:Pb:Sr:Ca:Cu=1.7: 0.15 :
 2 :1.9 : 2.8 であり、鉛を含み、かつ
ほぼ110に超伝導相の組成比に近いことも分った。一
方、Ts=660℃で形成した薄膜の組成比はBi:P
b:Sr:Ca:Cu==1.9: 0.2 : 2 
:1.5 : 2.4 であり、はぼ80に超伝導相の
組成比になっていることが分った。
以上の実施例における成膜パラメータ(基板温度、スパ
ッタ雰囲気、スパッタ電圧、スパッタ電流、成膜速度、
ターゲット組成比等)により、形成された薄膜の超伝導
特性は大きく変わることは言うまでもない、ただ、本製
作プロセスにより。
このプロセス中に620℃以上の基板温度を有するプロ
セスがあっても、膜中に鉛をドープできるという特徴が
ある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、結晶化温度600〜720℃の基板温
度においても、膜中に鉛をドープすることができ、零抵
抗温度100Kを越える超伝導薄膜を得ることができる
効果がある。
【図面の簡単な説明】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−O系の酸化物超伝
    導薄膜の製法において、基板上にPbを含む化合物の薄
    膜を形成する前過程と、前記Bi−Pb−Sr−Ca−
    Cu−Oの超伝導相を結晶化しながら成膜する後過程の
    2つの成膜過程を含むプロセスから成ることを特徴とす
    る酸化物超伝導薄膜の製法。
  2. 2.前記Pbを含む化合物としてPbO,Pb_2O_
    3などの鉛酸化物のどれか、あるいはその複数の混相化
    合物を用いることを特徴とする請求項1記載の酸化物超
    伝導薄膜の製法。
  3. 3.前記Pbを含む化合物としてBi−Pb−Sr−C
    a−Cu−O化合物を選びその膜形成を620℃以下の
    プロセスで行い、この前過程の成膜過程に続いて同じ化
    合物あるいは、Pbを含まないBi−Sr−Ca−Cu
    −O化合物を、600℃〜720℃の高温度で成膜し,
    結晶化させる後過程から成ることを特徴とする請求項1
    記載の酸化物超伝導薄膜の製法。
  4. 4.薄膜の形成法として、Bi−Pb−Sr−Ca−C
    u−O化合物ターゲットを用いたスパッタリング法を適
    用し、前ステップ成膜過程時の基板温度を600℃以下
    の低温度に設定し、後ステップ成膜過程時の基板温度を
    600℃〜720℃の高温度に設定し、超伝導相を結晶
    化させることを特徴とする請求項1記載の酸化物超伝導
    薄膜の製法。
JP1332750A 1989-12-25 1989-12-25 酸化物超伝導薄膜の製法 Pending JPH03197326A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04139008A (ja) * 1990-09-28 1992-05-13 Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai 酸化物超電導体の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04139008A (ja) * 1990-09-28 1992-05-13 Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai 酸化物超電導体の製造方法

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