JPH0360405A - 酸化物超伝導薄膜の製造方法 - Google Patents

酸化物超伝導薄膜の製造方法

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JPH0360405A
JPH0360405A JP1190662A JP19066289A JPH0360405A JP H0360405 A JPH0360405 A JP H0360405A JP 1190662 A JP1190662 A JP 1190662A JP 19066289 A JP19066289 A JP 19066289A JP H0360405 A JPH0360405 A JP H0360405A
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thin film
oxide superconducting
superconducting thin
oxide
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Kyoichi Shibuya
渋谷 恭一
Shoichi Hashiguchi
正一 橋口
Hirotoshi Nagata
永田 裕俊
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Japan Science and Technology Agency
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Sumitomo Cement Co Ltd
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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、高温超伝導体結晶薄膜の多層構造体及びその
製造方法に関する。特に、スパッタリング、プラズマア
シスト蒸着、レーザーアシスト蒸着又はこれらの組合わ
せを用いることによる酸化物超伝導薄膜の製造において
、良質な超伝導薄膜を低コストで大量に製造する′方法
に関する。
[従来の技術及び発明が解決しようとする問題点]従来
の酸化物超伝導薄膜の製造技術を大別すると、2種類で
あった。その1つは、酸化物超伝導物質のターゲットを
用い、酸化物超伝導薄膜を堆積したまま(as dep
osit)で超伝導特性を有する超伝導薄膜を作成する
、或いは、堆積した後に熱処理す゛る方法である。他の
ものは、金属及びその合金をターゲットとして用いて、
これらの薄膜を積層した後に熱処理rを行ない、酸化反
応等を起こさせて、超伝導薄膜を作成rる方法である。
これらは、いずれも一長一短があり、良質な超伝導多層
構造体を大量に製造すること1よ、困難であった。即ち
、第一の方法の例では、MgO単結晶基板を用い、ター
ゲツト材として、YBam、icu、、、ox(x−s
、o 〜6.0)を用いて、負荷電力が、100〜15
0Wの場合では、成膜速度が、約30〜50人/分程度
であり、極めて遅いものであった。また、薄膜成長速度
を高めるために高い負荷電力にすると基板側から再スパ
ッタJングが起こり、組成成分の変動も生じるために、
良質な超伝導薄膜を高い製造効率で得ることが困難であ
った。
第2の方法では、例えばMgO単結晶基板の−Lにター
ゲツト材として、イツトリウム金属、BaCu合金を用
いる場合、負荷電力30〜4QWで、これらの合金薄膜
を形成する場合で、その成膜速度は、約200〜150
0A/分程度であり、極めて早い、然し乍ら、この合金
薄膜では、超伝導性を示さず、成膜した後に熱処理が必
要である。この熱処理工程で合金薄膜が膜厚1G00人
を超えたものは、超伝導体の結晶性が急激に悪くなる。
この原因は、合金の厚さが薄い場合は、アニーリングす
−る時に、合金は、Mg(l結晶基板の結晶格子から影
響を受け、MgO単結晶の格子定数に近い値の格子定数
を持つ結晶になり、超伝導薄膜の良質な結、1/lが生
成する筈であるが、しかし、金属膜が厚くなると、表面
近くでは基板の結晶格T−からの影響が少なくなり、制
御されない結晶ができ易く、結果として低い品質の超伝
導薄膜ニナっテ1.よい、1000Å以上の厚さの良質
な薄膜を1回の工程で作成することは困難であった。
本発明は、上記のような技術的課題を解決するために、
酸化物超伝導薄膜と、それを構成す゛る元素の金属、又
はその合金とを組合わせて、多層超伝導構造体を作成し
、熱処理を行ない、酸化物超伝導多層構造体を製造する
ものである。
本発明の製造方法の特徴は、金属又はそれらの合金又は
その組合わせの薄膜層が、適当な厚さの範囲では、熱処
理により、酸化され、酸化物の結晶が形成する際に、周
囲の酸化物超伝導薄膜結晶の格子定数から影響を受け、
その超伝導薄膜納品と一体化し、良好な酸化物超伝導薄
膜を生成することを見出し、超伝導体の製造技術として
、発展させ、それによる製造装置を考案したものである
具体的には、基板表面に所望の酸化物超伝導薄膜を形成
し、その上に該酸化物超伝導体を構成する原子の金属若
しく(±所望比率の合金、又はこれらの組合わせよりな
る構造体を熱処理の後に、所望の超伝導膜の元素比にな
るように厚さを調整し、形成る。この際に、前記のよう
に、これらの層の厚さは超伝導薄膜の格子定数の影響を
受ける範囲に留める必要がある。更に、この上に酸化物
超伝導膜、これを構成する元素の金属、合金と次々に積
層し、所望厚さまで多層構造体を作成し、熱処理し、多
層構造体を反応させ、一体化し、所望圧力の超伝導膜を
得る。上記の場合は、十分な厚さのtg層超超伝導膜作
成する方法であるが、氷見1jJlは、−’tL層だけ
でなく、超伝導膜と絶縁膜との組合わせ、九種の超伝導
薄膜同志の組合わせ等に特に有効である。
即ら、基板上に酸化物超伝導薄膜を形成し、このLにこ
の酸化物超伝導膜を構成する元素の金属又はこの合金、
或いはこれらの組合わせによる膜を形成し、更に超伝導
薄膜を形成し、この上に絶縁膜を形成し、更に、この上
に超伝導薄膜を形成し、次いで、これらを構成する元素
の金属、又番よその合金、或いはこれらの組合わせを形
成して、熱処理を行なう、一般に、絶縁膜は単結晶基板
のように完全な結晶を形成することは困燭であるために
、不完全な絶縁膜の結晶が熱幻理中に、金属又は合金の
結晶化に悪い影響を与えることを防ぐために、絶縁膜の
表面を超伝導薄膜で覆って、そのにに金属や合金の薄膜
を形成する。この方法で(超伝導膜)−(絶縁膜)=(
超伝導膜)の良質な繰り返し多層構造体が得られる。ま
た、上記における超伝導膜くは絶縁巻くを挾んで、互い
に、異なる超伝導物質であっても良い、ここで得られる
超伝導物質は、L n B a rc u 、oK系超
超伝導材料但し、L n ” Y % L a % N
 d % S m %E u sGd、Dy、Ho%E
r、Tm、Yb、Luのいずれか或いはその組合わせで
あり、■は、1.5〜3.0の範囲であり、Jは、2.
5〜4.0の範囲であり、Kは5.0〜7゜0の範囲で
ある)或いは、AmCaN、+BtCumo*cn+、
+v系超超伝導材料但し、AはBi、Tj2゜ (D 1.*−xP b is b v)(但し、Dは
、Bi、Tj!のいずれか或い辻その組合わせであり、
Xは0.1〜1.1の範囲であり、Yは2.0以下であ
る)のいずれか、或いはその組合わせであり、BはBa
、Srのいずれか或いはその組合わせであり、Mは0.
8〜2.8の範囲であり、Nは0.8〜5.8の範囲で
ある)のいずれか或いはこれらの組合わせである。
このように金属及び合金と或いはこれらの組合わせ層を
超伝導層から充分に影響受ける厚さに成膜し、この表面
に超伝導膜を形成し、或いはこれらの多層構造体を熱処
理することにより、超伝導膜の生産性の向丘と品質の確
保が可能となった。
[発明の構成] [問題点を解決するための手段コ 本発明は、酸化物超伝導多層薄膜の作成において、以上
の問題を解決するために、基板上に、第1層として、所
望の酸化物超伝導薄膜を成長作成させ、第2層として、
その酸化物超伝導薄膜を構成する元素の金属、又はその
合金を、その酸化物超伝導薄膜を構成する割合で含有す
る合金薄膜層を成長作成し、更に、第3層として、酸化
物超伝導薄膜を成長形成した、即ち、合金層を酸化物層
でサンドイッチ状に積層或いは更に多層に積層した構造
のものを形成し、その構造体を熱処理することにより、
サンドインチ状に形成された合金層が、酸化物膜の結晶
構造の影響を受けて、酸化、結晶化され、全体として、
酸化物超伝導薄膜となったものが得られるものである。
更に、以上のサンドイッチ構造体に絶縁層を挾んで、2
段以上構成した構造の多層の酸化物超伝導材料の薄膜を
得るものである。
氷見明壮、上記の技術的な課題の解決のために、基板表
面に第1の所望酸化物超伝導薄膜層を形成し、その上に
第1の所望酸化物超伝導薄膜を構成する元素金属、又は
その合金の薄膜層を形成し、更に、その上に、第2の所
望酸化物超伝導薄膜層を形成し、その上に第2の所望酸
化物超伝導薄膜を構成する元素金属、又はその合金の薄
膜層を形成し、その上に、第3の所望酸化物超伝導薄膜
層を形成するというように所望の多層構造に従って、(
酸化物超伝導薄膜層)−(金属、合金の薄膜層)−(酸
化物超伝導薄膜層)の構造の繰り返し構造体を形成し、
得られた多層構造体を熱処理することにより、それらの
金属、合金の薄膜層をヒ下の酸化物薄膜の結晶構造の影
響を受けて、酸化、結晶化することにより、全体として
酸化物超伝導薄膜を得ることを特徴とする多層酸化物超
伝導薄膜の製造方法を提供する。
上記の方法において、第1.第2、第30.。
の酸化物超伝導膜は、同一のものであってもよく、また
、各々異なるものであって、ここで、所望の酸化物超伝
導膜とは、LnBatCutOK系超伝導材料(但し、
Ln=Y、La、Nd。
Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、L
uのいずれか或いはその組合わせであり、■は、1.5
〜3.0の範囲であり、Jは2.5〜4.0の範囲であ
り、Kは5.0〜7.0の範囲である)或いは、 AMCaw−tB*cLI*o2(n+*++v系超伝
導材料(但し、AはB i、T1% (DI l−lP
b!5bY)(但し、D1±、Bi、Tlfiのいずれ
か或いはその組合わせであり、Xは0.1〜1.1の範
囲であり、Yは2.0以下である)のいずれか、或いは
その組合わせであり、BはBa%Srのいずれか或いは
その組合わせであり、Mは0.8〜2.8の範囲であり
、Nは0.8〜5.8の範囲である)のいずれかから選
択することができる。
ここで形成される所望酸化物超伝導薄膜層の厚は、40
〜500Aであり、金属、合金の薄膜層の厚は、500
〜5000Aであるものが、好適である。また、そのた
めに、スパッタリング処理、プラズマアシスト蒸着処理
或いはレーザ蒸着処理を用いて、各薄膜層を形成するこ
とが好適である。
そして、また、基板表面に第1の所望酸化物超伝導薄膜
層を形成し、その上に第1の所望酸化物超伝導薄膜を構
成する元素の金属、又はその合金の薄膜層を形成し、更
に、その上に第1の所望酸化物超伝導薄膜層を形成する
ことにより、第1の所望酸化物超伝導材料によるサンド
イッチ構造体が得られ、更に、その上に、絶縁体薄膜層
を形成し、更に、その上に、第2の所望酸化物超伝導材
料による第2のサンドイッチ構造体を作成することがで
きる。更に、その」二に第3、第4の酸化物超伝導材料
による酸化物超伝導薄膜層を絶縁層を挾んで積層するこ
とができ、多層の酸化物超伝導薄膜を所望の多層構造に
従って、製造することができる。
即ら、(酸化物超伝導薄膜層)−(金属、合金の薄膜り
−(酸化物超伝導薄膜層)−(絶縁層)−(酸化物超伝
導薄膜層)−、、、のサンドイッチ構造の繰り返し構造
体を形成し、得られた多層構造体を熱処理することによ
り、それらの金属、合金の薄膜層を上下の酸化物薄膜層
の影響を受けて、酸化結晶化することにより、全体とし
て絶縁層を挾んだ多層構造の超伝導薄膜を製造すること
ができる。
その第1、第20.の超伝導薄膜は、同一物質、或いは
各々異なる物質であってもよい。
ここで、超伝導膜は、L n B a rc u go
t系超伝導材料(但し、Ln=Y%La、Nd、Sm。
E u、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb。
Luのいずれか或いはその組合わせであり、Iは、1.
5〜3.0の範囲であり、Jは、2.5〜4.0の範囲
であり、Kは5.0〜7.0の範囲である)或いは、 A vCa n−IB ! Cu No *<w**)
+−系超伝導材料(但し、AはBi、Tj!、(D 1
.*−xP b xs bv)(但し、Dは、Bf、T
lfiのいずれか或いはその組合わせであり、Xは0,
1〜1.1の範囲であり、Yは2.0以下である)のい
ずれか、或いはその組合わせであり、BはBa、Srの
いずれか或いはその組合わせであり、Mは0.8〜2.
8の範囲であり、Nは0.8〜5.8の範囲である)の
いずれか或いは、これらの組合わせである。そして、前
記絶縁層は、A j! t Os、S i O*、(A
 E )O(但し、AEは、M g % Ca %S 
r % Baのいずれかである)、Ln*0s(Lnは
、YlLa、Nd、Sm、Eu%Gd、Dy、Ho。
Er、Tm、Yb、Luのいずれかである)のいぐれか
の酸化物セラミックス或いは(A E )F n(但し
、AEは、Mg、Ca、Sr、Baのいずれか或いはそ
の組合わせである)である、そして、酸化物超伝導層の
厚さは、40〜500人であり、金属、合金層の厚さは
、500〜5000人であり、絶縁層の厚さは、40〜
500人であることが好適である。
本発明において、その最初に形成される所望酸化物超伝
導薄膜層の厚は、40〜500人であり、金属、合金の
薄膜層の厚は、500〜5000Aである。即ち、最初
に形成される金属、合金の薄膜層は、超伝導酸化物厚よ
りも厚くして、生産効率を高く保持することができる。
その金属、合金の薄膜層厚は、500人未満では、全体
の生産効率が、成長速度の遅い酸化物層形成に律速され
、不都合であり、また、5000人を超えると、熱想理
時の上下の酸化物層の効果が全合金膜に及び難くなり、
不都合である。
それに対して、最初に形成される酸化物超伝導層の厚は
、比較的に薄くすることができ、40〜500人の範囲
である。40人未満では、良質な膜が得られ難くなり、
500人を超えると全体の生産効率を律速することにな
る。従って、以−Eの範囲の厚の薄膜層を形成する。ま
た、絶縁層の厚社、40〜500人であるものが好適で
ある。
40A未満では、絶aNIとしての効果及び化学的相互
拡散反応のバリア層としての働きが不充分であり、50
0人を超えると、完全な絶縁層となり不都合であるので
、40〜500人の範囲にする。
また、このような酸化物超伝導層、合金層を形成するた
めに、スパッタリング処理、プラズマアシスト蒸着処理
或いはレーザ蒸着処理を用いて、各薄膜層を形成するこ
とが好適である。
従って、本発明による多層超伝導薄膜の製造方法では、
基本的に超伝導材料による酸化物薄膜を積層し、その積
層超伝導薄膜の間に、その超伝導材料を構成する元素の
金属或いは合金による薄膜を挿入させて、多層薄膜を作
成し、それを熱処理することにより、多層超伝導薄膜を
製造するものである。
ここで、基板には、酸化物超伝導体薄膜の作成に用いら
れる一般的な物質、例えば、単結晶MgO,単結晶5r
TiO*又は多結晶の基板例えば、部分安定化ジルコニ
ア板等を用いることができるが、特に、限定されるもの
ではない。
また、ターゲツト材には、所望による組成の材料を用い
ることができる。
本発明による多層高温超伝導体薄膜の製造’H法及び製
造装置は、第1.2及び3図の模式図に示されるもので
ある。
得られた薄膜に対してX線回折分析で観察した、その結
果を第4.5.6及び7図に示す。
そして、本発明の酸化物超伝導薄膜の作製方法は、更に
、例えば、ジョセフソン接合、赤外線検出器、光スィッ
チのような製品のための超伝導納品薄膜の形成にも用い
ることができる。
次に、本発明の酸化物超伝導多層薄膜の作製方法を具体
的に実施例により説]す1するが、本発明はそれらによ
って限定されるものではない。
[実施例1] 第1図の多層薄膜の作成方法及び装置を模式内示した図
により説明する。
基板として、超伝導の結晶成長に影響の強いMgO単結
晶を用いて、基板表面に金属膜次いで酸化物超電導材料
膜をスパッタリングにより形成し、その積層した超伝導
薄膜に対して熱処理を行なう。
ここでは、超伝導薄膜をスパッタリング作成した例を示
す、ここにおいて、基板カートリッジ1、基板(M g
 O) 2、ゲイト3、ヒーター4、基板予熱室5、Y
Cuスパッター室5、BaCuスパッター室6、BaC
uスパッター室7、YBatCusOsスパッター室8
、アニーリング室9、コンベヤライン10、ガス排気系
統11、アニーリングガス導入管12、製品出口13、
スパッタガン14、YCu金属膜(1600A)15、
BaCu金属膜(3200人)16、YBamCu*O
s膜(100A)17、Y B a * Cu * O
a膜(490OA)1B、スパッタガス導入管(Ar1
00%)19及びスパッタガス導入管(A r + O
n10%>20がある。
基板2は、基板カートリッジ1により供給される。供給
された基板2は、第1図に示されるコンベヤライン10
に装着され、ゲイト3を経て、ヒータ4を備える基板予
熱室5に入る。基板予熱室5では、ガス排気系統11に
よりゲイト3が閉じている間は真空になっており、基板
2は加熱ヒータ4により加熱され、表面のクリーン度を
向上する。また、次のYCuスパッタリング室6に入る
基板2の温度を一定に保持することにより、その後のス
パッタリング速度や結晶化速度を安定させる。一定温度
380℃に予熱された基板2は、YCuスパッタリング
室6にゲイト3を経て入る。ここで、基板2は表面にY
Cu金属の膜をスパッタリング形成される。ここでスパ
ッタリングガスは、Arガス100%を用い、導入管1
9より入り、排気系統11より排出される。
この実施例では、4900人の超伏4薄膜を作成するた
めに、膜質は低下しても生産性を重視して、金属YCu
膜の厚さを1600Aとした。この金属層15の厚さに
関する超伝導層の特性の変化は、後述する。
更に、基板2は次のBaCuスパッタリング室7に移り
、B aCu金属薄膜を3200人厚にスパッタリング
形成された。これらの膜厚の割合は、、最終的に熱処理
を行なったときに、超伝導薄膜と同じ組成割合になるよ
うに決める。
最後に、この薄膜の特性を良好にするためYBaxCu
sOsの薄膜17をスパッタリング形成する。この膜厚
は、全体の結晶に影響しないので、生産性の範囲で充分
に薄くするここができる。
このY B a g Cu s O*膜17の厚は、1
00人とした。これ以上薄くしても装置の待ち時間が増
えるだけで生産性が上がらないからである(第8図タイ
ム−/−ケート参照)。
そこで、基板2はYBa*Cu5Oaスパッタリング室
8に入り、L−夕4により、650℃まで加熱されなが
ら、表面にYBa*Cu60.膜17を100人形成し
た。R後に熱処理を行なうために基板2はアニ−リング
室9に入る。アニーリング室9は二本に分かれており、
各室は基板を数4−・枚−度にセット作成できる。各室
は交Hqにアニノングを行なうことにより、熱処理は連
続的に運転できる。アニーリング中は、アニーリングガ
ス導入管12から熱処理のスケジュールに合わせたガス
組成のアニーリングガスが導入する。導入されたガスは
排気系統11より排出する。
この積層金属挿入超伝導薄膜を、850°Cで空気中で
30分間アニーリング処理し、 YBaxCunOs薄膜を得た。
最終−[稗で熱処理を終了した基板2は、積層金属薄膜
が熱処理酸化され、良好な結晶性のY B a I C
u s Os膜(厚4900人)1Bとなる。
以上のように、金属層(−に記では、15や16)を挾
んで超伝導材料i(l記で!ま、17)を積層して、熱
処理して得られた超伝導薄膜(・〉ト、従来のように屯
にスパッタリング処理形成した超伝導薄膜(○)!、:
ついて、得られた薄膜の結晶性、配向性をX線回折線観
察で比較した。即ち、設計した超伝導薄膜の厚を横幅に
取り、Y B a 、c u gosNmのXa回折線
ピーク(005)と、<005>+(103)+(11
0)の回折線強度比を縦軸に取って、第4図のグラフに
表わした。
YBa、CuxOs層で、厚さTの金属膜を挾んで或い
は挾まずに、850℃空気中で、30分間アニーリング
した場合の、’1Ba、CuxOtのX線回折ピークを
測定して、上記の強度比で、比較した。
この回折線強度比の値が大きい程、(001)配向性が
高いことを示すものである。
従来法では、生産性を確保するために金属クーデ・7ト
材のみを用いてスバ・ンタリング熱処理を行なった。第
4図から明らかなように、金属層とそれを挾む超伝導材
料屑の間隔に影響を受けて超伝導膜の配向性が変化する
。即ち、従来法で(よ、金属膜厚が、1000人を超え
ると急激に配向性が低ドしてしまう、これに比べて、本
発明により作成した超伝導薄膜は配向性が良好であり、
J’X2000人を超えても、良好な配向性が得られた
スパッタリング処理による薄膜層の形成において、従来
技術と、スパッタリング処理条件、生産効率等について
、比較し、第1表に示した。
第1表では、従来方法Aでは、本発明のように、スパッ
タガンを3セ・/ト用いて生産性を向上させ、他の場合
と比較している。一方従来Jテ法Bではスパッタガンを
4セ・ント用い千生産性を改善している場合と比較して
いる。これに対し−〔、本発明では、生産測定が、従来
方法Aに比べて約15倍また、従来方法Bと比べて、2
70倍も生産速度が速く、また、従来方法Cど比較して
も、生産速)11はほぼ同じである。
また、生産に必要な電力も、従来方法Aに対しでは約1
5分の1と、従来方法Bに対しては270分のlで、従
来ノj法Cに比べて若干高い程度である。
ミニのような差が出る原因は、第2表番こ示1−ように
、金属は成膜速度がその酸化物に比べて、20倍から数
百倍速いために、金属ターゲツト材を用いた場合には、
その酸化物ターゲツト材を用いた場合よりも、生産性が
極めて高いものとなるためである。
また、複数のターゲツト材を用いて薄膜を作製する場合
は、最終成膜の化学組成を所望の値に合わせるために、
幾つかあるターゲツト材の内で、最も成膜速度の遅い化
合物に支配される0例えば、従来方法では、Y、0.の
スパッタリング速度が遅いために、成膜され難く、金属
Yの場合の方が、250倍もその生産性が高い、その上
で、第1表に示すように、金属では合金にしても、金属
単体でもさほど成膜速度が変わらない、このために、最
も遅い成膜測定を有するYCu合金を用いても、最大の
成膜速度を有するCu金属の約65%であり、生産性は
さほど低下しない、しかし、酸化物ターゲツト材では、
全体としての成膜速度が遅いだけでなく、ターゲツト材
間の格差も大きい。
従って、本発明による酸化物超伝導薄膜の製造方法では
、金属ターゲツト材を用い、速い成膜速度を利用しなが
ら、酸化物ターゲツト材を用いた薄膜をサンドインチ状
構造にして、成膜の結晶性を酸化物ターゲツト材のみを
用いて、作成した薄膜とほぼ同じ性21を有することを
可能にしたものである。
[実施例2] 部分安定化ジル−1ニアを基板2として用い、超伝導薄
膜の膜厚は9800Aにした積層超伝導薄膜の作成を説
明する。
但し、基板が多結品の部分安定化ジルコニアであるため
に最初にY B a * Cu s O*膜を基板表面
にスパッタリング形成し、次いで金属膜をスパッタリン
グ形成する。
第2図の模式的に製造装置を示した図を参照して説明す
る。ここにおいて、基板カートリッジ1、基板(FM分
安定化ジルフニア)2、ゲイト3、L−ター4、基板予
熱室5、 YBatCtzOa、tバッター室6、YCuスパッタ
ー室7、B aCuスパッター室8、アニーリング室9
、=1ンベヤライン10、ガス排気系統11アニーリン
グガス導入管12、製品出r113、スパッタガン14
、YBa*Cu5Os薄膜(100A)15、BaCu
金属膜(3200人)16BaCu膜(3200A)1
7、 Y B a * Cu s Os膜(9800人)18
、スパッタガス導入管(Ar100%)19及びスパッ
タガス導入管(Ar+0.10%)20がある。
基板2は基板カートリッジ1からゲイト3を経て予熱室
5で650℃まで予熱され、 YBa、Cu5O*スパツタリング室6に入る0次いで
YCu金属スパッタリング室7では、基板温度はヒータ
4を制御することにより360℃に下げられ、YCu金
属層を厚さ1200人スパッタリングされる。更に、Y
BamCusOsをこれらの表面に厚さ100人にスパ
ッタリングする。この上に再度金属膜YCuとBaCu
を同様な方法で各々1600人と3200人厚に積層す
る。最後にアニーリング室9で熱処理されると厚980
0人の良質な超伝導薄膜となる。
超伝導膜質は、−に下に超伝導薄膜でサンドイッチされ
ているために比較的に強い配向性を有し、良質である。
上部の金属薄膜は、片面しか結晶YB a sc u 
so *と接触していないのでアニーリングにより得ら
れる結晶質はやや低下する。これを防止するには、同様
な方法で表面に YBatCtzOaをもう一層スバッタリング外理すれ
ば、より良好な超伝導薄膜が得られる。
第5図は、本実施例により作成した Y B a 2 Cu * Oa薄膜のX線回折線パタ
ーンを上段に、ド段に従来法による超伝導薄膜のX線回
折バクーンを示ず、総膜厚io、ooo人、850°C
1空気中30分間のアニールで得られたものである。第
5図から]す1らかに本発明による超伝導薄膜の各(0
1りのピークが、従来法より鮮明で納品性に優れてい、
配向性が優れていることを示している。
第6図は、toooo入厚の薄膜の中に、50人のYB
amCusOs膜でサンドイツブー構造を作成したとき
のYBatCtzOa膜の暦数(段数)と結晶の性質の
関係を示すグラフである。
即ち、積層において挿入する超伝導材料層の数を変λ−
で、合金層と超伝導層をtoooo人にまで、スパッタ
リング積層形成し、その積層構造体を窄気中850℃で
30分間アニーりング処理して、得られたYBamCu
sOs薄膜のX線回折ビーり(005)と(OO5)+
(103)+(110)との強度比を縦軸に取って示し
たものである。参考のために上軸に10000人に挿入
した段数から計算された超伝導層間の膜厚を人で示した
10000A厚の良好な結晶の超伝導薄膜を得るために
は、はぼ6層(n=6)で充分であり、従来法(n=2
)の2倍以上のピークが現れている。
[実施例3] アニーリング娼理後に、超伝導膜/絶R膜/超伝導膜、
の積層構造物を高品質、高効率で製造する処理工程を示
す、ここにおいて、基板カートリッジ1、基板(M g
 O) 2、ゲイト3、ヒーター4、基板予熱室5、Y
Cuスパッター室6、BaCUスパッター室7、YBa
*Cu5Oaスパッター室8、アニーリング室9、コン
ベヤライン10、ガス排気系統11、アニーリングガス
導入管12、製品出口13、スパッタガン14、YCu
薄膜(1600人)15、BaCu金属膜(3200人
)16、YBamCusOs膜(100人)17、YB
atCtzOa膜(4900人)18、スパッタガス導
入管(Ar100%)19及びスパッタガス導入管(A
 r +O*10%)20、絶縁膜スパッタ室21及び
絶縁膜(MgO:200A)22がある。
実施例1と同様にMgOを基板に用い、これを予熱した
後に、YCu合金どBaCu合金を轟々1600人と3
200人積周1、次いで、YBa@ Cu s O*を
100人厚1その上に、絶RHを200人厚1更に、Y
BamCusOgを100A厚積層し、続いてYCu合
金、BaCu合金を各々1200人、3200人厚に1
パッタリング処理した0、二こまでで出来1;がった構
造体は、次の通りである。
基板/YCu(1600人)/BaCu(3200人)
/YBa*CuAO@(100人)/Mg0(200人
)/YBatCumOs(100人)/YCu(160
0人)/BaCu(3600人) これを熱処理すると、基板/ YBamCusOg(4
900人)/Mg0(200人)/YBa*Cu5Oa
(4900人)の構造体が得られる。
[実施例4] 第7図A、Bは、T R*B a LCa、Cu 5O
tsot系超伝導膜について、本発明による薄膜作成法
と従来法との比較するために、X、1回折線で測定した
結晶性と配向性を示す、即ち、本発明によるT l s
 B a LCa MCu NO*N**系超伝導微結
晶薄膜のXwa回折線パターンを第7図Aで示し、従来
法による超伝導薄膜をX線回折パターンを第7図Bで示
す。また、各々の超伝導薄膜の低温抵抗率を測定した結
果を、第7図Cのグラフに示す0本発明による場合を曲
fiAで示し、従来法による場合を[1tlfiBで示
す、即ち、総膜厚1unnで、空気中950℃でアニー
リング処理して得た超伝導薄膜について測定したもので
ある。
[発明の効果] 本発明の酸化物超伝導体多層構造薄膜の作1j1. ’
Jj法により、次のような顕著な技術的効果が得られた
第1に、従来の酸化物超伝導薄膜作製法に釘ける成膜速
度が遅く、生産性が悪い欠点を解決する酸化物超伝導薄
膜の作製方法を提供できる。
第2に、従来方法において、皮膜速度を上げるために、
単に金属ターゲツト材を用いただけでj2.!:、作製
後の薄膜の形態、結晶性が非常に悪くなるが、本発明の
成膜方法では、このような欠点がなくなる。
第3に、金属ターゲツト材と酸化物ターゲット$(を組
合わせることにより、生産性が高く、超伝導薄膜の性質
も向上された超伝導薄膜の製造方法と提供する。
弟達に、酸化物超伝導薄膜の生産方法におい丁、生産効
率を高くし、更に、得られた超伝導薄膜の品質を高く得
られる超伝導作製方法を提供ず乙。
第5に、これまで得られなかった種類の異なる酸化物超
伝導薄lPJ層を積層させた多層構造の酸化物超伝導薄
膜の作成が可能となったこと、第6に、新規な機能を持
った超伝導材料の提供が+’i丁能となり、そのエレク
トロニクス応用分野が拡大する、二とになり、例えばジ
ョセフソン素子等に利用できる構造の酸化物超伝導体の
作成方法を提−供する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による酸化物超伝導薄膜の製造のため
の装置と方法を示す模式図である。 第2図は、本発明による酸化物超伝導薄膜の製造のため
の他の装置と方法を示す模式図である。 第3図は、本発明による酸化物超伝導薄膜の製造のため
の更に他の装置と方法を示す模式図である。 第4図は、本発明により製造された酸化物超伝導薄膜と
従来法により製造された酸化物超伝導薄膜の結晶性を比
較するグラフであり、横軸に膜厚を取り、縦軸に、Xl
a回折強度比をとったものである。 第5図A、Bは、本発明により製造された酸化物超伝導
薄膜と、従来法により製造された酸化物超伝導薄膜とを
その結晶性、配向性を比較するために、各々のX線回折
パターンを示す。 第6図は、本発明により製造された酸化物超伝導薄膜の
結晶性を丞ずグラフであり、横軸に総膜厚1μm間にM
1人Vる超伝導層の数をとり、縦軸にx!IIt回折@
度比をとったものである。 第7図A、B、Cは、本発明により製造された酸化物超
伝導薄膜と、従来法により製造された酸化物超伝導薄膜
とをその結晶性、配向性を比較するために、各々のX線
同折パターンと、その低温抵抗率の測定結果を示すグラ
フである。 第8図は、本発明による各薄膜をスパッタリング形成す
るだめのタイムチャートを示す。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.基板表面に、所望の酸化物超伝導薄膜層を形成し、
    その上に該酸化物超伝導薄膜を構成する元素の金属又は
    これらの元素の所望割合の合金を各々所望の厚さに形成
    し、更にその上に該酸化物超伝導薄膜層を形成し、また
    、該酸化物超伝導薄膜を構成する元素の金属又はこれら
    の元素の合金を形成することを繰り返し、所望厚まで上
    記の多層膜構造体を形成し、得られた多層膜構造体を熱
    処理することにより、全体として所望の酸化物超伝導膜
    を得ることを特徴とする酸化物超伝導薄膜の製造方法。
  2. 2.基板表面に所望の酸化物超伝導薄膜を構成する元素
    の金属又はこれらの元素の所望割合の合金膜を、各々所
    望の厚さに形成し、その上に該酸化物超伝導薄膜を形成
    し、更にその上に該酸化物超伝導薄膜を構成する元素の
    金属又はこれらの元素の所望割合の合金を各々所望の厚
    さに形成することを繰り返し、所望の厚さまで上記の多
    層膜構造体を形成し、得られた多層膜構造体を熱処理し
    、全体として所望の超伝導膜を得ることを特徴とする酸
    化物超伝導薄膜の製造方法。
  3. 3.請求項1或いは2に記載の酸化物超伝導薄膜の製造
    方法において、 所望の酸化物超伝導膜又は所望の酸化物超伝導膜と、該
    酸化物超伝導膜を構成する元素の金属膜との多層構造体
    又は、所望の酸化物超伝導膜と、該酸化物超伝導膜を構
    成する元素の金属膜と、該酸化物超伝導膜を構成する元
    素の所望割合の合金膜との多層構造体を作成し、次いで
    、これらの表面に、絶縁層を形成し、更に、この表面に
    、所望の酸化物超伝導膜を形成し、該酸化物超伝導膜を
    構成する元素の金属膜との、多層構造体又は所望の酸化
    物超伝導膜と、該酸化物超伝導膜を構成する元素の所望
    割合の合金膜との、多層構造体又は、所望の酸化物超伝
    導膜と、該酸化物超伝導膜を構成する金属膜と、該酸化
    物超伝導膜を構成する元素の所望割合の合金膜との、多
    層構造体を形成し、これを次々と繰り返し、多層構造体
    を作成し、得られた多層構造体を熱処理し、所望の超伝
    導膜と絶縁膜の多層構造体を得ることを特徴とする酸化
    物超伝導薄膜の製造方法。
  4. 4.請求項3に記載の酸化物超伝導薄膜の製造方法にお
    いて、各々の絶縁層を挾んで上層と下層の超伝導層を構
    成する元素が、一部或いは全部異なることを特徴とする
    前記酸化物超伝導薄膜の製造方法。
  5. 5.請求項1、2、3或いは4に記載の酸化物超伝導薄
    膜の製造方法において、 所望の超伝導薄膜は、LnBa_ICu_JO_K系超
    伝導材料(但し、Ln=Y、La、Nd、Sm、Eu、
    Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luのいずれか
    或いはその組合わせであり、Iは、1.5〜3.0の範
    囲であり、 Jは、2.5〜4.0の範囲であり、Kは 5.0〜7.0の範囲である)或いは、 A_MCa_N_−_1B_2Cu_NO_2_(_N
     _+_2_)_+_M系超伝導材料(但し、AはBi
    、Tl、 (D_1_._9_−_XPb_XSb_Y)(但し、
    Dは、Bi、Tlのいずれか或いはその組合わせであり
    、Xは0.1〜1.1の範囲であり、Yは2.0以下で
    ある)のいずれか、或いはその組合わせであり、BはB
    a、Srのいずれか或いはその組合わせであり、Mは0
    .8〜2.8の範囲であり、Nは0.8〜5.8の範囲
    である)のいずれか或いは、これらの組合わせであるこ
    とを特徴とする酸化物超伝導薄膜の製造方法。
  6. 6.請求項3、4、或いは5に記載の酸化物超伝導薄膜
    の製造方法において、 前記絶縁層が、Al_2O_3、SiO_2、(AE)
    O(但し、AEは、Mg、Ca、Sr、Baのいずれか
    である)、Ln_2O_3(Lnは、Y、La、Nd、
    Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、L
    uのいずれかである)のいずれかの酸化物セラミックス
    或いは(AE)F_2(但し、AEは、Mg、Ca、S
    r、Baのいずれか或いはその組合わせである)である
    ことを特徴とする前記酸化物超伝導薄膜の製造方法。
  7. 7.請求項1、2、3、4、5或いは6に記載の酸化物
    超伝導薄膜の製造方法において、 スパッタリング処理、プラズマアシスト蒸着処理、レー
    ザ蒸着処理のいずれか或いはこれらの組合わせを用いて
    、各薄膜層を形成することを特徴とする前記酸化物超伝
    導薄膜の製造方法。
  8. 8.請求項1、2、3、4、5或いは6に記載の酸化物
    超伝導薄膜の製造方法において、 所望の酸化物超伝導膜の厚さが、40〜500Åの範囲
    であり、該酸化物超伝導膜を構成する元素の金属膜或い
    は、該酸化物超伝導膜を構成する元素の所望割合の合金
    の厚さは、500〜5000Åであり、該絶縁層の厚さ
    は、40〜500Åの範囲であることを特徴とする前記
    酸化物超伝導薄膜の製造方法。
  9. 9.請求項1〜8のいずれかに記載の酸化物超伝導薄膜
    の製造方法で製造された多層の酸化物超伝導薄膜。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0365512A (ja) * 1989-08-02 1991-03-20 Sumitomo Electric Ind Ltd 高温超電導材料およびその作製方法
JPH0597408A (ja) * 1991-10-07 1993-04-20 Fujikura Ltd イオン伝導体薄膜の製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63289726A (ja) * 1987-05-21 1988-11-28 Toshiba Corp 化合物超電導薄膜の作製方法
JPS63310520A (ja) * 1987-06-12 1988-12-19 Fujikura Ltd 超電導線の製造方法
JPS6417318A (en) * 1987-07-10 1989-01-20 Hitachi Ltd Manufacture of superconducting thin film

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63289726A (ja) * 1987-05-21 1988-11-28 Toshiba Corp 化合物超電導薄膜の作製方法
JPS63310520A (ja) * 1987-06-12 1988-12-19 Fujikura Ltd 超電導線の製造方法
JPS6417318A (en) * 1987-07-10 1989-01-20 Hitachi Ltd Manufacture of superconducting thin film

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0365512A (ja) * 1989-08-02 1991-03-20 Sumitomo Electric Ind Ltd 高温超電導材料およびその作製方法
JPH0597408A (ja) * 1991-10-07 1993-04-20 Fujikura Ltd イオン伝導体薄膜の製造方法

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