JPH04193703A - 超電導薄膜の作製方法 - Google Patents
超電導薄膜の作製方法Info
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- JPH04193703A JPH04193703A JP2331914A JP33191490A JPH04193703A JP H04193703 A JPH04193703 A JP H04193703A JP 2331914 A JP2331914 A JP 2331914A JP 33191490 A JP33191490 A JP 33191490A JP H04193703 A JPH04193703 A JP H04193703A
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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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。
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」二の利用分野〉
本発明は酸化物超電導薄膜の作製方法に関するものであ
る。
る。
〈従来の技術〉
液体窒素温度（７７Ｋ）で超電導状態となる酸化物高温
超電導体が見いだされて以来、この材１：・［の基礎及
び応用の研究が活発になされている。
超電導体が見いだされて以来、この材１：・［の基礎及
び応用の研究が活発になされている。
近年、酸化物超電導薄膜（以下超電導薄膜）の作製方法
として、成膜後に高温アニールを必要としない、１ｎ−
ｓｉｔｕ又は、ａｓ−ｄｅｐｏでの成膜技術か注目され
ている。これらの成膜技術としては、例えばスパッタ法
、レーザ蒸９５法、ＣＶＤ法、反応性蒸着法等があげら
れるか、いずれの方法においても、基板に供給される酸
素の膜中への取り込みが重要な因子であり、成膜中の酸
素圧力を高くする、酸素プラズマを利用する、反応ガス
として酸素ガスよりも化学的に活性な原子状酸素、オゾ
ン、亜酸化窒素を使用する等の方法により、膜中の酸素
のストイキオメトリの向−にを図ることが行われている
。
として、成膜後に高温アニールを必要としない、１ｎ−
ｓｉｔｕ又は、ａｓ−ｄｅｐｏでの成膜技術か注目され
ている。これらの成膜技術としては、例えばスパッタ法
、レーザ蒸９５法、ＣＶＤ法、反応性蒸着法等があげら
れるか、いずれの方法においても、基板に供給される酸
素の膜中への取り込みが重要な因子であり、成膜中の酸
素圧力を高くする、酸素プラズマを利用する、反応ガス
として酸素ガスよりも化学的に活性な原子状酸素、オゾ
ン、亜酸化窒素を使用する等の方法により、膜中の酸素
のストイキオメトリの向−にを図ることが行われている
。
例えは、文献（電−ｊ−情報通（１，学会技術研究報１
１１Ｓ ＣＥ ｒｔｌｊ電導エレク１−ロニクス、■
○ａ、８９．Ｎｏ、５４． （１９８９）ＰＰ、ＩＩ
〜１６）には、反応性蒸着法により１超電導薄膜を作製
する場合に、反応ガスとして、約２５％のオゾンを含ん
だ酸素ガスを３Ｘ１０−”Ｉ’ｏｒｒのガス圧で使用す
る方法が示されている。
１１Ｓ ＣＥ ｒｔｌｊ電導エレク１−ロニクス、■
○ａ、８９．Ｎｏ、５４． （１９８９）ＰＰ、ＩＩ
〜１６）には、反応性蒸着法により１超電導薄膜を作製
する場合に、反応ガスとして、約２５％のオゾンを含ん
だ酸素ガスを３Ｘ１０−”Ｉ’ｏｒｒのガス圧で使用す
る方法が示されている。
また、文献（／ヤパニース ジャーナル オブアプライ
ト′ フィツクス（ＪＡＰＡＮＥＳＥＪ ＯＵ ＲＮ
Ａ ｉ、、 ＯＦＡ Ｐ Ｐ Ｉ−Ｉ Ｅ Ｉ）Ｐ
ＩｆＹＳ ＩＣ８，Ｖｏり ２８．Ｎｏ、１０゜○ＣＴ
ＯＲＢＥＲ，（１９８９）ＰＰ。
ト′ フィツクス（ＪＡＰＡＮＥＳＥＪ ＯＵ ＲＮ
Ａ ｉ、、 ＯＦＡ Ｐ Ｐ Ｉ−Ｉ Ｅ Ｉ）Ｐ
ＩｆＹＳ ＩＣ８，Ｖｏり ２８．Ｎｏ、１０゜○ＣＴ
ＯＲＢＥＲ，（１９８９）ＰＰ。
Ｌ ｌ ８０９〜１．、 ｌ ８ ］ ］ ）には、Ｍ
ＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ
）−法により超電導薄膜を作製する場合に、反応ガスと
して、１００％のオゾンを３Ｘ］、０−６Ｔｏｒｒのガ
ス圧で使用する方法か示されている。
ＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ
）−法により超電導薄膜を作製する場合に、反応ガスと
して、１００％のオゾンを３Ｘ］、０−６Ｔｏｒｒのガ
ス圧で使用する方法か示されている。
−・方、超電導薄膜を用いたテノ＼イスとしてはトンネ
ル型のジョセフソン素子がある。このトンネル型のン１
セフソン素子に使用する超電導薄膜は、表面か平滑なｌ
ｊ結晶−〇あることが要求されるが、更に、コヒーレン
ト長かＣ軸配向膜よりも長い、Ａ軸配向膜、Ｂ軸配向膜
、＜１．１０＞軸配向膜等を使用することが有利である
ことかわかっている。
ル型のジョセフソン素子がある。このトンネル型のン１
セフソン素子に使用する超電導薄膜は、表面か平滑なｌ
ｊ結晶−〇あることが要求されるが、更に、コヒーレン
ト長かＣ軸配向膜よりも長い、Ａ軸配向膜、Ｂ軸配向膜
、＜１．１０＞軸配向膜等を使用することが有利である
ことかわかっている。
特開平］−］ ８３４９６には、（１００）而を有する
ＳｒＴｉ０３Ｍ板−１−にスパッタ法によって超電導薄
膜を形成する際、前記基板に照射する酸素イオンの加速
電圧とイオン電流密度を制御することにより、Ａ軸配向
の超電導薄膜を形成させた例が示されている。
ＳｒＴｉ０３Ｍ板−１−にスパッタ法によって超電導薄
膜を形成する際、前記基板に照射する酸素イオンの加速
電圧とイオン電流密度を制御することにより、Ａ軸配向
の超電導薄膜を形成させた例が示されている。
〈発明が解決しようとする問題点〉
超電導薄膜は、ある温度以上に加熱しないと結晶化せず
、高温では酸素が抜けてしまうという性質がある。従っ
て、一般に前記超電導薄膜は、成膜中の基板温度を結晶
化温度よりも高くして結晶化させた後、温度を下げて酸
素雰囲気中でアニールすることにより作製されている。
、高温では酸素が抜けてしまうという性質がある。従っ
て、一般に前記超電導薄膜は、成膜中の基板温度を結晶
化温度よりも高くして結晶化させた後、温度を下げて酸
素雰囲気中でアニールすることにより作製されている。
上記文献（電子情報通信学会技術研究報告ＳＣＥ 超
電導エレク１ヘロニクス、ｖｏＱ、８９゜Ｎｏ、５／Ｉ
、 （１９８９）Ｉ月〕 １１〜１６）に示されてい
る方法においても、オゾンを使用する効果は冷却時にお
ける膜中への酸素の取り込みにあると記載されているか
、この方法によると、酸素ガスに対するオゾンの濃度か
２５％と低いため、成膜中及び冷却時において、膜中に
充分酸素を取り込ませることができなかった。従って基
板全体にわたって均一な単結晶薄膜を得ることはできな
かった。
電導エレク１ヘロニクス、ｖｏＱ、８９゜Ｎｏ、５／Ｉ
、 （１９８９）Ｉ月〕 １１〜１６）に示されてい
る方法においても、オゾンを使用する効果は冷却時にお
ける膜中への酸素の取り込みにあると記載されているか
、この方法によると、酸素ガスに対するオゾンの濃度か
２５％と低いため、成膜中及び冷却時において、膜中に
充分酸素を取り込ませることができなかった。従って基
板全体にわたって均一な単結晶薄膜を得ることはできな
かった。
また、文南Ｋ（ンヤパニース ジャーナル オフ゛アプ
ライド フィツクス（ＪΔＩ） Ａ Ｎ Ｅ Ｓ ＥＪ
ＯＵ ＲＮ Ａ ｌ、 ＯＦ ＡＰ Ｉ） Ｌ
Ｉ Ｅ ＤＰＩ−ＩＹＳ ＩＣ３，ＶｏＱ、２８．Ｎｏ
、］ ０゜○ｃ′ｒｏＲＢＥＲ，（１９８９）ＰＰＬ
Ｉ ８０９〜Ｌ］８］］）に示されている方法では１０
０％のオゾンを（Φ用しているため、酸素の活性化度は
高いか、３Ｘ］０−６Ｔｏｒｒと低圧下で成膜している
ため、基板全体に、均一に酸素を供給することができな
か−）だ。従って、大面積で均一なｔｌ結晶薄膜を得る
ことは困難であった。
ライド フィツクス（ＪΔＩ） Ａ Ｎ Ｅ Ｓ ＥＪ
ＯＵ ＲＮ Ａ ｌ、 ＯＦ ＡＰ Ｉ） Ｌ
Ｉ Ｅ ＤＰＩ−ＩＹＳ ＩＣ３，ＶｏＱ、２８．Ｎｏ
、］ ０゜○ｃ′ｒｏＲＢＥＲ，（１９８９）ＰＰＬ
Ｉ ８０９〜Ｌ］８］］）に示されている方法では１０
０％のオゾンを（Φ用しているため、酸素の活性化度は
高いか、３Ｘ］０−６Ｔｏｒｒと低圧下で成膜している
ため、基板全体に、均一に酸素を供給することができな
か−）だ。従って、大面積で均一なｔｌ結晶薄膜を得る
ことは困難であった。
また、１００％のオゾンを使用すると製造装置が腐食さ
れやすく、繰り返し製造する場合には実用的でないとい
う問題もあった。
れやすく、繰り返し製造する場合には実用的でないとい
う問題もあった。
また、特開平］−］、 ８３４９６に記載されている方
法では、酸素ガスのプラズマを基板に照射しているため
、酸素の活性化度が低く、膜中に充分に酸素を取り込ま
ゼることかできなかった。従って、部分的にはΔ軸配向
の超電導薄膜が得られるものの、大面積で単結晶薄膜を
得ることは困９！ｉｆであった。
法では、酸素ガスのプラズマを基板に照射しているため
、酸素の活性化度が低く、膜中に充分に酸素を取り込ま
ゼることかできなかった。従って、部分的にはΔ軸配向
の超電導薄膜が得られるものの、大面積で単結晶薄膜を
得ることは困９！ｉｆであった。
本発明は、表面の平滑性が良好な、単結晶の超電導薄膜
を大面積で製造する方法を提供することを目的とする。
を大面積で製造する方法を提供することを目的とする。
く問題点を解決する手段〉
前記目的を達成するために本発明では、真空蒸着法によ
り超電導薄膜を作製する際、基板表面に酸素とオゾンの
混合ガスを供給することにより１摸中に酸素を取り込ま
せる方法において、前記反応ガスのオゾン濃度を５〜２
０ｗｔ％とし、真空チャンバ内のガス圧を５Ｘ］Ｏ’〜
６Ｘ ］ Ｏ−’Ｔｏ ｒ ｒとした。
り超電導薄膜を作製する際、基板表面に酸素とオゾンの
混合ガスを供給することにより１摸中に酸素を取り込ま
せる方法において、前記反応ガスのオゾン濃度を５〜２
０ｗｔ％とし、真空チャンバ内のガス圧を５Ｘ］Ｏ’〜
６Ｘ ］ Ｏ−’Ｔｏ ｒ ｒとした。
さらに＋’＋ｉ＋記目的記述目的るために本発明では、
真空蒸着法により超電導薄膜を作製する際、基板表面に
酸素とオゾンの混合ガスを供給することにより、膜中に
酸素を取り込ませる方法において、真空チャンバ内に前
記混合ガスのプラズマを発生させた。
真空蒸着法により超電導薄膜を作製する際、基板表面に
酸素とオゾンの混合ガスを供給することにより、膜中に
酸素を取り込ませる方法において、真空チャンバ内に前
記混合ガスのプラズマを発生させた。
〈作用〉
大面積の超電導薄膜を単結晶状態で得るためには、まず
、成膜時に膜中に充分酸素を取り込ませる必要かある。
、成膜時に膜中に充分酸素を取り込ませる必要かある。
本発明では、基板温度を結晶化温度よりも高い５５０〜
６５０°Ｃに設定すると共に、オゾン濃度が５〜２０ｗ
ｔ％である酸素ガスとオゾンの混合ガスを、真空チャン
ノル内のガス圧が５ｘ １０−５〜６Ｘ １０−’Ｔｏ
ｒ ｒとなるように基板に供給しているため、反応性
の高いガスを均一に基板に供給することができる。従っ
て、成膜時において膜中に充分な酸素を均一に取り込ま
せることができる。
６５０°Ｃに設定すると共に、オゾン濃度が５〜２０ｗ
ｔ％である酸素ガスとオゾンの混合ガスを、真空チャン
ノル内のガス圧が５ｘ １０−５〜６Ｘ １０−’Ｔｏ
ｒ ｒとなるように基板に供給しているため、反応性
の高いガスを均一に基板に供給することができる。従っ
て、成膜時において膜中に充分な酸素を均一に取り込ま
せることができる。
但し、上記のように、基板温度が５５０〜６５０°Ｃで
あると、このままでは、超電導特性を示さない結晶形で
薄膜が得られる。この薄膜に酸素をさらに取り込まぜて
、超電導特性を示す結晶形にするためには、基板温度を
５００°Ｃに下げ、酸素雰囲気中でアニールする必要が
あるが、このときに酸素が充分取り込まれないと、単結
晶化することができない。本発明では、反応ガスを供給
する条件を上述のように構成しているため、前記酸素雰
囲気中でのアニール時においても、膜中に充分酸素を取
り込ませることができ、良好な超電導特性を示す超電導
薄膜を単結晶で得ることができる。
あると、このままでは、超電導特性を示さない結晶形で
薄膜が得られる。この薄膜に酸素をさらに取り込まぜて
、超電導特性を示す結晶形にするためには、基板温度を
５００°Ｃに下げ、酸素雰囲気中でアニールする必要が
あるが、このときに酸素が充分取り込まれないと、単結
晶化することができない。本発明では、反応ガスを供給
する条件を上述のように構成しているため、前記酸素雰
囲気中でのアニール時においても、膜中に充分酸素を取
り込ませることができ、良好な超電導特性を示す超電導
薄膜を単結晶で得ることができる。
尚、上記オゾン濃度が酸素ガスに対して、５ｗｔ％より
小さくなると、活性化された酸素の量か少なくなり、成
膜中及び冷却時に膜中に充分に酸素が取り込まれなくな
る。また、」−記オシン濃度が酸素ガスに対して、２０
ｗｔ％よりも大きくなると製造装置が腐食されたり、蒸
着源が酸化されることにより、原料の蒸発速度か不安定
になる等の問題が発生する。
小さくなると、活性化された酸素の量か少なくなり、成
膜中及び冷却時に膜中に充分に酸素が取り込まれなくな
る。また、」−記オシン濃度が酸素ガスに対して、２０
ｗｔ％よりも大きくなると製造装置が腐食されたり、蒸
着源が酸化されることにより、原料の蒸発速度か不安定
になる等の問題が発生する。
また、ガス圧が排気系直−にで５Ｘ］０−５Ｔ ｏ ｒ
ｒよりも低くなると、基板に供給される混合ガスの濃
度が低くなり、膜中に充分に酸素が取り込まれなくなる
。６Ｘ １０−’Ｔｏ ｒ ｒよりも高くなると、作製
される超電導薄膜の膜質が悪くなるという問題が発生す
る。
ｒよりも低くなると、基板に供給される混合ガスの濃
度が低くなり、膜中に充分に酸素が取り込まれなくなる
。６Ｘ １０−’Ｔｏ ｒ ｒよりも高くなると、作製
される超電導薄膜の膜質が悪くなるという問題が発生す
る。
また、酸素とオゾンの混合ガスを基板に供給する際、第
１図に示す真空チャンバ１１６内にプラズマを発生させ
ると、酸素の供給方法を上述のように構成した場合と同
様に、充分に活性化された酸素が基板に供給されるため
、大面積の単結晶超電導薄膜が得られる。
１図に示す真空チャンバ１１６内にプラズマを発生させ
ると、酸素の供給方法を上述のように構成した場合と同
様に、充分に活性化された酸素が基板に供給されるため
、大面積の単結晶超電導薄膜が得られる。
〈実施例〉
本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
第１図は本発明の実施例に使用した装置の概略的構成図
である。同図において、１０１．１０２はＥＢ蒸着用の
るつほであり、１０３は抵抗加熱用のポートである。即
ち、この装置はＥＢガン２基と抵抗加熱１基とを備えて
おり、３元素を独立に蒸着できるようになっている。１
０４．１０５．１０６は各々の蒸発源付近に設けられた
膜厚モニターであり、蒸着速度が常に一定になるように
、投入パワーにフィードバックをかけながら制御してい
る。１０７．１０８．１０９は蒸発源イ」近に設けられ
たンヤッタ、１１０は基板イ・ｊ近に設けられたシャッ
タで、１０４．１０５．１０６でモニタしている蒸着速
度が一定になったとき、１０７．１０８．１０９を開き
、最終的に１１０を開くことで膜組成の制御性を高めて
いる。１１１はオゾンと酸素ガスの混合ガスを導入する
だめのパイプであり、１１２は前記混合ガスを真空チャ
ンバ１１６内でプラズマ化させるＲ Ｆコイルである。
である。同図において、１０１．１０２はＥＢ蒸着用の
るつほであり、１０３は抵抗加熱用のポートである。即
ち、この装置はＥＢガン２基と抵抗加熱１基とを備えて
おり、３元素を独立に蒸着できるようになっている。１
０４．１０５．１０６は各々の蒸発源付近に設けられた
膜厚モニターであり、蒸着速度が常に一定になるように
、投入パワーにフィードバックをかけながら制御してい
る。１０７．１０８．１０９は蒸発源イ」近に設けられ
たンヤッタ、１１０は基板イ・ｊ近に設けられたシャッ
タで、１０４．１０５．１０６でモニタしている蒸着速
度が一定になったとき、１０７．１０８．１０９を開き
、最終的に１１０を開くことで膜組成の制御性を高めて
いる。１１１はオゾンと酸素ガスの混合ガスを導入する
だめのパイプであり、１１２は前記混合ガスを真空チャ
ンバ１１６内でプラズマ化させるＲ Ｆコイルである。
１１３は基板、１１４は基板ボルダ−１１１５は基板を
加熱させるためのヒータである。この基板ボルダ−１１
４は、膜の均一性を高めるため、成膜時に］ Ｏｒ ｐ
ｍの回転数で基板１１３を回転さぜる機構となっている
。１１６は上記の設備を設置しである真空チャンバであ
り、１１７はチャンバ内の真空度を測定するための真空
ケージ、１１８は真空チャンバ１１６を真空に引くため
の、ポンプである。
加熱させるためのヒータである。この基板ボルダ−１１
４は、膜の均一性を高めるため、成膜時に］ Ｏｒ ｐ
ｍの回転数で基板１１３を回転さぜる機構となっている
。１１６は上記の設備を設置しである真空チャンバであ
り、１１７はチャンバ内の真空度を測定するための真空
ケージ、１１８は真空チャンバ１１６を真空に引くため
の、ポンプである。
一１〇−
実施例Ｉ
以下に本発明の超電導薄膜を作うクする工程を説明する
。尚、本実施例では組成比が Ｙ、Ｂａ２Ｃｕ３０７−１の超電導薄膜を作製した。
。尚、本実施例では組成比が Ｙ、Ｂａ２Ｃｕ３０７−１の超電導薄膜を作製した。
まず、ＹとＢａの金属をそれぞれＥＢ蒸着用のるつぼ１
０１．１０２に設置し、Ｃｕの金属を抵抗加熱用のボー
１−１０３に設置した。真空ポンプ２１８で真空チャン
バ１１６を引き、真空ゲージ１１７の真空度か３ＸＩＯ
−ＯＴｏｒｒｉ、：なったところで、ガス導入パイプ１
１１から］Ｑｗｔ％のオゾンを含んだ酸素ガスとオゾン
の混合ガスを導入し、真空度が５×１０−”Ｔ ｏ ｒ
ｒとなるようにした。
０１．１０２に設置し、Ｃｕの金属を抵抗加熱用のボー
１−１０３に設置した。真空ポンプ２１８で真空チャン
バ１１６を引き、真空ゲージ１１７の真空度か３ＸＩＯ
−ＯＴｏｒｒｉ、：なったところで、ガス導入パイプ１
１１から］Ｑｗｔ％のオゾンを含んだ酸素ガスとオゾン
の混合ガスを導入し、真空度が５×１０−”Ｔ ｏ ｒ
ｒとなるようにした。
次に、基板ホルダー１１４に設置された基板１１３をヒ
ータ１１５で加熱し、６００°Ｃに保持した。基板１１
３には２Ｑｍｒｎ角のＭｇ０（１，００）の単結晶基板
を用いた。尚、基板温度は５５０°Ｃ〜６５０°Ｃに設
定するのが望ましく、５５０°Ｃより低いと、超電導薄
膜は非結晶状態となる。また、６５０°Ｃをこえると膜
表面の平坦性が悪くなり、いずれも、均一な薄膜を得る
には不適当な状態となる。１−記ガス導入パイプＩＩＩ
と基板１１３．七の距離は、１０〜３０ｍｍとするのか
好ましく、本実施例では、２５ｍｍとなるようにした。
ータ１１５で加熱し、６００°Ｃに保持した。基板１１
３には２Ｑｍｒｎ角のＭｇ０（１，００）の単結晶基板
を用いた。尚、基板温度は５５０°Ｃ〜６５０°Ｃに設
定するのが望ましく、５５０°Ｃより低いと、超電導薄
膜は非結晶状態となる。また、６５０°Ｃをこえると膜
表面の平坦性が悪くなり、いずれも、均一な薄膜を得る
には不適当な状態となる。１−記ガス導入パイプＩＩＩ
と基板１１３．七の距離は、１０〜３０ｍｍとするのか
好ましく、本実施例では、２５ｍｍとなるようにした。
ガス導入パイプ１１１と基板＋１３の距１雛か］、０ｍ
ｍ以下になると、ノｉ（板１１３への酸素の供給が不均
一になり、また、３０ｍｍをこえると基板１１３への酸
素の（］（給量が不足することになる。
ｍ以下になると、ノｉ（板１１３への酸素の供給が不均
一になり、また、３０ｍｍをこえると基板１１３への酸
素の（］（給量が不足することになる。
次に、＋０１、＋０２、ｊｏ３それぞれの蒸発１原にパ
ワーを没入し、Ｉ戊ｆ１％）Ｉｌｙ ■３ａ ： （
、ｕ−］：２：３の組成比となるように膜厚モニタ１０
４．１０５．１０６でそれぞれの蒸発源の蒸発速度をモ
ニタしながら、一定速度となった所で、／ヤッタ１０７
、＋０８．１０９を開いた。そして基板（１Ｊ近のンヤ
ッタ１１０を開き、成膜を開始した。最終的に超電導薄
膜を成ｊ１ぐ速度０５人／ ｓ ｅ ｃで厚さが１．０
００八となるように１戊膜した。成膜後、５００°Ｃま
で冷却し、５００℃を（Ｖ持したまま、チャンバ内が３
００Ｔｏ ｒ ｒになるまで−ｔＺ記混合比の酸素とオ
ゾンの混合ガスを導入し、１時間のアニールを行うこと
により、超電導特性を示さない状態から超電導特性を示
す状態に結晶形を変化さＵ゛た。その後は室を品まで自
然冷却させ、真空チャンバ１１Ｇから取り出した。以１
−の工程により超電導薄膜を作製した。
ワーを没入し、Ｉ戊ｆ１％）Ｉｌｙ ■３ａ ： （
、ｕ−］：２：３の組成比となるように膜厚モニタ１０
４．１０５．１０６でそれぞれの蒸発源の蒸発速度をモ
ニタしながら、一定速度となった所で、／ヤッタ１０７
、＋０８．１０９を開いた。そして基板（１Ｊ近のンヤ
ッタ１１０を開き、成膜を開始した。最終的に超電導薄
膜を成ｊ１ぐ速度０５人／ ｓ ｅ ｃで厚さが１．０
００八となるように１戊膜した。成膜後、５００°Ｃま
で冷却し、５００℃を（Ｖ持したまま、チャンバ内が３
００Ｔｏ ｒ ｒになるまで−ｔＺ記混合比の酸素とオ
ゾンの混合ガスを導入し、１時間のアニールを行うこと
により、超電導特性を示さない状態から超電導特性を示
す状態に結晶形を変化さＵ゛た。その後は室を品まで自
然冷却させ、真空チャンバ１１Ｇから取り出した。以１
−の工程により超電導薄膜を作製した。
第２図に本実施例によりｆ′１腸ゾしたｊ１α電導薄膜
のＸ線回折パターン図を示す。本実施例では同図に示す
とおり、完全にＣ軸配向した Ｙ 、Ｂ ａ ２Ｃｕ 、Ｏ？−１の組成比を持つ超電
導薄膜か得られた。
のＸ線回折パターン図を示す。本実施例では同図に示す
とおり、完全にＣ軸配向した Ｙ 、Ｂ ａ ２Ｃｕ 、Ｏ？−１の組成比を持つ超電
導薄膜か得られた。
また、電子線回折法で膜表面を解析しな結果、基板上の
任意の点においＣ３ストリーク状のパターンか観測され
、基板全体にわたって単結晶ｔＷ膜になっていることか
分かった。
任意の点においＣ３ストリーク状のパターンか観測され
、基板全体にわたって単結晶ｔＷ膜になっていることか
分かった。
更に、電子顕微鏡で膜表面を観察した結果、基板全体に
わたって、双晶や粒界が見られない、単結晶薄膜になっ
ていることか分かった。
わたって、双晶や粒界が見られない、単結晶薄膜になっ
ていることか分かった。
第３図に本実施例の特性の表面均一性を示す。
同図に小才とおり、本実施例に示す！ｊ法で作製した超
電導薄膜は、基板２０ｍｍ角全体にわたって均一に、ゼ
ロ抵抗温度Ｔ ｃ−８８Ｋの良好な超電導特性を示した
。尚、第３図において、縦軸はセロ抵抗４１八度、（苗
輔は基板の中心からの距離である。
電導薄膜は、基板２０ｍｍ角全体にわたって均一に、ゼ
ロ抵抗温度Ｔ ｃ−８８Ｋの良好な超電導特性を示した
。尚、第３図において、縦軸はセロ抵抗４１八度、（苗
輔は基板の中心からの距離である。
また、臨界電流密度（、ｌｃ）はｔ晶度７７Ｋにおいで
、６．５ｘ ｌ ０６Ａ／ｃｍ２てあった。
、６．５ｘ ｌ ０６Ａ／ｃｍ２てあった。
実施例２
ガス導入パイプＩ１１のガス吹き出し［１と基板の中心
との距離か１０ｍＩＴ′ｌとなるようにパイプ１１１を
設置し、真空チャンバー内の真空度か５ｘ ］、 ０＝
Ｔｏ ｒ ＋“となるようにした以外は実施例１と同様
の方法で超電導薄膜を作；摸した。本実施例では実施例
１と同様、基板２０ｍｍ角にわたりて均一に、ゼロ抵抗
温度ＴＣ＝８８に、温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊ
ｃ＝６．５Ｘ］、０６Ａ ／ ｃ ｍ ２の良好な超電
導特性が得られた。
との距離か１０ｍＩＴ′ｌとなるようにパイプ１１１を
設置し、真空チャンバー内の真空度か５ｘ ］、 ０＝
Ｔｏ ｒ ＋“となるようにした以外は実施例１と同様
の方法で超電導薄膜を作；摸した。本実施例では実施例
１と同様、基板２０ｍｍ角にわたりて均一に、ゼロ抵抗
温度ＴＣ＝８８に、温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊ
ｃ＝６．５Ｘ］、０６Ａ ／ ｃ ｍ ２の良好な超電
導特性が得られた。
実施例３
基板１１３に５ｒＴｉ○、（１００）の単結晶Ｊｊ（板
を用い、基板温度を５５０°Ｃとした以外は実施例１と
同様の方法で超電導薄膜をｆｔ製した３、括−１べ 板温度は５５０〜６５０°Ｃにするのが好ましく、５５
０°Ｃより低くなると超電導薄膜が非晶質となり、６５
０℃より高くなると超電導薄膜が多結晶体となる。第４
図に本実施例で得られた５ｒＴｉ○３（１００）上に成
膜した超電導薄膜のＸ線回折パターンを示す。同図に示
すとおり、本実施例により、完全にＡ軸配向した Ｙ ＋ Ｂ ａ ２Ｃｕ ３０７−Ｘ超電導薄膜が得ら
れた。
を用い、基板温度を５５０°Ｃとした以外は実施例１と
同様の方法で超電導薄膜をｆｔ製した３、括−１べ 板温度は５５０〜６５０°Ｃにするのが好ましく、５５
０°Ｃより低くなると超電導薄膜が非晶質となり、６５
０℃より高くなると超電導薄膜が多結晶体となる。第４
図に本実施例で得られた５ｒＴｉ○３（１００）上に成
膜した超電導薄膜のＸ線回折パターンを示す。同図に示
すとおり、本実施例により、完全にＡ軸配向した Ｙ ＋ Ｂ ａ ２Ｃｕ ３０７−Ｘ超電導薄膜が得ら
れた。
また、電子線回折法で解析した結果、基板の任意の点に
おいてストリーク状のパターンが得られ、基板全体にわ
たって、単結晶薄膜が積層されていることが分かった。
おいてストリーク状のパターンが得られ、基板全体にわ
たって、単結晶薄膜が積層されていることが分かった。
更に、本実施例においても、実施例１同様基板２０ｍｍ
角にわたって均一に、ゼロ抵抗温度Ｔｃ−８，８に、７
７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃ−６，０ＸＩ０６Ａ／ｃ
ｍ２の良好な超電導特性が得られた。
角にわたって均一に、ゼロ抵抗温度Ｔｃ−８，８に、７
７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃ−６，０ＸＩ０６Ａ／ｃ
ｍ２の良好な超電導特性が得られた。
実施例４
基板１１３にＳ ｉＴ １ｏ３（１１０）面を用い、た
以外は実施例１と同様にして超電導薄膜を作製した。
以外は実施例１と同様にして超電導薄膜を作製した。
本実施例においても実施例３同様基板の温度範囲は５５
０°Ｃ〜６５０℃か好ましい。
０°Ｃ〜６５０℃か好ましい。
本実施例により得られた超電導薄膜のＸ線回折パターン
を第５図に示す。同図に示すように、（１０３）ないし
は（１１０）に配向した超電導薄膜が得られた。この超
電導薄膜は、実施例１同様、２０ｍｍ角の基板全体にわ
たって、均一にゼロ抵抗温度Ｔ ｃ ＝ ３３ Ｋ、７
７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃ＝６． ２Ａ／ｃｍ２の
良好な超電導特性が得られた。
を第５図に示す。同図に示すように、（１０３）ないし
は（１１０）に配向した超電導薄膜が得られた。この超
電導薄膜は、実施例１同様、２０ｍｍ角の基板全体にわ
たって、均一にゼロ抵抗温度Ｔ ｃ ＝ ３３ Ｋ、７
７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃ＝６． ２Ａ／ｃｍ２の
良好な超電導特性が得られた。
実施例５
成膜中及び５００°Ｃまての冷却中にＲＦコイル１１２
により、ＲＦパワー１００Ｗでプラズマを発生させた以
外は、実施例１と同様に超電導薄膜を作製した。上記の
ようにプラズマを発生させることにより、酸素の活性種
を増やし、膜がより酸化されやすくなり、オゾンと酸素
ガスの混合ガスのみを基板に供給した場合よりも更に、
表面の平坦性が良い膜が得られる。本実施例では実施例
１と同様、基板全体にわたって均一に、ゼロ抵抗温度Ｔ
ｃ＝９ＱＫ、臨界電流密度Ｊｃ− ７Ｘ１０６Ａ／ｃｍ’の良好な超電導特性が得られた。
により、ＲＦパワー１００Ｗでプラズマを発生させた以
外は、実施例１と同様に超電導薄膜を作製した。上記の
ようにプラズマを発生させることにより、酸素の活性種
を増やし、膜がより酸化されやすくなり、オゾンと酸素
ガスの混合ガスのみを基板に供給した場合よりも更に、
表面の平坦性が良い膜が得られる。本実施例では実施例
１と同様、基板全体にわたって均一に、ゼロ抵抗温度Ｔ
ｃ＝９ＱＫ、臨界電流密度Ｊｃ− ７Ｘ１０６Ａ／ｃｍ’の良好な超電導特性が得られた。
以上、本発明のいずれの実施例においても、Ｙ、Ｂａ、
Ｃｕ３０□−８の酸化物超電導薄膜を作製したが、この
組成に限定されず、他の酸化物超電導体である（Ｌ ａ
、−、Ｍ、） ２Ｃｕ ０４ （Ｍ＝ Ｂ ａ 。
Ｃｕ３０□−８の酸化物超電導薄膜を作製したが、この
組成に限定されず、他の酸化物超電導体である（Ｌ ａ
、−、Ｍ、） ２Ｃｕ ０４ （Ｍ＝ Ｂ ａ 。
Ｓ ｒ、Ｃａ）、Ｌｎ、Ｂａ２Ｃｕ３０７−、。
Ｌｎ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ，（Ｌｎ＝Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ。
Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ）。
Ｂ ｉ、Ｓ ｒ２Ｃａ、Ｃｕ、、○ＩＯ＋Ｂ ｉｌ□Ｐ
ｂｏ２５ｂｏ、＋Ｃａ２．ｏＳｒ２．ｏＣＬ１２．ｓＯ
ｘ＋（Ｂ ｌ６７Ｐｂｏ３）２Ｓ ｒ２Ｃａ、Ｃｕ３０
．ｏ。
ｂｏ２５ｂｏ、＋Ｃａ２．ｏＳｒ２．ｏＣＬ１２．ｓＯ
ｘ＋（Ｂ ｌ６７Ｐｂｏ３）２Ｓ ｒ２Ｃａ、Ｃｕ３０
．ｏ。
Ｔ Ｉ ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３０ＩＯ＋ Ｂ ａ ＋
−ｘＫｘＢ Ｉ ０３＋Ｎｄ２−ｘＣｅｘＣｕ○４−ｙ
等でも本実施例と同様に基板全体にわたって均一な超電
導特性が得られる。
−ｘＫｘＢ Ｉ ０３＋Ｎｄ２−ｘＣｅｘＣｕ○４−ｙ
等でも本実施例と同様に基板全体にわたって均一な超電
導特性が得られる。
また、基板として本実施例ではＭｇＯ（１００）、５ｒ
Ｔｉ０３ （１００）、（１１０）単結晶基板を用いた
が、ＬａＡｌＯ３単結晶基板、Ｌ ａ Ｇ ａ Ｏ３単
結晶基板、イツトリウム安定化ジルコニア（ｙｓｚ）多
結晶基板等でも同様の超電導特性が得られた。
Ｔｉ０３ （１００）、（１１０）単結晶基板を用いた
が、ＬａＡｌＯ３単結晶基板、Ｌ ａ Ｇ ａ Ｏ３単
結晶基板、イツトリウム安定化ジルコニア（ｙｓｚ）多
結晶基板等でも同様の超電導特性が得られた。
〈発明の効果〉
本発明は、以」−のように構成されているので以下のよ
うな効果を奏する。
うな効果を奏する。
本発明は、真空蒸着法により超電導薄膜を作製する際、
基板表面に酸素とオゾンの混合ガスを供給することによ
り、膜中に酸素を取り込ませる方法において、前記反応
ガスのオゾン濃度を５〜２０ｗｔ％とし、真空チャンバ
内のガス圧を５×１０−５〜６×１Ｏ−４ＴＯｒｒとし
ているので、成膜中及び冷却中に膜中に充分に酸素を取
り込ませることができる。従って、表面平滑性の良い単
結晶の超電導薄膜を大面積にわたって得ることができる
。
基板表面に酸素とオゾンの混合ガスを供給することによ
り、膜中に酸素を取り込ませる方法において、前記反応
ガスのオゾン濃度を５〜２０ｗｔ％とし、真空チャンバ
内のガス圧を５×１０−５〜６×１Ｏ−４ＴＯｒｒとし
ているので、成膜中及び冷却中に膜中に充分に酸素を取
り込ませることができる。従って、表面平滑性の良い単
結晶の超電導薄膜を大面積にわたって得ることができる
。
さらに、本発明の超電導薄膜の製造方法では、真空蒸着
法により超電導薄膜を作製する際、基板表面に酸素とオ
ゾンの混合ガスを供給することにより酸素を取り込ませ
る方ｄ；において、真空チャンバ内に前記混合ガスのプ
ラズマを発生させているため、膜中に充分に酸素を取り
込ませる事ができる。従って、表面平滑性の良い単結晶
の超電導薄膜を大面積にわたって得ることができる。
法により超電導薄膜を作製する際、基板表面に酸素とオ
ゾンの混合ガスを供給することにより酸素を取り込ませ
る方ｄ；において、真空チャンバ内に前記混合ガスのプ
ラズマを発生させているため、膜中に充分に酸素を取り
込ませる事ができる。従って、表面平滑性の良い単結晶
の超電導薄膜を大面積にわたって得ることができる。
第１図は本発明の実施例の装置の概略的構成図、第２図
は実施例１で得られた薄膜のＸ線回折パターン図、第３
図は実施例１で得られた薄膜の超電導特性の基板表面均
一性を示す図であり、縦軸はゼロ抵抗温度、横軸は基板
の中心からの距離である。第４図は実施例３で得られた
超電導薄膜のＸ線回折パターン図、第５図は実施例４で
得られた超電導薄膜のＸ線回折パターン図、第６図は実
施例５で得られた超電導薄膜のＸ線回折のパターン図で
ある。 １０１．１０２・・・電子ビーム加熱蒸発源１０３・・
・抵抗加熱蒸発源、 １０４．１０５．１０６・・・膜厚モニタ、１０７．１
０８．１０９．１１０・シャッタ１１１・・・ガス導入
用パイプ、１１２・・・ＲＦコイル、１１３・・基板、
１１４・・基板ボルダ−１１１５・・・ヒータ、１１６
・・・真空ケージ、１１７・真空チャンバ、１１８・真
空ポンプ代理人 弁理士 梅１）勝（他２名） 日匂舐〈 日洋函〈 叩ミ飄〈 ） ｏ Ｑ ｏ−、−、３０ し） わ０ミ偏偶・く（ｙ）
は実施例１で得られた薄膜のＸ線回折パターン図、第３
図は実施例１で得られた薄膜の超電導特性の基板表面均
一性を示す図であり、縦軸はゼロ抵抗温度、横軸は基板
の中心からの距離である。第４図は実施例３で得られた
超電導薄膜のＸ線回折パターン図、第５図は実施例４で
得られた超電導薄膜のＸ線回折パターン図、第６図は実
施例５で得られた超電導薄膜のＸ線回折のパターン図で
ある。 １０１．１０２・・・電子ビーム加熱蒸発源１０３・・
・抵抗加熱蒸発源、 １０４．１０５．１０６・・・膜厚モニタ、１０７．１
０８．１０９．１１０・シャッタ１１１・・・ガス導入
用パイプ、１１２・・・ＲＦコイル、１１３・・基板、
１１４・・基板ボルダ−１１１５・・・ヒータ、１１６
・・・真空ケージ、１１７・真空チャンバ、１１８・真
空ポンプ代理人 弁理士 梅１）勝（他２名） 日匂舐〈 日洋函〈 叩ミ飄〈 ） ｏ Ｑ ｏ−、−、３０ し） わ０ミ偏偶・く（ｙ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、真空蒸着法により超電導薄膜を作製する際、基板表
面に酸素とオゾンの混合ガスを供給することにより、膜
中に酸素を取り込ませる方法において、 前記混合ガスのオゾン濃度を５〜２０ｗｔ％とし、真空
チャンバ内のガス圧を５×１０＾−＾５〜６×１０＾−
＾４Ｔｏｒｒとしたことを特徴とする超電導薄膜の作製
方法。 ２、真空蒸着法により、超電導薄膜を作製する際、基板
表面に酸素とオゾンの混合ガスを供給することにより、
膜中に酸素を取り込ませる方法において、 真空チャンバ内に前記混合ガスのプラズマを発生させる
ことを特徴とする超電導薄膜の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2331914A JPH04193703A (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | 超電導薄膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2331914A JPH04193703A (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | 超電導薄膜の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04193703A true JPH04193703A (ja) | 1992-07-13 |
Family
ID=18249048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2331914A Pending JPH04193703A (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | 超電導薄膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04193703A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5622918A (en) * | 1994-08-26 | 1997-04-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Process and apparatus for preparing YBaCuO superconducting films |
-
1990
- 1990-11-27 JP JP2331914A patent/JPH04193703A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5622918A (en) * | 1994-08-26 | 1997-04-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Process and apparatus for preparing YBaCuO superconducting films |
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