JPH04265206A - 高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法及び製造装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、良好な超伝導特性を持
つ高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法及び製造装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】１９８６年に３０〜４０ＫとＮｂ、Ｐｂ
等の従来の金属系超伝導体に比べ著しく高い超伝導転移
温度Ｔｃを持つＬａ１−ｘＭｘＣｕＯｙ（Ｍ：Ｓｒ、Ｂ
ａ）が発見　された。これを契機に転移温度Ｔｃ〜９０
ＫのＬｎＢａＣｕＯｙ系（Ｌｎはイッ　トリウム、ある
いはランタノイド元素）、同じく〜１１０ＫのＢｉＳｒ
ＣａＣｕＯｙ系、同じく〜１２０ＫのＴｌＢａＣａＣｕ
Ｏｙ系の発見が相次いで行われた。いずれの場合も酸化
物を基本としており、より高いＴｃを持つ超伝導体も発
見される可能性もある。これ等の超伝導材料は、高温超
伝導体、高Ｔｃ超伝導体、高温酸化物超伝導体などと呼
ばれている。この高温酸化物超伝導体を電子デバイス、
超伝導配線等のエレクトロニクス応用に展開するために
は、良好な超伝導特性を持つ薄膜の形成技術が必要とな
る。

【０００３】これ等の高温酸化物超伝導体薄膜の形成技
術として、反応性共蒸着法、スパッタ法、レーザ蒸着法
、ＣＶＤ法など、半導体薄膜形成を目的に開発された多
くの真空蒸着法を基本にした方法が試みられている。 いずれの場合も、酸化物薄膜を形成する必要があるため
酸化雰囲気中での薄膜形成がベースである。

【０００４】これ等従来の高温酸化物超伝導体薄膜形成
法の共通する最も大きな欠点は、薄膜形成中、あるいは
冷却過程において高い酸素圧力（薄膜作製時では約５×
１０−２Ｔｏｒｒ以上、冷却時で約１００Ｔｏｒｒ以上
）での蒸着、冷却を行なわないと超伝導特性を持つ薄膜
を形成できないことである。このため、Ｋセル、ＥＢガ
ン、基板加熱ヒータ等の真空部品等が高圧力の酸素によ
りダメージを受ける、あるいは蒸着レートが不安定にな
る等の欠点を持つ。

【０００５】以下に、反応性共蒸着法の場合を例に、こ
の欠点を具体的に示す。

【０００６】図６に、反応性共蒸着装置の概略を示す。 ここでは、高温酸化物超伝導体として、ＹＢａ２Ｃｕ３
Ｏ７−ｘの薄膜を形成する場合を考える（他の高温酸化
物超伝導　体の場合も金属元素の種類、数が異なるだけ
で、基本的には同様の原理を元に薄膜作製が行なわれて
いる。）。

【０００７】各金属元素Ｙ，Ｂａ、ＣｕはＫセル、ＥＢ
ガン、抵抗加熱源等の蒸着源を用いて、同時に独立に蒸
発させる。図６では、ＹはＥＢガン２、ＢａはＥＢガン
１、Ｃｕは抵抗加熱源３で蒸発させる。ＥＢガン１，２
は加速した電子ビームを蒸着材料に当て加熱蒸発させ、
抵抗加熱源３の場合は、抵抗ヒータ４に電流を流すこと
により加熱蒸発させる。基板６は基板加熱ヒータ５によ
り加熱される。超伝導体薄膜の形成には、基板温度は約
６００℃以上の温度が必要である。装置のチャンバ内に
は酸素ガス（酸素分子）が導入される。その際、チャン
バ内の酸素圧力を低減するためにチャンバ内は真空ポン
プにより排気される。

【０００８】蒸発した金属元素と酸素は反応しながら基
板６上に堆積し、酸化物薄膜が形成される。良好な超伝
導特性を持つ酸化物薄膜を得るためには、１）薄膜中の
金属元素の組成比Ｙ：Ｂａ：Ｃｕが１：２：３になるよ
うに調整されること、２）十分な酸化が行なえる条件に
あることが重要である。１）は蒸発源の蒸発レートをコ
ントロールすることにより行なわれる。２）はチャンバ
内の酸化圧力を増加させることにより実現される。

【０００９】金属元素と酸素との反応を完全に行なうこ
とにより良好な超伝導特性を持つ薄膜を得るためには、
酸素分子で酸素を供給する場合（従来の方法の場合）、
基板近傍の酸素圧力は１０−１Ｔｏｒｒ以上が必要であ
ると言われている。

【００１０】しかし、チャンバ内がこのような高い酸素
圧力になると以下のような弊害が発生する。それは、抵
抗加熱用のヒータ、基板加熱用のヒータ、及びＥＢガン
の電子発生用ヒータが酸素と反応して断線してしまうこ
とである。（蒸発源がＫセルの場合も同じであり、加熱
ヒータが切れてしまう。）。

【００１１】他の弊害としては、ＥＢガンが異常放電し
蒸発レートのコントロールが不可能になることである。 蒸発レートのコントロールが不可能になると薄膜の組成
比のずれが起き、超伝導特性を得られない。

【００１２】基板６近傍の酸素圧力のみを増加させ基板
から離れた場所（例えば蒸発源付近）の酸素圧力（バッ
クグラウンド酸素圧力）を減少させるために、ノルズ７
で酸素ガスを基板に吹き付けることも試みられている。 しかし、この場合でも、基板近傍と十分離れた場所間に
おける酸素圧力差はせいぜい半分程度、つまり５×１０
−２Ｔｏｒｒ程度にしかできず、上記弊害を本質的に解
決できるものではない。さらに、基板吹き付けでは基板
内での酸素圧力を均一にすることは難しく、広い面積で
超伝導体薄膜を得ることができないという欠点も生じる
。

【００１３】以上に述べた様に、従来の方法では、薄膜
蒸着時に酸素圧力が高いということに起因した多くの欠
点を持つ。

【００１４】また、室温で良好な超伝導特性を得るため
には、成膜後、〜１００Ｔｏｒｒ以上の酸素圧力中で、
成膜温度から室温まで数時間かけて冷却する必要がある
。基板ヒータと蒸発源とをともに停止した後であっても
それらは瞬時には冷えないため、〜１００Ｔｏｒｒとい
う成膜時の酸素圧力に比べ３桁以上高い圧力の酸素ガス
に高温状態で触れる。従って、成膜中以上にヒータの断
線等の真空部品に対するダメージが大きい。

【００１５】以上述べたように、従来の高温酸化物超伝
導体薄膜形成法では、良好な超伝導特性を持つ薄膜を実
現するためには、薄膜蒸着時、及び冷却時にチャンバ内
のバックグラウンド酸素圧力を高くせざるを得ず、その
ため真空部品に対するダメージ等の入内な弊害を生じる
という欠点を持っていた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、真空
部品等に対してダメージの少ない、かつ優れた超伝導特
性を出現させる高温酸化物伝導体薄膜の製造方法及び製
造装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　上記課題を解決するための本発明
の第１の要旨は、薄膜形成時に、基板近傍に酸素ラジカ
ルを照射することを特徴とする高温酸化物超伝導体薄膜
の製造方法に存在する。

【００１８】また、上記課題を解決するための本発明の
第２の要旨は、薄膜形成後の冷却時に、基板近傍に酸素
ラジカルを照射することを特徴とする高温酸化物超伝導
体薄膜の製造方法に存在する。

【００１９】さらに、上記課題を解決するための本発明
の第３の要旨は、内部に基板を保持するための手段を有
する酸化物超伝導体の反応性成膜装置に、酸素ラジカル
を発生させる手段を、酸素ラジカルが該基板近傍に照射
されるように配置して設けたことを特徴とする高温酸化
物超伝導体薄膜の製造装置に存在する。

【００２０】

【作用】酸素ラジカルは酸素分子に比べ化学的に活性で
あるため、蒸着後、及び冷却時に必要な酸素圧力を桁違
いに低減できる。そのため、蒸着源、ヒータ等の真空部
品に対するダメージが大きく低減できる。

【００２１】

【実施例】（第１実施例）図１に、本発明の高温酸化物
超伝導体薄膜の製造装置の一例を示す。本例では、反応
性成膜装置の一例として反応性共蒸着装置を示し、これ
基づいて成膜の原理を説明する。なお、スパッタ法、レ
ーザ蒸着法等の他の製造装置の場合も、動作原理は同様
である。

【００２２】図１に示す装置は、従来の技術で述べた反
応性共蒸着装置と同様、真空蒸着装置を基本としている
。８は高温酸化物超伝導体を構成する金属元素（例えば
、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ系高温酸化物超伝導体の場合
は、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕの３つの元素、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ
ｙ系高温酸化物超伝導体の場合は、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａ、
Ｃｕの４つの元素）を蒸発させるための蒸着源である。 Ｋセル、ＥＢガン、抵抗加熱源などが用いられるがどれ
を用いても同様である。

【００２３】６はその上に超伝導体薄膜を堆積させるた
めの基板である。５は基板を加熱するためのヒータであ
る。９は酸素ラジカルＯ＊を発生させる　ための酸素ラ
ジカル源であり、酸素ラジカルＯ＊は基板近傍に照射さ
れる。従って、各金属元素、及び酸素ラジカルとの反応
により、基板６上に酸化物薄膜が形成できる。

【００２４】従来の技術では金属元素の酸化は酸化分子
により行なったが、本発明では酸素分子より化学的に活
性であるため酸化力が格段に優れた酸素ラジカルを用い
る。これが、本発明の最も重要な特徴である。酸素ラジ
カルは活性で酸化力が強いので、酸素圧力が低くても十
分な酸化反応が実現できる。後の実施例で具体的に述べ
るが、バックグランド酸素圧力が約１０−５Ｔｏｒｒ（
従来の高温酸化物超伝導体作製技術に必要な酸素バック
グランド圧力に比べて、薄膜蒸着時で１／２００００、
冷却時で１／１０００００００の低酸素圧力）でも、良
好な超伝導特性を持つ薄膜を実現できる。また、酸素ラ
ジカルは金属との反応により消滅するために、酸素ラジ
カルの存在は基板６近傍に限られ、蒸発源がある場所ま
では広がらない。

【００２５】以上の結果、例えば、抵抗加熱用のヒータ
、基板加熱用のヒータ、及びＥＢガンの電子発生用ヒー
タ等の真空部品のダメージが大幅に抑えられる。また、
酸素圧力が低いのでＥＢガンの異常放電を引き起こさず
、組成比をコントロールすることができる。

【００２６】（第２実施例）図２に、第２実施例として
、酸素ラジカル源の概要を示す。

【００２７】石英、ＢＮ等の酸素との反応を起こし難い
絶縁体材料からなる放電管１０の内部に酸素ガスを導入
し、ＲＦコイル１１に高周波を印加し放電を起こす。す
ると、放電管内の酸素ガスは高エネルギー状態（プラズ
マ状態）になる。この高エネルギーガスを複数の微細穴
１２があいた石英製のアパーチャ１３を通すと酸素ラジ
カルを発生できる。プラズマをラジカルにするために必
要とされる微細穴の直径は、放電管１０内の圧力、成膜
室内の圧力をどのように設定するかによっても左右され
るが、一般的には、０．１ｍｍ〜３ｍｍが好ましい。

【００２８】典型的な設計の酸素ラジカル源の性能を次
に示す。酸素流量＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド
酸素圧力＝１×１０−５Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電
力密度＝１１Ｗ／ｃｍ２（入力電力２５０Ｗ）での、基
板上（酸素ラジカル源のアパーチャ部から約　７ｃｍ離
れた箇所）での酸素ラジカルフラックス流量＝５×１０
１３（個／ｓ・ｃｍ２）の値が実現できている。酸素流
量、ＲＦ電力を増加させると、酸素ラジカルフ　ラック
ス流量も増加させることができる。

【００２９】（第３実施例）第３実施例として、第１実
施例で述べた高温酸化物超伝導体薄膜反応性共蒸着装置
、及び第２実施例で示した酸素ラジカル源を用いた高温
酸化物超伝導体薄膜形成の具体例を示す。

【００３０】酸素ラジカル源から発生した酸素ラジカル
を基板６に照射する。酸素ラジカルを照射した状態でＫ
セルにより金属Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを同時に蒸発させ基板６
上に薄膜を形成した。

【００３１】代表的な蒸着条件を以下に示す。酸素流量
＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド酸素圧力＝１×１
０−５Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ／
ｃｍ２（入力電力２５０Ｗ）、基板温度＝７００℃　、
蒸着レートＲ＝１Å／ｓである。薄膜蒸着後、上記と同
じ酸素ラジカル照射条件（酸素流量＝０．６６ＣＣＭ、
バックグラウンド酸素圧力＝１×１０−５Ｔｏｒｒ、放
電管内でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ２（入力電力２
５０Ｗ））下で、　冷却速度Ｃ＝３００℃／ｈで成膜温
度（＝７００℃）から室温まで冷却した。

【００３２】この様にして作製した薄膜の抵抗の温度変
化を図３に示す。９０Ｋから抵抗が減少し始め、８７Ｋ
で零抵抗になり、良好な超伝導特性を持つ。なお、抵抗
が減少し始める臨界温度はオンセット臨界温度と呼ばれ
、零抵抗となる臨界温度は零抵抗臨界温度と呼ばれてい
る。また、酸化物超伝導体の酸化量、及び超伝導特性の
性能を表すパラメターであるｃ軸の長さ（１１．６８Å
であると酸化が十分で、かつ超伝導特性が良い。酸化不
足で超伝導特性が劣化すると長くなる。）は、１１．６
８Åとバルクの完全な超伝導体ＹＢａ２Ｃｕ３０ｙの値
と等しく、酸素の取り込みは十分に行われた良好な超伝
導体薄膜であると判る。

【００３３】ここで、従来の高温酸化物超伝導体薄膜作
製技術と大きく異なるのは、従来の技術では薄膜蒸着時
の酸素バックグラウンド圧力として基板に酸素を吹き付
けた場合でも５×１０−２Ｔｏｒｒ以上、冷却時の酸素
バックグラウンド圧力として１００Ｔｏｒｒ以上ないと
超伝導特性を持つ薄膜が得られなかったのが、本発明に
よると薄膜蒸着時、及び冷却時共に１×１０−５Ｔｏｒ
ｒの酸素バックグラウンド圧力で良好な超伝導特性を持
つ薄膜を形成できるということである。

【００３４】つまり、従来の技術で必要な酸素バックグ
ラウンド圧力に比べて、薄膜蒸着時で１／２００００、
冷却時で１／１０００００００の低い酸素バックグラウ
ンド圧力での良好な超伝導特性を持つ高温酸化物超伝導
体薄膜を形成することができる。

【００３５】従って、ＥＢガンの異常放電を防止し酸化
物超伝導体の構成元素の組成比を正確にコントロールで
きると共に、抵抗加熱のヒータ、基板加熱のヒータ等の
真空部品のダメージを画期的に低減できる。

【００３６】（第４実施例）第４実施例では、第３実施
例において、良好な超伝導特性を持つ薄膜を得るための
薄膜成膜条件を示す。

【００３７】酸素ラジカルを照射した状態でＫセルによ
り金属Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを同時に蒸発させ基板６上に薄膜
を形成した。

【００３８】以下の２つの蒸着条件により薄膜を形成し
た。

【００３９】１）の条件は、第３実施例と全く同じで、
酸素流量＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド酸素圧力
＝１×１０−５Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力密度＝
１１Ｗ／ｃｍ２（入力電力２５０Ｗ）、基板温度＝７０
　０℃、蒸着レートＲ＝１Å／ｓである。

【００４０】２）の条件は、酸素流量のみを減少させた
（バックグラウンド酸素圧力も流量に比例し減少する。 ）場合で、酸素流量＝０．２７ＣＣＭ、バックグラウン
ド酸素圧力＝４．１×１０−６Ｔｏｒｒ、放電管内での
ＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ２（入力電力２５０Ｗ）、
基板温度＝７００℃、蒸着レートＲ＝１Å／ｓである。

【００４１】１）と２）の酸素ラジカル条件の違いは、
酸素ラジカルの流量が、１）では５×１０１３　（個／
ｓ・ｃｍ２）であるのに対して、　２）では２×１０１
３（個／ｓ・ｃｍ２）と減少したことである。薄膜蒸着
後、両者共に　良好な超伝導特性を持つ薄膜が得られた
第３実施例と同じ冷却条件、つまり、酸素流量＝０．６
６ＣＣＭ、バックグラウンド酸素圧力＝１×１０−５Ｔ
ｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ２（
入力電力２５０Ｗ）の酸素ラジカ　ル照射下で、冷却速
度Ｃ＝３００℃／ｈで成膜温度（＝７００℃）から室温
まで冷却した。

【００４２】１）の薄膜蒸着条件（つまり第３実施例と
同じ。）で作製した薄膜は、第３実施例で示した様に、
オンセット臨界温度＝９０Ｋ、零抵抗臨界温度＝８７Ｋ
、ｃ軸長＝１１．６８Å（バルクの完全な超伝導体ＹＢ
ａ２Ｃｕ３０ｙの値と　等しい。）と良好な超伝導特性
を持っている。

【００４３】しかし、２）の蒸着条件で作製した薄膜は
、オンセット臨界温度は９０Ｋであるが、零抵抗臨界温
度が５０Ｋと低下し、かつｃ軸長も１１．７５Åと長く
なり（これは酸素の取り込みが十分でない証拠である。 ）、その超伝導特性は劣化している。従って、蒸着レー
トＲ＝１Å／ｓで蒸着する場合に良好な超伝導特性を得
るための酸素ラジカル流量の臨界値は２×１０１３（個
／ｓ・ｃｍ２）と５×１０１３（個／ｓ・ｃｍ２）の間
にあると考えられる。ここでは、安全サイドに見積もっ
て、良好な超伝導特性を得た実績があるということで、
臨界値を５×１０１３（個／ｓ・ｃｍ２）とする。つま
り、蒸着レートＲ＝１Å／ｓ　で蒸着する場合に良好な
超伝導特性を得るためには、この臨界値（５×１０１３
（個／ｓ・ｃｍ２））以上の酸素ラジカル流量を基板に
供給する必要がある。

【００４４】一方　、蒸着レートが増加すると、当然必
要な単位時間、単位面積当りの酸素ラジカル流量、つま
り酸素ラジカル流量も蒸着レートに比例して増加させる
必要がある。従って、蒸着レートＲ（Å／ｓ）の場合の
臨界酸素ラジカル流量値は、５×１０１３×Ｒ（個／ｓ
・ｃｍ２）となる。従って、蒸着レートＲ（Å／ｓ）で
蒸着する場合に　良好な超伝導特性を得るためには、こ
の臨界値（５×１０１３×Ｒ（個／ｓ・ｃｍ２　））以
上の酸素ラジカル流量を基板に供給する必要がある。

【００４５】（第５実施例）第５実施例では、第３実施
例において良好な超伝導特性を持つ薄膜を得るための冷
却条件を示す。

【００４６】酸素ラジカルを照射した状態でＫセルによ
り金属Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを同時に蒸発させ基板６上に薄膜
を形成した。

【００４７】蒸着条件は、第３実施例を全く同じで、酸
素流量＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド圧力＝１×
１０−５Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ
／ｃｍ２（入力電力２５０　Ｗ）、基板温度＝７００℃
、蒸着レートＲ＝１Å／ｓである。酸素ラジカル流量は
、５×１０１３（個／ｓ・ｃｍ２）である。

【００４８】薄膜蒸着後、蒸着時と同じ酸素ラジカル　
照射条件下、つまり、酸素ラジカル流量＝０．６６ＣＣ
Ｍ、バックグラウンド酸素圧力＝１×１０−５Ｔｏｒｒ
、放電管内でのＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ２（入　力
電力２５０Ｗ）で（従って、酸素ラジカルの流量は５×
１０１３（個／ｓ・ｃｍ２　））、冷却速度Ｃ（℃／ｈ
）をパラメータとして成膜温度（＝７００℃）から室温
で冷却した。

【００４９】図４はオンセット臨界温度、零抵抗臨界温
度、ｃ軸長の冷却速度Ｃ（℃／ｈ）に対する依存性を示
すグラフである。冷却速度Ｃ（℃／ｈ）が約３００（℃
／ｈ）以下で、オンセット臨界温度９０Ｋ、零抵抗臨界
温度＝８７Ｋ、ｃ軸長＝１１．６８Å（バルクの完全な
超伝導体ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙの値と等しい。）と良好な
超伝導特性を　持つ薄膜を得ることができる。つまり、
酸素ラジカル流量が５×１０１３個／ｓ・ｃｍ２の場合
は、約３００（℃／ｈ）以下の速度で冷却すれば良好な
超伝導特性　を持つ薄膜を形成できる。

【００５０】また、良好な超伝導特性を得るための冷却
速度を上げるためには、単位時間、単位面積当りに供給
される酸素ラジカル量、つまり酸素ラジカル流量を冷却
速度に比例して増加させる必要がある。従って、冷却速
度Ｃ（℃／ｈ）の場合に必要な酸素ラジカル流量値は、
５×１０１３（個／ｓ・ｃｍ２　）／３００（℃／ｈ）
×Ｃ（℃／ｈ）、つまり約１．７×１０１１×Ｃ（個／
ｓ・ｃｍ２）となる。従って、冷却温度Ｃ（℃／ｈ）の
場合に良好な超伝導特性を得る　ためには、この臨界値
（約１．７×１０１１×Ｃ（個／ｓ・ｃｍ２））以上の
酸素　ラジカル流量を基板に供給する必要がある。

【００５１】（第６実施例）第６実施例では、第３実施
例において、第５実施例と同様良好な超伝導特性を持つ
薄膜を得るための冷却条件を示す。

【００５２】酸素ラジカルを照射した状態でＫセルによ
り金属Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを同時に蒸発させ基板６上に薄膜
を形成した。

【００５３】蒸着条件は、第３実施例と全く同じで、酸
素流量＝０．６６ＣＣＭ、バックグラウンド酸素圧力＝
１×１０−５Ｔｏｒｒ、放電管内でのＲＦ電力密度＝１
１Ｗ／ｃｍ２（入力電力２５０Ｗ）、基板温度７００℃
、蒸着レートＲ＝１Å／ｓである　。酸素ラジカルの流
量は、５×１０１３（個／ｓ・ｃｍ２）である。

【００５４】薄膜蒸着後、蒸着　時と同じ酸素ラジカル
照射条件下、つまり、酸素流量＝０．６６ＣＣＭ、バッ
クグラウンド圧力＝１×１０−５Ｔｏｒｒ、放電管内で
のＲＦ電力密度＝１１Ｗ／ｃｍ２（入力電力２５０Ｗ）
で（従って、酸素ラジカルの流量は５×１０１３（個／
ｓ・ｃｍ２））、成膜温度（＝７００℃）から４００℃
〜５００℃の一定の温度まで　急冷した後、その温度で
保持時間ｔ（ｍｉｎ．）保持し、再び室温まで急冷した
。

【００５５】図５に、オンセット臨界温度、ｃ軸長の、
４００℃〜５００℃の一定温度（ここでは４５０℃に設
定。）での保持時間ｔ（ｍｉｎ．）依存性を示すグラフ
である。保持時間ｔ（ｍｉｎ．）が約２０（ｍｉｎ．）
以上で、オンセット臨界温度９０Ｋ、零抵抗臨界温度＝
８７Ｋ、ｃ軸長＝１１．６８Å（バルクの完全な超伝導
体ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙの値と等しい。）と良好な超伝導
特性を持つ薄膜を得ることができる。

【００５６】つまり　、酸素ラジカル流量が５×１０１
３（個／ｓ・ｃｍ２）の場合は、４００℃〜５００℃　
の一定温度（ここでは４５０℃に設定）で２０（ｍｉｎ
．）以上保持すれば良好な超伝導特性を持つ薄膜を形成
できる。

【００５７】また、良好な超伝導特性を得るための保持
時間を短縮するためには、単位時間、単位面積当りに供
給される酸素ラジカル量、つまり酸素ラジカル流量を保
持時間に逆比例して増加させる必要がある。

【００５８】従って、保持時間ｔ（ｍｉｎ．）の場合に
必要な酸素ラジカル流量値は、５×１０１３（個／ｓ・
ｃｍ２）×２０（ｍｉｎ．）／ｔ（ｍｉｎ．）、つまり
約１×１　０１５／ｔ（個／ｓ・ｃｍ２）となる。従っ
て、保持時間ｔ（ｍｉｎ．）の場合に　良好な超伝導性
特性を得るためには、この臨界値（約１×１０１５／ｔ
（個／ｓ・ｃｍ２））以上の流量の酸素ラジカルを基板
に供給する必要がある。

【００５９】以上、反応性共蒸着法、及びＹＢａＣｕＯ
ｙ系酸化物超伝導体薄膜を例として説明したが、その他
の高温酸化物超伝導体薄膜、及び高温酸化物超伝導体薄
膜作製法、例えばスパッタ法、レーザ蒸着法でも、酸素
ラジカルが酸素分子に比べて活性である特性を反映した
効果を同様に実現できる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、薄膜蒸
着中、及びその冷却過程において、基板近傍に酸素分子
に比べ化学的には活性な酸素ラジカルを照射することを
特徴とする。良好な超伝導体薄膜を得るために必要な蒸
着時、及び冷却時のバックグラウンド酸素圧力を桁違い
に低減できる。そのため、蒸着源、ヒータ等の真空部品
に対するイメージを大きく低減できる。また、酸素ラジ
カル照射条件等の薄膜形成条件を定量的に示したため、
良好な超伝導特性を持つ薄膜を容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の第１実施例に係る反応性共蒸着装
置例の概略図。

【図２】　　本発明の第２実施例に係る酸素ラジカル源
の概略図。

【図３】　　本発明の第３実施例により形成した高温酸
化物超伝導体薄膜の抵抗の温度変化を示すグラフ図

【図
４】　　本発明の第５実施例におけるオンセット臨界温
度、零抵抗臨界温度、ｃ軸長の冷却温度Ｃ（℃／ｈ）依
存性を示すグラフ

【図５】　　本発明の第６実施例におけるオンセット臨
界温度、零抵抗臨界温度、ｃ軸長の、４００℃〜５００
℃の一定温度（ここでは４５０℃に設定。）での保持時
間ｔ（ｍｉｎ．）依存性を示すグラフ

【図６】　　従来例に係る反応性共蒸着装置の概略図。

【符号の説明】

１……蒸着源ＥＢガン（Ｂａ用）、２……蒸着源ＥＢガ
ン（Ｙ用）、３……蒸着源抵抗加熱、４……抵抗加熱蒸
着源用ヒータ、５……基板加熱ヒータ、６……基板、７
……酸素吹き付け用ノズル、８……蒸着源、９……酸素
ラジカル源、１０……放電管、１１……ＲＦコイル、１
２……微細穴、１３……アパーチャ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　薄膜形成時に、基板近傍に酸素ラジカ
   ルを照射することを特徴とする高温酸化物超伝導体薄膜
   の製造方法。
2. 【請求項２】　　薄膜形成後の冷却時に、基板近傍に酸
   素ラジカルを照射することを特徴とする高温酸化物超伝
   導体薄膜の製造方法。
3. 【請求項３】　　基板における成膜レートをＲ（Å／ｓ
   ）とすると、供給する酸素ラジカルのフラックス流量を
   約５×１０１３×Ｒ（個／ｓ・ｃｍ２）以上とす　るこ
   とを特徴とする請求項１記載の高温酸化物超伝導体薄膜
   の製造方法。
4. 【請求項４】　　冷却速度をＣ（℃／ｈ）とすると、供
   給する酸素ラジカルのフラックス流量を約１．７×１０
   １１×Ｃ（個／ｓ・ｃｍ２）以上とすることを特　徴と
   する請求項２記載の高温酸化物超伝導体薄膜の製造方法
   。
5. 【請求項５】　　冷却途中において、基板を、４００℃
   〜５００℃の温度に保持時間ｔ（ｍｉｎ．）の間保持し
   、その間に供給する酸素ラジカルのフラックス流量を約
   １×１０１５　／ｔ（個／ｓ・ｃｍ２）以上とすること
   を特徴とする請求項２または４記載の高温酸化物超伝導
   体薄膜の製造方法。
6. 【請求項６】　　酸素の高周波放電によりプラズマガス
   を発生させ、そのプラズマを微細穴を通すことにより酸
   素ラジカルを生成することを特徴とする請求項１ないし
   請求項５のいずれか１項記載の高温酸化物超伝導体薄膜
   の製造方法。
7. 【請求項７】　　内部に基板を保持するための手段を有
   する酸化物超伝導体の反応性成膜装置に、酸素ラジカル
   を発生させる手段を、酸素ラジカルが該基板近傍に照射
   されるように配置して設けたことを特徴とする高温酸化
   物超伝導体薄膜の製造装置。
8. 【請求項８】　　前記酸素ラジカルを発生させる手段は
   、酸素をプラズマ化させるための放電管の出口に、酸素
   のプラズマが通過した際に酸素ラジカルを発生せしめ得
   る大きさの径の微細穴を有するアパチャーを設けること
   により構成されていることを特徴とする請求項７記載の
   高温酸化物超伝導体薄膜の製造装置。