JPH04280959A - 超電導薄膜の作製方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超電導薄膜の作
製方法に関する。より詳細には、本発明は、Ｙ系等のＣ
ｕ複合酸化物による超電導薄膜を、特にＳｉウェハを下
地基板として作製するための新規な方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導現象は、液体ヘリウムによる冷却
が必須な極低温における固有の現象であるとかつては考
えられていた。しかしながら、１９８６年にベドノーツ
、ミューラー等によって、３０Ｋで超電導状態を示す（
Ｌａ，Ｂａ）２ＣｕＯ４　が発見されて以来、１９８７
年には、チュー等によって９０Ｋ台の超電導臨界温度Ｔ
ｃ　を有するＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ　が発見され、続いて
、１９８８年には前田等によって１００　Ｋ以上の臨界
温度を示す所謂Ｂｉ系の複合酸化物系超電導材料が発見
された。これらの一連の複合酸化物系超電導材料は、廉
価な液体窒素による冷却で超電導現象を実現することが
できるので超電導技術の実用的な応用の可能性が俄に取
り沙汰されるようになった。

【０００３】当初、これらの複合酸化物系超電導材料は
、固相反応法による焼結体として合成されていたが、そ
の後の研究の進捗により、今日では、薄膜として作製す
ることにより、極めて品質の高いものが得られるように
なってきた。但し、これらの複合酸化物は、それぞれに
複雑な結晶構造を有し、特定の基板上に特定の条件で成
膜した場合にのみ有効な超電導特性を発揮する相を形成
する。即ち、酸化物超電導薄膜の下地基板としては、Ｍ
ｇＯ単結晶基板、ＳｒＴｉＯ３　単結晶基板等が使用さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような酸化物単結晶基板は、一般に高価な上に供給が少
なく、酸化物超電導体の実用化を考えた場合に極めて不
利な要件のひとつであると考えられている。また、酸化
物基板は大径のものが入手し難く、酸化物超電導薄膜が
今後大面積化していくことを考えた場合に適切な材料と
は考え難い。

【０００５】そこで、廉価且つ高品質な基板材料として
現在最も安定に供給されているＳｉウェハを下地基板と
して酸化物超電導薄膜を作製することが提案されている
。 ところが、Ｓｉウェハと酸化物超電導体とは、熱膨張率
差が非常に大きい。即ち、Ｓｉ単結晶の熱膨張率が　２
．４程度であるのに対して、代表的な酸化物超電導体で
あるＹ系複合酸化物の熱膨張率は１４以上もある。この
ため、Ｓｉウェハ上に酸化物超電導薄膜を成膜した場合
、熱的なミスマッチのためにクラックを生じてしまう。

【０００６】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、Ｓｉウェハ上に、クラックを生じることなく
酸化物超電導薄膜を成膜することができる新規な超電導
薄膜の作製方法を提供することをその目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明に従うと、
Ｓｉウェハを下地基板として酸化物超電導薄膜を作製す
る方法において、Ｓｉウェハ上に酸化物超電導薄膜を成
膜する第１工程と、該酸化物超電導薄膜の熱膨張率とＳ
ｉウェハの熱膨張率との中間の熱膨張率を有する材料に
より形成された支持層を該酸化物超電導薄膜上に成膜す
る第２工程とを含み、該第２工程が、該第１工程後であ
り且つ該酸化物超電導薄膜の温度が降下する前の期間に
実施されることを特徴とする超電導薄膜の作製方法が提
供される。

【０００８】

【作用】本発明に係る酸化物超電導薄膜の作製方法は、
Ｓｉウェハ上に形成された酸化物超電導薄膜上に、更に
支持層を形成することにより、酸化物超電導薄膜に印加
される応力を分散してクラックの発生を防止することに
その主要な特徴がある。

【０００９】即ち、本発明に係る方法においては、Ｓｉ
ウェハ上に酸化物超電導薄膜を成膜した後、この酸化物
超電導薄膜の直上に支持層を成膜する工程を含んでいる
。 この支持層は、酸化物超電導薄膜の熱膨張率とＳｉウェ
ハの熱膨張率との中間の熱膨張率を有する材料により形
成されており、成膜後の降温時に、酸化物超電導薄膜に
印加される応力の一部を担持して、酸化物超電導薄膜に
おけるクラックの発生を緩和している。このような特性
を有する支持層の材料としてはＴｉＯ２　、ＳｉＯ２　
、Ｙ２　Ｏ３　等を例示することができる。

【００１０】尚、酸化物超電導薄膜は、特定の結晶構造
を有する下地上にのみ形成されることが知られており、
この点Ｓｉウェハは酸化物超電導薄膜の下地とはなり得
ない。また、Ｓｉが酸化物超電導薄膜中に拡散すると、
酸化物超電導薄膜の超電導特性が劣化あるいは消失する
ことが知られている。そこで、酸化物超電導薄膜の下地
となる結晶構造を有し、且つ、Ｓｉの拡散に対して障壁
となるような材料によってＳｉ基板上にバッファ層を形
成した後酸化物超電導薄膜を成膜することが一般的であ
る。

【００１１】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示はあくまでも本発明の一実施
例に過ぎず、本発明の技術的範囲を何ら限定するもので
はない。

【００１２】

【実施例】〔実施例〕図１は、本発明に係る酸化物超電
導薄膜の作製方法の基本的な概念を示す図である。

【００１３】即ち、本発明に係る方法においては、まず
、図１（ａ）　に示すように、Ｓｉウェハ１上全体にバ
ッファ層２を成膜する。次に、図１（ｂ）　に示すよう
に、バッファ層２上に酸化物超電導薄膜３を成膜する。 続いて、図１（ｃ）　に示すように、酸化物超電導薄膜
３上に支持層４を成膜する。

【００１４】ここで、支持層４の成膜処理は、酸化物超
電導薄膜３の成膜処理に引き続いて行い、支持層４を形
成した後に初めてＳｉウェハおよび各薄膜を冷却する。

【００１５】〔作製例〕直径４インチのＳｉウェハ上に
バッファ層を成膜した。バッファ層は、ＺｒＯ２　を材
料として真空蒸着法により成膜した。成膜条件は、下記
の表１に示す通りである。

【００１６】

【表１】

【００１７】続いて、上述のようにして作製したバッフ
ァ層上に、酸化物超電導薄膜を成膜した。材料としては
、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕの複合酸化物を採用し、反応性蒸着法
により、下記の表２に示す成膜条件で成膜した。

【００１８】

【表２】

【００１９】次に、ＳｉＯ２　を材料として支持層を成
膜した。支持層は、真空蒸着法により、下記の表３に示
す成膜条件で成膜した。

【００２０】

【表３】

【００２１】また、比較のために、ＭｇＯ基板上に、や
はりＹ−Ｂａ−Ｃｕ複合酸化物薄膜を作製した。この比
較試料と、本発明に従ってＳｉウェハ上に作製した試料
との、７７Ｋにおける臨界電流密度を測定して比較した
。測定結果を表４に示す。

【００２２】

【表４】

【００２３】第４表に示すように、本発明に従って作製
された酸化物超電導薄膜は、下地基板としてＳｉウェハ
を使用しているにもかかわらず、酸化物基板を使用した
場合と実質的に等しい臨界電流密度を達成しており、ク
ラックの発生が有効に防止されたことが判る。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る方法
によれば、Ｓｉウェハを基板として酸化物超電導薄膜を
成膜する際に、最終的に使用する酸化物超電導薄膜に発
生するクラックを防止することができる。

【００２５】酸化物超電導薄膜の作製におけるＳｉウェ
ハの使用は、基板が廉価で供給が安定していることだけ
ではなく、微細加工技術等についての膨大な技術的蓄積
により種々のデバイスの作製にも有利に作用する。また
、Ｓｉウェハは、相当大径のものが供給されており、酸
化物超電導薄膜の大面積化にも充分対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る酸化物超電導薄膜の作製方法の基
本的な概念を工程毎に示す図である。

【符号の説明】

１　　　　Ｓｉウェハ、 ２　　　　バッファ層、 ３　　　　酸化物超電導薄膜、 ４　　　　支持層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｓｉウェハを下地基板として酸化物超電導
   薄膜を作製する方法において、Ｓｉウェハ上に酸化物超
   電導薄膜を成膜する第１工程と、該酸化物超電導薄膜の
   熱膨張率とＳｉウェハの熱膨張率との中間の熱膨張率を
   有する材料により形成された支持層を該酸化物超電導薄
   膜上に成膜する第２工程とを含み、該第２工程が、該第
   １工程後であり且つ該酸化物超電導薄膜の温度が降下す
   る前の期間に実施されることを特徴とする超電導薄膜の
   作製方法。