JPH04285013A - 酸化物超電導体薄膜の形成方法 - Google Patents
酸化物超電導体薄膜の形成方法Info
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- JPH04285013A JPH04285013A JP3072129A JP7212991A JPH04285013A JP H04285013 A JPH04285013 A JP H04285013A JP 3072129 A JP3072129 A JP 3072129A JP 7212991 A JP7212991 A JP 7212991A JP H04285013 A JPH04285013 A JP H04285013A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ミリ波、マイクロ波等
の周波数領域用のデバイスに使用できるＢｉ系又はＴｌ
系高温酸化物超電導体薄膜を基板上に形成する方法に関
する。以下本明細書では、Ｂｉ系高温酸化物超電導体薄
膜とは例えばＢｉ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ 系高温酸化
物超電導体等のＢｉを含む高温酸化物超電導体の薄膜を
言い、Ｔｌ系高温酸化物超電導体薄膜とは例えばＴｌ−
Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系高温酸化物超電導体等のＴｌを
含む高温酸化物超電導体の薄膜を言う。
の周波数領域用のデバイスに使用できるＢｉ系又はＴｌ
系高温酸化物超電導体薄膜を基板上に形成する方法に関
する。以下本明細書では、Ｂｉ系高温酸化物超電導体薄
膜とは例えばＢｉ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ 系高温酸化
物超電導体等のＢｉを含む高温酸化物超電導体の薄膜を
言い、Ｔｌ系高温酸化物超電導体薄膜とは例えばＴｌ−
Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系高温酸化物超電導体等のＴｌを
含む高温酸化物超電導体の薄膜を言う。
【０００２】
【従来の技術】従来、Ｂｉ系及びＴｌ系高温酸化物超電
導体の薄膜は、スパッタリング法、レーザ蒸着法等の物
理気相蒸着法（ＰＶＤ法）、或いは化学気相蒸着法（Ｃ
ＶＤ法）によって基板上に形成されてきた。
導体の薄膜は、スパッタリング法、レーザ蒸着法等の物
理気相蒸着法（ＰＶＤ法）、或いは化学気相蒸着法（Ｃ
ＶＤ法）によって基板上に形成されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来のＢｉ系及
びＴｌ系高温酸化物超電導体薄膜の形成方法には、種々
の問題があった。例えば、単一の焼結体ターゲットを使
用したスパッタリング法を用いて基板上にＢｉ系酸化物
超電導体薄膜を形成する場合、スパッタリングされて基
板上に堆積した金属を結晶化、及び単相化させるには基
板温度を高くする必要があった。しかも、臨界温度等の
良好な超電導特性を得るには、更に高温下でのアニール
を必要とした。同じくスパッタリング法を用いて基板上
にＴｌ系酸化物超電導体薄膜を形成する場合、Ｔｌ以外
の構成元素を堆積した後、Ｔｌ元素含有雰囲気中で基板
上のＴｌ以外の構成元素堆積層をアニールしないと良好
な超電導特性を得ることができなかった。上述の理由か
ら、従来のスパッタリング法で形成されたＢｉ系及びＴ
ｌ系高温酸化物超電導体薄膜は、表面モホロジーが悪く
、また薄膜を形成する高温酸化物超電導体の組成制御性
が不十分であって、その結果、表面が均質化されずに異
相の状態に形成される等の現象のため、表面抵抗が高か
った。従って、低い表面抵抗が要求されるミリ波、マイ
クロ波の周波数領域で使用するデバイスにかかる表面抵
抗の高い超電導体薄膜を使用することはできなかった。
びＴｌ系高温酸化物超電導体薄膜の形成方法には、種々
の問題があった。例えば、単一の焼結体ターゲットを使
用したスパッタリング法を用いて基板上にＢｉ系酸化物
超電導体薄膜を形成する場合、スパッタリングされて基
板上に堆積した金属を結晶化、及び単相化させるには基
板温度を高くする必要があった。しかも、臨界温度等の
良好な超電導特性を得るには、更に高温下でのアニール
を必要とした。同じくスパッタリング法を用いて基板上
にＴｌ系酸化物超電導体薄膜を形成する場合、Ｔｌ以外
の構成元素を堆積した後、Ｔｌ元素含有雰囲気中で基板
上のＴｌ以外の構成元素堆積層をアニールしないと良好
な超電導特性を得ることができなかった。上述の理由か
ら、従来のスパッタリング法で形成されたＢｉ系及びＴ
ｌ系高温酸化物超電導体薄膜は、表面モホロジーが悪く
、また薄膜を形成する高温酸化物超電導体の組成制御性
が不十分であって、その結果、表面が均質化されずに異
相の状態に形成される等の現象のため、表面抵抗が高か
った。従って、低い表面抵抗が要求されるミリ波、マイ
クロ波の周波数領域で使用するデバイスにかかる表面抵
抗の高い超電導体薄膜を使用することはできなかった。
【０００４】分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等を用い
て、例えばＢｉ系超電導体の構成元素の各金属単体の蒸
発により基板上に薄膜を形成する場合にも、同様な問題
があった。即ち、Ｂｉの融点が２７１°Ｃ と成膜基板
温度に比べて低いため、基板上に一度は堆積したＢｉが
再蒸発してしまい、その結果、高温酸化物超電導体の組
成制御性及び組成再現性が低く、また表面に生じた異相
等により表面抵抗が高い。従って、スパッタリング法に
より形成したＢｉ系又はＴｌ系高温酸化物超電導体薄膜
と同様、低い表面抵抗が要求されるミリ波、マイクロ波
の周波数領域で使用するデバイスに分子線エピタキシー
（ＭＢＥ）法等を用いて形成されたかかる表面抵抗の高
い高温酸化物超電導体薄膜を使用することはできなかっ
た。上述の問題に鑑み、本発明の目的は、組成制御性に
優れ、表面抵抗の低い、従ってミリ波、マイクロ波の周
波数領域用のデバイスに使用できる高温酸化物超電導体
薄膜を基板上に形成する方法を提供することにある。
て、例えばＢｉ系超電導体の構成元素の各金属単体の蒸
発により基板上に薄膜を形成する場合にも、同様な問題
があった。即ち、Ｂｉの融点が２７１°Ｃ と成膜基板
温度に比べて低いため、基板上に一度は堆積したＢｉが
再蒸発してしまい、その結果、高温酸化物超電導体の組
成制御性及び組成再現性が低く、また表面に生じた異相
等により表面抵抗が高い。従って、スパッタリング法に
より形成したＢｉ系又はＴｌ系高温酸化物超電導体薄膜
と同様、低い表面抵抗が要求されるミリ波、マイクロ波
の周波数領域で使用するデバイスに分子線エピタキシー
（ＭＢＥ）法等を用いて形成されたかかる表面抵抗の高
い高温酸化物超電導体薄膜を使用することはできなかっ
た。上述の問題に鑑み、本発明の目的は、組成制御性に
優れ、表面抵抗の低い、従ってミリ波、マイクロ波の周
波数領域用のデバイスに使用できる高温酸化物超電導体
薄膜を基板上に形成する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、次の特徴を有
する方法により上記目的を達成している。その特徴とは
、基板上に気相析出法によりＢｉ系又はＴｌ系高温酸化
物超電導体薄膜を形成する方法において、Ｂｉ又はＴｌ
を含む有機金属錯体を加熱して発生させたＢｉ又はＴｌ
を含む有機金属錯体蒸気を酸化性キャリアガスに混入さ
せた混合ガスと、高温酸化物超電導体薄膜を形成する高
温酸化物超電導体の構成元素のうちＢｉ及びＴｌ以外の
構成元素の各金属を各々別個に加熱し、高温酸化物超電
導体の元素含有比率が所定のものになるように各金属の
蒸発速度を調節して蒸発させた各金属蒸気とを加熱され
た基板上に高真空雰囲気下で同時に堆積させることであ
る。本発明に係る方法によりＢｉ系又はＴｌ系高温酸化
物超電導体薄膜を形成する基板は、基板加熱温度に耐え
る基板であれば特に限定はなく、その最終的用途に応じ
た仕様の基板を使用することができる。本発明では、高
真空（通常例えば５×１０−５Ｔｏｒｒ程度）下で基板
上にＢｉ系又はＴｌ系高温酸化物超電導体薄膜を形成す
る高温酸化物超電導体の構成金属を同時に堆積させ、か
つ堆積させた金属の結晶化等のために必要とされている
既知の温度に基板を加熱する。 本発明で使用するＢｉ又はＴｌを含む有機金属錯体は、
特に限定されるものではなく、市販されている化合物、
例えばＢｉを含むものとしてＢｉ（Ｃ６Ｈ５）３ 等、
Ｔｌを含むものとしてＴｌ（Ｃ６Ｈ５）３ 等を挙げる
ことができる。本発明で使用する酸化性キャリアガスは
、原子状酸素を遊離するガスであれば特に限定はなく、
例えば例としてＯ３、Ｎ２Ｏ 等の活性ガスを挙げるこ
とができる。
する方法により上記目的を達成している。その特徴とは
、基板上に気相析出法によりＢｉ系又はＴｌ系高温酸化
物超電導体薄膜を形成する方法において、Ｂｉ又はＴｌ
を含む有機金属錯体を加熱して発生させたＢｉ又はＴｌ
を含む有機金属錯体蒸気を酸化性キャリアガスに混入さ
せた混合ガスと、高温酸化物超電導体薄膜を形成する高
温酸化物超電導体の構成元素のうちＢｉ及びＴｌ以外の
構成元素の各金属を各々別個に加熱し、高温酸化物超電
導体の元素含有比率が所定のものになるように各金属の
蒸発速度を調節して蒸発させた各金属蒸気とを加熱され
た基板上に高真空雰囲気下で同時に堆積させることであ
る。本発明に係る方法によりＢｉ系又はＴｌ系高温酸化
物超電導体薄膜を形成する基板は、基板加熱温度に耐え
る基板であれば特に限定はなく、その最終的用途に応じ
た仕様の基板を使用することができる。本発明では、高
真空（通常例えば５×１０−５Ｔｏｒｒ程度）下で基板
上にＢｉ系又はＴｌ系高温酸化物超電導体薄膜を形成す
る高温酸化物超電導体の構成金属を同時に堆積させ、か
つ堆積させた金属の結晶化等のために必要とされている
既知の温度に基板を加熱する。 本発明で使用するＢｉ又はＴｌを含む有機金属錯体は、
特に限定されるものではなく、市販されている化合物、
例えばＢｉを含むものとしてＢｉ（Ｃ６Ｈ５）３ 等、
Ｔｌを含むものとしてＴｌ（Ｃ６Ｈ５）３ 等を挙げる
ことができる。本発明で使用する酸化性キャリアガスは
、原子状酸素を遊離するガスであれば特に限定はなく、
例えば例としてＯ３、Ｎ２Ｏ 等の活性ガスを挙げるこ
とができる。
【０００６】本発明で言う、Ｂｉ系又はＴｌ系高温酸化
物超電導体薄膜を形成する高温酸化物超電導体の構成元
素のうちＢｉ及びＴｌ以外の構成元素の金属とは、例え
ばＢｉ系のＢｉ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ 系高温酸化物
超電導体の薄膜ではＣａ、Ｓｒ、Ｃｕを意味し、Ｔｌ系
のＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ 系高温酸化物超電導体
の薄膜ではＢａ、Ｃａ、Ｃｕを意味し、好適にはそれぞ
れ精製した金属を使用する。本発明では、優れた組成制
御性を担保するため、Ｂｉ系又はＴｌ系高温酸化物超電
導体薄膜を形成する高温酸化物超電導体の構成元素のう
ちＢｉ及びＴｌ以外の構成元素の金属をＢｉ又はＴｌを
基準に高温酸化物超電導体の元素含有比率が所定のもの
になるように各金属の蒸発速度を調節して堆積させてい
る。 所定の元素含有比率になるように堆積させるには、各金
属の蒸気の分圧が所定の分圧比率を保持するように各金
属の蒸発速度、即ち各金属に対する加熱のための入熱量
を調整する。好適には、後述する自動フィードバック制
御機構を使用して各金属蒸気の蒸発速度がＢｉ又はＴｌ
の蒸発速度に対して一定の所定比率を保持するように各
金属を蒸発させるための加熱入熱量を制御する。上記の
構成の本発明に係るＢｉ系又はＴｌ系高温酸化物超電導
体薄膜の形成方法では、Ｂｉ又はＴｌを含む有機金属錯
体蒸気は、酸化性キャリアガス中の遊離酸素と反応して
Ｂｉ−Ｏ 、又はＴｌ−Ｏ の結合を生成する。Ｏ と
結合した状態で基板に堆積するので、再蒸発することは
ない。従って、組成制御性が向上し、表面に異相が生じ
ない。活性酸素を遊離した残りのキャリアガスは、基板
近傍で有効に酸化作用を行って成膜温度を低下させ、表
面モホロジーを向上させる。尚、Ｂｉ又はＴｌを含む有
機金属錯体蒸気のＢｉ又はＴｌ以外の成分は、酸化物と
なって系外に排気される。
物超電導体薄膜を形成する高温酸化物超電導体の構成元
素のうちＢｉ及びＴｌ以外の構成元素の金属とは、例え
ばＢｉ系のＢｉ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ 系高温酸化物
超電導体の薄膜ではＣａ、Ｓｒ、Ｃｕを意味し、Ｔｌ系
のＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ 系高温酸化物超電導体
の薄膜ではＢａ、Ｃａ、Ｃｕを意味し、好適にはそれぞ
れ精製した金属を使用する。本発明では、優れた組成制
御性を担保するため、Ｂｉ系又はＴｌ系高温酸化物超電
導体薄膜を形成する高温酸化物超電導体の構成元素のう
ちＢｉ及びＴｌ以外の構成元素の金属をＢｉ又はＴｌを
基準に高温酸化物超電導体の元素含有比率が所定のもの
になるように各金属の蒸発速度を調節して堆積させてい
る。 所定の元素含有比率になるように堆積させるには、各金
属の蒸気の分圧が所定の分圧比率を保持するように各金
属の蒸発速度、即ち各金属に対する加熱のための入熱量
を調整する。好適には、後述する自動フィードバック制
御機構を使用して各金属蒸気の蒸発速度がＢｉ又はＴｌ
の蒸発速度に対して一定の所定比率を保持するように各
金属を蒸発させるための加熱入熱量を制御する。上記の
構成の本発明に係るＢｉ系又はＴｌ系高温酸化物超電導
体薄膜の形成方法では、Ｂｉ又はＴｌを含む有機金属錯
体蒸気は、酸化性キャリアガス中の遊離酸素と反応して
Ｂｉ−Ｏ 、又はＴｌ−Ｏ の結合を生成する。Ｏ と
結合した状態で基板に堆積するので、再蒸発することは
ない。従って、組成制御性が向上し、表面に異相が生じ
ない。活性酸素を遊離した残りのキャリアガスは、基板
近傍で有効に酸化作用を行って成膜温度を低下させ、表
面モホロジーを向上させる。尚、Ｂｉ又はＴｌを含む有
機金属錯体蒸気のＢｉ又はＴｌ以外の成分は、酸化物と
なって系外に排気される。
【０００７】本発明を実施する装置の一例として図１に
示した高温酸化物超電導体薄膜形成装置１０を使用して
、基板上にＢｉ系又はＴｌ系高温酸化物超電導体薄膜を
形成する、本発明に係る方法の実施について説明する。 尚、便宜上簡単のため、Ｂｉ系高温酸化物超電導体薄膜
の形成について説明し、Ｔｌ系高温酸化物超電導体薄膜
の形成はこれに準ずるものとする。装置１０には、有機
金属錯体の蒸気を発生させる有機金属錯体蒸気発生装置
１２を有している。蒸気発生装置１２には貯液槽１４と
ヒータ１６が設けてあって、貯液槽１４に仕込まれたＢ
ｉを含む有機金属錯体、例えば、Ｂｉ（Ｃ６Ｈ５）３
をヒータ１６で加熱してＢｉ（Ｃ６Ｈ５）３ 蒸気を発
生させる。尚、後述するように、Ｂｉ以外の高温酸化物
超電導体の構成元素金属の蒸発速度は、Ｂｉの蒸発速度
を基準にして調節されるので、ヒータ１６にはヒータへ
の入熱量を一定に維持する自動制御装置を設けて有機金
属錯体の蒸発速度を一定することが好ましい。蒸気発生
装置１２は、一方で酸化性キャリアガスを蒸気発生装置
１２に送入するキャリアガス供給装置１８に、他方で蒸
着チャンバー２０に接続されている。
示した高温酸化物超電導体薄膜形成装置１０を使用して
、基板上にＢｉ系又はＴｌ系高温酸化物超電導体薄膜を
形成する、本発明に係る方法の実施について説明する。 尚、便宜上簡単のため、Ｂｉ系高温酸化物超電導体薄膜
の形成について説明し、Ｔｌ系高温酸化物超電導体薄膜
の形成はこれに準ずるものとする。装置１０には、有機
金属錯体の蒸気を発生させる有機金属錯体蒸気発生装置
１２を有している。蒸気発生装置１２には貯液槽１４と
ヒータ１６が設けてあって、貯液槽１４に仕込まれたＢ
ｉを含む有機金属錯体、例えば、Ｂｉ（Ｃ６Ｈ５）３
をヒータ１６で加熱してＢｉ（Ｃ６Ｈ５）３ 蒸気を発
生させる。尚、後述するように、Ｂｉ以外の高温酸化物
超電導体の構成元素金属の蒸発速度は、Ｂｉの蒸発速度
を基準にして調節されるので、ヒータ１６にはヒータへ
の入熱量を一定に維持する自動制御装置を設けて有機金
属錯体の蒸発速度を一定することが好ましい。蒸気発生
装置１２は、一方で酸化性キャリアガスを蒸気発生装置
１２に送入するキャリアガス供給装置１８に、他方で蒸
着チャンバー２０に接続されている。
【０００８】キャリアガス供給装置１８は、酸化性キャ
リアガスを収容するボンベ群２２を有し、ボンベ群２２
と蒸気発生装置１２とを接続する配管には、酸化性キャ
リアガスの供給量を調節するための流量調節弁２４と流
量計２６とが直列に設けられている。蒸着チャンバー２
０の内部の上部には、その上にＢｉ系高温酸化物超電導
体薄膜を形成すべき基板２８を配置する基板装着装置３
０が設けてあり、基板装着装置３０は、装着された基板
２８を所定温度に加熱するヒータ３２を備えている。更
に、蒸気発生装置１２に接続された蒸気供給管３４が、
蒸着チャンバー２０の内部に伸びて基板装着装置３０に
装着された基板２８の近傍迄延在し、その端部には基板
２８を指向しているノズル３６を備えている。蒸気発生
装置１２で発生したＢｉ（Ｃ６Ｈ５）３ 蒸気をキャリ
アガス供給装置１８から供給する酸化性キャリアガス、
例えばＯ３と混合し、Ｂｉ（Ｃ６Ｈ５）３ 蒸気を同伴
したＯ３ガスを蒸気供給管３４経由ノズル３６により基
板２８に指向させて基板に衝突させ、Ｂｉを基板２８に
堆積させる。
リアガスを収容するボンベ群２２を有し、ボンベ群２２
と蒸気発生装置１２とを接続する配管には、酸化性キャ
リアガスの供給量を調節するための流量調節弁２４と流
量計２６とが直列に設けられている。蒸着チャンバー２
０の内部の上部には、その上にＢｉ系高温酸化物超電導
体薄膜を形成すべき基板２８を配置する基板装着装置３
０が設けてあり、基板装着装置３０は、装着された基板
２８を所定温度に加熱するヒータ３２を備えている。更
に、蒸気発生装置１２に接続された蒸気供給管３４が、
蒸着チャンバー２０の内部に伸びて基板装着装置３０に
装着された基板２８の近傍迄延在し、その端部には基板
２８を指向しているノズル３６を備えている。蒸気発生
装置１２で発生したＢｉ（Ｃ６Ｈ５）３ 蒸気をキャリ
アガス供給装置１８から供給する酸化性キャリアガス、
例えばＯ３と混合し、Ｂｉ（Ｃ６Ｈ５）３ 蒸気を同伴
したＯ３ガスを蒸気供給管３４経由ノズル３６により基
板２８に指向させて基板に衝突させ、Ｂｉを基板２８に
堆積させる。
【０００９】一方、蒸着チャンバー２０の下部には、Ｂ
ｉ系高温酸化物超電導体薄膜を形成する高温酸化物超電
導体の構成元素のうちＢｉ以外の構成元素の各金属を各
々別個に充填する複数個のクヌーセンセル（以下Ｋセル
と呼ぶ）３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、・・と、それぞれの
Ｋセル３８に充填した金属を加熱して金属蒸気を発生さ
せるためのヒータ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、・・とが設
けてある。Ｂｉの蒸発速度を測定する水晶振動式の膜厚
モニター４２ｄをノズル３６と基板装着装置３０との間
に設けて、基板上に堆積するＢｉの堆積速度を算出し、
同様に上述のＢｉ以外の金属蒸気の蒸発速度をそれぞれ
の構成元素ごとに測定する水晶振動式の膜厚モニター４
２ａ、４２ｂ、４２ｃ、・・をそれぞれＫセル３８ａ、
３８ｂ、３８ｃ、・・と基板装着装置３０との間に配置
して、基板上に堆積するＢｉ以外の各金属の堆積速度を
算出する。基板２８上に形成されるＢｉ系高温酸化物超
電導体薄膜の元素含有率が所定比率になるようにＢｉの
堆積速度、即ち蒸発速度を基準にしてＢｉ以外の各金属
の堆積速度、即ち蒸発速度を制御するために、膜厚モニ
ター４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの測定値によりＢ
ｉ以外の各金属の蒸発速度即ち入熱量をそれぞれフィー
ドバック制御する自動フィードバック制御機構が、各ヒ
ータ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、・・にそれぞれ設けてあ
る。尚、自動フィードバック制御機構は、既知の方式に
よる一般的なものであるので、これ以上の説明及び図示
を特に要しないものと考える。成膜中蒸着チャンバー２
０内の圧力を所定の真空度にするために、排気用真空ポ
ンプ４４を備え、かつ排気量を調節して真空度を所定の
真空度に調節する真空調節弁４６を真空ポンプ４４の吸
入側に有する排気装置が、蒸着チャンバー２０に設けて
ある。
ｉ系高温酸化物超電導体薄膜を形成する高温酸化物超電
導体の構成元素のうちＢｉ以外の構成元素の各金属を各
々別個に充填する複数個のクヌーセンセル（以下Ｋセル
と呼ぶ）３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、・・と、それぞれの
Ｋセル３８に充填した金属を加熱して金属蒸気を発生さ
せるためのヒータ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、・・とが設
けてある。Ｂｉの蒸発速度を測定する水晶振動式の膜厚
モニター４２ｄをノズル３６と基板装着装置３０との間
に設けて、基板上に堆積するＢｉの堆積速度を算出し、
同様に上述のＢｉ以外の金属蒸気の蒸発速度をそれぞれ
の構成元素ごとに測定する水晶振動式の膜厚モニター４
２ａ、４２ｂ、４２ｃ、・・をそれぞれＫセル３８ａ、
３８ｂ、３８ｃ、・・と基板装着装置３０との間に配置
して、基板上に堆積するＢｉ以外の各金属の堆積速度を
算出する。基板２８上に形成されるＢｉ系高温酸化物超
電導体薄膜の元素含有率が所定比率になるようにＢｉの
堆積速度、即ち蒸発速度を基準にしてＢｉ以外の各金属
の堆積速度、即ち蒸発速度を制御するために、膜厚モニ
ター４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの測定値によりＢ
ｉ以外の各金属の蒸発速度即ち入熱量をそれぞれフィー
ドバック制御する自動フィードバック制御機構が、各ヒ
ータ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、・・にそれぞれ設けてあ
る。尚、自動フィードバック制御機構は、既知の方式に
よる一般的なものであるので、これ以上の説明及び図示
を特に要しないものと考える。成膜中蒸着チャンバー２
０内の圧力を所定の真空度にするために、排気用真空ポ
ンプ４４を備え、かつ排気量を調節して真空度を所定の
真空度に調節する真空調節弁４６を真空ポンプ４４の吸
入側に有する排気装置が、蒸着チャンバー２０に設けて
ある。
【００１０】上述したように、Ｂｉ（Ｃ６Ｈ５）３ 蒸
気を同伴したＯ３ガスを蒸気供給管３４経由ノズル３６
により基板２８に指向させて基板２８に衝突させ、Ｂｉ
を基板２８上に堆積させるのと同時に、上記Ｋセル３８
ａ、３８ｂ、３８ｃにそれぞれＳｒ、Ｃａ及びＣｕ金属
を充填し、膜厚モニター４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２
ｄとヒータ４０の各自動フィードバック制御機構とを作
動させてフィードバック制御しながらヒータ４０ａ、４
０ｂ、４０ｃによりＫセルの各金属を加熱し、発生した
Ｓｒ、Ｃａ及びＣｕ金属蒸気を基板２８に指向させて基
板２８の上に堆積させ、所望の組成のＢｉ系高温酸化物
超電導体薄膜を基板２８上に形成する。以下に、本発明
を実施例と比較例との対比により説明する。
気を同伴したＯ３ガスを蒸気供給管３４経由ノズル３６
により基板２８に指向させて基板２８に衝突させ、Ｂｉ
を基板２８上に堆積させるのと同時に、上記Ｋセル３８
ａ、３８ｂ、３８ｃにそれぞれＳｒ、Ｃａ及びＣｕ金属
を充填し、膜厚モニター４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２
ｄとヒータ４０の各自動フィードバック制御機構とを作
動させてフィードバック制御しながらヒータ４０ａ、４
０ｂ、４０ｃによりＫセルの各金属を加熱し、発生した
Ｓｒ、Ｃａ及びＣｕ金属蒸気を基板２８に指向させて基
板２８の上に堆積させ、所望の組成のＢｉ系高温酸化物
超電導体薄膜を基板２８上に形成する。以下に、本発明
を実施例と比較例との対比により説明する。
【００１１】
【実施例】実施例１
本発明に係る方法により図１に示す装置１０を使用して
以下に説明するように、Ｂｉ系高温酸化物超電導体薄膜
を形成した。ＭｇＯ （１００）単結晶基板２８を基板
装着装置３０に装着してヒータ２０により７００°Ｃ
に加熱した。一方貯液槽１４にＢｉ（Ｃ６Ｈ５）３ を
入れ、ヒータ１６により９５°Ｃ に加熱し、発生した
Ｂｉ（Ｃ６Ｈ５）３ 蒸気をキャリアガス発生装置１８
から供給されたＮ２Ｏ （２０ｓｃｍ３／ ｍｉｎ の
流量で）と混合し、混合ガスを蒸着チャンバー２０に送
入しノズル３６を経由加熱された基板に吹きつけた。同
時に、Ｋセル３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれにＳｒ
、Ｃａ、Ｃｕの各金属を充填し、ヒータ４０ａ、４０ｂ
、４０ｃによりそれぞれ８００°Ｃ 、８５０°Ｃ 及
び１１００°Ｃ に加熱して各金属を蒸発させ、基板２
８上に堆積させた。その際、ＭｇＯ （１００）単結晶
基板２８上に形成されるＢｉ系高温酸化物超電導体薄膜
の元素含有モル比率がＢｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２
：２：３になるように、水晶振動式膜厚モニター４０ａ
、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄと各ヒータの自動フィードバ
ック制御機構により各金属の蒸発速度をフィードバック
制御した。尚、成膜中、排気装置により蒸着チャンバー
２０の圧力を５×１０−５Ｔｏｒｒに保持した。このよ
うにして、ＭｇＯ （１００）単結晶基板２８上に膜厚
３０００ÅのＢｉ系高温酸化物超電導体薄膜を形成し、
実施例品１とした。本発明に係る方法の評価を行うため
に実施例品１のＢｉ系高温酸化物超電導体薄膜の臨界温
度（Ｔｃ） を直流４端子法により測定し、並びに７７
Ｋでかつ１０ＧＨｚにおける表面抵抗を測定した。測定
結果は、臨界温度が１０２Ｋであり、表面抵抗が５×１
０−３Ωであった。
以下に説明するように、Ｂｉ系高温酸化物超電導体薄膜
を形成した。ＭｇＯ （１００）単結晶基板２８を基板
装着装置３０に装着してヒータ２０により７００°Ｃ
に加熱した。一方貯液槽１４にＢｉ（Ｃ６Ｈ５）３ を
入れ、ヒータ１６により９５°Ｃ に加熱し、発生した
Ｂｉ（Ｃ６Ｈ５）３ 蒸気をキャリアガス発生装置１８
から供給されたＮ２Ｏ （２０ｓｃｍ３／ ｍｉｎ の
流量で）と混合し、混合ガスを蒸着チャンバー２０に送
入しノズル３６を経由加熱された基板に吹きつけた。同
時に、Ｋセル３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれにＳｒ
、Ｃａ、Ｃｕの各金属を充填し、ヒータ４０ａ、４０ｂ
、４０ｃによりそれぞれ８００°Ｃ 、８５０°Ｃ 及
び１１００°Ｃ に加熱して各金属を蒸発させ、基板２
８上に堆積させた。その際、ＭｇＯ （１００）単結晶
基板２８上に形成されるＢｉ系高温酸化物超電導体薄膜
の元素含有モル比率がＢｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２
：２：３になるように、水晶振動式膜厚モニター４０ａ
、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄと各ヒータの自動フィードバ
ック制御機構により各金属の蒸発速度をフィードバック
制御した。尚、成膜中、排気装置により蒸着チャンバー
２０の圧力を５×１０−５Ｔｏｒｒに保持した。このよ
うにして、ＭｇＯ （１００）単結晶基板２８上に膜厚
３０００ÅのＢｉ系高温酸化物超電導体薄膜を形成し、
実施例品１とした。本発明に係る方法の評価を行うため
に実施例品１のＢｉ系高温酸化物超電導体薄膜の臨界温
度（Ｔｃ） を直流４端子法により測定し、並びに７７
Ｋでかつ１０ＧＨｚにおける表面抵抗を測定した。測定
結果は、臨界温度が１０２Ｋであり、表面抵抗が５×１
０−３Ωであった。
【００１２】実施例２
装置１０の蒸気発生装置１２の貯液槽１４にＴｌ（Ｃ６
Ｈ５）３ を入れ、１０４°Ｃ に加熱し、Ｔｌ（Ｃ６
Ｈ５）３ 蒸気を発生させ、かつＭｇＯ （１００）単
結晶基板２８上に形成されるＴｌ系高温酸化物超電導体
薄膜の元素含有モル比率がＴｌ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２
：２：２：３になるように各金属の蒸発速度を調節した
事以外は、実施例１と同様に本発明に係る方法を実施し
、実施例品２としてＭｇＯ （１００）単結晶基板上に
Ｔｌ系高温酸化物超電導体薄膜を得た。同様にして測定
した臨界温度は１１０Ｋであり、表面抵抗は、２×１０
−３Ωであった。
Ｈ５）３ を入れ、１０４°Ｃ に加熱し、Ｔｌ（Ｃ６
Ｈ５）３ 蒸気を発生させ、かつＭｇＯ （１００）単
結晶基板２８上に形成されるＴｌ系高温酸化物超電導体
薄膜の元素含有モル比率がＴｌ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２
：２：２：３になるように各金属の蒸発速度を調節した
事以外は、実施例１と同様に本発明に係る方法を実施し
、実施例品２としてＭｇＯ （１００）単結晶基板上に
Ｔｌ系高温酸化物超電導体薄膜を得た。同様にして測定
した臨界温度は１１０Ｋであり、表面抵抗は、２×１０
−３Ωであった。
【００１３】比較例１
蒸気発生装置１２で発生させたＢｉ（Ｃ６Ｈ５）３ 蒸
気を酸化性キャリアガスに混入して蒸着チャンバー２０
に導入することに代えて、Ｂｉ系高温酸化物超電導体薄
膜のＢｉ以外の構成金属同様に、蒸着チャンバー２０の
中の別個のＫセルにＢｉの原料としてＢｉ金属を入れて
２７０°Ｃ に加熱し、Ｂｉ金属蒸気を堆積させたこと
以外は、実施例１と同様の方法でＢｉ系高温酸化物超電
導体薄膜をＭｇＯ （１００）単結晶基板上に形成し比
較例品２とした。実施例１と同様にして測定した臨界温
度は８７Ｋであり、表面抵抗は３×１０−２Ωであった
。 比較例２ 蒸気発生装置１２で発生させたＴｌ（Ｃ６Ｈ５）３ 蒸
気を酸化性キャリアガスに混入して蒸着チャンバー２０
に導入することに代えて、Ｔｌ系高温酸化物超電導体薄
膜のＴｌ以外の構成金属同様に、蒸着チャンバー２０の
中の別個のＫセルにＴｌの原料としてＴｌ２Ｏ３ を入
れて７２０°Ｃ に加熱し、Ｔｌ金属蒸気を堆積させた
こと以外は、実施例２と同様の方法でＴｌ系高温酸化物
超電導体薄膜をＭｇＯ （１００）単結晶基板上に形成
し比較例品２とた。実施例１と同様にして測定した臨界
温度は９０Ｋであり、表面抵抗は、３×１０−２Ωであ
った。
気を酸化性キャリアガスに混入して蒸着チャンバー２０
に導入することに代えて、Ｂｉ系高温酸化物超電導体薄
膜のＢｉ以外の構成金属同様に、蒸着チャンバー２０の
中の別個のＫセルにＢｉの原料としてＢｉ金属を入れて
２７０°Ｃ に加熱し、Ｂｉ金属蒸気を堆積させたこと
以外は、実施例１と同様の方法でＢｉ系高温酸化物超電
導体薄膜をＭｇＯ （１００）単結晶基板上に形成し比
較例品２とした。実施例１と同様にして測定した臨界温
度は８７Ｋであり、表面抵抗は３×１０−２Ωであった
。 比較例２ 蒸気発生装置１２で発生させたＴｌ（Ｃ６Ｈ５）３ 蒸
気を酸化性キャリアガスに混入して蒸着チャンバー２０
に導入することに代えて、Ｔｌ系高温酸化物超電導体薄
膜のＴｌ以外の構成金属同様に、蒸着チャンバー２０の
中の別個のＫセルにＴｌの原料としてＴｌ２Ｏ３ を入
れて７２０°Ｃ に加熱し、Ｔｌ金属蒸気を堆積させた
こと以外は、実施例２と同様の方法でＴｌ系高温酸化物
超電導体薄膜をＭｇＯ （１００）単結晶基板上に形成
し比較例品２とた。実施例１と同様にして測定した臨界
温度は９０Ｋであり、表面抵抗は、３×１０−２Ωであ
った。
【００１４】上述の実施例と比較例とを対比させると判
る通り、酸化性キャリアガスにＢｉ又はＴｌを含む有機
金属錯体蒸気を混合させて基板に吹きつけＢｉ又はＴｌ
を堆積させて得た実施例品は、蒸着チャンバー２０の中
の別個のＫセルにＢｉ又はＴｌの原料とし１Ｂｉ又は酸
化Ｔｌ金属を入れて加熱し、Ｂｉ又はＴｌ金属蒸気を堆
積させて得た比較例品に比べて表面抵抗が一桁小さく、
かつ臨界温度が高い。
る通り、酸化性キャリアガスにＢｉ又はＴｌを含む有機
金属錯体蒸気を混合させて基板に吹きつけＢｉ又はＴｌ
を堆積させて得た実施例品は、蒸着チャンバー２０の中
の別個のＫセルにＢｉ又はＴｌの原料とし１Ｂｉ又は酸
化Ｔｌ金属を入れて加熱し、Ｂｉ又はＴｌ金属蒸気を堆
積させて得た比較例品に比べて表面抵抗が一桁小さく、
かつ臨界温度が高い。
【００１５】
【発明の効果】本発明は、上述の説明のとおり表面抵抗
が低くかつ臨界温度等の超電導特性の良好なＢｉ系又は
Ｔｌ系高温酸化物超電導体薄膜を基板上に高い組成制御
性と組成再現性とを以て形成できるので、本発明は、ミ
リ波、マイクロ波等の周波数領域用のデバイスに使用で
きるＢｉ系又はＴｌ系高温酸化物超電導体薄膜を高い生
産効率で生産することを可能とする。
が低くかつ臨界温度等の超電導特性の良好なＢｉ系又は
Ｔｌ系高温酸化物超電導体薄膜を基板上に高い組成制御
性と組成再現性とを以て形成できるので、本発明は、ミ
リ波、マイクロ波等の周波数領域用のデバイスに使用で
きるＢｉ系又はＴｌ系高温酸化物超電導体薄膜を高い生
産効率で生産することを可能とする。
【図１】図１は、本発明に係るＢｉ系又はＴｌ系高温酸
化物超電導体薄膜を基板上に形成する方法を実施する装
置の一例の説明用概念図である。
化物超電導体薄膜を基板上に形成する方法を実施する装
置の一例の説明用概念図である。
１０ 本発明に係る方法を実施する高温酸化物超電導
体薄膜形成装置 １２ Ｂｉ又はＴｌを含む有機金属錯体蒸気発生装置
１４ 貯液層 １６ ヒータ １８ 酸化性キャリアガス供給装置 ２０ 蒸着チャンバー２０ ２２ 酸化性キャリアガスボンベ群 ２４ 流量調節弁 ２６ 流量計 ２８ 基板 ３０ 基板装着装置 ３２ ヒータ ３４ 蒸気供給管 ３６ ノズル ３８ Ｋセル ４０ ヒータ ４２ 膜厚モニター ４４ 真空ポンプ ４６ 真空調節弁
体薄膜形成装置 １２ Ｂｉ又はＴｌを含む有機金属錯体蒸気発生装置
１４ 貯液層 １６ ヒータ １８ 酸化性キャリアガス供給装置 ２０ 蒸着チャンバー２０ ２２ 酸化性キャリアガスボンベ群 ２４ 流量調節弁 ２６ 流量計 ２８ 基板 ３０ 基板装着装置 ３２ ヒータ ３４ 蒸気供給管 ３６ ノズル ３８ Ｋセル ４０ ヒータ ４２ 膜厚モニター ４４ 真空ポンプ ４６ 真空調節弁
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に気相析出法によりＢｉ系又は
Ｔｌ系高温酸化物超電導体薄膜を形成する方法において
、Ｂｉ又はＴｌを含む有機金属錯体を加熱して発生させ
たＢｉ又はＴｌを含む有機金属錯体蒸気を酸化性キャリ
アガスに混入させた混合ガスと、前記高温酸化物超電導
体薄膜を形成する高温酸化物超電導体の構成元素のうち
Ｂｉ及びＴｌ以外の構成元素の金属を各々別個に加熱し
、前記高温酸化物超電導体の元素含有比率が所定のもの
になるように前記各金属の蒸発速度を調節して蒸発させ
た各金属蒸気とを加熱された前記基板上に高真空雰囲気
下で同時に堆積させることを特徴とする基板上に気相析
出法によりＢｉ系又はＴｌ系高温酸化物超電導体薄膜を
形成する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3072129A JPH04285013A (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 酸化物超電導体薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3072129A JPH04285013A (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 酸化物超電導体薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04285013A true JPH04285013A (ja) | 1992-10-09 |
Family
ID=13480390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3072129A Pending JPH04285013A (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 酸化物超電導体薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04285013A (ja) |
-
1991
- 1991-03-13 JP JP3072129A patent/JPH04285013A/ja active Pending
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