JPH04300272A - 酸化物超伝導薄膜およびその製造方法 - Google Patents
酸化物超伝導薄膜およびその製造方法Info
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- JPH04300272A JPH04300272A JP3066280A JP6628091A JPH04300272A JP H04300272 A JPH04300272 A JP H04300272A JP 3066280 A JP3066280 A JP 3066280A JP 6628091 A JP6628091 A JP 6628091A JP H04300272 A JPH04300272 A JP H04300272A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (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。
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、１００Ｋ以上の高臨界
温度が期待されるビスマスを含む酸化物超伝導体の薄膜
の製造方法に関するものである。
温度が期待されるビスマスを含む酸化物超伝導体の薄膜
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高温超伝導体として、Ａ１５型２元系化
合物として窒化ニオブ（ＮｂＮ）やゲルマニウムニオブ
（Ｎｂ３Ｇｅ）などが知られていたが、これらの材料の
超伝導転移温度はたかだか２３Ｋであった。一方、ペロ
ブスカイト系化合物は、さらに高い転移温度が期待され
、Ｂａ−Ｌａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体が提案された
［Ｊ． Ｇ． ヘ゛ト゛ノルツ（Ｂｅｄｎｏｒｚ） お
よび Ｋ． Ａ． ミューラー（Ｍｕｌｌｅｒ）， ツ
ァイトシュリフト・フュア・フィシ゛ーク （Ｚｅｔｓ
ｈｒｉｆｔ Ｆｕｒ Ｐｈｙｓｉｋ Ｂ）−コンテ゛ン
スト マター （Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ Ｍａｔｔｅｒ）
Ｖｏｌ．６４，１８９−１９３（１９８６）］。
合物として窒化ニオブ（ＮｂＮ）やゲルマニウムニオブ
（Ｎｂ３Ｇｅ）などが知られていたが、これらの材料の
超伝導転移温度はたかだか２３Ｋであった。一方、ペロ
ブスカイト系化合物は、さらに高い転移温度が期待され
、Ｂａ−Ｌａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体が提案された
［Ｊ． Ｇ． ヘ゛ト゛ノルツ（Ｂｅｄｎｏｒｚ） お
よび Ｋ． Ａ． ミューラー（Ｍｕｌｌｅｒ）， ツ
ァイトシュリフト・フュア・フィシ゛ーク （Ｚｅｔｓ
ｈｒｉｆｔ Ｆｕｒ Ｐｈｙｓｉｋ Ｂ）−コンテ゛ン
スト マター （Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ Ｍａｔｔｅｒ）
Ｖｏｌ．６４，１８９−１９３（１９８６）］。
【０００３】さらに、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の
材料が１００Ｋ以上の転移温度を示すことも発見された
［Ｈ． マエタ゛（Ｍａｅｄａ） 他、シ゛ャハ゜ニ
ース゛・シ゛ャーナル・オフ゛・アフ゜ライト゛・フィ
シ゛ックス （Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）Ｖｏｌ．２７，
Ｌ２０９−２１０（１９８８）］。この種の材料の超伝
導機構の詳細は明らかではないが、転移温度が室温以上
に高くなる可能性があり、高温超伝導体として従来の２
元系化合物より、電子デバイス分野での応用が期待され
ている。
材料が１００Ｋ以上の転移温度を示すことも発見された
［Ｈ． マエタ゛（Ｍａｅｄａ） 他、シ゛ャハ゜ニ
ース゛・シ゛ャーナル・オフ゛・アフ゜ライト゛・フィ
シ゛ックス （Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）Ｖｏｌ．２７，
Ｌ２０９−２１０（１９８８）］。この種の材料の超伝
導機構の詳細は明らかではないが、転移温度が室温以上
に高くなる可能性があり、高温超伝導体として従来の２
元系化合物より、電子デバイス分野での応用が期待され
ている。
【０００４】そして、これらの酸化物超伝導体の開発と
相俟って、この材料を電子デバイスへの応用を考え、酸
化物超伝導体を作製する際に経る高熱過程に対しても安
定な誘電体および誘電体薄膜の開発が行なわれている［
Ｙ． イチカワ（Ｉｃｈｉｋａｗａ） 他、ジャパニー
ズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス （
Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ） Ｖｏｌ．２７，Ｌ３８１−Ｌ３
８３ （１９８８）］。
相俟って、この材料を電子デバイスへの応用を考え、酸
化物超伝導体を作製する際に経る高熱過程に対しても安
定な誘電体および誘電体薄膜の開発が行なわれている［
Ｙ． イチカワ（Ｉｃｈｉｋａｗａ） 他、ジャパニー
ズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス （
Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ） Ｖｏｌ．２７，Ｌ３８１−Ｌ３
８３ （１９８８）］。
【０００５】さらに超伝導体と誘電体とを交互に積層す
ることにより、より高い超伝導転移温度が従来から期待
されていた［Ｍ． Ｈ． コーエン （Ｃｏｈｅｎ）
他、フィジカル・レビュー・レターズ （Ｐｈｙｓｉｃ
ａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ）Ｖｏｌ．１９，
１１８−１２１（１９６７）］。
ることにより、より高い超伝導転移温度が従来から期待
されていた［Ｍ． Ｈ． コーエン （Ｃｏｈｅｎ）
他、フィジカル・レビュー・レターズ （Ｐｈｙｓｉｃ
ａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ）Ｖｏｌ．１９，
１１８−１２１（１９６７）］。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、酸化物
超伝導体の材料は、良好な超伝導特性を得るためには少
なくとも６００ ℃以上の熱処理あるいは形成時の加熱
が必要であり、そのため誘電体の結晶性が崩れ、誘電体
および誘電体薄膜と超伝導体との間で各元素の相互拡散
が起こり、特に高温酸化物超伝導体と誘電体薄膜との周
期的な積層構造を得ることはきわめて困難であり、ジョ
セフソンデバイスが代表応用例としてあげられるこの構
造を利用した集積化デバイスを構成不可能に近いものと
していた。
超伝導体の材料は、良好な超伝導特性を得るためには少
なくとも６００ ℃以上の熱処理あるいは形成時の加熱
が必要であり、そのため誘電体の結晶性が崩れ、誘電体
および誘電体薄膜と超伝導体との間で各元素の相互拡散
が起こり、特に高温酸化物超伝導体と誘電体薄膜との周
期的な積層構造を得ることはきわめて困難であり、ジョ
セフソンデバイスが代表応用例としてあげられるこの構
造を利用した集積化デバイスを構成不可能に近いものと
していた。
【０００７】さらに、高温超伝導体および薄膜にとって
最適な誘電体薄膜が得られていないため、超伝導体と誘
電体との有効な積層構造が得られず、超伝導体そのもの
の超伝導転移温度の上昇は望めないのが現状であった。
最適な誘電体薄膜が得られていないため、超伝導体と誘
電体との有効な積層構造が得られず、超伝導体そのもの
の超伝導転移温度の上昇は望めないのが現状であった。
【０００８】本発明の目的は、従来の欠点を解消し、酸
化物高温超伝導体等の比較的温度の高い生成過程を経る
材料をデバイス化する際に不可欠な誘電体、および誘電
体薄膜との積層を実現し、より高性能な超伝導薄膜およ
び超伝導薄膜の製造方法を提供することである。
化物高温超伝導体等の比較的温度の高い生成過程を経る
材料をデバイス化する際に不可欠な誘電体、および誘電
体薄膜との積層を実現し、より高性能な超伝導薄膜およ
び超伝導薄膜の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の発明の超伝導薄膜
は、基体上に主体成分が少なくともビスマス（Ｂｉ）、
銅（Ｃｕ），およびアルカリ土類（ＩＩａ族）を含む層
状酸化物超伝導薄膜と、主体成分がランタン（Ｌａ）、
イットリウム（Ｙ）とネオジウム（Ｎｄ）のうちの少な
くとも一種以上の元素とアルミニウム（Ａｌ）を含む酸
化物誘電体薄膜が交互に積層された構造を持つものであ
る。
は、基体上に主体成分が少なくともビスマス（Ｂｉ）、
銅（Ｃｕ），およびアルカリ土類（ＩＩａ族）を含む層
状酸化物超伝導薄膜と、主体成分がランタン（Ｌａ）、
イットリウム（Ｙ）とネオジウム（Ｎｄ）のうちの少な
くとも一種以上の元素とアルミニウム（Ａｌ）を含む酸
化物誘電体薄膜が交互に積層された構造を持つものであ
る。
【００１０】さらに第２の発明の超伝導薄膜の製造方法
は、基体上に、少なくともＢｉを含む酸化物と少なくと
も銅およびアルカリ土類（ＩＩａ族）を含む酸化物とを
周期的に積層させて形成する酸化物薄膜と、主体成分が
Ｌａ、ＹとＮｄのうちの少なくとも一種以上の元素とＡ
ｌを含む酸化物薄膜を周期的に積層させて得るものであ
る。
は、基体上に、少なくともＢｉを含む酸化物と少なくと
も銅およびアルカリ土類（ＩＩａ族）を含む酸化物とを
周期的に積層させて形成する酸化物薄膜と、主体成分が
Ｌａ、ＹとＮｄのうちの少なくとも一種以上の元素とＡ
ｌを含む酸化物薄膜を周期的に積層させて得るものであ
る。
【００１１】
【作用】第１の発明においては、熱的にも極めて安定で
結晶の格子定数がＢｉ系超伝導体に極めて近い（Ｌａ，
Ｙ，Ｎｄ）ＡｌＯ３誘電体薄膜とＢｉ系超伝導薄膜とを
交互に積層された構造をとることによって、超伝導薄膜
と誘電体薄膜との間での元素の相互拡散のない積層が可
能になり、その結果Ｂｉ系超伝導薄膜における超伝導転
移温度が安定に再現性よく実現されたものである。
結晶の格子定数がＢｉ系超伝導体に極めて近い（Ｌａ，
Ｙ，Ｎｄ）ＡｌＯ３誘電体薄膜とＢｉ系超伝導薄膜とを
交互に積層された構造をとることによって、超伝導薄膜
と誘電体薄膜との間での元素の相互拡散のない積層が可
能になり、その結果Ｂｉ系超伝導薄膜における超伝導転
移温度が安定に再現性よく実現されたものである。
【００１２】さらに第２の発明においては、第１の発明
をきわめて安定に、しかも微細スケールでの構造を達成
するため、Ｂｉ系超伝導薄膜を少なくともＢｉを含む酸
化物と、少なくとも銅およびアルカリ土類（ＩＩａ族）
を含む酸化物を、周期的に積層させて分子レベルの制御
による薄膜の作製を行うことによって、再現性良くＢｉ
系超伝導薄膜と誘電体薄膜との積層を実現させるもので
ある。
をきわめて安定に、しかも微細スケールでの構造を達成
するため、Ｂｉ系超伝導薄膜を少なくともＢｉを含む酸
化物と、少なくとも銅およびアルカリ土類（ＩＩａ族）
を含む酸化物を、周期的に積層させて分子レベルの制御
による薄膜の作製を行うことによって、再現性良くＢｉ
系超伝導薄膜と誘電体薄膜との積層を実現させるもので
ある。
【００１３】
【実施例】通常、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系等の酸
化物超伝導薄膜は６００〜７００ ℃に加熱した基体上
に蒸着して得る。蒸着後、そのままでも薄膜は超伝導特
性を示すが、その後７００〜９５０ ℃の熱処理を施し
、超伝導特性を向上させる。
化物超伝導薄膜は６００〜７００ ℃に加熱した基体上
に蒸着して得る。蒸着後、そのままでも薄膜は超伝導特
性を示すが、その後７００〜９５０ ℃の熱処理を施し
、超伝導特性を向上させる。
【００１４】しかしながら、基体温度が高いときに誘電
体膜をＢｉ系超伝導薄膜に続いて積層したり、誘電体膜
を形成後熱処理を行った場合、超伝導膜と誘電体膜との
間で、元素の相互拡散が起こり超伝導特性が大きく劣化
することが判明した。相互拡散を起こさないためには、
超伝導膜、誘電体膜の結晶性が優れていること、超伝導
膜・誘電体膜間での格子の整合性が優れていること、誘
電体膜が７００〜９５０ ℃の熱処理に対して安定であ
ることが不可欠と考えられる。
体膜をＢｉ系超伝導薄膜に続いて積層したり、誘電体膜
を形成後熱処理を行った場合、超伝導膜と誘電体膜との
間で、元素の相互拡散が起こり超伝導特性が大きく劣化
することが判明した。相互拡散を起こさないためには、
超伝導膜、誘電体膜の結晶性が優れていること、超伝導
膜・誘電体膜間での格子の整合性が優れていること、誘
電体膜が７００〜９５０ ℃の熱処理に対して安定であ
ることが不可欠と考えられる。
【００１５】まず本発明者らは、融点が２０００ ℃近
くあり、ａ軸およびｂ軸の格子定数がＢｉ系超伝導体の
それにほぼ等しく、格子不整合率が１〜２％と考えられ
るＬａＡｌＯ３材料の薄膜化の検討を行なった。
くあり、ａ軸およびｂ軸の格子定数がＢｉ系超伝導体の
それにほぼ等しく、格子不整合率が１〜２％と考えられ
るＬａＡｌＯ３材料の薄膜化の検討を行なった。
【００１６】高周波マグネトロンスパッタ法でＬａＡｌ
Ｏ３の薄膜化を行った。ＬａＡｌＯ３通常焼成に約２０
００ ℃の高温を要することから、Ｌａ、Ａｌの２つの
金属ディスクターゲットからなる２元スパッタ法で薄膜
合成を行った。基体にはＭｇＯ（１００）を用い、Ａｒ
とＯ２の混合ガス雰囲気中（ガス圧力；０．５ Ｐａ、
Ａｒ：Ｏ２＝１：１）で成膜を行った。薄膜中のＬａと
Ａｌの組成比率は入力パワーを変えることによってＬａ
：Ａｌ＝１：１となるように調整した。基体温度６５０
℃のときもっとも結晶性の良い薄膜が得られた。図１
にＬａＡｌＯ３薄膜のＸ線回折スペクトルを示す。この
ときのＬａＡｌＯ３薄膜の膜厚は約１００ ｎｍである
が、ＭｇＯ（１００）基体上にｃ軸配向成長したＢｉ−
Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ薄膜上にＬａＡｌＯ３薄膜を作製
した場合、膜厚５ｎｍ程度の極薄膜についても図１に示
したＸ線回折スペクトルと同程度であった。すなわち、
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ結晶のａおよびｂ軸長は０
．５４ ｎｍであるのに対し、ＬａＡｌＯのそれは０．
５３６ ｎｍであり、格子の不整合率は１％以下である
ことに依っているものと考えられる。従って、このＬａ
ＡｌＯ３材料はＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ超伝導薄膜
と互いにエピタキシャル成長が可能であり、かつ高融点
であることから、ジョセフソン接合素子等のＢｉ−Ｓｒ
−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ超伝導薄膜に対する誘電体すなわち絶
縁体薄膜として適しており、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ薄膜と互いに積層が可能と考え本発明に至った。
Ｏ３の薄膜化を行った。ＬａＡｌＯ３通常焼成に約２０
００ ℃の高温を要することから、Ｌａ、Ａｌの２つの
金属ディスクターゲットからなる２元スパッタ法で薄膜
合成を行った。基体にはＭｇＯ（１００）を用い、Ａｒ
とＯ２の混合ガス雰囲気中（ガス圧力；０．５ Ｐａ、
Ａｒ：Ｏ２＝１：１）で成膜を行った。薄膜中のＬａと
Ａｌの組成比率は入力パワーを変えることによってＬａ
：Ａｌ＝１：１となるように調整した。基体温度６５０
℃のときもっとも結晶性の良い薄膜が得られた。図１
にＬａＡｌＯ３薄膜のＸ線回折スペクトルを示す。この
ときのＬａＡｌＯ３薄膜の膜厚は約１００ ｎｍである
が、ＭｇＯ（１００）基体上にｃ軸配向成長したＢｉ−
Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ薄膜上にＬａＡｌＯ３薄膜を作製
した場合、膜厚５ｎｍ程度の極薄膜についても図１に示
したＸ線回折スペクトルと同程度であった。すなわち、
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ結晶のａおよびｂ軸長は０
．５４ ｎｍであるのに対し、ＬａＡｌＯのそれは０．
５３６ ｎｍであり、格子の不整合率は１％以下である
ことに依っているものと考えられる。従って、このＬａ
ＡｌＯ３材料はＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ超伝導薄膜
と互いにエピタキシャル成長が可能であり、かつ高融点
であることから、ジョセフソン接合素子等のＢｉ−Ｓｒ
−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ超伝導薄膜に対する誘電体すなわち絶
縁体薄膜として適しており、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ薄膜と互いに積層が可能と考え本発明に至った。
【００１７】本発明者らによる第１の発明の内容を更に
深く理解されるために、図２を用い具体的な実施例を示
す。
深く理解されるために、図２を用い具体的な実施例を示
す。
【００１８】実施例１
図２は、本実施例で用いた３元マグネトロンスパッタ装
置内部の概略図であり、１１はＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏターゲット、１２はＬａターゲット、１３はＡｌタ
ーゲット、１４、１５、１６はシャッター、１７は基体
、１８は基体加熱用ヒーターを示す。ターゲット１１は
焼結体をプレス成形加工して作製した。すなわち、Ｍｇ
Ｏ（１００）基体１７に焦点を結ぶように各ターゲット
が約３０°傾いて設置されている。ターゲット１１、１
２、１３の前方にはそれぞれシャッター１４、１５、１
６があり、その開閉をコンピューターで制御することに
より、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ→Ｌａ−Ａｌ−Ｏ→
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ→Ｌａ−Ａｌ−Ｏ→Ｂｉ−
Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏのサイクルでスパッタ蒸着が行な
うことができる。ただし、シャッター１５、１６は同時
に開閉して、解放時にはターゲット１２、１３が同時に
スパッタされてＬａ−Ａｌ−Ｏ薄膜が形成される。Ｌａ
−Ａｌ−Ｏ薄膜中のＬａとＡｌの元素比率の調整は１：
１になるようにターゲット１２、１３への入力電力の調
整をもって行なった。
置内部の概略図であり、１１はＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏターゲット、１２はＬａターゲット、１３はＡｌタ
ーゲット、１４、１５、１６はシャッター、１７は基体
、１８は基体加熱用ヒーターを示す。ターゲット１１は
焼結体をプレス成形加工して作製した。すなわち、Ｍｇ
Ｏ（１００）基体１７に焦点を結ぶように各ターゲット
が約３０°傾いて設置されている。ターゲット１１、１
２、１３の前方にはそれぞれシャッター１４、１５、１
６があり、その開閉をコンピューターで制御することに
より、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ→Ｌａ−Ａｌ−Ｏ→
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ→Ｌａ−Ａｌ−Ｏ→Ｂｉ−
Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏのサイクルでスパッタ蒸着が行な
うことができる。ただし、シャッター１５、１６は同時
に開閉して、解放時にはターゲット１２、１３が同時に
スパッタされてＬａ−Ａｌ−Ｏ薄膜が形成される。Ｌａ
−Ａｌ−Ｏ薄膜中のＬａとＡｌの元素比率の調整は１：
１になるようにターゲット１２、１３への入力電力の調
整をもって行なった。
【００１９】Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜、Ｌａ−Ａ
ｌ−Ｏ膜の積層の様子を概念的に図３に示す。図３にお
いて、３１はＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜、３２はＬ
ａ−Ａｌ−Ｏ膜を示す。ターゲット１１、１２、１３へ
の入力電力、およびスパッタ時間をシャッター１４、１
５、１６の開閉時間を制御することにより、基体１７上
に蒸着するＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３１、Ｌａ−
Ａｌ−Ｏ膜３２の膜厚を変えることができる。基体１７
をヒーター１８で約７００ ℃に加熱し、アルゴン・酸
素（１：１）混合雰囲気０．５Ｐａのガス中で各ターゲ
ットのスパッタリングを行なった。薄膜作製後は酸素雰
囲気中において、８５０ ℃の熱処理を５時間施した。 本実施例では、各ターゲットのスパッタ電力を、Ｂｉ−
Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏターゲット１１：１５０ Ｗ、Ｌ
ａターゲット１２：８０ Ｗ、Ａｌターゲット１３：３
０ Ｗとした。Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３１をＬ
ａ−Ａｌ−Ｏ膜３２と積層せずに基体１７上に形成した
場合、すなわちＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３１その
ものの特性は、１１５ Ｋで超伝導転移を起こし、９７
Ｋで抵抗がゼロになるものであった。誘電体膜すなわ
ちＬａ−Ａｌ−Ｏ薄膜はできるだけ薄い方が好ましいの
で、膜厚２０ ｎｍのＬａ−Ａｌ−Ｏ膜３２に対して、
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３１の膜厚を変え図３に
示すような（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜→Ｌａ−Ａ
ｌ−Ｏ膜）の積層構造を２０周期作製した。
ｌ−Ｏ膜の積層の様子を概念的に図３に示す。図３にお
いて、３１はＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜、３２はＬ
ａ−Ａｌ−Ｏ膜を示す。ターゲット１１、１２、１３へ
の入力電力、およびスパッタ時間をシャッター１４、１
５、１６の開閉時間を制御することにより、基体１７上
に蒸着するＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３１、Ｌａ−
Ａｌ−Ｏ膜３２の膜厚を変えることができる。基体１７
をヒーター１８で約７００ ℃に加熱し、アルゴン・酸
素（１：１）混合雰囲気０．５Ｐａのガス中で各ターゲ
ットのスパッタリングを行なった。薄膜作製後は酸素雰
囲気中において、８５０ ℃の熱処理を５時間施した。 本実施例では、各ターゲットのスパッタ電力を、Ｂｉ−
Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏターゲット１１：１５０ Ｗ、Ｌ
ａターゲット１２：８０ Ｗ、Ａｌターゲット１３：３
０ Ｗとした。Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３１をＬ
ａ−Ａｌ−Ｏ膜３２と積層せずに基体１７上に形成した
場合、すなわちＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３１その
ものの特性は、１１５ Ｋで超伝導転移を起こし、９７
Ｋで抵抗がゼロになるものであった。誘電体膜すなわ
ちＬａ−Ａｌ−Ｏ薄膜はできるだけ薄い方が好ましいの
で、膜厚２０ ｎｍのＬａ−Ａｌ−Ｏ膜３２に対して、
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３１の膜厚を変え図３に
示すような（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜→Ｌａ−Ａ
ｌ−Ｏ膜）の積層構造を２０周期作製した。
【００２０】そのときの超伝導薄膜の抵抗の温度特性を
図４に示す。図４において、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ膜３１の膜厚が１０ ｎｍ、３０ ｎｍ、５０ ｎｍ
のときのを特性をそれぞれ、特性４１、４２、４３に示
す。特性４１においてはゼロ抵抗温度が約３０ ＫとＢ
ｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３１の特性が劣化すること
がわかった。この理由として、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏ膜３１とＬａ−Ａｌ−Ｏ膜３２との間で元素の相互
拡散による膜３１、３２の結晶性の破壊が考えられる。 さらに特性４３においては、Ｌａ−Ａｌ−Ｏ膜３２との
周期的な積層なしに基体１７上につけたときのＢｉ−Ｓ
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３１本来の超伝導特性とほとんど
同じであり、誘電体膜Ｌａ−Ａｌ−Ｏ膜３２との積層効
果は確認されなかった。しかしながら、本発明者らは特
性４２において、超伝導転移温度、ゼロ抵抗温度がとも
に約５ Ｋ上昇することを見いだした。この効果の詳細
な理由については未だ不明であるが、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−Ｏ膜３１とＬａ−Ａｌ−Ｏ膜３２との積層界面
での元素の相互拡散の影響が少なく、かつ薄いＬａ−Ａ
ｌ−Ｏ膜３２を介して複数のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ膜３１を積層することによりＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏ膜３１において超伝導機構になんらかの変化が引き
起こされたことが考えられる。
図４に示す。図４において、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ膜３１の膜厚が１０ ｎｍ、３０ ｎｍ、５０ ｎｍ
のときのを特性をそれぞれ、特性４１、４２、４３に示
す。特性４１においてはゼロ抵抗温度が約３０ ＫとＢ
ｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３１の特性が劣化すること
がわかった。この理由として、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏ膜３１とＬａ−Ａｌ−Ｏ膜３２との間で元素の相互
拡散による膜３１、３２の結晶性の破壊が考えられる。 さらに特性４３においては、Ｌａ−Ａｌ−Ｏ膜３２との
周期的な積層なしに基体１７上につけたときのＢｉ−Ｓ
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３１本来の超伝導特性とほとんど
同じであり、誘電体膜Ｌａ−Ａｌ−Ｏ膜３２との積層効
果は確認されなかった。しかしながら、本発明者らは特
性４２において、超伝導転移温度、ゼロ抵抗温度がとも
に約５ Ｋ上昇することを見いだした。この効果の詳細
な理由については未だ不明であるが、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−Ｏ膜３１とＬａ−Ａｌ−Ｏ膜３２との積層界面
での元素の相互拡散の影響が少なく、かつ薄いＬａ−Ａ
ｌ−Ｏ膜３２を介して複数のＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ膜３１を積層することによりＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏ膜３１において超伝導機構になんらかの変化が引き
起こされたことが考えられる。
【００２１】なお、超伝導転移温度が上昇する効果は、
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３１の膜厚が２０ 〜４
０ ｎｍの範囲で有効であることを、本発明者らは確認
した。
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３１の膜厚が２０ 〜４
０ ｎｍの範囲で有効であることを、本発明者らは確認
した。
【００２２】なお、本発明者らはＬａ−Ａｌ−Ｏ膜３２
の代わりに、Ｙ−Ａｌ−Ｏ、Ｎｄ−Ａｌ−Ｏを用いたと
きも第１の発明が有効であることを確認した。
の代わりに、Ｙ−Ａｌ−Ｏ、Ｎｄ−Ａｌ−Ｏを用いたと
きも第１の発明が有効であることを確認した。
【００２３】さらに本発明者らは、Ｂｉの酸化物と、Ｓ
ｒ、Ｃａ、Ｃｕの酸化物を異なる蒸発源から真空中で別
々に蒸発させ、基体上にＢｉ−Ｏ→Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ→Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ→Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ→Ｂｉ−Ｏの順で周期的
に積層させできるＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ薄膜をＬ
ａ−Ａｌ−Ｏ薄膜もしくはＹ−Ａｌ−Ｏ薄膜もしくはＮ
ｄ−Ａｌ−Ｏ薄膜と周期的に積層した場合（実施例１）
に示した積層構造作製方法より極めて制御性良く、安定
した膜質の、しかも膜表面が極めて平坦なＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−ＯとＬａ−Ａｌ−Ｏ（もしくはＹ−Ａｌ−
ＯあるいはＮｄ−Ａｌ−Ｏ）の積層構造薄膜が得られる
ことを見いだした。
ｒ、Ｃａ、Ｃｕの酸化物を異なる蒸発源から真空中で別
々に蒸発させ、基体上にＢｉ−Ｏ→Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ→Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ→Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ→Ｂｉ−Ｏの順で周期的
に積層させできるＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ薄膜をＬ
ａ−Ａｌ−Ｏ薄膜もしくはＹ−Ａｌ−Ｏ薄膜もしくはＮ
ｄ−Ａｌ−Ｏ薄膜と周期的に積層した場合（実施例１）
に示した積層構造作製方法より極めて制御性良く、安定
した膜質の、しかも膜表面が極めて平坦なＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−ＯとＬａ−Ａｌ−Ｏ（もしくはＹ−Ａｌ−
ＯあるいはＮｄ−Ａｌ−Ｏ）の積層構造薄膜が得られる
ことを見いだした。
【００２４】さらに本発明者らは、Ｂｉ−Ｏ、Ｓｒ−Ｃ
ｕ−Ｏ、Ｃａ−Ｃｕ−Ｏを別々の蒸発源から蒸発させ、
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ超伝導薄膜の膜厚を原子オ
ーダーの精度で極めて制御性良く作製でき、さらにはＢ
ｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−ＯとＬａ−Ａｌ−Ｏ（もしくは
Ｙ−Ａｌ−ＯあるいはＮｄ−Ａｌ−Ｏ）の積層構造薄膜
の周期構造を持つ薄膜を形成できることを見いだした。 さらに、このｍ（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）・（Ｌ
ａ−Ａｌ−Ｏ）薄膜は、（実施例１）に示したＢｉ−Ｓ
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏを同時に蒸着して得る超伝導薄膜と
、Ｌａ−Ａｌ−Ｏを同時に蒸着して得る酸化物誘電体膜
とを周期的に積層して得た薄膜に比べて、はるかに結晶
性が優れ、超伝導転移温度、臨界電流密度等の特性に勝
っていることも併せて見いだした。
ｕ−Ｏ、Ｃａ−Ｃｕ−Ｏを別々の蒸発源から蒸発させ、
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ超伝導薄膜の膜厚を原子オ
ーダーの精度で極めて制御性良く作製でき、さらにはＢ
ｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−ＯとＬａ−Ａｌ−Ｏ（もしくは
Ｙ−Ａｌ−ＯあるいはＮｄ−Ａｌ−Ｏ）の積層構造薄膜
の周期構造を持つ薄膜を形成できることを見いだした。 さらに、このｍ（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）・（Ｌ
ａ−Ａｌ−Ｏ）薄膜は、（実施例１）に示したＢｉ−Ｓ
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏを同時に蒸着して得る超伝導薄膜と
、Ｌａ−Ａｌ−Ｏを同時に蒸着して得る酸化物誘電体膜
とを周期的に積層して得た薄膜に比べて、はるかに結晶
性が優れ、超伝導転移温度、臨界電流密度等の特性に勝
っていることも併せて見いだした。
【００２５】これらのことは図５に示す積層の概念図を
用いて説明することができる。すなわち、それぞれ層状
構造を構成する異なる元素を別々に順次積層していくこ
とにより、基体表面に対し平行な面内だけで積層された
蒸着元素が動くだけで、基体表面に対し垂直方向への元
素の移動がないことによるものと考えられる。先にも述
べたように、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ結晶のａ軸お
よびｂ軸とＬａＡｌＯ３結晶のそれがほぼ等しく、本発
明者らによるこのＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ薄膜の作
製法によると極めて精密にＬａ−Ａｌ−Ｏ結晶の上には
Ｂｉ−Ｏ層が位置し、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ薄膜
のＢｉ−Ｏ層の上にＬａ−Ａｌ−Ｏ薄膜を連続にエピタ
キシャル成長させることができることによるものと考え
られる。
用いて説明することができる。すなわち、それぞれ層状
構造を構成する異なる元素を別々に順次積層していくこ
とにより、基体表面に対し平行な面内だけで積層された
蒸着元素が動くだけで、基体表面に対し垂直方向への元
素の移動がないことによるものと考えられる。先にも述
べたように、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ結晶のａ軸お
よびｂ軸とＬａＡｌＯ３結晶のそれがほぼ等しく、本発
明者らによるこのＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ薄膜の作
製法によると極めて精密にＬａ−Ａｌ−Ｏ結晶の上には
Ｂｉ−Ｏ層が位置し、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ薄膜
のＢｉ−Ｏ層の上にＬａ−Ａｌ−Ｏ薄膜を連続にエピタ
キシャル成長させることができることによるものと考え
られる。
【００２６】さらに以外にも、良好な超伝導特性を得る
に必要な基体の温度、熱処理温度も、従来より低いこと
を見いだした。
に必要な基体の温度、熱処理温度も、従来より低いこと
を見いだした。
【００２７】Ｂｉ−Ｏ、Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ、Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏを周期的に積層させる方法としては、いくつか考えら
れる。一般に、ＭＢＥ装置あるいは多元のＥＢ蒸着装置
で蒸発源の前を開閉シャッターで制御したり、気相成長
法で作製する際にガスの種類を切り替えたりすることに
より、周期的積層を達成することができる。しかしこの
種の非常に薄い層の積層には従来スパッタリング蒸着は
不向きとされていた。この理由は、成膜中のガス圧の高
さに起因する不純物の混入およびエネルギーの高い粒子
によるダメージと考えられている。しかしながら、本発
明者らは、このＢｉ系酸化物超伝導体に対してスパッタ
リングにより異なる薄い層の積層を行なったところ、以
外にも良好な積層膜作製が可能なことを発見した。スパ
ッタ中の高い酸素ガス圧およびスパッタ放電が、Ｂｉ系
の１００Ｋ以上の臨界温度を持つ相の形成、およびＬａ
−Ａｌ−Ｏ誘電体膜の形成に都合がよいためではなかろ
うかと考えられる。 スパッタ蒸着で異なる物質を積
層させる方法としては、組成分布を設けた１ケのスパッ
タリングターゲットの放電位置を周期的に制御するとい
う方法があるが、組成の異なる複数個のターゲットのス
パッタリングという方法を用いると比較的簡単に達成す
ることができる。 この場合、複数個のターゲットの各々のスパッタ量を周
期的に制御したり、あるいはターゲットの前にシャッタ
ーを設けて周期的に開閉したりして、周期的積層膜を作
製することができる。また基板を周期的運動させて各々
ターゲットの上を移動させる方法でも作製が可能である
。レーザースパッタあるいはイオンビームスパッタを用
いた場合には、複数個のターゲットを周期運動させてビ
ームの照射するターゲットを周期的に変えれば、周期的
積層膜が実現される。このように複数個のターゲットを
用いたスパッタリングにより比較的簡単にＢｉ系酸化物
の周期的積層が作製可能となる。
Ｏを周期的に積層させる方法としては、いくつか考えら
れる。一般に、ＭＢＥ装置あるいは多元のＥＢ蒸着装置
で蒸発源の前を開閉シャッターで制御したり、気相成長
法で作製する際にガスの種類を切り替えたりすることに
より、周期的積層を達成することができる。しかしこの
種の非常に薄い層の積層には従来スパッタリング蒸着は
不向きとされていた。この理由は、成膜中のガス圧の高
さに起因する不純物の混入およびエネルギーの高い粒子
によるダメージと考えられている。しかしながら、本発
明者らは、このＢｉ系酸化物超伝導体に対してスパッタ
リングにより異なる薄い層の積層を行なったところ、以
外にも良好な積層膜作製が可能なことを発見した。スパ
ッタ中の高い酸素ガス圧およびスパッタ放電が、Ｂｉ系
の１００Ｋ以上の臨界温度を持つ相の形成、およびＬａ
−Ａｌ−Ｏ誘電体膜の形成に都合がよいためではなかろ
うかと考えられる。 スパッタ蒸着で異なる物質を積
層させる方法としては、組成分布を設けた１ケのスパッ
タリングターゲットの放電位置を周期的に制御するとい
う方法があるが、組成の異なる複数個のターゲットのス
パッタリングという方法を用いると比較的簡単に達成す
ることができる。 この場合、複数個のターゲットの各々のスパッタ量を周
期的に制御したり、あるいはターゲットの前にシャッタ
ーを設けて周期的に開閉したりして、周期的積層膜を作
製することができる。また基板を周期的運動させて各々
ターゲットの上を移動させる方法でも作製が可能である
。レーザースパッタあるいはイオンビームスパッタを用
いた場合には、複数個のターゲットを周期運動させてビ
ームの照射するターゲットを周期的に変えれば、周期的
積層膜が実現される。このように複数個のターゲットを
用いたスパッタリングにより比較的簡単にＢｉ系酸化物
の周期的積層が作製可能となる。
【００２８】以下本発明者らによる第２の発明の内容を
さらに深く理解されるために、具体的な実施例を示す。
さらに深く理解されるために、具体的な実施例を示す。
【００２９】実施例２
図６に本実施例で用いた４元マグネトロンスパッタ装置
の概略図を示す。図６において、６１はＢｉターゲット
、６２はＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ焼成セラミックスターゲ
ット、６３はＬａターゲット、６４はＡｌターゲット、
６５、６６、６７、６８はシャッター、６９は基体、７
０は基体加熱用ヒーターを示す。計４個のターゲット６
１、６２、６３、６４は図６に示すように配置させた。 即ち、ＭｇＯ（１００）基体６９に焦点を結ぶように各
ターゲットが約３０°傾いて設置されている。ターゲッ
トの前方にはシャッター６５、６６、６７、６８があり
、それらの開閉はすべてコンピューターで制御されるこ
とから、Ｂｉ−Ｏ層とＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ層からなる
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ結晶層薄膜の膜厚すなわち
周期、Ｌａ−Ａｌ−Ｏ薄膜の膜厚とＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−
Ｃｕ−Ｏ薄膜とＬａ−Ａｌ−Ｏ薄膜の積層周期を自在に
変えることができる。基体６９をヒーター７０で約６０
０℃に加熱し、アルゴン・酸素（１：１）混合雰囲気０
．５ Ｐａのガス中で各ターゲットのスパッタリングを
行なった。Ｂｉ→Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ→Ｂｉのサイク
ルでスパッタし、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜の元素
の組成比率がＢｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：２：３
となるように各ターゲットのスパッタ時間とスパッタ電
力を調整し、上記サイクルを２０周期行った結果、１０
０Ｋ以上の臨界温度を持つ相を作製することができた。 典型的なスパッタ電力はＢｉ：３０ Ｗ、Ｓｒ−Ｃａ−
Ｃｕ−Ｏ：８０ Ｗである。このままの状態でもこのＢ
ｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ薄膜は１００Ｋ以上の超伝導
転移を示したが、さらに酸素中で６５０℃、１時間の熱
処理を行なうと非常に再現性よくなり、超伝導転移温度
は１２０ Ｋ、抵抗がゼロになる温度は１００ Ｋにな
った。超伝導転移温度が１００ Ｋを越す相は金属元素
がＢｉ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｓｒ−
Ｂｉの順序で並んだ酸化物の層から成り立っているとも
言われており、本発明の製造方法がこの構造を作るのに
非常に役だっているのではないかと考えられる。また、
Ｌａ−Ａｌ−Ｏ膜の作製は元素の組成比がＬａ：Ａｌ＝
１：１となるようにターゲット６３、６４のスパッタ電
力を調整し、ＬａとＡｌを同時にスパッタし、膜厚はシ
ャッター６７、６８の開閉時間で制御した。典型的には
スパッタ電力はＬａ：８０ Ｗ、Ａｌ：３０ Ｗにして
実験を行った。
の概略図を示す。図６において、６１はＢｉターゲット
、６２はＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ焼成セラミックスターゲ
ット、６３はＬａターゲット、６４はＡｌターゲット、
６５、６６、６７、６８はシャッター、６９は基体、７
０は基体加熱用ヒーターを示す。計４個のターゲット６
１、６２、６３、６４は図６に示すように配置させた。 即ち、ＭｇＯ（１００）基体６９に焦点を結ぶように各
ターゲットが約３０°傾いて設置されている。ターゲッ
トの前方にはシャッター６５、６６、６７、６８があり
、それらの開閉はすべてコンピューターで制御されるこ
とから、Ｂｉ−Ｏ層とＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ層からなる
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ結晶層薄膜の膜厚すなわち
周期、Ｌａ−Ａｌ−Ｏ薄膜の膜厚とＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−
Ｃｕ−Ｏ薄膜とＬａ−Ａｌ−Ｏ薄膜の積層周期を自在に
変えることができる。基体６９をヒーター７０で約６０
０℃に加熱し、アルゴン・酸素（１：１）混合雰囲気０
．５ Ｐａのガス中で各ターゲットのスパッタリングを
行なった。Ｂｉ→Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ→Ｂｉのサイク
ルでスパッタし、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜の元素
の組成比率がＢｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：２：３
となるように各ターゲットのスパッタ時間とスパッタ電
力を調整し、上記サイクルを２０周期行った結果、１０
０Ｋ以上の臨界温度を持つ相を作製することができた。 典型的なスパッタ電力はＢｉ：３０ Ｗ、Ｓｒ−Ｃａ−
Ｃｕ−Ｏ：８０ Ｗである。このままの状態でもこのＢ
ｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ薄膜は１００Ｋ以上の超伝導
転移を示したが、さらに酸素中で６５０℃、１時間の熱
処理を行なうと非常に再現性よくなり、超伝導転移温度
は１２０ Ｋ、抵抗がゼロになる温度は１００ Ｋにな
った。超伝導転移温度が１００ Ｋを越す相は金属元素
がＢｉ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｓｒ−
Ｂｉの順序で並んだ酸化物の層から成り立っているとも
言われており、本発明の製造方法がこの構造を作るのに
非常に役だっているのではないかと考えられる。また、
Ｌａ−Ａｌ−Ｏ膜の作製は元素の組成比がＬａ：Ａｌ＝
１：１となるようにターゲット６３、６４のスパッタ電
力を調整し、ＬａとＡｌを同時にスパッタし、膜厚はシ
ャッター６７、６８の開閉時間で制御した。典型的には
スパッタ電力はＬａ：８０ Ｗ、Ａｌ：３０ Ｗにして
実験を行った。
【００３０】さらに本発明者らはｍ×（Ｂｉ→Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ→Ｂｉ）→ｔ−（Ｌａ−Ａｌ−Ｏ）のサイ
クルで各ターゲットをスパッタし、ｍ（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ）・ｔ−（Ｂｉ−Ｔｉ−Ｏ）薄膜を基体５
７上に作製した。ここでｍは正の整数、ｔはＬａ−Ａｌ
−Ｏ薄膜の膜厚を示す。本発明者らはｔ＝５ｎｍのとき
、ｍを変化させて周期的に積層して得た膜の超伝導特性
を調べた。図７にｍ＝２、６、１６のときに得た膜の抵
抗の温度変化をそれぞれ特性７１、７２、７３に示す。 図７において、ｍ＝６のとき、最も高い超伝導転移温度
およびゼロ抵抗温度、すなわち特性７２が得られた。特
性７２の超伝導転移温度、ゼロ抵抗温度はＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜本来のそれらの値よりも約８ Ｋ高い
ものであった。この効果の詳細な理由については未だ不
明であるが、本実施例に示した方法でＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−Ｏ膜とＬａ−Ａｌ−Ｏ膜とを周期的に積層する
ことによって、Ｌａ−Ａｌ−Ｏ膜はＢｉ２Ｏ２層にエピ
タキシャル成長していることにより積層界面での元素の
相互拡散の影響がなく、かつ結晶性に優れた薄いＬａ−
Ａｌ−Ｏ膜を介して同じく結晶性に優れたＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜を積層することによりＢｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ膜において超伝導機構になんらかの変化が
引き起こされたことが考えられる。
ａ−Ｃｕ−Ｏ→Ｂｉ）→ｔ−（Ｌａ−Ａｌ−Ｏ）のサイ
クルで各ターゲットをスパッタし、ｍ（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ）・ｔ−（Ｂｉ−Ｔｉ−Ｏ）薄膜を基体５
７上に作製した。ここでｍは正の整数、ｔはＬａ−Ａｌ
−Ｏ薄膜の膜厚を示す。本発明者らはｔ＝５ｎｍのとき
、ｍを変化させて周期的に積層して得た膜の超伝導特性
を調べた。図７にｍ＝２、６、１６のときに得た膜の抵
抗の温度変化をそれぞれ特性７１、７２、７３に示す。 図７において、ｍ＝６のとき、最も高い超伝導転移温度
およびゼロ抵抗温度、すなわち特性７２が得られた。特
性７２の超伝導転移温度、ゼロ抵抗温度はＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜本来のそれらの値よりも約８ Ｋ高い
ものであった。この効果の詳細な理由については未だ不
明であるが、本実施例に示した方法でＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−Ｏ膜とＬａ−Ａｌ−Ｏ膜とを周期的に積層する
ことによって、Ｌａ−Ａｌ−Ｏ膜はＢｉ２Ｏ２層にエピ
タキシャル成長していることにより積層界面での元素の
相互拡散の影響がなく、かつ結晶性に優れた薄いＬａ−
Ａｌ−Ｏ膜を介して同じく結晶性に優れたＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜を積層することによりＢｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ膜において超伝導機構になんらかの変化が
引き起こされたことが考えられる。
【００３１】なお、超伝導転移温度が上昇する効果は、
Ｂｉ→Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ→Ｂｉのサイクルが４〜１
０の範囲で有効であることを、本発明者らは確認した。
Ｂｉ→Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ→Ｂｉのサイクルが４〜１
０の範囲で有効であることを、本発明者らは確認した。
【００３２】なお、本発明者らはＬａ−Ａｌ−Ｏ膜の代
わりに、Ｙ−Ａｌ−Ｏ、Ｎｄ−Ａｌ−Ｏ膜を用いたとき
も第２の発明が有効であることを確認した。
わりに、Ｙ−Ａｌ−Ｏ、Ｎｄ−Ａｌ−Ｏ膜を用いたとき
も第２の発明が有効であることを確認した。
【００３３】
【発明の効果】第１の発明の酸化物超電導薄膜は、Ｂｉ
系酸化物超伝導薄膜の超電導転移温度を上昇させる構造
を提供するものであり、第２の発明の酸化物超電導薄膜
の製造方法は第１の発明をより効果的に実現し、デバイ
ス等の応用には必須の低温でのプロセス確立したもので
あり、本発明の工業的価値は大きい。
系酸化物超伝導薄膜の超電導転移温度を上昇させる構造
を提供するものであり、第２の発明の酸化物超電導薄膜
の製造方法は第１の発明をより効果的に実現し、デバイ
ス等の応用には必須の低温でのプロセス確立したもので
あり、本発明の工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｌａ−Ａｌ−Ｏ薄膜のＸ線回折スペクトル図で
ある。
ある。
【図２】第１の発明の実施例における薄膜の製造装置の
概略図である。
概略図である。
【図３】第１の発明の構造概念図である。
【図４】図２の装置により得た薄膜における抵抗の温度
特性図である。
特性図である。
【図５】第２の発明の構造概念図である。
【図６】第２の発明の実施例における薄膜の製造装置の
概略図である。
概略図である。
【図７】図６の装置により得た薄膜における抵抗の温度
特性図である。
特性図である。
１１、１２、１３、６１、６２、６３、６４ スパッ
タリングターゲット １４、１５、１６、６５、６６、６７、６８ シャッ
ター １７、６９ ＭｇＯ基体 １８、７０ ヒーター ３１ Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３２ Ｌａ−
Ａｌ−Ｏ膜 ４１、４２、４３、７１、７２、７３ 薄膜の抵抗の
温度特性
タリングターゲット １４、１５、１６、６５、６６、６７、６８ シャッ
ター １７、６９ ＭｇＯ基体 １８、７０ ヒーター ３１ Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ膜３２ Ｌａ−
Ａｌ−Ｏ膜 ４１、４２、４３、７１、７２、７３ 薄膜の抵抗の
温度特性
Claims (4)
- 【請求項１】 基体上に主体成分が少なくともビスマ
ス（Ｂｉ）、銅（Ｃｕ），およびアルカリ土類（ＩＩａ
族）を含む層状酸化物超伝導薄膜と、主体成分がランタ
ン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）とネオジウム（Ｎｄ）
のうちの少なくとも一種以上の元素とアルミニウム（Ａ
ｌ）を含む酸化物誘電体薄膜が交互に積層された構造を
持つことを特徴とする酸化物超伝導薄膜。ここでアルカ
リ土類は，ＩＩａ族元素のうちの少なくとも一種あるい
は二種以上の元素を示す。 - 【請求項２】 基体上に、少なくともＢｉを含む酸化
物と少なくとも銅およびアルカリ土類（ＩＩａ族）を含
む酸化物とを周期的に積層させて形成する酸化物薄膜と
、主体成分がＬａ、ＹとＮｄのうちの少なくとも一種以
上の元素とＡｌを含む酸化物薄膜を周期的に積層させて
得ることを特徴とする酸化物超伝導薄膜の製造方法。こ
こでアルカリ土類は、ＩＩａ族元素のうちの少なくとも
一種あるいは二種以上の元素を示す。 - 【請求項３】 積層物質の蒸発を少なくとも二種以上
の蒸発源で行うことを特徴とする請求項２記載の酸化物
超伝導薄膜の製造方法。 - 【請求項４】 積層物質の蒸発をスパッタリングで行
なうことを特徴とする特許請求の請求項２記載の酸化物
超伝導薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06628091A JP3478543B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 酸化物超伝導薄膜およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06628091A JP3478543B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 酸化物超伝導薄膜およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04300272A true JPH04300272A (ja) | 1992-10-23 |
| JP3478543B2 JP3478543B2 (ja) | 2003-12-15 |
Family
ID=13311263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06628091A Expired - Fee Related JP3478543B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 酸化物超伝導薄膜およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3478543B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009069660A1 (ja) * | 2007-11-29 | 2009-06-04 | Kyushu Institute Of Technology | 超伝導体表面抵抗率の非接触測定方法及びその測定装置並びに超伝導体 |
| JP5574520B2 (ja) * | 2007-11-29 | 2014-08-20 | 国立大学法人九州工業大学 | 超伝導体 |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP06628091A patent/JP3478543B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3478543B2 (ja) | 2003-12-15 |
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