JPH04349108A - 高温超電導薄膜の作製方法 - Google Patents
高温超電導薄膜の作製方法Info
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- JPH04349108A JPH04349108A JP3155694A JP15569491A JPH04349108A JP H04349108 A JPH04349108 A JP H04349108A JP 3155694 A JP3155694 A JP 3155694A JP 15569491 A JP15569491 A JP 15569491A JP H04349108 A JPH04349108 A JP H04349108A
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高温超電導体の薄膜の成
膜方法に関するものであり、特に、結晶性および電気特
性に優れた酸化物超電導体のａ軸配向薄膜の作成方法に
関するものである。高温超電導体とは超電導臨界温度（
Ｔｃ）が３０Ｋ以上である酸化物系の超電導材料、例え
ば、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系等の酸化物を意味
する。
膜方法に関するものであり、特に、結晶性および電気特
性に優れた酸化物超電導体のａ軸配向薄膜の作成方法に
関するものである。高温超電導体とは超電導臨界温度（
Ｔｃ）が３０Ｋ以上である酸化物系の超電導材料、例え
ば、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系等の酸化物を意味
する。
【０００２】
【従来の技術】これらの酸化物の高温超電導体はジョセ
フソン素子、超電導トランジスタ等の電子デバイスに実
用化が有望と考えられている。これらの電子デバイスを
実現するには、これら酸化物超電導体を薄膜化すること
が必須である。一方、酸化物超電導体は、その超電導特
性に異方性のあることが知られており、特に、結晶のｃ
軸に垂直な方向の超電導臨界電流密度（Ｊｃ）が大きい
。従来、薄膜の表面に平行な方向に大きい電流を流すこ
とができる、ｃ軸配向、すなわち基板面に対してｃ軸が
垂直である酸化物超電導体薄膜を作製する研究が多く行
われてきた。現在では、スパッタリング法、蒸着法、レ
ーザアブレーション法等の方法でＳｒＴｉＯ３ やＭｇ
Ｏのような単結晶基板上に良質なｃ軸配向の酸化物超電
導体の単結晶薄膜が得られている。上記の酸化物超電導
体はコヒーレンス長にも異方性がある。すなわちａ軸方
向のコヒーレンス長とｃ軸方向のコヒーレンス長よりも
長い（ｃ軸方向のコヒーレンス長は数Åであり、一方、
ａ軸方向のコヒーレンス長は１０数Åである）。従って
、酸化物超電導体を例えばジョセフソン接合のようなエ
レクトロニクスに応用する場合には、コヒーレンス長が
長いａ軸配向すなわち基板面に対してａ軸が実質的に垂
直な薄膜が必要とされる場合がある。
フソン素子、超電導トランジスタ等の電子デバイスに実
用化が有望と考えられている。これらの電子デバイスを
実現するには、これら酸化物超電導体を薄膜化すること
が必須である。一方、酸化物超電導体は、その超電導特
性に異方性のあることが知られており、特に、結晶のｃ
軸に垂直な方向の超電導臨界電流密度（Ｊｃ）が大きい
。従来、薄膜の表面に平行な方向に大きい電流を流すこ
とができる、ｃ軸配向、すなわち基板面に対してｃ軸が
垂直である酸化物超電導体薄膜を作製する研究が多く行
われてきた。現在では、スパッタリング法、蒸着法、レ
ーザアブレーション法等の方法でＳｒＴｉＯ３ やＭｇ
Ｏのような単結晶基板上に良質なｃ軸配向の酸化物超電
導体の単結晶薄膜が得られている。上記の酸化物超電導
体はコヒーレンス長にも異方性がある。すなわちａ軸方
向のコヒーレンス長とｃ軸方向のコヒーレンス長よりも
長い（ｃ軸方向のコヒーレンス長は数Åであり、一方、
ａ軸方向のコヒーレンス長は１０数Åである）。従って
、酸化物超電導体を例えばジョセフソン接合のようなエ
レクトロニクスに応用する場合には、コヒーレンス長が
長いａ軸配向すなわち基板面に対してａ軸が実質的に垂
直な薄膜が必要とされる場合がある。
【０００３】このａ軸配向の酸化物超電導薄膜は例えば
スパッタリング法で作製することができる。この場合に
は、ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜を作製する場合より、
基板温度を数１０℃低くすればよいことが分かっている
。 ところが、この基板温度は低過ぎて、この基板温度で成
膜した薄膜は、それを構成する酸化物超電導体の結晶性
が悪く、また、結晶に酸素が十分に供給されないため、
従来の方法で成膜したａ軸配向の酸化物超電導薄膜の電
気特性は良好ではなかった。また、スパッタリング法以
外の方法では、基板温度を調節したとしても、優れた品
質のａ軸配向の酸化物超電導薄膜を基板上に直接成膜す
るのは困難であった。特に、レーザ蒸着法は、電界およ
び磁界が存在しない状態で成膜が可能であり、成膜条件
が制御し易く、しかも、比較的大きな蒸着速度で薄膜を
成膜できるという利点があるが、レーザ蒸着法で基板上
に優れた特性のａ軸配向の酸化物超電導薄膜を成膜する
のは困難である。
スパッタリング法で作製することができる。この場合に
は、ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜を作製する場合より、
基板温度を数１０℃低くすればよいことが分かっている
。 ところが、この基板温度は低過ぎて、この基板温度で成
膜した薄膜は、それを構成する酸化物超電導体の結晶性
が悪く、また、結晶に酸素が十分に供給されないため、
従来の方法で成膜したａ軸配向の酸化物超電導薄膜の電
気特性は良好ではなかった。また、スパッタリング法以
外の方法では、基板温度を調節したとしても、優れた品
質のａ軸配向の酸化物超電導薄膜を基板上に直接成膜す
るのは困難であった。特に、レーザ蒸着法は、電界およ
び磁界が存在しない状態で成膜が可能であり、成膜条件
が制御し易く、しかも、比較的大きな蒸着速度で薄膜を
成膜できるという利点があるが、レーザ蒸着法で基板上
に優れた特性のａ軸配向の酸化物超電導薄膜を成膜する
のは困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の問題点を解決して、電気的特性に優れたａ軸配向
の酸化物超電導体の薄膜をレーザ蒸着法で成膜する方法
を提供することにある。
技術の問題点を解決して、電気的特性に優れたａ軸配向
の酸化物超電導体の薄膜をレーザ蒸着法で成膜する方法
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、ａ軸配向薄膜
を成膜するのに最適な条件下で任意の方法を用いてａ軸
配向の下側薄膜層を基板上に予め形成し、次いで、得ら
れた下側薄膜層上に、レーザ蒸着法に最適な条件下で上
記と同じ酸化物超電導体のａ軸配向の上側薄膜層を形成
することを特徴とする結晶性および電気特性に優れた酸
化物超電導体のａ軸配向薄膜をレーザ蒸着法で作成する
方法を提供する。
を成膜するのに最適な条件下で任意の方法を用いてａ軸
配向の下側薄膜層を基板上に予め形成し、次いで、得ら
れた下側薄膜層上に、レーザ蒸着法に最適な条件下で上
記と同じ酸化物超電導体のａ軸配向の上側薄膜層を形成
することを特徴とする結晶性および電気特性に優れた酸
化物超電導体のａ軸配向薄膜をレーザ蒸着法で作成する
方法を提供する。
【０００６】「レーザ蒸着法」とは、高エネルギーのレ
ーザ光線をターゲットに照射し、その結果瞬間的に蒸発
したターゲットの構成元素を基板上に堆積させる方法を
意味し、レーザアブレーション法がその典型例であるが
、本発明のレーザ蒸着法はこれに限定されるものではな
い。「ａ軸配向薄膜を成膜するのに最適な条件下」とは
基板表面に実質的に直角な方向に酸化物超電導体の薄膜
のａ軸が優先して成長するような条件を意味している。 本発明の好ましい実施例では、この条件は基板温度を調
節することによって達成される。
ーザ光線をターゲットに照射し、その結果瞬間的に蒸発
したターゲットの構成元素を基板上に堆積させる方法を
意味し、レーザアブレーション法がその典型例であるが
、本発明のレーザ蒸着法はこれに限定されるものではな
い。「ａ軸配向薄膜を成膜するのに最適な条件下」とは
基板表面に実質的に直角な方向に酸化物超電導体の薄膜
のａ軸が優先して成長するような条件を意味している。 本発明の好ましい実施例では、この条件は基板温度を調
節することによって達成される。
【０００７】本発明方法のａ軸配向の下側薄膜層は任意
の方法、好ましくは物理蒸着方法、特にスパッタリング
法で形成することができる。このスパッタリング法には
ＤＣスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、ＲＦマ
グネトロンスパッタリング法等が含まれる。一例として
、ＲＦマグネトロンスパッタリング法でａ軸配向の下側
薄膜層を成膜する場合には、ｃ軸配向の酸化物超電導薄
膜を成長させる場合よりも数１０℃だけ低い基板温度で
成膜を行えばよく、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電
導体のａ軸配向の下側薄膜層を成膜する場合には基板温
度を ５３０〜６２０ ℃にする。この下側薄膜層の厚
さは２０〜数１０００Åの厚さにするのが好ましい。こ
の厚さが２０Å未満では所望のａ軸配向の上側薄膜層を
成膜するのは困難である。逆に、下側薄膜層の厚さが数
１０００Åを超えても上側薄膜層の特性に実質的な向上
はない。本発明では、上側薄膜層がレーザ蒸着法で作ら
れる。この場合、上側薄膜層は下側薄膜層の成膜時の基
板温度より１０〜１００ ℃高い温度で加熱することが
できる。この上側薄膜層の成膜時には、ｃ軸配向の酸化
物薄膜を基板上に直接成膜する場合の基板温度にするこ
とができる。
の方法、好ましくは物理蒸着方法、特にスパッタリング
法で形成することができる。このスパッタリング法には
ＤＣスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、ＲＦマ
グネトロンスパッタリング法等が含まれる。一例として
、ＲＦマグネトロンスパッタリング法でａ軸配向の下側
薄膜層を成膜する場合には、ｃ軸配向の酸化物超電導薄
膜を成長させる場合よりも数１０℃だけ低い基板温度で
成膜を行えばよく、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電
導体のａ軸配向の下側薄膜層を成膜する場合には基板温
度を ５３０〜６２０ ℃にする。この下側薄膜層の厚
さは２０〜数１０００Åの厚さにするのが好ましい。こ
の厚さが２０Å未満では所望のａ軸配向の上側薄膜層を
成膜するのは困難である。逆に、下側薄膜層の厚さが数
１０００Åを超えても上側薄膜層の特性に実質的な向上
はない。本発明では、上側薄膜層がレーザ蒸着法で作ら
れる。この場合、上側薄膜層は下側薄膜層の成膜時の基
板温度より１０〜１００ ℃高い温度で加熱することが
できる。この上側薄膜層の成膜時には、ｃ軸配向の酸化
物薄膜を基板上に直接成膜する場合の基板温度にするこ
とができる。
【０００８】基板は酸化物単結晶、例えばＭｇＯ、Ｓｒ
ＴｉＯ３， ＬａＡｌＯ３， ＬａＧａＯ３，
ＹＳＺ等にすることができる。本発明方法は公知の任意
の高温酸化物超電導材料に適用することができるが、Ｙ
−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系とＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の
酸化物に特に有利に適用することができる。添付の図１
は本発明方法で基板上に成膜された超電導薄膜の概念的
な断面図である。この薄膜は基板３上に下側薄膜層１を
成膜した後、上側薄膜層２を成膜することによって作ら
れる。
ＴｉＯ３， ＬａＡｌＯ３， ＬａＧａＯ３，
ＹＳＺ等にすることができる。本発明方法は公知の任意
の高温酸化物超電導材料に適用することができるが、Ｙ
−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系とＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の
酸化物に特に有利に適用することができる。添付の図１
は本発明方法で基板上に成膜された超電導薄膜の概念的
な断面図である。この薄膜は基板３上に下側薄膜層１を
成膜した後、上側薄膜層２を成膜することによって作ら
れる。
【０００９】
【作用】本発明方法では、従来レーザ蒸着法では使用で
きなかったような高い温度すなわち従来ｃ軸配向の酸化
物超電導薄膜を成膜する場合の基板温度を用いて、ａ軸
配向の上側薄膜層を成膜することができるという利点が
ある。従って、本発明方法では、酸素が十分に取り込ま
れた結晶性の良い高品質のａ軸配向の上側薄膜層を形成
するのに必要な最適の基板温度でａ軸配向の上側薄膜層
を下側薄膜層上に成膜させることができる。この利点は
、下側薄膜層がａ軸配向の酸化物超電導薄膜であるため
、上側薄膜層の成膜を例え相対的に高い基板温度で行っ
たとしても、その上に成膜される上側薄膜層もａ軸配向
となるためと考えられる。また、こうして作られた上側
薄膜層は結晶性の良い酸素が十分に取り込まれた高品質
の薄膜になる。以下、本発明の実施例を示すが、本発明
が以下の実施例に限定されるものではない。
きなかったような高い温度すなわち従来ｃ軸配向の酸化
物超電導薄膜を成膜する場合の基板温度を用いて、ａ軸
配向の上側薄膜層を成膜することができるという利点が
ある。従って、本発明方法では、酸素が十分に取り込ま
れた結晶性の良い高品質のａ軸配向の上側薄膜層を形成
するのに必要な最適の基板温度でａ軸配向の上側薄膜層
を下側薄膜層上に成膜させることができる。この利点は
、下側薄膜層がａ軸配向の酸化物超電導薄膜であるため
、上側薄膜層の成膜を例え相対的に高い基板温度で行っ
たとしても、その上に成膜される上側薄膜層もａ軸配向
となるためと考えられる。また、こうして作られた上側
薄膜層は結晶性の良い酸素が十分に取り込まれた高品質
の薄膜になる。以下、本発明の実施例を示すが、本発明
が以下の実施例に限定されるものではない。
【００１０】
実施例１
本実施例では、先ず最初に、ＭｇＯ（１００） 単結晶
基板上にＲＦマグネトロンスパッタリング法で下側薄膜
層となるａ軸配向のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電
導材料の薄膜を作製し、この下側薄膜層上にレーザ蒸着
法で上側薄膜層となるａ軸配向の同じＹ−Ｂａ−Ｃｕ−
Ｏ系の酸化物超電導材料をさらに成膜して、発明の高温
超電導薄膜を作成した。下側薄膜層を成膜するためのＲ
Ｆマグネトロンスパッタリング法ではターゲットにＹ：
Ｂａ：Ｃｕの原子比が１：２：３である焼結体を使用し
、下記の表１に記載の成膜条件を用いた。
基板上にＲＦマグネトロンスパッタリング法で下側薄膜
層となるａ軸配向のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電
導材料の薄膜を作製し、この下側薄膜層上にレーザ蒸着
法で上側薄膜層となるａ軸配向の同じＹ−Ｂａ−Ｃｕ−
Ｏ系の酸化物超電導材料をさらに成膜して、発明の高温
超電導薄膜を作成した。下側薄膜層を成膜するためのＲ
Ｆマグネトロンスパッタリング法ではターゲットにＹ：
Ｂａ：Ｃｕの原子比が１：２：３である焼結体を使用し
、下記の表１に記載の成膜条件を用いた。
【表１】
次に、得られたＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電
導材料の下側薄膜層上に、同じＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の
酸化物超電導材料の上側薄膜層をレーザ蒸着法で連続し
て成膜した。ターゲットには、同じＹ：Ｂａ：Ｃｕの原
子比が１：２：３である焼結体を使用した。成膜条件は
下記の表２に示してある。
導材料の下側薄膜層上に、同じＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の
酸化物超電導材料の上側薄膜層をレーザ蒸着法で連続し
て成膜した。ターゲットには、同じＹ：Ｂａ：Ｃｕの原
子比が１：２：３である焼結体を使用した。成膜条件は
下記の表２に示してある。
【表２】
成膜後、得られた高温超電導薄膜の超電導特性を測
定した。Ｔｃは８９Ｋであった。また、ＲＨＥＥＤによ
って本発明方法で作製した高温超電導薄膜の結晶性を見
た。 ＲＨＥＥＤチャートには入射ビームと直角な方向にｃ軸
方向の長周期構造が表れた。このことは、上記方法で得
られた上側薄膜層がａ軸配向をしていることを示してい
る。
定した。Ｔｃは８９Ｋであった。また、ＲＨＥＥＤによ
って本発明方法で作製した高温超電導薄膜の結晶性を見
た。 ＲＨＥＥＤチャートには入射ビームと直角な方向にｃ軸
方向の長周期構造が表れた。このことは、上記方法で得
られた上側薄膜層がａ軸配向をしていることを示してい
る。
【００１１】実施例２
実施例１の操作を繰り返したが、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系
の酸化物超電導材料のターゲットの代わりに、Ｂｉ：Ｓ
ｒ：Ｃａ：Ｃｕの原子比が２：２：２：３であるＢｉ−
Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の焼結体を使用した。ａ軸配向
の下側薄膜層を成膜するのに用いたＲＦマグネトロンス
パッタリング法の成膜条件は以下の表３に示してある。
の酸化物超電導材料のターゲットの代わりに、Ｂｉ：Ｓ
ｒ：Ｃａ：Ｃｕの原子比が２：２：２：３であるＢｉ−
Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の焼結体を使用した。ａ軸配向
の下側薄膜層を成膜するのに用いたＲＦマグネトロンス
パッタリング法の成膜条件は以下の表３に示してある。
【表３】
次に、得られたＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸
化物超電導材料の下側薄膜層上に、同じＢｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電導材料の上側薄膜層をレー
ザ蒸着法で連続して成膜した。ターゲットには、同じＢ
ｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕの原子比が２：２：２：３である
焼結体を使用した。成膜条件は下記の表４に示してある
。
化物超電導材料の下側薄膜層上に、同じＢｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電導材料の上側薄膜層をレー
ザ蒸着法で連続して成膜した。ターゲットには、同じＢ
ｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕの原子比が２：２：２：３である
焼結体を使用した。成膜条件は下記の表４に示してある
。
【表４】
成膜後、得られた高温超電導薄膜の超電導特性を測定し
た。Ｔｃは１０１ Ｋであった。また、ＲＨＥＥＤによ
って本発明方法で作製した高温超電導薄膜の結晶性を見
た。 ＲＨＥＥＤチャートには入射ビームと直角な方向にｃ軸
方向の長周期構造が表れた。このことは、上記方法で得
られた上側薄膜層がａ軸配向をしていることを示してい
る。
た。Ｔｃは１０１ Ｋであった。また、ＲＨＥＥＤによ
って本発明方法で作製した高温超電導薄膜の結晶性を見
た。 ＲＨＥＥＤチャートには入射ビームと直角な方向にｃ軸
方向の長周期構造が表れた。このことは、上記方法で得
られた上側薄膜層がａ軸配向をしていることを示してい
る。
【００１２】
【発明の効果】本発明方法により、レーザ蒸着法でａ軸
配向の高温超電導薄膜を成膜することが可能になる。本
発明方法で成膜されたａ軸配向の高温超電導薄膜は結晶
性に優れ、電気的特性も良好であり、特にａ軸配向であ
るので、ジョセフソン素子等の電子デバイスを作製する
のに有効である。
配向の高温超電導薄膜を成膜することが可能になる。本
発明方法で成膜されたａ軸配向の高温超電導薄膜は結晶
性に優れ、電気的特性も良好であり、特にａ軸配向であ
るので、ジョセフソン素子等の電子デバイスを作製する
のに有効である。
【図１】 本発明方法で作製される超電導接合の概念
的断面図。
的断面図。
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザ蒸着法によって結晶性および電
気特性に優れた酸化物超電導体のａ軸配向薄膜を作成す
る方法において、ａ軸配向薄膜を成膜するのに最適な条
件下でａ軸配向の下側薄膜層を基板上に予め形成し、次
いで、得られた下側薄膜層上に、レーザ蒸着法に最適な
条件下で上記と同じ酸化物超電導体のａ軸配向の上側薄
膜層を形成することを特徴とする方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3155694A JPH04349108A (ja) | 1990-05-30 | 1991-05-30 | 高温超電導薄膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-140515 | 1990-05-30 | ||
| JP14051590 | 1990-05-30 | ||
| JP3155694A JPH04349108A (ja) | 1990-05-30 | 1991-05-30 | 高温超電導薄膜の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04349108A true JPH04349108A (ja) | 1992-12-03 |
Family
ID=26472999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3155694A Withdrawn JPH04349108A (ja) | 1990-05-30 | 1991-05-30 | 高温超電導薄膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04349108A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05147946A (ja) * | 1991-12-02 | 1993-06-15 | Kokusai Chodendo Sangyo Gijutsu Kenkyu Center | ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導膜の製造方法 |
-
1991
- 1991-05-30 JP JP3155694A patent/JPH04349108A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05147946A (ja) * | 1991-12-02 | 1993-06-15 | Kokusai Chodendo Sangyo Gijutsu Kenkyu Center | ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系超電導膜の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980806 |