JPH04365853A - 複合酸化物超電導薄膜の成膜方法 - Google Patents
複合酸化物超電導薄膜の成膜方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
方法に関する。より詳細には、本発明は、レーザ蒸着法
による複合酸化物超電導薄膜の成膜法の改良に関する。 【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Tc
を有するYBa2Cu3Oy が発見され、続いて、
1988年には前田等によって 100K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】 【発明が解決しようとする課題】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。 【0004】しかしながら、代表的な成膜法のひとつで
あるレーザ蒸着法等による成膜時には、基板温度が 7
00℃程度と高くなるための、薄膜中への基板材料の拡
散が生じてしまう。特に酸化物超電導薄膜の場合、この
成膜中の基板材料の拡散のために超電導薄膜の膜特性が
著しく劣化してしまうという問題がある。 【0005】そこで、本発明は、レーザ蒸着法において
、より膜特性の優れた複合酸化物超電導薄膜を通常より
も低い基板温度で成膜することができる新規な成膜方法
を提供することをその目的としている。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明に従うと、レーザ
蒸着法により酸化物超電導薄膜を成膜する方法において
、基板とターゲットとの間に一方の電極を配し、ターゲ
ットを他方の電極として、該電極と該ターゲットとの間
にバイアス電圧を印加しながら該基板に対してレーザ蒸
着処理を行うことを特徴とする複合酸化物超電導薄膜の
成膜方法が提供される。 【0007】 【作用】本発明に係る酸化物超電導薄膜の成膜方法は、
ターゲットから発生したブルームに電界を印加しながら
レーザ蒸着法で成膜することをその主要な特徴としてい
る。 【0008】成膜後の処理なしに超電導薄膜を得られる
成膜方法として代表的なレーザ蒸着法においては、成膜
時の基板温度を 700℃程度にする必要がある。しか
しながら、このように基板温度が高くなると、使用する
基板の材料原子が薄膜中に拡散して薄膜の特性を劣化さ
せてしまう場合がある。 【0009】これに対して、本発明に係る成膜方法では
、基板とターゲットとの間に電極を配し、この電極と基
板との間にバイアス電圧を印加しながらレーザ蒸着を行
うことにより、ターゲットから発生したブルーム中の荷
電粒子による基板および薄膜の損傷を回避し、且つ、活
性な中性粒子を選択的に堆積させて薄膜を形成する。 即ち、中性粒子を選択的に用いることにより、膜の最表
面の電荷状態にかかわりなく、イオン粒子に比較してよ
り低いポテンシャルエネルギーでのマイグレーションが
可能となる。このため、成膜時の基板温度を低くしても
良好な薄膜を成膜することが可能で、アニール等の成膜
後の処理なしに良好な超電導薄膜を作製することができ
る。 【0010】本発明の好ましい一態様に従うと、本発明
に係る方法において使用する電極は金属メッシュによた
り形成された円筒状の形状を有し、成膜時には基板に近
い位置に配置して使用される。 【0011】このような配置で電極を使用することによ
り、イオン粒子をより効果的に離反させて、基板に到達
しないようにすることができる。 【0012】また、本発明の好ましい他の態様に従うと
、本発明に係る方法において使用する電極は板状の金属
メッシュにより構成されており、基板の近傍に基板と平
行に配置して使用される。この場合も、円筒形の電極と
同じ効果が得られる。 【0013】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。 【0014】 【実施例】 〔実施例1〕図1は、本発明に係る成膜方法を実施する
ために使用することができる成膜装置の構成例を示す図
である。 【0015】同図に示すように、この装置は、基板1を
保持する基板ホルダ2と、ターゲット3を保持するター
ゲットホルダ4と、基板1およびターゲット3の間に配
置された電極5とを、それぞれ真空槽6に収容して構成
されている。 【0016】真空槽6には、透明な窓6aが設けられて
おり、真空槽6の外部に配置されたレーザ装置7が発生
したレーザビームを、集光レンズ8を介して真空槽6内
のターゲット3の表面に照射することができるように構
成されている。 【0017】また、電極5は、金属メッシュを成形して
構成された円筒状の形状を有しており、ターゲット3か
ら基板1に向かって発生するブルームを包囲するような
位置に配置されている。尚、電極5は、一端をターゲッ
ト3に接続されたバイアス電源5aに接続されている。 【0018】以上のように構成された成膜装置を使用し
て、ターゲット3側が陰極になるようにバイアス電圧を
印加しながら成膜することにより本発明に係る方法を実
施することができる。尚、具体的に後述するように、上
記本発明に係る方法においては、電極5は、基板1によ
り近い位置に配置される。 【0019】〔実施例2〕図2は、本発明に係る成膜方
法を実施するために使用することができる成膜装置の他
の構成例を示す図である。尚、図2に示した装置の構成
は、電極の形状を除いて図1に示した実施例と実質的に
同じものである。そこで、共通の構成要素には共通の参
照番号を付している。 【0020】図1に示した装置と同様に、この装置も、
基板1を保持する基板ホルダ2と、ターゲット3を保持
するターゲットホルダ4と、基板1およびターゲット3
の間に配置された電極50とを、それぞれ真空槽6に収
容して構成されている。 【0021】ここで、電極50は、基板1の成膜面およ
びターゲット3の表面と平行に、両者の間に間挿された
1枚の金属メッシュにより構成されている。尚、電極5
0の位置は、基板1に極めて近い位置に配置されている
。 【0022】〔作製例1〕図1に示した成膜装置を使用
して、Y−Ba−Cu複合酸化物超電導薄膜を作製した
。成膜時には、基板1からの距離Dが3mmの位置に電
極5を配置して電界を印加した。 【0023】基板1としてはMgO単結晶の(100)
基板を使用し、レーザ蒸着法により成膜した。ターゲッ
トは、YBa2Cu3.0Oy なる組成を有する複合
酸化物焼結体を使用した。また、電極としては、白金(
Pt)のメッシュを長さ10mm、直径20mmの円筒
状に成形したものを使用した。全ての試料に共通な成膜
条件を表1に示す。 【0024】 【表1】 【0025】上記のような設定で、印加するバイアス電
圧を変化させながら複数の試料を作製した。成膜時の印
加電圧と得られた試料の超電導臨界温度との関係を図3
にグラフで示す。同図に示すように、バイアス電圧を印
加せずに作製した試料に比較すると、印加電圧が75〜
100 Vの範囲で作製された試料は、臨界温度が50
K以上も上昇している。 【0026】また、各試料のX線回折データによると、
印加したバイアス電圧の上昇と共に試料の結晶配向性が
、a軸配向と(110)配向との混合状態からc軸配向
へと変化していることが確認された。 【0027】さらに、走査型電子顕微鏡により各試料を
観察すると、印加電圧が75〜100 Vの範囲で作製
された薄膜の表面は極めて平滑性が高くなっていること
が確認された。 【0028】〔作製例2〕作製例1と同じ装置を使用し
て、同じ材料でY−Ba−Cu複合酸化物薄膜を成膜し
た。 但し、バイアス印加用の電極5の位置は、基板1からの
距離Dが20mmとなるように設定した。 【0029】基本的な成膜条件は表1に示したものと同
じとし、作製例1の場合と同様に、成膜時に印加するバ
イアス電圧を変化させながら複数の試料を作製した。成
膜時の印加電圧と得られた試料の超電導臨界温度との関
係を図4にグラフで示す。同図に示すように、バイアス
電圧を印加せずに作製した試料に比較すると、印加電圧
が75V付近の範囲で作製された試料は、臨界温度が著
しく上昇している。 【0030】また、各試料のX線回折データによると、
印加したバイアス電圧の上昇と共に試料の結晶配向性が
、a軸配向と(110)配向との混合状態からc軸配向
へと変化していることが確認された。 【0031】更に、走査型電子顕微鏡により各試料を観
察すると、印加電圧が75〜100 Vの範囲で作製さ
れた薄膜の表面性状は、著しく平滑性が高くなっている
ことが確認された。 【0032】さらにまた、作製例1および作製例2の結
果から、バイアス印加用の電極の位置を、基板に近い位
置に配置することが、より特性の向上に有利であること
が判る。尚、作製例1および作製例2の各設定で、印加
するバイアス電圧を負としていくつかの試料を作製した
が、この条件で作製された試料は、いずれも半導体特性
を示し、超電導体にはならなかった。 【0033】〔作製例3〕図2に示した成膜装置を使用
して、Y−Ba−Cu複合酸化物超電導薄膜を作製した
。 【0034】基板1としてはMgO単結晶の(100)
基板を使用し、レーザ蒸着法により成膜した。また、タ
ーゲットは、YBa2 Cu3.8Oy なる組成を有
する複合酸化物焼結体を使用した。尚、使用した電極は
、一辺が20mmの正方形の白金(Pt)のメッシュを
使用し、基板1との距離Dが5mmとなる位置に配置し
た。各試料に共通な成膜条件を、下記の表2に示す。 【0035】 【表2】 【0036】作製例1の場合と同様に、成膜時
に印加するバイアス電圧を変化させながら複数の試料を
作製した。成膜時の印加電圧と得られた試料の超電導臨
界温度との関係を図5にグラフで示す。同図に示すよう
に、バイアス電圧を印加せずに作製した試料に比較する
と、印加電圧が75V付近の範囲で作製された試料は、
臨界温度が著しく上昇している。 【0037】また、各試料のX線回折データによると、
印加したバイアス電圧の上昇と共に試料の結晶配向性が
、a軸配向と(110)配向との混合状態からc軸配向
へと変化していることが確認された。 【0038】更に、走査型電子顕微鏡により各試料を観
察すると、印加電圧が75〜100 Vの範囲で作製さ
れた薄膜の表面性状は、著しく平滑性が高くなっている
ことが確認された。 【0039】 【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る成膜
方法によれば、酸化物超電導薄膜の成膜プロセスを低温
化することができ、膜特性並びに超電導特性の優れた酸
化物超電導薄膜を再現性良く安定に成膜することが可能
になる。
ることができる装置の具体的な構成例を示す図である。
ることができる装置の他の構成例を示す図である。
を示すグラフである。
を示すグラフである。
を示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】レーザ蒸着法により酸化物超電導薄膜を成
膜する方法において、基板とターゲットとの間に一方の
電極を配しターゲットを他方の電極として、該電極と該
ターゲットとの間にバイアス電圧を印加しながら基板に
対するレーザ蒸着処理を行うことを特徴とする複合酸化
物超電導薄膜の成膜方法。 - 【請求項2】請求項1に記載された複合酸化物超電導薄
膜の成膜方法において、前記電極がメッシュ状の金属に
より形成され、前記ターゲットから発生したブルームを
包囲するような円筒状の形状を有することを特徴とする
複合酸化物超電導薄膜の成膜方法。 - 【請求項3】請求項1に記載された複合酸化物超電導薄
膜を成膜する方法において、前記電極が、メッシュ状の
金属板により形成され、前記基板の成膜面および前記タ
ーゲットの表面と並行に配置されていることを特徴とす
る複合酸化物超電導薄膜の成膜方法。
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