JPH0450104A - 高品質酸化物超電導薄膜の作製方法および装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、高品質の酸化物超電導薄膜の作製方法および
装置に関する。より詳細には、高品質の酸化物超電導薄
膜を物理的蒸着法で作製する方法およびその方法による
成膜を自動的に行うことが可能な装置に関する。

従来の技術 Ｙ　ｌＢａ２ＣＵ３０７−Ｘ系、Ｂ１゜５ｒ２Ｃａ２Ｃ
ｕ３０Ｘ系およびＴ１２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３０１！系の
各酸化物超電導体は、臨界温度が高く、実用化が有望と
考えられている。

これらの酸化物超電導体を、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応用するためには、薄
膜化することが必須である。

酸化物超電導体の薄膜作製方法としては、真空蒸着法、
ＭＢＥ法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等が検討されて
いる。最も一般的に用いられている方法は、スパッタリ
ング法であるが、真空蒸着法では電磁場を全く印加しな
いで成膜することが可能であり、ＭＢＥ法では組成の制
御が厳密に行える等、高品質の酸化物超電導薄膜を作製
できる可能性がある。

発明が解決しようとする課題 上述のような、電子デバイスに使用するためには、単結
晶で、かつ平滑性に優れた酸化物超電導薄膜が好ましい
。

しかしながら、従来の方法では、成膜中の基板温度を高
＜　（７００℃前後）しないと、超電導特性のよい酸化
物超電導薄膜が得られなかった。このため使用可能な基
板は限られており、また、高温での成膜を行うことによ
り、基板元素の拡散が起こるため、酸化物超電導薄膜の
基板近傍の部分はその超電導特性が劣化する。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
した高品質の酸化物超電導薄膜を作製する方法および装
置を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明に従うと、酸化物超電導体の薄膜を、物理的蒸着
法で基板上に作製する方法において、前記基板にレーザ
光を照射しながら、且つ前記基板上の薄膜の結晶を観察
しながら成膜を行い、結晶状態に応じて前記レーザ光の
波長を変化させて成膜を行うことを特徴とする酸化物超
電導薄膜の作製方法が提供される。

また、本発明では、上記の方法を実施する装置として、
内部を高真空に排気可能なチャンバと、該チャンバ内に
任意のガスを導入できるガス供給手段と、前記チャンバ
内で基板を保持する基板ホルダと、前記基板を加熱する
加熱手段と、前記基板上の薄膜の結晶構造を観察可能な
観察手段と、前記基板にレーザ光を照射するレーザ光照
射手段と、前記ガス供給手段、加熱手段およびレーザ光
照射手段を制御する制御手段とを具備することを特徴と
する酸化物超電導薄膜を作製する装置が提供される。

作用 本発明の方法は、基板にレーザ光を照射し、且つ、基板
上に形成されつつある酸化物超電導薄膜の結晶状態を観
測し、その結果によりレーザ光の波長を変化させるとこ
ろにその主要な特徴がある。

即ち、本発明の方法では、基板上に形成されつつある酸
化物超電導薄膜にレーザ光により適当な強度の反応エネ
ルギを供給し、結晶性のよい高品質な酸化物超電導薄膜
を作製する。

本発明では、レーザ光は基板表面において反応中の酸化
物超電導薄膜にエネルギを供給する。また、レーザ光を
照射することにより、基板温度が上昇することは好まし
くない。そのため、レーザ光の波長は短波長であること
が好ましく、また、波長が可変であることが必要なので
、例えば色素レーザ等が好ましい。

また、本発明では、酸化物超電導薄膜の結晶状態を観測
しながら成膜を行うが、この観測は反射高速電子線回折
（ＲＨＥＥＤ）で行うことが好ましい。

以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。

実施例 第１図に、本発明の方法を実現する装置の一例の概略図
を示す。第１図の装置は、ＭＢＥ装置であり、内部を高
真空に排気可能で、レーザ入射窓１３を備えたチャンバ
１と、内部に収納した蒸発源１０の温度を制御して加熱
でき、シャッタ９により前記蒸発源１０の蒸発量を制御
可能な複数のクヌーセンセル（Ｋ−セル）２と、搭載し
た基板５をヒータ４により温度を制御して加熱可能な基
板ホルダ３と、基板５の近傍で開口し、酸素を基板５表
面近傍に供給する反応ガス供給バイブロとを具備する。

また、薄膜の表面状態を観察するＲＨＥＥＤ用電子銃２
０およびスクリーン２１を具備する。さらにチャンバ１
外部には、基板にレーザ光を照射するレーザ装置７、集
光レンズ８およびフィルタ１２が配置されている。レー
ザ装置７は色素レーザであり、色素セルを変えることに
より発振波長を切り替えることが可能である。

Ｋ−セル２、ヒータ４、レーザ装置７、シャッタ９およ
び反応ガス供給バイブロのバルブ（不図示）は、マイク
ロコンピュータ１１により制御される。マイクロコンピ
ュータ１１には、成膜工程におけるチャンバ内雰囲気、
温度条件、作製する薄膜を構成する酸化物超電導体の結
晶構造等のデータが記憶されている。また、マイクロコ
ンピュータ１１には、ＭＢＥ装置のＲＨＥＥＤの出力が
人力さレル。マイクロコンピュータ１１は、上記の各種
データに基づいて、制御信号をＭＢＥ装置に出力して成
膜を行う。また、記憶している酸化物超電導体の結晶構
造のデータとを比較し、レーザ装置７を制御してレーザ
光波長のフィードバックコントロールを行う。

第１図に示す本発明のＭＢＥ装置を用いて、ＭｇＯ基板
の（１００）面上に、本発明の方法で、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ
３０ｔ−ｘ膜を作製した。蒸発源にはＹ、ＢａおよびＣ
ｕを用いた。ＲＨＥＥＤから、電子線回折パターンをマ
イクロコンピュータ１１に入力し、電子線回折の強度変
化とレーザの発振波長の変化が同期するようマイクロコ
ンピュータ１１により制御した。具体的には、電子線回
折の中心ストリークの周期的な変化（−周期の長さは、
超電導体が１ユニツトセル成長する時間に対応する）と
同期させてレーザ光の波長を４３０〜５３０　ｎｍの範
囲で変化させて成膜した。成膜条件を以下に示す。

基板温度　　　　　　＝５００℃ チャンバ真空度　　　：　５　ｘｌＱ　’ｔｏｒｒレー
ザ光波長　　　　＝４３０〜５３０　ｎｍレーザ光照射
強度　　＋　１０〜１００　ｍ　Ｊ　／ｃｏｆ膜厚　　
　　　　　　：２００ｎｍ また、比較のために基板にレーザ光を照射しない従来の
方法でも他の条件を等しく設定して、酸化物超電導薄膜
を作製した。得られたそれぞれの薄膜のＴ。、Ｊｃを測
定した結果を以下に示す。

Ｔｃ　（Ｋ）　　Ｊｃ（Ａ／ｃＩ１１）　（７７にで測
定）本発明　　８４　　　　２．３　Ｘｌ０６比較例　
　３４ 本発明の方法で作製した薄膜は、外観上も平滑性が高く
、結晶性もより高い高品質な薄膜であった。

発明の詳細 な説明したように本発明の方法に従うと、従来よりも高
品質の酸化物薄膜を作製することが可能である。これは
、本発明の方法に独特な、薄膜構成する酸化物の結晶の
成長に合わせて、波長を変化させながら基板にレーザ光
を照射することの効果である。

また、本発明の装置を使用すると上記の本発明の方法を
自動的に実現可能である。

〔主な参照番号〕

１・・・チャンバ、　　２・・・Ｋ−セル、３・・・基
板ホルダ、４・・・ヒータ、５・・・基板、 ６・・・反応ガス供給パイプ、 ７・・・レーザ装置、 ８・・・集光レンズ、 ９・・・シャッタ、 １０・・・蒸発源、 １１・・・マイクロコンピュータ 特許出願人　住友電気工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化物超電導体の薄膜を、物理的蒸着法で基板上
   に作製する方法において、前記基板にレーザ光を照射し
   ながら、且つ前記基板上の薄膜の結晶を観察しながら成
   膜を行い、結晶状態に応じて前記レーザ光の波長を変化
   させて成膜を行うことを特徴とする酸化物超電導薄膜の
   作製方法。
2. （２）酸化物超電導体の薄膜を物理的蒸着法で基板上に
   作製する装置において、内部を高真空に排気可能なチャ
   ンバと、該チャンバ内に任意のガスを導入できるガス供
   給手段と、前記チャンバ内で基板を保持する基板ホルダ
   と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記基板上の薄膜
   の結晶構造を観察可能な観察手段と、前記基板にレーザ
   光を照射するレーザ光照射手段と、前記ガス供給手段、
   加熱手段およびレーザ光照射手段を制御する制御手段と
   を具備することを特徴とする酸化物超電導薄膜を作製す
   る装置。