JPH0556282B2 - - Google Patents
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- JPH0556282B2 JPH0556282B2 JP62223674A JP22367487A JPH0556282B2 JP H0556282 B2 JPH0556282 B2 JP H0556282B2 JP 62223674 A JP62223674 A JP 62223674A JP 22367487 A JP22367487 A JP 22367487A JP H0556282 B2 JPH0556282 B2 JP H0556282B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- oxide superconducting
- substrate
- thin film
- crystal
- Prior art date
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
「発明の利用分野」
本発明は、酸化物セラミツク系超電導材料の薄
膜形成技術に関するものである。
膜形成技術に関するものである。
「従来の技術」
近年、酸化物セラミツク系の超電導材料（以下
酸化物超電導材料という）が高温超電導体として
注目されている。この材料は最初IBMのチユー
リツヒ研究所よりBa−La−Cu−Ｏ系のものが報
告され、さらにYBCO（YBa2CuO6〜8）系が同様
な高温超電導体として報告されている。
酸化物超電導材料という）が高温超電導体として
注目されている。この材料は最初IBMのチユー
リツヒ研究所よりBa−La−Cu−Ｏ系のものが報
告され、さらにYBCO（YBa2CuO6〜8）系が同様
な高温超電導体として報告されている。
上記の現在知られている酸化物超電導材料は、
酸化物超電導材料の粉末を混合し、さらに焼成す
ることによつてタブレツト状にする方法で作製さ
れている。
酸化物超電導材料の粉末を混合し、さらに焼成す
ることによつてタブレツト状にする方法で作製さ
れている。
「発明が解決しようとする課題」
上記従来の酸化物超電導材料は、タブレツト状
の形成されるため、例えば酸化物超電導材料を用
い素子を作ろうとしても、その応用が困難であつ
た。
の形成されるため、例えば酸化物超電導材料を用
い素子を作ろうとしても、その応用が困難であつ
た。
また、酸化物超電導材料を超電導素子に利用す
るためには酸化物超電導材料の薄膜を形成するこ
とが考えられるが、高い超電導特性を有した酸化
物超電導材料の薄膜（以下酸化物超電導薄膜とい
う）を形成する方法は知られていなかつた。
るためには酸化物超電導材料の薄膜を形成するこ
とが考えられるが、高い超電導特性を有した酸化
物超電導材料の薄膜（以下酸化物超電導薄膜とい
う）を形成する方法は知られていなかつた。
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであ
り、高い超電導性を有した酸化物超電導薄膜を形
成する方法を得ることを課題とするものである。
り、高い超電導性を有した酸化物超電導薄膜を形
成する方法を得ることを課題とするものである。
「課題を解決するための手段」
本発明は、加熱された被形成面上に酸化物超電
導材料の薄膜を形成する方法であつて、所定の方
向に酸化物超電導薄膜の結晶軸を配向させるため
に、成膜の際前記被形成面に対し磁場を前記所定
の方向に合わせて印加する、という構成を要旨と
するものである。
導材料の薄膜を形成する方法であつて、所定の方
向に酸化物超電導薄膜の結晶軸を配向させるため
に、成膜の際前記被形成面に対し磁場を前記所定
の方向に合わせて印加する、という構成を要旨と
するものである。
本発明に用いる代表的な超電導材料は元素周期
表ａ族およびａ族の元素および銅を用いた酸
化物である。
表ａ族およびａ族の元素および銅を用いた酸
化物である。
本願発明において用いられる酸化物超電導材料
の例として（A1-XBx）yCuzOw、Ｘ＝0.1〜１、ｙ
＝2.0〜4.0、ｚ＝1.0〜4.0、ｗ＝4.0〜10.0で示さ
れる組成を有する材料を挙げることはできる。上
記組成式において、ＡはＹ（イツトリウム）、Gd
（ガドリニウム）、Yb（イツテルビウム）、Eu（ユ
ーロピウム）、Tb（テルビウム）、Dy（ジスプロシ
ウム）、Ho（ホルミウム）、Er（エルビウム）、Tm
（ツリウム）、Lu（ルテチウム）、Sc（スカンジウ
ム）およびその他のランタノイドより選ばれた１
種または複数種の元素を示し、Ｂは（バリウム）、
Sr（ストロンチウム）、Ca（カルシウム）より選ば
れた１種または複数種の元素を示すものである。
尚、本明細書における元素周期表は理化学辞典
（岩波書店 1963年４月１日発行）によるもので
ある。
の例として（A1-XBx）yCuzOw、Ｘ＝0.1〜１、ｙ
＝2.0〜4.0、ｚ＝1.0〜4.0、ｗ＝4.0〜10.0で示さ
れる組成を有する材料を挙げることはできる。上
記組成式において、ＡはＹ（イツトリウム）、Gd
（ガドリニウム）、Yb（イツテルビウム）、Eu（ユ
ーロピウム）、Tb（テルビウム）、Dy（ジスプロシ
ウム）、Ho（ホルミウム）、Er（エルビウム）、Tm
（ツリウム）、Lu（ルテチウム）、Sc（スカンジウ
ム）およびその他のランタノイドより選ばれた１
種または複数種の元素を示し、Ｂは（バリウム）、
Sr（ストロンチウム）、Ca（カルシウム）より選ば
れた１種または複数種の元素を示すものである。
尚、本明細書における元素周期表は理化学辞典
（岩波書店 1963年４月１日発行）によるもので
ある。
本発明は、多結晶構造の酸化物超電導薄膜にお
いてはその結晶方位を揃えることにより高い臨海
電流密度を有せしめることができるという点に着
目してなされたものである。
いてはその結晶方位を揃えることにより高い臨海
電流密度を有せしめることができるという点に着
目してなされたものである。
そして上記事情に鑑み、膜の形成の際磁場を印
加しつつ成膜を行えば結晶方位の揃つた配向性の
高い酸化物超電導薄膜を形成できるという構成に
至つたものである。
加しつつ成膜を行えば結晶方位の揃つた配向性の
高い酸化物超電導薄膜を形成できるという構成に
至つたものである。
即ち本発明は成膜の際、磁場の方向を制御する
ことによつて、配向方向を制御して酸化物超電導
薄膜を形成することを特徴とするものである。
ことによつて、配向方向を制御して酸化物超電導
薄膜を形成することを特徴とするものである。
「作用」
成膜時に配向させんとする方向に合わせて磁場
を加えることによつて、結晶軸の方向が揃い配向
性の良好な超電導薄膜を形成することができる。
を加えることによつて、結晶軸の方向が揃い配向
性の良好な超電導薄膜を形成することができる。
実施例 １
本実施例は、200℃〜500℃の温度で多結晶また
は単結晶構造を有する酸化物超電導薄膜を基板上
に形成する例である。
は単結晶構造を有する酸化物超電導薄膜を基板上
に形成する例である。
被形成面となる基板の種類の選択自由度、およ
び酸化物超電導材料と基板との熱膨張係数の差を
考えると、成膜時の基板温度、さらには成膜後の
熱アニール時における温度を500℃以下とするこ
とは、重要である。
び酸化物超電導材料と基板との熱膨張係数の差を
考えると、成膜時の基板温度、さらには成膜後の
熱アニール時における温度を500℃以下とするこ
とは、重要である。
また本実施例においては、成膜方法としてマイ
クロ波を用いた成膜方法を使用し、同時に成膜の
際磁場を印加することにより、その結晶軸を所定
の方向に配向せしめて形成するものである。
クロ波を用いた成膜方法を使用し、同時に成膜の
際磁場を印加することにより、その結晶軸を所定
の方向に配向せしめて形成するものである。
そしてこのことにより、高い臨界電流密度を有
する酸化物超電導薄膜を得るものである。
する酸化物超電導薄膜を得るものである。
本実施例においてマイクロ波を用いた成膜方法
を採用するのは、オゾン等の活性酸素がマイクロ
波プラズマにより高い効率で得ることができ、加
えて被形成面をスパツタ（損傷）させることがな
いからである。マイクロ波の周波数としては、
500MHz〜60GHz代表的には2.45GHzの周波数のも
のを用いることができる。
を採用するのは、オゾン等の活性酸素がマイクロ
波プラズマにより高い効率で得ることができ、加
えて被形成面をスパツタ（損傷）させることがな
いからである。マイクロ波の周波数としては、
500MHz〜60GHz代表的には2.45GHzの周波数のも
のを用いることができる。
本実施例においては成膜と同時に被形成面であ
る基板（以下単に基板と記す）に対し磁場を印加
するのであるが、この磁場は変形ペルブスカイト
構造を有する結晶のａ，ｂまたはｃ軸を用途に合
わせて有すべき方向に平行または概略平行に
0.1T以上強さで加えるもので、この磁場印加に
よつて、基板上に成膜される結晶の生成面を一定
方向に配設するものある。
る基板（以下単に基板と記す）に対し磁場を印加
するのであるが、この磁場は変形ペルブスカイト
構造を有する結晶のａ，ｂまたはｃ軸を用途に合
わせて有すべき方向に平行または概略平行に
0.1T以上強さで加えるもので、この磁場印加に
よつて、基板上に成膜される結晶の生成面を一定
方向に配設するものある。
この基板に対する成膜と同時の磁場印加によつ
て、マグネテイツク・アキシアル成長または単結
晶を成長される場合はマグネテイツク・エピタキ
シアル成長を行うことができた。
て、マグネテイツク・アキシアル成長または単結
晶を成長される場合はマグネテイツク・エピタキ
シアル成長を行うことができた。
以上の如くして例えばｃ面（ab軸に平行の面）
での臨界電流密度を１×10-4A／cm2以上（この場
合基板の面に平行方向にａ面ができる）にまで向
上させることができた。
での臨界電流密度を１×10-4A／cm2以上（この場
合基板の面に平行方向にａ面ができる）にまで向
上させることができた。
本実施例に示される酸化物超電導材料は、第１
図にその結晶構造を示すように変形ペルブスカイ
ト構造を有している。
図にその結晶構造を示すように変形ペルブスカイ
ト構造を有している。
第１図において示されているのは、銅２とその
他の銅３と、その周辺に位置する酸素６と、酸素
ベイカンシ７と、層構造を有する酸素５と、元素
周期表ａ族の元素１例えばＹと、元素周期表
ａ族の元素例えばBa４とを有する。
他の銅３と、その周辺に位置する酸素６と、酸素
ベイカンシ７と、層構造を有する酸素５と、元素
周期表ａ族の元素１例えばＹと、元素周期表
ａ族の元素例えばBa４とを有する。
第１図に示す結晶構造において、Ｃ面（ab軸
と平行の面）の方向は、それと垂直方向（ｃ軸方
向）に比べて電流が２桁以上も流れやすい。従つ
て結晶方位のバラバラな多結晶よりも、結晶方位
を一方向に揃つて配向させることは高い臨海電流
密度を得るために重要である。
と平行の面）の方向は、それと垂直方向（ｃ軸方
向）に比べて電流が２桁以上も流れやすい。従つ
て結晶方位のバラバラな多結晶よりも、結晶方位
を一方向に揃つて配向させることは高い臨海電流
密度を得るために重要である。
本実施例においては、マイクロ波と磁場の相互
作用を１〜800torrの高い圧力で生じさせ、しか
も磁場強度の強い領域において基板をこの磁場に
平行または垂直に配設し、すべての結晶を所定の
方向に配設させた。
作用を１〜800torrの高い圧力で生じさせ、しか
も磁場強度の強い領域において基板をこの磁場に
平行または垂直に配設し、すべての結晶を所定の
方向に配設させた。
また、酸化物超電導薄膜の配向性をより良好と
するために、酸化物超電導薄膜の成長する面とそ
の配向軸が一致すべき結晶方位を有する基板を用
いることは有効である。
するために、酸化物超電導薄膜の成長する面とそ
の配向軸が一致すべき結晶方位を有する基板を用
いることは有効である。
本実施例において作製された酸化物超電導材料
は、単結晶をより低い温度で作ることができる。
は、単結晶をより低い温度で作ることができる。
本実施例においては、元素の有機反応性気体ま
たはかかる元素を用いた酸化物材料を仮焼成し、
微粉末化した微粒子、または元素の塩の微粒子を
活性酸素が充満したプラズマ中に吹きつけ、成膜
を行つた。
たはかかる元素を用いた酸化物材料を仮焼成し、
微粉末化した微粒子、または元素の塩の微粒子を
活性酸素が充満したプラズマ中に吹きつけ、成膜
を行つた。
さらに本実施例においては、成膜後の同一反応
炉内における熱アニール中に、必要に応じて磁場
を加えた。この磁場は好ましくは0.1テスラ（Ｔ）
以上の強さで、結晶軸を配向させる方向、または
それにより近い方向に合わせて加えた。この熱ア
ニール中の磁場印加によつて、配向すでき方向に
大部分またはすべての結晶即ち多結晶を配列しつ
つ結晶を成長させることができた。これは、結晶
のｃ軸方向が成膜の際の印加磁場の向きの方向に
揃いやすいという現象を利用したものである。
炉内における熱アニール中に、必要に応じて磁場
を加えた。この磁場は好ましくは0.1テスラ（Ｔ）
以上の強さで、結晶軸を配向させる方向、または
それにより近い方向に合わせて加えた。この熱ア
ニール中の磁場印加によつて、配向すでき方向に
大部分またはすべての結晶即ち多結晶を配列しつ
つ結晶を成長させることができた。これは、結晶
のｃ軸方向が成膜の際の印加磁場の向きの方向に
揃いやすいという現象を利用したものである。
かくすることにより、多結晶を呈する１つの結
晶粒を大きくでき、ひいてはその結晶粒界でのバ
リア（障壁）をより消失させ、単結晶とし得る構
成とせしめた。そしてそれぞれの結晶をすべて
ab面（Ｃ軸に垂直な面）に合わせることが可能
となつた。そして臨界電流密度をこれまでの結晶
方位がバラバラの場合の102A／cm2（77K）より
104〜105A／cm2（77Kにて測定）にまで大きくす
ることができ、単結晶の場合の約1/5にまで近づ
けることが可能となつた。そして酸化物超電導材
料の理想である大面積の単結晶構造をより作りや
すくすることができた。
晶粒を大きくでき、ひいてはその結晶粒界でのバ
リア（障壁）をより消失させ、単結晶とし得る構
成とせしめた。そしてそれぞれの結晶をすべて
ab面（Ｃ軸に垂直な面）に合わせることが可能
となつた。そして臨界電流密度をこれまでの結晶
方位がバラバラの場合の102A／cm2（77K）より
104〜105A／cm2（77Kにて測定）にまで大きくす
ることができ、単結晶の場合の約1/5にまで近づ
けることが可能となつた。そして酸化物超電導材
料の理想である大面積の単結晶構造をより作りや
すくすることができた。
実施例 ２
本実施例は、第２図にその概要を示す磁場印加
が可能なマイクロ波プラズマCVD装置を用いて
酸化物超電導薄膜を成膜した例ある。
が可能なマイクロ波プラズマCVD装置を用いて
酸化物超電導薄膜を成膜した例ある。
この装置は、大気圧または減圧状態に保持可能
なプラズマ発生空間３１、補助空間１２、磁場を
発生する電磁石１５，１５′およびその電源３５、
マイクロ波発振器１４、排気系を構成する真空ポ
ンプ２６、ロータリーポンプ２４、圧力調整バル
ブ１９、基板ホルダ１０′、基板（被膜形成用物
体）１０、マイクロ波導入窓３９、ガス導入系１
６，１７、水冷系２８，２８′、加熱用のハロゲ
ンランプ２０、反射鏡２１、ハロゲン光導入口２
２、ハロゲンランプ電源２０、ハロゲン光２７、
加熱用空間１３、ゲート弁１１、バルブ２５，２
３、微粒子の混入した液体３２、バブラ３３、酸
素導入系１７、気体導入系１６、４分割した空間
３０、ガス導入口３４を備えている。
なプラズマ発生空間３１、補助空間１２、磁場を
発生する電磁石１５，１５′およびその電源３５、
マイクロ波発振器１４、排気系を構成する真空ポ
ンプ２６、ロータリーポンプ２４、圧力調整バル
ブ１９、基板ホルダ１０′、基板（被膜形成用物
体）１０、マイクロ波導入窓３９、ガス導入系１
６，１７、水冷系２８，２８′、加熱用のハロゲ
ンランプ２０、反射鏡２１、ハロゲン光導入口２
２、ハロゲンランプ電源２０、ハロゲン光２７、
加熱用空間１３、ゲート弁１１、バルブ２５，２
３、微粒子の混入した液体３２、バブラ３３、酸
素導入系１７、気体導入系１６、４分割した空間
３０、ガス導入口３４を備えている。
以下第２図に示す装置の使用方法の一例を示
す。
す。
まず基板１０を基板ホルダ１０′上に設置し、
ゲート弁１１よりプラズマ発生空間３１に配設す
る。本実施例では基板は１００または１１０面を
有するMgOまたはSrTiO3またはYSZ基板または
IC要に用いるための一部上面に絶縁膜が形成さ
れた珪素ウエハを用いた。またこの基板ホルダ１
０′はマイクロ波および電磁場をできるだけ乱さ
ないようにするためステンレス製とした。
ゲート弁１１よりプラズマ発生空間３１に配設す
る。本実施例では基板は１００または１１０面を
有するMgOまたはSrTiO3またはYSZ基板または
IC要に用いるための一部上面に絶縁膜が形成さ
れた珪素ウエハを用いた。またこの基板ホルダ１
０′はマイクロ波および電磁場をできるだけ乱さ
ないようにするためステンレス製とした。
また大気圧で動作させる場合はバルブ２５を閉
としバルブ２３を開とすればよい。
としバルブ２３を開とすればよい。
酸化物超電導薄膜の出発材料となる反応性気体
または微粒子の混入した液体３２はバブラ３３に
混合して封入されている。
または微粒子の混入した液体３２はバブラ３３に
混合して封入されている。
成膜で気相法を行う場合は、この液体３２を酸
素導入系１７より導入される酸素でバブルし、酸
素とともにガス導入口３４より反応空間に放出す
ればよい。またスプレー法を用いる場合は、ガス
導入口３４をスプレーノズルとし、酸素または大
気を気体導入系１６より高圧で導入し、かつ微粒
子の混入した液体３２を１７より導入される酸素
でバブルしてガス導入口３４に送り出せばよい。
素導入系１７より導入される酸素でバブルし、酸
素とともにガス導入口３４より反応空間に放出す
ればよい。またスプレー法を用いる場合は、ガス
導入口３４をスプレーノズルとし、酸素または大
気を気体導入系１６より高圧で導入し、かつ微粒
子の混入した液体３２を１７より導入される酸素
でバブルしてガス導入口３４に送り出せばよい。
作製工程としては、まずこれら全体をターボ分
子ポンプ２６及びロータリーポンプ１４により、
１×10-6torr以下に真空排気する。次に非生成物
気体（分解反応後固体を構成しない気体）例えば
酸素200SCCMをプラズマ発生領域３１に導入し、
この圧力を30torrとする。そして外部より500M
Hz以上のマイクロ波例えば2.4GHzの周波数のマ
イクロ波を0.5〜5KW、例えば1KWの強さで加え
気相反応を行わせる。この際水冷系２８，２８′
でもつて冷却されたマグネツト１５，１５′によ
つて強さ約0.3Tの磁場を基板表面に垂直に印加
する。
子ポンプ２６及びロータリーポンプ１４により、
１×10-6torr以下に真空排気する。次に非生成物
気体（分解反応後固体を構成しない気体）例えば
酸素200SCCMをプラズマ発生領域３１に導入し、
この圧力を30torrとする。そして外部より500M
Hz以上のマイクロ波例えば2.4GHzの周波数のマ
イクロ波を0.5〜5KW、例えば1KWの強さで加え
気相反応を行わせる。この際水冷系２８，２８′
でもつて冷却されたマグネツト１５，１５′によ
つて強さ約0.3Tの磁場を基板表面に垂直に印加
する。
こうして非生成物気体の高密度プラズマをプラ
ズマ発生空間３１にて発生させる。そしてこの高
密度プラズマ領域より高エネルギを持つオゾンま
たは活性酸素イオンで基板ホルダ１０′上の物体
１０の表面を清浄する。
ズマ発生空間３１にて発生させる。そしてこの高
密度プラズマ領域より高エネルギを持つオゾンま
たは活性酸素イオンで基板ホルダ１０′上の物体
１０の表面を清浄する。
次にこの反応系に酸素または酸化物気体例えば
N2O、NO、NO2と超電導材料を構成する元素の
有機溶液例えばＹ（OC2H5）3（トリエトキシイツト
リウム）、CuBr2（臭化第２銅）等のアルキル化合
物またはハロゲン化合物をベンゼン等の有機溶液
または水溶液中にＹ：Ba：Cuが成膜後１：２：
３になるようにとかした液体３２を酸素でバブリ
ングして酸素と共にプラズマ中に３４より導入す
る。
N2O、NO、NO2と超電導材料を構成する元素の
有機溶液例えばＹ（OC2H5）3（トリエトキシイツト
リウム）、CuBr2（臭化第２銅）等のアルキル化合
物またはハロゲン化合物をベンゼン等の有機溶液
または水溶液中にＹ：Ba：Cuが成膜後１：２：
３になるようにとかした液体３２を酸素でバブリ
ングして酸素と共にプラズマ中に３４より導入す
る。
また他の方法として、YBr3、BaBr2、CuBr2
等の塩を水または有機溶液にとかし、この水を空
気により高圧でふきつけるスプレー法等を用いる
こともできる。
等の塩を水または有機溶液にとかし、この水を空
気により高圧でふきつけるスプレー法等を用いる
こともできる。
本実施例においては、キヤリアガスの酸素／反
応性気体＝3000〜１（この場合100）とした。
応性気体＝3000〜１（この場合100）とした。
また出発材料となる微粒子として元素周期表
ａ族元素、ａ元素および銅よりなる酸素物超電
導材料を微粉末化したもの、またはその元素の塩
または有機化合物を用いてもよい。
ａ族元素、ａ元素および銅よりなる酸素物超電
導材料を微粉末化したもの、またはその元素の塩
または有機化合物を用いてもよい。
かくしてマイクロ波エネルギと磁場との相互作
用による混成共鳴をさせ、高密度プラズマを発生
させた。
用による混成共鳴をさせ、高密度プラズマを発生
させた。
この高密度プラズマのプラズマ温度は1150℃
（酸化物超電導材料の溶融温度）よりもはるかに
高い3000〜10000℃にもなるため、かかる高エネ
ルギに励起された反応性原子を十分活性化するこ
とができる。そしてその結果本来あるべき結晶構
成に酸化物超電導薄膜を基板上に生成させること
ができる。
（酸化物超電導材料の溶融温度）よりもはるかに
高い3000〜10000℃にもなるため、かかる高エネ
ルギに励起された反応性原子を十分活性化するこ
とができる。そしてその結果本来あるべき結晶構
成に酸化物超電導薄膜を基板上に生成させること
ができる。
また本実施例においては基板１０を150〜500℃
に加熱した。この加熱は、プラズマそれ自体また
はそれに加えてハロゲンランプヒータ２０により
基板ホルダ１０′を通して加熱することによつて
成された。
に加熱した。この加熱は、プラズマそれ自体また
はそれに加えてハロゲンランプヒータ２０により
基板ホルダ１０′を通して加熱することによつて
成された。
さらに本実施例においては、酸化物超電導薄膜
の成膜後に400℃でアニールを行つた。そして
1μm〜１mmの厚さの斜方晶形の変形ペルブスカイ
ト構造を有する酸化物超電導薄膜を形成させるこ
とができた。
の成膜後に400℃でアニールを行つた。そして
1μm〜１mmの厚さの斜方晶形の変形ペルブスカイ
ト構造を有する酸化物超電導薄膜を形成させるこ
とができた。
第２図に示す装置において、磁場は２つのリン
グ状の電磁石１５，１５′を用いたヘルムホルツ
コイル方式を採用した。ここで、４分割した空間
３０に対し電場・磁場の強度を調べた結果を第３
図に示す。
グ状の電磁石１５，１５′を用いたヘルムホルツ
コイル方式を採用した。ここで、４分割した空間
３０に対し電場・磁場の強度を調べた結果を第３
図に示す。
第３図Ａにおいて、横軸（Ｘ軸）は空間３０の
横方向（反応性気体の放出方向）であり、縦軸
（Ｒ軸）は磁石の直径方向を示す。図面における
曲線は磁場の等磁位面を示す。そしてその線上に
示されている数字は磁石１５が約2000ガウスの時
に得られる磁場の強さを示す。
横方向（反応性気体の放出方向）であり、縦軸
（Ｒ軸）は磁石の直径方向を示す。図面における
曲線は磁場の等磁位面を示す。そしてその線上に
示されている数字は磁石１５が約2000ガウスの時
に得られる磁場の強さを示す。
磁石１５の強度を調整すると、電極・磁場の相
互作用を有する空間１００（875ガウス±185ガウ
ス以内で定義される）を基板上の広い面積にわた
つて概略均一にさせることができる。
互作用を有する空間１００（875ガウス±185ガウ
ス以内で定義される）を基板上の広い面積にわた
つて概略均一にさせることができる。
図面において特に線３６は875ガウスとなる混
成共鳴の条件を生ずる等磁場面を示す。
成共鳴の条件を生ずる等磁場面を示す。
第３図Ｂの横軸は第３図Ａと同じく反応性気体
の流れる方向を示し、縦軸は電場（電界強度）の
強さを示す。
の流れる方向を示し、縦軸は電場（電界強度）の
強さを示す。
この共鳴条件を生ずる空間１００は第３図Ｂに
示す如く、電場が最大となる領域となるようにし
ている。
示す如く、電場が最大となる領域となるようにし
ている。
そして酸化物超電導薄膜を作製するための材料
はこの混成共鳴領域にて活性分離反応をし、磁場
が印加された基板１０上に磁場（磁場面に垂直方
向）にそつて薄膜として形成される。
はこの混成共鳴領域にて活性分離反応をし、磁場
が印加された基板１０上に磁場（磁場面に垂直方
向）にそつて薄膜として形成される。
本実施例では領域１００に基板または基板１０
を設置してもよい。この場合の基板設置位置は磁
場の強度が最大となる領域即ちコイル１５，１
５′で構成されるヘルムホルツコイルの中心部が
好ましい。
を設置してもよい。この場合の基板設置位置は磁
場の強度が最大となる領域即ちコイル１５，１
５′で構成されるヘルムホルツコイルの中心部が
好ましい。
また第３図Ｂに示された電界強度の最大となる
領域はマイクロ波電源のマンチングを調整するこ
とにより移動させ得る。
領域はマイクロ波電源のマンチングを調整するこ
とにより移動させ得る。
なお本実施例において形成した酸化物超電導薄
膜の臨界電流密度は、３×104A／cm2の値が得ら
れたが、この値は基板表面（被形成面）と平行方
向に測定することにより得られたものである。
膜の臨界電流密度は、３×104A／cm2の値が得ら
れたが、この値は基板表面（被形成面）と平行方
向に測定することにより得られたものである。
また、第１図に示す如き結晶構造が十分形成さ
れ、そのｃ軸方向も磁場と平行の方向、即ち基板
（被形成面）に垂直な方向に形成されていること
がＸ線回折の結果より確認された。
れ、そのｃ軸方向も磁場と平行の方向、即ち基板
（被形成面）に垂直な方向に形成されていること
がＸ線回折の結果より確認された。
実施例 ３
本実施例は実施例１の場合において、成分材料
としてY0.5Yb0.5BaSrCu3O6〜8を用い、さらに第
２図の装置において基板１０及びホルダ１０′を
第２図に示す状態に対し直角となる状態で設置し
て成膜を行つた例である。即ち本実施例において
は基板に対し、磁場が平行に加えられることにな
る。
としてY0.5Yb0.5BaSrCu3O6〜8を用い、さらに第
２図の装置において基板１０及びホルダ１０′を
第２図に示す状態に対し直角となる状態で設置し
て成膜を行つた例である。即ち本実施例において
は基板に対し、磁場が平行に加えられることにな
る。
なお本実施例において基板温度を500℃として
成膜を行つた。
成膜を行つた。
かくして基板表面（被形成面）と酸化物超電導
薄膜のab面とが垂直になるように膜形成を行う
ことができた。
薄膜のab面とが垂直になるように膜形成を行う
ことができた。
本実施例においては、臨界電流密度として2.4
×104A／cm2、Tcoとして93Kを得ることができ
た。
×104A／cm2、Tcoとして93Kを得ることができ
た。
本実施例では基板として、ガラス、アルミナ、
ZrO2等を用いることができる。
ZrO2等を用いることができる。
実施例 ４
本実施例は実施例２の場合において、基板を
MgO（100）またはSrTiO3（100）とした例であ
る。そして成膜中磁場を基板成面上にて0.2Tと
なるように加え、基板温度を450℃とした例であ
る。
MgO（100）またはSrTiO3（100）とした例であ
る。そして成膜中磁場を基板成面上にて0.2Tと
なるように加え、基板温度を450℃とした例であ
る。
本実施例においては、この基板上には１cm2以上
の単結晶薄膜を厚さを1.5μmとして形成すること
ができた。
の単結晶薄膜を厚さを1.5μmとして形成すること
ができた。
実施例 ５
本実施例は実施例１の場合において、基板を
MgO（110）、SrTiO3（110）とした例である。そ
して磁場の強さを基板表面において0.2Tとなる
ようにし、基板の温度を450℃とした例である。
MgO（110）、SrTiO3（110）とした例である。そ
して磁場の強さを基板表面において0.2Tとなる
ようにし、基板の温度を450℃とした例である。
本実施例においては、基板表面に５mm2の単結晶
薄膜を3μmの厚さにて得ることができた。
薄膜を3μmの厚さにて得ることができた。
実施例 ６
本実施例は、実施例１で作られた酸化物超電導
薄膜に対して、成膜後さらに300〜550℃の温度で
熱アニールを行つたものである。そしてこの熱ア
ニールの際、予め作られている結晶面に合わせて
ｃ軸方向に磁場の方向が合うようにして磁場を同
時に加え、さらにこの磁場に対し垂直方向に電場
を103〜５×104V／cmの強さで加えたものであ
る。
薄膜に対して、成膜後さらに300〜550℃の温度で
熱アニールを行つたものである。そしてこの熱ア
ニールの際、予め作られている結晶面に合わせて
ｃ軸方向に磁場の方向が合うようにして磁場を同
時に加え、さらにこの磁場に対し垂直方向に電場
を103〜５×104V／cmの強さで加えたものであ
る。
本実施例で作製した酸化物超電導薄膜のTco
は、実施例１の場合に比較して約10Kも向上させ
ることができた。また磁場電流密度も４×
105A／cm2を得ることはできた。
は、実施例１の場合に比較して約10Kも向上させ
ることができた。また磁場電流密度も４×
105A／cm2を得ることはできた。
以上の実施例１〜６においては、被形成物を薄
膜形状とした。しかしこの形状はその市場のニー
ズに従つて３〜30μmの厚さの膜構造、帯構造、
線構造に変形改良し得る。
膜形状とした。しかしこの形状はその市場のニー
ズに従つて３〜30μmの厚さの膜構造、帯構造、
線構造に変形改良し得る。
また以上の実施例においては、酸化物超電導薄
膜が作られるべき面に対し、垂直または水平方向
に磁場を加えたが、さらにこれに加えて活性酸素
を発生させるマイクロ波電界を加えることは基板
の成膜温度を下げるために有効である。
膜が作られるべき面に対し、垂直または水平方向
に磁場を加えたが、さらにこれに加えて活性酸素
を発生させるマイクロ波電界を加えることは基板
の成膜温度を下げるために有効である。
また例えば、この磁場による結晶の配列方向に
合わせて基板の結晶軸を合わせることも有効であ
る。例えばMgO（酸化マグネシウム）、SrTiO3
（チタン酸ストロチウム）、YSZ（イツトリウム・
スタビライズト・ジルコン）において（100）を
用い、かつ基板に垂直方向に磁場を加えて成膜を
行い、さらに必要に応じて成膜後の磁場中におけ
る熱アニールを行うことによつて、ab面を基板
表面に対し平行にして酸化物超電導薄膜の形成を
行うことができる。
合わせて基板の結晶軸を合わせることも有効であ
る。例えばMgO（酸化マグネシウム）、SrTiO3
（チタン酸ストロチウム）、YSZ（イツトリウム・
スタビライズト・ジルコン）において（100）を
用い、かつ基板に垂直方向に磁場を加えて成膜を
行い、さらに必要に応じて成膜後の磁場中におけ
る熱アニールを行うことによつて、ab面を基板
表面に対し平行にして酸化物超電導薄膜の形成を
行うことができる。
また（110）を有する結晶基板に用い、この基
板表面に平行に磁場を加えて形成すると、ab面
を基板に対し垂直方向に成膜することができる。
勿論成膜後の磁場中での熱アニールを行うことに
よつて、単結晶または多結晶を含むより単結晶に
近い薄膜を得ることができる。
板表面に平行に磁場を加えて形成すると、ab面
を基板に対し垂直方向に成膜することができる。
勿論成膜後の磁場中での熱アニールを行うことに
よつて、単結晶または多結晶を含むより単結晶に
近い薄膜を得ることができる。
「効果」
本発明により、これまでまつたく不可能とされ
ていた液体窒素温度以上の温度で動作する酸化物
超電導材料の薄膜をその結晶軸を合わせて作るこ
とができるようになつた。
ていた液体窒素温度以上の温度で動作する酸化物
超電導材料の薄膜をその結晶軸を合わせて作るこ
とができるようになつた。
またガラス、酸化珪素、窒化珪素等のアモルフ
アス構造の表面を有した基板上にも配向した多結
晶の酸化物超電導薄膜を作ることができるように
なつた。
アス構造の表面を有した基板上にも配向した多結
晶の酸化物超電導薄膜を作ることができるように
なつた。
また本発明においては高い臨界電流密度を有し
た酸化物超電導薄膜を形成できるので、該薄膜を
半導体集積回路のリード線として使用することが
可能となつた。
た酸化物超電導薄膜を形成できるので、該薄膜を
半導体集積回路のリード線として使用することが
可能となつた。
なお本発明において、到達材料の化合物におけ
る多結晶構造間で層構造をより一致させやすくす
るため、元素周期表におけるａ、ａの元素を
複数個混合させ得ることができる。
る多結晶構造間で層構造をより一致させやすくす
るため、元素周期表におけるａ、ａの元素を
複数個混合させ得ることができる。
本発明において高い超電導性を有した薄膜が形
成できるのは、加熱中に磁場を加えることによ
り、分子配列をより統一化することができ、最終
完成化合物中におけるボイドおよび結晶粒界の障
壁を除去することができるので、結果としてTc
オンセツト並びにTcoをより高温化できるものと
推定される。
成できるのは、加熱中に磁場を加えることによ
り、分子配列をより統一化することができ、最終
完成化合物中におけるボイドおよび結晶粒界の障
壁を除去することができるので、結果としてTc
オンセツト並びにTcoをより高温化できるものと
推定される。
また本発明を利用することで、酸化物超電導材
料の結晶異方性を用いたデイバイスの製造を行う
ことができるようになつた。
料の結晶異方性を用いたデイバイスの製造を行う
ことができるようになつた。
第１図は実施例で形成された酸化物超電導材料
の結晶構造の１例を示す。第２図は実施例で用い
られた磁場印加マイクロ波プラズマ反応装置の概
要を示す。第３図は第２図の装置の磁場および電
場を示す。
の結晶構造の１例を示す。第２図は実施例で用い
られた磁場印加マイクロ波プラズマ反応装置の概
要を示す。第３図は第２図の装置の磁場および電
場を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 加熱された被形成面上に酸化物超電導材料の
薄膜を形成する方法であつて、 所定の方向に酸化物超電導薄膜の結晶軸を配向
させるために、成膜の際前記被形成面に対し磁場
を前記所定の方向に合わせて印加することを特徴
とする酸化物超電導薄膜の形成方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、超電導材料
は（A1-XBx）yCuzOw、Ｘ＝0.1〜１、ｙ＝2.0〜
4.0、ｚ＝1.0〜4.0、ｗ＝4.0〜10.0を有し、ＡはＹ
（イツトリウム）、Gd（ガドリニウム）、Yb（イツ
テルビウム）、Eu（ユーロピウム）、Tb（テルビウ
ム）、Dy（ジスプロシウム）、Ho（ホルミウム）、
Er（エルビウム）、Tm（ツリウム）、Lu（ルテチウ
ム）、Sc（スカンジウム）およびその他のランタ
ノイドより選ばれた１種または複数種の元素より
なり、Ｂは（バリウム）、Sr（ストロンチウム）、
Ca（カルシウム）より選ばれた１種または複数種
の元素を有することを特徴とする酸化物超電導薄
膜の形成方法。 ３ 特許請求の範囲第１項において、被形成面は
磁場と垂直または水平に配設されることを特徴と
する酸化物超電導薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62223674A JPS6467824A (en) | 1987-09-07 | 1987-09-07 | Forming device for oxide superconducting material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62223674A JPS6467824A (en) | 1987-09-07 | 1987-09-07 | Forming device for oxide superconducting material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6467824A JPS6467824A (en) | 1989-03-14 |
| JPH0556282B2 true JPH0556282B2 (ja) | 1993-08-19 |
Family
ID=16801869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62223674A Granted JPS6467824A (en) | 1987-09-07 | 1987-09-07 | Forming device for oxide superconducting material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6467824A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100119557A (ko) * | 2008-01-30 | 2010-11-09 | 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 | 밀봉 유닛을 포함한 장치 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0288408A (ja) * | 1988-05-31 | 1990-03-28 | Mitsubishi Metal Corp | 超電導セラミックス膜の製造法 |
| JP2537993B2 (ja) * | 1988-09-26 | 1996-09-25 | 松下電器産業株式会社 | 薄膜超電導体およびその製造方法および製造装置 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56109824A (en) * | 1980-02-05 | 1981-08-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Manufacture of oxide superconductive thin film |
| JPS5963732A (ja) * | 1982-10-04 | 1984-04-11 | Hitachi Ltd | 薄膜形成装置 |
| JPS59219461A (ja) * | 1983-05-24 | 1984-12-10 | Toshiba Corp | アモルフアスシリコン成膜装置 |
| JPS60117711A (ja) * | 1983-11-30 | 1985-06-25 | Toshiba Corp | 薄膜形成装置 |
| JPS61109036A (ja) * | 1984-11-01 | 1986-05-27 | Canon Inc | テレビレンズの表示装置 |
| JPS61125133A (ja) * | 1984-11-22 | 1986-06-12 | Hitachi Ltd | 低温プラズマ電磁界制御機構 |
| JPS61267324A (ja) * | 1985-05-21 | 1986-11-26 | Fuji Electric Co Ltd | 乾式薄膜加工装置 |
| JPS62150726A (ja) * | 1985-12-24 | 1987-07-04 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1987
- 1987-09-07 JP JP62223674A patent/JPS6467824A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100119557A (ko) * | 2008-01-30 | 2010-11-09 | 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 | 밀봉 유닛을 포함한 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6467824A (en) | 1989-03-14 |
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