JPH0585895A - Bi系酸化物超電導薄膜及びその製造方法 - Google Patents
Bi系酸化物超電導薄膜及びその製造方法Info
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- JPH0585895A JPH0585895A JP3249365A JP24936591A JPH0585895A JP H0585895 A JPH0585895 A JP H0585895A JP 3249365 A JP3249365 A JP 3249365A JP 24936591 A JP24936591 A JP 24936591A JP H0585895 A JPH0585895 A JP H0585895A
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】Tc,Jcが高く、成膜速度が早く、しかも結
晶性や平滑性にすぐれたBi系超電導薄膜及びその製造
方法を提供することにある。 【構成】5×10-5Torrの真空度まで排気し、酸素
を0.5Torrから0.2Torr迄導入し、その後
基板加熱用ヒータ4により基板を640℃に加熱する。
ArFマキシマレーザー1を分割回転ターゲット6のB
i2 O3 ,8の部分に5秒照射した後、分割回転ターゲ
ット6を回転し、Sr2 Ca2 Cu3 Ox ,9に12秒
照射し、Bi2 Sr2 Ca2 Cu3 Ox いわゆるBi系
の高Tc相を人工格子的に一層成長させ、これを10回
くり返す。すなわち、高結晶性相層状成長体である中間
層を基板3上に形成する。中間層の形成後、さらに分割
回転ターゲット6を回転し、Bi2 Sr2 Ca2 Cu3
Ox ,10にレーザー1を10分間照射し、高速成膜層
を形成する。
晶性や平滑性にすぐれたBi系超電導薄膜及びその製造
方法を提供することにある。 【構成】5×10-5Torrの真空度まで排気し、酸素
を0.5Torrから0.2Torr迄導入し、その後
基板加熱用ヒータ4により基板を640℃に加熱する。
ArFマキシマレーザー1を分割回転ターゲット6のB
i2 O3 ,8の部分に5秒照射した後、分割回転ターゲ
ット6を回転し、Sr2 Ca2 Cu3 Ox ,9に12秒
照射し、Bi2 Sr2 Ca2 Cu3 Ox いわゆるBi系
の高Tc相を人工格子的に一層成長させ、これを10回
くり返す。すなわち、高結晶性相層状成長体である中間
層を基板3上に形成する。中間層の形成後、さらに分割
回転ターゲット6を回転し、Bi2 Sr2 Ca2 Cu3
Ox ,10にレーザー1を10分間照射し、高速成膜層
を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はBi系酸化物超電導薄膜
及びその製造方法に関するものである。
及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、Bi系酸化物超電導薄膜の製造方
法として、大別すると以下のようなものがある。
法として、大別すると以下のようなものがある。
【0003】(1) 成膜方式として、真空蒸着,スパッ
タリング,レーザーアブレーション法などを用い、2つ
以上の蒸発源あるいはターゲットを使用し、それらを、
例えばBi2 O3 とSr−Ca−Cu−O、又はBi,
Sr,Ca,Cuの4つの蒸発源を交互に積層し、人工
格子的に製造する方法がある。
タリング,レーザーアブレーション法などを用い、2つ
以上の蒸発源あるいはターゲットを使用し、それらを、
例えばBi2 O3 とSr−Ca−Cu−O、又はBi,
Sr,Ca,Cuの4つの蒸発源を交互に積層し、人工
格子的に製造する方法がある。
【0004】(2) 一方、化学蒸着法(CVD)や1つ
のターゲットを用いたレーザーアブレーション法などの
成膜法も試みられている。
のターゲットを用いたレーザーアブレーション法などの
成膜法も試みられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前者の方法の利点は、
基板としてMgO(100)、SrTiO3 (10
0)、ZrO2 (100)などの単結晶を用いた場合、
得られたBi系酸化物超電導薄膜は、単結晶化あるい
は、C軸配向しやすく、またその結晶性は非常に良好で
ある。また、基板が多結晶の場合、例えば、安定化ジル
コニア(YSZ)などを用いた場合でも、C軸配向しや
すい。また、これらの人工格子的な成膜法によれば、膜
表面が平滑であるという特徴をもつ。
基板としてMgO(100)、SrTiO3 (10
0)、ZrO2 (100)などの単結晶を用いた場合、
得られたBi系酸化物超電導薄膜は、単結晶化あるい
は、C軸配向しやすく、またその結晶性は非常に良好で
ある。また、基板が多結晶の場合、例えば、安定化ジル
コニア(YSZ)などを用いた場合でも、C軸配向しや
すい。また、これらの人工格子的な成膜法によれば、膜
表面が平滑であるという特徴をもつ。
【0006】しかしながら、本方法では、層状に原子層
レベルでの膜成長を行わせるため、すなわち原子層レベ
ルでの成膜制御が必要なため成膜速度を大きくできな
い。したがって成膜に時間がかかり、生産性が悪い。ま
た、この方式の場合、現状では臨界温度(Tc)もバル
ク材に比較して低く、また臨界電流密度(Jc)も非常
に低かった。
レベルでの膜成長を行わせるため、すなわち原子層レベ
ルでの成膜制御が必要なため成膜速度を大きくできな
い。したがって成膜に時間がかかり、生産性が悪い。ま
た、この方式の場合、現状では臨界温度(Tc)もバル
ク材に比較して低く、また臨界電流密度(Jc)も非常
に低かった。
【0007】又、後者の方法では、条件を適当に選択し
た場合、Tc,Jcが高いものが得られ、しかも、成膜
速度が非常に早く、生産性に優れている。
た場合、Tc,Jcが高いものが得られ、しかも、成膜
速度が非常に早く、生産性に優れている。
【0008】しかしながら、得られた膜の結晶性は、単
結晶基板を用いた場合はC軸配向はするがその結晶性は
あまり良好でない。また、前項に述べたような多結晶基
板の場合C軸配向しにくいといった問題点がある。
結晶基板を用いた場合はC軸配向はするがその結晶性は
あまり良好でない。また、前項に述べたような多結晶基
板の場合C軸配向しにくいといった問題点がある。
【0009】即ち以上のように、前記(1) にのべたよう
な人工格子的手法によれば、膜の結晶性、平滑性は良好
であるが成膜速度が遅く、Tc,Jcも低く、またCV
D法や通常の単一ターゲットによるレーザーアブレーシ
ョン等の高速成膜手法では、成膜速度が大きく、Tc,
Jcも高いが、その結晶性が悪いというような問題点が
あった。
な人工格子的手法によれば、膜の結晶性、平滑性は良好
であるが成膜速度が遅く、Tc,Jcも低く、またCV
D法や通常の単一ターゲットによるレーザーアブレーシ
ョン等の高速成膜手法では、成膜速度が大きく、Tc,
Jcも高いが、その結晶性が悪いというような問題点が
あった。
【0010】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、Tc,Jcが高く、成膜速度が早く、しかも
結晶性や平滑性にすぐれたBi系超電導薄膜及びその製
造方法を提供することにある。
を解消し、Tc,Jcが高く、成膜速度が早く、しかも
結晶性や平滑性にすぐれたBi系超電導薄膜及びその製
造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の上記目的
は、基板の上に、1〜100層のBi系酸化物超電導体
を形成する組成の単結晶層を人工格子的に中間層として
有し、更にその上にBi系酸化物超電導体の薄膜を有す
ることを特徴とするBi系酸化物超電導薄膜、及び基板
上に当初Bi系酸化物超電導体の組成の単結晶を2つ以
上の蒸発源を使用して次々に重ねて繰返し蒸着させ、最
終的にその上にBi系酸化物超電導体薄膜を蒸着せしめ
ることを特徴とするBi系酸化物超電導薄膜の製造方法
によって達成される。
は、基板の上に、1〜100層のBi系酸化物超電導体
を形成する組成の単結晶層を人工格子的に中間層として
有し、更にその上にBi系酸化物超電導体の薄膜を有す
ることを特徴とするBi系酸化物超電導薄膜、及び基板
上に当初Bi系酸化物超電導体の組成の単結晶を2つ以
上の蒸発源を使用して次々に重ねて繰返し蒸着させ、最
終的にその上にBi系酸化物超電導体薄膜を蒸着せしめ
ることを特徴とするBi系酸化物超電導薄膜の製造方法
によって達成される。
【0012】本発明のBi系酸化物超電導薄膜として
は、Bi2 Sr2 Ca2 Cu3 Ox だけでなく、もちろ
んBi2 Sr2 Ca1 Cu2 Ox などの他のBi2 Sr
2 Can-1 Cun Ox 相の形成を目的とすることも出来
る。また、Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−O系でもよ
い。
は、Bi2 Sr2 Ca2 Cu3 Ox だけでなく、もちろ
んBi2 Sr2 Ca1 Cu2 Ox などの他のBi2 Sr
2 Can-1 Cun Ox 相の形成を目的とすることも出来
る。また、Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−O系でもよ
い。
【0013】本発明のBi系酸化物超電導体の組成の単
結晶層,即ち、高結晶性層状成長体である中間層の成膜
方式としては、ArFエキシマレーザーによるレーザー
アブレーション法だけでなく、他のKrF、XeCl等
のエキシマレーザーやYAGレーザーを用いてもよい。
結晶層,即ち、高結晶性層状成長体である中間層の成膜
方式としては、ArFエキシマレーザーによるレーザー
アブレーション法だけでなく、他のKrF、XeCl等
のエキシマレーザーやYAGレーザーを用いてもよい。
【0014】又、高結晶性層状成長体である中間層の成
膜方式として多元レーザーアブレーション法が最も一般
的に使用し易いが、他の多元真空蒸着法や多元スパッタ
法、多元イオンビームスパッタ法などを用いてもよい。
膜方式として多元レーザーアブレーション法が最も一般
的に使用し易いが、他の多元真空蒸着法や多元スパッタ
法、多元イオンビームスパッタ法などを用いてもよい。
【0015】本発明においてBi系酸化物超電導体の薄
膜即ち高速成膜法の成膜方式として、単一ターゲットの
ArFエキシマレーザーアブレーション法だけでなく、
他のKrF、XeCl等の他のエキシマレーザーアブレ
ーション法や化学的蒸着法(CVD)やイオンビームス
パッタ法を用いることも出来る。
膜即ち高速成膜法の成膜方式として、単一ターゲットの
ArFエキシマレーザーアブレーション法だけでなく、
他のKrF、XeCl等の他のエキシマレーザーアブレ
ーション法や化学的蒸着法(CVD)やイオンビームス
パッタ法を用いることも出来る。
【0016】更に本発明の上記中間層と高速成膜層を合
わせた膜厚は0.01〜1000μmの範囲において適
用出来る。
わせた膜厚は0.01〜1000μmの範囲において適
用出来る。
【0017】
【作用】本発明は初めに基板上に人工格子的手法により
高結晶性層状成長体を中間層として成膜し、その上にT
c,Jcにすぐれた高速成膜層を形成させることによ
り、Tc,Jcが高く成長速度が早く、しかも結晶性や
平滑性にすぐれたBi系酸化物超電導薄膜を製造するこ
とが出来る。
高結晶性層状成長体を中間層として成膜し、その上にT
c,Jcにすぐれた高速成膜層を形成させることによ
り、Tc,Jcが高く成長速度が早く、しかも結晶性や
平滑性にすぐれたBi系酸化物超電導薄膜を製造するこ
とが出来る。
【0018】
(実施例−1)図1に示すレーザーアブレーション装置
において、10×10×0.5mmの多結晶YSZ(安
定化ジルコニア)基板3をとりつけた。5×10-5To
rrの真空度まで排気し、酸素を0.5Torrから
0.2Torr迄導入し、その後基板加熱用ヒータ4に
より基板を640℃に加熱した。ArFマキシマレーザ
ー1を分割回転ターゲット6のBi2 O3 ,8の部分に
5秒照射した後分割回転ターゲット6を回転し、Sr2
Ca2 Cu3 Ox ,9に12秒照射し、Bi2 Sr2 C
a2 Cu3 Ox いわゆるBi系の高Tc相(高臨界温度
相、110K相)を人工格子的に一層成長させ、これを
10回くり返した。すなわち、高結晶性層状成長体であ
る中間層11を基板3上に形成した。このときのレーザ
ーのパルスエネルギーは0.3J/cm2 、パルスのく
り返し周波数は20Hzである。
において、10×10×0.5mmの多結晶YSZ(安
定化ジルコニア)基板3をとりつけた。5×10-5To
rrの真空度まで排気し、酸素を0.5Torrから
0.2Torr迄導入し、その後基板加熱用ヒータ4に
より基板を640℃に加熱した。ArFマキシマレーザ
ー1を分割回転ターゲット6のBi2 O3 ,8の部分に
5秒照射した後分割回転ターゲット6を回転し、Sr2
Ca2 Cu3 Ox ,9に12秒照射し、Bi2 Sr2 C
a2 Cu3 Ox いわゆるBi系の高Tc相(高臨界温度
相、110K相)を人工格子的に一層成長させ、これを
10回くり返した。すなわち、高結晶性層状成長体であ
る中間層11を基板3上に形成した。このときのレーザ
ーのパルスエネルギーは0.3J/cm2 、パルスのく
り返し周波数は20Hzである。
【0019】中間層11の形成後、さらに分割回転ター
ゲット6を回転し、Bi2 Sr2 Ca2 Cu3 Ox ,1
0にレーザー1を10分間照射し、高速成膜層12を形
成した。このときのレーザーのパルスエネルギーは2J
/cm2 、パルスのくり返し周波数は100Hzであ
る。
ゲット6を回転し、Bi2 Sr2 Ca2 Cu3 Ox ,1
0にレーザー1を10分間照射し、高速成膜層12を形
成した。このときのレーザーのパルスエネルギーは2J
/cm2 、パルスのくり返し周波数は100Hzであ
る。
【0020】本方法で得られた膜の膜厚は約3μmであ
り、また、膜表面は非常に平滑であった。またX線回折
を行った結果、その結晶構造は高Tc相のC軸配向膜で
あり、その半値幅は0.3°と非常に結晶性が良好であ
った。また、他の不純物相は全く認められなかった。ま
た、膜の超電導特性を直流四端子法で測定したときのT
cゼロ(抵抗がゼロになる温度)は103K,また77
K,20TでのJcは3×105 A/cm2 であった。
り、また、膜表面は非常に平滑であった。またX線回折
を行った結果、その結晶構造は高Tc相のC軸配向膜で
あり、その半値幅は0.3°と非常に結晶性が良好であ
った。また、他の不純物相は全く認められなかった。ま
た、膜の超電導特性を直流四端子法で測定したときのT
cゼロ(抵抗がゼロになる温度)は103K,また77
K,20TでのJcは3×105 A/cm2 であった。
【0021】また、基板を変化させて、全く同様の成膜
を行なった場合の結果を表1に示す。膜厚はすべて約3
μmである。
を行なった場合の結果を表1に示す。膜厚はすべて約3
μmである。
【0022】
【表1】
【0023】(実施例−2)図1に示すレーザーアブレ
ーション装置に図4に示す回転分割ターゲット6をとり
つけ、また20×20×1mmのSi単結晶(100)
基板3をとりつけた。5×10-5Torrの真空度まで
排気し、酸素導入口5から酸素を0.2Torr導入
し、その後基板加熱用ヒータ4により基板を640℃に
加熱した。ArFエキシマレーザー1を分割ターゲット
6のAl2 O3 ,13に40秒照射しバリヤ層14を形
成させた後、分割回転ターゲット6のBi2 O3 ,8に
5秒、次にSr2 Ca2 Cu3 Ox ,9に12秒照射
し、さらにBi2 O3 ,8に5秒照射、Sr2 Ca2 C
n3 Ox ,9に12秒照射する操作を5回くり返し、す
なわち、高結晶性層状成長体である中間層11を形成し
た。このときのレーザーのパルスエネルギーは0.3J
/cm2 、パルスのくり返し周波数は20Hzである。
ーション装置に図4に示す回転分割ターゲット6をとり
つけ、また20×20×1mmのSi単結晶(100)
基板3をとりつけた。5×10-5Torrの真空度まで
排気し、酸素導入口5から酸素を0.2Torr導入
し、その後基板加熱用ヒータ4により基板を640℃に
加熱した。ArFエキシマレーザー1を分割ターゲット
6のAl2 O3 ,13に40秒照射しバリヤ層14を形
成させた後、分割回転ターゲット6のBi2 O3 ,8に
5秒、次にSr2 Ca2 Cu3 Ox ,9に12秒照射
し、さらにBi2 O3 ,8に5秒照射、Sr2 Ca2 C
n3 Ox ,9に12秒照射する操作を5回くり返し、す
なわち、高結晶性層状成長体である中間層11を形成し
た。このときのレーザーのパルスエネルギーは0.3J
/cm2 、パルスのくり返し周波数は20Hzである。
【0024】中間層11の形成後、さらに分割回転ター
ゲット6を回転し、Bi2 Sr2 Ca2 Cn3 Ox ,1
0にレーザー1を10分間照射し、高速成膜層12を形
成した。このときのレーザーのパルスエネルギーは2J
/cm2 、パルスのくり返し周波数は1000Hzであ
る。
ゲット6を回転し、Bi2 Sr2 Ca2 Cn3 Ox ,1
0にレーザー1を10分間照射し、高速成膜層12を形
成した。このときのレーザーのパルスエネルギーは2J
/cm2 、パルスのくり返し周波数は1000Hzであ
る。
【0025】本方法で得られた膜の膜厚は約3μmであ
り、また膜表面は非常に平滑であった。またX線回折を
行った結果、その結晶構造は高Tc相のC軸配向膜であ
り、その半値幅は0.3°と非常に結晶性が良好であっ
た。また、他の不純物層は全く認められなかった。ま
た、膜の超電導特性を直流四端子法で測定したときのT
cゼロは101K、また77K,OTでのJcは1×1
05 A/cm2 であった。
り、また膜表面は非常に平滑であった。またX線回折を
行った結果、その結晶構造は高Tc相のC軸配向膜であ
り、その半値幅は0.3°と非常に結晶性が良好であっ
た。また、他の不純物層は全く認められなかった。ま
た、膜の超電導特性を直流四端子法で測定したときのT
cゼロは101K、また77K,OTでのJcは1×1
05 A/cm2 であった。
【0026】
【発明の効果】1) 本発明の製造方法により、Tc,J
c等の超電導特性にすぐれ、また、結晶性が良好で、表
面が平滑な膜を高速で得られる。
c等の超電導特性にすぐれ、また、結晶性が良好で、表
面が平滑な膜を高速で得られる。
【0027】2) 生産性が向上し、コストが下がる。
【図1】本発明の製造方法を用いた一実施例のレーザー
アブレーション方法の概略図。
アブレーション方法の概略図。
【図2】本発明の製造方法に用いる一実施例の分割回転
ターゲットの平面図。
ターゲットの平面図。
【図3】図2によって得られた超電導薄膜の横断面図、
【図4】本発明の製造方法に用いる他の実施例の分割回
転ターゲットの平面図。
転ターゲットの平面図。
【図5】図4によって得られた超電導薄膜の横断面図。
1 レーザー 2 真空槽 3 基板 4 基板加熱用ヒータ 5 酸素導入口 6 分割回転ターゲット 7 排気口 8 Bi2 O3 9 Sr2 Ca2 Cu3 Ox 10 Bi2 Sr2 Ca2 Cu3 Ox 11 中間層(高結晶性層状成長体) 12 高速成膜層 13 Al2 O3 14 バリヤ層
Claims (2)
- 【請求項1】基板の上に、1〜100層のBi系酸化物
超電導体を形成する組成の単結晶層を人工格子的に中間
層として有し、更にその上にBi系酸化物超電導体の薄
膜を有することを特徴とするBi系酸化物超電導薄膜。 - 【請求項2】基板上に当初Bi系酸化物超電導体の組成
の単結晶を2つ以上の蒸発源を使用して次々に重ねて繰
返し蒸着させ、最終的にその上にBi系酸化物超電導体
薄膜を蒸着せしめることを特徴とするBi系酸化物超電
導薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3249365A JPH0585895A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | Bi系酸化物超電導薄膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3249365A JPH0585895A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | Bi系酸化物超電導薄膜及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0585895A true JPH0585895A (ja) | 1993-04-06 |
Family
ID=17191944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3249365A Pending JPH0585895A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | Bi系酸化物超電導薄膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0585895A (ja) |
-
1991
- 1991-09-27 JP JP3249365A patent/JPH0585895A/ja active Pending
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