JPH06144832A - 薄膜酸化物超伝導体およびその製造方法 - Google Patents
薄膜酸化物超伝導体およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH06144832A JPH06144832A JP4302128A JP30212892A JPH06144832A JP H06144832 A JPH06144832 A JP H06144832A JP 4302128 A JP4302128 A JP 4302128A JP 30212892 A JP30212892 A JP 30212892A JP H06144832 A JPH06144832 A JP H06144832A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- copper
- alkaline earth
- chemical formula
- oxygen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ＡＣｕＯx （Ａはアルカリ土類元素を含む金属
物質）で表わされる薄膜の一部と、Ｂ1-y ＣｕＯz （Ｂ
はアルカリ土類元素を含む金属物質）で表わされる薄膜
の一部とを周期的に交互に積層した構造とすることによ
り、再現性がよく、構造が単純で無限層状構造を有する
酸化物超伝導薄膜とする。 【構成】Ｋセル中に入れられたＳｒの金属蒸発源11とＣ
ａの金属蒸発源12とＣｕの金属蒸発源13の３種類の蒸発
源を用い、チタン酸ストロンチウム単結晶（１００）面
を基体14として、シャッター16,17,18を制御して、ＭＢ
Ｅ法により真空蒸着して基体上に結晶性の被膜として付
着させる。電子銃26から基体14表面に電子線を照射し、
蛍光板27に反射高速電子線回折パターンを投影し、ＣＣ
Ｄカメラ28によって撮影、ＶＴＲ29を経てコンピュータ
30で反射高速電子線回折パターン強度を解析し、シャッ
ターコントロールと連動させる。
物質）で表わされる薄膜の一部と、Ｂ1-y ＣｕＯz （Ｂ
はアルカリ土類元素を含む金属物質）で表わされる薄膜
の一部とを周期的に交互に積層した構造とすることによ
り、再現性がよく、構造が単純で無限層状構造を有する
酸化物超伝導薄膜とする。 【構成】Ｋセル中に入れられたＳｒの金属蒸発源11とＣ
ａの金属蒸発源12とＣｕの金属蒸発源13の３種類の蒸発
源を用い、チタン酸ストロンチウム単結晶（１００）面
を基体14として、シャッター16,17,18を制御して、ＭＢ
Ｅ法により真空蒸着して基体上に結晶性の被膜として付
着させる。電子銃26から基体14表面に電子線を照射し、
蛍光板27に反射高速電子線回折パターンを投影し、ＣＣ
Ｄカメラ28によって撮影、ＶＴＲ29を経てコンピュータ
30で反射高速電子線回折パターン強度を解析し、シャッ
ターコントロールと連動させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜酸化物超伝導体に
関するものである。特に、無限層状構造の薄膜酸化物超
伝導体に関するものである。
関するものである。特に、無限層状構造の薄膜酸化物超
伝導体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高温超伝導体として、ミューラー（Mull
er）等によりペロブスカイト類型構造の酸化物超伝導体
が発見された。それ以後、種々の酸化物系で超伝導性の
確認が為され、アルカリ土類金属層が、銅酸化物層で挟
まれた無限層状構造のセラミックが提案された[T.Siegr
ist, S.M.Zahurak, D.W.Murphy and R.S.Roth,ネイチャ
ー(Nature), Vol.334, 231-232 (1988).] 。
er）等によりペロブスカイト類型構造の酸化物超伝導体
が発見された。それ以後、種々の酸化物系で超伝導性の
確認が為され、アルカリ土類金属層が、銅酸化物層で挟
まれた無限層状構造のセラミックが提案された[T.Siegr
ist, S.M.Zahurak, D.W.Murphy and R.S.Roth,ネイチャ
ー(Nature), Vol.334, 231-232 (1988).] 。
【０００３】その後、この無限層状構造からなる超伝導
体は、９０Ｋ程度の超伝導臨界温度をもつということが
発見された[M.Takano, M.Azuma, Z.Hiroi, Y.Bando and
Y.Takeda, Physica C176, 441-444 (1991).] 。
体は、９０Ｋ程度の超伝導臨界温度をもつということが
発見された[M.Takano, M.Azuma, Z.Hiroi, Y.Bando and
Y.Takeda, Physica C176, 441-444 (1991).] 。
【０００４】無限層状構造の酸化物超伝導体は、従来の
高温酸化物超伝導体に含まれていた希土類元素を全く含
まない超伝導体であり、しかも、より単純な結晶構造の
ため、作製時の取扱が容易であり、実用化に向けて期待
されている。
高温酸化物超伝導体に含まれていた希土類元素を全く含
まない超伝導体であり、しかも、より単純な結晶構造の
ため、作製時の取扱が容易であり、実用化に向けて期待
されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この酸化物超伝導体は
他の酸化物超伝導体と違い、超伝導性出現のための特殊
な熱処理が必要でないため、この種の材料を実用化する
場合、例えばジョセフソン素子、スクイッド、高周波素
子その他の各種デバイスへの適用など具体的な応用に適
している。ところが、この種の材料は、現在の技術では
安定して薄膜状に加工することは難しく、再現性の乏し
いものであった。
他の酸化物超伝導体と違い、超伝導性出現のための特殊
な熱処理が必要でないため、この種の材料を実用化する
場合、例えばジョセフソン素子、スクイッド、高周波素
子その他の各種デバイスへの適用など具体的な応用に適
している。ところが、この種の材料は、現在の技術では
安定して薄膜状に加工することは難しく、再現性の乏し
いものであった。
【０００６】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、再現性がよく、構造が単純で無限層状構造を有する
酸化物超伝導薄膜を提供することを目的とする。
め、再現性がよく、構造が単純で無限層状構造を有する
酸化物超伝導薄膜を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の薄膜酸化物超伝導体は、薄膜の結晶構造が
アルカリ土類元素を含む金属物質（Ａ）と銅（Ｃｕ）と
酸素（Ｏ）とで少なくとも構成され、ＡＣｕＯx なる化
学式で表わされる薄膜の一部と、アルカリ土類元素を含
む金属物質（Ｂ）と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）で少なくと
も構成され、Ｂ1- y ＣｕＯz なる化学式で表わされる薄
膜の一部とが周期的に交互に積層した構造であるという
構成を備えたものである。
め、本発明の薄膜酸化物超伝導体は、薄膜の結晶構造が
アルカリ土類元素を含む金属物質（Ａ）と銅（Ｃｕ）と
酸素（Ｏ）とで少なくとも構成され、ＡＣｕＯx なる化
学式で表わされる薄膜の一部と、アルカリ土類元素を含
む金属物質（Ｂ）と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）で少なくと
も構成され、Ｂ1- y ＣｕＯz なる化学式で表わされる薄
膜の一部とが周期的に交互に積層した構造であるという
構成を備えたものである。
【０００８】前記構成においては、ＡＣｕＯx なる化学
式で表わされる薄膜がアルカリ土類元素を含む金属物質
（Ａ）からなる原子層と銅（Ｃｕ）の酸化物からなる原
子層とが交互に積層され、無限層状構造であることが好
ましい。
式で表わされる薄膜がアルカリ土類元素を含む金属物質
（Ａ）からなる原子層と銅（Ｃｕ）の酸化物からなる原
子層とが交互に積層され、無限層状構造であることが好
ましい。
【０００９】また前記構成においては、Ｂ1-y ＣｕＯz
なる化学式で表わされる薄膜がアルカリ土類元素を含む
金属物質（Ｂ）からなる原子層と銅（Ｃｕ）の酸化物か
らなる原子層とが交互に積層され、無限層状構造である
ことが好ましい。
なる化学式で表わされる薄膜がアルカリ土類元素を含む
金属物質（Ｂ）からなる原子層と銅（Ｃｕ）の酸化物か
らなる原子層とが交互に積層され、無限層状構造である
ことが好ましい。
【００１０】また前記構成においては、ＡＣｕＯx とＢ
1-y ＣｕＯz とが同じ種類の物質で構成されていること
が好ましい。また前記構成においては、ＡＣｕＯx が、
ストロンチウム（Ｓｒ），カルシウム（Ｃａ），銅（Ｃ
ｕ），酸素（Ｏ）で構成され、（Ｓｒ，Ｃａ）ＣｕＯx
なる化学式で表わされる物質であることが好ましい。
1-y ＣｕＯz とが同じ種類の物質で構成されていること
が好ましい。また前記構成においては、ＡＣｕＯx が、
ストロンチウム（Ｓｒ），カルシウム（Ｃａ），銅（Ｃ
ｕ），酸素（Ｏ）で構成され、（Ｓｒ，Ｃａ）ＣｕＯx
なる化学式で表わされる物質であることが好ましい。
【００１１】また前記構成においては、Ｂ1-y ＣｕＯz
が、ストロンチウム（Ｓｒ），カルシウム（Ｃａ），銅
（Ｃｕ），酸素（Ｏ）で構成され、（Ｓｒ，Ｃａ）1-y
ＣｕＯz なる化学式で表わされる物質であることが好ま
しい。
が、ストロンチウム（Ｓｒ），カルシウム（Ｃａ），銅
（Ｃｕ），酸素（Ｏ）で構成され、（Ｓｒ，Ｃａ）1-y
ＣｕＯz なる化学式で表わされる物質であることが好ま
しい。
【００１２】次に本発明の薄膜酸化物超伝導体の第１の
製造方法は、薄膜の結晶構造がアルカリ土類元素を含む
金属物質（Ａ）と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）とで少なくと
も構成され、ＡＣｕＯx なる化学式で表わされる薄膜の
一部と、アルカリ土類元素を含む金属物質（Ｂ）と銅
（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）で少なくとも構成され、Ｂ1-y Ｃ
ｕＯz なる化学式で表わされる薄膜の一部とが周期的に
交互に積層した構造の酸化物薄膜を製造する方法であっ
て、積層装置の蒸発源からの原料の蒸発量が膜厚モニタ
ーで検出され、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）強度
振動とシャッターコントロールとを連動させることによ
り、蒸発量を制御することを特徴とする。
製造方法は、薄膜の結晶構造がアルカリ土類元素を含む
金属物質（Ａ）と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）とで少なくと
も構成され、ＡＣｕＯx なる化学式で表わされる薄膜の
一部と、アルカリ土類元素を含む金属物質（Ｂ）と銅
（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）で少なくとも構成され、Ｂ1-y Ｃ
ｕＯz なる化学式で表わされる薄膜の一部とが周期的に
交互に積層した構造の酸化物薄膜を製造する方法であっ
て、積層装置の蒸発源からの原料の蒸発量が膜厚モニタ
ーで検出され、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）強度
振動とシャッターコントロールとを連動させることによ
り、蒸発量を制御することを特徴とする。
【００１３】次に本発明の薄膜酸化物超伝導体の第２の
製造方法は、薄膜の結晶構造がアルカリ土類元素を含む
金属物質（Ａ）と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）とで少なくと
も構成され、ＡＣｕＯx なる化学式で表わされる薄膜の
一部と、アルカリ土類元素を含む金属物質（Ｂ）と銅
（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）で少なくとも構成され、Ｂ1-y Ｃ
ｕＯz なる化学式で表わされる薄膜の一部とが周期的に
交互に積層した構造の酸化物薄膜を製造する方法であっ
て、薄膜形成工程が、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ
法）により、酸化性ガスを含む雰囲気中で形成すること
を特徴とする。
製造方法は、薄膜の結晶構造がアルカリ土類元素を含む
金属物質（Ａ）と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）とで少なくと
も構成され、ＡＣｕＯx なる化学式で表わされる薄膜の
一部と、アルカリ土類元素を含む金属物質（Ｂ）と銅
（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）で少なくとも構成され、Ｂ1-y Ｃ
ｕＯz なる化学式で表わされる薄膜の一部とが周期的に
交互に積層した構造の酸化物薄膜を製造する方法であっ
て、薄膜形成工程が、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ
法）により、酸化性ガスを含む雰囲気中で形成すること
を特徴とする。
【００１４】
【作用】前記本発明の構成によれば、薄膜の結晶構造が
アルカリ土類元素を含む金属物質（Ａ）と銅（Ｃｕ）と
酸素（Ｏ）とで少なくとも構成され、ＡＣｕＯx なる化
学式で表わされる薄膜の一部と、アルカリ土類元素を含
む金属物質（Ｂ）と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）で少なくと
も構成され、Ｂ1-y ＣｕＯz なる化学式で表わされる薄
膜の一部とが周期的に交互に積層した構造である酸化物
薄膜という構成を備えたことにより、再現性がよく、構
造が単純で無限層状構造を有する酸化物超伝導薄膜とす
ることができる。すなわち、無限層状構造からなる酸化
物超伝導体またはこれを主体とした層を含む結晶構造を
持つ酸化物超伝導体において、同じ種類の元素で構成さ
れる２種類の異なった結晶構造を持つ層状構造の膜で構
成させることにより、積層薄膜を熱的に安定に存在させ
ることができる。
アルカリ土類元素を含む金属物質（Ａ）と銅（Ｃｕ）と
酸素（Ｏ）とで少なくとも構成され、ＡＣｕＯx なる化
学式で表わされる薄膜の一部と、アルカリ土類元素を含
む金属物質（Ｂ）と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）で少なくと
も構成され、Ｂ1-y ＣｕＯz なる化学式で表わされる薄
膜の一部とが周期的に交互に積層した構造である酸化物
薄膜という構成を備えたことにより、再現性がよく、構
造が単純で無限層状構造を有する酸化物超伝導薄膜とす
ることができる。すなわち、無限層状構造からなる酸化
物超伝導体またはこれを主体とした層を含む結晶構造を
持つ酸化物超伝導体において、同じ種類の元素で構成さ
れる２種類の異なった結晶構造を持つ層状構造の膜で構
成させることにより、積層薄膜を熱的に安定に存在させ
ることができる。
【００１５】また、前記本発明の薄膜超伝導体の製造方
法において、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃ
ａ）を含む物質からなる原子層に、少なくともストロン
チウム、カルシウム以外のアルカリ土類元素を更に含ま
せておくことによって、結晶の格子定数を変化させるこ
とが可能となり、例えば超伝導の臨界温度を変化させる
ことができるなど、伝導体の特性を変えることができ
る。
法において、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃ
ａ）を含む物質からなる原子層に、少なくともストロン
チウム、カルシウム以外のアルカリ土類元素を更に含ま
せておくことによって、結晶の格子定数を変化させるこ
とが可能となり、例えば超伝導の臨界温度を変化させる
ことができるなど、伝導体の特性を変えることができ
る。
【００１６】また、前記本発明の薄膜超伝導体の製造方
法において、積層が分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）
により各原子層を交互に周期的に積層させて無限層状構
造とすることにより、不純物の混入の少ない薄膜超伝導
体を得ることができ、より再現性よく良質で高性能の薄
膜超伝導体を得る方法を提供できる。
法において、積層が分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）
により各原子層を交互に周期的に積層させて無限層状構
造とすることにより、不純物の混入の少ない薄膜超伝導
体を得ることができ、より再現性よく良質で高性能の薄
膜超伝導体を得る方法を提供できる。
【００１７】また、前記本発明の薄膜超伝導体の製造方
法において、交互に周期的に積層させる方法が、原料蒸
発源上のシャッターを反射高速電子線回折（ＲＨＥＥ
Ｄ）パターン強度変化と連動させてコントロールする方
法により、ＭＢＥ法において容易に各層を原子層の状態
で交互に周期的に積層させて無限層状構造とすることが
できる。
法において、交互に周期的に積層させる方法が、原料蒸
発源上のシャッターを反射高速電子線回折（ＲＨＥＥ
Ｄ）パターン強度変化と連動させてコントロールする方
法により、ＭＢＥ法において容易に各層を原子層の状態
で交互に周期的に積層させて無限層状構造とすることが
できる。
【００１８】また、前記薄膜超伝導体の製造方法におい
ては、積層が分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）により
各原子層を交互に周期的に積層させて無限層状構造とす
ることによると、ＭＢＥ法においては、背圧が超高真空
となるので、雰囲気ガスとして含まれる不純物を少なく
することができ、従って薄膜超伝導体への不純物の混入
が避けられ、周期的積層方法で形成することにより、よ
り再現性良く良質で高性能の薄膜超伝導体を得ることが
可能になる。
ては、積層が分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）により
各原子層を交互に周期的に積層させて無限層状構造とす
ることによると、ＭＢＥ法においては、背圧が超高真空
となるので、雰囲気ガスとして含まれる不純物を少なく
することができ、従って薄膜超伝導体への不純物の混入
が避けられ、周期的積層方法で形成することにより、よ
り再現性良く良質で高性能の薄膜超伝導体を得ることが
可能になる。
【００１９】また、前記薄膜超伝導体の製造方法におい
ては、原子層を交互に積層させるとき、蒸発源からの原
料の蒸発量が膜厚モニターで検出され、シャッターコン
トロールと連動させることによりにより、制御性良く原
子層を積層させることが可能になる。
ては、原子層を交互に積層させるとき、蒸発源からの原
料の蒸発量が膜厚モニターで検出され、シャッターコン
トロールと連動させることによりにより、制御性良く原
子層を積層させることが可能になる。
【００２０】また、前記薄膜超伝導体の製造方法におい
ては、原子層を交互に積層させるとき、反射高速電子線
回折（ＲＨＥＥＤ）で薄膜表面の結晶を評価することに
より、蒸発量を再現性良く制御することが可能になる。
ては、原子層を交互に積層させるとき、反射高速電子線
回折（ＲＨＥＥＤ）で薄膜表面の結晶を評価することに
より、蒸発量を再現性良く制御することが可能になる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこの実施例の記載に限定されるものではない。
本発明はこの実施例の記載に限定されるものではない。
【００２２】図２は本発明方法で得られる酸化物超伝導
体の模式図である。図２に示すようにこの超伝導物質は
少なくともアルカリ土類元素を含む金属物質からなる原
子層41と少なくともＣｕを含む酸化物からなる原子層42
が交互に積層された周期的構造すなわち無限層状構造を
基本とし、周期的にアルカリ土類元素を含む金属物質か
らなる原子層に欠陥のある原子層43が積層した構造とな
っている。
体の模式図である。図２に示すようにこの超伝導物質は
少なくともアルカリ土類元素を含む金属物質からなる原
子層41と少なくともＣｕを含む酸化物からなる原子層42
が交互に積層された周期的構造すなわち無限層状構造を
基本とし、周期的にアルカリ土類元素を含む金属物質か
らなる原子層に欠陥のある原子層43が積層した構造とな
っている。
【００２３】本発明の薄膜超伝導体の製造方法は、加熱
した基体上に、ラジカル状酸素を含むガスを基体付近に
照射しつつ、少なくともアルカリ土類元素を含む金属物
質からなる原子層と、銅（Ｃｕ）を含む酸化物からなる
原子層とを周期的に積層させ、無限層状構造とすること
を基本とし、周期的にアルカリ土類元素元素を含む金属
物質からなる原子層に欠陥のある原子層が積層した層状
構造からなるので、本発明の製造方法を用いると、各１
原子に相当する厚さの原子層が結晶構造を構築しつつ、
図２で示した構造のように積層されながら膜成長がなさ
れるので、良質の無限層状構造薄膜超伝導体を容易に得
ることができるものと推定される。
した基体上に、ラジカル状酸素を含むガスを基体付近に
照射しつつ、少なくともアルカリ土類元素を含む金属物
質からなる原子層と、銅（Ｃｕ）を含む酸化物からなる
原子層とを周期的に積層させ、無限層状構造とすること
を基本とし、周期的にアルカリ土類元素元素を含む金属
物質からなる原子層に欠陥のある原子層が積層した層状
構造からなるので、本発明の製造方法を用いると、各１
原子に相当する厚さの原子層が結晶構造を構築しつつ、
図２で示した構造のように積層されながら膜成長がなさ
れるので、良質の無限層状構造薄膜超伝導体を容易に得
ることができるものと推定される。
【００２４】本発明方法においては、真空容器中でＳｒ
金属蒸発源、Ｃａ金属蒸発源、Ｃｕ金属蒸発源上に設置
した膜厚モニターで蒸発量を検出しシャッターコントロ
ールと連動することによりＳｒ，Ｃａ→Ｃｕの順に蒸発
させ、基体付近に酸素ラジカルを含むガスを照射し、例
えば蒸発源付近のガス圧で測定して１０-4〜１０-6Ｔｏ
ｒｒ程度の圧力に保って供給し、金属元素を酸化させ
て、加熱した種々の基体上に周期的に積層させた。金属
蒸発源の蒸発レートを例えば各蒸発源上のシャッターの
開閉をコントロールすることなどにより、適宜に調節し
て、アルカリ土類元素を含む金属物質からなる原子層、
例えばＳｒ−Ｃａ原子層とＣｕ酸化物原子層を交互に成
長させることにより、Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ系超伝導体の構
造が形成されることがわかった。また、反射高速電子線
回折（ＲＨＥＥＤ）による反射強度を計測し、シャッタ
ーコントロールと連動して周期的に原子層を積層する
と、無限層状構造薄膜が再現性よく形成できた。基体温
度は、特に６００℃〜７００℃の場合には結晶性が非常
に良好なＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ系薄膜超伝導体が再現性よく
得られた。従来の超伝導体の形成方法と比べ、制御性、
例えば、組成の制御、結晶性の制御などの制御性に優れ
た形成方法が実現できた。
金属蒸発源、Ｃａ金属蒸発源、Ｃｕ金属蒸発源上に設置
した膜厚モニターで蒸発量を検出しシャッターコントロ
ールと連動することによりＳｒ，Ｃａ→Ｃｕの順に蒸発
させ、基体付近に酸素ラジカルを含むガスを照射し、例
えば蒸発源付近のガス圧で測定して１０-4〜１０-6Ｔｏ
ｒｒ程度の圧力に保って供給し、金属元素を酸化させ
て、加熱した種々の基体上に周期的に積層させた。金属
蒸発源の蒸発レートを例えば各蒸発源上のシャッターの
開閉をコントロールすることなどにより、適宜に調節し
て、アルカリ土類元素を含む金属物質からなる原子層、
例えばＳｒ−Ｃａ原子層とＣｕ酸化物原子層を交互に成
長させることにより、Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ系超伝導体の構
造が形成されることがわかった。また、反射高速電子線
回折（ＲＨＥＥＤ）による反射強度を計測し、シャッタ
ーコントロールと連動して周期的に原子層を積層する
と、無限層状構造薄膜が再現性よく形成できた。基体温
度は、特に６００℃〜７００℃の場合には結晶性が非常
に良好なＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ系薄膜超伝導体が再現性よく
得られた。従来の超伝導体の形成方法と比べ、制御性、
例えば、組成の制御、結晶性の制御などの制御性に優れ
た形成方法が実現できた。
【００２５】基体温度が、７５０℃以上の場合には、基
体上で堆積された原子が動きやすく上下の層の原子が入
れ替わったりするためか、周期的な無限層状積層構造に
ならなかった。
体上で堆積された原子が動きやすく上下の層の原子が入
れ替わったりするためか、周期的な無限層状積層構造に
ならなかった。
【００２６】本発明方法で得られる無限層状構造からな
る薄膜超伝導体は、結晶構造が従来の超伝導体にくら
べ、単純な構造をしているため、他の金属などとの積層
を作る場合にも向いているため、デバイス化に最適の製
造方法である。
る薄膜超伝導体は、結晶構造が従来の超伝導体にくら
べ、単純な構造をしているため、他の金属などとの積層
を作る場合にも向いているため、デバイス化に最適の製
造方法である。
【００２７】Ｓｒ、Ｃａを含む物質と、Ｃｕを含む物質
とを周期的に積層させる方法としては、いくつか考えら
れる。特に、ＥＢ蒸着法（エレクトロンビーム蒸着法）
やスパッタ法などが考えられる。。しかし、この種の層
状構造物質の積層には前述したように従来ＭＢＥ法は不
向きとみられていた。この理由は、成膜中の酸化能力の
高さに起因すると考えられている。すなわちＭＢＥ法で
はこれまで酸化物の作成の実績があまりなく、また、酸
化させるためのガスの導入によって圧力が高くなるため
不向きと考えられていた。しかしながら、本発明者ら
は、このＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ酸化物超伝電導体に対してＭ
ＢＥ法により異なる薄い酸化物層の積層を行なったとこ
ろ、意外にも良好な積層膜の作製が可能なことを見い出
した。
とを周期的に積層させる方法としては、いくつか考えら
れる。特に、ＥＢ蒸着法（エレクトロンビーム蒸着法）
やスパッタ法などが考えられる。。しかし、この種の層
状構造物質の積層には前述したように従来ＭＢＥ法は不
向きとみられていた。この理由は、成膜中の酸化能力の
高さに起因すると考えられている。すなわちＭＢＥ法で
はこれまで酸化物の作成の実績があまりなく、また、酸
化させるためのガスの導入によって圧力が高くなるため
不向きと考えられていた。しかしながら、本発明者ら
は、このＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ酸化物超伝電導体に対してＭ
ＢＥ法により異なる薄い酸化物層の積層を行なったとこ
ろ、意外にも良好な積層膜の作製が可能なことを見い出
した。
【００２８】ＭＢＥ法で蒸発原料を酸化させる方法とし
ては、オゾン、ＮＯ2 ガスを導入する方法があるが、酸
素をラジカルビーム状にして照射することにより、酸化
能力が高く、組成などの制御性に優れた製造方法とな
る。酸素をラジカルにするには、例えば高周波放電管の
中に酸素ガスを導入して放電させることにより容易に得
ることができる。
ては、オゾン、ＮＯ2 ガスを導入する方法があるが、酸
素をラジカルビーム状にして照射することにより、酸化
能力が高く、組成などの制御性に優れた製造方法とな
る。酸素をラジカルにするには、例えば高周波放電管の
中に酸素ガスを導入して放電させることにより容易に得
ることができる。
【００２９】尚、ＭＢＥ法を採用する場合には、通常基
体温度が６００〜７００℃程度が好ましく、また、真空
容器内圧力は、蒸発源付近の圧力で１０-4〜１０-6Ｔｏ
ｒｒ程度が好ましく用いられる。
体温度が６００〜７００℃程度が好ましく、また、真空
容器内圧力は、蒸発源付近の圧力で１０-4〜１０-6Ｔｏ
ｒｒ程度が好ましく用いられる。
【００３０】以下本発明の内容がさらに深く理解される
ように、具体的な実施例を挙げて説明する。図１は本発
明の一実施例を説明するために用いた装置の主要部を示
す概略概念図である。
ように、具体的な実施例を挙げて説明する。図１は本発
明の一実施例を説明するために用いた装置の主要部を示
す概略概念図である。
【００３１】図１に示したように、Ｋセル（クヌードン
セル）中に入れられたＳｒの金属蒸発源11とＣａの金属
蒸発源12とＣｕの金属蒸発源13の３種類の蒸発源を用
い、チタン酸ストロンチウム単結晶（１００）面を基体
14として、シャッター16,17,18を制御して、ＭＢＥ法に
より、真空蒸着して、上記基体上に結晶性の被膜として
付着させた。また、電子銃26から基体14表面に電子線を
照射し、蛍光板27に反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）
パターンを投影し、ＣＣＤカメラ28によって撮影、ＶＴ
Ｒ29を経てコンピュータ30で反射高速電子線回折（ＲＨ
ＥＥＤ）パターン強度を解析し、シャッターコントロー
ルと連動させることにより、再現性良く結晶性の良い成
膜が可能になった。
セル）中に入れられたＳｒの金属蒸発源11とＣａの金属
蒸発源12とＣｕの金属蒸発源13の３種類の蒸発源を用
い、チタン酸ストロンチウム単結晶（１００）面を基体
14として、シャッター16,17,18を制御して、ＭＢＥ法に
より、真空蒸着して、上記基体上に結晶性の被膜として
付着させた。また、電子銃26から基体14表面に電子線を
照射し、蛍光板27に反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）
パターンを投影し、ＣＣＤカメラ28によって撮影、ＶＴ
Ｒ29を経てコンピュータ30で反射高速電子線回折（ＲＨ
ＥＥＤ）パターン強度を解析し、シャッターコントロー
ルと連動させることにより、再現性良く結晶性の良い成
膜が可能になった。
【００３２】図２は、前記したとおり形成された無限層
状構造の薄膜超伝導体の断面の模式図である。Ｓｒの金
属蒸発源11のＫセル温度は５２０℃に、Ｃａの金属蒸発
源12のＫセル温度は４９０℃に、また、Ｃｕの金属蒸発
源13のＫセル温度は１１２０℃に加熱され、基体14をヒ
ーター15で約６３０℃に加熱し、ラジカルビーム発生源
19より酸素ラジカルビームを照射して、各蒸発源の蒸着
を行った。各蒸発源の加熱電力を前記Ｋセルの温度を保
つために電流を２〜５アンペアの範囲で適宜制御し、シ
ャッター16,17,18の開閉を制御して周期的積層を行った
ところ、結晶性の良い薄膜を作製することができた。
状構造の薄膜超伝導体の断面の模式図である。Ｓｒの金
属蒸発源11のＫセル温度は５２０℃に、Ｃａの金属蒸発
源12のＫセル温度は４９０℃に、また、Ｃｕの金属蒸発
源13のＫセル温度は１１２０℃に加熱され、基体14をヒ
ーター15で約６３０℃に加熱し、ラジカルビーム発生源
19より酸素ラジカルビームを照射して、各蒸発源の蒸着
を行った。各蒸発源の加熱電力を前記Ｋセルの温度を保
つために電流を２〜５アンペアの範囲で適宜制御し、シ
ャッター16,17,18の開閉を制御して周期的積層を行った
ところ、結晶性の良い薄膜を作製することができた。
【００３３】膜厚モニター24はシャッター19上に設置し
てあり、成膜途中で実際の蒸発レートを確認するために
効果的である。シャッター19は成膜時に開いている。シ
ャッター16,17,18の開閉の制御は固体撮像素子（ＣＣ
Ｄ）カメラ28によって反射高速電子線回折（ＲＨＥＥ
Ｄ）パターンを撮影、ＶＴＲ29を経てコンピュータ30で
反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）パターン強度を解析
し、自動的に行った。
てあり、成膜途中で実際の蒸発レートを確認するために
効果的である。シャッター19は成膜時に開いている。シ
ャッター16,17,18の開閉の制御は固体撮像素子（ＣＣ
Ｄ）カメラ28によって反射高速電子線回折（ＲＨＥＥ
Ｄ）パターンを撮影、ＶＴＲ29を経てコンピュータ30で
反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）パターン強度を解析
し、自動的に行った。
【００３４】図３は反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）
パターン強度変化を示した図である。パターン強度は成
膜時に振動し、振動のピークで１原子層が成膜されたと
確認できる。図３においてピーク51でシャッター18を閉
じた状態でシャッター16,17を開きＳｒ、Ｃａを蒸発さ
せ、次のピーク52でシャッター16,17 を閉じ、次いでシ
ャッター16,17 を閉じた状態でシャッター18を開きＣｕ
を蒸発させ、次のピーク53でシャッター18を閉じる。こ
の繰り返しで成膜すると（Ｓｒ，Ｃａ）：Ｃｕ＝１：１
の薄膜が得られた。超伝導特性の得られる薄膜は、成膜
途中に（Ｓｒ、Ｃａ）に欠陥のある原子層を積層させた
ときである。
パターン強度変化を示した図である。パターン強度は成
膜時に振動し、振動のピークで１原子層が成膜されたと
確認できる。図３においてピーク51でシャッター18を閉
じた状態でシャッター16,17を開きＳｒ、Ｃａを蒸発さ
せ、次のピーク52でシャッター16,17 を閉じ、次いでシ
ャッター16,17 を閉じた状態でシャッター18を開きＣｕ
を蒸発させ、次のピーク53でシャッター18を閉じる。こ
の繰り返しで成膜すると（Ｓｒ，Ｃａ）：Ｃｕ＝１：１
の薄膜が得られた。超伝導特性の得られる薄膜は、成膜
途中に（Ｓｒ、Ｃａ）に欠陥のある原子層を積層させた
ときである。
【００３５】約３０分間の蒸着により１４０オングスト
ローム程度の薄膜が作製され、このままの状態で、従来
の酸化物薄膜のように酸素中熱処理を行なうことなく非
常に再現性良く無限層状構造薄膜を作製することができ
た。
ローム程度の薄膜が作製され、このままの状態で、従来
の酸化物薄膜のように酸素中熱処理を行なうことなく非
常に再現性良く無限層状構造薄膜を作製することができ
た。
【００３６】得られた薄膜超伝導体のＸ線回折図を図４
に示した。なお、図４中の61、62で示したピークは基体
のチタン酸ストロンチウムのピークである。膜の組成と
しては、アルカリ土類（IIａ族）元素を含む金属物質か
らなる原子層のうちＳｒ，Ｃａが好ましく、特にＳｒ７
０％、Ｃａ３０％程度が好ましい。
に示した。なお、図４中の61、62で示したピークは基体
のチタン酸ストロンチウムのピークである。膜の組成と
しては、アルカリ土類（IIａ族）元素を含む金属物質か
らなる原子層のうちＳｒ，Ｃａが好ましく、特にＳｒ７
０％、Ｃａ３０％程度が好ましい。
【００３７】以上の実施例では、ＭＢＥ法を例として説
明したが、ＥＢ法、スパッタ法などを用いても同様に形
成できる。以上のように、本発明の薄膜超伝導体の製造
方法は、構造の単純な無限層状構造のＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏ系酸化物超伝導薄膜の再現性のよい作製方法を提供
するものであり、工業上極めて大きな価値を有するもの
である。
明したが、ＥＢ法、スパッタ法などを用いても同様に形
成できる。以上のように、本発明の薄膜超伝導体の製造
方法は、構造の単純な無限層状構造のＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏ系酸化物超伝導薄膜の再現性のよい作製方法を提供
するものであり、工業上極めて大きな価値を有するもの
である。
【００３８】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、薄
膜の結晶構造がアルカリ土類元素を含む金属物質（Ａ）
と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）とで少なくとも構成され、Ａ
ＣｕＯ x なる化学式で表わされる薄膜の一部と、アルカ
リ土類元素を含む金属物質（Ｂ）と銅（Ｃｕ）と酸素
（Ｏ）で少なくとも構成され、Ｂ1-y ＣｕＯz なる化学
式で表わされる薄膜の一部とが周期的に交互に積層した
構造としたことにより、再現性がよく、構造が単純で無
限層状構造を有する酸化物超伝導薄膜とすることができ
る。
膜の結晶構造がアルカリ土類元素を含む金属物質（Ａ）
と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）とで少なくとも構成され、Ａ
ＣｕＯ x なる化学式で表わされる薄膜の一部と、アルカ
リ土類元素を含む金属物質（Ｂ）と銅（Ｃｕ）と酸素
（Ｏ）で少なくとも構成され、Ｂ1-y ＣｕＯz なる化学
式で表わされる薄膜の一部とが周期的に交互に積層した
構造としたことにより、再現性がよく、構造が単純で無
限層状構造を有する酸化物超伝導薄膜とすることができ
る。
【００３９】本発明の薄膜超伝導体の製造方法によれ
ば、良質のＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系薄膜超伝導体を再現
性よく容易に得ることができる。
ば、良質のＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系薄膜超伝導体を再現
性よく容易に得ることができる。
【図１】本発明の一実施例で用いた装置の主要部を示す
概略概念図。
概略概念図。
【図２】本発明の一実施例の薄膜超伝導体の断面模式
図。
図。
【図３】本発明の一実施例で用いた反射高速電子線回折
（ＲＨＥＥＤ）パターン強度変化図
（ＲＨＥＥＤ）パターン強度変化図
【図４】本発明の一実施例の薄膜超伝導体のＸ線回折
図。
図。
１１ Ｓｒ蒸発源 １２ Ｃａ蒸発源 １３ Ｃｕ蒸発源 １４ 基体 １５ ヒーター １６、１７、１８ シャッター １９ ラジカルビーム発生源用シャッター ２１ Ｓｒ用膜厚モニター ２２ Ｃａ用膜厚モニター ２３ Ｃｕ用膜厚モニター ２４ 膜厚モニター ２５ ラジカルビーム発生源 ２６ 反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）銃 ２７ 反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）スクリーン ２８ ＣＣＤカメラ ２９ ＶＴＲ ３０ コンピュータ ３１ 液体窒素シュラウド ３２ 真空ポンプ ３３ ゲートバルブ ４１ ＳｒあるいはＣａ原子層 ４２ Ｃｕ，Ｏよりなる原子層 ４３ ＳｒあるいはＣａに欠陥のある原子層 ５１、５２、５３ 反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）
強度振動のピーク ６１、６２ 基体のチタン酸ストロンチウムのピーク
強度振動のピーク ６１、６２ 基体のチタン酸ストロンチウムのピーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬恒 謙太郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 薄膜の結晶構造がアルカリ土類元素を含
む金属物質（Ａ）と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）とで少なく
とも構成され、ＡＣｕＯx なる化学式で表わされる薄膜
の一部と、アルカリ土類元素を含む金属物質（Ｂ）と銅
（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）で少なくとも構成され、Ｂ1-y Ｃ
ｕＯz なる化学式で表わされる薄膜の一部とが周期的に
交互に積層した構造である酸化物薄膜で構成された薄膜
酸化物超伝導体。 - 【請求項２】 ＡＣｕＯx なる化学式で表わされる薄膜
がアルカリ土類元素を含む金属物質（Ａ）からなる原子
層と銅（Ｃｕ）の酸化物からなる原子層とが交互に積層
され、無限層状構造である請求項１に記載の薄膜酸化物
超伝導体。 - 【請求項３】 Ｂ1-y ＣｕＯz なる化学式で表わされる
薄膜がアルカリ土類元素を含む金属物質（Ｂ）からなる
原子層と銅（Ｃｕ）の酸化物からなる原子層とが交互に
積層され、無限層状構造である請求項１に記載の薄膜酸
化物超伝導体。 - 【請求項４】 ＡＣｕＯx とＢ1-y ＣｕＯz とが同じ種
類の物質で構成されている請求項１に記載の薄膜酸化物
超伝導体。 - 【請求項５】 ＡＣｕＯx が、ストロンチウム（Ｓ
ｒ），カルシウム（Ｃａ），銅（Ｃｕ），酸素（Ｏ）で
構成され、（Ｓｒ，Ｃａ）ＣｕＯx なる化学式で表わさ
れる物質である請求項１に記載の薄膜酸化物超伝導体。 - 【請求項６】 Ｂ1-y ＣｕＯz が、ストロンチウム（Ｓ
ｒ），カルシウム（Ｃａ），銅（Ｃｕ），酸素（Ｏ）で
構成され、（Ｓｒ，Ｃａ）1-y ＣｕＯz なる化学式で表
わされる物質である請求項１に記載の薄膜酸化物超伝導
体。 - 【請求項７】 薄膜の結晶構造がアルカリ土類元素を含
む金属物質（Ａ）と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）とで少なく
とも構成され、ＡＣｕＯx なる化学式で表わされる薄膜
の一部と、アルカリ土類元素を含む金属物質（Ｂ）と銅
（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）で少なくとも構成され、Ｂ1-y Ｃ
ｕＯz なる化学式で表わされる薄膜の一部とが周期的に
交互に積層した構造の酸化物薄膜を製造する方法であっ
て、積層装置の蒸発源からの原料の蒸発量が膜厚モニタ
ーで検出され、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）強度
振動とシャッターコントロールとを連動させることによ
り、蒸発量を制御することを特徴とする薄膜酸化物超伝
導体の製造方法。 - 【請求項８】 薄膜の結晶構造がアルカリ土類元素を含
む金属物質（Ａ）と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）とで少なく
とも構成され、ＡＣｕＯx なる化学式で表わされる薄膜
の一部と、アルカリ土類元素を含む金属物質（Ｂ）と銅
（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）で少なくとも構成され、Ｂ1-y Ｃ
ｕＯz なる化学式で表わされる薄膜の一部とが周期的に
交互に積層した構造の酸化物薄膜を製造する方法であっ
て、薄膜形成工程が、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ
法）により、酸化性ガスを含む雰囲気中で形成すること
を特徴とする薄膜酸化物超伝導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4302128A JPH06144832A (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 薄膜酸化物超伝導体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4302128A JPH06144832A (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 薄膜酸化物超伝導体およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06144832A true JPH06144832A (ja) | 1994-05-24 |
Family
ID=17905261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4302128A Pending JPH06144832A (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 薄膜酸化物超伝導体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06144832A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111351811A (zh) * | 2018-12-24 | 2020-06-30 | 清华大学 | 一种晶体电子衍射数据采集方法及装置 |
-
1992
- 1992-11-12 JP JP4302128A patent/JPH06144832A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111351811A (zh) * | 2018-12-24 | 2020-06-30 | 清华大学 | 一种晶体电子衍射数据采集方法及装置 |
| CN111351811B (zh) * | 2018-12-24 | 2021-04-13 | 清华大学 | 一种晶体电子衍射数据采集方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4892862A (en) | Process for producing superconducting material | |
| US5439876A (en) | Method of making artificial layered high Tc superconductors | |
| US5212148A (en) | Method for manufacturing oxide superconducting films by laser evaporation | |
| JPH02106822A (ja) | 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 | |
| US4874741A (en) | Non-enhanced laser evaporation of oxide superconductors | |
| JP3188358B2 (ja) | 酸化物超電導体薄膜の製造方法 | |
| EP0410868A2 (en) | Superconducting thin film of compound oxide and process for preparing the same | |
| JP3144104B2 (ja) | 高品質な酸化物超電導薄膜の作製方法 | |
| JPH06144832A (ja) | 薄膜酸化物超伝導体およびその製造方法 | |
| JPH0297427A (ja) | 酸化物超伝導薄膜の製造方法 | |
| JP3037514B2 (ja) | 薄膜超伝導体及びその製造方法 | |
| US5629267A (en) | Superconducting element having an intermediate layer with multiple fluorite blocks | |
| JPH06151981A (ja) | 薄膜酸化物超伝導体 | |
| JPH0825742B2 (ja) | 超電導材料の作製方法 | |
| EP0504804A1 (en) | Bi system copper oxide superconducting thin film and method of forming the same | |
| JPH05194095A (ja) | 薄膜電気伝導体の製造方法 | |
| JP2577061B2 (ja) | 複合酸化物超電導体薄膜の製造方法 | |
| EP0624910A1 (en) | Superconductor and method of fabricating superconductor | |
| JP3478543B2 (ja) | 酸化物超伝導薄膜およびその製造方法 | |
| JP2741277B2 (ja) | 薄膜超電導体およびその製造方法 | |
| JPH0733591A (ja) | 薄膜酸化物超伝導体及びその製造方法 | |
| JP3018168B2 (ja) | 酸化物薄膜の結晶成長方法 | |
| JPH06338638A (ja) | 薄膜酸化物超伝導体及びその製造方法 | |
| JPH05319820A (ja) | 薄膜酸化物電気伝導体の製造方法 | |
| JPH05319822A (ja) | 薄膜酸化物電気伝導体の製造方法および製造装置 |