JPH0687696A - 超電導薄膜の製造方法 - Google Patents
超電導薄膜の製造方法Info
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- JPH0687696A JPH0687696A JP4232515A JP23251592A JPH0687696A JP H0687696 A JPH0687696 A JP H0687696A JP 4232515 A JP4232515 A JP 4232515A JP 23251592 A JP23251592 A JP 23251592A JP H0687696 A JPH0687696 A JP H0687696A
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- Japan
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- thin film
- superconducting thin
- substrate
- oxide superconductor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】成膜中の冷却過程で引っ張り熱応力に起因して
発生する超電導薄膜の亀裂をなくす。 【構成】（００１）軸以外の結晶配向性を持つ酸化物超
電導体と、この酸化物超電導体より熱膨張係数が大きい
基板を用いて、この基板上に酸化物超電導体の薄膜を形
成することにより、その成膜中の高温から室温に冷却す
る過程で、基板の方が超電導薄膜より大きく収縮するの
で、超電導薄膜には圧縮応力が作用し、超電導薄膜内に
亀裂が生ずるのを防ぐことができる。
発生する超電導薄膜の亀裂をなくす。 【構成】（００１）軸以外の結晶配向性を持つ酸化物超
電導体と、この酸化物超電導体より熱膨張係数が大きい
基板を用いて、この基板上に酸化物超電導体の薄膜を形
成することにより、その成膜中の高温から室温に冷却す
る過程で、基板の方が超電導薄膜より大きく収縮するの
で、超電導薄膜には圧縮応力が作用し、超電導薄膜内に
亀裂が生ずるのを防ぐことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超電導薄膜の製
造方法に関するる。
造方法に関するる。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超電導体をジョセフソン素子など
の電子素子に利用するためには、この超電導体を薄膜化
する必要がある。とくに積層形のジョセフソン接合を作
製するとき、コヒーレンス長の短い（００１）軸以外の
結晶配向性を持つ超電導薄膜としなければならない。酸
化物超電導体の薄膜を形成するには、通常、スパッタ
法，電子ビーム蒸着法またはレーザーアブレーション法
などの物理蒸着やＭＯＣＶＤなどの化学蒸着法を用い
て、基板上に堆積する方法が行なわれている。これらの
成膜法において、超電導薄膜をエピタキシャル成長させ
るために、基板を数１００℃以上の高温に加熱するの
で、高温成膜後に室温まで冷却する過程で、基板と超電
導薄膜の熱膨張係数が異なると、超電導薄膜内にストレ
スが発生し、これが原因で亀裂が生ずる。とくに、超電
導薄膜の結晶配向性が（００１）以外の場合は、熱膨張
係数が酸化物超電導体より小さいＭｇＯやＳｒＴｉＯ3
のような材料の基板を用いると、冷却過程で超電導薄膜
に引っ張り応力が発生し、微小な亀裂が入ってしまう。
詳細な調査によると、この亀裂は亀裂の入りやすい（０
０１）面内で発生していることが判明した。この亀裂の
様子を図２の酸化物超電導素子の模式斜視図に示す。図
２は、例えば従来多用されており、熱膨張係数が９．４
×１０-6／℃を有するＳｒＴｉＯ3 （１１０）の基板１
上に、ｃ軸方向の熱膨張係数が１８．４６×１０-6／℃
の酸化物超電導薄膜２を形成すると、基板１の方が超電
導薄膜２より熱膨張係数が小さいために、超電導薄膜２
に亀裂３が発生することを示すものである。
の電子素子に利用するためには、この超電導体を薄膜化
する必要がある。とくに積層形のジョセフソン接合を作
製するとき、コヒーレンス長の短い（００１）軸以外の
結晶配向性を持つ超電導薄膜としなければならない。酸
化物超電導体の薄膜を形成するには、通常、スパッタ
法，電子ビーム蒸着法またはレーザーアブレーション法
などの物理蒸着やＭＯＣＶＤなどの化学蒸着法を用い
て、基板上に堆積する方法が行なわれている。これらの
成膜法において、超電導薄膜をエピタキシャル成長させ
るために、基板を数１００℃以上の高温に加熱するの
で、高温成膜後に室温まで冷却する過程で、基板と超電
導薄膜の熱膨張係数が異なると、超電導薄膜内にストレ
スが発生し、これが原因で亀裂が生ずる。とくに、超電
導薄膜の結晶配向性が（００１）以外の場合は、熱膨張
係数が酸化物超電導体より小さいＭｇＯやＳｒＴｉＯ3
のような材料の基板を用いると、冷却過程で超電導薄膜
に引っ張り応力が発生し、微小な亀裂が入ってしまう。
詳細な調査によると、この亀裂は亀裂の入りやすい（０
０１）面内で発生していることが判明した。この亀裂の
様子を図２の酸化物超電導素子の模式斜視図に示す。図
２は、例えば従来多用されており、熱膨張係数が９．４
×１０-6／℃を有するＳｒＴｉＯ3 （１１０）の基板１
上に、ｃ軸方向の熱膨張係数が１８．４６×１０-6／℃
の酸化物超電導薄膜２を形成すると、基板１の方が超電
導薄膜２より熱膨張係数が小さいために、超電導薄膜２
に亀裂３が発生することを示すものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】問題は、図２に示すよ
うな亀裂３は、超電導薄膜２を電子素子として利用する
ためには不都合であり、したがって、成膜過程で亀裂３
の入らない超電導薄膜２を形成しなければならないこと
である。本発明の目的は、成膜中の冷却過程で、引っ張
り熱応力に起因する亀裂が発生することのない超電導薄
膜を製造する方法を提供することにある。
うな亀裂３は、超電導薄膜２を電子素子として利用する
ためには不都合であり、したがって、成膜過程で亀裂３
の入らない超電導薄膜２を形成しなければならないこと
である。本発明の目的は、成膜中の冷却過程で、引っ張
り熱応力に起因する亀裂が発生することのない超電導薄
膜を製造する方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の方法は、酸化物超電導体として（００
１）軸以外の結晶配向性を持つＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-X
（ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｎのうちのいずれか一つの元素，ｘ
は酸素欠損量）を用い、これら酸化物超電導体より熱膨
張係数が大きく、熱膨張係数が１８．５×１０-6／℃以
上のＬａＳｒＧａＯ4 ，ＶＯ2 ，ＧａＣＯ 3 などの基板
を用いて、この基板上に酸化物超電導体の薄膜を形成す
るものである。
めに、本発明の方法は、酸化物超電導体として（００
１）軸以外の結晶配向性を持つＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-X
（ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｎのうちのいずれか一つの元素，ｘ
は酸素欠損量）を用い、これら酸化物超電導体より熱膨
張係数が大きく、熱膨張係数が１８．５×１０-6／℃以
上のＬａＳｒＧａＯ4 ，ＶＯ2 ，ＧａＣＯ 3 などの基板
を用いて、この基板上に酸化物超電導体の薄膜を形成す
るものである。
【０００５】
【作用】以上のようにして基板上に超電導薄膜を形成す
ることにより、その成膜中の数１００℃以上から室温に
冷却する過程で、基板が超電導薄膜より多く収縮するの
で、超電導薄膜には圧縮応力が作用し、超電導薄膜内に
亀裂が生ずるのを防ぐことができる。
ることにより、その成膜中の数１００℃以上から室温に
冷却する過程で、基板が超電導薄膜より多く収縮するの
で、超電導薄膜には圧縮応力が作用し、超電導薄膜内に
亀裂が生ずるのを防ぐことができる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。本
発明は、酸化物超電導体より熱膨張係数の大きい基板を
用いることにあり、得られた酸化物超電導素子の模式斜
視図を図１に示す。図１の素子は、図２に示したような
亀裂３の発生は認められない。
発明は、酸化物超電導体より熱膨張係数の大きい基板を
用いることにあり、得られた酸化物超電導素子の模式斜
視図を図１に示す。図１の素子は、図２に示したような
亀裂３の発生は認められない。
【０００７】このような素子を得るために、本発明で
は、酸化物超電導体にＹＢａ2 Ｃｕ3Ｏ7-X （ｘは酸素
欠損量）［以下ＹＢＣＯと略称する］を用い、基板１と
してＬａＳｒＧａＯ4 （１１０）を用いる。ＹＢＣＯの
ｃ軸方向の線膨張係数は１８．４６×１０-6／℃であ
り、ＬａＳｒＧａＯ4 の（００１）方向の線膨張係数は
１８．９×１０-6／℃である。成膜法は、ＲＦマグネト
ロンスパッタ法を用い、基板温度６５０℃で３００ｎｍ
の膜厚にＹＢＣＯ薄膜２ａを形成した。成膜後、室温に
冷却して得られたＹＢＣＯ薄膜２ａは（１１０）配向と
なり、図１に示すように、亀裂が発生することはない。
は、酸化物超電導体にＹＢａ2 Ｃｕ3Ｏ7-X （ｘは酸素
欠損量）［以下ＹＢＣＯと略称する］を用い、基板１と
してＬａＳｒＧａＯ4 （１１０）を用いる。ＹＢＣＯの
ｃ軸方向の線膨張係数は１８．４６×１０-6／℃であ
り、ＬａＳｒＧａＯ4 の（００１）方向の線膨張係数は
１８．９×１０-6／℃である。成膜法は、ＲＦマグネト
ロンスパッタ法を用い、基板温度６５０℃で３００ｎｍ
の膜厚にＹＢＣＯ薄膜２ａを形成した。成膜後、室温に
冷却して得られたＹＢＣＯ薄膜２ａは（１１０）配向と
なり、図１に示すように、亀裂が発生することはない。
【０００８】次に、酸化物超電導体にＹＢＣＯを用い、
基板１にＶＯ2 （１１０）を用いた。ＶＯ2 の（００
１）方向の線膨張係数は２１．４×１０-6／℃である。
成膜法と膜厚は上記の場合と同様にし、成膜後室温に冷
却して得られたＹＢＣＯ薄膜２ａは（０１３）配向をし
ており、このときも、図１に示したのと同じく、亀裂の
発生は全くなかった。
基板１にＶＯ2 （１１０）を用いた。ＶＯ2 の（００
１）方向の線膨張係数は２１．４×１０-6／℃である。
成膜法と膜厚は上記の場合と同様にし、成膜後室温に冷
却して得られたＹＢＣＯ薄膜２ａは（０１３）配向をし
ており、このときも、図１に示したのと同じく、亀裂の
発生は全くなかった。
【０００９】さらに、酸化物超電導体にＹＢＣＯを用
い、基板１にＧａＣＯ3 （１１０）を用いてＹＢＣＯ薄
膜２ａを作製した。ＧａＣＯ3 の（００１）方向の線膨
張係数は２６．３×１０-6／℃である。上記二つの場合
と同様の成膜法と膜厚により、成膜後室温に冷却して得
られたＹＢＣＯ薄膜２ａは（０１３）配向をしており、
この場合も前記二例と同じく亀裂の発生は認められなか
った。
い、基板１にＧａＣＯ3 （１１０）を用いてＹＢＣＯ薄
膜２ａを作製した。ＧａＣＯ3 の（００１）方向の線膨
張係数は２６．３×１０-6／℃である。上記二つの場合
と同様の成膜法と膜厚により、成膜後室温に冷却して得
られたＹＢＣＯ薄膜２ａは（０１３）配向をしており、
この場合も前記二例と同じく亀裂の発生は認められなか
った。
【００１０】以上３種類の異なる基板１を用いた場合に
ついて述べたが、これらの例から、基板の熱膨張係数は
少なくとも１８．５×１０-6／℃であればよく、また、
酸化物超電導体は上記の他に、ＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-X
（ＬｎはＬａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，
Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｎのうちのいずれか一つの元素，ｘは酸
素欠損量）を用いても、同様の効果を得ることができ
る。
ついて述べたが、これらの例から、基板の熱膨張係数は
少なくとも１８．５×１０-6／℃であればよく、また、
酸化物超電導体は上記の他に、ＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-X
（ＬｎはＬａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，
Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｎのうちのいずれか一つの元素，ｘは酸
素欠損量）を用いても、同様の効果を得ることができ
る。
【００１１】以上のように、本発明では（００１）軸以
外の結晶配向性を持つ（ｃ軸に傾きを持つ）酸化物超電
導体と、この酸化物超電導体より熱膨張係数の大きい基
板を用いることにより、成膜中の高温から室温に冷却す
る過程で、基板の方が超電導薄膜より収縮が大きく、超
電導薄膜に圧縮応力が働くので、亀裂が発生するのを防
ぐことができる。
外の結晶配向性を持つ（ｃ軸に傾きを持つ）酸化物超電
導体と、この酸化物超電導体より熱膨張係数の大きい基
板を用いることにより、成膜中の高温から室温に冷却す
る過程で、基板の方が超電導薄膜より収縮が大きく、超
電導薄膜に圧縮応力が働くので、亀裂が発生するのを防
ぐことができる。
【００１２】
【発明の効果】本発明の方法によれば、（００１）軸以
外の結晶配向性を持つ酸化物超電導体と、この酸化物超
電導体より熱膨張係数の大きい基板を使用して、この基
板上に超電導薄膜を形成したために、その成膜工程にお
ける数１００℃以上の高温から室温に冷却する過程で、
基板が超電導薄膜より多く収縮し、超電導薄膜には圧縮
応力が作用するので、超電導薄膜内に亀裂の発生が起き
ることがなくなり、その結果、亀裂のない超電導薄膜に
リソグラフィなどを用いて微細加工を施すことにより、
良好な特性を持つジョセフソン素子を作製することが可
能となる。
外の結晶配向性を持つ酸化物超電導体と、この酸化物超
電導体より熱膨張係数の大きい基板を使用して、この基
板上に超電導薄膜を形成したために、その成膜工程にお
ける数１００℃以上の高温から室温に冷却する過程で、
基板が超電導薄膜より多く収縮し、超電導薄膜には圧縮
応力が作用するので、超電導薄膜内に亀裂の発生が起き
ることがなくなり、その結果、亀裂のない超電導薄膜に
リソグラフィなどを用いて微細加工を施すことにより、
良好な特性を持つジョセフソン素子を作製することが可
能となる。
【図１】本発明により得られる酸化物超電導素子の模式
斜視図
斜視図
【図２】酸化物超電導素子に生じた亀裂の様子を示す模
式斜視図
式斜視図
１ 基板 ２ 超電導薄膜 ２ａ ＹＢＣＯ薄膜 ３ 亀裂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 浩 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 石井 孝志 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 津田 孝一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】酸化物超電導体に（００１）軸以外の結晶
配向性を持つＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-X （ＬｎはＹ，Ｌ
ａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｌｎのうちのいずれか一つの元素，ｘは酸素欠損
量）を用い、これら酸化物超電導体より熱膨張係数の大
きい材料の基板を用いて、この基板上に前記酸化物超電
導体の薄膜を形成することを特徴とする超電導薄膜の製
造方法。 - 【請求項２】請求項１記載の方法において、基板の熱膨
張係数は１８．５×１０-6／℃以上であることを特徴と
する超電導薄膜の製造方法。 - 【請求項３】請求項１または２記載の方法において、基
板はＬａＳｒＧａＯ 4 ，ＶＯ2 ，ＧａＣＯ3 のうちのい
ずれかを用いることを特徴とする超電導薄膜の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4232515A JPH0687696A (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 超電導薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4232515A JPH0687696A (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 超電導薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0687696A true JPH0687696A (ja) | 1994-03-29 |
Family
ID=16940542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4232515A Pending JPH0687696A (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 超電導薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0687696A (ja) |
-
1992
- 1992-09-01 JP JP4232515A patent/JPH0687696A/ja active Pending
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