JPH075437B2 - 酸化物超伝導薄膜の製造方法 - Google Patents
酸化物超伝導薄膜の製造方法Info
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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
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、酸化物超伝導薄膜の製造方法に関し、さらに
詳細には、エキシマレーザ・アブレーションによる酸化
物超伝導薄膜の製造方法に関するものである。
詳細には、エキシマレーザ・アブレーションによる酸化
物超伝導薄膜の製造方法に関するものである。
（従来の技術） 従来、酸化物超伝導薄膜としては、例えば含ビスマス酸
化物超伝導薄膜があり、この含ビスマス酸化物超伝導薄
膜は、その結晶構造を制御することにより、超伝導の臨
界温度が調整できることが知られている。
化物超伝導薄膜があり、この含ビスマス酸化物超伝導薄
膜は、その結晶構造を制御することにより、超伝導の臨
界温度が調整できることが知られている。
また、この含ビスマス酸化物超伝導薄膜の結晶構造を制
御する方法としては、異なる組成から成る複数のターゲ
ットを用いた、スパッタリング法、エキシマレーザ・ア
ブレーション法、イオンビーム・スパッタリング法等に
よる積層成膜法が知られている。
御する方法としては、異なる組成から成る複数のターゲ
ットを用いた、スパッタリング法、エキシマレーザ・ア
ブレーション法、イオンビーム・スパッタリング法等に
よる積層成膜法が知られている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の複数ターゲットを用いた製造
方法には次に挙げる欠点がある。すなわち、各ターゲッ
トから基板に到達する元素の割合を目的の組成となるよ
うに調整し制御するシステムが複雑であり、また、成膜
速度を上げると、各ターゲットの組成に強く依存した異
なった膜が、次々に積層したものとなり、構造制御がで
きなくなるという欠点がある。
方法には次に挙げる欠点がある。すなわち、各ターゲッ
トから基板に到達する元素の割合を目的の組成となるよ
うに調整し制御するシステムが複雑であり、また、成膜
速度を上げると、各ターゲットの組成に強く依存した異
なった膜が、次々に積層したものとなり、構造制御がで
きなくなるという欠点がある。
ところで、単一ターゲットによる製造方法も研究が進め
られているが、従来の単一ターゲットによる製造方法で
は、ビスマス系酸化物超伝導体で最高の臨界温度を持つ
Bi2Sr2Ca2Cu3Ox（ｃ軸方向の最大面間隔18Å）で表され
る構造の酸化物超伝導薄膜を形成することは困難であ
り、また、形成された薄膜も、15時間程度の長時間熱処
理によって、薄膜表面が荒れるといった問題がある。
られているが、従来の単一ターゲットによる製造方法で
は、ビスマス系酸化物超伝導体で最高の臨界温度を持つ
Bi2Sr2Ca2Cu3Ox（ｃ軸方向の最大面間隔18Å）で表され
る構造の酸化物超伝導薄膜を形成することは困難であ
り、また、形成された薄膜も、15時間程度の長時間熱処
理によって、薄膜表面が荒れるといった問題がある。
そこで、本発明は、上記従来の複数ターゲットによる製
造方法を改良し、複雑な制御を行わずに、単一ターゲッ
トで含ビスマス酸化物超伝導薄膜の結晶構造を制御する
ことのできる酸化物超伝導薄膜の製造方法を提供するこ
とを目的とするものである。
造方法を改良し、複雑な制御を行わずに、単一ターゲッ
トで含ビスマス酸化物超伝導薄膜の結晶構造を制御する
ことのできる酸化物超伝導薄膜の製造方法を提供するこ
とを目的とするものである。
（課題を解決するための手段） 上記従来技術の問題点を解決するために、本発明は、基
板温度を600℃から800℃に加熱し、エキシマレーザをタ
ーゲットに照射し、10mTorr以上の雰囲気酸素の圧力下
で基板に薄膜を堆積させるエキシマレーザ・アブレーシ
ョン法による酸化物超伝導薄膜の製造方法であって、前
記ターゲットに、ビスマス（Bi）、ストロンチウム（S
r）、カルシウム（Ca）、銅（Cu）、酸素（Ｏ）を構成
元素とする酸化物ターゲットを使用し、該酸化物ターゲ
ットはBikSr2CanCumOx（ここで、ｋ≧２、且つｍ≦ｎ＋
１とする）で表される組成であり、前記酸化物ターゲッ
トの前記カルシウムの組成比ｎ及び銅の組成比ｍをかえ
て前記酸化物超伝導薄膜の結晶軸のｃ軸方向の面間隔を
制御することを特徴とする。
板温度を600℃から800℃に加熱し、エキシマレーザをタ
ーゲットに照射し、10mTorr以上の雰囲気酸素の圧力下
で基板に薄膜を堆積させるエキシマレーザ・アブレーシ
ョン法による酸化物超伝導薄膜の製造方法であって、前
記ターゲットに、ビスマス（Bi）、ストロンチウム（S
r）、カルシウム（Ca）、銅（Cu）、酸素（Ｏ）を構成
元素とする酸化物ターゲットを使用し、該酸化物ターゲ
ットはBikSr2CanCumOx（ここで、ｋ≧２、且つｍ≦ｎ＋
１とする）で表される組成であり、前記酸化物ターゲッ
トの前記カルシウムの組成比ｎ及び銅の組成比ｍをかえ
て前記酸化物超伝導薄膜の結晶軸のｃ軸方向の面間隔を
制御することを特徴とする。
更に、他の組成で表される酸化物ターゲットは使用せず
に酸化物超伝導薄膜が製造でき、また、望ましくは、前
記酸化物超伝導薄膜を、1/10気圧から１気圧の酸素分圧
雰囲気で840℃から900℃に加熱して熱処理を行うもので
ある。
に酸化物超伝導薄膜が製造でき、また、望ましくは、前
記酸化物超伝導薄膜を、1/10気圧から１気圧の酸素分圧
雰囲気で840℃から900℃に加熱して熱処理を行うもので
ある。
（作用） エキシマレーザ・アブレーション法によると、エキシマ
レーザをターゲットに照射し、基板に薄膜を堆積させる
ので、成膜条件として、基板温度が600℃から800℃、雰
囲気酸素圧力が10mTorr以上の条件下で、前記ターゲッ
トに、ビスマス（Bi）、ストロンチウム（Sr）、カルシ
ウム（Ca）、銅（Cu）、酸素（Ｏ）を構成元素とする酸
化物ターゲットであって、その組成がBikSr2CanCumOx
（ここで、ｋ≧２、且つｍ≦ｎ＋１とする）で表される
ものを用い、前記酸化物ターゲットの前記カルシウムの
組成比ｎ及び銅の組成比ｍをかえれば、前記酸化物超伝
導薄膜の結晶軸のｃ軸方向の面間隔を制御でき、これに
より、臨界温度を制御できる。
レーザをターゲットに照射し、基板に薄膜を堆積させる
ので、成膜条件として、基板温度が600℃から800℃、雰
囲気酸素圧力が10mTorr以上の条件下で、前記ターゲッ
トに、ビスマス（Bi）、ストロンチウム（Sr）、カルシ
ウム（Ca）、銅（Cu）、酸素（Ｏ）を構成元素とする酸
化物ターゲットであって、その組成がBikSr2CanCumOx
（ここで、ｋ≧２、且つｍ≦ｎ＋１とする）で表される
ものを用い、前記酸化物ターゲットの前記カルシウムの
組成比ｎ及び銅の組成比ｍをかえれば、前記酸化物超伝
導薄膜の結晶軸のｃ軸方向の面間隔を制御でき、これに
より、臨界温度を制御できる。
その際、他の組成の酸化物ターゲットを使用せずに酸化
物超伝導薄膜を製造できるので、成膜速度を向上させる
ことができ、また、前記酸化物超伝導薄膜を、1/10気圧
から１気圧の酸素分圧雰囲気で840℃から900℃に加熱し
て熱処理することで、再現性を向上させることができ
る。
物超伝導薄膜を製造できるので、成膜速度を向上させる
ことができ、また、前記酸化物超伝導薄膜を、1/10気圧
から１気圧の酸素分圧雰囲気で840℃から900℃に加熱し
て熱処理することで、再現性を向上させることができ
る。
（実施例） 以下、添付図面を参照しつつ、本発明の酸化物超伝導薄
膜の製造方法について説明する。
膜の製造方法について説明する。
酸化物超伝導薄膜の製造にあたって、まず、ターゲット
を製造した。このターゲットの製造は、まず、出発原料
である酸化ビスマス、炭酸ストロンチウム、炭酸カルシ
ウム、酸化第２銅を、第１図に示した組成比で各混合
後、固相反応法で仮焼粉砕し、その後焼成して行った。
この焼成は、大気中において、800℃で２時間行った。
上記原料組成物は、BikSr2CanCumOx（ここで、ｋ≧２、
ｍ≦ｎ＋１）で表される組成でなければ、製造される酸
化物超伝導薄膜において、単層は得られなかった。
を製造した。このターゲットの製造は、まず、出発原料
である酸化ビスマス、炭酸ストロンチウム、炭酸カルシ
ウム、酸化第２銅を、第１図に示した組成比で各混合
後、固相反応法で仮焼粉砕し、その後焼成して行った。
この焼成は、大気中において、800℃で２時間行った。
上記原料組成物は、BikSr2CanCumOx（ここで、ｋ≧２、
ｍ≦ｎ＋１）で表される組成でなければ、製造される酸
化物超伝導薄膜において、単層は得られなかった。
上記のようにして得られたターゲットを用いて、エキシ
マレーザ・アブレーション法により酸化物超伝導薄膜の
成膜を行った。具体的には、KrF（波長248nm、パルス幅
24nsec）レーザを使用して、照射エネルギ密度2J/cm2、
パルス周波数5Hz、基板温度700℃、酸素10mTorrの雰囲
気で、酸化マグネシウム（100）基板面上に成膜した。
なお、ターゲット・基板間の間隔は、40mmに設定した。
このときの成膜速度は130Å／分であったが、この値は
更に高くすることも可能である。
マレーザ・アブレーション法により酸化物超伝導薄膜の
成膜を行った。具体的には、KrF（波長248nm、パルス幅
24nsec）レーザを使用して、照射エネルギ密度2J/cm2、
パルス周波数5Hz、基板温度700℃、酸素10mTorrの雰囲
気で、酸化マグネシウム（100）基板面上に成膜した。
なお、ターゲット・基板間の間隔は、40mmに設定した。
このときの成膜速度は130Å／分であったが、この値は
更に高くすることも可能である。
以上により成膜された酸化薄膜のＸ線解析を行ったとこ
ろ、第２図に示したようなＸ線回折パターンが得られ
た。このＸ線回折パターンから、すべての膜の結晶のｃ
軸が、膜面に対して直角に配向されていることが分か
る。このｃ軸の配向は臨界電流密度の向上に寄与する。
以上の結果から求めたｃ軸方向の最大面間隔とターゲッ
ト組成の関係を第３図に示した。これにより、単一ター
ゲットでもターゲット組成を調整することで、含ビスマ
ス酸化物超伝導薄膜の結晶構造を制御できることが明ら
かである。
ろ、第２図に示したようなＸ線回折パターンが得られ
た。このＸ線回折パターンから、すべての膜の結晶のｃ
軸が、膜面に対して直角に配向されていることが分か
る。このｃ軸の配向は臨界電流密度の向上に寄与する。
以上の結果から求めたｃ軸方向の最大面間隔とターゲッ
ト組成の関係を第３図に示した。これにより、単一ター
ゲットでもターゲット組成を調整することで、含ビスマ
ス酸化物超伝導薄膜の結晶構造を制御できることが明ら
かである。
具体的には、Bi3Sr2Ca2Cu3Oxターゲットを使用したとき
は、ｃ軸方向の最大面間隔15Åの結晶構造が得られた。
この薄膜を、酸素１気圧中、900℃で、20分間、この
後、865℃で５時間熱処理したところ、臨界温度80゜Ｋ
であった。また、Bi3Sr2Ca4Cu5Oxターゲットを使用した
ときは、ｃ軸方向の最大面間隔15Åの結晶構造が得られ
た。この薄膜を、上記と同じ条件で熱処理したところ、
臨界温度90゜Ｋであった。
は、ｃ軸方向の最大面間隔15Åの結晶構造が得られた。
この薄膜を、酸素１気圧中、900℃で、20分間、この
後、865℃で５時間熱処理したところ、臨界温度80゜Ｋ
であった。また、Bi3Sr2Ca4Cu5Oxターゲットを使用した
ときは、ｃ軸方向の最大面間隔15Åの結晶構造が得られ
た。この薄膜を、上記と同じ条件で熱処理したところ、
臨界温度90゜Ｋであった。
特に、Bi3Sr2Ca3Cu4Oxターゲットを使用したとき、ｃ軸
方向の最大面間隔18Åの結晶構造が得られた。これは、
含ビスマス酸化物超伝導体の中で、最も臨界温度が高
く、応用上重要である。この薄膜を、上記と同じ条件で
熱処理したところ、臨界温度100゜Ｋが得られた。
方向の最大面間隔18Åの結晶構造が得られた。これは、
含ビスマス酸化物超伝導体の中で、最も臨界温度が高
く、応用上重要である。この薄膜を、上記と同じ条件で
熱処理したところ、臨界温度100゜Ｋが得られた。
このように、本方法によれば、さまざまな構造のビスマ
ス酸化物超伝導薄膜が、容易かつ再現性良く形成でき、
その結果、超伝導特性の制御が可能となる。
ス酸化物超伝導薄膜が、容易かつ再現性良く形成でき、
その結果、超伝導特性の制御が可能となる。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明の酸化物超伝導薄膜の製造
方法によれば、複雑な制御を必要としない、単一ターゲ
ットにより、含ビスマス酸化物超伝導薄膜の結晶構造を
制御することが可能であり、加えて、高速な成膜が実現
できるため、大量生産にも適している。
方法によれば、複雑な制御を必要としない、単一ターゲ
ットにより、含ビスマス酸化物超伝導薄膜の結晶構造を
制御することが可能であり、加えて、高速な成膜が実現
できるため、大量生産にも適している。
第１図は、本発明の実施例によるターゲットの出発原料
の組成比を示す図、 第２図は、製造された薄膜のＸ線解析の結果を示すＸ線
回折図、 第３図は、製造された薄膜のｃ軸方向の最大面間隔とタ
ーゲット組成の関係を示す図である。
の組成比を示す図、 第２図は、製造された薄膜のＸ線解析の結果を示すＸ線
回折図、 第３図は、製造された薄膜のｃ軸方向の最大面間隔とタ
ーゲット組成の関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−179474（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−81280（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−264819（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】基板温度を600℃から800℃に加熱し、エキ
シマレーザをターゲットに照射し、10mTorr以上の雰囲
気酸素の圧力下で基板に薄膜を堆積させるエキシマレー
ザ・アブレーション法による酸化物超伝導薄膜の製造方
法であって、 前記ターゲットに、ビスマス（Bi）、ストロンチウム
（Sr）、カルシウム（Ca）、銅（Cu）、酸素（Ｏ）を構
成元素とする酸化物ターゲットを使用し、該酸化物ター
ゲットは、BikSr2CanCumOx（ここで、ｋ≧２、且つｍ≦
ｎ＋１とする）で表される組成であり、 前記酸化物ターゲットの前記カルシウムの組成比ｎ及び
銅の組成比ｍをかえて前記酸化物超伝導薄膜の結晶軸の
ｃ軸方向の面間隔を制御することを特徴とする酸化物超
伝導薄膜の製造方法。 - 【請求項２】他の組成で表される酸化物ターゲットは使
用しないことを特徴とする請求項１記載の酸化物超伝導
薄膜の製造方法。 - 【請求項３】前記酸化物超伝導薄膜を、1/10気圧から１
気圧の酸素分圧雰囲気で840℃から900℃に加熱して熱処
理することを特徴とする請求項１又は請求項２いずれか
１項記載の酸化物超伝導薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1252268A JPH075437B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 酸化物超伝導薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1252268A JPH075437B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 酸化物超伝導薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03115198A JPH03115198A (ja) | 1991-05-16 |
| JPH075437B2 true JPH075437B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=17234879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1252268A Expired - Lifetime JPH075437B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 酸化物超伝導薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH075437B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4626134B2 (ja) * | 2003-09-17 | 2011-02-02 | 住友電気工業株式会社 | 超電導体およびその製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2650910B2 (ja) * | 1987-04-22 | 1997-09-10 | 株式会社日立製作所 | 酸化物超伝導体薄膜の形成方法 |
| JPS6481280A (en) * | 1987-09-22 | 1989-03-27 | Nec Corp | Manufacture of superconductor thin film |
| JP2810930B2 (ja) * | 1988-01-06 | 1998-10-15 | 株式会社 半導体エネルギー研究所 | レーザ光を用いた成膜方法 |
-
1989
- 1989-09-29 JP JP1252268A patent/JPH075437B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03115198A (ja) | 1991-05-16 |
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