JPH0761869B2 - 高温超伝導薄膜の製造方法 - Google Patents
高温超伝導薄膜の製造方法Info
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- JPH0761869B2 JPH0761869B2 JP63249623A JP24962388A JPH0761869B2 JP H0761869 B2 JPH0761869 B2 JP H0761869B2 JP 63249623 A JP63249623 A JP 63249623A JP 24962388 A JP24962388 A JP 24962388A JP H0761869 B2 JPH0761869 B2 JP H0761869B2
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- thin film
- substrate
- high temperature
- annealing
- superconducting thin
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- 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
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- 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Tl（タリウム）系超伝導薄膜の製造方法の改善
に関するものである。
に関するものである。
＜従来の技術＞ Tl,Ba,Ca,Cu,Oxから構成されるTl系化合物は現在確認さ
れている安定した酸化物超伝導体の中では超伝導臨界温
度が絶対温度125Kと最も高いことが知られている。
れている安定した酸化物超伝導体の中では超伝導臨界温
度が絶対温度125Kと最も高いことが知られている。
従来は上記化合物をターゲット材として用い，スパッタ
によりMgOの基板上に薄膜を形成し，その基板を高温熱
処理（以下，アニールという）することにより超伝導性
を得ている。
によりMgOの基板上に薄膜を形成し，その基板を高温熱
処理（以下，アニールという）することにより超伝導性
を得ている。
しかしながら,Tlは非常に毒性が高く,Tlを含むターゲッ
ト材をスパッタにより着膜した場合，スパッタ装置内
（真空室や排気系等）が汚染され，作業上危険を伴うと
いう問題があった。また，スパッタしたままの状態では
結晶構造が乱れているので超伝導性を有していない。結
晶構造を整えるためにはアニールをする必要があるが，
アニールするために基板を900℃程度に加熱するとTlが
蒸発してしまい，十分な超伝導性を得るのは難しいとい
う問題があった。
ト材をスパッタにより着膜した場合，スパッタ装置内
（真空室や排気系等）が汚染され，作業上危険を伴うと
いう問題があった。また，スパッタしたままの状態では
結晶構造が乱れているので超伝導性を有していない。結
晶構造を整えるためにはアニールをする必要があるが，
アニールするために基板を900℃程度に加熱するとTlが
蒸発してしまい，十分な超伝導性を得るのは難しいとい
う問題があった。
この問題を解決するために本出願人は昭和63年９月26日
に“高温超伝導薄膜の製造方法”を出願した。その内容
は，スパッタによる薄膜形成はTlを含まない化合物で行
い，アニールをTl蒸気中で行うことによりスパッタによ
る装置内部の汚染を防止すると共に十分な超伝導性を有
する様にしたものである。
に“高温超伝導薄膜の製造方法”を出願した。その内容
は，スパッタによる薄膜形成はTlを含まない化合物で行
い，アニールをTl蒸気中で行うことによりスパッタによ
る装置内部の汚染を防止すると共に十分な超伝導性を有
する様にしたものである。
＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら，上記出願においてはスパッタでBa,Ca,C
u,Oの薄膜を形成後はその真空雰囲気から基板を取出す
訳であるが，アニールを行うまでの間は大気に晒される
ことになる。そのため特に湿気の多い日やアニールを行
うまで長期間放置しておくような場合は薄膜の表面が変
色し，この変色した薄膜をアニールしても良好な超伝導
特性を示さないという問題があった。この原因は薄膜中
のBa,Caが空気中のH2OやCO2と反応しているからと考え
られる。
u,Oの薄膜を形成後はその真空雰囲気から基板を取出す
訳であるが，アニールを行うまでの間は大気に晒される
ことになる。そのため特に湿気の多い日やアニールを行
うまで長期間放置しておくような場合は薄膜の表面が変
色し，この変色した薄膜をアニールしても良好な超伝導
特性を示さないという問題があった。この原因は薄膜中
のBa,Caが空気中のH2OやCO2と反応しているからと考え
られる。
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて成されたもの
で，薄膜形成からアニールまでの間の反応を防止する薄
膜を形成し，良好な高温超伝導薄膜を得ることを目的と
する。
で，薄膜形成からアニールまでの間の反応を防止する薄
膜を形成し，良好な高温超伝導薄膜を得ることを目的と
する。
＜課題を解決するための手段＞ 上記課題を解決するための本発明の構成は， １）Ba,Ca,Cu,Oからなる化合物のターゲット材を用いて
単結晶基板上に第１の薄膜を形成する工程と， ２）前記薄膜上にCuからなるターゲット材を用いて第２
の薄膜を形成する工程と， ３）前記２層の薄膜が形成された単結晶基板をTl雰囲気
中で熱処理する工程により，前記薄膜中にTlを拡散させ
たことを特徴とするものである。
単結晶基板上に第１の薄膜を形成する工程と， ２）前記薄膜上にCuからなるターゲット材を用いて第２
の薄膜を形成する工程と， ３）前記２層の薄膜が形成された単結晶基板をTl雰囲気
中で熱処理する工程により，前記薄膜中にTlを拡散させ
たことを特徴とするものである。
＜実施例＞ 本発明の一実施例について説明する。
始めにマグネトロンスパッタ法により第１の薄膜として
のBa2Ca2Cu3Ox化合物を基板へ着膜する。
のBa2Ca2Cu3Ox化合物を基板へ着膜する。
スパッタ条件は下記の通りとした。
容器中のArガス100％ スパッタガス圧力;30mTorr 基板材質；単結晶MgO RF電力;200W 基板加熱;200〜300℃ スパッタ時間;1時間 次にこの薄膜の上に第２の薄膜であるCuをスパッタす
る。なお，この場合スパッタ装置は２種類以上のターゲ
ットが装着可能な装置を用いるものとし,Ba,Ca,Cu,O薄
膜を形成後，この上にCuのターゲットを用いてCu薄膜を
形成する。即ち，基板を装置内から取出すことなく２層
のスパッタを行う。またCuの薄膜は極薄く行い例えば50
0〜1000Åの程度とする。
る。なお，この場合スパッタ装置は２種類以上のターゲ
ットが装着可能な装置を用いるものとし,Ba,Ca,Cu,O薄
膜を形成後，この上にCuのターゲットを用いてCu薄膜を
形成する。即ち，基板を装置内から取出すことなく２層
のスパッタを行う。またCuの薄膜は極薄く行い例えば50
0〜1000Åの程度とする。
次にこの基板を第１図に断面図で示す熱処理装置を用い
てアニールを行う。図において,1は石英管であり,2は石
英管を巻き回して形成された加熱装置である。3a,3bは
アルミナからなるボートであり，第２図の斜視図に示す
ように上下に分割され，重ねた状態で縁部に形成された
溝等により内部との気体の流通が行われるように形成さ
れている（流通溝は図では省略）。４は薄膜が形成され
たMgO基板,5は金属Tlまたは酸化Tlであり，これらはア
ルミナボートの中に配置される。6a,6bは石英管の中に
配置されたアルミナからなるキャップであり，気体の流
通が可能なように形成されている。矢印はO2の流通方向
を示している。
てアニールを行う。図において,1は石英管であり,2は石
英管を巻き回して形成された加熱装置である。3a,3bは
アルミナからなるボートであり，第２図の斜視図に示す
ように上下に分割され，重ねた状態で縁部に形成された
溝等により内部との気体の流通が行われるように形成さ
れている（流通溝は図では省略）。４は薄膜が形成され
たMgO基板,5は金属Tlまたは酸化Tlであり，これらはア
ルミナボートの中に配置される。6a,6bは石英管の中に
配置されたアルミナからなるキャップであり，気体の流
通が可能なように形成されている。矢印はO2の流通方向
を示している。
アニールは第３図に示す条件により行った。即ち,120分
で905℃まで昇温し,10〜20分間保持後,180分で300℃ま
で降温して徐冷する。上記アニールによりアルミナボー
ト中のTlが蒸発し，その蒸発したTlが基板表面に形成さ
れた薄膜中に拡散する。アニールは酸素流量0.1〜0.2ml
/minの雰囲気中で行った。なお，キャップ6a,6bは蒸発
したTlをより長く石英管１内に滞留させてTlの雰囲気を
高めるために寄与する。
で905℃まで昇温し,10〜20分間保持後,180分で300℃ま
で降温して徐冷する。上記アニールによりアルミナボー
ト中のTlが蒸発し，その蒸発したTlが基板表面に形成さ
れた薄膜中に拡散する。アニールは酸素流量0.1〜0.2ml
/minの雰囲気中で行った。なお，キャップ6a,6bは蒸発
したTlをより長く石英管１内に滞留させてTlの雰囲気を
高めるために寄与する。
上記の様なアニール装置はスパッタ装置の様にクリーン
ルームに配置する必要がなく，毒性のあるTl蒸気の処理
も比較的容易である。
ルームに配置する必要がなく，毒性のあるTl蒸気の処理
も比較的容易である。
第４図は上記方法により作製した超伝導薄膜の温度と抵
抗の関係を示すものである。図によれば臨界温度は100K
であり，液体窒素温度（77K）を23K上回っていることが
分る。なお，臨界温度の測定は超伝導薄膜に銀ペースト
を用いて電極を取出し液体ヘリウム中に配置して４端子
法により温度−抵抗測定を行った。また，本発明の製造
方法により複数回同様の超伝導薄膜を作製し温度−抵抗
測定を行ったが臨界温度の再現性は良好であった。
抗の関係を示すものである。図によれば臨界温度は100K
であり，液体窒素温度（77K）を23K上回っていることが
分る。なお，臨界温度の測定は超伝導薄膜に銀ペースト
を用いて電極を取出し液体ヘリウム中に配置して４端子
法により温度−抵抗測定を行った。また，本発明の製造
方法により複数回同様の超伝導薄膜を作製し温度−抵抗
測定を行ったが臨界温度の再現性は良好であった。
なお，本実施例においては薄膜をマグネトロンスパッタ
法を用いて作製したが，薄膜形成装置の種類は任意であ
る。また，アニールの条件を具体的数値で示したが本実
施例に限るものではなく，より良好な値を得るために適
宜変更可能である。また，酸化化合物の構成はBa2Ca2Cu
3Oxに限ることなく他の組成でも良い。
法を用いて作製したが，薄膜形成装置の種類は任意であ
る。また，アニールの条件を具体的数値で示したが本実
施例に限るものではなく，より良好な値を得るために適
宜変更可能である。また，酸化化合物の構成はBa2Ca2Cu
3Oxに限ることなく他の組成でも良い。
また，本実施例においては単結晶基板をMgOとしたが，
これに限ることなく例えばSrTiO3等でもよい。
これに限ることなく例えばSrTiO3等でもよい。
また，本実施例ではTlを含まない薄膜を形成後Tl拡散を
行う工程をそれぞれ一工程で終了したが，この場合Tlは
表面の極浅い部分にしか拡散しない。用途に応じてTl拡
散を行った基板の上に更にTlを含まない薄膜をスパッタ
し，その上に更にTlを拡散することも可能である。この
場合，基板にはすでにTlが含まれているがTlは300℃程
度では蒸発しないので汚染の危険性はない。
行う工程をそれぞれ一工程で終了したが，この場合Tlは
表面の極浅い部分にしか拡散しない。用途に応じてTl拡
散を行った基板の上に更にTlを含まない薄膜をスパッタ
し，その上に更にTlを拡散することも可能である。この
場合，基板にはすでにTlが含まれているがTlは300℃程
度では蒸発しないので汚染の危険性はない。
＜発明の効果＞ 以上，実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば，スパッタによる薄膜形成からアニールを行うま
での間にBa−Ca−CuOx薄膜が反応するのを防止するCu薄
膜を形成したので良好な高温超伝導薄膜を得ることが出
来る。
よれば，スパッタによる薄膜形成からアニールを行うま
での間にBa−Ca−CuOx薄膜が反応するのを防止するCu薄
膜を形成したので良好な高温超伝導薄膜を得ることが出
来る。
【図面の簡単な説明】 第１図はアニール装置の一実施例を示す図，第２図は基
板とTlを収納するボートを示す斜視図，第３図はアニー
ルの温度条件を示す図，第４図は薄膜の温度と抵抗の関
係を示す図である。 １……石英管,2……加熱装置,3a,3b……アルミナボー
ト,4……基板,5……Tl金属または酸化Tl。
板とTlを収納するボートを示す斜視図，第３図はアニー
ルの温度条件を示す図，第４図は薄膜の温度と抵抗の関
係を示す図である。 １……石英管,2……加熱装置,3a,3b……アルミナボー
ト,4……基板,5……Tl金属または酸化Tl。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅沢 俊匡 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−294560（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−46611（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】Ba,Ca,Cu,Oからなる化合物のターゲット材
を用いて単結晶基板上に第１の薄膜を形成する工程と， - 【請求項２】前記薄膜上にCuからなるターゲット材を用
いて第２の薄膜を形成する工程と， - 【請求項３】前記２層の薄膜が形成された単結晶基板を
Tl雰囲気中で熱処理する工程により，前記薄膜中にTlを
拡散させたことを特徴とする高温超伝導薄膜の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63249623A JPH0761869B2 (ja) | 1988-10-03 | 1988-10-03 | 高温超伝導薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63249623A JPH0761869B2 (ja) | 1988-10-03 | 1988-10-03 | 高温超伝導薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0297420A JPH0297420A (ja) | 1990-04-10 |
| JPH0761869B2 true JPH0761869B2 (ja) | 1995-07-05 |
Family
ID=17195781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63249623A Expired - Lifetime JPH0761869B2 (ja) | 1988-10-03 | 1988-10-03 | 高温超伝導薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0761869B2 (ja) |
-
1988
- 1988-10-03 JP JP63249623A patent/JPH0761869B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0297420A (ja) | 1990-04-10 |
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