JPH0778000B2 - 酸化物超電導薄膜の製造方法 - Google Patents

酸化物超電導薄膜の製造方法

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JPH0778000B2
JPH0778000B2 JP62080426A JP8042687A JPH0778000B2 JP H0778000 B2 JPH0778000 B2 JP H0778000B2 JP 62080426 A JP62080426 A JP 62080426A JP 8042687 A JP8042687 A JP 8042687A JP H0778000 B2 JPH0778000 B2 JP H0778000B2
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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〉 この発明は、酸化物超電導薄膜の製造方法に関する。
〈従来の技術と発明が解決しようとする問題点〉 従来より、金属系、セラミックス系または有機系など、
種々の超電導体が知られているが、近年、高い臨界温度
Tcを有する酸化物超電導体が脚光を浴びている。また、
上記酸化物超電導体の特性を生かすべく、酸化物超電導
薄膜の形成技術について種々検討されており、その一例
として、酸化物超電導体を減圧下で加熱蒸発させる真空
蒸着法が知られている。一方、酸化物超電導体におい
て、酸素含有量が特性上重要な意義を有していることも
知られている。
しかしながら、酸化物超電導体のように多成分系の酸化
物の場合、上記真空蒸着法により薄膜を形成すると、各
成分の蒸気圧が異なるため、蒸気圧差により得られた薄
膜の組成が、蒸発源である多成分系酸化物の組成と大き
くずれてしまう。また、蒸発中に酸化物が金属元素と酸
素とに分解し、超電導特性を発現させる上で必要な酸素
が薄膜の組成から抜け、酸素不足の組成を有する薄膜と
なることが多い。
従って、上記真空蒸着法により多成分系酸化物からなる
薄膜を形成する場合、得られた薄膜の組成が不均一で十
分な超電導特性が得難いという問題がある。
〈発明の目的〉 この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、多
成分系素材を用いて薄膜を形成しても、組成が均一で、
優れた特性を有する酸化物超電導薄膜の製造方法を提供
することを目的とする。
〈問題点を解決するための手段および作用〉 上記目的を達成するため、この発明の酸化物超電導薄膜
の製造方法は、酸化物超電導薄膜の製造方法において、
周期律表Ia族元素、IIa族元素およびIIIa族元素から選
ばれた少なくとも1種の元素、Ib族元素、IIb族元素お
よびIIIb族元素から選ばれた少なくとも1種の元素を含
む単体または酸化物をそれぞれ独立して気化させ、イオ
ン化させると共に、酸素イオンを照射して、基板上に薄
膜を形成することを特徴とするものである。
上記の構成の酸化物超電導薄膜の製造方法によれば、特
定の元素を含む単体または酸化物を、それぞれ独立して
気化させるので、単体または酸化物の成分比と同じ比率
の元素がそれぞれ所望の割合で基板に到達する。その
際、上記特定の元素からなる単体を用いた場合、酸素イ
オンの存在下で、該単体を気化させるので、薄膜形成時
に酸素が供給されて均一な酸化物超電導薄膜が形成され
る。一方、上記特定の元素を含む酸化物を用いた場合、
薄膜形成時に上記酸化物が分解し酸素が抜けても、酸素
イオンの存在下に、上記酸化物を気化させるので、酸素
が補給され、酸素不足がなく、欠陥の少ない均一かつ均
質な酸化物超電導薄膜が形成される。
以下に、この発明を詳細に説明する。
この発明の酸化物超電導薄膜の製造方法において、薄膜
形成材料としては、超電導物質を構成する元素を含有す
るものであれば単体、酸化物のいずれも使用しえる。該
元素としては、周期律表Ia族元素、IIa族元素およびIII
a族元素から選ばれた少なくとも1種の元素、Ib族元
素、IIb族元素およびIIIb族元素から選ばれた少なくと
も1種の元素、および酸素、窒素、フッ素、塩素、炭
素、硫黄から選ばれた少なくとも1種の元素を含む単体
または酸化物が使用される。より詳細には、周期律表I
族元素のうち、Ia族元素としては、Li、Na、K、Rbおよ
びCs等が挙げられ、Ib族元素としては、Cu、AgおよびAu
が挙げられる。また、周期律表II族元素のうち、IIa族
元素としては、Be、Mg、Ca、Sr、BaおよびRaが挙げら
れ、IIb族元素としては、Zn、Cd等が挙げられる。周期
律表III族元素のうち、IIIa族元素としては、Sc、Yや
ランタノイド系元素であるLa、Ce、Gd、Lu等、アクチノ
イド系元素であるAc、Th、Pa、Cf等が挙げられる。また
IIIb族元素としては、Al、Ga、In、Tl等が挙げられる。
上記元素のうち、Ib族元素から選ばれた少なくとも1種
の元素、IIa族元素、IIIa族元素およびランタノイド系
元素から選ばれた少なくとも1種の元素、および酸素を
構成元素とするものが好ましい。なお、周期律表Ib族元
素のうちCuが好ましい。また、上記周期律表IIa族元素
のうち、SrまたはBaが好ましく、周期律表IIIa族元素の
うち、Sc、YまたはLaが好ましい。
上記の元素を含有する物質は、単体としても、あるいは
酸化物として用いることができる。
上記元素を含む単体または酸化物は、所望する薄膜の特
性に応じて適宜選択することができる。
そして、酸素イオンの存在下で、上記単体または酸化物
を独立して気化させ、基板上に所望の薄膜を形成させ
る。上記操作を真空蒸着法を例にとって説明すると、上
記単体または酸化物(3)を独立して基板(1)に向け
て蒸発させるため、第1図に示すように、高真空度に減
圧されたチャンバ(図示せず)内には、それぞれ独立し
て複数のるつぼ(2)が配され、該複数のるつほ(2)
には、上記単体または酸化物(3)を個別に収容し、そ
れぞれ独立して加熱することにより上記るつぼ(2)に
収容された各単体または酸化物(3)を蒸発させる。こ
の場合、それぞれの単体または酸化物(3)を各単体等
の蒸気圧等に応じた条件で独立して加熱することによ
り、蒸発した単体または酸化物(3)の組成および基板
(1)上に形成される薄膜の組成制御を行なうことがで
きる。上記加熱条件等は、るつぼ(2)に収容される単
体または酸化物(3)の蒸気圧、成長速度や膜厚等に応
じて適宜選択することができ、加熱方法としては、抵抗
加熱方式、電子線加熱方式、誘導加熱方式等種々の方法
が採用しえる。なお、上記るつぼ(2)は、所望する超
電導体を生成する上で必要な材料の数に応じて適宜数配
することができる。
上記の操作により、前記単体または酸化物(3)が基板
(1)に向って蒸発するが、均一かつ均質な薄膜とする
と共に、適切な酸素量を含有し、優れた特性を有する薄
膜を基板(1)上に形成させるため、上記蒸着操作と共
に、酸素イオンを基板(1)に向けて照射し、所望の酸
化物超電導体を生成させる。上記酸素イオンの照射は、
供給される酸素分子を電界印加等の方法により、酸素イ
オン源(4)にてイオン化して前記基板(1)に照射す
ることにより行なうことができる。
なお、超電導特性に優れる薄膜を得るのに必要な上記酸
素イオンの照射量は、蒸発源として使用される材料、す
なわち、前記単体を用いるか酸化物を用いるかにより変
化するだけでなく、酸化物を用いる場合には酸化物の酸
素含有量により変化する。さらには、蒸発源としての材
料の蒸気圧、酸化物の分解し易さ等によっても酸素イオ
ンの適正照射量が変化する。従って、酸素イオンの照射
量は使用される蒸発源としての上記材料等に応じて適宜
選択することができる。
上記の蒸着操作と共に、酸素イオン照射を行なうことに
より、単体または酸化物の成分比と同じ比率の元素をそ
れぞれ基板に向って蒸発させることができると共に、酸
素イオン照射により酸素が補給されるので、組成が均一
で特性に優れた薄膜を得ることができる。すなわち、蒸
発源として使用される単体、酸化物の蒸気圧が異なって
も、加熱条件を各材料に応じて設定することができるの
で、所望の比率で蒸発させることができ、蒸発物の組成
を制御することができる。また、酸化物が分解して酸素
が抜けても酸素イオン照射により酸素が補給される。従
って、蒸発源として酸素含有物質を用いても、薄膜の組
成が蒸発源の組成とずれたり、酸素不足の組成を有する
薄膜となることがなく、均一でしかも均質な超電導特性
に優れる薄膜を形成することができる。
なお、上記の例において、単体を蒸発源として使用する
場合、酸素イオンが照射されるので、それぞれの単体を
独立して気化するだけでも特性に優れた薄膜を形成する
ことができるが、さらに良好な酸化物超電導薄膜を得る
ため、使用される各単体をそれぞれ独立して気化させる
と共に、イオン化装置により気化した単体をイオン化す
るのが好ましい。上記気化した単体元素をイオン化する
方法としては、気化した蒸発源をイオン化しうる種々の
方法が採用され、イオンプレーティング法、例えば、基
板を陰極として基板の周りにプラズマを形成させ、気化
した蒸発源をプラズマ中に通過させる直流法、基板と蒸
発源との間に高周波コイルを用いたイオン化する高周波
法、気化した蒸発源をイオン化用グリッドと熱陰極を用
いてイオン化するクラスタイオンビーム法および熱陰極
法等が例示される。この場合、蒸発源としては、上記単
体に限らず前記酸化物も使用できる。なお、良好な特性
を有する酸化物超電導薄膜を製造するには、酸素イオン
を絶えず供給しうる前記酸素イオン照射による方法が好
ましい。
また、上記においては、真空蒸着法により単体または酸
化物を気化させているが、分子線エピタキシャル法、ス
パッタリング法、イオンプレーティング法等、種々の物
理気相成長(PVD)法により所定の元素を含有する単体
または酸化物を気化させると共に、酸素イオンを照射し
て基板上に酸化物超電導薄膜を形成してもよい。
上記の薄膜製造方法は、酸素イオンが供給されるので、
酸化物超電導薄膜を形成するのに有用であり、特に、酸
化物超電導薄膜が、下記一般式(1)または(2) AxB1-xCO3 (1) AyB2-yCO4 (2) (式中、A、Bは、それぞれ周期律表Ia族元素、IIa族
元素およびIIIa族元素から選ばれた少なくとも1種の元
素を示し、Cは、周期律表Ib族元素、IIb族元素およびI
IIb族元素から選ばれた少なくとも1種の元素を示
す。)で表される酸化物超電導薄膜を形成する上で好適
であり、特に、上記一般式(1)または(2)におい
て、A、Bが、それぞれ周期律表IIa族元素およびIIIa
族元素から選ばれた少なくとも1種の元素であり、C
が、周期律表Ib族元素、特にCuである酸化物超電導薄膜
を形成する上で好適である。
この発明の酸化物超電導薄膜の製造方法は、酸素含有量
が特性上重要な意義を有する酸化物超電導薄膜を製造す
る上で有用であり、エレクトロニクス分野において使用
されるスイッチング素子、記憶素子、磁束センサ、増幅
素子等の製造に適用できる。
〈実施例〉 以下に、実施例に基づき、この発明をより詳細に説明す
る。
実施例1 第1図に示すような真空蒸着装置を用い、チャンバに配
されたるつほ(2a)にLa2O3を、るつぼ(2b)にBaOを、
るつぼ(2c)にCuOをそれぞれ収容し、チャンバを高真
空状態に減圧した。
また、上記各材料の蒸気圧をそれぞれ個別に調整するた
め、各るつぼ(2a)(2b)(2c)を独立に加熱した。す
なわち、La2O3を収容したるつぼ(2a)は1800K〜2000K
の範囲、BaOを収容したるつぼ(2b)は1300K〜1500Kの
範囲、CuOを収容したるつぼ(2c)を1000K〜1300Kの範
囲で温度調節した。
そして、各るつぼ(2a)(2b)(2c)内に収容された蒸
発源としての各材料を基板(1)に向けて独立して蒸発
させると共に、酸素イオン源(4)から、電流密度が最
大10A/m2の条件で酸素イオンを基板(1)に向けて照射
し、基板(1)上に酸化物超電導薄膜を形成した。
実施例2 上記実施例1と同様な装置を用い、るつぼ(2a)にLa
を、るつぼ(2b)にBaを、るつぼ(2c)にCuをそれぞれ
収容した。
また、上記実施例と同様に、各るつぼ(2a)(2b)(2
c)を独立に加熱調整した。すなわち、Laを収容したる
つぼ(2a)は1400K〜1600Kの範囲、Baを収容したるつぼ
(2b)は500K〜700Kの範囲、Cuを収容したるつぼ(2c)
は1100K〜1200Kの範囲で温度調節した。
そして、上記各るつぼ(2a)(2b)(2c)内の材料を独
立して蒸発させると共に、上記実施例1と同様にして、
酸素イオン源(4)から酸素イオンを基板(1)に向け
て照射することにより、基板(1)上に酸化物超電導薄
膜を形成した。
上記実施例1および2で得られた酸化物超電導薄膜の特
性を電子顕微鏡および元素分析装置で調べたところ、い
ずれの酸化物超電導薄膜も、均一かつ均質な組成を有し
ていた。また、いずれの酸化物超電導薄膜も、優れた電
気的特性を示した。
〈発明の効果〉 以上のように、この発明の酸化物超電導薄膜の製造方法
によれば、特定の元素を含む単体または酸化物を、酸素
イオンの存在下で、それぞれ独立して気化させ、イオン
化させると共に、酸素イオンを照射して、基板上に酸化
物超電導薄膜を生成させるので、薄膜形成時には、単体
または酸化物の成分比と同じ比率の元素がそれぞれ気化
するだけでなく、酸素が補給されて酸素不足がなく、均
一かつ均質な組成からなる酸化物超電導薄膜を形成する
ことができるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
図は、真空蒸着装置の概要を示す概略図である。 (1)…基板、(2)(2a)(2b)(2c)…るつぼ、
(3)(3a)(3b)(3c)…単体または酸化物、(4)
…酸素イオン源

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化物超電導薄膜の製造方法において、周
    期律表Ia族元素、IIa族元素およびIIIa族元素から選ば
    れた少なくとも1種の元素、Ib族元素、IIb族元素およ
    びIIIb族元素から選ばれた少なくとも1種の元素を含む
    単体または酸化物をそれぞれ独立して気化させ、イオン
    化させると共に、酸素イオンを照射して、基板上に薄膜
    を形成することを特徴とする酸化物超電導薄膜の製造方
    法。
  2. 【請求項2】酸化物超電導薄膜が、下記一般式(1)ま
    たは(2) AxB1-xCO3 (1) AyB2-yCO4 (2) (式中、A、Bは、それぞれ周期律表Ia族元素、IIa族
    元素およびIIIa族元素から選ばれた少なくとも1種の元
    素を示し、Cは、周期律表Ib族元素、IIb族元素およびI
    IIb族元素から選ばれた少なくとも1種の元素を示
    す。)で表される上記特許請求の範囲第1項記載の酸化
    物超電導薄膜の製造方法。
  3. 【請求項3】A、Bが、それぞれ周期律表IIa族元素お
    よびIIIa族元素から選ばれた少なくとも1種の元素であ
    り、Cが、周期律表Ib族元素から選ばれた少なくとも1
    種の元素である上記特許請求の範囲第2項記載の酸化物
    超電導薄膜の製造方法。
  4. 【請求項4】周期律表IIa族元素がSrまたはBaであり、I
    IIa族元素がSc、YまたはLaであり、Ib族元素がCuであ
    る上記特許請求の範囲第3項記載の酸化物超電導薄膜の
    製造方法。
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