JPH0812936B2 - 酸化物系超電導薄膜の製造方法 - Google Patents
酸化物系超電導薄膜の製造方法Info
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- JPH0812936B2 JPH0812936B2 JP63088655A JP8865588A JPH0812936B2 JP H0812936 B2 JPH0812936 B2 JP H0812936B2 JP 63088655 A JP63088655 A JP 63088655A JP 8865588 A JP8865588 A JP 8865588A JP H0812936 B2 JPH0812936 B2 JP H0812936B2
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ジョセフソン素子、超電導記憶素子等の
超電導デバイスなどとして使用可能な酸化物系超電導薄
膜の製造方法に関する。
超電導デバイスなどとして使用可能な酸化物系超電導薄
膜の製造方法に関する。
［従来技術およびその課題］ 近年、常電導状態から超電導状態に遷移する臨界温度
（Tc）が液体窒素温度以上の高い値を示す酸化物系超電
導体が種々発見されつつある。
（Tc）が液体窒素温度以上の高い値を示す酸化物系超電
導体が種々発見されつつある。
現在のところ、このような酸化物系超電導薄膜を製造
する方法としては、例えば真空蒸着法、スパッタリング
法、MBE（分子線エピタキシー）法、CVD（化学気相成
長）法、IVD（イオン気相成長）法などの成膜法が知ら
れている。そして、このような成膜法においては、いず
れの場合も、例えば1Torr以下の低圧下で、かつ酸素ガ
ス雰囲気あるいは酸素ガスと不活性ガスとの混合ガス雰
囲気中で酸化物系超電導体からなる膜体を製造すること
ができる。しかし、このままでは、成膜時の雰囲気中の
酸素分圧が低いことから、基体上に形成される膜体の結
晶中に所望量の酸素が導入されにくく、その結晶組成が
化学量論的組成からずれてしまうため、臨界温度（T
c）、臨界電流密度（Jc）あるいは臨界磁界（Hc2）など
の超電導特性が低い膜体が生成される傾向がある。この
ため従来、成膜後に酸素雰囲気中で高温熱処理（例え
ば、800〜1000℃）を行うことによって、上記膜体の結
晶中に酸素を所望量導入して膜体の超電導特性を改善す
る試みがなされている。
する方法としては、例えば真空蒸着法、スパッタリング
法、MBE（分子線エピタキシー）法、CVD（化学気相成
長）法、IVD（イオン気相成長）法などの成膜法が知ら
れている。そして、このような成膜法においては、いず
れの場合も、例えば1Torr以下の低圧下で、かつ酸素ガ
ス雰囲気あるいは酸素ガスと不活性ガスとの混合ガス雰
囲気中で酸化物系超電導体からなる膜体を製造すること
ができる。しかし、このままでは、成膜時の雰囲気中の
酸素分圧が低いことから、基体上に形成される膜体の結
晶中に所望量の酸素が導入されにくく、その結晶組成が
化学量論的組成からずれてしまうため、臨界温度（T
c）、臨界電流密度（Jc）あるいは臨界磁界（Hc2）など
の超電導特性が低い膜体が生成される傾向がある。この
ため従来、成膜後に酸素雰囲気中で高温熱処理（例え
ば、800〜1000℃）を行うことによって、上記膜体の結
晶中に酸素を所望量導入して膜体の超電導特性を改善す
る試みがなされている。
しかしながら、このような高温熱処理を施すと、酸化
物系超電導体と基体とが反応し、両者の界面部に絶縁体
が生じ、形成された酸化物系超電導体の超電導特性を損
ねるので、基体の構成材料には酸化物系超電導体との反
応性の低い酸化物が使用され、特にYSZ（安定化ジルコ
ニア）、チタン酸ストロンチウム、酸化マグネシウム等
の酸化物が好適に使用される。
物系超電導体と基体とが反応し、両者の界面部に絶縁体
が生じ、形成された酸化物系超電導体の超電導特性を損
ねるので、基体の構成材料には酸化物系超電導体との反
応性の低い酸化物が使用され、特にYSZ（安定化ジルコ
ニア）、チタン酸ストロンチウム、酸化マグネシウム等
の酸化物が好適に使用される。
しかしながら基体をこれらの酸化物から形成すると、
優れた超電導特性を示す酸化物系超電導体を得ることが
できるものの、これらの基体は価格が非常に高い上に、
その製造工程上、大面積の板体や長尺の線材等を得るこ
とが困難であるので、これらの酸化物からなる基体を利
用できる範囲は限られている。
優れた超電導特性を示す酸化物系超電導体を得ることが
できるものの、これらの基体は価格が非常に高い上に、
その製造工程上、大面積の板体や長尺の線材等を得るこ
とが困難であるので、これらの酸化物からなる基体を利
用できる範囲は限られている。
これに対し、価格が比較的安く、加工が容易で種々の
形状を得やすい金属材料から基体を形成して、これらの
表面に酸化物層を形成し、基体と酸化物系超電導体とが
直接接触しないようにした後、酸化物系超電導薄膜を形
成する方法が一般に知られている。
形状を得やすい金属材料から基体を形成して、これらの
表面に酸化物層を形成し、基体と酸化物系超電導体とが
直接接触しないようにした後、酸化物系超電導薄膜を形
成する方法が一般に知られている。
この基体は一般に、銅、ステンレス鋼等の導電体であ
って、加工可能で種々の形状を得やすい金属が使用さ
れ、基体表面の酸化物層には、形成される酸化物系超電
導体の構成元素を含む酸化物、例えば、酸化マグネシウ
ム、チタン酸ストロンチウム等が使用される。この酸化
物層を基体上に形成するには、主に形成する酸化物層
からなるターゲットを使用したスパッタリング法、金
属基体表面を酸素雰囲気中または空気中で直接酸化させ
る方法などが行なわれている。
って、加工可能で種々の形状を得やすい金属が使用さ
れ、基体表面の酸化物層には、形成される酸化物系超電
導体の構成元素を含む酸化物、例えば、酸化マグネシウ
ム、チタン酸ストロンチウム等が使用される。この酸化
物層を基体上に形成するには、主に形成する酸化物層
からなるターゲットを使用したスパッタリング法、金
属基体表面を酸素雰囲気中または空気中で直接酸化させ
る方法などが行なわれている。
しかしながら、上述のスパッタリング法では、成膜速
度が小さく、充分な膜厚を有する酸化物層を形成するの
に長時間を必要とする問題がある。また、酸素雰囲気中
あるいは空気中で行う基体表面の直接酸化法では、成膜
速度が大きいものの、膜厚制御が困難である等の問題が
ある。
度が小さく、充分な膜厚を有する酸化物層を形成するの
に長時間を必要とする問題がある。また、酸素雰囲気中
あるいは空気中で行う基体表面の直接酸化法では、成膜
速度が大きいものの、膜厚制御が困難である等の問題が
ある。
この発明は、上記課題を解決するためになされたもの
で、基体上に酸化物層を介して臨界温度の高い良好な超
電導特性を示す酸化物超電導薄膜を従来方法よりも短時
間で製造できる方法の提供を目的とする。
で、基体上に酸化物層を介して臨界温度の高い良好な超
電導特性を示す酸化物超電導薄膜を従来方法よりも短時
間で製造できる方法の提供を目的とする。
［課題を解決するための手段］ 請求項１に記載の発明は前記課題を解決するために、
少なくとも表面がジルコニウムとマグネシウムとアルミ
ニウムのいずれかからなる基体を加熱するとともに、基
体の表面に不活性ガス雰囲気中でイオンビーム装置から
酸素イオンを照射して基体表面をスパッタエッチすると
同時に基体表面に酸素を供給して酸化ジルコニウムと酸
化マグネシウムとアルミナのいずれかからなる酸化物層
を形成し、次いでこの酸化物層上に成膜法により酸化物
系超電導薄膜を形成し、更に酸素雰囲気中において熱処
理するものである。
少なくとも表面がジルコニウムとマグネシウムとアルミ
ニウムのいずれかからなる基体を加熱するとともに、基
体の表面に不活性ガス雰囲気中でイオンビーム装置から
酸素イオンを照射して基体表面をスパッタエッチすると
同時に基体表面に酸素を供給して酸化ジルコニウムと酸
化マグネシウムとアルミナのいずれかからなる酸化物層
を形成し、次いでこの酸化物層上に成膜法により酸化物
系超電導薄膜を形成し、更に酸素雰囲気中において熱処
理するものである。
請求項２に記載の発明は前記課題を解決するために、少
なくとも表面がチタンからなる基体を加熱するととも
に、基体の表面に不活性ガス雰囲気中でイオンビーム装
置から酸素イオンを照射して基体表面をスパッタエッチ
すると同時に基体表面に酸素を供給し、更に、酸素イオ
ンの照射と同時にスイロンチウムあるいはバリウムを蒸
着して基体表面にチタン酸ストロンチウムあるいはチタ
ン酸バリウムからなる酸化物層を形成し、次いでこの酸
化物層上に成膜法により酸化物系超電導薄膜を形成し、
更に酸素雰囲気中において熱処理するものである。
なくとも表面がチタンからなる基体を加熱するととも
に、基体の表面に不活性ガス雰囲気中でイオンビーム装
置から酸素イオンを照射して基体表面をスパッタエッチ
すると同時に基体表面に酸素を供給し、更に、酸素イオ
ンの照射と同時にスイロンチウムあるいはバリウムを蒸
着して基体表面にチタン酸ストロンチウムあるいはチタ
ン酸バリウムからなる酸化物層を形成し、次いでこの酸
化物層上に成膜法により酸化物系超電導薄膜を形成し、
更に酸素雰囲気中において熱処理するものである。
［作用］ 少なくとも表面を金属から構成した基体の表面に、イ
オンガン、イオン注入機などにより加速した酸素を照射
し、短時間で充分な膜厚の酸化物層を形成したのち、こ
の上に適当な方法により酸化物系超電導薄膜を形成す
る。
オンガン、イオン注入機などにより加速した酸素を照射
し、短時間で充分な膜厚の酸化物層を形成したのち、こ
の上に適当な方法により酸化物系超電導薄膜を形成す
る。
以下、本発明を詳しく説明する。
第１図は基体Ａ上に本発明の製造方法により形成され
た酸化物層（膜体）Ｂおよび酸化物系超電導薄膜Ｃを示
している。
た酸化物層（膜体）Ｂおよび酸化物系超電導薄膜Ｃを示
している。
この基体Ａには、例えば板材、線材、テープ材、筒状
体、柱状体など種々の形状のものが用いられる。そし
て、このような基体Ａの形成材料としては、YSZなどの
単結晶体に比較して、形状加工が容易でかつ価格が安
く、大面積化および長尺化が容易な銀、金、白金、ステ
ンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属材料とこれら金属
の合金材料が好適に用いられる。また、基体Ａの形成材
料の他の例として上記金属または合金材料の窒化物や炭
化物、アルミナ、シリカ等の酸化物などに上記金属材料
または合金材料からなる層を形成し、金属表面を有する
ようにしたものなども好適に用いられる。このような金
属表面を形成するには、基体Ａに金属または合金材料を
溶接、無電解メッキ、スパッタリングする等の方法を用
いることができる。
体、柱状体など種々の形状のものが用いられる。そし
て、このような基体Ａの形成材料としては、YSZなどの
単結晶体に比較して、形状加工が容易でかつ価格が安
く、大面積化および長尺化が容易な銀、金、白金、ステ
ンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属材料とこれら金属
の合金材料が好適に用いられる。また、基体Ａの形成材
料の他の例として上記金属または合金材料の窒化物や炭
化物、アルミナ、シリカ等の酸化物などに上記金属材料
または合金材料からなる層を形成し、金属表面を有する
ようにしたものなども好適に用いられる。このような金
属表面を形成するには、基体Ａに金属または合金材料を
溶接、無電解メッキ、スパッタリングする等の方法を用
いることができる。
基体Ａ上に形成された酸化物層Ｂは、酸化物系超電導
体と反応性の低いチタン酸ストロンチウム、アルミナ、
ニオブ酸リチウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウ
ム等である。
体と反応性の低いチタン酸ストロンチウム、アルミナ、
ニオブ酸リチウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウ
ム等である。
この酸化物層Ｂの形成方法としては、第２図に示すよ
うに、イオンビーム装置１を用いて前記基体Ａの表面に
酸素を照射する方法が用いられる。このイオンビーム装
置１は、基体Ａを保持する板状の基体ホルダ２と、この
基体ホルダ２に所定間隔をもって対向するイオンビーム
用の酸素イオン源３とからなるものであり、この基体ホ
ルダ２には、保持された基体Ａを所望温度にまで加熱す
るヒータ（図示略）が取り付けられている。このイオン
ビーム装置１は、酸素をイオン、原子状、分子状などと
して対象物（基体Ａ）に加速して照射し、基体Ａの金属
表面と反応し酸化物層Ｂを形成するものである。このよ
うな方法を用いれば、対象物の基体Ａ表面に酸素を効率
良く照射し、反応を進行させることができるので膜厚の
大きな酸化物層Ｂを形成することができる。
うに、イオンビーム装置１を用いて前記基体Ａの表面に
酸素を照射する方法が用いられる。このイオンビーム装
置１は、基体Ａを保持する板状の基体ホルダ２と、この
基体ホルダ２に所定間隔をもって対向するイオンビーム
用の酸素イオン源３とからなるものであり、この基体ホ
ルダ２には、保持された基体Ａを所望温度にまで加熱す
るヒータ（図示略）が取り付けられている。このイオン
ビーム装置１は、酸素をイオン、原子状、分子状などと
して対象物（基体Ａ）に加速して照射し、基体Ａの金属
表面と反応し酸化物層Ｂを形成するものである。このよ
うな方法を用いれば、対象物の基体Ａ表面に酸素を効率
良く照射し、反応を進行させることができるので膜厚の
大きな酸化物層Ｂを形成することができる。
この際に、形成する酸化物層Ｂの組成に応じて、イオ
ンビーム装置１の酸素イオン源３から、酸素イオン等以
外の元素を共に加速して基体Ａに照射することも可能で
ある。このようにすれば、金属製の基体Ａ上に、基体Ａ
の構成元素以外の元素からなる複合酸化物層を形成する
ことができ、例えばステンレス鋼板上にチタン酸バリウ
ム等を成膜することができる。
ンビーム装置１の酸素イオン源３から、酸素イオン等以
外の元素を共に加速して基体Ａに照射することも可能で
ある。このようにすれば、金属製の基体Ａ上に、基体Ａ
の構成元素以外の元素からなる複合酸化物層を形成する
ことができ、例えばステンレス鋼板上にチタン酸バリウ
ム等を成膜することができる。
また、上記酸化物層Ｂの上に形成された酸化物系超電
導薄膜Ｃを構成する超電導体は、一般式Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ
（ただしＡはY,Sc,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,
Er,Tm,Yb,Luの周期率表第III a族元素またはBi,Sb,Asな
どの周期率表第V b族元素のうち１種あるいは２種以上
を表し、ＢはSr,Ba,Ca,Be,Mg,Raの周期率表第II a族元
素のうち１種あるいは２種以上を表し、ＣはCu,Ag,Auの
周期率表第I b族元素とNbのうちCuあるいはCuを含む２
種以上を表し、ＤはO,S,Se,Te,Poの周期率表第VI b族元
素およびF,Cl,Br,I,Atの周期率表第VII b族元素のうち
ＯあるいはＯを含む２種以上を表す。）で示されるもの
である。そしてこの酸化物系超電導体の各構成元素の組
成は、例えばＹ−Ba−Cu−Ｏ系超電導体の場合Y:Ba:Cu:
O＝1:（1.5〜３）：（２〜４）：（７−δ）とされ、δ
は０≦δ≦５の範囲とされる。
導薄膜Ｃを構成する超電導体は、一般式Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ
（ただしＡはY,Sc,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,
Er,Tm,Yb,Luの周期率表第III a族元素またはBi,Sb,Asな
どの周期率表第V b族元素のうち１種あるいは２種以上
を表し、ＢはSr,Ba,Ca,Be,Mg,Raの周期率表第II a族元
素のうち１種あるいは２種以上を表し、ＣはCu,Ag,Auの
周期率表第I b族元素とNbのうちCuあるいはCuを含む２
種以上を表し、ＤはO,S,Se,Te,Poの周期率表第VI b族元
素およびF,Cl,Br,I,Atの周期率表第VII b族元素のうち
ＯあるいはＯを含む２種以上を表す。）で示されるもの
である。そしてこの酸化物系超電導体の各構成元素の組
成は、例えばＹ−Ba−Cu−Ｏ系超電導体の場合Y:Ba:Cu:
O＝1:（1.5〜３）：（２〜４）：（７−δ）とされ、δ
は０≦δ≦５の範囲とされる。
このような酸化物系超電導薄膜Ｃは、真空蒸着法、ス
パッタリング法、分子線エピタキシー法、化学気相成長
法、イオン気相成長法など、成膜される酸化物系超電導
体の性状に適した成膜法により酸化物層Ｂ上に成膜され
る。この後、その組成中の酸素の欠損が生じる場合に
は、これを酸素雰囲気中で600〜1000℃の高温熱処理を
行うことによって補い、良好な超電導特性を有するもの
を製造することができる。
パッタリング法、分子線エピタキシー法、化学気相成長
法、イオン気相成長法など、成膜される酸化物系超電導
体の性状に適した成膜法により酸化物層Ｂ上に成膜され
る。この後、その組成中の酸素の欠損が生じる場合に
は、これを酸素雰囲気中で600〜1000℃の高温熱処理を
行うことによって補い、良好な超電導特性を有するもの
を製造することができる。
第３図に超電導薄膜Ｃの製造装置の一例を示す。この
製造装置は、イオンビーム用の酸素イオン源３に酸化物
系超電導体形成用の高周波スパッタリング装置４を並列
してなるものであり、基体Ａ上に酸化物層Ｂを形成した
後、連続して酸化物系超電導体からなる膜体Ｃを形成で
きるようにしたものである。
製造装置は、イオンビーム用の酸素イオン源３に酸化物
系超電導体形成用の高周波スパッタリング装置４を並列
してなるものであり、基体Ａ上に酸化物層Ｂを形成した
後、連続して酸化物系超電導体からなる膜体Ｃを形成で
きるようにしたものである。
この酸素イオン源３は、基体ホルダ２に保持されてい
る基体Ａ上に向けて、酸素イオン、原子状酸素、分子状
酸素（以下この３者を酸素イオン等と略称する。）を単
独あるいは２種以上含むビームとして照射するものであ
る。そしてこの酸素イオン源３の先端部に設けられた引
き出し電極（図示略）により酸素イオン等が所定の速度
に加速され、加速された酸素イオン等は雰囲気中の不活
性ガス（イオンあるいは原子状）と共に基体Ａの表面に
照射される。ここで、上記の引き出し電極に印加される
加速電圧は、膜体Ｂ内に照射される際の酸素イオン等の
衝突速度、酸素イオン源３と基体Ａとの離間寸法、基体
Ａの材料などに応じて適宜決められる。この時の基体Ａ
は、酸素イオン源３より照射された酸素イオン等と反応
が進行しやすいように、基体Ａホルダ２に取り付けられ
た図示略のヒータによって、400〜800℃程度に加熱され
ていることが好ましい。また、加速により酸素イオン等
に与えられるエネルギーは、10〜5000eVの範囲であるこ
とが好ましい。これは10eV未満では、エネルギー不足で
酸素イオン等が基体Ａに照射された時に、基体Ａ表面の
元素と充分に反応せず、酸化物層を形成しにくく、5000
eVを超過すると酸素イオン等と基体Ａ表面の元素との反
応が頭打ちとなり、不経済であるからである。
る基体Ａ上に向けて、酸素イオン、原子状酸素、分子状
酸素（以下この３者を酸素イオン等と略称する。）を単
独あるいは２種以上含むビームとして照射するものであ
る。そしてこの酸素イオン源３の先端部に設けられた引
き出し電極（図示略）により酸素イオン等が所定の速度
に加速され、加速された酸素イオン等は雰囲気中の不活
性ガス（イオンあるいは原子状）と共に基体Ａの表面に
照射される。ここで、上記の引き出し電極に印加される
加速電圧は、膜体Ｂ内に照射される際の酸素イオン等の
衝突速度、酸素イオン源３と基体Ａとの離間寸法、基体
Ａの材料などに応じて適宜決められる。この時の基体Ａ
は、酸素イオン源３より照射された酸素イオン等と反応
が進行しやすいように、基体Ａホルダ２に取り付けられ
た図示略のヒータによって、400〜800℃程度に加熱され
ていることが好ましい。また、加速により酸素イオン等
に与えられるエネルギーは、10〜5000eVの範囲であるこ
とが好ましい。これは10eV未満では、エネルギー不足で
酸素イオン等が基体Ａに照射された時に、基体Ａ表面の
元素と充分に反応せず、酸化物層を形成しにくく、5000
eVを超過すると酸素イオン等と基体Ａ表面の元素との反
応が頭打ちとなり、不経済であるからである。
また、このイオンビーム用の酸素イオン源３の近傍に
は、高周波スパッタリング装置４が配設されている。
は、高周波スパッタリング装置４が配設されている。
この高周波スパッタリング装置４は上述のイオン源１
によって酸化物層Ｂが形成された基体Ａ上に、連続して
酸化物系超電導薄膜Ｃを形成するためのもので、酸化物
層Ｂが形成された基体Ａを保持する基体ホルダ２と所定
間隔をもって対向する板状のターゲット５とから概略構
成されている。そして、上記基体ホルダ２には、バイア
ス電源６が接続されており、この電源６により基体ホル
ダ２とターゲット５との間の空間には、電場と磁場が発
生するようになっている。また、上記基体ホルダ２とタ
ーゲット５とは共に真空等の低圧下におかれ、両者間の
空間はアルゴンガス等からなる不活性ガス雰囲気あるい
は酸素を含む不活性ガス雰囲気とされている。なお、上
記基体ホルダ２に取り付けられた図示略のヒータによっ
て、保持する基体Ａをスパッタリングの成膜に適した温
度に加熱している。
によって酸化物層Ｂが形成された基体Ａ上に、連続して
酸化物系超電導薄膜Ｃを形成するためのもので、酸化物
層Ｂが形成された基体Ａを保持する基体ホルダ２と所定
間隔をもって対向する板状のターゲット５とから概略構
成されている。そして、上記基体ホルダ２には、バイア
ス電源６が接続されており、この電源６により基体ホル
ダ２とターゲット５との間の空間には、電場と磁場が発
生するようになっている。また、上記基体ホルダ２とタ
ーゲット５とは共に真空等の低圧下におかれ、両者間の
空間はアルゴンガス等からなる不活性ガス雰囲気あるい
は酸素を含む不活性ガス雰囲気とされている。なお、上
記基体ホルダ２に取り付けられた図示略のヒータによっ
て、保持する基体Ａをスパッタリングの成膜に適した温
度に加熱している。
このターゲット５には、前述したＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ系の
酸化物系超電導体の構成元素から酸化物ターゲット等を
使用することができる。
酸化物系超電導体の構成元素から酸化物ターゲット等を
使用することができる。
このような装置を用いて本発明の製造方法で基体Ａ上
に酸化物系超電導薄膜Ｃを形成するには、まず基体ホル
ダ２に保持された基体Ａをヒータにより適当な温度に加
熱し、その表面に酸素イオン源３から酸素イオン等を照
射する。これにより、基体Ａ表面の元素と酸素イオン等
が反応を起こし、基体Ａ表面に酸化物層Ｂが形成され
る。所定時間酸素イオン等を照射して、基体Ａ上に所望
の厚さを有する酸化物層Ｂを形成した後、高周波スパッ
タリング装置４により基体ホルダ２とターゲット５との
間の空間に電場と磁場とを発生させ、これによりイオン
化したアルゴンをターゲット５の対向面に衝突させ、こ
の衝突によりスパッタされたターゲット材料の中性原子
や分子を先に基体Ａ表面上に形成された酸化物層Ｂ上に
堆積させて酸化物系超電導薄膜Ｃを形成する。このの
ち、必要に応じて酸化物系超電導薄膜Ｃが形成された基
体Ａに酸素雰囲気中で高温熱処理を施して、酸化物系超
電導薄膜を得る。
に酸化物系超電導薄膜Ｃを形成するには、まず基体ホル
ダ２に保持された基体Ａをヒータにより適当な温度に加
熱し、その表面に酸素イオン源３から酸素イオン等を照
射する。これにより、基体Ａ表面の元素と酸素イオン等
が反応を起こし、基体Ａ表面に酸化物層Ｂが形成され
る。所定時間酸素イオン等を照射して、基体Ａ上に所望
の厚さを有する酸化物層Ｂを形成した後、高周波スパッ
タリング装置４により基体ホルダ２とターゲット５との
間の空間に電場と磁場とを発生させ、これによりイオン
化したアルゴンをターゲット５の対向面に衝突させ、こ
の衝突によりスパッタされたターゲット材料の中性原子
や分子を先に基体Ａ表面上に形成された酸化物層Ｂ上に
堆積させて酸化物系超電導薄膜Ｃを形成する。このの
ち、必要に応じて酸化物系超電導薄膜Ｃが形成された基
体Ａに酸素雰囲気中で高温熱処理を施して、酸化物系超
電導薄膜を得る。
このような製造方法によれば、次のような効果を得る
ことができる。
ことができる。
イオンガン、イオン注入機等により加速した酸素イオ
ン等を基体Ａに照射して基体Ａ上に酸化物層Ｂを形成す
るようにしたので、従来のスパッタリング法による酸化
物層Ｂの形成方法に比較して、所望の厚さの酸化物層Ｂ
を短時間で形成することができる。
ン等を基体Ａに照射して基体Ａ上に酸化物層Ｂを形成す
るようにしたので、従来のスパッタリング法による酸化
物層Ｂの形成方法に比較して、所望の厚さの酸化物層Ｂ
を短時間で形成することができる。
酸化物層Ｂは基体Ａ上にイオンガン、イオン注入機等
により加速した酸素イオン等を照射して形成されたもの
であるので、基体Ａとの付着強度が良好で、かつ全体が
均一であるので、次に形成する酸化物系超電導薄膜の結
晶配向性を良好にすることができ、優れた超電導特性を
有する膜体を形成することができる。
により加速した酸素イオン等を照射して形成されたもの
であるので、基体Ａとの付着強度が良好で、かつ全体が
均一であるので、次に形成する酸化物系超電導薄膜の結
晶配向性を良好にすることができ、優れた超電導特性を
有する膜体を形成することができる。
イオンガン、イオン注入機等により加速した酸素イオ
ン等を基体Ａに照射して酸化物層Ｂを形成するようにし
たので、従来の空気中の酸化法による酸化物層Ｂの形成
方法に比較して、酸化物層Ｂ中に不純物が混入すること
が無くなると共に、成膜時の膜厚制御が行い易くなる。
ン等を基体Ａに照射して酸化物層Ｂを形成するようにし
たので、従来の空気中の酸化法による酸化物層Ｂの形成
方法に比較して、酸化物層Ｂ中に不純物が混入すること
が無くなると共に、成膜時の膜厚制御が行い易くなる。
酸素イオン源３は、酸化物系超電導薄膜Ｃを成膜する
ための高周波スパッタリング装置や分子線エピタキシー
等の超電導体の成膜装置と並列して配設することが可能
であるので、基体Ａ上に酸化物層Ｂを形成したのち連続
して酸化物系超電導薄膜Ｃを形成することができる。
ための高周波スパッタリング装置や分子線エピタキシー
等の超電導体の成膜装置と並列して配設することが可能
であるので、基体Ａ上に酸化物層Ｂを形成したのち連続
して酸化物系超電導薄膜Ｃを形成することができる。
基体Ａにイオンガン、イオン注入機等により酸素イオ
ン等を加速して照射するので、基体Ａ表面が加速酸素イ
オン等により一部スパッタエッチされるため、基体Ａ表
面のクリーニング工程を兼ねることが可能で、その後に
形成される酸化物系超電導薄膜Ｃの付着強度および結晶
配向性を向上させ、良好な超電導特性を有する超電導薄
膜Ｃを得ることができる。
ン等を加速して照射するので、基体Ａ表面が加速酸素イ
オン等により一部スパッタエッチされるため、基体Ａ表
面のクリーニング工程を兼ねることが可能で、その後に
形成される酸化物系超電導薄膜Ｃの付着強度および結晶
配向性を向上させ、良好な超電導特性を有する超電導薄
膜Ｃを得ることができる。
［実施例］ （実施例１） 第３図に示した製造装置を用い、本発明の製造方法を
実施して板状の基体表面にＹ−Ba−Ｃ−Ｏ系の超電導膜
体を形成した。
実施して板状の基体表面にＹ−Ba−Ｃ−Ｏ系の超電導膜
体を形成した。
上記基体には、ジルコニウム製のものを使用した。こ
の基体表面に酸素イオン等を照射して酸化ジルコニウム
からなる酸化物層を形成した。この時の酸素イオン源の
イオン電流密度は1mA/cm2、加速電圧は1000eVに設定
し、雰囲気は100％アルゴンガス雰囲気とし、上記基体
の温度は700℃とした。
の基体表面に酸素イオン等を照射して酸化ジルコニウム
からなる酸化物層を形成した。この時の酸素イオン源の
イオン電流密度は1mA/cm2、加速電圧は1000eVに設定
し、雰囲気は100％アルゴンガス雰囲気とし、上記基体
の温度は700℃とした。
このような条件で酸素イオン等をジルコニウム基体上
に20分間照射し、基体上で酸化反応を進行させ0.5μｍ
の膜厚の酸化ジルコニウムからなる酸化物層を得た。な
お、膜厚0.5μｍの酸化ジルコニウムを高周波スパッタ
リング装置を用いて形成するには、３時間を要するの
で、本方法によれば所望の厚さの酸化物層を短時間で形
成することができる。
に20分間照射し、基体上で酸化反応を進行させ0.5μｍ
の膜厚の酸化ジルコニウムからなる酸化物層を得た。な
お、膜厚0.5μｍの酸化ジルコニウムを高周波スパッタ
リング装置を用いて形成するには、３時間を要するの
で、本方法によれば所望の厚さの酸化物層を短時間で形
成することができる。
また、このようにして形成された酸化物層は基体との
密着性が高く、照射される酸素イオン等により基体の一
部をスパッタエッチすることができ、その表面を非常に
平滑で清浄にすることができる。
密着性が高く、照射される酸素イオン等により基体の一
部をスパッタエッチすることができ、その表面を非常に
平滑で清浄にすることができる。
次に、この酸化ジルコニウムからなる酸化物層の上
に、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系酸化物系超電導体からなる膜体を
高周波スパッタリングにより形成した。ターゲットに
は、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系複合酸化物を用い、スパッタリン
グ時の雰囲気は100％アルゴンガスで圧力は５×10-2P
a、ターゲットに印加するイオン加速電圧は1000V、イオ
ン電流は100mAに設定し、基体の温度は700℃とした。
に、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系酸化物系超電導体からなる膜体を
高周波スパッタリングにより形成した。ターゲットに
は、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系複合酸化物を用い、スパッタリン
グ時の雰囲気は100％アルゴンガスで圧力は５×10-2P
a、ターゲットに印加するイオン加速電圧は1000V、イオ
ン電流は100mAに設定し、基体の温度は700℃とした。
このような条件で約４時間かけて厚さ1.5μｍのＹ−B
a−Cu−Ｏ系の酸化物系超電導体からなる膜体を形成し
た後、酸素雰囲気中で900℃、１時間の熱処理を施した
後、このものの臨界温度（Tc）を測定したところ、91K
を示した。この臨界温度（Tc）が91Kという値は、YSZ単
結晶上に酸化物系超電導体を形成した場合に得られるも
のと同等である。
a−Cu−Ｏ系の酸化物系超電導体からなる膜体を形成し
た後、酸素雰囲気中で900℃、１時間の熱処理を施した
後、このものの臨界温度（Tc）を測定したところ、91K
を示した。この臨界温度（Tc）が91Kという値は、YSZ単
結晶上に酸化物系超電導体を形成した場合に得られるも
のと同等である。
（実施例２） 基体Ａにステンレス鋼板にマグネシウムテープ材を接
着したものを使用した以外は前記、実施例１と同様の条
件で、酸素イオン源から酸素イオン等をマグネシウムに
照射し、酸化マグネシウムからなる酸化物層を形成した
後、実施例１と同様にＹ−Ba−Cu−Ｏ系の酸化物系超電
導体を分子線エピタキシー法により形成した。これによ
り得られた酸化物系超電導体の臨界温度は91Kであっ
た。
着したものを使用した以外は前記、実施例１と同様の条
件で、酸素イオン源から酸素イオン等をマグネシウムに
照射し、酸化マグネシウムからなる酸化物層を形成した
後、実施例１と同様にＹ−Ba−Cu−Ｏ系の酸化物系超電
導体を分子線エピタキシー法により形成した。これによ
り得られた酸化物系超電導体の臨界温度は91Kであっ
た。
（実施例３） ステンレス鋼板にチタン板を接着したものを基体と
し、このチタン表面、酸素イオン源より酸素イオン等と
ともにバリウムを蒸着し、チタン酸バリウムからなる酸
化物層を形成した。この時の酸素イオン源のイオン電流
密度は10mA/cm2、加速電圧は1000eVに設定し、アルゴン
雰囲気で５×10-2Paとし、上記基体温度は600℃とし
た。
し、このチタン表面、酸素イオン源より酸素イオン等と
ともにバリウムを蒸着し、チタン酸バリウムからなる酸
化物層を形成した。この時の酸素イオン源のイオン電流
密度は10mA/cm2、加速電圧は1000eVに設定し、アルゴン
雰囲気で５×10-2Paとし、上記基体温度は600℃とし
た。
このような条件で、バリウム蒸着と同時に酸素イオン
等を共に基体表面のチタン上に30分間照射し、基体上で
酸化反応を進行させ、0.2μｍのチタン酸バリウムから
なる酸化物層を得た。
等を共に基体表面のチタン上に30分間照射し、基体上で
酸化反応を進行させ、0.2μｍのチタン酸バリウムから
なる酸化物層を得た。
この後に、実施例１と同様の条件下でＹ−Ba−Cu−Ｏ
系酸化物系超電導体を酸化物層の上に形成しその臨界温
度を調べた結果、89Kであった。
系酸化物系超電導体を酸化物層の上に形成しその臨界温
度を調べた結果、89Kであった。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の酸化物系超電導薄膜の
製造方法は、少なくとも表面を金属から構成した基本の
表面に、イオンガン、イオン注入機等により酸素を加速
照射し、酸化物層を形成したのち、この酸化物層上に酸
化物系超電導薄膜を形成するものであるので、以下のよ
うなことが可能となる。
製造方法は、少なくとも表面を金属から構成した基本の
表面に、イオンガン、イオン注入機等により酸素を加速
照射し、酸化物層を形成したのち、この酸化物層上に酸
化物系超電導薄膜を形成するものであるので、以下のよ
うなことが可能となる。
イオンガン、イオン注入機等により加速した酸素イオ
ンを基体Ａに照射して基体Ａ上に酸化物層Ｂを形成する
ようにしたので、従来のスパッタリング法による酸化物
層Ｂの形成方法に比較して、所望の厚さの酸化物層Ｂを
短時間で形成することができる。
ンを基体Ａに照射して基体Ａ上に酸化物層Ｂを形成する
ようにしたので、従来のスパッタリング法による酸化物
層Ｂの形成方法に比較して、所望の厚さの酸化物層Ｂを
短時間で形成することができる。
酸化物層Ｂは基体Ａ上にイオンガン、イオン注入機等
により加速した酸素イオンを照射して形成されたもので
あるので、基体Ａとの付着強度が良好で、かつ全体が均
一であるので、次に形成する酸化物系超電導薄膜の結晶
配向性を良好にすることができ、優れた超電導特性を有
する薄膜を形成することができる。
により加速した酸素イオンを照射して形成されたもので
あるので、基体Ａとの付着強度が良好で、かつ全体が均
一であるので、次に形成する酸化物系超電導薄膜の結晶
配向性を良好にすることができ、優れた超電導特性を有
する薄膜を形成することができる。
イオンガン、イオン注入機等により加速した酸素イオ
ンを基体Ａに照射して酸化物層Ｂを形成するようにした
ので、従来の空気中の酸化法による酸化物層Ｂの形成方
法に比較して、酸化物層Ｂ中に不純物が混入することが
無くなると共に、成膜時の膜厚制御が行い易くなる。
ンを基体Ａに照射して酸化物層Ｂを形成するようにした
ので、従来の空気中の酸化法による酸化物層Ｂの形成方
法に比較して、酸化物層Ｂ中に不純物が混入することが
無くなると共に、成膜時の膜厚制御が行い易くなる。
酸素イオン源３は、酸化物系超電導体からなる膜体Ｃ
を成膜するための高周波スパッタリング装置や真空蒸着
等の超電導体の成膜装置等と並列して配設することが可
能であるので、基体Ａ上に酸化物層Ｂを形成したのち連
続して酸化物系超電導薄膜Ｃを形成することができる。
を成膜するための高周波スパッタリング装置や真空蒸着
等の超電導体の成膜装置等と並列して配設することが可
能であるので、基体Ａ上に酸化物層Ｂを形成したのち連
続して酸化物系超電導薄膜Ｃを形成することができる。
基体Ａにイオンガン、イオン注入機等により酸素イオ
ンを加速して照射するので、基体Ａ表面が加速酸素イオ
ンにより一部スパッタエッチされるため、基体Ａ表面の
クリーニング工程を兼ねることが可能で、その後に形成
される酸化物系超電導薄膜Ｃの付着強度および結晶配向
性を向上させ、良好な超電導特性を有する膜体を得るこ
とができる。
ンを加速して照射するので、基体Ａ表面が加速酸素イオ
ンにより一部スパッタエッチされるため、基体Ａ表面の
クリーニング工程を兼ねることが可能で、その後に形成
される酸化物系超電導薄膜Ｃの付着強度および結晶配向
性を向上させ、良好な超電導特性を有する膜体を得るこ
とができる。
第１図は、本発明の製造方法によって製造された酸化物
系超電導薄膜の一例を示す概略断面図、第２図は本発明
の製造方法中、酸化物層を形成するのに好適に使用され
るイオンビーム装置の一例を示す概略構成図、第３図は
本発明の製造方法に好適に使用される製造装置の一例を
示す概略構成図である。 Ａ……基体、 Ｂ……酸化物層、 Ｃ……酸化物系超電導薄膜、 １……イオンビーム装置、 ３……酸素イオン源。
系超電導薄膜の一例を示す概略断面図、第２図は本発明
の製造方法中、酸化物層を形成するのに好適に使用され
るイオンビーム装置の一例を示す概略構成図、第３図は
本発明の製造方法に好適に使用される製造装置の一例を
示す概略構成図である。 Ａ……基体、 Ｂ……酸化物層、 Ｃ……酸化物系超電導薄膜、 １……イオンビーム装置、 ３……酸素イオン源。
フロントページの続き (72)発明者 中川 三紀夫 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 河野 宰 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 小山内 裕 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 品田 知章 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社研究企画部内 (72)発明者 杉本 脩 広島県広島市南区大州４丁目４番32号 中 国電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 渡辺 喜一郎 福岡県福岡市南区塩原２丁目１番47号 九 州電力株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−128262（ＪＰ，Ａ) 電子情報通信学会技術研究報告ＳＣＥ87 −４，87〔29〕（1987−５−20）ＰＰ．19 −23
Claims (2)
- 【請求項１】少なくとも表面がジルコニウムとマグネシ
ウムとアルミニウムのいずれかからなる基体を加熱する
とともに、基体の表面に不活性ガス雰囲気中でイオンビ
ーム装置から酸素イオンを照射して基体表面をスパッタ
エッチすると同時に基体表面に酸素を供給して酸化ジル
コニウムと酸化マグネシウムとアルミナのいずれかから
なる酸化物層を形成し、次いでこの酸化物層上に成膜法
により酸化物系超電導薄膜を形成し、更に酸素雰囲気中
において熱処理することを特徴とする酸化物系超電導薄
膜の製造方法。 - 【請求項２】少なくとも表面がチタンからなる基体を加
熱するとともに、基体の表面に不活性ガス雰囲気中でイ
オンビーム装置から酸素イオンを照射して基体表面をス
パッタエッチすると同時に基体表面に酸素を供給し、更
に、酸素イオンの照射と同時にストロンチウムあるいは
バリウムを蒸着して基体表面にチタン酸ストロンチウム
あるいはチタン酸バリウムからなる酸化物層を形成し、
次いでこの酸化物層上に成膜法により酸化物系超電導薄
膜を形成し、更に酸素雰囲気中において熱処理すること
を特徴とする酸化物系超電導薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63088655A JPH0812936B2 (ja) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | 酸化物系超電導薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63088655A JPH0812936B2 (ja) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | 酸化物系超電導薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01259582A JPH01259582A (ja) | 1989-10-17 |
| JPH0812936B2 true JPH0812936B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=13948839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63088655A Expired - Fee Related JPH0812936B2 (ja) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | 酸化物系超電導薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0812936B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5047389A (en) * | 1988-10-31 | 1991-09-10 | General Atomics | Substrate for ceramic superconductor |
| CN114724769B (zh) * | 2022-04-08 | 2022-12-06 | 上海交通大学 | 一种第二代高温超导带材制备方法及第二代高温超导带材 |
-
1988
- 1988-04-11 JP JP63088655A patent/JPH0812936B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 電子情報通信学会技術研究報告ＳＣＥ８７−４，８７〔２９〕（１９８７−５−２０）ＰＰ．１９−２３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01259582A (ja) | 1989-10-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |