JPH0818913B2 - 薄膜超電導体の製造方法 - Google Patents
薄膜超電導体の製造方法Info
- Publication number
- JPH0818913B2 JPH0818913B2 JP62135253A JP13525387A JPH0818913B2 JP H0818913 B2 JPH0818913 B2 JP H0818913B2 JP 62135253 A JP62135253 A JP 62135253A JP 13525387 A JP13525387 A JP 13525387A JP H0818913 B2 JPH0818913 B2 JP H0818913B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- producing
- superconductor according
- hydrogen
- film superconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
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
- 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
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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 本発明は超電導体の製造方法に関するものである。特
に化合物薄膜超電導体の製造方法に関するものである。
に化合物薄膜超電導体の製造方法に関するものである。
従来の技術 高温超電導体として、A15型２元系化合物として窒化
ニオブ（NbN）やゲルマニウムニオブ（Nb3Ge）などが知
られていたが、これらの材料の超電導転移温度はたかだ
か24゜Ｋであった。一方、ペロブスカイト系３元化合物
は、さらに高い転移温度が期待され、Ba−La−Cu−Ｏ系
の高温超電導体が提案された［J.G.Bendorz and K.A.Mu
ller,ツァイト シュリフト フェアフィジーク（Ze ts
hrift frphysik B）−Condensed Matter 64,189−193
（1986）］。さらに、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系がより高温の超
電導材料であることが、最近提案された。（文献）［M.
K.Wu等，フィジカル レビュー レターズ（Physical R
eview Letters）Vol,58 No9,908−910（1987）］ Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系の材料の超電導機構の詳細は明らか
ではないが、転移温度が液体窒素温度以上に高くなる可
能性があり、高温超電導体として従来の２元系化合物よ
り、より有望な特性が期待される。
ニオブ（NbN）やゲルマニウムニオブ（Nb3Ge）などが知
られていたが、これらの材料の超電導転移温度はたかだ
か24゜Ｋであった。一方、ペロブスカイト系３元化合物
は、さらに高い転移温度が期待され、Ba−La−Cu−Ｏ系
の高温超電導体が提案された［J.G.Bendorz and K.A.Mu
ller,ツァイト シュリフト フェアフィジーク（Ze ts
hrift frphysik B）−Condensed Matter 64,189−193
（1986）］。さらに、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系がより高温の超
電導材料であることが、最近提案された。（文献）［M.
K.Wu等，フィジカル レビュー レターズ（Physical R
eview Letters）Vol,58 No9,908−910（1987）］ Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系の材料の超電導機構の詳細は明らか
ではないが、転移温度が液体窒素温度以上に高くなる可
能性があり、高温超電導体として従来の２元系化合物よ
り、より有望な特性が期待される。
発明が解決しようとする問題点 上記複合化合物系の材料はイオンプロセスにより薄膜
化し、高温超電導体が形成され得るが、超電導の良好な
特性を実現するためには熱処理が必要となる。この熱処
理は複合化合物被膜の結晶性と、酸素の量を制御するた
めに行われるが、これらの最適化条件は必ずしも同一温
度で得られるとは限らず、又長時間処理を要し、昇温、
冷却等の条件設定も複雑で再現性が悪いという問題があ
った。
化し、高温超電導体が形成され得るが、超電導の良好な
特性を実現するためには熱処理が必要となる。この熱処
理は複合化合物被膜の結晶性と、酸素の量を制御するた
めに行われるが、これらの最適化条件は必ずしも同一温
度で得られるとは限らず、又長時間処理を要し、昇温、
冷却等の条件設定も複雑で再現性が悪いという問題があ
った。
問題点を解決するための手段 本発明の製造方法で形成する薄膜超電導体の基本構成
は、基体表面に少くともＡ、Ｂ、Cuを含む酸化物で、元
素のモル比率が の３元化合物被膜12を付着させたことを特徴としてい
る。本発明者らは、この種の超電導体が、加熱された基
体上に、上記複合化合物被膜を例えば蒸着というプロセ
スで付着させ、さらに引き続いて、あるいは熱処理した
後、水素イオンを照射することにより、形成されること
を見い出し発明に到ったものである。ここにＡはSc,Yお
よびランタン系列元素（原子番号57−71）のうちすくな
くとも一種、ＢはBa,Sr,Ca,Be,MgなどII a族元素のうち
の少なくとも一種の元素を示す。
は、基体表面に少くともＡ、Ｂ、Cuを含む酸化物で、元
素のモル比率が の３元化合物被膜12を付着させたことを特徴としてい
る。本発明者らは、この種の超電導体が、加熱された基
体上に、上記複合化合物被膜を例えば蒸着というプロセ
スで付着させ、さらに引き続いて、あるいは熱処理した
後、水素イオンを照射することにより、形成されること
を見い出し発明に到ったものである。ここにＡはSc,Yお
よびランタン系列元素（原子番号57−71）のうちすくな
くとも一種、ＢはBa,Sr,Ca,Be,MgなどII a族元素のうち
の少なくとも一種の元素を示す。
作用 本発明にかかる薄膜超電導体の製造方法は、超電導体
を薄膜化している所に大きな特色がある。すなわち、薄
膜化は超電導体の素材を原子状態という極微粒子に分解
してから基体上に堆積させ、引き続いて、あるいは熱処
理し、酸素処理した後、水素イオンを照射するので形成
された超電導体の組成は本質的に、従来の焼結体に比べ
て均質である。したがって非常に高精度の超電導体が本
発明の方法を用いて実現される。
を薄膜化している所に大きな特色がある。すなわち、薄
膜化は超電導体の素材を原子状態という極微粒子に分解
してから基体上に堆積させ、引き続いて、あるいは熱処
理し、酸素処理した後、水素イオンを照射するので形成
された超電導体の組成は本質的に、従来の焼結体に比べ
て均質である。したがって非常に高精度の超電導体が本
発明の方法を用いて実現される。
実施例 本発明の実施例を図面とともに説明する。
第１図において、３元化合物被膜12は、例えばスパッ
タリング法で形成する。この場合、基体11は、超電導を
示す３元化合物被膜12の保持を目的としている。この被
膜12は通常数1000℃の高温で形成し、超電導を例えば液
体窒素温度（−195℃）の低温で動作させるため、特に
基体11と被膜12の密着性が悪くなり、しばしば被膜12が
破損されることを本発明者らは確認した。さらに本発明
者らは、詳細な基体の熱的特性を各種の材質について調
べた結果、基体の線熱膨張係数α＞10−6/℃であれば、
上記被膜の破損がなく、実用されることを確認した。例
えばα＜10−6/℃の石英ガラスを基体に用いると、被膜
12は無数の亀裂が入り不連続な被膜となり、実用に供し
にくいことを本発明者らは確認した。
タリング法で形成する。この場合、基体11は、超電導を
示す３元化合物被膜12の保持を目的としている。この被
膜12は通常数1000℃の高温で形成し、超電導を例えば液
体窒素温度（−195℃）の低温で動作させるため、特に
基体11と被膜12の密着性が悪くなり、しばしば被膜12が
破損されることを本発明者らは確認した。さらに本発明
者らは、詳細な基体の熱的特性を各種の材質について調
べた結果、基体の線熱膨張係数α＞10−6/℃であれば、
上記被膜の破損がなく、実用されることを確認した。例
えばα＜10−6/℃の石英ガラスを基体に用いると、被膜
12は無数の亀裂が入り不連続な被膜となり、実用に供し
にくいことを本発明者らは確認した。
さらに、本発明者らは、第１図の基体11に機能性から
見て、最適の材料があることを見い出した。
見て、最適の材料があることを見い出した。
すなわち、結晶性の高い３元化合物被膜12を基体11の
表面13に形成させるためには、単結晶の基体が有効であ
る。本発明者らは詳細に最適基体材料を調べた結果、基
体11として、酸化マグネシウム、サファイア（α−Al2O
3）、スピネル、チタン酸ストロンチウム、シリコン、
ガリウム砒素等の単結晶が有効であることを確認した。
もっとも、これは表面13に効果的に結晶性の高い被膜12
を成長させるためのものであるから、少なくとも基体表
面13が単結晶であればよい。
表面13に形成させるためには、単結晶の基体が有効であ
る。本発明者らは詳細に最適基体材料を調べた結果、基
体11として、酸化マグネシウム、サファイア（α−Al2O
3）、スピネル、チタン酸ストロンチウム、シリコン、
ガリウム砒素等の単結晶が有効であることを確認した。
もっとも、これは表面13に効果的に結晶性の高い被膜12
を成長させるためのものであるから、少なくとも基体表
面13が単結晶であればよい。
本発明者らは、この種の超電導体を任意の形状例えば
円筒状に加工する場合、基体としては単結晶よりも、所
請焼結磁器が有効であることを確認するともに、最適の
磁器材料を見い出した。すなわち、磁器基体として、ア
ルミナ、酸化マグルシウム、酸化ヂルコニウム、ステア
タイト、ホルステライト、ベリリア、スピネル等が基体
の加工等、超電導被膜12の基体11への密着性が最適であ
ることを本発明者らは確認した。この場合も単結晶と同
様に、基体の表面さえこの種の磁器で構されているとよ
い。
円筒状に加工する場合、基体としては単結晶よりも、所
請焼結磁器が有効であることを確認するともに、最適の
磁器材料を見い出した。すなわち、磁器基体として、ア
ルミナ、酸化マグルシウム、酸化ヂルコニウム、ステア
タイト、ホルステライト、ベリリア、スピネル等が基体
の加工等、超電導被膜12の基体11への密着性が最適であ
ることを本発明者らは確認した。この場合も単結晶と同
様に、基体の表面さえこの種の磁器で構されているとよ
い。
薄膜超電導体の形成には、まずＡ−Ｂ−Cu−Ｏの複合
化合物被膜をスパッタリング蒸着あるいは熱蒸着例えば
電子ビーム蒸着、レーザビーム蒸着等の物理的気相成長
法で基体上に付着させる。この場合、超電導体Ａ−Ｂ−
Cu−Ｏは結晶構造や組成式がまだ明確には決定されてい
ないが、酸素欠損ペロブスカイト（A,B）6Cu6O14ともい
われている。本発明者等は、作製された被膜において元
素比率が の範囲にあれば、臨界温度に多少の差があっても超電導
現象が見出されることを確認した。この複合化合物被膜
の形成法は物理的気相成長法に限定されたものではな
く、化学的気相成長法例えば常圧あるいは減圧化学的気
相成長法、プラズマ化学的気相成長法、光化学的気相成
長法も、成分A,B,Cuの比を合致させれば、有効であるこ
とを本発明者らは確認した。
化合物被膜をスパッタリング蒸着あるいは熱蒸着例えば
電子ビーム蒸着、レーザビーム蒸着等の物理的気相成長
法で基体上に付着させる。この場合、超電導体Ａ−Ｂ−
Cu−Ｏは結晶構造や組成式がまだ明確には決定されてい
ないが、酸素欠損ペロブスカイト（A,B）6Cu6O14ともい
われている。本発明者等は、作製された被膜において元
素比率が の範囲にあれば、臨界温度に多少の差があっても超電導
現象が見出されることを確認した。この複合化合物被膜
の形成法は物理的気相成長法に限定されたものではな
く、化学的気相成長法例えば常圧あるいは減圧化学的気
相成長法、プラズマ化学的気相成長法、光化学的気相成
長法も、成分A,B,Cuの比を合致させれば、有効であるこ
とを本発明者らは確認した。
本発明者らは複合化合物被膜を基体11の表面13に付着
させる場合、基体の最適の温度範囲が存在することを本
発明者らは確認した。すなわち基体最適温度範囲は100
〜1000℃である。なお、100℃以下では、基体表面への
複合酸化物被膜の付着性が悪くなる。また、1000℃以上
では複合酸化物被膜中の成分A,BおよびCuの構造比から
のずれが大きくなる。
させる場合、基体の最適の温度範囲が存在することを本
発明者らは確認した。すなわち基体最適温度範囲は100
〜1000℃である。なお、100℃以下では、基体表面への
複合酸化物被膜の付着性が悪くなる。また、1000℃以上
では複合酸化物被膜中の成分A,BおよびCuの構造比から
のずれが大きくなる。
さらに、複合化合物被膜を付着させる時の基体の温度
はとりわけ500〜900℃の範囲がこの種の蒸着装置の機
能、複合酸化物被膜の特性の再現性から見て最適である
ことを本発明者らは確認した。この場合、形成された複
合化合物被膜は、アモルファスあるいは、微結晶あるい
は単結晶から構成されている。
はとりわけ500〜900℃の範囲がこの種の蒸着装置の機
能、複合酸化物被膜の特性の再現性から見て最適である
ことを本発明者らは確認した。この場合、形成された複
合化合物被膜は、アモルファスあるいは、微結晶あるい
は単結晶から構成されている。
しかしながら意外にもこの種の被膜は半導体的な特性
を示し、超電導は液体He温度（４゜Ｋ）で見られない場
合もある。又空気中に放電しておくと高抵抗となり非常
に不安定で信頼性のない被膜であることを確認した。
を示し、超電導は液体He温度（４゜Ｋ）で見られない場
合もある。又空気中に放電しておくと高抵抗となり非常
に不安定で信頼性のない被膜であることを確認した。
本発明者らはこの種の複合化合物被膜をさらに常圧の
空気、アルゴンと酸素の混合ガスあるいは純酸素などの
酸化物性雰囲気で熱処理することにより、超電導が発生
し、長期的安定性も大きく向上することを発見した。こ
の場合最適の熱処理温度は700〜1000℃、熱処理時間は
0.1〜10時間である。また、10時間以上になると抵抗率
が高くなるとともに、被膜の特性が不安定になり、急峻
な超電導を示さない。
空気、アルゴンと酸素の混合ガスあるいは純酸素などの
酸化物性雰囲気で熱処理することにより、超電導が発生
し、長期的安定性も大きく向上することを発見した。こ
の場合最適の熱処理温度は700〜1000℃、熱処理時間は
0.1〜10時間である。また、10時間以上になると抵抗率
が高くなるとともに、被膜の特性が不安定になり、急峻
な超電導を示さない。
一方又本発明者らは水素イオンを被膜に照射すること
により超電導特性を改善出来ることを見出した。この場
合、被膜は300〜600℃に加熱した場合効果の大きいこと
を見出した。600℃以上では水素イオンは、被膜複合化
合物と反応しなくなり効果は得られない。
により超電導特性を改善出来ることを見出した。この場
合、被膜は300〜600℃に加熱した場合効果の大きいこと
を見出した。600℃以上では水素イオンは、被膜複合化
合物と反応しなくなり効果は得られない。
（具体実施例） サファイア単結晶Ｒ面を基体11として用い高周波プレ
ナーマグネトロンスパッタにより、焼結したY2Ba4Cu6O
14ターゲットをArとO2の混合ガス雰囲気でスパッタリン
グ蒸着して、上記基体上に結晶性のY2Ba4Cu6O14被膜と
して付着させ層状構造を形成した。
ナーマグネトロンスパッタにより、焼結したY2Ba4Cu6O
14ターゲットをArとO2の混合ガス雰囲気でスパッタリン
グ蒸着して、上記基体上に結晶性のY2Ba4Cu6O14被膜と
して付着させ層状構造を形成した。
この場合、ガス圧力は0.5Pa、スパッタリング電力150
W、スパッタリング時間１時間、被膜の膜厚0.5μｍ、基
体温度800℃であった。形成された被膜をそまま、ある
いはさらに空気中あるいは酸素雰囲気中で900℃２時間
熱処理後３〜４時間で除冷し、その後450℃に被膜を加
熱し水素イオンを2KVの電圧で加速して照射した。
W、スパッタリング時間１時間、被膜の膜厚0.5μｍ、基
体温度800℃であった。形成された被膜をそまま、ある
いはさらに空気中あるいは酸素雰囲気中で900℃２時間
熱処理後３〜４時間で除冷し、その後450℃に被膜を加
熱し水素イオンを2KVの電圧で加速して照射した。
第２図は、サファイアＲ面を基体11に用い、スパッタ
リング蒸着法で主成分がY2Ba4Cu6O14の３元化合物被膜1
2を付着させた時の実施例における３元化合物被膜12の
Ｘ線回析スペクトルを示す。第２図において、スペクト
ルａは本発明の方法で処理した被膜12から得たものであ
り、スペクトルｂは超電導を示す構造から得たものを示
す。同図が示すごとく、被膜スペクトルａはスペクトル
ｂと類似し超電導が発生した。
リング蒸着法で主成分がY2Ba4Cu6O14の３元化合物被膜1
2を付着させた時の実施例における３元化合物被膜12の
Ｘ線回析スペクトルを示す。第２図において、スペクト
ルａは本発明の方法で処理した被膜12から得たものであ
り、スペクトルｂは超電導を示す構造から得たものを示
す。同図が示すごとく、被膜スペクトルａはスペクトル
ｂと類似し超電導が発生した。
被膜の超電導転移温度90゜Ｋであった。
この実施例では被膜12の膜厚は0.5μｍであるが、膜
厚は0.1μｍかそれ以下の薄い場合、10μｍ以上の厚い
場合も超電導が発生することを確認した。
厚は0.1μｍかそれ以下の薄い場合、10μｍ以上の厚い
場合も超電導が発生することを確認した。
本発明者らは、サファイア以外の結晶性基体について
の有効性を詳細に実験的に調べた。酸化マグネシウム、
スピネル単結晶基体上に、Y2Ba4Cu6O14構造の被膜を、
サファイア単結晶の場合と同様にスパッタリング蒸着法
で付着させ、これらの被膜を本発明の水素イオン処理を
行うことによりいずれも超電導を示すことが確認され
た。また、チタン酸ストロンチウム、シリコン、ガリウ
ム砒素単結晶についても同様の結果が得られた。
の有効性を詳細に実験的に調べた。酸化マグネシウム、
スピネル単結晶基体上に、Y2Ba4Cu6O14構造の被膜を、
サファイア単結晶の場合と同様にスパッタリング蒸着法
で付着させ、これらの被膜を本発明の水素イオン処理を
行うことによりいずれも超電導を示すことが確認され
た。また、チタン酸ストロンチウム、シリコン、ガリウ
ム砒素単結晶についても同様の結果が得られた。
本発明の超電導体は結晶構造が複雑でまだ良く分かっ
ていない。単結晶基体に基体温度をエピタキシャル温度
以上にあげて、単結晶性を高めると正方晶ペロブスカイ
ト構造が生成し易く、再現性よく超電導体が得られない
場合が多い。したがって、本発明の実施例に述べたごと
く、基体温度はむしろ低い範囲に選び斜方晶ペロブスカ
イトないしは微結晶構造を含む複合化合物被膜を形成し
た後熱処理により結晶化し水素処理により酸素量と結晶
欠陥を最適化する方が再現性よく超電導体が得られるこ
とを本発明者らは実験的に確認した。
ていない。単結晶基体に基体温度をエピタキシャル温度
以上にあげて、単結晶性を高めると正方晶ペロブスカイ
ト構造が生成し易く、再現性よく超電導体が得られない
場合が多い。したがって、本発明の実施例に述べたごと
く、基体温度はむしろ低い範囲に選び斜方晶ペロブスカ
イトないしは微結晶構造を含む複合化合物被膜を形成し
た後熱処理により結晶化し水素処理により酸素量と結晶
欠陥を最適化する方が再現性よく超電導体が得られるこ
とを本発明者らは実験的に確認した。
この場合、単結晶構造の基体は熱処理を行うと被膜の
固相エピタキシャル成長を助け有効である。特に基体上
にアモルファス状態の被膜をあらかじめ形成し、これを
熱処理すると結晶性基体表面により効果的に結晶性の被
膜が固相エピタキシャルし、その後被膜形成装置の真空
をやぶることなく引き続き本発明の水素イオン処理を行
うことが超電導特性の優れた薄膜の形成に有効であるこ
とを本発明者らは確認した。なお、超電導被膜の結晶性
が特に要求されない場合（急峻な超電導転位が不要の
時）は、多結晶の磁器基体が有効である。
固相エピタキシャル成長を助け有効である。特に基体上
にアモルファス状態の被膜をあらかじめ形成し、これを
熱処理すると結晶性基体表面により効果的に結晶性の被
膜が固相エピタキシャルし、その後被膜形成装置の真空
をやぶることなく引き続き本発明の水素イオン処理を行
うことが超電導特性の優れた薄膜の形成に有効であるこ
とを本発明者らは確認した。なお、超電導被膜の結晶性
が特に要求されない場合（急峻な超電導転位が不要の
時）は、多結晶の磁器基体が有効である。
なお、基体表面に複合化合物被膜の形成法として、金
属主成分を物理的気相成長法で基体上に付着させ、さら
に酸素ビームあるいは酸素イオンを被膜形成中に被膜に
照射し、基体表面で金属主成分を酸化させることも可能
である。しかしこのようにして得られた必要以上に酸素
を含有する被膜は良好な結晶性を示すが、超電導特性は
最適なものではない場合がある。
属主成分を物理的気相成長法で基体上に付着させ、さら
に酸素ビームあるいは酸素イオンを被膜形成中に被膜に
照射し、基体表面で金属主成分を酸化させることも可能
である。しかしこのようにして得られた必要以上に酸素
を含有する被膜は良好な結晶性を示すが、超電導特性は
最適なものではない場合がある。
この薄膜複合化合物被膜は800℃以上で熱処理するこ
とにより結晶性が改善去れることを発明発明者らは見出
している。それ故本発明の水素処理は800℃以上で熱処
理された被膜に対してなされた場合特に効果的である。
以上水素処理は通常用いられるような真空槽内に所望の
ガスを導入し、このガスに高周波を平行電極より印加印
加して放電させ、この放電プラズマ中に複合化合物被膜
を配置して行うことが出来、この方法により超電導特性
の向上することが確認された。しかし、この方法では被
膜にイオン以外の粒子が照射され、被膜の表面状態を変
化させるので、イオン源とイオン照射部を分離すること
が望ましい。
とにより結晶性が改善去れることを発明発明者らは見出
している。それ故本発明の水素処理は800℃以上で熱処
理された被膜に対してなされた場合特に効果的である。
以上水素処理は通常用いられるような真空槽内に所望の
ガスを導入し、このガスに高周波を平行電極より印加印
加して放電させ、この放電プラズマ中に複合化合物被膜
を配置して行うことが出来、この方法により超電導特性
の向上することが確認された。しかし、この方法では被
膜にイオン以外の粒子が照射され、被膜の表面状態を変
化させるので、イオン源とイオン照射部を分離すること
が望ましい。
第３図はこの条件を実現するための方法を示してい
る。イオン源31に水素ガスあるいは水素を含むガスを導
入しこのガスをはさんで対向した電極32,33に高周波電
圧を印加してプラズマを発生させる。このプラズマ中に
磁場を形成するための磁場発生源34を配置し、効率よく
発生させた水素イオンを複合化合物被膜を形成した基板
35を配置した基板台36と上記イオン源のプラズマの間に
電圧を印加することにより、酸素イオンをイオン源より
引き出し、基板台上の複合化合物被膜に照射する。この
時基板は300〜600℃にヒータ37により加熱することによ
り水素イオン処理の効率を上げ、処理時間を短縮でき被
膜の超電導特性が向上することを発明者らは見出した。
る。イオン源31に水素ガスあるいは水素を含むガスを導
入しこのガスをはさんで対向した電極32,33に高周波電
圧を印加してプラズマを発生させる。このプラズマ中に
磁場を形成するための磁場発生源34を配置し、効率よく
発生させた水素イオンを複合化合物被膜を形成した基板
35を配置した基板台36と上記イオン源のプラズマの間に
電圧を印加することにより、酸素イオンをイオン源より
引き出し、基板台上の複合化合物被膜に照射する。この
時基板は300〜600℃にヒータ37により加熱することによ
り水素イオン処理の効率を上げ、処理時間を短縮でき被
膜の超電導特性が向上することを発明者らは見出した。
又、プラズマと特性試料台の間に印加する電圧が5KV
以下の場合には上記被膜の表面はスパッタリングされる
が、被膜内部に対して効果的に水素イオン処理が行える
ことを確認した。
以下の場合には上記被膜の表面はスパッタリングされる
が、被膜内部に対して効果的に水素イオン処理が行える
ことを確認した。
第４図は真空槽41内に水素ガスあるいは水素を含むガ
スを導入し、このガスにマイクロ波を照射して放電さ
せ、プラズマを発生させ、プラズマに磁場42を印加して
水素イオンのイオン化効率を上げたものをイオン源とし
て用いたものである。この場合通常マイクロ波源43には
2.45GHzのマイクロ波を使用し、磁場強度を875ガウス程
度にすると電子のサイクロトロン共鳴が生じるので水素
イオン化の効率が上がる。このイオン源44より引き出さ
れた水素イオンを試料台に配置した複合化合物被膜に照
射する構造となっている。この場合マイクロ波により効
率よくイオン化された高エネルギーの水素イオンが複合
化合物被膜を効率的に水素化し超電導特性を向上させる
ことを見い出した。
スを導入し、このガスにマイクロ波を照射して放電さ
せ、プラズマを発生させ、プラズマに磁場42を印加して
水素イオンのイオン化効率を上げたものをイオン源とし
て用いたものである。この場合通常マイクロ波源43には
2.45GHzのマイクロ波を使用し、磁場強度を875ガウス程
度にすると電子のサイクロトロン共鳴が生じるので水素
イオン化の効率が上がる。このイオン源44より引き出さ
れた水素イオンを試料台に配置した複合化合物被膜に照
射する構造となっている。この場合マイクロ波により効
率よくイオン化された高エネルギーの水素イオンが複合
化合物被膜を効率的に水素化し超電導特性を向上させる
ことを見い出した。
以上のような水素処理方法において被膜に水素イオン
を照射すると同時に500nm以下の短波長光線を照射する
ことにより水素化による結晶欠陥の補償が効率的に行わ
れ、特に紫外線照射が効果大なることを確認した。
を照射すると同時に500nm以下の短波長光線を照射する
ことにより水素化による結晶欠陥の補償が効率的に行わ
れ、特に紫外線照射が効果大なることを確認した。
この種の被膜の結晶構造など詳細な特性は、基体上に
被膜が拘束されているため、被膜内には通常の焼結体で
は存在しない様な大きな歪とか欠陥が存在する。このた
め、焼結体の製造方法から被膜の製造方法を類推できる
ものでない。なお、被膜の水素処理の物理的な意味の詳
細は明らかではないが、おおよそつぎにように考えられ
る。すなわち、スパッタリング蒸着等で基体上に付着さ
せた複合化合物被膜では、（A,B）6Cu6O14という化合物
を形成していない。この場合、例えばBCuO3正方晶のペ
ロブスカイト構造のネットワーク中にＡ元素の酸化物が
分散した複合酸化物を形成している。超電導を示す構造
の発生は熱処理に関連する。すなわち、熱処理時間が１
時間以下で超電導性が得られないのは、この構造の生成
が不充分であった事に起因していると考えられる。さら
に適切に酸素を含有することが良好な超電導特性を得る
ために必要であり多すぎると絶縁体となり少なすぎると
不安定で水分等により分解してしまう。本発明による水
素処理を行うと、酸素の含有量を適当なものに容易に制
御でき、かつ短時間での処理が可能であり、超電導薄膜
の製造に好都合となる。
被膜が拘束されているため、被膜内には通常の焼結体で
は存在しない様な大きな歪とか欠陥が存在する。このた
め、焼結体の製造方法から被膜の製造方法を類推できる
ものでない。なお、被膜の水素処理の物理的な意味の詳
細は明らかではないが、おおよそつぎにように考えられ
る。すなわち、スパッタリング蒸着等で基体上に付着さ
せた複合化合物被膜では、（A,B）6Cu6O14という化合物
を形成していない。この場合、例えばBCuO3正方晶のペ
ロブスカイト構造のネットワーク中にＡ元素の酸化物が
分散した複合酸化物を形成している。超電導を示す構造
の発生は熱処理に関連する。すなわち、熱処理時間が１
時間以下で超電導性が得られないのは、この構造の生成
が不充分であった事に起因していると考えられる。さら
に適切に酸素を含有することが良好な超電導特性を得る
ために必要であり多すぎると絶縁体となり少なすぎると
不安定で水分等により分解してしまう。本発明による水
素処理を行うと、酸素の含有量を適当なものに容易に制
御でき、かつ短時間での処理が可能であり、超電導薄膜
の製造に好都合となる。
なお、熱処理は通常のヒータ加熱炉により行ったが、
レーザ光、赤外線等の工学的熱処理方法あるいは電子線
による加熱方法等が応用可能である。
レーザ光、赤外線等の工学的熱処理方法あるいは電子線
による加熱方法等が応用可能である。
この種の３元化合物超電導体（A,B）6Cu6O14の構成元
素ＡおよびＢの変化による超電導特性の変化の詳細は明
らかではない。ただＡは、３価,Bは２価を示しているの
は事実ではある。Ａ元素としてＹについて例をあげて説
明したが、ScやLa、さらにランタン系列の元素（原子番
号57〜71）でも、超電導転移温度が変化する程度で本質
的な発明の特性を変えるものではない。
素ＡおよびＢの変化による超電導特性の変化の詳細は明
らかではない。ただＡは、３価,Bは２価を示しているの
は事実ではある。Ａ元素としてＹについて例をあげて説
明したが、ScやLa、さらにランタン系列の元素（原子番
号57〜71）でも、超電導転移温度が変化する程度で本質
的な発明の特性を変えるものではない。
また、Ｂ元素においても、Sr、Ca、Ba等II a族元素の
変化は超電導転移温度を10゜Ｋ程度変化させるが、本質
的に本発明の特性を変えるものではない。
変化は超電導転移温度を10゜Ｋ程度変化させるが、本質
的に本発明の特性を変えるものではない。
発明の効果 とりわけ、本発明にかかる超電導体は、超電導体を薄
膜化して水素イオン処理している所に大きな特色があ
る。すなわち、薄膜化は超電導体の素材を原子状態とい
う極微粒子に分解してから、基体上に堆積させるから、
形成された超電導体の組成は本質的に、従来の焼結体に
比べて均質である。さらに通常行われる熱だけの処理に
比べて本発明による水素イオン処理は制御性が良好で短
時間処理が可能であり、結晶欠陥を補償して、所望の結
晶構造を実現することが出来る。したがって、非常に高
精度の超電導体が本発明で実現される。
膜化して水素イオン処理している所に大きな特色があ
る。すなわち、薄膜化は超電導体の素材を原子状態とい
う極微粒子に分解してから、基体上に堆積させるから、
形成された超電導体の組成は本質的に、従来の焼結体に
比べて均質である。さらに通常行われる熱だけの処理に
比べて本発明による水素イオン処理は制御性が良好で短
時間処理が可能であり、結晶欠陥を補償して、所望の結
晶構造を実現することが出来る。したがって、非常に高
精度の超電導体が本発明で実現される。
以上の説明のごとく本発明の薄膜超電導体の製造方法
によると、例えば結晶性基体上に薄膜状で形成されるの
で焼結体より本質的により精度が高い上SiあるいはGaAs
などのデバイスとの集積化が可能であるとともに、ジョ
セフソン素子など各種の超電導デバイスの製造に実用さ
れる。特にこの種の化合物超電導体の転移温度が室温に
なる可能性もあり、従来の実用の範囲は広く、本発明の
工業的価値は高い。
によると、例えば結晶性基体上に薄膜状で形成されるの
で焼結体より本質的により精度が高い上SiあるいはGaAs
などのデバイスとの集積化が可能であるとともに、ジョ
セフソン素子など各種の超電導デバイスの製造に実用さ
れる。特にこの種の化合物超電導体の転移温度が室温に
なる可能性もあり、従来の実用の範囲は広く、本発明の
工業的価値は高い。
第１図は本発明の一実施例の薄膜超電導体の製造方法で
形成した薄膜超電導体の基本構成図、第２図は本発明の
薄膜超電導体の基本特性図、第３図、第４図は本発明の
水素処理装置のための装置の概略構成図である。 11……基体、12……３元化合物被膜、31.34……イオン
源、32,33……高周波電極、34,42……磁場発生源、35…
…基板、36……基板台、37……ヒータ。
形成した薄膜超電導体の基本構成図、第２図は本発明の
薄膜超電導体の基本特性図、第３図、第４図は本発明の
水素処理装置のための装置の概略構成図である。 11……基体、12……３元化合物被膜、31.34……イオン
源、32,33……高周波電極、34,42……磁場発生源、35…
…基板、36……基板台、37……ヒータ。
Claims (14)
- 【請求項１】少なくともCuを含む酸化物で構成される複
合化合物被膜において、加熱された上記被膜に対し、水
素イオンを照射することを特徴とする薄膜超電導体の製
造方法。 - 【請求項２】水素イオン源として、少なくとも水素を含
むガスの真空槽内での放電により生成したプラズマを用
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜
超電導体の製造方法。 - 【請求項３】水素イオン源装置として、マイクロ波を含
む高周波電圧をガスに印加して生成したプラズマを用い
ることを特徴とする特許請求の範囲項第２項記載の薄膜
超電導体の製造方法。 - 【請求項４】プラズマに磁界を印加して生成した水素イ
オンを照射することを特徴とする特許請求の範囲第３項
記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項５】水素イオン照射時の複合化合物被膜を300
℃から600℃以下に加熱することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項６】真空槽内でのガスの放電により生成した水
素イオンを、この真空槽内のプラズマと複合化合物被膜
を設置した試料台との間に電圧を印加して照射すること
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の薄膜超電導体
の製造方法。 - 【請求項７】水素ガスに高周波電圧を印加して生成した
プラズマと試料台との間に所定の電位に設置した電極を
設置して水素イオンを照射することを特徴とする特許請
求の範囲第６項記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項８】プラズマと試料台との間に5KV以下の直流
電圧を印加することを特徴とする特許請求の範囲第６項
記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項９】高周波電圧を印加して生成したプラズマ中
に複合化合物被膜を設置したことを特徴とする特許請求
の範囲第３項記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項１０】水素イオンと同時に光線を照射すること
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の薄膜超電導体
の製造方法。 - 【請求項１１】複合化合物被膜を形成した後、同一の装
置により引き続き水素イオン照射を行うことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の薄膜超電導体の製造方
法。 - 【請求項１２】複合化合物被膜を形成した後、酸素を含
む雰囲気中で熱処理し、その後水素イオンを照射するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜超電導
体の製造方法。 - 【請求項１３】熱処理を800℃以上、水素イオン照射を6
00℃以下の被膜に対して行うことを特徴とする特許請求
の範囲第12項記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項１４】水素イオンを照射しながら作成された複
合化合物被膜に水素イオンを照射することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の薄膜超電導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62135253A JPH0818913B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62135253A JPH0818913B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63299019A JPS63299019A (ja) | 1988-12-06 |
| JPH0818913B2 true JPH0818913B2 (ja) | 1996-02-28 |
Family
ID=15147389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62135253A Expired - Fee Related JPH0818913B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0818913B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0564915B1 (en) * | 1992-03-26 | 2001-10-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Methods for growing compound semiconductor layers |
| JP4967272B2 (ja) * | 2005-08-02 | 2012-07-04 | 株式会社ブリヂストン | Ｃｕ２Ｏ薄膜の結晶化方法及びＣｕ２Ｏ薄膜を有する積層体 |
| CN115666213B (zh) * | 2022-10-27 | 2025-02-14 | 阿里巴巴达摩院(杭州)科技有限公司 | 超导薄膜制备方法、超导薄膜、量子器件及量子芯片 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63268087A (ja) * | 1987-04-27 | 1988-11-04 | Hitachi Ltd | 記憶媒体 |
-
1987
- 1987-05-29 JP JP62135253A patent/JPH0818913B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63299019A (ja) | 1988-12-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0285030B1 (en) | Process for producing superconducting thin films | |
| JPH029717A (ja) | ケイ素及び二酸化ケイ素基板上における超伝導酸化物フイルムの製法 | |
| US4874741A (en) | Non-enhanced laser evaporation of oxide superconductors | |
| EP0342039B1 (en) | Josephson device and method of making same | |
| JPS63224116A (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
| JPS63239742A (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
| JPH0818913B2 (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
| JPH01208327A (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
| CN1016387B (zh) | 在磁场中制造超导陶瓷的方法及所用设备 | |
| JPH06291375A (ja) | 薄膜超電導体の製造方法及びその製造装置 | |
| JPH0825742B2 (ja) | 超電導材料の作製方法 | |
| JP2702711B2 (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
| EP0624910B1 (en) | Method of fabricating a Hg-based superconducting thin film | |
| JPH0818912B2 (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
| JP2594271B2 (ja) | 超電導体用薄膜の製造装置および超電導体用薄膜の製造方法 | |
| JPH01246142A (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
| EP0333513B1 (en) | Oxide superconductor | |
| JP2557446B2 (ja) | 複合酸化物系超電導薄膜の製造方法 | |
| JP2502344B2 (ja) | 複合酸化物超電導体薄膜の作製方法 | |
| JP2611332B2 (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
| JP2742418B2 (ja) | 酸化物超電導薄膜の製造方法 | |
| JPH01286914A (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
| JP2736062B2 (ja) | 酸化物超電導体薄膜の製造方法 | |
| JPH01215963A (ja) | 超電導薄膜形成方法 | |
| JPH05170448A (ja) | セラミックス薄膜の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |