JPS63292524A - 超電導薄膜の製造方法 - Google Patents
超電導薄膜の製造方法Info
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- JPS63292524A JPS63292524A JP62127553A JP12755387A JPS63292524A JP S63292524 A JPS63292524 A JP S63292524A JP 62127553 A JP62127553 A JP 62127553A JP 12755387 A JP12755387 A JP 12755387A JP S63292524 A JPS63292524 A JP S63292524A
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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
- 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
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は超電導薄膜の製造方法に関するものである。特
に化学的気相成長法を用いた製造方法に関するものであ
る。
に化学的気相成長法を用いた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、A16型2元素化合物として窒化
ニオブ(NbN)やゲルマニウムニオブ(N b s
G e )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°にであった。
ニオブ(NbN)やゲルマニウムニオブ(N b s
G e )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°にであった。
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−0系の高温超電導
体が提案された( J、G、f3endorz and
K、A、Mul ler 、ツァイトシュリフト フユ
ア フージーク(Zeitschrift fur P
hysik、) −Condensed Matter
64 、189−193 (1986)]。
温度が期待され、Ba−La−Cu−0系の高温超電導
体が提案された( J、G、f3endorz and
K、A、Mul ler 、ツァイトシュリフト フユ
ア フージーク(Zeitschrift fur P
hysik、) −Condensed Matter
64 、189−193 (1986)]。
さらに、]Y−Ba−Cu−0がより高温の超電導材1
1”− 料であることが最近提案された(M、 K 、WnM、
K 、Wn等、フィジカル レピューレターズ(Ph
ysicalReview Letters)Vol
、5B 、 No 9 、908−910(1987)
)。
1”− 料であることが最近提案された(M、 K 、WnM、
K 、Wn等、フィジカル レピューレターズ(Ph
ysicalReview Letters)Vol
、5B 、 No 9 、908−910(1987)
)。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、Y−Ba−Cu−0系の材料は、現在の
技術では焼結という過程でしか形成できないため、セラ
ミックの粉末あるいはブロックの形状しか得られない。
技術では焼結という過程でしか形成できないため、セラ
ミックの粉末あるいはブロックの形状しか得られない。
一方、この種の材料を実用化する場合、薄膜状に加工す
ることが強く要望されているが、従来の技術では、薄膜
化は非常に困難されている。
ることが強く要望されているが、従来の技術では、薄膜
化は非常に困難されている。
本発明者らは、この種の材料の薄膜化を化学的気相成長
法により基体上に付着させると、薄膜状の高温超電導体
が形成されることを発見し、これにもとづいて超電導薄
膜の製造方法を発明した。
法により基体上に付着させると、薄膜状の高温超電導体
が形成されることを発見し、これにもとづいて超電導薄
膜の製造方法を発明した。
問題点を解決するだめの手段
本発明の製造方法で形成する超電導薄膜の基本構成は、
少なくともA元素とB元素とCuと酸素とを、原子状も
しくは化合物状のガスを、基体表面に供給して複合酸化
物を付着させたことを特徴としている。本発明者らは、
この種の超電導薄膜が、加熱された基板上に、上記複合
酸化物を化学的気相成長法で付着させることにより形成
されることを見い出し発明に致ったものである。ここに
AはSc、Yおよびランタン系元素(原子番号57−7
1)のうちすくなくとも一種、BはBe、Mg。
少なくともA元素とB元素とCuと酸素とを、原子状も
しくは化合物状のガスを、基体表面に供給して複合酸化
物を付着させたことを特徴としている。本発明者らは、
この種の超電導薄膜が、加熱された基板上に、上記複合
酸化物を化学的気相成長法で付着させることにより形成
されることを見い出し発明に致ったものである。ここに
AはSc、Yおよびランタン系元素(原子番号57−7
1)のうちすくなくとも一種、BはBe、Mg。
Ca、Sr、BaなどIla族元素のうち少なくとも一
種を示す。
種を示す。
作 用
本発明にかかる超電導薄膜の製造方法は、超電導薄膜を
化学的気相成長法によって薄膜化している所に大きな特
色がある。すなわち、化学的気相、成長法による薄膜化
は、超電導体の構成原子を含む原子状もしくは化合物状
のガスという極微粒子を基体上に供給して、基体上に超
電導体を粒子レベルから再構成して堆積させるから、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。加えてガスを用いるので、超電導体を高
速かつ大面積に堆積することは容易に可能である。した
がって本発明を用いて非常に高精度の超電導体を高速か
つ大面積に堆積することが実現できる。
化学的気相成長法によって薄膜化している所に大きな特
色がある。すなわち、化学的気相、成長法による薄膜化
は、超電導体の構成原子を含む原子状もしくは化合物状
のガスという極微粒子を基体上に供給して、基体上に超
電導体を粒子レベルから再構成して堆積させるから、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。加えてガスを用いるので、超電導体を高
速かつ大面積に堆積することは容易に可能である。した
がって本発明を用いて非常に高精度の超電導体を高速か
つ大面積に堆積することが実現できる。
実施例
本発明の実施例を図面とともに説明する。第1図に示す
ように複合酸化物の被膜12を基体11上付着させる方
法として化学的気相成法を用いた。
ように複合酸化物の被膜12を基体11上付着させる方
法として化学的気相成法を用いた。
へ元素、B元素、Cuとを、原子状もしくは化合物状の
ガスにして基体11に供給する。B元素はla族元素で
、活性な金属であり、揮発性の有機金属は数少なく、不
安定なものが多い。本発明者らは、β−ジケトン化合物
で揮発性があるビス(1,1,1,ts、rs、rs−
へキサフルオロ−2゜4−ペンタンデオナト)B(■)
(B−Be2Mq。
ガスにして基体11に供給する。B元素はla族元素で
、活性な金属であり、揮発性の有機金属は数少なく、不
安定なものが多い。本発明者らは、β−ジケトン化合物
で揮発性があるビス(1,1,1,ts、rs、rs−
へキサフルオロ−2゜4−ペンタンデオナト)B(■)
(B−Be2Mq。
Ca、Sr、Ba)
を見出して用いた。その他のA、Cuの原料ガスは、そ
れぞれ、トリス(2,2,6,6−チトラメチルー3,
5−へプタンデオナ) ) A (Ill)(A=Y、
Scまたは原子番号ts−r−71)ビス(1,1,1
,5;5,5−へキサフルオロ−2,4−ペンタンデオ
ナト)銅(II)を用いた。以上のようなへ元素、B元
累、Cuの原料ガスを用いて、基体11上に複合酸化物
12を形成した。その時へ元素、B元累、Cuの原料1
6 ′ ・ ガス中のA元素、B元素、Cuの原子数比をFA。
れぞれ、トリス(2,2,6,6−チトラメチルー3,
5−へプタンデオナ) ) A (Ill)(A=Y、
Scまたは原子番号ts−r−71)ビス(1,1,1
,5;5,5−へキサフルオロ−2,4−ペンタンデオ
ナト)銅(II)を用いた。以上のようなへ元素、B元
累、Cuの原料ガスを用いて、基体11上に複合酸化物
12を形成した。その時へ元素、B元累、Cuの原料1
6 ′ ・ ガス中のA元素、B元素、Cuの原子数比をFA。
FB・FCu とした時、本発明者らは・・・・・・・
・・・・(1) 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。この複合酸化物の原
料ガス中の原子数比の関係は原料ガスの種類に限らずま
た化学的気相成長法中の常圧。
・・・・(1) 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。この複合酸化物の原
料ガス中の原子数比の関係は原料ガスの種類に限らずま
た化学的気相成長法中の常圧。
減圧化学的気相成長法、プラズマ化学的気相成長法、光
化学的気相成長法等のどの方法であっても原料ガス中の
原子数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。
化学的気相成長法等のどの方法であっても原料ガス中の
原子数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。
薄膜超電導体の形成には1ずA−B−Cu−0の複合酸
化物の被膜12を化学的気相成長法で基体11上に付着
させる。
化物の被膜12を化学的気相成長法で基体11上に付着
させる。
この場合、この複合酸化物1oは通常数100°Cの高
温で形成し、超電導例えば液体窒素温度(−195°C
)の低温で動作させるため、特に基体11と被膜12の
密着12の密着性が悪くなり、被膜12が破損されるこ
とを本発明者らは確認した。
温で形成し、超電導例えば液体窒素温度(−195°C
)の低温で動作させるため、特に基体11と被膜12の
密着12の密着性が悪くなり、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a〉10/
C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/”C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。
質について調べた結果、基体の線熱膨張係数a〉10/
C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/”C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、結晶性の高い複合酸化物の被膜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
(a−A1203)、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17 ・ − 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。
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
(a−A1203)、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17 ・ − 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、所謂
焼結磁器が有効であることを確認するとともに、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、酸化マグネシウム、酸化デルコニウム、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成されてい
るとよい。
筒状に加工する場合、基体としては単結晶よりも、所謂
焼結磁器が有効であることを確認するとともに、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、酸化マグネシウム、酸化デルコニウム、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成されてい
るとよい。
さらに、基体をCu、Ni、Ti、Mo、Nb、Ta、
W。
W。
Mnなどの金属上に複合酸化物を付着させた場合、上記
磁器や単結晶はど密着性はよくないが、超電導現象を確
認した。上記金属上に酸化物、窒化物。
磁器や単結晶はど密着性はよくないが、超電導現象を確
認した。上記金属上に酸化物、窒化物。
炭化物等の耐熱被膜を付着させた後に、複合酸化物を付
着させると、密着性は金属上より改善され、超電導現象
も確認した。また、Ni 、 T i 、Mo 、Nb
。
着させると、密着性は金属上より改善され、超電導現象
も確認した。また、Ni 、 T i 、Mo 、Nb
。
Ta、W、Mnのうち少なくとも一種かこれらの金属を
含んだ合金を基体とし、この基体の表面を酸化。
含んだ合金を基体とし、この基体の表面を酸化。
窒化、炭化させたのち、上記複合酸化物を付着させても
超電導現象を確認した。これは、金属上あるいは耐熱被
膜上で形成された複合酸化物はアモルファスあるいは超
電導を示すA−B−Cu−0系の微結晶から構成されて
いるから、超電導現象を示すものと思われる。
超電導現象を確認した。これは、金属上あるいは耐熱被
膜上で形成された複合酸化物はアモルファスあるいは超
電導を示すA−B−Cu−0系の微結晶から構成されて
いるから、超電導現象を示すものと思われる。
さらに、上記原子数比の条件を満足して形成された複合
酸化物12を酸素による後処理をすると、超電導転移温
度は変化しないが、超電導転移温度での臨界電流が、処
理後数桁以上増加する傾向にあることを確認した。そし
て常温での抵抗も、酸素の後処理後、数桁下がることを
確認した。
酸化物12を酸素による後処理をすると、超電導転移温
度は変化しないが、超電導転移温度での臨界電流が、処
理後数桁以上増加する傾向にあることを確認した。そし
て常温での抵抗も、酸素の後処理後、数桁下がることを
確認した。
以下、本実施例を深く理解するため、さらに具体的実施
例で述べる。
例で述べる。
(具体的実施例1)
酸化マグネシウム単結晶(1oo)面を基板11として
用い、化学的気相成長法として常圧化学的19 −一 気相成長法を用いた。八−B−Cu−0系の複合酸化物
の一例としてY−Ba−Cu−0複合酸化物について述
べる。Y 、Ba、Cuの各化合物としてトリス((C
H3)2CH3COCHCOCH3(CH3)2)Y2
゜ビス(CF3COCHCOCF3)Ba 3 、ビス
(cF3coCHCoCF3)Cu4を用いた。酸素ハ
純酸素5を用いた。
用い、化学的気相成長法として常圧化学的19 −一 気相成長法を用いた。八−B−Cu−0系の複合酸化物
の一例としてY−Ba−Cu−0複合酸化物について述
べる。Y 、Ba、Cuの各化合物としてトリス((C
H3)2CH3COCHCOCH3(CH3)2)Y2
゜ビス(CF3COCHCOCF3)Ba 3 、ビス
(cF3coCHCoCF3)Cu4を用いた。酸素ハ
純酸素5を用いた。
これらの化合物を輸送するガスとして不活性ガス(He
、Ne、Ar、Kr、Xe)およびH2を用いた。
、Ne、Ar、Kr、Xe)およびH2を用いた。
ここではAr ガス8を用いた。Y 、 Ba 、 C
u の各化合物中の原子数比を式(1)を満足させる
ため、各化合物を収容した容器5,6.7を180’C
。
u の各化合物中の原子数比を式(1)を満足させる
ため、各化合物を収容した容器5,6.7を180’C
。
130″C,126°C一定に保った。Arガス8の流
量は、Y、Ba、Cuの各容器5,6.7にそれぞれ1
,0.2,0.11/1Iln流した。これによって、
Y 、Ba、Cuの原子数比を1 :1 :3にした。
量は、Y、Ba、Cuの各容器5,6.7にそれぞれ1
,0.2,0.11/1Iln流した。これによって、
Y 、Ba、Cuの原子数比を1 :1 :3にした。
酸素ガス5を0.273 /win流し、還元性のガス
はH2ガス9を用い、流量を0.1137sin と
した。その他にArガス10を流して、全圧として一気
圧に保った。基体温度は、各化合物と還元性ガス(H2
ガス9)との反応によって、Y 、Ba、Cuの単体が
遊離しはじめる最低温度以上にした。この場合、Y、B
a、Cuの各化合物のうちCu化合物が最低(250″
C)なので、基体温度は250°C以」二の450°C
にした。以上の条件で、基体11上に複合酸化膜12を
6時間蒸着すると、膜厚6.2μm程度であった。形成
された複合酸化膜をさらに、基体温度600″C1純酸
素中で2時間酸素処理し、その後3〜4時間で徐冷した
。
はH2ガス9を用い、流量を0.1137sin と
した。その他にArガス10を流して、全圧として一気
圧に保った。基体温度は、各化合物と還元性ガス(H2
ガス9)との反応によって、Y 、Ba、Cuの単体が
遊離しはじめる最低温度以上にした。この場合、Y、B
a、Cuの各化合物のうちCu化合物が最低(250″
C)なので、基体温度は250°C以」二の450°C
にした。以上の条件で、基体11上に複合酸化膜12を
6時間蒸着すると、膜厚6.2μm程度であった。形成
された複合酸化膜をさらに、基体温度600″C1純酸
素中で2時間酸素処理し、その後3〜4時間で徐冷した
。
この複合酸化膜12は超電導転移温度90°にであった
。
。
この場合、基体温度を250°C以下の場合、基体表面
への複合酸化物の付着性が悪かった。また8oO°C以
上では各化合物の分解が速く、複合酸化物を構成しなか
った。
への複合酸化物の付着性が悪かった。また8oO°C以
上では各化合物の分解が速く、複合酸化物を構成しなか
った。
ここでは、膜厚6.2μm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。
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。
また、基体11への複合酸化物12の付着速度りは、0
.1≦D≦10μm/hrの間で超電導が発21 t・
−7 生した。10μm/ h r以上では、複合酸化物を構
成せず、また0、1μm/ h r以下では超電導現象
を確認できなかった。
.1≦D≦10μm/hrの間で超電導が発21 t・
−7 生した。10μm/ h r以上では、複合酸化物を構
成せず、また0、1μm/ h r以下では超電導現象
を確認できなかった。
ここでは、装置1内の全圧力を1気圧一定にして行った
が、全圧力Pを0.01≦P≦3気圧の範囲にしても超
電導の発生を確認した。全圧力が3気圧より大きい場合
では、複合酸化物を構成することはなく、また0、01
気圧未満では超電導現象を示さなかった。
が、全圧力Pを0.01≦P≦3気圧の範囲にしても超
電導の発生を確認した。全圧力が3気圧より大きい場合
では、複合酸化物を構成することはなく、また0、01
気圧未満では超電導現象を示さなかった。
酸素の後処理に関し、超電導転移温度の変化はないが超
電導転移温度での臨界電流は1.5桁以上向上すること
を確認した。
電導転移温度での臨界電流は1.5桁以上向上すること
を確認した。
以上のように本実施例にすれば、Y、Ba、Cuの各化
合物状のガスと酸素を原料ガスとし、常圧化学的気相成
長法を用いることにより、超電導体を薄膜化することが
できる。
合物状のガスと酸素を原料ガスとし、常圧化学的気相成
長法を用いることにより、超電導体を薄膜化することが
できる。
(具体的実施例2)
具体的実施例2を図面とともに説明する。化学的気相成
長法としては、第2図に示すように電子サイクロトロン
共鳴(ECR)プラズマによる化22 ノ、−: 学的気相成長法を用いた。ECRプラズマによる化学的
気相成長法の基本構成は、マイクロ波(2,45GHz
)とECR条件の磁場22とである。装置21に酸素5
を導入して酸素プラズマ23を作り、基体11付近にY
、Ba、Cuの各化合物状のガスを導入して、酸素プラ
ズマ23とY、Ba、Cuの各化合物状のガスとを反応
させて複合酸化物12を基体11上に付着させる。複合
酸化物12は具体的実施例1と同じ(Y −Ba −C
u −0系で行った。
長法としては、第2図に示すように電子サイクロトロン
共鳴(ECR)プラズマによる化22 ノ、−: 学的気相成長法を用いた。ECRプラズマによる化学的
気相成長法の基本構成は、マイクロ波(2,45GHz
)とECR条件の磁場22とである。装置21に酸素5
を導入して酸素プラズマ23を作り、基体11付近にY
、Ba、Cuの各化合物状のガスを導入して、酸素プラ
ズマ23とY、Ba、Cuの各化合物状のガスとを反応
させて複合酸化物12を基体11上に付着させる。複合
酸化物12は具体的実施例1と同じ(Y −Ba −C
u −0系で行った。
Y、Ba、Cuの各原料ガスは具体的実施例1と同じく
トリス(2,2,6,6−チトラメチルー3.5−へブ
タンデオナト)イツトリウム(III)Y(CH3)2
COCHCO(CH3)2)22.ビス(1,1,1,
5,5,5−へキサフルオロ−2゜4−ペンタンデオナ
ト)バリウム(II)Ba(CF3CQCHCOCF3
)23 、ビス(1,1゜1.5,5,5−へキサフル
オロ−2,4−ペンタンデオナト)銅(II)Cu(C
F3COCHCOCF3)24ケ用いた。酸素は純酸素
6を用いた。
トリス(2,2,6,6−チトラメチルー3.5−へブ
タンデオナト)イツトリウム(III)Y(CH3)2
COCHCO(CH3)2)22.ビス(1,1,1,
5,5,5−へキサフルオロ−2゜4−ペンタンデオナ
ト)バリウム(II)Ba(CF3CQCHCOCF3
)23 、ビス(1,1゜1.5,5,5−へキサフル
オロ−2,4−ペンタンデオナト)銅(II)Cu(C
F3COCHCOCF3)24ケ用いた。酸素は純酸素
6を用いた。
Y、Ba、Cuの各化合物2,3.4を入れた容23
・・ ・ 器6,7,8を、それぞれ180″C,130″C11
26°Cの一定に保った。容器6,7.8で発生したY
、Ba、Cuの各化合物状のガスは、直接、装置21
内に導入した。各化合物状のガスの導入口24は基体1
1より5crn#1′シた。基体11として熱膨張率1
σ6(1,’C)以上のサファイア基板のR而を用いた
。基体温度は、具体的実施例1と同様な理由で、260
°Cとした。Y、Ba、Cuの原子数比をFY、FBa
、Fou とすると、を満足するようにした。ここでは
、FY:FBa:Fcu−1=1=3 とした。そして
酸素の流量を20 secmとした。また、還元性のガ
スとして純水素9を用い、2Bacm流した。装置21
内の全圧力は約10 ’Torr であった。マイク
ロ波のパワーを200Wとした。以上の条件で、基体1
1上に蒸着時間6時間、膜厚7.2μmの複合酸化物1
2を堆積させた。形成された複合酸化物12をさらに同
一装置で酸素のECRプラズマを用いて処理した。基板
温度200°C1酸素ガスの流量を10108c、マイ
クロ波パワー200Wで10分間処理した。このように
して得られた複合酸化12の超電導転移温度は900に
であった。
・・ ・ 器6,7,8を、それぞれ180″C,130″C11
26°Cの一定に保った。容器6,7.8で発生したY
、Ba、Cuの各化合物状のガスは、直接、装置21
内に導入した。各化合物状のガスの導入口24は基体1
1より5crn#1′シた。基体11として熱膨張率1
σ6(1,’C)以上のサファイア基板のR而を用いた
。基体温度は、具体的実施例1と同様な理由で、260
°Cとした。Y、Ba、Cuの原子数比をFY、FBa
、Fou とすると、を満足するようにした。ここでは
、FY:FBa:Fcu−1=1=3 とした。そして
酸素の流量を20 secmとした。また、還元性のガ
スとして純水素9を用い、2Bacm流した。装置21
内の全圧力は約10 ’Torr であった。マイク
ロ波のパワーを200Wとした。以上の条件で、基体1
1上に蒸着時間6時間、膜厚7.2μmの複合酸化物1
2を堆積させた。形成された複合酸化物12をさらに同
一装置で酸素のECRプラズマを用いて処理した。基板
温度200°C1酸素ガスの流量を10108c、マイ
クロ波パワー200Wで10分間処理した。このように
して得られた複合酸化12の超電導転移温度は900に
であった。
ここでは、全圧力10 Torr を用いたが、全圧
力Pを10−5≦P≦10−2Torrの範囲であれば
超電導の発生を確認した。全圧力を10−5未満にする
と超電導現象を認めることがなく、1o−2より大きい
場合では複合酸化物を形成できなかった。
力Pを10−5≦P≦10−2Torrの範囲であれば
超電導の発生を確認した。全圧力を10−5未満にする
と超電導現象を認めることがなく、1o−2より大きい
場合では複合酸化物を形成できなかった。
以上のように、本実施例によればY、Ba、Cuの各化
合物状のガスと酸素を原料ガスとし、ECRプラズマを
用いることにより、低い基体温度、低いガス圧で超電導
を示す複合酸化物を形成することができる。なお、具体
的実施例1,2では、Y。
合物状のガスと酸素を原料ガスとし、ECRプラズマを
用いることにより、低い基体温度、低いガス圧で超電導
を示す複合酸化物を形成することができる。なお、具体
的実施例1,2では、Y。
Ba、Cuの原子数比を、1:1:3で行ったが、式(
1)を満足する原子数比であればすべて超電導の発生を
確認した。
1)を満足する原子数比であればすべて超電導の発生を
確認した。
Y、Ba、Cuの原料ガスとして、対称のβ−ジケトン
化合物を用いたが、非対称のβ−ジケトン化合物であっ
てもよい。また、シクロベンタンプ25 ・、−。
化合物を用いたが、非対称のβ−ジケトン化合物であっ
てもよい。また、シクロベンタンプ25 ・、−。
エニル化合物、例エハシクロペンタンデエニル銅トリメ
チルリン(C5H5Cu(CH3)3P)、ジシクロペ
ンタンデエニルハリウム((C5H5)2Ba)や、ア
ルキル化合物等の揮発性、昇華性を有する有機金属化合
物でも超電導の発生を確認した。
チルリン(C5H5Cu(CH3)3P)、ジシクロペ
ンタンデエニルハリウム((C5H5)2Ba)や、ア
ルキル化合物等の揮発性、昇華性を有する有機金属化合
物でも超電導の発生を確認した。
捷た、Y、Ba、Cuを供給する手段は、Y、Ba。
Cuのうち少なくとも一種類の合金を熱、電子ビーム、
スパッタリング等の手段によって供給する熱加熱法、電
子ビーム法、スパッタ法であっても、超電導の発生を確
認した。
スパッタリング等の手段によって供給する熱加熱法、電
子ビーム法、スパッタ法であっても、超電導の発生を確
認した。
なお、具体的実施例1,2では、常圧化学的気相成長法
とECRプラズマによる化学的気相成長法を示した。そ
の他に、光化学的気相成長法の場合、基体温度を500
°Cにし、660nm以下の光源としてアルゴンイオン
レーザを照射して複合酸化物12を形成しても、超電導
の発生を確認した。また、プラズマ化学的気相成長法も
、直流プラズマ、低周波プラズマ、高周波プラズマ、マ
イクロ波プラズマのいずれも有効であることを本発明者
らは確認した。
とECRプラズマによる化学的気相成長法を示した。そ
の他に、光化学的気相成長法の場合、基体温度を500
°Cにし、660nm以下の光源としてアルゴンイオン
レーザを照射して複合酸化物12を形成しても、超電導
の発生を確認した。また、プラズマ化学的気相成長法も
、直流プラズマ、低周波プラズマ、高周波プラズマ、マ
イクロ波プラズマのいずれも有効であることを本発明者
らは確認した。
さらに、電界を印加してプラズマ中のイオンを加速した
場合、付着性が向上した複合酸化物が得られた。減速し
た場合、複合酸化物の表面が平坦であった。超電導転移
温度は殆んど変化しなかった。
場合、付着性が向上した複合酸化物が得られた。減速し
た場合、複合酸化物の表面が平坦であった。超電導転移
温度は殆んど変化しなかった。
酸素の後処理に関し、形成された複合酸化物を異なる装
置で処理しても変化がない。また、酸素を後処理として
熱的な処理あるいはプラズマを用いるほかに、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
熱方法が応用可能である。
置で処理しても変化がない。また、酸素を後処理として
熱的な処理あるいはプラズマを用いるほかに、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
熱方法が応用可能である。
なお、基体表面にへ元素、B元素、Cuの化合物被膜を
化学的気相成長法、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、酸素ラジカ
ル等を化合物被膜形成中に照射し基体表面で、複合酸化
物を形成することも可能である。
化学的気相成長法、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、酸素ラジカ
ル等を化合物被膜形成中に照射し基体表面で、複合酸化
物を形成することも可能である。
この種のA −B −Cu −0系複合酸化物の超電導
体の構成元素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。へ元素として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。
体の構成元素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。へ元素として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。
寸だ、B元素においても、Sr、Ca、Ba等1a族元
素の変化は超電導転移温度を10°に程度変化させるが
、本質的に本発明の特性を変えるものではない。
素の変化は超電導転移温度を10°に程度変化させるが
、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、超電導体を化学
的気相成長法によって薄膜化している所に大きな特色が
ある。すなわち、化学的気相成長法による薄膜化は、超
電導体の構成原子を含む原子状もしくは化合物状のガス
という極微粒子を基体上に供給して、基体」二に超電導
体を粒子レベルから化学的に再構成して堆積させるから
、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。加えてガスを用いるので、超電導体
を高速かつ大面積に堆積させることは容易に可能である
。しだがって、非常に高精度の超電導体が本発明で実現
される。
的気相成長法によって薄膜化している所に大きな特色が
ある。すなわち、化学的気相成長法による薄膜化は、超
電導体の構成原子を含む原子状もしくは化合物状のガス
という極微粒子を基体上に供給して、基体」二に超電導
体を粒子レベルから化学的に再構成して堆積させるから
、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。加えてガスを用いるので、超電導体
を高速かつ大面積に堆積させることは容易に可能である
。しだがって、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超電導薄膜の製造方法によ
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C
aAs 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。
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C
aAs 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超電導薄膜の製造方法で形
成した超電導薄膜の基本構成図と具体的実施例1の常圧
化学的気相成長法の装置概略図、第2図は本発明の具体
的実施例2のECRプラズマによる化学的気相成長法の
装置概略図である。 1・・・・・・常圧化学的気相成長法の装置、11・・
・・・・基体、12・・・・・・複合酸化物、21・・
・・・・ECRプラズマによる化学的気相成長法の装置
。 第1図 ?9 排気 第2図 ↓ 29排気
成した超電導薄膜の基本構成図と具体的実施例1の常圧
化学的気相成長法の装置概略図、第2図は本発明の具体
的実施例2のECRプラズマによる化学的気相成長法の
装置概略図である。 1・・・・・・常圧化学的気相成長法の装置、11・・
・・・・基体、12・・・・・・複合酸化物、21・・
・・・・ECRプラズマによる化学的気相成長法の装置
。 第1図 ?9 排気 第2図 ↓ 29排気
Claims (40)
- (1)少なくともA元素とB元素とCuと酸素とを、原
子状もしくは化合物状のガスにして基体上に供給し、化
学的気相成長法によって前記A元素、B元素そしてCu
の複合酸化物を付着させることを特徴とする超電導薄膜
の製造方法。ここでA元素はSc、Yおよびランタン系
元素(原子番号57〜71)のうち少なくとも一種、B
元素はアルカリ土類元素のうち少なくとも一種の元素を
示す。 - (2)化学的気相成長法として、常圧または減圧の化学
的気相成長法を用いたことを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の超電導薄膜の製造方法。 - (3)化学的気相成長法として、プラズマ化学的気相成
長法を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の超電導薄膜の製造方法。 - (4)化学的気相成長法として、光化学的気相成長法を
用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超
電導薄膜の製造方法。 - (5)A元素を含む化合物状のガスとして、アルキル化
合物β−ジケトンキレート化合物またはシクロペンタン
ジエニル化合物等の有機金属化合物を用いたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の超電導薄膜の製造方
法。 - (6)B元素を含む化合物状のガスとして、アルキル化
合物、β−ジケトンキレート化合物またはシクロペンタ
ンジエニル化合物等の有機金属化合物を用いたことを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導薄膜の製造
方法。 - (7)Cuを含む化合物状のガスとして、アルキル化合
物、β−ジケトンキレート化合物またはシクロペンタン
ジエニル化合物等の有機金属化合物を用いたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の超電導薄膜の製造方
法。 - (8)化学的気相成長法として、電子サイクロトロン共
鳴プラズマによる化学的気相成長法を用いたことを特徴
とする特許請求の範囲第3項記載の超電導薄膜の製造方
法。 - (9)A元素、B元素そしてCuを含む化合物または前
記元素をそれぞれ含む化合物のうちアルキル化合物を輸
送するガスとしてHe、Ne、Ar、Xe、にKr等の
不活性ガスを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
5項、第6項、第7項のいずれかに記載の超電導薄膜の
製造方法。 - (10)A元素、B元素、Cuを含む化合物または前記
元素をそれぞれを含む化合物のうちβ−ジケトン化合物
を輸送するガスとして、He、Ne、Ar、Xe、Kr
等の不活性ガスまたはH_2を用いたことを特徴とする
特許請求の範囲第5項、第6項、第7項のいずれかに記
載の超電導薄膜の製造方法。 - (11)A元素、B元素、Cuを含む化合物また前記元
素をそれぞれを含む化合物のうちシクロペンタリジエニ
ル化合物を輸送するガスとして、He、Ne、Ar、X
e、Kr等の不活性ガスまたはH_2、CO_2、H_
2O、O_2、空気を用いたことを特徴とする特許請求
の範囲第5項、第6項、第7項いずれかに記載の超電導
薄膜の製造方法。 - (12)A元素または前記元素を含む合金をヒータ加熱
法、電子ビーム加熱法、スパッタ法のうち少なくとも1
つを用いてガス状にして基体上に供給したことを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の超電導薄膜の製造方法
。 - (13)B元素または前記元素を含む合金をヒータ加熱
法、電子ビーム加熱法、スパッタ法を用いてガス状にし
て、基体上に供給したことを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の超電導薄膜の製造方法。 - (14)ヒータ加熱法、電子ビーム加熱法、スパッタ法
のうちすくなくとも1つを用いて、CuまたはCuの合
金をガス状にして基体上に供給することを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の超電導薄膜の製造方法。 - (15)A元素、B元素、Cuを含むβ−ジケトン化合
物または前記元素をそれぞれ含むβ−ジケトン化合物を
用い基体温度を250℃以上にしたいことを特徴とする
特許請求の範囲第5項、第6項、第7項、第10項のい
ずれかに記載の超電導薄膜の製造方法。 - (16)A元素、B元素、Cuを含むシクロペンタンデ
エニル化合物または前記元素をそれぞれ含むシクロペン
タンデエニル化合物を用い、基体温度を420℃以上に
したことを特徴とする特許請求の範囲第5項、第6項、
第7項、第11項のいずれかに記載の超電導薄膜の製造
方法。 - (17)プラズマ化学的気相成長法において、プラズマ
中のイオン等を電界によって加速させて、基体上に複合
酸化物を付着させることを特徴とする特許請求の範囲第
3項記載の超電導薄膜の製造方法。 - (18)プラズマ化学気相成長方法において、プラズマ
中のイオン等を電界によって減速させて、基体上に複合
酸化物を付着させることを特徴とする特許請求の範囲第
3項記載の超電導薄膜の製造方法。 - (19)基体として、線熱膨張率a>10^−^6(1
/℃)の材質を用いたことを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の超電導薄膜の製造方法。 - (20)基体として、酸化マグネシウム、サファイア(
α−Al_2O_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の少なくとも
一種を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第19項
記載の超電導薄膜の製造方法。 - (21)基体として、アルミナ、酸化マグネシウム、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、スピネル等の磁器を用いたこと特徴とする特許請
求の範囲第19項記載の超電導薄膜の製造方法。 - (22)基体に、Cu、Ni、Ti、Mo、Nb、Ta
、W、Mn、Fe等の金属のうちの一種あるいはこれら
の金属を含んだ合金例えばステンレスを用いたことを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導薄膜の製造
方法。 - (23)基体の表面に、耐熱被膜を形成した後、複合酸
化物を付着させることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の超電導薄膜の製造方法。 - (24)耐熱被膜を金属の酸化物、窒化物、炭化物で構
成したことを特徴とする特許請求の範囲第23項記載の
超電導薄膜の製造方法。 - (25)基体を、Ni、Ti、Mo、Nb、Ta、W、
Mnのうちの少なくとも一種か、これらの金属を含んだ
合金で構成し、複合酸化物を付着させる前に、前記基体
の表面を酸化、窒化あるいは炭化させることを特徴とす
る特許請求の範囲第23項記載の超電導薄膜の製造方法
。 - (26)A元素、B元素、Cuの化合物または、前記元
素それぞれを含む化合物のガスに、550nm以下の光
エネルギーを照射して、基体上に複合酸化物を付着させ
ることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の超電導
薄膜の製造方法。 - (27)基体上に、複合酸化物を付着中に、還元性ガス
を流しながら前記複合酸化物を形成することを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の超電導薄膜の製造方法。 - (28)還元性ガスとしてH_2を用いたことを特徴と
する特許請求の範囲第27項記載の超電導薄膜の製造方
法。 - (29)基体上に複合酸化物を形成した後に、酸素によ
って後処理したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の超電導薄膜の製造方法。 - (30)酸素の後処理として、基体温度600℃〜80
0℃としたことを特徴とする特許請求の範囲第29項記
載の超電導薄膜の製造方法。 - (31)酸素の後処理として、酸素を励起してイオンま
たはラジカルを用いたことを特徴とする特許請求の範囲
第29項記載の超電導薄膜の製造方法。 - (32)酸素の励起する手段としてプラズマを用いたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第31項記載の超電導薄
膜の製造方法。 - (33)酸素を励起する方法として、電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマを用いたことを特徴とする特許請求の範
囲第32項記載の超電導薄膜の製造方法。 - (34)共鳴プラズマを用いる酸素の後処理に関し、酸
素の圧力Pを10^−^4≦P≦10^−^2Torr
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第33項記載の
超電導薄膜の製造方法。 - (35)共鳴プラズマを用いる酸素の後処理に関し、基
体温度を400℃以下にしたことを特徴とする特許請求
の範囲第33項記載の超電導薄膜の製造方法。 - (36)基体上に、複合酸化物を付着させる速度D(μ
m/hr)を0.1≦D≦10としたことを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の超電導薄膜の製造方法。 - (37)A元素、B元素およびCuの原子状もしくは化
合物ガスの前記元素の原子数比を0.5≦B/A≦4そ
して0.5≦Cu/A+B≦4として供給することを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導薄膜の製造
方法。 - (38)化学的気相成長法として、常圧、減圧または光
化学的気相成長法を用い、複合酸化物の形成中の全圧力
P_Tを、0.01≦P_T≦10気圧にしたことを特
徴とする特許請求の範囲第2項または第4項記載の超電
導薄膜の製造方法。 - (39)化学的気相成長法として、プラズマ化学的気相
成長法を用い、複合酸化物の形成中の全圧力P_Tを0
.1Torr≦P_T≦100Torrにしたことを特
徴とする特許請求の範囲第3項記載の超電導薄膜の製造
方法。 - (40)化学的気相成長法として、電子サイクロトロン
共鳴プラズマを用い、複合酸化物の形成中の全圧力P_
Tを10^−^5≦P_T≦10^−^2Torrにし
たことを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の超電導
薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62127553A JPS63292524A (ja) | 1987-05-25 | 1987-05-25 | 超電導薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62127553A JPS63292524A (ja) | 1987-05-25 | 1987-05-25 | 超電導薄膜の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63292524A true JPS63292524A (ja) | 1988-11-29 |
Family
ID=14962858
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62127553A Pending JPS63292524A (ja) | 1987-05-25 | 1987-05-25 | 超電導薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63292524A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01200519A (ja) * | 1988-02-04 | 1989-08-11 | Fujikura Ltd | 酸化物系超電導線材の製造方法 |
JPH01208468A (ja) * | 1988-02-15 | 1989-08-22 | Riken Corp | バリウム系薄膜製造法 |
US5164363A (en) * | 1989-02-10 | 1992-11-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for vapor-phase growth of a superconducting oxide thin film |
-
1987
- 1987-05-25 JP JP62127553A patent/JPS63292524A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01200519A (ja) * | 1988-02-04 | 1989-08-11 | Fujikura Ltd | 酸化物系超電導線材の製造方法 |
JPH01208468A (ja) * | 1988-02-15 | 1989-08-22 | Riken Corp | バリウム系薄膜製造法 |
US5164363A (en) * | 1989-02-10 | 1992-11-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for vapor-phase growth of a superconducting oxide thin film |
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