JPH01249607A - 酸化物超電導体膜の製造方法 - Google Patents
酸化物超電導体膜の製造方法Info
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- JPH01249607A JPH01249607A JP63077080A JP7708088A JPH01249607A JP H01249607 A JPH01249607 A JP H01249607A JP 63077080 A JP63077080 A JP 63077080A JP 7708088 A JP7708088 A JP 7708088A JP H01249607 A JPH01249607 A JP H01249607A
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- 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
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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〕
本発明は酸化物超電導体膜の製造方法に関する。
近年1−a−3r−Cu−0系、Y−Ba−Cu−〇系
、B i −3r−Ca−Cu−0系、Tp、−3r−
Ca−Cu−0系等の酸化物超電導体が見出されている
。これらの酸化物超電導体は高い臨界温度(以下Tcと
略記)を有し、液体N2温度で超電導となるため、従来
の液体He温度で超電導を示す金属超電導体に較べて格
段に経済的であり電カケープル、マグネット導体等の線
材として、又はトランジスタ、ジョセフソン素子、5Q
UID、赤外センサ等の電子デバイスよして各分野での
応用が横側されている。
、B i −3r−Ca−Cu−0系、Tp、−3r−
Ca−Cu−0系等の酸化物超電導体が見出されている
。これらの酸化物超電導体は高い臨界温度(以下Tcと
略記)を有し、液体N2温度で超電導となるため、従来
の液体He温度で超電導を示す金属超電導体に較べて格
段に経済的であり電カケープル、マグネット導体等の線
材として、又はトランジスタ、ジョセフソン素子、5Q
UID、赤外センサ等の電子デバイスよして各分野での
応用が横側されている。
ところで上記のような酸化物超電導体の結晶構造は、第
1図にY B a t Cu x 07−δの超電導体
について例示したように立方体の中心にCu等の遷移元
素イオン、角隅にBa、Y等の半径の大きな活性金属イ
オン、そして面心に酸素イオンが配置されたものである
。このような結晶構造からなる酸化物超電導体は、中心
の遷移元素イオンの電子雲が球対称でない為、電気的に
結晶異方性が強く、臨界電流値がC軸方向に小さく、C
軸に垂直な面即ちa、b軸を含む面に平行な方向に大き
い値を示すものである。
1図にY B a t Cu x 07−δの超電導体
について例示したように立方体の中心にCu等の遷移元
素イオン、角隅にBa、Y等の半径の大きな活性金属イ
オン、そして面心に酸素イオンが配置されたものである
。このような結晶構造からなる酸化物超電導体は、中心
の遷移元素イオンの電子雲が球対称でない為、電気的に
結晶異方性が強く、臨界電流値がC軸方向に小さく、C
軸に垂直な面即ちa、b軸を含む面に平行な方向に大き
い値を示すものである。
このようなことから酸化物超電導体の製造にあたっては
結晶を配向さセ易いPVDやCVD等の気相析出法が多
用されている。
結晶を配向さセ易いPVDやCVD等の気相析出法が多
用されている。
しかしながら上記の気相析出法により結晶配向を行うに
は基体を600 ’C程度以上の高温に保持しながら気
相析出させる必要があり、このため製造中に基体と超電
導体との間に拡散反応が生じて超電導体の特性が劣化し
、又基体が高温に加熱されている為逆スパック現象が起
きてこの時の気化蒸発量が超電導体の成分ごとに異なる
ため組成制御が困難となり、更に成膜速度が基体を常温
にしたときの1/10程度即ら0.1〜0,5岬/11
にまで極端に低下する等種々の問題があった。
は基体を600 ’C程度以上の高温に保持しながら気
相析出させる必要があり、このため製造中に基体と超電
導体との間に拡散反応が生じて超電導体の特性が劣化し
、又基体が高温に加熱されている為逆スパック現象が起
きてこの時の気化蒸発量が超電導体の成分ごとに異なる
ため組成制御が困難となり、更に成膜速度が基体を常温
にしたときの1/10程度即ら0.1〜0,5岬/11
にまで極端に低下する等種々の問題があった。
〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明はかかる
状況に鑑みなされたものでその目的とするところは、結
晶配向性が高く超電導特性に優れた酸化物超電導体膜を
迅速に製造する方法を提供することにある。
状況に鑑みなされたものでその目的とするところは、結
晶配向性が高く超電導特性に優れた酸化物超電導体膜を
迅速に製造する方法を提供することにある。
即ち本発明は、基体上に酸化物超電導体物質を所定の結
晶配向性をもたせて膜状に形成したのち、上記配向性膜
体上に上記と同じ酸化物超電導体物質を非配向性状に3
trm以下の厚さに形成し、次いで上記2層の膜体に酸
素含有雰囲気中で融点未満の温度で加熱処理を施す工程
を所望回繰り返し施ずことを特徴とするものである。
晶配向性をもたせて膜状に形成したのち、上記配向性膜
体上に上記と同じ酸化物超電導体物質を非配向性状に3
trm以下の厚さに形成し、次いで上記2層の膜体に酸
素含有雰囲気中で融点未満の温度で加熱処理を施す工程
を所望回繰り返し施ずことを特徴とするものである。
本発明は基体上に酸化物超電導体物質を第1図に示した
結晶構造の導電性の高いab軸を含む結晶面が基体面に
平行になる所定の結晶配向性(以下ab配向と称す)を
もたせて成膜し、次いでごの膜」二に酸化物超電導体物
質を非配向性状に高速成膜し、しかるのち−に記の成膜
体に02含有雰囲気中で融点未満の温度で加熱処理を施
して、上層の非配向性膜体の結晶を、下層の配向性膜体
を種結晶としてab配向に再配列させるとともに0□量
等の調整を行って超電導体となすものである。
結晶構造の導電性の高いab軸を含む結晶面が基体面に
平行になる所定の結晶配向性(以下ab配向と称す)を
もたせて成膜し、次いでごの膜」二に酸化物超電導体物
質を非配向性状に高速成膜し、しかるのち−に記の成膜
体に02含有雰囲気中で融点未満の温度で加熱処理を施
して、上層の非配向性膜体の結晶を、下層の配向性膜体
を種結晶としてab配向に再配列させるとともに0□量
等の調整を行って超電導体となすものである。
上記において非配向性膜を形成し、次いでこの膜体を加
熱処理する工程を所望回繰り返すことにより所望厚さの
超電導体膜を製造し得る。
熱処理する工程を所望回繰り返すことにより所望厚さの
超電導体膜を製造し得る。
本発明において非配向性膜体の0.!含有雰囲気中での
加熱処理温度は超電導体物質の融点未満にする必要があ
り融点を超えると異相析出等の有害な反応が起る場合が
あり好ましくない。又上記加熱処理において02は結晶
化に不可欠の成分であり、通常平衡02分圧以−にの0
2含有雰囲気中で加熱処理がなされる。
加熱処理温度は超電導体物質の融点未満にする必要があ
り融点を超えると異相析出等の有害な反応が起る場合が
あり好ましくない。又上記加熱処理において02は結晶
化に不可欠の成分であり、通常平衡02分圧以−にの0
2含有雰囲気中で加熱処理がなされる。
本発明方法において結晶配向性膜ば、成膜速度が遅いの
で厚さを0.1〜1−程度に薄く形成しておくのが好ま
しく、又上記配向性膜上に形成する非配向性膜体ば厚ず
ぎると、後の加熱処理工程においてa b配向が十分に
なされなくなるので3−以下の厚さにする必要があり、
特に1〜2p程度の厚さが好ましい。
で厚さを0.1〜1−程度に薄く形成しておくのが好ま
しく、又上記配向性膜上に形成する非配向性膜体ば厚ず
ぎると、後の加熱処理工程においてa b配向が十分に
なされなくなるので3−以下の厚さにする必要があり、
特に1〜2p程度の厚さが好ましい。
本発明において酸化物超電導体物質とは、酸素含有雰囲
気中で所定の加熱処理を施すこよにより超電導体となし
得る物質であり、上記加熱処理により超電導体に反応す
るか又は気化し散逸する超電導体構成元素以外の元素や
化合物を含有する酸化物超電導体前駆物質も含まれる。
気中で所定の加熱処理を施すこよにより超電導体となし
得る物質であり、上記加熱処理により超電導体に反応す
るか又は気化し散逸する超電導体構成元素以外の元素や
化合物を含有する酸化物超電導体前駆物質も含まれる。
本発明において配向性膜上に形成される非配向性膜とは
、低配向性膜又は無定形状膜又は両者の混在する膜のこ
とで、上記のうち低配向性膜とは上記の配向性膜より配
向性がやや劣る程度の結晶構造のものから、結晶粒の各
々がランダムに配向したものまでを広く含むものであり
、又無定形状膜とは組成的に酸素以外は超電導体と同一
成分からなり、X線回折において明瞭な結晶解析パター
ンを示さない結晶構造のもので、直径が数100Å以下
の微細結晶粒や完全なガラス状態のものにより構成され
たものである。
、低配向性膜又は無定形状膜又は両者の混在する膜のこ
とで、上記のうち低配向性膜とは上記の配向性膜より配
向性がやや劣る程度の結晶構造のものから、結晶粒の各
々がランダムに配向したものまでを広く含むものであり
、又無定形状膜とは組成的に酸素以外は超電導体と同一
成分からなり、X線回折において明瞭な結晶解析パター
ンを示さない結晶構造のもので、直径が数100Å以下
の微細結晶粒や完全なガラス状態のものにより構成され
たものである。
本発明において酸化物超電導体を膜状に形成する方法と
しては、マグネトロンスパッタリング法、蒸着法、MB
E法等のPVD法やスピンコ−1・法、スプレーコート
法、更にはスクリーン印刷法等の厚膜法も適用すること
ができる。
しては、マグネトロンスパッタリング法、蒸着法、MB
E法等のPVD法やスピンコ−1・法、スプレーコート
法、更にはスクリーン印刷法等の厚膜法も適用すること
ができる。
本発明において基体には目的、用途に応じて任意の材質
のものが用いられるが、超電導体に所定の結晶配向性を
もたせ得る結晶格子条件を具備していることが不可欠で
あり、又超電導体物質との反応性や熱膨張のマツチング
性等を考慮して選定する必要がある。
のものが用いられるが、超電導体に所定の結晶配向性を
もたせ得る結晶格子条件を具備していることが不可欠で
あり、又超電導体物質との反応性や熱膨張のマツチング
性等を考慮して選定する必要がある。
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
実施例1
susaiosのテープ上にRFマグネトロンスパッタ
装置により耐酸化バッファ層としてSrOの(100)
配向膜を0.5Irm厚さにコートしたテープを基体と
して用い、この基体上に上記装置を用いて基体を700
°Cに加熱しながらDyBa2Cui、sO7の酸化物
をターゲットとして50mTorr (A r +02
)の低真空下で出力150Wで1時間スパッタリングを
行いDyBa2ctl*o7の膜を0.5戸厚さに形成
した。上記のDyBa2Cu307膜はX線解析により
完全なab配向であること、又ICP分析によりDy:
Ba:Cuが原子比で1:2.01!、05であること
を確認した。
装置により耐酸化バッファ層としてSrOの(100)
配向膜を0.5Irm厚さにコートしたテープを基体と
して用い、この基体上に上記装置を用いて基体を700
°Cに加熱しながらDyBa2Cui、sO7の酸化物
をターゲットとして50mTorr (A r +02
)の低真空下で出力150Wで1時間スパッタリングを
行いDyBa2ctl*o7の膜を0.5戸厚さに形成
した。上記のDyBa2Cu307膜はX線解析により
完全なab配向であること、又ICP分析によりDy:
Ba:Cuが原子比で1:2.01!、05であること
を確認した。
次いで上記のD y B a 2Cu30tの配向性膜
上に基体を加゛熱せずに[)yBa2cu+otの酸化
物をターゲットとして出力300Wで1時間スパッタリ
ングを行いD y B a 2Cu 30.の膜を2.
5−厚さに形成した。上記の膜はX線解析とICP分析
により、無定形状体であり又Dy:Ba:Cuが原子比
で1 : 1.98 :3.o 1であることを確認し
た。
上に基体を加゛熱せずに[)yBa2cu+otの酸化
物をターゲットとして出力300Wで1時間スパッタリ
ングを行いD y B a 2Cu 30.の膜を2.
5−厚さに形成した。上記の膜はX線解析とICP分析
により、無定形状体であり又Dy:Ba:Cuが原子比
で1 : 1.98 :3.o 1であることを確認し
た。
しかるのち上記のD V B a 2 Cu 307の
膜を0□気流中で900°C1時間加熱後2°(:/m
inの速度で徐冷する加熱処理を施して超電導体膜を製
造した。
膜を0□気流中で900°C1時間加熱後2°(:/m
inの速度で徐冷する加熱処理を施して超電導体膜を製
造した。
実施例2
実施例1において無定形状膜の形成工程と加熱処理工程
を2回繰り返した他は実施例1と同じ方法により超電導
体膜を製造した。
を2回繰り返した他は実施例1と同じ方法により超電導
体膜を製造した。
実施例3
実施例1において無定形状膜の形成厚さを1.5μmと
した他は実施例1と同じ方法により超電導体膜を製造し
た。
した他は実施例1と同じ方法により超電導体膜を製造し
た。
比較例1
実施例1において無定形状膜の形成工程以降の工程を省
略した。
略した。
比較例2
実施例1において加熱処理の工程を省略した。
比較例3
実施例1において配向性膜の形成を出力150Wで3時
間スパッタリングして行い、また無定形状膜の形成を省
略した他は実施例1と同じ方法により超電導体膜を製造
した。
間スパッタリングして行い、また無定形状膜の形成を省
略した他は実施例1と同じ方法により超電導体膜を製造
した。
比較例4
比較例3において配向性膜の形成を出力300Wで3時
間スパッタリングして行った他は比較例3と同じ方法に
より超電導体膜を製造した。
間スパッタリングして行った他は比較例3と同じ方法に
より超電導体膜を製造した。
比較例5
実施例1において無定形状膜の形成を300Wで1.4
Hスパツタリングして膜厚を3.5−とした他は実施例
1と同じ方法により超電導体膜を製造した。
Hスパツタリングして膜厚を3.5−とした他は実施例
1と同じ方法により超電導体膜を製造した。
比較例6
実施例1において無定形状膜の形成を300Wで2.2
Hスパツタリングして膜厚を5.5−とした他は実施例
1と同じ方法により超電導体膜を製造した。
Hスパツタリングして膜厚を5.5−とした他は実施例
1と同じ方法により超電導体膜を製造した。
斯くの如くして得た各々の超電導体膜についてTc及び
J、を測定した。結果は主な製造条件及び成膜速度を併
記して第1表に示した。
J、を測定した。結果は主な製造条件及び成膜速度を併
記して第1表に示した。
第1表より明らかなように本発明方法品(実施例1〜3
)はいずれも成膜が迅速になされ且つTC%JC等の超
電導特性も高い値のものが得られている。これに対し加
熱処理を省略したもの(比較例1.2)はTCが極めて
低い値となり、又スパッタ法により配向性膜を直接形成
したもの(比較例3,4)は成膜速度が遅く本発明方法
品(実施例2)に較べそれぞれ1/4又は2/5程度の
速度であり、又スパック中高温の基体と反応し、J。も
低い値となった。又配向性膜を一度に厚く形成したもの
(比較例5,6)は後の加熱処理工程において結晶配向
が十分になされずに、Jcが低い値となった。
)はいずれも成膜が迅速になされ且つTC%JC等の超
電導特性も高い値のものが得られている。これに対し加
熱処理を省略したもの(比較例1.2)はTCが極めて
低い値となり、又スパッタ法により配向性膜を直接形成
したもの(比較例3,4)は成膜速度が遅く本発明方法
品(実施例2)に較べそれぞれ1/4又は2/5程度の
速度であり、又スパック中高温の基体と反応し、J。も
低い値となった。又配向性膜を一度に厚く形成したもの
(比較例5,6)は後の加熱処理工程において結晶配向
が十分になされずに、Jcが低い値となった。
牛
実施例中
実施例1で用いたと同し基体」二に、基体を500′C
に加熱しながらY、Ba、Cuの各々の硝酸塩をY+B
a:Cuが原子比で11:3になるように水に溶解した
5%水溶液を02気流にのせて1.5分間噴霧し厚さ約
2戸のYBazCu30.の膜を形成したのち、この膜
を大気中で850°C11]加熱後3°C/minの速
度で徐冷する加熱処理を施して超電導体膜を製造した。
に加熱しながらY、Ba、Cuの各々の硝酸塩をY+B
a:Cuが原子比で11:3になるように水に溶解した
5%水溶液を02気流にのせて1.5分間噴霧し厚さ約
2戸のYBazCu30.の膜を形成したのち、この膜
を大気中で850°C11]加熱後3°C/minの速
度で徐冷する加熱処理を施して超電導体膜を製造した。
ケ
実施例中
水溶液噴霧工程と加熱処理工程を3回繰り返しヰ
た他は実施例→と回し方法により厚さ6μmの超電導体
膜を製造した。
膜を製造した。
比較例7
水溶液を4.5分間噴霧して膜厚を6戸とした他は実施
例3と同じ方法により超電導体膜を製造した。
例3と同じ方法により超電導体膜を製造した。
斯くの如くして得た各々の超電導体膜についてTゎ及び
Jcを測定した。結果は主な製造条件を併記して第2表
に示した。
Jcを測定した。結果は主な製造条件を併記して第2表
に示した。
第2表より明らかなように本発明方法(実施例4.5)
はいずれも成膜速度が速く且つ1゛6、Jcが高い値の
ものが得られている。
はいずれも成膜速度が速く且つ1゛6、Jcが高い値の
ものが得られている。
これに対し比較方法(比較例7)は無定形状膜を一度に
厚く形成したため後の加熱処理工程において結晶配向が
十分になされずJcが低い値のものとなった。
厚く形成したため後の加熱処理工程において結晶配向が
十分になされずJcが低い値のものとなった。
以上述べたように本発明方法によれば、結晶配向性が高
<1゛。、Jc等の特性に優れた酸化物超電導体膜を迅
速に製造し得るので、工業上顕著な効果を奏する。
<1゛。、Jc等の特性に優れた酸化物超電導体膜を迅
速に製造し得るので、工業上顕著な効果を奏する。
第1図は酸化物超電導体の結晶構造の一例を示すYBa
zCu307−δの結晶構造である。
zCu307−δの結晶構造である。
Claims (1)
- 基体上に、酸化物超電導体物質を所定の結晶配向性を
もたせて膜状に形成したのち、上記配向性膜体上に上記
と同じ酸化物超電導体物質を非配向性状に3μm以下の
厚さに形成し、次いで上記2層の膜体に酸素含有雰囲気
中で融点未満の温度で加熱処理を施す工程を所望回繰り
返し施すことを特徴とする酸化物超電導体膜の製造方法
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63077080A JPH01249607A (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | 酸化物超電導体膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63077080A JPH01249607A (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | 酸化物超電導体膜の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01249607A true JPH01249607A (ja) | 1989-10-04 |
Family
ID=13623800
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63077080A Pending JPH01249607A (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | 酸化物超電導体膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01249607A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011155249A (ja) * | 2009-12-28 | 2011-08-11 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
-
1988
- 1988-03-30 JP JP63077080A patent/JPH01249607A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011155249A (ja) * | 2009-12-28 | 2011-08-11 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
US9054134B2 (en) | 2009-12-28 | 2015-06-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
US9859401B2 (en) | 2009-12-28 | 2018-01-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
US10141425B2 (en) | 2009-12-28 | 2018-11-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
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