JPH02122065A - 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
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- JPH02122065A JPH02122065A JP63273485A JP27348588A JPH02122065A JP H02122065 A JPH02122065 A JP H02122065A JP 63273485 A JP63273485 A JP 63273485A JP 27348588 A JP27348588 A JP 27348588A JP H02122065 A JPH02122065 A JP H02122065A
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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
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Landscapes
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (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、100に以上の高臨界温度が期待されるビス
マスを含む酸化物超電導体の薄膜の製造方法に関するも
のである。
マスを含む酸化物超電導体の薄膜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元系化合物である窒化
ニオブ(NbN)やゲルマニウムニオブ(NbaGe)
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。
ニオブ(NbN)やゲルマニウムニオブ(NbaGe)
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、B a−La−Cu−0系の高温超電
導体が提案された[J、 G、 Dendorz
and K、A、Muller、 ツァイト シ
ュリフト フェアフィジーク(Zetshrift
FurphYsik B)−Condensed
Matter 64. 189−193 (198
6) コ。
温度が期待され、B a−La−Cu−0系の高温超電
導体が提案された[J、 G、 Dendorz
and K、A、Muller、 ツァイト シ
ュリフト フェアフィジーク(Zetshrift
FurphYsik B)−Condensed
Matter 64. 189−193 (198
6) コ。
、さらに、B1−8r−Ca−Cu−0系の材料が10
0に以上の転移温度を示すことも発見された[H,Ma
eda+ Y、Tanaka、M、Fukutomi
and T、Asano、 ジャパニーズ会ジャ
ーナル・オブ・アプライド畳フィジックス(Japan
ese Journalof AI)plied
Physics)Vol。
0に以上の転移温度を示すことも発見された[H,Ma
eda+ Y、Tanaka、M、Fukutomi
and T、Asano、 ジャパニーズ会ジャ
ーナル・オブ・アプライド畳フィジックス(Japan
ese Journalof AI)plied
Physics)Vol。
27、L209−210 (1988)コ。この種の材
料の超電導機構の詳細は明らかではないが、転移温度が
室温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
。
料の超電導機構の詳細は明らかではないが、転移温度が
室温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課題
しかしながら、B i −8r−Ca−Cu−○系の材
料は、現在の技術では主として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
形状でしか得られない。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、良好な超電導特性を有する薄膜作製
は難しいものであった。加えて、高い臨界電流密度を安
定的に得ることも極めて困難であった。しかも、従来こ
のBE系において良好な超電導特性を示す薄膜を形成す
るためには少なくとも700°C以上の熱処理あるいは
形成時の加熱が必要であり集積化デバイスを構成するこ
とはたいへん困難であるとされていた。
料は、現在の技術では主として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
形状でしか得られない。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、良好な超電導特性を有する薄膜作製
は難しいものであった。加えて、高い臨界電流密度を安
定的に得ることも極めて困難であった。しかも、従来こ
のBE系において良好な超電導特性を示す薄膜を形成す
るためには少なくとも700°C以上の熱処理あるいは
形成時の加熱が必要であり集積化デバイスを構成するこ
とはたいへん困難であるとされていた。
また、このBi系材料の転移温度は現在100にである
が応用の観点からさらに向上させることが望まれている
。
が応用の観点からさらに向上させることが望まれている
。
課題を解決するための手段
本発明の超電導体の製造方法は、基体上に少なくともビ
スマスおよび硫黄、あるいはビスマスおよびセレン、あ
るいはビスマスおよびテルルを含む物質と、少なくとも
銅およびアルカリ土類を含む酸化物とを周期的に積層さ
せて作製するというものである。または基体上に少なく
ともビスマスおよび鉛、あるいはビスマスおよびタリウ
ム、あるいはビスマスおよび水銀を含む酸化物と、少な
くとも銅およびアルカリ土類を含む酸化物とを周期的に
積層させて作製するというものである。または基体上に
少なくともビスマスを含む酸化物と、少なくとも銅およ
び、アルカリ土類(IIa族)およびt、i、 Na
+ K* Rb+ Csのうち少なくとも1種以
上をを含む酸化物とを周期的に積層させて得るものであ
る。あるいは、基体上に、少なくともビスマスを含む酸
化物と、少なくとも銅、およびアルカリ土類(Ila族
)およびY+Sc。
スマスおよび硫黄、あるいはビスマスおよびセレン、あ
るいはビスマスおよびテルルを含む物質と、少なくとも
銅およびアルカリ土類を含む酸化物とを周期的に積層さ
せて作製するというものである。または基体上に少なく
ともビスマスおよび鉛、あるいはビスマスおよびタリウ
ム、あるいはビスマスおよび水銀を含む酸化物と、少な
くとも銅およびアルカリ土類を含む酸化物とを周期的に
積層させて作製するというものである。または基体上に
少なくともビスマスを含む酸化物と、少なくとも銅およ
び、アルカリ土類(IIa族)およびt、i、 Na
+ K* Rb+ Csのうち少なくとも1種以
上をを含む酸化物とを周期的に積層させて得るものであ
る。あるいは、基体上に、少なくともビスマスを含む酸
化物と、少なくとも銅、およびアルカリ土類(Ila族
)およびY+Sc。
La系列元素のうち少なくとも1種以上を含む酸化物と
を周期的に積層させて得るものである。また、あるいは
基体上に、少なくともビスマスを含む酸化物と、少なく
とも銅およびストロンチウムおよびカルシウム、および
マグネシウム・バリウム・ラジウムのうち少なくとも1
種以上をを含む酸化物とを周期的に積層させて得るもの
である。
を周期的に積層させて得るものである。また、あるいは
基体上に、少なくともビスマスを含む酸化物と、少なく
とも銅およびストロンチウムおよびカルシウム、および
マグネシウム・バリウム・ラジウムのうち少なくとも1
種以上をを含む酸化物とを周期的に積層させて得るもの
である。
作用
本発明者らはこのBiを含む酸化物超電導体に対して硫
黄、セレン、テルルなどを添加し、例えば、異なる2つ
のターゲットをもちいたスパッタリングにより薄膜の結
晶構造と超電導特性の関係を詳細に調べた。B!−5r
−Ca−Cu−0超電導体に対し硫黄、セレン、テルル
を加えた際、臨界温度が上昇することが判明し、また結
晶性も良く再現性もすぐれていた。また本発明者らはこ
のBiを含む酸化物超電導体に対して鉛、あるいはタリ
ウムあるいは水銀などを添加し、例えば、異なる2つの
ターゲットをもちいたスパッタリングにより薄膜の結晶
構造と超電導特性との関係を詳細に調べた。
黄、セレン、テルルなどを添加し、例えば、異なる2つ
のターゲットをもちいたスパッタリングにより薄膜の結
晶構造と超電導特性の関係を詳細に調べた。B!−5r
−Ca−Cu−0超電導体に対し硫黄、セレン、テルル
を加えた際、臨界温度が上昇することが判明し、また結
晶性も良く再現性もすぐれていた。また本発明者らはこ
のBiを含む酸化物超電導体に対して鉛、あるいはタリ
ウムあるいは水銀などを添加し、例えば、異なる2つの
ターゲットをもちいたスパッタリングにより薄膜の結晶
構造と超電導特性との関係を詳細に調べた。
鉛、タリウム、水銀を加えた際、650℃以下の基体温
度で、100に以上の臨界温度が得られることが判明し
、また結晶性も良く再現性もすぐれていた。また本発明
者らはこのBiを含む酸化物超電導体に対してBi、C
uと、アルカリ土類とLi、 Na、 K+ R
bs Csのうち一種以上で構成し、あるいはBi、
Cuと、アルカリ土類とY。
度で、100に以上の臨界温度が得られることが判明し
、また結晶性も良く再現性もすぐれていた。また本発明
者らはこのBiを含む酸化物超電導体に対してBi、C
uと、アルカリ土類とLi、 Na、 K+ R
bs Csのうち一種以上で構成し、あるいはBi、
Cuと、アルカリ土類とY。
Sc、La系元素のうち一種以上で構成し、あるいはB
i、Cuと、 Srと、 Caと、 Mg*Ba・
Raのうち少なくとも1種以上で構成し、例えば、異な
る2つのターゲットをもちいたスパッタリングにより薄
膜の結晶構造と超電導特性との関係を詳細に調べた。6
50℃以下の基体温度で、100に以上の臨界温度が得
られることが判明し、また結晶性も良く再現性もすぐれ
ていた。
i、Cuと、 Srと、 Caと、 Mg*Ba・
Raのうち少なくとも1種以上で構成し、例えば、異な
る2つのターゲットをもちいたスパッタリングにより薄
膜の結晶構造と超電導特性との関係を詳細に調べた。6
50℃以下の基体温度で、100に以上の臨界温度が得
られることが判明し、また結晶性も良く再現性もすぐれ
ていた。
本発明により良質で高性能な薄膜超電導体を再現性良く
得ることが可能となる。
得ることが可能となる。
実施例
まず、本発明者らの検討例を述べる。すなわち、たとえ
ばビスマスと硫黄の合金ターゲットあるいはビスマスと
セレンの合金ターゲットあるいはビスマスとテルルの合
金ターゲットを用い、5r2Ca2c IJ3ターゲッ
トとともにアルゴンと酸素混合ガス中で交互にスパッタ
リングし、Mg0(100)基体上に周期的に積層させ
た。硫黄、セレン、テルル等の混合されていない場合に
おいては、ゼロ抵抗を示す臨界温度の最高は100にで
あったが、硫黄、セレン、テルルを加えることにより意
外にも100に以上を越える臨界温度を持つ薄膜が作製
し得ることを発見した。この場合、たとえば硫黄の場合
、基体温度500−800″Cでビスマスと硫黄の合金
とS r2c a2c [3のスパッタレートを適宜に
調整すると、積層周期に対応して臨界温度が100Kを
越える薄膜が得られることがわかった。また積層を周期
的ではなく同時に行なった場合には80にの臨界温度を
持つ相しか作製できなかった。硫黄、セレン、テルルど
れにおいても基体温度が特に500−800″Cの場合
には100 K以上の臨界温度の相の結晶性が非常に良
好なものが作製し得ることも併せて発見した。
ばビスマスと硫黄の合金ターゲットあるいはビスマスと
セレンの合金ターゲットあるいはビスマスとテルルの合
金ターゲットを用い、5r2Ca2c IJ3ターゲッ
トとともにアルゴンと酸素混合ガス中で交互にスパッタ
リングし、Mg0(100)基体上に周期的に積層させ
た。硫黄、セレン、テルル等の混合されていない場合に
おいては、ゼロ抵抗を示す臨界温度の最高は100にで
あったが、硫黄、セレン、テルルを加えることにより意
外にも100に以上を越える臨界温度を持つ薄膜が作製
し得ることを発見した。この場合、たとえば硫黄の場合
、基体温度500−800″Cでビスマスと硫黄の合金
とS r2c a2c [3のスパッタレートを適宜に
調整すると、積層周期に対応して臨界温度が100Kを
越える薄膜が得られることがわかった。また積層を周期
的ではなく同時に行なった場合には80にの臨界温度を
持つ相しか作製できなかった。硫黄、セレン、テルルど
れにおいても基体温度が特に500−800″Cの場合
には100 K以上の臨界温度の相の結晶性が非常に良
好なものが作製し得ることも併せて発見した。
作製した薄膜はそのままの状態でも超電導転移温度を示
すが、酸素中500−950℃程度で熱処理を行なうと
より確実に100 K以上の臨界温度を示した。
すが、酸素中500−950℃程度で熱処理を行なうと
より確実に100 K以上の臨界温度を示した。
ビスマスおよび硫黄、あるいはビスマスおよびセレン、
あるいはビスマスおよびテルルを含む物質とN Cu
およびIla族元素を含む酸化物とを周期的に積層させ
る方法としては、い(つか考えられる。一般に、MBE
装置あるいは多元のEB蒸着装置で蒸発源の前を開閉シ
ャッターで制御したり、気相成長法で作製する際にガス
の種類を切り替えたりすることにより、周期的積層を達
成する′ことができる。しかしこの種の非常に薄い層の
積層には従来スパッタリング蒸着は不向きとされていた
。この理由は、成膜中のガス圧の高さに起因する不純物
の混入およびエネルギーの高い粒子によるダメージと考
えられている。しかしながら、本発明者らは、このBi
系酸化物超電導体に対してスパッタリング法により異な
る薄い層の積層を行なったところ、以外にも良好な積属
膜作製が可能なことを発見した。スパッタ中の高い酸素
ガス圧およびスパッタ放電が、Bi系の100に以上の
臨界温度を持つ相の形成に都合がよいためではなかろう
かと考えられる。特に硫黄、セレン、テルルを加えると
特に臨界温度が105〜115にと高い安定な膜が再現
性よく得られることが分かった。
あるいはビスマスおよびテルルを含む物質とN Cu
およびIla族元素を含む酸化物とを周期的に積層させ
る方法としては、い(つか考えられる。一般に、MBE
装置あるいは多元のEB蒸着装置で蒸発源の前を開閉シ
ャッターで制御したり、気相成長法で作製する際にガス
の種類を切り替えたりすることにより、周期的積層を達
成する′ことができる。しかしこの種の非常に薄い層の
積層には従来スパッタリング蒸着は不向きとされていた
。この理由は、成膜中のガス圧の高さに起因する不純物
の混入およびエネルギーの高い粒子によるダメージと考
えられている。しかしながら、本発明者らは、このBi
系酸化物超電導体に対してスパッタリング法により異な
る薄い層の積層を行なったところ、以外にも良好な積属
膜作製が可能なことを発見した。スパッタ中の高い酸素
ガス圧およびスパッタ放電が、Bi系の100に以上の
臨界温度を持つ相の形成に都合がよいためではなかろう
かと考えられる。特に硫黄、セレン、テルルを加えると
特に臨界温度が105〜115にと高い安定な膜が再現
性よく得られることが分かった。
スパッタ蒸着で異なる物質を積層させる方法としては、
組成分布を設けた1ケのスパッタリングターゲットの放
電位置を周期的に制御するという方法があるが、組成の
異なる複数個のターゲットのスパッタリングという方法
を用いると比較的簡単に達成することができる。この場
合、複数個のターゲットの各々のスパッタ量を周期的に
制御したり、あるいはターゲットの前にシャッターを設
けて周期的に開閉したりして、周期的積層膜を作製する
ことができる。また基板を周期的運動させて各々ターゲ
ットの上を移動させる方法でも作製が可能である。レー
ザースパッタあるいはイオンビームスパッタを用いた場
合には、複数個のターゲットを周期運動させてビームの
照射するターゲットを周期的に変えれば、周期的積層膜
が実現される。このように複数個のターゲットを用いた
スパッタリングにより比較的簡単にBi系酸化物の周期
的積層が作製可能となる。
組成分布を設けた1ケのスパッタリングターゲットの放
電位置を周期的に制御するという方法があるが、組成の
異なる複数個のターゲットのスパッタリングという方法
を用いると比較的簡単に達成することができる。この場
合、複数個のターゲットの各々のスパッタ量を周期的に
制御したり、あるいはターゲットの前にシャッターを設
けて周期的に開閉したりして、周期的積層膜を作製する
ことができる。また基板を周期的運動させて各々ターゲ
ットの上を移動させる方法でも作製が可能である。レー
ザースパッタあるいはイオンビームスパッタを用いた場
合には、複数個のターゲットを周期運動させてビームの
照射するターゲットを周期的に変えれば、周期的積層膜
が実現される。このように複数個のターゲットを用いた
スパッタリングにより比較的簡単にBi系酸化物の周期
的積層が作製可能となる。
以下本発明の内容をさらに深く理解されるために、いく
つかの具体的な実施例を示す。
つかの具体的な実施例を示す。
(実施例1)
BiSの合金、CaCu+ 5r2Cu 2個の計
4個のターゲット1. 2. 3. 4を用い、第2図
に示すように配置させた。即ち、Mg0(100)基体
21に焦点を結ぶように各ターゲットが約306°傾い
て設置されている。ターゲットの前方には回転するシャ
ッター22があり、その中に設けられたスリット23の
回転により、BISの合金+S r2c u+Ca C
u+s r2c u−*B i Sの合金のサイクルで
スパッタ蒸着が行なわれる。基体21をヒーター24で
約600℃に加熱し、アルゴン:酸素(5: 1)混
合雰囲気3Paのガス中で各ターゲットのスパッタリン
グを行なった。各ターゲットのスパッタ電流を、B i
S : 30 m AIS r2cu: 50m
A、 CaCu: 250mAとし、シャッタの回
転周期を10分間として周期的積層を行なったところ、
第1図に示すようにMgO基体21上にB1−8層11
(6A)、5r−Cu−0層12(3久)、Ca、 −
Cu −0層13(9A)、 5r−Cu−0層14(
3A)、 B1−8層15(6A)が逐次積層され、ビ
スマス酸化物層状構造の結晶形が構築されていくことが
確認された。約10時間の蒸着により10oO程度の薄
膜が作製され、組成はBiS: Sr: Ca: Cu
=2:2:2:3となっていた。このままの状態でもこ
の薄膜は110に以上の超電導転移を示したが、さらに
酸素中で850″C,1時間の熱処理を行なうと非常に
再現性よくなり、臨界温度は115にとターゲットに硫
黄を加えないときに比べ臨界温度は約15に高かった。
4個のターゲット1. 2. 3. 4を用い、第2図
に示すように配置させた。即ち、Mg0(100)基体
21に焦点を結ぶように各ターゲットが約306°傾い
て設置されている。ターゲットの前方には回転するシャ
ッター22があり、その中に設けられたスリット23の
回転により、BISの合金+S r2c u+Ca C
u+s r2c u−*B i Sの合金のサイクルで
スパッタ蒸着が行なわれる。基体21をヒーター24で
約600℃に加熱し、アルゴン:酸素(5: 1)混
合雰囲気3Paのガス中で各ターゲットのスパッタリン
グを行なった。各ターゲットのスパッタ電流を、B i
S : 30 m AIS r2cu: 50m
A、 CaCu: 250mAとし、シャッタの回
転周期を10分間として周期的積層を行なったところ、
第1図に示すようにMgO基体21上にB1−8層11
(6A)、5r−Cu−0層12(3久)、Ca、 −
Cu −0層13(9A)、 5r−Cu−0層14(
3A)、 B1−8層15(6A)が逐次積層され、ビ
スマス酸化物層状構造の結晶形が構築されていくことが
確認された。約10時間の蒸着により10oO程度の薄
膜が作製され、組成はBiS: Sr: Ca: Cu
=2:2:2:3となっていた。このままの状態でもこ
の薄膜は110に以上の超電導転移を示したが、さらに
酸素中で850″C,1時間の熱処理を行なうと非常に
再現性よくなり、臨界温度は115にとターゲットに硫
黄を加えないときに比べ臨界温度は約15に高かった。
100K以上の臨界温度を持つ相の結晶構造はまだよく
解っていないが、金属元素がBfおよびS−8r−Cu
−Ca−Cu−Ca−Cu−8r−B iおよびSの順
序で並んだ酸化物の層から成り立っているとも言゛われ
でおり、本発明の製造方法がこの構造を作るのに非常に
役だっているのではないがと考えられる。すなわち、こ
の方法によって硫黄あるいはセレンあるいはテルルがう
ま<置換したと思われる。また、従来に比べ臨界温度が
高くなったが、硫黄、セレン、テルルがどの様な役割を
はたしているかはよくわかっていない。Biの位置に置
換することにより原子サイズのちがいによる効果あるい
は電気陰性度の違いによる効果があられれているのでは
ないかと考えられる。また、ここでは、ターゲットとし
て合金の例を示したが混合化合物で′も高周波スパッタ
を用いれば可能である。また、硫黄、セレン、テルルの
混合比は約10−90%くらいがいちばん効果的であっ
た。
解っていないが、金属元素がBfおよびS−8r−Cu
−Ca−Cu−Ca−Cu−8r−B iおよびSの順
序で並んだ酸化物の層から成り立っているとも言゛われ
でおり、本発明の製造方法がこの構造を作るのに非常に
役だっているのではないがと考えられる。すなわち、こ
の方法によって硫黄あるいはセレンあるいはテルルがう
ま<置換したと思われる。また、従来に比べ臨界温度が
高くなったが、硫黄、セレン、テルルがどの様な役割を
はたしているかはよくわかっていない。Biの位置に置
換することにより原子サイズのちがいによる効果あるい
は電気陰性度の違いによる効果があられれているのでは
ないかと考えられる。また、ここでは、ターゲットとし
て合金の例を示したが混合化合物で′も高周波スパッタ
を用いれば可能である。また、硫黄、セレン、テルルの
混合比は約10−90%くらいがいちばん効果的であっ
た。
さらにターゲットにビスマスおよび硫黄、あるいはビス
マスおよびセレン、あるいはビスマスおよびテルルを用
いたときに得られた薄膜の臨界電流密度は、ビスマスの
みのターゲットを用いたときに得られた薄膜の約2〜5
倍であった。この原因の詳細も明かではないが、原子サ
イズの違いによる圧力効果が臨界電流密度の向上に影響
しているのではないかと考えられる。
マスおよびセレン、あるいはビスマスおよびテルルを用
いたときに得られた薄膜の臨界電流密度は、ビスマスの
みのターゲットを用いたときに得られた薄膜の約2〜5
倍であった。この原因の詳細も明かではないが、原子サ
イズの違いによる圧力効果が臨界電流密度の向上に影響
しているのではないかと考えられる。
(実施例2)
BiPbの合金+ CaCu+ 5r2Cu 2
個の計4個のターゲットを用い、実施例1と同様にスリ
ットを設けたシャッターの回転により、B1Pbの合金
→S rzc u+c a Cu+s rzc u−+
B1Pb合金のサイクルでスパッタ蒸着が行なわれる。
個の計4個のターゲットを用い、実施例1と同様にスリ
ットを設けたシャッターの回転により、B1Pbの合金
→S rzc u+c a Cu+s rzc u−+
B1Pb合金のサイクルでスパッタ蒸着が行なわれる。
MgO基体を約600°Cに加熱し、アルゴン・酸素(
5: 1)混合雰囲気3Paのガス中で各ターゲット
のスパッタリングを行なった。各ターゲットのスパッタ
電流を、B1Pb:30mA。
5: 1)混合雰囲気3Paのガス中で各ターゲット
のスパッタリングを行なった。各ターゲットのスパッタ
電流を、B1Pb:30mA。
S r2cu: 50mA、 CaCu: 2
50mAとし、ンヤッタの回転周期を10分間として周
期的積層を行なったところ、100に以上の臨界温度を
持つ相を作製することができた。約10時間の蒸着によ
り1000A程度の薄膜が作製され、組成はB1Pb:
Sr:Ca: Cu=2: 2: 2: 3となって
いた。このままの状態でもこの薄膜は100 K以上の
超電導転移を示したが、さらに酸素中で650℃、1時
間の熱処理を行なうと非常に再現性よくなり、臨界温度
は115にとターゲットにpbを加えないときにくらべ
て臨界温度は約15に高かった。100に以上の臨界温
度を持つ相の結晶構造はまだよく解っていないが、金属
元素がBiおよびPb−8r−Cu−Ca−Cu−Ca
−Cu−S r−B iおよびPbの順序で並んだ酸化
物の層から成り立っているとも言われており、本発明の
製造方法がこの構造を作るのに非常に役だっているので
はないかと考えられる。また、従来に比べ低温で形成さ
れるようになったが、鉛、シリウム、水銀がどの様な役
割をはたしているかはよくわかっていない。Biの位置
に置換することにより原子サイズのちがいによる効果あ
るいは電気陰性度の違いによる効果があられれているの
ではないかと考えられる。すなわち、この方法によって
鉛あるいはタリウムあるいは水銀がうまく置換したと思
われる。
50mAとし、ンヤッタの回転周期を10分間として周
期的積層を行なったところ、100に以上の臨界温度を
持つ相を作製することができた。約10時間の蒸着によ
り1000A程度の薄膜が作製され、組成はB1Pb:
Sr:Ca: Cu=2: 2: 2: 3となって
いた。このままの状態でもこの薄膜は100 K以上の
超電導転移を示したが、さらに酸素中で650℃、1時
間の熱処理を行なうと非常に再現性よくなり、臨界温度
は115にとターゲットにpbを加えないときにくらべ
て臨界温度は約15に高かった。100に以上の臨界温
度を持つ相の結晶構造はまだよく解っていないが、金属
元素がBiおよびPb−8r−Cu−Ca−Cu−Ca
−Cu−S r−B iおよびPbの順序で並んだ酸化
物の層から成り立っているとも言われており、本発明の
製造方法がこの構造を作るのに非常に役だっているので
はないかと考えられる。また、従来に比べ低温で形成さ
れるようになったが、鉛、シリウム、水銀がどの様な役
割をはたしているかはよくわかっていない。Biの位置
に置換することにより原子サイズのちがいによる効果あ
るいは電気陰性度の違いによる効果があられれているの
ではないかと考えられる。すなわち、この方法によって
鉛あるいはタリウムあるいは水銀がうまく置換したと思
われる。
(実施例3)
B 11 CaaM g Cua+ S rzc
u 2個の計4個のターゲットを用い、実施例1と同
様にスリ・ソトを設けたシャッターの回転により、Bi
−+5rPCu+ca2MgCua”s r2Cu=B
iのサイクルでスパッタ蒸着が行なわれる。MgO基
体を約600°Cに加熱し、アルゴン舎酸素(5:
1)混合雰囲気3Paのガス中で各ターゲットのスパッ
タリングを行なった。各ターゲットのスパッタ電流を、
B i: 30mA、 S r2cu: 50
mA。
u 2個の計4個のターゲットを用い、実施例1と同
様にスリ・ソトを設けたシャッターの回転により、Bi
−+5rPCu+ca2MgCua”s r2Cu=B
iのサイクルでスパッタ蒸着が行なわれる。MgO基
体を約600°Cに加熱し、アルゴン舎酸素(5:
1)混合雰囲気3Paのガス中で各ターゲットのスパッ
タリングを行なった。各ターゲットのスパッタ電流を、
B i: 30mA、 S r2cu: 50
mA。
Ca2MgCu4: 250mAとし、シャッタの回
転周期を10分間として周期的積層を行なったところ、
110に以上の臨界温度を持つ相を作製することができ
た。約10時間の蒸着により100OA程度の薄膜が作
製され、組成はBi:Sr:Ca: Mg: Cu=2
: 2: 1: L: 3となっていた。このまま
の状態でもこの薄膜は110に以上の超電導転移を示し
たが、さらに酸素中で700°C,1時間の熱処理を行
なうと非常に再現性がよくなった。140に以上の臨界
温度を持つ相の結晶構造はまだよく解っていないが、金
属元素がB1−3r−Cu−Ca (Mg)−Cu−C
a −Cu−3r−Biの順序で並んだ酸化物の層から
成り−立っているとも言われており、本発明の製造方法
がこの構造を作るのに非常に役だっているのではないか
と考えられる。すなわちこの方法によってMg等がうま
く置換したと思われる。また、従来に比べ低温で高臨界
温度のものが形成されるようになったが、マグネシウム
がどの様な役割をはたしているかはよくわかっていない
。Caの位置に置換することにより原子サイズのちがい
による効果あるいは電気陰性度の違いによる効果があら
れれているのではないかと考えられる。また、Srの位
置にM g ;/11混入しても同じ結果となり、Mg
はBiの酸化層の間にあればよいと考えられる。また、
ここでは、ターゲットとして合金の例を示したが混合酸
化物でも高周波スパッタを用いれば可能である。また、
混合比約10−90%で効果があった。
転周期を10分間として周期的積層を行なったところ、
110に以上の臨界温度を持つ相を作製することができ
た。約10時間の蒸着により100OA程度の薄膜が作
製され、組成はBi:Sr:Ca: Mg: Cu=2
: 2: 1: L: 3となっていた。このまま
の状態でもこの薄膜は110に以上の超電導転移を示し
たが、さらに酸素中で700°C,1時間の熱処理を行
なうと非常に再現性がよくなった。140に以上の臨界
温度を持つ相の結晶構造はまだよく解っていないが、金
属元素がB1−3r−Cu−Ca (Mg)−Cu−C
a −Cu−3r−Biの順序で並んだ酸化物の層から
成り−立っているとも言われており、本発明の製造方法
がこの構造を作るのに非常に役だっているのではないか
と考えられる。すなわちこの方法によってMg等がうま
く置換したと思われる。また、従来に比べ低温で高臨界
温度のものが形成されるようになったが、マグネシウム
がどの様な役割をはたしているかはよくわかっていない
。Caの位置に置換することにより原子サイズのちがい
による効果あるいは電気陰性度の違いによる効果があら
れれているのではないかと考えられる。また、Srの位
置にM g ;/11混入しても同じ結果となり、Mg
はBiの酸化層の間にあればよいと考えられる。また、
ここでは、ターゲットとして合金の例を示したが混合酸
化物でも高周波スパッタを用いれば可能である。また、
混合比約10−90%で効果があった。
また、ここでは、Mgの例について取り上げ説明を行な
ったが、他の元素に関しても同様にBiの酸化層の間に
Cuと積層するように交互に混入させ、形成すると11
0にの高い超電導転移温度を基体温度が700°C以下
で形成されることがわかった。
ったが、他の元素に関しても同様にBiの酸化層の間に
Cuと積層するように交互に混入させ、形成すると11
0にの高い超電導転移温度を基体温度が700°C以下
で形成されることがわかった。
発明の効果
以上のように本発明の薄膜超電導体の製造方法は、10
0に以上の超電導臨界温度をもつBi系酸化物超電導薄
膜の再現性の良いプロセスを提供するものであり、また
デバイス等の応用には必須の低7Mでのプロセス確立し
たものであり、本発明の工業的価値は大きい。
0に以上の超電導臨界温度をもつBi系酸化物超電導薄
膜の再現性の良いプロセスを提供するものであり、また
デバイス等の応用には必須の低7Mでのプロセス確立し
たものであり、本発明の工業的価値は大きい。
第1図は本発明の一実施例において製造された薄膜超電
導体の結晶構造の概略図、第2図は本発明の一実施例に
おける薄膜の製造プロセスの概略図である。 21・・・MgO基体、22Φ番・シャッター23−・
・スリ・ソト、24φ拳番ヒーター代理人の氏名 弁理
士 粟野重孝 はか1泡出 図 ○ ○ 第 図
導体の結晶構造の概略図、第2図は本発明の一実施例に
おける薄膜の製造プロセスの概略図である。 21・・・MgO基体、22Φ番・シャッター23−・
・スリ・ソト、24φ拳番ヒーター代理人の氏名 弁理
士 粟野重孝 はか1泡出 図 ○ ○ 第 図
Claims (13)
- (1)基体上に、少なくともビスマスおよび硫黄を含む
物質と、少なくとも銅およびアルカリ土類(IIa族)を
含む酸化物とを周期的に積層させて得ることを特徴とす
る薄膜超電導体の製造方法。 ここでアルカリ土類は、IIa族元素のうちの少なくとも
一種あるいは二種以上の元素を示す。 - (2)基体上に、少なくともビスマスおよびセレンを含
む物質と、少なくとも銅およびアルカリ土類(IIa族)
を含む酸化物とを周期的に積層させて得ることを特徴と
する薄膜超電導体の製造方法。 - (3)基体上に、少なくともビスマスおよびテルルを含
む物質と、少なくとも銅およびアルカリ土類(IIa族)
を含む酸化物とを周期的に積層させて得ることを特徴と
する薄膜超電導体の製造方法。 - (4)基体上に、少なくともビスマスおよび鉛を含む酸
化物と、少なくとも銅およびアルカリ土類(IIa族)を
含む酸化物とを周期的に積層させて得ることを特徴とす
る薄膜超電導体の製造方法。 - (5)基体上に、少なくともビスマスおよびタリウムを
含む酸化物と、少なくとも銅およびアルカリ土類(IIa
族)を含む酸化物とを周期的に積層させて得ることを特
徴とする薄膜超電導体の製造方法。 - (6)基体上に、少なくともビスマスおよび水銀を含む
酸化物と、少なくとも銅およびアルカリ土類(IIa族)
を含む酸化物とを周期的に積層させて得ることを特徴と
する薄膜超電導体の製造方法。 - (7)基体上に、少なくともビスマスを含む酸化物と、
少なくとも銅および、アルカリ土類(IIa族)およびL
i、Na、K、Rb、Csのうち少なくとも1種以上を
含む酸化物とを周期的に積層させて得ることを特徴とす
る薄膜超電導体の製造方法。 - (8)基体上に、少なくともビスマスを含む酸化物と、
少なくとも銅、およびアルカリ土類(IIa族)およびY
を含む酸化物とを周期的に積層させて得ることを特徴と
する薄膜超電導体の製造方法。 - (9)基体上に、少なくともビスマスを含む酸化物と、
少なくとも銅、およびアルカリ土類(IIa族)およびS
cを含む酸化物とを周期的に積層させて得ることを特徴
とする薄膜超電導体の製造方法。 - (10)基体上に、少なくともビスマスを含む酸化物と
、少なくとも銅、およびアルカリ土類(IIa族)および
La系列元素のうち少なくとも1種以上を含む酸化物と
を周期的に積層させて得ることを特徴とする薄膜超電導
体の製造方法。 - (11)基体上に、少なくともビスマスを含む酸化物と
、少なくとも銅およびストロンチウムおよびカルシウム
、およびマグネシウム、バリウム、ラジウムのうち少な
くとも1種以上を含む酸化物とを周期的に積層させて得
ることを特徴とする薄膜超電導体の製造方法。 - (12)積層物質の蒸発をスパッタリングで行なうこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項から第11項のいず
れかに記載の薄膜超電導体の製造方法。 - (13)積層物質の蒸発を、少なくとも二種以上の組成
の複数個のターゲットのスパッタリングで行なうことを
特徴とする特許請求の範囲第1項から第11項のいずれ
かに記載の薄膜超電導体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63273485A JPH02122065A (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63273485A JPH02122065A (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02122065A true JPH02122065A (ja) | 1990-05-09 |
Family
ID=17528565
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63273485A Pending JPH02122065A (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 薄膜超電導体の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02122065A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02233525A (ja) * | 1989-03-06 | 1990-09-17 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 超電導膜の製造方法 |
US5434126A (en) * | 1992-09-29 | 1995-07-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thin-film high Tc superconductor comprising a ferroelectric buffer layer |
CN104140083A (zh) * | 2014-07-28 | 2014-11-12 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Sr4Bi6Se13基超导材料及其制备方法 |
-
1988
- 1988-10-28 JP JP63273485A patent/JPH02122065A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02233525A (ja) * | 1989-03-06 | 1990-09-17 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 超電導膜の製造方法 |
US5434126A (en) * | 1992-09-29 | 1995-07-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thin-film high Tc superconductor comprising a ferroelectric buffer layer |
CN104140083A (zh) * | 2014-07-28 | 2014-11-12 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Sr4Bi6Se13基超导材料及其制备方法 |
CN104140083B (zh) * | 2014-07-28 | 2016-02-10 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Sr4Bi6Se13基超导材料及其制备方法 |
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