JPH0222456A - 酸化物超電導体薄膜のプラズマアシスト蒸着方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、酸化物超電導体薄膜のプラズマアシスト蒸着
方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、酸化物超電導体薄膜の製造方法として、超電導体
を構成する個々の成分を独自の加熱装置（ＥＢガン、ク
ヌーセンセル等）で加熱して基板」−に蒸着せしめ、各
成分の蒸発速度を独立に制御することにより、所定の組
成の化合物を得るという多元素同時蒸着法が知られてい
た。この方法においては、超電導体中の酸素原子は、通
常は雰囲気から供給され、蒸発してきた金属原子と反応
して基板上で酸化物を形成する。

（発明が解決しようとする課題） これまで、上記の酸化物超電導体薄膜の作製においては
、成膜時の金属元素と酸素との反応が十分でなく、その
ままでは臨界温度あるいは臨界電流密度等の特性の劣っ
た超電導体薄膜しか得られなかった。このため、成膜後
、酸素雰囲気中で再び加熱処理（８００〜９５０℃、１
−１０時間）する必要があった。

しかしながらこの加熱処理により、膜の超電導体の粒成
長が生ずる、膜の緻密性が失なわれる、平滑性が失なわ
れるといった問題点を有していた。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、成膜時の金属元素と酸素との反応を進めて
、酸素雰囲気下の後加熱処理を必要としない良質の酸化
物超電導体薄膜を得ることを目的として研究を行った結
果、アーク放電型プラズマ源を用いる特定の蒸着方法に
より上記目的を達成しうることを見出した。

かくして１本発明は蒸着により酸化物超電導体薄膜を製
造する方法において、アーク放電型プラズマ源で発生せ
しめた酸素含有プラズマを用いることを特徴とする蒸着
方法を提供するものである。

本発明においては、酸化物超電導体薄膜を製造するにあ
たり、酸素を含むアーク放電型プラズマを用いているた
め、蒸着材料およびプラズマ中の酸素が、高活性高濃度
のイオンとなり、酸化物超電導体の金属成分と酸素とが
良く反応し、超電導薄膜の酸素含有量が上昇し、結晶化
温度が下がる。また、この超電導薄膜は均質で緻密であ
り、酸素中での後加熱処理を行なわなくとも、高い臨界
温度と、臨界電流密度を有するなど、超電導体として良
い特性を有している。

本発明においては、アーク放電型プラズマ源としては、
補助陰極を設けた複合型ＬａＢｅ陰極を有するものが好
ましい。このプラズマ源は、イオン濃度の極めて高いプ
ラズマを発生することが可能であり、本発明の効果をよ
り向」ニさせることができる。例えば、高周波放電では
、イオン濃度が１０８〜１０”７ｃｍ”であるのに対し
て、該プラズマ源では１０１３〜１０′４７ｃｍ３が可
能である。したがって、雰囲気の酸素分圧が低い時でも
高濃度の酸素イオンを発生させることができるので、酸
化物超電導体の製造に特に適している。

本発明においてプラズマは酸素を含むものである必要が
ある。プラズマが酸素とアルゴンの混合プラズマである
場合は、放電開始および放電の維持が容易であるので好
ましい。

本発明の蒸着方法は、具体的には以下のようなものを採
用することができる。即ち、排気して内部を低圧にせし
めたチャンバーに＼酸素を含む気体、例えば酸素とアル
ゴンの混合ガスを導入し、このチャンバー中で蒸着原料
を加熱して、これを気化蒸発せしめ、酸素を含むプラズ
マで活性化した後、基板上に蒸着させ薄膜を作製する。

蒸着原料は、酸化物でも良く、あるいは酸化物超電導体
中の金属成分を金属の形で用いて、酸素は雰囲気から供
給しても良い。例えば、蒸着原料として所望の薄膜と同
一の組成を有する酸化物超電導体を用いることもできる
。また、金属成分について、成分ごとに独自の蒸着原料
を設けて、それぞれの蒸発速度を独立に制御して、酸化
物の膜を作製する場合は、薄膜の組成を高い制度で制御
することがｉｒ能であるので好ましい。また蒸着原料は
合金の形であっても良い。

蒸着原料を加熱する手段としては、特に限定されないが
、上記のプラズマを加熱手段として用いる場合は、活性
の高い蒸着粒子を得ることができるので好ましい。加熱
手段として他に、１：、Ｂガン、クヌーセンセル等を用
いることができるが、この場合は別にプラズマによる活
性化手段を必要とする。上述したプラズマを、例えば基
板近傍に設けておくと、基板に到達する蒸着粒子はより
活性の高い状態になるので好ましい薄膜を得ることがで
きる。加熱手段として、プラズマを用いる場合において
も、さらにこのような活性化手段を設けるほうが好まし
い。

この活性化手段に用いるプラズマを磁界を用いて、平板
状にした場合は、膜の均一性が向上し、大面積化、高イ
オン濃度化が容易であるので特に好ましい。

本発明は、酸化物超電導体であれば特に限定されること
なく効果を有するものであるが、酸化物超電導体がＢａ
−Ｙ−Ｃｕ−０系、特にＢａｚＹＣｕｓ０７−ｙである
場合は、高い臨界温度、高い臨界電流密度など優れた性
質を示す超電導体が得られる。

基板としては特に限定されるものではないが、Ｂａ−Ｙ
−Ｃｕ−０系の酸化物超電導体薄膜を得る場合は、Ｍｇ
Ｏ単結晶（１００１面、５ｒＴｉＯｓ単結晶の（１１０
１面あるいは（００１１而を用いるのが好ましい。

本発明の蒸着方法においては、成膜時の雰囲気の酸素分
圧が５ＸＩＯ６〜４×　１Ｏ−３Ｔｏｒｒであることが
好ましい。この範囲は従来の蒸着方法に比べて極めて低
い酸素分圧である。また、基板温度は　４００〜８００
℃が好ましく、成膜速度は１５０〜１０００Å／ｍｉｎ
が好ましい。これらの条件に設定することにより、平滑
で緻密な薄膜が得られる。

（実施例） 蒸着材料として金属単体のＹ、　Ｂａ、　Ｃｕの３種を
用い、ＹとＢａをＥＢガンで加熱し、Ｃｕを前述の複合
型プラズマ源により発生させた酸素・アルゴン混合プラ
ズマ流にて加熱し、それぞれ蒸発速度を独立に制御して
、基板上にＢａ＊ＹＣｕＯ−。

の薄膜を蒸着した。各成分の蒸発速度は、方向性を持た
せた水晶振動子膜厚モニターを用いて測定した。

チャンバー内の酸素分圧４．５〜ＩＯ’Ｔｏｒｒ　、ア
ルゴン分圧は　２．４Ｘ　ＩＱ−’Ｔｏｒｒであり、基
板はＭｇＯ（１００１および５ｒＴｉＯ，ｌ（１１０１
を用いた。

基板温度は６００℃にして、成膜速度は３００Å／ｍｉ
ｎに制御した。

この結果、いずれの基板についても膜圧６０００人のＢ
ａｚＹＣｕＯｔ□の多結晶薄膜が得られた。この膜は後
加熱処理な経ずに８２にという高い臨界温度を有する超
電導体であった。またこの薄膜は粒径が小さく、緻密で
かつ平滑性の高いものであった。

（発明の効果） 本発明によると、酸素欠陥の極めて少ない酸化物超電導
体薄膜が得られる。このため後加熱処理を行なわなくて
も、高い臨界温度、高い臨界電流密度等の優れた特性の
超電導体が得られる。後加熱処理が不要であるので、膜
質の劣化がなく、この薄膜は粒径が細かく、緻密で平滑
性の高いものである。

また、低い酸素分圧雰囲気で蒸着をぐテなうことができ
るので、この点でも良好な膜質の薄膜を得るのに有利で
ある。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）蒸着により酸化物超電導体薄膜を製造する方法に
   おいて、アーク放電型プラズマ源で 発生せしめた酸素含有プラズマを用いるこ とを特徴とする蒸着方法。
2. （２）プラズマが補助陰極を設けた複合型ＬａＢ＿６陰
   極を用いたアーク放電型プラズマ源により発生せしめた
   ものである請求項１の蒸着方法。
3. （３）プラズマがアルゴンと酸素の混合プラズマからな
   る請求項１または２の蒸着方法。
4. （４）平面状のプラズマを基板近傍に設ける請求項１〜
   ３いずれか１の蒸着方法。
5. （５）複数の膜成分を個別に蒸着せしめ基板上で酸化物
   超電導体となす請求項１〜４いずれか１の蒸着方法。
6. （６）膜成分の少くとも１つをプラズマを用いて加熱蒸
   発せしめる請求項１〜５いずれか１の蒸着方法。
7. （７）膜成分がＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系である請求項１〜
   ６いずれか１の蒸着方法。
8. （８）成膜時の雰囲気の酸素分圧が５×１０＾−＾６〜
   ４×１０＾−＾３Ｔｏｒｒである請求項１〜７いずれか
   １の蒸着方法。
9. （９）基板がＭｇＯ（１００）単結晶またはＳｒＴｉＯ
   ＿３（１１０）単結晶またはＳｒＴｉＯ＿３（００１）
   単結晶である請求項１〜８いずれか１の蒸着方法。
10. （１０）基板温度が４００〜８００℃である請求項１〜
    ９いずれか１の蒸着方法。
11. （１１）成膜速度が１５０〜１０００Å／ｍｉｎである
    請求項１〜１０いずれか１の蒸着方法。