JPH03193605A - 酸化物超電導薄膜形成用ターゲット材の製造方法 - 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、Ｙ　−Ｂ　ａ　−Ｃｕ−０系等の酸化物超電
導薄膜をスパッタリング法により形成する場合に用いら
れるターゲット材の製造方法に関する。

（従来の技術） 酸化物超電導薄膜の形成には、ＣＶＤ法、レーザービー
ム蒸着法、反応性蒸着法、スパッタリング法等が採用さ
れる。これらのうちスパッタリング法は、ターゲット材
に対しイオン等を照射し、ターゲットを構成する原子又
は分子をたたき出し所定の基板上に薄膜を形成させんと
するものである。上記超電導体のように複合酸化物から
成る薄膜を得る場合、例えば、得ようとする薄膜組成と
同一組成から成るバルク体（焼結体）をターゲット材と
して用いるか、或いは上記ターゲットの他に補正用ター
ゲットを設置し、これらのターゲットから発生する原子
又は分子量を調整しながら形成させる方法が一般に用い
られている。

従来、この種のターゲット材の製造方法としては、酸化
物超電導体構成元素の酸化物若しくは酸化物形成化合物
（炭酸塩若しくは硝酸塩等）の粉末を仮焼した後、ホッ
トプレス焼成若しくは普通焼成（成形用バインダーを添
加混合して焼成）する方法が一般に採用されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記ターゲット材に要求される特性としては
、成膜速度を高めることができるようそれ自体が高密度
（理論密度に対する相対密度が約６０％以上）であるこ
とが望ましく、また寸法的にも同一形状のものが生産で
きることが要求される。　然し乍ら、上記製造法は以下
のような問題点を内包していた。即ち、ホットプレス焼
成法の場合、カーボン型を用いたホットプレスに於いて
は、緻密体を得る為に高温でホットプレスすると、試料
とカーボン型との接触面で酸化物が還元され、カーボン
型と固着することがある。この固着を避ける為に焼成温
度を下げると密度が低下し、ターゲット支持体とのボン
ディングの際の強度が不足する。また、カーボン以外の
アルミナや炭化珪素セラミックの型を用いた場合、焼結
体の中に型から異元素が拡散し、これをターゲットとし
て用いた場合、得られ薄膜に悪影響を及ぼす。

一方、普通焼成法の場合、成形時に添加するバインダー
が焼成中分解するが、その分解ガスの発生により割れや
反り等が生じ、目的の形状を得ることが難しい。また、
焼成時の寸法収縮が大きく、しかも収縮度は組成及び成
形体の密度により変化する為、焼成後の形状物を機械加
工して目的寸法に調製する必要がある。この時、機械加
工によるクラック破壊の問題が新たに発生する。

（発明の目的） 本発明は、上記に鑑みなされたものであり、製造時にカ
ーボン型により酸化物が還元されることなく、ターゲッ
ト支持体とのボンディング際に割れや反りを生じること
のない高密度且つ寸法安定性に優れた酸化物超電導薄膜
形成用ターゲット材の製造方法を提供せんとするもので
ある。

（課題を解決する為の手段） 上記目的を達成する本発明は、酸化物超電導体を構成す
る元素（酸素を除く）の酸化物粉末若しくは酸化物形成
化合物（炭酸塩、硝酸塩等）粉末の１種若しくは複数種
から成る混合粉末を仮焼した後。

焼成温度が段階的に高くなるよう設定されたカーボン型
による数回のホットプレス焼成を行なうことを特徴とす
る酸化物超電導薄膜形成用ターゲット材の製造方法にあ
る。

本発明方法によって得たターゲット材は、主にＲＥ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−０系（ＲＥＬＹ及び希土類元素）酸化物超電
導薄膜をスパッタリング法により形成する場合に用いら
れるものを対象とし、従って、この場合は、上記酸化物
超電導体を構成する元素とは、希土類元素（イツトリウ
ムを含む）、アルカリ土類元素（バリウム）及び銅元素
を相称する。

ホットプレスによる焼成は、上記の如く数段階に分は実
施されるが、その焼成温度は低温度から出発し、段階を
経る毎に高く設定され、最終段階では目的焼結体の正規
の焼成温度とされる。ここでの正規の焼成温度は作成す
るターゲット組成により変るが、例えばＹ　Ｂ　ａ　２
　Ｃｕ　３０７−　ａターゲットを作成する場合は７５
０〜８５０℃が望ましく、また初期段階の温度は４５０
℃以下が望ましい。

また、各焼成段階の終了後は一旦室温まで冷却して大気
中で保持し、その後火の焼成段階に移行する。

（作用） 上記製造方法に於いて、焼成の初期の段階では温度が低
い為に、還元雰囲気下にあっても原料酸化物がカーボン
型の炭素により還元されることがない。また、この段階
である程度緻密化されるから、その後の焼成段階で温度
を段階的に高くしても高温での保持時間を短縮できるこ
とから上記炭素による還元作用を受けにくく、最終焼成
段階を経た後はカーボン型との固着もなく極めて緻密な
焼結体が得られる。しかも、型内で焼成されるから、型
の寸法を所定のターゲット寸法に合致させておけば、焼
結後の機械加工が不要であり、またバインダーを使用し
ないから割れや反り等が発生することもない。更に、カ
ーボン型を使用しているから、焼結体中への異元素の拡
散も生じない。

（実施例） 次に実施例により本発明を更に詳述する。

（実施例−１） （ｉ）Ｙ、Ｏ，：　ＢａＣ：Ｏ，：　Ｃｕ０＝０．５　
：　２　：３（モル比）の混合粉末を大気中９００℃で
５時間仮焼し粉砕した後、再度同条件で仮焼し、ジェッ
トミル粉砕して平均粒径３μｍの仮焼粉末を得た。

（…）上記仮焼粉末的２４０ｇをカーボン型（直径１ｏ
ＩＩＩＩＩ＋）に充填し、圧力５０ｋｇ／ａ＃をかけ。

誘導加熱により昇温速度２０℃／　ｍ　ｉ　ｎで昇温し
、４００℃で１５分間保持した。その後室温にまで冷却
した。上記と同圧力及び同昇温速度で再度ホットプレス
し６００℃に１５分間保持した。これを室温にまで冷却
し、更に同圧力及び同昇温速度でホットプレスし８００
℃で１５分間保持した。

斯かる３段階のホットプレス焼成の後室温にまで冷却し
、焼結体を取り出した。

（市）得られた焼結体の直径は１０１ｍ、厚さ６゜５面
であり、理論密度に対する相対密度は７３％であった。

また、カーボン型との固着やクラックは見られなかった
。Ｘｌｓ回折によれば、表面に若干のＢａＣＯ３の生成
を示すピークが観測されたが、焼結体試料の表面を０．
２ｍ＋＋削った内部層では、ＹＢａ、Ｃｕ３０ｙの明確
なピークのみが観測された。

〈比較例１−１〉 （ｉ）実施例−１（ｉ）の仮焼粉末を上記と同じカーボ
ン型に充填し、実施例１と同圧力及び同昇温速度でホッ
トプレスし、８００℃で１５分間保持した。

（ｉｉ）得られた焼結体には、カーボン型との部分的な
固着があり、理論密度に対する相対密度は５２％であっ
た。

く比較例１−２〉 （ｉ）比較例１−１に於けるホットプレス条件を９００
℃で１５分間保持に変えてホップレス焼成した。

（ｉｉ）得られた焼結体は、カーボン型との固着が激し
く、その界面は赤銅色を呈していた。表面を削り内部を
Ｘ線回折により解析したところ、ＢａＣＯ３，Ｃｕ、Ｏ
ｌＹ　２　Ｂ　ａ　Ｃｕ　Ｏｓ、Ｙ　Ｂ　ａ２Ｃｕ。

０ｙ等が検出され、これにより還元分解反応があったこ
とが推察された。

く比較例１−３〉 （ｉ）比較例１−１に於けるホットプレス条件を８００
℃で３０分間保持に変えてホップレス焼成した。

（ｉｉ）得られた焼結体は、カーボン型との固着が激し
く、また内部の相対密度は６５％であった。

（実施例−２） （ｉ）ＢａＣＯ，：Ｃｕ○＝１　：　１（モル比）の混
合粉末を大気中９００℃で５時間仮焼して粉砕し、この
仮焼粉砕を３回繰り返しＢａＣｕＯ，の合成粉末を得た
。

（■）この合成粉末的２３０ｇを上記と同様のカーボン
型に充填し、４００℃・１５分間保持及び６６０℃・１
５分間保持の２段階のホットプレス焼成を行ない、直径
１０１ｍ、厚さ６．５Ｉの焼結体を得た。この場合いず
れも圧力５０ｋｇ／ｃｄ、昇温速度２０℃／　ｍ　ｉ　
ｎとした。

（ｉｉｉ）得られた焼結体の理論密度に対する相対密度
は７０％であった。また、Ｘ線回折によれば。

表面に若干のＢ　ａ　ＣＯｚの生成が見られたが、内部
は全てＢ　ａ　Ｃｕ　Ｏ□であった。

く比較例２−１〉 （ｉ）実施例２（ｉ）の合成粉末をカーボン型に充填し
、６６０℃・１５分間のホットプレス焼成を行なった。

（ｎ）得られた焼結体の理論密度に対する相対密度は４
９％であり、極めて脆く、ボンディング時に割れが発生
した。また、Ｘ線回折によると、内部にもＢａＣ０，が
生成していることが観測された。

（実施例−３） （ｉ）実施例−２（ｉ）における原料混合粉末を、Ｂａ
Ｃ０，：Ｃｕ０＝２：　３（モル比）とし、実施例−２
と同条件で仮焼し、結晶相がＢａＣｕＯ□とＣｕＯとの
混合相から成る合成粉末を得た。

（ｉｉ）この合成粉末を実施例−２（ｉｔ）と同様にホ
ットプレス焼成して焼結体を得た。

（■）得られた焼結体は、カーボン型との固着もなく、
理論密度に対する相対密度は７５％で極めて緻密であっ
た。

（実施例−４） （ｉ）実施例−２（ｉ）における原料混合粉末を、Ｃａ
Ｃｏ３：Ｃｕ○＝２：１（モル比）とし、実施例−２と
同条件で仮焼し、結晶相がＣａ　、　Ｃｕ　Ｏ３単相の
仮焼粉末を得た。

（ｉｉ）との仮焼粉末を４００℃、６００℃及び７００
℃（保持時間はいずれも１５分）の３段階ホットプレス
焼成して焼結体を得た。

（ｉｉｉ）得られた焼結体は、カーボン型との固着もな
く、また理論密度に対する相対密度は６３％であった。

上記実施例１乃至４、比較例１−１〜３及び比較例２−
１の結果を纏めて第１表に示す。

（以下余白） 尚、実施例−１によって得たターゲット材は、Ｙ−Ｂａ
−Ｃｕ−Ｑ系超電導薄膜をスパッタリング法によって作
成する場合の主たるターゲットとして用いられる。また
、実施例−２〜４によるターゲットは、例えばＹ−Ｂａ
−Ｃｕ−０系ターゲット共に配置され、生成される薄膜
が所定の組成となるように制御するための補正用ターゲ
ットとして用いられる。

（発明の効果） 叙上の如く、本発明のターゲット材の製造方法に於いて
は、カーボン型によるホットプレス焼成工程が数段階に
別れ、しかも焼成温度が段階毎に高くなるよう設定され
ているから、焼成の初期段階で被処理品がある程度緻密
化され、その後の昇温によってもカーボン型の炭素の還
元作用を受けず、カーボン型との固着のない極めて緻密
な焼結ターゲット材が得られる。しかも、型内で焼結さ
れるから、焼結体をそのまま所定の形状とすることが出
来、機械的な加工を不要とする。また、バインダーを使
用していないから１割れや反りなどを生じず、更にカー
ボン型を使用しているから、焼結体中へ異元素が拡散す
る懸念もない。

このように本発明によって得たターゲット材は、酸化物
超電導薄膜をスパッタリングにより形成する場合に極め
て優れた適正を発揮するものであり。

その有用価値は頗る大である。

一以上一

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．酸化物超電導体を構成する元素の酸化物粉末若しく
   は酸化物形成化合物粉末の１種若しくは複数種から成る
   混合粉末を仮焼した後、焼成温度が段階的に高くなるよ
   う設定されたカーボン型による数回のホットプレス焼成
   を行なうことを特徴とする酸化物超電導薄膜形成用ター
   ゲット材の製造方法。
2. ２．上記酸化物超電導体を構成する元素が、希土類元素
   、アルカリ土類元素及び銅元素である請求項１記載の製
   造方法。
3. ３．上記希土類元素がイットリウムである請求項２記載
   の製造方法。