JPH04182317A - 酸化物超電導薄膜の作製方法 - Google Patents
酸化物超電導薄膜の作製方法Info
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- JPH04182317A JPH04182317A JP2309455A JP30945590A JPH04182317A JP H04182317 A JPH04182317 A JP H04182317A JP 2309455 A JP2309455 A JP 2309455A JP 30945590 A JP30945590 A JP 30945590A JP H04182317 A JPH04182317 A JP H04182317A
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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、酸化物超電導薄膜の作製方法に関する。より
詳細には、レーザアブレーション法を用いて、高品質な
酸化物超電導体の薄膜を作製する方法に関する。
詳細には、レーザアブレーション法を用いて、高品質な
酸化物超電導体の薄膜を作製する方法に関する。
従来の技術
薄膜の作製には、各種の方法が使用されるが、レーザア
ブレーション法は、−切の電磁場を必要としないので、
高品質の薄膜を作製するのに適した方法と考えられてい
る。
ブレーション法は、−切の電磁場を必要としないので、
高品質の薄膜を作製するのに適した方法と考えられてい
る。
特に、エキシマレーザをレーザ光源に使用するエキシマ
レーザアブレーション法は、２０００ｍ付近の短波長領
域の高エネルギレーザ光を使用するので、薄膜を高速且
つ低い基板温度で作製できる。
レーザアブレーション法は、２０００ｍ付近の短波長領
域の高エネルギレーザ光を使用するので、薄膜を高速且
つ低い基板温度で作製できる。
また、下記の利点があり、多元系の化合物である酸化物
超電導体の薄膜化に適した技術として注目されている。
超電導体の薄膜化に適した技術として注目されている。
■ ターゲットとの組成のずれの無い薄膜が得られる。
■ 雰囲気の圧力がＩＴＯｒｒ付近までの広い領域で成
膜ができる。
膜ができる。
■ 成長速度を極めて速くすることができる。
■ 高エネルギ光による非熱平衡過程である。
しかしながら、エキシマレーザはパルス発振のレーザで
あり、通常その発光時間は１０数ナノ秒程度と極めて短
い。そのため、上記のエキシマレーザを光源に使用した
レーザアブレーション法では、ターゲットにパルスレー
ザ光が断続的に照射される。
あり、通常その発光時間は１０数ナノ秒程度と極めて短
い。そのため、上記のエキシマレーザを光源に使用した
レーザアブレーション法では、ターゲットにパルスレー
ザ光が断続的に照射される。
一般にレーザアブレーション法では、ターゲットがレー
ザに照射されている間のみ、ターゲットから粒子または
蒸気が飛散する。ターゲットから飛散した粒子または蒸
気は、基板表面における反応により基板表面で薄膜とな
って堆積する。パルス幅の極めて短くエネルギの高いエ
キシマレーザでは、１パルスのレーザ光で多量の粒子ま
たは蒸気を発生させることができる。従って、パルス数
により成長速度を非常に速くすることができるが、その
場合には、結晶化が充分性われず膜質が悪化することが
ある。
ザに照射されている間のみ、ターゲットから粒子または
蒸気が飛散する。ターゲットから飛散した粒子または蒸
気は、基板表面における反応により基板表面で薄膜とな
って堆積する。パルス幅の極めて短くエネルギの高いエ
キシマレーザでは、１パルスのレーザ光で多量の粒子ま
たは蒸気を発生させることができる。従って、パルス数
により成長速度を非常に速くすることができるが、その
場合には、結晶化が充分性われず膜質が悪化することが
ある。
一方、酸化物超電導薄膜を形成する際の成膜温度（通常
は基板温度）は一般に約７００℃以上と高く、薄膜を形
成する基板、基材等の熱による劣化あるいは反応を防ぐ
ために、成膜温度の低温化が望まれている。特に、酸化
物超電導薄膜を電子工学の分野に応用する場合には必須
の技術である。
は基板温度）は一般に約７００℃以上と高く、薄膜を形
成する基板、基材等の熱による劣化あるいは反応を防ぐ
ために、成膜温度の低温化が望まれている。特に、酸化
物超電導薄膜を電子工学の分野に応用する場合には必須
の技術である。
しかしながら、通常成膜温度を低温にすると、酸化物超
電導薄膜の性能が低下して実用性が失われる。
電導薄膜の性能が低下して実用性が失われる。
発明が解決しようとする課題
上述のように、エキツマレーザアブレーション法では、
パルスレーザ光がターゲットに照射され、ターゲット表
面から飛散した粒子または蒸気が基板上に供給されてい
る間のみ成膜が行われる。従って、この成膜法では、タ
ーゲットから１パルスのレーザ光で飛散した粒子または
蒸気で構成される極薄の薄膜（分子層）を積層して薄膜
を構成することになる。
パルスレーザ光がターゲットに照射され、ターゲット表
面から飛散した粒子または蒸気が基板上に供給されてい
る間のみ成膜が行われる。従って、この成膜法では、タ
ーゲットから１パルスのレーザ光で飛散した粒子または
蒸気で構成される極薄の薄膜（分子層）を積層して薄膜
を構成することになる。
ターゲットから、レーザ光照射により飛散した粒子また
は蒸気は、成長表面に到達後も原子、分子が直ちに安定
するわけではなく、反応が起こったり、原子、分子レベ
ルでの運動、拡散等が続いている。この成長表面におけ
る、反応、分子運動、拡散等は、やがである範囲内に収
まり、安定した薄膜となるが、それまでの時間は、基板
温度、レーザ光のエネルギ等、供給されるエネルギによ
り異なる。
は蒸気は、成長表面に到達後も原子、分子が直ちに安定
するわけではなく、反応が起こったり、原子、分子レベ
ルでの運動、拡散等が続いている。この成長表面におけ
る、反応、分子運動、拡散等は、やがである範囲内に収
まり、安定した薄膜となるが、それまでの時間は、基板
温度、レーザ光のエネルギ等、供給されるエネルギによ
り異なる。
従って、上記の条件およびパルスレーザ光のパルスレー
ト、平均の成膜速度を適正に選択することにより、高品
質の酸化物超電導薄膜を作製することが可能である。
ト、平均の成膜速度を適正に選択することにより、高品
質の酸化物超電導薄膜を作製することが可能である。
本発明の目的は、優れた超電導特性を有する高品質なり
ｉ −Ｓｒ −Ｃａ−Ｃｕ−０系酸化物超電導薄膜を作
製可能な酸化物超電導薄膜のレーザアブレーション法に
よる作製方法を提供することにある。
ｉ −Ｓｒ −Ｃａ−Ｃｕ−０系酸化物超電導薄膜を作
製可能な酸化物超電導薄膜のレーザアブレーション法に
よる作製方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
本発明に従うと、ターゲットにパルスレーザ光を照射し
て、前記ターゲットに対向して配置した基板上に薄膜を
成長させるレーザアブレーション法によりＢｉ −８ｒ
−Ｃａ−Ｃｕ −０系酸化物超電導体の薄膜を作製す
る方法において、前記パルスレーザ光のパルスレートを
１七とし、Ｂｉ −Ｓｒ −Ｃａ−Ｃｕ −０系酸化物
超電導体のＺ単位格子分または１単位格子分の厚さの酸
化物超電導薄膜を成長させるごとにレーザ光照射を中止
し、平均成長速度０．５ 人／秒以下で前記酸化物超電
導薄膜を成長させることを特徴とする酸化物超電導薄膜
の作製方法が提供される。
て、前記ターゲットに対向して配置した基板上に薄膜を
成長させるレーザアブレーション法によりＢｉ −８ｒ
−Ｃａ−Ｃｕ −０系酸化物超電導体の薄膜を作製す
る方法において、前記パルスレーザ光のパルスレートを
１七とし、Ｂｉ −Ｓｒ −Ｃａ−Ｃｕ −０系酸化物
超電導体のＺ単位格子分または１単位格子分の厚さの酸
化物超電導薄膜を成長させるごとにレーザ光照射を中止
し、平均成長速度０．５ 人／秒以下で前記酸化物超電
導薄膜を成長させることを特徴とする酸化物超電導薄膜
の作製方法が提供される。
一作囲
本発明の方法は、パルス発光のレーザによるレーザアブ
レーション法のレーザ光のパルスレート、薄膜の成長速
度を適正な値にし、高品質のＢｉ −Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−０系酸化物超電導薄膜を作製するところにその主要な
特徴がある。
レーション法のレーザ光のパルスレート、薄膜の成長速
度を適正な値にし、高品質のＢｉ −Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−０系酸化物超電導薄膜を作製するところにその主要な
特徴がある。
本発明の方法では、レーザ光のパルスレートは１１（ｚ
とする。また、２単位格子分または１単位格子分の厚さ
の酸化物超電導薄膜を成長させるごとにレーザ光照射を
中止し、平均成長速度０．５へ／秒以下で薄膜を成長さ
せる。
とする。また、２単位格子分または１単位格子分の厚さ
の酸化物超電導薄膜を成長させるごとにレーザ光照射を
中止し、平均成長速度０．５へ／秒以下で薄膜を成長さ
せる。
一般に、レーザアブレーション法で酸化物超電導薄膜を
作製する場合、薄膜の成長速度をある範囲内で遅くする
と、得られる薄膜が高品質のものとなる。パルスレーザ
によるレーザアブレーション法では、レーザ光のパルス
レートを下げたり、レーザ光の１パルス当たりの発光エ
ネルギを小さくすることにより、薄膜の成長速度を遅く
することが可能である。しかしながら、パルスレートを
ＩＨｚ未満にすると、元素の再蒸発量が多くなり薄膜の
組成ずれを引き起こすので好ましくない。また、レーザ
光のエネルギを小さくすると、プルームと呼ばれるプラ
ズマ状態が変化するので好ましくない。従って、従来は
レーザ光のパルスレートがＩＨｚで、薄膜の成長速度は
２人／秒程度であった。
作製する場合、薄膜の成長速度をある範囲内で遅くする
と、得られる薄膜が高品質のものとなる。パルスレーザ
によるレーザアブレーション法では、レーザ光のパルス
レートを下げたり、レーザ光の１パルス当たりの発光エ
ネルギを小さくすることにより、薄膜の成長速度を遅く
することが可能である。しかしながら、パルスレートを
ＩＨｚ未満にすると、元素の再蒸発量が多くなり薄膜の
組成ずれを引き起こすので好ましくない。また、レーザ
光のエネルギを小さくすると、プルームと呼ばれるプラ
ズマ状態が変化するので好ましくない。従って、従来は
レーザ光のパルスレートがＩＨｚで、薄膜の成長速度は
２人／秒程度であった。
本発明の方法では、パルスレートを１１（ｚとし、さら
にＺ単位格子分または１単位格子分の厚さの酸化物超電
導薄膜が成長する毎に、レーザ光照射を一時中止し、平
均成長速度０．５ 人／秒以下で薄膜を成長させる。Ｉ
Ｈｚのパルスレートでレーザ光が照射されている間にク
ーゲットから飛散した原料蒸気、粒子が基板上に堆積す
る。この堆積したものは、完全な結晶にはなっていない
が、レーザ光の照射を中止している間に、反応が進行し
、各原子、分子が適正な位置に移動して結晶の単位格子
を形成する。この繰り返しにより、薄膜を作製するので
、本発明の方法では高品質の単結晶のＢ１−Ｓｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−０系酸化物超電導薄膜が作製可能である。
にＺ単位格子分または１単位格子分の厚さの酸化物超電
導薄膜が成長する毎に、レーザ光照射を一時中止し、平
均成長速度０．５ 人／秒以下で薄膜を成長させる。Ｉ
Ｈｚのパルスレートでレーザ光が照射されている間にク
ーゲットから飛散した原料蒸気、粒子が基板上に堆積す
る。この堆積したものは、完全な結晶にはなっていない
が、レーザ光の照射を中止している間に、反応が進行し
、各原子、分子が適正な位置に移動して結晶の単位格子
を形成する。この繰り返しにより、薄膜を作製するので
、本発明の方法では高品質の単結晶のＢ１−Ｓｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−０系酸化物超電導薄膜が作製可能である。
以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。
ス尊Ｕ
第１図に、それぞれ本発明の方法を実施するレーザアブ
レーション装置の一例の概略図を示す。
レーション装置の一例の概略図を示す。
第１図のレーザアブレーション装置は、レーザ入射窓１
２、酸素導入口１３および排気口１０を具備し、排気口
１０から内部を高真空に排気可能なチャンバ３と、チャ
ンバ３内に配置された内部に基板加熱用のヒータを備え
る基板ホルダ５と、モーター５で回転されるターゲット
ホルダ７とを具備する。
２、酸素導入口１３および排気口１０を具備し、排気口
１０から内部を高真空に排気可能なチャンバ３と、チャ
ンバ３内に配置された内部に基板加熱用のヒータを備え
る基板ホルダ５と、モーター５で回転されるターゲット
ホルダ７とを具備する。
チャンバ３の外部には、エキシマレーザ装置１およびレ
ーザ光を集光する集光レンズ２が配置されている。
ーザ光を集光する集光レンズ２が配置されている。
レーザ装置１て発生されたレーザ光は、集光レンズ２で
集光され、チャンバ３のレーザ入射窓１２に入射し、タ
ーゲットホルダ７に固定された原料ターゲット６を照射
する。レーザ光はターゲット６の中心からやや外れた位
置を照射するようになされている。ターゲット６は、モ
ーター５により回転されるので、この装置においては、
ターゲット６の一部だけがレーザ光に照射されることが
ない。
集光され、チャンバ３のレーザ入射窓１２に入射し、タ
ーゲットホルダ７に固定された原料ターゲット６を照射
する。レーザ光はターゲット６の中心からやや外れた位
置を照射するようになされている。ターゲット６は、モ
ーター５により回転されるので、この装置においては、
ターゲット６の一部だけがレーザ光に照射されることが
ない。
第１図の装置を使用して、本発明の方法でＢｉ −５ｒ
−Ｃａ−Ｃｕ−〇酸化物超電導薄膜を作製した。Ｍｇ
○単結晶を基板４として使用し、ターゲット６にＢ１３
Ｓｒ２Ｃａ２ＣＬＩ３０ｗ粉末の成形体を使用した。基
板温度は６５０℃に設定した。温度の測定は、通常の熱
電対で更正したシース熱電対を使用した。
−Ｃａ−Ｃｕ−〇酸化物超電導薄膜を作製した。Ｍｇ
○単結晶を基板４として使用し、ターゲット６にＢ１３
Ｓｒ２Ｃａ２ＣＬＩ３０ｗ粉末の成形体を使用した。基
板温度は６５０℃に設定した。温度の測定は、通常の熱
電対で更正したシース熱電対を使用した。
チャンバ３内をＩ Ｘ １Ｏ−７Ｔｏｒｒまで真空引き
した後、酸素導入口１３より酸素ガスを導入して、圧力
を４００ ｍＴｏｒｒにした。次に、エキシマレーザを
１．５Ｊｌｃｔ＆、１七でターゲツト面上に照射した。
した後、酸素導入口１３より酸素ガスを導入して、圧力
を４００ ｍＴｏｒｒにした。次に、エキシマレーザを
１．５Ｊｌｃｔ＆、１七でターゲツト面上に照射した。
１０回エキシマレーザ光をターゲット６に照射して、２
分間レーザ光の照射を止める操作を５０回繰り返し、１
００ ｎｍの薄膜を成膜した。
分間レーザ光の照射を止める操作を５０回繰り返し、１
００ ｎｍの薄膜を成膜した。
得られた薄膜の電気抵抗の温度変化を測定したが、電気
抵抗が零になる温度、すなわちキュウリ−温度（Ｔｃ
）が８０にであった。一方、他の条件を等しくして、レ
ーザ照射を中止しないで作製した薄膜は、超電導性を示
さなかった。
抵抗が零になる温度、すなわちキュウリ−温度（Ｔｃ
）が８０にであった。一方、他の条件を等しくして、レ
ーザ照射を中止しないで作製した薄膜は、超電導性を示
さなかった。
また、作製した薄膜は、Ｘ線回折パターンから、Ｃ軸配
向した単相のＢＢ１２５ｒ２Ｃａ２Ｃｕ３０酸化物超電
導体で構成されていることが示された。
向した単相のＢＢ１２５ｒ２Ｃａ２Ｃｕ３０酸化物超電
導体で構成されていることが示された。
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察では、薄膜表面
は極めて滑らかな面をしており、面粗さ計測定による面
粗さは３ｎｍ程度であった。
は極めて滑らかな面をしており、面粗さ計測定による面
粗さは３ｎｍ程度であった。
発明の詳細
な説明したように、本発明の方法に従うと、レーザアブ
レーション法により、高品質の薄膜を作製することがで
きる。本発明の方法により作製される酸化物超電導薄膜
は、ジョセフソン素子、超電導トランジスタ等の電子デ
バイスに応用するのに最適である。
レーション法により、高品質の薄膜を作製することがで
きる。本発明の方法により作製される酸化物超電導薄膜
は、ジョセフソン素子、超電導トランジスタ等の電子デ
バイスに応用するのに最適である。
第１図は、本発明の方法を実施するレーザアブレーショ
ン装置の一例の概略図である。 〔主な参照番号〕 １・・・エキシマレーザ、 ２・・・レンズ、 ３・・・チャンバ、４・・・基板
、 ５・・・基板ホルダ、６・ ・ ・ターゲット、 ７・・・ターゲットホルダ、 １０・・・排気口、 １２・・・レーザ入射窓、 １３・・・酸素導入口、 １５・・・モーフ 特許出願人 住友電気工業株式会社
ン装置の一例の概略図である。 〔主な参照番号〕 １・・・エキシマレーザ、 ２・・・レンズ、 ３・・・チャンバ、４・・・基板
、 ５・・・基板ホルダ、６・ ・ ・ターゲット、 ７・・・ターゲットホルダ、 １０・・・排気口、 １２・・・レーザ入射窓、 １３・・・酸素導入口、 １５・・・モーフ 特許出願人 住友電気工業株式会社
Claims (1)
- ターゲットにパルスレーザ光を照射して、前記ターゲッ
トに対向して配置した基板上に薄膜を成長させるレーザ
アブレーション法によりＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系
酸化物超電導体の薄膜を作製する方法において、前記パ
ルスレーザ光のパルスレートを１Ｈｚとし、Ｂｉ−Ｓｒ
−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体の１／２単位格子分
または１単位格子分の厚さの酸化物超電導薄膜を成長さ
せるごとにレーザ光照射を中止し、平均成長速度０．５
Å／秒以下で前記酸化物超電導薄膜を成長させることを
特徴とする酸化物超電導薄膜の作製方法。
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|---|---|---|---|
| JP2309455A JPH04182317A (ja) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | 酸化物超電導薄膜の作製方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2309455A JPH04182317A (ja) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | 酸化物超電導薄膜の作製方法 |
Publications (1)
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|---|---|
| JPH04182317A true JPH04182317A (ja) | 1992-06-29 |
Family
ID=17993200
Family Applications (1)
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