JPH04187507A - 酸化物超電導薄膜の作製方法 - 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ヲ用いて、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。

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、２０Ｏｎｍ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。

■　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Ｉ　Ｔｏｒｒ付近までの広い領域で
成膜ができる。

■　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数ナノ秒程度の極めて短
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闇のみ、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、ｌ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。

しかしながら、通常成膜温度を低温にすると、酸化物超
電導薄膜の結晶性が悪くなる。または、酸化が不十分に
なる等の不都合が生じ、特性は劣化する。

この問題を解決する方法として、単にターゲットにレー
ザを照射するだけでなく、成膜時に基板近傍においてプ
ラズマを発生させる方法が検討されている。成膜時に基
板近傍で活性な酸素プラズマを発生させると酸化が促進
され、且つプラズマにより薄膜を形成する原子種が活性
化され、低い基板温度での成膜が可能であると考えられ
る。

発明が解決しようとする課題 しかし従来は、酸素プラズマを直接基板成膜面に向けて
発生させていたため、高エネルギを有する活性な酸素原
子種により、生成膜が損傷を受け、十分にその効果を発
揮させることができなかった。

そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し
た優れた超電導特性の高品質な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酸化物超電導体の薄
膜を作製する方法において、ターゲットにレーザ光を照
射する際に、前記基板近傍で前記基板の成膜面に平行に
酸素プラズマを通過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。

作用 本発明の方法は、レーザアブレーション法で基板上に酸
化物超電導薄膜を作製する場合に、基板近傍に基板成膜
面に平行に酸素プラズマを発生させるところに主要な特
徴がある。本発明の方法では、プラズマが発生する方向
が、基板成膜面に平行である。従って、高エネルギのプ
ラズマが直接衝突することが原因で起こる基板成膜面お
よび薄膜の成長面の損傷が防げる。

本発明の方法は、例えば、マイクロ波電子サイクロトロ
ン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ装置を使用することにより実
現できる。即ち、基板成膜面に平行なプラズマが発生可
能な位置に、ＥＣＲプラズマ装置を備えるレーザアブレ
ーション法置を使用する。ＥＣＲプラズマ装置を使用す
る場合、加速電圧は１００Ｖ〜１．５ｋＶで、基板成膜
面に平行にプラズマを飛ばすことが好ましい。また、基
板にバイアス電圧を印加して、高エネルギを持った酸素
イオン種が適度なエネルギを持って基板上に達するよう
にすることも好ましい。

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。

実施例 第１図に、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。第１図のレーザアブレー
ション装置は、レーザ入射窓１２およびＥＣＲプラズマ
装置８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１６
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、基板ホルダ
５に接続されたバイアス電源５１が設けられている。

レーザ装置ｌで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１６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。

一方、ＥＣＲプラズマ装置８は、酸素導入口１３から供
給された０２ガスを高電圧放電によりプラズマ化し、基
板ホルダ５に保持された基板４の成膜面に平行に照射す
る。必要に応じ、バイアス電源装置５１を使用して基板
ホルダ５にバイアス電圧を印加し、ＥＣＲプラズマ装置
８により発生された酸素プラズマが、基板４に到達し易
くする。

第１図の装置を使用して、本発明の方法てＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−０酸化物超電導薄膜を作製した。５ｒＴｉＱ３単結
晶を基板４として使用し、ターゲット６にＹ、Ｂａ２Ｃ
ｕ３０７−Ｘ粉末の成形体を使用した。基板ホルダ５と
ターゲット６との間隔を５０ｍ＋＋＋にし、基板ホルダ
５を陰極として、直流電源５１によりＩＯＶの直流電圧
を印加した。基板温度は６００℃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　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒまて真空引きし
た後、ＥＣＲプラズマ装置８に○、ガスを導入して０、
１　ｍＴｏｒｒにし、以下の条件で成膜を行った。

基　　　板　　　　　　　５ｒＴｉ○３（１００）レー
ザ光エネルギ　１．５Ｊ／ｃｎｆ 酸素ガス圧　　　　０．１ｍＴａｒｒ 基板温度　　　　６００　　℃ 成膜時間　　　　　１５分間 ＥＣＲプラズマ装置 放電電圧　　　２，３　　　ｋＶ 加速電圧　　１００ｖ レーザは、波長１９３　ｎｍのエキシマレ−ザラ使用し
た。

成膜後、得られた酸化物超電導薄膜の断面を透過型電子
顕微鏡で観察し、また、超電導特性を測定した。

本発明の方法に従って作製された酸化物超電導薄膜は、
膜厚２００　ｎｍに亘って−様な結晶で構成され、結晶
の乱れはなかった。

以下に薄膜の超電導特性を示す。

臨界温度　　　　８５　Ｋ 臨界電流密度　　１．２　ＸＩＯ’　Ａ／ｃｍ従って、
本発明の方法により、高品質の酸化物超電導薄膜を作製
することが可能になった。

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。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発す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。 ７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、 ８・・・ＥＣＲプラズマ装置、 １０・・・排気口、 １２・・・レーザ入射窓、 １３・・・酸素導入口、 １６・・・モータ、 ５１・・・直流電源 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ターゲットに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酸化物超電導体の薄膜を作製する方
   法において、ターゲットにレーザ光を照射する際に、前
   記基板近傍で前記基板の成膜面に平行に酸素プラズマを
   通過させることを特徴とする酸化物超電導薄膜の作製方
   法。