JPH01294504A - 薄膜超電導体の製造方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、一定の温度で電気抵抗がゼロになるいわゆる
超電導体に係り、特に薄膜超電導体の製造方法に関する
。

Ｂ１発明の概要 本発明は、電圧を印加する一対の電極のうちの一方の電
極側を、超電導焼結体にし、これら電極の表面に交差す
る方向に蒸着基板を配置することにより、均一な超電導
体の蒸着薄膜が生成できる製造方法である。

Ｃ２従来の技術 １９１１年にカメリング・オンネスにより超電導現象が
発見されて以来、実用化に向けてさまざまな研究開発が
進められている。実用化には、臨海温度（Ｔｃ）が高け
れば高い程、冷却コストが安くて済むため、より高温で
の超電導の可能性をめぐってその超電導材料の激しい開
発競争が展開されている。

最近、液体窒素の温度７７に以上゛の温度にて超電導現
象を生じるものとして、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の超電導
体が発見され、更には安価な材料でしかもＴｃｈ＜１０
５に程度を示すＢ１−９ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の超電導
体が発見されるに至っている。

また、これらの材料の具体的適用範囲を拡大する観点か
ら、絶縁物の基板にスパッタにより超電導体を蒸着して
薄膜を形成することが試みられている。

第２図にこの種スパッタ方法の概略を示す。

タンクｌ内に一対の電極２．３を備え、一方の電極３側
をターゲットすなわち超電導焼結体で形成し、他方の電
極側に蒸着基板４を設けている。

５は電源であり一対の電極間に電圧を印加するものであ
る。

これを更に詳細に説明すると、ターゲットにＹ−Ｂａ−
Ｃｕ−０系の焼結体を使用し、蒸着基板４には、超電導
体との熱膨張及び格子定数が合う材料を使用する。

例えば、ＭｇＯ，ＹＺＳ　（部分安定化ジルコニア）、
Ｓ　ｒ　Ｔ　ｉ　０３　（チタン酸ストロンチウム）が
該当する。更には、これらの単結晶、サファイア、Ｓｉ
の単結晶、等が使用されることもある。

一方、蒸着基板４にスパッタさせる薄膜は、堆積速度が
数十へ／分で堆積され、この薄膜が超電導体となるには
、数千Å以上の膜厚が必要であることが一般的に知られ
ている。

しかして、蒸着基板４に生成した薄膜は、アモルファス
であることから、蒸着したのみでは超電導現象を生じな
いことから、 ■スパッタ後の薄膜を高温（７００〜９５０℃）で熱処
理する。

■基板の背部にヒータを設けて、基板を高温に加熱した
状態でスパッタする。

等の手段が必要である。

また、タンクｌ内は、゛真空用き後にＡｒガス（又はＡ
　ｒ　＋　Ｏを混合ガス）を導入して、２ＸＩＯ−’〜
２×１Ｏ−１程度の圧力にし、そしてＲＦ（ラジオ波）
スパッタ又はＤＣスパッタで電圧を印加して蒸着を行っ
ている。

Ｄ１発明が解決しようとする課題 ところで、前述のようなスパッタによる薄膜形成の場合
にあっては、ターゲット（超電導焼結体）と蒸着基板上
の薄膜との組成に「ずれ」が生じることが判った。

すなわち、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の場合において、特に
ＢａとＣｕが欠乏することが判った。このために、例え
ばＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１＋２＋３の組成の薄膜を得るのに
、ターゲットの組成をＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝（１：３：６）
〜（１：５：１０）にしておく必要があった。しかも、
この組成比は、装置、スパッタ条件の影響を受けて一定
せず、所望の組成比の薄膜超電導体を得ることが非常に
錐しいものであることが判った。

従って、スパッタによる薄膜超電導体にあっては、超電
導性能の低下、不安定を招来しやすく、量産化した場合
には品質にバラツキを生じるおそれがある。

これらの点に鑑み、本発明は、ターゲット材料の組成と
同じ組成の薄膜超電導体を蒸着基板上に生成でき、品質
の安定した薄膜超電導体の製造方法を提供しようとする
しのである。

Ｅ１課題を解決するための手段 発明者らは、種々実験を繰り返した結果、蒸着基板上に
生成される薄膜は、プラズマ中の電極間にさらされてい
ることから、形成膜がさらにスパッタされてしまうこと
になり、薄膜の生成速度が場所によって異なって、組成
の変化が生じ、結果組成比の１ずれ」が生じるものと推
察した。

そこで発明者らは、蒸着基板を一対の電極面に交差する
方向に配置することで前述の問題点が解決できないか試
みた。

すなわち、蒸着基板を一対の電極間のプラズマの周囲に
配置することで、ガスイオン、ターゲットイオン、等に
よる衝突が緩和され、基板への付着生成がゆるやかにな
ったり、形成された膜からの再スパツタが少なくなり、
ターゲツト材とほぼ同じ組成の薄膜が得られるのではな
いかと推察した。

しかして、プラズマの周囲に蒸着基板を置くと、基板近
傍のプラズマ密度が希薄となり、成膜速度が低くなるお
それがある。しかしこれは、プラズマの周囲を基板又は
他の部材で筒状に取り囲むことにより防止でき、プラズ
マ密度を効果的に高めることができないのではないかと
推察した。

以上の様な点に基づいて達成した本発明は、一方の電極
側であるターゲットを超電導焼結体で形成し、電極面に
交差する方向に蒸着基板を配設し、そして一対の電極間
に電圧を印加してターゲットの材料を蒸着基板に蒸着し
て薄膜超電導体を形成するものである。

すなわち、薄膜超電導体が生成される蒸着基板を、一対
の電極間の電極空間に生じるプラズマの周囲に配置する
ことにより、ターゲットと同じ組成で品質の安定したス
パッタによる薄膜超電導体を生成するものである。

なお、本発明にあっては、 ■電極面１こ交差する方向に配置する蒸着基板は、（イ
）例えばアルミナセラミックスで形成した、円形状筒体
、多角形状筒体の内壁 に固定する。

（ロ）基板を組み合わせて筒状（多角形の筒状）にする
。

ことによって設置する。

また、この基板は、電極外径位置より外側に位置して設
置する。

■ターゲット材（電極）の形状は、円形状、方形状、又
は多角形状に形成するものであり、■の筒状に配置する
蒸着基板の内形状と相似形にするのが望ましい。

■ターゲット材は、 （イ）　Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０に代表される、Ａ−Ｒ−Ｃ
−０系の場合は、 Ａとして、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｎｄ。

Ｓｍ、Ｅｖ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ。

Ｔｍ、Ｙｂ、ＬｕのうちからＩＮ以上 選択する。

Ｒとして、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒのうちか ら１種以上選択する。

Ｃとして、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの うちから１種以上選択する。

（ロ）　Ｂ　ｉ　−９ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０に代表される
、Ｅ−Ｓ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の場合は、 Ｅとして、Ｂｉ、Ｔｉのうちから１種 以上選択する。

の組成で形成する。

■蒸着基板は、ＭｇＯ，ＹＺＳ　（部分安定化ジルコニ
ア）、５ｒＴｉＯｓ（チタン酸ストロンチウム）、これ
らの単結晶、サファイア。

Ｓｉの単結晶で形成する。

■一対の電極、蒸着基板をタンクより小形の略密閉容器
で包囲して、プラズマの高密度化を図るようにしてもよ
い。

■蒸着薄膜の超電導体化手段としては、（イ）蒸着基板
を加熱（例えば８００°Ｃ）した状態でスパッタする。

（ロ）蒸着基板を加熱（例えば８００℃）した状態でス
パッタし、その後酸素を導 入し３００℃程度で徐冷する。

（ハ）蒸着後に熱処理して超電導体化する。

がある。

■スパッタの手段は、ＲＦスパッタ、ＤＣスパッタが適
用でき、またマグネトロン方式を併用してもよい。

■スパッタ時のガス雰囲気は、Ａｒガス、又はＡｒ＋Ｏ
の混合ガスである。

とするものである。

Ｆ９作用 一対の電極間に生ずるプラズマの周囲に蒸着基板を配置
しているので、蒸着基板にターゲットと同じ組成の薄膜
超電導体を生成できるものである。

Ｇ、実施例 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

ターゲツト材として、成分比がＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２
；３のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の超電導焼結体（直径３２
ｘｘ、厚み２ｊＩＪ＋）の電極を用意した。

蒸着基板として、ＭｇＯからなる板を６枚（２５＋ｕ角
で厚み１ｉｔ）用意した。

そして、第１図に示すように、密閉タンク１内に電極３
とベース２ａ上に載置した電極２（前記ターゲツト材）
とを、間隔的１２０ｘｉにおいて対向配置する。また、
一対の電極間空間を包囲するように、アルミナセラミッ
クスから成る多角形部の保持体６を配置し、この保持体
６の内壁に、蒸着基板４を６枚周方向に並べて固定する
。

次に、密閉タンクｌ内を真空（例えば、７　Ｘ　１０−
’Ｔｏ　ｒ　ｒ）にし、その後Ａｒガスを導入し、密閉
タンクｌ内を２Ｘ１０−”Ｔｏｒｒ程度の圧力にする。

そして、電源５（直流、３ｋＶ、８ｍＡ）によって、電
圧を、一対の電極間に印加し、電極間にプラズマを発生
させてスパッタを開始し、蒸着基板上に膜厚ｌμ肩の薄
膜を生成した。

その後基板を酸化性雰囲気中で、約８５０℃。

２時間加熱処理した。

この薄膜を蒸着した基板を、液体窒素の低温槽に入れ、
安定化電流を流して電圧を測定した結果、絶対温度的８
５にで電気抵抗がゼロになることが確認された。

また、得られた薄膜をＩＣＰ（プラズマ発光分析）で化
学分析した結果、ターゲツト材の組成が、約Ｙ：Ｂａ：
Ｃｕ＝１：２：３であったのに対して、約Ｙ：Ｂａ：Ｃ
ａ＝１：１．９３：２．９５（６枚の平均値）であり、
生成した薄膜の組成は、はぼターゲットの組成と同じで
あった。

また、同じ条件で他にも同様な実験を行ったのでその結
果を併せて次に示す。

なお、実施例＝１か萌述の例である。

上記の表から判るように、生成した薄膜の組成は、はぼ
ターゲットの組成と同じであった。

Ｈ４発明の効果 以上のように本発明によって生成した薄膜超電導体は、
液体窒素温度（７７Ｋ）において超電導状態となる。

しかも、蒸着基板を発生ずるプラズマの周囲に配置して
いることから、ターゲツト材（超電導焼結体の電極）の
組成とほぼ同じ組成の薄膜超電導体を生成することがで
きる。

従って、組成が安定化し、品質の安定した薄膜超電導体
を容易に形成でき、その上液体窒素温度での冷却でよい
ことから、−層実用化に近付き、電気、電子機器及びこ
れら関連品の分野に利用可能となる等極めて優れた効果
を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における薄膜超電導体の製造方法の説明
図、第２図はスパッタによる薄膜製造方法の説明図であ
る。 １・・・タンク、２・・・電極（ターゲット）、３・・
・電極、４・・・蒸着基板、６・・・保持体。 第１図 薄膜超電導体の製造方法の説明図 スパッタによる薄膜製造方法の説明図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス雰囲気中に設けた一対の電極のうちの一方の
   側の電極を超電導焼結体で形成したターゲットにし、こ
   れら一対の電極間空間の外側の部位で且つ蒸着面が電極
   表面と交差する方向にして蒸着基板を配置し、前記一対
   の電極間に電圧を印加してターゲットの材料を蒸着基板
   に蒸着して薄膜超電導体を形成することを特徴とする薄
   膜超電導体の製造方法。