JPH0556282B2 - - Google Patents
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- JPH0556282B2 JPH0556282B2 JP62223674A JP22367487A JPH0556282B2 JP H0556282 B2 JPH0556282 B2 JP H0556282B2 JP 62223674 A JP62223674 A JP 62223674A JP 22367487 A JP22367487 A JP 22367487A JP H0556282 B2 JPH0556282 B2 JP H0556282B2
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- oxide superconducting
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- thin film
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Description
【発明の詳細な説明】
「発明の利用分野」
本発明は、酸化物セラミツク系超電導材料の薄
膜形成技術に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a technique for forming a thin film of an oxide ceramic superconducting material.
「従来の技術」
近年、酸化物セラミツク系の超電導材料(以下
酸化物超電導材料という)が高温超電導体として
注目されている。この材料は最初IBMのチユー
リツヒ研究所よりBa−La−Cu−O系のものが報
告され、さらにYBCO(YBa2CuO6〜8)系が同様
な高温超電導体として報告されている。"Prior Art" In recent years, oxide ceramic-based superconducting materials (hereinafter referred to as oxide superconducting materials) have attracted attention as high-temperature superconductors. The Ba-La-Cu-O type of this material was first reported by IBM's Zurich Research Institute, and the YBCO (YBa 2 CuO 6 - 8 ) type was also reported as a similar high-temperature superconductor.
上記の現在知られている酸化物超電導材料は、
酸化物超電導材料の粉末を混合し、さらに焼成す
ることによつてタブレツト状にする方法で作製さ
れている。 The currently known oxide superconducting materials listed above are
It is manufactured by mixing powders of oxide superconducting materials and baking them to form tablets.
「発明が解決しようとする課題」
上記従来の酸化物超電導材料は、タブレツト状
の形成されるため、例えば酸化物超電導材料を用
い素子を作ろうとしても、その応用が困難であつ
た。``Problems to be Solved by the Invention'' Since the conventional oxide superconducting materials described above are formed in a tablet shape, it is difficult to apply the oxide superconducting materials even if an attempt is made to make an element using them, for example.
また、酸化物超電導材料を超電導素子に利用す
るためには酸化物超電導材料の薄膜を形成するこ
とが考えられるが、高い超電導特性を有した酸化
物超電導材料の薄膜(以下酸化物超電導薄膜とい
う)を形成する方法は知られていなかつた。 In addition, in order to utilize oxide superconducting materials in superconducting elements, it is possible to form thin films of oxide superconducting materials, but thin films of oxide superconducting materials with high superconducting properties (hereinafter referred to as oxide superconducting thin films) are considered. There was no known method to form it.
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであ
り、高い超電導性を有した酸化物超電導薄膜を形
成する方法を得ることを課題とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for forming an oxide superconducting thin film having high superconductivity.
「課題を解決するための手段」
本発明は、加熱された被形成面上に酸化物超電
導材料の薄膜を形成する方法であつて、所定の方
向に酸化物超電導薄膜の結晶軸を配向させるため
に、成膜の際前記被形成面に対し磁場を前記所定
の方向に合わせて印加する、という構成を要旨と
するものである。"Means for Solving the Problems" The present invention is a method for forming a thin film of an oxide superconducting material on a heated surface to be formed, which method orients the crystal axis of the oxide superconducting thin film in a predetermined direction. The gist of the present invention is that, during film formation, a magnetic field is applied to the surface to be formed in the predetermined direction.
本発明に用いる代表的な超電導材料は元素周期
表a族およびa族の元素および銅を用いた酸
化物である。 Typical superconducting materials used in the present invention are oxides using elements of groups A and A of the periodic table of elements and copper.
本願発明において用いられる酸化物超電導材料
の例として(A1-XBx)yCuzOw、X=0.1〜1、y
=2.0〜4.0、z=1.0〜4.0、w=4.0〜10.0で示さ
れる組成を有する材料を挙げることはできる。上
記組成式において、AはY(イツトリウム)、Gd
(ガドリニウム)、Yb(イツテルビウム)、Eu(ユ
ーロピウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシ
ウム)、Ho(ホルミウム)、Er(エルビウム)、Tm
(ツリウム)、Lu(ルテチウム)、Sc(スカンジウ
ム)およびその他のランタノイドより選ばれた1
種または複数種の元素を示し、Bは(バリウム)、
Sr(ストロンチウム)、Ca(カルシウム)より選ば
れた1種または複数種の元素を示すものである。
尚、本明細書における元素周期表は理化学辞典
(岩波書店 1963年4月1日発行)によるもので
ある。 As an example of the oxide superconducting material used in the present invention, (A 1-X B x ) y Cu z O w , X=0.1 to 1, y
Materials having the composition shown by =2.0 to 4.0, z = 1.0 to 4.0, and w = 4.0 to 10.0 can be mentioned. In the above composition formula, A is Y (yttrium), Gd
(gadolinium), Yb (yzterbium), Eu (europium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm
(thulium), Lu (lutetium), Sc (scandium) and other lanthanoids
Indicates a species or multiple kinds of elements, B is (barium),
It represents one or more elements selected from Sr (strontium) and Ca (calcium).
The periodic table of elements in this specification is based on the Physical and Chemistry Dictionary (Iwanami Shoten, published on April 1, 1963).
本発明は、多結晶構造の酸化物超電導薄膜にお
いてはその結晶方位を揃えることにより高い臨海
電流密度を有せしめることができるという点に着
目してなされたものである。 The present invention was made based on the fact that a polycrystalline oxide superconducting thin film can have a high critical current density by aligning its crystal orientation.
そして上記事情に鑑み、膜の形成の際磁場を印
加しつつ成膜を行えば結晶方位の揃つた配向性の
高い酸化物超電導薄膜を形成できるという構成に
至つたものである。 In view of the above circumstances, a configuration has been developed in which a highly oriented oxide superconducting thin film with uniform crystal orientation can be formed by forming the film while applying a magnetic field.
即ち本発明は成膜の際、磁場の方向を制御する
ことによつて、配向方向を制御して酸化物超電導
薄膜を形成することを特徴とするものである。 That is, the present invention is characterized by forming an oxide superconducting thin film by controlling the orientation direction by controlling the direction of the magnetic field during film formation.
「作用」
成膜時に配向させんとする方向に合わせて磁場
を加えることによつて、結晶軸の方向が揃い配向
性の良好な超電導薄膜を形成することができる。"Operation" By applying a magnetic field in accordance with the desired orientation direction during film formation, a superconducting thin film with good orientation in which the directions of crystal axes are aligned can be formed.
実施例 1
本実施例は、200℃〜500℃の温度で多結晶また
は単結晶構造を有する酸化物超電導薄膜を基板上
に形成する例である。Example 1 This example is an example in which an oxide superconducting thin film having a polycrystalline or single crystal structure is formed on a substrate at a temperature of 200°C to 500°C.
被形成面となる基板の種類の選択自由度、およ
び酸化物超電導材料と基板との熱膨張係数の差を
考えると、成膜時の基板温度、さらには成膜後の
熱アニール時における温度を500℃以下とするこ
とは、重要である。 Considering the degree of freedom in selecting the type of substrate that will be the surface to be formed, and the difference in thermal expansion coefficient between the oxide superconducting material and the substrate, it is difficult to determine the substrate temperature during film formation and the temperature during thermal annealing after film formation. It is important to keep the temperature below 500°C.
また本実施例においては、成膜方法としてマイ
クロ波を用いた成膜方法を使用し、同時に成膜の
際磁場を印加することにより、その結晶軸を所定
の方向に配向せしめて形成するものである。 In addition, in this example, a film formation method using microwaves is used as a film formation method, and at the same time, by applying a magnetic field during film formation, the crystal axis is oriented in a predetermined direction. be.
そしてこのことにより、高い臨界電流密度を有
する酸化物超電導薄膜を得るものである。 As a result, an oxide superconducting thin film having a high critical current density can be obtained.
本実施例においてマイクロ波を用いた成膜方法
を採用するのは、オゾン等の活性酸素がマイクロ
波プラズマにより高い効率で得ることができ、加
えて被形成面をスパツタ(損傷)させることがな
いからである。マイクロ波の周波数としては、
500MHz〜60GHz代表的には2.45GHzの周波数のも
のを用いることができる。 In this example, a film formation method using microwaves is adopted because active oxygen such as ozone can be obtained with high efficiency by microwave plasma, and in addition, it does not cause spatter (damage) to the surface on which it is formed. It is from. The microwave frequency is
Typically, a frequency of 2.45 GHz can be used from 500 MHz to 60 GHz.
本実施例においては成膜と同時に被形成面であ
る基板(以下単に基板と記す)に対し磁場を印加
するのであるが、この磁場は変形ペルブスカイト
構造を有する結晶のa,bまたはc軸を用途に合
わせて有すべき方向に平行または概略平行に
0.1T以上強さで加えるもので、この磁場印加に
よつて、基板上に成膜される結晶の生成面を一定
方向に配設するものある。 In this example, a magnetic field is applied to the substrate (hereinafter simply referred to as the substrate), which is the surface on which the film is formed, at the same time as the film is formed. parallel or approximately parallel to the direction that should be aligned with
The magnetic field is applied at a strength of 0.1 T or more, and by applying this magnetic field, the crystal formation surface to be formed on the substrate is arranged in a certain direction.
この基板に対する成膜と同時の磁場印加によつ
て、マグネテイツク・アキシアル成長または単結
晶を成長される場合はマグネテイツク・エピタキ
シアル成長を行うことができた。 By applying a magnetic field to this substrate at the same time as film formation, magnetic axial growth or, in the case of growing a single crystal, magnetic epitaxial growth could be performed.
以上の如くして例えばc面(ab軸に平行の面)
での臨界電流密度を1×10-4A/cm2以上(この場
合基板の面に平行方向にa面ができる)にまで向
上させることができた。 As above, for example, the c plane (plane parallel to the ab axis)
It was possible to improve the critical current density to 1×10 −4 A/cm 2 or more (in this case, an a-plane is formed in a direction parallel to the surface of the substrate).
本実施例に示される酸化物超電導材料は、第1
図にその結晶構造を示すように変形ペルブスカイ
ト構造を有している。 The oxide superconducting material shown in this example is the first
As shown in the figure, it has a deformed pervskite structure.
第1図において示されているのは、銅2とその
他の銅3と、その周辺に位置する酸素6と、酸素
ベイカンシ7と、層構造を有する酸素5と、元素
周期表a族の元素1例えばYと、元素周期表
a族の元素例えばBa4とを有する。 What is shown in FIG. 1 are copper 2, other copper 3, oxygen 6 located around it, oxygen vacancy 7, oxygen 5 having a layered structure, and element 1 of group a of the periodic table. For example, it includes Y and an element of group a of the periodic table of elements, such as Ba4.
第1図に示す結晶構造において、C面(ab軸
と平行の面)の方向は、それと垂直方向(c軸方
向)に比べて電流が2桁以上も流れやすい。従つ
て結晶方位のバラバラな多結晶よりも、結晶方位
を一方向に揃つて配向させることは高い臨海電流
密度を得るために重要である。 In the crystal structure shown in FIG. 1, current flows more than two orders of magnitude more easily in the C-plane direction (plane parallel to the a-b axis) than in the direction perpendicular thereto (c-axis direction). Therefore, in order to obtain a high critical current density, it is more important to align the crystal orientations in one direction than to obtain polycrystals with disparate crystal orientations.
本実施例においては、マイクロ波と磁場の相互
作用を1〜800torrの高い圧力で生じさせ、しか
も磁場強度の強い領域において基板をこの磁場に
平行または垂直に配設し、すべての結晶を所定の
方向に配設させた。 In this example, the interaction between microwaves and a magnetic field is generated at a high pressure of 1 to 800 torr, and the substrate is placed parallel or perpendicular to the magnetic field in a region with strong magnetic field strength, and all crystals are placed in a predetermined position. It was placed in the direction.
また、酸化物超電導薄膜の配向性をより良好と
するために、酸化物超電導薄膜の成長する面とそ
の配向軸が一致すべき結晶方位を有する基板を用
いることは有効である。 Furthermore, in order to improve the orientation of the oxide superconducting thin film, it is effective to use a substrate having a crystal orientation such that the plane on which the oxide superconducting thin film is grown coincides with its orientation axis.
本実施例において作製された酸化物超電導材料
は、単結晶をより低い温度で作ることができる。 The oxide superconducting material produced in this example can be made into a single crystal at a lower temperature.
本実施例においては、元素の有機反応性気体ま
たはかかる元素を用いた酸化物材料を仮焼成し、
微粉末化した微粒子、または元素の塩の微粒子を
活性酸素が充満したプラズマ中に吹きつけ、成膜
を行つた。 In this example, an organic reactive gas of an element or an oxide material using such an element is calcined,
The film was formed by spraying finely powdered particles or elemental salt particles into a plasma filled with active oxygen.
さらに本実施例においては、成膜後の同一反応
炉内における熱アニール中に、必要に応じて磁場
を加えた。この磁場は好ましくは0.1テスラ(T)
以上の強さで、結晶軸を配向させる方向、または
それにより近い方向に合わせて加えた。この熱ア
ニール中の磁場印加によつて、配向すでき方向に
大部分またはすべての結晶即ち多結晶を配列しつ
つ結晶を成長させることができた。これは、結晶
のc軸方向が成膜の際の印加磁場の向きの方向に
揃いやすいという現象を利用したものである。 Furthermore, in this example, a magnetic field was applied as necessary during thermal annealing in the same reactor after film formation. This magnetic field is preferably 0.1 Tesla (T)
It was applied at the above strength in the direction of orienting the crystal axes or in a direction closer to it. By applying a magnetic field during this thermal annealing, it was possible to grow crystals while aligning most or all of the crystals, that is, polycrystals, in the orientation direction. This takes advantage of the phenomenon that the c-axis direction of the crystal tends to align with the direction of the applied magnetic field during film formation.
かくすることにより、多結晶を呈する1つの結
晶粒を大きくでき、ひいてはその結晶粒界でのバ
リア(障壁)をより消失させ、単結晶とし得る構
成とせしめた。そしてそれぞれの結晶をすべて
ab面(C軸に垂直な面)に合わせることが可能
となつた。そして臨界電流密度をこれまでの結晶
方位がバラバラの場合の102A/cm2(77K)より
104〜105A/cm2(77Kにて測定)にまで大きくす
ることができ、単結晶の場合の約1/5にまで近づ
けることが可能となつた。そして酸化物超電導材
料の理想である大面積の単結晶構造をより作りや
すくすることができた。 By doing so, one polycrystalline grain can be made larger, and the barrier at the grain boundary can be further eliminated, resulting in a structure that can be made into a single crystal. and each crystal
It is now possible to align with the a-b plane (the plane perpendicular to the C-axis). Then, the critical current density was changed from 10 2 A/cm 2 (77K) in the case where the crystal orientations were different.
It has become possible to increase the current to 10 4 to 10 5 A/cm 2 (measured at 77K), which is approximately 1/5 of that of a single crystal. This also made it easier to create a large-area single-crystal structure, which is the ideal oxide superconducting material.
実施例 2
本実施例は、第2図にその概要を示す磁場印加
が可能なマイクロ波プラズマCVD装置を用いて
酸化物超電導薄膜を成膜した例ある。Example 2 This example is an example in which an oxide superconducting thin film was formed using a microwave plasma CVD apparatus capable of applying a magnetic field, the outline of which is shown in FIG.
この装置は、大気圧または減圧状態に保持可能
なプラズマ発生空間31、補助空間12、磁場を
発生する電磁石15,15′およびその電源35、
マイクロ波発振器14、排気系を構成する真空ポ
ンプ26、ロータリーポンプ24、圧力調整バル
ブ19、基板ホルダ10′、基板(被膜形成用物
体)10、マイクロ波導入窓39、ガス導入系1
6,17、水冷系28,28′、加熱用のハロゲ
ンランプ20、反射鏡21、ハロゲン光導入口2
2、ハロゲンランプ電源20、ハロゲン光27、
加熱用空間13、ゲート弁11、バルブ25,2
3、微粒子の混入した液体32、バブラ33、酸
素導入系17、気体導入系16、4分割した空間
30、ガス導入口34を備えている。 This device includes a plasma generation space 31 that can be maintained at atmospheric pressure or a reduced pressure state, an auxiliary space 12, electromagnets 15 and 15' that generate a magnetic field, and a power source 35 thereof,
Microwave oscillator 14, vacuum pump 26 constituting the exhaust system, rotary pump 24, pressure adjustment valve 19, substrate holder 10', substrate (film forming object) 10, microwave introduction window 39, gas introduction system 1
6, 17, water cooling system 28, 28', halogen lamp 20 for heating, reflector 21, halogen light introduction port 2
2, halogen lamp power supply 20, halogen light 27,
Heating space 13, gate valve 11, valves 25, 2
3. A liquid 32 mixed with fine particles, a bubbler 33, an oxygen introduction system 17, a gas introduction system 16, a space 30 divided into four parts, and a gas introduction port 34 are provided.
以下第2図に示す装置の使用方法の一例を示
す。 An example of how to use the apparatus shown in FIG. 2 will be described below.
まず基板10を基板ホルダ10′上に設置し、
ゲート弁11よりプラズマ発生空間31に配設す
る。本実施例では基板は100または110面を
有するMgOまたはSrTiO3またはYSZ基板または
IC要に用いるための一部上面に絶縁膜が形成さ
れた珪素ウエハを用いた。またこの基板ホルダ1
0′はマイクロ波および電磁場をできるだけ乱さ
ないようにするためステンレス製とした。 First, the substrate 10 is placed on the substrate holder 10',
The gate valve 11 is disposed in the plasma generation space 31 . In this example, the substrate is a MgO or SrTiO 3 or YSZ substrate with 100 or 110 planes or
A silicon wafer with an insulating film formed on a portion of its upper surface was used for use as an IC component. Also, this board holder 1
0' was made of stainless steel in order to avoid disturbing microwaves and electromagnetic fields as much as possible.
また大気圧で動作させる場合はバルブ25を閉
としバルブ23を開とすればよい。 Further, when operating at atmospheric pressure, the valve 25 may be closed and the valve 23 may be opened.
酸化物超電導薄膜の出発材料となる反応性気体
または微粒子の混入した液体32はバブラ33に
混合して封入されている。 A liquid 32 mixed with a reactive gas or fine particles, which is a starting material for an oxide superconducting thin film, is mixed and sealed in a bubbler 33 .
成膜で気相法を行う場合は、この液体32を酸
素導入系17より導入される酸素でバブルし、酸
素とともにガス導入口34より反応空間に放出す
ればよい。またスプレー法を用いる場合は、ガス
導入口34をスプレーノズルとし、酸素または大
気を気体導入系16より高圧で導入し、かつ微粒
子の混入した液体32を17より導入される酸素
でバブルしてガス導入口34に送り出せばよい。 When a vapor phase method is used for film formation, the liquid 32 may be bubbled with oxygen introduced from the oxygen introduction system 17 and released together with oxygen into the reaction space from the gas introduction port 34. When using the spray method, the gas introduction port 34 is used as a spray nozzle, oxygen or atmospheric air is introduced at high pressure from the gas introduction system 16, and the liquid 32 mixed with fine particles is bubbled with the oxygen introduced from the gas introduction system 17 to create a gas. What is necessary is to send it out to the introduction port 34.
作製工程としては、まずこれら全体をターボ分
子ポンプ26及びロータリーポンプ14により、
1×10-6torr以下に真空排気する。次に非生成物
気体(分解反応後固体を構成しない気体)例えば
酸素200SCCMをプラズマ発生領域31に導入し、
この圧力を30torrとする。そして外部より500M
Hz以上のマイクロ波例えば2.4GHzの周波数のマ
イクロ波を0.5〜5KW、例えば1KWの強さで加え
気相反応を行わせる。この際水冷系28,28′
でもつて冷却されたマグネツト15,15′によ
つて強さ約0.3Tの磁場を基板表面に垂直に印加
する。 In the manufacturing process, first, the whole is pumped by the turbo molecular pump 26 and the rotary pump 14.
Evacuate to 1×10 -6 torr or less. Next, a non-product gas (a gas that does not form a solid after the decomposition reaction), for example, 200 SCCM of oxygen, is introduced into the plasma generation region 31,
Let this pressure be 30 torr. And 500M from the outside
Microwaves with a frequency of Hz or higher, for example, 2.4 GHz, are applied at an intensity of 0.5 to 5 KW, for example 1 KW, to cause a gas phase reaction. At this time, the water cooling system 28, 28'
A magnetic field with a strength of about 0.3 T is applied perpendicularly to the substrate surface by the cooled magnets 15 and 15'.
こうして非生成物気体の高密度プラズマをプラ
ズマ発生空間31にて発生させる。そしてこの高
密度プラズマ領域より高エネルギを持つオゾンま
たは活性酸素イオンで基板ホルダ10′上の物体
10の表面を清浄する。 In this way, high-density plasma of non-product gas is generated in the plasma generation space 31. Then, the surface of the object 10 on the substrate holder 10' is cleaned with ozone or active oxygen ions having high energy from this high-density plasma region.
次にこの反応系に酸素または酸化物気体例えば
N2O、NO、NO2と超電導材料を構成する元素の
有機溶液例えばY(OC2H5)3(トリエトキシイツト
リウム)、CuBr2(臭化第2銅)等のアルキル化合
物またはハロゲン化合物をベンゼン等の有機溶液
または水溶液中にY:Ba:Cuが成膜後1:2:
3になるようにとかした液体32を酸素でバブリ
ングして酸素と共にプラズマ中に34より導入す
る。 Next, this reaction system is filled with oxygen or an oxide gas, e.g.
Organic solutions of N 2 O, NO, NO 2 and elements constituting superconducting materials. Alkyl compounds or halogen compounds such as Y(OC 2 H 5 ) 3 (triethoxyyttrium), CuBr 2 (cupric bromide), etc. After forming a film of Y:Ba:Cu in an organic solution such as benzene or an aqueous solution, 1:2:
A liquid 32 that has been melted to a concentration of 3 is bubbled with oxygen and is introduced into the plasma from 34 along with the oxygen.
また他の方法として、YBr3、BaBr2、CuBr2
等の塩を水または有機溶液にとかし、この水を空
気により高圧でふきつけるスプレー法等を用いる
こともできる。 Also, as other methods, YBr 3 , BaBr 2 , CuBr 2
It is also possible to use a spray method in which a salt such as the like is dissolved in water or an organic solution and the water is sprayed with air at high pressure.
本実施例においては、キヤリアガスの酸素/反
応性気体=3000〜1(この場合100)とした。 In this example, the oxygen/reactive gas ratio of the carrier gas was set to 3000 to 1 (100 in this case).
また出発材料となる微粒子として元素周期表
a族元素、a元素および銅よりなる酸素物超電
導材料を微粉末化したもの、またはその元素の塩
または有機化合物を用いてもよい。 Further, as the fine particles serving as the starting material, a finely powdered oxygen superconducting material consisting of an element of Group A of the Periodic Table of Elements, element A, and copper, or a salt or an organic compound of the element may be used.
かくしてマイクロ波エネルギと磁場との相互作
用による混成共鳴をさせ、高密度プラズマを発生
させた。 In this way, the interaction between microwave energy and magnetic field caused hybrid resonance, generating high-density plasma.
この高密度プラズマのプラズマ温度は1150℃
(酸化物超電導材料の溶融温度)よりもはるかに
高い3000〜10000℃にもなるため、かかる高エネ
ルギに励起された反応性原子を十分活性化するこ
とができる。そしてその結果本来あるべき結晶構
成に酸化物超電導薄膜を基板上に生成させること
ができる。 The plasma temperature of this high-density plasma is 1150℃
(The melting temperature of oxide superconducting materials) is 3,000 to 10,000 degrees Celsius, so reactive atoms excited by such high energy can be sufficiently activated. As a result, an oxide superconducting thin film having the original crystal structure can be formed on the substrate.
また本実施例においては基板10を150〜500℃
に加熱した。この加熱は、プラズマそれ自体また
はそれに加えてハロゲンランプヒータ20により
基板ホルダ10′を通して加熱することによつて
成された。 In addition, in this embodiment, the substrate 10 is heated to 150 to 500°C.
heated to. This heating was accomplished by heating through the substrate holder 10' by the plasma itself or in addition to a halogen lamp heater 20.
さらに本実施例においては、酸化物超電導薄膜
の成膜後に400℃でアニールを行つた。そして
1μm〜1mmの厚さの斜方晶形の変形ペルブスカイ
ト構造を有する酸化物超電導薄膜を形成させるこ
とができた。 Furthermore, in this example, annealing was performed at 400° C. after forming the oxide superconducting thin film. and
We were able to form an oxide superconducting thin film having a modified orthorhombic pervskite structure with a thickness of 1 μm to 1 mm.
第2図に示す装置において、磁場は2つのリン
グ状の電磁石15,15′を用いたヘルムホルツ
コイル方式を採用した。ここで、4分割した空間
30に対し電場・磁場の強度を調べた結果を第3
図に示す。 In the apparatus shown in FIG. 2, a Helmholtz coil system using two ring-shaped electromagnets 15 and 15' was used for the magnetic field. Here, the results of examining the strength of the electric field and magnetic field for the space 30 divided into four parts are
As shown in the figure.
第3図Aにおいて、横軸(X軸)は空間30の
横方向(反応性気体の放出方向)であり、縦軸
(R軸)は磁石の直径方向を示す。図面における
曲線は磁場の等磁位面を示す。そしてその線上に
示されている数字は磁石15が約2000ガウスの時
に得られる磁場の強さを示す。 In FIG. 3A, the horizontal axis (X-axis) is the horizontal direction of the space 30 (reactive gas release direction), and the vertical axis (R-axis) is the diametrical direction of the magnet. The curves in the drawings indicate equipotential surfaces of the magnetic field. The number shown on the line indicates the strength of the magnetic field obtained when the magnet 15 is about 2000 Gauss.
磁石15の強度を調整すると、電極・磁場の相
互作用を有する空間100(875ガウス±185ガウ
ス以内で定義される)を基板上の広い面積にわた
つて概略均一にさせることができる。 By adjusting the strength of the magnet 15, the space 100 (defined within 875 Gauss ± 185 Gauss) having the interaction between the electrodes and the magnetic field can be made approximately uniform over a wide area on the substrate.
図面において特に線36は875ガウスとなる混
成共鳴の条件を生ずる等磁場面を示す。 In particular, line 36 in the drawing shows the isomagnetic scene which gives rise to the condition of a hybrid resonance of 875 Gauss.
第3図Bの横軸は第3図Aと同じく反応性気体
の流れる方向を示し、縦軸は電場(電界強度)の
強さを示す。 The horizontal axis in FIG. 3B indicates the flow direction of the reactive gas, as in FIG. 3A, and the vertical axis indicates the strength of the electric field (electric field strength).
この共鳴条件を生ずる空間100は第3図Bに
示す如く、電場が最大となる領域となるようにし
ている。 The space 100 that produces this resonance condition is designed to be a region where the electric field is maximum, as shown in FIG. 3B.
そして酸化物超電導薄膜を作製するための材料
はこの混成共鳴領域にて活性分離反応をし、磁場
が印加された基板10上に磁場(磁場面に垂直方
向)にそつて薄膜として形成される。 The material for producing the oxide superconducting thin film undergoes an active separation reaction in this hybrid resonance region, and is formed as a thin film along the magnetic field (perpendicular to the magnetic field) on the substrate 10 to which the magnetic field is applied.
本実施例では領域100に基板または基板10
を設置してもよい。この場合の基板設置位置は磁
場の強度が最大となる領域即ちコイル15,1
5′で構成されるヘルムホルツコイルの中心部が
好ましい。 In this embodiment, the area 100 includes a substrate or a substrate 10.
may be installed. In this case, the board installation position is the area where the strength of the magnetic field is maximum, that is, the coils 15 and 1.
The central part of the Helmholtz coil consisting of 5' is preferred.
また第3図Bに示された電界強度の最大となる
領域はマイクロ波電源のマンチングを調整するこ
とにより移動させ得る。 Further, the region where the electric field strength is maximum shown in FIG. 3B can be moved by adjusting the munching of the microwave power source.
なお本実施例において形成した酸化物超電導薄
膜の臨界電流密度は、3×104A/cm2の値が得ら
れたが、この値は基板表面(被形成面)と平行方
向に測定することにより得られたものである。 Note that the critical current density of the oxide superconducting thin film formed in this example was 3 × 10 4 A/cm 2 , but this value was measured in a direction parallel to the substrate surface (forming surface). This was obtained by
また、第1図に示す如き結晶構造が十分形成さ
れ、そのc軸方向も磁場と平行の方向、即ち基板
(被形成面)に垂直な方向に形成されていること
がX線回折の結果より確認された。 In addition, the X-ray diffraction results show that the crystal structure shown in Figure 1 is sufficiently formed, and the c-axis direction is also parallel to the magnetic field, that is, perpendicular to the substrate (forming surface). confirmed.
実施例 3
本実施例は実施例1の場合において、成分材料
としてY0.5Yb0.5BaSrCu3O6〜8を用い、さらに第
2図の装置において基板10及びホルダ10′を
第2図に示す状態に対し直角となる状態で設置し
て成膜を行つた例である。即ち本実施例において
は基板に対し、磁場が平行に加えられることにな
る。Example 3 In this example, Y 0.5 Yb 0.5 BaSrCu 3 O 6 to 8 was used as the component material in Example 1, and the substrate 10 and holder 10' were changed to the state shown in FIG. 2 in the apparatus shown in FIG. 2. This is an example in which film formation was performed by installing the device at right angles to the surface. That is, in this embodiment, a magnetic field is applied parallel to the substrate.
なお本実施例において基板温度を500℃として
成膜を行つた。 Note that in this example, film formation was performed at a substrate temperature of 500°C.
かくして基板表面(被形成面)と酸化物超電導
薄膜のab面とが垂直になるように膜形成を行う
ことができた。 In this way, the film could be formed such that the substrate surface (forming surface) and the a-b plane of the oxide superconducting thin film were perpendicular.
本実施例においては、臨界電流密度として2.4
×104A/cm2、Tcoとして93Kを得ることができ
た。 In this example, the critical current density is 2.4
×10 4 A/cm 2 and Tco of 93K could be obtained.
本実施例では基板として、ガラス、アルミナ、
ZrO2等を用いることができる。 In this example, the substrate is glass, alumina,
ZrO 2 etc. can be used.
実施例 4
本実施例は実施例2の場合において、基板を
MgO(100)またはSrTiO3(100)とした例であ
る。そして成膜中磁場を基板成面上にて0.2Tと
なるように加え、基板温度を450℃とした例であ
る。Example 4 In this example, in the case of Example 2, the substrate is
This is an example of MgO (100) or SrTiO 3 (100). In this example, a magnetic field of 0.2 T was applied to the substrate during film formation, and the substrate temperature was set to 450°C.
本実施例においては、この基板上には1cm2以上
の単結晶薄膜を厚さを1.5μmとして形成すること
ができた。 In this example, a single crystal thin film of 1 cm 2 or more and a thickness of 1.5 μm could be formed on this substrate.
実施例 5
本実施例は実施例1の場合において、基板を
MgO(110)、SrTiO3(110)とした例である。そ
して磁場の強さを基板表面において0.2Tとなる
ようにし、基板の温度を450℃とした例である。Example 5 In this example, in the case of Example 1, the substrate is
Examples are MgO (110) and SrTiO 3 (110). In this example, the strength of the magnetic field was set to 0.2T on the substrate surface, and the temperature of the substrate was set to 450°C.
本実施例においては、基板表面に5mm2の単結晶
薄膜を3μmの厚さにて得ることができた。 In this example, a 5 mm 2 single crystal thin film with a thickness of 3 μm could be obtained on the substrate surface.
実施例 6
本実施例は、実施例1で作られた酸化物超電導
薄膜に対して、成膜後さらに300〜550℃の温度で
熱アニールを行つたものである。そしてこの熱ア
ニールの際、予め作られている結晶面に合わせて
c軸方向に磁場の方向が合うようにして磁場を同
時に加え、さらにこの磁場に対し垂直方向に電場
を103〜5×104V/cmの強さで加えたものであ
る。Example 6 In this example, the oxide superconducting thin film produced in Example 1 was further thermally annealed at a temperature of 300 to 550°C after film formation. During this thermal annealing, a magnetic field is applied at the same time so that the direction of the magnetic field is aligned with the c-axis direction in accordance with the pre-formed crystal plane, and an electric field of 10 3 to 5 × 10 is applied in the direction perpendicular to this magnetic field. It was applied at a strength of 4 V/cm.
本実施例で作製した酸化物超電導薄膜のTco
は、実施例1の場合に比較して約10Kも向上させ
ることができた。また磁場電流密度も4×
105A/cm2を得ることはできた。 Tco of the oxide superconducting thin film produced in this example
could be improved by about 10K compared to the case of Example 1. Also, the magnetic field current density is 4×
It was possible to obtain 10 5 A/cm 2 .
以上の実施例1〜6においては、被形成物を薄
膜形状とした。しかしこの形状はその市場のニー
ズに従つて3〜30μmの厚さの膜構造、帯構造、
線構造に変形改良し得る。 In Examples 1 to 6 above, the object to be formed was formed into a thin film. However, this shape is based on the needs of the market, such as a membrane structure with a thickness of 3 to 30 μm, a band structure,
It can be modified and improved into a linear structure.
また以上の実施例においては、酸化物超電導薄
膜が作られるべき面に対し、垂直または水平方向
に磁場を加えたが、さらにこれに加えて活性酸素
を発生させるマイクロ波電界を加えることは基板
の成膜温度を下げるために有効である。 Furthermore, in the above embodiments, a magnetic field was applied vertically or horizontally to the surface on which the oxide superconducting thin film was to be formed, but in addition to this, it is also possible to apply a microwave electric field that generates active oxygen to the surface of the substrate. This is effective for lowering the film forming temperature.
また例えば、この磁場による結晶の配列方向に
合わせて基板の結晶軸を合わせることも有効であ
る。例えばMgO(酸化マグネシウム)、SrTiO3
(チタン酸ストロチウム)、YSZ(イツトリウム・
スタビライズト・ジルコン)において(100)を
用い、かつ基板に垂直方向に磁場を加えて成膜を
行い、さらに必要に応じて成膜後の磁場中におけ
る熱アニールを行うことによつて、ab面を基板
表面に対し平行にして酸化物超電導薄膜の形成を
行うことができる。 For example, it is also effective to align the crystal axis of the substrate in accordance with the direction in which the crystals are arranged by this magnetic field. For example MgO (magnesium oxide), SrTiO 3
(strotium titanate), YSZ (yztrium
The a-b plane is formed by applying a magnetic field perpendicular to the substrate using (100) stabilized zircon), and if necessary, thermal annealing in the magnetic field after film formation. It is possible to form an oxide superconducting thin film by making the surface parallel to the substrate surface.
また(110)を有する結晶基板に用い、この基
板表面に平行に磁場を加えて形成すると、ab面
を基板に対し垂直方向に成膜することができる。
勿論成膜後の磁場中での熱アニールを行うことに
よつて、単結晶または多結晶を含むより単結晶に
近い薄膜を得ることができる。 Furthermore, if a crystal substrate having (110) is used and a magnetic field is applied parallel to the surface of the substrate, a film can be formed with the a-b plane perpendicular to the substrate.
Of course, by performing thermal annealing in a magnetic field after film formation, a thin film that is closer to a single crystal than one containing a single crystal or polycrystal can be obtained.
「効果」
本発明により、これまでまつたく不可能とされ
ていた液体窒素温度以上の温度で動作する酸化物
超電導材料の薄膜をその結晶軸を合わせて作るこ
とができるようになつた。"Effects" According to the present invention, it has become possible to create a thin film of an oxide superconducting material that operates at a temperature higher than the liquid nitrogen temperature by aligning its crystal axes, which was previously thought to be impossible.
またガラス、酸化珪素、窒化珪素等のアモルフ
アス構造の表面を有した基板上にも配向した多結
晶の酸化物超電導薄膜を作ることができるように
なつた。 It has also become possible to produce oriented polycrystalline oxide superconducting thin films on substrates with amorphous surfaces such as glass, silicon oxide, and silicon nitride.
また本発明においては高い臨界電流密度を有し
た酸化物超電導薄膜を形成できるので、該薄膜を
半導体集積回路のリード線として使用することが
可能となつた。 Furthermore, in the present invention, since an oxide superconducting thin film having a high critical current density can be formed, it has become possible to use the thin film as a lead wire for a semiconductor integrated circuit.
なお本発明において、到達材料の化合物におけ
る多結晶構造間で層構造をより一致させやすくす
るため、元素周期表におけるa、aの元素を
複数個混合させ得ることができる。 In the present invention, in order to make it easier to match the layer structure between the polycrystalline structures of the compound of the target material, a plurality of elements a and a in the periodic table of elements can be mixed.
本発明において高い超電導性を有した薄膜が形
成できるのは、加熱中に磁場を加えることによ
り、分子配列をより統一化することができ、最終
完成化合物中におけるボイドおよび結晶粒界の障
壁を除去することができるので、結果としてTc
オンセツト並びにTcoをより高温化できるものと
推定される。 In the present invention, a thin film with high superconductivity can be formed by applying a magnetic field during heating, which makes the molecular arrangement more uniform and eliminates voids and grain boundary barriers in the final compound. As a result, Tc
It is estimated that the onset and Tco can be made higher.
また本発明を利用することで、酸化物超電導材
料の結晶異方性を用いたデイバイスの製造を行う
ことができるようになつた。 Furthermore, by utilizing the present invention, it has become possible to manufacture devices using the crystal anisotropy of oxide superconducting materials.
第1図は実施例で形成された酸化物超電導材料
の結晶構造の1例を示す。第2図は実施例で用い
られた磁場印加マイクロ波プラズマ反応装置の概
要を示す。第3図は第2図の装置の磁場および電
場を示す。
FIG. 1 shows an example of the crystal structure of the oxide superconducting material formed in the example. FIG. 2 shows an outline of the magnetic field application microwave plasma reactor used in the examples. FIG. 3 shows the magnetic and electric fields of the device of FIG.
Claims (1)
薄膜を形成する方法であつて、 所定の方向に酸化物超電導薄膜の結晶軸を配向
させるために、成膜の際前記被形成面に対し磁場
を前記所定の方向に合わせて印加することを特徴
とする酸化物超電導薄膜の形成方法。 2 特許請求の範囲第1項において、超電導材料
は(A1-XBx)yCuzOw、X=0.1〜1、y=2.0〜
4.0、z=1.0〜4.0、w=4.0〜10.0を有し、AはY
(イツトリウム)、Gd(ガドリニウム)、Yb(イツ
テルビウム)、Eu(ユーロピウム)、Tb(テルビウ
ム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホルミウム)、
Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Lu(ルテチウ
ム)、Sc(スカンジウム)およびその他のランタ
ノイドより選ばれた1種または複数種の元素より
なり、Bは(バリウム)、Sr(ストロンチウム)、
Ca(カルシウム)より選ばれた1種または複数種
の元素を有することを特徴とする酸化物超電導薄
膜の形成方法。 3 特許請求の範囲第1項において、被形成面は
磁場と垂直または水平に配設されることを特徴と
する酸化物超電導薄膜の形成方法。[Claims] 1. A method for forming a thin film of an oxide superconducting material on a heated surface to be formed, which method comprises: A method for forming an oxide superconducting thin film, comprising applying a magnetic field to the surface to be formed in the predetermined direction. 2 In claim 1, the superconducting material is ( A1- XBx ) yCuzOw , X=0.1~1, y=2.0 ~
4.0, z=1.0~4.0, w=4.0~10.0, A is Y
(yztrium), Gd (gadolinium), Yb (yzterbium), Eu (europium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium),
Consisting of one or more elements selected from Er (erbium), Tm (thulium), Lu (lutetium), Sc (scandium) and other lanthanoids, B is barium (barium), Sr (strontium),
A method for forming an oxide superconducting thin film characterized by containing one or more elements selected from Ca (calcium). 3. A method for forming an oxide superconducting thin film according to claim 1, wherein the surface on which the film is formed is arranged perpendicularly or horizontally to the magnetic field.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62223674A JPS6467824A (en) | 1987-09-07 | 1987-09-07 | Forming device for oxide superconducting material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62223674A JPS6467824A (en) | 1987-09-07 | 1987-09-07 | Forming device for oxide superconducting material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6467824A JPS6467824A (en) | 1989-03-14 |
| JPH0556282B2 true JPH0556282B2 (en) | 1993-08-19 |
Family
ID=16801869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62223674A Granted JPS6467824A (en) | 1987-09-07 | 1987-09-07 | Forming device for oxide superconducting material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6467824A (en) |
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|---|---|---|---|---|
| KR20100119557A (en) * | 2008-01-30 | 2010-11-09 | 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 | Device comprising an encapsulation unit |
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| JPS6467824A (en) | 1989-03-14 |
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