JPH0796450B2 - Ｂｉ―Ｐｂ―Ｓｒ―Ｃａ―Ｃｕ―Ｏ超電導体薄膜の作製方法 - Google Patents
Ｂｉ―Ｐｂ―Ｓｒ―Ｃａ―Ｃｕ―Ｏ超電導体薄膜の作製方法Info
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- JPH0796450B2 JPH0796450B2 JP1080997A JP8099789A JPH0796450B2 JP H0796450 B2 JPH0796450 B2 JP H0796450B2 JP 1080997 A JP1080997 A JP 1080997A JP 8099789 A JP8099789 A JP 8099789A JP H0796450 B2 JPH0796450 B2 JP H0796450B2
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- bscco
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はBi系超電導体の製造方法に係わり、特に、エレ
クトロニクス素子に好適な高い零抵抗臨界温度特性Tc
(ZERO)を示すBi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ（以下、BPSCCOと
言う。）超電導体薄膜の製造方法に関する。
クトロニクス素子に好適な高い零抵抗臨界温度特性Tc
(ZERO)を示すBi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ（以下、BPSCCOと
言う。）超電導体薄膜の製造方法に関する。
（従来技術） 超電導現象を生じる超電導体は、臨界温度Tc、臨界磁界
Hcそして臨界電流密度Jcの３つの臨界値が大きな値を示
し、更に、各々の臨界値が均整のとれた数値を示すこと
によって超電導体として評価されている。このような評
価基準に基づいて、種々の超電導体が発見されている。
超電導体の開発においては、常温に近い高いTcで超電導
を生じる高温超電導体の研究が盛んに行われており、特
に、液体窒素温度（77K）より高いTcを示すBi系のBi−S
r−Ca−Cu−Ｏ（以下、BSCCOと言う。）高温超電導体が
注目されている。
Hcそして臨界電流密度Jcの３つの臨界値が大きな値を示
し、更に、各々の臨界値が均整のとれた数値を示すこと
によって超電導体として評価されている。このような評
価基準に基づいて、種々の超電導体が発見されている。
超電導体の開発においては、常温に近い高いTcで超電導
を生じる高温超電導体の研究が盛んに行われており、特
に、液体窒素温度（77K）より高いTcを示すBi系のBi−S
r−Ca−Cu−Ｏ（以下、BSCCOと言う。）高温超電導体が
注目されている。
本発明者は、上記のBSCCO超電導体を弱結合ジョセフソ
ン接合に応用する目的で酸素ガス中のMgO基板にリアク
ティブ・スパッタリングによって、組成比がBi:Sr:Ca:C
u＝1:1:1:2のスパッタターゲットを用い、アニーリング
温度が約825℃で約１時間の処理したBSCCO薄膜を作製
し、Tc(ZERO)＝82Kが得られたことを報告した〔太田
浩：第49回応用物理学会学術講演会予稿集（第１分
冊）,p158,秋期（1988）〕。しかし、BSCCO超電導体
は、高Tc相が得られにくく、全体の多くは低Tc相が占め
ている。そこで、Biの一部をPbで置換したBPSCCO超電導
体が提案されている。具体的には、Bi、Pb、Srなどの全
ての構成元素を含む２つのシュウ酸塩を焼成して、BPSC
COの焼結体を作製する。焼成は、800℃で12時間仮焼き
し、ペレットに固めた後840℃で240時間以上本焼きして
Tc(ZERO)＝110Kが得られている〔M.Takano,J.Takada他:
Jpn.J.Appl.Phys.27（1988）L1041〕。
ン接合に応用する目的で酸素ガス中のMgO基板にリアク
ティブ・スパッタリングによって、組成比がBi:Sr:Ca:C
u＝1:1:1:2のスパッタターゲットを用い、アニーリング
温度が約825℃で約１時間の処理したBSCCO薄膜を作製
し、Tc(ZERO)＝82Kが得られたことを報告した〔太田
浩：第49回応用物理学会学術講演会予稿集（第１分
冊）,p158,秋期（1988）〕。しかし、BSCCO超電導体
は、高Tc相が得られにくく、全体の多くは低Tc相が占め
ている。そこで、Biの一部をPbで置換したBPSCCO超電導
体が提案されている。具体的には、Bi、Pb、Srなどの全
ての構成元素を含む２つのシュウ酸塩を焼成して、BPSC
COの焼結体を作製する。焼成は、800℃で12時間仮焼き
し、ペレットに固めた後840℃で240時間以上本焼きして
Tc(ZERO)＝110Kが得られている〔M.Takano,J.Takada他:
Jpn.J.Appl.Phys.27（1988）L1041〕。
一方、最近では、Pbを含むBi系超電導体の薄膜を作製す
る方法がいくつか提案されている。例えば、BPSCCO薄膜
を構成するBi、Pb、Srなどの全ての元素をシングルター
ゲットでスパッタして形成された薄膜を850℃で15時間
アニーリング処理して得られたTc(ZERO)＝107Kを示すBP
SCCO超電導薄膜〔Y.Hakuraku,Y.Aridome他:Jpn.J.Appl.
Phys.27,Nov.（1988）L2091−L2093〕や基板上にBi−Sr
−Ca−Cu−Ｏ、BiO2、PbOの薄膜を繰り返してサンドイ
ッチ状に積層して850℃でアニーリング処理し、Tc＝107
Kを示すBPSCCO超電導薄膜〔富士通：日経産業新聞,Dec.
5（1988）〕が作製されている。
る方法がいくつか提案されている。例えば、BPSCCO薄膜
を構成するBi、Pb、Srなどの全ての元素をシングルター
ゲットでスパッタして形成された薄膜を850℃で15時間
アニーリング処理して得られたTc(ZERO)＝107Kを示すBP
SCCO超電導薄膜〔Y.Hakuraku,Y.Aridome他:Jpn.J.Appl.
Phys.27,Nov.（1988）L2091−L2093〕や基板上にBi−Sr
−Ca−Cu−Ｏ、BiO2、PbOの薄膜を繰り返してサンドイ
ッチ状に積層して850℃でアニーリング処理し、Tc＝107
Kを示すBPSCCO超電導薄膜〔富士通：日経産業新聞,Dec.
5（1988）〕が作製されている。
（発明が解決しようとする課題） しかし、BPSCCO薄膜の作製においては、高Tc相を形成す
るためのPbの添加量の制御が難しいこと、また、薄膜形
成後のアニーリング処理温度が高いために、高Tc相を安
定して得るには薄膜形成工程を厳しい条件の下に行う必
要があった。更に、アニーリング処理時間が掛かりすぎ
るという課題があった。
るためのPbの添加量の制御が難しいこと、また、薄膜形
成後のアニーリング処理温度が高いために、高Tc相を安
定して得るには薄膜形成工程を厳しい条件の下に行う必
要があった。更に、アニーリング処理時間が掛かりすぎ
るという課題があった。
本発明は、エレクトロニクス素子に好適な高Tc(ZERO)が
安定して得られるBPSCCO薄膜を作製することを目的とす
る。
安定して得られるBPSCCO薄膜を作製することを目的とす
る。
（課題を解決するための手段） 上記の課題は、BSCCO薄膜を形成した後、Pbの量を制御
して金属Pb薄膜を積層して、次いで熱（アニーリング）
処理を施ことによりBPSCCO薄膜とすることにより解決す
ることができる。
して金属Pb薄膜を積層して、次いで熱（アニーリング）
処理を施ことによりBPSCCO薄膜とすることにより解決す
ることができる。
BSCCO薄膜としては不活性ガスまたは酸素とアルゴンの
混合ガス中の基板上に、アクティブ・スパッタを行うこ
とにより形成されるアモルファスBSCCO薄膜を使用する
ことができる。
混合ガス中の基板上に、アクティブ・スパッタを行うこ
とにより形成されるアモルファスBSCCO薄膜を使用する
ことができる。
（作用） BSCCO薄膜の作製は、既に本発明者が蓄積したデータに
基づいてその組成比を極めて高精度に作製することがで
き、また、前記BSCCO薄膜上に金属Pb薄膜を一般的なス
パッタリング法により容易にPb量を制御して積層するこ
とができる。従って、前記積層膜を約850℃程度でアニ
ーリングすることにより容易にBSCCO基板中にPbを拡散
することができる。
基づいてその組成比を極めて高精度に作製することがで
き、また、前記BSCCO薄膜上に金属Pb薄膜を一般的なス
パッタリング法により容易にPb量を制御して積層するこ
とができる。従って、前記積層膜を約850℃程度でアニ
ーリングすることにより容易にBSCCO基板中にPbを拡散
することができる。
Bi系超電導体は、高Tc相と低Tc相が混在しており、Bi系
原料にPbを加えて焼成したバルク状焼結体においては高
Tc相の単一相に近いものを実現できることがわかってい
る。しかし、薄膜ではPbが熱処理で気化し易いのでBSCC
O薄膜中に所定量のPbを加えにくかった。本発明は、あ
らかじめPbの気化量を考慮した上でPbを積層して熱処理
を行う。本発明によるBPSCCO薄膜は、低Tc相がかなり存
在しているものの、結晶粒界にPbが拡散して高Tc相が結
晶粒界でも途切れることなく連続的につながっているも
のと考えられる。これは、第２図に示す比抵抗曲線の零
抵抗臨界温度Tc(ZERO)が高Tc相の110Kであることから結
論することができる。
原料にPbを加えて焼成したバルク状焼結体においては高
Tc相の単一相に近いものを実現できることがわかってい
る。しかし、薄膜ではPbが熱処理で気化し易いのでBSCC
O薄膜中に所定量のPbを加えにくかった。本発明は、あ
らかじめPbの気化量を考慮した上でPbを積層して熱処理
を行う。本発明によるBPSCCO薄膜は、低Tc相がかなり存
在しているものの、結晶粒界にPbが拡散して高Tc相が結
晶粒界でも途切れることなく連続的につながっているも
のと考えられる。これは、第２図に示す比抵抗曲線の零
抵抗臨界温度Tc(ZERO)が高Tc相の110Kであることから結
論することができる。
（発明の効果） 本発明によって得られたBPSCCO超電導体薄膜は、本発明
者が作製した従来のBSCCO薄膜に比べ、Tc(ZERO)温度を2
0％向上することができた。
者が作製した従来のBSCCO薄膜に比べ、Tc(ZERO)温度を2
0％向上することができた。
本発明は、BSCCO薄膜上に金属Pb薄膜を量的に制御して
スパッタリングし、次いでアニーリング処理することに
よりBSCCO薄膜中に所定量のPbを容易に拡散することが
できる。更に、アニーリング処理温度が低くしかも処理
時間が従来法に比べ極めて短時間で作製できるので、高
Tc相を安定して得ることができる。特に、高Tc相が結晶
粒界に形成されるためジョセフソン接合素子等のエレク
トロニクスに応用する場合に好適な方法である。
スパッタリングし、次いでアニーリング処理することに
よりBSCCO薄膜中に所定量のPbを容易に拡散することが
できる。更に、アニーリング処理温度が低くしかも処理
時間が従来法に比べ極めて短時間で作製できるので、高
Tc相を安定して得ることができる。特に、高Tc相が結晶
粒界に形成されるためジョセフソン接合素子等のエレク
トロニクスに応用する場合に好適な方法である。
（実施例） 以下に、本発明の実施例を説明する。
第１図は、本発明の熱処理前の積層基板断面図である。
まず始めに、酸素およびアルゴンの混合ガス雰囲気
（O2:Ar＝6:18mTorr）でリアクティブ・スパッタにより
BSCCO薄膜を形成する。基板に用いるMgO（t1×10×10m
m）11をEXTRANガラスクリーナーで洗浄し、スパッタ用
チャンバー内に設けた加熱用の窒化ホウ素板上にセット
してMgO基板温度を約570℃で保持し、４インチスパッタ
ターゲットを用いてスパッタリングして厚さ１μｍのア
モルファスBSCCO薄膜12を形成した。この時のスパッタ
装置の動作条件は、高周波出力が150W、スパッタによる
成膜速度は12.5nm/minである。
まず始めに、酸素およびアルゴンの混合ガス雰囲気
（O2:Ar＝6:18mTorr）でリアクティブ・スパッタにより
BSCCO薄膜を形成する。基板に用いるMgO（t1×10×10m
m）11をEXTRANガラスクリーナーで洗浄し、スパッタ用
チャンバー内に設けた加熱用の窒化ホウ素板上にセット
してMgO基板温度を約570℃で保持し、４インチスパッタ
ターゲットを用いてスパッタリングして厚さ１μｍのア
モルファスBSCCO薄膜12を形成した。この時のスパッタ
装置の動作条件は、高周波出力が150W、スパッタによる
成膜速度は12.5nm/minである。
次に、上記BSCCO薄膜上に高純度のPb薄膜、即ち、金属P
b薄膜13を形成する。Pbの成膜条件は、４インチスパッ
タターゲットにより、高周波出力150W、アルゴンガス雰
囲気中で、成膜速度は200nm/minで保持し、BSCCO薄膜上
に厚さ135nmの金属Pb薄膜を形成した。この時点におけ
る組成比は、Bi:Pb:Sr:Ca:Cu＝１（1.34）:2:2:4であ
る。この２層から成る積層膜をアルゴンガス中で825℃
で１時間、そして815℃で１時間、その後急冷する。Pb
の積層量は、Pbが熱処理中に一部気化して失われること
を考慮して、あらかじめ拡散量に気化量を加えた積層量
が好ましい。
b薄膜13を形成する。Pbの成膜条件は、４インチスパッ
タターゲットにより、高周波出力150W、アルゴンガス雰
囲気中で、成膜速度は200nm/minで保持し、BSCCO薄膜上
に厚さ135nmの金属Pb薄膜を形成した。この時点におけ
る組成比は、Bi:Pb:Sr:Ca:Cu＝１（1.34）:2:2:4であ
る。この２層から成る積層膜をアルゴンガス中で825℃
で１時間、そして815℃で１時間、その後急冷する。Pb
の積層量は、Pbが熱処理中に一部気化して失われること
を考慮して、あらかじめ拡散量に気化量を加えた積層量
が好ましい。
以上の工程によって得られたBPSCCO薄膜は第２図に示す
ように、Tc(ZERO)＝110Kが得られた。また、Jcの値は77
Kにおいて3000A/cm2であった。本BPSCCO薄膜は、Pbを添
加しない場合に比べて盤状の結晶粒径をもっている。
ように、Tc(ZERO)＝110Kが得られた。また、Jcの値は77
Kにおいて3000A/cm2であった。本BPSCCO薄膜は、Pbを添
加しない場合に比べて盤状の結晶粒径をもっている。
なお、最終的に得られたBPSCCO薄膜における、（Bi＋P
b）:Sr:Ca:Cu組成比は化学量論的に定まる値2:2:2:3で
あった。
b）:Sr:Ca:Cu組成比は化学量論的に定まる値2:2:2:3で
あった。
第１図は、本発明のBPSCCO薄膜の積層断面を示す図。 第２図は、本発明の実施例に基づく温度−比抵抗曲線
図、 （符号の説明） 11……MgO基板、12……BSCCO薄膜、 13……金属Pb薄膜。
図、 （符号の説明） 11……MgO基板、12……BSCCO薄膜、 13……金属Pb薄膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｂ 12/06 ＺＡＡ
Claims (1)
- 【請求項１】Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ薄膜を形成した後、こ
の薄膜上に金属Pb薄膜を積層して、組成比Bi:Pb:Sr:Ca:
Cu＝1:1.34:2:2:4の薄膜を得、次いで熱処理を施しBi−
Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ超電導薄膜（組成比（Bi＋Pb）:Sr:
Ca:Cu＝2:2:2:3）を作成する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1080997A JPH0796450B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | Ｂｉ―Ｐｂ―Ｓｒ―Ｃａ―Ｃｕ―Ｏ超電導体薄膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1080997A JPH0796450B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | Ｂｉ―Ｐｂ―Ｓｒ―Ｃａ―Ｃｕ―Ｏ超電導体薄膜の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02258629A JPH02258629A (ja) | 1990-10-19 |
| JPH0796450B2 true JPH0796450B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=13734127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1080997A Expired - Lifetime JPH0796450B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | Ｂｉ―Ｐｂ―Ｓｒ―Ｃａ―Ｃｕ―Ｏ超電導体薄膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0796450B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2785038B2 (ja) * | 1989-05-09 | 1998-08-13 | 富士通株式会社 | 超伝導体膜の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02141426A (ja) * | 1988-11-21 | 1990-05-30 | Hitachi Ltd | 酸化物超伝導体の製法 |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP1080997A patent/JPH0796450B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02258629A (ja) | 1990-10-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20040126 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060310 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20060414 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070117 |