JPH0829938B2 - Composite oxide superconducting thin film and method for producing the same - Google Patents
Composite oxide superconducting thin film and method for producing the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超電導薄膜と、その成膜方法に関するもので
あり、より詳細には、臨界電流密度を大幅に向上させた
複合酸化物超電導薄膜と、その作製方法に関するもので
ある。本発明により得られる超電導薄膜は高い臨界電流
を持つと同時に、高い超電導臨界温度を有し、平滑性等
の他の特性においても優れた特性を有しており、集積回
路を始めとする各種電子部品の配線材料として特に有用
である。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a superconducting thin film and a film forming method thereof, and more specifically, to a complex oxide superconducting thin film having a significantly improved critical current density, and a method thereof. The present invention relates to a manufacturing method. The superconducting thin film obtained by the present invention has a high critical current, a high superconducting critical temperature, and other excellent characteristics such as smoothness, and is suitable for various electronic devices such as integrated circuits. It is especially useful as a wiring material for parts.
従来の技術 電子の相転移であるといわれる超電導現象は、特定の
条件下で導体の電気抵抗が零の状態となり完全な反磁性
を示す現象である。2. Description of the Related Art The superconducting phenomenon, which is said to be a phase transition of electrons, is a phenomenon in which the electric resistance of a conductor becomes zero under certain conditions and shows perfect diamagnetism.
エレクトロニクスの分野では各種の超電導素子が知ら
れている。代表的なものとしては、超電導材料どうしを
弱く接合した場合に、印加電流によって量子効果が巨視
的に現れるジョセフソン効果を利用した素子が挙げられ
る。Various superconducting elements are known in the field of electronics. A typical example is an element utilizing the Josephson effect in which quantum effects appear macroscopically by an applied current when superconducting materials are weakly joined.
トンネル接合型ジョセフソン素子は、超電導材料のエ
ネルギーギャップが小さいことから極めて高速な低電力
消費のスイッチング素子として期待されている。また、
電磁波や磁場に対するジョセフソン効果が正確な量子現
象として現れることから、ジョセフソン素子を磁場、マ
イクロ波、放射線等の超高感度センサとして利用するこ
とも期待されている。さらに、単位面積当たりの消費電
力が既に冷却能力の限界に達している超高速計算機等の
分野では、超高速演算素子としてあるいは低損失配線材
料としての超電導素子の開発が要望されている。The tunnel junction type Josephson device is expected as a switching device with extremely high speed and low power consumption because the energy gap of the superconducting material is small. Also,
Since the Josephson effect for electromagnetic waves and magnetic fields appears as an accurate quantum phenomenon, it is expected that the Josephson device will be used as an ultrasensitive sensor for magnetic fields, microwaves, radiation, etc. Furthermore, in the field of ultra-high speed computers, etc., where the power consumption per unit area has already reached the limit of cooling capacity, there is a demand for the development of superconducting elements as ultra-high speed arithmetic elements or low loss wiring materials.
一方、様々な努力にもかかわらず、超電導材料の超電
導臨界温度Tcは長期間に亘ってNb3Geの23Kを越えること
ができなかったが、昨年末来、〔La,Ba〕2CuO4または
〔La,Sr〕2CuO4等の酸化物の焼結材が高いTcをもつ超電
導材料として発見され、非低温超電導を実現する可能性
が大きく高まっている。これらの物質では、30乃至50K
という従来に比べて飛躍的に高いTcが観測されている。
また、YBCOと称されるY1Ba2Cu3O7-xで表される複合酸化
物は、90K台の臨界温度を有する超電導体であることが
発表されている。これら複合酸化物超電導体の超電導特
性には、結晶中の酸素欠陥が大きな役割を果たしている
といわれており、結晶中に適切な酸素欠陥が形成されて
いないとTcが低く、また、オンセット温度と抵抗が完全
に0となる温度との差も大きくなる。On the other hand, despite various efforts, the superconducting critical temperature Tc of superconducting materials could not exceed 23K of Nb 3 Ge for a long time, but since the end of last year, [La, Ba] 2 CuO 4 or Sintered oxides such as [La, Sr] 2 CuO 4 have been discovered as superconducting materials with high Tc, and the possibility of realizing non-low temperature superconductivity is increasing greatly. For these substances, 30-50K
A dramatically higher Tc is observed compared to the conventional one.
Further, it has been announced that a composite oxide represented by Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x called YBCO is a superconductor having a critical temperature in the order of 90K. It is said that oxygen defects in the crystal play a major role in the superconducting properties of these complex oxide superconductors, and Tc is low unless proper oxygen defects are formed in the crystal. And the temperature at which the resistance is completely zero becomes large.
発明が解決しようとする課題 上述のような複合酸化物超電導体薄膜を作製する方法
としては、焼結等で生成した複合酸化物を蒸着源として
物理蒸着によることが広く実施されている。Problems to be Solved by the Invention As a method for producing the above-described composite oxide superconductor thin film, physical vapor deposition using a composite oxide generated by sintering or the like as a vapor deposition source is widely practiced.
物理蒸着法としては、特にスパッタリング法が一般的
である。しかしながら、上記の超電導体は、臨界電流密
度Jcが小さいため、臨界温度Tcが高くても実用性が低か
った。この特性は、薄膜にした場合も変わらず、複合酸
化物超電導体の実用化に際して大きな問題となってい
た。As the physical vapor deposition method, a sputtering method is generally used. However, since the above-mentioned superconductor has a small critical current density Jc, its practicality is low even if the critical temperature Tc is high. This characteristic does not change even when it is formed into a thin film, which has been a serious problem in practical application of the composite oxide superconductor.
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解
決し、高い臨界電流Jcを有する複合酸化物超電導材料の
薄膜を作製する方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a method for solving the above-mentioned problems of the prior art and producing a thin film of a complex oxide superconducting material having a high critical current Jc.
課題を解決するための手段 本発明に従うと、式:Ln1Ba2Cu3O7-x(ただし、LnはTm
および/またはLuを表し、xは0≦x<1を満たす数で
ある)で表される複合酸化物を主として含有する複合酸
化物超電導体薄膜において、上記複合酸化物超電導体薄
膜の表面の実質的な部分の表面あらさRmax(基準長さ10
00μm)が0.06μm未満であることを特徴とする複合酸
化物超電導薄膜が提供される。Means for Solving the Problems According to the present invention, the formula: Ln 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x (where Ln is Tm
And / or Lu, and x is a number satisfying 0 ≦ x <1), and a complex oxide superconductor thin film mainly containing a complex oxide represented by Surface roughness R max (standard length 10
A composite oxide superconducting thin film is provided, characterized in that 00 μm) is less than 0.06 μm.
また、上記ランタノイド系元素Lnと、Baと、Cuの原子
比は上記の式のように1:2:3であるのが好ましいが、必
ずしも厳密にこの比に限定されるものではなく、これら
の比から±50%の範囲、さらに好ましくは±20%の範囲
でずれた原子比の組成のものも本願発明の範囲に入れる
ことができる。即ち、特許請求の範囲において「上記の
式で表される複合酸化物を主として含む」という表現
は、本発明の方法によって作製された超電導薄膜が、上
記式で定義されるLn:Ba:Cuの原子比が1:2:3以外のもの
も含むというを意味する。Further, the lanthanoid element Ln, Ba, and the atomic ratio of Cu is preferably 1: 2: 3 as in the above formula, but is not necessarily strictly limited to this ratio, and these Atomic ratio compositions that deviate from the ratio by ± 50%, more preferably ± 20%, can be included in the scope of the present invention. That is, in the claims, the expression "mainly contains the complex oxide represented by the above formula" means that the superconducting thin film produced by the method of the present invention is Ln: Ba: Cu defined by the above formula. It is meant to include those with atomic ratios other than 1: 2: 3.
さらに、上記の定義は上記のLn、Ba、CuおよびO以外
の元素、即ち、ppmオーダーで混入する不可避的不純物
と、得られる焼結体または薄膜の他の特性を向上させる
目的で添加される第3成分を含有していてもよいという
ことを意味している。Furthermore, the above definition is added for the purpose of improving the elements other than the above Ln, Ba, Cu and O, that is, unavoidable impurities mixed in the ppm order and other properties of the obtained sintered body or thin film. It means that the third component may be contained.
第3成分として添加可能な元素としては、周期律表II
a族元素のSr、Ca、Mg、Be、上記以外の周期律表III a
族元素、周期律表I b、II b、III b、IV aおよびVIII a
族から選択される元素、例えば、Ti、V等を例示するこ
とができる。The elements that can be added as the third component are the periodic table II.
Sr, Ca, Mg, Be of group a elements, periodic table other than the above IIIa
Group elements, Periodic Table Ib, IIb, IIIb, IVa and VIIIa
Examples include elements selected from the group, such as Ti and V.
本発明の態様に従うと、上記の複合酸化物超電導薄膜
を形成する基板としては、ペロブスカイト型結晶の基
板、酸化物基板、またはそれらペロブスカイト型結晶ま
たは酸化物がバッファ層として形成された金属基板や半
導体基板を使用することが可能である。好ましい基板材
料としては、MgO単結晶、SrTiO3単結晶、ZrO2単結晶、Y
SZ単結晶、Al2O3単結晶、または多結晶Al2O3、更には、
それら物質で成膜面が形成された金属基板や半導体基板
が好ましい。特に、MgO単結晶またはSrTiO3単結晶基板
の成膜面を、{001}面または{110}面とすることが好
ましい。According to the aspect of the present invention, as the substrate for forming the above-mentioned complex oxide superconducting thin film, a perovskite-type crystal substrate, an oxide substrate, or a metal substrate or semiconductor in which the perovskite-type crystal or oxide is formed as a buffer layer It is possible to use a substrate. Preferred substrate materials include MgO single crystal, SrTiO 3 single crystal, ZrO 2 single crystal, Y
SZ single crystal, Al 2 O 3 single crystal, or polycrystalline Al 2 O 3 , further,
A metal substrate or a semiconductor substrate having a film formation surface formed of these substances is preferable. In particular, the MgO single crystal or SrTiO 3 single crystal substrate preferably has a {001} plane or a {110} plane as a film formation surface.
本発明の主要な特徴は、上記超電導薄膜の表面の実質
的な部分が平滑であることにある。この場合、「実質的
な部分」とは、一般に大面積に物理蒸着する場合に避け
られない表面の部分的なボイド、欠陥等を除く表面の大
部分、例えば、表面の80%以上が平滑であるということ
を意味している。The main feature of the present invention is that a substantial part of the surface of the superconducting thin film is smooth. In this case, "substantial part" generally means that most of the surface excluding partial voids and defects that cannot be avoided when physical vapor deposition is applied to a large area, for example, 80% or more of the surface is smooth. It means that there is.
上記の超電導薄膜の表面の平滑性は表面を光学的に観
察した場合に、薄膜の表面のあらさRmax(基準長さ=1,
000μm)が0.06μm未満であることで評価される。こ
の値は、得られた薄膜を顕微鏡、特に、SEMで観察して
確認することができる。本発明達の実験結果によると、
薄膜表面のあらさがRmaxが0.06μm以上になると、臨界
電流密度Jcが大幅に低下する。The smoothness of the surface of the above-mentioned superconducting thin film is the roughness of the surface of the thin film R max (reference length = 1,
000 μm) is less than 0.06 μm. This value can be confirmed by observing the obtained thin film with a microscope, particularly with SEM. According to the experimental results of the present invention,
When the roughness of the surface of the thin film is R max of 0.06 μm or more, the critical current density Jc is significantly reduced.
本発明の他の目的は上記のような平滑な表面を有する
複合酸化物超電導薄膜の製作方法を提供することにあ
る。Another object of the present invention is to provide a method for producing a complex oxide superconducting thin film having the above-mentioned smooth surface.
また、上記本発明に係る複合酸化物超電導薄膜を作製
する方法として、本発明により、式:Ln1Ba2Cu3O7-x(た
だし、LnはTmおよび/またはLuを表し、xは0≦x<1
を満たす数である)で表される複合酸化物を主として含
有する複合酸化物超電導体薄膜を物理蒸着により作製す
る方法であって、該複合酸化物の結晶の格子間隔に近い
格子間隔を有する酸化物単結晶基板を用い、0.064〜1.2
7W/cm2の高周波電力を印加しつつ、0.05〜1Å/秒の成
膜速度で、RFスパッタリング法により成膜を行い、得ら
れる複合酸化物超電導体薄膜の表面の実質的な部分の表
面粗らさRmax(基準長さ1000μm)が0.06μm未満とす
ることを特徴とする複合酸化物超電導薄膜の作製方法が
提供される。Further, as a method for producing the above-described composite oxide superconducting thin film according to the present invention, according to the present invention, the formula: Ln 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x (where Ln represents Tm and / or Lu, and x is 0 ≦ x <1
A method for producing a composite oxide superconductor thin film mainly containing a composite oxide represented by the formula (1), the oxidation having a lattice spacing close to that of the crystal of the complex oxide. 0.064-1.2 using a single crystal substrate
While applying a high frequency power of 7 W / cm 2 , the film is formed by the RF sputtering method at a film formation rate of 0.05 to 1 Å / sec. There is provided a method for producing a composite oxide superconducting thin film, characterized in that the roughness R max (reference length 1000 μm) is less than 0.06 μm.
上記物理蒸着としては、スパッタリング、イオンプレ
ーティング、真空蒸着等を用いることができるが、一般
にはスパッタリング、特にRFマグネトロンスパッタリン
グが好ましい。As the physical vapor deposition, sputtering, ion plating, vacuum vapor deposition and the like can be used, but sputtering is generally preferable, and RF magnetron sputtering is particularly preferable.
上記物理蒸着時には基板を加熱するのが好ましく、基
板温度は、200から950℃、さらに好ましくは500から920
℃とする。基板温度が200℃未満の場合には、複合酸化
物の結晶性が悪くアモルファス状になり、超電導薄膜は
得られない。また、基板温度が950℃を超えると、結晶
構造が変わってしまい、上記の複合酸化物は超電導体と
はならない。The substrate is preferably heated during the physical vapor deposition, and the substrate temperature is 200 to 950 ° C., more preferably 500 to 920.
℃. If the substrate temperature is lower than 200 ° C., the crystallinity of the composite oxide is poor and the composite oxide becomes amorphous, so that a superconducting thin film cannot be obtained. Moreover, when the substrate temperature exceeds 950 ° C., the crystal structure changes, and the above complex oxide does not become a superconductor.
上記基板としては上記複合酸化物結晶の格子間隔に近
い格子間隔を有する酸化物単結晶の基板を用いるのが好
ましく、例えばMgO単結晶、SrTiO3単結晶またはZrO2単
結晶を用いることができる。成膜面としてはMgO単結晶
またはSrTiO3単結晶基板の{001}面または{110}面を
用いるのが好ましい。As the substrate, an oxide single crystal substrate having a lattice spacing close to that of the complex oxide crystal is preferably used, and for example, MgO single crystal, SrTiO 3 single crystal or ZrO 2 single crystal can be used. The {001} plane or {110} plane of the MgO single crystal or SrTiO 3 single crystal substrate is preferably used as the film formation surface.
本発明の好ましい一実施態様では、上記の物理蒸着時
の成膜速度が0.05〜1Å/秒、さらに好ましくは0.1〜
0.8Å/秒の範囲に設定される。本発明者達の実験結果
によると、理蒸着時の成膜速度が1Å/秒を超えると、
得られた超電導薄膜の臨界電流密度が大幅に低下して実
用的な薄膜が得られない。また、成膜速度を0.05Å/秒
未満にすると、成膜速度が極端に遅くなるので、工業的
でない。In a preferred embodiment of the present invention, the film formation rate during the above physical vapor deposition is 0.05 to 1Å / sec, and more preferably 0.1 to 1.
It is set in the range of 0.8Å / sec. According to the experimental results of the present inventors, when the deposition rate during physical vapor deposition exceeds 1Å / sec,
The critical current density of the obtained superconducting thin film is drastically reduced, and a practical thin film cannot be obtained. Further, if the film forming rate is less than 0.05 Å / sec, the film forming rate becomes extremely slow, which is not industrial.
また、本発明の他の好ましい一実施態様では、上記物
理蒸着時の雰囲気を不活性ガスと酸素の混合ガスとし、
この混合ガス中の酸素の比率が5〜95%、さらに好まし
くは10〜80%にされる。In another preferred embodiment of the present invention, the atmosphere during the physical vapor deposition is a mixed gas of an inert gas and oxygen,
The proportion of oxygen in this mixed gas is 5 to 95%, more preferably 10 to 80%.
上記物理蒸着としてはスパッタリング法を用いること
ができ、その場合にはスパッタリング時のガス圧を0.00
1〜0.5Torrの範囲、さらに好ましくは0.01〜0.3Torrの
範囲とするのが好ましく、スパッタリングの際のスパッ
タリングガス中にO2を10から80分子%含む雰囲気で行う
のが好ましい。このO2以外と一緒に用いることが可能な
他のスパッタリングガスとしては不活性ガス、特に、ア
ルゴンが好ましい。A sputtering method can be used as the physical vapor deposition, in which case the gas pressure during sputtering is 0.00
The range of 1 to 0.5 Torr is more preferable, and the range of 0.01 to 0.3 Torr is more preferable, and it is preferable to perform the sputtering in an atmosphere containing 10 to 80 molecule% of O 2 in the sputtering gas. As the other sputtering gas that can be used together with the gas other than O 2 , an inert gas, particularly argon is preferable.
本発明の好ましい一実施態様では、スパッタリング法
としてはRFスパッタリング、特に、マグネトロンスパッ
タリングが用いられる。本発明で好ましく用いられるRF
マグネトロンスパッタリングの場合には、例えば10cmφ
のターゲットに対して、スパッタリング時に高周波電力
を従来の1.9W/cm2程度から5〜100W、すなわち、単位断
面積当たり0.064〜1.27W/cm2、さらに好ましくは10〜60
W、すなわち、単位断面積当たり0.127〜0.76W/cm2印加
するするのが好ましい。In a preferred embodiment of the invention, the sputtering method used is RF sputtering, in particular magnetron sputtering. RF preferably used in the present invention
In the case of magnetron sputtering, for example, 10 cmφ
For the target of the above, the high frequency power at the time of sputtering from about 1.9 W / cm 2 to 5 to 100 W, that is, 0.064 to 1.27 W / cm 2 , more preferably 10 to 60 per unit cross-sectional area.
It is preferable to apply W, that is, 0.127 to 0.76 W / cm 2 per unit cross-sectional area.
成膜の後には得られた薄膜を酸素含有雰囲気で加熱−
徐冷するアニール熱処理を行うのが好ましい。この熱処
理時は800〜960℃の範囲の加熱温度で行うのが好まし
く、熱処理時の冷却速度は、10℃/分以下であるのが好
ましい。この熱処理時には酸素分圧を0.1〜10気圧とす
るのが好ましい。After film formation, the obtained thin film is heated in an oxygen-containing atmosphere.
It is preferable to perform annealing heat treatment for slow cooling. The heat treatment is preferably performed at a heating temperature in the range of 800 to 960 ° C., and the cooling rate during the heat treatment is preferably 10 ° C./minute or less. During this heat treatment, the oxygen partial pressure is preferably 0.1 to 10 atm.
作用 従来、複合酸化物超電導体の薄膜を作製する場合に
は、同じ系の複合酸化物焼結体を主体としたターゲット
を使用して物理蒸着、一般にはスパッタリングを行って
いたが、従来の方法で得られた超電導薄膜は、臨界電流
密度Jcが低く、実用にはならなかった。In the past, when a thin film of a complex oxide superconductor was produced, physical vapor deposition, generally sputtering was performed using a target mainly composed of a complex oxide sintered body of the same system. The superconducting thin film obtained in step 1 had a low critical current density Jc and was not practical.
上記種類の複合酸化物超電導体は、その臨界電流密度
に結晶異方性を有している。すなわち、結晶のa軸およ
びb軸で決定される面に平行な方向に電流が流れ易い。
そこで、これまでも、結晶方向を揃える目的で、基板と
して、複合酸化物超電導体結晶の格子間隔に近い格子間
隔を有するMgO、SrTiO3およびYSZ等の単結晶の特定な面
を成膜面として用いていた。しかし、これまでに作られ
た複合酸化物超電導薄膜では、結晶方向を十分に揃える
ことができなかったため等の理由で、臨界電流密度Jcが
最大でも精々10万A/cm2程度にしか上がらなかった。The above-mentioned type of complex oxide superconductor has a crystal anisotropy in its critical current density. That is, current easily flows in a direction parallel to a plane determined by the a-axis and the b-axis of the crystal.
Therefore, so far, for the purpose of aligning the crystal directions, as a substrate, a specific surface of a single crystal such as MgO, SrTiO 3 and YSZ having a lattice spacing close to the lattice spacing of the complex oxide superconductor crystal is used as a film-forming surface. Was used. However, in the complex oxide superconducting thin films that have been produced so far, the critical current density Jc can only be increased to about 100,000 A / cm 2 at the maximum because the crystal directions could not be sufficiently aligned. It was
本発明は、複合酸化物超電導薄膜の表面平滑性を良く
することによって、臨界電流密度Jcを一挙に2桁高い10
0万A/cm2オーダーに向上させたものである。The present invention improves the critical current density Jc by two orders of magnitude by improving the surface smoothness of the composite oxide superconducting thin film.
It has been improved to the order of 0,000 A / cm 2 .
複合酸化物超電導薄膜の表面平滑性を良くしたことに
よってこのように大幅に臨界電流密度Jcが向上する理由
は現在のところ説明できないが、本発明の複合酸化物超
電導体は、その電気抵抗に結晶異方性を有し、基板の成
膜面上に形成された複合酸化物超電導薄膜は、その結晶
のc軸が基板成膜面に対し垂直または垂直に近い角度と
なり、特に臨界電流密度Jcが大きくなるものと考えられ
る。従って、MgO単結晶基板またはSrTiO3単結晶基板の
{001}面を成膜面として用いることが好ましい。ま
た、{110}面を用いてc軸を基板と平行にし、c軸と
垂直な方向を特定して用いることもできる。さらに、Mg
O、SrTiO3は、熱膨脹率が上記の複合酸化物超電導体と
近いため、加熱、冷却の過程で薄膜に不必要な応力を加
えることがなく、薄膜を破損する恐れもない。The reason why the critical current density Jc is significantly improved in this way by improving the surface smoothness of the composite oxide superconducting thin film cannot be explained at present.However, the composite oxide superconductor of the present invention has a crystalline electric resistance. The complex oxide superconducting thin film having anisotropy formed on the film forming surface of the substrate has a c-axis of its crystal which is perpendicular or nearly perpendicular to the film forming surface of the substrate, and particularly has a critical current density Jc. It is expected to grow. Therefore, it is preferable to use the {001} plane of the MgO single crystal substrate or the SrTiO 3 single crystal substrate as the film formation surface. It is also possible to use the {110} plane to make the c-axis parallel to the substrate and specify the direction perpendicular to the c-axis for use. In addition, Mg
O and SrTiO 3 have a coefficient of thermal expansion close to that of the above-mentioned composite oxide superconductor, so that unnecessary stress is not applied to the thin film during the heating and cooling processes, and there is no risk of damaging the thin film.
本発明の態様に従うと、成膜後の薄膜を酸素分圧0.1
〜10気圧の酸素含有雰囲気中で800〜960℃、さらに好ま
しくは850〜950℃に加熱、10℃/分以下の冷却速度で冷
却する熱処理を施すアニール処理を行うことが好まし
い。この処理は、上記の複合酸化物中の酸素欠陥を調整
するもので、この処理を経ない薄膜の超電導特性は悪
く、超電導性を示さない場合もある。従って、上記の熱
処理を行うことが好ましい。According to an embodiment of the present invention, the thin film after deposition has an oxygen partial pressure of 0.1.
It is preferable to perform an annealing treatment in which a heat treatment of heating to 800 to 960 ° C., more preferably 850 to 950 ° C., and cooling at a cooling rate of 10 ° C./min or less is performed in an oxygen-containing atmosphere at −10 atm. This treatment is for adjusting oxygen defects in the above-mentioned composite oxide, and the superconducting property of the thin film that does not undergo this treatment is poor and the superconducting property may not be exhibited in some cases. Therefore, it is preferable to perform the above heat treatment.
実施例 以下に本発明による表面が平滑な複合酸化物超電導薄
膜の製作方法を実施例により説明するが、本発明の技術
的範囲は、以下の開示に何等制限されるものではないこ
とは勿論である。Examples Hereinafter, a method for producing a complex oxide superconducting thin film having a smooth surface according to the present invention will be described with reference to Examples, but the technical scope of the present invention is not limited to the following disclosure. is there.
以下の本発明実施例は上記で説明した本発明の超電導
薄膜の作製方法をRFマグネトロンスパッタリングによっ
て実施したものである。In the following examples of the present invention, the method for producing the superconducting thin film of the present invention described above is carried out by RF magnetron sputtering.
使用したターゲットは、TmまたはLuとBaとCuとの原子
比Ln:Ba:Cuを1:2.24:4.35とした原料粉末を常法に従っ
て焼結して作ったLn−Ba−Cu系複合酸化物のセラミック
である。ターゲットは直径が100mmφの円板を用いた。
各々の場合の成膜条件は同一とし、その成膜条件は以下
の通りであった。The target used was an Ln-Ba-Cu-based composite oxide prepared by sintering a raw material powder having an atomic ratio Ln: Ba: Cu of Tm or Lu and Ba and Cu of 1: 2.24: 4.35 according to a conventional method. It is a ceramic. A disk with a diameter of 100 mmφ was used as the target.
The film forming conditions in each case were the same, and the film forming conditions were as follows.
基板 MgO(001)面 基板温度 700℃ 圧力 0.1Torr スパッタガス O2(20%)/Ar(80%) 高周波電力 40W(0.51W/cm2) 時間 6時間 膜厚 0.88μm 成膜速度 0.35Å/秒 アニール 900℃/3時間(5℃/分で冷却) なお、比較のために、同じターゲットを用いて成膜速
度を1.5Å/秒としたこと以外は、上記と全く等しい条
件で複合酸化物超電導薄膜を作製した場合の結果を第1
表に比較例として示してある。Substrate MgO (001) surface Substrate temperature 700 ℃ Pressure 0.1Torr Sputtering gas O 2 (20%) / Ar (80%) High frequency power 40W (0.51W / cm 2 ) Time 6 hours Film thickness 0.88μm Film deposition rate 0.35Å / Second annealing 900 ° C / 3 hours (cooling at 5 ° C / min) For comparison, the complex oxide was prepared under the same conditions as above, except that the same target was used and the film formation rate was set to 1.5Å / sec. First result of superconducting thin film
It is shown in the table as a comparative example.
第1表中の臨界温度Tcは、常棒に従って四端子法によ
って測定した。また、臨界電流密度Jcは、77.0Kで、試
料の面に平行な方向の電気抵抗を測定しつつ電流量を増
加して電気抵抗が検出されたときの電流量を、電流路の
単位面積に換算したものを示した。また、成膜の表面あ
らさRmaxはSEM(走査電顕)写真から計算した。The critical temperature Tc in Table 1 was measured by the four probe method according to the standard rod. Also, the critical current density Jc is 77.0K, the current amount when the electric resistance is detected by increasing the amount of current while measuring the electric resistance in the direction parallel to the surface of the sample, the unit area of the current path. The converted value is shown. The surface roughness R max of the film formation was calculated from SEM (scanning electron microscope) photographs.
上記のように本発明による超電導薄膜は、比較例より
大幅に臨界電流が向上している。 As described above, the superconducting thin film according to the present invention has a significantly improved critical current as compared with the comparative example.
なお、本発明の方法によって形成した薄膜の表面にも
ほんの僅か(表面積全体の約1%)ではあるが、数ミク
ロオーダーのボイドが観察されたが、表面をSEMで1万
倍に拡大して観察した場合には、その表面の大部分の面
積の所で凹凸は見られなかった。これに対して、本発明
の方法の範囲外の方法により作製した比較例の複合酸化
物超電導薄膜の表面には、数ミクロンのグレインが多数
存在していた。Although a few micro-order voids were observed on the surface of the thin film formed by the method of the present invention (about 1% of the total surface area), the surface was enlarged 10,000 times by SEM. When observed, no ruggedness was observed at most of the surface area. On the other hand, on the surface of the composite oxide superconducting thin film of the comparative example produced by a method outside the range of the method of the present invention, many grains of several microns were present.
発明の効果 以上詳述のように、本発明による超電導薄膜は従来の
方法で作製されたものに較べて遥かに高いJcを示す。EFFECTS OF THE INVENTION As described in detail above, the superconducting thin film according to the present invention exhibits a much higher Jc than that produced by the conventional method.
───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 39/12 ZAA C 39/24 ZAA B // C30B 29/22 ZAA Z 9261−4G (72)発明者 矢津 修示 兵庫県伊丹市昆陽北1丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 上代 哲司 兵庫県伊丹市昆陽北1丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 Jpn.J.Appl.Phys.26 (9)(1987)p.L1484−6 Jpn.J.Appl.Phys.26 (9)(1987)p.L1489−91 Jpn.J.Appl.Phys.26 (11)(1987)p.L1837−8─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 39/12 ZAA C 39/24 ZAA B // C30B 29/22 ZAA Z 9261-4G (72) Inventor Shuji Yazu 1-1-1 Kunyokita, Itami City, Hyogo Prefecture Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works (72) Inventor Tetsuji Kamishiro 1-1-1 Kunyokita, Itami City, Hyogo Prefecture Itami Co., Ltd. In-house (56) References Jpn. J. Appl. Phys. 26 (9) (1987) p. L1484-6 Jpn. J. Appl. Phys. 26 (9) (1987) p. L1489-91 Jpn. J. Appl. Phys. 26 (11) (1987) p. L1837-8
Claims (2)
<1を満たす数である) で表される複合酸化物を主として含有する複合酸化物超
電導体薄膜において、 上記複合酸化物超電導体薄膜の表面の実質的な部分の表
面あらさRmax(基準長さ1000μm)が0.06μm未満であ
ることを特徴とする複合酸化物超電導薄膜。1. A formula: Ln 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x (where Ln represents Tm and / or Lu, and x is 0 ≦ x
<A number satisfying 1> In a composite oxide superconductor thin film mainly containing a composite oxide, the surface roughness R max (reference length) of a substantial part of the surface of the above composite oxide superconductor thin film 1000 μm) is less than 0.06 μm, a composite oxide superconducting thin film.
<1を満たす数である) で表される複合酸化物を主として含有する複合酸化物超
電導体薄膜を物理蒸着により作製する方法であって、 該複合酸化物の結晶の格子間隔に近い格子間隔を有する
酸化物単結晶基板を用い、0.064〜1.27W/cm2の高周波電
力を印加しつつ、0.05〜1Å/秒の成膜速度でRFスパッ
タリング法により成膜を行い、得られる複合酸化物超電
導体薄膜の表面の実質的な部分の表面あらさRmax(基準
長さ1000μm)を0.06μm未満とすることを特徴とする
複合酸化物超電導薄膜の作製方法。2. A formula: Ln 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x (where Ln represents Tm and / or Lu, and x is 0 ≦ x
A method for producing a composite oxide superconducting thin film mainly containing a composite oxide represented by <1> by physical vapor deposition, wherein the lattice spacing is close to the lattice spacing of the crystals of the composite oxide. Using the oxide single crystal substrate, the complex oxide superconductor obtained by applying a high frequency power of 0.064 to 1.27 W / cm 2 and forming a film by the RF sputtering method at a film forming rate of 0.05 to 1 Å / sec. A method for producing a composite oxide superconducting thin film, characterized in that the surface roughness R max (reference length 1000 μm) of a substantial part of the surface of the thin film is less than 0.06 μm.
Priority Applications (9)
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|---|---|---|---|
| JP63012335A JPH0829938B2 (en) | 1988-01-22 | 1988-01-22 | Composite oxide superconducting thin film and method for producing the same |
| KR1019880017018A KR970005158B1 (en) | 1987-12-20 | 1988-12-20 | Composite oxide superconducting thin film or wire and its manufacturing method |
| EP19880403254 EP0322306B1 (en) | 1987-12-20 | 1988-12-20 | Process for producing a superconducting thin film |
| DE3854493T DE3854493T2 (en) | 1987-12-20 | 1988-12-20 | Method of manufacturing a thin film superconductor. |
| AU27099/88A AU615014B2 (en) | 1987-02-17 | 1988-12-20 | Superconducting thin film and wire and a process for producing the same |
| US07/286,860 US5028583A (en) | 1987-12-20 | 1988-12-20 | Superconducting thin film and wire and a process for producing the same |
| CA 586516 CA1339020C (en) | 1987-12-20 | 1988-12-20 | Superconducting thin film and wire and a process for producing the same |
| US07/648,964 US5252543A (en) | 1987-12-20 | 1991-01-31 | Superconducting thin film and wire on a smooth substrate |
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ID=11802430
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| US6999806B2 (en) | 2001-08-22 | 2006-02-14 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | High temperature superconducting josephson junctin, superconducting electronic device provided with the former and method of manufacturing high temperature superconducting josephson junction |
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-
1988
- 1988-01-22 JP JP63012335A patent/JPH0829938B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Jpn.J.Appl.Phys.26(11)(1987)p.L1837−8 |
| Jpn.J.Appl.Phys.26(9)(1987)p.L1484−6 |
| Jpn.J.Appl.Phys.26(9)(1987)p.L1489−91 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH01188661A (en) | 1989-07-27 |
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