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JPH0543390A - 酸化物超伝導膜の製造方法およびその装置 - Google Patents

酸化物超伝導膜の製造方法およびその装置

Info

Publication number
JPH0543390A
JPH0543390A JP3078788A JP7878891A JPH0543390A JP H0543390 A JPH0543390 A JP H0543390A JP 3078788 A JP3078788 A JP 3078788A JP 7878891 A JP7878891 A JP 7878891A JP H0543390 A JPH0543390 A JP H0543390A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
film
chamber
oxidizing gas
oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3078788A
Other languages
English (en)
Inventor
Kensuke Fukushima
謙輔 福島
Shunichi Nishikida
俊一 錦田
Akihiko Endo
昭彦 遠藤
Kazuhiro Kikko
和宏 橘高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP3078788A priority Critical patent/JPH0543390A/ja
Publication of JPH0543390A publication Critical patent/JPH0543390A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】レーザー蒸着法によって、膜厚、組成ともに均
一な単相の結晶構造を持つ超伝導酸化物の膜を作製す
る。 【構成】ターゲットとして酸化物超伝導体焼結材または
その前駆体を用い、基板材料として IIa、IIIaおよびIV
a 族元素のうちの少なくとも一種以上の元素の酸化物の
単結晶または多結晶を用いてレーザー蒸着を行う。蒸着
装置は、酸化ガスの導入ノズル3が排気口8とほぼ対角
線をなす位置に設置し、その開口部を上向きにして、酸
化ガスを基板4面に対して平行に且つチェンバー内の排
気方向と逆方向に 0.1〜100cm3/min.の流速で導入す
る。基板温度は 550℃〜700 ℃、基板面上での酸素分圧
を100 〜10-3Torrに調節する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、Bi系酸化物超伝導膜
の作製において、基板面全体に単相構造の均一な膜厚を
有しさらに表面モホロジー(morphology)の良好な膜を得
ることのできる製造法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】酸化物超伝導膜の作製には、蒸着膜の酸
化が不可欠であり、その酸化方法としては、成膜を行う
チェンバー内に酸化ガスを蒸着と同時に導入する方法、
および蒸着後に酸化性の雰囲気でアニールする方法があ
る。
【0003】レーザー蒸着法ではチェンバー内圧力が1
Torr前後でも蒸着が可能であるため、一般に蒸着と同時
にO2 、O3 などの酸化ガスをチェンバー内に導入して
成膜を酸化させることができる。チェンバー内への酸化
ガスの導入方法としては、成膜チェンバーのフランジ部
から直接導入し、チェンバー内全体を均一な酸素分圧に
する方法が一般的である。(例えば、Applied Physics
Letter. 53(1988),P1557〜1559、参照)しかし、この方
法では基板付近での酸素分圧のみを高めることは困難で
あり、またレーザー照射されるターゲット面まで酸化さ
れてしまい、成膜内の組成ずれ、蒸発粒子径の不均一を
生じ、膜表面モホロジーに悪影響を及ぼし、さらには一
定の蒸着条件下でも再現性が乏しい。即ち、従来のレー
ザー蒸着法においては、一般にターゲットの組成と成膜
組成を一致させることが困難である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、チェ
ンバー内に酸化ガスを導入して成膜と同時に酸化を行う
レーザー蒸着法による酸化物超伝導体膜の作製におい
て、蒸着膜の結晶構造が単層でかつ均一な膜厚を有し、
しかも膜表面モホロジーの良好な膜を作製する方法およ
びその装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
の方法との装置にある。
【0006】 ターゲットとして酸化物超伝導体焼結
材またはその前駆体を用い、基板材料として IIa、IIIa
およびIVa 族元素のうちの少なくとも一種以上の元素の
酸化物の単結晶または多結晶を用い、基板温度 550〜70
0 ℃、基板面上での酸素分圧を100 〜10-3Torrとした条
件下で、酸化ガスを基板面に対して平行に且つチェンバ
ー内の排気方向と逆方向に 0.1〜100cm3/min.の流量で
導入してレーザー蒸着を行うことを特徴とする酸化物超
伝導膜の製造方法。
【0007】 レーザー入射窓と排気口を有するチェ
ンバーと、そのチェンバー内の排気口と略対角線上の逆
方向に配置され、その開口部から流出する酸化ガスが基
板面と平行に流れるように基板面と反対方向に位置する
酸化ガス導入用ノズルを有することを特徴とする酸化物
超伝導膜製造装置。
【0008】上記の本発明方法において、ターゲット
となる酸化物超伝導体焼結材とは、例えば、仮焼、粉
砕、プレスおよび焼結のサイクルを繰り返し、目標とす
る成膜と同じ結晶構造、ほぼ同じ組成を持つバルク材で
あり、その前駆体とは、高温加熱し、成膜とほぼ同じ組
成を持つ非晶質体を言う。
【0009】基板材料は、作製しようとする超伝導体膜
の種類に応じて選定しなければならない。それは、IIa
、IIIaおよびIVa 族元素のうちから選ばれる少なくと
も一種以上の元素の酸化物 (例えば、MgO, SrTiO3)の単
結晶または多結晶である。
【0010】本発明では、膜厚、組成ともに均一でかつ
単相の結晶構造をもつ膜を得るために、基板温度と基板
面での酸素分圧を上記のように定め、酸化ガスを基板面
に対して平行に、しかもチェンバー内の排気方向と逆方
向に特定の流量で流す。上記の装置はこのような本発
明方法を実施するのに好適なものである。
【0011】
【作用】以下、本発明装置の一例を示す図1を参照しな
がら、本発明の構成と作用効果を詳述する。
【0012】図1の(a)は縦断面図であり、図1の
(b)は(a)のA−A, 矢視断面図である。は成膜
チェンバー、2は導入ガス、3はガスノズル、4は基
板、5はターゲット、6はレーザー光、7はレーザー入
射窓、8はチェンバー排気口、9はフランジである。図
示のように、ガスノズル3の口は、チェンバー排気口8
とほぼ対角線上の逆方向に位置し、しかもガスノズルの
口が基板面と平行でかつガス導入の方向が基板面と反対
になるように配設されている。
【0013】成膜チェンバー外部から入射されたレーザ
ー光6は、チェンバー内の略中央部に位置するターゲッ
ト5に照射され、そこから蒸発した元素によって基板面
上に成膜される。同時に、O2,3 など酸化ガスはガス
ノズルから導入され基板面を撫でるように平行のガスの
流れとなってガスノズルと略対角線上に位置するチェン
バー排気口から排出される。
【0014】従来のように、成膜時に酸化ガスをチェン
バーのフランジ(図1の9)の部分から導入してチェン
バー内の酸素分圧を高めた場合、ターゲットの酸化によ
る影響が無視できず、蒸発粒子成分の組成のずれが起
き、また蒸発速度の不安定性を誘起し、膜厚制御が困難
となる。
【0015】後述するように、ガス導入法として、基板
付近にガスノズルの口を設置し、基板面に酸化ガスを吹
きつけてターゲットの酸化を小さくし、基板面上での酸
素分圧を上げることも試みたが、これでは吹きつけるガ
スの影響で成膜の表面モホロジーが悪化することがわか
った。さらに、基板面上での蒸発成分にも不均一性を生
じ、膜の結晶性も悪くなった。
【0016】本発明では、ターゲット酸化の影響を小さ
くし、かつ基板付近での酸素分圧を高めるために、ガス
ノズルの口をチェンバー内のターゲットと隔たった位置
に設ける。ガスノズルの口を基板面に向けて、ガスノズ
ルによって導入された酸化ガスを基板面に吹きつける
と、ターゲットからの蒸発粒子は基板面上に不均一に堆
積するので、酸化ガス流量方向を基板面に対して、平行
になるようにノズル口を上向きにし、吹きつけガスによ
る影響を小さくする。また、導入ガスの流れの方向は、
ガスノズル口とチェンバー排気口の位置と密接な関係に
あり、ガスノズルの口を排気方向に向けた場合、基板面
上での酸化ガスの分圧は不均一になる。
【0017】そこで、本発明ではガスの導入口を、ガス
の流れの方向が基板面と平行になるように配置する。こ
のようにして基板上での蒸発粒子とガス粒子との衝突、
もしくは基板上での既に成膜された堆積粒子が吹きつけ
るガスにより除去されるのを防ぐことができ、非常に効
率の良い成膜がなされる。
【0018】本発明においては、基板としてIIa 、III
a、IVa 族元素のうち少なくとも一種以上の元素の酸化
物からなる単結晶または多結晶のを用いる。この理由
は、得られた酸化物超伝導体との格子定数差が比較的小
さく成膜の結晶性が高くなることによる。また、基板の
温度は 550〜700 ℃とする。その理由は、550 ℃未満の
低温であると蒸着された膜は非晶質となり超伝導性がな
くなり、700 ℃を超える高温になるとCaあるいはCuの酸
化物などの析出により超伝導相が形成されないからであ
る。酸化ガスの流量を必要以上に過剰にすると、ターゲ
ットの酸化の影響が無視できなくなる。そこで、本発明
では酸化ガスの流量を 0.1〜100cm3/min.と限定する。
0.1 m3/min.未満のガス流量では、得られた成膜が充分
に酸化されないため、超伝導体の組成になり難い。一
方、100cm3/min.を超えるガス流量では、ターゲットか
らの蒸発粒子との衝突の影響が無視できなくなり、均一
な組成、均一な膜厚をもつ蒸着膜が得られなくなる。
【0019】
【実施例】Bi系酸化物超伝導相の中で高臨界温度(Tc
≒110 K)をもつBr2Sr2Ca2Cu3X の薄膜の成膜実験を行
った。
【0020】成膜の条件として、基板温度は650 ℃、酸
素分圧は2×10-2Torr、レーザーエネルギー 1.5J/cm2
で、ターゲット材として仕込み組成比がBr:Sr:Ca:Cu=
2:2:2:3 である焼結材を用いた。本発明の成膜の方法と
しては、図1に示したように、ガスノズルを基板面に平
行に設け、その口はチェンバー排気口とはほぼ対角線上
に位置する逆側に向けた。比較例として、成膜チェンバ
ー内にガスノズルを設けずにフランジ部から酸化ガスを
導入したものと、ガスノズルを成膜チェンバー内に設け
てガスノズル口を基板に近づけ、基板面上に酸化ガスを
吹きつけるようにした装置による蒸着を実施した。酸化
ガスとして、O2 を用い、ガス流量はいずれも5cm3/min
とした。成膜の時間は、いずれも20分間とした。
【0021】表1に目標組成と成膜組成のICP分析結
果を示す。
【0022】
【表1】
【0023】分析はICP分光分析で行ない、表1の値
は膜全体の組成比を示している。比較例での成膜組成は
目標組成に対してずれが大きいが本発明例では組成ずれ
が小さい。
【0024】図2は、表1の例2、例4、例7の試料膜
の平滑度を段差計で観測した成膜の表面モホロジーの測
定結果であり、(A)が例2、(B)が例4、(C)が
例7の結果である。例2、例4では多数の凹凸が観測さ
れ、膜厚分布が乱れているが、例7の試料膜では、膜厚
の均一性は極めて良好である。これらの試料膜をSEM
像で調べたところ、例2、例4では、組成ずれをおこし
た粒子がかなり付着したが、例7は極めて平滑である。
【0025】図3は、表1の例2、例4、例7の試料膜
X線回折パターンからの結晶相の観測結果である。
(A)が例2、(B)が例4、(C)が例7の結果であ
る。図4におけるS、L、Hはそれぞれ Bi2Sr2Cu
1X 、Bi2Sr2Ca1Cu2X'(低Tc相)、Bi2Sr2Ca2Cu3
X' (高Tc相)の回折スペクトルである。例2、例4
では目標とするBr2Sr2Ca2Cu3X'(高Tc相)だけでなく
他の相が混在しており、同定不能の未知相(●)も生成
している。しかし、例7ではBr2Sr2Ca2Cu3X'(高Tc
相)以外の回折スペクトルは見当たらず、高Tc相の単相
膜であることがわかる。
【0026】
【発明の効果】実施例に示したとおり、本発明の方法に
よれば膜厚、組成ともに均一な単相の結晶構造を持つ超
伝導酸化物の成膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超伝導酸化物の成膜を行うための成膜
チェンバーの正面および上面からの概略断面図である。
【図2】試料膜の平滑度を段差計で観測した成膜の表面
モホロジーの測定結果である。
【図3】試料膜X線回折パターンからの結晶相の観測結
果である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橘高 和宏 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ターゲットとして酸化物超伝導体焼結材ま
    たはその前駆体を用い、基板材料として IIa、IIIaおよ
    びIVa 族元素のうちの少なくとも一種以上の元素の酸化
    物の単結晶または多結晶を用い、基板温度 550℃〜700
    ℃、基板面上での酸素分圧を100 〜10-3Torrとした条件
    下で、酸化ガスを基板面に対して平行に且つチェンバー
    内の排気方向と逆方向に 0.1〜100cm3/min.の流量で導
    入してレーザー蒸着を行うことを特徴とする酸化物超伝
    導膜の製造方法。
  2. 【請求項2】レーザー入射窓と排気口を有するチェンバ
    ーと、そのチェンバー内の排気口と略対角線上の逆方向
    に配置され、その開口部から流出するガスが基板面と平
    行に流れるように基板面と反対方向に位置する酸化ガス
    導入用ノズルを有することを特徴とする酸化物超伝導膜
    製造装置。
JP3078788A 1991-04-11 1991-04-11 酸化物超伝導膜の製造方法およびその装置 Pending JPH0543390A (ja)

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JP3078788A JPH0543390A (ja) 1991-04-11 1991-04-11 酸化物超伝導膜の製造方法およびその装置

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JP (1) JPH0543390A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7632290B2 (en) 2001-01-26 2009-12-15 Jms Co. Ltd. Blood vessel anastomosing auxiliary tool

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7632290B2 (en) 2001-01-26 2009-12-15 Jms Co. Ltd. Blood vessel anastomosing auxiliary tool

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