JPH0885865A - レーザ蒸着法による薄膜の作製方法 - Google Patents
レーザ蒸着法による薄膜の作製方法Info
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- JPH0885865A JPH0885865A JP6248501A JP24850194A JPH0885865A JP H0885865 A JPH0885865 A JP H0885865A JP 6248501 A JP6248501 A JP 6248501A JP 24850194 A JP24850194 A JP 24850194A JP H0885865 A JPH0885865 A JP H0885865A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 膜厚および超電導特性の分布が少ない大面積
の高品質の酸化物超電導薄膜をレーザ蒸着法で成膜す
る。 【構成】 内部の圧力および雰囲気が調整可能な気密チ
ャンバ40内でターゲット５にレーザ光10を走査しながら
照射して、ターゲット５の被照射面に垂直に配置した基
板６を回転させながら成膜面上に酸化物超電導薄膜を成
長させる。
の高品質の酸化物超電導薄膜をレーザ蒸着法で成膜す
る。 【構成】 内部の圧力および雰囲気が調整可能な気密チ
ャンバ40内でターゲット５にレーザ光10を走査しながら
照射して、ターゲット５の被照射面に垂直に配置した基
板６を回転させながら成膜面上に酸化物超電導薄膜を成
長させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜の作製方法に関す
る。より詳細には、本発明は、レーザ蒸着法により高品
質の薄膜を作製する方法に関する。
る。より詳細には、本発明は、レーザ蒸着法により高品
質の薄膜を作製する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ蒸着法は、減圧下でターゲットに
高エネルギのレーザビームを照射し、蒸着物を発生させ
て基板上に薄膜を成長させる方法である。レーザ蒸着法
には、薄膜の組成の制御が容易で、成膜速度が高い等の
利点がある。また、一切の電磁場を必要としないので、
蒸着物中に荷電粒子が含まれていても、それが影響を受
けることがない。従って、高品質の薄膜を作製するのに
適した方法と考えられている。
高エネルギのレーザビームを照射し、蒸着物を発生させ
て基板上に薄膜を成長させる方法である。レーザ蒸着法
には、薄膜の組成の制御が容易で、成膜速度が高い等の
利点がある。また、一切の電磁場を必要としないので、
蒸着物中に荷電粒子が含まれていても、それが影響を受
けることがない。従って、高品質の薄膜を作製するのに
適した方法と考えられている。
【０００３】一方、酸化物超電導体は多元系の複合酸化
物であり、組成比が僅かでも適正値から外れると超電導
特性が大幅に低下する。上記のように、レーザ蒸着法で
は、成膜する薄膜の組成の制御が容易であるので、レー
ザ蒸着法を使用して特性の優れた酸化物超電導薄膜を作
製することが研究されている。例えば、社団法人電気学
会による光・量子デバイス研究会資料（資料番号ＯＱＤ
−92−53）pp.69-77（1992年10月28日）には、エキシマ
レーザを使用したレーザ蒸着法により、高品質のＹ−Ba
−Cu−Ｏ系酸化物超電導薄膜を成膜する方法が開示され
ている。
物であり、組成比が僅かでも適正値から外れると超電導
特性が大幅に低下する。上記のように、レーザ蒸着法で
は、成膜する薄膜の組成の制御が容易であるので、レー
ザ蒸着法を使用して特性の優れた酸化物超電導薄膜を作
製することが研究されている。例えば、社団法人電気学
会による光・量子デバイス研究会資料（資料番号ＯＱＤ
−92−53）pp.69-77（1992年10月28日）には、エキシマ
レーザを使用したレーザ蒸着法により、高品質のＹ−Ba
−Cu−Ｏ系酸化物超電導薄膜を成膜する方法が開示され
ている。
【０００４】レーザ蒸着法で薄膜を作製する場合は、上
記の文献に示されているように、内部を高真空に排気可
能で、任意の雰囲気ガスを導入できるチャンバ内に基板
およびターゲットを配置し、チャンバ外部に配置したレ
ーザ装置の発するレーザ光を光学手段により誘導し、必
要に応じて集光してターゲットに照射していた。
記の文献に示されているように、内部を高真空に排気可
能で、任意の雰囲気ガスを導入できるチャンバ内に基板
およびターゲットを配置し、チャンバ外部に配置したレ
ーザ装置の発するレーザ光を光学手段により誘導し、必
要に応じて集光してターゲットに照射していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
文献でも述べられているようにレーザ蒸着法は、成膜範
囲が狭く、大きな面積の薄膜を成膜することが困難であ
る。従って、レーザ蒸着法による成膜では、成膜速度そ
のものは速くても実質的な成膜効率が低い。そこで、本
発明の目的は、レーザ蒸着法により、面積が大きい高品
質の酸化物超電導薄膜を成膜する方法を提供することに
ある。
文献でも述べられているようにレーザ蒸着法は、成膜範
囲が狭く、大きな面積の薄膜を成膜することが困難であ
る。従って、レーザ蒸着法による成膜では、成膜速度そ
のものは速くても実質的な成膜効率が低い。そこで、本
発明の目的は、レーザ蒸着法により、面積が大きい高品
質の酸化物超電導薄膜を成膜する方法を提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、内部の
圧力および雰囲気が調整可能な気密チャンバ内でターゲ
ットにレーザ光を照射して、ターゲットの被照射面に垂
直に配置した基板の成膜面上に酸化物超電導薄膜を成長
させる方法であって、基板を回転させ、且つレーザ光を
ターゲット上で走査して成膜を行うことを特徴とする酸
化物超電導薄膜の作製方法が提供される。
圧力および雰囲気が調整可能な気密チャンバ内でターゲ
ットにレーザ光を照射して、ターゲットの被照射面に垂
直に配置した基板の成膜面上に酸化物超電導薄膜を成長
させる方法であって、基板を回転させ、且つレーザ光を
ターゲット上で走査して成膜を行うことを特徴とする酸
化物超電導薄膜の作製方法が提供される。
【０００７】本発明の方法においては、レーザ光がター
ゲットを走査可能である最小の長さが、基板の代表長さ
の１／２よりも大きいことが好ましい。この場合、基板
の代表長さとは、基板が実質的に円形のときは基板の直
径の長さを意味し、基板が実質的に矩形のときは、基板
の対角線の長さを意味する。
ゲットを走査可能である最小の長さが、基板の代表長さ
の１／２よりも大きいことが好ましい。この場合、基板
の代表長さとは、基板が実質的に円形のときは基板の直
径の長さを意味し、基板が実質的に矩形のときは、基板
の対角線の長さを意味する。
【０００８】一方、本発明の方法では、レーザ光の実質
的な走査速度を、基板の周辺部に対応する位置で遅く、
基板の中心部に対応する位置で速くすることが好まし
い。レーザ光の実質的な走査速度は、レーザ光の走査速
度を一定にしてレーザ光の走査を一時的に停止すること
で調整してもよい。
的な走査速度を、基板の周辺部に対応する位置で遅く、
基板の中心部に対応する位置で速くすることが好まし
い。レーザ光の実質的な走査速度は、レーザ光の走査速
度を一定にしてレーザ光の走査を一時的に停止すること
で調整してもよい。
【０００９】
【作用】本発明の方法は、レーザ蒸着法により酸化物超
電導薄膜を成膜する際に、基板をターゲットの被照射面
に垂直に配置し、基板およびターゲットを回転させると
ともにレーザ光をターゲット上で走査するところにその
主要な特徴がある。レーザ蒸着法において、基板をター
ゲットの被照射面に垂直に配置すると、レーザ光がター
ゲットに当たった部分から発生する、火炎状の形状のプ
ルームと呼ばれる蒸着物の発光に沿ってターゲットに近
い部分が厚く、プルームの中心線上が厚いプルームの形
状を反映した薄膜が成長する。
電導薄膜を成膜する際に、基板をターゲットの被照射面
に垂直に配置し、基板およびターゲットを回転させると
ともにレーザ光をターゲット上で走査するところにその
主要な特徴がある。レーザ蒸着法において、基板をター
ゲットの被照射面に垂直に配置すると、レーザ光がター
ゲットに当たった部分から発生する、火炎状の形状のプ
ルームと呼ばれる蒸着物の発光に沿ってターゲットに近
い部分が厚く、プルームの中心線上が厚いプルームの形
状を反映した薄膜が成長する。
【００１０】従って、本発明の方法では、膜厚分布を均
一化するために、プルームの側面が基板に均一に当たる
ようレーザ光を走査し、且つ基板を回転させる。本発明
の方法では、この目的のために、レーザ光がターゲット
を走査可能である最小の長さが、基板の代表長さ、すな
わち、基板の直径（円形の場合）、対角線（矩形の場
合）の長さの１／２よりも大きいことが好ましい。容易
に理解されるよう、ターゲットの大きさが上記の値より
も小さい場合には、プルームの側面を基板に均一に当た
るようレーザ光を走査することが不可能である。
一化するために、プルームの側面が基板に均一に当たる
ようレーザ光を走査し、且つ基板を回転させる。本発明
の方法では、この目的のために、レーザ光がターゲット
を走査可能である最小の長さが、基板の代表長さ、すな
わち、基板の直径（円形の場合）、対角線（矩形の場
合）の長さの１／２よりも大きいことが好ましい。容易
に理解されるよう、ターゲットの大きさが上記の値より
も小さい場合には、プルームの側面を基板に均一に当た
るようレーザ光を走査することが不可能である。
【００１１】さらに、本発明の方法では、レーザ光の実
質的な走査速度を、基板の周辺部に対応する位置で遅
く、基板の中心部に対応する位置で速くすることによ
り、より均一な薄膜を成膜することができる。より具体
的には、回転している基板各部の線速度に反比例する
か、または負の相関関係を有するよう、対応する位置に
おけるレーザ光の実質的な走査速度を変化させることが
好ましい。
質的な走査速度を、基板の周辺部に対応する位置で遅
く、基板の中心部に対応する位置で速くすることによ
り、より均一な薄膜を成膜することができる。より具体
的には、回転している基板各部の線速度に反比例する
か、または負の相関関係を有するよう、対応する位置に
おけるレーザ光の実質的な走査速度を変化させることが
好ましい。
【００１２】しかしながら、実際にレーザ光の走査速度
を変化させることが困難である場合には、レーザ光の走
査を一時的に停止することで、レーザ光の実質的な走査
速度を調整してもよい。
を変化させることが困難である場合には、レーザ光の走
査を一時的に停止することで、レーザ光の実質的な走査
速度を調整してもよい。
【００１３】本発明の方法で使用する酸化物超電導体
は、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 、Tl2Ba2Ca2Cu3
Ｏx 等の高温酸化物超電導体が好ましく、また、レーザ
としてはエキシマレーザ、ＹＡＧレーザの高調波等を使
用することが好ましい。
は、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 、Tl2Ba2Ca2Cu3
Ｏx 等の高温酸化物超電導体が好ましく、また、レーザ
としてはエキシマレーザ、ＹＡＧレーザの高調波等を使
用することが好ましい。
【００１４】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
【００１５】
【実施例】図１(a)に、本発明の方法を実施するレーザ
蒸着装置の一例の概略図を示す。図１(a)のレーザ蒸着
装置は、レーザ装置１と、気密チャンバ40と、レーザ装
置１が発振したレーザ光10を集光し、チャンバ40内に誘
導するミラー２およびレンズ３とを具備する。ミラー２
およびレンズ３は、走査手段21により同期して動作し、
レーザ光を走査する。気密チャンバ40は、レーザ光10が
入射する入射窓41、排気手段42およびガス導入手段43を
備え、内部の圧力および雰囲気を任意に変更することが
可能である。また、気密チャンバ40の内部には、モータ
47により搭載したターゲット５を回転することが可能な
ターゲットホルダ45が、入射窓41から入射したレーザ光
10がターゲット５に当たるような位置に配置されてい
る。さらに、気密チャンバ40の内部には、基板６をター
ゲット５に対し垂直に搭載する基板ホルダ46が備えられ
る。基板ホルダ46は、モータ48により基板６を回転させ
ることが可能であり、且つ基板６の位置を軸方向および
軸に対し垂直な方向に移動させることも可能である。基
板ホルダ46には、ヒータ（不図示）が内蔵され、基板６
を加熱できる。
蒸着装置の一例の概略図を示す。図１(a)のレーザ蒸着
装置は、レーザ装置１と、気密チャンバ40と、レーザ装
置１が発振したレーザ光10を集光し、チャンバ40内に誘
導するミラー２およびレンズ３とを具備する。ミラー２
およびレンズ３は、走査手段21により同期して動作し、
レーザ光を走査する。気密チャンバ40は、レーザ光10が
入射する入射窓41、排気手段42およびガス導入手段43を
備え、内部の圧力および雰囲気を任意に変更することが
可能である。また、気密チャンバ40の内部には、モータ
47により搭載したターゲット５を回転することが可能な
ターゲットホルダ45が、入射窓41から入射したレーザ光
10がターゲット５に当たるような位置に配置されてい
る。さらに、気密チャンバ40の内部には、基板６をター
ゲット５に対し垂直に搭載する基板ホルダ46が備えられ
る。基板ホルダ46は、モータ48により基板６を回転させ
ることが可能であり、且つ基板６の位置を軸方向および
軸に対し垂直な方向に移動させることも可能である。基
板ホルダ46には、ヒータ（不図示）が内蔵され、基板６
を加熱できる。
【００１６】レーザ装置１の発振したレーザ光10は、ミ
ラー２により反射され、レンズ３を透過し、入射窓41を
経てターゲット５上に集光される。本実施例において
は、基板面をターゲット方向に延長したときに、ターゲ
ット面と交わる時のターゲット直径を上をレーザ光を走
査するようにミラー２を回転動作する。レンズ３は、ミ
ラー２の回転動作に同期して、レーザ光を走査したとき
にレーザ光の光路により形成される平面上を、レーザ装
置１からレンズ３までの光路の長さをａとし、レンズ３
からターゲット５までの光路長さをｂとしたときに、タ
ーゲット５上での縮小率ｂ／ａが一定となるよう二次元
動作を行う。ただし、レーザ装置１からレンズ３までの
光路の長さａがターゲット５の直径よりも十分大きい場
合は、レンズ３をターゲット５の被照射面の上記直径と
平行に一次元動作させても、上記縮小率ｂ／ａは実質的
に一定と見做せる。このような配置が可能な場合は、レ
ンズ３をターゲット５の被照射面の上記直径と平行に一
次元動作させる。レンズ３の焦点距離ｆは、１／ｆ＝１
／ａ＋１／ｂとなるよう選択する。レーザ光10は図１
(b)に示すよう、ターゲット５上を走査する。レーザ光1
0がターゲット５に照射されると、被照射面にほぼ垂直
にプルームとよばれる発光が発生する。上記の装置で
は、基板６およびターゲット５を回転させ、レーザ光10
をターゲット５上で走査しながら照射することで、ター
ゲット５全体が使用され、且つプルームの側面が基板６
の表面に均一に当たり、均一な薄膜が成膜されるように
している。
ラー２により反射され、レンズ３を透過し、入射窓41を
経てターゲット５上に集光される。本実施例において
は、基板面をターゲット方向に延長したときに、ターゲ
ット面と交わる時のターゲット直径を上をレーザ光を走
査するようにミラー２を回転動作する。レンズ３は、ミ
ラー２の回転動作に同期して、レーザ光を走査したとき
にレーザ光の光路により形成される平面上を、レーザ装
置１からレンズ３までの光路の長さをａとし、レンズ３
からターゲット５までの光路長さをｂとしたときに、タ
ーゲット５上での縮小率ｂ／ａが一定となるよう二次元
動作を行う。ただし、レーザ装置１からレンズ３までの
光路の長さａがターゲット５の直径よりも十分大きい場
合は、レンズ３をターゲット５の被照射面の上記直径と
平行に一次元動作させても、上記縮小率ｂ／ａは実質的
に一定と見做せる。このような配置が可能な場合は、レ
ンズ３をターゲット５の被照射面の上記直径と平行に一
次元動作させる。レンズ３の焦点距離ｆは、１／ｆ＝１
／ａ＋１／ｂとなるよう選択する。レーザ光10は図１
(b)に示すよう、ターゲット５上を走査する。レーザ光1
0がターゲット５に照射されると、被照射面にほぼ垂直
にプルームとよばれる発光が発生する。上記の装置で
は、基板６およびターゲット５を回転させ、レーザ光10
をターゲット５上で走査しながら照射することで、ター
ゲット５全体が使用され、且つプルームの側面が基板６
の表面に均一に当たり、均一な薄膜が成膜されるように
している。
【００１７】実施例１ 上記のレーザ蒸着装置を使用して、ターゲット５のみを
回転させる従来の方法、ターゲット５および基板６を回
転させる従来の方法および本発明の方法で酸化物超電導
薄膜を成膜した。基板６には、直径75mm、厚さ0.4mmの
円板上のSi単結晶基板を使用し、ターゲット５には、直
径75mm、厚さ５mmの円板上のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電
導体の焼結体を使用した。以下、成膜工程を説明する。
回転させる従来の方法、ターゲット５および基板６を回
転させる従来の方法および本発明の方法で酸化物超電導
薄膜を成膜した。基板６には、直径75mm、厚さ0.4mmの
円板上のSi単結晶基板を使用し、ターゲット５には、直
径75mm、厚さ５mmの円板上のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電
導体の焼結体を使用した。以下、成膜工程を説明する。
【００１８】最初に、ターゲット５をターゲットホルダ
45に、基板６を基板ホルダ46にセットした。気密チャン
バ40の内部を１×10-6Torrに排気してからＯ2 を導入
し、圧力を１Torrに調整した。図２に示すよう、基板６
とターゲット５とは、基板６の成膜面とターゲット５の
被照射面とが互いに垂直で、ターゲット５の被照射面の
中心に立つ法線が基板成膜面の中心を通るよう配置し
た。共通な成膜条件を以下に示す。 基板表面温度 300 ℃ 基板中心−ターゲット間距離 90 mm 酸素圧力 1 Torr レーザエネルギ（ターゲット上）330 ｍＪ／パルス レーザ照射面積 4 × 1 mm2 レーザパルスレート 30 Hz ターゲットの回転速度 20 ｒｐｍ 基板の回転速度 72 ｒｐｍ 成膜時間 5 分間
45に、基板６を基板ホルダ46にセットした。気密チャン
バ40の内部を１×10-6Torrに排気してからＯ2 を導入
し、圧力を１Torrに調整した。図２に示すよう、基板６
とターゲット５とは、基板６の成膜面とターゲット５の
被照射面とが互いに垂直で、ターゲット５の被照射面の
中心に立つ法線が基板成膜面の中心を通るよう配置し
た。共通な成膜条件を以下に示す。 基板表面温度 300 ℃ 基板中心−ターゲット間距離 90 mm 酸素圧力 1 Torr レーザエネルギ（ターゲット上）330 ｍＪ／パルス レーザ照射面積 4 × 1 mm2 レーザパルスレート 30 Hz ターゲットの回転速度 20 ｒｐｍ 基板の回転速度 72 ｒｐｍ 成膜時間 5 分間
【００１９】本発明の方法では、レーザ光をターゲット
の基板成膜面に平行な直径の72mmの範囲を走査速度1.9
mm／秒で走査し、両走査端で４秒、両走査端からそれぞ
れ20mmおよび30mmの位置で0.4秒停止させた。その結
果、本発明の方法で成膜されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超
電導薄膜は、180 ±７nmの厚さであったが、ターゲット
のみを回転させた従来の方法では、100 〜1400nm、ま
た、ターゲットおよび基板の両方を回転させた従来の方
法では、200〜500nmの膜厚の分布が生じた。図３(a)〜
(c)に上記のそれぞれの方法により成膜された薄膜の膜
厚分布を図示する。図３(a)は、ターゲットのみを回転
させた従来の方法、図３(b)は、ターゲットおよび基板
の両方を回転させた従来の方法、図３(c)は、ターゲッ
トおよび基板の両方を回転させ、さらにレーザ光を走査
した本発明の方法により成膜されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化
物超電導薄膜の膜厚分布を図示したものである。
の基板成膜面に平行な直径の72mmの範囲を走査速度1.9
mm／秒で走査し、両走査端で４秒、両走査端からそれぞ
れ20mmおよび30mmの位置で0.4秒停止させた。その結
果、本発明の方法で成膜されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超
電導薄膜は、180 ±７nmの厚さであったが、ターゲット
のみを回転させた従来の方法では、100 〜1400nm、ま
た、ターゲットおよび基板の両方を回転させた従来の方
法では、200〜500nmの膜厚の分布が生じた。図３(a)〜
(c)に上記のそれぞれの方法により成膜された薄膜の膜
厚分布を図示する。図３(a)は、ターゲットのみを回転
させた従来の方法、図３(b)は、ターゲットおよび基板
の両方を回転させた従来の方法、図３(c)は、ターゲッ
トおよび基板の両方を回転させ、さらにレーザ光を走査
した本発明の方法により成膜されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化
物超電導薄膜の膜厚分布を図示したものである。
【００２０】実施例２ 図１に示したレーザ蒸着装置を使用して、本発明の方法
で酸化物超電導薄膜を成膜した。基板６には、直径75m
m、厚さ0.5mmの円板上のLaAlＯ3単結晶基板を使用し、
ターゲット５には、直径75mm、厚さ５mmの円板上のＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体の焼結体を使用した。
で酸化物超電導薄膜を成膜した。基板６には、直径75m
m、厚さ0.5mmの円板上のLaAlＯ3単結晶基板を使用し、
ターゲット５には、直径75mm、厚さ５mmの円板上のＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体の焼結体を使用した。
【００２１】ターゲット５および基板６を実施例１と同
様にセットし、気密チャンバ40の内部を１×10-6Torrに
排気してからＯ2 を導入し、圧力を１Torrに調整した。
成膜条件を以下に示す。 基板表面温度 650 〜690 ℃ 基板中心−ターゲット間距離 90 mm 酸素圧力 1 Torr レーザエネルギ（ターゲット上）330 ｍＪ／パルス レーザ照射面積 4 × 1 mm2 レーザパルスレート 30 Hz ターゲットの回転速度 20 ｒｐｍ 基板の回転速度 72 ｒｐｍ 成膜時間 10 分間
様にセットし、気密チャンバ40の内部を１×10-6Torrに
排気してからＯ2 を導入し、圧力を１Torrに調整した。
成膜条件を以下に示す。 基板表面温度 650 〜690 ℃ 基板中心−ターゲット間距離 90 mm 酸素圧力 1 Torr レーザエネルギ（ターゲット上）330 ｍＪ／パルス レーザ照射面積 4 × 1 mm2 レーザパルスレート 30 Hz ターゲットの回転速度 20 ｒｐｍ 基板の回転速度 72 ｒｐｍ 成膜時間 10 分間
【００２２】実施例１と同様、レーザ光をターゲットの
直径の72mmの範囲を走査速度1.9 mm／秒で走査し、両走
査端で４秒、両走査端からそれぞれ20mmおよび30mmの位
置で0.4秒停止させて成膜を行った。その結果、得られ
た薄膜は、基板全面において平滑であり、平均220nmの
厚さで、±４％の膜厚分布しか有していなかった。さら
に、臨界温度も88〜91Ｋの範囲であり、極めて均一性が
高い高品質の薄膜であった。図４に本実施例で得られた
薄膜の膜厚分布、図５に臨界温度の分布を示す。
直径の72mmの範囲を走査速度1.9 mm／秒で走査し、両走
査端で４秒、両走査端からそれぞれ20mmおよび30mmの位
置で0.4秒停止させて成膜を行った。その結果、得られ
た薄膜は、基板全面において平滑であり、平均220nmの
厚さで、±４％の膜厚分布しか有していなかった。さら
に、臨界温度も88〜91Ｋの範囲であり、極めて均一性が
高い高品質の薄膜であった。図４に本実施例で得られた
薄膜の膜厚分布、図５に臨界温度の分布を示す。
【００２３】実施例３ 実施例２と等しい条件で、ターゲットの大きさおよび配
置、およびレーザ光の走査方法を変えて、本発明の方法
でＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の成膜を行った。本
実施例では、基板６には、直径75mm、厚さ0.5mmの円板
上のLaAlＯ3単結晶基板を使用し、ターゲット５には、
直径38mm、厚さ５mmの円板上のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超
電導体の焼結体を使用した。図６に示すよう、基板６と
ターゲット５とは、基板６の成膜面とターゲット５の被
照射面とが互いに垂直で、ターゲット５の被照射面に立
つ法線が基板６の成膜面と平行で且つ基板面と重なるよ
うに配置した。さらにターゲット５の直径は基板６の直
径の１／２より大きく、その端部における法線が基板の
中心を通るよう配置した。具体的な一例として、ターゲ
ット５の端から0.5 mmにおける法線が基板６の中心を通
るよう配置した。
置、およびレーザ光の走査方法を変えて、本発明の方法
でＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の成膜を行った。本
実施例では、基板６には、直径75mm、厚さ0.5mmの円板
上のLaAlＯ3単結晶基板を使用し、ターゲット５には、
直径38mm、厚さ５mmの円板上のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超
電導体の焼結体を使用した。図６に示すよう、基板６と
ターゲット５とは、基板６の成膜面とターゲット５の被
照射面とが互いに垂直で、ターゲット５の被照射面に立
つ法線が基板６の成膜面と平行で且つ基板面と重なるよ
うに配置した。さらにターゲット５の直径は基板６の直
径の１／２より大きく、その端部における法線が基板の
中心を通るよう配置した。具体的な一例として、ターゲ
ット５の端から0.5 mmにおける法線が基板６の中心を通
るよう配置した。
【００２４】レーザ光はターゲットの直径の36mmの範囲
を走査速度1.9 mm／秒で走査し、基板の周辺に対応する
走査端で４秒、この走査端からそれぞれ20mmおよび30mm
の位置で0.4秒停止させて成膜を行った。その結果、得
られた薄膜は、基板全面において平滑であり、平均220n
m の厚さで、±４％以下の膜厚分布しか有していなかっ
た。さらに、臨界温度も基板全面において、88〜91Ｋの
範囲であり、極めて均一性が高い高品質の薄膜であっ
た。
を走査速度1.9 mm／秒で走査し、基板の周辺に対応する
走査端で４秒、この走査端からそれぞれ20mmおよび30mm
の位置で0.4秒停止させて成膜を行った。その結果、得
られた薄膜は、基板全面において平滑であり、平均220n
m の厚さで、±４％以下の膜厚分布しか有していなかっ
た。さらに、臨界温度も基板全面において、88〜91Ｋの
範囲であり、極めて均一性が高い高品質の薄膜であっ
た。
【００２５】実施例４ 実施例２と等しい条件で、ターゲットの走査方法のみを
変えて、本発明の方法でＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄
膜の成膜を行った。本実施例では、レーザ光はターゲッ
トの直径の74mmの範囲を両走査端で0.1秒停止し、ター
ゲットの中心で25mm／秒の走査速度で、その間の走査速
度がターゲットの回転中心からの距離の２乗に反比例す
る走査速度で、ターゲットの回転中心に対して対称的に
走査した。その結果、得られた薄膜は、基板全面におい
て平滑であり、平均220nm の厚さで、±３％膜厚分布し
か有していなかった。さらに、臨界温度も基板全面にお
いて、88〜91Ｋの範囲であり、極めて均一性が高い高品
質の薄膜であった。図７に本実施例で得られた薄膜の膜
厚分布、図８に臨界温度の分布を示す。
変えて、本発明の方法でＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄
膜の成膜を行った。本実施例では、レーザ光はターゲッ
トの直径の74mmの範囲を両走査端で0.1秒停止し、ター
ゲットの中心で25mm／秒の走査速度で、その間の走査速
度がターゲットの回転中心からの距離の２乗に反比例す
る走査速度で、ターゲットの回転中心に対して対称的に
走査した。その結果、得られた薄膜は、基板全面におい
て平滑であり、平均220nm の厚さで、±３％膜厚分布し
か有していなかった。さらに、臨界温度も基板全面にお
いて、88〜91Ｋの範囲であり、極めて均一性が高い高品
質の薄膜であった。図７に本実施例で得られた薄膜の膜
厚分布、図８に臨界温度の分布を示す。
【００２６】実施例５ 実施例３と等しい条件で、ターゲットの走査方法のみを
変えて、本発明の方法でＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄
膜の成膜を行った。本実施例では、レーザ光はターゲッ
トの直径の37mmの範囲を基板の周辺部に対応する走査端
で0.1秒停止し、基板の回転中心に対応する走査端で25m
m／秒の走査速度で、その間の走査速度がターゲットの
回転中心からの距離の２乗に反比例する走査速度で走査
した。その結果、得られた薄膜は、基板全面において平
滑であり、平均220nm の厚さで、±３の膜厚分布しか有
していなかった。さらに、臨界温度も基板全面におい
て、88〜91Ｋの範囲であり、極めて均一性が高い高品質
の薄膜であった。
変えて、本発明の方法でＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄
膜の成膜を行った。本実施例では、レーザ光はターゲッ
トの直径の37mmの範囲を基板の周辺部に対応する走査端
で0.1秒停止し、基板の回転中心に対応する走査端で25m
m／秒の走査速度で、その間の走査速度がターゲットの
回転中心からの距離の２乗に反比例する走査速度で走査
した。その結果、得られた薄膜は、基板全面において平
滑であり、平均220nm の厚さで、±３の膜厚分布しか有
していなかった。さらに、臨界温度も基板全面におい
て、88〜91Ｋの範囲であり、極めて均一性が高い高品質
の薄膜であった。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、平滑で、膜厚分布および臨界温度の分布が小さ
く、大きな面積の高品質の酸化物超電導薄膜が、レーザ
蒸着法で成膜可能である。レーザ蒸着法は、成膜速度が
速く、装置が簡単なので、本発明に従えば、高品質な酸
化物超電導薄膜を低コストで作製することができる。
れば、平滑で、膜厚分布および臨界温度の分布が小さ
く、大きな面積の高品質の酸化物超電導薄膜が、レーザ
蒸着法で成膜可能である。レーザ蒸着法は、成膜速度が
速く、装置が簡単なので、本発明に従えば、高品質な酸
化物超電導薄膜を低コストで作製することができる。
【図１】(a)は、本発明の方法を実施する装置の概略図
であり、(b) は、(a)の装置の特徴的な部分の配置を示
す概略図である。
であり、(b) は、(a)の装置の特徴的な部分の配置を示
す概略図である。
【図２】実施例１、２および４における基板とターゲッ
トとの配置を示す図である。
トとの配置を示す図である。
【図３】従来の方法により成膜された酸化物超電導薄膜
および本発明の方法により成膜された酸化物超電導薄膜
の膜厚分布を示す図である。(a)および(b)が従来の方法
により成膜された酸化物超電導薄膜の膜厚分布を示し、
(c)が、本発明の方法により成膜された酸化物超電導薄
膜の膜厚分布を示す。
および本発明の方法により成膜された酸化物超電導薄膜
の膜厚分布を示す図である。(a)および(b)が従来の方法
により成膜された酸化物超電導薄膜の膜厚分布を示し、
(c)が、本発明の方法により成膜された酸化物超電導薄
膜の膜厚分布を示す。
【図４】本明細書に記載した実施例において、本発明の
方法により成膜された酸化物超電導薄膜の膜厚分布を示
す図である。
方法により成膜された酸化物超電導薄膜の膜厚分布を示
す図である。
【図５】図４の結果が得られた実施例において、本発明
の方法により成膜された酸化物超電導薄膜の臨界温度の
分布を示す図である。
の方法により成膜された酸化物超電導薄膜の臨界温度の
分布を示す図である。
【図６】実施例３および５における基板とターゲットと
の配置を示す図である。
の配置を示す図である。
【図７】本明細書に記載した他の実施例において、本発
明の方法により成膜された酸化物超電導薄膜の膜厚分布
を示す図である。
明の方法により成膜された酸化物超電導薄膜の膜厚分布
を示す図である。
【図８】図７の結果が得られた実施例において、本発明
の方法により成膜された酸化物超電導薄膜の臨界温度の
分布を示す図である。
の方法により成膜された酸化物超電導薄膜の臨界温度の
分布を示す図である。
１ レーザ装置 ２ ミラー ３ レンズ ５ ターゲット ６ 基板 10 レーザ光 40 気密チャンバ 41 入射窓 42 排気手段 45 ターゲットホルダ 46 基板ホルダ
Claims (4)
- 【請求項１】 内部の圧力および雰囲気が調整可能な気
密チャンバ内でターゲットにレーザ光を照射して、ター
ゲットの被照射面に垂直に配置した基板の成膜面上に薄
膜を成長させる方法であって、基板を回転させ、且つレ
ーザ光をターゲット上で走査して成膜を行うことを特徴
とするレーザ蒸着法による薄膜の作製方法。 - 【請求項２】 レーザ光がターゲットを走査可能である
最小の長さが、基板の代表長さの１／２よりも大きいこ
とを特徴とする請求項１に記載のレーザ蒸着法による薄
膜の作製方法。 - 【請求項３】 レーザ光の実質的な走査速度を、基板の
周辺部に対応する位置で遅く、基板の中心部に対応する
位置で速くすることを特徴とする請求項１または２に記
載のレーザ蒸着法による薄膜の作製方法。 - 【請求項４】 レーザ光の実質的な走査速度を、レーザ
光の走査を一時的に停止させることで調整することを特
徴とする請求項３に記載のレーザ蒸着法による薄膜の作
製方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6248501A JPH0885865A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | レーザ蒸着法による薄膜の作製方法 |
| US08/527,212 US6037313A (en) | 1994-09-16 | 1995-09-12 | Method and apparatus for depositing superconducting layer onto the substrate surface via off-axis laser ablation |
| CA002158490A CA2158490A1 (en) | 1994-09-16 | 1995-09-14 | Method and apparatus for depositing superconducting layer onto the substrate surface via off-axis laser ablation |
| EP95114542A EP0702416B1 (en) | 1994-09-16 | 1995-09-15 | Method and apparatus for depositing superconducting layer onto the substrate surface via off-axis laser ablation |
| DE69516784T DE69516784T2 (de) | 1994-09-16 | 1995-09-15 | Verfahren und Vorrichtung zum Auftragen einer supraleitenden Schicht auf die Oberfläche eines Substrats durch ausserachsiale Laserablation |
| KR1019950030322A KR100276963B1 (ko) | 1994-09-16 | 1995-09-16 | 축외레이저융삭법에 의한 기판표면으로의 초전도층의 퇴적방법 및 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6248501A JPH0885865A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | レーザ蒸着法による薄膜の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0885865A true JPH0885865A (ja) | 1996-04-02 |
Family
ID=17179118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6248501A Pending JPH0885865A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | レーザ蒸着法による薄膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0885865A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003105530A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-09 | Vacuum Products Kk | レーザアブレーション装置 |
| CN104532194A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-22 | 深圳大学 | 激光沉积薄膜制备装置 |
| CN110144553A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-08-20 | 复旦大学 | 大面积原子级精度激光分子束外延薄膜制备系统及方法 |
| CN114703455A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-07-05 | 松山湖材料实验室 | 组合薄膜制备方法及装置 |
-
1994
- 1994-09-16 JP JP6248501A patent/JPH0885865A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003105530A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-09 | Vacuum Products Kk | レーザアブレーション装置 |
| CN104532194A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-22 | 深圳大学 | 激光沉积薄膜制备装置 |
| CN110144553A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-08-20 | 复旦大学 | 大面积原子级精度激光分子束外延薄膜制备系统及方法 |
| CN110144553B (zh) * | 2019-04-09 | 2024-04-23 | 复旦大学 | 大面积原子级精度激光分子束外延薄膜制备系统及方法 |
| CN114703455A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-07-05 | 松山湖材料实验室 | 组合薄膜制备方法及装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020730 |