酸化物超伝導体薄膜の製造方法
【課題】ＭｇＯ基板を効率よく均一に加熱し、ＭｇＯ基板の上に酸化物超伝導体薄膜を均一に形成することができる酸化物超伝導体薄膜製造方法を提供する。
【解決手段】ＭｇＯ基板１０１の裏面に、膜厚３００ｎｍ程度のカーボン層１０２を形成した後、分子線エピタキシー装置に搬入し、カーボン層を輻射加熱することでＭｇＯ基板を均一に加熱し、ＭｇＯ基板の主表面にＮｄ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜１０４を形成する。次に、カーボン層を除去してＭｇＯ基板の裏面を露出させる。このＭｇＯ基板を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板に形成されている酸化物超伝導体薄膜を輻射加熱することでＭｇＯ基板を加熱し、ＭｇＯ基板の裏面に、Ｓｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜を、膜厚６００ｎｍ程度に形成する。こうして、ＭｇＯ基板の両面に酸化物超伝導体薄膜が形成される。
【解決手段】ＭｇＯ基板１０１の裏面に、膜厚３００ｎｍ程度のカーボン層１０２を形成した後、分子線エピタキシー装置に搬入し、カーボン層を輻射加熱することでＭｇＯ基板を均一に加熱し、ＭｇＯ基板の主表面にＮｄ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜１０４を形成する。次に、カーボン層を除去してＭｇＯ基板の裏面を露出させる。このＭｇＯ基板を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板に形成されている酸化物超伝導体薄膜を輻射加熱することでＭｇＯ基板を加熱し、ＭｇＯ基板の裏面に、Ｓｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜を、膜厚６００ｎｍ程度に形成する。こうして、ＭｇＯ基板の両面に酸化物超伝導体薄膜が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バリウムと銅とを含む酸化物からなる酸化物超伝導体薄膜の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、酸化物超伝導体が、電子デバイスの材料として様々な分野で研究開発されている。例えば、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ7やＬａＢａ2Ｃｕ3Ｏ7などの酸化物超伝導体は、マイクロ波フィルタをはじめとするマイクロ波デバイスに適用可能である。このような酸化物超伝導体をデバイスに適用する場合、酸化物超伝導体の薄膜（酸化物超伝導体薄膜）を、所定の基板の上に形成する必要がある。酸化物超伝導体薄膜を形成する基板として、低誘電率，低誘電損失である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板が用いられている。
【０００３】
ＭｇＯ基板の上に上述した酸化物超伝導体薄膜を形成する場合、ＭｇＯ基板を６５０〜８５０℃程度の高温に加熱しているが、この加熱の基板内の均一性が、形成される酸化物超伝導体薄膜の特性の基板内の均一性に大きく影響する。ＭｇＯ基板を加熱する場合、一般には、ＭｇＯ基板をＡｇペーストなどにより基板ホルダーに接着固定し、基板ホルダーからの熱が、ＭｇＯ基板の全域に均一に伝導するようにしている。しかしながら、このような方法では、基板ホルダーにＭｇＯ基板を貼り付けるときに、微小な間隙が形成されやすい。また、貼り付ける際に基板全域に均一な力を加えることは容易ではなく、Ａｇペーストの接着層を、全域に亘って均一な厚さな状態で貼り付けることは容易ではない。
【０００４】
これらのように、微小な間隙が介在し、また、接着層の厚さが不均一であると、基板ホルダーからの熱がＭｇＯ基板に均一に伝導せず、ＭｇＯ基板を均一に加熱することができない。
一方、輻射加熱機構により基板を加熱し、基板の両面にＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7の薄膜を形成する技術が提案されている（非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】H.Kinder, et al., "Double Sided YBCO Films on 4" Substrates by Thermal Reactive Evaporation", IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, Vol.5, No.2, pp.1575-1580, 1995.
【非特許文献２】J.Heremans, et al., "Thermal and electronic properties of rare-earth Ba2Cu3Ox superconductors", PHYSICAL REVIEW B, Vol.37, No.4, pp.1604-1610, 1988.
【非特許文献３】J.M.Tarascon, et al., "Oxygen and rare-earth doping of the 90-K superconducting perovskite YBa2Cu3O7-x",PHYSICAL REVIEW B, Vol.36, No.1, pp.226-234, 1987.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＭｇＯは光学的に透明であり、ＭｇＯ基板は、赤外線を透過するため、上述した輻射加熱では、ＭｇＯ基板を効率よく加熱することができないという問題があった。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ＭｇＯ基板を効率よく均一に加熱し、ＭｇＯ基板の上に酸化物超伝導体薄膜を均一に形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る酸化物超伝導体薄膜の製造方法は、ＭｇＯ基板の裏面にカーボン層が形成された状態とする第１工程と、カーボン層を輻射熱により加熱することでＭｇＯ基板が加熱された状態とし、ＭｇＯ基板の主表面に少なくともバリウムと銅とを含む酸化物からなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態とする第２工程とを少なくとも備えるようにしたものである。
【０００８】
上記酸化物超伝導体薄膜の製造方法において、第２工程の後、カーボン層を除去する第３工程と、ＭｇＯ基板の主表面に形成された酸化物超伝導体薄膜を輻射熱により加熱することでＭｇＯ基板が加熱された状態とし、ＭｇＯ基板の裏面に少なくともバリウムと銅とを含む酸化物からなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態とする第４工程とを備えるようにしてもよい。
【０００９】
上記酸化物超伝導体薄膜の製造方法において、カーボン層は、複数のカーボンの微粒子から構成されたものであればよい。例えば、カーボン層は、複数のカーボン微粒子が有機溶媒中に分散した塗布液をＭｇＯ基板の裏面に塗布して乾燥することで形成すればよい。なお、カーボン層は、膜厚が３００ｎｍ以上に形成された状態とするとよい。また、酸化物超伝導体薄膜は、バリウムと銅とに加え、Ｎｄ，Ｌａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙの少なくとも１つを含む酸化物である。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、ＭｇＯ基板の裏面にカーボン層が形成された状態とし、このカーボン層を輻射熱により加熱することでＭｇＯ基板が加熱された状態とするようにしたので、ＭｇＯ基板を効率よく均一に加熱し、ＭｇＯ基板の上に酸化物超伝導体薄膜を均一に形成することができるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における酸化物超伝導体薄膜の製造方法を説明するための工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板１０１を用意する。ＭｇＯ基板１０１は、主表面が（１００）面とされたものであり、また、一辺が２０ｍｍ程度の矩形の基板である。次に、図１（ｂ）に示すように、ＭｇＯ基板１０１の一方の面（裏面）に、膜厚３００ｎｍ程度のカーボン層１０２が形成された状態とする。
【００１２】
例えば、平均粒径が数十ｎｍの複数のカーボン微粒子が有機溶媒中に分散した塗布液を用意し、この塗布液をＭｇＯ基板１０１に塗布して塗布膜を形成し、形成した塗布膜より有機溶媒を揮発除去すればよい。これらのことにより、ＭｇＯ基板１０１の裏面に、複数のカーボンの微粒子から構成されたカーボン層１０２が形成された状態が容易に得られる。なお、カーボン層１０２は、複数のカーボンの微粒子から構成された層である必要はなく、カーボンから構成された層であればよい。また、カーボン層１０２は、例えば、蒸着などにより形成してもよい。ただし、前述した塗布により形成したカーボン層１０２は、有機溶剤などを用いることで容易に除去可能である。
【００１３】
次に、図１（ｃ）に示すように、ＭｇＯ基板１０１が酸素雰囲気１０３の中に配置された状態とし、加えて、ＭｇＯ基板１０１に１０００℃・１２時間の加熱処理が行われた状態とする。このことにより、ＭｇＯ基板１０１の他方の面（主表面）に形成されている劣化層が除去された状態とする。よく知られているように、ＭｇＯには潮解性があるために基板の表面が劣化して劣化層が形成されているため、上述した高温処理により劣化層を除去しておく。
【００１４】
ついで、ＭｇＯ基板１０１を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板１０１に形成されているカーボン層１０２を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板１０１が７００℃程度に加熱された状態とする。カーボン層１０２は、黒色であるために輻射熱により効率よく加熱され、加熱されたカーボン層１０２により、ＭｇＯ基板１０１が効率よく均一に加熱されるようになる。このように、ＭｇＯ基板１０１が加熱された状態とし、例えば、ネオジウム（Ｎｄ），バリウム（Ｂａ），及び銅（Ｃｕ）を蒸発源とする分子線エピタキシー法により、図１（ｄ）に示すように、ＭｇＯ基板１０１の主表面にＮｄ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜１０４が膜厚３００ｎｍ程度に形成された状態とする。
【００１５】
例えば、ＭｇＯ基板１０１が搬入された処理室内を１×１０-7Ｐａ程度にまで排気する。ついで、処理室内に酸素ラジカルを導入し、ＭｇＯ基板１０１の主表面に酸素ラジカルを含む反応ガスが供給された（吹き付けられた）状態とする。酸素ラジカルは、所定の酸素ラジカル生成装置を用いて供給すればよく、２sccmで供給すればよい。酸素ラジカルの代わりに、オゾンガスなどの他の酸化ガスを供給するようにしてもよい。このとき、基板近傍の圧力は、６×１０-3Ｐａ程度の圧力に制御された状態とする。なお、sccmは、流量の単位あり、０℃・１気圧の流体が１分間に１ｃｍ3流れることを示す。
【００１６】
以上のように酸素ラジカルを含む反応ガスが供給された後、前述したように、輻射熱によるカーボン層１０２の加熱でＭｇＯ基板１０１が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。ついで、処理室内に配置されている各るつぼ内に収容されているＮｄ，Ｂａ，及びＣｕの各蒸着源を、電子ビーム照射により所定温度にまで加熱して蒸発させ、これらよりなる金属原料がＭｇＯ基板１０１の主表面に供給された状態とする。これらの結果、ＭｇＯ基板１０１の主表面では、供給されている金属原料が酸素ラジカルにより酸化されるなどのことにより、Ｎｄ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-dからなる酸化物超伝導体薄膜１０４が形成された状態が得られる。この後、ＭｇＯ基板１０１の温度が２００℃程度にまで低下されるまで、基板の雰囲気に前述した反応ガスが供給されている状態とする。
【００１７】
以上のようにすることで、均一に加熱された状態のＭｇＯ基板１０１の主表面に、酸化物超伝導体薄膜１０４が形成された状態が得られる。次に、例えば、有機溶剤による洗浄や、活性状態の酸素を用いたアッシングなどにより、裏面に形成されているカーボン層１０２を除去し、図１（ｅ）に示すように、ＭｇＯ基板１０１の裏面が露出した状態とする。ついで、前述同様に、ＭｇＯ基板１０１が酸素雰囲気１０３の中に配置された状態とし、加えて、ＭｇＯ基板１０１を加熱処理することで、裏面側の劣化層が除去された状態とする（図１（ｆ））。
【００１８】
次に、ＭｇＯ基板１０１を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板１０１に形成されている酸化物超伝導体薄膜１０４を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板１０１が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。この輻射熱により酸化物超伝導体薄膜１０４は効率よく加熱され、加熱された酸化物超伝導体薄膜１０４により、ＭｇＯ基板１０１が効率よく均一に加熱されるようになる。このように、ＭｇＯ基板１０１が加熱された状態とし、Ｎｄ，Ｂａ，及びＣｕを蒸発源とする分子線エピタキシー法により、図１（ｇ）に示すように、ＭｇＯ基板１０１の裏面にＮｄ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜１０５が膜厚３００ｎｍ程度に形成された状態とする。酸化物超伝導体薄膜１０５の形成は、前述した酸化物超伝導体薄膜１０４の形成と同様である。これらのことにより、ＭｇＯ基板１０１の両面に、酸化物超伝導体薄膜が形成された状態が得られる。
【００１９】
次に、上述したことにより形成された酸化物超伝導体薄膜１０４及び酸化物超伝導体薄膜１０５の、７７Ｋにおける超伝導臨界電流値（Ｊｃ）の測定結果（基板内のバラツキ）について説明する。まず、酸化物超伝導体薄膜１０４は、図２（ａ）に示すように、測定した範囲内において、超伝導臨界電流値が４．５〜５．０ＭＡ／ｃｍ2となり、高い均一性が得られている。また、酸化物超伝導体薄膜１０５は、図２（ｂ）に示すように、測定した範囲内において、超伝導臨界電流値が４．０〜５．０ＭＡ／ｃｍ2となり、こちらも、高い均一性が得られている。これらのように、図１を用いて説明した製造方法によれば、ＭｇＯ基板１０１の両面に、酸化物超伝導体薄膜を均一に形成できる。
【００２０】
次に、カーボン層１０２の膜厚について説明する。ＭｇＯ基板を効率よく均一に加熱するためには、以降に説明するように、カーボン層の膜厚を制御した方がよい。以下に、カーボン層の好適な膜厚について説明する。なお、以下では、Ｌａ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜を形成する場合を例にして説明する。まず、前述同様に、１辺が２０ｍｍ程度の矩形の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板を用意する。ＭｇＯ基板は、主表面が（１００）面とされたものである。次に、ＭｇＯ基板の裏面に、やはり前述同様に、膜厚１００ｎｍ程度のカーボン層が形成された状態とする。次に、ＭｇＯ基板の主表面に形成されている劣化層が除去された状態とする。
【００２１】
ついで、ＭｇＯ基板を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板に形成されているカーボン層を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。このように、ＭｇＯ基板が加熱された状態とし、ランタン（Ｌａ），Ｂａ，及びＣｕを蒸発源とする分子線エピタキシー法により、ＭｇＯ基板の主表面にＬａ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜が膜厚２００ｎｍ程度に形成された状態とする。
【００２２】
例えば、ＭｇＯ基板が搬入された処理室内を１×１０-7Ｐａ程度にまで排気する。ついで、処理室内に酸素ラジカルを導入し、ＭｇＯ基板の主表面に酸素ラジカルを含む反応ガスが供給された（吹き付けられた）状態とする。酸素ラジカルは、所定の酸素ラジカル生成装置を用いて供給すればよく、２sccmで供給すればよい。酸素ラジカルの代わりに、オゾンガスなどの他の酸化ガスを供給するようにしてもよい。このとき、基板近傍の圧力は、６×１０-3Ｐａ程度の圧力に制御された状態とする。
【００２３】
以上のように酸素ラジカルを含む反応ガスが供給された後、前述したように、輻射熱によるカーボン層の加熱でＭｇＯ基板が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。ついで、処理室内に配置されている各るつぼ内に収容されているＬａ，Ｂａ，及びＣｕの各蒸着源を、電子ビーム照射により所定温度にまで加熱して蒸発させ、これらよりなる金属原料がＭｇＯ基板の主表面に供給された状態とする。これらの結果、ＭｇＯ基板の主表面では、供給されている金属原料が酸素ラジカルにより酸化されるなどのことにより、Ｌａ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-dからなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態が得られる。この後、ＭｇＯ基板の温度が２００℃程度にまで低下されるまで、基板の雰囲気に前述した反応ガスが供給されている状態とする。
【００２４】
以上のようにすることで、均一に加熱された状態のＭｇＯ基板の主表面に、Ｌａ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態が得られる。上述したように、カーボン層の膜厚を２００ｎｍと薄くした場合、主表面に形成される酸化物超伝導体薄膜は、図３に示すように、測定した範囲内において、超伝導臨界電流値が０．１３〜４．０ＭＡ／ｃｍ2となり、大きくばらつく。また、超伝導臨界電流値は、より小さい値となる。カーボン層の膜厚を１００ｎｍと更に薄くすると、上述した特性が更に劣化する。これらのことより、カーボン層は、膜厚３００ｎｍ以上に形成されていた方がよい。
【００２５】
ところで、前述したように、ＭｇＯ基板１０１の両面に酸化物超伝導体薄膜を形成する場合、裏面に酸化物超伝導体薄膜１０５を形成するときは、すでに形成されている酸化物超伝導体薄膜１０４を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板１０１を効率よく均一に加熱するようにしている。従って、上述したカーボン層１０２の膜厚と同様に、両面に酸化物超伝導体薄膜を形成する場合、先に形成されている酸化物超伝導体薄膜１０４の膜厚の制御も重要となる。以下に、両面に酸化物超伝導体薄膜を形成する場合の、先に形成する酸化物超伝導体薄膜の膜厚について説明する。なお、以下では、Ｓｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜を形成する場合を例にして説明する。
【００２６】
まず、前述同様に、１辺が２０ｍｍ程度の矩形の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板を用意する。ＭｇＯ基板は、主表面が（１００）面とされたものである。次に、ＭｇＯ基板の裏面に、やはり前述同様に、膜厚５００ｎｍ程度のカーボン層が形成された状態とする。次に、ＭｇＯ基板の主表面に形成されている劣化層が除去された状態とする。
【００２７】
ついで、ＭｇＯ基板を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板に形成されているカーボン層を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。このように、ＭｇＯ基板が加熱された状態とし、サマリウム（Ｓｍ），Ｂａ，及びＣｕを蒸発源とする分子線エピタキシー法により、ＭｇＯ基板の主表面にＳｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜が膜厚２００ｎｍ程度に形成された状態とする。
【００２８】
例えば、ＭｇＯ基板が搬入された処理室内を１×１０-7Ｐａ程度にまで排気する。ついで、処理室内に酸素ラジカルを導入し、ＭｇＯ基板の主表面に酸素ラジカルを含む反応ガスが供給された（吹き付けられた）状態とする。酸素ラジカルは、所定の酸素ラジカル生成装置を用いて供給すればよく、２sccmで供給すればよい。酸素ラジカルの代わりに、オゾンガスなどの他の酸化ガスを供給するようにしてもよい。このとき、基板近傍の圧力は、６×１０-3Ｐａ程度の圧力に制御された状態とする。
【００２９】
以上のように酸素ラジカルを含む反応ガスが供給された後、前述したように、輻射熱によるカーボン層の加熱でＭｇＯ基板が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。ついで、処理室内に配置されている各るつぼ内に収容されているＳｍ，Ｂａ，及びＣｕの各蒸着源を、電子ビーム照射により所定温度にまで加熱して蒸発させ、これらよりなる金属原料がＭｇＯ基板の主表面に供給された状態とする。これらの結果、ＭｇＯ基板の主表面では、供給されている金属原料が酸素ラジカルにより酸化されるなどのことにより、Ｓｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-dからなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態が得られる。この後、ＭｇＯ基板の温度が２００℃程度にまで低下されるまで、基板の雰囲気に前述した反応ガスが供給されている状態とする。
【００３０】
以上のようにすることで、均一に加熱された状態のＭｇＯ基板の主表面に、Ｓｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態が得られる。次に、例えば、有機溶剤による洗浄や、活性状態の酸素を用いたアッシングなどにより、裏面に形成されているカーボン層を除去し、ＭｇＯ基板の裏面が露出した状態とする。ついで、前述同様に、ＭｇＯ基板が酸素雰囲気の中に配置された状態とし、加えて、ＭｇＯ基板を加熱処理することで、裏面側の劣化層が除去された状態とする。
【００３１】
次に、ＭｇＯ基板を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板に形成されている酸化物超伝導体薄膜を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。このように、ＭｇＯ基板が加熱された状態とし、Ｓｍ，Ｂａ，及びＣｕを蒸発源とする分子線エピタキシー法により、ＭｇＯ基板の裏面に、Ｓｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜が、膜厚６００ｎｍ程度に形成された状態とする。酸化物超伝導体薄膜の形成は、前述した酸化物超伝導体薄膜の形成と同様である。これらのことにより、ＭｇＯ基板の両面に、酸化物超伝導体薄膜が形成された状態が得られる。
【００３２】
次に、上述したことにより形成された主表面の酸化物超伝導体薄膜及び裏面の酸化物超伝導体薄膜の、７７Ｋにおける超伝導臨界電流値（Ｊｃ）の測定結果（基板内のバラツキ）について説明する。まず、主表面の酸化物超伝導体薄膜は、図４（ａ）に示すように、測定した範囲内において、超伝導臨界電流値が４．０〜４．５ＭＡ／ｃｍ2となり、高い均一性が得られている。一方、裏面の酸化物超伝導体薄膜は、図４（ｂ）に示すように、測定した範囲内において、超伝導臨界電流値が０．０５〜３．０ＭＡ／ｃｍ2となり、大きくばらつく。また、超伝導臨界電流値は、小さい値となる。
【００３３】
これに対し、先に形成される表面の酸化物超伝導体薄膜を膜厚３００ｎｍ程度に形成しておくと、裏面の酸化物超伝導体薄膜の超伝導臨界電流値は、表面の酸化物超伝導体薄膜と同様に高い均一性が得られる。これらのことにより、裏面側にも酸化物超伝導体薄膜を形成する場合、先に主面に形成されている酸化物超伝導体薄膜は、膜厚３００ｎｍ以上とされていた方がよいことが分かる。また、上述では、Ｓｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜を例にとり説明したが、これに限るものではない。ＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7（ＲＥはＮｄ，Ｌａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙの１つ）であれば、吸熱分散効果がほぼ等しいので、いずれの酸化物超伝導体薄膜であっても同様である（非特許文献２参照）。
【００３４】
次に、形成する酸化物超伝導体薄膜の膜厚と均一性との関係について説明する。以下では、Ｓｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜を形成する場合を例にして説明する。まず、前述同様に、１辺が２０ｍｍ程度の矩形の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板を用意する。ＭｇＯ基板は、主表面が（１００）面とされたものである。また、８枚のＭｇＯ基板を用意する。次に、各ＭｇＯ基板の裏面に、やはり前述同様に、膜厚５００ｎｍ程度のカーボン層が形成された状態とする。次に、各ＭｇＯ基板の主表面に形成されている劣化層が除去された状態とする。
【００３５】
ついで、ＭｇＯ基板を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板に形成されているカーボン層を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。このように、ＭｇＯ基板が加熱された状態とし、ユウロピウム（Ｅｕ），Ｂａ，及びＣｕを蒸発源とする分子線エピタキシー法により、各ＭｇＯ基板の主表面にＥｕ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる膜厚７００ｎｍの酸化物超伝導体薄膜が形成された状態とする。
【００３６】
次に、例えば、有機溶剤による洗浄や、活性状態の酸素を用いたアッシングなどにより、各ＭｇＯ基板の裏面に形成されているカーボン層を除去し、各ＭｇＯ基板の裏面が露出した状態とする。ついで、前述同様に、ＭｇＯ基板が酸素雰囲気の中に配置された状態とし、加えて、ＭｇＯ基板を加熱処理することで、各ＭｇＯ基板の裏面側の劣化層が除去された状態とする。
【００３７】
次に、ＭｇＯ基板を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板に形成されている酸化物超伝導体薄膜を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。このように、ＭｇＯ基板が加熱された状態とし、Ｅｕ，Ｂａ，及びＣｕを蒸発源とする分子線エピタキシー法により、ＭｇＯ基板の裏面にＥｕ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態とする。酸化物超伝導体薄膜の形成は、前述した酸化物超伝導体薄膜の形成と同様である。
【００３８】
これらのことにより、裏面側に、膜厚１００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板、膜厚２００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板、膜厚３００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板、膜厚４００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板、膜厚５００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板、膜厚６００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板、膜厚７００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板、膜厚８００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板が、各々形成された状態とする。
【００３９】
次に、上述したことにより形成された裏面の酸化物超伝導体薄膜の、７７Ｋにおける超伝導臨界電流値（Ｊｃ）の測定結果（基板内のバラツキ）について説明する。まず、膜厚２００ｎｍ以上に形成した酸化物超伝導体薄膜は、図５（ａ）に示すように、測定した範囲内において、超伝導臨界電流値が４．０〜４．５ＭＡ／ｃｍ2となり、高い均一性が得られている。一方、膜厚２００ｎｍ以下に形成した酸化物超伝導体薄膜は、図５（ｂ）に示すように、測定した範囲内において、超伝導臨界電流値が２．３〜３．０ＭＡ／ｃｍ2となり、大きくばらつく。また、超伝導臨界電流値は、小さい値となる。これは、酸化物超伝導体薄膜の膜厚が２００ｎｍより薄い場合に、超伝導臨界温度が低下することが原因であることが判明している。
【００４０】
なお、上述では、ＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３、ＲＥは、Ｎｄ，Ｌａ，Ｓｍ，Ｅｕ）からなる酸化物超伝導体薄膜を形成する場合について説明したが、ＲＥ1-xＢａ2-yＣｕ3-zＯ7-d，ＲＥ1+xＢａ2-yＣｕ3-zＯ7-d，ＲＥ1+xＢａ2+yＣｕ3-zＯ7-d，ＲＥ1+xＢａ2+yＣｕ3+zＯ7-d，ＲＥ1+xＢａ2-yＣｕ3+zＯ7-d，ＲＥ1-xＢａ2+yＣｕ3+zＯ7-d，ＲＥ1-xＢａ2-yＣｕ3+zＯ7-d（０≦ｘ≦０．２，０≦ｙ≦０．２，０≦ｚ≦０．２，０≦ｄ≦０．３）であっても同様である。また、ＲＥが、ガドリニウム（Ｇｄ），テルビウム（Ｔｂ），ジスプロシウム（Ｄｙ），ホルミウム（Ｈｏ），イットリウム（Ｙ）であっても同様である（非特許文献３参照）。また、上述では、１辺２０ｍｍの矩形基板を例に説明したが、これに限るものではなく、１辺４０ｍｍの矩形基板，直径２インチの円形基板であっても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態における酸化物超伝導体薄膜の製造方法を説明するための工程図である。
【図２】７７Ｋにおける超伝導臨界電流値（Ｊｃ）の測定結果（基板内のバラツキ）について示す説明図である。
【図３】７７Ｋにおける超伝導臨界電流値（Ｊｃ）の測定結果（基板内のバラツキ）について示す説明図である。
【図４】７７Ｋにおける超伝導臨界電流値（Ｊｃ）の測定結果（基板内のバラツキ）について示す説明図である。
【図５】７７Ｋにおける超伝導臨界電流値（Ｊｃ）の測定結果（基板内のバラツキ）について示す説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０１…酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板、１０２…カーボン層、１０３…酸素雰囲気、１０４…酸化物超伝導体薄膜、１０５…酸化物超伝導体薄膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バリウムと銅とを含む酸化物からなる酸化物超伝導体薄膜の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、酸化物超伝導体が、電子デバイスの材料として様々な分野で研究開発されている。例えば、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ7やＬａＢａ2Ｃｕ3Ｏ7などの酸化物超伝導体は、マイクロ波フィルタをはじめとするマイクロ波デバイスに適用可能である。このような酸化物超伝導体をデバイスに適用する場合、酸化物超伝導体の薄膜（酸化物超伝導体薄膜）を、所定の基板の上に形成する必要がある。酸化物超伝導体薄膜を形成する基板として、低誘電率，低誘電損失である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板が用いられている。
【０００３】
ＭｇＯ基板の上に上述した酸化物超伝導体薄膜を形成する場合、ＭｇＯ基板を６５０〜８５０℃程度の高温に加熱しているが、この加熱の基板内の均一性が、形成される酸化物超伝導体薄膜の特性の基板内の均一性に大きく影響する。ＭｇＯ基板を加熱する場合、一般には、ＭｇＯ基板をＡｇペーストなどにより基板ホルダーに接着固定し、基板ホルダーからの熱が、ＭｇＯ基板の全域に均一に伝導するようにしている。しかしながら、このような方法では、基板ホルダーにＭｇＯ基板を貼り付けるときに、微小な間隙が形成されやすい。また、貼り付ける際に基板全域に均一な力を加えることは容易ではなく、Ａｇペーストの接着層を、全域に亘って均一な厚さな状態で貼り付けることは容易ではない。
【０００４】
これらのように、微小な間隙が介在し、また、接着層の厚さが不均一であると、基板ホルダーからの熱がＭｇＯ基板に均一に伝導せず、ＭｇＯ基板を均一に加熱することができない。
一方、輻射加熱機構により基板を加熱し、基板の両面にＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7の薄膜を形成する技術が提案されている（非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】H.Kinder, et al., "Double Sided YBCO Films on 4" Substrates by Thermal Reactive Evaporation", IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, Vol.5, No.2, pp.1575-1580, 1995.
【非特許文献２】J.Heremans, et al., "Thermal and electronic properties of rare-earth Ba2Cu3Ox superconductors", PHYSICAL REVIEW B, Vol.37, No.4, pp.1604-1610, 1988.
【非特許文献３】J.M.Tarascon, et al., "Oxygen and rare-earth doping of the 90-K superconducting perovskite YBa2Cu3O7-x",PHYSICAL REVIEW B, Vol.36, No.1, pp.226-234, 1987.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＭｇＯは光学的に透明であり、ＭｇＯ基板は、赤外線を透過するため、上述した輻射加熱では、ＭｇＯ基板を効率よく加熱することができないという問題があった。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ＭｇＯ基板を効率よく均一に加熱し、ＭｇＯ基板の上に酸化物超伝導体薄膜を均一に形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る酸化物超伝導体薄膜の製造方法は、ＭｇＯ基板の裏面にカーボン層が形成された状態とする第１工程と、カーボン層を輻射熱により加熱することでＭｇＯ基板が加熱された状態とし、ＭｇＯ基板の主表面に少なくともバリウムと銅とを含む酸化物からなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態とする第２工程とを少なくとも備えるようにしたものである。
【０００８】
上記酸化物超伝導体薄膜の製造方法において、第２工程の後、カーボン層を除去する第３工程と、ＭｇＯ基板の主表面に形成された酸化物超伝導体薄膜を輻射熱により加熱することでＭｇＯ基板が加熱された状態とし、ＭｇＯ基板の裏面に少なくともバリウムと銅とを含む酸化物からなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態とする第４工程とを備えるようにしてもよい。
【０００９】
上記酸化物超伝導体薄膜の製造方法において、カーボン層は、複数のカーボンの微粒子から構成されたものであればよい。例えば、カーボン層は、複数のカーボン微粒子が有機溶媒中に分散した塗布液をＭｇＯ基板の裏面に塗布して乾燥することで形成すればよい。なお、カーボン層は、膜厚が３００ｎｍ以上に形成された状態とするとよい。また、酸化物超伝導体薄膜は、バリウムと銅とに加え、Ｎｄ，Ｌａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙの少なくとも１つを含む酸化物である。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、ＭｇＯ基板の裏面にカーボン層が形成された状態とし、このカーボン層を輻射熱により加熱することでＭｇＯ基板が加熱された状態とするようにしたので、ＭｇＯ基板を効率よく均一に加熱し、ＭｇＯ基板の上に酸化物超伝導体薄膜を均一に形成することができるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における酸化物超伝導体薄膜の製造方法を説明するための工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板１０１を用意する。ＭｇＯ基板１０１は、主表面が（１００）面とされたものであり、また、一辺が２０ｍｍ程度の矩形の基板である。次に、図１（ｂ）に示すように、ＭｇＯ基板１０１の一方の面（裏面）に、膜厚３００ｎｍ程度のカーボン層１０２が形成された状態とする。
【００１２】
例えば、平均粒径が数十ｎｍの複数のカーボン微粒子が有機溶媒中に分散した塗布液を用意し、この塗布液をＭｇＯ基板１０１に塗布して塗布膜を形成し、形成した塗布膜より有機溶媒を揮発除去すればよい。これらのことにより、ＭｇＯ基板１０１の裏面に、複数のカーボンの微粒子から構成されたカーボン層１０２が形成された状態が容易に得られる。なお、カーボン層１０２は、複数のカーボンの微粒子から構成された層である必要はなく、カーボンから構成された層であればよい。また、カーボン層１０２は、例えば、蒸着などにより形成してもよい。ただし、前述した塗布により形成したカーボン層１０２は、有機溶剤などを用いることで容易に除去可能である。
【００１３】
次に、図１（ｃ）に示すように、ＭｇＯ基板１０１が酸素雰囲気１０３の中に配置された状態とし、加えて、ＭｇＯ基板１０１に１０００℃・１２時間の加熱処理が行われた状態とする。このことにより、ＭｇＯ基板１０１の他方の面（主表面）に形成されている劣化層が除去された状態とする。よく知られているように、ＭｇＯには潮解性があるために基板の表面が劣化して劣化層が形成されているため、上述した高温処理により劣化層を除去しておく。
【００１４】
ついで、ＭｇＯ基板１０１を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板１０１に形成されているカーボン層１０２を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板１０１が７００℃程度に加熱された状態とする。カーボン層１０２は、黒色であるために輻射熱により効率よく加熱され、加熱されたカーボン層１０２により、ＭｇＯ基板１０１が効率よく均一に加熱されるようになる。このように、ＭｇＯ基板１０１が加熱された状態とし、例えば、ネオジウム（Ｎｄ），バリウム（Ｂａ），及び銅（Ｃｕ）を蒸発源とする分子線エピタキシー法により、図１（ｄ）に示すように、ＭｇＯ基板１０１の主表面にＮｄ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜１０４が膜厚３００ｎｍ程度に形成された状態とする。
【００１５】
例えば、ＭｇＯ基板１０１が搬入された処理室内を１×１０-7Ｐａ程度にまで排気する。ついで、処理室内に酸素ラジカルを導入し、ＭｇＯ基板１０１の主表面に酸素ラジカルを含む反応ガスが供給された（吹き付けられた）状態とする。酸素ラジカルは、所定の酸素ラジカル生成装置を用いて供給すればよく、２sccmで供給すればよい。酸素ラジカルの代わりに、オゾンガスなどの他の酸化ガスを供給するようにしてもよい。このとき、基板近傍の圧力は、６×１０-3Ｐａ程度の圧力に制御された状態とする。なお、sccmは、流量の単位あり、０℃・１気圧の流体が１分間に１ｃｍ3流れることを示す。
【００１６】
以上のように酸素ラジカルを含む反応ガスが供給された後、前述したように、輻射熱によるカーボン層１０２の加熱でＭｇＯ基板１０１が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。ついで、処理室内に配置されている各るつぼ内に収容されているＮｄ，Ｂａ，及びＣｕの各蒸着源を、電子ビーム照射により所定温度にまで加熱して蒸発させ、これらよりなる金属原料がＭｇＯ基板１０１の主表面に供給された状態とする。これらの結果、ＭｇＯ基板１０１の主表面では、供給されている金属原料が酸素ラジカルにより酸化されるなどのことにより、Ｎｄ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-dからなる酸化物超伝導体薄膜１０４が形成された状態が得られる。この後、ＭｇＯ基板１０１の温度が２００℃程度にまで低下されるまで、基板の雰囲気に前述した反応ガスが供給されている状態とする。
【００１７】
以上のようにすることで、均一に加熱された状態のＭｇＯ基板１０１の主表面に、酸化物超伝導体薄膜１０４が形成された状態が得られる。次に、例えば、有機溶剤による洗浄や、活性状態の酸素を用いたアッシングなどにより、裏面に形成されているカーボン層１０２を除去し、図１（ｅ）に示すように、ＭｇＯ基板１０１の裏面が露出した状態とする。ついで、前述同様に、ＭｇＯ基板１０１が酸素雰囲気１０３の中に配置された状態とし、加えて、ＭｇＯ基板１０１を加熱処理することで、裏面側の劣化層が除去された状態とする（図１（ｆ））。
【００１８】
次に、ＭｇＯ基板１０１を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板１０１に形成されている酸化物超伝導体薄膜１０４を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板１０１が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。この輻射熱により酸化物超伝導体薄膜１０４は効率よく加熱され、加熱された酸化物超伝導体薄膜１０４により、ＭｇＯ基板１０１が効率よく均一に加熱されるようになる。このように、ＭｇＯ基板１０１が加熱された状態とし、Ｎｄ，Ｂａ，及びＣｕを蒸発源とする分子線エピタキシー法により、図１（ｇ）に示すように、ＭｇＯ基板１０１の裏面にＮｄ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜１０５が膜厚３００ｎｍ程度に形成された状態とする。酸化物超伝導体薄膜１０５の形成は、前述した酸化物超伝導体薄膜１０４の形成と同様である。これらのことにより、ＭｇＯ基板１０１の両面に、酸化物超伝導体薄膜が形成された状態が得られる。
【００１９】
次に、上述したことにより形成された酸化物超伝導体薄膜１０４及び酸化物超伝導体薄膜１０５の、７７Ｋにおける超伝導臨界電流値（Ｊｃ）の測定結果（基板内のバラツキ）について説明する。まず、酸化物超伝導体薄膜１０４は、図２（ａ）に示すように、測定した範囲内において、超伝導臨界電流値が４．５〜５．０ＭＡ／ｃｍ2となり、高い均一性が得られている。また、酸化物超伝導体薄膜１０５は、図２（ｂ）に示すように、測定した範囲内において、超伝導臨界電流値が４．０〜５．０ＭＡ／ｃｍ2となり、こちらも、高い均一性が得られている。これらのように、図１を用いて説明した製造方法によれば、ＭｇＯ基板１０１の両面に、酸化物超伝導体薄膜を均一に形成できる。
【００２０】
次に、カーボン層１０２の膜厚について説明する。ＭｇＯ基板を効率よく均一に加熱するためには、以降に説明するように、カーボン層の膜厚を制御した方がよい。以下に、カーボン層の好適な膜厚について説明する。なお、以下では、Ｌａ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜を形成する場合を例にして説明する。まず、前述同様に、１辺が２０ｍｍ程度の矩形の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板を用意する。ＭｇＯ基板は、主表面が（１００）面とされたものである。次に、ＭｇＯ基板の裏面に、やはり前述同様に、膜厚１００ｎｍ程度のカーボン層が形成された状態とする。次に、ＭｇＯ基板の主表面に形成されている劣化層が除去された状態とする。
【００２１】
ついで、ＭｇＯ基板を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板に形成されているカーボン層を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。このように、ＭｇＯ基板が加熱された状態とし、ランタン（Ｌａ），Ｂａ，及びＣｕを蒸発源とする分子線エピタキシー法により、ＭｇＯ基板の主表面にＬａ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜が膜厚２００ｎｍ程度に形成された状態とする。
【００２２】
例えば、ＭｇＯ基板が搬入された処理室内を１×１０-7Ｐａ程度にまで排気する。ついで、処理室内に酸素ラジカルを導入し、ＭｇＯ基板の主表面に酸素ラジカルを含む反応ガスが供給された（吹き付けられた）状態とする。酸素ラジカルは、所定の酸素ラジカル生成装置を用いて供給すればよく、２sccmで供給すればよい。酸素ラジカルの代わりに、オゾンガスなどの他の酸化ガスを供給するようにしてもよい。このとき、基板近傍の圧力は、６×１０-3Ｐａ程度の圧力に制御された状態とする。
【００２３】
以上のように酸素ラジカルを含む反応ガスが供給された後、前述したように、輻射熱によるカーボン層の加熱でＭｇＯ基板が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。ついで、処理室内に配置されている各るつぼ内に収容されているＬａ，Ｂａ，及びＣｕの各蒸着源を、電子ビーム照射により所定温度にまで加熱して蒸発させ、これらよりなる金属原料がＭｇＯ基板の主表面に供給された状態とする。これらの結果、ＭｇＯ基板の主表面では、供給されている金属原料が酸素ラジカルにより酸化されるなどのことにより、Ｌａ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-dからなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態が得られる。この後、ＭｇＯ基板の温度が２００℃程度にまで低下されるまで、基板の雰囲気に前述した反応ガスが供給されている状態とする。
【００２４】
以上のようにすることで、均一に加熱された状態のＭｇＯ基板の主表面に、Ｌａ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態が得られる。上述したように、カーボン層の膜厚を２００ｎｍと薄くした場合、主表面に形成される酸化物超伝導体薄膜は、図３に示すように、測定した範囲内において、超伝導臨界電流値が０．１３〜４．０ＭＡ／ｃｍ2となり、大きくばらつく。また、超伝導臨界電流値は、より小さい値となる。カーボン層の膜厚を１００ｎｍと更に薄くすると、上述した特性が更に劣化する。これらのことより、カーボン層は、膜厚３００ｎｍ以上に形成されていた方がよい。
【００２５】
ところで、前述したように、ＭｇＯ基板１０１の両面に酸化物超伝導体薄膜を形成する場合、裏面に酸化物超伝導体薄膜１０５を形成するときは、すでに形成されている酸化物超伝導体薄膜１０４を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板１０１を効率よく均一に加熱するようにしている。従って、上述したカーボン層１０２の膜厚と同様に、両面に酸化物超伝導体薄膜を形成する場合、先に形成されている酸化物超伝導体薄膜１０４の膜厚の制御も重要となる。以下に、両面に酸化物超伝導体薄膜を形成する場合の、先に形成する酸化物超伝導体薄膜の膜厚について説明する。なお、以下では、Ｓｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜を形成する場合を例にして説明する。
【００２６】
まず、前述同様に、１辺が２０ｍｍ程度の矩形の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板を用意する。ＭｇＯ基板は、主表面が（１００）面とされたものである。次に、ＭｇＯ基板の裏面に、やはり前述同様に、膜厚５００ｎｍ程度のカーボン層が形成された状態とする。次に、ＭｇＯ基板の主表面に形成されている劣化層が除去された状態とする。
【００２７】
ついで、ＭｇＯ基板を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板に形成されているカーボン層を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。このように、ＭｇＯ基板が加熱された状態とし、サマリウム（Ｓｍ），Ｂａ，及びＣｕを蒸発源とする分子線エピタキシー法により、ＭｇＯ基板の主表面にＳｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜が膜厚２００ｎｍ程度に形成された状態とする。
【００２８】
例えば、ＭｇＯ基板が搬入された処理室内を１×１０-7Ｐａ程度にまで排気する。ついで、処理室内に酸素ラジカルを導入し、ＭｇＯ基板の主表面に酸素ラジカルを含む反応ガスが供給された（吹き付けられた）状態とする。酸素ラジカルは、所定の酸素ラジカル生成装置を用いて供給すればよく、２sccmで供給すればよい。酸素ラジカルの代わりに、オゾンガスなどの他の酸化ガスを供給するようにしてもよい。このとき、基板近傍の圧力は、６×１０-3Ｐａ程度の圧力に制御された状態とする。
【００２９】
以上のように酸素ラジカルを含む反応ガスが供給された後、前述したように、輻射熱によるカーボン層の加熱でＭｇＯ基板が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。ついで、処理室内に配置されている各るつぼ内に収容されているＳｍ，Ｂａ，及びＣｕの各蒸着源を、電子ビーム照射により所定温度にまで加熱して蒸発させ、これらよりなる金属原料がＭｇＯ基板の主表面に供給された状態とする。これらの結果、ＭｇＯ基板の主表面では、供給されている金属原料が酸素ラジカルにより酸化されるなどのことにより、Ｓｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-dからなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態が得られる。この後、ＭｇＯ基板の温度が２００℃程度にまで低下されるまで、基板の雰囲気に前述した反応ガスが供給されている状態とする。
【００３０】
以上のようにすることで、均一に加熱された状態のＭｇＯ基板の主表面に、Ｓｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態が得られる。次に、例えば、有機溶剤による洗浄や、活性状態の酸素を用いたアッシングなどにより、裏面に形成されているカーボン層を除去し、ＭｇＯ基板の裏面が露出した状態とする。ついで、前述同様に、ＭｇＯ基板が酸素雰囲気の中に配置された状態とし、加えて、ＭｇＯ基板を加熱処理することで、裏面側の劣化層が除去された状態とする。
【００３１】
次に、ＭｇＯ基板を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板に形成されている酸化物超伝導体薄膜を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。このように、ＭｇＯ基板が加熱された状態とし、Ｓｍ，Ｂａ，及びＣｕを蒸発源とする分子線エピタキシー法により、ＭｇＯ基板の裏面に、Ｓｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜が、膜厚６００ｎｍ程度に形成された状態とする。酸化物超伝導体薄膜の形成は、前述した酸化物超伝導体薄膜の形成と同様である。これらのことにより、ＭｇＯ基板の両面に、酸化物超伝導体薄膜が形成された状態が得られる。
【００３２】
次に、上述したことにより形成された主表面の酸化物超伝導体薄膜及び裏面の酸化物超伝導体薄膜の、７７Ｋにおける超伝導臨界電流値（Ｊｃ）の測定結果（基板内のバラツキ）について説明する。まず、主表面の酸化物超伝導体薄膜は、図４（ａ）に示すように、測定した範囲内において、超伝導臨界電流値が４．０〜４．５ＭＡ／ｃｍ2となり、高い均一性が得られている。一方、裏面の酸化物超伝導体薄膜は、図４（ｂ）に示すように、測定した範囲内において、超伝導臨界電流値が０．０５〜３．０ＭＡ／ｃｍ2となり、大きくばらつく。また、超伝導臨界電流値は、小さい値となる。
【００３３】
これに対し、先に形成される表面の酸化物超伝導体薄膜を膜厚３００ｎｍ程度に形成しておくと、裏面の酸化物超伝導体薄膜の超伝導臨界電流値は、表面の酸化物超伝導体薄膜と同様に高い均一性が得られる。これらのことにより、裏面側にも酸化物超伝導体薄膜を形成する場合、先に主面に形成されている酸化物超伝導体薄膜は、膜厚３００ｎｍ以上とされていた方がよいことが分かる。また、上述では、Ｓｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜を例にとり説明したが、これに限るものではない。ＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7（ＲＥはＮｄ，Ｌａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙの１つ）であれば、吸熱分散効果がほぼ等しいので、いずれの酸化物超伝導体薄膜であっても同様である（非特許文献２参照）。
【００３４】
次に、形成する酸化物超伝導体薄膜の膜厚と均一性との関係について説明する。以下では、Ｓｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜を形成する場合を例にして説明する。まず、前述同様に、１辺が２０ｍｍ程度の矩形の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板を用意する。ＭｇＯ基板は、主表面が（１００）面とされたものである。また、８枚のＭｇＯ基板を用意する。次に、各ＭｇＯ基板の裏面に、やはり前述同様に、膜厚５００ｎｍ程度のカーボン層が形成された状態とする。次に、各ＭｇＯ基板の主表面に形成されている劣化層が除去された状態とする。
【００３５】
ついで、ＭｇＯ基板を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板に形成されているカーボン層を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。このように、ＭｇＯ基板が加熱された状態とし、ユウロピウム（Ｅｕ），Ｂａ，及びＣｕを蒸発源とする分子線エピタキシー法により、各ＭｇＯ基板の主表面にＥｕ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる膜厚７００ｎｍの酸化物超伝導体薄膜が形成された状態とする。
【００３６】
次に、例えば、有機溶剤による洗浄や、活性状態の酸素を用いたアッシングなどにより、各ＭｇＯ基板の裏面に形成されているカーボン層を除去し、各ＭｇＯ基板の裏面が露出した状態とする。ついで、前述同様に、ＭｇＯ基板が酸素雰囲気の中に配置された状態とし、加えて、ＭｇＯ基板を加熱処理することで、各ＭｇＯ基板の裏面側の劣化層が除去された状態とする。
【００３７】
次に、ＭｇＯ基板を、分子線エピタキシー装置の処理室内に搬入し、ＭｇＯ基板に形成されている酸化物超伝導体薄膜を輻射熱により加熱することで、ＭｇＯ基板が７００℃程度に加熱された状態とする。なお、加熱の温度は、７００℃に限らず、６５０〜８５０℃の範囲であればよい。このように、ＭｇＯ基板が加熱された状態とし、Ｅｕ，Ｂａ，及びＣｕを蒸発源とする分子線エピタキシー法により、ＭｇＯ基板の裏面にＥｕ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３）からなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態とする。酸化物超伝導体薄膜の形成は、前述した酸化物超伝導体薄膜の形成と同様である。
【００３８】
これらのことにより、裏面側に、膜厚１００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板、膜厚２００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板、膜厚３００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板、膜厚４００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板、膜厚５００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板、膜厚６００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板、膜厚７００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板、膜厚８００ｎｍに酸化物超伝導体薄膜が形成されたＭｇＯ基板が、各々形成された状態とする。
【００３９】
次に、上述したことにより形成された裏面の酸化物超伝導体薄膜の、７７Ｋにおける超伝導臨界電流値（Ｊｃ）の測定結果（基板内のバラツキ）について説明する。まず、膜厚２００ｎｍ以上に形成した酸化物超伝導体薄膜は、図５（ａ）に示すように、測定した範囲内において、超伝導臨界電流値が４．０〜４．５ＭＡ／ｃｍ2となり、高い均一性が得られている。一方、膜厚２００ｎｍ以下に形成した酸化物超伝導体薄膜は、図５（ｂ）に示すように、測定した範囲内において、超伝導臨界電流値が２．３〜３．０ＭＡ／ｃｍ2となり、大きくばらつく。また、超伝導臨界電流値は、小さい値となる。これは、酸化物超伝導体薄膜の膜厚が２００ｎｍより薄い場合に、超伝導臨界温度が低下することが原因であることが判明している。
【００４０】
なお、上述では、ＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-d（０≦ｄ≦０．３、ＲＥは、Ｎｄ，Ｌａ，Ｓｍ，Ｅｕ）からなる酸化物超伝導体薄膜を形成する場合について説明したが、ＲＥ1-xＢａ2-yＣｕ3-zＯ7-d，ＲＥ1+xＢａ2-yＣｕ3-zＯ7-d，ＲＥ1+xＢａ2+yＣｕ3-zＯ7-d，ＲＥ1+xＢａ2+yＣｕ3+zＯ7-d，ＲＥ1+xＢａ2-yＣｕ3+zＯ7-d，ＲＥ1-xＢａ2+yＣｕ3+zＯ7-d，ＲＥ1-xＢａ2-yＣｕ3+zＯ7-d（０≦ｘ≦０．２，０≦ｙ≦０．２，０≦ｚ≦０．２，０≦ｄ≦０．３）であっても同様である。また、ＲＥが、ガドリニウム（Ｇｄ），テルビウム（Ｔｂ），ジスプロシウム（Ｄｙ），ホルミウム（Ｈｏ），イットリウム（Ｙ）であっても同様である（非特許文献３参照）。また、上述では、１辺２０ｍｍの矩形基板を例に説明したが、これに限るものではなく、１辺４０ｍｍの矩形基板，直径２インチの円形基板であっても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態における酸化物超伝導体薄膜の製造方法を説明するための工程図である。
【図２】７７Ｋにおける超伝導臨界電流値（Ｊｃ）の測定結果（基板内のバラツキ）について示す説明図である。
【図３】７７Ｋにおける超伝導臨界電流値（Ｊｃ）の測定結果（基板内のバラツキ）について示す説明図である。
【図４】７７Ｋにおける超伝導臨界電流値（Ｊｃ）の測定結果（基板内のバラツキ）について示す説明図である。
【図５】７７Ｋにおける超伝導臨界電流値（Ｊｃ）の測定結果（基板内のバラツキ）について示す説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０１…酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板、１０２…カーボン層、１０３…酸素雰囲気、１０４…酸化物超伝導体薄膜、１０５…酸化物超伝導体薄膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＯ基板の裏面にカーボン層が形成された状態とする第１工程と、
前記カーボン層を輻射熱により加熱することで前記ＭｇＯ基板が加熱された状態とし、前記ＭｇＯ基板の主表面に少なくともバリウムと銅とを含む酸化物からなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態とする第２工程と
を備えることを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の酸化物超伝導体薄膜の製造方法において、
前記第２工程の後、前記カーボン層を除去する第３工程と、
前記ＭｇＯ基板の主表面に形成された酸化物超伝導体薄膜を輻射熱により加熱することで前記ＭｇＯ基板が加熱された状態とし、前記ＭｇＯ基板の裏面に少なくともバリウムと銅とを含む酸化物からなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態とする第４工程と
を備えることを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の酸化物超伝導体薄膜の製造方法において、
前記カーボン層は、複数のカーボンの微粒子から構成されたものである
ことを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の酸化物超伝導体薄膜の製造方法において、
前記カーボン層は、複数のカーボン微粒子が有機溶媒中に分散した塗布液を前記ＭｇＯ基板の裏面に塗布して乾燥することで形成する
ことを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化物超伝導体薄膜の製造方法において、
前記カーボン層は、膜厚が３００ｎｍ以上に形成された状態とする
ことを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸化物超伝導体薄膜の製造方法において、
前記酸化物超伝導体薄膜は、バリウムと銅とに加え、Ｎｄ，Ｌａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙの少なくとも１つを含む酸化物である
ことを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の製造方法。
【請求項１】
ＭｇＯ基板の裏面にカーボン層が形成された状態とする第１工程と、
前記カーボン層を輻射熱により加熱することで前記ＭｇＯ基板が加熱された状態とし、前記ＭｇＯ基板の主表面に少なくともバリウムと銅とを含む酸化物からなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態とする第２工程と
を備えることを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の酸化物超伝導体薄膜の製造方法において、
前記第２工程の後、前記カーボン層を除去する第３工程と、
前記ＭｇＯ基板の主表面に形成された酸化物超伝導体薄膜を輻射熱により加熱することで前記ＭｇＯ基板が加熱された状態とし、前記ＭｇＯ基板の裏面に少なくともバリウムと銅とを含む酸化物からなる酸化物超伝導体薄膜が形成された状態とする第４工程と
を備えることを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の酸化物超伝導体薄膜の製造方法において、
前記カーボン層は、複数のカーボンの微粒子から構成されたものである
ことを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の酸化物超伝導体薄膜の製造方法において、
前記カーボン層は、複数のカーボン微粒子が有機溶媒中に分散した塗布液を前記ＭｇＯ基板の裏面に塗布して乾燥することで形成する
ことを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化物超伝導体薄膜の製造方法において、
前記カーボン層は、膜厚が３００ｎｍ以上に形成された状態とする
ことを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸化物超伝導体薄膜の製造方法において、
前記酸化物超伝導体薄膜は、バリウムと銅とに加え、Ｎｄ，Ｌａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙの少なくとも１つを含む酸化物である
ことを特徴とする酸化物超伝導体薄膜の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１０７０７５（Ｐ２００７−１０７０７５Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０１４３６（Ｐ２００５−３０１４３６）
【出願日】平成１７年１０月１７日（２００５．１０．１７）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１７日（２００５．１０．１７）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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