[發(fā)明專利]形成超導(dǎo)氧化物材料的方法和裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 88107276.1
• 申請(qǐng)日: 1988-09-16
• 公開（公告）號(hào): CN1016388B
• 公開（公告）日: 1992-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 山崎舜平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所
• 主分類號(hào): H01B12/00
• 分類號(hào): H01B12/00;H01L39/24;H01L39/12
• 代理公司: 中國(guó)專利代理有限公司
• 代理人: 肖掬昌,肖春京

本發(fā)明是有關(guān)一種超導(dǎo)氧化物陶瓷材料和一種制造該超導(dǎo)氧化物材料的方法。

近來(lái)，超導(dǎo)陶瓷材料已引起了人們極大關(guān)注。美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司（IBM）的蘇黎世實(shí)驗(yàn)室首先以鋇-鑭-銅-氧（Ba-La-Cu-O）型高溫超導(dǎo)氧化物材料的形式發(fā)表了這類材料。此外，還公知了釔鋇銅氧（YBa₂CuO_6-8）型的超導(dǎo)氧化物材料。可是，這類材料只能通過(guò)混合和焙燒不同類型的氧化物粉末以形成小片來(lái)制取，因此，盡管當(dāng)達(dá)到90K的Tc出現(xiàn)時(shí)，也不可能獲得足夠的薄膜。另外，形成薄膜的表面部分具有非超導(dǎo)特性，并具有與薄膜相同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，對(duì)此全然不知。

這些具有多晶氧化物結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)材料的臨界電流密度是小的。為了修正這個(gè)問(wèn)題，需要相互調(diào)整晶粒的所有ab面（也可稱c面，該面與c軸方向垂直）。此外，由于超導(dǎo)材料和基片的熱膨脹系數(shù)之間存在較大差異，當(dāng)超導(dǎo)材料在高于650℃，尤其在900～950℃高溫區(qū)域制取時(shí)，將存在在液氮溫度下冷卻而導(dǎo)致薄膜破裂和導(dǎo)電性受阻的缺陷。為此，極為需要在500℃或更低溫度下進(jìn)行薄膜成形，以致于有選擇基片類型的自由度。而且，極為需要較高的超導(dǎo)氧化物材料的Tco溫度（電阻為零的溫度）。最好起始盡可能在液氮溫度（77K）或更高的溫度下。從而在薄膜結(jié)構(gòu)中可以獲得90K或更高的Tco溫度。

考慮到這一目的，本發(fā)明的發(fā)明人于1987年3月27日提交了名稱為“制造超導(dǎo)材料的方法”，申請(qǐng)?zhí)枮?2-75205的日本專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)是在加熱過(guò)程中通過(guò)施加磁物來(lái)制造超導(dǎo)材料的方法。

本發(fā)明是上述發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展。

本發(fā)明的目的是，在適當(dāng)考慮這傳統(tǒng)裝置缺陷的同時(shí)，提供一種超導(dǎo)氧化物材料，其中超導(dǎo)氧化物材料的Tco溫度（電阻為零的溫度）是高的，并且有可能在液氮溫度或更高的溫度下起始轉(zhuǎn)變，從而使薄膜結(jié)構(gòu)的Tco溫度為90K或更高。

本發(fā)明的另一目的是提供一種超導(dǎo)氧化物材料，使其在液氮溫度下冷卻不會(huì)導(dǎo)致薄膜的破裂和導(dǎo)電性受阻。

這些目的在本發(fā)明中是通過(guò)提供超導(dǎo)氧化物材料的薄膜來(lái)達(dá)到的，該超導(dǎo)氧化物材料是通過(guò)在應(yīng)用磁場(chǎng)的等離子體中由反應(yīng)氣體和反應(yīng)微粒之間的反應(yīng)來(lái)制取的，而其中磁場(chǎng)同時(shí)施加在形成薄膜的表面部分上，以致在薄膜形成時(shí)獲得晶向。

本發(fā)明的這些和其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合附圖從下述最佳實(shí)施例的描述中變得更加清楚，其中：

圖1是用于本發(fā)明的超導(dǎo)氧化物材料晶體結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子;

圖2示出了一個(gè)用于本發(fā)明的施加磁場(chǎng)的微波等離子體反應(yīng)裝置。

在本發(fā)明中，超導(dǎo)氧化物材料的薄膜是通過(guò)在應(yīng)用磁場(chǎng)的等離子體中的反應(yīng)氣體或反應(yīng)微粒之間的反應(yīng)來(lái)制取的，并且其中該磁場(chǎng)同時(shí)施加施加在形成薄膜的表面部分上（它在下文中稱之為“成膜表面部分”），以致在薄膜形成時(shí)獲得晶向。

在本發(fā)明中，即使保持在起始（工作）溫度下進(jìn)行冷卻，熱膨脹系數(shù)之間的差異將不會(huì)導(dǎo)致薄膜破裂和類似的情況。這是因?yàn)楸∧け旧淼男纬蓽囟仁窃?00～500℃的較低溫度范圍內(nèi)。甚至在該溫度下，在規(guī)定方向上產(chǎn)生具有晶軸一致取向的單晶體和多晶體。然后，為了獲得較高的臨界電流密度，應(yīng)用活性氧，如：O，O₃，以及其它類似在微波等離子體中以極高效率產(chǎn)生的氣體作為制取薄膜的反應(yīng)氣體。此外，為了避免在表面部分上的濺射（損壞），使用等離子體CVD（化學(xué)氣相沉積）法作為形成薄膜的方法，以取代濺射法，其中借助于高頻（500MHz至10GHz）微波，典型頻率為2.45GHz。當(dāng)以等離子體CVD方法產(chǎn)生等離子體時(shí)，其能量在反應(yīng)氣體或粒子中不會(huì)提供動(dòng)能。而且，當(dāng)產(chǎn)生超導(dǎo)氧化物材料薄膜時(shí)，如圖1所示，用作產(chǎn)生等離子體的磁場(chǎng)是以平行于或基本平行于具有改良鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的晶體a，b或c軸來(lái)應(yīng)用的。同時(shí)，借助于該磁場(chǎng)，晶體的成膜表面部分以一致方向排列，并且出現(xiàn)磁軸增長(zhǎng)。此外，在形成單晶體的情況下，會(huì)出現(xiàn)磁外延增長(zhǎng)。因此，在薄膜形成時(shí)，通過(guò)應(yīng)用0.1T或以上的磁場(chǎng)，以致同時(shí)在表面部分上產(chǎn)生等離子體，致使在較低溫度下，最好在200～500℃溫度下，使表面部分的取向成為可能，同時(shí)，反應(yīng)氣體或反應(yīng)粒子在活性氧或由微波制成的活性氧氣體中共同受等離子反應(yīng)的支配，并且，在成膜表面部分上，超導(dǎo)氧化物材料的反應(yīng)結(jié)果形成具有相互一致晶軸的薄膜。例如，通過(guò)該方法，c面（該面平行于ab軸，特別是ab面）的方向上臨界電流密度增加到1×10⁵A/cm²或更大（在這種情況下，ab面是以平行于基片表面方向存在的）。