ア-ク放電蒸着法を用いたSi基板上への酸化物超伝導薄膜のエピタキシャル成長

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本年度は、ア-ク蒸着放電法を用いて絶縁物およびSi基板上にYb-Ba-Cu-O系超伝導薄膜を形成することを試みた。ア-ク放電はY,Yb,Dyなどの金属棒と、金属組成の異なる導電性Y-Ba-Cu-Oペレットとの間で行い、金属棒としてはYbが最適なこと、超伝導組成のペレットでは、膜中へのBaの混入量が不足するため、ペレット中のBaの量は増加する必要のあることなどが明らかになった。さらに、この最適条件下で放電時の正負の極性を切り換えながら蒸発させる方法を開発し、膜の平均組成をYb:Ba:Ai=1:2:3に調整することが可能になった。MgO(100)単結晶基板上に堆積した膜を、酸素雰囲気中で950℃2時間のアニ-ルを行った結果、零抵抗温度78Kの超伝導薄膜が得られた。また、この膜のX線回折パタ-ンより、膜は強くC軸に配向していることが明らかになった。次に、膜の最高プロセス温度を低下させるために、加熱基板(580℃)上に堆積することを試みた。その結果、MgO(100)基板上に堆積した膜は、850℃、2時間のアニ-ルで零低抗温度72Kの超伝導膜となり、約100℃の低温化が図れた。これらの試料を、2次イオン質量分析法で組成分析した結果、プロセス温度の一層の低温化には、深さ方向組成の均一化が必要なことが明らかになった。そのため、2つの蒸発源から構成物質を同時に蒸発させる2元ア-ク蒸着法を検討した。その結果、極性切り換え試料に見られるような、組成の周期的変動は観察されなくなったが、正しい組成比を得るためには、それぞれの蒸発源における蒸発量の時間的変動を十分抑制する必要のあることが判明した。Si基板上に絶縁膜を堆積し、その上に超伝導薄膜を堆積する方法については現在検討中である。