YBaCuO超伝導薄膜作製におけるレーザーアブレーションプラズマ中の粒子挙動計測

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本課題研究では,酸化物超伝導薄膜作製に広く利用されているアブレーションプロセスの解明と高品位な酸化物超伝導薄膜を大面積基板上へ作製することを目的として,KrFエキシマレーザーアブレーション法におけるYBaCuOアブレーションプラズマ中の粒子の挙動計測及びYBaCuO超伝導薄膜の作製・特性評価を行った。発光分光分析法により,YO及びBaOの一部は雰囲気酸素との衝突により気相中で生成されるが,CuOはレーザー照射時にターゲット表面から放出され,気相中では殆ど生成されないことが明らかとなった。酸素/アルゴンを雰囲気ガスとすることで,基板に到達する粒子のフラックス,特に酸化物の密度及びエネルギー分布を制御でき,特にプルーム中のCuやCuO粒子の指向性が緩和され,大面積基板への均質な薄膜作製に大きく寄与することを明らかにした。純酸素中で作製したYBaCuO薄膜は圧力及び基板温度のわずかな変化によって特性が劣化するのに対して,酸素/アルゴンの混合ガスを用いると,低い基板温度,広い雰囲気圧力条件で高品質のYBaCuO薄膜が作製でき,高品位の薄膜を作製するための基板温度及び圧力の条件を緩和できた。本研究の成果は,レーザーアブレーション法による酸化物超伝導薄膜作製におけるプロセスの低温化及び高品位・均質薄膜の大面積基板への作製に大きく寄与すると思われる。