エキシマレーザによる酸化物高温超伝導薄膜の低温作製と評価

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01645001
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 清水 立生 金沢大学, 工学部, 教授 (30019715)
• 研究分担者: 森本 章治 金沢大学, 工学部, 講師 (60143880) ; 久米田 稔 金沢大学, 工学部, 教授 (30019773)
• キーワード: 高温超伝導薄膜 / レーザーアブレーション / エキシマレーザー / シリコン基板 / 薄膜成長表面へのレーザー照射 / 低温薄膜作製 / 一酸化二窒素ガス

研究概要

1.目的
本研究では、ArFエキシマレーザを用いたレーザアブレーション法に着目し、その基礎的な堆積機構を明らかにすると共に、良好な酸化物高温超伝導薄膜を主にシリコン基板に直接、低基板温度で作製することを主な目的とする。
2.実験結果の概要
(1)レーザアブレーションの基礎過程を明らかにするため、エキシマレーザ照射によるY系超伝導ターゲット表面の過渡的温度上昇を計算した。ここではターゲット最表面での物質の気化による冷却を考慮している。その結果、レーザアブレーション現象は最表面直下の高温溶融部の爆発的射出で説明できることを示した。
次に、同じ計算手法を用いて、薄膜成長表面上へのレーザ照射についてもシミュレーションを試みた。この薄膜成長表面へのエキシマレーザ照射は、超伝導特性並びに表面平滑性の改善に効果がある。計算の結果、照射により400度もの温度上昇が生じ、特性改善には過渡的な温度上昇効果が無視できないことを示した。
(2)Y系超伝導薄膜の堆積温度の低減のため、O_2ガスの替わりにN_2Oガスをアブレーションの雰囲気ガスとして用いた場合の効果について調べた。その結果、N_2OはO_2に比べよりc軸配向を促進する効果があることがわかった。種々の作製法で、基板温度を上げるとc軸配向性が促進されることが知られており、N_2Oガスは実効的に基板温度を高めるのと同じ様な効果があるとみることができる。
(3)N_2O雰囲気でも、薄膜成長表面へのレーザ照射を行った結果、レーザ照射により臨界温度が増加する傾向にあることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] S.Otsubo,T.Minamikawa,Y.Yonezawa,T.Maeda,A.Morimoto,and T.Shimizu: "Crystallization Induced by Laser Irradiation in Ba-Y-Cu-O Superconducting Films Prepared by Laser Ablation" Japanese Journal of Applied Physics. 28. 2211-2218 (1989)
• [文献書誌] S.Otsubo,T.Minamikawa,Y.Yonezawa,A.Morimoto,and T.Shimizu: "Thermal Analysis of Target Surface in the Ba-Y-Cu-O Film Preparation by Laser Ablation Method" Japanese Journal of Applied Physics. 29. L73-L76 (1990)
• [文献書誌] T.Minamikawa,Y.Yonezawa,S.Otsubo,T.Maeda,A.Morimoto,and T.Shimizu: "Effect of N_2O on Preparation of Ba_2YCu_3O_x Films Excimer Laser Ablation with Laser Irradiation on Growing Surface" Proceedings of the 2nd International Symposium on Superconductivity.
• [文献書誌] A.Morimoto,M.Makida,A.Moto,and T.Shimizu: "Nonresonant Microwave Absorption and Critical Current Density in High Tc Superconductors" Proceedings of the 2nd International Symposium on Superconductivity.