DE2350161B2

DE2350161B2 - Supraleitfähiges Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2350161B2
Application number: DE2350161A
Authority: DE
Inventors: Ushio Kawabe; Mitsuhiro Tokyo Kudo; Sadanori Hachioji Tokyo Taguchi; Yoshinobu Kokubunji Tokyo Tarutani
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-10-06
Filing date: 1973-10-05
Publication date: 1981-10-01
Also published as: FR2202386A1; DE2350161A1; GB1393350A; FR2202386B1; USB403883I5; US4001481A

Description

Die Erfindung betrifft ein supraleitfähiges Bauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Ein derartiges supraleitfähiges Bauelement und ein v, derartiges Verfahren sind aus der deutschen Offenlegungsschrift 15 21 272 bekannt. Dort wird auf einem AboYSubtrat aus der Dampfphase durch Verdampfen aus einer Niobquelle und einer Zinnquelle bei einer Substrattemperatur von ungefähr 850°C eine Nb₃Sn- ^r> <> Schicht hergestellt Bei diesem Bauelement sind die Werte für die kritische Stromdichte bei hohen magnetischen Feldstärken nicht zufriedenstellend. So liegt die kritische Stromdichte in einem magnetischen Feld von etwa 1,6 χ 10⁵ A/cm bei nur etwa 10³ A/cm². « Gleichzeitig beträgt das kritische Magnetfeld (H_c) bei 4,2 K nur 25 T. Der Strombelastbarkeit in Gegenwart starker Magnetfelder sind für dieses supraleitfähige Bauelement Grenzen gesetzt, die im Bereich der mit herkömmlichen Mitteln erzielbaren Größenordnung mi liegen. In Wissenschaft und Technik besteht jedoch ein starkes Bedürfnis, die Grenzen zu überschreiten.

Aus der US-Patentschrift Nr. 36 15 881 ist ein Verfahren zur Herstellung eines ähnlichen Bauelements bekannt. Dieses Bauelement wird nach der Art des M zuvor beschriebenen Verfahrens durch Aufdampfen der Komponenten des supraleitenden Werkstoffs auf eine Substratoberfläche hergestellt. Als Substrat dient die Oberfläche einer wenige Nanometer dicken Siliciummonoxid-Aufdampfschicht auf einem Stahlblech. Als Nioblegierung ist neben Nb₃Sn auch Nb₃Al in Betracht gezogen. Nach diesem Verfahren werden zwar supraleitende Schichten mit sehr geringer Störstellenkonzentration erhalten, jedoch Hegen die Kenndaten insgesamt etwas ungünstiger als bei dem zuvor beschriebenen bekannten Bauelement

Aus der britischen Patentschrift Nr. 12 22 232 ist ein Tieftemperatur-Schaltungsbauelement mit zwei sich kreuzenden supraleitfähigen Leiterbahnen oekannt, die durch eine Siliciummonoxidschicht elektrisch gegeneinander isoliert sind. Zumindest einer dieser beiden Supraleiter kann aus Nb3Ali_»Ge» mit 0,05 S *i 0,6 bestehen. Dabei ist aus dieser Druckschrift weiterhin bekannt daß durch eine abschließende Temperung des so weit fertiggestellten Bauelements im Temperaturbereich von 650 bis 1000° C die Sprungtemperatur der Nioblegierung um bis zu etwa 1,5 K erhöht werden kann. Mit dieser durchaus wünschenswerten Erhöhung der Sprungtemperatur geht jedoch keine Erhöhung der Strombelastbarkeit des Bauelements einher.

Aus Physics Letters 38A (1972), 323-324, sind Daten für das obere kritische Magnetfeld Ha 2 im Bereich von 4,2 bis 20,4 K für Nb₇Ga mit 2,1 SjS4,27, Nb₃(Ga₀₅AlOj) und Nb₃(GeAl) bekannt Die Daten beziehen sich auf massive Prüflinge. Für Nb₃Ga wird für H_c bei 4,2 K der recht hohe Wert von 34 T gefunden, jedoch enthält der genannte Bericht keine Hinweise auf die Strombelastbarktit dieser Verbindung in starken Magnetfeldern und ihr Verhalten in Bauelementen mit Schichtstruktur.

Ferner ist aus der französischen Patentschrift Nr. 2136 690 ein supraleitfähiger Werkstoff in Form massiver Sinterpreßkörper der Zusammensetzung Nb,Ali-,Ge_v mit 1,9£y<3,0 und 0,l£*£0,6 bekannt. Für diesen Werkstoff werden Herstellungsverfahren, kristallographischc Daten und kalorische Daten angegeben. Hervorgehoben wird die im Bereich von 20 K liegende hohe Sprungtemperatur. Hinweise, daß dieser Werkstoff geeignet sein würde, die bestehenden Grenzen der Strombelastbarkeit supraleitender Werkstoffe in Gegenwart starker Magnetfelder zu überschreiten, sind der genannten Druckschrift nicht zu entnehmen.

Bei der Herstellung supraleitender Bauelemente mit Schichtstruktur treten neben den rein elektromagnetischen und kalorischen Problemen zusätzlich noch ein chemisches und ein mechanisches Problem auf. Das chemische Problem liegt darin, daß die Bauelemente mit Schichtstruktur bei teilweise sehr hohen Temperaturen hergestellt werden müssen. Um bei diesen Temperaturen Festkörperreaktionen zwischen dem Substrat und dem supraleitenden Werkstoff auszuschließen, müssen beide Werkstoffe sorgfältig aufeinander abgestimmt sein. Das mechanische Problem liegt schließlich in den ungleichen Wärmedehnungen des Substratwerkstoffes und des supraleitenden Werkstoffes, die bei der Herstellung des Bauelements zu Rißbildung und Ablösung der supraleitenden Schicht beim Abkühlen von der Aufdampf-Temperatur auf Zimmertemperatur bzw. bei der Abkühlung auf die Betriebstemperatur führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein chemisch und mechanisch stabiles supraleitfähiges Bauelement zu schaffen, das bei ausreichend hoher Sprungtemperatur und ausreichend hohem kritischem Magnetfeld eine hohe kritische Stromdichte aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein

supraJeitfähiges Bauelement, das die im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist bzw. nach dem im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 3 spezifizierten Verfahren hergestellt wird. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet

Zwar sind die auch bei der Erfindung verwendeten Materialien für die Niobverbindung an sich bekannt So erwähnt die US-Patentschrift Nr. 33 97 084 ein supraleitfähiges Bauelement bei dem die supraleitfähige Schicht u. a. aus NbjAl oder NbsGa bestehen kann. Aus J. AppL Phys. 43 (1972), 2*07 bis 2413 sind ferner Nb^AJ₁Ge)-Verbindungen und aus Physics Letters 38A (1972), 323, 324 Nbs(GaAl)-Verbindungen für das supraleitfähige Material bekannt Abgesehen davon, daß die aus diesen drei Druckschriften bekannten supraleitfähigen Bauelemente nicht mit einem Aluminiumoxid-Substrat arbeiten, sind die dort offenbarten i"nd auch erfindungsgemäß verwendeten Materialien an sich, d.h. im massiven Zustand, wegen ihrer sehr niedrigen kritischen Stromdichten für supraleitfähige Bauelemente viel weniger geeignet als das massive Nb;jSn, das in dem Bauelement nach der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 15 21 272 eingesetzt wird.

Überraschend hat sich jedoch gezeigt. Haß bei Aufbringen einer dünnen Schicht aus diesen Materialien auf die Aluminiumoxid-Oberfläche eines Substrates nicht nur gleichwertige sondern sogar bessere Werte der kritischen Stromdichte bei hoher Sprungteuiperatur und hohem kritischen Magnetfeld erzielt werden, als bei sämtlichen bekannten Bauelementen. Gleichzeitig weist das erfindungsgemäße supraleitfähige Bauelement gute chemische und mechanische Stabilität auf.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

Fig.! eine Vakuum-Bedampfungseinrichtung, wie sie zur Herstellung der nachfolgend beschriebenen supraleitfähigen Bauelemente verwendet wurde,

Fi g. 2 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Abhängigkeit des Anteils von wieder abgedampftem Nb von der Substrattemperatur während der Vakuumbedampfung,

Fig.3 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit der Sprungtemperatur von der Al-Konzentration des Nb-Al-Films mit der Substrattemperatur als Parameter,

Fig.4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der Substrattemperalur bei der Vakuumaufdampfung eines Nb- Al-Films und der Sprungtemperatur,

Fig.5 eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Substrat-Temperatur bei der Vakuum-Aufdampfung eines Nb-Al-Films und dem spezifischen Widerstand veranschaulicht,

Fig.6 den Zusammenhang zwischen der Stärke des äußeren Magnetfeldes und der kritischen Stromdichte bei einem Nb-Al-Film mit der Substrat-Temperatur während der Vakuum-Aufdampfung als Parameter,

Fig.7 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der Substrat-Temperatur bei der Vakuum-Aufdampfung des Nb-Al-Films und der kritischen Stromdichte bei 6,4 ■ 10⁴ A/cm,

Fig.8 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der Stärke des äußeren Magnetfeldes und der kritischen Stromdichte bei verschiedenen supraleitfähigen Bauelementen,

Fig.9 eine graphische Dlrstellung zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der Ga-Konzentration im Nb-Ga-FiIm und der kritischen Temperatur mit der Substrat-Temperatur während der Vakuum-Aufdampfung als Parameter,

Fig. 10 eine Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Ga-Konzentration im Nb-Ga-FiIm und der Ga Konzentration in der /3-W-Misch-Phase, wobei die Substrat-Temperatur bei der Vakuum-Aufdampfung als Parameter benützt wird,

ίο Fig. 11 Kurven zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der Stärke des äußeren Magnetfeldes und der kritischen Stromdichte des Nb-Ga-Films, mit der Substrat-Temperatur als Parameter,
Fig. 12 eine graphische Darstellung des Zusammen-

r> hangs zwischen der Substrat-Temperatur bei der Vakuum-Aufdampfung des Nb-Ga-Fiims und der kriiischen Stromdichte bei 5,6 · WA/cm,

Fig. 13 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Ge-Konzentration im Nb-AI —Ge-FiIm und der kritischen Temperatur mit der Substrat-Temperatur bei der Vakuum-Aufdampfung als Parameter,

Fig. 14 eine Darstellung der Relation zwischen der Substrat-Temperatur bei der Vakuum-Aufdampfung

r> des Nb-Al— Ge-Films und der kritischen Stromdichte bei 5,6 ■ 10⁴ A/cm,

Fig. 15 eine Darstellung der Relation zwischen der Al-Konzentration im Nb-Ga-Al-Film und der kritischen Temperatur mit der Substrat-Temperatur als

ίο Parameter,

Fig. 16 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der Substrat-Temperatur bei der Vakuum-Aufdarnpfung des Nb-Ga- Al-Films und der kritischen Stromdichte bei 5,6 · WA/cm, und

r> Fig. 17 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Zusammenhang? zwischen der Hitzebehandlungszeit des Nb-Al-Füms und dem Anstieg der kritischen Temperatur, wenn die Temperatur der Hitzebehandlung als Parameter benützt wird.

"' Beispiel 1

Fig. 1 zeigt die Anordnung der Einheit für die Vakuum-Aufdampfung eines supraleitenden Films, die bei diesem Beispiel verwendet wird. Als Verdampfungs-

•n quellen 1, 2 für die die Zusammensetzung bildende Elemente werden eine Elektronenkanone für Nb bzw. eine W-Wendel für Al verwendet. Als Substrat 5 wurde eine Aluminiumoxidplatte verwendet. Die Temperatur des Substrats wurde mittels eines Pt-Pt 13%

■>o Rh-Thertnoelements 6 gemessen, das über dem Substrat derart angeordnet wurde, daß es einen Kontakt mit dem Substrat besaß. Ein Heizelement 7 zum Aufheizen des Substrats besaß die Fähigkeit, das Substrat auf 1300⁰C aufzuheizen. Um bei dem Vakuum-Aufdampfungs-Ver-

">■> fahren eine Probe zu erhalten, die in der Al-Atomkonzentration differiert, wurde die W-Wendel quer zur Längsrichtung des Substrats 5 angeordnet. Eine Abschirmplatte 4 befindet sich zwischen dem Substrat 5 und den Verdampfungsquellen 1 und 2 parallel zum

w) Substrat 5. Sie besitzt Fenster in Art einer Vielzahl von parallelen und in gleichem Abstand ausgerichteten gleichseitigen Dreiecken mit kurzer Basis oder gleichschenkligen Trapezoiden - in der Zeichnung sind jeweils zwei derartiger Fenster dargestellt - sowie ein

hi Fpnster rechteckiger Form. Durch die Verwendung der oben beschriebenen Anordnung einer Vakuum-Aufdampfungscinrichtung wurde es möglich, einen Film zu erhalten, dessen Nb-Atomkonzentration konstant war

und bei dem sich die Al-Atomkonzentration mit einem festen Gradienten änderte. Die Aufdampfungsrate des Nb wurde dadurch auf einem bestimmten Pegel gehalten bzw. auf diesem Pegel gesteuert, daß der Emissionsstrom der Elektronenkanone konstant gehalten wurde; die Aufdampfungsrale des Al wurde mittels eines Kristalloszillators 9 konstant gehalten. Eine Abschirmplatte 11 war vorgesehen, um andere Atome als Aluminium-Atome daran zu hindern, daß sie zum Kristalloszillator 9 fliegen. Die Hohe des Vakuums betrug gerade vor der Vakuum-Bedämpfung weniger als 6,7 χ 10"⁴ Pa, während bei der Vakuum-Aufdampfung der Druck von 1,3 χ 10-³ bis

4 χ 10~³Pa wegen der Anwesenheit von von den Verdampfungsquellen 1 und 2 freigegebenen Gasen erhöht wurde. Die Bedampfungsrate des Nb wurde auf etwa 2,5 nm/s und die entsprechende Rate des Al auf 0,4 bis 1 nm/s gesteuert. Die Vakuum-Aufdampfung wurde

5 Minuten lang durchgeführt und die Dicke des resultierenden Films betrug etwa ein μίτι. die durch ein Vielstrahl-Interferometer gemessen wurde.

Die Bezugsziffern 3, 8 und 10 bezeichnen jeweils ein W-Schiffchen, einen Kristalloszillator und eine Abschirmplatte, die jeweils bei der Vakuum-Aufdampfung einer Verbindung, die Ge oder Ga enthält, verwendet wird.

Es ist ersichtlich, daß die unter Vakuum abgelagerten Atome zum Teil wieder abgedampft wurden, wenn die Vakuum-Aufdampfung bei diesem Beispiel bei hoher Temperatur durchgeführt wurde. Wenn die Vakuum-Aufdampfung des Nb bei 400^eC als einer Standard-Substrat-Temperaiur und bei höheren Substrat-Temperaturen durchgeführt wurde, wurde der Betrag des wieder abgedampften Nb im Nb-FiIm aus der Standard-Filmdicke berechnet, die durch die Vakuum-Aufdampfung bei 400°C erhalten wird. Die Ergebnisse sind in F i g. 2 veranschaulicht. Aus diesen Ergebnissen ergibt sich, daß 15 bis 20% des Nb bei Substrat-Temperaturen von 900 bis 1100°C wieder abgedampft wurde. Wenn Al oder Ge gleichzeitig mit Nb unter Vakuum abgelagert wurde, wurde keine Wieder-Abdampfung innerhalb des getesteten Temperaturbereichs beobachtet, während im Falle von Ga etwa 30% des abgelagerten Ga bei Substrat-Temperaturen über 110O⁰C wieder abgedampft wurde.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden experimentellen Ergebnisse wurden Nb-Al-Filme auf einer Aluminiumoxid-Platte bei verschiedenen Substrat-Temperaturen gebildet. Die Ergebnisse sind in F i g. 3 veranschaulicht, wobei der Zusammenhang zwischen der Al-Konzentration im Nb-Al-Film und der kritischen oder Sprungtemperatur veranschaulicht wird und diese Ergebnisse erhalten werden, wenn die Substrat-Temperatur während des Vakuum-Aufdampfungsschrittes als ein Parameter verwendet wurde. Aus F i g. 3 ergibt sich, daß eine höhere Substrat-Temperatur bei der Vakuum-Aufdampfung in einer Zunahme der kritischen Temperatur resultiert.

Die maximalen kritischen Temperaturen von Nb-Al-Filmen, die bei Substrat-Temperaturen von 85O°C (Kurve 20),900⁰C (Kurve 21), 1000⁰C(Kurve 22) und 1100⁰C (Kurve 23), abgelagert wurden, betragen jeweils 13,5K, 15K, 16,7 K und 16,8 K. Wie sich aufgrund dieser Ergebnisse zeigt, nimmt die kritische Temperatur bei einer Substrat-Temperatur bis zu 1000⁰C mit der Erhöhung der Substrat-Temperatur während der Vaktnrm-Aufdampfung zu, jedoch tendiert die kritische Temperatur bei einer 1000° C überschrei-

tenden Substrat-Temperatur dazu, gesättigt zu werden, und es wird keine weitere wesentliche Zunahme mehr beobachtet. Hieraus zeigt sich, daß die Erhöhung der Substrat-Temperatur während des Vakuum-Aufdampfungsschrittes in einer Verbreiterung bzw. Aufweitung des zusammensetzenden Bereichs mit hoher kritischer Temperatur resultiert. Weiter ergibt sich, daß die Al-Konzentration im Nb-Al-FiIm mit hoher kritischer Temperatur, der durch Vakuum-Aufdampfung bei einer Substrat-Temperatur von über 1000⁰C hergestellt wurde, innerhalb des Bereichs von etwa 20 bis 30% liegt Mit anderen Worten bedeutet dies, daß eine hohe kritische Temperatur erhalten wird, wenn der Wert j von Nb/Al innerhalb des Bereichs von 2,3 bis 4,0 liegt Wenn der Ai-Gehalt außerhalb dieses Bereichs "liegt wird die kritische Temperatur drastisch erniedrigt

Den Grund, warum die Erhöhung der Substrat-Temperatur während des Vakuum-Aufdampfungsschrittes zu einer Erhöhung der kritischen Temperatur tendiert, glaubt man darin zu sehen, daß bei einer höheren Substrat-Temperatur die Bildung von Nb2Al oder NbAb reduziert wird, wobei eine derartige Bildung einen schlechten Einfluß auf die supraleitenden Eigenschaften ausübt.

Die Kurve 14 gemäß Fig.4 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen der Substrat-Temperatur während des Vakuum-Aufdampfungsschrittes und der kritischen Temperatur des resultierenden Nb-Al-Films für einen Nb-Al-FiIm mit etwa 25% Al. Die Kurve 15 gemäß F i g. 4 zeigt eine ähnliche Relation, die bei der Verwendung von Quarz als Substrat erhalten wird.

Aus den Resultaten gemäß F i g. 4 ergibt sich, daß die kritische Temperatur allmählich zunimmt, wenn die Substrat-Temperatur während des Vakuum-Aufdampfungsschrittes erhöht wird, wenn Aluminiumoxid als Substrat verwendet wird; wenn die Substrat-Tempera tur 1000°C überschreitet, bleibt die kritische Temperatur im wesentlichen bei einem konstanten Wert und eine derartige Reduktion der kritischen Temperatur, wie sie im Falle des Quarz-Substrates beobachtet wird, tritt nicht auf. Es ist zu berücksichtigen, daß das Aiuminiumoxid-Substrat - anders als ein Quarz-Substrat — nicht auf den unter Vakuum abgelagerten Film einwirktauch wenn die Substrat-Temperatur erhöht wird und daher die Reduktion der kritischen Temperatur nicht hervor gerufen wird.

Die Kurve 16 in F i g. 5 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen der Aluminiumoxid-Substrat-Temperatur während des Vakuum-Aufdampfungs schrittes und dem spezifischen Widerstand bei etwa 20 K des resultierenden Nb - Al-Films mit etwa 25% AL Aus dieser Kurve ergibt sich, daß der spezifische Widerstand kaum geändert wurde, selbst wenn die Substrat-Temperatur erhöht wurde, woraus folgt, daß keine Reaktion zwischen dem Substrat und dem abgelagerten bzw. aufgedampften Film auftritt EHe Kurve 17 in Fig.5 veranschaulicht den gleichen Zusammenhang bei der Verwendung von Quarz als Substrat

Der Zusammenhang zwischen der Dicke eines Nb-Al-Films mit einem Al-Gehalt von 25% und der Obergangsweite (die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur, an der der Widerstand beginnt abzufallen und der Temperatur, bei der ein vollständig supraleitender Zustand erhalten wird, und die bei einer Temperaturerniedrigung beobachtet wird) wurde geprüft Als Ergebnis erhielt man, daß bei Finnen mit einer Dicke über 03 um die Obergangsweite nahezu konstant

war und innerhalb des Bereichs von 0,5 bis 1,0 K lag und daß in dem Film weder eine Spaltbildung noch ein Abschälen hervorgerufen wurde. Hieraus ergibt sich, daß bei einer Verwendung eines Aluminiumoxid-Substrats die Zunahme der Fiimdicke keinen nachteiligen Einfluß auf die supraleitenden Eigenschaften ausübt. Dies wird der Tatsache zugerechnet, daß keine wesentliche Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Aluminiumoxid-Substrat und dem Nb3AI-Film vorhanden ist.

Fi g. 6 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen der Stärke der äußeren Magnetfeldes und der kritischen Stromdichte, welche an typischen Proben beobachtet wird, die bei Substrat-Temperaturen von 900⁰C (Kurve 31), 1000⁰C (Kurve 32) oder 1100°C (Kurve 33) erhalten werden.

Der Kurvenverlauf 18 in Fig.7 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen der Aluminiumoxid-Substrat-Temperatur bei dem Vakuum-Aufdampfungsschritt und der kritischen Stromdichte bei 64 χ 10³ A/cm, für einen Nb — AI-FiIm mit einem Al-Gehalt von 25%. Aus diesem Kurvenverlauf ergibt sich, daß der Maximalwert der kritischen Stromdichte etwa 2,2 χ 10⁵ A/cm² beträgt, der vom praktischen Gesichtspunkt voll zufriedenstellend ist.

Die Kurve 19 in F i g. 7 zeigt denselben Zusammenhang bei Verwendung von Quarz als Substrat.

Es muß nicht extra gesagt werden, daß eine höhere kritische Stromdichte und eine höhere kritische Temperatur wünschenswerter sind; praktisch anwendbare untere Grenzen der kritischen Stromdichte und der kritischen Temperatur liegen bei 10⁴ A/cm² bzw. 12 K. Dementsprechend ergibt sich im Hinblick auf die vorstehenden experimentellen Ergebnisse, daß es notwendig ist, die Aluminiumoxid-Substrat-Temperatur während der Vakuum-Aufdampfung innerhalb eines Bereichs von 800 bis 1200⁰C zu halten, um einen ausgezeichneten supraleitenden Film einer Nb-Al-Verbindung zu erhalten.

Die Kurve 101 in Fig.8 zeigt den Zusammenhang zwischen der Stärke des Magnetfeldes und der kritischen Stromdichte bei einem supraleitenden Bauelement, das einen in diesem Beispiel gebildeten Nb-Al-FiIm aufweist. Fig.8 zeigt ebenfalls zum Vergleich ähnliche Kurven für Nb^Alo^Geoj) und Nb₃Ga — die Herstellung erfolgt mittels Plasmaschmelzens —, für einen NbsSn-Film, der mittels der Diffusionsmethode hergestellt wird und für ein typisches Beispiel eines supraleitenden Materials vom Legierungstyp, dem Nb-60%-Ti-5% Zr. In Fig.8 veranschaulicht die Kurve 101 die für das Beispiel 1 erhaltenen Werte, die Kurven 102, 103 und 104 die Werte, die bei den Beispielen 2, 3 bzw. 4 erhalten Tabelle 1

werden und die nachstehend näher erläutert sind. Die Kurven 105 und 106 veranschaulichen die Relationen, die für das Grundmaterial Nb3(Alo,8Ge_o,2) bzw. eine Schicht von Nb₃Sn, die durch die Diffusionsmethode gebildet wird, erhalten werden. Die Kurven 107 und 108 veranschaulichen die Relationen, die im Hinblick auf Nb-60%Ti-5% Zr bzw. das Grundmaterial Nb₃Ga erhalten wurden. In diesen Kurven zeigen die festen Punkte Werte, die tatsächlich durch Messungen

ίο erhalten wurden, während die Kreise geschätzte Werte bezeichnen. Der Grund, warum Schätzwerte verwendet werden, liegt darin, daß ein magnetisches Feld mit einer Stärke von mehr als 120x10³ A/cm nicht erreicht werden konnte. Die geschätzten Werte werden durch

1¹S nachstehende Verfahren erhalten.

Das Verhältnis zwischen der Stärke H des äußeren Magnetfeldes und der kritischen Stromdichte Jc läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:

_w Oi₁=(H+ H₀)- Jc (1)

wobei OiL die Lorentz-Kraft und H₀ die Stärke der Selbstmagnetisierung bezeichnen.

Diese Gleichung ist gut für den Fall eines niedrigen Magnetfeldes (dieses Magnetfeld ist kleiner als einige zehntel Tesla) anzuwenden, jedoch entspricht diese Gleichung nicht der tatsächlichen Kurve von magnetischem Feld und kritischer Stromdichte, wenn das magnetische Feld eine Stärke besitzt, die sich der Feldstärke Hc des supraleitenden Materials nähert. Aus

so diesem Grund wird ein Korrekturausdruck Jo in die vorstehende Gleichung (1) eingeführt, wenn H nahezu gleich Hc ist und es wird somit folgende Gleichung erhalten:

= (H+ H₀) (Jc+ Jo)

Sobald der Zustand Jo ist gleich 0 und H ist gleich Hc in die Gleichung (2) eingeführt wird, ergibt sich folgende Gleichung:

Hc+H₀

Die geschätzten Werte werden aufgrund dieser Gleichung (3) berechnet In Kurve 107 der F i g. 8 sind sowohl die festgestellten Werte wie auch die aufgrund der Gleichung (3) berechneten Schätzwerte veranschaulicht und es zeigt sich, daß beide Werte ganz gut einander entsprechen, d. h. mit einander übereinstimmen. Daher kann geschlossen werden, daß die

so Gleichung (3) zutrifft

Die Werte Ho und <xl jedes in Fig.8 gezeigten supraleitenden Materials sind in der Tabelle 1 angegeben.

Material

H₀(T)

-A/cm^z)

Nb₃Al-FiIm (bei diesem Beispiel erhalten)

Nb₃Ga-FiIm (bei Beispiel 2 erhalten)

Nb₃(Alo.75Ge<u5)-Film ^i Beispiel 3 erhalten)

Nb₃(Ga₀JtAl₀J)-FiIm (bei Beispiel 4 erhalten)

Nb₃(Al₀JiGe₀^) (massives Material)

Nb₃Sn-FiIm

Nb-60%Ti-5%Zr

Nb,Ga (massives Material)

-1,92
0,53
4,08
-0,13

7,31
6,42
-0,58

X 10"
2,83 X 10"
3,50 X 10⁶

7.80 X 10⁶

5.81 X 10⁴
7,47 X 10^s
3,88 X 10³
2,09 X 10³

Wie sich aus Fig. 8 ergibt, wird bei diesem Beispiel ein supraleitendes Bauelement mit einem Nb3AI-Film erhalten, das eine ausgezeichnete kritische Stromdichte sowohl in einem niedrigen Magnetfeld wie auch in einem hohen Magnetfeld besitzt. Demgegenüber werden nach den herkömmlichen Techniken supraleitende Bauelemente erhalten, die eine unzureichende kritische Stromdichte in einem niedrigen Magnetfeld oder in einem hohen Magnetfeld oder in beiden diesen Feldern besitzen. Auf diese Weise läßt sich aufgrund der in F i g. 8 gezeigten Ergebnisse leicht verstehen, daß das supraleitende Bauelement gemäß der Erfindung den mit den herkömmlichen Techniken hergestellten Bauelementen sehr überlegen ist.

Beispiel 2

Dieses Beispiel veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der ein supraleitender Film aus Nb-Ga als supraleitendes Material verwendet wird.

Das W-Schiffchen 3, der Quarzoszillator 8 und die Abschirmplatte 10 gemäß Fig. 1 werden zum Abdampfen von Ga und zur Steuerung der Abdampfungsrate verwendet. Bei diesem Beispiel ist keine W-Wendel 1, kein Quarzoszillator 9 und keine Abschirmplatte 11 angewendet worden. In der gleichen Weise wie in Verbindung mit dem Beispiel 1 beschrieben wurde, wird mit Hilfe der Abschirmplatte 4 ein Film erhalten, dessen Nb-Geha!t konstant ist und dessen Ga-Gehalt mit einem festen Gradienten variiert. Die Nb-Abdampfungsrate wurde auf etwa 2,5 nm/s geregelt und die Ga-Abdampfungsrate wurde auf 0,5 bis 1,3 nm/s geregelt. Die übrigen Behandlungsbedingungen waren die gleichen wie in Verbindung mit dem Beispiel 1 beschrieben wurde. Auf diese Weise wurde ein Nb-Ga-FiIm auf einer Aluminiumoxid-Platte unter gleichzeitiger Vakuum-Aufdampfung von Nb und Ga erhalten.

Fig.9 zeigt die Relation zwischen der Ga-Konzentration in dem Nb-Ga-FiIm und der kritischen Temperatur, wobei diese Relation erhalten wird, wenn die Substrat-Temperatur als Parameter gebraucht wird. Aus Fig.9 ist ersichtlich, daß eine höhere Substrat-Temperatur in einer höheren kritischen Temperatur resultiert, wenn die Substrat-Temperatur unter 1000⁰C liegt. Wenn die Substrat-Temperaturen während des Vakuum-Aufdampfungsschrittes 850⁰C (Kurve 50), 900°C (Kurve 51), 1000⁰C (Kurve 52) und 1100⁰C (Kurve 53) betragen, ergeben sich die die maximale kritische Temperatur ergebenden Ga-Konzentrationen zu etwa 19%, etwa 21%, etwa 23% bzw. etwa 30%. Obgleich der die maximale kritische Temperatur ergebende Ga-Gehalt somit in gewissem Umfang variiert wird, wobei die Variation von der Substrat-Temperatur abhängt, ergibt im allgemeinen die Ga-Konzentration von etwa 25% eine höchste kritische Temperatur im supraleitenden Film aus Nb-Ga. Der Grund, warum der die maximale kritische Temperatur ergebende Ga-Gehalt etwas geringer als etwa 25% ist, wenn die Substrat-Temperatur während des Vakuum-Aufdampfungsschrittes 850⁰C (Kurve 50) oder 900⁰C (Kurve 51) beträgt, liegt darin, daß das überschüssige Ga nicht im Gitter der Verbindungsphase des ß- W-Systeans gebunden wird, sondern Nb₅Ga₃ gebildet wird. Wenn daher die Substrat-Temperatur des Vakuum-Aufdampfungsschrittes als Parameter benützt wird, so wird eine Relation, wie sie diagrammäßig in F i g. 10 dargestellt ist zwischen der Ga-Konzentration in dem aufgedampften Film und der Ga-Konzentration in der Verbindungsphase des /?-W-Systems begründet Für den Fall daß die Substrat-Temperatur 1100°C beträgt, liegt eine NbsGaj-Verbindung vor, deren Ga-Konzentration 25% überschreitet; die kritische Temperatur ist jedoch höher als in dem Beispiel mit niedriger Ga-Konzentration. > Infolgedessen kann aus den vorstehenden experimentellen Ergebnissen offensichtlich geschlossen werden, daß eine hohe kritische Temperatur erhalten wird, wenn der Ga-Gehalt im Nb-Ga-FiIm innerhalb eines Bereichs von etwa 17 bis etwa 30% liegt, d. h. wenn der Wert k in

ίο der Formel Nb*Ga innerhalb eines Bereichs von 2,3 bis 4,9 liegt. Wenn die Ga-Konzentration außerhalb des vorgenannten Bereichs liegt, wird die kritische Temperatur stark gesenkt.

Fig. 11 veranschaulicht den Zusammenhang zwi-

r, sehen der Stärke des äußeren Magnetfelds und der kritischen Stromdichte, welches bei typischen Beispielen beobachtet wurde, wobei diese Beispiele bzw. Proben unter gleichzeitiger Vakuum-Aufdampfung von Nb und Ga bei einer Substrat-Temperatur von 850⁰C

M (Kurve 60), 900°C (Kurve 61) oder U00°C (Kurve 62) gebildet wurden.

Fig. 12 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen der Aluminiumoxid-Substrat-Temperatur während des Vakuum-Aufdampfungsschrittes und der

2) kritischen Stromdichte bei 56 χ 10'A/cm in einem Nb - Ga-FiIm, der etwa 25% Ga enthält.

Wie sich aus Fig. 12 ergibt, wird die kritische Stromdichte bei einer Substrat-Temperatur bei der Herstellung des Filmes unter 850⁰C reduziert; dies hat

»ι seine Ursache darin, daß die Bildung der Mischphase des 0-W-Systems bei einer derart niedrigen Substrat-Temperatur schwierig ist.

Die kritische Stromdichte wird somit bei einer Substrat-Temperatur, die bei der Herstellung des Films

r, 1000⁰C überschreitet, ebenfalls reduziert, was der Tatsache zugesprochen wird, daß die Korngröße in dem Film bei einer derart hohen Substrat-Temperatur grob wird. Um ein supraleitendes Material zu erhalten, das praktisch anwendbar ist, sollte dasselbe eine kritische

4(i Temperatur von zumindest 12 K und eine kritische Stromdichte von zumindest 10⁴ A/cm² besitzen. Im Hinblick auf vorstehende Erläuterungen muß bei einem Nb-Ga-FiIm die Substrat-Temperatur während des Vakuum-Aufdampfungsschrittes innerhalb eines Be-

4ί reichs von 800 bis 1200°C liegen. Eine maximale kritische Stromdichte wird erhalten, wenn die Substrat-Temperatur während der Vakuum-Aufdampfung bei etwa 900° C liegt.

Bei supraleitenden Filmen, die bei diesem Beispiel

">o erhalten werden, wurde weder eine Aufspaltung noch ein Abschälen beobachtet.

Bei einem supraleitenden Bauelement mit einem Nb- Ga-FiIm, dessen Ga-Gehalt bei etwa 25% liegt und das in diesem Beispiel erhalten wurde, wurde die Magnetfeldstärke und die kritische Stromdichte in gleicher Weise wie beim Beispiel 1 aufgezeichnet um die Kurve 102 gemäß Fig.8 zu erhalten; aus diesem Kurvenverlauf läßt sich entnehmen, daß das supraleitende Bauelement den nach den konventionellen Techni- ken hergestellten Bauelementen wesentlich überlegen ist

Beispiel 3

Dieses Beispiel 3 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der ein supraleitender Film aus Nb-AI—Ge als supraleitendes Material verwendet ist

Die W-Wendel 1, der Quarzoszillator 9 und die Abschirmplatte 11 der Vakuum-Aufdampfungseinrich-

(ung gemäß F i g. 1 wurden zur Abdampfung von Al und Steuerung der AI-Abdampfungsrate benützt, während das W-Schiffchen 3, der Quarzoszillator 8 und die Abschirmplatte 10 zur Abdampfung von Ge und Steuerung der Ge-Abdampfrate benützt wurden. In der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 1 wurde mittels der Abschirmplatte 4 ein Film erhalten, bei dem der Nb-Gehalt konstant war und der Al- und Gc-Gehalt mit einem festen, d.h. einem bestimmten Gradienten geändert wurden. Die Abdampfungsrate des Nb wird auf etwa 2,5 nm/s geregelt bzw. reguliert, die Abdampfungsrate des Al wurde auf weniger als 0,8 nm/s und die Abdampfungsrate des Ge wurde auf weniger als 1,1 nm/s geregelt. Die übrigen Herstellungsbedingungen waren die gleichen wie beim Beispiel 1. Somit wurde ein Nb- Al-Ge-FiIm auf einer Aluminiumoxidplatte mittels gleichzeitiger Vakuum-Aufdampfung von Nb, Al und Ge bei verschiedenen Substrat-Temperaturen erzeugt. Die Nb-Konzentration wurde bei 75 bis 76% beibehalten und die Al- und Ge-Konzentrationen wurden jeweils innerhalb eines Bereichs von 0 bis 25'Vo geändert.

Die Fig. 13 zeigt den Zusammenhang zwischen der Ge-Konzentration in dem Nb-Al — Ge-FiIm und der kritischen Temperatur, wobei die Substrat-Temperatur während des Vakuum-Aufdampfungsschrittes als Parameter benützt wurde. Wie sich aus Fig. 13 ergibt, resultiert eine höhere Substrat-Temperatur während des Vakuum-Aufdampfungsschrittes in einer höheren kritischen Temperatur. Fig. 13 zeigt Ergebnisse, die bei einer Vakuum-Aufdampfung mit einer Substrat-Temperatur von 850⁰C (Kurve tO), 900⁰C (Kurve 41), lOOOC (Kurve 42) und 1100°C (Kurve 43) erhalten wurden. Es hat sich herausgestellt, daß bei einer 900⁰C überschreitenden Substrat-Temperatur eine hohe kritische Temperatur erhalten wird, wenn der Ge-Gehalt in dem in Vakuum abgeschiedenen Film etwa 5% betrug, wenn nämlich das Ge/(AI +Ge)-Verhältnis etwa 0,2 betrug. Aus den in F i g. 13 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, daß diese Wirkung durch die Substitution eines Teils des Al durch Ge erreichbar ist, wenn weniger als etwa 1 '2 des Al durch Ge substituiert wird, wenn nämlich der Wert χ in der Formel Nb₇(AIi _ ,Ge₁) kleiner als 0,5 ist.

Fig. 14 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen der Aluminiumoxid-Substrat-Temperatur wäh rend des Vakuum-Aufdampfungsschrittes und der kritischen Stromdichte bei 56 χ 10³ A/cm für einen Nb-Al —Ge-FiIm mit einer Zusammensetzung von Nb^AlceGeiy). Aus Fig. 14 ist ersichtlich, daß die kritische Stromdichte bei einer Substrat-Temperatur von unter 900⁰C bei der Herstellung des Filmes erniedrigt wird, was darauf zurückzuführen ist, daß die Bildung der Misch- bzw. Verbindungsphase des /Ϊ-W-Systems bei einer derartig niedrigen Substrat- Temperatur schwierig ist. Außerdem ist ersichtlich, daß die kritische Stromdichte bei einer Substrat-Temperatur, die bei der Herstellung des Films 1000⁰C fiberschreitet erniedrigt wird; letzteres ist darauf zurückzuführen, daß die Korngröße in dem Film grob wird. Ein supraleitendes Material, das praktisch anwendbar ist, sollte eine kritische Temperatur von mindestens 12 K sowie eine kritische Stromdichte von zumindest 10⁴AiCm² besitzen. Im Hinblick auf das Vorstehende sollte die Vakuum-Aufdampfung im Falle eines Nb-Al—Ge-Films bei einer Substrat-Temperatur von 850 bis 1200°C durchgeführt werden.

Bei gemäß diesem Beispiel erhaltenen supraleitenden Filmen wurde weder eine Aufspaltung noch ein Abschälen beobachtet.

Bei einem supraleitenden Bauelement, das einen Nb-AI-Ge-FiIm der Zusammensetzung von Nb3(Alo.7iGe(u5) besitzt und bei diesem Beispiel erhalten

■> wird, wurde die Magnetfeldstärke und die kritische Stromdichte in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 aufgezeichnet, um die Kurve 103 gemäß Fig. 8 zu erhalten; aus Fig. 8 ergibt sich in leicht verständlicher Weise, daß das supraleitende Bauelement, das bei

in diesem Beispiel erhalten wird, gegenüber den nach den konventionellen Techniken hergestellten Bauelementen viel besser ist.

Beispiel 4

r. Dieses Beispiel veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der ein supraleitender Film aus Nb-Ga-Al als supraleitendes Material verwendet wird.

Das W-Schiffchen 3, der Quarzoszillator 8 und die Abschirmplatte 10 der Vakuums-Aufdampfungseinrich-JU tung gemäß Fig. 1 wurden zur Abdampfung von Ga und Steuerung der Ga-Abdampfungsrate benutzt. Die übrige Anordnung der Einrichtung war die gleiche wie beim Beispiel 3. Die Nb-Abdampfungsrate wurde auf etwa 2,5 nm/s, die Ga-Abdampfungsrate auf weniger als

:> 2 nm/s und die Ai-Abdampfungsrate auf weniger als 0.8 nm/s geregelt. Die Vakuum-Aufdampfung wurde 5 Minuten lang ausgeführt und die Filmdicke wurde mittels eines Vielstrithl-Interferometers zu etwa 1 um gemessen.

in Unter den vorstehenden Bedingungen wurde Nb, Ga und Al gleichzeitig unter Vakuum aufgedampft und auf einem Aluminiumoxid-Substrat abgeschieden bzw. abgelagert, wobei die Substrat-Temperatur geändert wurde. Die Atomkonzentration der Summe aus Ga und

η Al betrug bei der unter Vakuum und unter einer Substrat-Temperatur von 850^DC abgelagerten Probe 19 bis 20%, bei einer unter Vakuum und einer Substrat-Temperatur von 900°C abgelagerten Probe 21 bis 22%. im Falle einer Substrat-Temperatur von 1000°C 23 bis

4(i 25%, und im Falle einer Substrat-Temperatur von HOO⁰C 26 bis 29%. Bei jeder Probe war der Rest Nb.

Fig. 15 zeigt den Zusammenhang zwischen der Al-Konzentration in einem Nb-Ga-Al-FiIm und der kritischen Temperatur, wobei die Substrat-Temperatur

4i während der Vakuum-Aufdampfung als Parameter benützt wird. Aus F i g. 15 ist ersichtlich, daß eine höhere Substrat-Temperatur während der Vakuum-Aufdampfung in einer höheren kritischen Temperatur resultiert, wenn die Substrat-Temperatur bis 10O0°C reicht. In

ι» Fig. 15 sind die Ergebnisse veranschaulicht, die erhalten werden, wenn die Vakuum-Aufdampfung bei Substrat-Temperaturen von 850° C (Kurve 70), 900° C (Kurve 71), 1000°C (Kurve 72) und 11O0°C (Kurve 73) durchgeführt wurde. Die Spitze der kritischen Tempera-

M tür wird bei einem verhältnismäßig niedrigen Al-Gehalt beobachtet Aus den in der F i g. 15 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, daß diese Wirkung durch die Substitution eines Teils von Ga durch AI erreichbar ist wenn weniger als 1/2 des Ga durch Al substituiert wird,

bo wenn nämlich der Wert χ in der Formel Nb^Gai - ,Al») weniger als 0,5 beträgt

Bei I¹Jb- Ga- Al-Filmen, die eine Zusammensetzung besitzen, welche eine höchste kritische Temperatur unter den bei der gleichen Substrat-Temperatur

b5 aufgedampften Proben ergibt wurden die Aluminiumoxid-Substrat-Temperatur während des Vakuun>Aufdampfungsschrittes und die kritische Stromdichte bei 56χ 10³ A/cm aufgezeichnet um die in Fig. 16 veran-

schaulichten Ergebnisse zu erhalten; aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß zum Erreichen einer kritischen Stromdichte '-on mindestens 10⁴ A/cm² die Substrat-Temperatur während des Vakuum-Aufdarnpfungsschrittcs innerhalb eines Bereiches von 800 bis 1200° C liegen sollte.

Bei supraleitenden Filmen, die gemäß diesem Beispiel hergestellt wurden, wurde weder eine Aufspaltung noch eine Abschälung beobachtet.

Bei einem Nb-Ga-Al-FiIm der Zusammensetzung aus Nb^GaosAlni), der in diesem Beispiel erhalten wurde, wurde die Beziehung zwischen der Magnetfeldstärke und der kritischen Stromdichte in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 aufgezeichnet, um die Kurve 104 gemäß Fig.8 zu erhalten; aus der Kurve 104 in Fig.8 läßt sich erkennen, daß das supraleitende Bauelement viel besser ist als die nach den herkömmlichen Techniken erhaltenen Bauelemente.

Beispie] 5

Dieses Beispiel veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der die Vakuum-Aufdampfung in der gleichen Weise wie in Verbindung mit dem Beispiel 1 ausgeführt wurde, wobei als Substrat eine Platte aus Mo, Nb, Ta oder W verwendet wurde, auf deren Oberfläche ein Aluminiumoxid-Film gebildet ist.

Die Bildung des Aluminiumoxid-Films kann durch ein Anoden-Oxydationsverfahren, ein Aluminiumoxid-Vakuum-Aufdampfungsverfahren unter Verwendung einer Elektronenkanone und dergleichen erreicht werden. Wenn ein Aluminiumoxid-Film hergestellt werden soll, der eine dichte Struktur besitzt und bei hohen Temperaturen stabil ist, so eignet sich das Vakuum-Aufdampfungsverfahren unter Verwendung einer Elektronenkanone. Da ein Aluminiumoxid-Film, der mittels der Anodenoxydation erhalten wird, eine grobkörnige Struktur besitzt, ist dies Verfahren zur Verwendung bei etwa 1000° C nicht geeignet.

Bei diesem Beispiel wurde ein Aluminiumoxid-Film mit einer Dicke von 1 μΐη auf einer Metallplatte mittels Vakuum-Aufdampfung von Aluminiumoxid auf die Metallplatte gebildet, wobei die Temperatur dei Metallplatte höher lag als 500°C und außerdem eine Elektronenkanone verwendet wurde. In gleicher Weis« wie in Beispiel 1 wurden Nb-Al-Filme durch Verwendung der auf diese Weise mit Aluminiumoxid bedampften Metallplatte als Substrat hergestellt, die kritische Temperatur und die kritische Stromdichte wurden bestimmt und deren Zusammenhang mit dei

ίο Substrat-Temperatur bei dem Vakuum-Aufdampfungsschritt wurden geprüft Die sich hierbei ergebenden Resultate waren im wesentlichen die gleichen als sie beim Beispiel 1 erhalten wurden, bei dem Aluminiumoxid als Substrat verwendet wurde.

Beispiel 6

Ein Nb—Ai-FiIm, der aufgrund der Durchführung dei Vakuum-Aufdampfung bei einer Substrat-Temperatui von 900° C entsprechend dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren erhalten wurde, wurde einer Vakuum-Hitzebehandlung ausgesetzt Es stellte sich heraus, daß eine Zunahme der kritischen Temperatur durch diese Vakuum-Hitzebehandlung erzielt wurde. Vor dieser Vakuum-Hitzebehand!ung wurde ein Aluminiumoxid-Film mit einer Jicke von etwa 1 μΐη mittels des Vakuum-Aufdampfungsverfahrens auf der Oberfläche eines Nb-Al-Films gebildet, um eine Wieder-Abdampfung des Al während der Vakuum-Hitzebehandlung zu verhindern. Die Vakuum-Hitzebehandlung wurde untei

jo einem Druck von 1,3XlO-⁴ Pa durchgeführt. Die F i g. 17 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen dem Anstieg der kritischen Temperatur und dei Hitzebehandlungszeit, wobei die Behandlungstemperatur 600⁰C (Kurve 80), 700°C (Kurve 81) oder 800⁰C

r> (Kurve 82) betrug. Aus den Ergebnissen in Fig. 17 isl ersichtlich, daß bei jeder Hitzebehandlungs-Temperatur die Wirkung durch die Hitzebehandlung augenscheinlich wird, wenn die Hitzebehandlung mehr als 0,5 Stunden durchgeführt wird, und daß der Sättigungswert innerhalb von 100 Stunden erreicht wird.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Supraleitfähiges Bauelement aus einem Substrat mit mindestens einer Oberfläche aus Aluminiumoxid und auf dieser einer supraleitfähigen Schicht aus einer intermetallischen Niobverbindu;?». dadurch gekennzeichnet, daß die Niobverbindung Nb, (Ali -»Ge») oder Nb*(Gai -_xAl_x) mit 23<y<4,O;23<Jt<4^undO<xiO3isL

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem Blech und auf diesem einer Aluminiumoxidschicht besteht und das Blech aus Mo, Nb, Ta, W, rostfreiem Stahl oder Superlegierungen besteht

3. Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes nach einem der Ansprüche 1 oder 2 durch Aufdampfen der Legierungskomponenten im Vakuum bei einer Substrattemperatur im Bereich von etwa 850° C und darüber, dadurch gekennzeichnet, daß die Nb_x(Ga₁ _,A1»> oder NbjAJ- oder Nb*Ga-Schicht bei einer Substrattemperatur von 800-1200⁰C und die Nb,(Ali_»Ge»)-Schicht bei 850-1200⁰C aufgedampft wird, wobei 2,3SyS4,0; 2,3 S JtS 4,9 und 0<xS 0,5 sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxidschicht im Vakuum auf eine Metallplatte aufgedampft wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bauelement mindestens 0,5 h bei 600 - 800° C tempert.