JP2000247794A - リボン状酸化物高温超伝導体の薄膜の製造方法 - Google Patents

リボン状酸化物高温超伝導体の薄膜の製造方法

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一正 戸叶
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毅 羽多野
Hanpin Myao
ミャオ・ハンピン
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    • H10N60/0548Processes for depositing or forming superconductor layers by precursor deposition followed by after-treatment, e.g. oxidation

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 初期コスト、ランニングコストが低く、高い
再現性、量産性が実現する超伝導体薄膜の製造方法を提
供する。 【解決手段】 酸化物系高温超伝導体の固体原料を基板
の所定の位置に配置し、常圧の酸素雰囲気中において、
固体原料の融点付近の温度で加熱することによって、極
めて薄いリボンないしテープ状の薄膜が互いに交錯して
いる組織を有する酸化物高温超伝導体の薄膜を形成す
る。たとえば、Bi−2212相(BiSrCa
CuOx)に相当する組成の粉末を銀基板上の端に置
き、大気圧・純酸素雰囲気中で、905℃にて10分間
加熱し、さらに860℃にて6時間保持した。これによ
ってリボンないしテープ状の薄膜組織が多数生成するこ
とが確認された。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、リボン状
酸化物高温超伝導体の薄膜の製造方法に関するものであ
る。さらに詳しくは、この出願の発明は、リボンないし
テープが交錯した形状のBi系酸化物超伝導体の薄膜と
して電子デバイス等への新たな応用にも有用な、リボン
状酸化物高温超伝導体の薄膜の製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術とその課題】従来より、Bi系酸化物超伝
導体の薄膜を製造する方法としては、スパッタリング法
などの真空中での蒸着技術が用いられてきている。しか
しながら、これら従来の方法では、大きな面積の製品を
作ることは困難であった。また、真空技術を用いる従来
の製膜方法では、真空排気に長い時間を要するために、
1パッチあたりの時間が多くかかることから、量産性が
低くくなり、コスト高になること、さらには、真空技術
を用いるためには大がかりな設備を要し、運用コストも
高くなる等の問題点があった。
【0003】そこで、この出願の発明は、初期コスト、
ランニングコストが低く、高い再現性、量産性を実現す
ることのできる新しい超伝導体薄膜の製造方法を提供す
ることを課題としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、酸化物系高温超伝導体の
固体原料を基板の所定の位置に配置し、常圧の酸素雰囲
気中において、固体原料の融点付近の温度で加熱するこ
とを特徴とするリボン状酸化物高温超伝導体の薄膜の製
造方法(請求項1)を提供する。
【0005】また、この発明は、上記方法に関して、製
造されるリボン状酸化物高温超伝導体の薄膜が、極めて
薄いリボンないしテープ状の薄膜が互いに交錯している
組織を有すること(請求項2)、固体原料として、Bi
系酸化物超伝導体であるBi 2 Sr2 Ca1 Cu2 x
の粉体もしくは焼成ペレットを用い、熱処理を850〜
913℃の温度範囲で行うこと(請求項3)、固体原料
として、アモルファスを用い、熱処理を800〜890
℃の温度範囲で行うこと(請求項4)、基板として、銀
または他の銀基合金を用いること(請求項5)等をも提
供する。
【0006】
【発明の実施の形態】この出願の発明は以上のとおりの
特徴をもつものであるが、次に、その実施の形態につい
て説明する。より具体的に例示すると、この出願の発明
は、Bi系超伝導体の固体原料をたとえば銀基板等の基
板上の端に配置し、常圧の酸素雰囲気中でたとえば90
5℃で加熱し、860℃で保持する等の組み合わせで加
熱処理を行うことにより、リボンないしテープ状の薄膜
が互いに交錯している組織を有する特異な酸化物高温超
伝導体の薄膜を製造するものである。
【0007】この場合、加熱処理はたとえば融点(86
0℃)付近で行うことになる。ここで「付近」との規定
は、一般的には固体原料の融点の前後60℃の範囲とし
て考慮することができる。Bi系固体原料の融点が前記
のとおり、860℃の場合には、加熱処理は800〜9
20℃の範囲が望ましいことになる。より好ましい加熱
温度の範囲は、固体原料の種類や組成に応じて定めるこ
とができる。たとえば、Bi−2212相(Bi2 Sr
2 Ca1 Cu2 x )に相当する粉末を固体原料とする
場合には、850〜913℃の温度範囲が、また、アモ
ルファスを用いる場合には800〜890℃の温度範囲
がより適当である。
【0008】融点付近の温度での加熱処理は、以上のよ
うに、一般的には前後60℃の範囲として考慮されるこ
とは、Bi−Sr−Ca−Cu−Ox 系の組成に限られ
ることはなく、Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ox
はじめとする各種のBi酸化物系超伝導体の場合にも同
様である。融点を大幅に超えた場合には、目的とする薄
い膜は形成されずに厚膜が形成されてしまい、また、融
点を大幅に下回るとリボン状の結晶にならない。
【0009】加熱処理は、常圧で酸素雰囲気下で行われ
るが、この常圧も、酸素雰囲気とするために、若干の減
圧あるいは加圧状態も許容されることになる。酸素雰囲
気は、100%O2 雰囲気でもよいし、分圧として80
%以上のO2 を含有するN2や希ガス等の不活性ガスと
の混合状態であってもよい。80%未満の02 分圧では
リボン状とはなりにくい。
【0010】基板としては各種のものが考慮されるが、
代表的には銀または銀合金が例示される。この発明にお
いては、特異な形状の超薄膜を基板上に製造することが
できるため、この新しい形状を利用した電子デバイス等
の新たな利用法が考えられる。この発明において提供さ
れる薄膜は、微細なリボン状の酸化物高温超伝導体が膜
状に展開して薄膜を構成したものとして特徴づけられ
る。そしてさらには、リボン状の酸化物高温超伝導体は
極めて薄いリボンないしテープ状のものであって、この
リボンないしテープ状の薄膜の多数のものが互いに交錯
して全体として一つの組織体としての薄膜を形成してい
るものを示すことができる。なお、この発明のリボン状
酸化物超伝導体は単結晶ないしは単結晶を主とするもの
であると考えられる。
【0011】従来、Bi系酸化物超伝導体の薄膜の製造
には、スパッタリング法などの真空中での蒸着技術が用
いられてきたが、この発明を用いると、常圧下での成膜
が可能となる。また、大がかりな設備を必要とする真空
技術と比較して、この発明において必要なものは電気炉
のみであり、実用化に際しては極めて低コストで設備が
完成する上、設備の設置面積も小さく、極めてシンプル
な構造の設備であることから、運用コストも低く抑える
ことができる。
【0012】また、蒸着では大きな面積の製品を製造す
ることは困難であったが、この発明においては、炉内に
多数のサンプルを並べることによって容易に量産が可能
となる。さらに、この発明は、蒸圧で薄膜を製造するた
め、従来の真空技術を用いる成膜方法と比較して、真空
排気に要する時間が無くなるため、トータルでの量産性
は極めて高くなる。
【0013】この発明構成および作用効果の特徴につい
て、さらに詳しく以下の実施例に沿って説明する。もち
ろんこの発明は以下の例によって限定されるものではな
い。
【0014】
【実施例】Bi−2212相(Bi2 Sr2 Ca1 Cu
2 x )に相当する組成の粉末を銀基板上の端に置き、
大気圧・純酸素雰囲気中で、905℃にて10分間加熱
し、さらに860℃にて6時間保持した。これによって
リボンないしテープ状の薄膜組織が多数生成することが
確認された。
【0015】添付した図面の図1は、実施例によって作
成された試料の光学顕微鏡写真である。図1に示したよ
うに、このリボンないしテープ状の組織は、長さ数百μ
m、幅数十μm、厚さはサブミクロンオーダーであるこ
とが顕微鏡観察によって確認された。
【0016】X線回折分析によって、得られた試料の構
造を解析したところ、ほぼc軸に配向したBi−221
2組織が生成されていることが確認された。このもの
は、走査電子顕微鏡と光学顕微鏡による観察では結晶粒
径が観察されず、成長の様式からみても単結晶以外には
考えにくいことから、単結晶であると推定される。この
組織の超伝導特性を直流4端子法による電気抵抗測定に
より評価したところ、約75Kにおいて抵抗値が0にな
るという明確な超伝導転移が確認された。添付した図面
の図2は、直接的測定データ(A)の数値と、このもの
から銀基板の数値(B)を差し引いた正味の磁化率
(C)と温度との関係を示したものである。
【0017】図2に示したように、約80Kを超える温
度での転移が認められた。これらの値は、一般的な真空
プロセスで生成される薄膜状試料と比較した場合、極め
て高い数値であり、極めて高い品質の膜が生成されてい
るものと考えられる。
【0018】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、この出願の
発明によって、極めて薄いリボンないしテープ状の薄膜
が互いに交錯している特殊な組織を有するリボン状酸化
物高温超伝導体の薄膜の製造方法が提供される。また、
この発明の方法は、通常の真空プロセスと比較した場
合、初期コスト、運用コストのいずれも極めて低く、ま
た一度に大量に薄膜を製造することが可能であり、大幅
なコスト削減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例によって作成された試料の図面に代わる
光学顕微鏡写真である。
【図2】磁化率と温度との関係を示した図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年4月20日(2000.4.2
0)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、酸化物系高温超伝導体の
固体原料(アルカリハライドを含まない)を基板の所定
の位置に配置し、常圧の酸素雰囲気中において、固体原
料の融点の前後60℃の範囲である融点付近の温度で加
熱することを特徴とするリボン状酸化物高温超伝導体の
薄膜の製造方法(請求項1)を提供する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミャオ・ハンピン 茨城県つくば市千現1丁目2番1号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 Fターム(参考) 4G077 AA03 BC58 CA04 CA09 CD10 EA02 ED06 HA12 JA06 JB07 MB14 MB33 4M113 AD36 BA21 BA29 CA35 5G321 AA05 BA07 CA04 CA21 CA24 CA27 DB28 DB47

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化物系高温超伝導体の固体原料を基板
    上に配置し、常圧の酸素雰囲気中において、固体原料の
    融点付近の温度で加熱することを特徴とするリボン状酸
    化物高温超伝導体の薄膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 リボン状酸化物高温超伝導体の薄膜は、
    極めて薄いリボンないしテープ状の薄膜が互いに交錯し
    ている組織を有する請求項1のリボン状酸化物高温超伝
    導体の薄膜の製造方法。
  3. 【請求項3】 固体原料として、Bi系酸化物超伝導体
    であるBi2 Sr2Ca1 Cu2 x の粉体もしくは焼
    成ペレットを用い、熱処理を850〜913℃の温度範
    囲で行う請求項1ないし2のいずれかのリボン状酸化物
    高温超伝導体の薄膜の製造方法。
  4. 【請求項4】 固体原料として、アモルファスを用い、
    熱処理を800〜890℃の温度範囲で行う請求項1な
    いし2のいずれかのリボン状酸化物高温超伝導体の薄膜
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 基板として、銀または他の銀基合金を用
    いる請求項1ないし4のいずれかのリボン状酸化物高温
    超伝導体の薄膜の製造方法。
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