JP2002522927A - 電気的に安定化された薄膜高温超伝導体及びその製造方法 - Google Patents
電気的に安定化された薄膜高温超伝導体及びその製造方法Info
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Abstract
Description
金属基板に被着された超伝導層を有する電気的に安定化された薄膜高温超伝導体
に関する。かかる薄膜HTSは、例えば1996年10月21〜24日に札幌で
開催された超伝導に関する国際シンポジウム(ISS’96)で発表されたK. H
asegawa 氏の論文“In-plane Aligned YBCO Thin Film Tape Fabricated by Pul
sed Laser Deposition ”(議事録745〜748頁)で知られている。
もって高電力で適用するためには、製造に関連した材料の不均質性に起因して超
伝導体の急冷中に生じ、素子の機能を損なう場合のあるいわゆるホットスポット
(hot spot)の形成を阻止する信頼性のある電気バイパスを超伝導体に設けるこ
とが必要不可欠である。HTS層に平らな層の形態で被着されるAu又はAgの
層の形態のかかるバイパスは、応用超伝導に関するIEEE議事録第7巻(82
8〜831頁)所収のB. Gromoll氏等の論文“Resistive Current Limiter with
YBCO Films ”に記載されている。
分布を均一化させるようになっている。これにより、ホットスポットの形成を阻
止できる。かかるバイパスの最低条件は、(1)HTSとの電気的接触が良好で
あること、(2)温度上昇を制限する上で適当な熱容量があることである。
着法(PLD)によりどのようにすれば代表的な金属(例えば、ハステロイの)
基板に被着できるかについての方法が記載されている。しかしながら、この場合
、基板の酸化及び2つの層相互の化学反応を阻止するために例えばイットリウム
安定化二酸化ジルコニウム(YSZ)のバッファ層が基板とHTSとの間に設け
られる。したがって、HTSとその下に位置する基板との間には、電気的バイパ
スとして好適な電気的接触は得られない。
気的に安定化された薄膜高温超伝導体を製造すること及びその製造方法を提供す
ることにある。
平らな導電層を介して基板の表面全体に分布されるような仕方で基板に電気的に
接触することにより達成される。HTS層とその下に位置する金属基板との接触
が表面全体に分布して生じるので、任意の時点で素子の任意の箇所においてホッ
トスポットの形成を阻止できる多くの電流バイパス路が表面全体にわたり分布し
て得られる。
板に直接被着されることによって、差別化される。全領域に亘るHTS層と基板
との間のこのような直接的な接続は、材料の組み合わせに対する制約があるけれ
ども、最大のバイパス効果を生じ、2つの材料間の界面における劣化がない、或
いは少なくとも耐えうる製造方法を生じる。
貴金属からなるのが好ましい、電気的に導電性のバッファ層によって金属基板か
ら分離されることによって特徴付けられる。電気的に導電性のバッファ層のため
に、全領域の電気的接触を損なうことなく、HTS層と基板との間の反応を止め
ることができる。
、超伝導層に被着され、さらに導電性層は、領域に亘って分布した多数の箇所で
基板に電気的に導電して接続されることに基づく。これによって、従来技術から
すでに知られているように、基板のバイパスとしての機能を放棄することなく、
特に超伝導層と基板との間に絶縁バッファ層を構成するのが可能となる。
層のバッファ層の領域に亘って分布するように配置され、この開口が下層の基板
を露出させ、さらに導電性層が接触用開口の領域において露出した基板に接触導
通し、接触用開口は、超伝導層及び/又はバッファ層を除去することによって生
成されることによって特徴付けられる。電流を伝えるのに有効な断面を不必要に
減少させないで、バイパスとして作用する基板によって、ホットスポットが高信
頼度で阻止されるような仕方で在来のマスクエッチング方法によって、接触用開
口の数及び分布を最適化することができる。
ファ層の被着中に、被覆或いはシャドウすることによって生じる点に特徴付けら
れる。この場合、接触用開口の生成中に追加のマスキング及びエッチング工程を
省略可能である。
、超伝導層を平らに金属基板に被着し、さらに領域の種々の箇所において下層の
基板に電気的に導電して接続することによって、特徴付けられる。
に被着するか、或いは電気的に導電性のバッファ層を金属基板に被着し、第2の
工程において、超伝導層をバッファ層に被着する。
基板の全領域に被着し、第2の工程において、超伝導層を電気的に導電性のバッ
ファ層の全領域に被着し、第3の工程において、好ましくはマスクエッチング方
法によって接触用開口を領域の種々の箇所において2つの被着された層内に生成
し、この接触開口を通じて基板を上から自由にアクセス可能とし、第4の工程に
おいて、超伝導層の領域と接触し、且つ接触用開口を通じてこれを露出した基板
に接続する導電性層を全領域に被着する。
部分的に被覆されていないままで接触用開口を形成するように選択される第1方
向からの直接的な被着によって、電気的絶縁バッファ層を基板の領域に被着し、
第2の工程において、第1方向からの直接的な被着によって超伝導層を電気的絶
縁バッファ層に被着し、第3の工程において、超伝導層の領域に接触し、これを
溝の底の接触用開口を通じて露出した基板に接続する導電性層を全領域に被着す
る。
説明する。
は、HTS層と基板とが、全領域に亘って違いに接続されていることによって起こ
り得る。HTS層と金属基質との間の直接的な接触領域を有する、本発明の第1実
施例を図1に示す(他のすべての図も同様であるが、超伝導体の一部を示す)。
この実施例では、電気的に安定化された薄膜高温超伝導体10が、金属基板11
に直接被着された超伝導層12からなる。YBCOからなるのが好ましい層12と基
板11との間の反応を防止するためのバッファ層が省略されるので、基板11及
び/または超伝導層12のための材料を適切に選択することによって、反応を防
止しなければならない。かくして、反応を防止或いは妨害するために、たとえば
基板11用に、基板Agのような貴金属を用いることが可能である。有利な要因は
、簡単な構造及び薄膜HTSの簡単な生産性にある。用いられる材料の選択におけ
る制約は、全体としてみれば、不利である。
層と基板との間の領域接触が、導電性バッファ層を介して伝えられるなら、除去
可能である。この場合、薄膜高温超伝導体20は再び、金属基板21に直接被着
されるのではなく、電気的な導電性バッファ層23が介在する超伝導層22を有
する。電気的な導電性バッファ層23は、反応阻止金属、特にAgのような貴金属
からなる。これによって、超伝導層22との反応能力に過度の注意をすることな
しに、金属基板21用の材料の選択の余地が大きくなる。
、バイパスとして用いられる基板の利点を損なわないで利用できれば特に有利で
ある。かかる解決策の2つの例が図3A〜3F及び図4A〜図4Dに再現されて
おり、各ケースの個々の部分図は、これらの製造における或る工程を示している
。
属基板31の表面に次々にバッファ層33(例えば、YSZ、CeO又はY2 O 3 から成る)、実際の超伝導層32(例えば、YBCOから成る)を被着させた
ものである(図3A)。その後、この順番で被着された層の上に、適当なフォト
レジスト等から成るマスク層34を被着させ、次にマスク開口部をマスク層34
にその表面全体に一様に分布した状態で設けることによってパターン付けする(
図3C)。
口部35を介して、2つの下に位置した層32(超伝導層),33(バッファ層
)を除去し、かくして基板31の表面に自由に接近できるようにする接触用開口
部36を生じさせる(図3D)。マスク層34を除去した後(図3E)、導電層
37(例えば、Ag又はAuから成る)を表面全体に被着させて薄膜高温超伝導
体30を完成させ(図3F)、この導電層は、接触用開口部36の外で超伝導層
32の表面全体に接触し、これを接触用開口部36内の金属基板31に導電接触
させる。当然のことながら、基板31の適当な接触が得られるよう接触用開口部
36のサイズを選択する必要がある。他方、点接触状態の基板31による適当な
バイパス機能が超伝導層の各領域について確保されるように接触用開口部36の
数及び分布状態を選択する必要がある。
ましくは側壁を備えた溝45の形態の凹みが被覆されるべき領域全体にわたって
一様に分布して配置された金属基板41である(図4A)。被覆が施されるべき
基板41の表面上には、第1の工程において、第1の方向(図4Aに矢印で示さ
れている)からの局部塗布により絶縁バッファ層43が被着される。第1の方向
は、溝45の底部が、側壁による遮蔽(shadowing )に起因して部分的に覆われ
ないままで接触用開口部46(図4A)を形成するように選択される。
より絶縁バッファ層43に被着させる。同じ遮蔽効果により、接触用開口部46
は、この塗布工程中も自由な状態のままである。次いで、第3の工程において、
導電層44を表面全体に被着させ、この導電層は、超伝導層42の表面に接触し
、これを溝45の底部上の接触用開口部46を介してここに露出した金属基板4
1に導電接続させる。第3の工程中、第1の部分工程において、超伝導層42を
覆って露出した接触用開口部46(図4C)を本質的に後に残す第1の導電層4
4を好ましくは、第1の方向からの局部塗布により被着させるのがよい。次に、
第2の部分工程において(図4D)、第1の方向とは異なる第2の方向からの局
部塗布により完成状態の導電層44になるよう第1の導電層44′を補強し、そ
れと同時に接触用開口部46を介して金属基板41に導電接続させると、その結
果として、最終形態として薄膜高温超伝導体40が得られる。
チの形態で構成されるのが好ましい。
平面に垂直に流れる。
用すると共に最もばらつきのある材料を基板用として選択できるようにする電気
的に安定化された薄膜高温超伝導体が得られる。
い実施形態の薄膜HTSの構造の断面図である。
す、本発明の第2の好ましい実施形態の薄膜HTSの構造図である。
る本発明の第3の好ましい実施形態の薄膜HTSの製造の一工程を示す図である
。
る本発明の第3の好ましい実施形態の薄膜HTSの製造の一工程を示す図である
。
る本発明の第3の好ましい実施形態の薄膜HTSの製造の一工程を示す図である
。
る本発明の第3の好ましい実施形態の薄膜HTSの製造の一工程を示す図である
。
る本発明の第3の好ましい実施形態の薄膜HTSの製造の一工程を示す図である
。
る本発明の第3の好ましい実施形態の薄膜HTSの製造の一工程を示す図である
。
介して生じる本発明の第4の好ましい実施形態の薄膜HTSの製造の一工程を示
す図である。
介して生じる本発明の第4の好ましい実施形態の薄膜HTSの製造の一工程を示
す図である。
介して生じる本発明の第4の好ましい実施形態の薄膜HTSの製造の一工程を示
す図である。
介して生じる本発明の第4の好ましい実施形態の薄膜HTSの製造の一工程を示
す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 平らな金属基板(11、21、31、41)上に被着された超伝導層
(12、22、32、42)を有する電気的に安定化された薄膜高温超伝導体(10、20、
30、40)において、この超伝導層(12、22、32、42)は、前記基板(11、21、31
、41)の領域に亘って分布するような仕方で、前記基板(11、21、31、41)と電
気的に接触することを特徴とする薄膜超伝導体。 - 【請求項2】 請求項1に記載の電気的に安定化された薄膜高温超伝導体を
製造する方法であって、超伝導層(12、22、32、42)を金属基板(11、21、31、
41)の領域に被着し、領域の種々の箇所において、下層の基板(11、21、31、41
)に電気的に通電して接続する、ことを特徴とする方法。
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