JP2003046152A - 超伝導膜の形成方法 - Google Patents

超伝導膜の形成方法

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JP2003046152A JP2001228922A JP2001228922A JP2003046152A JP 2003046152 A JP2003046152 A JP 2003046152A JP 2001228922 A JP2001228922 A JP 2001228922A JP 2001228922 A JP2001228922 A JP 2001228922A JP 2003046152 A JP2003046152 A JP 2003046152A
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Masaharu Kawachi
正治 河内
Masato Yoshizawa
正人 吉澤
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高臨界電流密度を有する超伝導膜を、任意の
形状の基体表面に、低コストで形成する方法を提供する
こと。 【解決手段】 体の表面に導電性膜を形成する工程、
酸化物超伝導微粒子、並びに超伝導膜に磁束ピニングセ
ンターを導入するための非超伝導微粒子を分散させた溶
液を用いて、前記導電性膜上に、前記高温超伝導体微粒
子、並びに前記非超伝導微粒子を泳動電着させる工程、
及び前記基体を熱処理して、高温超伝導微粒子、並びに
非超伝導体微粒子を焼結させ、磁束ピニングセンターが
導入された超伝導膜を形成する工程を具備することを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超伝導泳動電着膜
の形成方法に係り、特に、磁束ピニング導入法による超
伝導泳動電着膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板上への超伝導膜の形成は、従来、エ
ピタキシャル成長により行われていた。
【０００３】或いは、他の方法として、基板表面に超伝
導ペーストをスクリーン印刷等の方法により印刷し、次
いで得られた超伝導ペースト層を熱処理することにより
行われていた。
【０００４】しかし、これらの従来の超伝導膜の形成方
法では、平面状の基体表面への形成に限られ、曲面状の
基体や、任意の形状の基体表面に超伝導膜を形成するこ
とは出来なかった。ところで、近年、超伝導体が様々な
分野で広く利用されるようになっており、立体的な形状
の基体に超伝導膜を形成する必要性が急速に高まってい
る。
【０００５】そこで、曲面等の平面状以外の任意の形状
の基体表面への超伝導膜の形成を可能とする方法とし
て、本発明者らは、先に、泳動電着法により超伝導体微
粒子を被覆し、熱処理する方法を提案した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このように泳
動電着法により形成された超伝導膜を外部磁場中に配置
したり、電流を流した場合に発生する自己磁場により、
超伝導体は混合状態と呼ばれる相を呈する。磁束ピニン
グセンターが導入されていない超伝導膜がこの相にある
とき、磁束は移動し易い。磁束が移動すると、電圧が発
生し、応用上、超伝導体として機能しないという問題が
生ずる。
【０００７】本発明者らにより先に提案された泳動電着
法により形成された超伝導膜には、このような磁束ピニ
ングセンターが導入されていないため、磁束が移動し易
く、臨界電流密度が低いという問題があった。
【０００８】本発明は、このような事情の下になされ、
高臨界電流密度を有する超伝導膜を、任意の形状の基体
表面に、低コストで形成する方法を提供することを目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、基体の表面に導電性膜を形成する工程、
酸化物超伝導微粒子、並びに超伝導膜に磁束ピニングセ
ンターを導入するための非超伝導微粒子（ピニング物
質）を分散させた溶液を用いて、前記導電性膜上に、前
記高温超伝導体微粒子、並びに前記非超伝導微粒子を泳
動電着させる工程、及び前記基体を熱処理して、高温超
伝導体微粒子、並びに非超伝導体微粒子を焼結させ、磁
束ピニングセンターが導入された超伝導膜を形成する工
程を具備することを特徴とする超伝導膜の形成方法を提
供する。
【００１０】本発明の超伝導膜の形成方法において、非
超伝導微粒子は、酸化物超伝導微粒子と反応しない物質
であることが望ましい。そのような物質として、ＹＢＣ
Ｏ２１１相（Ｙ２ＢａＣｕＯ５）、銀（Ａｇ）、酸化マ
グネシウム（ＭｇＯ）、イットリアイットリア安定化ジ
ルコニア（ＹＳＺ）等を挙げることが出来る。
【００１１】この場合、前記高温超伝導微粒子に添加す
る前記非超伝導体微粒子の重量比は、１ｗｔ％〜１０ｗ
ｔ％であることが望ましい。
【００１２】本発明において、導電性膜は、基体の表面
に導電性ペースト層を形成し、この導電性ペースト層を
熱処理することにより形成することが出来る。或いは、
導電性膜は、導電性物質のメッキ、または導電性物質の
蒸着により形成することが出来る。導電性膜は、銀を主
成分として含むものとすることが出来る。
【００１３】なお、超伝導膜は、パターン状に形成する
ことが出来る。
【００１４】以上のように構成される本発明の超伝導膜
の形成方法によると、超伝導膜に非超伝導微粒子（ピニ
ング物質）を均一に混入することにより、超伝導膜に磁
束ピニングセンターを効果的に導入することが出来、そ
の結果、高臨界電流密度を有する超伝導膜を、任意の形
状の基体表面に、低コストで形成することが可能であ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明は、基体表面に形成された導電性膜
上に、泳動電着によって高温超伝導体、並びに非超伝導
体（ピニング物質）を堆積し、次いで熱処理することに
より、磁束ピニングセンターが導入された超伝導膜を形
成することを特徴とする。
【００１６】本発明に使用される、超伝導膜が形成され
る基体としては、セラミック基材を用いることが出来
る。このセラミック基材は、熱処理が施されることか
ら、１０００℃程度までの耐熱性を有すること、多層膜
に対して比較的安定であること、多層膜の熱膨張係数に
近いことなどの条件を満たすことが望ましく、ＹＢＣＯ
２１１相（Ｙ２ＢａＣｕＯ５）、銀（Ａｇ）、酸化マグ
ネシウム（ＭｇＯ）、イットリア安定化ジルコニア（Ｙ
ＳＺ）等を用いることが出来る。入手性の点で、これら
の中では、アルミナを好ましく用いることが出来る。
【００１７】基体表面に形成される導電性膜の材料とし
ては、超伝導体と反応しない金属として銀が好ましい。
基体表面に導電性材料を被着させる方法としては、導電
性ペーストを塗布し、熱処理する方法、導電性材料をめ
っきまたは蒸着により被着する方法等を挙げることが出
来る。また、導電性膜の膜厚は、０．３μｍ〜１０μｍ
程度が好ましい。
【００１８】銀ペーストとしては、９０４Ｔ、ＦＳＰ−
３０６Ｔ、ＭＨ−１０６Ｄ（商品名：田中貴金属社製）
を挙げることが出来る。本発明において、超伝導膜に磁
束ピニングセンターを導入するための非超伝導微粒子
（ピニング物質微粒子）としては、使用される高温超伝
導体または高温超伝導体前駆物質と反応しにくい物質を
選択することが望ましい。そのような物質として、ＹＢ
ＣＯ２１１相（Ｙ２ＢａＣｕＯ５）、銀（Ａｇ）、酸化
マグネシウム（ＭｇＯ）、イットリア安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）等を挙げることが出来る。
【００１９】ピニング物質微粒子の粒径は特に限定され
ないが、通常は、０．１〜３μｍ程度が好ましい。
【００２０】本発明に使用される高温超伝導体として
は、特に限定されないが、例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７
粒子、ＹＢａ２Ｃｕ４Ｏ８粒子等を用いることが出来
る。高温超伝導微粒子の粒径は特に限定されないが、通
常は、０．１〜３μｍ程度が好ましい。
【００２１】この場合、前記高温超伝導微粒子に添加す
る前記非超伝導体微粒子の重量比は、１ｗｔ％〜１０ｗ
ｔ％であることが望ましい。ピニング物質微粒子の割合
が少なすぎると、磁束ピニングセンター導入による効果
を得ることが困難となり、多すぎると、ピニング物質微
粒子が超伝導微粒子の結合を妨げ、超伝導特性を劣化さ
せ、好ましくない。
【００２２】泳動電着は、高温超伝導微粒子、並びにピ
ニング物質微粒子を分散させた溶媒中に基体を配置し、
基体に被着された導電性材料に対向させて陽極を配置
し、導電性材料を陰極として用い、電極間に電圧を印加
することにより行われる。溶媒としては、トルエン、ア
セトン等を用いることが出来る。溶媒中の微粒子の濃度
は、通常、３０ｍｇ〜４０ｍｇ／ｃｍ３であり、ヨウ素
の濃度は、０．４ｍｇ／ｃｍ３である。
【００２３】泳動電着の条件は、通常用いられる条件を
用いることが出来る。例えば、電圧４０〜５００Ｖ、時
間１０〜６０秒である。
【００２４】なお、泳動電着は、磁場が泳動方向に対し
て平行に印加された状態で行うことが望ましい。基材が
円筒状の場合、磁場を泳動方向に対して平行に印加する
ためには、円筒基材を溶液中に液面すれすれに配置した
状態で、一定方向に印加された磁場に対し、円筒基材を
その軸を中心に回転させればよい。磁場は、１Ｔ〜１０
Ｔ程度が望ましい。
【００２５】泳動電着された高温超伝導体、並びに非超
伝導体は、次いで熱処理され、焼結される。この熱処理
により、高温超伝導体前駆物質微粒子は高温超伝導微粒
子となる。熱処理温度は８８０〜９２０℃、熱処理雰囲
気は酸素であるのが好ましい。
【００２６】超伝導膜をパターン状に形成して、超伝導
配線を形成することが出来る。超伝導膜をパターン状に
形成するには、下地の導電性膜をパターン状に形成し
て、その上に泳動電着により、超伝導膜パターンを形成
すればよい。或いは、全面に超伝導膜を形成した後、ホ
トリソグラフィーにより形成されたレジストパターン等
をマスクとして用いて超伝導膜をエッチングしてもよ
い。
【００２７】以下、本発明の実施例に係る超伝導膜の形
成方法について説明する。
【００２８】純度９７％のアルミナからなる、内径１８
ｍｍ、外径２１ｍｍ、長さ８０ｍｍの円筒形セラミック
基材を準備した。この円筒形セラミック基材の外表面
に、スクリーン印刷により、銀ペーストを５０μｍの膜
厚に形成した。銀ペーストとしては、ＦＳＰ−３０６Ｔ
（田中貴金属社製）を用いた。
【００２９】次いで、この円筒形セラミック基材を６０
０℃で１時間、大気中で熱処理した。この熱処理によ
り、銀ペーストの揮発成分は蒸発し、銀成分が円筒形セ
ラミック基材の外表面に固着した。その結果、膜厚１０
μｍの銀膜が形成された。
【００３０】次に、銀膜上に、高温超伝導微粒子および
ピニング物質微粒子を泳動電着させ、厚さ５０μｍのピ
ニング物質を含む高温超伝導膜を形成した。
【００３１】高温超伝導微粒子としては、本実施例の場
合、粒径３μｍ以下のＹＢａ２Ｃｕ ３Ｏ７粒子を用い、
ピニング物質微粒子としては、粒径１μｍのＹ２ＢａＣ
ｕＯ ５粒子を用いた。泳動電着は、次のようにして行っ
た。
【００３２】即ち、アセトン５００ｍリットル、ヨウ素
２００ｍリットル、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７粒子１５ｇ、お
よびＹ２ＢａＣｕＯ５粒子１．５ｇを含む電着浴中に、
円筒形セラミック基材を配置した。陽極としてスパイラ
ル状の白金線（０．５ｍｍ径）を円筒形セラミック基材
の外側に配置し、直線状の白金線（０．５ｍｍ径）を内
側に配置した。なお、陰極としては、円筒形セラミック
基材の外表面に形成された銀膜を用いた。
【００３３】陽極および陰極間に２００Ｖの電圧を２０
秒間印加することにより、円筒形セラミック基材の外表
面に形成された銀膜上に、高温超伝導微粒子およびピニ
ング物質微粒子を泳動電着させた。
【００３４】その後、円筒形セラミック基材を、９４０
℃で８時間、熱処理して、高温超伝導微粒子およびピニ
ング物質微粒子を焼結した。熱処理雰囲気は、酸素であ
った。その結果、円筒形セラミック基材の外表面に、超
伝導膜が形成された。得られた超伝導膜は、磁束ピニン
グセンターが導入されているため、高い臨界電流密度を
有するものであった。
【００３５】以上説明した実施例では、円筒形セラミッ
ク基材に銀ペーストを塗布することにより導電性膜を形
成したが、本発明はこれに限らず、メッキや蒸着により
導電性物質を被着させてもよい。
【００３６】また、上述の実施例では、高温超伝導微粒
子を泳動電着した例を示したが、本発明はこれに限ら
ず、熱処理により高温超伝導微粒子となる、高温超伝導
前駆物質イオンを泳動電着させてもよい。或いはまた、
高温超伝導微粒子と高温超伝導前駆物質イオンの混合物
を泳動電着させることも可能である。
【００３７】本発明の超伝導膜の形成方法は、超伝導体
を利用した様々なデバイスに適用することが出来る。そ
のようなデバイスとして、例えば、高温超伝導膜を用い
た量子干渉型磁束計、量子干渉型磁束計の磁気検出コイ
ル及び入力コイル、高周波信号伝送線路（ストリップラ
インやマイクロストリップライン）等を挙げることが出
来る。
【００３８】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
超伝導膜の形成方法によると、超伝導膜に非超伝導微粒
子（ピニング物質）を均一に混入することにより、超伝
導膜に磁束ピニングセンターを効果的に導入することが
出来、その結果、高臨界電流密度を有する超伝導膜を、
任意の形状の基体表面に、低コストで形成することが可
能である。
【００３９】このように、高臨界電流密度を有する超伝
導膜を、所望の基体、例えば立体的な基体や、長尺の基
体に形成可能であることから、超伝導立体膜や超伝導線
材を低コストで作成することが可能となるなど、本発明
の超伝導の分野における貢献度は、極めて高い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K044 AA13 BA08 BA12 BB03 BB10 BC14 CA13 CA17 CA18 CA53 4M113 AD36 AD37 AD39 BA11 BA23 CA34 5G321 AA01 AA04 AA07 CA20 DB21

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基体の表面に導電性膜を形成する工程、 酸化物超伝導微粒子、並びに超伝導膜に磁束ピニングセ
    ンターを導入するための非超伝導微粒子を分散させた溶
    液を用いて、前記導電性膜上に、前記高温超伝導体微粒
    子、並びに前記非超伝導微粒子を泳動電着させる工程、
    及び前記基体を熱処理して、高温超伝導体、並びに非超
    伝導体微粒子を焼結させ、磁束ピニングセンターが導入
    された超伝導膜を形成する工程を具備することを特徴と
    する超伝導膜の形成方法。
  2. 【請求項２】前記非超伝導微粒子は、前記酸化物超伝導
    微粒子と反応しない物質からなることを特徴とする請求
    項１に記載の超伝導膜の形成方法。
  3. 【請求項３】前記非超伝導微粒子は、ＹＢＣＯ２１１相
    （Ｙ２ＢａＣｕＯ５）、銀（Ａｇ）、酸化マグネシウム
    （ＭｇＯ）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）か
    らなる群から選ばれることを特徴とする請求項２に記載
    の超伝導膜の形成方法。
  4. 【請求項４】電着コロイド中に分散する前記高温超伝導
    微粒子に添加する前記非超伝導体微粒子の重量比は、１
    ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１〜
    ３のいずれかの項に記載の超伝導膜の形成方法。
  5. 【請求項５】前記導電性膜は、前記基体の表面に導電性
    ペースト層を形成し、この導電性ペースト層を熱処理す
    ることにより形成されることを特徴とする請求項１〜４
    のいずれかの項に記載の超伝導膜の形成方法。
  6. 【請求項６】前記導電性膜は、導電性物質のメッキ、ま
    たは導電性物質の蒸着により形成されることを特徴とす
    る請求項１〜４のいずれかの項に記載の超伝導膜の形成
    方法。
  7. 【請求項７】前記導電性膜は、銀を主成分として含むこ
    とを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の超
    伝導膜の形成方法。
  8. 【請求項８】前記超伝導膜は、パターン状に形成される
    請求項１〜７のいずれかの項に記載の超伝導膜の形成方
    法。
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