JP2003124534A - 高温超伝導体膜及びその形成方法並びに超伝導素子 - Google Patents
高温超伝導体膜及びその形成方法並びに超伝導素子Info
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 膜質の良好なＹＢＣＯ系の高温超伝導体膜及
びその製造方法、並びにそのＹＢＣＯ系の高温超伝導体
膜を用いた良好な電気的特性を有する超伝導素子を提供
する。 【解決手段】 誘電体基板１０上に形成されたＹ−Ｂａ
−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜であって、膜の上面近傍
におけるＢａに対するＣｕの組成比が、膜の内部におけ
るＢａに対するＣｕの組成比より大きくなっている。
びその製造方法、並びにそのＹＢＣＯ系の高温超伝導体
膜を用いた良好な電気的特性を有する超伝導素子を提供
する。 【解決手段】 誘電体基板１０上に形成されたＹ−Ｂａ
−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜であって、膜の上面近傍
におけるＢａに対するＣｕの組成比が、膜の内部におけ
るＢａに対するＣｕの組成比より大きくなっている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温超伝導体膜及
びその製造方法並びにその高温超伝導体膜を用いた超伝
導素子に係り、特に、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝
導体膜及びその製造方法並びにその高温超伝導体膜を用
いた超電導素子に関する。
びその製造方法並びにその高温超伝導体膜を用いた超伝
導素子に係り、特に、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝
導体膜及びその製造方法並びにその高温超伝導体膜を用
いた超電導素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物高温超伝導体は、銅などの電気良
導体と比較して高周波における表面抵抗が極めて小さい
ことが知られている。例えば、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の
高温超伝導体膜（以下、「ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜」
ともいう。）では、例えば２ＧＨｚにおいて、銅より２
桁以上小さい表面抵抗が得られる。
導体と比較して高周波における表面抵抗が極めて小さい
ことが知られている。例えば、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の
高温超伝導体膜（以下、「ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜」
ともいう。）では、例えば２ＧＨｚにおいて、銅より２
桁以上小さい表面抵抗が得られる。
【０００３】このため、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を回
路パターンとして用いて、挿入損失が小さく、かつ周波
数遮断特性が急峻な高無負荷Ｑの超伝導フィルタを提供
することが期待されている。なお、無負荷Ｑ値とは、損
失の逆数のことである。
路パターンとして用いて、挿入損失が小さく、かつ周波
数遮断特性が急峻な高無負荷Ｑの超伝導フィルタを提供
することが期待されている。なお、無負荷Ｑ値とは、損
失の逆数のことである。
【０００４】挿入損失が小さく、かつ周波数遮断特性が
急峻な高無負荷Ｑの超伝導フィルタを、移動体通信の基
地局の通信機器に用いれば、周波数利用効率の向上を図
ることが可能となる（参考文献：応用物理、70 [1] (20
01) 野島俊雄、佐藤圭）。
急峻な高無負荷Ｑの超伝導フィルタを、移動体通信の基
地局の通信機器に用いれば、周波数利用効率の向上を図
ることが可能となる（参考文献：応用物理、70 [1] (20
01) 野島俊雄、佐藤圭）。
【０００５】従来のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の形成方
法を図６を用いて説明する。図６（ａ）は、従来のＹＢ
ＣＯ系高温超伝導体膜を示す断面図（その１）である。
図６（ｂ）は、従来のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を示す
断面図（その２）である。
法を図６を用いて説明する。図６（ａ）は、従来のＹＢ
ＣＯ系高温超伝導体膜を示す断面図（その１）である。
図６（ｂ）は、従来のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を示す
断面図（その２）である。
【０００６】まず、パルスレーザ蒸着（Pulsed Laser D
eposition、ＰＬＤ）装置の成膜室内に、例えばＭｇＯ
単結晶より成る誘電体基板１１０を載置する。
eposition、ＰＬＤ）装置の成膜室内に、例えばＭｇＯ
単結晶より成る誘電体基板１１０を載置する。
【０００７】次に、パルスレーザ蒸着法により、誘電体
基板１１０上の全面に、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１１
２を成長する。ターゲットとしては、ＹＢＣＯ系高温超
伝導体膜の化学量論的組成（Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：
３）にできる限り近い組成のターゲット、具体的には、
例えばＹ1Ｂａ2Ｃｕ3ＯXより成る焼結体を用いる。
基板１１０上の全面に、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１１
２を成長する。ターゲットとしては、ＹＢＣＯ系高温超
伝導体膜の化学量論的組成（Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：
３）にできる限り近い組成のターゲット、具体的には、
例えばＹ1Ｂａ2Ｃｕ3ＯXより成る焼結体を用いる。
【０００８】このようにしてＹＢＣＯ系高温超伝導体膜
１１２を成長すると、誘電体基板１１０の面に対してｃ
軸方向、即ち結晶格子の長軸方向に配向されたＹＢＣＯ
系高温超伝導体膜１１２が形成される。
１１２を成長すると、誘電体基板１１０の面に対してｃ
軸方向、即ち結晶格子の長軸方向に配向されたＹＢＣＯ
系高温超伝導体膜１１２が形成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１１２は、膜質が良好ではな
かった。即ち、図６（ａ）に示す従来のＹＢＣＯ系高温
超伝導体膜１１２では、膜内に、結晶欠陥（結晶転位）
１１３や結晶歪み（図示せず）等が生じてしまってい
た。また、図６（ｂ）に示す従来のＹＢＣＯ系高温超伝
導体膜１１２では、膜内に、Ｙ2Ｏ3やＹ2Ｂａ1Ｃｕ1Ｏ5
等のＹ（イットリウム）酸化物１１５が生成されてしま
っており、Ｙ酸化物１１５の近傍に孔隙（Pore）１１７
が発生してしまっていた。
ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１１２は、膜質が良好ではな
かった。即ち、図６（ａ）に示す従来のＹＢＣＯ系高温
超伝導体膜１１２では、膜内に、結晶欠陥（結晶転位）
１１３や結晶歪み（図示せず）等が生じてしまってい
た。また、図６（ｂ）に示す従来のＹＢＣＯ系高温超伝
導体膜１１２では、膜内に、Ｙ2Ｏ3やＹ2Ｂａ1Ｃｕ1Ｏ5
等のＹ（イットリウム）酸化物１１５が生成されてしま
っており、Ｙ酸化物１１５の近傍に孔隙（Pore）１１７
が発生してしまっていた。
【００１０】超伝導体フィルタの回路パターンは、高温
超伝導体膜を所定の形状にパターニングすることにより
形成される。このため、図６に示すような高温超伝導体
膜１１２をパターニングして回路パターンを構成した場
合には、回路パターンの側面に、結晶欠陥１１３や凹凸
が現れたり、Ｙ酸化物１１２等の非超伝導相が現れたり
してしまう。高温超伝導体膜を用いてフィルタの回路パ
ターンを構成した場合、高周波信号は回路パターンの側
面を伝わる傾向がある。このため、回路パターンの側面
に、結晶欠陥１１３や凹凸が現れていたり、Ｙ酸化物１
１２等の非超伝導相が現れていたりすると、高周波にお
ける表面抵抗が大きくなってしまう。
超伝導体膜を所定の形状にパターニングすることにより
形成される。このため、図６に示すような高温超伝導体
膜１１２をパターニングして回路パターンを構成した場
合には、回路パターンの側面に、結晶欠陥１１３や凹凸
が現れたり、Ｙ酸化物１１２等の非超伝導相が現れたり
してしまう。高温超伝導体膜を用いてフィルタの回路パ
ターンを構成した場合、高周波信号は回路パターンの側
面を伝わる傾向がある。このため、回路パターンの側面
に、結晶欠陥１１３や凹凸が現れていたり、Ｙ酸化物１
１２等の非超伝導相が現れていたりすると、高周波にお
ける表面抵抗が大きくなってしまう。
【００１１】従って、図６（ａ）や図６（ｂ）に示すよ
うな従来のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１１２を用いて回
路パターンを構成した場合には、挿入損失が小さく、か
つ周波数遮断特性が急峻な高無負荷Ｑの超伝導フィルタ
を得ることは困難であった。
うな従来のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１１２を用いて回
路パターンを構成した場合には、挿入損失が小さく、か
つ周波数遮断特性が急峻な高無負荷Ｑの超伝導フィルタ
を得ることは困難であった。
【００１２】本発明の目的は、膜質の良好なＹＢＣＯ系
の高温超伝導体膜及びその製造方法、並びにそのＹＢＣ
Ｏ系の高温超伝導体膜を用いた良好な電気的特性を有す
る超伝導素子を提供することにある。
の高温超伝導体膜及びその製造方法、並びにそのＹＢＣ
Ｏ系の高温超伝導体膜を用いた良好な電気的特性を有す
る超伝導素子を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的は、誘電体基板
上に形成されたＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜
であって、膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕの組
成比が、膜の内部におけるＢａに対するＣｕの組成比よ
り大きくなっていることを特徴とする高温超伝導体膜に
より達成される。
上に形成されたＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜
であって、膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕの組
成比が、膜の内部におけるＢａに対するＣｕの組成比よ
り大きくなっていることを特徴とする高温超伝導体膜に
より達成される。
【００１４】また、上記目的は、誘電体基板上に、Ｙ−
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜を成長する工程を有
し、前記高温超伝導体膜を成長する工程では、膜の上面
近傍におけるＢａに対するＣｕの組成比を、膜の内部に
おけるＢａに対するＣｕの組成比より大きく保ちつつ、
前記高温超伝導体膜を成長することを特徴とする高温超
伝導体膜の形成方法により達成される。
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜を成長する工程を有
し、前記高温超伝導体膜を成長する工程では、膜の上面
近傍におけるＢａに対するＣｕの組成比を、膜の内部に
おけるＢａに対するＣｕの組成比より大きく保ちつつ、
前記高温超伝導体膜を成長することを特徴とする高温超
伝導体膜の形成方法により達成される。
【００１５】また、上記目的は、誘電体基板上に形成さ
れたＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜を有する超
伝導素子であって、膜の上面近傍におけるＢａに対する
Ｃｕの組成比が、膜の内部におけるＢａに対するＣｕの
組成比より大きくなっていることを特徴とする超電導素
子により達成される。
れたＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜を有する超
伝導素子であって、膜の上面近傍におけるＢａに対する
Ｃｕの組成比が、膜の内部におけるＢａに対するＣｕの
組成比より大きくなっていることを特徴とする超電導素
子により達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】［本発明の原理］パルスレーザ蒸
着法やスパッタ法等により、誘電体基板上にＹＢＣＯ系
高温超伝導体膜を成長すると、ＹＢＣＯ系高温超伝導体
膜の成長過程でＹ2Ｏ3、Ｙ2Ｂａ1Ｃｕ1Ｏ5等のＹ酸化物
が生成されたり、ＣｕＯやＢａＣｕＯ2などのＣｕ酸化
物が生成される。
着法やスパッタ法等により、誘電体基板上にＹＢＣＯ系
高温超伝導体膜を成長すると、ＹＢＣＯ系高温超伝導体
膜の成長過程でＹ2Ｏ3、Ｙ2Ｂａ1Ｃｕ1Ｏ5等のＹ酸化物
が生成されたり、ＣｕＯやＢａＣｕＯ2などのＣｕ酸化
物が生成される。
【００１７】Ｙ酸化物は、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の
膜中に残留しやすい性質を有している。また、Ｙ酸化物
の成長速度は、ＹＢＣＯ結晶の成長速度の成長速度より
遅い。このため、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の成長中に
Ｙ酸化物が成長した場合、Ｙ酸化物が生成された部分の
上方に孔隙（Pore）等が生じてしまう。従って、ＹＢＣ
Ｏ系高温超伝導体膜の成長中にＹ酸化物が成長すると、
良好な膜質のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を得ることが困
難となる。
膜中に残留しやすい性質を有している。また、Ｙ酸化物
の成長速度は、ＹＢＣＯ結晶の成長速度の成長速度より
遅い。このため、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の成長中に
Ｙ酸化物が成長した場合、Ｙ酸化物が生成された部分の
上方に孔隙（Pore）等が生じてしまう。従って、ＹＢＣ
Ｏ系高温超伝導体膜の成長中にＹ酸化物が成長すると、
良好な膜質のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を得ることが困
難となる。
【００１８】一方、Ｃｕ酸化物は、ＹＢＣＯ系高温超伝
導体膜の成長中に膜中に残留しにくく、膜の表面に析出
されやすい性質を有している。従って、ＹＢＣＯ系高温
超伝導体膜の成長中にＣｕ酸化物が生成されたとして
も、Ｃｕ酸化物の生成に起因して膜中に孔隙（Pore）や
結晶歪が生じてしまうことはない。むしろ、Ｃｕ酸化物
は、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の結晶成長を促すフラッ
クスとして作用する。
導体膜の成長中に膜中に残留しにくく、膜の表面に析出
されやすい性質を有している。従って、ＹＢＣＯ系高温
超伝導体膜の成長中にＣｕ酸化物が生成されたとして
も、Ｃｕ酸化物の生成に起因して膜中に孔隙（Pore）や
結晶歪が生じてしまうことはない。むしろ、Ｃｕ酸化物
は、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の結晶成長を促すフラッ
クスとして作用する。
【００１９】本願発明者らは、鋭意検討した結果、膜の
表面近傍において化学量論的組成に対してＣｕ組成を大
きく保ちつつ、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を成長するこ
とに想到した。膜の表面近傍において化学量論的組成に
対してＣｕ組成を大きく保ちつつＹＢＣＯ系高温超伝導
体膜を成長すれば、Ｃｕ酸化物が生成されやすくなる一
方、Ｙ酸化物は生成されにくくなる。Ｃｕ酸化物は、上
述したように、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の結晶成長を
促すフラックスとして作用するため、結晶欠陥や結晶歪
のない、ほぼ単結晶状態の良質なＹＢＣＯ系高温超伝導
体膜の形成に寄与し得る。しかも、Ｃｕ酸化物は、上述
したように、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の表面に析出さ
れやすい性質を有しているため、膜中の組成が化学量論
的組成からずれてしまうこともない。
表面近傍において化学量論的組成に対してＣｕ組成を大
きく保ちつつ、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を成長するこ
とに想到した。膜の表面近傍において化学量論的組成に
対してＣｕ組成を大きく保ちつつＹＢＣＯ系高温超伝導
体膜を成長すれば、Ｃｕ酸化物が生成されやすくなる一
方、Ｙ酸化物は生成されにくくなる。Ｃｕ酸化物は、上
述したように、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の結晶成長を
促すフラックスとして作用するため、結晶欠陥や結晶歪
のない、ほぼ単結晶状態の良質なＹＢＣＯ系高温超伝導
体膜の形成に寄与し得る。しかも、Ｃｕ酸化物は、上述
したように、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の表面に析出さ
れやすい性質を有しているため、膜中の組成が化学量論
的組成からずれてしまうこともない。
【００２０】従って、膜の表面近傍において化学量論的
組成に対してＣｕ組成を大きく保ちつつ、ＹＢＣＯ系高
温超伝導体膜を成長すれば、良好な膜質を有するほぼ単
結晶状態のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を提供することが
可能となる。
組成に対してＣｕ組成を大きく保ちつつ、ＹＢＣＯ系高
温超伝導体膜を成長すれば、良好な膜質を有するほぼ単
結晶状態のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を提供することが
可能となる。
【００２１】なお、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜は、所定
の形状にパターニングされて、例えば超伝導フィルタの
回路パターン等として用いられる。高周波信号は回路パ
ターンの側面を伝わる傾向があるため、ＹＢＣＯ系高温
超伝導体膜の上面にＣｕ酸化物が析出されていても、特
段の問題はない。
の形状にパターニングされて、例えば超伝導フィルタの
回路パターン等として用いられる。高周波信号は回路パ
ターンの側面を伝わる傾向があるため、ＹＢＣＯ系高温
超伝導体膜の上面にＣｕ酸化物が析出されていても、特
段の問題はない。
【００２２】［第１実施形態］本発明の第１実施形態に
よるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜及びその形成方法を図１
を用いて説明する。図１は、本実施形態によるＹＢＣＯ
系高温超伝導体膜を示す断面図である。図２は、本実施
形態によるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の形成方法を示す
工程断面図である。
よるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜及びその形成方法を図１
を用いて説明する。図１は、本実施形態によるＹＢＣＯ
系高温超伝導体膜を示す断面図である。図２は、本実施
形態によるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の形成方法を示す
工程断面図である。
【００２３】まず、本実施形態によるＹＢＣＯ系高温超
伝導体膜を図１を用いて説明する。
伝導体膜を図１を用いて説明する。
【００２４】図１に示すように、例えばＭｇＯ単結晶よ
り成る誘電体基板１０上には、例えば膜厚０．９μｍの
ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２が形成されている。ＹＢ
ＣＯ系高温超伝導体膜１２の表面近傍を除く部分、即ち
上面近傍を除く部分の組成は、化学量論的組成であるＹ
1Ｂａ2Ｃｕ3ＯXにほぼ等しい組成になっている。Ｂａに
対するＣｕの組成比は、ほぼ１．５になっている。
り成る誘電体基板１０上には、例えば膜厚０．９μｍの
ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２が形成されている。ＹＢ
ＣＯ系高温超伝導体膜１２の表面近傍を除く部分、即ち
上面近傍を除く部分の組成は、化学量論的組成であるＹ
1Ｂａ2Ｃｕ3ＯXにほぼ等しい組成になっている。Ｂａに
対するＣｕの組成比は、ほぼ１．５になっている。
【００２５】なお、ここでは、ＹＢＣＯ系高温超伝導体
膜１２の膜厚を０．９μｍとしたが、ＹＢＣＯ系高温超
伝導体膜１２の膜厚は、０．９μｍに限定されるもので
はない。ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を、例えばフィ
ルタの回路パターンとして用いる場合には、例えば０．
５〜１．２μｍの範囲で適宜膜厚を設定すればよい。
膜１２の膜厚を０．９μｍとしたが、ＹＢＣＯ系高温超
伝導体膜１２の膜厚は、０．９μｍに限定されるもので
はない。ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を、例えばフィ
ルタの回路パターンとして用いる場合には、例えば０．
５〜１．２μｍの範囲で適宜膜厚を設定すればよい。
【００２６】ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２の表面近傍
では、ＹＢＣＯ系高温超伝導体の化学量論的組成（Ｙ：
Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３）に対してＣｕ組成が大きくな
っている。具体的には、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２
の表面近傍では、Ｂａ組成に対するＣｕ組成が、例えば
１．５１以上となっている。
では、ＹＢＣＯ系高温超伝導体の化学量論的組成（Ｙ：
Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３）に対してＣｕ組成が大きくな
っている。具体的には、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２
の表面近傍では、Ｂａ組成に対するＣｕ組成が、例えば
１．５１以上となっている。
【００２７】なお、後述するように、膜の表面近傍にお
けるＢａ組成に対するＣｕ組成を例えば１．５５以上に
保ちつつＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長すれば、
Ｃｕ酸化物がより生成されやすくなる一方、Ｙ酸化物が
より生成されにくくなる。従って、ＹＢＣＯ系高温超伝
導体膜１２の表面近傍におけるＢａ組成に対するＣｕ組
成が、例えば１．５５以上となっていれば、より良好な
膜質のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２が得られているこ
ととなる。
けるＢａ組成に対するＣｕ組成を例えば１．５５以上に
保ちつつＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長すれば、
Ｃｕ酸化物がより生成されやすくなる一方、Ｙ酸化物が
より生成されにくくなる。従って、ＹＢＣＯ系高温超伝
導体膜１２の表面近傍におけるＢａ組成に対するＣｕ組
成が、例えば１．５５以上となっていれば、より良好な
膜質のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２が得られているこ
ととなる。
【００２８】また、ＹＢＣＯ系高温超伝導体の化学量論
的組成に対してＣｕ組成が大きくなっている部分の厚さ
は、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２の膜厚の例えば３０
％以下となっている。
的組成に対してＣｕ組成が大きくなっている部分の厚さ
は、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２の膜厚の例えば３０
％以下となっている。
【００２９】ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２の表面に
は、ＣｕＯ又はＢａＣｕＯ2等のＣｕ酸化物１４が析出
されている。Ｃｕ酸化物１４の径は、例えば２μｍ以下
になっている。Ｃｕ酸化物１４の析出量は、膜厚１μｍ
当たり例えば３×１０7個／ｃｍ2以上となっている。
は、ＣｕＯ又はＢａＣｕＯ2等のＣｕ酸化物１４が析出
されている。Ｃｕ酸化物１４の径は、例えば２μｍ以下
になっている。Ｃｕ酸化物１４の析出量は、膜厚１μｍ
当たり例えば３×１０7個／ｃｍ2以上となっている。
【００３０】こうして、本実施形態によるＹＢＣＯ系高
温超伝導体膜が構成されている。
温超伝導体膜が構成されている。
【００３１】（ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の形成方法）
次に、本実施形態によるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の形
成方法を図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に
よるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の形成方法を示す工程断
面図である。
次に、本実施形態によるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の形
成方法を図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に
よるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の形成方法を示す工程断
面図である。
【００３２】まず、図２（ａ）に示すように、例えばパ
ルスレーザ蒸着装置の成膜室内に、ＭｇＯ単結晶より成
る誘電体基板１０を載置する。ＹＢＣＯ系高温超伝導体
膜１２が成長される誘電体基板１０の面は、例えば（１
００）面とする。
ルスレーザ蒸着装置の成膜室内に、ＭｇＯ単結晶より成
る誘電体基板１０を載置する。ＹＢＣＯ系高温超伝導体
膜１２が成長される誘電体基板１０の面は、例えば（１
００）面とする。
【００３３】次に、図２（ｂ）に示すように、全面に、
例えばパルスレーザ蒸着法により、膜厚が例えば０．９
μｍになるまで、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長
する。この際、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２の表面近
傍において化学量論的組成に対してＣｕ組成を大きく保
ちつつ、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長する。例
えば、膜の表面近傍においてＢａ組成に対するＣｕ組成
を１．５１以上に保ちつつ、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜
１２を成長する。表面近傍においてＢａ組成に対するＣ
ｕ組成を１．５１以上に保ちつつＹＢＣＯ系高温超伝導
体膜１２を成長すれば、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２
の表面にＣｕ酸化物１４が生成されやすくなる一方、Ｙ
酸化物の生成が抑制される。Ｃｕ酸化物はＹＢＣＯ系高
温超伝導体膜１２の結晶成長を促進するフラックスとし
て作用し、孔隙の発生や結晶歪みの発生を抑制する。Ｃ
ｕ酸化物は、膜の外側に析出される性質を有しているた
め、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２の膜中にＣｕ酸化物
１４が残留してしまうことはない。ＹＢＣＯ系高温超伝
導体膜１２の表面近傍を除く部分の膜中の組成は、化学
量論的組成であるＹ1Ｂａ2Ｃｕ3ＯXとなる。
例えばパルスレーザ蒸着法により、膜厚が例えば０．９
μｍになるまで、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長
する。この際、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２の表面近
傍において化学量論的組成に対してＣｕ組成を大きく保
ちつつ、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長する。例
えば、膜の表面近傍においてＢａ組成に対するＣｕ組成
を１．５１以上に保ちつつ、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜
１２を成長する。表面近傍においてＢａ組成に対するＣ
ｕ組成を１．５１以上に保ちつつＹＢＣＯ系高温超伝導
体膜１２を成長すれば、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２
の表面にＣｕ酸化物１４が生成されやすくなる一方、Ｙ
酸化物の生成が抑制される。Ｃｕ酸化物はＹＢＣＯ系高
温超伝導体膜１２の結晶成長を促進するフラックスとし
て作用し、孔隙の発生や結晶歪みの発生を抑制する。Ｃ
ｕ酸化物は、膜の外側に析出される性質を有しているた
め、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２の膜中にＣｕ酸化物
１４が残留してしまうことはない。ＹＢＣＯ系高温超伝
導体膜１２の表面近傍を除く部分の膜中の組成は、化学
量論的組成であるＹ1Ｂａ2Ｃｕ3ＯXとなる。
【００３４】ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長する
際に用いるターゲットとしては、ＹＢＣＯ系高温超伝導
体膜１２の化学量論的組成であるＹ1Ｂａ2Ｃｕ3ＯXより
Ｃｕ組成が大きいターゲットを用いる。具体的には、例
えばＹ1Ｂａ2Ｃｕ3.6ＯXより成る焼結体のターゲットを
用いる。化学量論的組成に対してＣｕ組成が大きいター
ゲットを用いてＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長す
るため、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２の表面にＣｕ酸
化物が生成されやすくなる一方、Ｙ酸化物の生成が抑制
される。
際に用いるターゲットとしては、ＹＢＣＯ系高温超伝導
体膜１２の化学量論的組成であるＹ1Ｂａ2Ｃｕ3ＯXより
Ｃｕ組成が大きいターゲットを用いる。具体的には、例
えばＹ1Ｂａ2Ｃｕ3.6ＯXより成る焼結体のターゲットを
用いる。化学量論的組成に対してＣｕ組成が大きいター
ゲットを用いてＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長す
るため、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２の表面にＣｕ酸
化物が生成されやすくなる一方、Ｙ酸化物の生成が抑制
される。
【００３５】なお、誘電体基板１０とターゲットとの間
の距離は、例えば１０５ｍｍとする。基板温度は、例え
ば７００℃とする。基板温度を７００℃にするために
は、例えばランプヒータを用いて、６０℃／ｍｉｎで７
００℃まで上昇すればよい。成膜室内の酸素分圧は、例
えば２４０ｍＴｏｒｒとする。ターゲットをアブレート
するためのレーザとしては、例えばＫｒＦレーザを用い
る。
の距離は、例えば１０５ｍｍとする。基板温度は、例え
ば７００℃とする。基板温度を７００℃にするために
は、例えばランプヒータを用いて、６０℃／ｍｉｎで７
００℃まで上昇すればよい。成膜室内の酸素分圧は、例
えば２４０ｍＴｏｒｒとする。ターゲットをアブレート
するためのレーザとしては、例えばＫｒＦレーザを用い
る。
【００３６】また、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成
長する際の成長速度は、例えば６ｎｍ／ｍｉｎとする。
なお、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２の成長速度は６ｎ
ｍ／ｍｉｎに限定されるものではない。比較的遅い速度
で成長した方が良好な膜質のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜
１２を形成し得る傾向があるため、成長速度は例えば７
ｎｍ／ｍｉｎ以下の範囲内で適宜設定することが望まし
い。
長する際の成長速度は、例えば６ｎｍ／ｍｉｎとする。
なお、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２の成長速度は６ｎ
ｍ／ｍｉｎに限定されるものではない。比較的遅い速度
で成長した方が良好な膜質のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜
１２を形成し得る傾向があるため、成長速度は例えば７
ｎｍ／ｍｉｎ以下の範囲内で適宜設定することが望まし
い。
【００３７】また、ここでは、膜の表面近傍におけるＢ
ａ組成に対するＣｕ組成を１．５１以上に保ちつつＹＢ
ＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長するとしたが、膜の表
面近傍におけるＢａ組成に対するＣｕ組成は例えば１．
５５以上にすることがより望ましい。膜表面近傍におけ
るＢａ組成に対するＣｕ組成を、例えば１．５５以上に
保ちつつＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長すれば、
Ｃｕ酸化物１４の生成をより促進しつつ、Ｙ酸化物の生
成をより抑制することができ、より膜質の良好なＹＢＣ
Ｏ系高温超伝導体膜１２を形成することができる。
ａ組成に対するＣｕ組成を１．５１以上に保ちつつＹＢ
ＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長するとしたが、膜の表
面近傍におけるＢａ組成に対するＣｕ組成は例えば１．
５５以上にすることがより望ましい。膜表面近傍におけ
るＢａ組成に対するＣｕ組成を、例えば１．５５以上に
保ちつつＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長すれば、
Ｃｕ酸化物１４の生成をより促進しつつ、Ｙ酸化物の生
成をより抑制することができ、より膜質の良好なＹＢＣ
Ｏ系高温超伝導体膜１２を形成することができる。
【００３８】ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成膜する
際における膜の表面近傍におけるＢａに対するＣｕの組
成比が十分に大きくない場合には、Ｃｕ酸化物の生成が
必ずしも十分に促進されず、Ｙ酸化物の生成が必ずしも
十分に抑制されない場合もあり得る。この場合、膜の内
部に孔隙が生じることもあり得るが、たとえ膜の内部に
孔隙が生じたとしても、孔隙の径は０．０５μｍ以下、
大きい場合でも０．１μｍ以下であり、少なくとも従来
のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜に生じていた孔隙よりは小
さくなる。
際における膜の表面近傍におけるＢａに対するＣｕの組
成比が十分に大きくない場合には、Ｃｕ酸化物の生成が
必ずしも十分に促進されず、Ｙ酸化物の生成が必ずしも
十分に抑制されない場合もあり得る。この場合、膜の内
部に孔隙が生じることもあり得るが、たとえ膜の内部に
孔隙が生じたとしても、孔隙の径は０．０５μｍ以下、
大きい場合でも０．１μｍ以下であり、少なくとも従来
のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜に生じていた孔隙よりは小
さくなる。
【００３９】この後、成膜室内の圧力が例えば２００Ｔ
ｏｒｒになるまで酸素を導入し、誘電体基板１０を冷却
する。
ｏｒｒになるまで酸素を導入し、誘電体基板１０を冷却
する。
【００４０】こうして、本実施形態によるＹＢＣＯ系高
温超伝導体膜が形成される。
温超伝導体膜が形成される。
【００４１】このように、本実施形態によれば、膜表面
において化学量論的組成に対してＣｕ組成を大きく保ち
つつＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を生成するため、Ｃｕ酸
化物が生成されやすくなる一方、Ｙ酸化物の生成が抑制
される。本実施形態によれば、Ｙ酸化物が生成されにく
いため、孔隙や結晶歪が発生しにくくなる一方、Ｃｕ酸
化物が結晶成長を促すフラックスとして作用するため、
良好な膜質のほぼ単結晶状態のＹＢＣＯ系高温超伝導体
膜を形成することができる。
において化学量論的組成に対してＣｕ組成を大きく保ち
つつＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を生成するため、Ｃｕ酸
化物が生成されやすくなる一方、Ｙ酸化物の生成が抑制
される。本実施形態によれば、Ｙ酸化物が生成されにく
いため、孔隙や結晶歪が発生しにくくなる一方、Ｃｕ酸
化物が結晶成長を促すフラックスとして作用するため、
良好な膜質のほぼ単結晶状態のＹＢＣＯ系高温超伝導体
膜を形成することができる。
【００４２】（評価結果）次に、本実施形態によるＹＢ
ＣＯ系高温超伝導体膜の評価結果を表１を用いて説明す
る。
ＣＯ系高温超伝導体膜の評価結果を表１を用いて説明す
る。
【００４３】
【表１】
【００４４】（ａ）表面析出量
まず、表面析出量、即ち、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の
表面に析出されたＣｕ酸化物の量について説明する。
表面に析出されたＣｕ酸化物の量について説明する。
【００４５】表１に示すように、比較例、即ち、従来の
ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜では、表面に析出されたＣｕ
酸化物の数は、１．６×１０7個／ｃｍ2程度であった。
ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜では、表面に析出されたＣｕ
酸化物の数は、１．６×１０7個／ｃｍ2程度であった。
【００４６】これに対し、実施例、即ち、本実施形態に
よるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜では、表面に析出された
Ｃｕ酸化物の数は、３．２×１０7個／ｃｍ2程度となっ
た。
よるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜では、表面に析出された
Ｃｕ酸化物の数は、３．２×１０7個／ｃｍ2程度となっ
た。
【００４７】このことから、本実施形態では、従来のＹ
ＢＣＯ系高温超伝導体膜と比較して、膜表面に析出され
るＣｕ酸化物の数が多くなっていることが分かる。
ＢＣＯ系高温超伝導体膜と比較して、膜表面に析出され
るＣｕ酸化物の数が多くなっていることが分かる。
【００４８】（ｂ）結晶粒のサイズ
次に、結晶粒のサイズ、即ち、ＹＢＣＯ系高温超伝導体
膜を構成する結晶の粒径について説明する。
膜を構成する結晶の粒径について説明する。
【００４９】表１に示すように、比較例、即ち、従来の
ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜では、結晶粒径は０．５μｍ
程度であった。
ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜では、結晶粒径は０．５μｍ
程度であった。
【００５０】これに対し、実施例、即ち、本実施形態に
よるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜では、結晶粒径は３μｍ
程度となっている。
よるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜では、結晶粒径は３μｍ
程度となっている。
【００５１】このことから、本実施形態によれば、結晶
粒径の大きな良好な膜質のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を
形成し得ることが分かる。
粒径の大きな良好な膜質のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を
形成し得ることが分かる。
【００５２】（ｃ）表面抵抗値
次に、表面抵抗値について説明する。
【００５３】まず、表面抵抗値の評価に用いられた超伝
導共振器を図３を用いて説明する。図３は、評価に用い
られた超伝導共振器を示す斜視図である。
導共振器を図３を用いて説明する。図３は、評価に用い
られた超伝導共振器を示す斜視図である。
【００５４】図３に示すように、ＭｇＯ単結晶より成る
厚さ０．５ｍｍの誘電体基板１０上には、膜厚０．９μ
ｍ、幅０．５ｍｍのＹＢＣＯ系高温超伝導体膜より成る
ヘアピン型パターン１６が形成されている。ヘアピン型
パターン１６の両側の誘電体基板１０上には、膜厚０．
９μｍ、幅０．５ｍｍの酸化物高温超伝導体膜より成る
フィーダラインパターン１８ａ、１８ｂが形成されてい
る。フィーダラインパターン１８ａ、１８ｂの端部に
は、電極２０が形成されている。誘電体基板１０の下面
には、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜より成るグランドプレ
ーン２２が形成されている。こうして超伝導共振器２４
が構成されている。
厚さ０．５ｍｍの誘電体基板１０上には、膜厚０．９μ
ｍ、幅０．５ｍｍのＹＢＣＯ系高温超伝導体膜より成る
ヘアピン型パターン１６が形成されている。ヘアピン型
パターン１６の両側の誘電体基板１０上には、膜厚０．
９μｍ、幅０．５ｍｍの酸化物高温超伝導体膜より成る
フィーダラインパターン１８ａ、１８ｂが形成されてい
る。フィーダラインパターン１８ａ、１８ｂの端部に
は、電極２０が形成されている。誘電体基板１０の下面
には、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜より成るグランドプレ
ーン２２が形成されている。こうして超伝導共振器２４
が構成されている。
【００５５】なお、表面抵抗値の測定条件は、共振周波
数を約２ＧＨｚ、周囲温度を７０Ｋとした。
数を約２ＧＨｚ、周囲温度を７０Ｋとした。
【００５６】表１に示すように、比較例、即ち、従来の
ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を用いて超伝導共振器２４の
ヘアピン型パターン１６及びフィーダラインパターン１
８ａ、１８ｂを構成した場合には、表面抵抗値は３３μ
Ω程度であった。
ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を用いて超伝導共振器２４の
ヘアピン型パターン１６及びフィーダラインパターン１
８ａ、１８ｂを構成した場合には、表面抵抗値は３３μ
Ω程度であった。
【００５７】これに対し、実施例、即ち、本実施形態に
よるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を用いて超伝導共振器２
４のヘアピン型パターン１６及びフィーダラインパター
ン１８ａ、１８ｂを構成した場合には、表面抵抗値は１
９μΩ程度となった。
よるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を用いて超伝導共振器２
４のヘアピン型パターン１６及びフィーダラインパター
ン１８ａ、１８ｂを構成した場合には、表面抵抗値は１
９μΩ程度となった。
【００５８】このことから、本実施形態によれば、表面
抵抗値の小さくし得ることが分かる。
抵抗値の小さくし得ることが分かる。
【００５９】（ｄ）入力電力依存性
次に、入力電力依存性（Power Handling Capability）
について説明する。
について説明する。
【００６０】入力電力依存性とは、入力電力を増加した
ときに生じる高周波特性の変化の程度、一般的には高周
波特性の劣化の程度のことをいい、共振器においては共
振周波数が変化する。入力電力依存性が小さいほど入力
電力の変化に影響を受けない安定した超伝導素子が得ら
れる。
ときに生じる高周波特性の変化の程度、一般的には高周
波特性の劣化の程度のことをいい、共振器においては共
振周波数が変化する。入力電力依存性が小さいほど入力
電力の変化に影響を受けない安定した超伝導素子が得ら
れる。
【００６１】−３４．４ｄＢｍを基準電力とし、基準電
力の入力信号を超伝導共振器２４に入力したときの共振
周波数をｆB、基準電力より３．１４ｄＢｍ大きい入力
信号を超伝導共振器２４に入力したときの共振周波数を
ｆAとすると、入力電力依存性は、（ｆA−ｆB）／ｆBで
表される。
力の入力信号を超伝導共振器２４に入力したときの共振
周波数をｆB、基準電力より３．１４ｄＢｍ大きい入力
信号を超伝導共振器２４に入力したときの共振周波数を
ｆAとすると、入力電力依存性は、（ｆA−ｆB）／ｆBで
表される。
【００６２】入力電力依存性の測定条件は、表面抵抗値
の測定条件と同様に、共振周波数を約２ＧＨｚ、周囲温
度を７０Ｋとした。
の測定条件と同様に、共振周波数を約２ＧＨｚ、周囲温
度を７０Ｋとした。
【００６３】表１に示すように、比較例、即ち、従来の
ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を用いて超伝導共振器２４の
ヘアピン型パターン１６及びフィーダラインパターン１
８ａ、１８ｂを構成した場合には、入力電力依存性は、
−６．３５×１０-5程度であった。
ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を用いて超伝導共振器２４の
ヘアピン型パターン１６及びフィーダラインパターン１
８ａ、１８ｂを構成した場合には、入力電力依存性は、
−６．３５×１０-5程度であった。
【００６４】これに対し、実施例、即ち、本実施形態に
よるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を用いて超伝導共振器２
４のヘアピン型パターン１６及びフィーダラインパター
ン１８ａ、１８ｂを構成した場合には、入力電力依存性
は、−１．３２×１０-5程度と小さくなっている。
よるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を用いて超伝導共振器２
４のヘアピン型パターン１６及びフィーダラインパター
ン１８ａ、１８ｂを構成した場合には、入力電力依存性
は、−１．３２×１０-5程度と小さくなっている。
【００６５】このことから、本実施形態によれば、入力
電力依存性の小さい安定した超電導素子を提供しうるこ
とが分かる。
電力依存性の小さい安定した超電導素子を提供しうるこ
とが分かる。
【００６６】（ｅ）透過電子顕微鏡写真
次に、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の透過電子顕微鏡写真
を図４を用いて説明する。図４は、ＹＢＣＯ系高温超伝
導体膜の断面を示す透過電子顕微鏡写真である。図４
（ａ）は、従来のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の断面を示
す透過電子顕微鏡写真であり、図４（ｂ）は、本実施形
態によるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の断面を示す透過電
子顕微鏡写真である。
を図４を用いて説明する。図４は、ＹＢＣＯ系高温超伝
導体膜の断面を示す透過電子顕微鏡写真である。図４
（ａ）は、従来のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の断面を示
す透過電子顕微鏡写真であり、図４（ｂ）は、本実施形
態によるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の断面を示す透過電
子顕微鏡写真である。
【００６７】図４（ａ）に示すように、従来のＹＢＣＯ
系高温超伝導体膜では、Ｙ酸化物１１５が生成されてお
り、Ｙ酸化物１１５の近傍に孔隙１１７が生じている。
系高温超伝導体膜では、Ｙ酸化物１１５が生成されてお
り、Ｙ酸化物１１５の近傍に孔隙１１７が生じている。
【００６８】これに対し、図４（ｂ）に示すように、本
実施形態によるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜では、Ｙ酸化
物が生成されておらず、孔隙も発生していない。
実施形態によるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜では、Ｙ酸化
物が生成されておらず、孔隙も発生していない。
【００６９】このことから、本実施形態によれば、極め
て良好な膜質のほぼ単結晶状態のＹＢＣＯ系高温超伝導
体膜が得られることが分かる。
て良好な膜質のほぼ単結晶状態のＹＢＣＯ系高温超伝導
体膜が得られることが分かる。
【００７０】［第２実施形態］本発明の第２実施形態に
よる超電導素子を図５を用いて説明する。図５は、本実
施形態による超電導素子を示す斜視図である。図１乃至
図４に示す第１実施形態による高温超伝導体膜及びその
製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説
明を省略または簡潔にする。
よる超電導素子を図５を用いて説明する。図５は、本実
施形態による超電導素子を示す斜視図である。図１乃至
図４に示す第１実施形態による高温超伝導体膜及びその
製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説
明を省略または簡潔にする。
【００７１】本実施形態による超伝導素子は、第１実施
形態によるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜が用いられた超伝
導フィルタであることに主な特徴がある。
形態によるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜が用いられた超伝
導フィルタであることに主な特徴がある。
【００７２】なお、本実施形態では、超伝導フィルタを
例に説明するが、第１実施形態によるＹＢＣＯ系高温超
伝導体膜は、超伝導フィルタのみならず、超伝導共振器
や超伝導アンテナ等、あらゆる超伝導素子に用いること
ができる。
例に説明するが、第１実施形態によるＹＢＣＯ系高温超
伝導体膜は、超伝導フィルタのみならず、超伝導共振器
や超伝導アンテナ等、あらゆる超伝導素子に用いること
ができる。
【００７３】図５に示すように、誘電体基板１０上に
は、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜より成る１／２波長型の
ヘアピン型パターン２６ａ、２６ｂが交互に形成されて
いる。ヘアピン型パターン２６ａとヘアピンパターン２
６ｂは、全体として一列に配置されている。一列に配置
されたヘアピン型パターン２６ａ、２６ｂの両側の誘電
体基板１０上には、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜より成る
１／４波長型のフィーダラインパターン２８ａ、２８ｂ
が形成されている。
は、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜より成る１／２波長型の
ヘアピン型パターン２６ａ、２６ｂが交互に形成されて
いる。ヘアピン型パターン２６ａとヘアピンパターン２
６ｂは、全体として一列に配置されている。一列に配置
されたヘアピン型パターン２６ａ、２６ｂの両側の誘電
体基板１０上には、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜より成る
１／４波長型のフィーダラインパターン２８ａ、２８ｂ
が形成されている。
【００７４】ヘアピン型パターン２６ａ、２６ｂ及びフ
ィーダラインパターン２８ａ、２８ｂは、第１実施形態
によるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を、フォトリソグ
ラフィ技術を用いてパターニングすることにより構成さ
れている。ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２は、ウエット
エッチングによりパターニングすることができる。
ィーダラインパターン２８ａ、２８ｂは、第１実施形態
によるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を、フォトリソグ
ラフィ技術を用いてパターニングすることにより構成さ
れている。ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２は、ウエット
エッチングによりパターニングすることができる。
【００７５】フィーダラインパターン２８ａ、２８ｂの
端部には、それぞれ電極３０が形成されている。
端部には、それぞれ電極３０が形成されている。
【００７６】誘電体基板１０の下面には、ＹＢＣＯ系高
温超伝導体膜より成るグランドプレーン２２が形成され
ている。
温超伝導体膜より成るグランドプレーン２２が形成され
ている。
【００７７】こうして、本実施形態による超電導素子が
構成されている。
構成されている。
【００７８】こうして構成された超電導素子は、金属製
容器（図示せず）内に実装され、冷凍機（図示せず）に
より冷却されて用いられる。
容器（図示せず）内に実装され、冷凍機（図示せず）に
より冷却されて用いられる。
【００７９】［変形実施形態］本発明は上記実施形態に
限らず種々の変形が可能である。
限らず種々の変形が可能である。
【００８０】例えば、上記実施形態では、誘電体基板１
０の材料としてＭｇＯを用いたが、誘電体基板１０の材
料はＭｇＯに限定されるものではなく、例えば、ＬａＡ
ｌＯ 3やサファイアを用いてもよい。但し、誘電体基板
の材料としてサファイアを用いる場合には、サファイア
より成る誘電体基板上に、ＣｅＯ2等より成る緩和層を
形成し、緩和層上にＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を形
成することを要する。
０の材料としてＭｇＯを用いたが、誘電体基板１０の材
料はＭｇＯに限定されるものではなく、例えば、ＬａＡ
ｌＯ 3やサファイアを用いてもよい。但し、誘電体基板
の材料としてサファイアを用いる場合には、サファイア
より成る誘電体基板上に、ＣｅＯ2等より成る緩和層を
形成し、緩和層上にＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を形
成することを要する。
【００８１】また、第２実施形態では、第１実施形態に
よるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を用いて超伝導フィルタ
を構成する場合を例に説明したが、第１実施形態による
ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜は、上述したように、超伝導
フィルタのみならず、超伝導共振器や超伝導アンテナ等
あらゆる超電導素子に用いることができる。
よるＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を用いて超伝導フィルタ
を構成する場合を例に説明したが、第１実施形態による
ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜は、上述したように、超伝導
フィルタのみならず、超伝導共振器や超伝導アンテナ等
あらゆる超電導素子に用いることができる。
【００８２】また、上記実施形態では、パルスレーザ蒸
着法によりＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長する場
合を例に説明したが、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２の
成長方法はパルスレーザ蒸着法に限定されるものではな
く、スパッタ法等他の成長方法を用いてもよい。
着法によりＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２を成長する場
合を例に説明したが、ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜１２の
成長方法はパルスレーザ蒸着法に限定されるものではな
く、スパッタ法等他の成長方法を用いてもよい。
【００８３】（付記１） 誘電体基板上に形成されたＹ
−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜であって、膜の上
面近傍におけるＢａに対するＣｕの組成比が、膜の内部
におけるＢａに対するＣｕの組成比より大きくなってい
ることを特徴とする高温超伝導体膜。
−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜であって、膜の上
面近傍におけるＢａに対するＣｕの組成比が、膜の内部
におけるＢａに対するＣｕの組成比より大きくなってい
ることを特徴とする高温超伝導体膜。
【００８４】（付記２） 付記１記載の高温超伝導体膜
において、前記膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕ
の組成比が、１．５１以上になっていることを特徴とす
る高温超伝導体膜。
において、前記膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕ
の組成比が、１．５１以上になっていることを特徴とす
る高温超伝導体膜。
【００８５】（付記３） 付記１記載の高温超伝導体膜
において、前記膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕ
の組成比が、１．５５以上になっていることを特徴とす
る高温超伝導体膜。
において、前記膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕ
の組成比が、１．５５以上になっていることを特徴とす
る高温超伝導体膜。
【００８６】（付記４） 付記１乃至３のいずれかに記
載の高温超伝導体膜において、前記膜の内部におけるＢ
ａに対するＣｕの組成比が、ほぼ１．５になっているこ
とを特徴とする高温超伝導体膜。
載の高温超伝導体膜において、前記膜の内部におけるＢ
ａに対するＣｕの組成比が、ほぼ１．５になっているこ
とを特徴とする高温超伝導体膜。
【００８７】（付記５） 付記１乃至４のいずれかに記
載の高温超伝導体膜において、上面にＣｕ酸化物が析出
されていることを特徴とする高温超伝導体膜。
載の高温超伝導体膜において、上面にＣｕ酸化物が析出
されていることを特徴とする高温超伝導体膜。
【００８８】（付記６） 付記５記載の高温超伝導体膜
において、前記Ｃｕ酸化物は、ＣｕＯ又はＢａＣｕＯ2
より成ることを特徴とする高温超伝導体膜。
において、前記Ｃｕ酸化物は、ＣｕＯ又はＢａＣｕＯ2
より成ることを特徴とする高温超伝導体膜。
【００８９】（付記７） 付記１乃至６のいずれかに記
載の高温超伝導体膜において、前記Ｃｕ酸化物の径が２
μｍ以下であることを特徴とする高温超伝導体膜。
載の高温超伝導体膜において、前記Ｃｕ酸化物の径が２
μｍ以下であることを特徴とする高温超伝導体膜。
【００９０】（付記８） 付記５乃至７のいずれかに記
載の高温超伝導体膜において、膜厚１μｍ当たりの前記
Ｃｕ酸化物の析出量が、３×１０7個／ｃｍ2以上である
ことを特徴とする高温超伝導体膜。
載の高温超伝導体膜において、膜厚１μｍ当たりの前記
Ｃｕ酸化物の析出量が、３×１０7個／ｃｍ2以上である
ことを特徴とする高温超伝導体膜。
【００９１】（付記９） 付記１乃至８のいずれかに記
載の高温超伝導体膜において、結晶粒径の平均が３μｍ
以上であることを特徴とする高温超伝導体膜。
載の高温超伝導体膜において、結晶粒径の平均が３μｍ
以上であることを特徴とする高温超伝導体膜。
【００９２】（付記１０） 付記１乃至９のいずれかに
記載の高温超伝導体膜において、ほぼ単結晶状態になっ
ていることを特徴とする高温超伝導体膜。
記載の高温超伝導体膜において、ほぼ単結晶状態になっ
ていることを特徴とする高温超伝導体膜。
【００９３】（付記１１） 付記１乃至１０のいずれか
に記載の高温超伝導体膜において、前記膜の内部に存在
する孔隙の径が、０．１μｍ以下であることを特徴とす
る高温超伝導体膜。
に記載の高温超伝導体膜において、前記膜の内部に存在
する孔隙の径が、０．１μｍ以下であることを特徴とす
る高温超伝導体膜。
【００９４】（付記１２） 付記１乃至１１のいずれか
に記載の高温超伝導体膜において、前記誘電体基板は、
ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ3、又はサファイアより成ることを
特徴とする高温超伝導体膜。
に記載の高温超伝導体膜において、前記誘電体基板は、
ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ3、又はサファイアより成ることを
特徴とする高温超伝導体膜。
【００９５】（付記１３） 付記１乃至１２のいずれか
に記載の高温超伝導体膜において、膜厚が０．５〜１．
２μｍであることを特徴とする高温超伝導体膜。
に記載の高温超伝導体膜において、膜厚が０．５〜１．
２μｍであることを特徴とする高温超伝導体膜。
【００９６】（付記１４） 付記１乃至１３のいずれか
に記載の高温超伝導体膜において、Ｂａに対するＣｕの
組成比が、前記膜の内部におけるＢａに対するＣｕの組
成比より大きくなっている部分の厚さは、膜厚の３０％
以下であることを特徴とする高温超伝導体膜。
に記載の高温超伝導体膜において、Ｂａに対するＣｕの
組成比が、前記膜の内部におけるＢａに対するＣｕの組
成比より大きくなっている部分の厚さは、膜厚の３０％
以下であることを特徴とする高温超伝導体膜。
【００９７】（付記１５） 誘電体基板上に、Ｙ−Ｂａ
−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜を成長する工程を有し、
前記高温超伝導体膜を成長する工程では、膜の上面近傍
におけるＢａに対するＣｕの組成比を、膜の内部におけ
るＢａに対するＣｕの組成比より大きく保ちつつ、前記
高温超伝導体膜を成長することを特徴とする高温超伝導
体膜の形成方法。
−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜を成長する工程を有し、
前記高温超伝導体膜を成長する工程では、膜の上面近傍
におけるＢａに対するＣｕの組成比を、膜の内部におけ
るＢａに対するＣｕの組成比より大きく保ちつつ、前記
高温超伝導体膜を成長することを特徴とする高温超伝導
体膜の形成方法。
【００９８】（付記１６） 付記１５記載の高温超伝導
体膜の形成方法において、前記高温超伝導体膜を成長す
る工程では、前記膜の上面近傍におけるＢａに対するＣ
ｕの組成比を１．５１以上に保ちつつ、前記高温超伝導
体膜を成長することを特徴とする高温超伝導体膜の形成
方法。
体膜の形成方法において、前記高温超伝導体膜を成長す
る工程では、前記膜の上面近傍におけるＢａに対するＣ
ｕの組成比を１．５１以上に保ちつつ、前記高温超伝導
体膜を成長することを特徴とする高温超伝導体膜の形成
方法。
【００９９】（付記１７） 付記１５記載の高温超伝導
体膜の形成方法において、前記高温超伝導体膜を成長す
る工程では、前記膜の上面近傍におけるＢａに対するＣ
ｕの組成比を１．５５以上に保ちつつ、前記高温超伝導
体膜を成長することを特徴とする高温超伝導体膜の形成
方法。
体膜の形成方法において、前記高温超伝導体膜を成長す
る工程では、前記膜の上面近傍におけるＢａに対するＣ
ｕの組成比を１．５５以上に保ちつつ、前記高温超伝導
体膜を成長することを特徴とする高温超伝導体膜の形成
方法。
【０１００】（付記１８） 付記１５乃至１７のいずれ
かに記載の高温超伝導体膜の形成方法において、前記高
温超伝導体膜を成長する工程では、前記膜の内部におけ
るＢａに対するＣｕの組成比がほぼ１．５の前記高温超
伝導体膜を成長することを特徴とする高温超伝導体膜の
形成方法。
かに記載の高温超伝導体膜の形成方法において、前記高
温超伝導体膜を成長する工程では、前記膜の内部におけ
るＢａに対するＣｕの組成比がほぼ１．５の前記高温超
伝導体膜を成長することを特徴とする高温超伝導体膜の
形成方法。
【０１０１】（付記１９） 付記１５乃至１８のいずれ
かに記載の高温超伝導体膜の形成方法において、前記高
温超伝導体膜を成長する工程では、蒸着法又はスパッタ
法により前記高温超伝導体膜を成長することを特徴とす
る高温超伝導体膜の形成方法。
かに記載の高温超伝導体膜の形成方法において、前記高
温超伝導体膜を成長する工程では、蒸着法又はスパッタ
法により前記高温超伝導体膜を成長することを特徴とす
る高温超伝導体膜の形成方法。
【０１０２】（付記２０） 付記１５乃至１９のいずれ
かに記載の高温超伝導体膜の形成方法において、前記高
温超伝導体膜を成長する工程では、７ｎｍ／ｍｉｎ以下
の速度で前記高温超伝導体膜を成長することを特徴とす
る高温超伝導体膜の形成方法。
かに記載の高温超伝導体膜の形成方法において、前記高
温超伝導体膜を成長する工程では、７ｎｍ／ｍｉｎ以下
の速度で前記高温超伝導体膜を成長することを特徴とす
る高温超伝導体膜の形成方法。
【０１０３】（付記２１） 誘電体基板上に形成された
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜を有する超伝導
素子であって、膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕ
の組成比が、膜の内部におけるＢａに対するＣｕの組成
比より大きくなっていることを特徴とする超電導素子。
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜を有する超伝導
素子であって、膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕ
の組成比が、膜の内部におけるＢａに対するＣｕの組成
比より大きくなっていることを特徴とする超電導素子。
【０１０４】（付記２２） 付記２１記載の超電導素子
において、前記膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕ
の組成比が、１．５１以上になっていることを特徴とす
る超電導素子。
において、前記膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕ
の組成比が、１．５１以上になっていることを特徴とす
る超電導素子。
【０１０５】（付記２３） 付記２１記載の超電導素子
において、前記膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕ
の組成比が、１．５５以上になっていることを特徴とす
る超電導素子。
において、前記膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕ
の組成比が、１．５５以上になっていることを特徴とす
る超電導素子。
【０１０６】（付記２４） 付記２１乃至２３のいずれ
かに記載の超電導素子において、前記膜の内部に存在す
る孔隙の径が、０．１μｍ以下であることを特徴とする
超電導素子。
かに記載の超電導素子において、前記膜の内部に存在す
る孔隙の径が、０．１μｍ以下であることを特徴とする
超電導素子。
【０１０７】（付記２５） 付記２１乃至２４のいずれ
かに記載の超電導素子において、前記膜の内部に存在す
る孔隙の径が、０．０５μｍ以下であることを特徴とす
る超電導素子。
かに記載の超電導素子において、前記膜の内部に存在す
る孔隙の径が、０．０５μｍ以下であることを特徴とす
る超電導素子。
【０１０８】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、膜表面に
おいて化学量論的組成に対してＣｕ組成を大きく保ちつ
つＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を生成するため、Ｃｕ酸化
物が生成されやすくなる一方、Ｙ酸化物の生成が抑制さ
れる。本発明によれば、Ｙ酸化物が生成されにくいた
め、孔隙や結晶歪が発生しにくくなる一方、Ｃｕ酸化物
が結晶成長を促すフラックスとして作用するため、良好
な膜質のほぼ単結晶状態のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を
提供することができる。そして、本発明によれば、この
ような良好な膜質のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を用い
て、良好な電気的特性を有する超伝導素子を提供するこ
とができる。
おいて化学量論的組成に対してＣｕ組成を大きく保ちつ
つＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を生成するため、Ｃｕ酸化
物が生成されやすくなる一方、Ｙ酸化物の生成が抑制さ
れる。本発明によれば、Ｙ酸化物が生成されにくいた
め、孔隙や結晶歪が発生しにくくなる一方、Ｃｕ酸化物
が結晶成長を促すフラックスとして作用するため、良好
な膜質のほぼ単結晶状態のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を
提供することができる。そして、本発明によれば、この
ような良好な膜質のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を用い
て、良好な電気的特性を有する超伝導素子を提供するこ
とができる。
【図１】本発明の第１実施形態によるＹＢＣＯ系高温超
伝導体膜を示す断面図である。
伝導体膜を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるＹＢＣＯ系高温超
伝導体膜の形成方法を示す工程断面図である。
伝導体膜の形成方法を示す工程断面図である。
【図３】評価に用いられた超伝導共振器を示す斜視図で
ある。
ある。
【図４】ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜の断面を示す透過電
子顕微鏡写真である。
子顕微鏡写真である。
【図５】本発明の第２実施形態による超電導素子を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図６】従来のＹＢＣＯ系高温超伝導体膜を示す断面図
である。
である。
１０…誘電体基板
１２…ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜
１４…Ｃｕ酸化物
１６…ヘアピン型パターン
１８ａ、１８ｂ…フィーダラインパターン
２０…電極
２２…グランドプレーン
２４…超伝導共振器
２６ａ、２６ｂ…ヘアピン型パターン
２８ａ、２８ｂ…フィーダラインパターン
３０…電極
１１０…誘電体基板
１１２…ＹＢＣＯ系高温超伝導体膜
１１３…結晶欠陥
１１５…Ｙ酸化物
１１７…孔隙
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｍ 12/06 Ｈ０１Ｍ 12/06
Ｈ０１Ｐ 1/203 Ｈ０１Ｐ 1/203
(72)発明者 中西 輝
神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番
１号 富士通株式会社内
Ｆターム(参考） 4G047 JA03 JB03 JC02 KE02 KG07
4M113 AC44 AD35 AD36 AD37 AD42
AD68 BA04 BA09 BC05 CA34
5G321 AA04 CA03 CA20 CA27
5H032 EE02 EE18 HH01 HH04
5J006 HB03 HB14 JA01
Claims (10)
- 【請求項１】 誘電体基板上に形成されたＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜であって、 膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕの組成比が、膜
の内部におけるＢａに対するＣｕの組成比より大きくな
っていることを特徴とする高温超伝導体膜。 - 【請求項２】 請求項１記載の高温超伝導体膜におい
て、 前記膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕの組成比
が、１．５１以上になっていることを特徴とする高温超
伝導体膜。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の高温超伝導体膜に
おいて、 上面にＣｕ酸化物が析出されていることを特徴とする高
温超伝導体膜。 - 【請求項４】 請求項３記載の高温超伝導体膜におい
て、 前記Ｃｕ酸化物は、ＣｕＯ又はＢａＣｕＯ2より成るこ
とを特徴とする高温超伝導体膜。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
高温超伝導体膜において、 ほぼ単結晶状態になっていることを特徴とする高温超伝
導体膜。 - 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
高温超伝導体膜において、 前記膜の内部に存在する孔隙の径が、０．１μｍ以下で
あることを特徴とする高温超伝導体膜。 - 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
高温超伝導体膜において、 前記誘電体基板は、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ3、又はサファ
イアより成ることを特徴とする高温超伝導体膜。 - 【請求項８】 誘電体基板上に、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系
の高温超伝導体膜を成長する工程を有し、 前記高温超伝導体膜を成長する工程では、膜の上面近傍
におけるＢａに対するＣｕの組成比を、膜の内部におけ
るＢａに対するＣｕの組成比より大きく保ちつつ、前記
高温超伝導体膜を成長することを特徴とする高温超伝導
体膜の形成方法。 - 【請求項９】 請求項８記載の高温超伝導体膜の形成方
法において、 前記高温超伝導体膜を成長する工程では、前記膜の上面
近傍におけるＢａに対するＣｕの組成比を１．５１以上
に保ちつつ、前記高温超伝導体膜を成長することを特徴
とする高温超伝導体膜の形成方法。 - 【請求項１０】 誘電体基板上に形成されたＹ−Ｂａ−
Ｃｕ−Ｏ系の高温超伝導体膜を有する超伝導素子であっ
て、 膜の上面近傍におけるＢａに対するＣｕの組成比が、膜
の内部におけるＢａに対するＣｕの組成比より大きくな
っていることを特徴とする超電導素子。
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|---|---|---|---|
| JP2001315681A JP4771632B2 (ja) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | 高温超伝導体膜の形成方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001315681A JP4771632B2 (ja) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | 高温超伝導体膜の形成方法 |
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|---|---|
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ID=19133806
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001315681A Expired - Fee Related JP4771632B2 (ja) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | 高温超伝導体膜の形成方法 |
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| US (1) | US6690957B2 (ja) |
| JP (1) | JP4771632B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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