JP2003298129A - 超電導部材 - Google Patents
超電導部材Info
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- JP2003298129A JP2003298129A JP2002093241A JP2002093241A JP2003298129A JP 2003298129 A JP2003298129 A JP 2003298129A JP 2002093241 A JP2002093241 A JP 2002093241A JP 2002093241 A JP2002093241 A JP 2002093241A JP 2003298129 A JP2003298129 A JP 2003298129A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化物基材上に設けられた酸化物超電導薄膜
と金属線材または酸化物超電導線材を接続した部材にお
いて、超電導特性の劣化や熱サイクルによる接続の劣化
を防止し、かつ接続抵抗を小さくする。 【解決手段】 酸化物基材（１）上に設けられた酸化物
超電導薄膜（２）と、酸化物超電導薄膜（２）上に設け
られた、Ａｕ層（６）とＡｇ層（７）とを積層した電極
と、酸化物超電導薄膜（２）に対して接続される線材
（５）と、電極と線材（５）との間を接続する、Ｉｎ、
ＩｎＡｇ合金、ＳｎまたはＳｎＡｇ合金を含む半田
（４）とを有する超電導部材。
と金属線材または酸化物超電導線材を接続した部材にお
いて、超電導特性の劣化や熱サイクルによる接続の劣化
を防止し、かつ接続抵抗を小さくする。 【解決手段】 酸化物基材（１）上に設けられた酸化物
超電導薄膜（２）と、酸化物超電導薄膜（２）上に設け
られた、Ａｕ層（６）とＡｇ層（７）とを積層した電極
と、酸化物超電導薄膜（２）に対して接続される線材
（５）と、電極と線材（５）との間を接続する、Ｉｎ、
ＩｎＡｇ合金、ＳｎまたはＳｎＡｇ合金を含む半田
（４）とを有する超電導部材。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物超電導薄膜
を用いた限流素子、限流ヒューズ、電流リード、永久電
流スイッチ、線材を複数接続した超電導部材に関する。
を用いた限流素子、限流ヒューズ、電流リード、永久電
流スイッチ、線材を複数接続した超電導部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｙ系やＢｉ系などの酸化物超電導体は冷
媒として安価な液体窒素を利用できるため、超電導ケー
ブルや限流器などの電力応用を目指した開発が積極的に
進められている。その中でも、酸化物超電導体と格子定
数の近い酸化物単結晶基材上に設けられた酸化物超電導
薄膜は結晶配向が単結晶的にそろっているため、１０6
Ａ／ｃｍ2オーダーの高い臨界電流密度を持つという特
徴がある。これにより、高い臨界電流を得るために必要
な膜厚を薄くでき、常電導状態に転移した際の単位長さ
当りの発生抵抗を大きくすることできる。そのため、近
年、酸化物単結晶基材上に設けられた酸化物超電導薄膜
は、超電導状態から常電導状態への転移（クエンチ）と
いう抵抗の急激な増加を利用して電力系統の事故電流を
抑制する限流素子などの電流制御用超電導素子への応用
が注目を集めている。
媒として安価な液体窒素を利用できるため、超電導ケー
ブルや限流器などの電力応用を目指した開発が積極的に
進められている。その中でも、酸化物超電導体と格子定
数の近い酸化物単結晶基材上に設けられた酸化物超電導
薄膜は結晶配向が単結晶的にそろっているため、１０6
Ａ／ｃｍ2オーダーの高い臨界電流密度を持つという特
徴がある。これにより、高い臨界電流を得るために必要
な膜厚を薄くでき、常電導状態に転移した際の単位長さ
当りの発生抵抗を大きくすることできる。そのため、近
年、酸化物単結晶基材上に設けられた酸化物超電導薄膜
は、超電導状態から常電導状態への転移（クエンチ）と
いう抵抗の急激な増加を利用して電力系統の事故電流を
抑制する限流素子などの電流制御用超電導素子への応用
が注目を集めている。
【０００３】ところで、電力システムの定格容量は大き
いため、実用レベルの限流素子においては３〜５ｍ2程
度の大面積の超電導薄膜が使用されると想定される。し
かしながら、現在、酸化物基材の大きさや超電導薄膜を
作製する成膜装置の大きさにより、超電導薄膜１枚の大
きさは１０〜２０ｃｍφ程度に制限されている。そのた
め、多数の超電導薄膜を直列および並列接続させること
が必要である。このような接続の際にはまず、接続によ
り超電導特性の劣化を生じないことが重要である。ま
た、通常通電時のロスを小さくするために、接続により
生じる抵抗が小さいことが要求される。さらに、クエン
チ時においてはジュール熱により急激に加熱され、その
後、超電導状態への復帰時に液体窒素温度まで冷却され
るという熱サイクルを繰り返し経験するため、熱サイク
ルにより接続の劣化がないことも重要である。
いため、実用レベルの限流素子においては３〜５ｍ2程
度の大面積の超電導薄膜が使用されると想定される。し
かしながら、現在、酸化物基材の大きさや超電導薄膜を
作製する成膜装置の大きさにより、超電導薄膜１枚の大
きさは１０〜２０ｃｍφ程度に制限されている。そのた
め、多数の超電導薄膜を直列および並列接続させること
が必要である。このような接続の際にはまず、接続によ
り超電導特性の劣化を生じないことが重要である。ま
た、通常通電時のロスを小さくするために、接続により
生じる抵抗が小さいことが要求される。さらに、クエン
チ時においてはジュール熱により急激に加熱され、その
後、超電導状態への復帰時に液体窒素温度まで冷却され
るという熱サイクルを繰り返し経験するため、熱サイク
ルにより接続の劣化がないことも重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来、金属系超電導線
材やＢｉ系Ａｇシース線材、Ｙ系およびＢｉ系バルク超
電導体の接続には主にＰｂＳｎ合金の半田が用いられて
いた。しかし、ＰｂＳｎ合金半田を酸化物基材上の酸化
物超電導薄膜と線材との接続に適用した場合には、酸化
物超電導薄膜上に設けられたＡｇやＡｕなどの貴金属電
極と反応し、超電導特性を劣化させるという難点があっ
た。また、Ｐｂは有害であり、環境保護の観点からも好
ましくない。ここで、本明細書において「半田」とは加
熱し溶融させて接続したい材料の一部と反応させること
により電気的な接続を得ることができる低融点金属の総
称として用いている。
材やＢｉ系Ａｇシース線材、Ｙ系およびＢｉ系バルク超
電導体の接続には主にＰｂＳｎ合金の半田が用いられて
いた。しかし、ＰｂＳｎ合金半田を酸化物基材上の酸化
物超電導薄膜と線材との接続に適用した場合には、酸化
物超電導薄膜上に設けられたＡｇやＡｕなどの貴金属電
極と反応し、超電導特性を劣化させるという難点があっ
た。また、Ｐｂは有害であり、環境保護の観点からも好
ましくない。ここで、本明細書において「半田」とは加
熱し溶融させて接続したい材料の一部と反応させること
により電気的な接続を得ることができる低融点金属の総
称として用いている。
【０００５】その他、これまでに酸化物超電導薄膜上の
Ａｇ電極にＩｎを圧着することや（特開平１１−２０４
８４５）、Ｉｎを半田に用いて酸化物超電導薄膜のＡｇ
電極にリードを接続することも試みられている（特開平
５−２５１７６１）。
Ａｇ電極にＩｎを圧着することや（特開平１１−２０４
８４５）、Ｉｎを半田に用いて酸化物超電導薄膜のＡｇ
電極にリードを接続することも試みられている（特開平
５−２５１７６１）。
【０００６】しかしながら、本発明者らが酸化物超電導
薄膜上のＡｇ電極にＩｎを圧着する方法を追試したとこ
ろ、接続の剥離がしばしば観測され、接続抵抗が大きく
なるという問題があった。
薄膜上のＡｇ電極にＩｎを圧着する方法を追試したとこ
ろ、接続の剥離がしばしば観測され、接続抵抗が大きく
なるという問題があった。
【０００７】また、本発明者らがＩｎを半田として用い
る、すなわちＩｎを溶融させて酸化物超電導薄膜上のＡ
ｇ電極と金属線材とを接続する方法を追試したところ、
接続抵抗が大きい場合や超電導特性が劣化する場合が観
測されたり、接続後、時間の経過とともに超電導特性が
劣化するという問題が発生した。これは、ＩｎがＡｇ電
極と反応し、さらには酸化物超電導薄膜まで拡散して反
応したためであると推定される。すなわち、Ｉｎは酸化
されやすいため、酸化物超電導薄膜の酸素を剥奪して酸
化物超電導薄膜の一部が非超電導体に変換される結果、
超電導特性が劣化したり、接続抵抗が大きくなったと推
定される。
る、すなわちＩｎを溶融させて酸化物超電導薄膜上のＡ
ｇ電極と金属線材とを接続する方法を追試したところ、
接続抵抗が大きい場合や超電導特性が劣化する場合が観
測されたり、接続後、時間の経過とともに超電導特性が
劣化するという問題が発生した。これは、ＩｎがＡｇ電
極と反応し、さらには酸化物超電導薄膜まで拡散して反
応したためであると推定される。すなわち、Ｉｎは酸化
されやすいため、酸化物超電導薄膜の酸素を剥奪して酸
化物超電導薄膜の一部が非超電導体に変換される結果、
超電導特性が劣化したり、接続抵抗が大きくなったと推
定される。
【０００８】また、本発明者らがＩｎを半田として用い
酸化物超電導薄膜上のＡｕ電極と金属線材などとの接続
を試みたところ、超電導特性の劣化は観測されない反
面、接続抵抗が大きかったり、熱サイクルを繰り返した
後に接続抵抗が大きくなってしまうという問題が発生し
た。これは、Ａｕに対するＩｎのぬれ性が悪く、良好な
接続が得られにくいため、接続抵抗が大きくなったと推
定される。
酸化物超電導薄膜上のＡｕ電極と金属線材などとの接続
を試みたところ、超電導特性の劣化は観測されない反
面、接続抵抗が大きかったり、熱サイクルを繰り返した
後に接続抵抗が大きくなってしまうという問題が発生し
た。これは、Ａｕに対するＩｎのぬれ性が悪く、良好な
接続が得られにくいため、接続抵抗が大きくなったと推
定される。
【０００９】本発明の目的は、酸化物基材上に設けられ
た酸化物超電導薄膜と金属線材または酸化物超電導線材
とを接続した超電導部材において、超電導特性の劣化や
熱サイクルによる接続の劣化を防止し、かつ低い接続抵
抗を実現することにある。
た酸化物超電導薄膜と金属線材または酸化物超電導線材
とを接続した超電導部材において、超電導特性の劣化や
熱サイクルによる接続の劣化を防止し、かつ低い接続抵
抗を実現することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様に係る超
電導部材は、酸化物基材上に設けられた酸化物超電導薄
膜と；前記酸化物超電導薄膜上に設けられた、Ａｕ、Ａ
ｇまたはＡｇＡｕ合金を含む電極と；前記酸化物超電導
薄膜に対して接続される金属線材または酸化物超電導線
材と；前記電極と前記線材との間を接続する、Ａｇの添
加量が０．５重量％〜１０重量％であるＩｎＡｇ合金ま
たはＳｎＡｇ合金を含む半田とを有する。
電導部材は、酸化物基材上に設けられた酸化物超電導薄
膜と；前記酸化物超電導薄膜上に設けられた、Ａｕ、Ａ
ｇまたはＡｇＡｕ合金を含む電極と；前記酸化物超電導
薄膜に対して接続される金属線材または酸化物超電導線
材と；前記電極と前記線材との間を接続する、Ａｇの添
加量が０．５重量％〜１０重量％であるＩｎＡｇ合金ま
たはＳｎＡｇ合金を含む半田とを有する。
【００１１】本発明の他の態様に係る超電導部材は、酸
化物基材上に設けられた酸化物超電導薄膜と；酸化物超
電導薄膜上に設けられた、Ａｕ層とＡｇ層とを積層した
電極と；前記酸化物超電導薄膜に対して接続される金属
線材または酸化物超電導線材と；前記電極と前記線材と
の間を接続する、Ｉｎ、ＩｎＡｇ合金、ＳｎまたはＳｎ
Ａｇ合金を含む半田とを有する。
化物基材上に設けられた酸化物超電導薄膜と；酸化物超
電導薄膜上に設けられた、Ａｕ層とＡｇ層とを積層した
電極と；前記酸化物超電導薄膜に対して接続される金属
線材または酸化物超電導線材と；前記電極と前記線材と
の間を接続する、Ｉｎ、ＩｎＡｇ合金、ＳｎまたはＳｎ
Ａｇ合金を含む半田とを有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。本発明の一実施形態に係る超電導部材は、酸化物基
材上に設けられた酸化物超電導薄膜上に、Ａｕ、Ａｇま
たはＡｇＡｕ合金を含む電極を形成し、この電極と金属
線材または酸化物超電導線材とを、Ａｇの添加量が０．
５重量％〜１０重量％であるＩｎＡｇ合金またはＳｎＡ
ｇ合金を含む半田で接続したものである。
る。本発明の一実施形態に係る超電導部材は、酸化物基
材上に設けられた酸化物超電導薄膜上に、Ａｕ、Ａｇま
たはＡｇＡｕ合金を含む電極を形成し、この電極と金属
線材または酸化物超電導線材とを、Ａｇの添加量が０．
５重量％〜１０重量％であるＩｎＡｇ合金またはＳｎＡ
ｇ合金を含む半田で接続したものである。
【００１３】酸化物超電導薄膜上にＡｕ、ＡｇまたはＡ
ｇＡｕ合金などの貴金属を含む電極を形成すると、酸化
物超電導薄膜と貴金属電極との接触抵抗が小さいため、
金属線材などと接続したときに接続抵抗を小さくでき
る。
ｇＡｕ合金などの貴金属を含む電極を形成すると、酸化
物超電導薄膜と貴金属電極との接触抵抗が小さいため、
金属線材などと接続したときに接続抵抗を小さくでき
る。
【００１４】ここで、Ａｇ電極と金属線材などとを接続
する半田としてＩｎＡｇ合金を用いた場合、半田に予め
Ａｇが添加されているため、電極との反応が少なく、Ｉ
ｎが酸化物超電導薄膜と直接反応するのを防止できる。
このため、超電導特性の劣化を防止できる。また、電極
と酸化物超電導薄膜の界面に非超電導層が生成されない
ため接続抵抗を小さくできる。
する半田としてＩｎＡｇ合金を用いた場合、半田に予め
Ａｇが添加されているため、電極との反応が少なく、Ｉ
ｎが酸化物超電導薄膜と直接反応するのを防止できる。
このため、超電導特性の劣化を防止できる。また、電極
と酸化物超電導薄膜の界面に非超電導層が生成されない
ため接続抵抗を小さくできる。
【００１５】上記のようにＩｎとＡｇ電極との反応を抑
制するためには、半田として用いるＩｎＡｇ合金中のＡ
ｇ添加量を少なくとも０．５重量％以上にする。一方、
ＩｎＡｇ合金中のＡｇ添加量が１０重量％を超えると、
接続抵抗が増加する。これは以下のような理由によると
推定される。すなわち、ＩｎＡｇ合金中のＡｇ添加量が
３重量％以上になると添加量とともに融点が徐々に高く
なる傾向がある。このためＡｇ添加量が高いＩｎＡｇ合
金では、溶融時の高温下でＩｎが空気中の酸素と反応し
て酸化インジウムなどの高抵抗体が生成され、その結果
として、接続抵抗が大きくなると推定される。したがっ
て、ＩｎＡｇ合金中のＡｇ添加量は０．５重量％〜１０
重量％が好ましく、１重量％〜５重量％がより好まし
い。
制するためには、半田として用いるＩｎＡｇ合金中のＡ
ｇ添加量を少なくとも０．５重量％以上にする。一方、
ＩｎＡｇ合金中のＡｇ添加量が１０重量％を超えると、
接続抵抗が増加する。これは以下のような理由によると
推定される。すなわち、ＩｎＡｇ合金中のＡｇ添加量が
３重量％以上になると添加量とともに融点が徐々に高く
なる傾向がある。このためＡｇ添加量が高いＩｎＡｇ合
金では、溶融時の高温下でＩｎが空気中の酸素と反応し
て酸化インジウムなどの高抵抗体が生成され、その結果
として、接続抵抗が大きくなると推定される。したがっ
て、ＩｎＡｇ合金中のＡｇ添加量は０．５重量％〜１０
重量％が好ましく、１重量％〜５重量％がより好まし
い。
【００１６】また、Ａｕ電極と金属線材などとを接続す
る半田としてＩｎＡｇ合金を用いた場合、Ｉｎを用いた
場合に比べて接続抵抗が小さくなることを見出した。こ
れはＩｎよりもＩｎＡｇ合金の方がＡｕ電極に対するぬ
れ性が高く、良好な接続が得られたためと推定される。
る半田としてＩｎＡｇ合金を用いた場合、Ｉｎを用いた
場合に比べて接続抵抗が小さくなることを見出した。こ
れはＩｎよりもＩｎＡｇ合金の方がＡｕ電極に対するぬ
れ性が高く、良好な接続が得られたためと推定される。
【００１７】なお、以上においてはＩｎＡｇ合金を半田
に用いる場合を例に挙げて説明したが、ＳｎＡｇ合金を
半田に用いた場合にも上記と同様な効果を得るために
は、Ａｇ添加量は０．５重量％〜１０重量％が好まし
く、１重量％〜５重量％がより好ましい。
に用いる場合を例に挙げて説明したが、ＳｎＡｇ合金を
半田に用いた場合にも上記と同様な効果を得るために
は、Ａｇ添加量は０．５重量％〜１０重量％が好まし
く、１重量％〜５重量％がより好ましい。
【００１８】本発明の他の実施形態に係る超電導部材
は、酸化物基材上に設けられた酸化物超電導薄膜上に、
Ａｕ層とＡｇ層とを積層した電極を形成し、この電極と
金属線材または酸化物超電導線材とを、Ｉｎ、ＩｎＡｇ
合金、ＳｎまたはＳｎＡｇ合金を含む半田で接続したも
のである。半田として用いられるＩｎ、ＩｎＡｇ合金、
ＳｎまたはＳｎＡｇ合金はＡｇと反応しやすく、Ａｕと
反応しにくいという性質を有する。
は、酸化物基材上に設けられた酸化物超電導薄膜上に、
Ａｕ層とＡｇ層とを積層した電極を形成し、この電極と
金属線材または酸化物超電導線材とを、Ｉｎ、ＩｎＡｇ
合金、ＳｎまたはＳｎＡｇ合金を含む半田で接続したも
のである。半田として用いられるＩｎ、ＩｎＡｇ合金、
ＳｎまたはＳｎＡｇ合金はＡｇと反応しやすく、Ａｕと
反応しにくいという性質を有する。
【００１９】この実施形態のようにＡｕ層とＡｇ層とを
積層した電極を用いた場合には、Ａｇ層を設けないＡｕ
層のみの電極と比較して、接続抵抗を一桁程度小さくで
きることを見出した。これはＡｇ層を設けたことにより
ＩｎやＳｎのぬれ性が改善し、良好な接続が得られたた
めと推定される。また、接続後にも超電導特性の劣化は
観測されなかった。これは、ＡｕがＡｇに比べＩｎやＳ
ｎと反応しにくいため、Ａｕ電極が酸化物超電導薄膜へ
の半田の拡散に対するバリアとして働いたためと推定さ
れる。ここで、Ａｕの薄膜成長において、膜厚が薄い場
合には島状の成長が生じ、膜厚が厚くなると島同士が接
続し層状となることが知られている。したがってＡｕ層
をバリアとして機能させるためには、Ａｕ層の厚さは層
状成長に移行している５０ｎｍ以上であることが好まし
い。一方、Ａｕと酸化物超電導薄膜および酸化物基材と
の熱膨張係数が異なることに起因する剥離を抑制するた
めにはＡｕ層の膜厚の上限は１０μｍ以下が好ましい。
より好ましいＡｕ層の膜厚の範囲は、１００ｎｍ〜１μ
ｍである。
積層した電極を用いた場合には、Ａｇ層を設けないＡｕ
層のみの電極と比較して、接続抵抗を一桁程度小さくで
きることを見出した。これはＡｇ層を設けたことにより
ＩｎやＳｎのぬれ性が改善し、良好な接続が得られたた
めと推定される。また、接続後にも超電導特性の劣化は
観測されなかった。これは、ＡｕがＡｇに比べＩｎやＳ
ｎと反応しにくいため、Ａｕ電極が酸化物超電導薄膜へ
の半田の拡散に対するバリアとして働いたためと推定さ
れる。ここで、Ａｕの薄膜成長において、膜厚が薄い場
合には島状の成長が生じ、膜厚が厚くなると島同士が接
続し層状となることが知られている。したがってＡｕ層
をバリアとして機能させるためには、Ａｕ層の厚さは層
状成長に移行している５０ｎｍ以上であることが好まし
い。一方、Ａｕと酸化物超電導薄膜および酸化物基材と
の熱膨張係数が異なることに起因する剥離を抑制するた
めにはＡｕ層の膜厚の上限は１０μｍ以下が好ましい。
より好ましいＡｕ層の膜厚の範囲は、１００ｎｍ〜１μ
ｍである。
【００２０】また、半田のぬれ性を改善するためには、
Ａｇ層は少なくとも５００ｎｍ以上の厚さを有すること
が好ましい。一方、Ａｇ層が厚くなりすぎるとＡｇ層自
身が剥離しやすくなるため、厚くても３０μｍ以下が好
ましい。より好ましいＡｇ層の膜厚の範囲は、１μｍ〜
１０μｍである。
Ａｇ層は少なくとも５００ｎｍ以上の厚さを有すること
が好ましい。一方、Ａｇ層が厚くなりすぎるとＡｇ層自
身が剥離しやすくなるため、厚くても３０μｍ以下が好
ましい。より好ましいＡｇ層の膜厚の範囲は、１μｍ〜
１０μｍである。
【００２１】本発明の実施形態において用いられる酸化
物超電導体は特に限定されないが、例えば、下記の一般
式で示される酸化物超電導体が挙げられる。
物超電導体は特に限定されないが、例えば、下記の一般
式で示される酸化物超電導体が挙げられる。
【００２２】Ｌａ2-xＡＥxＣｕＯ4（式中、ＡＥはＢ
ａ、ＳｒおよびＣａからなる群より選択される少なくと
も１種の元素であり、ｘは０．０２≦ｘ≦０．０８を満
足する数である）ＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ（式中、ＲＥは
Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどの希土類元素から選択
される少なくとも一種の元素であり、δは酸素欠損を表
し、通常１以下の数である） Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏ8+d Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+d Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ3Ｃｕ４Ｏ12+d Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏ7+d Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+d Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ9+d （上記各式中、ｄは酸素欠損の微量な変動を表す。な
お、ＢｉおよびＴｌの一部はＰｂで、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ
の一部はＲＥ元素で置換可能である）。
ａ、ＳｒおよびＣａからなる群より選択される少なくと
も１種の元素であり、ｘは０．０２≦ｘ≦０．０８を満
足する数である）ＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ（式中、ＲＥは
Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどの希土類元素から選択
される少なくとも一種の元素であり、δは酸素欠損を表
し、通常１以下の数である） Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏ8+d Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+d Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ3Ｃｕ４Ｏ12+d Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏ7+d Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+d Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ9+d （上記各式中、ｄは酸素欠損の微量な変動を表す。な
お、ＢｉおよびＴｌの一部はＰｂで、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ
の一部はＲＥ元素で置換可能である）。
【００２３】本発明の実施形態において、超電導薄膜の
形成方法としては、例えば蒸着法、スパッタ法、レーザ
ー蒸着法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、ＬＰＥ法などの各種薄
膜および厚膜形成法を適用することが可能である。本発
明の実施形態において、ＡｇやＡｕなどの貴金属電極の
形成方法としては、蒸着法、スパッタ法、溶射法などの
各種薄膜形成法が適用可能である。貴金属電極と超電導
薄膜との接触抵抗を小さくするためには超電導薄膜形成
後に空気中に曝すことなく引き続いて電極を作製するこ
とが好ましい。超電導薄膜形成後に成膜装置から取り出
し空気中に曝した場合、超電導薄膜表面に炭酸ガスや水
分などが付着し、表面近傍の超電導特性が劣化すること
がある。炭酸ガスや水分などが付着した面に電極を作製
すると、電極と超電導薄膜との接触抵抗が大きくなった
り、超電導特性が大幅に劣化してしまうおそれがある。
このような炭酸ガスや水分などを除去するためには、電
極作製直前に酸素雰囲気中で熱処理を行うことが効果的
である。この熱処理温度は２００℃から６００℃の範囲
であることが好ましく、４００℃から５５０℃であるこ
とがより好ましい。熱処理は電気炉中で行ってもよい
し、電極作製用の成膜装置内で行ってもよい。また、超
電導薄膜の酸素量を補充するために熱処理の雰囲気ガス
として酸素を用いることが好ましいが、真空中において
も炭酸ガスや水分などを除去する効果が得られる。さら
に、電極作製後に酸素雰囲気中で、熱処理を行うことが
接触抵抗の低減に効果的である。この熱処理の温度は３
５０℃から６００℃の範囲であることが好ましく、４０
０℃から５５０℃であることがより好ましい。
形成方法としては、例えば蒸着法、スパッタ法、レーザ
ー蒸着法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、ＬＰＥ法などの各種薄
膜および厚膜形成法を適用することが可能である。本発
明の実施形態において、ＡｇやＡｕなどの貴金属電極の
形成方法としては、蒸着法、スパッタ法、溶射法などの
各種薄膜形成法が適用可能である。貴金属電極と超電導
薄膜との接触抵抗を小さくするためには超電導薄膜形成
後に空気中に曝すことなく引き続いて電極を作製するこ
とが好ましい。超電導薄膜形成後に成膜装置から取り出
し空気中に曝した場合、超電導薄膜表面に炭酸ガスや水
分などが付着し、表面近傍の超電導特性が劣化すること
がある。炭酸ガスや水分などが付着した面に電極を作製
すると、電極と超電導薄膜との接触抵抗が大きくなった
り、超電導特性が大幅に劣化してしまうおそれがある。
このような炭酸ガスや水分などを除去するためには、電
極作製直前に酸素雰囲気中で熱処理を行うことが効果的
である。この熱処理温度は２００℃から６００℃の範囲
であることが好ましく、４００℃から５５０℃であるこ
とがより好ましい。熱処理は電気炉中で行ってもよい
し、電極作製用の成膜装置内で行ってもよい。また、超
電導薄膜の酸素量を補充するために熱処理の雰囲気ガス
として酸素を用いることが好ましいが、真空中において
も炭酸ガスや水分などを除去する効果が得られる。さら
に、電極作製後に酸素雰囲気中で、熱処理を行うことが
接触抵抗の低減に効果的である。この熱処理の温度は３
５０℃から６００℃の範囲であることが好ましく、４０
０℃から５５０℃であることがより好ましい。
【００２４】本発明の実施形態において、半田付けの方
法としては一般的な半田ごてを使用する方法を用いるこ
とができる。また、温度制御されたホットプレートなど
を適用して半田付けすると、広い面積を均一に接続する
ことが可能である。また、接続の際、接続部に冶具など
により圧力を加えることにより、半田層を薄くすること
が可能である。半田層は接続抵抗を小さくするためには
できるだけ薄い方がよく、その厚さは３００μｍ以下が
好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。また、半田
層は酸化物超電導薄膜および酸化物基材と金属線材また
は酸化物超電導線材との熱膨張係数の違いによる歪を緩
和させる働きも担うため、少なくとも１０μｍ以上の厚
さが好ましい。接続の際にＩｎの酸化を抑制するために
は窒素雰囲気などの非酸化雰囲気中で接続を行うことが
好ましく、グローブボックス中で接続してもよい。な
お、本発明の実施形態において用いられるＩｎＡｇ合金
またはＳｎＡｇ合金の半田には、融点の低減のためにＢ
ｉ、Ｃｕ、Ｓｂなどの元素を微量に添加してもよい。ま
た、半田が直接、超電導薄膜に触れないよう、貴金属電
極の面積は接続面の面積より大きいことが好ましい。半
田の染み出しを考慮すると、貴金属電極の面積は接続面
の周囲１０μｍ以上の幅で大きいことが好ましい。電極
の大きさに特に上限はないが、クエンチ時に超電導素子
が発生する抵抗を大きくするためには、電極を不必要に
大きくしないことが好ましい。
法としては一般的な半田ごてを使用する方法を用いるこ
とができる。また、温度制御されたホットプレートなど
を適用して半田付けすると、広い面積を均一に接続する
ことが可能である。また、接続の際、接続部に冶具など
により圧力を加えることにより、半田層を薄くすること
が可能である。半田層は接続抵抗を小さくするためには
できるだけ薄い方がよく、その厚さは３００μｍ以下が
好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。また、半田
層は酸化物超電導薄膜および酸化物基材と金属線材また
は酸化物超電導線材との熱膨張係数の違いによる歪を緩
和させる働きも担うため、少なくとも１０μｍ以上の厚
さが好ましい。接続の際にＩｎの酸化を抑制するために
は窒素雰囲気などの非酸化雰囲気中で接続を行うことが
好ましく、グローブボックス中で接続してもよい。な
お、本発明の実施形態において用いられるＩｎＡｇ合金
またはＳｎＡｇ合金の半田には、融点の低減のためにＢ
ｉ、Ｃｕ、Ｓｂなどの元素を微量に添加してもよい。ま
た、半田が直接、超電導薄膜に触れないよう、貴金属電
極の面積は接続面の面積より大きいことが好ましい。半
田の染み出しを考慮すると、貴金属電極の面積は接続面
の周囲１０μｍ以上の幅で大きいことが好ましい。電極
の大きさに特に上限はないが、クエンチ時に超電導素子
が発生する抵抗を大きくするためには、電極を不必要に
大きくしないことが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。
に説明する。
【００２６】［実施例１］図１は本発明の一実施形態に
係る超伝導部材の斜視図であり、図２は図１に示される
超電導部材の接続部の横断面図である。まず、酸化物基
材１として１０ｍｍ幅×１２０ｍｍ長×1ｍｍ厚のサフ
ァイアを用意し、レーザー蒸着法を用いて、ＣｅＯ2バ
ッファ層を約４０ｎｍの厚さで成膜した後、ＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏ7-δで表される酸化物超電導薄膜２を約３００ｎ
ｍの厚さで成膜した。なお、サファイア基材をホルダー
により保持する必要があるため、基材端部から０．５ｍ
ｍの領域には超電導薄膜は成長させていない。その後、
メタルマスクを用いて長手方向の両端１０ｍｍ×１０ｍ
ｍにスパッタ法により２μｍ厚のＡｇ電極３を成膜し、
電気炉を用いて酸素雰囲気中の熱処理を行った。次に、
この超電導薄膜を１４０〜２２０℃に加熱し、Ａｇ電極
部にＩｎＡｇ半田の粒と電流リード５を重ねて置き、半
田が溶融した後、電流リード５上に重石をのせて圧力を
加え、その状態で冷却して半田４を固化させた。
係る超伝導部材の斜視図であり、図２は図１に示される
超電導部材の接続部の横断面図である。まず、酸化物基
材１として１０ｍｍ幅×１２０ｍｍ長×1ｍｍ厚のサフ
ァイアを用意し、レーザー蒸着法を用いて、ＣｅＯ2バ
ッファ層を約４０ｎｍの厚さで成膜した後、ＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏ7-δで表される酸化物超電導薄膜２を約３００ｎ
ｍの厚さで成膜した。なお、サファイア基材をホルダー
により保持する必要があるため、基材端部から０．５ｍ
ｍの領域には超電導薄膜は成長させていない。その後、
メタルマスクを用いて長手方向の両端１０ｍｍ×１０ｍ
ｍにスパッタ法により２μｍ厚のＡｇ電極３を成膜し、
電気炉を用いて酸素雰囲気中の熱処理を行った。次に、
この超電導薄膜を１４０〜２２０℃に加熱し、Ａｇ電極
部にＩｎＡｇ半田の粒と電流リード５を重ねて置き、半
田が溶融した後、電流リード５上に重石をのせて圧力を
加え、その状態で冷却して半田４を固化させた。
【００２７】本実施例においては、Ａｇ添加量が０．５
重量％、３重量％、または１０重量％である３種のＩｎ
Ａｇ半田のうちいずれかを用いた。また、接続部の抵抗
のみを測定するため、電流リード５として液体窒素中で
超電導状態を示すＢｉ系Ａｇシース線材を用いた。接続
面におけるＢｉ系Ａｇシース線材の大きさは５ｍｍ幅×
８ｍｍ長であり、Ａｇ電極の大きさは１０ｍｍ×１０ｍ
ｍと前者の寸法より大きくした。光学顕微鏡を用いた接
続状態の観察により、半田が接続面よりしみ出している
部分があるものの、Ａｇ電極の大きさより小さいことを
確認した。
重量％、３重量％、または１０重量％である３種のＩｎ
Ａｇ半田のうちいずれかを用いた。また、接続部の抵抗
のみを測定するため、電流リード５として液体窒素中で
超電導状態を示すＢｉ系Ａｇシース線材を用いた。接続
面におけるＢｉ系Ａｇシース線材の大きさは５ｍｍ幅×
８ｍｍ長であり、Ａｇ電極の大きさは１０ｍｍ×１０ｍ
ｍと前者の寸法より大きくした。光学顕微鏡を用いた接
続状態の観察により、半田が接続面よりしみ出している
部分があるものの、Ａｇ電極の大きさより小さいことを
確認した。
【００２８】得られた超電導部材を液体窒素で冷却し、
４端子法により臨界電流密度と接続抵抗を測定した。ま
た、熱サイクルの影響を調べるため、測定後に室温まで
昇温し、再び液体窒素で冷却して測定を行うという繰り
返し試験も行った。さらに、大電流を通電し酸化物超電
導薄膜をクエンチさせ限流動作の影響も調べた。その結
果、臨界電流密度は２×１０6Ａ／ｃｍ2〜３×１０6Ａ
／ｃｍ2、接続抵抗は２×１０-8Ωｃｍ2〜８×１０-8Ω
ｃｍ2という良好な値を示し、繰り返し試験後および限
流動作後に、臨界電流密度と接続抵抗が変化しないこと
を確認した。
４端子法により臨界電流密度と接続抵抗を測定した。ま
た、熱サイクルの影響を調べるため、測定後に室温まで
昇温し、再び液体窒素で冷却して測定を行うという繰り
返し試験も行った。さらに、大電流を通電し酸化物超電
導薄膜をクエンチさせ限流動作の影響も調べた。その結
果、臨界電流密度は２×１０6Ａ／ｃｍ2〜３×１０6Ａ
／ｃｍ2、接続抵抗は２×１０-8Ωｃｍ2〜８×１０-8Ω
ｃｍ2という良好な値を示し、繰り返し試験後および限
流動作後に、臨界電流密度と接続抵抗が変化しないこと
を確認した。
【００２９】また、後述の比較例１で述べるようにＰｂ
Ｓｎ半田の場合には繰り返し試験後に接続抵抗の増加が
見られたが、本実施例においては繰り返し試験後にも接
続抵抗の増加は観測されなかった。これはＩｎＡｇが液
体窒素温度においても軟らかいため、酸化物とＢｉ系Ａ
ｇシース線材との熱膨張係数の違いによる歪を緩和する
役目を果たしていると推定される。なお、Ａｇ添加量が
３重量％であるＩｎＡｇ合金を用いた場合に接続抵抗が
最も小さいことを見出した。さらに、１ヶ月後に同様な
測定を行い、臨界電流密度や接続抵抗の値に経時変化が
ないことを確認した。
Ｓｎ半田の場合には繰り返し試験後に接続抵抗の増加が
見られたが、本実施例においては繰り返し試験後にも接
続抵抗の増加は観測されなかった。これはＩｎＡｇが液
体窒素温度においても軟らかいため、酸化物とＢｉ系Ａ
ｇシース線材との熱膨張係数の違いによる歪を緩和する
役目を果たしていると推定される。なお、Ａｇ添加量が
３重量％であるＩｎＡｇ合金を用いた場合に接続抵抗が
最も小さいことを見出した。さらに、１ヶ月後に同様な
測定を行い、臨界電流密度や接続抵抗の値に経時変化が
ないことを確認した。
【００３０】［実施例２］実施例１と同様な方法によ
り、酸化物超電導薄膜上に形成したＡｇ電極とＢｉ系Ａ
ｇシース線材とを、半田としてＡｇ添加量が０．５重量
％、３重量％または１０重量％である３種のＳｎＡｇ合
金のいずれかを用いて接続した。接続の際、試料を２２
０〜３００℃に加熱した。
り、酸化物超電導薄膜上に形成したＡｇ電極とＢｉ系Ａ
ｇシース線材とを、半田としてＡｇ添加量が０．５重量
％、３重量％または１０重量％である３種のＳｎＡｇ合
金のいずれかを用いて接続した。接続の際、試料を２２
０〜３００℃に加熱した。
【００３１】得られた超電導部材を液体窒素中にて冷却
し臨界電流密度と接続抵抗を評価し結果、臨界電流密度
は１．５×１０6Ａ／ｃｍ2〜２×１０6Ａ／ｃｍ2、接続
抵抗は５×１０-8Ωｃｍ2〜１５×１０-8Ωｃｍ2という
良好な値を示した。本実施例では、実施例１のようにＩ
ｎＡｇ合金を用いた場合に比べて臨界電流密度が低かっ
た。これは、ＳｎＡｇ合金の融点が２２０〜３００℃で
あり、ＩｎＡｇ合金の融点１４０〜２００℃に比べて高
いため、超電導薄膜の酸素が抜けやすくなり、臨界温度
が低下したためと推定される。
し臨界電流密度と接続抵抗を評価し結果、臨界電流密度
は１．５×１０6Ａ／ｃｍ2〜２×１０6Ａ／ｃｍ2、接続
抵抗は５×１０-8Ωｃｍ2〜１５×１０-8Ωｃｍ2という
良好な値を示した。本実施例では、実施例１のようにＩ
ｎＡｇ合金を用いた場合に比べて臨界電流密度が低かっ
た。これは、ＳｎＡｇ合金の融点が２２０〜３００℃で
あり、ＩｎＡｇ合金の融点１４０〜２００℃に比べて高
いため、超電導薄膜の酸素が抜けやすくなり、臨界温度
が低下したためと推定される。
【００３２】［実施例３］本実施例では図３に示すよう
に、合金上の酸化物基材上に作製されたＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7-δで表される酸化物超電導薄膜線材同士の接続を行っ
た。まず、圧延加工を施した約１００μｍ厚のＮｉ合金
上に蒸着法により１μｍ厚のＣｅＯ2酸化物層を設けた
基材８に、レーザー蒸着法により１μｍ厚のＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏ7-δで表される酸化物超電導薄膜２を作製した。
ＣｅＯ2酸化物層はＮｉ合金と酸化物超電導体との反応
を防止するとともに、Ｎｉ合金と酸化物超電導体の格子
定数の違いを緩和させる役目も担っている。次に、スパ
ッタ法により１０μｍ厚のＡｇ層７を酸化物超電導薄膜
の全面を覆うように成膜して酸化物超電導薄膜線材を構
成した。同様な製造方法で２本の酸化物超電導線材を作
製した。そして、図３に示すようにそれぞれの線材のＡ
ｇ層７を向かい合わせ１６０℃に加熱し、半田４として
ＩｎＡｇ合金を用いて接続した。
に、合金上の酸化物基材上に作製されたＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7-δで表される酸化物超電導薄膜線材同士の接続を行っ
た。まず、圧延加工を施した約１００μｍ厚のＮｉ合金
上に蒸着法により１μｍ厚のＣｅＯ2酸化物層を設けた
基材８に、レーザー蒸着法により１μｍ厚のＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏ7-δで表される酸化物超電導薄膜２を作製した。
ＣｅＯ2酸化物層はＮｉ合金と酸化物超電導体との反応
を防止するとともに、Ｎｉ合金と酸化物超電導体の格子
定数の違いを緩和させる役目も担っている。次に、スパ
ッタ法により１０μｍ厚のＡｇ層７を酸化物超電導薄膜
の全面を覆うように成膜して酸化物超電導薄膜線材を構
成した。同様な製造方法で２本の酸化物超電導線材を作
製した。そして、図３に示すようにそれぞれの線材のＡ
ｇ層７を向かい合わせ１６０℃に加熱し、半田４として
ＩｎＡｇ合金を用いて接続した。
【００３３】得られた超電導部材を液体窒素中で冷却
し、接続部の接続抵抗と臨界電流密度を４端子法により
測定したところ、接続抵抗は５×１０-8Ａｃｍ2と小さ
い値を示し、臨界電流密度は１×１０6Ａ／ｃｍ2と大き
な値を示した。また、熱サイクルを繰り返した後にも接
続抵抗と臨界電流密度の変化はなかった。
し、接続部の接続抵抗と臨界電流密度を４端子法により
測定したところ、接続抵抗は５×１０-8Ａｃｍ2と小さ
い値を示し、臨界電流密度は１×１０6Ａ／ｃｍ2と大き
な値を示した。また、熱サイクルを繰り返した後にも接
続抵抗と臨界電流密度の変化はなかった。
【００３４】［実施例４］図４は本発明の他の実施形態
に係る超伝導部材の斜視図であり、図５は図４に示され
る超電導部材の接続部の横断面図である。実施例１と同
様に酸化物基材１としてサファイアを用い、レーザー蒸
着法により約４０ｎｍ厚のＣｅＯ2バッファ層および約
３００ｎｍ厚のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ超電導薄膜２を順次
成膜した。次に、基板温度を室温まで冷却した後、空気
中に曝すことなく蒸着法により超電導薄膜全面に約３０
０ｎｍ厚のＡｕ膜を成膜した。このＡｕ膜上にフォトレ
ジストを形成してパターニングを行い、長手方向の両端
１０ｍｍ×１０ｍｍのみに電極としてのＡｕ層７を残
し、その他の領域のＡｕをエッチングした。次に、Ａｕ
層６上に約２μｍ厚のＡｇ層７をスパッタ法により成膜
した。このＡｇ層６の面積は８ｍｍ×９ｍｍとＡｕ層７
より若干小さくした。この超電導薄膜２を１６０℃に加
熱し、Ａｇ層６上にＩｎまたはＩｎＡｇ半田の粒と電流
リード５となるＢｉ系Ａｇシース線材を重ねて置き、半
田が溶融した後に重石をのせて圧力を加えた。この状態
で冷却して半田４を固化させた。
に係る超伝導部材の斜視図であり、図５は図４に示され
る超電導部材の接続部の横断面図である。実施例１と同
様に酸化物基材１としてサファイアを用い、レーザー蒸
着法により約４０ｎｍ厚のＣｅＯ2バッファ層および約
３００ｎｍ厚のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ超電導薄膜２を順次
成膜した。次に、基板温度を室温まで冷却した後、空気
中に曝すことなく蒸着法により超電導薄膜全面に約３０
０ｎｍ厚のＡｕ膜を成膜した。このＡｕ膜上にフォトレ
ジストを形成してパターニングを行い、長手方向の両端
１０ｍｍ×１０ｍｍのみに電極としてのＡｕ層７を残
し、その他の領域のＡｕをエッチングした。次に、Ａｕ
層６上に約２μｍ厚のＡｇ層７をスパッタ法により成膜
した。このＡｇ層６の面積は８ｍｍ×９ｍｍとＡｕ層７
より若干小さくした。この超電導薄膜２を１６０℃に加
熱し、Ａｇ層６上にＩｎまたはＩｎＡｇ半田の粒と電流
リード５となるＢｉ系Ａｇシース線材を重ねて置き、半
田が溶融した後に重石をのせて圧力を加えた。この状態
で冷却して半田４を固化させた。
【００３５】本実施例においては、Ａｇ添加量が０重量
％である純Ｉｎ、またはＡｇ添加量が０．５重量％、３
重量％もしくは１０重量％であるＩｎＡｇ合金の４種の
うちいずれかの半田を用いた。なお、半田４の厚さは約
５０μｍであった。
％である純Ｉｎ、またはＡｇ添加量が０．５重量％、３
重量％もしくは１０重量％であるＩｎＡｇ合金の４種の
うちいずれかの半田を用いた。なお、半田４の厚さは約
５０μｍであった。
【００３６】得られた超電導部材を液体窒素で冷却し４
端子法により臨界電流密度と接続抵抗を測定した。ま
た、測定後に室温まで昇温し、再び液体窒素温度まで冷
却して測定を行うという繰り返し試験や、大電流を通電
しクエンチさせる限流試験も行った。その結果、臨界電
流密度は２×１０6Ａ／ｃｍ2〜３×１０6Ａ／ｃｍ2とい
う良好な値を示し、繰り返し試験後や限流試験後にも変
化がないことや、１ヶ月後にも変化がないことを確認し
た。
端子法により臨界電流密度と接続抵抗を測定した。ま
た、測定後に室温まで昇温し、再び液体窒素温度まで冷
却して測定を行うという繰り返し試験や、大電流を通電
しクエンチさせる限流試験も行った。その結果、臨界電
流密度は２×１０6Ａ／ｃｍ2〜３×１０6Ａ／ｃｍ2とい
う良好な値を示し、繰り返し試験後や限流試験後にも変
化がないことや、１ヶ月後にも変化がないことを確認し
た。
【００３７】接続抵抗については、以下のような結果が
得られた。Ａｇ添加量が０重量％すなわち純Ｉｎ（純度
９９．９９％）の半田を用いた場合、後述の比較例３で
示したＡｇ層がない場合に比べて小さいものの、接続抵
抗は２×１０-7Ωｃｍ2と若干大きい値であった。一
方、Ａｇ添加量が０．５重量％〜１０重量％であるＩｎ
Ａｇ合金の半田を用いた場合、接続抵抗は２×１０-8Ω
ｃｍ2〜５×１０-8Ωｃｍ2という良好な値を示した。ま
た、繰り返し試験後や限流試験後にも、接続抵抗値が変
化しないこと、１ヶ月後に同様な測定を行っても経時変
化がないことを確認した。
得られた。Ａｇ添加量が０重量％すなわち純Ｉｎ（純度
９９．９９％）の半田を用いた場合、後述の比較例３で
示したＡｇ層がない場合に比べて小さいものの、接続抵
抗は２×１０-7Ωｃｍ2と若干大きい値であった。一
方、Ａｇ添加量が０．５重量％〜１０重量％であるＩｎ
Ａｇ合金の半田を用いた場合、接続抵抗は２×１０-8Ω
ｃｍ2〜５×１０-8Ωｃｍ2という良好な値を示した。ま
た、繰り返し試験後や限流試験後にも、接続抵抗値が変
化しないこと、１ヶ月後に同様な測定を行っても経時変
化がないことを確認した。
【００３８】［実施例５］実施例３と同様な方法により
酸化物超電導薄膜２を作製し、約３００ｎｍ厚のＡｕ層
６と約２μｍのＡｇ層７とを積層した電極を設け、Ｓｎ
またはＳｎＡｇ合金の半田を用いて接続した。本実施例
においては、Ａｇ添加量が０重量％である純Ｓｎ、また
はＡｇ添加量が０．５重量％、３重量％もしくは１０重
量％であるＳｎＡｇ合金の４種のうちいずれかの半田を
用いた。
酸化物超電導薄膜２を作製し、約３００ｎｍ厚のＡｕ層
６と約２μｍのＡｇ層７とを積層した電極を設け、Ｓｎ
またはＳｎＡｇ合金の半田を用いて接続した。本実施例
においては、Ａｇ添加量が０重量％である純Ｓｎ、また
はＡｇ添加量が０．５重量％、３重量％もしくは１０重
量％であるＳｎＡｇ合金の４種のうちいずれかの半田を
用いた。
【００３９】得られた超電導部材を液体窒素で冷却し４
端子法により臨界電流密度と接続抵抗を測定した。臨界
電流密度は１．５×１０6Ａ／ｃｍ2〜２×１０6Ａ／ｃ
ｍ2という値を示した。Ａｇ添加量が０重量％すなわち
純Ｓｎ（純度９９．９９％）の半田を用いた場合、接続
抵抗は４×１０-7Ωｃｍ2と若干大きい値であった。Ａ
ｇ添加量が０．５重量％〜１０重量％であるＳｎＡｇ合
金の半田を用いた場合、接続抵抗は５×１０-8Ωｃｍ2
〜１．５×１０-7Ωｃｍ2という値を示した。
端子法により臨界電流密度と接続抵抗を測定した。臨界
電流密度は１．５×１０6Ａ／ｃｍ2〜２×１０6Ａ／ｃ
ｍ2という値を示した。Ａｇ添加量が０重量％すなわち
純Ｓｎ（純度９９．９９％）の半田を用いた場合、接続
抵抗は４×１０-7Ωｃｍ2と若干大きい値であった。Ａ
ｇ添加量が０．５重量％〜１０重量％であるＳｎＡｇ合
金の半田を用いた場合、接続抵抗は５×１０-8Ωｃｍ2
〜１．５×１０-7Ωｃｍ2という値を示した。
【００４０】［比較例１］実施例１と同様な方法によっ
て作製した酸化物超電導薄膜上の約２μｍ厚のＡｇ電極
とＢｉ系Ａｇシース線材とを、ＰｂＳｎ半田を用いて接
続した。この超電導部材を液体窒素中で冷却し、臨界電
流密度を測定しようとしたところ、超電導状態になって
いないことがわかった。これは、ＰｂがＡｇ電極と反応
し、超電導薄膜まで拡散し反応して非超電導層が生成さ
れたためであると推定される。そこで、Ａｇ電極の厚さ
を約１０μｍと厚くしたが、接続後の臨界電流密度は１
０3Ａ／ｃｍ2台と小さな値であった。また、液体窒素中
の冷却と室温までの昇温を繰り返し行ったところ、接続
抵抗が増加したうえ、一部で剥離してしまう部分もあっ
た。これは、ＰｂＳｎ合金が硬いため熱歪を緩和するこ
とができなかったためと推定される。
て作製した酸化物超電導薄膜上の約２μｍ厚のＡｇ電極
とＢｉ系Ａｇシース線材とを、ＰｂＳｎ半田を用いて接
続した。この超電導部材を液体窒素中で冷却し、臨界電
流密度を測定しようとしたところ、超電導状態になって
いないことがわかった。これは、ＰｂがＡｇ電極と反応
し、超電導薄膜まで拡散し反応して非超電導層が生成さ
れたためであると推定される。そこで、Ａｇ電極の厚さ
を約１０μｍと厚くしたが、接続後の臨界電流密度は１
０3Ａ／ｃｍ2台と小さな値であった。また、液体窒素中
の冷却と室温までの昇温を繰り返し行ったところ、接続
抵抗が増加したうえ、一部で剥離してしまう部分もあっ
た。これは、ＰｂＳｎ合金が硬いため熱歪を緩和するこ
とができなかったためと推定される。
【００４１】［比較例２］実施例１と同様な方法によっ
て作製した酸化物超電導薄膜上の２μｍ厚のＡｇ電極と
Ｂｉ系Ａｇシース線材とを、Ｉｎ（純度９９．９９％）
を半田として用いて接続した。接続の際の加熱温度は１
６０℃とし、同一条件で５個の試料を作製した。次に、
これらの試料を液体窒素中で冷却し、臨界電流密度と接
続抵抗を測定したところ、臨界電流密度が１×１０4Ａ
／ｃｍ2〜２×１０4Ａ／ｃｍ2と低い値を示し、接続抵
抗は５×１０-7Ωｃｍ2〜１×１０-6Ωｃｍ2と大きい値
を示した。これはＩｎと電極材であるＡｇとが反応し、
超電導薄膜へＩｎが拡散してしまったことが原因と推定
される。Ｉｎは酸化されやすいため超電導体の酸素を剥
奪し非超電導層が生成され、その結果として臨界電流密
度が低くなったと推定される。
て作製した酸化物超電導薄膜上の２μｍ厚のＡｇ電極と
Ｂｉ系Ａｇシース線材とを、Ｉｎ（純度９９．９９％）
を半田として用いて接続した。接続の際の加熱温度は１
６０℃とし、同一条件で５個の試料を作製した。次に、
これらの試料を液体窒素中で冷却し、臨界電流密度と接
続抵抗を測定したところ、臨界電流密度が１×１０4Ａ
／ｃｍ2〜２×１０4Ａ／ｃｍ2と低い値を示し、接続抵
抗は５×１０-7Ωｃｍ2〜１×１０-6Ωｃｍ2と大きい値
を示した。これはＩｎと電極材であるＡｇとが反応し、
超電導薄膜へＩｎが拡散してしまったことが原因と推定
される。Ｉｎは酸化されやすいため超電導体の酸素を剥
奪し非超電導層が生成され、その結果として臨界電流密
度が低くなったと推定される。
【００４２】そこで、Ａｇ電極の厚さを１０μｍと厚く
した試料を５個作製し、同様な測定を行った。その結
果、３個の試料は臨界電流密度が１×１０6Ａ／ｃｍ2以
上の値を示したが、２個の試料は１０4〜１０5Ａ／ｃｍ
2と低い値を示した。また、接続抵抗は５×１０-8Ωｃ
ｍ2〜１×１０-6Ωｃｍ2とばらつきが大きかった。さら
に、１ヶ月後に同様な測定を行ったところ、臨界電流密
度が低下していた。
した試料を５個作製し、同様な測定を行った。その結
果、３個の試料は臨界電流密度が１×１０6Ａ／ｃｍ2以
上の値を示したが、２個の試料は１０4〜１０5Ａ／ｃｍ
2と低い値を示した。また、接続抵抗は５×１０-8Ωｃ
ｍ2〜１×１０-6Ωｃｍ2とばらつきが大きかった。さら
に、１ヶ月後に同様な測定を行ったところ、臨界電流密
度が低下していた。
【００４３】［比較例３］実施例３と同様な方法により
作製した超電導薄膜上に設けられた厚さ約３００ｎｍの
Ａｕ電極とＢｉ系Ａｇシース線材とを、Ｉｎを半田とし
て用いて接続した。同一条件で５個の試料を作製した。
これらの試料を液体窒素中で冷却し、臨界電流密度と接
続抵抗を測定したところ、臨界電流密度は２×１０6Ａ
／ｃｍ2〜３×１０6Ａ／ｃｍ2と高い値を示したが、接
続抵抗が１×１０-7Ωｃｍ2〜１×１０-6Ωｃｍ2と大き
い値を示した。また、液体窒素温度と室温までの熱サイ
クルを繰り返した後、同様な測定を行ったところ、臨界
電流密度に変化はなかったが、接続抵抗が大きくなるこ
とが分かった。
作製した超電導薄膜上に設けられた厚さ約３００ｎｍの
Ａｕ電極とＢｉ系Ａｇシース線材とを、Ｉｎを半田とし
て用いて接続した。同一条件で５個の試料を作製した。
これらの試料を液体窒素中で冷却し、臨界電流密度と接
続抵抗を測定したところ、臨界電流密度は２×１０6Ａ
／ｃｍ2〜３×１０6Ａ／ｃｍ2と高い値を示したが、接
続抵抗が１×１０-7Ωｃｍ2〜１×１０-6Ωｃｍ2と大き
い値を示した。また、液体窒素温度と室温までの熱サイ
クルを繰り返した後、同様な測定を行ったところ、臨界
電流密度に変化はなかったが、接続抵抗が大きくなるこ
とが分かった。
【００４４】なお、以上の実施例においては、接続抵抗
のみを測定するために酸化物超電導薄膜にＢｉ系Ａｇシ
ース線材を接続した場合を例に挙げて主として説明した
が、合金基材上に成膜された超電導薄膜線材を接続する
場合や、Ｃｕ合金やＡｇ合金などの一般的な金属線材を
接続する場合においても同じく効果が得られる。また、
酸化物超電導薄膜同士、合金基材上に設けられた酸化物
超電導線材同士、Ｂｉ系Ａｇシース線材同士といった同
種の接続においても同じく効果があることはいうまでも
ない。
のみを測定するために酸化物超電導薄膜にＢｉ系Ａｇシ
ース線材を接続した場合を例に挙げて主として説明した
が、合金基材上に成膜された超電導薄膜線材を接続する
場合や、Ｃｕ合金やＡｇ合金などの一般的な金属線材を
接続する場合においても同じく効果が得られる。また、
酸化物超電導薄膜同士、合金基材上に設けられた酸化物
超電導線材同士、Ｂｉ系Ａｇシース線材同士といった同
種の接続においても同じく効果があることはいうまでも
ない。
【００４５】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、酸
化物基材上に設けられた酸化物超電導薄膜と金属線材ま
たは酸化物超電導線材とを接続した超電導部材におい
て、超電導特性の劣化や熱サイクルによる接続の劣化を
防止し、かつ低い接続抵抗を実現できる。
化物基材上に設けられた酸化物超電導薄膜と金属線材ま
たは酸化物超電導線材とを接続した超電導部材におい
て、超電導特性の劣化や熱サイクルによる接続の劣化を
防止し、かつ低い接続抵抗を実現できる。
【図１】実施例１の超電導部材を示す斜視図。
【図２】図１の超電導部材の横断面図。
【図３】実施例３の超電導部材を示す斜視図。
【図４】実施例４の超電導部材を示す斜視図。
【図５】図４の超電導部材の横断面図。
１…酸化物基材
２…酸化物超電導薄膜
３…Ａｇ電極
４…半田
５…電極リード
６…Ａｕ層
７…Ａｇ層
８…基材（Ｎｉ合金／ＣｅＯ2酸化物層）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 芳野 久士
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝研究開発センター内
Ｆターム(参考） 4K029 AA07 BA43 BA50 BB02 BC04
CA01 DB20
4M113 AC44 AD35 AD36 AD62 AD63
AD68 BA04 BA15 BA21 BA29
CA34 CA35 CA36
5G051 PB04
5G321 AA01 BA04 BA05 BA07 CA21
CA24 DB35 DB37 DB38 DB39
DB41 DB46
Claims (2)
- 【請求項１】酸化物基材上に設けられた酸化物超電導薄
膜と、前記酸化物超電導薄膜上に設けられた、Ａｕ、Ａ
ｇまたはＡｇＡｕ合金を含む電極と、前記酸化物超電導
薄膜に対して接続される金属線材または酸化物超電導線
材と、前記電極と前記線材との間を接続する、Ａｇの添
加量が０．５重量％〜１０重量％であるＩｎＡｇ合金ま
たはＳｎＡｇ合金を含む半田とを有することを特徴とす
る超電導部材。 - 【請求項２】酸化物基材上に設けられた酸化物超電導薄
膜と、酸化物超電導薄膜上に設けられた、Ａｕ層とＡｇ
層とを積層した電極と、前記酸化物超電導薄膜に対して
接続される金属線材または酸化物超電導線材と、前記電
極と前記線材との間を接続する、Ｉｎ、ＩｎＡｇ合金、
ＳｎまたはＳｎＡｇ合金を含む半田とを有することを特
徴とする超電導部材。
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|---|---|---|---|
| JP2002093241A JP4112884B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 超電導部材 |
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| JP2002093241A JP4112884B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 超電導部材 |
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| JP2003298129A true JP2003298129A (ja) | 2003-10-17 |
| JP4112884B2 JP4112884B2 (ja) | 2008-07-02 |
Family
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-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002093241A patent/JP4112884B2/ja not_active Expired - Lifetime
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