JP2012003975A - 酸化物超電導薄膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超電導線材の製造に用いる酸化物超電導薄膜を、フッ素を含まない金属有機化合物を原料とし、雰囲気炉を用いて塗布熱分解法により製造する酸化物超電導薄膜の製造方法であって、基板上に金属有機化合物の溶液を塗布して塗布膜を作製する塗布膜作製工程と、塗布膜の金属有機化合物に含有される有機成分を熱分解、除去して仮焼膜を作製する仮焼熱処理工程と、仮焼膜を結晶化させて酸化物超電導薄膜を作製する本焼熱処理工程とを備えており、仮焼熱処理工程と本焼熱処理工程の間に、加熱された基板から伝えられる熱により、仮焼膜に含まれる炭酸塩を分解する中間熱処理工程が設けられている。
【選択図】図1
Description
超電導線材の製造に用いる酸化物超電導薄膜を、フッ素を含まない金属有機化合物を原料とし、雰囲気炉を用いて塗布熱分解法により製造する酸化物超電導薄膜の製造方法であって、
基板上に前記金属有機化合物の溶液を塗布して塗布膜を作製する塗布膜作製工程と、
前記塗布膜の前記金属有機化合物に含有される有機成分を熱分解、除去して、仮焼膜を作製する仮焼熱処理工程と、
前記仮焼膜を結晶化させて、酸化物超電導薄膜を作製する本焼熱処理工程と
を備えており、
前記仮焼熱処理工程と前記本焼熱処理工程の間に、前記仮焼膜に含まれる炭酸塩を分解する中間熱処理工程が設けられており、
前記中間熱処理工程が、前記基板を加熱し、加熱された前記基板から伝えられる熱により、仮焼膜を加熱して仮焼膜に含まれる炭酸塩を分解する中間熱処理工程である
ことを特徴とする酸化物超電導薄膜の製造方法である。
前記中間熱処理工程が、前記基板に対向して設けられた熱源により前記基板を加熱する中間熱処理工程であることを特徴とする請求項1に記載の酸化物超電導薄膜の製造方法である。
前記本焼熱処理工程が、加熱された前記基板から伝えられる熱により、炭酸塩が分解された前記仮焼膜を結晶化する本焼熱処理工程であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の酸化物超電導薄膜の製造方法である。
まず、本発明の酸化物超電導薄膜の製造方法において、中間熱処理工程に用いられる雰囲気炉について説明する。
次に、本発明による中間熱処理方法について説明する。図3は、本発明の中間熱処理の方法を模式的に示す拡大断面図である。図3において、1は基板、2は仮焼膜であり、白抜きの矢印8は熱が伝えられる方向を示している。
次に実施例により、本発明を具体的に説明する。
まず、Y、Ba、Cuの各アセチルアセトナート塩から出発してY:Ba:Cu=1:2:3の比率(モル比)で合成し、アルコールを溶媒としたMOD溶液を作製した。なお、MOD溶液のY3+,Ba2+、Cu2+を合わせた総カチオン濃度を1mol/Lとした。
次に、2cm角のYSZ単結晶製の基板上にエピタキシャル成長させたCeO2製の中間層上に、前記MOD溶液をスピンコート法で塗布して厚さ1μmの塗布膜を形成した後、作製した塗布膜を10気圧の空気雰囲気の下で、500℃で120分間加熱し、仮焼膜を作製した。この塗布と仮焼熱処理を2回繰り返し行い、厚さ400nmの仮焼膜を作製した。
作成した仮焼膜を、図3に示した底面加熱により中間熱処理を行った。具体的には、アルゴン/酸素混合ガス(酸素濃度:100ppm、CO2濃度:1ppm以下)雰囲気の下、20℃/分の昇温速度で680℃まで昇温し、その温度で90分保持後、炉中で室温まで冷却して中間熱処理を実施した。
中間熱処理後の仮焼膜を、図3に示した底面加熱による本焼熱処理を行った。具体的には、酸素濃度100ppmのアルゴン/酸素混合ガス雰囲気下で、770℃まで10℃/分の昇温スピードで昇温後、そのまま60分間保持して本焼熱処理を実施した。本焼熱処理を実施後、520℃まで約3時間で降温した時点で、ガス雰囲気を酸素濃度100vol%ガスに切り替えて、さらに5時間かけて室温まで炉冷し、厚さ300nmの本焼膜、即ちYBCO超電導薄膜を作製した。
比較例は、中間熱処理を全周加熱で行い、これ以外は実施例と同じ方法により本焼膜を作製した。
(1)断面の観察
実施例および比較例の本焼膜の断面をS−TEMにより観察したところ、実施例では、本焼膜に空隙がなく、また本焼膜全体に亘り、一様にc軸配向していることが確認された。これに対して、比較例では、本焼膜に空隙があり、またc軸配向していない部分があることが確認された。
イ.Icの測定
実施例および比較例で得られたYBCO超電導薄膜の超電導特性(Ic)を、77K、自己磁場下において測定し、単位幅(1cm)当たりのIc(A/cm)を求めた。表1に測定結果を示す。
同様に、実施例および比較例で得られたYBCO超電導薄膜のX線回折(XRD)によるYBCO(005)ピーク強度を、77K、自己磁場下において測定した。同じく表1に測定結果を示す。
2 仮焼膜(前駆体膜)
3 本焼膜
4 炭酸塩(BaCO3)
5 空隙
6 無配向結晶部分
7 セラミックヒータ
A 雰囲気炉
A1 炉体
B1 サンプル
Claims (3)
- 超電導線材の製造に用いる酸化物超電導薄膜を、フッ素を含まない金属有機化合物を原料とし、雰囲気炉を用いて塗布熱分解法により製造する酸化物超電導薄膜の製造方法であって、
基板上に前記金属有機化合物の溶液を塗布して塗布膜を作製する塗布膜作製工程と、
前記塗布膜の前記金属有機化合物に含有される有機成分を熱分解、除去して、仮焼膜を作製する仮焼熱処理工程と、
前記仮焼膜を結晶化させて、酸化物超電導薄膜を作製する本焼熱処理工程と
を備えており、
前記仮焼熱処理工程と前記本焼熱処理工程の間に、前記仮焼膜に含まれる炭酸塩を分解する中間熱処理工程が設けられており、
前記中間熱処理工程が、前記基板を加熱し、加熱された前記基板から伝えられる熱により、仮焼膜を加熱して仮焼膜に含まれる炭酸塩を分解する中間熱処理工程である
ことを特徴とする酸化物超電導薄膜の製造方法。 - 前記中間熱処理工程が、前記基板に対向して設けられた熱源により前記基板を加熱する中間熱処理工程であることを特徴とする請求項1に記載の酸化物超電導薄膜の製造方法。
- 前記本焼熱処理工程が、加熱された前記基板から伝えられる熱により、炭酸塩が分解された前記仮焼膜を結晶化する本焼熱処理工程であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の酸化物超電導薄膜の製造方法。
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