JP2514685B2 - Superconducting material and manufacturing method thereof - Google Patents

Superconducting material and manufacturing method thereof

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JP2514685B2 JP63066899A JP6689988A JP2514685B2 JP 2514685 B2 JP2514685 B2 JP 2514685B2 JP 63066899 A JP63066899 A JP 63066899A JP 6689988 A JP6689988 A JP 6689988A JP 2514685 B2 JP2514685 B2 JP 2514685B2
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秀夫 糸▲崎▼
三郎 田中
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超電導材料に関する。より詳細には、高い超
電導臨界温度を有し、超電導臨界温度と相転移の終了温
度との差が小さく、且つ、超電導特性が安定した新規な
超電導材料とその製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to superconducting materials. More specifically, the present invention relates to a novel superconducting material having a high superconducting critical temperature, a small difference between the superconducting critical temperature and the end temperature of phase transition, and stable superconducting properties, and a method for producing the same.

従来の技術 超電導現象下の物質は完全な反磁性を示し、内部で有
限な定常電流が流れているにも関わらず電位差が現れな
くなる。そこで、超電導体は電力損失の全くない伝送媒
体として各種の応用が提案されている。
2. Description of the Related Art A substance under superconducting phenomenon exhibits complete diamagnetism, and no potential difference appears even though a finite steady current flows inside. Therefore, various applications have been proposed for a superconductor as a transmission medium having no power loss.

即ち、MHD発電、電力送電、電力貯蔵等の電力分野、
或いは、磁気浮上列車、電磁気推進船舶等の動力分野、
更に、磁場、マイクロ波、放射線等の超高感度センサと
してNMR、π中間子治療、高エネルギー物理実験装置な
どの計測の分野等、極めて多くの利用分野を挙げること
ができる。
That is, MHD power generation, power transmission, power storage and other power fields,
Alternatively, power fields such as magnetic levitation trains and electromagnetic propulsion vessels,
Furthermore, as ultra-sensitive sensors for magnetic fields, microwaves, radiation, etc., there are numerous fields of application, such as the fields of measurement such as NMR, pion therapy, and high energy physics experimental equipment.

また、ジョセフソン素子に代表されるエレクトロニク
スの分野でも、単なる消費電力の低減のみならず、極め
て高速な動作を実現し得る技術として期待されている。
Also, in the field of electronics represented by Josephson devices, it is expected as a technology that can realize not only simple power consumption but also extremely high-speed operation.

ところで、これまで超電導現象は超低温下においての
み観測されていた。即ち、従来の超電導材料として最も
高い超電導臨界温度Tcを有するといわれているNb3Geに
おいても23.2Kに止まっている。そこで、従来は、超電
導現象を実現するために沸点が4.2Kの液体ヘリウムを用
いて超電導材料をTc以下まで冷却していた。しかしなが
ら、液体ヘリウムの使用は、液化設備を含めた冷却設備
による技術的負担並びにコスト的負担が極めて大きく、
超電導技術の実用化への妨げとなっていた。
By the way, so far, the superconducting phenomenon has been observed only under ultra-low temperature. That is, Nb 3 Ge, which is said to have the highest superconducting critical temperature Tc as a conventional superconducting material, remains at 23.2K. Therefore, conventionally, in order to realize the superconducting phenomenon, liquid helium having a boiling point of 4.2K was used to cool the superconducting material to Tc or lower. However, the use of liquid helium has a very large technical burden and cost burden due to the cooling equipment including the liquefaction equipment,
It was an obstacle to the practical application of superconducting technology.

ところが、1986年秋になり高いTcをもつ超電導酸化物
が発見されるにいたって、高温超電導の可能性が大きく
開けてきた(Bednorz,Muller,“Phys.B64(1986)18
9)。この酸化物超電導体は〔La,Ba〕2CuO4または〔La,
Sr〕2CuO4で表され、K2NiF4型酸化物呼ばれるもので、
従来から知られていたペロブスカイト型超電導酸化物と
結晶構造が似ている。これらの物質のTcは30〜50Kと、
従来に比べて飛躍的に高い値である。Tcがこの温度に達
すると、超電導を起こさせるための冷媒として液体水素
(沸点20.4K)または液体ネオン(沸点27.3K)が使える
ようになる。
However, with the discovery of superconducting oxides with a high T c in the fall of 1986, the possibility of high-temperature superconductivity opened up significantly (Bednorz, Muller, “Phys.B64 (1986) 18
9). This oxide superconductor is [La, Ba] 2 CuO 4 or [La,
Sr] 2 CuO 4 , which is called K 2 NiF 4 type oxide,
It has a similar crystal structure to the conventionally known perovskite type superconducting oxide. The T c of these substances is 30-50K,
The value is dramatically higher than before. When T c reaches this temperature, liquid hydrogen (boiling 20.4K) or liquid neon (boiling point 27.3K) is so used as a refrigerant for causing the superconducting.

更に、1987年2月になって、チュー達によって90Kク
ラスの臨界温度を示すBa−Y系の複合酸化物が発見され
たことが新聞報道され、非低温超電導体実現の可能性が
俄かに高まっている。
Furthermore, in February 1987, a news report was published by Chu et al. That a Ba-Y-based complex oxide exhibiting a critical temperature of 90K was discovered, and the possibility of realization of a non-low temperature superconductor is faint. It is rising.

発明が解決しようとする課題 Tcは一般に超電導現象の開始温度あるいは超電導を維
持できなくなる臨界温度を意味するが、物質によって
は、その物質が完全な超電導体となる相転移の終了温度
TcfがTcと大きく隔たっている。従って、実際にはTcよ
りもかなり低い温度まで冷却する必要があり、この点か
らTcとTcfとの差をできるだけ小さくすることが望まれ
ている。
Problems to be Solved by the Invention Tc generally means a starting temperature of a superconducting phenomenon or a critical temperature at which superconductivity cannot be maintained, but depending on a substance, an end temperature of a phase transition at which the substance becomes a perfect superconductor.
Tcf is far apart from Tc. Therefore, it is actually necessary to cool the temperature to a temperature considerably lower than Tc, and from this point, it is desired to minimize the difference between Tc and Tcf.

更に、超電導体は、一定以上の強度の磁場中では超電
導効果を失うことが知られている。この超電導体がその
特性を失う磁界磁場は、一般にその物質の臨界温度と共
に上下することが知られており、特に高磁場電磁石等へ
の用途を考えた場合には、臨界磁場下での超電導の安定
性を向上させる必要性が論じられている。
Further, it is known that a superconductor loses its superconducting effect in a magnetic field having a certain strength or more. It is known that the magnetic field and magnetic field in which this superconductor loses its characteristics generally rises and falls with the critical temperature of the substance. Especially when considering its application to high-field electromagnets, etc. The need to improve stability is discussed.

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決
し、高いTcを維持したまま、高磁場下でも超電導効果を
失うことが無く、TcとTcfとの差が小さい新規な超電導
材料と、その超電導材料を得るための製造方法を提供す
ることにある。
Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, while maintaining a high T c , without losing the superconducting effect even under a high magnetic field, a novel superconducting material with a small difference between Tc and Tcf. , To provide a manufacturing method for obtaining the superconducting material.

尚、以下の記述において、超電導材料の超電導開始温
度あるいは臨界温度をTc、材料の電気抵抗が完全に零と
なる相転移終了温度をTcf、TcとTcfとの差をΔTと表
す。
In the following description, the superconducting start temperature or critical temperature of the superconducting material is represented by Tc, the phase transition end temperature at which the electric resistance of the material is completely zero is represented by Tcf, and the difference between Tc and Tcf is represented by ΔT.

課題を解決するための手段 本発明者達は、最近発見された上記のような室温超電
導材料に他の添加元素を添加することによって、上記課
題を解決しようと試みた。即ち、他の元素を添加するこ
とによって上記超電導材料の諸特性が改善され、結果的
に、臨界電流密度Jcの向上、高磁場下でのJcの安定化等
の超電導の諸特性を改善することを試みた。
Means for Solving the Problems The present inventors have tried to solve the above problems by adding another additive element to the room temperature superconducting material as described above which has been recently discovered. That is, the characteristics of the superconducting material are improved by adding other elements, and as a result, the superconducting characteristics such as improvement of the critical current density Jc and stabilization of Jc under a high magnetic field are improved. Tried.

本発明者は実験の結果、V、Ta、Nb、Cr、Ga、In、C
d、Sn、Tl、Pb、Mo、WまたはZnの1種または2種以上
を添加することによって高いTcを維持したまま、高磁場
下でも超電導効果を失うことが無く、TcとTcfとの差が
小さい超電導材料が得られることを見出した。
As a result of experiments, the present inventor found that V, Ta, Nb, Cr, Ga, In, C
While maintaining a high T c by adding one or more of d, Sn, Tl, Pb, Mo, W, or Zn, the superconducting effect is not lost even in a high magnetic field, and Tc and Tcf It was found that a superconducting material with a small difference can be obtained.

そこで、本発明に従い、 一般式:αβγδε (但し、αは周期律表II a、III a族から選択された1
種であり、 βは周期律表II a、III a族元素でαと同じものを含
む元素から選択された1種であり、 δは周期律表I b、II b、III b、VIII a族元素から選
択された1種であり、 εはO、B、C、N、F及びSのうちから選択された
少なくとも1種であり、 γはV、Ta、Nb、Cr、Ga、In、Cd、Sn、Tl、Pb、Mo、
W、Znからなる群から選択した少なくとも1種であり、 u、v、w、xは0以上1以下の数であり、yは1以
上4以下の数である) で表される組成を有する超電導材料が提供される。
Therefore, according to the present invention, according to the general formula: α u β v γ w δ x ε y (where α is 1 selected from the groups IIa and IIIa of the periodic table).
Β is a kind selected from elements including the same as α in Group IIa and IIIa of the Periodic Table, and δ is Group Ib, IIb, IIIb and VIIIa of the Periodic Table. 1 is selected from the elements, ε is at least one selected from O, B, C, N, F and S, and γ is V, Ta, Nb, Cr, Ga, In, Cd , Sn, Tl, Pb, Mo,
At least one selected from the group consisting of W and Zn, u, v, w, x is a number of 0 or more and 1 or less, and y is a number of 1 or more and 4 or less) A superconducting material is provided.

上記本発明に係る超電導材料として、具体的には以下
のような化合物を代表的な例として挙げることができ
る。
As the superconducting material according to the present invention, the following compounds can be specifically mentioned as typical examples.

上記一般式中のεがOであり、上記超電導材料は複
合酸化物である超電導材料。
In the above general formula, ε is O, and the superconducting material is a composite oxide.

上記一般式中のδがCuであり、上記一般式で示され
る複合酸化物がプロブスカイト型酸化物または疑似プロ
ブスカイト型酸化物であることを特徴とする超電導材料 上記αが周期律表II a族元素であり、βが周期律表
III a族元素であることを特徴とする超電導材料。
In the above general formula, δ is Cu, and the composite oxide represented by the above general formula is a superconducting material characterized in that it is a perovskite type oxide or a pseudo perovskite type oxide. Being a group element, β is the periodic table
A superconducting material characterized by being a group IIIa element.

本発明の一態様に従えば、上記超電導材料は、例えば
焼結体として得られる。また、他の態様に従えば、気相
合成により形成された薄膜としても形成される。
According to one aspect of the present invention, the superconducting material is obtained as, for example, a sintered body. Further, according to another aspect, it is also formed as a thin film formed by vapor phase synthesis.

即ち、本発明に従い、上記超電導材料を製造する方法
として、周期律表II a、III a族元素から選択された1
種の元素αと、周期律表II a、III a族元素でαと同じ
ものを含む元素から選択された1種の元素βと、V、T
a、Nb、Cr、Ga、In、Cd、Sn、Tl、Pb、Mo、W、Znから
なる群から選択した少なくとも1種の元素γと、周期律
表I b、II b、III b、VIII a族元素から選択された1種
の元素δとの各々の酸化物、炭酸塩、硫酸塩あるいは硝
酸塩の粉末の混合物を焼結することを特徴とする複合酸
化物からなる超電導材料の製造方法が提供される。
That is, according to the present invention, as a method for producing the above-mentioned superconducting material, 1 selected from Group IIa and IIIa elements of the periodic table.
A certain element α, and one element β selected from elements of the periodic table IIa and IIIa group elements containing the same as α, V, T
at least one element γ selected from the group consisting of a, Nb, Cr, Ga, In, Cd, Sn, Tl, Pb, Mo, W, and Zn, and Ib, IIb, IIIb, VIII of the periodic table A method for producing a superconducting material comprising a composite oxide, characterized by sintering a mixture of powders of oxides, carbonates, sulfates or nitrates with one element δ selected from the group a elements. Provided.

上記本発明に係る製造方法により得られる超電導材料
としては、上記一般式中のδがCuであり、上記複合酸化
物がペロブスカイト型酸化物または疑似ペロブスカイト
型酸化物である超電導材料、あるいは、上記αが周期律
表II a族元素であり、βが周期律表III a族元素である
超電導材料が具体的に例示できる。
As the superconducting material obtained by the manufacturing method according to the present invention, δ in the general formula is Cu, the superconducting material in which the composite oxide is a perovskite type oxide or a pseudo perovskite type oxide, or the α Is a group IIa element of the periodic table, and β is a group IIIa element of the periodic table.

更に具体的には、上記αがBaであり、βがYである超
電導材料が挙げられ、本発明の1態様に従えば、Ba、
Y、Cuおよび上記記号γで示される元素の原子比が(0.
5〜2):(0.5〜3):(1〜4):(0.01〜0.1)と
なるようBa、Y、Cuおよび元素δの酸化物、炭酸塩、硝
酸塩または硫酸塩の粉末を混合することが挙げられる。
More specifically, there is a superconducting material in which α is Ba and β is Y. According to one aspect of the present invention, Ba,
The atomic ratio of Y, Cu and the element represented by the above symbol γ is (0.
5 to 2): (0.5 to 3): (1 to 4): Mixing powders of oxides, carbonates, nitrates or sulfates of Ba, Y, Cu and element δ so as to be (0.01 to 0.1). Is mentioned.

上記本発明の製造方法において、本発明の好ましい態
様に従えば、上記焼結を700〜1600℃、好ましくは800〜
1000℃の範囲の温度で実施することが好ましい。
In the production method of the present invention, according to a preferred embodiment of the present invention, the sintering is 700 to 1600 ° C., preferably 800 to 1600 ° C.
Preference is given to working at temperatures in the range of 1000 ° C.

また、上記焼結を、前記混合粉末を予め焼成する予備
焼結と、予備焼結後の焼結体を粉砕、成形した後焼結す
る本焼結との少なくとも2段階で実施することが有利で
ある。
Further, it is advantageous to carry out the above-mentioned sintering in at least two stages of pre-sintering in which the mixed powder is pre-sintered and main sintering in which the pre-sintered sintered body is crushed, molded and then sintered. Is.

ここで、本発明の好ましい態様に従えば、上記予備焼
結を550〜950℃の範囲の温度で、本焼結を800〜930℃の
範囲の温度でそれぞれ実施することが有利である。
Here, according to a preferred embodiment of the present invention, it is advantageous to carry out the pre-sintering at a temperature in the range of 550 to 950 ° C. and the main sintering at a temperature in the range of 800 to 930 ° C., respectively.

また、上記焼結後、直ちに急冷する、または焼結後、
700〜930℃の範囲に再加熱し、急冷する工程を含む処理
を行うことも好ましい。
In addition, immediately after the above sintering, or immediately after quenching, or after sintering,
It is also preferable to perform a treatment including a step of reheating in the range of 700 to 930 ° C. and quenching.

更に、本発明に従って、周期律表II a、III a族元素
から選択された1種の元素αと、周期律表II a、III a
族元素でαと同じものを含む元素から選択された1種の
元素β、V、Ta、Nb、Cr、Ga、In、Cd、Sn、Tl、Pb、M
o、W、Znからなる群から選択した少なくとも1種の元
素γと、周期律表I b、II b、III b、VIII a族元素から
選択された1種の元素δとを含有する酸化物をターゲッ
トとして物理蒸着を行い、ペロブスカイト型酸化物また
は疑似ペロブスカイト型酸化物の薄膜を形成することを
特徴とする超電導薄膜の作製方法が提供される。
Further, according to the present invention, one element α selected from Group IIa and IIIa elements of the Periodic Table, and Periodic Tables IIa and IIIa
One element selected from the group of elements including the same as α, β, V, Ta, Nb, Cr, Ga, In, Cd, Sn, Tl, Pb, M
Oxide containing at least one element γ selected from the group consisting of o, W, and Zn and one element δ selected from Group Ib, IIb, IIIb, and VIIIa elements of the periodic table There is provided a method for producing a superconducting thin film, characterized by forming a thin film of a perovskite type oxide or a pseudo perovskite type oxide by performing physical vapor deposition using as a target.

ここで、本発明の好ましい態様によれば、上記ターゲ
ットがペロブスカイト型酸化物または疑似ペロブスカイ
ト型酸化物であることが挙げられる。
Here, according to a preferred embodiment of the present invention, the target is a perovskite type oxide or a pseudo perovskite type oxide.

上記方法において、本発明の一態様に従えば、上記元
素αがBaであり、元素βがYであり、元素δがCuであ
る。ここで、Ba、Y、Cuおよび上記記号γで示される元
素の原子比が(0.5〜2):(0.5〜3):(1〜4):
(0.01〜0.1)となるようBa、Y、Cuおよび元素δの酸
化物、炭酸塩、硝酸塩または硫酸塩の粉末を調製するこ
とが有利である。
In the above method, according to one aspect of the present invention, the element α is Ba, the element β is Y, and the element δ is Cu. Here, the atomic ratio of Ba, Y, Cu and the element represented by the symbol γ is (0.5 to 2) :( 0.5 to 3) :( 1 to 4):
It is advantageous to prepare powders of oxides, carbonates, nitrates or sulphates of Ba, Y, Cu and the element δ so that they are (0.01-0.1).

また、上記ターゲットは、Ba、Y、Cuおよび上記元素
δの酸化物、炭酸塩、硝酸塩または硫酸塩の混合粉末を
250〜1200℃の温度で焼成したものであり得、更に、上
記ターゲットが、上記焼成後、更に700〜1000℃の範囲
の温度で本焼結したものであることが有利である。
The target is a mixed powder of Ba, Y, Cu and an oxide, carbonate, nitrate or sulfate of the above element δ.
It may be one which is fired at a temperature of 250 to 1200 ° C., and it is further advantageous that the above target is further sintered after the above firing at a temperature in the range of 700 to 1000 ° C.

ターゲットとしては、上記ターゲットが本焼結体また
は仮焼結体の粉末を用いてもよいし、ブロックとして使
用してもよい。
As the target, a powder of the main sintered body or the pre-sintered body may be used as the target, or a block may be used.

また、複数のターゲットを使用することもでき、この
場合、本発明の一態様に従えば、上記ターゲットはそれ
ぞれBa、Y、Cuおよび元素δの酸化物であり得る。
It is also possible to use a plurality of targets, in which case, according to one aspect of the invention, the targets may each be Ba, Y, Cu and an oxide of the element δ.

ここで、本発明の好ましい態様に従えば、ターゲット
のBa、Y、Cuおよび元素δの原子比が、形成される薄膜
のBa、YおよびCuの原子比を基準として、Ba、Y、Cuお
よび元素δの蒸着効率に応じて調整されていることが有
利である。
Here, according to a preferred embodiment of the present invention, the atomic ratio of Ba, Y, Cu and the element δ of the target is Ba, Y, Cu and Cu based on the atomic ratio of Ba, Y and Cu of the thin film to be formed. It is advantageous that it is adjusted according to the vapor deposition efficiency of the element δ.

また、蒸着雰囲気はArとO2とを含み、Ar分圧を1×10
-3乃至3×10-1Torrの範囲内、O2分圧を1.0×10-3乃至
3×10-1Torrの範囲内とすることが好ましい。
The vapor deposition atmosphere contains Ar and O 2 , and the Ar partial pressure is 1 × 10.
It is preferable that the O 2 partial pressure is within the range of −3 to 3 × 10 −1 Torr and the range of O 2 partial pressure is within the range of 1.0 × 10 −3 to 3 × 10 −1 Torr.

また、上記物理蒸着はRFスパッタリングであり得、こ
の場合、スパッタリング時の高周波電力は104W/cm2以下
であることが好ましい。
Further, the physical vapor deposition may be RF sputtering, and in this case, the high frequency power during sputtering is preferably 104 W / cm 2 or less.

また、マグネトロンスパッタリングで蒸着を実施する
こともできる。
Further, the vapor deposition can be performed by magnetron sputtering.

尚、本発明の好ましい態様に従えば、スパッタリング
時に、基板をヒータにより加熱することが有利であり、
この加熱温度としては260〜1500℃の範囲であることが
有利である。
According to a preferred embodiment of the present invention, it is advantageous to heat the substrate with a heater during sputtering,
The heating temperature is advantageously in the range of 260 to 1500 ° C.

本発明の一態様に従えば、上記基板として、ガラス、
石英、Si、ステンレス鋼およびセラミックスからなる群
より選択された1種を使用することができる。
According to one embodiment of the present invention, the substrate is glass,
It is possible to use one selected from the group consisting of quartz, Si, stainless steel and ceramics.

また、蒸着時の基板とターゲットと間の距離は3〜23
0mmの範囲であることが好ましい。
The distance between the substrate and the target during vapor deposition is 3 to 23.
It is preferably in the range of 0 mm.

更に、上記物理蒸着はイオンプレーティング、真空蒸
着、イオンビーム蒸着、分子線蒸着のいずれか1種であ
り得る。
Further, the physical vapor deposition may be any one of ion plating, vacuum vapor deposition, ion beam vapor deposition, and molecular beam vapor deposition.

前述のように、本発明によって焼結体あるいは薄膜と
して得られた超電導材料は、更に、熱処理することが好
ましい。ここで、本発明の一態様に従えば、上記加熱温
度は750〜1500℃の範囲内であることが好ましく、750〜
930℃の範囲の温度範囲内であることが更に好ましい。
As described above, the superconducting material obtained as a sintered body or a thin film according to the present invention is preferably further heat-treated. Here, according to one embodiment of the present invention, the heating temperature is preferably in the range of 750 to 1500 ° C, and 750 to
More preferably, it is within the temperature range of 930 ° C.

作用 本発明の提供する超電導材料は、 一般式:αβγδε (但し、αは周期律表II a、III a族元素から選択され
た1種であり、 βは周期律表II a、III a族元素でαと同じものを含
む元素から選択された1種であり、 δは周期律表I b、II b、III b、VIII a族元素から選
択された1種であり、 εはO、B、C、N、F及びSのうちから選択された
少なくとも1種であり、 γはV、Ta、Nb、Cr、Ga、In、Cd、Sn、Tl、Pb、Mo、
W、Znからなる群から選択した少なくとも1種であり、 u、v、w、xは0以上1以下の数であり、yは1以
上4以下の数である) で表される組成を有する。
Action The superconducting material provided by the present invention is represented by the general formula: α u β v γ w δ x ε y (where α is one element selected from Group IIa and IIIa elements of the periodic table, and β is a periodic element). It is one kind selected from elements including the same elements as α in Group IIa and IIIa of the Periodic Table, and δ is one kind selected from Group Ib, IIb, IIIb and VIIIa elements of the Periodic Table. And ε is at least one selected from O, B, C, N, F and S, and γ is V, Ta, Nb, Cr, Ga, In, Cd, Sn, Tl, Pb, Mo,
At least one selected from the group consisting of W and Zn, u, v, w, x is a number of 0 or more and 1 or less, and y is a number of 1 or more and 4 or less) .

一般に、上記元素εは酸素(O)であるが、その一部
をB(硼素)、C(炭素)、N(窒素)、弗素(F)及
び硫黄(S)の中から選択される他の元素、特に弗素
(F)で置換してもよい。
Generally, the element ε is oxygen (O), but some of it is selected from B (boron), C (carbon), N (nitrogen), fluorine (F) and sulfur (S). It may be replaced by an element, especially fluorine (F).

また、上記元素δは一般に銅(Cu)であるが、その一
部を周期律表I b、II b、III b、VIII族元素から選択さ
れた他の元素、例えば、チタン(Ti)等で置換したもの
でもよい。
Further, the element δ is generally copper (Cu), but a part of the element δ may be another element selected from Group Ib, IIb, IIIb, and VIII elements, for example, titanium (Ti). It may be replaced.

更に、上記元素αは一般に周期律表II a族元素であ
り、上記元素βは一般に周期律表III a族元素であり、
特に好ましい組合せはとしては、αがBaで、βがYであ
るBa−Yの組合せ、αがSrで、βがLaであるSr−Laの組
合せを挙げることができる。さらに、これらαおよびβ
の一部を周期律表II a族元素の他の元素、例えば、カル
シウム(Ca)等で置換してもよい。
Further, the element α is generally a Group IIa element of the periodic table, the element β is generally a Group IIIa element of the periodic table,
Particularly preferable combinations include a Ba—Y combination in which α is Ba and β is Y, and a Sr-La combination in which α is Sr and β is La. Furthermore, these α and β
May be partially replaced with another element of Group IIa element of the periodic table, for example, calcium (Ca) or the like.

上記元素α、β、γおよびδの原子比すなわちu、
v、wおよびxは0以上1以下の数であり、各元素の組
合せに応じて適宜選択される。例えば、Ba−Y−Cu−γ
系の複合酸化物の場合には、Ba、Y、Cuおよび上記記号
γで示される元素の原子比Ba:Y:Cu:γが(0.5〜2):
(0.5〜3):(1〜4):(0.01〜0.1)となるように
選択する。即ち、各元素の原子比が上記範囲を見たしか
ときに、有効な超電導特性を発揮するペロブスカイト型
または疑似ペロブスカイト型の結晶構造が形成される確
率が高くなる。
The atomic ratio of the elements α, β, γ and δ, that is, u,
v, w and x are numbers of 0 or more and 1 or less and are appropriately selected according to the combination of each element. For example, Ba-Y-Cu-γ
In the case of a complex oxide of the system, the atomic ratio Ba: Y: Cu: γ of Ba, Y, Cu and the element represented by the above symbol γ is (0.5 to 2):
(0.5 to 3): (1 to 4): (0.01 to 0.1). That is, when the atomic ratio of each element is within the above range, the probability that a perovskite-type or pseudo-perovskite-type crystal structure that exhibits effective superconducting properties is formed increases.

このような本発明に係る超電導材料は、以下のように
して作製することができる。
Such a superconducting material according to the present invention can be manufactured as follows.

即ち、ひとつの方法としては、周期律表II a、III a
族元素から選択された1種の元素αと、周期律表II a、
III a族元素でαと同じものを含む元素から選択された
1種の元素βと、V、Ta、Nb、Cr、Ga、In、Cd、Sn、T
l、Pb、Mo、W、Znからなる群から選択した少なくとも
1種の元素γと、周期律表I b、II b、III b、VIII a族
元素から選択された1種の元素δとの各々の酸化物、炭
酸塩、硫酸塩あるいは硝酸塩の粉末を焼結する。
That is, as one method, the periodic table IIa, IIIa
An element α selected from the group of elements and a periodic table IIa,
One element β selected from the group IIIa elements including the same as α, and V, Ta, Nb, Cr, Ga, In, Cd, Sn, T
at least one element γ selected from the group consisting of l, Pb, Mo, W, and Zn and one element δ selected from Group Ib, IIb, IIIb, and VIIIa elements of the periodic table Sinter each oxide, carbonate, sulfate or nitrate powder.

ここで、上記元素α、β、γおよびδ並びにこれら元
素の原子比すなわちu、v、wおよびxは焼結後に前記
定義が満たされるように調整される。このようにして得
られる焼結体は、上記元素α、β、γおよびδを含む複
合酸化物である。既に述べたように、この複合酸化物の
酸素の一部を酸素以外の上記元素εの中から選択される
他の元素すなわち、B(硼素)、C(炭素)、N(窒
素)、弗素(F)および/または硫黄(S)、特に弗素
(F)で置換することもできる。これらの元素は一般に
窒化物の形の粉末、例えばBN、CNで原料粉末混合物に添
加するか、上記元素α、β、γおよびδのフッ化物ある
いは硫化物、例えばフッ化バリウム、フッ化イットリウ
ムの形で原料粉末混合物に添加することができる。さら
に、これら元素またはその化合物を気体状で直接添加す
ることもできる。
Here, the elements α, β, γ and δ and the atomic ratios of these elements, that is, u, v, w and x are adjusted so that the above definition is satisfied after sintering. The sintered body thus obtained is a composite oxide containing the above elements α, β, γ and δ. As described above, a part of the oxygen of this composite oxide is another element selected from the above elements ε other than oxygen, that is, B (boron), C (carbon), N (nitrogen), fluorine ( It is also possible to substitute F) and / or sulfur (S), especially fluorine (F). These elements are generally added to the raw powder mixture in powder form in the form of nitrides, such as BN and CN, or fluorides or sulfides of the above elements α, β, γ and δ, such as barium fluoride and yttrium fluoride. It can be added in the form to the raw powder mixture. Further, these elements or their compounds can be directly added in a gaseous state.

上記焼結は700〜1600℃、好ましくは800〜1000℃の範
囲の温度で実施することが好ましい。即ち、焼結温度が
該範囲に達しない場合は、有効な固相反応の進行が進ま
ない、あるいは極端に遅くなる。一方、上記範囲を越え
た場合は、原料粉末の一部が溶融して、ペロブスカイト
または疑似ペロブスカイト型の結晶構造の形成が阻害さ
れる。
The above sintering is preferably carried out at a temperature in the range of 700 to 1600 ° C, preferably 800 to 1000 ° C. That is, when the sintering temperature does not reach this range, the effective solid-phase reaction does not proceed or becomes extremely slow. On the other hand, when the amount exceeds the above range, a part of the raw material powder is melted and the formation of a perovskite or pseudo perovskite type crystal structure is hindered.

また、この焼結操作は、上記粉末の混合物を、予め焼
成する予備焼結と、予備焼結後の焼成体を粉砕し、成形
後、焼結する本焼結との少なくとも2段階で実施するこ
とが極めて有利である。即ち、このような操作を実施す
ることによって、焼結体の均質化と結晶の粗大化防止が
達成される。尚、好ましい処理温度として、上記予備焼
結を550〜950℃の範囲の温度で実施し、本焼結を800〜9
30℃の範囲の温度で実施することが例示される。
Further, this sintering operation is carried out in at least two stages of pre-sintering in which the mixture of the powders is pre-sintered, and main sintering in which the pre-sintered sintered body is crushed, molded, and then sintered. Is extremely advantageous. That is, by carrying out such an operation, homogenization of the sintered body and prevention of crystal coarsening are achieved. As a preferable processing temperature, the pre-sintering is performed at a temperature in the range of 550 to 950 ° C, and the main sintering is performed at 800 to 9 ° C.
It is exemplified to carry out at a temperature in the range of 30 ° C.

また、本発明の一態様に従えば、前記本発明に係る超
電導材料は、薄膜として形成することもできる。即ち、
周期律表II a、III a族元素から選択された1種の元素
α、周期律表II a、III a−素でαと同じものを含む元
素から選択された1種の元素β、V、Ta、Nb、Cr、Ga、
In、Cd、Sn、Tl、Pb、Mo、W、Znからなる群から選択し
た少なくとも1種の元素γ、周期律表I b、II b、III
b、VIII a族元素から選択された1種の元素δを含有す
る酸化物をターゲットとして物理蒸着を行い、ペロブス
カイト型酸化物または疑似ペロブスカイト型の結晶構造
を有すると考えられる複合酸化物を薄膜として合成する
ことができる。
According to one aspect of the present invention, the superconducting material according to the present invention can be formed as a thin film. That is,
One element α selected from Group IIa and IIIa elements of the Periodic Table, one element β and V selected from elements including the same as α in the Periodic Tables IIa and IIIa Ta, Nb, Cr, Ga,
At least one element γ selected from the group consisting of In, Cd, Sn, Tl, Pb, Mo, W and Zn, Ib, IIb and III of the periodic table
b, physical vapor deposition is performed using an oxide containing one element δ selected from Group VIII a elements as a target, and a composite oxide that is considered to have a perovskite type oxide or a pseudo perovskite type crystal structure is formed as a thin film. Can be synthesized.

ここで、上記ターゲットとして、それ自体がペロブス
カイト型酸化物または疑似ペロブスカイト型酸化物であ
るものを使用することによって、薄膜の結晶性はより精
密に制御される。即ち、前述の焼結体として得られた超
電導複合酸化物をターゲットとして使用することが極め
て有効である。尚、ターゲットとしての複合酸化物焼結
体を作製する場合は、前述の焼結体の超電導材料を作製
する場合の諸操作を全て適用することができる。
Here, the crystallinity of the thin film is more precisely controlled by using, as the target, one that is a perovskite type oxide or a pseudo perovskite type oxide. That is, it is extremely effective to use the superconducting composite oxide obtained as the above-mentioned sintered body as a target. In addition, when manufacturing the complex oxide sintered body as a target, all the various operations when manufacturing the superconducting material of the above-mentioned sintered body can be applied.

ターゲットは上記の本焼結体または仮焼結体の粉末で
も焼結体または仮焼結体のブロックでもよい。さらに、
複数のターゲットを使用することもできる。この場合に
は、各ターゲットを、Ba、Y、Cuおよび元素δの各酸化
物にすることができる。
The target may be a powder of the above-mentioned main sintered body or temporary sintered body or a block of the sintered body or temporary sintered body. further,
Multiple targets can also be used. In this case, each target can be each oxide of Ba, Y, Cu and the element δ.

上記ターゲットのBa、Y、Cuおよび元素δの原子比
は、形成される薄膜のMg、ThおよびCuの原子比を基準と
して、Ba、Y、Cuおよび元素δの蒸着効率に応じて調整
することができる。
The atomic ratio of Ba, Y, Cu and element δ of the above target should be adjusted according to the vapor deposition efficiency of Ba, Y, Cu and element δ with reference to the atomic ratio of Mg, Th and Cu of the thin film to be formed. You can

上記薄膜はガラス、石英、Si、ステンレス鋼およびチ
タン酸化物ストロンチウム、マグネシア、YSZ等のセラ
ミックス等の基板上に行うことができる。
The thin film can be formed on a substrate such as glass, quartz, Si, stainless steel, and ceramics such as strontium titanium oxide, magnesia, and YSZ.

尚、既に述べたように、この複合酸化物の酸素の一部
を酸素以外の上記元素εの中から選択される他の元素す
なわち、B(硼素)、C(炭素)、N(窒素)、弗素
(F)および/または硫黄(S)、特に弗素(F)で置
換することもできる。この場合には、一般に、これらの
元素を窒化物の形の粉末、例えばBN、CN等の形の粉末で
原料粉末混合物に添加するか、上記元素α、β、γおよ
びδのフッ化物あるいは硫化物、例えばフッ化バリウ
ム、フッ化イットリウムの形で原料粉末混合物に添加す
ることによって、これらの元素を薄膜中に入れることが
できる。さらに、物理蒸着雰囲気中にこれら元素または
その化合物を気体状で添加することによっても添加でき
る。
As described above, a part of oxygen of this composite oxide is another element selected from the above elements ε other than oxygen, that is, B (boron), C (carbon), N (nitrogen), It is also possible to replace with fluorine (F) and / or sulfur (S), especially fluorine (F). In this case, generally, these elements are added to the raw material powder mixture in the form of a powder in the form of nitride, for example, a powder in the form of BN, CN or the like, or a fluoride or sulfide of the above elements α, β, γ and δ is added. These elements can be incorporated into the thin film by adding them to the raw material powder mixture in the form of a substance such as barium fluoride or yttrium fluoride. Further, it can be added by adding these elements or their compounds in a gaseous state into the physical vapor deposition atmosphere.

上記物理蒸着はスパッタリング、イオンプレーティン
グ、真空蒸着、イオンビーム蒸着、分子線蒸着で行うこ
とができるが、特に、RFスパッタリング、さらには、マ
グネトロンスパッタリングで行うのが好ましく、スパッ
タリング時の高周波電力は104W/cm2以下であるのが好ま
しい。また、基板とターゲット間の距離は3〜230mmの
範囲にするのが好ましい。また、スパッタリング時に、
基板をヒータにより260〜1500℃の範囲の温度に加熱す
ることも有効である。
The physical vapor deposition can be performed by sputtering, ion plating, vacuum vapor deposition, ion beam vapor deposition, molecular beam vapor deposition, but in particular, RF sputtering, further, it is preferable to perform by magnetron sputtering, the high frequency power during sputtering is 104W. It is preferably not more than / cm 2 . The distance between the substrate and the target is preferably in the range of 3-230 mm. Also, during sputtering,
It is also effective to heat the substrate with a heater to a temperature in the range of 260 to 1500 ° C.

物理蒸着雰囲気はArとO2とを含み、Ar分圧は1×10-3
から3×10-1Torrの範囲にすることができ、この場合、
O2分圧を1.0×10-3から3×10-1Torrの範囲とすること
が有利である。
The physical vapor deposition atmosphere contains Ar and O 2 , and the Ar partial pressure is 1 × 10 -3
To 3 × 10 -1 Torr, in this case
It is advantageous to have the O 2 partial pressure in the range 1.0 × 10 -3 to 3 × 10 -1 Torr.

以上のような本発明による各種方法によって作製され
た超電導材料は、作製後にさらに熱処理することによっ
て、その組成の均質化と安定化を達成することができ
る。ここで、好ましい処理温度としては750〜1500℃、
好ましくは750〜930℃の温度範囲を挙げることができ
る。また、この熱処理は酸素分圧が10-1atm以下の雰囲
気で行うこともによって、超電導材料中の酸素含有量を
制御することもできる。
The superconducting material produced by various methods according to the present invention as described above can be homogenized and stabilized in composition by further heat treatment after production. Here, a preferable processing temperature is 750 to 1500 ° C.,
Preferably, the temperature range of 750 to 930 ° C can be mentioned. In addition, this heat treatment can also be performed in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 10 -1 atm or less to control the oxygen content in the superconducting material.

以下に実施例により本発明をより具体的に詳述する
が、以下の実施例は本発明の一実施例であって、本発明
の技術的範囲を何ら制限するものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the following examples are examples of the present invention and do not limit the technical scope of the present invention.

実施例 先ず、本発明の方法を実施するために用いる装置につ
いて説明する。第1図は、本発明の超電導酸化物薄膜の
作製に用いた高周波スパッタリング装置の概略図であ
る。
Example First, an apparatus used for carrying out the method of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram of a high-frequency sputtering apparatus used for producing a superconducting oxide thin film of the present invention.

第1図に示す装置は、チャンバ1と、チャンバ1内に
配置されたターゲット2およびこのターゲットをスパッ
タ原子でスパッタするためにそれに併置されたスパッタ
電源3と、原料ターゲット2に対向して設けられ、表面
上に薄膜が形成されることになる基板4とから主に構成
されている。チャンバ1はポート7を介して真空ポンプ
(不図示)に接続され、内部を真空にすることができ
る。
The apparatus shown in FIG. 1 is provided in opposition to a raw material target 2, a chamber 1, a target 2 disposed in the chamber 1, a sputter power source 3 juxtaposed to sputter this target with sputter atoms. And a substrate 4 on which a thin film is to be formed on the surface. The chamber 1 is connected to a vacuum pump (not shown) via a port 7 so that the inside can be evacuated.

基板4には高圧電源5を用いてバイアス電圧が印加さ
れる。基板4にはさらに、加熱用ヒーター6が取りつけ
られ、基板温度が調整可能である。さらに、チャンバ1
にはガス導入孔8が取りつけられている。
A bias voltage is applied to the substrate 4 using a high-voltage power supply 5. The substrate 4 is further provided with a heater 6 for heating so that the substrate temperature can be adjusted. Furthermore, chamber 1
Is provided with a gas introduction hole 8.

第2図は、本発明の超電導酸化物薄膜の作製に用いた
高周波励起型イオンプレーティング装置の概略図であ
る。
FIG. 2 is a schematic view of a high frequency excitation type ion plating apparatus used for producing the superconducting oxide thin film of the present invention.

第2図に示す装置は、チャンバ11と、チャンバ11内に
配置された原料ターゲット12およびこの原料ターゲット
を電子ビームで溶融、気化するためにそれに併置された
電子ガン13と、原料ターゲット12に対向して設けられ、
表面上に薄膜が形成されることになる基板14とから主に
構成されている。チャンバ11は真空ポンプ(不図示)に
接続され、内部を真空にすることができる。
The apparatus shown in FIG. 2 includes a chamber 11, a raw material target 12 disposed in the chamber 11, an electron gun 13 juxtaposed to melt and vaporize the raw material target with an electron beam, and a raw material target 12. Provided
It mainly comprises a substrate 14 on which a thin film is formed on the surface. The chamber 11 is connected to a vacuum pump (not shown) so that the inside can be evacuated.

基板14には高圧電源14を用いてバイアス電圧が印加さ
れる。基板14にはさらに、加熱用ヒーター16が取りつけ
られ、基板温度が調整可能である。チャンバ11内にはさ
らに、原料ターゲット12と基板14の間に蒸発粒子をおお
うように高周波コイル17が設置されている。さらに、チ
ャンバ11には酸素導入用のガス導入孔18が取りつけられ
ている。
A bias voltage is applied to the substrate 14 using a high voltage power supply 14. The substrate 14 is further provided with a heating heater 16 so that the substrate temperature can be adjusted. In the chamber 11, a high-frequency coil 17 is further provided between the raw material target 12 and the substrate 14 so as to cover the evaporated particles. Further, the chamber 11 is provided with a gas introduction hole 18 for introducing oxygen.

作製例1 純度99.9%のBaCO3粉末59.0gと、純度99.9%のY2O3
末45.0gと、純度99.99%のCuO粉末40.0gとの混合物に、
更に純度99.9%のV2O5粉末を2.0g添加し、ボールミルに
よって粉砕すると共によく混合した。
Preparation Example 1 A mixture of 59.0 g of BaCO 3 powder having a purity of 99.9%, 45.0 g of Y 2 O 3 powder having a purity of 99.9%, and 40.0 g of CuO powder having a purity of 99.99%,
Further, 2.0 g of V 2 O 5 powder having a purity of 99.9% was added, pulverized by a ball mill and well mixed.

続いて、この混合物を型押しによって成形して、大気
中で成形体を930℃で12時間焼成した。この焼成体をボ
ールミルによって粉砕した後、再び成形して、大気中で
成形体を930℃、12.5時間焼結した。
Subsequently, this mixture was molded by embossing, and the molded body was fired at 930 ° C. for 12 hours in the atmosphere. The fired body was crushed by a ball mill and then molded again, and the molded body was sintered in the atmosphere at 930 ° C. for 12.5 hours.

こうして得られた焼結体から、約3×3×10mmのサン
プル部材を切りだし、このサンプル部材の両端に常法に
従って金蒸着による電極形成を行い、クライオスタット
中で冷却しながら、直流4点プローブ法による抵抗測定
を行った。温度測定はキャリブレーション済みのAu(F
e)−Ag熱電対を用いた。
A sample member of about 3 × 3 × 10 mm was cut out from the thus obtained sintered body, electrodes were formed on both ends of this sample member by gold vapor deposition according to a conventional method, and a DC 4-point probe was prepared while cooling in a cryostat. The resistance was measured by the method. Calibrated Au (F
e) -Ag thermocouple was used.

液体水素によって約21Kまで冷却した上記部材が超電
導現象を示すことを確認した後、ヒータによって部材の
温度を少しづつ上昇させながら抵抗の変化を観察したと
ころ、上記部材は52Kから抵抗を示し始め、93Kに至って
漸く常態と同じ電気抵抗を示すようになった。即ち、こ
の作製例において作製した超電導材料の臨界温度Tcは93
Kであり、相転移の終了温度は52Kである。また、このこ
とはLメータを用いて測定したAC帯磁率の測定結果から
も確認された。
After confirming that the member cooled to about 21 K by liquid hydrogen shows a superconducting phenomenon, when observing the change in resistance while gradually raising the temperature of the member by the heater, the member began to show resistance from 52 K, After reaching 93K, it began to show the same electrical resistance as normal. That is, the critical temperature Tc of the superconducting material manufactured in this manufacturing example is 93
K and the end temperature of the phase transition is 52K. This was also confirmed from the measurement result of the AC magnetic susceptibility measured using the L meter.

次に、上記と同様なサンプル部材に対して常法に従っ
て臨界電流密度Jcを測定したところ、80Kにおいて600A/
cm2の電流密度値が観測さた。この温度で外部磁場を上
げて臨界電流密度Jcの変化を測定したところ、1テスラ
の磁界で、100A/cm2の電流密度値が観測された。
Next, when the critical current density Jc was measured according to a conventional method for a sample member similar to the above, 600 A / 80 K at 80 K
A current density value of cm 2 was observed. When the external magnetic field was raised at this temperature and the change in the critical current density Jc was measured, a current density value of 100 A / cm 2 was observed at a magnetic field of 1 Tesla.

作製例2 作製例1と同じ純度99.9%のBaCO3粉末59.0gと、純度
99.9%のY2O3粉末45.0gと、純度99.99%のCuO粉末40.0g
との混合物に対して、この作製例では更に純度99.9%の
Ta2O5の粉末を5.0g添加し、ボールミルによって粉砕す
ると共によく混合した。
Preparation Example 2 59.0 g of BaCO 3 powder having the same purity as that of Preparation Example 1 and 99.9%, and purity
45.0 g of 99.9% Y 2 O 3 powder and 40.0 g of 99.99% pure CuO powder
In this preparation example, the purity of 99.9%
5.0 g of Ta 2 O 5 powder was added, pulverized with a ball mill and mixed well.

続いて、この混合物を型押によって成形して、大気中
で成形体を930℃で12時間焼成した。この焼成体をボー
ルミルによって粉砕した後、再び成形して、大気中で成
形体を930℃、12.5時間焼結した。
Subsequently, this mixture was molded by embossing, and the molded body was baked at 930 ° C. for 12 hours in the atmosphere. The fired body was crushed by a ball mill and then molded again, and the molded body was sintered in the atmosphere at 930 ° C. for 12.5 hours.

こうして得られた焼結体から、約3×3×10mmのサン
プル部材を切りだし、作製例1と同様の方法で臨界温度
並びにサンプル部材の抵抗が完全に零となる温度を測定
した。本作製例の超電導材料の臨界温度Tcは77Kであ
り、相転移の終了温度は76Kであった。
A sample member of about 3 × 3 × 10 mm was cut out from the thus obtained sintered body, and the critical temperature and the temperature at which the resistance of the sample member became completely zero were measured by the same method as in Preparation Example 1. The critical temperature Tc of the superconducting material of this preparation example was 77K, and the end temperature of the phase transition was 76K.

この結果も、Lメータを用いた測定したAC帯磁率の測
定結果からも確認された。
This result was also confirmed from the measurement result of the AC susceptibility measured using the L meter.

尚、本作製例の超電導材料の臨界温度は、第1作成例
の材料の臨界温度よりも低いが、この試料では、臨界温
度と相転移終了温度との差が極めて小さいことに着目す
べきである。
Although the critical temperature of the superconducting material of this preparation example is lower than that of the material of the first preparation example, it should be noted that in this sample, the difference between the critical temperature and the phase transition end temperature is extremely small. is there.

次に、上記と同様なサンプル部材に対して常法に従っ
て臨界電流密度Jcを測定したところ、70Kにおいて500A/
cm2の電流密度値が観測さた。この温度で外部磁場を上
げて臨界電流密度Jcの変化を測定したところ、1テスラ
の磁界で80A/cm2の電流密度値が観測された。
Next, when the critical current density Jc was measured according to a conventional method for a sample member similar to the above, it was 500 A / 70 at 70K.
A current density value of cm 2 was observed. When the external magnetic field was raised at this temperature and the change in the critical current density Jc was measured, a current density value of 80 A / cm 2 was observed at a magnetic field of 1 Tesla.

作製例3 Ba2CO3、Y2CO3、CuOの粉末を、原子比Ba/(Ba+Y)
が0.4、原子比Ba/Cuが2/3となるように混合し、更に原
子比換算でV/Ba比が0.67となるようにV2O5粉末を添加し
て、成形した後、820℃で仮焼結し、粉砕、成形後さら
に1080℃で本焼結して焼結体ブロックを得た。このブロ
ックをターゲットとし、Si単結晶基板を用いて、以下の
条件でスパッタ法による薄膜形成を行った。
Preparation Example 3 Ba 2 CO 3 , Y 2 CO 3 , and CuO powders were mixed at an atomic ratio of Ba / (Ba + Y).
Is 0.4 and the atomic ratio Ba / Cu is 2/3, and V 2 O 5 powder is further added so that the V / Ba ratio is 0.67 in terms of atomic ratio. Was temporarily sintered, pulverized and molded, and then further main-sintered at 1080 ° C. to obtain a sintered block. Using this block as a target, a thin film was formed by a sputtering method using a Si single crystal substrate under the following conditions.

酸素分圧 4×10-2Torr、 Ar分圧 3×10-2Torr、 基板温度 700℃、 基板バイアス電圧 −60V、 高周波電力 25W/cm2、 基板とターゲット間の距離 40mm 成膜速度は3Å/secで約1μmの厚さに成膜した。
尚、比較のために、他の条件を同一とし、全くO2の含ま
れていない雰囲気においても同じ操作を行って薄膜を形
成した。
Oxygen partial pressure 4 × 10 -2 Torr, Ar partial pressure 3 × 10 -2 Torr, substrate temperature 700 ° C, substrate bias voltage -60V, high frequency power 25W / cm 2 , distance between substrate and target 40mm, deposition rate 3Å A film having a thickness of about 1 μm was formed at a time of / sec.
For comparison, the other conditions were the same, and the same operation was performed in an atmosphere containing no O 2 to form a thin film.

次いで、得られた各々の薄膜の抵抗を測定するためサ
ンプルを作製した。抵抗測定を行うサンプルは、基板上
に形成された薄膜の両端部分に、さらに真空蒸着で一対
のAl電極を形成し、このAl電極にリード線をハンダ付け
した。
Next, a sample was prepared to measure the resistance of each of the obtained thin films. In the sample for performing the resistance measurement, a pair of Al electrodes was further formed on both ends of the thin film formed on the substrate by vacuum evaporation, and a lead wire was soldered to the Al electrode.

チャンバの内部の酸素分圧を4×10-2Torrで作製した
本発明の方法による薄膜は、超電導現象の始まる温度が
約90Kであり、50K以下では完全な超電導体となる。これ
に対して、チャンバに酸素を入れずに作製した薄膜は、
ほぼ同じ温度で抵抗が低下し始めたが、その低下はなだ
らかで、7K付近で初めて完全な超電導体となった。この
ことから、成膜中に酸素をチャンバ内に入れることによ
り薄膜中の酸素を適切に制御して、所望の組成の超電導
薄膜を形成できることがわかる。
The thin film produced by the method of the present invention, in which the oxygen partial pressure inside the chamber is 4 × 10 −2 Torr, has a temperature at which the superconducting phenomenon starts is about 90K, and becomes a perfect superconductor at 50K or less. In contrast, thin films made without oxygen in the chamber
The resistance started to drop at about the same temperature, but the drop was gentle and became a complete superconductor for the first time around 7K. This indicates that the oxygen in the thin film can be appropriately controlled by introducing oxygen into the chamber during film formation, and a superconducting thin film having a desired composition can be formed.

本発明の薄膜サンプルの臨界電流密度Jcは、70Kにお
いて2,000A/cm2であり、この温度で外部磁場を上げて臨
界電流密度Jcの変化を測定したところ、1テスラの磁界
で840A/cm2の電流密度値が観測された。
The critical current density Jc of the thin film sample of the present invention is 2,000 A / cm 2 at 70 K, and when the change of the critical current density Jc was measured by raising the external magnetic field at this temperature, it was 840 A / cm 2 at the magnetic field of 1 Tesla. The current density value of was observed.

作製例4 Ba2CO3、Y2CO3、CuOの粉末を、原子比Ba/(Ba+Y)
が0.4、原子比Ba/Cuが2/3となるように混合し、更に原
子比換算でTa/Ba比が0.77となるようにTa2O5粉末を添加
して、成形した後、820℃で仮焼結し、粉砕、成形後さ
らに1080℃で本焼結して焼結体ブロックを得た。このブ
ロックをターゲットとし、Si単結晶基板を用いて、作製
例3と同様の条件でスパッタ法による薄膜形成を行っ
た。以下、作製例3と同様にして、得られた各々の薄膜
の抵抗を測定するためサンプルを作製した。
Preparation Example 4 Ba 2 CO 3 , Y 2 CO 3 , and CuO powders were mixed at an atomic ratio of Ba / (Ba + Y).
Is 0.4 and the atomic ratio Ba / Cu is 2/3, and then Ta 2 O 5 powder is added so that the Ta / Ba ratio becomes 0.77 in terms of atomic ratio, and after molding, 820 ° C. Was temporarily sintered, pulverized and molded, and then further main-sintered at 1080 ° C. to obtain a sintered block. Using this block as a target and using a Si single crystal substrate, a thin film was formed by a sputtering method under the same conditions as in Preparation Example 3. Hereinafter, in the same manner as in Production Example 3, a sample was produced to measure the resistance of each thin film obtained.

この発明の方法による薄膜は、超電導現象の始まる温
度が約76Kであり、75Kで早くも完全な超電導体となっ
た。このサンプルにおいても、特に臨界温度と相移転終
了温度との差が極めて小さいことが確認された。
The thin film produced by the method of the present invention had a temperature at which the superconducting phenomenon started was about 76 K, and at 75 K, it became a complete superconductor as early as possible. Also in this sample, it was confirmed that the difference between the critical temperature and the phase transfer end temperature was extremely small.

この薄膜サンプルの臨界電流密度Jcは70Kにおいて3,0
00A/cm2であり、この温度で外部磁場を上げて臨界電流
密度Jcの変化を測定したところ、1テスラの磁界で1,00
0A/cm2の電流密度値が観測された。
The critical current density Jc of this thin film sample is 3,0 at 70K.
It was 00A / cm 2 , and the change of the critical current density Jc was measured by increasing the external magnetic field at this temperature.
A current density value of 0 A / cm 2 was observed.

発明の効果 以上詳述のように、本発明によれば、極めて高いTcを
有する新規な超電導材料が提供される。この新規な超電
導材料は、前述のように高いTcを示すので、高価かつ入
手の困難な液体ヘリウムを用いる必要は最早なく、入手
の容易な液体水素あるいは液体ネオン等を用いることが
可能となる。また、液体酸素の莫大な需要に伴って副次
的に生産されている極めて廉価な液体窒素の利用さえ実
現可能であり、超電導技術の適用範囲を著しく拡大する
ことができる。
Effects of the Invention As described above in detail, according to the present invention, a novel superconducting material having an extremely high Tc is provided. Since the novel superconducting material exhibits a high Tc as described above, it is no longer necessary to use liquid helium which is expensive and difficult to obtain, and liquid hydrogen or liquid neon which is easily available can be used. Further, it is possible to use extremely inexpensive liquid nitrogen, which is secondarily produced due to the enormous demand for liquid oxygen, and it is possible to remarkably expand the range of application of superconducting technology.

また、本発明に従う超電導材料は焼結体として得られ
るので、近年の焼結体関連分野の発展によって実現され
ている各種の応用技術を用いるならば、様々の形状ある
いは寸法の製品を得ることが可能である。従って、高磁
場電磁石、超電導送電線、超電導電力蓄積器等の主要部
材を構成し得ると共に、この超電導材料をターゲットと
して用いて薄膜化し、ジョセフソン素子、SQUID(磁束
計)、赤外センサ素子等のマイクロエレクトロニクスの
分野における応用も拡大する。
Further, since the superconducting material according to the present invention is obtained as a sintered body, if various applied technologies realized by the recent development of the sintered body-related field are used, products of various shapes or dimensions can be obtained. It is possible. Therefore, it can be used as a main member such as a high magnetic field electromagnet, a superconducting power transmission line, a superconducting power accumulator, etc., and a thin film can be formed by using this superconducting material as a target. Applications in the field of microelectronics will also expand.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の方法を実施するのに用いるスパッタリ
ング装置の一例の概略図であり、 第2図は本発明の方法を実施するのに用いるイオンプレ
ーティング装置の一例の概略図である。 〔主な参照番号〕 1,11……チャンバ、 2,12……ターゲット、 3……スパッタ電源、 4,14……基板、 5,15……高圧電源、 6,16……ヒーター、 7……ポート、 8,18……ガス導入孔、 13……電子ガン
FIG. 1 is a schematic view of an example of a sputtering apparatus used for carrying out the method of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of an example of an ion plating apparatus used for carrying out the method of the present invention. [Main reference numbers] 1,11 …… Chamber, 2,12 …… Target, 3 …… Sputtering power supply, 4,14 …… Substrate, 5,15 …… High voltage power supply, 6,16 …… Heater, 7… … Port, 8,18 …… Gas inlet, 13 …… Electronic gun

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C01G 1/00 C01G 1/00 S 1/06 ZAA 1/06 ZAA 1/12 ZAA 1/12 ZAA C04B 35/45 ZAA C23C 14/08 ZAAL C23C 14/08 ZAA 14/34 ZAAQ 14/34 ZAA H01B 12/00 ZAA H01B 12/00 ZAA H01L 39/24 ZAAB H01L 39/24 ZAA C04B 35/00 ZAAK (72)発明者 田中 三郎 兵庫県伊丹市昆陽北1丁目1番1号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 矢津 修示 兵庫県伊丹市昆陽北1丁目1番1号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 上代 哲司 兵庫県伊丹市昆陽北1丁目1番1号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−224112(JP,A) 特開 昭63−225531(JP,A)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location C01G 1/00 C01G 1/00 S 1/06 ZAA 1/06 ZAA 1/12 ZAA 1/12 ZAA C04B 35/45 ZAA C23C 14/08 ZAAL C23C 14/08 ZAA 14/34 ZAAQ 14/34 ZAA H01B 12/00 ZAA H01B 12/00 ZAA H01L 39/24 ZAAB H01L 39/24 ZAA C04B 35/00 ZAAK (72 ) Inventor Saburo 1-1 1-1 Kunyokita, Itami-shi, Hyogo Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works (72) Inventor Shuji Yazu 1-1-1 Kunyo-kita, Itami-shi, Hyogo Sumitomo Electric Industries In Itami Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Tetsuji Kamishiro 1-1-1 Kunyokita, Itami City, Hyogo Prefecture Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works (56) Reference JP-A-63-224112 (JP, A) JP-A-63-225531 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一般式:αβγδε〔但し、α
は周期律表II a、III a族から選択された1種であり、
βは周期律表II a、III a族元素で元素αと同じものを
含む元素から選択された1種であり、δは周期律表I
b、II b、III b、VIII a族元素から選択された1種であ
り、εはO、B、C、N、F及びSのうちから選択され
た少なくとも1種であり、γはV、Ta、Nb、Cr、Mo、
W、Sn、Pbからなる群から選択した少なくとも1種であ
り、uおよびvは0以上1以下の数であり、wおよびx
は0よりも大きく1以下の数であり、yは1以上4以下
の数である〕で表される組成を有する超電導材料。
1. A general formula: α u β v γ w δ x ε y [where α is
Is one selected from the IIa and IIIa groups of the periodic table,
β is one element selected from elements including the same elements as the element α in Group IIa and IIIa of the Periodic Table, and δ is Periodic Table I.
b, II b, III b, VIII a group element, ε is at least one selected from O, B, C, N, F and S, and γ is V, Ta, Nb, Cr, Mo,
At least one selected from the group consisting of W, Sn, and Pb, u and v are numbers from 0 to 1 and w and x
Is a number greater than 0 and less than or equal to 1 and y is a number greater than or equal to 1 and less than or equal to 4].
【請求項2】周期律表II a、III a族から選択された1
種の元素α、周期律表II a、III a族元素で元素αと同
じものを含む元素から選択された1種の元素β、V、T
a、Nb、Cr、Mo、W、Sn、Pbからなる群から選択した少
なくとも1種の元素γと、周期律表I b、II b、III b、
VIII a族元素から選択された1種の元素δとの各々の酸
化物、炭酸塩、硫酸塩あるいは硫酸塩の粉末の混合物を
焼結することを特徴とする複合酸化物からなる超電導材
料の製造方法。
2. A selected from the IIa and IIIa groups of the periodic table.
One element α, one element β, V, T selected from the elements including the same elements as the element α in Group IIa and IIIa of the periodic table
at least one element γ selected from the group consisting of a, Nb, Cr, Mo, W, Sn and Pb, and Ib, IIb, IIIb of the periodic table,
VIII. Production of a superconducting material consisting of a composite oxide, characterized by sintering a mixture of oxides, carbonates, sulfates or powders of sulfates with one element δ selected from Group VIIIa elements Method.
【請求項3】周期律表II a、III a族から選択された1
種の元素α、周期律表II a、III a族元素で元素αと同
じものを含む元素から選択された1種の元素β、V、T
a、Nb、Cr、Mo、W、Sn、Pbからなる群から選択した少
なくとも1種の元素γと、周期律表I b、II b、III b、
VIII a族元素から選択された1種の元素δとを含有する
酸化物をターゲットとして物理蒸着を行い、ペロブスカ
イト型酸化物または疑似ペロブスカイト型酸化物の薄膜
を形成することを特徴とする超電導薄膜の作製方法。
3. A selected from the IIa and IIIa groups of the periodic table.
One element α, one element β, V, T selected from the elements including the same elements as the element α in Group IIa and IIIa of the periodic table
at least one element γ selected from the group consisting of a, Nb, Cr, Mo, W, Sn and Pb, and Ib, IIb, IIIb of the periodic table,
A superconducting thin film characterized by forming a thin film of a perovskite-type oxide or a pseudo-perovskite-type oxide by performing physical vapor deposition using an oxide containing one element δ selected from Group VIII a elements as a target. Manufacturing method.
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