JP2802063B2 - 超電導体 - Google Patents

超電導体

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JP2802063B2
JP2802063B2 JP62186153A JP18615387A JP2802063B2 JP 2802063 B2 JP2802063 B2 JP 2802063B2 JP 62186153 A JP62186153 A JP 62186153A JP 18615387 A JP18615387 A JP 18615387A JP 2802063 B2 JP2802063 B2 JP 2802063B2
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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超電導体に関するものである。特に化合物薄
膜超電導体に関するものである。 従来の技術 高温超電導体として、A15型2元系化合物として窒化
ニオブ(NbN)やゲルマニウムニオブ(Nb3Ge)などが知
られていたが、これらの材料の超電導転移温度はたかだ
か24゜Kであった。一方、ペロブスカイト系3元化合物
は、さらに高い転移温度が期待され、Ba−La−Cu−O系
の高温超電導体が提案された[J.G.Bendorz and K.A.Mu
ller,ツァイト シュリフト フェア フィジーク(Zet
shrift frphysik B)−Condensed Matter 64,189−19
3(1986)]。 さらに、Y−Ba−Cu−O系がより高温の超電導体であ
ることが最近提案された。[M.K.Wu等、フィジカル レ
ビュー レターズ(Physical Review Letters)Vol.58,
No9,908−910(1987)] Y−Ba−Cu−O系の材料の超電導機構の詳細は明らか
ではないが、転移温度が液体窒素温度以上に高くなる可
能性があり、高温超電導体として従来の2元系化合物よ
り、より有望な特性が期待される。 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、Y−Ba−Cu−O系の材料は、現在の技
術では焼結という過程でしか形成できないため、セラミ
ックの粉末あるいはブロックの形状でしか得られない。
一方、この種の材料を実用化する場合、薄膜化あるいは
線状化が強く要望されているが、従来の技術では、超電
導特性の再現性・信頼性が悪くいずれも非常に困難とさ
れている。 本発明者らは、この種の材料を例えばスパッタリング
法等の薄膜化手法を用い超電導膜の界面の構造を工夫す
ると、特性のよい薄膜状の高温超電導体が再現性よく形
成されることを発見し、これにもとづいて新規な超電導
体構成を発明した。 問題点を解決するための手段 本発明の超電導体は、結晶性基体上に金属被膜を形成
し、さらにこの上にA、B、Cuを含む酸化物で、元素比
の3元化合物被膜を付着させたことを特徴としている。
ここにAはSc,Yおよびランタン系列元素(原子番号57−
71)のうちすくなくとも一種、BはBa,Sr,Ca,Be,Mgなど
II a族元素のうちの少なくとも一種の元素を示す。 作用 本発明にかかる超電導体は、金属被膜上に超電導体を
薄膜化している所に大きな特色がある。すなわち、薄膜
化は超電導体の素材を原子状態という極微粒子に分解し
てから基体上に堆積させるから、形成された超電導体の
組成は本質的に、従来の焼結体に比べて均質であり、ま
た金属被膜上では特異的に緻密・平坦に堆積する。した
がって非常に高精度の超電導体が本発明で実現される。 実施例 本発明を図面とともに説明する。 第1図において、3元化合物被膜12は基体11の表面に
成膜した金属被膜12の上に例えばスパッタリング法で形
成する。基体11は、超電導を示す3元化合物被膜13の保
持を目的としている。この被膜13は通常約700℃の高温
で形成する。金属被膜12をつけずに、基体11上に直接3
元化合物被膜を形成すると、第3図の表面状態即ち超電
導膜13がミクロな微結晶の板となり、ランダムに堆積し
た状態となった。このような状態では超電導臨界電流も
小さく、空孔率が高いため吸温性が高く、信頼性が悪い
うえ、表面が荒れており、ホトエッチ等の微細加工がで
きなかった。 ここで、金属被膜12を基体11と3元化合物被膜13の界
面に形成すると、表面はなめらかな第2図の状態で形成
できた。表面からわかるように、膜13全体が緻密な状態
で、臨界電流密度は第3図の場合の約10倍に改善され
た。また零抵抗温度も50Kから65Kに15K上昇し、膜質の
改善もみられることを本発明者らは確認した。 さらに、本発明者らは、第1図の金属被膜12の材料に
ついて検討した結果、Ni,Pd,Ptについて良好な効果が見
られ、中でもPtの場合が最良であることを確認した。 さらに、本発明者らは、第1図の基体11に機能性から
見て、最適の材料があることを見い出した。 すなわち、結晶性の高い3元化合物被膜13を基体11上
に設けた金属被膜12の表面に形成させるためには、単結
晶の基体が有効である。本発明者らは3元化合物被膜の
超電導体として有効な基体材料を調べた結果、基体とし
て、酸化マグネシウム、サファイア(α−Al2O3)、ス
ピネル、チタン膜ストロンチウム、シリコン、シリコン
化学物、ガリウム砒素等の単結晶が有効であることを確
認した。このことは、極めて異例の事象である。即ち、
金属被膜12の厚さは数10〜数1000原子量があり、3元化
合物被膜がその下の基体の結晶性の影響をうけることは
従来の知識では考えにくい事である。 本発明の超電導体A−B−Cu−Oは結晶構造や組成式
がまだ明確には決定されていないが、酸素欠損ペロブス
カイト(A,B)3Cu3O7ともいわれている。本発明者等は
作製された被膜において元素比率がの範囲であれば、臨界温度に多少の差があっても超電導
減少が見出されることを確認した。 なお、スパッタリング蒸着ではターゲットとして、焼
結したA−B−Cu−Oセラミックスを用いるが、基体温
度が700℃場合では、ターゲットの金属成分と形成され
た薄膜における成分と比較するとCuが薄膜では不足する
傾向がみられ、ターゲットに50%程度過剰に加えればよ
いことを本発明者らは確認した。したがって、ターゲッ
トは、被膜の最適範囲の であることを本発明者らは確認した。この場合、ターゲ
ットは板状あるいは、円筒状のセラミックス以外に、粒
状あるいは粉末状の焼結状であってもスパッタリング蒸
着に有効である。なお、粉末状である場合は、例えばス
テンレスの皿に粉末を充填して用いる。 本発明者らは、この種の超電導体を任意の形状例えば
円筒状に加工する場合、基体としては単結晶よりも、所
請焼結磁器が有効であることを確認するとともに、最適
の磁器材料を見い出した。すなわち、磁器基体として、
アルミナ、酸化マグネシウム、酸化ヂルコニウム、ステ
アタイト、ホルステライト、ベリリア、スピネル等が基
体の加工性、超電導体被膜12の基体11への密着性が最適
であることを本発明者らは確認した。この場合も単結晶
と同様に少なくとも基体の表面がこれらの磁器で構成さ
れておれば充分である。 本発明者らはこの種の結晶性基体についてさらに詳細
に有効性を調べた結果、この種の結晶性基体の結晶方位
についても、最適方位があることを見い出した。すなわ
ち、サファイア単結晶を基体に用いた場合、R面上には
例えば(100)Si薄膜をヘテロエピタキシャル成長さ
せ、本発明の超電導体被膜をSOS構造シリコンデバイス
に集積化し得ることを本発明者は確認した。同様にC面
およびa面サファイアでは(111)Si薄膜をヘテロエピ
タキシアル成長させ、これらのSOS構成シリコンデバイ
スと集積化させ得ることを本発明者らは確認した。 さらに、C面サファイア単結晶基体では、(111)GaA
s薄膜、(001)GaN薄膜、(111)GaP薄膜などのIII−V
族半導体薄膜を基体上にヘテロエピタキシャル成長さ
せ、III−V族半導体デバイスと本発明の層状構造の超
電導体とが集積化されることを本発明者らは確認した。
これは例えば超高速GaASデバイスの配線としても本発明
の超電導体の実用されることを示す。さらに、スピネル
単結晶基体では(100)面スピネルを用い、(100)Si薄
膜あるいは(111)GaAs薄膜が基体表面にヘテロエピタ
キシャル成長させ、サファイア単結晶基体と同様に、こ
れらSiあるいはGaAsデバイスと本発明の超電導体と集積
化できることを本発明者らは確認した。 同様に(110)面スピネルを基体に用い、(110)Si薄
膜および(100)GaAs薄膜を基体表面にヘテロエピタキ
シャル成長させ、これらのSiおよびGaAsデバイスと集積
化できることを本発明者らは確認した。さらに、チタン
酸ストロンチユウム単結晶基体の場合、(100)面を基
体に用いると、成長させた超電導被膜の結晶性が非常に
優れていることを本発明者らは発見した。 以下本発明の内容をさらに深く理解させるために、さ
らに具体的に具体実施例を示す。 (具体実施例) サファイア単結晶R面を基体11として用い、白金板を
ターゲットとして直流プレーナマグネトロンスパッタに
より白金被膜12を付着させた。この場合Arガスの圧力は
8Pa、スパッタ電力は300V×30mAで基板温度を250〜500
℃に保って0.1μmの厚さに蒸着した。この白金膜は多
結晶体であった。この白金被膜12上に焼結したErBa2Cu
4.5O8ターゲットの高周波プレナーマグネトロンスパッ
タにより、被膜13を付着させた。この場合、Arガスの圧
力は0.5Pa、スパッタリング電力150W、スパッタリング
時間1時間、被膜の膜厚0.5μm、基体温度700℃であっ
た。 被膜の室温抵抗600Ω、超電導転移温度95゜Kであっ
た。 この種の3元化合物超電導体(A,B)3Cu3O7の構成元
素AおよびBの変化による超電導特性の変化の詳細は明
らかではない。ただAは、3価,Bは2価を示しているの
は事実である。A元素としてYについて例をあげて説明
したが、ScやLa、さらにランタン系列の元素(原子番号
57〜71)でも、超電導転移温度が変化する程度で本質的
な発明の特性を変えるものではない。 また、B元素においても、Sr、Ca、Ba等II a族元素の
変化は超電導転移温度を10゜K程度変化させるが、本質
的に本発明の特性を変えるものではない。 本発明にかかる超電導体は、超電導体を薄膜化してい
る所にも大きな特色がある。すなわち、薄膜化は超電導
体の素材を原子状態という極微粒子に分解してから、基
体上に堆積させるから、形成された超電導体の組成は本
質的に、従来の焼結体に比べて均質である。したがっ
て、非常に高精度の超電導体が本発明で実現される。 発明の効果 すでに説明したごとく、本発明によれば、膜全体が緻
密な超電導薄膜を形成することが可能となり、臨界電流
密度の向上も可能となった。そして本発明を用いてSiあ
るいはGaAsなどのデバイスとの集積化が可能であるとと
もに、ジョセフソン素子など各種の超電導デバイスの要
素材料として実用される。特にこの種の化合物超電導体
の転移温度が室温になる可能性もあり、従来の実用の範
囲は広く、本発明の工業的価値は高い。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例の超電導体の基体構成断面
図、第2図は同超電導体の表面の走査電子顕微鏡写真
(1万倍)による観察状態を示す図、第3図は白金被膜
がない場合の表面の同走査電子顕微鏡写真による観察状
態を示す図である。 11……基体、12……白金被膜、13……3元化合物被膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広地 久美子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 足立 秀明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−299018(JP,A) 特開 昭64−19616(JP,A) 特開 昭63−252316(JP,A)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.基体上に、白金、パラジウム、ニッケルのいずれか
    の金属被膜を形成し、この金属被膜上にA元素、B元素
    およびCuを含む酸化物で、元素のモル比率が 0.5≦(A+B)/Cu≦2.5 の酸化物被膜を薄膜成長させ、その後は熱処理を行わな
    いことを特徴とする超電導体。ここに、AはSc,Yおよび
    ランタン系列元素(原子番号57〜71)のうち少なくとも
    一種、BはII a族元素のうち少なくとも一種の元素を示
    す。 2.基体を、酸化マグネシウム、サファイア(α−Al2O
    3)、スピネル、チタン酸ストロンチュウム、シリコ
    ン、シリコン化合物、ガリウム砒素、フェライトの単結
    晶の少なくとも一種で構成したことを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の超電導体。 3.基体を、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化ヂルコ
    ニウム、ステアタイト、ホルステライト、ベリリア、ス
    ピネル等の磁器で構成したことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の超電導体。 4.基体として(100)面または(110)面の酸化マグネ
    シウム単結晶を用いたことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の超電導体。 5.基体としてR面サファイア単結晶を用いたことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導体。 6.基体としてC面サファイア単結晶を用いたことを特
    徴とすると特許請求の範囲第1項記載の超電導体。 7.基体としてa面サファイア単結晶を用いたことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導体。 8.基体として(111)面スピネル単結晶を用いたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導体。 9.基体として(110)面スピネル単結晶を用いたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導体。 10.基体として(100)面スピネル単結晶を用いたこ
    とを特徴とする特許請求第1項記載の超電導体。 11.基体として(100)面または(110)面のチタン酸
    ストロンチウム単結晶を用いたことを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の超電導体。
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