JP2844194B2 - 超電導材料及びこれを用いた電子デバイス - Google Patents
超電導材料及びこれを用いた電子デバイスInfo
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- superconducting material
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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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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- 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、ジョセフソン素子、超電導マグネット、磁
気シールド等に用いる、超電導材料に関する。本発明は
さらに、この超電導材料を用いた電子デバイスに関す
る。 〔従来の技術〕 酸化物セラミック系超電導材料の主なものにはDupont
のSleightらが発見したBa−Pb−Bi−Ｏ系（ペロブスカ
イト構造）、IBMのBednorzらが発見したBa−La−Cu−Ｏ
系（層状ペロブスカイト構造）、Houston大学のChuらが
発見したBa−Ｙ−Cu−Ｏ系（酸素欠損型層状ペロブスカ
イト構造）がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら従来の超電導材料は水分により反応しや
すく臨界温度の悪化を招いていた。 例えば最も臨界温度が高く現在注目されているBa2Y1C
u3O7−δはBell研究所の報告によると次の様に反応す
る。 本発明はこの様な問題を解決するものであり、その目
的は安定性（耐環境性）に優れた超電導材料を得んとす
るものである。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するために、本発明に係わる超電導
材料は、酸化物セラミック系超電導体の表面に、炭素を
実質的に含有することなくフッ素を含む領域を有するこ
とを特徴とする。 この場合、酸化物セラミック系超電導体がＲ−Ｍ−Cu
系超電導体（ここでＲはSc,Yを含む希土類元素から成る
群より選ばれる１種若しくは複数種の組み合せ、Ｍは、
Ca,Ba,Sr若しくはこれらの組み合わせ）であることが好
ましい。 また、前記フッ素を含む領域は、前記超電導体の表面
にフッ素プラズマ処理を施して形成されたものであるこ
とが好ましい。 さらに、前記フッ素を含む領域は、前記超電導体の表
面に活性化処理を施した後に形成されたものであること
が好ましい。 本発明は、さらに、既述の酸化物セラミック系超電導
材料を超電導体として利用した電子デバイスであること
を特徴とする。 以上説明したように、本発明によれば、表面にフッ素
を含む領域を形成することにより、劣化が少ない安定し
た特性を得ることができ、耐環境性の高い超電導材料を
提供することができる。 このことは、既述のＲ−Ｍ−Cu系超電導体において効
果が高い。また、表面にフッ素プラズマ処理を施して既
述の領域を形成した場合には、他元素との結合割合が増
加するこ考えられ、特に効果的である。 さらに、表面に活性化処理を施した後の領域の形成を
行うと、領域の低温形成が可能となるため、超電導体を
劣化させずに領域形成を行うことができる。また、さら
に、前記領域は炭素を実質的に含有していないために、
電子デバイスの作成プロセスが炭素で汚染されることが
なく、デバイスに炭素が混入してデバイスの性能劣化が
生じることを防止できる。 〔実施例〕 以下実施例に従い本発明を詳細に説明する。 実施例−１ 先ずイットリュウム系安定化ジルコニヤ（YSZ）基板
上に３元電子ビーム蒸着により厚さ６μの薄膜を形成す
る。第１表は薄膜の組成を示したものであり、この時用
いるターゲットはＡ〜Ｅ組成では所定の元素比に調合し
たＲ−Cu合金（ここでＲは第１表に示されている希土類
元素）とSr−Cu合金とBa−Cu合金の３ターゲットであり
Ｆは、Ba−Pb合金とPb−Bi合金の２ターゲットである
（Ａ〜ＥではＲ−Baターゲットも作成したが、分離して
良い合金は得られなかった。）。また蒸着雰囲気は酸素
圧７×1014Torr、基板温度は500〜830℃である。成膜後
の薄膜は、酸素が不足しているため次に550〜870℃酸素
雰囲気中に於て15時間アニールして超電導薄膜を得る。
アニール後の冷却は50℃/H程度の除冷である。 次にプラズマリアクター（ヤマト科学株式会社製 PR
−501A）を用い、プラズマ化したフッ素に１時間（30分
を２回）晒すフッ素プラズマ処理を行い超電導薄膜の表
面にフッ素を含んだ層を形成する。 フッ素プラズマ処理を行った試料をエッチングしなが
らＸ線電子分光（XPS）によりどの深さまでフッ素が進
入しているかを分析した。XPSは検出範囲が広く且つエ
ッチングは均一でないため深さの精度は正確ではないが
0.08μ前後と思われる。又フッ素の光電子には化学シフ
トが見られたためフッ素の一部は他元素と結合している
ものと思われる。 次に得られた試料の安定性（耐環境性）を調べた。評
価は試料を温度45℃、湿度85％の雰囲気に晒す耐久試験
を行い、試験前後の試料をコイル内に入れた時のインダ
クタンスの変化量を測定して行った。測定温度はＡ〜Ｄ
試料では85K、Ｅは32K、Ｆは10Kである。また測定に
は、インピーダンス／ゲイン・フェーズアナライザー
（横河ヒューレットパッカード製4194A）を用いた。第
２表はその結果を示したものである。 第２表に示されている様に酸化物セラミック系超電導
体の表面にフッ素を含む層を形成したものは比較例（試
料名Ａ乃至Ｆのそれぞれにフッ素を含む層を形成しない
ａ乃至ｆ）のものに比べ大幅に安定性（耐環境性）が向
上しているのが判る。特に現在高臨界温度で注目されて
いるＲ（Y,Scを含む希土類元素）−Ｍ（Ca,Sr,Ba）−Cu
−Ｏ系（工業技術院電子技術総合研究所の伊原やユーゴ
スラビヤ、ザグレブ大学のDjurekらが室温超電導の可能
性があることを示唆している材料）は効果が大きい。室
温超電導が生まれたらより大気に晒される機会が増える
ためより安定性（耐環境性）が要求されるであろう。そ
の時に於ける本発明の効果は非常に大きいものとなる。 実施例−２ まずDY（NO3）3．6H2Ｏ、Ba（CH3COO）2、Cu（CH3CO
O）H2Oを純水に入れ撹拌分散させる。この時のDy、Ba、
Cuの割合は1:2:3である（Dyの他にSc,Y、Lanthanide等I
IIa族元素を用いても同構造の超電導体を得られ
る。）。次に、この液体をドライスプレー法により乾燥
させると同時に燃焼させ微粉末を得る。次にこの微粉末
を900℃酸素雰囲気中に於て８時間加熱、圧縮成形を経
た後920℃酸素雰囲気中において焼結し超電導体を得
る。次にAr−空気ジェット法によりArプラズマを空気中
にジェット状に放出させ超電導体に吹き付け超電導体表
面を活性化させた後連続して300℃フッ素雰囲気中に於
て２時間加熱処理を行い超電導体表面にフッ素を含んだ
層を形成する。ここで表面層を活性化するのはフッ素中
の加熱処理を低温で行うためである。高温では表面活性
化を行わなくともフッ素含有層の形成は可能であるが内
部の超電導体を劣化させる場合があり処理条件の適正化
が困難であるため好ましくは表面活性化を行う方がよ
い。 得られた試料の安定性（耐環境性）を実施例−１の方
法により調べた。結果を第３表に示した。 表より判る様にフッ素雰囲気中で加熱処理をしたもの
でも実施例−１と同様に大幅な安定性（耐環境性）の向
上がみられる。尚XPSの分析では実施例−１のフッ素プ
ラズマ処理を行った方が他元素との結合割合が多いため
より安定性の面では好ましいものと思われる。 〔発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば不安定な酸化物セラ
ミック系超電導体でも表面にフッ素含有層を形成するこ
とにより安定性（耐環境性）を付与することが出来る。
将来この酸化物セラミック系超電導材料に於て室温超電
導が可能になった時の効果は計り知れない。尚、これら
超電導材料は、例えば、磁気シールドでは電子顕微鏡の
磁気レンズとスピーカー、ビデオ、テープレコーダー、
ハードディスク、フロッピーディスクの磁気ヘッド等の
磁束の制御やSQUID（高感度磁気センサー）、光スイッ
チ、ジョセフソン素子、超電導モーター、超電導マグネ
ット、送電線等に応用できる。これらの電子デバイス
は、耐環境性を有するとともに炭素を実質的に含有しな
い酸化物セラミック系超電導材料を超電導体として利用
しているので、デバイスの性能劣化が抑制され、かつ安
定した電子特性を維持することができる。
気シールド等に用いる、超電導材料に関する。本発明は
さらに、この超電導材料を用いた電子デバイスに関す
る。 〔従来の技術〕 酸化物セラミック系超電導材料の主なものにはDupont
のSleightらが発見したBa−Pb−Bi−Ｏ系（ペロブスカ
イト構造）、IBMのBednorzらが発見したBa−La−Cu−Ｏ
系（層状ペロブスカイト構造）、Houston大学のChuらが
発見したBa−Ｙ−Cu−Ｏ系（酸素欠損型層状ペロブスカ
イト構造）がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら従来の超電導材料は水分により反応しや
すく臨界温度の悪化を招いていた。 例えば最も臨界温度が高く現在注目されているBa2Y1C
u3O7−δはBell研究所の報告によると次の様に反応す
る。 本発明はこの様な問題を解決するものであり、その目
的は安定性（耐環境性）に優れた超電導材料を得んとす
るものである。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するために、本発明に係わる超電導
材料は、酸化物セラミック系超電導体の表面に、炭素を
実質的に含有することなくフッ素を含む領域を有するこ
とを特徴とする。 この場合、酸化物セラミック系超電導体がＲ−Ｍ−Cu
系超電導体（ここでＲはSc,Yを含む希土類元素から成る
群より選ばれる１種若しくは複数種の組み合せ、Ｍは、
Ca,Ba,Sr若しくはこれらの組み合わせ）であることが好
ましい。 また、前記フッ素を含む領域は、前記超電導体の表面
にフッ素プラズマ処理を施して形成されたものであるこ
とが好ましい。 さらに、前記フッ素を含む領域は、前記超電導体の表
面に活性化処理を施した後に形成されたものであること
が好ましい。 本発明は、さらに、既述の酸化物セラミック系超電導
材料を超電導体として利用した電子デバイスであること
を特徴とする。 以上説明したように、本発明によれば、表面にフッ素
を含む領域を形成することにより、劣化が少ない安定し
た特性を得ることができ、耐環境性の高い超電導材料を
提供することができる。 このことは、既述のＲ−Ｍ−Cu系超電導体において効
果が高い。また、表面にフッ素プラズマ処理を施して既
述の領域を形成した場合には、他元素との結合割合が増
加するこ考えられ、特に効果的である。 さらに、表面に活性化処理を施した後の領域の形成を
行うと、領域の低温形成が可能となるため、超電導体を
劣化させずに領域形成を行うことができる。また、さら
に、前記領域は炭素を実質的に含有していないために、
電子デバイスの作成プロセスが炭素で汚染されることが
なく、デバイスに炭素が混入してデバイスの性能劣化が
生じることを防止できる。 〔実施例〕 以下実施例に従い本発明を詳細に説明する。 実施例−１ 先ずイットリュウム系安定化ジルコニヤ（YSZ）基板
上に３元電子ビーム蒸着により厚さ６μの薄膜を形成す
る。第１表は薄膜の組成を示したものであり、この時用
いるターゲットはＡ〜Ｅ組成では所定の元素比に調合し
たＲ−Cu合金（ここでＲは第１表に示されている希土類
元素）とSr−Cu合金とBa−Cu合金の３ターゲットであり
Ｆは、Ba−Pb合金とPb−Bi合金の２ターゲットである
（Ａ〜ＥではＲ−Baターゲットも作成したが、分離して
良い合金は得られなかった。）。また蒸着雰囲気は酸素
圧７×1014Torr、基板温度は500〜830℃である。成膜後
の薄膜は、酸素が不足しているため次に550〜870℃酸素
雰囲気中に於て15時間アニールして超電導薄膜を得る。
アニール後の冷却は50℃/H程度の除冷である。 次にプラズマリアクター（ヤマト科学株式会社製 PR
−501A）を用い、プラズマ化したフッ素に１時間（30分
を２回）晒すフッ素プラズマ処理を行い超電導薄膜の表
面にフッ素を含んだ層を形成する。 フッ素プラズマ処理を行った試料をエッチングしなが
らＸ線電子分光（XPS）によりどの深さまでフッ素が進
入しているかを分析した。XPSは検出範囲が広く且つエ
ッチングは均一でないため深さの精度は正確ではないが
0.08μ前後と思われる。又フッ素の光電子には化学シフ
トが見られたためフッ素の一部は他元素と結合している
ものと思われる。 次に得られた試料の安定性（耐環境性）を調べた。評
価は試料を温度45℃、湿度85％の雰囲気に晒す耐久試験
を行い、試験前後の試料をコイル内に入れた時のインダ
クタンスの変化量を測定して行った。測定温度はＡ〜Ｄ
試料では85K、Ｅは32K、Ｆは10Kである。また測定に
は、インピーダンス／ゲイン・フェーズアナライザー
（横河ヒューレットパッカード製4194A）を用いた。第
２表はその結果を示したものである。 第２表に示されている様に酸化物セラミック系超電導
体の表面にフッ素を含む層を形成したものは比較例（試
料名Ａ乃至Ｆのそれぞれにフッ素を含む層を形成しない
ａ乃至ｆ）のものに比べ大幅に安定性（耐環境性）が向
上しているのが判る。特に現在高臨界温度で注目されて
いるＲ（Y,Scを含む希土類元素）−Ｍ（Ca,Sr,Ba）−Cu
−Ｏ系（工業技術院電子技術総合研究所の伊原やユーゴ
スラビヤ、ザグレブ大学のDjurekらが室温超電導の可能
性があることを示唆している材料）は効果が大きい。室
温超電導が生まれたらより大気に晒される機会が増える
ためより安定性（耐環境性）が要求されるであろう。そ
の時に於ける本発明の効果は非常に大きいものとなる。 実施例−２ まずDY（NO3）3．6H2Ｏ、Ba（CH3COO）2、Cu（CH3CO
O）H2Oを純水に入れ撹拌分散させる。この時のDy、Ba、
Cuの割合は1:2:3である（Dyの他にSc,Y、Lanthanide等I
IIa族元素を用いても同構造の超電導体を得られ
る。）。次に、この液体をドライスプレー法により乾燥
させると同時に燃焼させ微粉末を得る。次にこの微粉末
を900℃酸素雰囲気中に於て８時間加熱、圧縮成形を経
た後920℃酸素雰囲気中において焼結し超電導体を得
る。次にAr−空気ジェット法によりArプラズマを空気中
にジェット状に放出させ超電導体に吹き付け超電導体表
面を活性化させた後連続して300℃フッ素雰囲気中に於
て２時間加熱処理を行い超電導体表面にフッ素を含んだ
層を形成する。ここで表面層を活性化するのはフッ素中
の加熱処理を低温で行うためである。高温では表面活性
化を行わなくともフッ素含有層の形成は可能であるが内
部の超電導体を劣化させる場合があり処理条件の適正化
が困難であるため好ましくは表面活性化を行う方がよ
い。 得られた試料の安定性（耐環境性）を実施例−１の方
法により調べた。結果を第３表に示した。 表より判る様にフッ素雰囲気中で加熱処理をしたもの
でも実施例−１と同様に大幅な安定性（耐環境性）の向
上がみられる。尚XPSの分析では実施例−１のフッ素プ
ラズマ処理を行った方が他元素との結合割合が多いため
より安定性の面では好ましいものと思われる。 〔発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば不安定な酸化物セラ
ミック系超電導体でも表面にフッ素含有層を形成するこ
とにより安定性（耐環境性）を付与することが出来る。
将来この酸化物セラミック系超電導材料に於て室温超電
導が可能になった時の効果は計り知れない。尚、これら
超電導材料は、例えば、磁気シールドでは電子顕微鏡の
磁気レンズとスピーカー、ビデオ、テープレコーダー、
ハードディスク、フロッピーディスクの磁気ヘッド等の
磁束の制御やSQUID（高感度磁気センサー）、光スイッ
チ、ジョセフソン素子、超電導モーター、超電導マグネ
ット、送電線等に応用できる。これらの電子デバイス
は、耐環境性を有するとともに炭素を実質的に含有しな
い酸化物セラミック系超電導材料を超電導体として利用
しているので、デバイスの性能劣化が抑制され、かつ安
定した電子特性を維持することができる。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．酸化物セラミック系超電導体の表面に、炭素を実質
的に含有することなくフッ素を含む領域を有することを
特徴とする超電導材料。 ２．前記酸化物セラミック系超電導体がＲ−Ｍ−Cu系超
電導体（ここでＲはSc,Yを含む希土類元素から成る群よ
り選ばれる１種若しくは複数種の組み合せ、Ｍは、Ca,B
a,Sr若しくはこれらの組み合わせ）であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の超電導材料。 ３．前記フッ素を含む領域は、前記超電導体の表面にフ
ッ素プラズマ処理を施して形成されたものであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超電導材料。 ４．前記フッ素を含む領域は、前記超電導体の表面に活
性化処理を施した後に形成されたものであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の超電導材料。 ５．表面に炭素を実質的に含有することなくフッ素を含
む領域を有する酸化物セラミック系超電導材料が、超電
導体として利用されてなることを特徴とする電子デバイ
ス。 ６．前記酸化物セラミック系超電導体が、Ｒ−Ｍ−Cu系
超電導体（ここでＲはSc,Yを含む希土類元素から成る群
より選ばれる１種若しくは複数種の組み合せ、Ｍは、C
a,Ba,Sr若しくはこれらの組み合わせ）であることを特
徴とする特許請求の範囲第５項記載の電子デバイス。 ７．前記フッ素を含む領域は、前記超電導体の表面にフ
ッ素プラズマ処理を施して形成されたものであることを
特徴とする特許請求の範囲第５項記載の電子デバイス。 ８．前記フッ素を含む領域は、前記超電導体の表面に活
性化処理を施した後に形成されたものであることを特徴
とする特許請求の範囲第５項記載の電子デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62274109A JP2844194B2 (ja) | 1987-10-29 | 1987-10-29 | 超電導材料及びこれを用いた電子デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62274109A JP2844194B2 (ja) | 1987-10-29 | 1987-10-29 | 超電導材料及びこれを用いた電子デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01115886A JPH01115886A (ja) | 1989-05-09 |
| JP2844194B2 true JP2844194B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=17537131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62274109A Expired - Lifetime JP2844194B2 (ja) | 1987-10-29 | 1987-10-29 | 超電導材料及びこれを用いた電子デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2844194B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2629450B1 (fr) * | 1988-04-01 | 1992-04-30 | Rhone Poulenc Chimie | Materiaux supraconducteurs stabilises et leur procede d'obtention |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6445011A (en) * | 1987-08-13 | 1989-02-17 | Tdk Corp | Superconductive oxide ceramic material |
-
1987
- 1987-10-29 JP JP62274109A patent/JP2844194B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01115886A (ja) | 1989-05-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |