JP2844195B2 - 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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- JP2844195B2 JP2844195B2 JP62274110A JP27411087A JP2844195B2 JP 2844195 B2 JP2844195 B2 JP 2844195B2 JP 62274110 A JP62274110 A JP 62274110A JP 27411087 A JP27411087 A JP 27411087A JP 2844195 B2 JP2844195 B2 JP 2844195B2
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- superconducting material
- superconductor
- nitrogen
- electronic device
- oxide ceramic
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (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S1eight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超電導体の元素と結合した窒
素を含む領域を有することを特徴とする。この場合に、
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、前記窒素を含む領域は、前記超電導体の表面に
窒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。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、表面に窒素を
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、表面に窒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
すると考えられ、特に効果的である。 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暑さ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７×10-4Torr、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、プラズマ化した窒素に1.5時間（30分
を３回）晒す窒素プラズマ処理を行い超電導薄膜の表面
に窒素を含んだ層を形成する。 窒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窒素が進入し
ているかを分析した。XPSは検出範囲が広く旦つエッチ
ングは均一でないため深さの精度は正確ではないが0.11
μ前後と思われる。又窒素の光電子には化学シフトが見
られたため窒素の一部は他元素（超電導体の元素）と結
合していると思われる。 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
体の表面に窒素を含む層を形成したものは比較例（試料
名Ａ乃至Ｆのそれぞれに窒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−Ｍ−Cu−Ｏ系（ここでＲはY,Scを含む希土類元素
で、ＭはCa,Sy,Baを示すものであり、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。 尚本実施例では薄膜について述べたがバルクや粉末で
も効果は同じであり何等差し支えない。 〔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超電導体の元素と結合した
窒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、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S1eight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超電導体の元素と結合した窒
素を含む領域を有することを特徴とする。この場合に、
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、前記窒素を含む領域は、前記超電導体の表面に
窒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。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、表面に窒素を
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、表面に窒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
すると考えられ、特に効果的である。 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暑さ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７×10-4Torr、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、プラズマ化した窒素に1.5時間（30分
を３回）晒す窒素プラズマ処理を行い超電導薄膜の表面
に窒素を含んだ層を形成する。 窒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窒素が進入し
ているかを分析した。XPSは検出範囲が広く旦つエッチ
ングは均一でないため深さの精度は正確ではないが0.11
μ前後と思われる。又窒素の光電子には化学シフトが見
られたため窒素の一部は他元素（超電導体の元素）と結
合していると思われる。 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
体の表面に窒素を含む層を形成したものは比較例（試料
名Ａ乃至Ｆのそれぞれに窒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−Ｍ−Cu−Ｏ系（ここでＲはY,Scを含む希土類元素
で、ＭはCa,Sy,Baを示すものであり、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。 尚本実施例では薄膜について述べたがバルクや粉末で
も効果は同じであり何等差し支えない。 〔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超電導体の元素と結合した
窒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、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窒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,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１項記載の超電導材料。 ３．前記窒素を含む領域は、前記超電導体の表面に窒素
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．前記窒素を含む領域は、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窒素を含む
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材料が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５項記載の電子デバイス。 ７．前記窒素を含む領域は、表面に窒素プラズマ処理を
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62274110A JP2844195B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP62274110A JP2844195B2 (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 |
|---|---|
| JPH01115887A JPH01115887A (ja) | 1989-05-09 |
| JP2844195B2 true JP2844195B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=17537146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62274110A Expired - Lifetime JP2844195B2 (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) | JP2844195B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001125908A (ja) | 1999-10-26 | 2001-05-11 | Sony Corp | 入力装置および方法 |
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 JP62274110A patent/JP2844195B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01115887A (ja) | 1989-05-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |