JP2963604B2 - ReBa2Cu3Oy結晶を融液から作製する方法 - Google Patents
ReBa2Cu3Oy結晶を融液から作製する方法Info
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ReBa 2 Cu 3 O y 結
晶を融液から作製する方法に関するものである。
晶を融液から作製する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、Y123型結晶構造を有した酸化
物結晶を融液から作製する際に用いる種は、単結晶マグ
ネシア、Sm123結晶、Y123結晶などが用いられ
ていた。
物結晶を融液から作製する際に用いる種は、単結晶マグ
ネシア、Sm123結晶、Y123結晶などが用いられ
ていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単結晶
マグネシアを用いた場合には、成長するY123型結晶
構造を有する酸化物結晶は、多結晶体になる傾向があ
り、単結晶体が得られ難いと言う問題点があった。
マグネシアを用いた場合には、成長するY123型結晶
構造を有する酸化物結晶は、多結晶体になる傾向があ
り、単結晶体が得られ難いと言う問題点があった。
【0004】また、種として、Y123型結晶構造を有
する酸化物結晶を用いた場合には、融液が種を伝って上
方に這い上がり、シードホルダーと反応するという問題
があった。
する酸化物結晶を用いた場合には、融液が種を伝って上
方に這い上がり、シードホルダーと反応するという問題
があった。
【0005】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたものであり、本発明の目的は、融液の這い上がり
を押さえ、単結晶を容易に得ることが可能な技術を提供
することにある。
されたものであり、本発明の目的は、融液の這い上がり
を押さえ、単結晶を容易に得ることが可能な技術を提供
することにある。
【0006】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、基板上に123型結晶構造を有するRe
Ba2Cu3Oy(ReはYまたはランタノイドのうちい
ずれかの一種、yは酸素量である)の配向膜を積層した
構成からなる種を用いて、ReBa 2 Cu 3 O y の結晶を
融液から作製する方法としたことを最も主要な特徴とす
る。
に、本発明は、基板上に123型結晶構造を有するRe
Ba2Cu3Oy(ReはYまたはランタノイドのうちい
ずれかの一種、yは酸素量である)の配向膜を積層した
構成からなる種を用いて、ReBa 2 Cu 3 O y の結晶を
融液から作製する方法としたことを最も主要な特徴とす
る。
【0008】前記基板は、アルカリ土類元素を構成元素
として含む酸化物であることが好ましい。
として含む酸化物であることが好ましい。
【0009】前記基板は、バリウム-銅酸化物の融液に
濡れない材質のものであることが好ましい。具体的には
基板としてMgOが最も好適である。
濡れない材質のものであることが好ましい。具体的には
基板としてMgOが最も好適である。
【0010】前記配向膜において、結晶軸の配向方向は
種々のものを採用できる。例えば、c軸を基板面に垂直
に配向させたものや、a軸を基板面に垂直に配向させた
ものを採用できる。配向膜のa軸が基板に垂直に配向し
ている場合には、液相から成長する結晶膜もa軸が基板
に垂直に配向する。例えば、特性の良いSIS接合を作
るには、I層の厚さをS層のコヒーレンス長程度とする
必要があり、a軸配向膜においては、コヒーレンス長の
長いa軸が立っていることから、I層の長さを厚くする
ことができ、より製造しやすいという技術的特徴があ
る。
種々のものを採用できる。例えば、c軸を基板面に垂直
に配向させたものや、a軸を基板面に垂直に配向させた
ものを採用できる。配向膜のa軸が基板に垂直に配向し
ている場合には、液相から成長する結晶膜もa軸が基板
に垂直に配向する。例えば、特性の良いSIS接合を作
るには、I層の厚さをS層のコヒーレンス長程度とする
必要があり、a軸配向膜においては、コヒーレンス長の
長いa軸が立っていることから、I層の長さを厚くする
ことができ、より製造しやすいという技術的特徴があ
る。
【0011】前記配向膜の厚さは、0.01〜1μmの
範囲内であることが好ましい。Y123型結晶膜の結晶
性は、配向膜の厚さに依存する傾向があり、配向膜の厚
さ1μmを越える場合には、多結晶化して配向性が悪化
するおそれがあるので好ましくない。逆に、配向膜の厚
さが0.01μmより薄い場合にも,同様に多結晶化し
て配向性が低下するおそれがあるので好ましくない。
範囲内であることが好ましい。Y123型結晶膜の結晶
性は、配向膜の厚さに依存する傾向があり、配向膜の厚
さ1μmを越える場合には、多結晶化して配向性が悪化
するおそれがあるので好ましくない。逆に、配向膜の厚
さが0.01μmより薄い場合にも,同様に多結晶化し
て配向性が低下するおそれがあるので好ましくない。
【0012】前記配向膜は、プラズマ蒸着法で積層する
のが好ましい。
のが好ましい。
【0013】前記プラズマ蒸着法において、具体的に高
周波プラズマ中に、Y-Ba-Cu-Oの酸化物原料粉末
を送り込み、蒸発させ、基材表面上に蒸着させる。
周波プラズマ中に、Y-Ba-Cu-Oの酸化物原料粉末
を送り込み、蒸発させ、基材表面上に蒸着させる。
【0014】前記配向膜上にY123型結晶構造を有す
る酸化物を積層させる方法としては、融液から膜のY1
23型結晶が初晶で析出する条件で、配向膜上に結晶成
長させるのが好ましい。この場合、配向膜が必ずしも完
全に配向していないときでも良好な配向性を有する結晶
が得られる。
る酸化物を積層させる方法としては、融液から膜のY1
23型結晶が初晶で析出する条件で、配向膜上に結晶成
長させるのが好ましい。この場合、配向膜が必ずしも完
全に配向していないときでも良好な配向性を有する結晶
が得られる。
【0015】
【作用】前述した手段によれば、基板上に123型結晶
構造を有するReBa2Cu3Oyの配向膜を積層したR
eBa2Cu3Oy結晶成長用の種であるので、融液の這
い上がりを押さえ、単結晶を容易に得ることができる。
構造を有するReBa2Cu3Oyの配向膜を積層したR
eBa2Cu3Oy結晶成長用の種であるので、融液の這
い上がりを押さえ、単結晶を容易に得ることができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
細に説明する。
細に説明する。
【0017】本発明による一実施例のY123型結晶構
造を有する酸化物結晶を融液から作製する際に用いる種
は、図1に示すように、マグネシア単結晶の棒状ブロッ
ク(基板)101のへき界面上に、プラズマ蒸着によ
り、Y123結晶の配向膜102を形成したものであ
る。
造を有する酸化物結晶を融液から作製する際に用いる種
は、図1に示すように、マグネシア単結晶の棒状ブロッ
ク(基板)101のへき界面上に、プラズマ蒸着によ
り、Y123結晶の配向膜102を形成したものであ
る。
【0018】本実施例の種は、次のようにして作製す
る。
る。
【0019】まず、マグネシア単結晶の棒状ブロック
(基板)101を昇温した。該棒状ブロック101の蒸
着表面の温度は測定不可であるが、600℃から100
0℃までの温度範囲に入っているものと思われる。そし
て、プラズマ蒸着法により、Y-Ba-Cu-Oの酸化物
原料粉末を送り込み、10分間蒸発させ、単結晶マグネ
シアの棒状ブロック101のへき界面上に蒸着を行っ
た。粉末供給速度は測定していない。その直後酸素雰囲
気中で大気圧及び300℃程度まで冷却し大気中に取り
出してY123結晶の配向膜102を形成した。
(基板)101を昇温した。該棒状ブロック101の蒸
着表面の温度は測定不可であるが、600℃から100
0℃までの温度範囲に入っているものと思われる。そし
て、プラズマ蒸着法により、Y-Ba-Cu-Oの酸化物
原料粉末を送り込み、10分間蒸発させ、単結晶マグネ
シアの棒状ブロック101のへき界面上に蒸着を行っ
た。粉末供給速度は測定していない。その直後酸素雰囲
気中で大気圧及び300℃程度まで冷却し大気中に取り
出してY123結晶の配向膜102を形成した。
【0020】前記蒸着における高周波プラズマ条件及び
粉末については、表1の通りである。
粉末については、表1の通りである。
【0021】
【表1】
【0022】図2に、このY123結晶の配向膜102
のX線回折パターンを示す。このパターンより、Y12
3結晶の配向膜102は、基板面に対してc軸が立つ方
向に配向していることが判った。しかしながら、他の方
向に向いたピークも同時に観測され、配向性は良くない
ことが判明した。
のX線回折パターンを示す。このパターンより、Y12
3結晶の配向膜102は、基板面に対してc軸が立つ方
向に配向していることが判った。しかしながら、他の方
向に向いたピークも同時に観測され、配向性は良くない
ことが判明した。
【0023】この単結晶基板101上のY123結晶の
配向膜102を種として用い、BaOとCuOの混合融
液を用いて、液相から初晶でY123型結晶構造を有す
る酸化物結晶を成長させて作製した。
配向膜102を種として用い、BaOとCuOの混合融
液を用いて、液相から初晶でY123型結晶構造を有す
る酸化物結晶を成長させて作製した。
【0024】前記液相から初晶でY123型結晶構造を
有する酸化物結晶を成長させる方法は、例えば、図3に
示すように、内径30mm、高さ50mmのイットリア
るつぼ11内に、溶質供給物質としてY2BaCuO
5(固相の沈澱)12を下部に入れ、溶剤となるBaO
とCuOの混合融液として、BaとCuのモル比が3:
5となるように炭酸バリウムと酸化銅を混合し880℃
で40時間仮焼した後の物質(液相)13を上部に入れ
る。
有する酸化物結晶を成長させる方法は、例えば、図3に
示すように、内径30mm、高さ50mmのイットリア
るつぼ11内に、溶質供給物質としてY2BaCuO
5(固相の沈澱)12を下部に入れ、溶剤となるBaO
とCuOの混合融液として、BaとCuのモル比が3:
5となるように炭酸バリウムと酸化銅を混合し880℃
で40時間仮焼した後の物質(液相)13を上部に入れ
る。
【0025】図3において、14はマグネシア単結晶の
棒状ブロック101のへき界面上に、プラズマ蒸着法に
より蒸着したY123結晶の配向膜102を設けたも
の、15は種結晶棒(マグネシア単結晶の棒状ブロック
101)、16は白金サセプタ、17は加熱用高周波コ
イルである。
棒状ブロック101のへき界面上に、プラズマ蒸着法に
より蒸着したY123結晶の配向膜102を設けたも
の、15は種結晶棒(マグネシア単結晶の棒状ブロック
101)、16は白金サセプタ、17は加熱用高周波コ
イルである。
【0026】使用するるつぼ11の材質は、イットリア
に限らず、マグネシア、アルミナ、安定化ジルコニア等
耐蝕性のある材質が使用できる。BaとCuのモル比
は、3:5に限らず3:5から3:8程度までの量比で
もよい。下部に入れた物質(液相)13と上部に入れた
物質(固相の沈澱)12の重量比は1:4である。この
重量比は1:2から1:10程度でもよい。
に限らず、マグネシア、アルミナ、安定化ジルコニア等
耐蝕性のある材質が使用できる。BaとCuのモル比
は、3:5に限らず3:5から3:8程度までの量比で
もよい。下部に入れた物質(液相)13と上部に入れた
物質(固相の沈澱)12の重量比は1:4である。この
重量比は1:2から1:10程度でもよい。
【0027】これらの溶質と溶媒を入れたるつぼ11を
約1000℃に加熱し、溶剤を溶解させた。この段階
で、下部に溶質供給物質であるY2BaCuO5が沈殿し
ており、上部に溶媒であるBaOとCuOの混合が液体
状態を保っていた。この状態の液相部分に種として、前
記マグネシア単結晶の棒状ブロック101上にプラズマ
蒸着により形成したY123結晶の配向膜102を積層
したものを接触させ、るつぼ11の温度を20℃程度低
下させ、毎分100回転の回転数で、上方向に毎時0.
2mmの速さで引き上げることによって、単結晶のY1
23結晶103を作製することができた。
約1000℃に加熱し、溶剤を溶解させた。この段階
で、下部に溶質供給物質であるY2BaCuO5が沈殿し
ており、上部に溶媒であるBaOとCuOの混合が液体
状態を保っていた。この状態の液相部分に種として、前
記マグネシア単結晶の棒状ブロック101上にプラズマ
蒸着により形成したY123結晶の配向膜102を積層
したものを接触させ、るつぼ11の温度を20℃程度低
下させ、毎分100回転の回転数で、上方向に毎時0.
2mmの速さで引き上げることによって、単結晶のY1
23結晶103を作製することができた。
【0028】この単結晶のY123結晶103の表面
は、鏡面を有しており、偏光顕微鏡の観察により、双晶
壁は存在するが、粒界のない、結晶性の良い結晶である
ことが判明した。
は、鏡面を有しており、偏光顕微鏡の観察により、双晶
壁は存在するが、粒界のない、結晶性の良い結晶である
ことが判明した。
【0029】配向性のY123型結晶構造を有する中間
層の作製が可能な方法であれば、プラズマ蒸着法に限ら
ず、膜形成の手段を問わない。
層の作製が可能な方法であれば、プラズマ蒸着法に限ら
ず、膜形成の手段を問わない。
【0030】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。
【0031】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、Y系123結晶構造を有する酸化物の単結晶を容易
に作製することができる。また、Y系123結晶構造を
有する酸化物の良質結晶膜を得ることができる。
ば、Y系123結晶構造を有する酸化物の単結晶を容易
に作製することができる。また、Y系123結晶構造を
有する酸化物の良質結晶膜を得ることができる。
【図1】 本発明による一実施例のY123型結晶構造
を有する酸化物結晶を融液から作製する際に用いる種の
構成を示す模式構成図、
を有する酸化物結晶を融液から作製する際に用いる種の
構成を示す模式構成図、
【図2】 本実施例のY123結晶の配向膜のX線回折
パターンを示す図、
パターンを示す図、
【図3】 本実施例の種を使用したY123型結晶構造
を有する酸化物結晶膜の作製法を説明するための実施装
置の模式構成図。
を有する酸化物結晶膜の作製法を説明するための実施装
置の模式構成図。
11…内径30mm、高さ50mmのイットリアるつ
ぼ、12…Y2BaCuO5(固相の沈澱)、13…炭酸
バリウムと酸化銅を混合し880℃で40時間仮焼した
後の物質(液相)、14…マグネシア単結晶の棒状ブロ
ックのへき界面上にY123結晶の配向膜を設けたも
の、15…種結晶棒(マグネシア単結晶の棒状ブロッ
ク)、16…白金サセプタ、17…加熱用高周波コイ
ル、101…マグネシア単結晶の棒状ブロック、102
…Y123結晶の配向膜、103…成長したY123結
晶膜、104…液相。
ぼ、12…Y2BaCuO5(固相の沈澱)、13…炭酸
バリウムと酸化銅を混合し880℃で40時間仮焼した
後の物質(液相)、14…マグネシア単結晶の棒状ブロ
ックのへき界面上にY123結晶の配向膜を設けたも
の、15…種結晶棒(マグネシア単結晶の棒状ブロッ
ク)、16…白金サセプタ、17…加熱用高周波コイ
ル、101…マグネシア単結晶の棒状ブロック、102
…Y123結晶の配向膜、103…成長したY123結
晶膜、104…液相。
フロントページの続き (73)特許権者 000241957 北海道電力株式会社 北海道札幌市中央区大通東1丁目2番地 (73)特許権者 000164438 九州電力株式会社 福岡県福岡市中央区渡辺通2丁目1番82 号 (73)特許権者 000156938 関西電力株式会社 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 (73)特許権者 000000099 石川島播磨重工業株式会社 東京都千代田区大手町2丁目2番1号 (73)特許権者 000005186 株式会社フジクラ 東京都江東区木場1丁目5番1号 (72)発明者 山田 容士 東京都江東区東雲1丁目14番3 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (72)発明者 中村 優 東京都江東区東雲1丁目14番3 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (72)発明者 辰巳 憲之 東京都江東区東雲1丁目14番3 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (72)発明者 辻野 二朗 東京都江東区東雲1丁目14番3 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (72)発明者 大津 敢視 東京都江東区東雲1丁目14番3 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (72)発明者 金森 康夫 東京都江東区東雲1丁目14番3 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (72)発明者 田上 稔 東京都江東区東雲1丁目14番3 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (72)発明者 久米 篤 東京都江東区東雲1丁目14番3 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (72)発明者 塩原 融 東京都江東区東雲1丁目14番3 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (72)発明者 田中 昭二 東京都江東区東雲1丁目14番3 財団法 人 国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所内 (56)参考文献 特開 平1−94683(JP,A) 特開 平6−122588(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C30B 28/00 - 35/00 CA(STN) EPAT(QUESTEL)
Claims (5)
- 【請求項1】 基板上に123型結晶構造を有するRe
Ba2Cu3Oy(ReはYまたはランタノイドのうちい
ずれかの一種、yは酸素量である)の配向膜を積層した
構成からなる種を用いて、ReBa 2 Cu 3 O y 結晶を融
液から作製する方法。 - 【請求項2】 前記基板は、アルカリ土類元素を構成元
素として含む酸化物であることを特徴とする請求項1に
記載のReBa 2 Cu 3 O y 結晶を融液から作製する方
法。 - 【請求項3】 前記基板は、バリウム-銅酸化物の融液
に濡れない材質のものであることを特徴とする請求項1
に記載のReBa 2 Cu 3 O y 結晶を融液から作製する方
法。 - 【請求項4】 前記アルカリ土類元素はMgであること
を特徴とする請求項2に記載のReBa2Cu3Oy結晶
を融液から作成する方法。 - 【請求項5】 前記配向膜は、プラズマ蒸着法で積層し
たものであることを特徴とした請求項1乃至4のうちい
ずれか1項に記載のReBa 2 Cu 3 O y 結晶を融液から
作製する方法。
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- 1993-07-27 JP JP5184713A patent/JP2963604B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1994
- 1994-07-27 EP EP94305541A patent/EP0636715A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Publication date |
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EP0636715A1 (en) | 1995-02-01 |
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