JP3272349B2 - 超伝導配線の製造方法 - Google Patents
超伝導配線の製造方法Info
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 超伝導配線の製造方法に関し、 超伝導転移温度の高い超伝導セラミックスよりなる配
線パターンを形成することを目的とし、 セラミックス系超伝導ペーストを被処理基板上に印刷
して配線パターンを形成した後、該配線パターンをセラ
ミックス或いは金属材料よりなる耐熱性カバーで被覆し
た状態で焼成し、焼成したセラミックスを超伝導相に変
えることを特徴として超伝導配線の製造方法を構成す
る。
線パターンを形成することを目的とし、 セラミックス系超伝導ペーストを被処理基板上に印刷
して配線パターンを形成した後、該配線パターンをセラ
ミックス或いは金属材料よりなる耐熱性カバーで被覆し
た状態で焼成し、焼成したセラミックスを超伝導相に変
えることを特徴として超伝導配線の製造方法を構成す
る。
本発明は超伝導臨界温度の高い超伝導セラミックスよ
りなる超伝導配線の製造方法に関する。
りなる超伝導配線の製造方法に関する。
幾種類の金属および合金について超伝導現象を示すこ
とは昔より知られていたが、金属元素については超伝導
臨界温度（略称TC）は10Kに止まり、また合金について
はNb3Geの23.5Kが最高であった。
とは昔より知られていたが、金属元素については超伝導
臨界温度（略称TC）は10Kに止まり、また合金について
はNb3Geの23.5Kが最高であった。
然し、1986年にBednorzとMullerによりランタン・バ
リウム・銅・酸素（La−Ba−Cu−Ｏ）系の酸化物セラミ
ックスについて高温超伝導現象が発見されて以来、各所
でTCの高い超伝導セラミックスの開発研究と、これを用
いたデバイスの実用化研究が行われている。
リウム・銅・酸素（La−Ba−Cu−Ｏ）系の酸化物セラミ
ックスについて高温超伝導現象が発見されて以来、各所
でTCの高い超伝導セラミックスの開発研究と、これを用
いたデバイスの実用化研究が行われている。
すなわち、情報処理装置、特に高速化を必要とする電
算機部門には高電子移動度トランジスタ（略称HEMT）や
ジョセフソン素子などの使用が検討されており、これら
低温で効率よく動作する回路素子を搭載する基板の電子
回路を超伝導セラミックスで構成すれば極めて効果的で
ある。
算機部門には高電子移動度トランジスタ（略称HEMT）や
ジョセフソン素子などの使用が検討されており、これら
低温で効率よく動作する回路素子を搭載する基板の電子
回路を超伝導セラミックスで構成すれば極めて効果的で
ある。
超伝導セラミックスには今まで各種の組成のものが発
見されている。
見されている。
すなわち、イットリウム・バリウム・銅・酸素（Ｙ−
Ba−Cu−Ｏ）系およびＹを含む希土類元素−Ba−Cu−Ｏ
系についてTCが約90Kを示す超伝導セラミックスが発見
された。
Ba−Cu−Ｏ）系およびＹを含む希土類元素−Ba−Cu−Ｏ
系についてTCが約90Kを示す超伝導セラミックスが発見
された。
その後、Baをストロンチウム（Sr）やカルシウム（C
a）に置換したり、ランタン（La）やＹをビスマス（B
i）やタリウム（Tl）に置換することにより105KのTCを
示すBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系や118KのTCを示すTl−Ba−Ca
−Cu−Ｏ系などが発表されている。
a）に置換したり、ランタン（La）やＹをビスマス（B
i）やタリウム（Tl）に置換することにより105KのTCを
示すBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系や118KのTCを示すTl−Ba−Ca
−Cu−Ｏ系などが発表されている。
発明者等は107KのTCを示すBi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ系
の超伝導セラミックスを用いて導体配線を形成する実用
化研究を行っている。
の超伝導セラミックスを用いて導体配線を形成する実用
化研究を行っている。
こゝで、アルミナなどの被処理基板上に超伝導セラミ
ックスよりなる導体線路を形成する方法としてはマスク
蒸着あるいはスパッタにより超伝導セラミックスよりな
る薄膜パターンを形成した後に焼鈍することにより超伝
導相に変える方法がある。
ックスよりなる導体線路を形成する方法としてはマスク
蒸着あるいはスパッタにより超伝導セラミックスよりな
る薄膜パターンを形成した後に焼鈍することにより超伝
導相に変える方法がある。
また、超伝導セラミックス粉末を用いて導電体ペース
トを形成し、これをスクリーン印刷して微細パターンを
形成した後、これを焼成して超伝導相に変える方法があ
る。
トを形成し、これをスクリーン印刷して微細パターンを
形成した後、これを焼成して超伝導相に変える方法があ
る。
発明者等は後者の方法による導体配線を形成する研究
を行っており、バルクの超伝導セラミックスのTCが107K
であるのに対し、ペーストを焼成する方法で104Kの値を
得ている。
を行っており、バルクの超伝導セラミックスのTCが107K
であるのに対し、ペーストを焼成する方法で104Kの値を
得ている。
然し、仔細に検討してみるとTCの値は配線幅に依存す
ることが判った。
ることが判った。
すなわち、配線幅が狭くなるに従ってTCが低下するも
のゝ、線幅が0.5mmまでは100K以上のTCを示すが、これ
以下の線幅ではTCは急激に低温側へ移行する。
のゝ、線幅が0.5mmまでは100K以上のTCを示すが、これ
以下の線幅ではTCは急激に低温側へ移行する。
一方、情報処理装置など半導体集積回路を搭載する回
路基板は高密度実装が必要であり、0.2mm程度の線幅ま
ではTCが液体窒素の温度（77K）以上である必要があ
る。
路基板は高密度実装が必要であり、0.2mm程度の線幅ま
ではTCが液体窒素の温度（77K）以上である必要があ
る。
然し、従来の焼成法では77Kでは超伝導状態を示して
おらず、この対策が必要であった。
おらず、この対策が必要であった。
〔発明が解決しようとする課題〕 超伝導セラミックスも用いて作った導体ペーストをス
クリーン印刷し、これを焼成する方法でも100K以上のTC
を示す導体配線を形成することができるが、線幅が1.0m
m以下になるとTCが急激に低下し、液体窒素（N2）の温
度（77K）でも超伝導状態を示さなくなる。
クリーン印刷し、これを焼成する方法でも100K以上のTC
を示す導体配線を形成することができるが、線幅が1.0m
m以下になるとTCが急激に低下し、液体窒素（N2）の温
度（77K）でも超伝導状態を示さなくなる。
そこで、この問題の解決が課題である。
上記の課題は、鉛（Pb）を含むセラミックス系超伝導
ペーストを被処理基板上に印刷して配線幅が1.0mm以下
の配線パターンを形成した後、該配線パターンに対して
空間をあけて耐熱性カバーで覆った状態で焼成して超伝
導相に変えるように構成された超伝導配線の製造方法に
よって解決される。
ペーストを被処理基板上に印刷して配線幅が1.0mm以下
の配線パターンを形成した後、該配線パターンに対して
空間をあけて耐熱性カバーで覆った状態で焼成して超伝
導相に変えるように構成された超伝導配線の製造方法に
よって解決される。
導体ペーストを塗布し、焼成して得た超伝導セラミッ
クスのTCが配線幅の低下と共に急激に低温側に移行する
理由について発明者等は導体ペーストを構成する成分の
内、特に蒸気圧の高い成分の蒸発による組成比のずれに
よると考えている。
クスのTCが配線幅の低下と共に急激に低温側に移行する
理由について発明者等は導体ペーストを構成する成分の
内、特に蒸気圧の高い成分の蒸発による組成比のずれに
よると考えている。
すなわち、発明者等が実用化研究を進めているBi−Pb
−Sr−Ca−Cu−Ｏ系については、 Bi2O3の融点は824℃，沸点は1900℃また、 PbOの融点は888℃，沸点は1470℃と低く、そのため焼成
して超伝導相とする過程で蒸発が容易に起こり組成ずれ
が起こり易い。
−Sr−Ca−Cu−Ｏ系については、 Bi2O3の融点は824℃，沸点は1900℃また、 PbOの融点は888℃，沸点は1470℃と低く、そのため焼成
して超伝導相とする過程で蒸発が容易に起こり組成ずれ
が起こり易い。
また、線幅が狭くなるに従って組成ずれが容易に起こ
りTCが急激に低下する理由については、第３図の模式図
に示すように、線幅が狭い場合は同図（Ａ）のように超
伝導体１よりの成分の蒸発は阻止作用がなく容易に起こ
るのに対し、超伝導体１の線幅が広い場合は同図（Ｂ）
に示すように隣りの部分からの成分の蒸発により雰囲気
が変えられることから、成分の蒸発が抑制されるためと
考えている。
りTCが急激に低下する理由については、第３図の模式図
に示すように、線幅が狭い場合は同図（Ａ）のように超
伝導体１よりの成分の蒸発は阻止作用がなく容易に起こ
るのに対し、超伝導体１の線幅が広い場合は同図（Ｂ）
に示すように隣りの部分からの成分の蒸発により雰囲気
が変えられることから、成分の蒸発が抑制されるためと
考えている。
そこで、本発明は成分の蒸発を防ぐ方法として従来は
第２図に示すように被処理基板２の上に配線パターン３
をスクリーン印刷した後、僅かの酸素（O2）を含む不活
性雰囲気中で焼成していたのに対し、第１図に示すよう
に、配線パターン２を耐熱性材料からなるカバー４で被
覆して焼成することにより蒸気圧の高い成分の蒸発を押
え、組成ずれを抑制するものである。
第２図に示すように被処理基板２の上に配線パターン３
をスクリーン印刷した後、僅かの酸素（O2）を含む不活
性雰囲気中で焼成していたのに対し、第１図に示すよう
に、配線パターン２を耐熱性材料からなるカバー４で被
覆して焼成することにより蒸気圧の高い成分の蒸発を押
え、組成ずれを抑制するものである。
こゝで、カバー材としては耐熱性のある材料であれば
何れでもよく、アルミナのようなセラミックスでもステ
ンレス鋼のような金属でもよい。
何れでもよく、アルミナのようなセラミックスでもステ
ンレス鋼のような金属でもよい。
このような方法をとることにより線幅が0.2mmのよう
な微細パターンについても液体N2の温度で超伝導状態を
実現することができる。
な微細パターンについても液体N2の温度で超伝導状態を
実現することができる。
Bi2O3,PbO,SrCO3,CaCO3およびCuOの原料粉末を用意
し、Bi:Pb:Sr:Ca:Cuのモル比が0.7:0.3:1:1:1.8になる
ように混合し、メチルエチルケトンを分散剤としてボー
ルミルを用いて粉砕した。
し、Bi:Pb:Sr:Ca:Cuのモル比が0.7:0.3:1:1:1.8になる
ように混合し、メチルエチルケトンを分散剤としてボー
ルミルを用いて粉砕した。
次に、加熱してメチルエチルケトンを蒸発させた後、
エチルセルロースをバインダとしテネピネオールを溶剤
としてボールミルを用いて混練し、セラミックス系超伝
導ペーストを形成した。
エチルセルロースをバインダとしテネピネオールを溶剤
としてボールミルを用いて混練し、セラミックス系超伝
導ペーストを形成した。
このペーストを用い、15mm角で厚さが0.5mmのマグネ
シア（MgO）単結晶基板上に線幅が0.2mmで長さが15mmの
導体線路をスクリーン印刷して乾燥した。
シア（MgO）単結晶基板上に線幅が0.2mmで長さが15mmの
導体線路をスクリーン印刷して乾燥した。
次に、同じMgO単結晶基板を用いてカバー４を作り、
第１図に示すように配線パターン３を覆ったものと、従
来と同様に第２図に示すように露出させたものを用意
し、大気中で850℃の温度で10時間焼成して超伝導相と
した。
第１図に示すように配線パターン３を覆ったものと、従
来と同様に第２図に示すように露出させたものを用意
し、大気中で850℃の温度で10時間焼成して超伝導相と
した。
そして、150K〜77Kの範囲で抵抗率を測定した。
第４図はカバーを被覆した導体線路の抵抗率の温度依
存性を示すもので、77Kでは超伝導状態になっているの
に対し、カバーを施さないものは第５図に示すように77
Kでは約５×100mΩ・cmの値を示した。
存性を示すもので、77Kでは超伝導状態になっているの
に対し、カバーを施さないものは第５図に示すように77
Kでは約５×100mΩ・cmの値を示した。
なお、カバー材をステンレス鋼よりなるものに換えた
場合も結果は同様であった。
場合も結果は同様であった。
以上記したように本発明の実施により、超伝導相とす
るために行う焼成において生ずる組成ずれを最小限に抑
えることができ、これにより導体ペーストを用いてパタ
ーン形成した場合でもTCが77K以上の導体線路を形成す
ることができる。
るために行う焼成において生ずる組成ずれを最小限に抑
えることができ、これにより導体ペーストを用いてパタ
ーン形成した場合でもTCが77K以上の導体線路を形成す
ることができる。
第１図は本発明に係る焼成法を示す断面図、 第２図は従来の焼成法を示す断面図、 第３図（Ａ），（Ｂ）は線幅の差により成分の蒸発量が
異なることを示す模式図、 第４図はカバーを被覆して焼成した導体線路の抵抗率の
温度依存性、 第５図はカバーなしで焼成した導体線路の抵抗率の温度
依存性、 である。 図において、 １は超伝導体、２は被処理基板、 ３は配線パターン、４はカバー、 である。
異なることを示す模式図、 第４図はカバーを被覆して焼成した導体線路の抵抗率の
温度依存性、 第５図はカバーなしで焼成した導体線路の抵抗率の温度
依存性、 である。 図において、 １は超伝導体、２は被処理基板、 ３は配線パターン、４はカバー、 である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀原 伸男 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 丹羽 紘一 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−307283（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−294560（ＪＰ，Ａ) 山中他、「アルミナ基板上の超電導配 線技術（電子材料、昭和62年８月、第26 巻８号、Ｐ89〜92)
Claims (3)
- 【請求項１】鉛（Pb）を含むセラミックス系超伝導ペー
ストを被処理基板上に印刷して配線幅が1.0mm以下の配
線パターンを形成した後、該配線パターンに対して空間
をあけて耐熱性カバーで覆った状態で焼成して超伝導相
に変えることを特徴とする超伝導配線の製造方法。 - 【請求項２】請求項１記載の耐熱性カバーがセラミック
スよりなることを特徴とする超伝導配線の製造方法。 - 【請求項３】請求項２記載の耐熱性カバーがセラミック
ス系超伝導ペーストの焼成温度よりも融点が高い金属材
料よりなることを特徴とする超伝導配線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10958690A JP3272349B2 (ja) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | 超伝導配線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10958690A JP3272349B2 (ja) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | 超伝導配線の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH047880A JPH047880A (ja) | 1992-01-13 |
| JP3272349B2 true JP3272349B2 (ja) | 2002-04-08 |
Family
ID=14514023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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-
1990
- 1990-04-25 JP JP10958690A patent/JP3272349B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 山中他、「アルミナ基板上の超電導配線技術（電子材料、昭和６２年８月、第２６巻８号、Ｐ８９〜９２） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH047880A (ja) | 1992-01-13 |
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