JPH01100812A - 超伝導酸化物薄膜 - Google Patents
超伝導酸化物薄膜Info
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- JPH01100812A JPH01100812A JP62257106A JP25710687A JPH01100812A JP H01100812 A JPH01100812 A JP H01100812A JP 62257106 A JP62257106 A JP 62257106A JP 25710687 A JP25710687 A JP 25710687A JP H01100812 A JPH01100812 A JP H01100812A
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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
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は高い超伝導臨界温度を持つ酸化物薄膜の保護膜
に係り、特に該酸化物薄膜に高い耐環境性を与え、良好
な超伝導特性を安定に保持させ得る保護膜に関する。
に係り、特に該酸化物薄膜に高い耐環境性を与え、良好
な超伝導特性を安定に保持させ得る保護膜に関する。
最近、Ｙ−Ｂａ−Ｃ：ｕ酸化物などのペロブスカイト構
造を持つ酸化物材料が窒素の液化点（７７゛Ｋ）以上の
高い超伝導臨界温度’（Ｔｃ）を持つことが明らかにさ
れた。ジョセフソン素子や半導体回路の導電膜にこの材
料を応用するには、薄膜状で基板に形成することが必要
であり、スパッタ法や真空蒸着法でこれら酸化物材料の
薄膜形成が試みられているにの様な技術の例は、ジャパ
ニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジックス
２６巻、５号、（１９８７年）頁Ｌ７０９−Ｌ ７１
０ （Ｊ ａｐａｎｅｓｅ Ｊ ｏｕｒｎａｌ ｏｆ
ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ、 Ｖｏｌ、２６ｔ Ｎ
ｏ、５． （１９８７）ｐｐＬ７０９−Ｌ７１０）に
報じられている。
造を持つ酸化物材料が窒素の液化点（７７゛Ｋ）以上の
高い超伝導臨界温度’（Ｔｃ）を持つことが明らかにさ
れた。ジョセフソン素子や半導体回路の導電膜にこの材
料を応用するには、薄膜状で基板に形成することが必要
であり、スパッタ法や真空蒸着法でこれら酸化物材料の
薄膜形成が試みられているにの様な技術の例は、ジャパ
ニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジックス
２６巻、５号、（１９８７年）頁Ｌ７０９−Ｌ ７１
０ （Ｊ ａｐａｎｅｓｅ Ｊ ｏｕｒｎａｌ ｏｆ
ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ、 Ｖｏｌ、２６ｔ Ｎ
ｏ、５． （１９８７）ｐｐＬ７０９−Ｌ７１０）に
報じられている。
５ｒＴｉ０３ （１００） 、 ＭｇＯ，ＺｒＯ２やＳ
ｉなどの基板上に形成した Ｍｚ−Ｍ３［−Ｃｕ−０薄膜の超伝導特性、 （Ｔｃ
や臨界電流密度（Ｊｃ））の経時変化を測定した結果９
時間の経過につれてＴｃやＪｃの値が低下することが、
最近、本発明者らの実験で明らかになった。従来技術は
、この様な薄膜の特性劣化に対する充分な配慮がされて
おらず、超伝導酸化物薄膜を実際のデバイス等に応用し
ていくうえで信頼性が充分でないといった問題があった
。本発明の目的は、超伝導酸化物薄膜の特性の経時変化
を防ぐ方法を提供することにある。
ｉなどの基板上に形成した Ｍｚ−Ｍ３［−Ｃｕ−０薄膜の超伝導特性、 （Ｔｃ
や臨界電流密度（Ｊｃ））の経時変化を測定した結果９
時間の経過につれてＴｃやＪｃの値が低下することが、
最近、本発明者らの実験で明らかになった。従来技術は
、この様な薄膜の特性劣化に対する充分な配慮がされて
おらず、超伝導酸化物薄膜を実際のデバイス等に応用し
ていくうえで信頼性が充分でないといった問題があった
。本発明の目的は、超伝導酸化物薄膜の特性の経時変化
を防ぐ方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明では、第１図に示す
様に超伝導酸化物薄膜２の上に酸化物系の保護膜３を設
けることを特徴とする。
様に超伝導酸化物薄膜２の上に酸化物系の保護膜３を設
けることを特徴とする。
１は基板である。保護膜材料はＢｅＯ，ＭｇＯの群、Ｔ
ｉＯ２，ＺｒＯ２，ＨｆＯ２の群、もしくは５ｃ２０３
．Ｙ２Ｏ３，Ｒ２Ｏ３（Ｒは希土類金属： Ｌ ａ ｇ
Ｃｅ ｇ Ｐ ｒ ｇ Ｎ ｄ ｔ Ｓ ｍｔ Ｅ
ｕ ｅＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｗｂ。
ｉＯ２，ＺｒＯ２，ＨｆＯ２の群、もしくは５ｃ２０３
．Ｙ２Ｏ３，Ｒ２Ｏ３（Ｒは希土類金属： Ｌ ａ ｇ
Ｃｅ ｇ Ｐ ｒ ｇ Ｎ ｄ ｔ Ｓ ｍｔ Ｅ
ｕ ｅＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｗｂ。
Ｌｕのいずれかである。）の群のいずれかの群から選ば
れた少なくとも１種の材料を用いることを特徴とする。
れた少なくとも１種の材料を用いることを特徴とする。
Ｍ ｚ −Ｍ １１− Ｃｕ −０系の酸化物薄膜の経
時変化による超伝導特性の劣化原因は、酸化物薄膜中か
らの酸素の脱離および空気中の水蒸気が酸化物薄膜と反
応するためである。このため本発明では、前述の様な酸
化物系の保護膜を設け、酸化物薄膜中からの酸素の脱離
と空気中の水蒸気との反応を防ぐ機能を持たせている。
時変化による超伝導特性の劣化原因は、酸化物薄膜中か
らの酸素の脱離および空気中の水蒸気が酸化物薄膜と反
応するためである。このため本発明では、前述の様な酸
化物系の保護膜を設け、酸化物薄膜中からの酸素の脱離
と空気中の水蒸気との反応を防ぐ機能を持たせている。
保護膜としての条件は、酸素や水蒸気を通さないこと、
薄くても緻密で均質であること、超伝導酸化物薄膜に対
する付着強度が充分あること、超伝導酸化物薄膜と反応
し特性を劣化させないこと、保護膜そのものの化学的安
定性が大きいこと、などである、前述の保護膜材料は、
この様な条件を良く満すものである。
薄くても緻密で均質であること、超伝導酸化物薄膜に対
する付着強度が充分あること、超伝導酸化物薄膜と反応
し特性を劣化させないこと、保護膜そのものの化学的安
定性が大きいこと、などである、前述の保護膜材料は、
この様な条件を良く満すものである。
保護膜の形成方法は、スパッタ法、真空蒸着法などの成
膜法を、用いる。また、酸化物保護膜の構造は多結晶状
であっても良いが、緻密で均質にするには結晶粒の寸法
は小さい方が望ましく、さらに望ましくは非晶質状の方
が良い。非晶質状の保護膜では結晶粒界が存在しないの
で、酸素などの拡散を有効に防ぐことができる。
膜法を、用いる。また、酸化物保護膜の構造は多結晶状
であっても良いが、緻密で均質にするには結晶粒の寸法
は小さい方が望ましく、さらに望ましくは非晶質状の方
が良い。非晶質状の保護膜では結晶粒界が存在しないの
で、酸素などの拡散を有効に防ぐことができる。
以下、本発明を実施例で説明する。
実施例１゜
高周波スパッタ装置を用いて以下の手順でＳ ｒＴｉｏ
３（１００）基板上に超伝導酸化物薄膜、および保護
膜を形成した。まず、ターゲツト材として’Ｙ Ｂａ
ｘ Ｃｕ ４．ｓ ＯＸなる組成の焼結体を用いて、５
ｒＴｉＯａ （１００）基板を７００℃に保ち、Ａｒ＋
１０％０□ガスを３ｍＴｏｒｒ導入しながら高周波スパ
ッタを行ない０．６μｍ厚のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０膜を形
成した。ついで、１気圧の酸素雰囲気中で試料を８６０
℃で２時間加熱後２００℃まで徐冷した後、酸化物保護
膜を同様な条件で高周波スパッタ法で膜厚０．１μｍ形
成した。なお保護膜用の酸化物ターゲットは。
３（１００）基板上に超伝導酸化物薄膜、および保護
膜を形成した。まず、ターゲツト材として’Ｙ Ｂａ
ｘ Ｃｕ ４．ｓ ＯＸなる組成の焼結体を用いて、５
ｒＴｉＯａ （１００）基板を７００℃に保ち、Ａｒ＋
１０％０□ガスを３ｍＴｏｒｒ導入しながら高周波スパ
ッタを行ない０．６μｍ厚のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０膜を形
成した。ついで、１気圧の酸素雰囲気中で試料を８６０
℃で２時間加熱後２００℃まで徐冷した後、酸化物保護
膜を同様な条件で高周波スパッタ法で膜厚０．１μｍ形
成した。なお保護膜用の酸化物ターゲットは。
Ｂｅｄ、ＭｇＯ，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＨｆＯ２゜５ｃ
２０３．Ｙ１Ｏ３，希土類の各酸化物Ｒ２０３（Ｒ＝Ｌ
ａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ。
２０３．Ｙ１Ｏ３，希土類の各酸化物Ｒ２０３（Ｒ＝Ｌ
ａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ。
Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂｓ Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ。
Ｙ ｂ ＠ Ｌ ｕ ） Ａ Ｑ １１０３ ｇ Ｓ
１０ ｚのいずれかを用いた。また比較試料として、保
護膜を形成しない試料および樹脂をスピンコード法で０
．３μｍ厚形成した試料を準備した。
１０ ｚのいずれかを用いた。また比較試料として、保
護膜を形成しない試料および樹脂をスピンコード法で０
．３μｍ厚形成した試料を準備した。
これらの各試料を、硫化水素０６０２％、亜硝酸０．０
１％を含み湿度９０％、温度６０℃の耐環境試験装置の
中に１０３時間放置し、放置後の試料の外観と超伝導特
性（Ｔｃと７０ＫにおけるＪｃ）の検査を行った。検査
結果を表１に示す。
１％を含み湿度９０％、温度６０℃の耐環境試験装置の
中に１０３時間放置し、放置後の試料の外観と超伝導特
性（Ｔｃと７０ＫにおけるＪｃ）の検査を行った。検査
結果を表１に示す。
外観検査は２００倍の光学顕微鏡で試料表面を検査した
とき、ピットやシミなどの異常が試料表面で認められた
割合が１％以下を０印、１〜１０％をΔ印、１０％を超
えた場合はｘ印で示した。超伝導特性の評価は、耐環境
試験の前後のＴｃ。
とき、ピットやシミなどの異常が試料表面で認められた
割合が１％以下を０印、１〜１０％をΔ印、１０％を超
えた場合はｘ印で示した。超伝導特性の評価は、耐環境
試験の前後のＴｃ。
Ｊｅの変化率で示した。０％は変化が全くない場合、−
５０％は例えばＴｃの値が半分に低下した場合を示す、
なお、Ｊｃの変化でｘ印は７０にでもはや超伝導特性を
示さず、Ｊｃの測定ができなかった場合を示す。
５０％は例えばＴｃの値が半分に低下した場合を示す、
なお、Ｊｃの変化でｘ印は７０にでもはや超伝導特性を
示さず、Ｊｃの測定ができなかった場合を示す。
表 １
表１から明らかなように、保護膜を設けない場合もしく
はＡＱ ２０３．ＳｉＯｘ、樹脂の保護膜を設けた場合
はＴｃの値が６５％以上も減少し、７０にでもはや超伝
導特性を示さなくなっているのに対し、Ｂｅｏなどの酸
化物保護膜を設けた場合はＴｃの劣化も３％以下と小さ
く、Ｊｃの劣化も２０％以下にすることが出来た。また
、これら酸化物保護膜の厚さを増したり、あるいは上に
ポリイミド樹脂膜などを形成することによって、超伝導
特性の劣化を１％以下にすることもできた。
はＡＱ ２０３．ＳｉＯｘ、樹脂の保護膜を設けた場合
はＴｃの値が６５％以上も減少し、７０にでもはや超伝
導特性を示さなくなっているのに対し、Ｂｅｏなどの酸
化物保護膜を設けた場合はＴｃの劣化も３％以下と小さ
く、Ｊｃの劣化も２０％以下にすることが出来た。また
、これら酸化物保護膜の厚さを増したり、あるいは上に
ポリイミド樹脂膜などを形成することによって、超伝導
特性の劣化を１％以下にすることもできた。
また、１種類の酸化物の代りにＢ ｅ Ｏ−Ｍ ｇ Ｏ
。
。
Ｔｉ０２−ＨｆＯ２，Ｙ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ３などの混合
酸化物を用いても、いずれも同様にＴｃ。
酸化物を用いても、いずれも同様にＴｃ。
Ｊｃの劣化をそれぞれ３，２０％以下に抑えることがで
きた。
きた。
実施例２゜
実施例１と同様な方法でＺｒＯ□基板上にＥｒ−Ｂａ−
Ｃｕ−０膜を０．５膜ｍ厚形し、類似の酸化処理を行っ
て超伝導酸化物薄膜を得た。
Ｃｕ−０膜を０．５膜ｍ厚形し、類似の酸化処理を行っ
て超伝導酸化物薄膜を得た。
化学分析の結果、この膜の組成は
Ｅｒ Ｂａ２ Ｃｕ３ ０Ｂ、９３であることがわか
った。
った。
Ｔｃは８６に、７０ＫにおけるＪｃはａｘｉｏ’Ａ ／
ｃｍ ”であった、この試料の表面に、ＺｒＯ２もし
くはＹ２Ｏ３から成る保護膜をスパッタ法、もしくは真
空蒸着法で厚さ０．０５μｍ形成した、ＺｒＯ２もしく
は’ｙ２ｏ３膜は構造が析の結果。
ｃｍ ”であった、この試料の表面に、ＺｒＯ２もし
くはＹ２Ｏ３から成る保護膜をスパッタ法、もしくは真
空蒸着法で厚さ０．０５μｍ形成した、ＺｒＯ２もしく
は’ｙ２ｏ３膜は構造が析の結果。
粒径がＬＯ〜２５ｎｍ （ＺｒＯ２）、２０〜４３ｎｍ
（ＹｚＯ３）の多結晶、スパッタ法で形成したそれぞれ
の膜は非晶質と判定された。これら４１１Ｉ類の試料を
実施例１と同様の耐環境試験を行なった。結果を表２に
示す。
（ＹｚＯ３）の多結晶、スパッタ法で形成したそれぞれ
の膜は非晶質と判定された。これら４１１Ｉ類の試料を
実施例１と同様の耐環境試験を行なった。結果を表２に
示す。
表 ２
表２より明らかなように、ＺｒＯ２，Ｙ２Ｏ３のいずれ
の場合も多結晶質よりも非晶質膜の方が、その保護作用
が優れていることが確認された。これは、非晶質膜の方
には結晶粒界や析出物などの欠陥が多結晶膜に比べては
るかに少ないため、酸素の拡散や水蒸気、硫化水素ある
いは亜硝酸の超伝導酸化物薄膜表面への浸入が少ないた
めである。
の場合も多結晶質よりも非晶質膜の方が、その保護作用
が優れていることが確認された。これは、非晶質膜の方
には結晶粒界や析出物などの欠陥が多結晶膜に比べては
るかに少ないため、酸素の拡散や水蒸気、硫化水素ある
いは亜硝酸の超伝導酸化物薄膜表面への浸入が少ないた
めである。
本実施例では、保護膜材料としてＺｒＯ２とＹ２Ｏ３の
場合について述べたが、非晶質の性質から考えてＢ ｅ
Ｏｇ Ｍ ｇ Ｏ，Ｓｃ２０３など他の酸化物でも同
様の効果が期待できる。また、超伝導酸化物薄膜として
も、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０やＥｒ−Ｂａ−Ｃｕ−０に限ら
れず。
場合について述べたが、非晶質の性質から考えてＢ ｅ
Ｏｇ Ｍ ｇ Ｏ，Ｓｃ２０３など他の酸化物でも同
様の効果が期待できる。また、超伝導酸化物薄膜として
も、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０やＥｒ−Ｂａ−Ｃｕ−０に限ら
れず。
Ｍｌ−ＭＩＩ−Ｃｕ−０系の酸化物薄膜（Ｍｘ：少なく
とも１種の希土類金属、ＭＨ：少なくとも１種のアルカ
リ土類金属）に広く適用できることは容易に類推できる
ところである。
とも１種の希土類金属、ＭＨ：少なくとも１種のアルカ
リ土類金属）に広く適用できることは容易に類推できる
ところである。
本発明によれば、優れた超伝導特性を示すＭｌ−Ｍｌ［
−Ｃｕ−０系の酸化物薄膜の酸素の離脱による特性劣化
を防ぐと同時に水蒸気や亜硝酸などとＭ ｘ −Ｍ ｘ
−Ｃｕ −０系の膜が反応して、変質、経時変化をす
る現象を防ぐことができる。
−Ｃｕ−０系の酸化物薄膜の酸素の離脱による特性劣化
を防ぐと同時に水蒸気や亜硝酸などとＭ ｘ −Ｍ ｘ
−Ｃｕ −０系の膜が反応して、変質、経時変化をす
る現象を防ぐことができる。
本発明で用いる保護膜は、超伝導酸化物薄膜と類似の酸
化物であり、両材料間の化学的な親和性が良く付着力を
高くできると同時に、超伝導酸化物薄膜から酸素を奪う
こともないので、保；ｉＵ！Ａとして優れたものである
。また、第２の保護膜としてこの酸化物保護膜の上に樹
脂などをコーティングし、保護効果を一層確実にするこ
とも可能であり、本発明は優れた超伝導特性を示す薄膜
をデバイス等に応用していくうえで、極めて有効なもの
である。
化物であり、両材料間の化学的な親和性が良く付着力を
高くできると同時に、超伝導酸化物薄膜から酸素を奪う
こともないので、保；ｉＵ！Ａとして優れたものである
。また、第２の保護膜としてこの酸化物保護膜の上に樹
脂などをコーティングし、保護効果を一層確実にするこ
とも可能であり、本発明は優れた超伝導特性を示す薄膜
をデバイス等に応用していくうえで、極めて有効なもの
である。
第１図は１本発明による超伝導酸化物薄膜用の保護膜の
形成状態を示す断面図である。 １・・・基板、２・・・超伝導酸化物薄膜、３・・・保
護膜。 第７図 ７＝１に一版 ２−一一ノ１どｌ嵯πΦ民ノーＳ腺 ３−梯謀職
形成状態を示す断面図である。 １・・・基板、２・・・超伝導酸化物薄膜、３・・・保
護膜。 第７図 ７＝１に一版 ２−一一ノ１どｌ嵯πΦ民ノーＳ腺 ３−梯謀職
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、超伝導特性を示すＭ＿ I −Ｍ＿II−Ｃｕ−Ｏ系の
酸化物薄膜（Ｍ＿ I ：少なくとも１種の希土類金属、
Ｍ＿II：少なくとも１種のアルカリ土類金属）と該酸化
物薄膜上に形成された保護膜を有し、かつ該保護膜はＢ
ｅＯ、ＭｇＯの群、ＴｉＯ＿２、ＺｒＯ＿２、ＨｆＯ＿
２の群、もしくはＳｃ＿２Ｏ＿３、Ｙ＿２Ｏ＿３、Ｒ＿
２Ｏ＿３（Ｒ：希土類金属）の群のいずれかの群から選
ばれた少なくとも１種の材料より成ることを特徴とする
超伝導酸化物薄膜。 ２、特許請求の範囲第１項記載の超伝導酸化物薄膜用に
おいて、上記保護膜の結晶構造は非晶質である超伝導酸
化物薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62257106A JPH01100812A (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 超伝導酸化物薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62257106A JPH01100812A (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 超伝導酸化物薄膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01100812A true JPH01100812A (ja) | 1989-04-19 |
Family
ID=17301814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62257106A Pending JPH01100812A (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 超伝導酸化物薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01100812A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5274249A (en) * | 1991-12-20 | 1993-12-28 | University Of Maryland | Superconducting field effect devices with thin channel layer |
| CN101782106A (zh) * | 2010-03-18 | 2010-07-21 | 苏州至顺表面科技有限公司 | 陶瓷涂层绝缘轴承及其制备方法 |
-
1987
- 1987-10-14 JP JP62257106A patent/JPH01100812A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5274249A (en) * | 1991-12-20 | 1993-12-28 | University Of Maryland | Superconducting field effect devices with thin channel layer |
| CN101782106A (zh) * | 2010-03-18 | 2010-07-21 | 苏州至顺表面科技有限公司 | 陶瓷涂层绝缘轴承及其制备方法 |
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