JPH02244777A - 超伝導膜基板 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、酸化物超伝導膜を形成した超伝導膜基板に
関する。

［従来の技術　］ 高い臨界温度（Ｔｅ）を有する酸化物超伝導体、例えば
Ａ　−Ｂ　−Ｃ，ｕ−０系（ｌコだし、ＡはＹ、Ｓｃ、
ｉ、ａ。

Ｙｂ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｄｙ等の周期律表ｍａ族元素
２つ１種以上を示し、Ｂｉ！Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、
Ｂａ等の周期律表ＩＩａ族元素の］種以上を示す。以下
、同様。）酸化物超伝導体が見いだされ、これら酸化物
超伝導体を基板上に成膜して超伝導膜基板を製造し、こ
れをジョセフソン素子、量子干渉素子などの超伝導素子
として利用することが提案されている。

従来、Ａ　〜Ｂ　−Ｃｕ−０系酸化物超伝導体を用いた
超伝導膜基板としては、Ａ　１１０３．　Ｚ　ｒｏ　ｔ
　Ｓ　ｒＴ　ｉ０３などからなる基板の表面に、スパッ
タ法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、融液浸漬法
（Ｄｉｐ法）などの方法により超伝導膜を形成し、これ
を酸素雰囲気中で約９００　℃ないし５５０℃で熱処理
してなるものが知られている。

「発ｑが解決しようとする課題Ｊ しかしながら、上述のよ、うに製造された超伝導膜基板
のＴｃは、一般にバルク試料に比べて低くなってしまう
問題があった。これはＡ１ｒＯ＊等の基板と酸化物超伝
導体との熱膨張係数の違いや基板と酸化物超伝導体との
反応などが原因と言われている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高Ｔｃの超
伝導膜基板の提供を目的としている。

「課題を解決するための手段」 この発明では、Ｆ３ａ２ＳｈＯａまたはＢ　ａＺ　ｒＯ
ｓ基板の表面に、Ａ　−Ｂ　−Ｃｕ−０系（ただし、Ａ
はＹ、Ｓｃ。

Ｌａ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｄｙ等の周期律表１Ｉ
Ｉａ族元素のｉｗ以上を示し、ＢはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、
Ｓ　ｒ、Ｂａ等のＲＩＡ律表ｎａ族元素の１ｍ以上を示
す。）酸化物超伝導膜を設けることを課題解決の手段と
した。

「作用　」 Ｂａ１ＳｒＯ４およびＢａ、ＺｒＯ，はＡ−Ｂ−Ｃｕ−
０系超伝導体七熱処珈温度においても反応しない。この
ため、超伝導相の発現か阻止されることがない。

「実施例」 第１図は、この発明の超伝導膜基板の一例を示すもので
、図中符号Ｉは基板である。この基板１は、Ｂａ、Ｓｉ
Ｏ＋またはＢ　ａＺ　ｒｏ　ｓを材料として作成された
ものである。なお、この基板ｌとしては、Ｂ　ａｔＳ　
１０４またはＢ　ａＺ　ｒｏ　ｓを材料とした単一材料
基板の他、Ｂａｔｓ　１０４またはＢ　ａＺ　ｒｏ　ｓ
以外のセラミックス材料や金属材料で作られた基板の表
面にＢａ１ＳｒＯ４またはＢ　ａＺ　ｒｏ　ｓからなる
層を積層してなる基板も用いることができる。

このＢａ２ＳｉＯｌまたはＢ　ａＺ　ｒｏ　、基板ｌ上
には、超伝導１１２が設けられている。この超伝導膜２
は、Ａ　−Ｂ　−Ｃｕ−〇系酸化物超伝導体からなるも
ので、スパッタ法、蒸着法、イオンブレーティング法、
分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、スクリーン印刷法
、プラズマ溶射法、スプレー法などの薄膜形成手段や融
液浸漬法（Ｄ　ｉｐ法）などの厚膜形成手段によって形
成された膜を８１）（１−ｇＨ℃の酸素雰囲気中で加熱
し、さらに５５０〜６０’Ｏ℃の酸素雰囲気中で加熱し
て超伝導相を発現させてなるものである。

８］０〜９Ｈ℃での１次加熱の加熱時間は４５〜６０分
程度が好ましく、５５０〜６００℃での２次加熱の加熱
時間は８０−１２０分程度が好ましい。この超伝導膜２
の厚さは特に限定されることはないが、通常２〜４Ｉ）
Ωμ勝程度とされる。

このような構造の超伝導膜基板にあっては、超伝導相の
発現に必要な加熱処理時において、膜２の超伝導体が基
板１のＢａ１ＳｒＯ，またはＢａＺ、ｒＯｓと反応する
ことがない。このため、Ｍ１２には十分な超伝導相が発
現し、膜２は超伝導性を有するようになる 「実験例」 まず、アルミナ基板を用いて従来の超伝導膜基板の製造
を要職した。

Ｂ　ａｔＹ　Ｃｕｓ　Ｏ？−δ組成の原料混合粉末を白
金坩堝イこん１れ、大気中１４００℃で溶融し、石英ガ
ラス捧で攪拌しさらに１０分加熱した。

また、予め１４００℃に加熱しであるアルミナ基板を炉
内で融液に約１秒浸し室内放冷した。この試料を大気中
９００℃で２４時間熱処理後炉内放冷した。

試料の断面を研磨してＳＥＭおよびＥＰＭＡによる分析
を行った。また膜部分を削り取り界面を露出させＸＪＩ
！回折により反応相の同定を行った。この結果、アルミ
ナ基板に融液をＤｉｐＬで作成した約２ＱＯｌ１ｍの厚
膜試料のＴｅは７１にであった。また界面をＥＰＭＡで
調べた結果反応相は約】０μｍ生成していることがわか
った。膜部分を削り取り、界面を露出させＸ線回折で調
べた結果、反応相はＢ　ａＡ　ｌｔｏ　４であることが
わかった。

次に、各種の基板材料を用い、基板と超伝導体との反応
性を調べγこ。

先の坩堝中の融液を鉄板上に流し出しプレスして急冷試
料を作成した。この試料を粉砕し、ＢａｔＹＣｕｓＯｔ
−δ：Ｍ＝１：１（ただし、ＭはＡ　１．　ｔ　Ｏｓ、
ＺｒＯ，、Ｍ　ｇＯ、Ｔ　ｉ　Ｏｔ、Ｓ　ｒＴ　ｉｏ　
３、石英、シリカガラス、Ｓｉ、　Ｇｅ、　Ｎｂ）にな
るよう各試料を調整後直径１５１１１！ｌ、厚さ約３ｍ
ｆｆ１のベレットを５００　Ｋｇ／ｃｍ’の圧力下で作
成し、大気中９００℃で４８時間熱処理後炉冷した。ま
たＭとして、Ｂ　ａＡ、　ＬＯ−１ＢａＺｒＯ０、Ｂ　
ａｔ　Ｓ　ＩＯ４を用い、Ｂ　ａ＊、Ｙ　Ｃｕ３０　？
−δ：Ｍ２：１になるように調整後、先の操作と同様に
ベレットにし、大気中９００℃、２４時間熱処理後炉冷
した。そして各試料について、粉末Ｘ線回折により試料
の反応相の同定、帯磁率の測定およびＴｃの測定を行っ
た。帯磁率の測定は、ハートホーン型回路を用いて相互
インダクタンスの変化の測定により行った。またＴｃの
測定は直流四端子法により行った。結果を表１に記す。

また第２図に、各試料の温室による帯磁率の変化を示す
。

帯磁率測定の結果、Ａ　ｌｚｏ　３．　Ｚ　ｒｏ　ｔ、
Ｍｇｏをそれぞれ混合した場合、試料には高温相と低温
相の２相が存在していることがわかる。高温相は、混入
した基板材料と反応固溶せずに残っ１こＢａ、ＹＣむ０
７δ相であり、低温相は各混入材料とＢａｔＹＣ：ｕ−
０，−δが一部置換固溶した相だと推察される。また５
ｒＴｉＯｓのオンセット温度か低いのはＳｒがＢａと置
換固溶し、（Ｂ　ａ、　Ｓ　ｒ）ｔ　Ｙ　ＣＩＪ３０　
？−δになるためと推察される。Ｇｅ、Ｎｂについては
帯磁率の変化は観測されなかった。表１に示されるよう
に、ＭｇＯとＳ　ｒＴ　ｉｏ　ｓ混入試料以外では、反
応相（Ｒｓａｃｔｉｏｎ　ｐｈａｓｅｓ）は全てＢａ系
の化合物であることがわかる。これらの結果は、通常用
いられている基板材料はＢａｔＹ　ＣＬＩＳＯ？−δ中
のＢａ元素と非常に強く反応して新しい化合物を生成し
、そのために膜の超伝導特性が悪くなるということを示
している。

一方、第３図は、Ｂ　ａＡ　ｌ＊ｏ　Ａ、Ｂ　ａｔｓ　
ｉｏ　４．Ｂ　ａＺ　ｒｏ　３１ｉ／Ｌ入試料のＸ線回
折図、第４図は同試料の帯磁率を調べＴコ結果である。

第２図から、これらの各試料とも新しい反応物はできで
いないことがわかった。しかし、ＢａＡ１．Ｏ，混入試
料では生成したＢ　ａｔ、Ｙ　Ｃｕ３０□、δは斜方晶
ではなく７４に以Ｆで非常に弱い帯磁率の変化が観測さ
れただけであった。Ｂａ、Ｚｒ０ａおよび１３ａ２Ｓ＋
０４混入試料では共に９０に付近で鋭い超伝導転位が観
測された。ＢａＺｒＯ３混入試料ではＴｃ（ｏｎ　５ｅ
ｔ）＝９２に、　Ｔｃ（ｏｆｆｓｅｔ）−８８に、、Ｂ
　ａｔｓ　ｉＯａ混入試料ではＴ　ｃ（ｏｎ　　５ｅｔ
）−９１，ＫＳＴ　ｃ（ｏｆｆ　５ｅｔ）＝　８５にで
あった。これらの結果よりＢ　ａＺ　ｒＯ、およびＢａ
ｔＳｉ０４はＢａ２ＹＣｕｔＯ□δとは非常に反応しに
くく、これらの材料を基にとして用いることにより、従
来の基板より良い超伝導特性のＹ系超伝導膜基板が得ら
れることが判明した。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明の超伝導膜基板は、Ｂａ
２ＳｉＯａまたはＢａＺｒ０ａ基板の表面に、Ａ、−Ｂ
−Ｃｕ−０系酸化物超伝導嘆を設けてなるものであるの
で、Ａ−Ｂ−Ｃｕ−〇系酸化物超伝導体と基板との反応
が起こらず、Ａ　−Ｂ　−Ｃｕ−０系酸化物超伝導膜に
超伝導相が確実に発現する。よって、この発明によれば
、超伝導膜基板の高Ｔｃ化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の超伝導膜基板の一例を示す概略断
面図、第２図は実験例の各試料の帯磁率の温度依存性を
示すグラフ、第３図は実験例の結果を表わすＸ線回折図
、第４図は実験例の各試料の帯磁率の温度依存性を示す
グラフである。 １・・・基板 ２・・・超伝導膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｂａ＿２ＳｉＯ＿４またはＢａＺｒＯ＿３基板の表面に
   、Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系（ただし、ＡはＹ、Ｓｃ、Ｌａ、
   Ｙｂ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｄｙ等の周期律表IIIａ族元
   素の１種以上を示し、ＢはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ
   ａ等の周期律表IIａ族元素の１種以上を示す。）酸化物
   超伝導膜を設けてなる超伝導膜基板。