JPH02275790A - Oxide superconductor - Google Patents

Oxide superconductor

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JPH02275790A
JPH02275790A JP1143558A JP14355889A JPH02275790A JP H02275790 A JPH02275790 A JP H02275790A JP 1143558 A JP1143558 A JP 1143558A JP 14355889 A JP14355889 A JP 14355889A JP H02275790 A JPH02275790 A JP H02275790A
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JP
Japan
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bismuth
oxide
superconductor
oxide superconductor
axis length
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JP1143558A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
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Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Abstract

PURPOSE:To prepare a bismuth oxide superconductor having a high critical temperature in good regenerativity by forming an oxide superconductor on a bismuth oxide crystal. CONSTITUTION:An oxide superconductor formed on bismuth laminar oxide polycrystals or single crystal. The bismuth laminar oxide polycrystals or single crystal giving a simple integer ratio between the C axis length of the bismuth laminar oxide polycrystals or single crystal and the C axis length of the oxide superconductor includes Bi3TiNbO9, Bi3TiTaO9, CaBi2Nb2O9, CaBi2Ta2O9, SrBi2 Nb2O9, Srbi2Ta2O9, BaBi2Nb2O9 (the C axis lengths of the above compounds are approximately 25Angstrom ), Sr2Bi4Ti5O18, Ba2Bi4Ti5O18 and Pb2Bi4Ti5O16 (the C axis lengths of the above compounds are approximately 49 to 50Angstrom ). The epitaxial growth using the material as the substrate permits to give an oxide superconductor comprising only approximately high Tc phase. The oxide superconductor can be applied to superconductor micro devices, superconductor magnets, superconductor power transmission and power storage, etc.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野] 本発明は酸化物超伝導体に関するものである。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to oxide superconductors.

[従来の技術] ビスマス、ストロンチウム、カルシウム、銅、酸素から
なる酸化物超伝導体(以下ビスマス系酸化物超伝導体と
よぶ)は、高温超伝導体として知られ、臨界温度(Tc
)〜80にの低Tc相(化学式はB i ZS r z
Ca Cuzoa+x−、C軸長約30オングストロー
ム)と、Tc−110にの高Tc相(B tzs rz
cazcuto+o−x、C軸長約36オングストロー
ム)があることがわかっている。
[Prior Art] Oxide superconductors consisting of bismuth, strontium, calcium, copper, and oxygen (hereinafter referred to as bismuth-based oxide superconductors) are known as high-temperature superconductors and have a critical temperature (Tc
) ~ 80 low Tc phase (chemical formula is B i ZS r z
Ca Cuzoa+x-, C axis length approximately 30 angstroms) and high Tc phase (B tzs rz
cazcuto+ox, C-axis length of about 36 angstroms).

さらに超伝導体ではないが、C軸長が約24オングスト
ローム(化学式ではBi25rzCuOa□)の半導体
相があることがわかっている。現在、この高Tc用のみ
を単独でとりだす研究がなされている。一方、高Tc用
は単位格子に3層のCuO面を持つものであるが、最近
の研究によればこの高Tc用にさらにCuO面一(Sr
、Ca)0面が1〜3枚付は加わり、より、C軸の長い
構造(C軸長が42オングストローム、48オングスト
ロームとなるような構造)が高分解能電子顕微鏡によっ
て明らかとなった。ビスマス系酸化物超伝導体の抵抗率
が、150に以上で減少しはじめるのは、この構造のた
めであると考えられている。
Furthermore, although it is not a superconductor, it is known that there is a semiconductor phase with a C-axis length of approximately 24 angstroms (chemical formula: Bi25rzCuOa□). Currently, research is being conducted to extract only this high Tc product. On the other hand, the one for high Tc has three layers of CuO plane in the unit cell, but according to recent research, for this high Tc, one layer of CuO (Sr
, Ca) 0 plane was added, and a structure with a longer C axis (structure with a C axis length of 42 angstroms and 48 angstroms) was revealed by high-resolution electron microscopy. It is believed that this structure is the reason why the resistivity of the bismuth-based oxide superconductor starts to decrease above 150.

したがって、この構造を再現性よ(作ることができれば
、Tcは150に以上となりうるちのである。
Therefore, if this structure can be made reproducibly, Tc can reach 150 or more.

〔従来の問題点〕[Conventional problems]

しかしながら、通常の焼結法では、高Tc用は低Tc相
のせいぜい50パーセントしか得られず、しかも、その
反応は3〜7日間もかかり、反応温度も非常に微妙で再
現性が悪(、実用的でなかった。
However, with normal sintering methods, only 50% of the low Tc phase can be obtained at most for high Tc, and the reaction takes 3 to 7 days, the reaction temperature is very sensitive, and reproducibility is poor (, It wasn't practical.

また数々の実験から、高Tc用は液相から成長しやすい
ことが示唆されているが、単に融液を徐冷するだけでは
、低Tc相も同時に析出してしまう。
Numerous experiments have also suggested that the high Tc phase tends to grow from the liquid phase, but if the melt is simply slowly cooled, the low Tc phase will also precipitate at the same time.

さらに通常の焼結法では、そのような長周期構造は結晶
内部に偶然に生じるもので(intergrouth)
、その体積も小さく、再現性も悪く、実用的でなかった
Furthermore, in normal sintering methods, such long-period structures are created by chance inside the crystal.
However, its volume was small and its reproducibility was poor, making it impractical.

本発明は上記のような点に鑑み、高Tc用のビスマス系
酸化物超伝導体を再現性良く得ることを目的としたもの
である。
In view of the above points, the present invention aims to obtain a bismuth-based oxide superconductor for high Tc with good reproducibility.

〔問題を解決しようとする為の手段] 本発明人は上記の目的を達成するために種々実験を行っ
た結果以下のことを知見するに至った。
[Means for Solving the Problem] The inventors of the present invention conducted various experiments in order to achieve the above object, and as a result, they came to the following findings.

本発明人は、C軸長が高Tc用のものに近い結晶の存在
下では、高Tc用のみがエピタキシャル成長によって選
択的に得られるだろうと考えた。
The inventor thought that in the presence of a crystal with a C-axis length close to that for high Tc, only the high Tc crystal would be selectively obtained by epitaxial growth.

(Bi20□)  (A、−IB−Ch、5−1)であ
られされるいわゆるビスマス層状酸化物はビスマス系酸
化物超伝導体とよくにた構造をとるため、ビスマス系酸
化物超伝導体のエピタキシャル成長の母結晶となりうる
。本発明人は、これらのビスマス層状酸化物のうち、上
記のC軸長の条件を満足するものを基板材料として、そ
の上にビスマス系酸化物超伝導体を液相から膜状に形成
することによってビスマス系酸化物超伝導体のうち高T
c用のみを選択的に成長させることが可能であることを
知見した。
(Bi20□) (A, -IB-Ch, 5-1) The so-called bismuth layered oxide has a structure similar to that of bismuth-based oxide superconductors. It can serve as a mother crystal for epitaxial growth. The present inventors have proposed that among these bismuth layered oxides, one satisfying the above C-axis length condition is used as a substrate material, and a bismuth-based oxide superconductor is formed in a film form from a liquid phase thereon. Among bismuth-based oxide superconductors, high T
We found that it is possible to selectively grow only C.

C軸長が高Tc用のそれに近いものとしては、Bi、T
i、Q。(C軸長32.8オンゲストロム)、CaB 
fsTi40+s、S r B I aT ] 40 
+s、B a B j4T i 4015、P b B
 i aT i ao+s、(以上C軸長約41〜42
オングストローム)、Biz (S r+−xLax)
ncu30.(x=0.05〜0゜4、y−s〜12、
C軸長約36オングストローム)等があげられる。
C-axis lengths close to those for high Tc include Bi, T
i, Q. (C-axis length 32.8 Angstrom), CaB
fsTi40+s, S r B I aT ] 40
+s, B a B j4T i 4015, P b B
i aT i ao+s, (C-axis length approximately 41 to 42
Angstrom), Biz (S r+-xLax)
ncu30. (x=0.05~0°4, y-s~12,
C-axis length of approximately 36 angstroms).

また誘電体として開発されたいわゆる一連のビスマス層
状酸化物(BizO□)(A−+B−03−1゜)はa
軸およびb軸の長さがビスマス系酸化物超伝導体のそれ
に近く、C軸長が長いものが数多(ある。例えば5rz
B !aT 1sO1s (C軸長48゜8オングスト
ローム)、BazBi4TisO+a(C軸長50.3
オングストローム) 、PbzB 14Ti50+a(
C軸長49.7オングストローム)等である。
In addition, a series of so-called bismuth layered oxides (BizO□) (A-+B-03-1°) developed as dielectrics are a
There are many materials whose axis and b-axis lengths are close to those of bismuth-based oxide superconductors and whose C-axis length is long (for example, 5rz
B! aT 1sO1s (C-axis length 48°8 angstroms), BazBi4TisO+a (C-axis length 50.3
angstrom), PbzB 14Ti50+a(
C-axis length: 49.7 angstroms).

一方、ビスマス系酸化物超伝導体のうち、B12(Sr
、Ca)i、cusoz、xはC軸長が約48オングス
トロームである。本発明人はこれらの前記のC軸長の条
件を満足するもの、つまりC軸長が高いTc相のものに
近い値を持つビスマス層状酸化物の多結晶体や単結晶体
を基板材料として、その上にビスマス系酸化物超伝導体
膜を液相より膜状に形成すれば、これらの基板がエピタ
キシャル成長の母結晶となることによって、ビスマス系
酸化物超伝導体のうち高Tc用の長周期構造をもつビス
マス系酸化物超伝導体を選択的に成長させることが可能
であることを見出した。この方法によって、体積にして
数パーセントの150に級のビスマス系酸化物超伝導体
を得ることができた。
On the other hand, among bismuth-based oxide superconductors, B12 (Sr
, Ca)i,cusoz,x has a C-axis length of approximately 48 angstroms. The present inventor uses a polycrystalline or single crystalline bismuth layered oxide that satisfies the above-mentioned C-axis length conditions, that is, has a high C-axis length close to that of the Tc phase, as a substrate material. If a bismuth-based oxide superconductor film is formed in a film form rather than a liquid phase on top of the substrate, these substrates will serve as host crystals for epitaxial growth. We have found that it is possible to selectively grow bismuth-based oxide superconductors with a structure. By this method, it was possible to obtain a 150-grade bismuth-based oxide superconductor of several percent by volume.

さらに数々の実験から、高Tc用は液相から成長しやす
いことが示唆されている。しかも、高TC相は、C軸長
24オングストロームの半導体相とともに得られるとい
う事実から本発明人は、C軸長24オングストロームの
結晶の存在下では、C軸長36オングストロームの高T
c用が成長しやすいことを見つけた。その理由としては
C軸長の比が簡単な整数比(この場合は24:36=2
:3)となるためであると推定した。
Furthermore, numerous experiments have suggested that high Tc materials tend to grow from the liquid phase. Moreover, based on the fact that a high TC phase can be obtained together with a semiconductor phase with a C-axis length of 24 angstroms, the inventors have concluded that in the presence of a crystal with a C-axis length of 24 angstroms, a high T phase with a C-axis length of 36 angstroms is obtained.
I found that the c type is easy to grow. The reason for this is that the ratio of the C-axis length is a simple integer ratio (in this case, 24:36=2
:3).

ところで、(BizO□)(AI、1−IBI、lO3
□、)であられされるいわゆるビスマス層状酸化物は、
ビスマス系酸化物超伝導体とよく似た構造をとるため、
ビスマス系酸化物超伝導体のエピタキシャル成長の母結
晶となりうる。
By the way, (BizO□)(AI, 1-IBI, lO3
The so-called bismuth layered oxide formed by □, ) is
Because it has a structure very similar to bismuth-based oxide superconductors,
It can serve as a host crystal for epitaxial growth of bismuth-based oxide superconductors.

本発明人は、これらのビスマス層状酸化物のうち、上記
のC軸長の条件を満足するものを基板材料として、その
上にビスマス系酸化物超伝導体を液相から膜状に形成す
ることによってビスマス系酸化物超伝導体のうち高Tc
用のみを選択的に成長させることが可能であることを見
出した。
The present inventors have proposed that among these bismuth layered oxides, one satisfying the above C-axis length condition is used as a substrate material, and a bismuth-based oxide superconductor is formed in a film form from a liquid phase thereon. Among bismuth-based oxide superconductors, high Tc
We have found that it is possible to selectively grow only the plants.

C軸長が高Tc用のそれと簡単な整数比となるものとし
ては、BizTiNbC19、BizTiTa07、C
a B  i2N bzOq、Ca B  i 2T 
a zOq、S r B  ! zN b zOq、S
 rB!zTazoq、 BaBi2Nb、09、(以
上C軸長約25オングストローム)SrzBiaTi、
O+a、Ba2Bi4T!5Ova、PbzB 14T
isO+a、  (以上C軸長約49〜50オングスト
ローム)、B12(Sr、−XL  aX)4Cu30
yCX=0.05〜0.4、y−8〜12、C軸長−3
6オングストローム〕等があげられる。このような材料
を基板として用いてエピタキシャル成長を試みた結果、
はぼ高Tc用のみからなる酸化物超伝導体を得ることが
できた。
BizTiNbC19, BizTiTa07, C
a B i2N bzOq, Ca B i 2T
a zOq, S r B! zN b zOq,S
rB! zTazoq, BaBi2Nb, 09, (more than C axis length about 25 angstroms) SrzBiaTi,
O+a, Ba2Bi4T! 5Ova, PbzB 14T
isO+a, (C-axis length approximately 49-50 angstroms), B12(Sr, -XL aX)4Cu30
yCX=0.05~0.4, y-8~12, C-axis length -3
6 angstrom], etc. As a result of attempting epitaxial growth using such materials as a substrate,
It was possible to obtain an oxide superconductor consisting only of extremely high Tc.

以下、実施例によってより詳細に本発明を説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

「実施例IJ 本実施例はB 14Ti:+o+z (C軸長32.8
オングストローム)を基板材料として、ビスマス系酸化
物超伝導体をスクリーン印刷法によって成膜した場合を
示す。
“Example IJ This example is B 14Ti: +o+z (C axis length 32.8
This figure shows a case in which a film of bismuth-based oxide superconductor is formed using a screen printing method using a bismuth-based oxide superconductor (Angstrom) as a substrate material.

B14Tiz01□基板は二酸化ビスマス(Bi20、
)、二酸化チタン(T i O,)粉末(純度はいずれ
も99.9パーセント)を化学量論的組成比で混合した
ものを空気中で800°C112時間仮焼成後、直径2
0ミリ、厚さ1ミリの円板状に成形し、再び空気中、1
000°Cで12時間焼成して得た。得られたBi<T
izO+z基板はX線回折法より、はぼ単相の3i4T
isO+zであることが確認された。このB i aT
 i 30 I□のC軸長は32゜8オングストローム
である。
B14Tiz01□Substrate is bismuth dioxide (Bi20,
), titanium dioxide (T i O,) powder (all purity 99.9%) was mixed in a stoichiometric composition ratio and calcined in air at 800°C for 112 hours to form a powder with a diameter of 2.
Formed into a disk shape of 0 mm and 1 mm thick, and placed in air again for 1
It was obtained by firing at 000°C for 12 hours. Obtained Bi<T
The izO+z substrate is a single-phase 3i4T by X-ray diffraction method.
It was confirmed that isO+z. This B i aT
The C-axis length of i 30 I□ is 32°8 angstroms.

スクリーン印刷に用いられたビスマス系酸化物超伝導体
粉末は、三酸化ビスマス(BizOs)、炭酸ストロン
チウム(SrC03)、炭酸カルシウム(CaCO,)
、酸化銅(CuO)粉末(いずれも純度99.9パーセ
ント)を用いて作成された。すなわち、これらの原料粉
末を、Bi:Sr:Ca :Cu=2 :2 :2 :
3 (モル比)で混合し、空気中、800°Cで12時
間焼成した後、粉砕して得た。得られた粉末の粒径は1
〜5ミクロンであった。粉末は、適量のエタノール中で
混合され、B i aT i 3012ベレツト上に塗
布された。
Bismuth-based oxide superconductor powders used for screen printing include bismuth trioxide (BizOs), strontium carbonate (SrC03), and calcium carbonate (CaCO).
, copper oxide (CuO) powder (both 99.9% pure). That is, these raw material powders were prepared in the following manner: Bi:Sr:Ca:Cu=2:2:2:
3 (molar ratio), calcined in air at 800°C for 12 hours, and then pulverized. The particle size of the obtained powder is 1
~5 microns. The powder was mixed in the appropriate amount of ethanol and spread onto a B i aT i 3012 beret.

このようにして形成されたビスマス系酸化物超伝導体の
スクリーン印刷膜は、乾燥後、空気中900°Cで30
分加熱された後、1時間に60°Cの冷却速度で室温ま
で冷却された。その結果得られたBizSrzCazC
u:+0+o+x膜の厚さは約30ミクロンであり、X
線回折法から膜は主として高Tc用から成っていること
が認められた。そしてC軸長が32.8オングストロー
ムを持つ基板上に形成させた超伝導体膜はC軸長として
36オングスl〜ロームの値を持つものであった。また
図1に示されるようにこの膜はll0Kでゼロ抵抗を示
し、液体窒素温度での臨界電流密度は、約5万A/cm
2であった。この値は厚膜としては十分大きな値である
After drying, the screen-printed film of the bismuth-based oxide superconductor thus formed was heated at 900°C in air for 30 minutes.
After being heated for 1 hour, it was cooled to room temperature at a cooling rate of 60°C per hour. The resulting BizSrzCazC
u:+0+o+x The thickness of the film is approximately 30 microns, and
Linear diffraction revealed that the film was composed primarily of high Tc material. The superconductor film formed on the substrate having a C-axis length of 32.8 angstroms had a C-axis length of 36 angstroms. Furthermore, as shown in Figure 1, this film exhibits zero resistance at 10K, and the critical current density at liquid nitrogen temperature is approximately 50,000 A/cm.
It was 2. This value is sufficiently large for a thick film.

本発明において酸化物超伝導体はスパッタリング法によ
り形成したが、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性
蒸着法、化学的気相成長法(CVD法)、スクリーン印
刷法、スプレィパイロリシス法等、通常、酸化物超伝導
体の成膜に用いられる方法によって形成させても良い。
In the present invention, the oxide superconductor was formed by a sputtering method, but a vacuum evaporation method, an electron beam evaporation method, a reactive evaporation method, a chemical vapor deposition method (CVD method), a screen printing method, a spray pyrolysis method, etc. , it may be formed by a method normally used for forming an oxide superconductor film.

?実施例2j 本実施例はS r zB I 4T i so +e 
(C軸長が49〜50オングストローム)を基板材料と
して、ビスマス系酸化物超伝導体の(BjzOz) (
Sr3Ca:+Cu5O+ e−x) (C軸長40オ
ングストローム)をスクリーン印刷法によって成膜した
場合を示す。
? Example 2j This example is S r zB I 4T i so +e
(C-axis length is 49 to 50 angstroms) as a substrate material, bismuth-based oxide superconductor (BjzOz) (
A case is shown in which a film of Sr3Ca:+Cu5O+ e-x (C-axis length 40 angstroms) is formed by a screen printing method.

s rzB i4T iso+8基板は三酸化ビスマス
(Bi、03)、二酸化チタン(TiO2)、炭酸スト
ロンチウム(SrCO:+)粉末(純度はいずれも99
.9パーセント)を化学量論的組成比で混合したものを
空気中で800°C112時間仮焼成後、直径20ミリ
、厚さ1ミリの円板状に成形した後、再び空気中、10
00°Cで12時間焼成して得た。得られたS r 2
B i 4T i 5oda基板はX線回折法より、S
 rzB i4T iso+aに少量のSr B l 
aT 14015が含まれていることが確認された。
s rzB i4T iso+8 substrate is bismuth trioxide (Bi, 03), titanium dioxide (TiO2), strontium carbonate (SrCO:+) powder (all purity is 99
.. 9%) in a stoichiometric composition ratio was calcined in air at 800°C for 112 hours, formed into a disk shape with a diameter of 20mm and a thickness of 1mm, and then heated again in air for 10
It was obtained by firing at 00°C for 12 hours. Obtained S r 2
From the X-ray diffraction method, the B i 4T i 5oda substrate was
rzB i4T iso+a with a small amount of Sr B l
It was confirmed that aT 14015 was included.

スクリーン印刷に用いられたビスマス系酸化物超伝導体
粉末は、三酸化ビスマス(B tzo:+)、炭酸スト
ロンチウム(S r C03) 、炭酸カルシウム(C
aCCL+)、酸化銅(Cub)粉末(いずれも純度9
9.9パーセント)を用いて作成された。すなわち、こ
れらの原料粉末を、Bi :Sr:Ca:Cu=2:3
:3:5 (モル比)で混合し、空気中、800°Cで
12時間焼成した後、粉砕して得られた。得られた粉末
の粒径は1〜5ミクロンであった。粉末は、適量のエタ
ノール中で混合され、S r 2B i 4T 1so
daペレツト上に塗布された。このようにして形成され
たビスマス系酸化物超伝導体のスクリーン印刷膜は、乾
燥後、空気中900°Cで30分加熱された後、1時間
に60″Cの冷却速度で室温まで冷却された。その結果
得られた(BizOz) (sr2calcusol 
11−の膜の厚さは約30ミクロンであり、C軸長は4
0オングストローム以上のものであり、X線回折法から
膜は多くの高Tc相を含んでいることが認められた。
The bismuth-based oxide superconductor powder used for screen printing includes bismuth trioxide (B tzo:+), strontium carbonate (S r C03), and calcium carbonate (C
aCCL+), copper oxide (Cub) powder (both purity 9)
9.9%). That is, these raw material powders were mixed with Bi:Sr:Ca:Cu=2:3.
:3:5 (molar ratio), calcined in air at 800°C for 12 hours, and then ground. The particle size of the powder obtained was 1-5 microns. The powder is mixed in an appropriate amount of ethanol to give S r 2B i 4T 1so
da pellets. After drying, the screen-printed bismuth-based oxide superconductor film thus formed was heated in air at 900°C for 30 minutes, and then cooled to room temperature at a cooling rate of 60″C per hour. The result was (BizOz) (sr2calcusol
The thickness of the film 11- is about 30 microns, and the C-axis length is 4
0 angstrom or more, and it was confirmed by X-ray diffraction that the film contained many high Tc phases.

5rzBi、Tis○II+多結晶基板上に形成したビ
スマス系酸化物超伝導体膜の抵抗〜温度曲線を示した第
2図に示されるようにこの膜は150にで抵抗が象、激
に減少し、また、5QtJIDによる磁化率の測定の結
果を示す第3図からも150に付近から磁化率が負にな
りマイスナー効果が確認された。磁化率から見積もられ
たTc−15QKの相の体積分率は3〜8パーセントで
あった。
As shown in Figure 2, which shows the resistance-temperature curve of a bismuth-based oxide superconductor film formed on a 5rzBi, Tis○II+ polycrystalline substrate, the resistance of this film decreased sharply at 150°C. Further, from FIG. 3 showing the results of magnetic susceptibility measurement by 5QtJID, the magnetic susceptibility becomes negative from around 150, confirming the Meissner effect. The volume fraction of the Tc-15QK phase estimated from the magnetic susceptibility was 3 to 8 percent.

本発明において酸化物超伝導体はスパッタリング法によ
り形成したが、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性
蒸着法、化学的気相成長法(CVD法)、スクリーン印
刷法、スプレィパイロリシス法等、通常、酸化物超伝導
体の成膜に用いられる方法によって形成させても良いこ
とは実施例1と同様である。
In the present invention, the oxide superconductor was formed by a sputtering method, but a vacuum evaporation method, an electron beam evaporation method, a reactive evaporation method, a chemical vapor deposition method (CVD method), a screen printing method, a spray pyrolysis method, etc. As in Example 1, the film may be formed by a method normally used for forming an oxide superconductor film.

r実施例3J 本実施例はB13TiNb○9(C軸長25.1オング
ストローム)を基板材料として、ビスマス系酸化物超伝
導体であるB+zSr2CazCu30+o+x  (
C軸長約36オングストローム)をスクリーン印刷法に
よって成膜した場合を示す。
r Example 3J This example uses B13TiNb○9 (C-axis length 25.1 angstroms) as the substrate material, and B+zSr2CazCu30+o+x (
The case where a film with a C-axis length of approximately 36 angstroms was formed by screen printing is shown.

B13TiNbOq基板は、二酸化ビスマス(B!zc
h)、二酸化チタン(TiOz)、五酸化ニオブ(Nb
zOs)粉末(純度はいずれも99.9パーセント)を
化学量論的組成比で混合したものを空気中で800 ’
C112時間仮焼成後、直径2Oミリ、厚さ1ミリの円
板状に成形し、再び空気中、1000 ’Cで12時間
焼成して得た。得られたBi:+T1Nb0q基板はX
線回折法より、はぼ単相のB13TiNb○、が得られ
たことが確認された。
The B13TiNbOq substrate is made of bismuth dioxide (B!zc
h), titanium dioxide (TiOz), niobium pentoxide (Nb
zOs) powder (all purity 99.9%) was mixed in a stoichiometric ratio and heated in air for 800'
After pre-firing for 112 hours, it was formed into a disk shape with a diameter of 20 mm and a thickness of 1 mm, and was baked again in air at 1000'C for 12 hours. The obtained Bi:+T1Nb0q substrate is
It was confirmed by the line diffraction method that a single-phase B13TiNb○ was obtained.

スクリーン印刷に用いられたビスマス系酸化物超伝導体
粉末は、三酸化ビスマス(BizCh)、炭酸ストロン
チウム(SrCO3)、炭酸カルシウム(CaCO3)
、酸化銅(Cub)粉末(いずれも純度99.9パーセ
ント)を用いて作成された。すなわち、これらの原料粉
末を、Bi :Sr :Ca :Cu=2 :2 :2
 :3 (モル比)で混合し、空気中、800°Cで1
2時間焼成した後、粉砕して得られた。得られた粉末の
粒径は1〜5ミクロンであった。粉末は、適量のエタノ
ール中で混合され、B 13TiNbOqベレント上に
塗布された。このようにして形成されたビスマス系酸化
物超伝導体のスクリーン印刷膜は、乾燥後、空気中90
0°Cで30分加熱された後、1時間に60°Cの冷却
速度で室温まで冷却された。その結果得られたBizS
rzCazCu30+o+x膜の厚さは約30ミクロン
であり、X線回折法から膜は主として高Tc相から成っ
ていることが認められた。その結果基板材料のC軸長と
得られた酸化物超伝導体のC軸との比が簡単な整数比の
2:3となった。
The bismuth-based oxide superconductor powders used for screen printing include bismuth trioxide (BizCh), strontium carbonate (SrCO3), and calcium carbonate (CaCO3).
, copper oxide (Cub) powder (both 99.9% pure). That is, these raw material powders were prepared in the following manner: Bi:Sr:Ca:Cu=2:2:2
: 3 (molar ratio) and 1 in air at 800°C.
After baking for 2 hours, the product was crushed. The particle size of the powder obtained was 1-5 microns. The powder was mixed in an appropriate amount of ethanol and spread onto a B13TiNbOq berent. After drying, the screen-printed film of the bismuth-based oxide superconductor thus formed was exposed to air for 90°C.
After heating at 0°C for 30 minutes, it was cooled to room temperature at a cooling rate of 60°C per hour. The resulting BizS
The thickness of the rzCazCu30+o+x film was approximately 30 microns, and X-ray diffraction showed that the film was composed primarily of a high Tc phase. As a result, the ratio of the C-axis length of the substrate material to the C-axis of the obtained oxide superconductor was a simple integer ratio of 2:3.

またスクリーン印刷法によって、B13TiNb09多
結晶基板上に形成したビスマス系酸化物超伝導体膜の抵
抗−温度曲線を示した第4図に示されるようにこの膜は
110にでゼロ抵抗を示し、液体窒素温度での臨界電流
密度は、約5万A/cm2であった。この値は厚膜とし
ては十分大きな値である。
Furthermore, as shown in Figure 4, which shows the resistance-temperature curve of a bismuth-based oxide superconductor film formed on a B13TiNb09 polycrystalline substrate by the screen printing method, this film showed zero resistance at 110°C, and the liquid The critical current density at nitrogen temperature was about 50,000 A/cm2. This value is sufficiently large for a thick film.

本発明において酸化物超伝導体はスパッタリング法によ
り形成したが、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性
蒸着法、化学的気相成長法(CVD法)、スクリーン印
刷法、スプレィバイコリシス法等、通常、酸化物超伝導
体の成膜に用いられる方法によって形成させても良いこ
とは実施例1と同様である。
In the present invention, the oxide superconductor was formed by sputtering method, but vacuum evaporation method, electron beam evaporation method, reactive evaporation method, chemical vapor deposition method (CVD method), screen printing method, spray bicolysis method As in Example 1, the film may be formed by a method normally used for forming a film of an oxide superconductor.

?実施例4J 化学式B + 2 (S r +−xL ax) 4C
u30y(x −〇、05〜0.4、y=s〜12)で
表される酸化物は、構造がビスマス系超伝導体の高Tc
相と同じであるが、キャリアー濃度が小さいため、超伝
導性を示さない。このB l z (S r 1−XL
 ax) 4Cu、oyを基板材料にし、その上にビス
マス系超伝導体の高Tc相を成長させた。B i、 (
S rl−xLaX)4Cu30.基板は多結晶体で、
通常のセラミックスの固相反応焼結法で作製された。原
料としてはBi2O3,5rCOz、Lazy、、、C
u0(純度はすべて99.9%)の粉末を用い、Bi:
Sr:La:Cu=2:3.5:0.5:3(モル比)
で混合し、加圧成形した後、空気中850″Cで24時
間焼成して得られた。ビスマス系超伝導体膜は、レーザ
ースパッタ法によって得られた。この装置の概略図を第
5図に示す。レーザースパッタ法は、エキシマレーザ−
等の高出力レーザー光をターゲットにあて、ターゲット
から飛び出した原子状或いはクラスター状の粒子を、タ
ーゲットに対向して置かれた基板上に堆積させるという
成膜方法で、特に酸化物超伝導体の成膜方法として、最
近注目されている。レーザースパッタはアルゴン−酸素
の混合雰囲気(Ar:O□) =4 : 1、全圧Q、
1torr)で行われた。
? Example 4J Chemical formula B + 2 (S r + - xL ax) 4C
The oxide represented by u30y (x −〇, 05~0.4, y=s~12) has a structure that is a high Tc bismuth-based superconductor.
Although it is the same as the phase, it does not exhibit superconductivity because the carrier concentration is small. This B l z (S r 1-XL
ax) 4Cu, oy was used as the substrate material, and a high Tc phase of bismuth-based superconductor was grown on it. B i, (
S rl-xLaX)4Cu30. The substrate is polycrystalline,
It was manufactured using the usual ceramic solid phase reaction sintering method. Raw materials include Bi2O3,5rCOz, Lazy,...C
Using powder of u0 (all purity 99.9%), Bi:
Sr:La:Cu=2:3.5:0.5:3 (molar ratio)
The bismuth-based superconductor film was obtained by laser sputtering. A schematic diagram of this apparatus is shown in Figure 5. The laser sputtering method uses excimer laser
A film formation method in which high-power laser beams such as Recently, it has been attracting attention as a film forming method. Laser sputtering is performed in an argon-oxygen mixed atmosphere (Ar:O□) = 4: 1, total pressure Q,
1 torr).

ターゲットはみかけの組成がB 1zsrzcazcu
30yの酸化物を用いた。基板温度は650°C1膜の
堆積速度は約10nm/minであった。得られた膜の
厚さは約500 nmで、抵抗率測定からゼロ抵抗温度
として106Kが得られた。このことから、膜は高Tc
相でできていることがわかった。
The apparent composition of the target is B1zsrzcazcu.
30y oxide was used. The substrate temperature was 650° C., and the deposition rate of the 1 film was about 10 nm/min. The thickness of the obtained film was approximately 500 nm, and a zero resistance temperature of 106 K was obtained from resistivity measurements. From this, the film has a high Tc
It turns out that it is made of phase.

「実施例5」 本実施例においてはBi25r4Fe+ O,を基板材
料として用いた場合を示す。
"Example 5" This example shows a case where Bi25r4Fe+O is used as the substrate material.

B lz S r4F e3 o、はBi系銅酸化物高
温超伝導体B iz S ra F e3 o、と極め
て似た構造を持っている。すなわち、Bi系銅酸化物高
温超伝導体Bi2Sr、Fe、O,の銅のサイトおよび
カルシウムのサイトがそれぞれ鉄およびストロンチウム
で置き換えられた構造をしている。この物質を基板材料
として、酸化物超伝導体BizS r2 Ca2Cu:
+ o、薄膜をその上にエピタキシャル成長させた例を
以下に示す。BizSraFe=O,は緩衝膜(バッフ
ァー層)としてもちい、その作成方法としては液相エピ
タキシー法を用いた。また、超伝導体Bi25rz C
az Cu、0yrItXはレーザースパッター法を用
いて作成した。その詳細については前述のr実施例2.
llに述べられている方法に従い形成した。液相エピタ
キシー法によるB iz Sra Fez O,膜の作
成方法は以下のようにアルミナ坩堝に、Bi2O,、S
r CO3,F ez O3+ (純度は全て3N)の
粉末を、Bi:Sr:Fe=2:4:3の比率になるよ
う量りとり坩堝に入れ、1300°Cで溶解させた。次
に、酸化マグネジ、ラム単結晶基板を坩堝の中に入れ、
前述のB15rFe溶液に浸し、取り出した。この状態
では、酸化マグネシウム単結晶基板に付着したBjSr
Fe膜は非晶質状態室であった。次に、この膜を空気中
900°Cで3時間アニールした。この熱処理によって
基板にたいしてC軸が垂直に配向したBi25r4Fe
、O,結晶が成長したことがX線回折法によって確認さ
れた。走査型電子顕微鏡による観察では、膜は粒径50
〜100ミクロンの粒からなる多結晶膜で、膜厚は約1
0ミクロンであることがわかった。このようにして作成
したBiz Sra Fe30y膜上に、「実施例4J
と同じ条件で、BizSrzCaz Cu3o、 薄膜
を成長させた。このバッファ層であるB iz Srs
 Fe5o、はBizSrz Caz Cu30yの高
Tcを示す層と類似の層構造を有し、この上に成長され
たBizSrzCaz Cu、、oyは、はぼ全体にわ
たって高Tcを示する層構造を持っており、抵抗率測定
の結果、ゼロ抵抗温度として、106Kが得られた。
B iz S r4F e3 o has a structure extremely similar to the Bi-based copper oxide high temperature superconductor B iz S ra F e3 o. That is, it has a structure in which the copper sites and calcium sites of Bi-based copper oxide high temperature superconductors Bi2Sr, Fe, and O are replaced with iron and strontium, respectively. Using this substance as a substrate material, oxide superconductor BizS r2 Ca2Cu:
+o, An example of epitaxially growing a thin film thereon is shown below. BizSraFe=O, was used as a buffer film (buffer layer), and the liquid phase epitaxy method was used as the method for producing it. In addition, superconductor Bi25rz C
az Cu and OyrItX were created using a laser sputtering method. For details, see the above-mentioned Example 2.
It was formed according to the method described in Ill. The method for creating the Biz Sra Fez O film by liquid phase epitaxy is as follows: Biz Sra Fez O, S
Powders of r CO3, F ez O3+ (purity of all 3N) were weighed out to a ratio of Bi:Sr:Fe=2:4:3, put into a crucible, and melted at 1300°C. Next, put the oxide mag screw and RAM single crystal substrate into the crucible,
It was immersed in the B15rFe solution described above and taken out. In this state, BjSr attached to the magnesium oxide single crystal substrate
The Fe film was an amorphous state chamber. This film was then annealed in air at 900°C for 3 hours. Through this heat treatment, Bi25r4Fe whose C-axis is oriented perpendicular to the substrate
, O, crystal growth was confirmed by X-ray diffraction. When observed using a scanning electron microscope, the film had a grain size of 50
Polycrystalline film consisting of ~100 micron grains, film thickness approximately 1
It turned out to be 0 micron. On the Biz Sra Fe30y film created in this way, “Example 4J
A thin film of BizSrzCazCu3o was grown under the same conditions. This buffer layer B iz Srs
Fe5o has a layer structure similar to the layer showing high Tc of BizSrz Caz Cu30y, and BizSrzCaz Cu, oy grown on this has a layer structure showing high Tc over the entire surface, As a result of resistivity measurement, a zero resistance temperature of 106K was obtained.

「効果」 本発明はビスマス層状酸化物多結晶若しくは単結晶のC
軸長を、形成しようとする酸化物超伝導体のC軸長に等
しいか若しくは近いもの、あるいはビスマス層状酸化物
多結晶若しくは単結晶のC軸長と形成しようとする酸化
物超伝導体のC軸長との比が簡単な整数比となるように
ビスマス層状酸化物多結晶若しくは単結晶を選択するこ
とにより、ビスマス層状酸化物多結晶もしくは単結晶上
に高Tc層を有する酸化物超伝導体を再現性良く得るこ
とができるものである。
"Effects" The present invention provides bismuth layered oxide polycrystalline or single crystal C
The axis length is equal to or close to the C-axis length of the oxide superconductor to be formed, or the C-axis length of the bismuth layered oxide polycrystal or single crystal and the C-axis length of the oxide superconductor to be formed. By selecting a bismuth layered oxide polycrystal or single crystal so that the ratio with the axial length is a simple integer ratio, an oxide superconductor having a high Tc layer on the bismuth layered oxide polycrystal or single crystal can be obtained. can be obtained with good reproducibility.

実施例に示したように、スクリーン印刷法という簡便な
方法によって、実用上、十分な臨界電流密度を持つ厚膜
が得られた。厚さがミクロンオーダーの薄膜においても
、もちろん同様な、あるいはそれ以上の効果が期待でき
る。本発明は超伝導マイクロデバイスや超伝導マグネッ
ト、超伝導電力輸送・電力貯蔵等に応用できることは明
らかであり、本発明は工業上有益である。
As shown in the examples, a thick film with a practically sufficient critical current density was obtained by a simple method called screen printing. Of course, similar or even better effects can be expected with thin films with a thickness on the order of microns. It is clear that the present invention can be applied to superconducting microdevices, superconducting magnets, superconducting power transport/storage, etc., and the present invention is industrially useful.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はスクリーン印刷法によって、Bi、Ti、01
□多結晶基板上に形成したビスマス系酸化物超伝導体膜
の抵抗−温度曲線を示す図。 第2図及び第3図はそれぞれスクリーン印刷法によって
、5rzBiaTis○Il+多結晶基板上に形成した
ビスマス系酸化物超伝導体膜の抵抗−温度曲線および磁
化率−温度曲線を示す図第4図はスクリーン印刷法によ
って、B13Ti N b Oq多結晶基板上に形成し
たビスマス系酸化物超伝導体膜の抵抗−温度曲線を示す
図。 第5図はレーザースパッタ法を用いる際の装置の概略図
を示す。 レーザー レンズ 空 ヒーター サンプル チャンバ゛− ターゲット バルブ ターボポンプ ロータリーポンプ
Figure 1 shows Bi, Ti, 01
□A diagram showing the resistance-temperature curve of a bismuth-based oxide superconductor film formed on a polycrystalline substrate. Figures 2 and 3 show the resistance-temperature curve and magnetic susceptibility-temperature curve of a bismuth-based oxide superconductor film formed on a 5rzBiaTis○Il+ polycrystalline substrate by screen printing, respectively. FIG. 3 is a diagram showing a resistance-temperature curve of a bismuth-based oxide superconductor film formed on a B13TiNbOq polycrystalline substrate by a screen printing method. FIG. 5 shows a schematic diagram of an apparatus when using the laser sputtering method. Laser lens empty heater sample chamber target valve turbo pump rotary pump

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ビスマス層状酸化物多結晶もしくは単結晶上に形成
されたことを特徴とする酸化物超伝導体。 2、特許請求の範囲第1項において酸化物超伝導体は、
ビスマス層状酸化物であることを特徴とする酸化物超伝
導体。 3、特許請求の範囲第1項および第2項において酸化物
超伝導体は、ビスマス、ストロンチウム、カルシウム、
銅、酸素から成り、その臨界温度が、77.3K以上ま
たはその臨界温度が77.3K以上でありかつc軸長が
40オングストローム以上であることを特徴とする酸化
物超伝導体。 4、特許請求の範囲第1項において、ビスマス層状酸化
物多結晶若しくは単結晶は、そのc軸長が酸化物超伝導
体のc軸長に等しいか若しくは近いものあるいはビスマ
ス層状酸化物多結晶若しくは単結晶のc軸長と酸化物超
伝導体のc軸長との比が簡単な整数比となるようなもの
であることを特徴とする酸化物超伝導体。
[Claims] 1. An oxide superconductor characterized by being formed on a bismuth layered oxide polycrystal or single crystal. 2. In claim 1, the oxide superconductor is:
An oxide superconductor characterized by being a bismuth layered oxide. 3. In claims 1 and 2, the oxide superconductor includes bismuth, strontium, calcium,
An oxide superconductor comprising copper and oxygen and having a critical temperature of 77.3 K or higher, or a c-axis length of 40 angstroms or higher. 4. In claim 1, the bismuth layered oxide polycrystal or single crystal is one whose c-axis length is equal to or close to the c-axis length of the oxide superconductor, or the bismuth layered oxide polycrystal or single crystal An oxide superconductor characterized in that the ratio of the c-axis length of a single crystal to the c-axis length of an oxide superconductor is a simple integer ratio.
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