JPH0281625A - 酸化物系超電導薄膜用積層基板 - 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、酸化物系超電導薄膜用積層基板に関し、熱
履歴時の酸化物系超電導薄膜の割れや剥離を防止して、
優れた超電導特性を示す酸化物系超電導薄膜を得られる
ようにしたものである。

［従来技術とその課題］ 近年、常電導状態から超電導状態に遷移する臨界温度（
Ｔｃ）が液体窒素温度以上の高い値を示す酸化物系超電
導体が種々発見されつつある。

現在のところ、このような酸化物系超電導薄膜を製造す
る方法としては、例えばスパッタリング法、ＣＶＤ（化
学気相成長）法、レーザ蒸着法、レーザスパッタリング
法、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、Ｉ　ＶＤ（イオ
ン気相成長）法などの成膜法が知られている。そしてこ
の上うな成膜法の基板材料には、いずれの場合も酸化物
系超電導体と近い結晶構造を有し、かつ格子定数の近い
酸化物であるＳ　ｒＴ　＋Ｏｉ、Ｍｇｏ　、Ａ　ＬＯ１
，Ｙ　Ｓ　Ｚ　（安定化ジルコニア）等が用いられてい
る。ところがこれ。

ら酸化物は脆性を有するので、長尺化および大面積化が
困難であるという問題があった。

この問題を解決する方法として、金属基板上に上記酸化
物からなる薄膜を積層して積層基板とすることが考えら
れている。

ところで基板上にスパッタリングや蒸着された酸化物系
超電導薄膜はアモルファス部分が多く、超電導特性が非
常に低いので、積層後に８０ｏ〜１０００℃の高温熱処
理を数分〜数百時間、酸素雰囲気中で施し、アモルファ
ス部分を結晶化さ仕て超電導特性を向上させる工程が不
可欠である。

ところが上記積層°基板を構成する金属材料の線膨張係
数は、概ね１〜Ｉ　００　Ｘ　１０−’（’Ｃ”’）程
度であるのに対して、酸化物のそれは０．１〜ｌ×１０
−’（’Ｃ−’）と大きく異なるので、熱履歴によって
積層基板に歪が発生し、割れが生じやすい性質がある。

よって金属材料上に酸化物薄膜を積層した積層基板を酸
化物系超電導薄膜の基板として用いると、上記高温熱処
理時の熱履歴によって積層基板に割れが発生し、優れた
超電導特性を示す酸化物系超電導薄膜が得られないとい
う不都合があった。また酸化物系超電導薄膜の使用時に
は、液体窒素温度に近い超電導体の臨界温度まで冷却す
るので、積層基板はこれによっても大きな熱履歴を受け
、割れや剥離を発生させ、それにより酸化物超電導薄膜
の特性を低下させるという問題があった。

この発明は上記課題を解決するためになされたもので、
熱履歴によって割れや剥離を発生しなく、優れた超電導
特性を有する酸化物系超電導薄膜が得られる酸化物系超
電導薄膜用積層基板を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明は金属基板上に複数の酸化物層と複数の金属層
とを交互に積層し、上層の酸化物層が下層の酸化物層よ
りも大きな膜厚を有し、かつ最上層を酸化物層としたこ
とを問題解決の手段とした。

［作用コ 金属層と、酸化物系超電導体と同じような膨張係数を有
する酸化物層とを交互に金属基板上に複数積層し、上層
の酸化物層を下層の酸化物層よりも膜厚を大きくするこ
とにより、金属基板と酸化物系超電導薄膜との間の熱膨
張率を徐々に変化させることができる。よって熱履歴を
受けた際の熱膨張および熱収縮によって発生する熱歪を
緩和する。

また最上層を酸化物系超電導体と近い結晶構造を有する
酸化物層としたので、酸化物系超電導薄膜の結晶成長が
容易である。

以下、この発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の酸化物系超電導薄膜用積層基板（以
下、積層基板と略称する）の一実施例を示したものであ
る。

この発明の積層基板は、銀、ハステロイ、ステンレス鋼
等からなる金属基板ｌ上に、Ｓ　ｒＴ　ｉ　Ｏ、ｌ。

ＭｇＯ、Ａ　ｌｚｏ　３．Ｙ　Ｓ−Ｚ等の酸化物からな
る３層の酸化物層２．３．４と、銀、ハステロイ、ステ
ンレス鋼等の金属あるいはこれらの合金からなる２層の
金属層６．７とをそれぞれ交互に積層してなるものであ
る・。金属基板ｉ上に積層された３層の酸化物層２．３
．４の膜厚は下層から上層へ向って順次大きくなるよう
に形成されており、金属基板ｉ上に直接積層された第１
の酸化物層２の膜厚が最も小さく、第２の酸化物層３は
第１Ｉ７）Ｒ化物層２よりも大きな膜厚を有し、第３の
酸化物層４は第２の酸化物層３よりら大きな膜厚を有す
る。

また第１の酸化物層２と第２の酸化物層３との間には第
１の金属層５が積層されていると共に、第２の酸化物層
３と第３の酸化物層４との間には第２の金属層６が積層
されている。この第１の金属層５と第２の金属層６の膜
厚は等しく、かつ上記酸化物層２．３．４の膜厚よりも
小さく形成されている。

このように金属基板ｉ上に、酸化物層が最上層となるよ
うに複数の酸化物層２．３．４と金属層５．６とを交互
に積層し、かつ上層の酸化物層の方が下層の酸化物層よ
りも大きな膜厚を有するようにすると、金属基板ｌと最
上層の第３の酸化物層４との熱膨張率の差を徐々に変化
させることができる。すなわち第２図に示したように、
この発明の積層基板を構成している各部材が有する線熱
膨張率は、金属基板１と２層の金属層５．６ては大きく
、３層の酸化物層２．３．４では小さいので、積層基板
の膜厚に沿って、金属層が示す大きな熱膨張率と酸化物
層が示す小さな熱膨張率との間で変化する。ところが酸
化物層２．３．４はより上方のものの方が膜厚が大きく
なっているので、熱膨張率が小さい部分が多くなり、熱
膨張率の変化の度合が少なくなり、積層基板全体の見掛
けの熱膨張率は第３図に示したように、金属基板１の熱
膨張率から最上層の酸化物層の熱膨張率まで順次減少す
る。よって積層基板が熱履歴を受けた際にも、これらの
酸化物層と金属層とによって熱歪が緩和されるので、最
上層上に形成される酸化物系超電導薄膜上に割れや剥離
が生じない。よって酸化物系超電導薄膜の超電導特性を
向上させることができる。

さらにこの発明の積層基板にあっては、最上層が、酸化
物系超電導薄膜の結晶構造に似た構造を有する第３の酸
化物層４からなっているので、その上に形成される酸化
物系超電導薄膜のアモルファス部分を減少させ、優れた
超電導特性を示すようにすることができる。

このような積層基板を製造するには、金属上に金属およ
び酸化物からなる薄膜を形成する際に用いられるスパッ
タリング法、ＣＶＤ法、蒸着法、ＭＢＥ法等の通常の薄
膜形成方法を好適に用いることができる。

なお第１図に示した例では、金属基板ｌ上に第１の酸化
物層２を形成したが、この発明の積層基板にあっては、
酸化物層と金属基板１との接着性を向上させる目的で、
金属基板ｌ上に金属被覆層を設け、この上に酸化物層を
設けても良い。さらにこの例では金属基板ｌ上に３層の
酸化物層２．３．４と２層の金属層５．６をそれぞれ交
互に設けたが、この発明の積層基板を構成する酸化物層
と金属層上の暦数はこれらに限られるものではなく、金
属層を最低１層以上、酸化物層を最低２層以上形成した
ものであれば良い。

［実験例］ （実験例１） 厚さ０　、１　ｍｍの銀製のテープ上に、スパッタリン
グ法によってＳ　ｒＴ　ｉＯｓを５００人積層して第１
の酸化物層とした。この第１の酸化物層上にスパッタリ
ング法によって銀を１００人積層し、ついで同じ＜５ｒ
ＴｉＯ，を０．２μｍ積層して第２の酸化物層とした。

この上に銀をスパッタリング法によって１００人積層し
て第２の金属層とした。

さらにこの上に５ｒＴｉＯｓを０．５μ園スパツタリン
グ法によって積層して第３の酸化物層を形成して酸化物
系超電導薄膜用積層基板とした。

このようにして得られた酸化物系超電導薄膜用積層基板
上に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法によってＹ−
Ｂａ−Ｃｕをｌμ−積層した後、酸素気流中で８９０℃
、１時間の熱処理を施して、Ｙ　＋Ｂ　ａｔＣＬｉ２Ｏ
？−Ｘ系の酸化物系超電導薄膜を形成した。

これを液体窒素温度に冷却して臨界電流密度を測定した
ところ、Ｊ　ｃ＝　５　Ｘ　ｌ　０５Ａ／ｃ＋ｓ”を示
した。また酸化物系超電導薄膜の表面を観察した結果、
従来のものに比較して表面の割れは１／１０〜１／１０
０に減少していた。

（実験例２） ０　、１　ａｍのハステロイテープ上にＲＦマグネトロ
ンスパッタリング法によりＭｇＯを３００人積層した後
、ハステロイを２００人積層して第１の酸化物層と金属
層とした。この上にＭｇＯを０．２μｍスパッタリング
法によって積層すると共にハステロイを２００人スパッ
タリング法によって積層して第２の酸化物層と金属層と
した後、さらにＭｇＯを１μｍスパッタリング法によっ
て積層して酸化物系超電導薄膜用積層基板とした。

この酸化物系超電導薄膜用積層基板上に、ＲＦマグネト
ロンスパッタリング法によりＢ　ｉ　−Ｓ　ｒＣａ−Ｃ
ｕ酸化物を１μｍ積層した後、酸素気流中で８５０℃、
２時間の加熱処理を施して酸化物系超電導薄膜とした。

このようにして得られた酸化物系超電導薄膜を液体窒素
温度に冷却して臨界電流密度を測定したところＪｃ＝３
　Ｘ　Ｉ　Ｏ’Ａ／ａｍ’を示し、従来用いられている
酸化物基板上に同じ膜厚の酸化物系超電導薄膜を形成し
た際と比較して約１０倍良好な超電導特性を示した。得
られた酸化物系超電導薄膜表面を観察した結果、良好な
超電導特性を示すのは酸化物系超電導薄膜に発生する割
れが大幅に減少したためであることが判明した。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の酸化物系超電導薄膜用
積層基板は、金属基板上に複数の酸化物層と複数の金属
層とを交互に積層し、上層の酸化巻層が下層の酸化物層
よりも大きな膜厚を有し、かつ最上層を酸化物層とした
ものであるので、熱暖歴を受けた際に、割れや剥離を生
じないので、その表面に優れた超電導特性を有する酸化
物系超電導薄膜を形成することができる。

また最上層が酸化物層なので、その上に形成された酸化
物系超電導薄膜は結晶性が高いものとなり、高い臨界温
度と臨界電流密度が実現可能である。

さらにこの酸化物系超電導薄膜用積層基板は、金属堰板
上に複数の酸化物層と金属層とを交互に積層したのもの
であるので、金属基板の強ｑさと、酸化物層の良好な結
晶構造とを併せ持つものとなり、良好な超電導特性を示
す酸化物系超電導薄膜が得られる結晶性の良好な基板の
長尺化および大面積化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の酸化物系超電導薄膜用積層基板の一
実施例を示した概略構成図、第２図は第１図に示した酸
化物系超電導薄膜用積層基板の各層での熱膨張率の変化
を示したグラフ、第３図は第１図に示した酸化物系超電
導薄膜用積層基板の膜厚に沿った見掛けの熱膨張率を示
したグラフである。 １・・・金属基板、 ２・−第１の酸化物層、 ３・・・第２の酸化物層、 ４・・・第３の酸化物層、 ５・・・第１の金属層、 ６・・・第２の金属層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属基板上に複数の酸化物層と複数の金属層とを交互に
   積層し、上層の酸化物層が下層の酸化物層よりも大きな
   膜厚を有し、かつ最上層を酸化物層としたことを特徴と
   する酸化物系超電導薄膜用積層基板