JPH03150273A - 超伝導材料を、それら自体に、導電材料に、又は半導体材料に電気的に接合する方法 - 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】 本発明は、導電性金属および／またはセラミックを一緒
に接合するためのはんだとして有用な導電性合金に関し
、そしてとくに超伝導材料をそれら自体に、通常の導電
材料に、または半導体材料に電気的に接合するとき、電
気界面抵抗をほとんど与えない金属合金に関する。

本発明は、要約すれば、次の通りである：超伝導材料を
、それら自体に、通常の導電材料に、または半導体材料
に電気的に接合することを可能とする、独特のクラスの
結合合金および方法が提供される。結合合金は増大した
濡れ性質およびすべての場合において１００℃以下の融
点を有する。

結合合金は、超伝導材料および任意の他の導電性材料の
間に緊密な、直接の、機械的および電気的接触をつくる
と同時に、機械的および化学的応力を最小にしかつ超伝
導材料それ自体への変更を回避するということにおいて
、異常でありかつ有利である。

超伝導性は、オランダの物理学者Ｈ，に−オンネス（Ｏ
ｎｎｅｓ）により、１９１１年に、非常に低い温度にお
ける金属の導電性の研究の間に、最初に観測された。精
製した水銀を冷却するとき、その電気抵抗は４．１６°
Ｋにおいて急になくなることが、彼により観測された。

この温度より上において、電気抵抗は小さいが、有限で
ありかつ測定可能である。あるいは、温度がｉ１６によ
り下がるとき、電気抵抗は非常に小さくなり、効果的に
ゼロＩこなる。有効電気抵抗の転移および損失が起こる
この明確な温度は、臨界温度またはｒ”［ｔＪと呼ばれ
た。オンネス（Ｏｎｎｅｓ）は、臨界より下の物理学的
材料の新しし１状態を発見したと信じ、そして臨界温度
（Ｔｃ）より下の温度において観測される現象について
用Ｍ「超伝導状態」を与え、そして臨界温度より上の温
度において観測される電気的性質について用語「通常の
状態」を与えた。オンネス（Ｏｎｎｅｓ）（１、マタ、
超伝導性の転移は可逆的であり、そして超伝導材料は臨
界温度においてその通常の電気抵抗を回復することを発
見した。

超伝導性の現代の理論は、バーデーン（Ｂｅｒｄｅｅｎ
）、クーパー（Ｃｏｏｐｅｒ）およびジュリー７ｙ　−
（Ｓｃｈ　ｒ　ｉ　ｅ　ｆ　ｆ　ｅ　ｒ）　　［Ｐｈｙ
　ｓ−Ｒｅｖ、１０６：１６２　（１９５７）］−彼ら
の提案は、従来ｒＢＣＳ理論」として知られており、現
在広く受は入れられるようになった。なぜなら、それは
超伝導性に関して観測される現象の大部分を説明するこ
とができることが明らかにされたからである。彼らの原
理は超伝導性の量子力学の処理を使用し、そして彼らの
理論は種々の効果、例えば、ゼロの電気抵抗、メイスナ
ー（Ｍｅｉｓｓｎｅｔ）効果などを説明するために使用
されてきている。ＢＣＳ理論は量子力学に没頭している
ので、読者は完全な記載および説明について科学文献に
おいて発表されたテキストに向けられる。これらは次の
ものを包含する：Ｍ−Ａ−オマー（Ｏｍａｒ）、元素の
固体状態の物理学：原理および応用（Ｅｌｅｍｅｎｔａ
ｒｙ　　Ｓｏｌｉｄ　　Ｓｔａｔｅ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ
：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄ　　Ａｐｐｌｉｃａｔｉ
ｏｎｓ）、Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ　　Ｐｕｂｌ
ｉｓｈｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ、１９７５、ｐｐ、４９ロ
ー５２アニｍ、チンクハム（Ｔｉｎｋｈａｍ）、超伝導
性についての入門（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏ　　
Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）、ＭｃＧｒａｗ
−Ｈｉｌｌ　　ｃｏ−，１９７５＊超伝導性は希な現象
ではないことが発見された。

超伝導性は実質的な数の原子の元素、金属合金、および
最も最近、耐火酸化物のセラミックが示した。多年にわ
たって、最高の知られている温度はわずかに２３”Ｋで
あった。したがって、非常に高い臨界温度、最も望まし
くは有望には室温２０℃に近付く温度をもつ超伝導材料
を発見するために強い興味および研究が存在して来てい
る。非常に最近まで、この目標を達成するための努力は
完全な失敗に終わった。しかしながら、約１９８６年の
始めに、イットリウム−バリウム−銅酸化物の多結晶質
の焼結したセラミックベレットおよび銅を含まないカリ
ウム、バリウム、ビスマスおよび酸素の混合物は比較的
高い臨界温度（Ｔ、）および１２０”Ｋまでの温度にお
いて超伝導性を実証することが発見された］ベドノルズ
（Ｂｅｄｎｏｒｚ）、Ｊ、　Ｇ、およびに−Ａ−ムラ−
（Ｍｕｌｌｅｒ）、Ｚ、Ｐｈｙｓ−Ｂ６４：１８９（１
９８６）；つ（Ｗ　ｕ　）ら、Ｐｈｙｓ−Ｒｅｖ−Ｌｅ
　ｔ　ｔ、５８　：　９０５　（１９８７）；ｊ；よび
チュ（Ｃｈｕ）ら、Ｐｈｙｓ−Ｒｅｖ−Ｌｅ　Ｌ　Ｌ、
６０　：　９４１　（１９８８）］。これらの研究およ
びなおより高いＴ１の超伝導材料の開発は、熱心な開拓
の領域であり続けている。

付随しかつ連続する問題は、また、超伝導材料、とくに
高いＴ３の超伝導材料をそれら自体に、および導電材料
に通常の状態で電気的に接合することに関して発生した
。定義により、通常の状態の導電材料は、通常の導電材
料、例えば、金、銀、銅および鉄、および半導体材料、
例えば、炭素、ケイ素、ねずみ錫およびゲルマニウムの
両者ならびにインジウム、ガリウム、アンチモンおよび
ヒ素とのそれらの混合物を包含する。

伝統的に、はんだーはんだ付けの方法により一緒に金属
を接合するために有用な−般用語一は、導電材料をそれ
ら自体におよび半導体材料に電気的に接合するために使
用されてきている。従来知られているはんだの主な型は
、次の通りである：やわらかいはんだ、例えば、鉛−錫
合金；およびろう付けはんだ、例えば、銅および亜鉛お
よび時には銀の合金。従来知られているはんだおよびは
んだ付けの技術の代表例は、次の通りである：米国特許
第３．６００．１４４号、低い融点のろう付は合金を記
載している：米国特許第４．０５０゜９５６号、金属を
耐火酸化物のセラミックに化学的に結合する方法を記載
している：米国特許第４゜５８０．７１４号、銅、チタ
ン、アルミニウムおよびバナジウムからなる硬質はんだ
合金を記載している：米国特許第４，５８２．２４０号
、ピエゾ電気成分の金属間の拡散結合方法を明らかにし
ている：米国特許第４．６２１，７６１号、金属および
セラミックの間に強い接合を形成すると同時にろう付は
温度を７５０℃以下に制限するろう付は方法をを記載し
ている；および米国特許第４゜６３１．０９９号、酸化
物型のセラミックおよび銅または銅合金の接着の方法を
記載している。超伝導材料の間の電気的接触の抵抗を低
下する技術を洗練するより最近の試みは、次のものを包
含する：イットリウム−バリウム−銅酸化物の塊状焼結
した試料を５００℃までの温度において１時間アニーリ
ングすること［超伝導体のニュース（Ｓｕｐｅｒｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ　　Ｎｅｗｓ）、Ｍａｙ−Ｊｕｎｅ、１９
８８、ｐ−５］　　：およびレーザーエネルギーを使用
してケイ素支持体上に直接超伝導性イットリウム−バリ
ウム−銅酸化物の薄いフィルムを析出すること【超伝導
体のニュース（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　　Ｎｅ
ｗｓ）、Ｍａｙ−Ｊｕｎｅｌ　１９８８、ｐ−ｌ］、す
べてのこれらの方法は、極端な温度または複雑な装置を
必要とする。こうして、はんだとして働き、超伝導性温
度において電気抵抗をほとんどまたはまったく示さず、
しかも超伝導体または超伝導材料と導電体または半導体
との間の強さおよび接着性を維持することができる、新
しい組成物について長い間認識されている連続的な要求
が存在することは、きわめて明らかである。

本発明は、超伝導材料をそれら自体に、導電材料に、ま
たは半導体材料に電気的に接合するために有用な結合合
金であって、前記合金は、約ｌ０〜９０原子％のインジ
ウム、および添加剤、 からなり、前記添加剤は、 ０〜約４０原子％の水銀、 ０〜約４０原子％のガリウム、 ０〜約５５原子％のビスマス、 ０〜約３０原子％のカドミウム、 ０〜約１５１に子％の錫、および ０〜約ｌＯ厚千％の鉛、 から構成されており、 前記合金は接合すべき材料を実質的にぬらしそして約２
０℃以下の温度において約１０−３オーム／ｃｍ”以下
の接合した電気界面抵抗を提供することができる、結合
合金を提供する。

本発明は、また、超伝導材料をそれら自体に、導電材料
に、または半導体材料に電気的に接合する方法であって
、前記方法は、 約１０〜９０Ｗ子％のインジウム、および０〜約４０Ｊ
［子％の水銀、０〜約４０原子％のガリウム、および０
〜約５５原子％のビスマス、０〜約３０原子％のカドミ
ウム、０〜約１５原子％の錫、および０〜約ｌＯ原子％
の鉛から構成された添加剤からなる結合合金を準備し、
接合すべき各材料の表面をきれいな表面として調製し、 前記合金を加熱して、少なくとも酸化されていない半液
体の状態を形成し、 前記加熱された合金を各酸化されていない表面に導入し
て、前記表面の各々が前記加熱された合金により実質的
にぬれるようにし、 追加の加熱された合金を前記ぬれた表面の各々に適用し
て、前記材料の間に連続的な合金の接合を同時に形成し
、そして 前記合金の接合を固化して、約１０−”オーム／ｃｍ”
以下の接合した電気界面抵抗が約２０℃以下の温度にお
いて前記固化した合金により提供されるようにする、 からなる方法を提供する。

本発明は、添付図面と組み合わせると、より容易にかつ
完全に理解することができる。

本発明は、普通にはんだと呼ばれる金属合金であり、こ
れは液体または半液体状態に溶融するとき、超伝導材料
の間、超伝導材料と通常の金属導電体の間におよび超伝
導材料と半導体材料の間を接合しかつそれらのの間の電
気的接触を提供するために有用である。適切に使用され
ると、これらの狭特の金属合金は超伝導材料およびそれ
と電気的に接合する材料の間に接着性の緊密な直接接触
を提供すると同時に、機械的および化学的応力および超
伝導材料への変更を最小とする。種々の異なる化学的組
成物および配合物は本発明を構成する金属合金に包含さ
れるが、各実施態様は少なくとも４つの共通に分は合う
価値ある物理学的性質実証する。これらは次の通りであ
る：改良されたぬれ性質；１００℃より低い融点；１０
０℃より低い温度における酸化を回避しそして他の金属
および／またはセラミック酸化物を化学的に攻撃しない
、異常な程度の化学的安定性：および約２０℃以下の温
度において約ｌＯ−３オーム／　ｃ　ｍ　”以下の接合
した電気界面抵抗。

本発明を構成する金属合金は、金属および金属学に関す
る熟知および本質的知識の両者、種々の異なる用途にお
いてはんだとして普通に有用である導電性金属合金に関
する調製および普通の実施を推定する。以下の詳細な説
明は、用語、例えば、超伝導体、通常の導体、半導体な
どについて、普通の従来使用されてきている定義および
使用を用いる。同様に、導電材料として使用する金属合
金の物理学的性質、特性、およびパラメーターならびに
このようなパラメーターおよび特性を分析する方法は、
よく理解されておりそして普通にこの分野において認識
されている。これらの理由で、実験の決定を行う手段お
よび方法に関する特定の詳細は一般的に要約するのみで
ある。より詳細な知識および情報について、それらの個
々のテキストはここに引用によって加える。これらは、
次のものを包含する：ホワード（Ｈｏｗａｒｄ）Ｈ−、
マンコ（Ｍａｎｋｏ）、はんだおよびはんだ付け（Ｓｏ
ｌｃｉｅｒ　　ａｎｄ　　Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）、Ｍｃ
Ｇｒａｗ−Ｈｉｌｌ　　Ｂｏｏｋ　　Ｃｏｍｐａｎｙ、
！２版、ｌ　９７９　；およびＭ−Ａ−オマー（Ｏｍａ
　ｒ）　、元素の固体状態の物理学：原理および応用（
Ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ　　ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅ　　Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　　ａｎｄ　　Ａ
ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）、Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌ
ｅｙ　　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　　　Ｃｏｍｐａｎｙｌ
　１９７５゜本発明を構成する金属合金の化学的配合物
、使用、本質的物理学的パラメーターおよび特性、およ
び利点のより容易にかつ完全に理解するために、詳細な
説明は特別に寄与する個々の節として表わし、そしてそ
れに引き続いて詳細な説明を実際に実証しかつ支持する
実験およびデータを提示する。

■、本発明を構成する金属合金は、一緒に合金した金属
の２成分、３成分、４成分およびそれより大きい数の系
として配合することかでさる、インジウムの導電性混合
物である。この理由で、比例酌量（一般に原子％として
決定）は大きく変化することができるが、合金の個々の
配合物を、少なくとも１種の他の金属物質からなる添加
剤と合金される、主要な金属であるインジウムから構成
されるものとして、特性決定することは最も有用である
。この基準に基づいて、２成分金属合金の少なくとも３
つの異なるクラスまたは下位クラスが有用であることが
発見された。これらは次の通りである：添加剤金属が水
銀である合金：添加剤金属がガリウムである合金：およ
び添加剤金属がビスマスである合金。各２Ｊ＊分合金を
個々に記載する。

インジウムおよび水銀からなる合金 本発明のすべての好ましい実施態様は、化学的配合物の
一部分として水銀を使用する。最も好ましい実施態様に
おいて、水銀単独をインジウムと合金し、水銀：インジ
ウムの比（原子％）は好ましくはそれぞれ１３：８７ま
たは３３　：　６７である。これらの好ましい２成分水
銀：インジウム合金は、−３１５℃の溶融温度をもつ共
融混合物または約６０℃の融点をもつ固体混合物を提供
する。これは１５６．６℃−インジウムがセラミック表
面を攻撃することができる温度−であるインジウム単独
の融点と対照的である。一般に、水銀を添加剤金属とし
て使用するとき、それはインジウムとともに単独で使用
してアマルガムを形成することが最も望ましい。この方
法において、水銀はこの２成分合金系において約１０〜
４０原子％の使用範囲で使用することができるが、イン
ジウムは主要な金属として約９０〜６０原子％の範囲の
量で使用する。

別の合金系として、３成分、４成分、および他の合金系
を、また、インジウムおよび水銀の両者を利用して調製
することができる。これらの場合において、他の添加剤
物質は次の１種または２種以上を包含することができる
：ガリウム、ビスマス、カドミウム、錫、鉛、およびな
お非常に少量の銅および銀。各添加剤金属の有効な好ま
しい範囲（原子％）を、下表Ｉに記載する。

表！ 主要な金属：インジウム　１０−９０　　　１３−１７
．６０−６７８よび８５−８９添加剤の組成 水銀　　　　　　　　　　　１０−４０　　　１１−１
５又は３０−４０ガリウム　　　　　　　　０−４０　
　　　０−１０ビスマス　　　　　　　　０−５５　　
　　１５−４０カドミウム　　　　　　　０−３０　　
　　０−５錫　　　　　　　　　　　　０−１５　　　
　０鉛　　　　　　　　　　　　　０−１０　　　　０
銅　　　　　　　　　　　　０−５０〜１銀　　　　　
　　　　　　　ｏ−ｓ　　　　　　ｏ−ｔどの金属を使
用してインジウムと合会すべき添加剤組成物を配合する
かに無関係に、各場合において１００℃より低い最小融
点を有する合金が得られることが理解されるであろう。

明らかなように、正確な融点は添加剤組成物として使用
する金属の選択およびそれらの個々の原子％とともに変
化するであろう。また、添加剤組成物を構成する金属の
各々について認識されている融点は個々の融点を有し、
それらの各々は他と顕著に異なることは理解されるであ
ろう。これは下表ＩＩにより−実証される。それにもか
かわらず、記載されているように調製された生ずる合金
は、各場合において、１００℃より低い融点を実証し、
そして好ましくは約５０〜６０℃の範囲の融点を提供す
る。

この最小溶融温度の要件は臨界的であり、そして高い温
度の超伝導体および他の導電体とともＩ二適当であるべ
き合金について必須であることが、認めれかつ理解され
るであろう。なぜなら、はんだについて温度がより高く
なればなるほど、接合の電気抵抗を増加させる、表面の
酸化、還元、および汚染の傾向がより高くなるからであ
る。表面の酸化、還元、および汚染の目避は、本発明の
独特の金属合金により提供される１つの主要な差および
利点である。

表１１ 金属　　　　　　　融点（Ｃ）本 インジウム　　　　　　　１５ロー６１水銀　　　　　
　　　　　−３１１８７ガリウム　　　　　　　　２９
．７８ ビスマス　　　　　　　　２７Ｌ３ カドミウム　　　　　　　３２０．９ 錫　　　　　　　　　　　　　　　　２３１８９鉛　　
　　　　　　　　　　　　　３２７．５銅　　　　　　
　　　　　　　　　　ＬＯ８３，０−銀　　　　　　　
　　　　９６０．８ ＊化学および物理のハンドブック（Ｈａｎｄｂ。

ｏｋ　　ｏｆ　　Ｐｙｓｉｃｓ）、Ｔｈｅ　　Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ　　Ｒｕｂｂｅｒ　　Ｃｏｍｐａｎｙ、１９７
０゜ インジウムおよびガリウムからなる合金本発明の範囲内
のｗｃ２群の金属合金は、好ましくは、添加剤金属とし
てガリウム単独を使用する。

この場合において、好ましい配合物はガリウムおよびイ
ンジウムの２成分系を１０＝９０の原子％比で使用する
。この好ましい２ＩＩＦ、分合金はほぼ３０℃の融点を
有する。

別の方法において、ガリウムをインジウムおよび１また
は２以上の他の金属と、水銀を使用しであるいは使用し
ないで、合金することができる。

添加剤組成物において有用であると信じられる他の金属
の有効な好ましい範囲を、下表ＩＩＩに記載する。

下表ＩＩＩ 主要な金属：インジウム　　０〜９０　　　　　　　７
０−９０添加剤の組成 ガリウム　　　　　　　　　１０−４０　　　　　　　
１０〜２５ビスマス　　　　　　　　　０−５５　　　
　　　　０−３０カドミウム　　　　　　　　０−３０
　　　　　　　０錫　　　　　　　　　　　　　　０−
１５　　　　　　　　０鉛　　　　　　　　　　　　　
　０−１０　　　　　　　　０銅　　　　　　　　　　
　　　０−２　　　　　　　　　０−１ｆｆｉ　　　　
　　　　　　　　　０−２　　　　　　　　０−１イン
ジウムおよびビスマスからなる合金所望の性質を示す金
属合金の第３群は、２Ｊｆｆｉ分合金としてインジウム
およびビスマスを使用する。

ビスマス単独またはビスマスと他の金属合金のはんだと
の組み合わせからなる、広範な種類の異なる配合物およ
び組成物が存在する。表ｖ１により提供されるデータか
ら認識および理解されるように、添加剤組成物の可能な
成分として列挙した金属の各々は、それぞれ、表Ｉおよ
びＩＩＩにより見られるように、水銀およびガリウムに
基づく合金を調製するとき有用であるとして、また、前
に同定された。しかしながら、主要な差は、ビスマスが
比較的高い量で存在するとき、有効な好ましい例えば、
にある各個々の金属の原子％にある。

下表！■ 主要な金属：インジウム　　１０−９０　　　　　　　
７５−９０添加剤の組成 ビスマス　　　　　　　　　１０−５５　　　　　　　
１０−２５ガリウム　　　　　　　　　０−４０　　　
　　　　１０−２０カドミウム　　　　　　　　０−３
０　　　　　　　０−１０錫　　　　　　　　　　　　
　ｏ−ｔｓ　　　　　　　　　。

鉛　　　　　　　　　　　　０−１００銅　　　　　　
　　　　　　　０−２　　　　　　　　　０−１銀　　
　　　　　　　　　　　　０−２　　　　　　　　　０
−１こうして、表１−ＩＶにより表されるデータを−瞥
すると、明らかなように、表示「添加剤」および「添加
剤組成物」は便宜上の成分対的用語である。明らかなよ
うに、表１およびＩｖ内に添加剤組成物の任意の成分と
して列挙されているガリウムは表ＩＩＩの好ましい添加
剤金属である。同様に、表ＩＶの好ましい添加剤金属で
あるビスマスは、それぞれ、表１およびＩＩＩの配合内
の３成分または４成分の合金を配合するために任意に使
用する１つの金属成分として単に列挙されている。した
がって、明らかなように、前述したように主として水銀
、ガリウム、またはビスマスに基づく添加剤の群は、金
属成分および配合それら自体の範囲および種類の理解を
単に助けるために提供され、そして個々の合金系それら
自体の中の種類の主要な差を表さない。こうして、主要
な添加剤物質として水銀、ガリウム、およびビスマスの
提示は、便宜上であり、そしてインジウムと組み合わせ
て測定可能な量で常に存在する合金配合物中の少なくと
も１種の金属を同定することを意図しないーしかし、他
の金属は個々のユーザーにより要求または望み通りに任
意に存在するか、あるいはしないことができる。

１１、共通して分かち合う合金の必須の特性折りに性質 本発明の有効な実施態様により実証可能な程度に共有さ
れる４つ以上の特性および物理学的性質が存在する。こ
れらの物理学的パラメーターおよび特徴は、すべてのこ
れらの合金化はんだに共通の能力および利点を提供し、
そしてこのクラスの合金の構成員を同定しそして従来知
られている普通に使用されているはんだと区別すること
ができる、実際の基準として働く。これらは次の通りで
ある：超伝導性セラミック上の独特のぬれ性質：すべて
の場合において１００℃より低い融点：溶融したとき酸
化せず、そして他の金属および／またはセラミック酸化
物を攻撃する還元剤として作用しない、化学的安定な合
金：約１０１オーム／ｃｍ以下、好ましくはそれより低
い、適用したときの合金について低い電気界面抵抗：お
よび従来知られている方法と異なり、容易かつ迅速な結
合プロセス。

ぬれ性質の増強 溶融したはんだが表面の上をひろがりそしてそれに接着
する物理学的ぬれの役割およびぬれの性質は、従来理解
されておりそして文献によく記載されている［参照、例
えば、ホワード（Ｈｏｗａｒｄ）Ｈ，、マンコ（Ｍａｎ
ｋｏ）、はんだおよびはんだ付け（Ｓｏｌｄｅｒ　　ａ
ｎｄ　　Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌ
ｌ　　　Ｂｏ。

ｋ　　　Ｃｏｍｐａｎｙ、１９７５、　ｐｐ−４−２１
、およびその中の参考文献１゜広がり、接着性の表面の
界面、および永久の結合および接合を生ずるわれ後の溶
融した合金の固化を発生させるのは、溶融した合金によ
り電気的に接合すべき材料の物理学的ぬれである。合金
のぬれ特性の普通に受は入れられている測定は、溶融し
た合金と電気的に接合すべき固体材料の使用との間に形
成された、広がる表面の角度、普通に上反角（ｏ）と呼
ばれる、を測定することである。認識されているように
、上反角（ｏ）は、接合すべき材料の表面上に位置する
ときの、表面張力、重力、および溶融した合金とその取
り巻きとの間の界面張力の測度である。完全にぬれない
組成物は、約ｔｇｏの角度（ｏ）を示し、完全ｌこぬれ
る合金は約Ｏ＠の角度（０）を示し、そして１８０〜０
０の角度を有する物質は部分的にぬれる組成物と認めら
れる。

要約すると、上反角（０）が小さくなればなるはど、組
成物のぬれ性質はより大きくなる。

本発明を構成する金属合金のすべては大きく改良された
ぬれ性質を提供し、実証可能な上反角は約６５°〜ｔｏ
ｓの範囲である。好ましい水銀：インジウム合金は７５
°以下、しばしば６５゜以下の上反角の極めてすぐれた
ぬれ特性を示す。

認識されるように、ぬれの程度および上反角の測定は、
接合すべき材料および金属合金それ自体の純度および清
浄さとともに劇的に変化する。材料は油、湿気、外米の
酸化された粒子などを含有しないことが最も望ましい−
それらん各々はぬれの程度の減少に顕著に寄与する。電
気的に接合すべき金属合金上に新しく清浄にされ、磨か
れた表面を形成することによって、最良の結果が達成さ
れる。増大したぬれ性質を提供する金属合金を、下表Ｖ
に単に例示する。

表Ｖ 合　金　　　　比（Ｗ、千％）　　　上反角（推定）１
１ｇ：　Ｉｎ　　　　　　　　１３−８７　　　　　　
０＜７５”Ｈｇ：Ｉｎ　　　　　　　　３アニロ３　　
　　　　０＜７５゜Ｉｎ：Ｇａ　　　　　　　　　　　
　　　　　９２−８　　　　　　　　　　　　　　０＜
７５”Ｂｉ：Ｉｎ　　　　　　　　２２ニア８　　　　
　　０＜７５”Ｈｇ：　Ｉｎ：Ｇａ　　　　　　５：８
５＝１０　　　　　０＜７５Ｂｉ：　Ｉｎ　　　　　　
　　　　　　　　　　３６：６５　　　　　　　　　　
　　　０＜７５＠５ｎ：　Ｉｎ：Ｈｇ　　　　　　５：
８０：１５　　　　　０＜７５゜Ｉｎ：Ｇａ　　　　　
　　　２４ニア６　　　　　　０＜７５＠Ｃｄ：Ｇａ：
　Ｉｎ　　　　　　５：１５：８０　　　　　０＜７５
”Ｐｂ：　Ｉｎ：Ｈｇ　　　　　　５：８０＝１５　　
　　　０＜７５Ｃｄ：１ｎ：Ｈｇ　　　　　　　　　　
　４：８０＝１６　　　　　　　　　０＜７５”Ｈｇ：
Ｇａ：Ｃｄ：Ｉｎ　　　　　　　　　　１０：５＝１０
ニア５　　　　　　　　０（７５”１００℃より低い融
点温度 本発明に従い配合した好ましい金属合金およびアマルガ
ムのあるものは共融混合物であり、そしであるものは固
体の状態の金属混合物である。すべてのそれらの合金に
ついての融点は、各場合において１００℃より低い。水
Ｉ１１８よびインジウム単独から構成される好ましい実
施態様、とくに６５原子％より多いインジウムを含有す
る配合物は、約６０℃の温度において溶融するアマルガ
ムを形成する。水銀を含有するか、あるいは含有しない
、配合した他の合金は、一般に、約−４０℃〜９５℃の
範囲の融点を有する。これらの金属合金のいずれも、１
００℃より高い融点を示さない。

すべての適切に調製された金属合金に共通のこの減少し
た融点の性質により、物理学的利益および化学的利益の
両者が提供される。第１に、これらの合金は機械的およ
び化学的応力ならびに超伝導性セラミックおよび導電性
金属の化学的組成への潜在的変更を最小とする。１００
℃より低い温度への暴露は、熱への暴露を減少する。等
しい重要−二とには、現在より理解されているように、
セラミック酸化物の超伝導性を維持するうえで重要なパ
ラメーターは化合物中の酸化の量を限定または制御する
ことである。１００℃より低い合金のための融点および
結合温度を提供することによって、結合温度はセラミッ
ク酸化物および導電性金属の表面を実質的に酸化または
還元することを回避するために十分に低い：この結合温
度は、また、超伝導材料または導電材料それら自体への
他の化学的変更を回避するために十分に低い。

さらに、溶融したはんだの急速な固化は本発明のある金
属合金により提供される。急速な固化は、接合される材
料の間の接着性の、有効な機械的および電気的接触を得
るためにちょうど必要な時間である。

増大した化学的安定性 本発明の金属合金およびアマルガムの他の重要な性質お
よび特性は、液化したときでさえ、実質的に酸化される
のを回避するそれらの能力である。

これは１００℃より低い温度において溶融するというそ
れらの独特の性質のためであり、そして、また、半液体
または完全に液化された状態への加熱プロセスの間の酸
化に対して抵抗する配合物それら自体の化学的安定性の
ためである。等しく重要なことには、金属合金の化学的
組成物は、原子％１こ無関係に、化学的に安定であり、
そして接合すべき超伝導性セラミック酸化物または導電
性金属を意味ある程度に攻撃しないか、あるいはそれら
と反応しない。したがって、超伝導材料および他の金属
およびセラミックの間に、無限の時間期間にわたって機
械的に強くかつ化学的に抵抗性である、電気的接触およ
び接合がこれらの合金により形成される。

最小の電気界面抵抗 以後実験的に実証するように、本発明の金属合金および
アマルガムの電気的性質は、各合金を適切に適用および
使用した後、約１０−３オーム／Ｃｍ２以下の接合した
電気界面抵抗ゐ室温において示すであろう。ある好まし
い実施態様は、１０−オーム／　ｃ　ｍ　２の電気界面
抵抗を室温において提供する。すべての場合において、
室温（約３００＠Ｋまたは２０℃）においておよび液体
窒素の温度（約７７Ｋまたは−１９５℃）において、こ
れらの金属合金により提供される電気的接触は基本的に
はオームである。電気的接触の抵抗は、初期の表面の調
製および使用する金属合金の配合物に依存する。例えば
、水銀およびインジウムを使用する好ましい実施態様に
おいて、水銀：インジウムの共融混合物（３３：６７）
は室温において液体である。約ｌロー３オーム／　ｃ　
ｍ　”の初期ノ接触抵抗は、まず、約１時間の時間定数
でほぼ１８％／時間減少し、次いで約８時間の時間定数
でほぼ１．３％／時間増加する。あるいは、室温に８い
て固体でありそして６０℃の融点を示す、水銀：インジ
ウムの（１３：８７）混合物は、はぼ同一長さの８時間
の時間定数で約２．７％／時間で減少するだけである電
気界面抵抗を有する。明らかなように、正確な電気界面
抵抗は、こうして、使用する金属合金の化学的、ｉｌｌ
Ｊｆｆｉおよび正確な配合とともに変化するであろう。

電気界面抵抗の範囲および多様性をさらに例示するため
に、表Ｖｌにデータを記載する。

表ｖ１ 合　金　　比（Ｗ子％）　電気界面抵抗（オーム／　ｃ
　ｍす７７”Ｋ　　　　　３００”Ｋ Ｈｇ：　Ｉｎ　　　　　１３−８７　　　　　１０−　
　　　１０−Ｈｇ：Ｉｎ　　　　　３７．６３　　　　
　１０−　　　　１０−″Ｇａ：　Ｉｎ　　　　　８：
９２　　　　　１０−”　　　　　１０−”Ｈｇ：Ｉｎ
：Ｇａ　　　　５：８５＝１０　　　１０−”　　　　
　１０−Ｂｉ　：　Ｉｎ　　　　２２＝７８　　　　　
１０−　　　　１０−”ＩＩ１．金属合金の調製 本発明を構成する金属合金のｍＭは、金属の配合に関す
る普通の実施に従う。認識されるように、各金属は、前
の表！■に示したように、その個々のかつ明確な融点を
有する。いったん調製すべき合金の所望の配合および化
学的組成が決定されると、適切な原子％の量の各金属を
るつぼの中に入れ、次いでこれを最高の融点をもつ金属
の融点よりわずかに高い温度に加熱する。各金属をるつ
ぼ順番に添加し、そして生ずる液体は好ましくは機械的
に撹拌して合金化のプロセスを促進する。液化した合金
が形成したとき、液体合金混合物を動かさないで放置し
て、形成しているかもしれない酸化物または他の不純物
を上部に浮かせそしてすくい取る。るつぼの温度を出来
るだけ密接に維持して、酸化物が形成する危険を減少す
ることは最も好ましい。そのうえ、配合において使用す
る金属が分子状酸素と実質的に反応性であると認識され
ているとき、合金方法は閉じた非酸化性雰囲気（例えば
、窒素の環境）内で実施して、混合および合金プロセス
への不純化を回避することが要求される。

いったん金属合金として調製されると、液体混合物を次
いで所望の形状、大きさ、またはフォーマットに、鋳造
、成形などの通常の手順および装置を使用して調製する
ことができる。しかしながら、感知しうる予防手段を使
用して、この造形プロセスの間の合金の酸化またはタン
パ−リング（ｔａｍｐｅｒｊｎｇ）を回避することは最
も望ましい。

１Ｖ、金属合金を使用する方法 独特の金属合金を使用して、超伝導材料をそれら自体に
、通常の導電材料に、および半導体材料および金属に同
様によく電気的におよび機械的に接触させる。１つの例
示的例は、常態で導電性材料の電極を超伝導性セラミッ
ク酸化物に取り付けて、所望の電気回路を完結すること
である。したがって、例示の目的でのみ、使用方法の説
明はこの特定の例に関連して詳細に説明する：それにも
かかわらず、この説明は任意の種類または組成の導電性
材料の任意の組み合わせに適用することができると認め
られる、一般的方法の単なる代表である。

これらの独特の金属合金を使用する結果としてぬれおよ
び電気抵抗の最小を保証するために、セラミック酸化物
および金属電気の表面は油、湿気、合金酸化物および他
の不純物を含有しないことが重要である。はんだ付けの
間の結合を取り囲む好ましい相対湿度は０〜７５％であ
り、合金のぬれ性質はなおより乾燥した環境において増
大される。

一般に、プリント回路のはんだ付けにおいて普通に使用
されているはんだごては、固体の物理学的状態で存在す
るとき合金を溶融するために、および加熱された合金を
セラミック酸化物材料の上に物理学的に広げるために適
当である。はんだごて（または他の加熱値［）の推奨さ
れる温度は６０℃であり、これははんだごてを［バリア
ク（Ｖａｒｉａｃ）Ｊオートトランスフォーマ−に接続
することによって有効に制御することができる。

しかしながら、理解されるように、はんだごて（または
他の加熱値Ｗ）が表す正確な加熱温度は、固体の合金を
半液体の柔らかい状態にあるいは完全に液化された形態
にするために必要な最低温度に一致するであろうことは
、理解されるであろう。

いずれの場合においても、この加熱温度はほぼ１０θ℃
を越えない。

第１工程として、結合を実施すべきセラミック酸化物（
または他の材料）の表面を新しく調製し、清浄にし、そ
して好ましくは微細なエメリークロスで磨く。セラミッ
クの使用が十分に磨かれないと、合金による結合の物理
学的作用はなおなされ得るが、機械的強さおよび電気界
面抵抗は結局変更するであろう。また、セラミック酸化
物材料へ接合すべき金属（または他の材料）の表面は、
また、乾燥しそして油および他の不純物、例えば、はん
だ付はブラックスペースト、指紋、はこりなどが存在し
ないようすることは、最も望ましい。

次いで、調製された合金およびアマルガムを、制御され
た最低温度においてはんだごてを使用して加熱し、そし
て合金を半液体（柔らかく）または完全に液体の状態に
する。次いで、加熱された合金をセラミック酸化物材料
の新しく調製され磨かれた表面の上に物理的にこすって
、表面が加熱された合金により完全にぬれるようにする
。セラミック酸化物材料の温度は物理学的接触の瞬間に
加熱された合金の温度と同一であって、ぬれのプロセス
を促進することが望ましい。同様に、セラミック酸化物
に接合すべき金属電極の清浄いし、酸化されていない表
面を、また、同様な方式で加熱された合金でぬらすべき
である。この加熱された合金の物理学的導入および電気
的に接合すべき材料の表面のぬれは、機械的および化学
的ストレスに対する抵抗性の、有効な機械的結合を保証
するために必要な予備的工程である。加熱された合金を
セラミック表面の上に、はんだごてを所望の加熱温度で
使用して直接適用し、そして同時に金属の表面に同様に
よく適用する。引き続いて、セラミック酸化物および金
属電極の合金でぬれた表面を追加の加熱された合金で一
緒に接合して、追加の加熱された合金を架橋材料として
使用して接合または物理学的結合を形成する。合金の接
合が物理学的に形成された後、それを冷却しそして固化
する。次いで、固化した合金の接合は物理学的および化
学的ストレスに対する抵抗性の機械的結合ばかりでなく
、かつまた約１０−”オーム／　ｃ　ｍ２以下の接合し
た電気界面抵抗を示す。

金属合金を使用する方法および超伝導性セラミック酸化
物および常態で導電性の金属電極の表面へのその適用に
関するいくつかの予防手段に注意すべきである。最初に
、本発明を構成する金属合金は最初に室温（２０℃）に
おいて固体または液体の物理学的状態で使用されること
が認識されるであろう。合金の固体の状態の配合物につ
いて、はんだごて（または他の加熱装置ＩＩ）のために
推奨される温度は、溶融プロセスの開始に要求される最
高温度以下であり、好ましくはわずかに６０℃である。

金属合金の溶融に必要な温度より顕著に高い温度におい
て、合金のぬれは減少し、そして中程度の酸化、還元、
または表面の汚染の非常に希な危険が起こりうる。同様
に、合金について最低の融点温度より低い温度において
、合金は固体となり、この固体は、次いで、セラミック
酸化物および金属電極の表面をぬらす能力を障害する。

あるいは、室温において液体である合金配合物について
、有効な使用温度の限界はほぼ２０℃から結合合金の実
際の固化温度までに及ぶ。

はんだ付はゲロセスのためのタイミングに関すると、半
液体または液化した合金を使用して有効な結合をつくた
めに要求される最小の時間の限界は、鉛筆型のはんだご
てを使用するとき、表面積のｌ　ｍ　ｍ　”当たりほぼ
３秒である。実際のはんだ付けのための最大の時間の限
界は存在しないが、接触表面のｌ　ｍ　ｍ　”当たりｌ
Ｏ秒以下を利用して、酸化の条件または材料それら自体
への変更を回避することが望ましい。金属表面をはんだ
付けするとき、結合合金の融点、ぬれ性質、または他の
特性を変更するような金属間組成物の形成を回避するた
めに、不必要にはんだ付は時間を延長することは推奨さ
れない。再び、好ましい使用の環境において、合金を導
電材料へ結合する作用を取り囲む相対湿度は、出来るだ
け低くあるべきであり、そしてすべての場合において７
５％の湿度より低くあるべきである。

■、金属合金により電気的に接合すべき材料の性質 本発明を構成する金属結合合金は、超伝導材料をそれら
自体に、通常の導電性材料に、または半導体材料に結合
するために最も有用である。このクラスの結合合金を独
特としかつこの分野において従来知られておりかつ使用
されているものと区別させる特性および利点は、次の通
りである：Ｉ、結合合金は、一緒に接合された材料の間
に緊密な直接接触をつくり、前記材料は超伝導体、例え
ば、セラミック酸化物、または通常の導電体、例えば、
普通の金属、または半導体である。

２、結合合金は機械的および化学的ストレスを最小とし
、そして超伝導体、例えば、セラミック酸化物への変更
を回避する。高いＴ８の超伝導材料の１つの極めて重要
なパラメーターは化合物中に存在する酸素の量であるの
で、本発明の合金および方法の結合温度は十分に低くし
て、実質的な還元または超伝導材料それら自体への化学
的変更の危険を回避する。

３、結合合金は現在使用られているはんだより使用が実
質的に容易でありかつより便利である。

そして ４、合金およびそれらを使用する方法は、鋳造物の強さ
および最小電気界面抵抗の信頼性ある接触を得るために
要求される時間を実質的に減少する。

電気的に接合することができる材料の範囲は、超伝導体
、通常の導電体、および半導体を包含する。超伝導材料
に関すると、耐火酸化物組成物、金属合金、および原子
の元素を包含する、広い範囲の材料は、それらを超伝導
性組成物として同定する認識された性質を有する。代表
的な例として、しかし不完全である列挙を下表Ｖｌｌに
記載する。

表Ｖｌｌ 超伝導性組成物　　　　　Ｔ、（範囲、℃）　発行され
た参考文献耐火酸化物の　イットリウム セラミック　　バリウム　　　９３まで　　　　　　　
ム銅酸化物 （ＹＢａｚＣｕｓＯｖ　−、） ＢｉＳｒＣａＣｕＯ ＴＩＢａＣａＣｕｏ　　　　１１０まで　　　　　　　
を合金　　　　　ＮｂｓＡ１ｅ、　ａ翻、、、　　２０
−１　　　　　　　　　車Ｎｂ、Ｓｎ　１８Ｊ本 Ｎｂ３Ａｌ　１７．５京 ＮｂｌＡｕ　１１．５本 Ｎｂ、Ｎ１６．０本 １０ｎ−１２−０車 Ｖ３Ｇａ　ｌＬｓ本 元素　　　　　Ａｌ　　　　　　　ｌ−２本Ｃｄ　　　
　　　　（１，５＊ Ｇａ　１．１　本 ■１１　　　　　　　　　　　　　　　０．１　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　車１ａ（ａ）　４
−５車 ｔａ（β）４．９本 ｐｂ　フー２本 Ｈｇ（ａ）　４．２本 Ｈｇ（β）４．０本 表　■（続） 超伝導性組成物　　　　　Ｔ、（範囲、℃）　発行され
た参考文献Ｍｏ　　０．９本 Ｎｂ　　９Ｌ３本 ０５　　（Ｌ７車 ７ａ　　４．５寧 ７ｃ　　８．２本 丁１　　　　　　　　　　　　　　　　２．４　　　　
　　　　　　　　　本７ｈ　　１４本 Ｓｎ　　３−７京 ７１　　Ｏ，４本 １　　（１０１京 ［１（、）（Ｌ６本 ■（β）１．８本 ｖ　５．３本 ２ａ　　（１９本 ２ｒ　　（Ｌ８本 しかしながら、最近に始めて開発されそして「高いＴ１
の超伝導体」の代表例である、ある種の耐火セラミック
酸化物は本発明の結合合金とともに使用するために最も
適当であることが認識および理解されるであろう。大き
い現在の応用における高いＴ、の超伝導材料の利用およ
び開発は、大部分、高いＴ、の材料とそれら自体と、他
の超伝導体と、および通常の金属とのの電気界面抵抗に
依存する。本発明を構成する結合合金は、数学的に計算
されるオームの挙動のための一般式（Ｖ−Ｉｌｌ）に従
い、基本的には抵抗性であることが実証された。結局、
接触電気抵抗は合金の配合および化学的組成、調製した
表面の純度、および実際の合金との結合後の時間に依存
するであろう。

別法において、超伝導材料は、本発明の金属合金を使用
して、常態で導電性の金属に電気的に結合することがで
き、前記金属の部分的リストは銅、銀、金、ニッケル、
鉄、錫、鉛、亜鉛、およびそれらの合金を包含する。こ
れらの金属は、従来認識されており、そして普通に、自
然の環境の通常の温度の変動および限界内で電気的接触
および回路をつくために、単独で、あるいは合金の形態
で使用されている。

そのうえ、本発明の独特の結合合金は、超伝導材料を半
導体材料に電気的に接合するために同様によく使用する
ことができる。このような一般に認識られて８９かつ普
通に入手可能である半導体材料は、次のものを包含する
：炭素、ケイ素、ゲルマニウム：およびヒ素の金属塩、
リン酸塩、アンチモン、イオウ、セレン、テクネジウム
など。

しかしながら、問題なく、独特の結合合金のための最も
好ましい用途は、「灰チタン石」構造の耐火セラミック
酸化物および一般に酸化物の超伝導性セラミックを電気
的に接合する用途である１新規な超伝導性（Ｎｏｖｅｌ
　　−Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔ　ｉｖｉ　ｔｙ）］　
　（Ｓ−Ａ、ウオルド（Ｗ。

１ｄ）およびＶ、Ｚ、クレシン（Ｋｒｅｓｉｎ）、編者
）Ｐｌｅｎｕｍ　　Ｐｒｅｓｓ％　１９８７、ｐ。

５９９）。

Ｖｌ　　Ｉ。

ｌ系列の実験および実験のデータを後述し、これらは本
発明を構成する結合合金の性質、特性、および利点のた
めの直接の証拠および実際の支持を提供する。以下の実
験の系列は、結合合金の電気抵抗および他のパラメータ
ーを測定するために種々の単一の試験装置を使用する。

実験的に決定された電気抵抗は、結合合金セラミック酸
化物の接触抵抗＋結合合金の接触の間のセラミック酸化
物の抵抗の合計である。

ここに表されるデータは、金属合金の２つの好ましい組
成物を使用して得られた：３３％の水銀および６７％の
インジウムの共融組成物、これは−３１，５℃で溶融し
、したがって室温において液体である：および１３％の
水銀および８７％のインジウムの共融組成物、これは約
６０℃において溶融し、こうして室温において固体であ
る。下の説明において、それらを、それぞれ、共融混合
物および固体混合物と呼ぶ。共融混合物および固体混合
物の両者の電気抵抗および他のパラメーターは、次の方
法において普通に知られている４つのプローブの標準の
装置および技術を使用することによって測定した。

Ｙ　Ｂ　ａ　、Ｃｕ　、０　フー＋＋の円筒形超伝導性
セラミック酸化物を、直径１．２７ｃｍ　（０，５イン
チ）および高さ３　ｍ　ｍのベレットとして調製した。

２本の銅ケーブルを、合計４本のケーブルを作る超伝導
性ペレットの２つの平らな表面の各々の中心において、
同一点にはんだ付けした。はんだ付けおよび電気的接触
のために結合合金を使用する方法は前述の方法であり、
ここではんだごてを固体の合金の溶融のために６０℃に
維持し：そしてはんだごてを室温（２０℃）に保持して
室温において液体である結合合金を導入した。ベレット
の各面上のはんだの接触の延長は各々はぼ４　ｍ　ｍ　
”であった。これは装置の配置Ａであった。

使用において、既知の電流取り付けたケーブルの２本を
使用して配ｌｉＡの超伝導性ペレットを横切って各面か
ら１つに流した。２本の残りのケーブルを電圧計に接続
して、それらの電気抵抗のたに、ベレット士接触を横切
って発生した電圧低下を測定した。次いで、観測されか
つ記録されそして記録された電圧低下を、既知の変動に
対してそれらが変動するとき、数学的にプロットした。

電圧と電流との間の相関関係は、実質的に直線であり、
Ｖ＝ＩＩ　　１．である有効な抵抗の挙動を示すことが
発見された。

装置の別の配置は、すべてが列、である、４つのはんだ
の接合またはパッドを有することであった。

これは配置Ｂを構成した。電流は２つの外側のパッドを
通過し、そして電圧ｖＩを内側のパッドを横切って測定
する。内側のパッドは、また、それらの各々に取り付け
られた２本のケーブルを有し、そして電圧ｖ２は同一電
流を内側のパッドのみに流しながら内側のパッドのケー
ブルを横切って測　　定することができる。電圧を減す
ることによって、純粋な接触抵抗を得ることができる。

第１図は、試料および接触の両者の抵抗が測定されるよ
うに、取った共融合金の電流一電圧の特性を示す。測定
は低い電流で７７６にの温度において実施した。低い電
流において線が直線である事実は、この方式において試
料がオームの法則に従うことを示す。電流が通過する区
域により分割される線の傾斜は、抵抗として定義−され
る。この場合において、抵抗はｉ１７ＸｌＯ−オーム／
ｃｍ”である。

第２図は、第１図により示されるのと同一の共融混合物
の測定を提供するが、電流はより高くそして接触が３０
時間実施した。曲線の曲がりは、電流が多少の半導性を
示し、そして抵抗が電流とともに減少することを示す。

これは第３図においてことに明らかでであり、ここで線
の傾斜は０゜６アンペアまでの高い電流において減少す
る。この場合において、共融合金について０．５アンペ
アにおける抵抗は１．３７ＸｌＯ−オーム／　ｃ　ｍ２
であると測定される。

共融混合物について抵抗性の時間依存性を測定するため
に、抵抗は時間の関数として測定した。

第３図および第４図は、室温において測定した抵抗の時
間依存性を示す。理解されるように、抵抗は第４図にお
いて接合を作った後１．６時間までの時間の間この共融
混合物について減少するが、第３図においてそれは２４
時間まで増加し、次いで一定に止まる。試料を７７°に
の温度に保持される場合、経時的変化はないか、あるい
は非常に小さいことが期待されるであろう。

室温における固体混合物の時間依存性は第５図に示され
ている。固体Ｒ台物は、共融混合物がなすように、抵抗
の初期の減少を示さない。抵抗は増加するだけであり、
次いで２４時間後−定となる。

本発明の主な特徴および態様は、次の通りである。

１、超伝導材料を、それら自体に、導電材料に、又は半
導体材料に電気的に接合するために有用な結合合金であ
って、該合金は、 約１０〜９０原子％のインジウム、及び添加剤、 から成り、該添加剤は、 ０〜約４０原子％の水銀、 ０〜約４０原子％のガリウム、及び ０〜約５５原子％のビスマス、 から構成されており、 前記合金は接合すべき材料を実質的に濡らしそして約２
０℃以下の温度において約ｌＯ−３オーム／ｃｍ”以下
の接合した電気界面抵抗を与えることができることを特
徴とする結合合金。

２、超伝導材料を、それら自体に、導電材料に、又は半
導体材料に電気的に接合するために有用な結合合金であ
って、該合金は、 約ｌ０〜９０原子％のインジウム、及び添加剤、 から成り、該添加剤は、 ０〜約４０原子％の水銀、 ０〜約４０原子％のガリウム、 ０〜約５５４予％のビスマス、 ０〜約３０原子％のカドミウム、 ０〜約１５原子％の錫、及び ０〜約１０７Ｉ子％の鉛、 から構成されており、 前記合金は接合すべき材料を実質的に濡らしそして約２
０℃以下の温度において約ｌロー３オーム／　ｃ　ｍ　
”以下の接合した電気界面抵抗を与えることができるこ
とを特徴とする結合合金。

３、超伝導材料を、それら自体に、導電材料に、又は半
導体材料に電気的に接合するために有用な合金であって
、該合金は、 約６０〜９０原子％のインジウム、及び添加剤、 から成り、該添加剤は約４０−１０１［千％の水銀、ガ
リウム、及びビスマスから成る群より選択される少なく
とも２種類の金属から成り、 前記合金は接合すべき材料を実質的に濡らしそして約２
０℃以下の温度ｌ：おいて約１０１オーム／　ｃ　ｍ　
”以下の接合した電気界面抵抗を与えることができるこ
とを特徴とする結合合金。

４、前記合金は、本質的にインジウム及び水銀のみから
構成されている上記第１項に記載の結合合金。

５、前記合金は、本質的にインジウム及びガリウムのみ
から構成されている上記第１項に記載の結合合金。

６、前記合金は、本質的にインジウム及びビスマスのみ
からｗＩＲされている上記第１項に記載の結合合金。

７、超伝導材料を、それら自体に、導電材料に、又は半
導体材料に電気的に接合する方法であって、約ｌ０〜９
０原子％のインジウム、及び０〜約４０原子％の水銀、
０〜約４０ＪＩＫ子％のガリウム、及び０〜約５５＊子
％のビスマスから構成された添加剤から成る結合合金を
調製し、接合すべき各材料の表面を清浄な表面として調
製し、 該合金を加熱して、少なくとも酸化されていない半液体
の状態を形成し、 該表面の各々が該加熱された合金により実質的に濡れる
ように、該加熱された合金を各酸化されていない表面に
導入し、 追加の加熱された合金を該濡れた表面の各々に適用して
、該材料の間に連続的な合金の接合を同時に形成し、そ
して、 約１０−３オーム／　ｃ　ｍ　”以下の接合した電気界
面抵抗が約２０℃以下の温度において固化した合金によ
り与えられるように、該合金の接合を固化する、 ことからなる方法。

８、超伝導材料を、それら自体に、導電材料に、又は半
導体材料に電気的に接合する方法であって、約ｌ０〜９
０原子％のインジウム、及び０〜約４０原千％の水銀、
０〜約４０１［千％のガリウム、０〜約５５原千％のビ
スマス、０〜約３０原子％のカドミウム、０〜約１５Ｊ
ＩＥ子％の錫、及び０〜約１０ｇ子％の鉛から構成され
た添加剤から成る結合合金を調製し、 接合すべき各材料の表面を清浄な表面として調製し、 該合金を加熱して、少なくとも酸化されていない半液体
の状態を形成し、 該表面の各々が該加熱された合金により実質的に濡れる
ように、該合金のアマルガムを各酸化されていない表面
に導入し、 追加の加熱された合金を該濡れた表面の各々に適用して
、該材料の間に連続的な合金の接合を同時に形成し、そ
して、 約ｌＯ−３オーム／　ｃ　ｍ　以下の接合した電気界面
抵抗が約２０℃以下の温度において固化した合金により
与えられるように、該合金の接合を固化する、 ことからなる方法。

９、前記合金は、本質的にインジウム及び水銀のみから
構成されている上記第７項に記載の方法。

１０、前記合金は、本質的にインジウム及びガリウムの
みから構成されている上記第７項に記載の方法。

１ｍ前記合金は、本質的にインジウム及びビスマスのみ
から構成されている上記第７項に記載の方法。

１２、前記結合合金は、インジウム及び少なくとも２種
類の他の金属からなる添加剤から構成されている上記第
７項に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１つの好ましい共融混合物の電流一
電圧の特性を示すグラフである。 第２図は、３０時間の期間後のより高い電流における第
１図内で評価した共融混合物の実施態様のグラフである
。 第３図は、結合後５時間で開始する第１図の共融混合物
の実施態様についての室温において測定した、抵抗の時
間依存性を示すグラフである。 第４図は、結合後１−６時間までの時間間隔の電気抵抗
の減少を示すグラフである。 第５図は、本発明の好ましい固体混合物についての経時
的電気抵抗を示すグラフである。 特許出願人　トラスティーズ・オブ・ボストン・ユニバ
ーシティ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超伝導材料を、それら自体に、導電材料に、又は半
   導体材料に電気的に接合する方法であって、約１０〜９
   ０原子％のインジウム、及び ０〜約４０原子％の水銀、０〜約４０原子％のガリウム
   、及び０〜約５５原子％のビスマスから構成された添加
   剤から成る結合合金を調製し、接合すべき各材料の表面
   を清浄な表面として調製し、 該合金を加熱して、少なくとも酸化されていない半液体
   の状態を形成し、 該表面の各々が該加熱された合金により実質的に濡れる
   ように、該加熱された合金を各酸化されていない表面に
   導入し、 追加の加熱された合金を該濡れた表面の各々に適用して
   、該材料の間に連続的な合金の接合を同時に形成し、そ
   して、 約１０＾−＾３オーム／ｃｍ＾２以下の接合した電気界
   面抵抗が約２０℃以下の温度において固化した合金によ
   り与えられるように、該合金の接合を固化する、 ことからなる方法。 ２、超伝導材料を、それら自体に、導電材料に、又は半
   導体材料に電気的に接合する方法であって、約１０〜９
   ０原子％のインジウム、及び ０〜約４０原子％の水銀、０〜約４０原子％のガリウム
   、０〜約５５原子％のビスマス、０〜約３０原子％のカ
   ドミウム、０〜約１５原子％の錫、及び０〜約１０原子
   ％の鉛から構成された添加剤から成る結合合金を調製し
   、 接合すべき各材料の表面を清浄な表面として調製し、 該合金を加熱して、少なくとも酸化されていない半液体
   の状態を形成し、 該表面の各々が該加熱された合金により実質的に濡れる
   ように、該合金のアマルガムを各酸化されていない表面
   に導入し、 追加の加熱された合金を該濡れた表面の各々に適用して
   、該材料の間に連続的な合金の接合を同時に形成し、そ
   して、 約１０＾−＾３オーム／ｃｍ＾２以下の接合した電気界
   面抵抗が約２０℃以下の温度において固化した合金によ
   り与えられるように、該合金の接合を固化する、 ことからなる方法。