JPH03501672A

JPH03501672A - 合成超伝導体の設計と製造

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Publication number: JPH03501672A
Application number: JP1508104A
Authority: JP
Inventors: ロナ　メヘメット
Original assignee: アーサー　デイ　リトル　インコーポレイテッド
Priority date: 1988-07-22
Filing date: 1989-07-17
Publication date: 1991-04-11
Also published as: EP0381735B1; EP0381735A1; CA1337704C; DE68927994D1; DE68927994T2; WO1990001218A1

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】合成超伝導体の設計と製造発明の分野とその背景この発明は、これまで超伝導が観察された絶対温度に近い温度より相当に高い温度で動作する合成超伝導体に関するものである。このような高い温度での超伝導、例えば、１００°Ｘの近くでの超伝導は、選ばれた化学化合物群においてすでに認められている。このような高温超伝導体は、酸化銅の調合物（ｃｏｐｐｅｒ　ｏｘｉｄｅ　ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ）を含有する結晶構造体から成り、前記調合物には様々な元素、そのうちのいくつかを挙げればタリウム、カルシウム、イツトリウム、バリウムなどが含まれている。どのような元素の集まりが良好な超伝導特性を示す化合物になるかは、試行錯誤によって決定されている。様々な理論がすでに超伝導の理論的記述を試みているが、いずれの理論も、結晶格子内にある２次元の銅原子と酸素原子の層が原因で超伝導が生じると考えている。これらの層は、結晶構造内にある酸化鋼の低伝導性単方位フィラメント（ｌｏｗ　ｃｏｎｄｕｃｔｔｖｉｔｙ　ｍｏｎｏｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｆｉｌａｍｅｎｔｓ）もしくは−次元鎖（ｏｎｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｈａｉｎｅｓ　）により、互いに分離されている。

高温で超伝導となる物質の製造には多くの問題があり、そのため超伝導材の実用性が制約されている。その問題の中には、超伝導を生む混合物の成分比や製造パラメーターが何であるかを見い出すことが困難であるということだけでなく、高度で床机な応用を可能にする物理的強度、化学的安定性、および寸法特性を備えた超伝導材を製造するのが困難であるということも含まれる。望ましい特性を備えた新たな物質を見い出すのが困難であるのは、新世代の高温超伝導物質の超伝導メカニズムがどのようなものであるのかが判明していないからであり、このため高温超伝導材は今日に至るも産業上の充分なる利用を見ていない。

発明の簡単な要約この発明は、高い超伝導温度での超伝導の伝導メカニズムをはじめて明らかにするものである。

そこで、以下に、高い超伝導温度で有用な超伝導を示す合成超伝導構造体とその製造方法について述べる。

この発明では、伝導層とこの伝導層より伝導率の低い低伝導層とを交互に絶縁層により隔ててなる合成超伝導体を提案する。伝導層と低伝導層とを隔てる絶縁物質は、誘電体や自由空間等、何であってもよい。前記伝導層、前記低伝導層、その間隔、そしてそれらの伝導率レベルは、前記伝導層と前記低伝導層の自由電荷キャリア（ｆｒｅｅ　ｃｈａｒｇｅ　ｃａｒｒｉｅｒｓ　）の間に静電力が生じるように選択する。前記両転導層は、静電力の静電作用により、低伝導層中のキャリアに、ポテンシャルの谷により形成される小さなりラスター内で、対もしくは集団を形成させる。ポテンシャルの谷は、前記層状構造体の特性やそのジオメトリ−から生じる。このような構成は、伝導層と低伝導層との相互作用により超伝導性を示す。従って、低伝導層の存在は、超伝導性を発揮させるのに枢要である。

この発明の提案する超伝導体の一実施例は、厚さが原子１個分から数個分の伝導層と低伝導層を蒸着（ｄｅｐｏｓ　ｉ　ｔ　ｉｎｇ　）もしくはメッキ（ｐｌａｔｉｎｇ）することにより製造する。その場合、両転導層は、絶縁体（誘電率は極めて小さいのが普通である）により隔てて、前記低伝導層内で電荷が対を形成するのに要する静電力を強くする。

図面の簡単な説明この発明の以上の特徴およびそれ以外の特徴については、以下の実施例の記載と添付図面に、より詳細に述べている。

添付図面は、それぞれ次のものを示している。

第１Ａ、ＩＢ、ＩＣ図は、従来の超伝導セラミックの設計を示す結晶構造体を示している。

第２図はこの発明による超伝導体の構成を示す構造図である。

第３図は、この発明による超伝導を達成する静電相互作用を示すグラフ。

第４図は、第３図の静電引力作用を表わすポテンシャルＲ０第５図は、この発明の層状超伝導材を製造するための蒸着装置の一例を示す概略図。

第６図はこの発明による超伝導体の製造工程を示す製造工程図。

詳細な記載この発明は、高い超伝導温度で超伝導となる合成超伝導体に関するものである。

この超伝導体の伝導性は、伝導層とこの伝導層より伝導性の低い低伝導層とを交互に配した層状構造の中で実現される。このような構成は、従来型の高温超伝導体と異なるものである。従来の超伝導体は、結晶、特に第１Ａ−ＩＣ図に示すように酸化銅の結晶を含んでいる。第１Ａ−ＩＣ図に示すように、その配合物（ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ　）よりなる結晶構造をＸ線回折により分析すると酸化＃Ｒ１４のほぼ平行な平面１２が複数個あることが解った。これらの平面１２は、酸化１ｉｉ１１８の一次元直鎖１６により隔てられている。結晶中の空間にはタリウム、バリウム、カルシウム等の添加原子（ａｄｄｉｔｉｖｅ　ａｔｏｍｓ　）があって、自由キャリアの形成を促進している。

超伝導は、平面１２に生じると思われる。第１Ａ−ＩＣ図の結晶構造は、例えば、所要の元素（例えば、タリウム、イツトリウム５、バリウムもしくはカルシウムの選択した組合せ）を、銅およびその酸化物と化合させることにより製造することができる。このような方法による超伝導体の形成を支配するメカニズムは分っておらず、超伝導性の実現は試行錯誤によるしかない。この結晶構造は、空間格子が形成されるときに生じる様々な元素と酸化銅の網状組織（ｎｅｔｗｏｒｋ　）とが複雑に結合したものであり、その結晶構造の外観（ａｐｐｅａｒａｎｃｅ）に基づいて結果を予想することはできない。

これに対して、この発明が実現しようとする超伝導性は、第２図に全体的に示すように、絶縁体により隔てられた、伝導層とこの伝導層より伝導性の低い低伝導層とを制御下で積層することにより実現することができる。第２図に示すように、この発明の超伝導体は、−組の伝導１’１ｉ２０．２２と、これら伝導層より伝導性の低い低伝導層２４と、絶縁層２６．２８とを有し、前記伝導層２０．２２は低伝導層２４により隔てられており、また前記伝導層２０．２２．２４のそれぞれは前記絶縁層２６．２８により隔てられている。前記絶縁層は誘電体であっても自由空間であってもよい。

この層状構造体は、メッキ（ｐｌａｔｉｎｇ）もしくは粒子蒸着（ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）により基板３０に設けるのが普通である。この層状構造体は、層２０の上に複数回、繰り返し形成してもよい。

通例、伝導層２０．２２は同じ金属導体から形成され、他方、絶縁層２６．２８は同じ絶縁材もしくは誘電材から形成される。各層を形成するには様々な方法を用いることができる。例えば、スパッター法やその他の方法による粒子蒸着を用いて不規則なアモルファスの薄層もしくは多結晶質の薄層の形成することができる。また、化学蒸着（ＣＶＤ　もしくはＭＯＣＶＤ）　、有機金属ＣＶＯもしくは高真空分子線エピタキシ（ＭＢＥ）により単結晶エピタキシャル薄層を生成させてもよい。補助もしくは反応性蒸着（ａｓｓｉｓｔｅｄ　ｏｒ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｎ）や液体溶融蒸着（ｌｉｑｕｉｄ　＋ｍｅｌｔ　ｄｅｐｏｓｉＨｏｎ）をメッキと共に用いてもよい。

この発明の一つの実施例においては、伝導層２Ｏ１２２を形成するのに用いた物質と同じ物質を蒸着する（ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ　）ことにより伝導層２４を形成しているが、その場合、蒸着層の厚みは充分に薄くする。これは、以下に述べる理論的考察に従って伝導層２４の全体的な伝導性を低くするためである０通常、伝導層２４の厚みは、例えば原子３個分でもよく、他方、伝導層２０．２２の厚みはその数倍であってもよい。伝導１’ｉ２０．２２に用いる物質、そしてこれは任意であるが伝導層２４に用いる物質は、良性の導電特性を備えたものを選択するのが普通であり、特に、１原子当りできるだけ多くの自由電子が都合よく得られるようなものを選択する。このような物質の代表例としては、金や銀、ベリリウムや銅などの金属がある。また、伝導性のより低いつまり不完全な低伝導層２４を、伝導層２０．２２とは異なる金属で形成する場合には、例えばチタニウムもしくはアルミニウムを用いることができる。しかし、このような例をあげたからといって伝導層２０，２２．２４に用いる金属やその性質が、以上の例に限定されるわけではない。以下に述べる理論的考察から、例示した以外の金属の使用に関する指針が得られるであろう。

伝導層２０と２４そして伝導層２２と２４とは厚みＣだけ隔たっている。このＣは、通常、１０オングストロームのオーダーであるが、より一般的には以下の理論的考察に基づいて決定する。伝導層２０．２４．２２を隔てる絶縁層２６．２８の誘電率は、どちらかと言えば低く、無理のない限りできるだけ１に近いのが普通である。しかし、この数字は前記絶縁層の大きさを実際に決定するためのものであって、何ら限定的なものではない。

絶縁１’ｉ２６．２８に用いる物質としては、例えば二酸化珪素、窒化珪素、様々な弗化化合物、ガラス類、ダイヤモンドのような炭素ＩＮなどが代表的である。

以上の説明においては、はぼ平面状におかれた層２０〜３０を例にとって主としてそれについて述べてきたが、むろんこの発明は、そのような平面状の層の例に限定されるもので、はなく、湾曲した層を含むものである、と理解すべきである。湾曲層は、回転する予備形成品玉の円筒体のように層を形成することにより得られる。また、これ以外にも、前記伝導層は、適当なドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）を施した半導体層どして形成してもよい。

ガリウム砒素のような半導体中に、半導体の層を作る場合は、ドーピングしたＧａＡｓ半導体で低伝導層を作り、高伝導層を成長金属層（ｇｒｏｗｎ　ｍｅｔａｌｌａｙｅｒ　）もしくは縮退的（ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｌｙ　）にドーピングしたＧａＡｓにより形成するのが好ましい。

また、これら両転導層は、絶縁体の成長層Ａ１．　Ｇａ１−Ｘ　Ａｓにより互いに隔てるようにする。伝導性のより高い伝導層は、厚さｔで広さが１４の領域に、１０１３に等しいかもしくはそれより多い数の電荷キャリアを含むことができる。これは、この層の厚みｔが１０′３／ｎより大きいことを意味する。ただし、ｎはｌ　ｃｉ当りの電荷キャリアの密度を表わしている。一方、伝導率の低い伝導層の場合は、厚みｔで面積１　ｃｉにある電荷キャリアの数は１０′２より少なくなければならない。したがって、層の厚みＴは１０”／ｎより小さくする必要がある。たとえば厚みが原子１個分の層について考えてみれば、低伝導層については、ｎは３　ｘｌＯ１９／ｃ＋ａより小さくなるように制限される。また高□伝導層のｎはＩＯ！ｌ／Ｃ１１を超えてもよい。

第２図に示す超伝導材の特定の寸法と組成について理解するためには、第３図と５第４図に示す理論的記載が参考となる。第３図に示す第１伝導板４０と第２伝導板４２は、それぞれ導体２０と導体２２を表わしている。伝導［４０，４２間の中央部には電荷キャリア４４がある。このキャリアは、正電荷キャリアである場合も負電荷キャリアである場合もあり、通例、不完全伝導層２４の中の自由電荷キャリア（ｆｒｅｅ　ｃｈａｒｇｅ　ｃａｒｒｉｅｒｓ）もしくは不完全自由電荷キャリア　（ｐａｒｔｉａｌｌｙ　ｆｒｅｅｃｈａｒｇｅ　ｃａｒｒｉｅｒｓ）を表わしている。キャリア４４を囲む静電場とキャリア４４０回りのポテンシャル場（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｆｉｅｌｄ）とに関する場の理論を発展させるためには、イメージ分析（ｉｍａｇｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　）に軌らねばならなかった。その場合、交互に荷電される追加の粒子４６を配列して伝導Ｆｉ、４０５４２の代りにする。生じる場とボーテンシャルの方程式は、各キャリア４４と各粒子４６の寄与率の重なりから生じる。要約すると、生成する場は、第４図に示すポテンシャルエネルギー（Ｐ、Ｅ、）の図表において、電荷キャリア４４を相互に隔てる距離“ｄ”の関数として表わすことができる。異なったポテンシャル曲線４８を異なるＣ″の値に応じて発生させることができる。Ｃの値をある範囲にとれば（通常は、１０オングストロームの範囲）、第４図に示すようなポテンシャ、ル図が生じる。このポテンシャル曲線にはポテンシャルの谷（ｐｏｔｅｎｔｔａｌ　ｗｅｌｌ）　５　Ｑが認められるが、これは、キャリア４４が通説に反して互いに１反発し合わず、むしろある安定した分離距離（ポテンシャルの谷５０の底により表わされている距離“ｄｏ”）までは、互いに引きつけ合う、ということを示している。

第３図の伝導層４０．４２に戻れば、キャリア４４のそれぞれは、伝導層４０．４２内の自由キャリアを、キャリア４４の発する静電作用の影響下で運動させる。キャリア４４は、図示する各伝導板に電荷分布５２．５４　（ｃｈａｒｇｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を形成している。伝導［４０と４２内の電荷はζキャリア４４の間に引力作用（ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ　ｅｆｆｅｃｔ）を引き起こす、伝導ｗ、４０．４２が伝導性を有するため、一つのキャリア４４が伝導板４０．４２中に発生させる電荷集群（ｃｈａｒｇｅ　ｂｕｎｃｈｉｎｇ　）は、そのキャリア４４には事実上影響を及ぼさないけれども、その隣のキャリア４４が発生させる電荷集群（ｃｈａｒｇｅ　ｂｕｎｃｈｉｎｇ）は、第１のキャリア４４によって感受されるため、これら二つのキャリア４４は一緒に引っ張られて、電荷が等しいにもかかわらず対を形成する。このような作用を効果的に働かせるには、伝導板４０と４２の、あるいは伝導層２０と２２の伝導性をできるだけ高くするのがよい。また他方、キャリア４４を含む伝導層２４に関しては、自由電荷キャリアもしくは不完全自由電荷キャリアの数を比較的少なくしなければならない。これは、キャリア４４の電場が遮蔽されたり、解除されたりしないようにするためである。このようにすると、キャリア４４の反復クラスター（ｒｅｐｅａｔｉｎｇ　ｃｌｕｓｔｅｒ　）中に効果的な対形成作用（ｐａｒｉｎｇ）もしくは集団形成作用（ｇｒｏｕｐｉｎｇ）が、上記の静電作用に応じて生じる。もし伝導層２４中の電荷キャリアが余りに強い（ｐｒｅｖａｌｅｎｔ）と、平行な二つの導体２０．２２による単なる反射状態が生じる。

ここで理論的考察に戻ると、伝導層同士を隔てる距離“Ｃ”は、次の点を考慮して決定される。

すなわち、電荷キャリア４４間の結合エネルギー（これは、エネルギーの谷５０の底とポテンシャルエネルギー５４の漸近接近極限値との間の差として考察される。接近極限値は、無限に等しい“ｄ”で達せられる）は、伝導層２０．２２の伝導性を表わす因子の関数として変化するが、この因子は、距離“Ｃ／２”と絶縁体２６．２８の誘電率との積より大きい。興味深いことに、後になって、第１図に示す公知物質に関する実験結果に、以上の純理的ポテンシャルエネルギー理論をあてはめるとほぼ完全に合致することが判明した。このことは、この理論がきわめて正確に超伝導性を予測できるということを意味している。

このような理論に基づけば、より実際的な方法により超伝導性を達成することができる。その方法とは、第２図に示すような層から構成された物質を合成するという方法である。あるいは、伝導層と低伝導層とから成る積層体を形成するというより制御性の高い方法である。以上のような理論的指針に従えば、寸法上の制約条件はただ、第４図に示すポテンシャルの谷を生じさせるという条件、伝導層２４中で自由に活動する（ａｖａｉｌａｂｌｅ）電荷キャリア、正孔もしくは電子の数を制御するという条件、そしてそれぞれの各ポテンシャルの谷において対を形成するもしくは集団を形成するキャリアの数を制限する〔場合によるが、通常は、数個の電子もしくは正孔（ｈｏｌｅ）　）という条件、にのみ限られることになる。集団を形成するキャリア全体の直径は、普通、伝導層２０．２２間の距離°“Ｃ”と同じ大きさのオーダー、つまり１０〜１５オングストロームである。

従って、特に大切な事項は、伝導層２０．２２中の自由電荷キャリアの準位もしくは密度を比較的良性にすることおよび伝導層２４中の自由活動性（ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔν〕をより制限することである。

加えて、誘電率の関数である前記伝導層の距離も重要である。上記の観察に合致するように、伝導Ｎ２０．２２中では、面積１　ｃＪに在るキャリアの数を１０ ′３より多くするのが普通である。また、その実際の厚みについて言うと、キャリアの体積密度がｌｃｄ当り１０２′より大きくなるようにする。また、前記伝導層は、高い純度を備えていなければならない。同じように、伝導性の不完全な伝導層２４のキャリアの体積密度は１　ｃｆｆｌ当り１０１２粒子のオーダーにし、そのデバイの長さくＤｅｂｙｅ　ｌｅｎｇｔｈ　）は粒子間の平均距離よりも大きくする。これは、静電場が、前記不完全伝導層を介して作用するようにするためである。絶縁体２６．２８の誘電率が増大するにつれて、条件を変化させないでおこうとすれば、その伝導層間の距離を減少させなければならない。だから、伝導層２６．２８の誘電率は可能なかぎり１に近いところで維持するのが、実際上有利である。ただし、以上であげた数字は、いずれも単に量的な参考値にすぎず、何ら限定的なものではない。

次に、第２図に示す層状構造体を製造するための装置について述べる。この装置は、適切に層を蒸着させ（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）　、メッキしくｐｌａｔｉｎｇ）、ミクロ構造体（ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を形成する装置・　であれば、どのようなタイプの装置であってもよい。このような装置の一例を第５図に全体的に示した。この装置においては、真空室６０の内部で、上記の方法もしくは他の適切な方法によって、基板６８上に、層６２．６４．６６を蒸着し、生成しもしくは堆積させる。排気装置６１により室６０の内部７２は、１生成工程に対する干渉を防ぐような十分に低い圧力に維持される。粒子源７０から出た粒子７４は層状構造体の頂面に集まる。

代表的な製造例の場合、製造工程は第６図に示す工程図に従って実行される。まず、工程８０で、基板６８を室６０内に置き、適当な真空状態を作り出す。真空状態が生じると、次の工程８２において第１の層２２を蒸着させる、同じようにして、続く工程８４．８６．８８．９０で層２８．２４．２６．２０を次々と蒸着させる０判別工程Ｓ２でブランチＳ４の方へ出てゆけば、工程８４〜ＳＯを返し実行することができ、前記層を繰り返し蒸着させて、反復サンドイッチ構造体（ｒｅｐｅａｔ、ｉｎｇｓａｎｄｗｉｃｈ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ）を得ることができる。判別工程Ｓ２からブランチＳ４に出てゆく代りに、判別工程９２において層蒸着作業を終了させてもよい。これは、制御装置Ｓ６のプログラム制御により実行する。正しい積層順序が守られる限り、積層作業はどの層のところから始めてもよい。

実際の応用にさいしては、製造工程８２〜９０の各工程内で形成する様々な物質に合わせて、室６０内に粒子源７０を複数個設けるのが普通である。こうすることにより、各層を蒸着させるたびに室６０の真空状態を解除して、スパッターされた粒子の粒子源を追加して設ける必要がなくなる。

上記以外の装置、例えば厚み検知装置を室６０に追加して設け、蒸着作業を蒸着された層の厚みに応じて自動的に終了させるようにしてもよい。

上に述べたこの発明の提露する超伝導材を得るための構造体と方法は、前記の超伝導理論が許容する広い限界値を用いて記載した。だからこの発明の範囲を以下に記載する請求の範囲のみに従って限定しようと思う。

１＝−−−−−−ＩＡ−＃−１−Ｔ−，ＰＣ：Ｔ／ｖＳ　８９１０：１０６３　２

Claims

【特許請求の範囲】

１．第１の伝導層と第２の伝導層とを間隔をあけて交互に形成し、第２の層の導電性は比較的大きく設定し、第１の層の導電性は第２の層に比べて小さく設定し、前記両伝導層は、第２の伝導層内の電荷分布が引き起すボテンシャルの谷により第１の伝導層の電荷キャリアを静電的に結合させて超伝導を生じさせるような厚みと間隔をもって形成することを特徴とする超伝導体の形成方法。
２．前記層形成工程が、蒸着もしくはメッキにより前記伝導層を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１項記載の超伝導体の形成方法。
３．前記層形成工程がスパッタリングを行なう工程を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１項記載の超伝導体の形成方法。
４．前記層形成工程が、前記伝導層の間に絶縁層を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１項記載の超伝導体の形成方法。
５．　前記絶縁層形成工程が、粒子蒸着により前記絶縁層を蒸着する工程を含んでいることを特徴とする請求の範囲第４項記載の超伝導体の形成方法。
６．前記絶縁層蒸着工程がスパッタリングを行なう工程を含んでいることを特徴とする請求の範囲第５項記載の超伝導体の形成方法。
７．前記第１の伝導層と前記第２の伝導層とが金属より形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の超伝導体の形成方法。
８．前記第１の伝導層と前記第２の伝導層とを、同じ金属から成るが厚みの異なる層により形成することを特徴とする請求の範囲第７項記載の超伝導体の形成方法。
９．前記第２の伝導層を普通の伝導性を有する金属から形成することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の超伝導体の形成方法。
１０．前記第２の伝導層が面積１ｃｍ２に１０１３より多い数の電荷と、１ｃｍ３当り１０２１より大きい体積密度とを備え、前記第１の伝導層が面積１ｃｍ２に１０１２に似た数の電荷キャリアと、平均粒子間距離より大きなデバイ長とを有しているこを特徴とする請求の範囲第１項記載の超伝導体の形成方法。
１１．前記第２の伝導層が、金、銀、ベリリウム、銅より成る群から選んだ高純度の金属より形成されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の超伝導体の形成方法。
１２．前記第１の伝導層を形成する物質が、チタニウム、アルミニウム、ベリリウム、金、銀、銅から成る群より選択されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の超伝導体の形成方法。
１３．前記絶縁層が誘電率の小さな物質より形成されることを特徴とする請求の範囲第４項記載の超伝導体の形成方法。
１４．前記絶縁層が、酸化物、窒化物、弗化物、ガラス類、ダイヤモンドのような炭素の膜から成る群より形成されることを特徴とする請求の範囲第１３項記載の超伝導体の形成方法。
１５．第１の伝導層と第２の伝導層とを間隔をあけて形成し、第１の伝導層の導電率は、第２の伝導層のそれより低く、第２の伝導層に超伝導体の伝導機構を付与し、前記第１の伝導層は伝導方向において２次元に形成する、という工程より成る超伝導体の形成方法。
１６．請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項、第１２項、第１３項、第１４項、第３５項、第３６項、第３７項、第３８項、第３９項、第４０唄、第４１項、第４２項、第４３項、第４４項、第４５項、第４６項、第４７項あるいは第４８項に記載の超伝導体の形成方法により製造した超伝導体。
１７．請求の範囲第１５項に記載の超伝導体の形成方法により製造した超伝導体。
１８．比較的導電性の高い物質からできた第２の伝導層と、この第２の伝導層よりも導電性の低い第１の伝導層とから成り、前記第１の伝導層と前記第２の伝導層とは間隔をおいて交互に配され、前記両伝導層を隔てる距離と前記両伝導層の厚みとは、第２伝導層内の電荷分布が引巻起こすポテンシャルの谷により第１伝導層内の電荷キャリアを静電的に結合させて超伝導性を生じさせるようなものであることを特徴とする超伝導体。
１９．前記第１の伝導層と前記第２の伝導層が金属で形成されていることを特徴とする請求の範囲第１８項記載の超伝導体。
２０．前記第１の伝導層と前記第２の伝導層が同じ金属から形成され、厚みが異なることを特徴とする請求の範囲第１９項記載の超伝導体。
２１．前記第２の伝導層が普通の伝導性を備えた金属であることを特徴とする請求の範囲第１８項記載の超伝導体。
２２．前記第２の伝導層が面積１ｃｍ２に１０１３より多い数のキャリアと、１ｃｍ３当り１０２１より大きな体積密度とを備え、前記第１の伝導層は面積１ｃｍ２に１０１２に似た数の電荷キャリアと、平均粒子間距離より大きなデバイ長とを有することを特徴とする請求の範囲第１８項記載の超伝導体。
２３．前記第２の伝導層が、金、ベリリウム、銀、銅より成る群から選択した高純度の金属から形成されることを特徴とする請求の範囲第１８項記載の超伝導体。
２４．前記第１の伝導層を形成する物質がチタニウム、アルミニウム、ベリリウム、金、銀、銅よりなる群から選ばれることを特徴とする請求の範囲第１８項記載の超伝導体。
２５．前記両伝導層の間に絶縁層を有していることを特徴とする請求の範囲第１８項記載の超伝導体。
２６．前記絶縁層が誘電率の小さな物質より形成されることを特徴とする請求の範囲第２５項記載の超伝導体。
２７．前記絶縁層が、酸化物、窒化物、弗化物、炭素の膜から成る群より形成されることを特徴とする請求の範囲第２６項記載の超伝導体。
２８．間隔をあけて設けた第１の伝導層と第２の伝導層から成り、前記第１の伝導層はそれ自体で前記第２の伝導層より伝導性が低く、第２の伝導層に超伝導材の伝導機構を付与し、前記第１の伝導層は伝導方向に２次元に形成されていることを特徴とする超伝導体。
２９．交互に配された伝導物質層と絶縁物質層とから成り、前記伝導物質層は交互に伝導性の比較的高い伝導層と伝導性の比較的低い中間層として現われ、前記絶縁層の厚みと誘電率および前記伝導層のそれぞれの伝導性が協働して、前記低伝導層中の電荷キャリア間に静電引力を引き起こし、前記低伝導層と前記他の層との協働により超伝導を生じることを特徴とする超伝導体。
３０．前記高伝導層は、面積１ｃｍ２に１０１３より多い数のキャリアと、１ｃｍ２当り１０２１より大きい体積密度とを備え、前記低伝導層は面積１ｃｍ２に１０１２に似た数の電荷キャリアと、平均粒子間距離よりも大きなデバイ長とを有することを特徴とする請求の範囲第２９項の超伝導体。
３１．前記他の層が、金、銀、ベリリウム、銅より成る群から選んだ高純度の金属より形成されることを特徴とする請求の範囲第２９項記載の超伝導体。
３２．前記他の層を形成する物質が、チタニウム、アルミニウム、ベリリウム、金、銀、銅より成る群から選択されることを特徴とする請求の範囲第２９項記載の超伝導体。
３３．前記絶縁層が誘電率の小さな物質より形成されることを特徴とする請求の範囲第２９項記載の超伝導体。
３４．前記絶縁層が、酸化物、窒化物、弗化物、ガラス類、ダイヤモンドのような炭素の膜から成る群より形成されることを特徴とする請求の範囲第３３項記載の超伝導体。
３５．比較的高い導電性を備えた第２の伝導層と、この第２の伝導層より低い導電性を備えた第１の伝導層を間隔をあけて交互に形成し、前記両伝導層は、各層の伝導性と共同して前記両伝導層に並行に超伝導性を生じさせるような厚みとを間隔をもって形成することを特徴とする超伝導体の形成方法。
３６．前記層形成工程が、蒸着もしくはメッキによりまたドーピングを行ったもしくは行なわない層成長により前記伝導層を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求の範囲第３５項記載の超伝導体の形成方法。
３７．前記層形成工程がスパッタリングを行なう工程を含んでいることを特徴とする請求の範囲第３５項記載の超伝導体の形成方法。
３８．前記層形成工程が、前記伝導層の間に絶縁層を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求の範囲第３５項記載の超伝導体の形成方法。
３９．前記絶縁層形成工程が、粒子蒸着により前記絶縁層を蒸着する工程を含んでいることを特徴とする請求の範囲第３８項記載の超伝導体の形成方法。
４０．前記絶縁層蒸着工程がスパッタリングを行なう工程を含んでいることを特徴とする請求の範囲第３９項記載の超伝導体の形成方法。
４１．前記第１の伝導層と前記第２の伝導層とが金属より形成されていることを特徴とする請求の範囲第３５項記載の超伝導体の形成方法。
４２．前記第１の伝導層と前記第２の伝導層とを、同じ金属から成るが厚みの異なる層により形成することを特徴とする請求の範囲第４１項記載の超伝導体の形成方法。
４３．前記第２の伝導層を普通の伝導性を有する金属から形放することを特徴とする請求の範囲第３５項に記載の超伝導体の形成方法。
４４．前記第２の伝導層が面積１ｃｍ２に１０１３より多い数の電荷と、１ｃｍ３当り１０２１より大きい体積密度とを備え、前記第１の伝導層が面積１ｃｍ２に１０１２に似た数の電荷キャリアと、平均粒子間距離より大きなデバイ長とを有しているこを特徴とする請求の範囲第３５項記載の超伝導体の形成方法。
４５．前記第２の伝導層が、金、銀、ベリリウム、銅より成る群から選んだ高純度の金属より形成されることを特徴とする請求の範囲第３５項記載の超伝導体の形成方法。
４６．前記第１の伝導層を形成する物質が、チタニウム、アルミニウム、ベリリウム、金、銀、銅から成る群より選択されることを特徴とする請求の範囲第３５項記載の超伝導体の形成方法。
４７．前記絶縁層が誘電率の小さな物質より形成されることを特徴とする請求の範囲第３８項記載の超伝導体の形成方法。
４８．前記絶縁層が、酸化物、窒化物、弗化物、ガラス類、ダイヤモンドのような炭素の膜から成る群より形成されることを特徴とする請求の範囲第４７項記載の超伝導体の形成方法。
４９．間隔をあけて交互に配された第１の伝導層と第２の伝導層とから成り、前記第２の伝導層は高い導電性を備え、前記第１の伝導層は前記第２の伝導層より導電性が低く、前記両伝導層を隔てる距離と前記両伝導層の厚みとは各層の伝導性と共同して前記両伝導層に平行に超伝導性を生じるようなものであることを特徴とする超伝導体。
５０．前記第１の伝導層と間第２の伝導層が金属で形成されることを特徴とする請求の範囲第４９項記載の超伝導体。
５１．前記第１の伝導層と前記第２の伝導層が同じ金属から形成され、厚みが異なることを特徴とする請求の範囲第５０項記載の超伝導体。
５２．前記第２の伝導層が普通の伝導性を備えた金属であることを特徴とする請求の範囲第４９項記載の超伝導体。
５３．前記第２の伝導層が面積１ｃｍ２に１０１３より多い数のキャリアと、１ｃｍ３当り１０２１より大きな体積密度とを備え、前記第１の伝導層は面積１ｃｍ２に１０１２に似た数の電荷キャリアと、平均粒子間距離より大きなデバイ長とを有することを特徴とする請求の範囲第５３項記載の超伝導体。
５４．前記第２の伝導層が、金、ベリリウム、銀、銅より成る群から選択された高純度の金属から形成されることを特徴とする請求の範囲第４９項記載の超伝導体。
５５．前記第１の伝導層を形成する物質がチタニウム、アルミニウム、ベリリウム、金、銀、銅よりなる群から選ばれることを特徴とする請求の範囲第４９項記載の超伝導体。
５６．前記両伝導層の間に絶縁層を有していることを特徴とする請求の範囲第４９項記載の超伝導体。
５７．前記絶縁層が誘電率の小さな物質より形成されることを特徴とする請求の範囲第５６項記載の超伝導体。
５８．前記絶縁層が、酸化物、窒化物、弗化物、ガラス類、ダイヤモンドのような炭素の膜から成る群より形成されることを特徴とする請求の範囲第５７項記載の超伝導体。
５９．層中にある電荷キャリアを境界域から作用する静電作用により集団化し、前記層中の超伝導を前記集団化作用の関数として支持することを特徴とする超伝導形成方法。
６０．電荷キャリアの自由活動性が制限された第１の２次元領域と、この２次元領域の隣に位置して、前記自由活動性の制限された電荷キャリアを集団化して超伝導を支持する手段とから成る超伝導体。
６１．前記層形成工程において、前記両伝導層間の間隔を数オングストロームに形成することを特徴とする請求の範囲第１項記載の超伝導体の形成方法。
６２．前記伝導層が曲線形状に形成されることを特徴とする請求の範囲第１項、第１５項もしくは第３５項記載の超伝導体の形成方法。
６３．前記伝導層がドーピングを施した半導体層を形成することにより形成される請求の範囲第１項、第１５項もしくは第３５項に記載の超伝導体の形成方法。
６４．前記伝導層が曲がっていることを特徴とする請求の範囲第１８項、第２８項、もしくは第４９項記載の超伝導体。
６５．前記伝導層がドーピングした半導体であることを特徴とする請求の範囲第１８項、第２８項もしくは第４９項に記載の超伝導体。