JPH0353413A - 超伝導配線 - Google Patents
超伝導配線Info
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- JPH0353413A JPH0353413A JP1187297A JP18729789A JPH0353413A JP H0353413 A JPH0353413 A JP H0353413A JP 1187297 A JP1187297 A JP 1187297A JP 18729789 A JP18729789 A JP 18729789A JP H0353413 A JPH0353413 A JP H0353413A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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。
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〕
本発明は、高い臨界電流値を持つ超伝導配線、特にその
構造の改良に関するものである。
構造の改良に関するものである。
超伝導体は直流での電気抵抗が零で、かつ高周波ロスら
金属に比べ格段に小さいので、超伝導体配線は、半導体
・超伝導ＬＳＩ，光デバイス等のエレクトロニクス分野
のｂならず、電力輸送、マグネット等のパワーエレクト
ロニクスの分野でも、大きな期待が寄せられている。超
伝導配線に電流を流していくと、ある電流値以上では超
伝導状態が壊れ常伝導状態に転移する（超伝導状態を維
持できる最大の電流値は、臨界泪流値と呼ばれている。
金属に比べ格段に小さいので、超伝導体配線は、半導体
・超伝導ＬＳＩ，光デバイス等のエレクトロニクス分野
のｂならず、電力輸送、マグネット等のパワーエレクト
ロニクスの分野でも、大きな期待が寄せられている。超
伝導配線に電流を流していくと、ある電流値以上では超
伝導状態が壊れ常伝導状態に転移する（超伝導状態を維
持できる最大の電流値は、臨界泪流値と呼ばれている。
）。つまり、臨界？Ｉｆ流値以上の電流を配線に流すと
、前記の零直流抵抗、低高周波ロス等の超伝導体の特徴
が消失してしまう。従って、臨界泪流値を増加させるこ
とは、超伝導配線の応用の観点から、非常に重要になっ
てくる。
、前記の零直流抵抗、低高周波ロス等の超伝導体の特徴
が消失してしまう。従って、臨界泪流値を増加させるこ
とは、超伝導配線の応用の観点から、非常に重要になっ
てくる。
超伝導配線の応用の形態は数多くあるが、最も基本的構
造は、第２図に示すようなものである。
造は、第２図に示すようなものである。
これは、ＬＳＩ上の配線として良く用いられる単木的構
造である。Ｓｉ，Ｓｉ０２等の基板α上に、幅Ｗ１厚み
ｔの超伝導体からなる配線βが形吸される。ここで、こ
の配線β構造における臨界電流値を求めてみる。
造である。Ｓｉ，Ｓｉ０２等の基板α上に、幅Ｗ１厚み
ｔの超伝導体からなる配線βが形吸される。ここで、こ
の配線β構造における臨界電流値を求めてみる。
簡単化のために、まず、配線βに流れる電流により少じ
る自己磁場と外部印加礒揚との和が超伝導体の第１臨界
Ｉａ場口 より小さい場合を考えＣ１ でみる。この場合、マイスナー効果のため電流は超伝導
体表面からロンドンの侵入艮λの深さまでの領域を表面
電流として流れる。従って、臨界泪流｛直Ｉ （は下
式で与えられる。
る自己磁場と外部印加礒揚との和が超伝導体の第１臨界
Ｉａ場口 より小さい場合を考えＣ１ でみる。この場合、マイスナー効果のため電流は超伝導
体表面からロンドンの侵入艮λの深さまでの領域を表面
電流として流れる。従って、臨界泪流｛直Ｉ （は下
式で与えられる。
Ｃ１
１ ＝２ｊｏλ（Ｗ＋ｔ−２λ＞ ・＜ ｉ ＞０
１ ここで、ｊｏは超伝導体の臨界電流密度である。
１ ここで、ｊｏは超伝導体の臨界電流密度である。
幅Ｗが厚みｔに比べ１分大きいと、近似的に１
〜２ｊ λ Ｃ Ｉ Ｃ （Ｗ ２２ ） ・・・ （２） となり、臨界電流値は厚ｂｔに無関係になる。
〜２ｊ λ Ｃ Ｉ Ｃ （Ｗ ２２ ） ・・・ （２） となり、臨界電流値は厚ｂｔに無関係になる。
つまり、従来の配線βにおいては厚ｂｔを厚くしても臨
界電流値を増加させることができないという重大な欠点
を持っていることを意味している。
界電流値を増加させることができないという重大な欠点
を持っていることを意味している。
以上の説明は、自己磁場と外部印加磁場との和が超伝導
体の第１臨界磁場口 より小さい場合Ｃ１ であったが、口 より大きい場合は温子化磁束Ｃ１ が超伝導体中に侵入づる。しかし、串子化磁束は超伝導
体表面から侵入するため表面近傍ほどその密度が高く、
また磁場勾配により電流が流れることを考え併せると、
ロンドンの侵入距１）ｆｉ７とは異なるがある特性距離
〈超伝導体のピニングの強さで決定される距Ｉｌ１ｌ）
の範囲を、電流は同様に表面電流として流れる。従って
、前記欠点は同様に生じる。
体の第１臨界磁場口 より小さい場合Ｃ１ であったが、口 より大きい場合は温子化磁束Ｃ１ が超伝導体中に侵入づる。しかし、串子化磁束は超伝導
体表面から侵入するため表面近傍ほどその密度が高く、
また磁場勾配により電流が流れることを考え併せると、
ロンドンの侵入距１）ｆｉ７とは異なるがある特性距離
〈超伝導体のピニングの強さで決定される距Ｉｌ１ｌ）
の範囲を、電流は同様に表面電流として流れる。従って
、前記欠点は同様に生じる。
こ）において本発明は、前記従来の欠点に鑑み大きい臨
界電流値を持つ超伝導配線を提供することにある。
界電流値を持つ超伝導配線を提供することにある。
前記課題の解決は、本発明の超伝導配線が、超伝導体と
、配線の使用温度では超伝導を示さない物質とからなる
２重ｖ４層構造を基本単位に、複数回ｖｉ層する構成手
段を採用することにより達成される。
、配線の使用温度では超伝導を示さない物質とからなる
２重ｖ４層構造を基本単位に、複数回ｖｉ層する構成手
段を採用することにより達成される。
（作 用）
本発明が講じた前記手段として、超伝導体薄膜と、配線
の使用温度では超伝導状態を示さない物質（絶縁体、半
ノ鰺休、金属、超伝導転移温度−「。
の使用温度では超伝導状態を示さない物質（絶縁体、半
ノ鰺休、金属、超伝導転移温度−「。
が使用編度以下の超伝導体〉とから形成された薄膜から
なる２重積層構造を基本単位に、複数回積胴した構造に
より、超伝導体の表面面積を増加させ、これにより、大
ぎな臨界電流値を持つ超伝導配線を実現できる。
なる２重積層構造を基本単位に、複数回積胴した構造に
より、超伝導体の表面面積を増加させ、これにより、大
ぎな臨界電流値を持つ超伝導配線を実現できる。
〔実施例１〕
本発明の第１実施例を第１図につき説明する。
本実施例は、厚みｔ の超伝導体１と、厚みｔＳ
．の配線の使用温度で【よ超伝導状態を示さない物質２
（絶縁体、半導体、金属、超伝導転移渇度゛「。が使用
温度以下の超伝導体）からなる２重積層体３を、Ｎ（＞
２）回積層した配線γである。この超伝導配線γの臨界
電流値を求めてみる。使用記度では超伝導状態を示さな
い物質２（絶縁体、半導体、金属、超伝導転移温度「。
（絶縁体、半導体、金属、超伝導転移渇度゛「。が使用
温度以下の超伝導体）からなる２重積層体３を、Ｎ（＞
２）回積層した配線γである。この超伝導配線γの臨界
電流値を求めてみる。使用記度では超伝導状態を示さな
い物質２（絶縁体、半導体、金属、超伝導転移温度「。
が使用温度以下の超伝導体）中には磁場が容易に侵入す
るが、超伝導体１中にはマイスナー効果、あるいはピニ
ング効果により表面からある特性距離のみしか侵入しな
いので、電流は超伝導体１の表面を流れることになる。
るが、超伝導体１中にはマイスナー効果、あるいはピニ
ング効果により表面からある特性距離のみしか侵入しな
いので、電流は超伝導体１の表面を流れることになる。
従って、臨界電流値Ｉ は各超伝Ｃ２
導薄膜の表面電流の和となるので、
１ ＝２ｊ・。λＮ （Ｗ＋ｔＳ−２λ）・・・（
３）Ｃ２ となる。同様に、幅Ｗが厚みｔ８に比べ１分太きいと、
近似的に ■ 〜２ｊｏ：ＡＮ（Ｗ−２７） Ｃ２ ・・・ （４ ） となる。
３）Ｃ２ となる。同様に、幅Ｗが厚みｔ８に比べ１分太きいと、
近似的に ■ 〜２ｊｏ：ＡＮ（Ｗ−２７） Ｃ２ ・・・ （４ ） となる。
ここで、
配線γ全休の厚みｔは、
ｔ・・Ｎ（１ ＋１ ）
Ｓ口
・・・ （５）
で与えられる。
（５）式のＮを（４）
式に代入す
ると、
１ 〜２ｊｏλ（Ｗ−２２） ｔ／ （ｔ ＋ｔ
）Ｃ２
Ｓ ｎ一Ｉ ｔ／（ｔ 十ｔ
）＝ＮＩ ・・・（６〉ｃ１ ｓ
ｎ ｃ１となる。つまり、臨
界電流値１ は仝休の膜厚Ｃ２ に比例して増加すると共に、同じ厚みでも従来の１ｉｉ
層超伝導配線ｂの臨界電流値Ｉ に比べＮ倍Ｃ１ 大きな値を実現できることを意味している。
）Ｃ２
Ｓ ｎ一Ｉ ｔ／（ｔ 十ｔ
）＝ＮＩ ・・・（６〉ｃ１ ｓ
ｎ ｃ１となる。つまり、臨
界電流値１ は仝休の膜厚Ｃ２ に比例して増加すると共に、同じ厚みでも従来の１ｉｉ
層超伝導配線ｂの臨界電流値Ｉ に比べＮ倍Ｃ１ 大きな値を実現できることを意味している。
〔実施例２）
第２実施例としては、超伝導体１として、ｐｂ、Ｎｂ．
ＮｂＮ，ＮｂＴ ｉ ，Ｐｂ Ｉ ｎ等の、いわゆる低
ＴＣ超伝導体（１９８６年に介見されたｌ−ａ１−ｘＭ
ｘＣｕＯｙ（Ｍ：Ｓ「、Ｂａ）をきっか（ノに探索が進
められた酸化物系超伝導体は超伍導転移温度Ｔ。が従来
超伝導体に比べ著しく高いこどから、高ＴＣ酸化物超伝
導体と呼ばれている。
ＮｂＮ，ＮｂＴ ｉ ，Ｐｂ Ｉ ｎ等の、いわゆる低
ＴＣ超伝導体（１９８６年に介見されたｌ−ａ１−ｘＭ
ｘＣｕＯｙ（Ｍ：Ｓ「、Ｂａ）をきっか（ノに探索が進
められた酸化物系超伝導体は超伍導転移温度Ｔ。が従来
超伝導体に比べ著しく高いこどから、高ＴＣ酸化物超伝
導体と呼ばれている。
それに対して従来の超伝導体を低下。超伝導体と呼ぶ。
）を用いる場合である。Ａｉ！線の使用温度で超伝導状
態を示さない物質２としては！ｉ場への影響が少ない、
つまり真空の透磁率に近い透磁率を持つ物質で構成する
。これは、基本的には、使用温度で超伝導状態を示す超
伝導体、あるいは磁性体を除く物質であればどのような
ものでも良く、絶縁体、半導体、金属、使用温度に比べ
低い超伝導転移温度ＴＣを持つ超伝導体など多くの材料
系を用いることができる。例えば、ＳｉＯ２、Ｍｇ０１
Ｓｉ．Ｇｅ，Ｗ，Ｔｉ，Ｂｉ＠どが挙げられる。
態を示さない物質２としては！ｉ場への影響が少ない、
つまり真空の透磁率に近い透磁率を持つ物質で構成する
。これは、基本的には、使用温度で超伝導状態を示す超
伝導体、あるいは磁性体を除く物質であればどのような
ものでも良く、絶縁体、半導体、金属、使用温度に比べ
低い超伝導転移温度ＴＣを持つ超伝導体など多くの材料
系を用いることができる。例えば、ＳｉＯ２、Ｍｇ０１
Ｓｉ．Ｇｅ，Ｗ，Ｔｉ，Ｂｉ＠どが挙げられる。
ところで、Ｌａ，−ｘＭＸＣｕＯｙ（Ｍ：Ｓｒ、Ｂａ）
は超伝導転移温度Ｔ。が３０〜４０Ｋど従来超伝導体に
比べ著しく高いことから、酸化物超伝導体の探索が進め
られ、転移温度Ｔ へ−９０ＫＣ のＬ ｎ Ｂ ａ Ｃ ＬＪ Ｏ ｙ系（１−ｎはイッ
トリウム（Ｙ）、あるいはランタンイド元素）、同じく
へ・１１０ＫのＢ ＋ Ｓ ｒ Ｃ ａ Ｃ ｕＯ ｙ
系、同じく〜１２０ＫのＴＩ ＢａＣａＣｕＯ，系の発
見が相次いだ。
は超伝導転移温度Ｔ。が３０〜４０Ｋど従来超伝導体に
比べ著しく高いことから、酸化物超伝導体の探索が進め
られ、転移温度Ｔ へ−９０ＫＣ のＬ ｎ Ｂ ａ Ｃ ＬＪ Ｏ ｙ系（１−ｎはイッ
トリウム（Ｙ）、あるいはランタンイド元素）、同じく
へ・１１０ＫのＢ ＋ Ｓ ｒ Ｃ ａ Ｃ ｕＯ ｙ
系、同じく〜１２０ＫのＴＩ ＢａＣａＣｕＯ，系の発
見が相次いだ。
〔実施例３〕
第３実施例としては、超伝導体１として、これ等の高Ｔ
ＣＩＩ化物超伝導体を用いる場合である。
ＣＩＩ化物超伝導体を用いる場合である。
前記した系の超伝導体、及び関連する酸化物超伝導体を
本実施例として使用できる。本実施例の特徴は、配線γ
の使用湿度を上界させることができることである（例え
ば、従来配線βの超伝導体として、最高の転移温度２３
Ｋを持つＮｂ３Ｇｅを適用した鴇合でも使用温度は高々
２３Ｋ以下であったが、酸化物超伝導体ＬｎＢａＣｕＯ
，系を用いると９０Ｋ以下で使用できる。）。特に、■
業的に広く用いられている液体窒素の沸点７７Ｋでも動
作させることかでぎるため、冷用コストの低減化等のた
めに配線の適用領域を拡大できるメリッ１〜がある。
本実施例として使用できる。本実施例の特徴は、配線γ
の使用湿度を上界させることができることである（例え
ば、従来配線βの超伝導体として、最高の転移温度２３
Ｋを持つＮｂ３Ｇｅを適用した鴇合でも使用温度は高々
２３Ｋ以下であったが、酸化物超伝導体ＬｎＢａＣｕＯ
，系を用いると９０Ｋ以下で使用できる。）。特に、■
業的に広く用いられている液体窒素の沸点７７Ｋでも動
作させることかでぎるため、冷用コストの低減化等のた
めに配線の適用領域を拡大できるメリッ１〜がある。
〔実施例４〕
第４実施例としては、前記第３実施例において、超伝導
（Ａ１、及び配掩γの使用温度で超伝導状態を示さない
物′ｆＩ２を、両名共に！１１帖晶７ＩＩＪ膜にするこ
とである。前記第３実塘例において、例えば、Ｔ ｃ
Ｍ化物超伝導体どしてＬｎＢａＣｕＯｙ系を、使用温度
で超伝導状態を示さイエい物質として金属ＡＱを用いた
場合、酸化物超伝導体とＡＣＩの格子定数が大きく異な
るため、超伝導体１が微粘晶の集合体、いわゆる多結晶
体になってしまう。酸化物超伝導体のコヒーレンス長は
従来配線βの超伝導体のコヒーレンス長に比べ極めて短
かいため、結晶粒界に存在するバリアにより結晶間を超
伝導電流が流れ難くなり、臨界電流密度値ｊ が桁違Ｃ いに小さくなってしまう（単結晶ではｊ は１０Ｃ ’Ａ／ｃｄ、多結晶体では１０３Ａ／ｃＩｉのオーダど
４桁以上小さいことが報告されている。）．これは、酸
化物超伝導体の物性に係わる酸化物超伝導体特有の問題
である。配線γの表面電流パスに６結晶粒界が存在する
ため、４？４層構造による臨界電流の増大効果を打ら消
４稈に、臨界電流値が大さく減少してしまう欠点を持っ
ている。本実施例では、超伝導体１は単結品休であるた
めに結晶粒界は存在せず、結晶粒界による臨界電流密度
の但下を防止することができる。従って、積層ｈＭ込に
よる臨界ｍ流値の増加効果を十分発揮させることができ
る。
（Ａ１、及び配掩γの使用温度で超伝導状態を示さない
物′ｆＩ２を、両名共に！１１帖晶７ＩＩＪ膜にするこ
とである。前記第３実塘例において、例えば、Ｔ ｃ
Ｍ化物超伝導体どしてＬｎＢａＣｕＯｙ系を、使用温度
で超伝導状態を示さイエい物質として金属ＡＱを用いた
場合、酸化物超伝導体とＡＣＩの格子定数が大きく異な
るため、超伝導体１が微粘晶の集合体、いわゆる多結晶
体になってしまう。酸化物超伝導体のコヒーレンス長は
従来配線βの超伝導体のコヒーレンス長に比べ極めて短
かいため、結晶粒界に存在するバリアにより結晶間を超
伝導電流が流れ難くなり、臨界電流密度値ｊ が桁違Ｃ いに小さくなってしまう（単結晶ではｊ は１０Ｃ ’Ａ／ｃｄ、多結晶体では１０３Ａ／ｃＩｉのオーダど
４桁以上小さいことが報告されている。）．これは、酸
化物超伝導体の物性に係わる酸化物超伝導体特有の問題
である。配線γの表面電流パスに６結晶粒界が存在する
ため、４？４層構造による臨界電流の増大効果を打ら消
４稈に、臨界電流値が大さく減少してしまう欠点を持っ
ている。本実施例では、超伝導体１は単結品休であるた
めに結晶粒界は存在せず、結晶粒界による臨界電流密度
の但下を防止することができる。従って、積層ｈＭ込に
よる臨界ｍ流値の増加効果を十分発揮させることができ
る。
本実施例で示した配線γ構造、つまり高ＴＣ酸化物超伝
導体の単結晶薄膜、使用温度で超伝導状態を示さない物
質から形成された単結晶薄膜からなる積層構造を実現す
るには、おＤの上にエビタキシャル（相互エビタキシャ
ルと呼ぶことにする。
導体の単結晶薄膜、使用温度で超伝導状態を示さない物
質から形成された単結晶薄膜からなる積層構造を実現す
るには、おＤの上にエビタキシャル（相互エビタキシャ
ルと呼ぶことにする。
〉成長が可能である必要がある。それには、格子定数の
整合がＸ足されるこどが綴も基本的条件である。ここで
・、酸化物超伝導体の格子定数、および格子整合条件に
ついて考えてみる。Ｌａ１−ｘＭ ＣｕＯ （Ｍ：
Ｓｒ、Ｂａ）系はＫ ２ Ｎ ｉ Ｆｘ
ｙ ４構造の正方品で格子定数ａ〜３．７８Ａである。
整合がＸ足されるこどが綴も基本的条件である。ここで
・、酸化物超伝導体の格子定数、および格子整合条件に
ついて考えてみる。Ｌａ１−ｘＭ ＣｕＯ （Ｍ：
Ｓｒ、Ｂａ）系はＫ ２ Ｎ ｉ Ｆｘ
ｙ ４構造の正方品で格子定数ａ〜３．７８Ａである。
Ｌｎ１Ｂａ２Ｃｕ３０ｙ系酸化物超伝導体は基本的には
斜方品形で格子定数はａ〜３．８２Ａ，ｂ〜３．８８Δ
であるが、この結晶構造は格子定数ａＯの擬正方品とし
て扱ってもよい（ｌａ−ｂ／ｂ−１．５％）。従って、
ａｏ 〜３．８５Ａの擬正方品と考えてよい。また、Ｂ
ｉ Ｓ ｒ Ｃ ａ Ｃ ｕＯｙ系は〜８０Ｋ相も〜
ＩＩＯＫ相もほぼ正方品ｒａ○〜５．４Ａである。ＴＩ
ＢａＣａＣｕＯｙ？は、ａ■〜３．８６Ａの正方品系
である。
斜方品形で格子定数はａ〜３．８２Ａ，ｂ〜３．８８Δ
であるが、この結晶構造は格子定数ａＯの擬正方品とし
て扱ってもよい（ｌａ−ｂ／ｂ−１．５％）。従って、
ａｏ 〜３．８５Ａの擬正方品と考えてよい。また、Ｂ
ｉ Ｓ ｒ Ｃ ａ Ｃ ｕＯｙ系は〜８０Ｋ相も〜
ＩＩＯＫ相もほぼ正方品ｒａ○〜５．４Ａである。ＴＩ
ＢａＣａＣｕＯｙ？は、ａ■〜３．８６Ａの正方品系
である。
（実施例５）
次に、単結晶を実現づるための格子の不整合の程度につ
いて説明する。最も、技術的に進んでる半導体の分野で
は、その不整合率は１％以下が許容されている。更には
ヘテ［＋エビクギシャルの代表である３ｉ上ＧａＡＳ単
結晶成長においては、〜４％の格子の不整合が許容され
ている。いずれも現在良質な単結晶が実現され実用化さ
れている。
いて説明する。最も、技術的に進んでる半導体の分野で
は、その不整合率は１％以下が許容されている。更には
ヘテ［＋エビクギシャルの代表である３ｉ上ＧａＡＳ単
結晶成長においては、〜４％の格子の不整合が許容され
ている。いずれも現在良質な単結晶が実現され実用化さ
れている。
従って、このような科学技術上の一般観念から、酸化物
超伝導体との相互エビタキシャル成長が可能な（配線γ
の使用温度では超伝導状態を示さない）物質２として、
酸化物超伝導体との格子定数の不整合条件が４％以下の
物質とする。一般に格子構造を考える上で対角線、ある
いは対角線の１７２を副格子とみなすことができるのは
結晶学上でよく行なわれている。従って、例えば、Ｂｉ
Ｓｒｃａｃｕｏｙ系の場合、対角ｍ副格子としてａ１／
２ ｏ／２ 〜３．８２Ａを取ることができる。このよ
うな考え方に基付き、酸化物超伝導体との格子定数の不
整合条件が４％以下の物質の格子定数の範聞を次表１に
示す。同表に、高Ｔ。酸化物超伝導体との相互ヘテ［ｌ
エピタキシャルが可能な格子定数の範囲が示されている
。
超伝導体との相互エビタキシャル成長が可能な（配線γ
の使用温度では超伝導状態を示さない）物質２として、
酸化物超伝導体との格子定数の不整合条件が４％以下の
物質とする。一般に格子構造を考える上で対角線、ある
いは対角線の１７２を副格子とみなすことができるのは
結晶学上でよく行なわれている。従って、例えば、Ｂｉ
Ｓｒｃａｃｕｏｙ系の場合、対角ｍ副格子としてａ１／
２ ｏ／２ 〜３．８２Ａを取ることができる。このよ
うな考え方に基付き、酸化物超伝導体との格子定数の不
整合条件が４％以下の物質の格子定数の範聞を次表１に
示す。同表に、高Ｔ。酸化物超伝導体との相互ヘテ［ｌ
エピタキシャルが可能な格子定数の範囲が示されている
。
表１
酸化物超伝導体との相亙ヘテロエビタキシ１・ルが可能
な物質としては、表１の格子整合条件を満足する材料で
、真空の透磁率に近い透磁率を持つ物質〈使用温度で超
伝導状態を丞す超伝導体、あるいは磁性体を除く物質、
例えば絶縁体、半導体、金属、使用温度に比べ低い超伝
導転移温度Ｔ をＣ 持つ超伝導体など）を用いることができる。この条件を
Ｉｌ４足する材料系としては数え切れない稈に多くある
が、一例として、物質名、及び格子定数を次表２に示す
。これが第５実施例である。図表に、高ＴＣＩ！Ｉ化物
超伝導体との相互ヘテ［１エピクキシャルが可能な物質
例を示す。
な物質としては、表１の格子整合条件を満足する材料で
、真空の透磁率に近い透磁率を持つ物質〈使用温度で超
伝導状態を丞す超伝導体、あるいは磁性体を除く物質、
例えば絶縁体、半導体、金属、使用温度に比べ低い超伝
導転移温度Ｔ をＣ 持つ超伝導体など）を用いることができる。この条件を
Ｉｌ４足する材料系としては数え切れない稈に多くある
が、一例として、物質名、及び格子定数を次表２に示す
。これが第５実施例である。図表に、高ＴＣＩ！Ｉ化物
超伝導体との相互ヘテ［１エピクキシャルが可能な物質
例を示す。
（実施例６）
第６実施例どしては前記第５実施例において配線γの動
作温度では超伝導状態を示さない物賀２の結晶構造を、
ペロウス力イト構造とするものである。超伝導転移温度
Ｔ。〜９０Ｋを持っｌ− ｎ １Ｂａ２Ｃｕ３０ｙ（１
−ｎ ： Ｙ，あルイハランタノイド元素）はＣｕ原子
を中心にした酸素八面体が四則的に配列したべロウス力
イト構造が基本となっている。また、転移温度〜８０Ｋ
、〜１１０Ｋを持つＢ ｉｓｒｃａｃｕＯｙ系超伝導体
く転移温度〜８０ＫはＢ１２Ｓｒ２Ｃａ１ＣＵ２ｏｙ、
転移温度〜１１０Ｋは８１２Ｓｒ２Ｃａ２ｃｕ３ｏ，と
言われている。〉、あるいは転移温度〜１２０ＫのＴ
Ｉ ［３ａＣａＣｕＯｙ系超伝導体も同様な構造とみな
せる。従って、酸化物超伝導体との相互へテロエビタキ
シャル成長をＺえる際、同一の結晶＃ｉｌ造を持つ物質
がより良い選択になることが予想できる。それ故、本実
施例としては、配線γの使用温度では超伝導状態を示さ
ない物質２として、酸化物超伝導体との格子定数不撃合
麿が４％以下で、酸化物超伝導体と同類の結晶４Ｍ’＞
古であるベロウス力イト構造を持つ物質とすることＩｃ
ある。
作温度では超伝導状態を示さない物賀２の結晶構造を、
ペロウス力イト構造とするものである。超伝導転移温度
Ｔ。〜９０Ｋを持っｌ− ｎ １Ｂａ２Ｃｕ３０ｙ（１
−ｎ ： Ｙ，あルイハランタノイド元素）はＣｕ原子
を中心にした酸素八面体が四則的に配列したべロウス力
イト構造が基本となっている。また、転移温度〜８０Ｋ
、〜１１０Ｋを持つＢ ｉｓｒｃａｃｕＯｙ系超伝導体
く転移温度〜８０ＫはＢ１２Ｓｒ２Ｃａ１ＣＵ２ｏｙ、
転移温度〜１１０Ｋは８１２Ｓｒ２Ｃａ２ｃｕ３ｏ，と
言われている。〉、あるいは転移温度〜１２０ＫのＴ
Ｉ ［３ａＣａＣｕＯｙ系超伝導体も同様な構造とみな
せる。従って、酸化物超伝導体との相互へテロエビタキ
シャル成長をＺえる際、同一の結晶＃ｉｌ造を持つ物質
がより良い選択になることが予想できる。それ故、本実
施例としては、配線γの使用温度では超伝導状態を示さ
ない物質２として、酸化物超伝導体との格子定数不撃合
麿が４％以下で、酸化物超伝導体と同類の結晶４Ｍ’＞
古であるベロウス力イト構造を持つ物質とすることＩｃ
ある。
〔実施例７〕
更に、前記第４乃至第６実施例に対しての共通の補足的
条件として、配線γの使用温度では超伝導状態を示さな
い物質２として、その物質構成元素の超伝導体中への拡
散による超伝導性の劣化が少ないことが挙げられる。本
実施例としては、前記第４乃至第６実施例で、この条件
を具備したものである。例えば、酸化物超伝導体の構成
元素で、格子定数の不整合度が４％以下の金属として、
Ｌａ，Ｇａ，Ｅｕ，Ｙｂ等、及びこれ等ノ合金、酸化物
超伝導体との反応による超伝導性の劣化がないと実験的
に確認されているＰｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，■等の金属、Ｓｒ
Ｏ，ＢａＯ等の酸化物、ＣａＦ２等の弗化物等がある。
条件として、配線γの使用温度では超伝導状態を示さな
い物質２として、その物質構成元素の超伝導体中への拡
散による超伝導性の劣化が少ないことが挙げられる。本
実施例としては、前記第４乃至第６実施例で、この条件
を具備したものである。例えば、酸化物超伝導体の構成
元素で、格子定数の不整合度が４％以下の金属として、
Ｌａ，Ｇａ，Ｅｕ，Ｙｂ等、及びこれ等ノ合金、酸化物
超伝導体との反応による超伝導性の劣化がないと実験的
に確認されているＰｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，■等の金属、Ｓｒ
Ｏ，ＢａＯ等の酸化物、ＣａＦ２等の弗化物等がある。
また、同様の考え方で、酸化物超伝導体の構成元素であ
る希土類を含むペロウス力イト構造の物質が挙げられる
。更にこれ等のべ０ウスカイト構造の内、酸化物超伝導
体と熱的、化学的に反応しにくい材料系の方が更により
適している可能性が高い（従って、出来るだけ高融点材
料が望ましい。〉。この観点から、例えば、ＬｎＸ０３
（Ｘ ： Ｆｅ，Ｇｏ．Ｎ ｉ ），ＬｎＡ１０ Ｌ
ａＧａＯ３（Ｌｎ：イットリウム、３′ 及びランタノイド金属）などがある。
る希土類を含むペロウス力イト構造の物質が挙げられる
。更にこれ等のべ０ウスカイト構造の内、酸化物超伝導
体と熱的、化学的に反応しにくい材料系の方が更により
適している可能性が高い（従って、出来るだけ高融点材
料が望ましい。〉。この観点から、例えば、ＬｎＸ０３
（Ｘ ： Ｆｅ，Ｇｏ．Ｎ ｉ ），ＬｎＡ１０ Ｌ
ａＧａＯ３（Ｌｎ：イットリウム、３′ 及びランタノイド金属）などがある。
〔発明の効果）
かくして本発明は、超伝導体薄膜と、使用温度では超伝
導状態を示さない物質（絶縁体、半導体、金属、超伝導
転移温度一「。が動作＠度に比べ低い超伝導体）から形
成された薄膜からなる２重積層構造を基本単位に複数回
積層した構造により、超伝導体表面面積を増加させるこ
とができる。従って、大きな臨界電流値を持つ超伝導配
線を実現でき、エレクトロニクスからパワーエレクトロ
ニクスの分野に渡るまで、幅広い応用が期侍できる。
導状態を示さない物質（絶縁体、半導体、金属、超伝導
転移温度一「。が動作＠度に比べ低い超伝導体）から形
成された薄膜からなる２重積層構造を基本単位に複数回
積層した構造により、超伝導体表面面積を増加させるこ
とができる。従って、大きな臨界電流値を持つ超伝導配
線を実現でき、エレクトロニクスからパワーエレクトロ
ニクスの分野に渡るまで、幅広い応用が期侍できる。
第１図は本発明の実施例による超伝導配線の基本構造を
示す斜面図、第２図は従来の超伝導配線の基本構造を示
１′斜ｉ′ｌｉｌｉ図である。 １・・・超伝導体、２・・・配線の使用ｔＡ度で超伝導
状態を示さない物質、 ３・・・２重積層体、 α・・・基板 β． γ・・・配線、 ｔ， ｔ ｎ′ ｔ ５・・・厚み、 Ｗ・・・幅 第１図 第２図
示す斜面図、第２図は従来の超伝導配線の基本構造を示
１′斜ｉ′ｌｉｌｉ図である。 １・・・超伝導体、２・・・配線の使用ｔＡ度で超伝導
状態を示さない物質、 ３・・・２重積層体、 α・・・基板 β． γ・・・配線、 ｔ， ｔ ｎ′ ｔ ５・・・厚み、 Ｗ・・・幅 第１図 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、超伝導体と、配線の使用温度では超伝導を示さない
物質とからなる２重積層構造を基本単位に、複数回積層
することを特徴とする超伝導配線。 ２、超伝導体は、高Ｔ＿Ｃ酸化物超伝導体であることを
特徴とする請求項１記載の超伝導配線。 ３、超伝導体と、配線の使用温度では超伝導を示さない
物質とを、単結晶体としたことを特徴とする請求項２記
載の超伝導配線。 ４、配線の使用温度では超伝導を示さない物質は、高Ｔ
＿Ｃ酸化物超伝導体との格子の不整合率が４％以下であ
ることを特徴とする請求項２記載の超伝導配線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1187297A JPH0353413A (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | 超伝導配線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1187297A JPH0353413A (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | 超伝導配線 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0353413A true JPH0353413A (ja) | 1991-03-07 |
Family
ID=16203535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1187297A Pending JPH0353413A (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | 超伝導配線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0353413A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04230912A (ja) * | 1990-05-01 | 1992-08-19 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 超電導体送電線 |
| WO2005029512A1 (ja) * | 2003-09-17 | 2005-03-31 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 超電導体およびその製造方法 |
-
1989
- 1989-07-21 JP JP1187297A patent/JPH0353413A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04230912A (ja) * | 1990-05-01 | 1992-08-19 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 超電導体送電線 |
| WO2005029512A1 (ja) * | 2003-09-17 | 2005-03-31 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 超電導体およびその製造方法 |
| JP2005093205A (ja) * | 2003-09-17 | 2005-04-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導体およびその製造方法 |
| US7371586B2 (en) | 2003-09-17 | 2008-05-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Superconductor and process for producing the same |
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