JPH04231399A - 酸化物超電導体薄膜の形成方法 - Google Patents
酸化物超電導体薄膜の形成方法Info
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- JPH04231399A JPH04231399A JP2417844A JP41784490A JPH04231399A JP H04231399 A JPH04231399 A JP H04231399A JP 2417844 A JP2417844 A JP 2417844A JP 41784490 A JP41784490 A JP 41784490A JP H04231399 A JPH04231399 A JP H04231399A
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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
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マグネットワイヤ、電
力ケーブル、電力貯蔵リンク、磁気シールド、マイスナ
ー効果応用機器、ジョセフソン素子、ＳＱＵＩＤ素子等
に用いられる酸化物超電導体薄膜の形成方法に関する。
力ケーブル、電力貯蔵リンク、磁気シールド、マイスナ
ー効果応用機器、ジョセフソン素子、ＳＱＵＩＤ素子等
に用いられる酸化物超電導体薄膜の形成方法に関する。
【従来の技術及びその課題】近年液体窒素温度で使用で
きる酸化物超電導体が見出され、この新超電導体の応用
研究が内外で活発に進められている。上記応用研究の中
では、エレクトロニクスへの応用を念頭においた薄膜化
技術の進展に目覚ましいものがあり、この薄膜化技術は
、結晶方位列、高純化、緻密化、テープ化した時の可撓
性等に優れる為、デバイス関連への応用のみならず、強
磁界超電導マグネット等の強電分野における導体への応
用にも大きな期待が寄せられている。ところで、酸化物
超電導体薄膜の形成は、一般に酸化物超電導体をスパッ
タリング，同時蒸着，レーザーアブレーション，ＣＶＤ
等の気相析出法によりセラミックス単結晶体の所定の結
晶面上に析出させる方法によりなされており、この単結
晶体製基体の結晶面には、前記単結晶体が酸化物超電導
体と熱膨張係数が同程度で、界面反応性が低く、且つそ
の単結晶体の結晶格子定数が酸化物超電導体のａ−ｂ面
の格子定数と近似した結晶面が用いられ、実際には、Ｍ
ｇＯ単結晶体の（１００）面やＳｒＴｉＯ３ の（１０
０）面又は（１１０）面等が応用されている。而して、
気相析出法において、かかる結晶面は、図２にその側面
図を示したように、酸化物超電導体の構成物質の高エネ
ルギー粒子が飛来する矢印で示した方向に対し垂直に配
置して用いられ、酸化物超電導体は上記結晶面上にＣ軸
を前記結晶面に垂直に配向して（以下Ｃ軸配向と称す）
薄膜状に析出し、この酸化物超電が流れ易い状態で形成
される。しかしながら、上記の如くして形成した酸化物
超電導体薄膜は、Ｃ軸配向して形成されるものの、基体
面に平行なａ軸又はｂ軸の向きが結晶粒毎にランダムに
形成される為、結晶粒界が弱結合となって臨界電流密度
（Ｊｃ）等の超電導特性に高い値が得られないという問
題があった。
きる酸化物超電導体が見出され、この新超電導体の応用
研究が内外で活発に進められている。上記応用研究の中
では、エレクトロニクスへの応用を念頭においた薄膜化
技術の進展に目覚ましいものがあり、この薄膜化技術は
、結晶方位列、高純化、緻密化、テープ化した時の可撓
性等に優れる為、デバイス関連への応用のみならず、強
磁界超電導マグネット等の強電分野における導体への応
用にも大きな期待が寄せられている。ところで、酸化物
超電導体薄膜の形成は、一般に酸化物超電導体をスパッ
タリング，同時蒸着，レーザーアブレーション，ＣＶＤ
等の気相析出法によりセラミックス単結晶体の所定の結
晶面上に析出させる方法によりなされており、この単結
晶体製基体の結晶面には、前記単結晶体が酸化物超電導
体と熱膨張係数が同程度で、界面反応性が低く、且つそ
の単結晶体の結晶格子定数が酸化物超電導体のａ−ｂ面
の格子定数と近似した結晶面が用いられ、実際には、Ｍ
ｇＯ単結晶体の（１００）面やＳｒＴｉＯ３ の（１０
０）面又は（１１０）面等が応用されている。而して、
気相析出法において、かかる結晶面は、図２にその側面
図を示したように、酸化物超電導体の構成物質の高エネ
ルギー粒子が飛来する矢印で示した方向に対し垂直に配
置して用いられ、酸化物超電導体は上記結晶面上にＣ軸
を前記結晶面に垂直に配向して（以下Ｃ軸配向と称す）
薄膜状に析出し、この酸化物超電が流れ易い状態で形成
される。しかしながら、上記の如くして形成した酸化物
超電導体薄膜は、Ｃ軸配向して形成されるものの、基体
面に平行なａ軸又はｂ軸の向きが結晶粒毎にランダムに
形成される為、結晶粒界が弱結合となって臨界電流密度
（Ｊｃ）等の超電導特性に高い値が得られないという問
題があった。
【０００２】
【課題を解決する為の手段及び作用】本発明はかかる状
況に鑑み鋭意研究を行なった結果、酸化物超電導体を気
相析出法により析出させるのに用いる単結晶体製基体の
被析出面を該単結晶体の結晶面に対し所定角度傾斜させ
た面として該面上に酸化物超電導体を析出させると、得
られる酸化物超電導体膜の結晶粒界は整合性が良好なも
のとなることを知見し、更に研究を重ねて本発明を完成
するに到ったものである。即ち、本発明は、立方晶系又
は正方晶系又は斜方晶系の各々の群から選ばれたいずれ
かのセラミックス単結晶体からなる基体上に気相析出法
により酸化物超電導体薄膜を形成するにあたり、用いる
単結晶体製基体の被析出面を該単結晶体の結晶面に対し
０．５°〜２０°傾斜した面とし、該面上に酸化物超電
導体を気相析出法により薄膜状に析出させることを特徴
とするものである。本発明方法において、酸化物超電導
体を析出させる為の基体には、結晶構造が立方晶，正方
晶，斜方晶の何れかのセラミックス単結晶体で、酸化物
超電導体と熱膨張係数が同程度で、界面反応性が低く、
且つ酸化物超電導体のａ−ｂ面の格子定数と近似した結
晶格子定数からなる所定の結晶面を有する単結晶体が用
いられ、かかる基体の所定結晶面とは、例えば、ＭｇＯ
単結晶体の（１００）面、又はＳｒＴｉＯ３ 単結晶体
の（１００）面又は（１１０）面である。而して、酸化
物超電導体を析出させる単結晶体製基体の被析出面を該
単結晶体の結晶面に対し０．５°〜２０°傾斜した面と
し、この面に酸化物超電導体を気相析出させると、形成
された薄膜の結晶粒同士の整合性が良好となる理由は、
被析出面は所定の結晶面が階段状に露出した形状のもの
であって、その段差部が酸化物超電導体のａ−ｂ軸の配
向を拘束する作用を果たす為である。以下に本発明を図
を参照して具体的に説明する。図１は本発明方法にて用
いる酸化物超電導体薄膜を形成するセラミックス単結晶
体製基体の被析出面の態様例を示す側面図である。単結
晶体の（１００）面に対して角度αの傾斜をつけたＭｇ
Ｏ単結晶体製基体の被析出面１は、前記単結晶体（１０
０）面のフラット部２と、（０１０）面の段差部３から
なり、気相析出法により形成される酸化物超電導体は単
結晶体の（１００）面上にＣ軸配向して形成され、又ａ
−ｂ軸は前記段差部３に拘束されて所定方向に揃って配
向し、従って各々の結晶粒は相互に整合して形成される
ものである。尚、上記の段差部３は傾斜させる方向によ
り、（０１０）面になったり（０１１）面になったりす
るものである。又、図１では、基体の被析出面１を、矢
印で示した高エネルギー粒子の飛来方向に垂直に配置し
た場合について示したが、単結晶体の（１００）面のフ
ラット部２が高エネルギー粒子の飛来方向に対し垂直に
位置するように配置しても差し支えない。又析出面の途
中で傾斜方向を反転させたり、傾斜角度を変化させても
差し支えない。本発明方法において、前記基体の被析出
面とＭｇＯ単結晶体の（１００）面との傾斜角度αを０
．５°〜２０°に限定した理由は、傾斜角度が０．５°
未満では析出面における段差部の数が減少して酸化物超
電導体薄膜の各々の結晶粒のａ−ｂ軸を所定方向に配向
させるのに必要な拘束力が不足し、一方傾斜角度が２０
°を超えると段差部を跨いだ結晶粒間の結合面積が減少
して通電容量が減少する為である。
況に鑑み鋭意研究を行なった結果、酸化物超電導体を気
相析出法により析出させるのに用いる単結晶体製基体の
被析出面を該単結晶体の結晶面に対し所定角度傾斜させ
た面として該面上に酸化物超電導体を析出させると、得
られる酸化物超電導体膜の結晶粒界は整合性が良好なも
のとなることを知見し、更に研究を重ねて本発明を完成
するに到ったものである。即ち、本発明は、立方晶系又
は正方晶系又は斜方晶系の各々の群から選ばれたいずれ
かのセラミックス単結晶体からなる基体上に気相析出法
により酸化物超電導体薄膜を形成するにあたり、用いる
単結晶体製基体の被析出面を該単結晶体の結晶面に対し
０．５°〜２０°傾斜した面とし、該面上に酸化物超電
導体を気相析出法により薄膜状に析出させることを特徴
とするものである。本発明方法において、酸化物超電導
体を析出させる為の基体には、結晶構造が立方晶，正方
晶，斜方晶の何れかのセラミックス単結晶体で、酸化物
超電導体と熱膨張係数が同程度で、界面反応性が低く、
且つ酸化物超電導体のａ−ｂ面の格子定数と近似した結
晶格子定数からなる所定の結晶面を有する単結晶体が用
いられ、かかる基体の所定結晶面とは、例えば、ＭｇＯ
単結晶体の（１００）面、又はＳｒＴｉＯ３ 単結晶体
の（１００）面又は（１１０）面である。而して、酸化
物超電導体を析出させる単結晶体製基体の被析出面を該
単結晶体の結晶面に対し０．５°〜２０°傾斜した面と
し、この面に酸化物超電導体を気相析出させると、形成
された薄膜の結晶粒同士の整合性が良好となる理由は、
被析出面は所定の結晶面が階段状に露出した形状のもの
であって、その段差部が酸化物超電導体のａ−ｂ軸の配
向を拘束する作用を果たす為である。以下に本発明を図
を参照して具体的に説明する。図１は本発明方法にて用
いる酸化物超電導体薄膜を形成するセラミックス単結晶
体製基体の被析出面の態様例を示す側面図である。単結
晶体の（１００）面に対して角度αの傾斜をつけたＭｇ
Ｏ単結晶体製基体の被析出面１は、前記単結晶体（１０
０）面のフラット部２と、（０１０）面の段差部３から
なり、気相析出法により形成される酸化物超電導体は単
結晶体の（１００）面上にＣ軸配向して形成され、又ａ
−ｂ軸は前記段差部３に拘束されて所定方向に揃って配
向し、従って各々の結晶粒は相互に整合して形成される
ものである。尚、上記の段差部３は傾斜させる方向によ
り、（０１０）面になったり（０１１）面になったりす
るものである。又、図１では、基体の被析出面１を、矢
印で示した高エネルギー粒子の飛来方向に垂直に配置し
た場合について示したが、単結晶体の（１００）面のフ
ラット部２が高エネルギー粒子の飛来方向に対し垂直に
位置するように配置しても差し支えない。又析出面の途
中で傾斜方向を反転させたり、傾斜角度を変化させても
差し支えない。本発明方法において、前記基体の被析出
面とＭｇＯ単結晶体の（１００）面との傾斜角度αを０
．５°〜２０°に限定した理由は、傾斜角度が０．５°
未満では析出面における段差部の数が減少して酸化物超
電導体薄膜の各々の結晶粒のａ−ｂ軸を所定方向に配向
させるのに必要な拘束力が不足し、一方傾斜角度が２０
°を超えると段差部を跨いだ結晶粒間の結合面積が減少
して通電容量が減少する為である。
【０００３】
【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明する
。 実施例１ 基体にＭｇＯの単結晶体を用い、前記単結晶体の（１０
０）面を種々角度で研磨して被析出面となし、この基体
の被析出面上にＲＦマグネトロンスパッタ法により、Ｂ
ｉ２ Ｓｒ２ Ｃａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 組成のＢｉ系酸
化物超電導体前駆物質を１μｍ 厚さの薄膜状に析出さ
せた。尚、析出条件は、雰囲気を２０ｍＴｏｒｒ のＡ
ｒ：Ｏ２ が３：７の混合ガス雰囲気とし、基体温度を
６８０℃、ＲＦパワーを１００Ｗとした。得られた前駆
物質膜は７６０ｍＴｏｒｒ の酸素雰囲気中で８８０℃
×１０分間加熱処理して、酸素の補給と結晶構造の調整
を行って、酸化物超電導体薄膜となした。 実施例２ 基体にＳｒＴｉＯ３ の単結晶体を用い、前記単結晶体
の（１００）面を種々角度で研磨して被析出面となし、
この基体の被析出面上にＫｒＦレーザーアブレーション
法によりＹＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 組成のＹ系酸化物超
電導体を１μｍ 厚さの薄膜状に析出させた。尚、析出
条件は、雰囲気を３００ｍＴｏｒｒ の酸素ガス雰囲気
とし、基体温度を７５０℃、基体面とターゲット間距離
を４０ｍｍ、レーザーパワー密度を２Ｊ／ｃｍ２ とし
た。このようにして得られた各々の酸化物超電導体薄膜
について、Ｊｃを測定した。実施例１及び実施例２の結
果はそれぞれ表１及び表２に示した。
。 実施例１ 基体にＭｇＯの単結晶体を用い、前記単結晶体の（１０
０）面を種々角度で研磨して被析出面となし、この基体
の被析出面上にＲＦマグネトロンスパッタ法により、Ｂ
ｉ２ Ｓｒ２ Ｃａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 組成のＢｉ系酸
化物超電導体前駆物質を１μｍ 厚さの薄膜状に析出さ
せた。尚、析出条件は、雰囲気を２０ｍＴｏｒｒ のＡ
ｒ：Ｏ２ が３：７の混合ガス雰囲気とし、基体温度を
６８０℃、ＲＦパワーを１００Ｗとした。得られた前駆
物質膜は７６０ｍＴｏｒｒ の酸素雰囲気中で８８０℃
×１０分間加熱処理して、酸素の補給と結晶構造の調整
を行って、酸化物超電導体薄膜となした。 実施例２ 基体にＳｒＴｉＯ３ の単結晶体を用い、前記単結晶体
の（１００）面を種々角度で研磨して被析出面となし、
この基体の被析出面上にＫｒＦレーザーアブレーション
法によりＹＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 組成のＹ系酸化物超
電導体を１μｍ 厚さの薄膜状に析出させた。尚、析出
条件は、雰囲気を３００ｍＴｏｒｒ の酸素ガス雰囲気
とし、基体温度を７５０℃、基体面とターゲット間距離
を４０ｍｍ、レーザーパワー密度を２Ｊ／ｃｍ２ とし
た。このようにして得られた各々の酸化物超電導体薄膜
について、Ｊｃを測定した。実施例１及び実施例２の結
果はそれぞれ表１及び表２に示した。
【０００４】
【表１】
【０００５】
【表２】
【０００６】表１及び表２より明らかなように、本発明
方法品はいずれもＪｃが高い値のものであった。これに
対し、比較方法品のＮｏ７，８，１６， １７は、基体
の被析出面と基体の単結晶体の所定結晶面の（１００）
面との傾斜角度αが小さ過ぎて段差部の数が少ないか（
Ｎｏ８，１７）又は存在しなかった（Ｎｏ７，１６）為
、いずれも段差部の拘束力が十分発現されずに、又Ｎｏ
９，１８はいずれも傾斜角度が２０°を超え段差部の高
さが高過ぎて、段差部を跨いだ結晶粒同士の結合面積が
減少した為、いずれもＪｃが低い値のものとなった。上
記の各々の酸化物超電導体薄膜について、ＴＥＭ観察に
より結晶配向性を調べたところ、本発明方法品はいずれ
も結晶粒がＣ軸配向し、且つａ軸が〈００１〉方向に配
向して結晶粒間の整合性が良好なものであった。他方、
比較方法品のＮｏ７，８，１６， １７はＣ軸配向はし
ていたものの、ａ軸方向が結晶粒によって、〈１００〉
方向を向くものと〈１１０〉方向を向くものとの２通り
のものが認められた。
方法品はいずれもＪｃが高い値のものであった。これに
対し、比較方法品のＮｏ７，８，１６， １７は、基体
の被析出面と基体の単結晶体の所定結晶面の（１００）
面との傾斜角度αが小さ過ぎて段差部の数が少ないか（
Ｎｏ８，１７）又は存在しなかった（Ｎｏ７，１６）為
、いずれも段差部の拘束力が十分発現されずに、又Ｎｏ
９，１８はいずれも傾斜角度が２０°を超え段差部の高
さが高過ぎて、段差部を跨いだ結晶粒同士の結合面積が
減少した為、いずれもＪｃが低い値のものとなった。上
記の各々の酸化物超電導体薄膜について、ＴＥＭ観察に
より結晶配向性を調べたところ、本発明方法品はいずれ
も結晶粒がＣ軸配向し、且つａ軸が〈００１〉方向に配
向して結晶粒間の整合性が良好なものであった。他方、
比較方法品のＮｏ７，８，１６， １７はＣ軸配向はし
ていたものの、ａ軸方向が結晶粒によって、〈１００〉
方向を向くものと〈１１０〉方向を向くものとの２通り
のものが認められた。
【０００７】
【効果】以上述べたように本発明方法によれば、Ｃ軸配
向性並びに結晶粒間の整合性が良好で、従ってＪｃ等の
超電導特性に優れた酸化物超電導体薄膜が得られ、工業
上顕著な効果を奏する。
向性並びに結晶粒間の整合性が良好で、従ってＪｃ等の
超電導特性に優れた酸化物超電導体薄膜が得られ、工業
上顕著な効果を奏する。
【図１】本発明方法にて用いる酸化物超電導体薄膜を形
成する基体の被析出面の態様例を示す側面図である。
成する基体の被析出面の態様例を示す側面図である。
【図２】従来の酸化物超電導体薄膜を形成する基体の結
晶面を示す側面図である。
晶面を示す側面図である。
１ 基体の被析出面
２ フラット部
３ 段差部
Claims (1)
- 【請求項１】 立方晶系又は正方晶系又は斜方晶系の
各々の群から選ばれたいずれかのセラミックス単結晶体
からなる基体上に気相析出法により酸化物超電導体薄膜
を形成するにあたり、用いる単結晶体製基体の被析出面
を該単結晶体の結晶面に対し０．５°〜２０°傾斜した
面とし、該面上に酸化物超電導体を気相析出法により薄
膜状に析出させることを特徴とする酸化物超電導体薄膜
の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2417844A JPH04231399A (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 酸化物超電導体薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2417844A JPH04231399A (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 酸化物超電導体薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04231399A true JPH04231399A (ja) | 1992-08-20 |
Family
ID=18525875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2417844A Pending JPH04231399A (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 酸化物超電導体薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04231399A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016222467A (ja) * | 2015-05-27 | 2016-12-28 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Ｂｉ系酸化物超伝導薄膜の製造方法とＢｉ系酸化物超伝導薄膜構造体 |
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1990
- 1990-12-27 JP JP2417844A patent/JPH04231399A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016222467A (ja) * | 2015-05-27 | 2016-12-28 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Ｂｉ系酸化物超伝導薄膜の製造方法とＢｉ系酸化物超伝導薄膜構造体 |
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