JPH04270117A - 酸化物超伝導体材料 - Google Patents
酸化物超伝導体材料Info
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/45—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on copper oxide or solid solutions thereof with other oxides
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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- H10N60/857—Ceramic superconductors comprising copper oxide
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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、組成元素の一部を他の
元素と置換して格子定数を調整し、基板・絶縁膜との格
子定数を整合できる酸化物超伝導体材料に関するもので
ある。
元素と置換して格子定数を調整し、基板・絶縁膜との格
子定数を整合できる酸化物超伝導体材料に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】酸化物の高温超伝導体材料が発見されて
から、この材料に関する研究・開発が各所で進められて
いる。
から、この材料に関する研究・開発が各所で進められて
いる。
【０００３】上記の高温超伝導体材料のなかでも、Ｂｉ
−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超伝導体（Ｂｉ２Ｓｒ
２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏ８，Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０
等の組成がある。）、及び、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系酸化物超伝導体（Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏ８，
Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０，Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ１
Ｃｕ２Ｏ７，Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ９，Ｔｌ１Ｂ
ａ２Ｃａ３Ｃｕ４Ｏ１１，及び、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ４Ｃ
ｕ５Ｏ１３等の組成がある。）等は、超伝導体状態への
臨界温度Ｔｃが液体窒素の沸点より高くなり、Ｔｃが１
００Ｋ以上になるものもあることから、スイッチング素
子やセンサー素子等のエレクトロニクスデバイス，又は
、ＩＣなどの配線など新電子材料として幅広く応用され
ることが期待されている。
−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超伝導体（Ｂｉ２Ｓｒ
２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏ８，Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０
等の組成がある。）、及び、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系酸化物超伝導体（Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏ８，
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ａ２Ｃａ３Ｃｕ４Ｏ１１，及び、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ４Ｃ
ｕ５Ｏ１３等の組成がある。）等は、超伝導体状態への
臨界温度Ｔｃが液体窒素の沸点より高くなり、Ｔｃが１
００Ｋ以上になるものもあることから、スイッチング素
子やセンサー素子等のエレクトロニクスデバイス，又は
、ＩＣなどの配線など新電子材料として幅広く応用され
ることが期待されている。
【０００４】しかし、以上の酸化物超伝導体材料はいず
れも層状ペロブスカイトの結晶構造であり、その結晶構
造を反映して、超伝導特性は顕著な異方性を示している
。例えば、臨界磁界（Ｈｃ）の強さでは、ｃ軸方向に磁
界を印加したときと、ｃ軸に垂直方向に磁界を印加した
ときでは１０〜２０倍の相違があり、又、臨界電流Ｊｃ
（密度）でも、そのｃ軸とｃ軸に垂直な方向では１００
倍以上も異なる値になる。従って、前記の酸化物超伝導
体を、パワーエレクトロニクスの分野、あるいは、高電
流密度で使用するマイクロエレクトロニクスの分野に適
用するときは、使用条件に対応させてその結晶配向性を
高くしておくことが必要不可欠になっている。
れも層状ペロブスカイトの結晶構造であり、その結晶構
造を反映して、超伝導特性は顕著な異方性を示している
。例えば、臨界磁界（Ｈｃ）の強さでは、ｃ軸方向に磁
界を印加したときと、ｃ軸に垂直方向に磁界を印加した
ときでは１０〜２０倍の相違があり、又、臨界電流Ｊｃ
（密度）でも、そのｃ軸とｃ軸に垂直な方向では１００
倍以上も異なる値になる。従って、前記の酸化物超伝導
体を、パワーエレクトロニクスの分野、あるいは、高電
流密度で使用するマイクロエレクトロニクスの分野に適
用するときは、使用条件に対応させてその結晶配向性を
高くしておくことが必要不可欠になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上のような酸化物超
伝導体がもつ異方性に対応するため、従来は基板の材料
や結晶面の選択によってｃ軸に配向させた酸化物超伝導
体薄膜を作製する努力がされていた。
伝導体がもつ異方性に対応するため、従来は基板の材料
や結晶面の選択によってｃ軸に配向させた酸化物超伝導
体薄膜を作製する努力がされていた。
【０００６】以上の結果、前記の一連の酸化物超伝導体
の薄膜作製には、化学的に安定していて格子定数が比較
的近いＳｒＴｉＯ３（１００）基板が最適な基板といわ
れている。しかし、このＳｒＴｉＯ３（１００）基板で
も厳密には２％程度の格子定数の不整合があるので、こ
の基板上に成膜した酸化物超伝導体薄膜を完全にｃ軸配
向させたとも、充分な結晶性をもたせたとも言えなかっ
たので、酸化物超伝導体の特性を充分利用することがで
きなかった。
の薄膜作製には、化学的に安定していて格子定数が比較
的近いＳｒＴｉＯ３（１００）基板が最適な基板といわ
れている。しかし、このＳｒＴｉＯ３（１００）基板で
も厳密には２％程度の格子定数の不整合があるので、こ
の基板上に成膜した酸化物超伝導体薄膜を完全にｃ軸配
向させたとも、充分な結晶性をもたせたとも言えなかっ
たので、酸化物超伝導体の特性を充分利用することがで
きなかった。
【０００７】本発明は、以上で説明した酸化物超伝導体
における、従来の異方性での課題を解消した配向性と結
晶性をもつ酸化物超伝導体材料を提供することを目的と
している。
における、従来の異方性での課題を解消した配向性と結
晶性をもつ酸化物超伝導体材料を提供することを目的と
している。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記で説明したＢｉ−Ｓ
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超伝導体とＴｌ−Ｂａ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超伝導体は、室温においてそれぞ
れ斜方晶と正方晶であり、図３に示した層状ペロブスカ
イトの結晶構造になっている。
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超伝導体とＴｌ−Ｂａ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超伝導体は、室温においてそれぞ
れ斜方晶と正方晶であり、図３に示した層状ペロブスカ
イトの結晶構造になっている。
【０００９】図３における結晶で共通する特徴は、Ｃｕ
原子の周囲に酸素原子がピラミッド状あるいは、８面体
状に配位していることである。又、以上の結晶構成で、
超伝導電流になるホールのクーパー対は、ＣｕＯ２面に
沿って流れていると考えられている。
原子の周囲に酸素原子がピラミッド状あるいは、８面体
状に配位していることである。又、以上の結晶構成で、
超伝導電流になるホールのクーパー対は、ＣｕＯ２面に
沿って流れていると考えられている。
【００１０】以上のような結晶構造の酸化物超伝導体の
構成元素の一部を他の元素に置換することで、超伝導キ
ャリアのホール濃度を制御する実験を行ったが、その実
験の一つの成果としてＢｉ系やＴｌ系酸化物超伝導体の
格子定数を変化できることが分った。
構成元素の一部を他の元素に置換することで、超伝導キ
ャリアのホール濃度を制御する実験を行ったが、その実
験の一つの成果としてＢｉ系やＴｌ系酸化物超伝導体の
格子定数を変化できることが分った。
【００１１】すなわち前記の酸化物超伝導体において、
２価のＣａサイトの一部をイオン半径が近似した３価の
Ｙイオンで置換することで、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｙ−Ｃ
ｕ−Ｏ系や、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｙ−Ｃｕ−Ｏ系等の新
しい組成の酸化物超伝導体材料を得るものである。
２価のＣａサイトの一部をイオン半径が近似した３価の
Ｙイオンで置換することで、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｙ−Ｃ
ｕ−Ｏ系や、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｙ−Ｃｕ−Ｏ系等の新
しい組成の酸化物超伝導体材料を得るものである。
【００１２】以上で作製した酸化物超伝導体は、Ｙの置
換量によって格子定数を変化させることができ、かつ、
超伝導特性も保持させることができる。
換量によって格子定数を変化させることができ、かつ、
超伝導特性も保持させることができる。
【００１３】
【作用】以上で説明したように、本発明はＢｉ系やＴｌ
系等の酸化物超伝導体材料で、その組成元素であるＣａ
を置換するＹの量によって超伝導特性を大幅に低下させ
ることなく格子定数を変えるものである。
系等の酸化物超伝導体材料で、その組成元素であるＣａ
を置換するＹの量によって超伝導特性を大幅に低下させ
ることなく格子定数を変えるものである。
【００１４】従って、格子定数の異なる基板上にも格子
定数をマッチングさせた酸化物超伝導体膜を堆積させる
ことが可能であり、更に、連続的、又は、段階的にＹの
置換量を変化させて、最も特性の良いＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−Ｏ系、又は、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の
酸化物超伝導体膜にスムーズに接続させた堆積が可能に
なる。
定数をマッチングさせた酸化物超伝導体膜を堆積させる
ことが可能であり、更に、連続的、又は、段階的にＹの
置換量を変化させて、最も特性の良いＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−Ｏ系、又は、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の
酸化物超伝導体膜にスムーズに接続させた堆積が可能に
なる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。
説明する。
【００１６】実施例では、高純度のＢｉ２Ｏ３，ＳｒＣ
Ｏ３，ＣａＣＯ３，Ｙ２Ｏ３及びＣｕＯの粉末原料を用
いた固体反応法によって、組成比を変えたＡ，Ｂ及びＣ
の３種の試料を作製した。３種の試料においては、原料
での組成元素比Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｙ：Ｃｕは、それら
の秤量時において、Ａが２：２：１：０：２で、Ｂが２
：２：０．８：０．２：２で、Ｃでは２：２：０．６：
０．４：２であった。
Ｏ３，ＣａＣＯ３，Ｙ２Ｏ３及びＣｕＯの粉末原料を用
いた固体反応法によって、組成比を変えたＡ，Ｂ及びＣ
の３種の試料を作製した。３種の試料においては、原料
での組成元素比Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｙ：Ｃｕは、それら
の秤量時において、Ａが２：２：１：０：２で、Ｂが２
：２：０．８：０．２：２で、Ｃでは２：２：０．６：
０．４：２であった。
【００１７】以上のそれぞれの試料については、通常の
固体反応法を用いて合成を行った上、８５０℃で１１０
時間の本焼成と、５００℃で１５時間の酸素組成比調整
の熱処理とを、空気中で、行うことで作製した。
固体反応法を用いて合成を行った上、８５０℃で１１０
時間の本焼成と、５００℃で１５時間の酸素組成比調整
の熱処理とを、空気中で、行うことで作製した。
【００１８】以上で作製した３種の試料について、次の
測定を行うことで、本発明の効果を確認した。
測定を行うことで、本発明の効果を確認した。
【００１９】先ず、Ｘ線マイクロアナリシス法によって
、作製した各試料におけるＣａとＹの原子数に対するＣ
ａ原子数の比〔Ｙ／（Ｃａ＋Ｙ）〕を測定し、Ａ，Ｂ及
びＣの試料において、それぞれ０％，１８％，３６％に
なっていることを確かめた。続いて、各試料の電気抵抗
の温度依存性を測定して、図２に示した。この図２から
分るように、試料のＡ，Ｂ及びＣは、それぞれ７９Ｋ，
６６Ｋ及び４８Ｋで完全に電気抵抗が零になって超伝導
状態に転移している。（Ｔｃ）次に、各試料についての
Ｘ線（Ｃｕｋα線）回折パターンを測定したが、いずれ
も全体としてはＢｉ系酸化物超伝導体と同じ斜方晶の構
造であることが確認できた。本Ｘ線回折パターンから求
めた各試料のｂ軸格子定数（Å）を、上記のＸ線マイク
ロアナリシスで求めた各試料のＣａとＹ原子数の和に対
するＹ原子数の比〔Ｙ／（Ｙ＋Ｃａ）〕と対応させて示
したのが図１である。
、作製した各試料におけるＣａとＹの原子数に対するＣ
ａ原子数の比〔Ｙ／（Ｃａ＋Ｙ）〕を測定し、Ａ，Ｂ及
びＣの試料において、それぞれ０％，１８％，３６％に
なっていることを確かめた。続いて、各試料の電気抵抗
の温度依存性を測定して、図２に示した。この図２から
分るように、試料のＡ，Ｂ及びＣは、それぞれ７９Ｋ，
６６Ｋ及び４８Ｋで完全に電気抵抗が零になって超伝導
状態に転移している。（Ｔｃ）次に、各試料についての
Ｘ線（Ｃｕｋα線）回折パターンを測定したが、いずれ
も全体としてはＢｉ系酸化物超伝導体と同じ斜方晶の構
造であることが確認できた。本Ｘ線回折パターンから求
めた各試料のｂ軸格子定数（Å）を、上記のＸ線マイク
ロアナリシスで求めた各試料のＣａとＹ原子数の和に対
するＹ原子数の比〔Ｙ／（Ｙ＋Ｃａ）〕と対応させて示
したのが図１である。
【００２０】図１から分るように、本実施例におけるＢ
ｉ系酸化物超伝導体では、その構成元素のＣａのＹでの
置換量の増加に従ってｂ軸の格子定数が長くなっている
。従って図１のように、Ｙの置換量に対応させて格子定
数の変化を示す図を作製して用いることにより、使用す
る基板と整合（マッチング）した格子定数の組成のＢｉ
系酸化物超伝導体薄膜を堆積させることが可能になる。
ｉ系酸化物超伝導体では、その構成元素のＣａのＹでの
置換量の増加に従ってｂ軸の格子定数が長くなっている
。従って図１のように、Ｙの置換量に対応させて格子定
数の変化を示す図を作製して用いることにより、使用す
る基板と整合（マッチング）した格子定数の組成のＢｉ
系酸化物超伝導体薄膜を堆積させることが可能になる。
【００２１】以上で形成した薄膜上に、Ｙの置換量を連
続的、又は、段階的に減少させたＢｉ系酸化物超伝導体
膜を堆積することで基板と格子定数がマッチングして格
子不整による特性や配向性の低下が少く、しかも、積層
で特性の良い超伝導膜を作製することができる。
続的、又は、段階的に減少させたＢｉ系酸化物超伝導体
膜を堆積することで基板と格子定数がマッチングして格
子不整による特性や配向性の低下が少く、しかも、積層
で特性の良い超伝導膜を作製することができる。
【００２２】以上は、本発明の酸化物超伝導体材料を実
施例によって説明したが、本発明は実施例によって限定
されるものでなく、例えば、酸化物超伝導体材料も実施
例のＢｉ２Ｓｒ２（Ｃａ１−ｘＹｘ）１Ｃｕ２Ｏ８の組
成でなく、他の組成式で表わされるＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−
Ｙ−Ｃｕ−Ｏ系、及び、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｙ−Ｃｕ−
Ｏ系の種々の組成式で表わされる酸化物超伝導体材料を
用いることができる。更に、以上で説明した製造方法も
、実施例の製法に限定されず一般的なスパッタ法、真空
蒸着法又はＣＶＤ法等を用いることができる。このよう
な成膜法を用いることで、その膜堆積のプロセス中にＹ
の置換量を変化されることができ、本発明の効果を大き
くすることができる。
施例によって説明したが、本発明は実施例によって限定
されるものでなく、例えば、酸化物超伝導体材料も実施
例のＢｉ２Ｓｒ２（Ｃａ１−ｘＹｘ）１Ｃｕ２Ｏ８の組
成でなく、他の組成式で表わされるＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−
Ｙ−Ｃｕ−Ｏ系、及び、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｙ−Ｃｕ−
Ｏ系の種々の組成式で表わされる酸化物超伝導体材料を
用いることができる。更に、以上で説明した製造方法も
、実施例の製法に限定されず一般的なスパッタ法、真空
蒸着法又はＣＶＤ法等を用いることができる。このよう
な成膜法を用いることで、その膜堆積のプロセス中にＹ
の置換量を変化されることができ、本発明の効果を大き
くすることができる。
【００２３】
【効果】本発明は、酸化物超伝導体材料の一部の元素を
他の元素で置換し、その置換量によって該材料の格子定
数を変えるものであり、この本発明の方法により基板と
格子定数が整合した超伝導体膜を堆積した上に、その置
換量を減少させながら成膜することで、基板との格子定
数の不整合による超伝導特性の低下がなく、かつ、良好
な結晶軸配向性で高い臨界電流密度と臨界磁界強度の酸
化物超伝導体膜を得ることができる。
他の元素で置換し、その置換量によって該材料の格子定
数を変えるものであり、この本発明の方法により基板と
格子定数が整合した超伝導体膜を堆積した上に、その置
換量を減少させながら成膜することで、基板との格子定
数の不整合による超伝導特性の低下がなく、かつ、良好
な結晶軸配向性で高い臨界電流密度と臨界磁界強度の酸
化物超伝導体膜を得ることができる。
【００２４】従って、本発明によって形成した酸化物超
伝導体膜のみ、又は、該膜と他の半導体材料、絶縁材料
等との組み合わせによって特性のよい種々のエレクトロ
ニクスデバイス、無抵抗配線等を形成することが可能に
なる。
伝導体膜のみ、又は、該膜と他の半導体材料、絶縁材料
等との組み合わせによって特性のよい種々のエレクトロ
ニクスデバイス、無抵抗配線等を形成することが可能に
なる。
【図１】Ｂｉ系酸化物超伝導体の組成元素置換量に対す
る格子定数の変化を示した図である。
る格子定数の変化を示した図である。
【図２】置換量を変えた酸化物超伝導体での電気抵抗の
温度依存性を示した図である。
温度依存性を示した図である。
【図３】Ｂｉ系とＴｌ系の酸化物超伝導体結晶構造の例
を示した図である。
を示した図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、又は
、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系等のＣａを組成元素と
する酸化物超伝導体のＣａ元素の一部をＹ元素で置換し
たことを特徴とする酸化物超伝導体材料。 - 【請求項２】 請求項１の酸化物超伝導体材料を用い
た超伝導体膜が、該膜成長の基板又は絶縁膜との界面で
Ｙ元素を所定の置換量にし、該界面からの距離に従って
連続的又は段階的にＹ元素の置換量を減少させたことを
特徴とする請求項１の酸化物超伝導体材料。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3030510A JPH04270117A (ja) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | 酸化物超伝導体材料 |
| EP92301598A EP0501766A1 (en) | 1991-02-26 | 1992-02-26 | Oxide superconductor material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3030510A JPH04270117A (ja) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | 酸化物超伝導体材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04270117A true JPH04270117A (ja) | 1992-09-25 |
Family
ID=12305811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3030510A Pending JPH04270117A (ja) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | 酸化物超伝導体材料 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0501766A1 (ja) |
| JP (1) | JPH04270117A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5034359A (en) * | 1988-04-08 | 1991-07-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Insulating composition |
-
1991
- 1991-02-26 JP JP3030510A patent/JPH04270117A/ja active Pending
-
1992
- 1992-02-26 EP EP92301598A patent/EP0501766A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0501766A1 (en) | 1992-09-02 |
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