JPH04287380A - 超電導電磁波検出素子及びその作製方法 - Google Patents
超電導電磁波検出素子及びその作製方法Info
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- JPH04287380A JPH04287380A JP3076853A JP7685391A JPH04287380A JP H04287380 A JPH04287380 A JP H04287380A JP 3076853 A JP3076853 A JP 3076853A JP 7685391 A JP7685391 A JP 7685391A JP H04287380 A JPH04287380 A JP H04287380A
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (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】本発明は超電導電磁波検出素子に
関する。
関する。
【0002】
【従来の技術】昨今の電気通信技術の発達に伴い、通信
衛星等を利用した情報通信分野において、より高い周波
数帯域の受信機が求められており、ミリ波、サブミリ波
帯における受信機、即ち超電導電磁波検出素子の需要性
が見直されてきている。従来、Nb等の金属系超電導体
を用いて作製された超電導電磁波検出素子は、実験室レ
ベルにおいては点接触型の素子でその特性が得られてい
る。しかし、点接触型の欠点である接触部における表面
酸化、ヒートサイクルにおける特性の劣化、再現性が得
られないこと等の問題からその実用化が難しい。また、
高温酸化物超電導体を用いて点接触型素子を作製する場
合は、接触部の表面劣化により臨界温度が低くなるとい
う問題があった。
衛星等を利用した情報通信分野において、より高い周波
数帯域の受信機が求められており、ミリ波、サブミリ波
帯における受信機、即ち超電導電磁波検出素子の需要性
が見直されてきている。従来、Nb等の金属系超電導体
を用いて作製された超電導電磁波検出素子は、実験室レ
ベルにおいては点接触型の素子でその特性が得られてい
る。しかし、点接触型の欠点である接触部における表面
酸化、ヒートサイクルにおける特性の劣化、再現性が得
られないこと等の問題からその実用化が難しい。また、
高温酸化物超電導体を用いて点接触型素子を作製する場
合は、接触部の表面劣化により臨界温度が低くなるとい
う問題があった。
【0003】一方、これらの問題点が比較的少ないブリ
ッジ型に代表されるウイークリンク型素子に関しては、
Nb系において素子を複数個直列接続してチップを作製
するものが提案されている(Z.Wang et. a
l;Elec.Conf.,ISEC ’89 dig
est. P.175,1989 )。しかし、この提
案のものは検出マイクロ波の波長と検出素子面積(チッ
プ面積)、接合の個々の素子の均一性及び動作安定性等
の点で作製が容易でなく、再現性も低い。また、高温酸
化物超電導体を用いてマイクロブリッジを形成するもの
においては、高温酸化物超電導体を構成する粒子の大き
さが不均一で各粒界ジョセフソン接合がコヒーレントに
動作しなかったり、ブリッジが大きすぎてジョセフソン
電流以外の電流が流れたり、また並列の粒界接合因子等
の影響のためジョセフソン効果による高周波応答及び高
感度という本来の能力が発揮されないという問題があっ
た。
ッジ型に代表されるウイークリンク型素子に関しては、
Nb系において素子を複数個直列接続してチップを作製
するものが提案されている(Z.Wang et. a
l;Elec.Conf.,ISEC ’89 dig
est. P.175,1989 )。しかし、この提
案のものは検出マイクロ波の波長と検出素子面積(チッ
プ面積)、接合の個々の素子の均一性及び動作安定性等
の点で作製が容易でなく、再現性も低い。また、高温酸
化物超電導体を用いてマイクロブリッジを形成するもの
においては、高温酸化物超電導体を構成する粒子の大き
さが不均一で各粒界ジョセフソン接合がコヒーレントに
動作しなかったり、ブリッジが大きすぎてジョセフソン
電流以外の電流が流れたり、また並列の粒界接合因子等
の影響のためジョセフソン効果による高周波応答及び高
感度という本来の能力が発揮されないという問題があっ
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者等は高
温酸化物超電導体を用いたウイークリンク型素子の研究
を重ね、ブリッジ部における各粒界ジョセフソン接合が
夫々コヒーレントな動作をし、良好なジョセフソン効果
を表す超電導電磁波検出素子及びこれを再現性よく作製
できる方法の発明をなした(特願平3−3185号)。 この超電導電磁波検出素子の作製方法では、まず共沈法
により超電導微粒子粉末を形成し、この粉末を大気中、
830 〜890 ℃の温度で9時間一次焼成し、所定
形状にプレス成形した後、酸素中、910 〜945
℃の温度で8時間二次焼成することにより平均粒径15
μm 以下の略均一な粒子の焼結体からなる高温酸化物
超電導体バルクを作製する。そしてこのバルクに所定形
状のブリッジ部(弱結合部)を形成することにより超電
導電磁波検出素子を作製する。ところが特願平3−31
85号の発明において、電磁波とのインピーダンスマッ
チング及び感度のさらなる向上が求められており、これ
を実現するために素子抵抗(RN)の増加が望まれてい
た。
温酸化物超電導体を用いたウイークリンク型素子の研究
を重ね、ブリッジ部における各粒界ジョセフソン接合が
夫々コヒーレントな動作をし、良好なジョセフソン効果
を表す超電導電磁波検出素子及びこれを再現性よく作製
できる方法の発明をなした(特願平3−3185号)。 この超電導電磁波検出素子の作製方法では、まず共沈法
により超電導微粒子粉末を形成し、この粉末を大気中、
830 〜890 ℃の温度で9時間一次焼成し、所定
形状にプレス成形した後、酸素中、910 〜945
℃の温度で8時間二次焼成することにより平均粒径15
μm 以下の略均一な粒子の焼結体からなる高温酸化物
超電導体バルクを作製する。そしてこのバルクに所定形
状のブリッジ部(弱結合部)を形成することにより超電
導電磁波検出素子を作製する。ところが特願平3−31
85号の発明において、電磁波とのインピーダンスマッ
チング及び感度のさらなる向上が求められており、これ
を実現するために素子抵抗(RN)の増加が望まれてい
た。
【0005】本発明は斯かる事情に鑑みなされたもので
あり、超電導体の構成金属の硝酸塩水溶液に高抵抗金属
の硝酸塩を添加して酸化物超電導体を作製することによ
り、素子抵抗が高く、電磁波とのインピーダンスマッチ
ングが向上し、感度が高い超電導電磁波検出素子及びそ
の作製方法を提供することを目的とする。
あり、超電導体の構成金属の硝酸塩水溶液に高抵抗金属
の硝酸塩を添加して酸化物超電導体を作製することによ
り、素子抵抗が高く、電磁波とのインピーダンスマッチ
ングが向上し、感度が高い超電導電磁波検出素子及びそ
の作製方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1発明の超電導電磁波
検出素子は、粒子の焼結体からなる酸化物超電導体バル
クにブリッジ部を設けてなる超電導電磁波検出素子にお
いて、粒界部に高抵抗の非超電導相を形成してあること
を特徴とする。第2発明の超電導電磁波検出素子の作製
方法は、超電導体の構成金属の硝酸塩水溶液とシュウ酸
塩水溶液とを反応させ、酸化物超電導体粉末を共沈させ
、これを焼成、整形し、超音波加工によりブリッジ部を
形成して超電導電磁波検出素子を作製する方法において
、前記硝酸塩水溶液に高抵抗金属の硝酸塩を添加し、前
記超電導電磁波検出素子の粒界部に高抵抗の非超電導相
を形成することを特徴とする。
検出素子は、粒子の焼結体からなる酸化物超電導体バル
クにブリッジ部を設けてなる超電導電磁波検出素子にお
いて、粒界部に高抵抗の非超電導相を形成してあること
を特徴とする。第2発明の超電導電磁波検出素子の作製
方法は、超電導体の構成金属の硝酸塩水溶液とシュウ酸
塩水溶液とを反応させ、酸化物超電導体粉末を共沈させ
、これを焼成、整形し、超音波加工によりブリッジ部を
形成して超電導電磁波検出素子を作製する方法において
、前記硝酸塩水溶液に高抵抗金属の硝酸塩を添加し、前
記超電導電磁波検出素子の粒界部に高抵抗の非超電導相
を形成することを特徴とする。
【0007】
【作用】焼成により焼結した粒子の粒界は、粒子本体と
組成が異なる。従って粒界に集まり易い不純物元素を添
加することにし、この量及び焼成条件を考慮することに
より、粒界の電導特性を制御することが可能になる。本
発明においては、酸化物超電導体と置換固溶せず、抵抗
率が高い金属を不純物として超電導体の構成金属の硝酸
塩水溶液に微量添加し、その後シュウ酸水溶液と反応さ
せ、共沈させて得られた沈澱物を焼結させることにして
いる。図4は焼結により粒界に高抵抗非超電導相が形成
される過程を示す図である。焼成前の(a)の段階では
、不純物金属元素は超電導体構成粒子中に均一に分散し
ている。焼成中の(b)の段階では不純物金属元素は徐
々に粒界部に移動する。焼結が終了した(c)の段階で
は不純物金属元素は粒界部に集中し、高抵抗の非超電導
相が形成される。この非超電導相により素子抵抗が増加
し、その結果、インピーンスマッチングが向上した高感
度の超電導電磁波検出素子を作製することができる。
組成が異なる。従って粒界に集まり易い不純物元素を添
加することにし、この量及び焼成条件を考慮することに
より、粒界の電導特性を制御することが可能になる。本
発明においては、酸化物超電導体と置換固溶せず、抵抗
率が高い金属を不純物として超電導体の構成金属の硝酸
塩水溶液に微量添加し、その後シュウ酸水溶液と反応さ
せ、共沈させて得られた沈澱物を焼結させることにして
いる。図4は焼結により粒界に高抵抗非超電導相が形成
される過程を示す図である。焼成前の(a)の段階では
、不純物金属元素は超電導体構成粒子中に均一に分散し
ている。焼成中の(b)の段階では不純物金属元素は徐
々に粒界部に移動する。焼結が終了した(c)の段階で
は不純物金属元素は粒界部に集中し、高抵抗の非超電導
相が形成される。この非超電導相により素子抵抗が増加
し、その結果、インピーンスマッチングが向上した高感
度の超電導電磁波検出素子を作製することができる。
【0008】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図1は本発明に係る超電導電磁波
検出素子の斜視図であり、図中1は超電導電磁波検出素
子である。超電導電磁波検出素子1は平均粒径15μm
以下の略均一な超電導体の粒子の焼結体からなり、中央
部にはブリッジ部1aが形成されている。超電導電磁波
検出素子1の厚みtは50μmであり、ブリッジ部1a
の幅wは50μm、長さlは300μmである。
き具体的に説明する。図1は本発明に係る超電導電磁波
検出素子の斜視図であり、図中1は超電導電磁波検出素
子である。超電導電磁波検出素子1は平均粒径15μm
以下の略均一な超電導体の粒子の焼結体からなり、中央
部にはブリッジ部1aが形成されている。超電導電磁波
検出素子1の厚みtは50μmであり、ブリッジ部1a
の幅wは50μm、長さlは300μmである。
【0009】図2は超電導電磁波検出素子1を構成する
超電導体の作製プロセスを示した図である。まず、Y、
Ba、Cuの硝酸塩をY、Ba、Cuのモル比が1:2
:3になるように混合し、蒸留水に完全に溶解させる。 続いて、高抵抗の金属元素〔Mn,Gd(ガドリニウム
),Tb(テルビウム),Hg等〕の硝酸塩を酸化物超
電導体YBa2 Cu3 O7−x の総重量に対して
金属元素重量が0.5 〜5%になるように添加し、均
一に混合する。次にシュウ酸H2 C2 O4 ・2H
2 Oの水溶液を適量加えて反応させ、沈澱させる。こ
のときアンモニア水でpHを4.6 (4前後)に調整
する。生成した共沈物(シュウ酸塩)を蒸留水で数回洗
浄し、上澄み液を除去し、沈澱物を乾燥させる。乾燥さ
せた共沈物を大気中において、温度870 ℃で9時間
、一次焼成し、酸素雰囲気下において温度925 〜9
65 ℃で8時間二次焼成する。以上の如くにして得ら
れた超電導焼結体バルクを結晶化ガラス基板に低融点の
ガラス粉末を用いて接着させる。その後、このバルクを
その厚みが50μmになるまで均一に研磨し、さらに高
周波超音波加工によりブリッジ幅50μm、長さ300
μmのブリッジ部を形成した。
超電導体の作製プロセスを示した図である。まず、Y、
Ba、Cuの硝酸塩をY、Ba、Cuのモル比が1:2
:3になるように混合し、蒸留水に完全に溶解させる。 続いて、高抵抗の金属元素〔Mn,Gd(ガドリニウム
),Tb(テルビウム),Hg等〕の硝酸塩を酸化物超
電導体YBa2 Cu3 O7−x の総重量に対して
金属元素重量が0.5 〜5%になるように添加し、均
一に混合する。次にシュウ酸H2 C2 O4 ・2H
2 Oの水溶液を適量加えて反応させ、沈澱させる。こ
のときアンモニア水でpHを4.6 (4前後)に調整
する。生成した共沈物(シュウ酸塩)を蒸留水で数回洗
浄し、上澄み液を除去し、沈澱物を乾燥させる。乾燥さ
せた共沈物を大気中において、温度870 ℃で9時間
、一次焼成し、酸素雰囲気下において温度925 〜9
65 ℃で8時間二次焼成する。以上の如くにして得ら
れた超電導焼結体バルクを結晶化ガラス基板に低融点の
ガラス粉末を用いて接着させる。その後、このバルクを
その厚みが50μmになるまで均一に研磨し、さらに高
周波超音波加工によりブリッジ幅50μm、長さ300
μmのブリッジ部を形成した。
【0010】図3はHgをYBa2 Cu3 O7−x
に対して0〜10%の範囲で変えて添加した場合の臨
界温度Tce及び50Kにおける素子抵抗Rnを示した
グラフである。素子抵抗Rnは4端子法によりI−V特
性を50Kにおいて測定したデータより求めたものであ
る。図3よりHgを添加しない場合はRnが0.6 Ω
とかなり低く、Hg含有量が0.5%を越えるとRnが
増加することが判る。これに伴い、Tceが低下し、H
g含有量が5%以上になると減少率がさらに大きくなり
、10%では77K以下になる。従ってTceの低下が
数K内に納まり、Rnが充分増加するHgの添加量とし
て、0.5〜5%の添加量が適当であるといえる。他の
不純物元素(Mn、Gd、Tb)添加量についても適正
値があるが、Hgと略同様の傾向を示す。
に対して0〜10%の範囲で変えて添加した場合の臨
界温度Tce及び50Kにおける素子抵抗Rnを示した
グラフである。素子抵抗Rnは4端子法によりI−V特
性を50Kにおいて測定したデータより求めたものであ
る。図3よりHgを添加しない場合はRnが0.6 Ω
とかなり低く、Hg含有量が0.5%を越えるとRnが
増加することが判る。これに伴い、Tceが低下し、H
g含有量が5%以上になると減少率がさらに大きくなり
、10%では77K以下になる。従ってTceの低下が
数K内に納まり、Rnが充分増加するHgの添加量とし
て、0.5〜5%の添加量が適当であるといえる。他の
不純物元素(Mn、Gd、Tb)添加量についても適正
値があるが、Hgと略同様の傾向を示す。
【0011】
【発明の効果】以上の如く本発明においては、超電導体
の構成金属の硝酸塩水溶液に高抵抗金属の硝酸塩を添加
し、シュウ酸水溶液と反応させ、共沈させて得られた酸
化物超電導体粉末を焼成、整形、超音波加工して超電導
電磁波検出素子を作製しているので、素子抵抗が高く、
電磁波とのインピーダンスマッチングが向上し、感度が
高い超電導電磁波検出素子を得ることができる等、本発
明は優れた効果を奏するものである。
の構成金属の硝酸塩水溶液に高抵抗金属の硝酸塩を添加
し、シュウ酸水溶液と反応させ、共沈させて得られた酸
化物超電導体粉末を焼成、整形、超音波加工して超電導
電磁波検出素子を作製しているので、素子抵抗が高く、
電磁波とのインピーダンスマッチングが向上し、感度が
高い超電導電磁波検出素子を得ることができる等、本発
明は優れた効果を奏するものである。
【図1】本発明に係る超電導電磁波検出素子の斜視図で
ある。
ある。
【図2】本発明に係る超電導体の作製プロセスを示した
図である。
図である。
【図3】HgをYBa2 Cu3 O7−x に対して
0〜10%の範囲で変えて添加した場合のTce及び5
0Kにおける素子抵抗Rnを示したグラフである。
0〜10%の範囲で変えて添加した場合のTce及び5
0Kにおける素子抵抗Rnを示したグラフである。
【図4】焼結により粒界に高抵抗非超電導相が形成され
る過程を示す図である。
る過程を示す図である。
1 超電導電磁波検出素子
1a ブリッジ部
Claims (2)
- 【請求項1】 粒子の焼結体からなる酸化物超電導体
バルクにブリッジ部を設けてなる超電導電磁波検出素子
において、粒界部に高抵抗の非超電導相を形成してある
ことを特徴とする超電導電磁波検出素子。 - 【請求項2】 超電導体の構成金属の硝酸塩水溶液と
シュウ酸水溶液とを反応させ、酸化物超電導体粉末を共
沈させ、これを焼成、整形し、超音波加工によりブリッ
ジ部を形成して超電導電磁波検出素子を作製する方法に
おいて、前記硝酸塩水溶液に高抵抗金属の硝酸塩を添加
し、前記超電導電磁波検出素子の粒界部に高抵抗の非超
電導相を形成することを特徴とする超電導電磁波検出素
子の作製方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3076853A JPH04287380A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 超電導電磁波検出素子及びその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3076853A JPH04287380A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 超電導電磁波検出素子及びその作製方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04287380A true JPH04287380A (ja) | 1992-10-12 |
Family
ID=13617212
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3076853A Pending JPH04287380A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 超電導電磁波検出素子及びその作製方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04287380A (ja) |
-
1991
- 1991-03-15 JP JP3076853A patent/JPH04287380A/ja active Pending
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