JPH0433382A - セミラック超電導膜の製造方法 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、セラミック超電導微粉末を用い電気泳動によ
るパターンニングした超電導膜の形成において、成形精
度を向上させ、形状の自由度を大きくする製造方法に関
するものである。

〈従来の技術〉 液体窒素温度（７７Ｋ）以上でも超電導状態に遷移する
セラミック高温超電導材料が開発されてから、この材料
について基礎と応用の研究が進められている。この高温
超電導材料の応用研究を進める上で最も重要な課題の１
つに、所定の形状の超電導膜の形成、又は、その加工の
技術開発がおる。

現在、超電導膜の作製方法として、スパッタ法。

真空蒸着法（反応性蒸着、ＭＢＥ、ＩＣＢ、　レーザ蒸
着等）、ＭＯ−ＣＶＤ法、ヌプレーパイロリシス法、ヌ
クリーン印刷法又はゾル−ゲル法などに関した研究が報
告されている。以上の成膜法のうち、スパッタ法、真空
蒸着法、ＭＯ−ＣＶＤ法は、主として単結晶又は単結晶
に近い超電導薄膜を形成して、従来金属系の超電導体で
作製されていた電子デバイスを高温超電導体で作製する
試みの研究に使用されている。

一方、以上の研究と異なる、セラミック高温超電導材料
固有の特性を応用する研究も進められている。セラミッ
ク超電導材料はコヒーレンス長が短く、キャリア濃度が
低いということから、結晶の粒界で容易に弱結合を形成
できる特徴がある。

この超電導体に形成された弱結合はいわゆるジョセフソ
ン接合になるので、この弱結合による効果を利用して、
例えば磁気センサ、光センサ、スイツチング又は論理素
子等の実現が考えられ、こられらに幅広い分野への応用
が期待される。しかし上記の特性を応用するためには、
セラミック高温超電導膜を形成する結晶粒子の粒径とそ
れらの粒界を揃える必要があり、スパッタ法、真空蒸着
法、ＭＯ−ＣＶＤ法等で作製した超電導薄膜は不適であ
る。スプレーパイロリシヌ法、ヌクリーン印刷法、ゾル
−ゲル法等で作製した超電導膜のほうが適していた。

〈発明が解決しようとする課題〉 以上で説明したように結晶粒界に弱結合が形成されたセ
ラミック高温超電導膜は優れた特性を持つことから、多
くの応用が考えられる。しかし、セラミック超電導膜は
一般に結晶粒界が多孔質の構造になっているので、−膜
面なホトエッチ法ニよって膜を所定の形状に加工するの
は困難である。

すなわち、ホトエブチ加工のときレジスト材料やエツチ
ング液が結晶粒界を通って膜中に染み込むので、膜を精
度よくパターニングできないことが多いからである。

以上の理由から、セラミック高温超電導材料の特性をい
かす素子の微細な設計ができなかった。

本発明は結晶粒径とその粒界特性の揃−たセラミック超
電導膜を所定の形状に精度よく形成する方法を提供する
ことを目的としている。

〈課題を解決するための手段〉 本発明では、超電導膜形成に、セラミック超電導材料の
微粉末を分散した有機溶媒中に、負電位にバイアスした
導電性基板を浸漬し、電気泳動で超電導膜を堆積させる
方法を用いている。この成膜方法は、例えばＡｐｐｌ、
　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　５５（１９８９）４９２な
どに記載されている。

以上の成膜方法を用いたときのパターンニングは、前記
の導電性基板上の、所定の超電導膜を形成する部分以外
に絶縁性の薄膜を形成しておくものである。この本発明
の方法を用いることによシ絶縁性薄膜を形成した部分に
は電気泳動の電流が流れないので成膜されないから、導
電性基板上に絶縁性薄膜でパターンニングした所定の形
状の超電導膜を作製することができる。

以上で説明した本発明の超電導膜の形成方法によれば、
従来の技術の例で説明したホトレジスト法によるエツチ
ング成形のとき発生したレジストやエツチング液の染み
込み等の問題もなくなり、又、電気泳動法によるときも
単に絶縁性基板上に導電性材料のパターンを形成したと
きの微粒子のまわシ込み付着によるパターンの変形もな
くな）精度よく所定の形状にした超電導膜にすることが
できる。

く作　用〉 結晶粒界の特性を応用して優れた特性の超電導デバイス
を形成できるセラミック超電導膜には精密な成形加工に
問題が残っていた。

本発明による導電性基板の表面の所定のパターン以外を
絶縁性薄膜で被覆して負電位にバイアスし、超電導微粉
末を分散した有機溶媒中に入れ電気泳動により堆積させ
る成膜法を用いることで、精密な形状のセラミック超電
導膜分作製することができる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

本実施例に用いたセラミック超電導微粉末には固体反応
法によって作製したＹＩ　Ｂａ２ＣｕａＯｙ−ｘ超電導
材料によるものを用いた。即ち、ｙ、ｏ、。

ＢａＣＯ３及びＣｕＯの原料粉末Ｃ純度９９．９９％）
をＹ、Ｂａ、Ｃｕ元累の比が１：２：８になるよう秤量
し、混合した後、空気中で９００℃・６時間の仮焼成を
行った。続いて仮焼成物を粉砕し微粉末にして混合した
後、ｘｓｏｏｋｇ／ｍ　　の圧力によるプレスでベレッ
ト（直径９ｓｍ、厚さ１鵡）に成型した。成型したベレ
ットは空気中で９５０℃・５時間の熱処理を行ない構成
元素の化合を行った後、再度粉砕・混合した微粉末を、
更に、９５０℃で８時間の空気中での熱処理を行った。

以上で作製した粉末は、最後にメ・シュを通して粒径（
直径）の平均が約１μ講の微粉末からなるセラミック超
電導体（ＹｔＢａｚＣｕｚ０７−Ｘ）にして、実施例に
使用した。

以上で作製したＹＩ　Ｂａ３　ＣｕｘＯｙ−ｘ微粉末は
有機溶媒に選定したアセトンに分散させた。この分散液
における前記微粉末の濃度は、アセトン２５ｍノに対し
て１．Ｏｌにした。

前記微粉末を基板上に堆積する成膜装置の概要図を示し
たのが第２図である。第２図に於て、１８の正と負の電
極には電圧印加用の定電圧源４が接続されている。又、
分散液２に分散した粉末を均一にするため磁気スターク
５による攪拌を行っている。

第１実施例 第１図に示したのは、本発明の第１実施例に用いた基板
１の斜視図である。この基板１は銅板６の上に、一部省
略して示した折シ返しの線状開口部７を形成したＳｉ酸
化膜８が形成されている。

この折シ返しパターンの開口部７０幅と、その開口部７
間の距離はともに５０μ錫にした。このＳｉ酸化膜８は
イオンブレーティング法によって形成し、パターンニン
グした開口部はリフトオフ法によって形成している。

以上の構成の基板ｌを、第２図で示した電気泳動による
成膜装置の負電極８に設置し、銅の正電極８との間に定
電圧源４で２００Ｖ々電界を印加した状態を１分間保ち
、基板１表面のＳｉ酸化膜８の開口部７の銅板６上にセ
ラミック超電導微粒子からなる膜を堆積させた。

以上で膜を堆積した基板ｌは空気中での９００℃で１０
分間の焼結を行った上、−旦温度を４５０℃に下げて５
時間保持する酸素組成比の制御工程の後、冷却して超電
導膜にした。作製した膜の厚さは約ｌθμ晴であった。

以上で作製した超電導膜の、電気抵抗の温度依存性を示
したのが第８図である。この電気抵抗の測定には通常の
４端子法を用いたが、測定の直流・電圧電極は真空蒸着
のＴｉ薄膜で形成し、形成した電極に銀ペーストを用い
て測定用のリード線を接続した。なお、この測定中に超
電導膜には１、０　ｍＡの電流を流していた。作製した
超電導膜は、第３図に示されているように８７にで電気
抵抗値が零になる良好な特性であることが確認できた。

第２実施例 この実施例に用いた基板ｌの斜視図を第４図に示した。

この基板ｌはイツトリウム安定化ジルコこ ニー（ＹＳＺ）の絶縁性基板９にＥＢ蒸着で形成した銅
の薄膜１０によって導電性基板にしている。以上のよう
に絶縁性基板９上に導電性膜１０を形成して、導電性基
板にした以外は第１実施例と同じである。従って、銅薄
膜１０の上にＳｉ酸化膜８をイオンブレーティングで作
製し、パターンニングした開口部７はリフトオフ法を用
いて形成している。この基板を用いて第１実施例と同一
条件によシミ気泳動による膜の堆積と熱処理を行った。

第２実施例によるセラミック超電導も、第１実施例と同
じ電気抵抗の温度依存性を示し、電気抵抗が零になる臨
界温間は８７にであった。

以上の実施例で形成したセラミック超電導膜は導電性基
板上に形成して開ロバターンそのままの形状になった精
密なパターンであった。この絶縁膜の開口部パターンは
比較的簡単に精度よく形成でき、又、その形状作製の制
約も少ないことから本発明によシセラミ１り超電導膜を
任意の形状に精度よく形成できるしか畦母春亡 以上は、本発明を実施例によって説明したが、本発明は
実施例によ１て限定されるものでなく、例えば実施例の
導電性基板上に開口バター：／を形成するのに用いた絶
縁膜もＳｉ酸化膜でなく、Ｓｉ窒化膜、　Ａノ酸化膜等
の絶縁膜を用いても同様な効果が得られる。又、導電性
基板の材料として銅を用いたが、この導電材料も銅に限
定されるものではなく例えばアルミニウム（Ａ））、銀
（Ａｇ）等を用いてもよく、更に、第２実施例の基板に
用いたＹＳｚも例えば酸化マグネシウム、チタン酸スト
ロンチウム等の基板にしても良好な結果を得ることかで
゛きる。

又、実施例で説明したセラミック超電導膜の作製条件も
、実施例の分散濃度、電界強度、堆積時間等によって限
定されることなく、目的に応じて適宜調整することがで
きる。

更に、使用するセラミック超電導材料もＹＩ　Ｂ　ａ３
　Ｃｕ３　ｏ、−Ｘに限定されず他の超電導材料である
ＢｉｚＳｒｌＣａｌＣ＋ｇＯｘ、Ｂｉ２５ｒｌＣａｚＣ
ｕ３０ｘ、ＴノｚＢａｚ　Ｃａ２　Ｃｕ３０ｘ　、又は
、Ｎ　ｄ　ｘ−Ｘ　Ｃｅ　ｚ　Ｃｕ　Ｏａ−ｙ等を用い
ることもできる。

このセラミ１り超電導材料の微粉末の作製も、実施例の
固体反応法のみに限定されず、超電導材料を構成する元
素の化合物からの共沈法やスプレーパイロリシス法等に
よる微粉末を用いることもできる。

又、超電導微粉末を分散させる溶媒もアセトンでなく、
他のメチルケトン、ニトロメタン等の溶媒を用いても、
実施例と同様な効果を得ることができた。

ぐ発明の効果〉 本発明の、有機溶媒に分散した超電導微粉末を所定のパ
ターン開口部を設けた絶縁膜で被覆した導電性基板を負
の電位をバイアスさせて堆積させるセラミック超電導膜
の製造方法によシ、特性がよく、かつ、微細なパターン
に形成したセラミック超電導膜を作製することができる
。従うて、セラミンク超電導膜を用いたデバイスの作製
が容易になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の基板の概要構成を示す斜
視図、第２図は実施例の超電導膜堆積装置の概要を示す
断面図、第８図は第１実施例で作製した超電導膜の電気
抵抗の温度依存性を示す図、第４図は本発明の第２実施
例の基板の概要構成を示す斜視図である。 １・・・基板、２・・・分散液、８・・・電極、４・・
・定電圧源、５・・・磁気スターク−６・・・導電性基
板、７・・・開口部（超電導膜形成部）、８・・・絶縁
性薄膜、９・・・絶縁性基板、１０・・・導電性薄膜。 代理人　弁理士　梅　１）　　勝（他２名）４１図 苓４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の表面形状部分以外を絶縁性材料の薄膜で被覆
   した導電性基板を負電位の電極として、セラミック超電
   導微粉末を分散した有機溶媒中に浸漬した電気泳動によ
   り、前記導電性基板上に所定の形状のセラミック超電導
   膜を堆積することを特徴とするセラミック超電導膜の製
   造方法。 ２、前記導電性基板、絶縁性基板の表面に導電性薄膜を
   形成した基板であることを特徴とする請求項１記載のセ
   ラミツク超電導膜の製造方法。