JPH04345074A - 超伝導体部品の形成方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低損失の超伝導体部品の
作製方法に係り、特に酸化物超伝導体同士を電気的に接
続するに際し、接続部分の電気抵抗の低減化をはかるの
に好適な超伝導体部品の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超伝導材料は電気的に低抵抗（直流では
ゼロ抵抗、高周波では低抵抗）であるため、種々の電気
・電子部品への応用が期待されている。近年、超伝導転
移温度（Ｔｃ）が液体窒素の沸点（約７７Ｋ）よりも高
いＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ、
Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系などの酸化物超伝導体が
発見されるに至り、超伝導体材料の実用部品への応用検
討がますます盛んになっている。これらの超伝導体から
なる材料は、原料粉体をプレスして成形・焼結してバル
ク材料として得たり、またスパッタ法などの薄膜形成法
によりＭｇＯなどの基板結晶上に薄膜として形成される
。特に、焼結した超伝導体材料は脆いために、複雑な形
状に加工したり、また焼結時に複雑な形状や高い寸法精
度に部品を形成することはすこぶる困難であった。例え
ば、焼結超伝導体材料を用いてアンテナ等を作製しよう
とする場合、あらかじめ作製したおいたアンテナのエレ
メント同士を機械的および電気的に接続することが必要
となる。また、酸化物超伝導体は化学的に不安定で、通
常の鉛合金を主成分とする半田を用いて超伝導体同士を
接着して電気的に接続しようとすると、接着時に超伝導
体が高温に熱せられて超伝導体接続部分から多くの酸素
が脱離して変質し、接合部分において超伝導体としての
特性がなくなってしまうことがよく知られている。この
ため、より低温で接着が行なえるＩｎなどを主成分とす
る低温で半田付けが可能な材料を用いて接着が行われて
きた。しかしながら、このような低温半田を用いてもな
お、接続界面層の超伝導体部分が変質し、直流的には半
導体的な振舞いを示し、低温になるほど接続部分を含む
超伝導体の全電気抵抗が増加する傾向を示す。超伝導体
としての特質である低抵抗を利用しようとする超伝導体
を用いた電子部品では、このような接続部分における電
気抵抗の高抵抗化は、電子部品としての性能が劣化して
しまい、せっかくの超伝導体の特質を活かすことができ
ない部品となってしまう。このため、超伝導体を接続す
る部分での電気抵抗が高抵抗とはならないような接続方
法の開発が強く望まれていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したごとく、従来
技術においては、酸化物超伝導体同士を機械的並びに電
気的に接続し、超伝導体からなる電気・電子部品を作製
する場合に、接続部分の電気抵抗が増大し超伝導体部品
としての特質が劣化してしまうという問題があった。本
発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消し、
酸化物超伝導体同士を接着剤を用いて接続し電気・電子
部品などを作製する場合において、接続部分の電気抵抗
値を極めて低く保持することができる超伝導体部品の形
成方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の超伝導体部品の形成方法は、あらかじめ電
気伝導性あるいは超伝導性を問わない接着剤を用いて超
伝導体同士を接着し接続した後、該接続部分の外周に電
気伝導性を有する薄膜を被覆するものである。あるいは
上記接続部分の外周に電気伝導性を有する薄膜を被覆し
た後、酸素雰囲気中での熱処理を加えることにより超伝
導体の接続部分の抵抗をいっそう低減させることが可能
となる。

【０００５】

【実施例】以下に、本発明の具体的実施例を挙げ、さら
に詳細に説明する。図１に、本発明による超伝導体材料
の接続方法の一例を示す。Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物
高温超伝導焼結体である断面が２ｍｍ×２ｍｍ程度で、
片側の酸化物超伝導体１の長さが約１０ｍｍの棒状のも
のを用い、酸化物超伝導体１同士を機械的に接続する接
着剤２として、エポキシ系接着剤もしくは銀ペーストを
用いた。そして、接続部分の外周に銀薄膜をスパッタ法
により形成した。スパッタ条件として、不活性Ａｒビー
ム（加速電圧：１ｋＶ）を用い、銀ターゲットをスパッ
タして銀薄膜３を形成させた。この際の試料温度は室温
であり、膜厚が約３μｍの銀薄膜３を形成した。薄膜と
して銀を用いた理由は、銀薄膜３と酸化物超伝導体１の
界面層で薄膜形成による超伝導体の表面層の劣化が少な
いためである。これまで、活性度の高い金属（例えばＴ
ｉ、Ｃｒなど）のみならず貴金属類以外の金属を超伝導
材料表面上に薄膜として形成させると、程度の差こそ有
れ超伝導体の表面層を化学的に変化させてしまい、超伝
導層の特性をなくしてしまうという問題があった。これ
に対し、金、銀などの貴金属類は、上記のような超伝導
体の表面層の劣化の程度が著しく少ないことが知られて
いる。このため、本実施例においては銀薄膜を用いた。 また、銀薄膜などの金属薄膜を形成した後に、接続部分
に熱処理を加えると、銀薄膜３と酸化物超伝導体１との
界面層における相互拡散が促進されることになり、界面
でのコンタクト抵抗を著しく低減させることができる。 しかしながら、大気中で昇温し熱処理することは、よく
知られているごとく、酸化物超伝導体１そのものの超伝
導特性を劣化（特に、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏなどの１−２
−３系酸化物超伝導体の場合は、この劣化が顕著である
ことが知られている。）させてしまうので、酸素雰囲気
中で熱処理を行うことが必要条件である。そして、上記
熱処理の温度範囲は、上記銀薄膜３などの薄膜と酸化物
超伝導体１との界面における相互拡散に必要な時間およ
び酸化物超伝導体の融点から３００℃以上、９６０℃以
下の範囲が好ましい。図２は、図１に示す接続方法をは
じめとして、種々の接続方法により２本の棒状の超伝導
体を接続して作製した試料を、通常の４端子法で抵抗値
の温度依存性を測定する方法を示したものである。図に
おいて、直流定電流源４から、本実施例の場合は０．０
１Ａの電流を流した。接続した酸化物超伝導体１上の２
端子間の電圧を電圧計５によって測定した。そして、接
続して作製した酸化物超伝導体１からなる棒状試料全体
を液体ヘリウムなどに浸漬するなどして冷却し、試料を
冷却しながら定電流０．０１Ａを流し、そのときに生じ
る電圧端子間の電圧を測定することにより電圧端子間の
試料抵抗を測定した。図３は、上記図２に示す測定系を
用いて、３種類の接続した酸化物超伝導体の棒状試料の
抵抗を測定した結果を示す。横軸は試料温度（Ｋ）、縦
軸は試料抵抗（ｍΩ）である。曲線（Ａ）は接着剤とし
てＩｎ半田を用い、接続部分を金属薄膜で被覆しなかっ
たものである。Ｉｎを用いて半田付けを行った際に、２
００℃ないし３００℃に熱せられＩｎ半田と超伝導体と
の間で化学反応を起こし、超伝導体とＩｎの界面層で半
導体的な物質が生じたため試料温度の低下と共に、試料
抵抗が増加して液体窒素温度（約７７Ｋ）では約３Ωを
示した。曲線（Ｂ）は接着剤として銀ペーストを用い、
接続部分に３μｍ厚の銀薄膜をイオンビームスパッタ法
により施したものである。約９０Ｋで超伝導転移を示し
、７７Ｋでの試料抵抗は約５ｍΩとなった。（Ｃ）は試
料（Ｂ）を酸素雰囲気中で、約４００℃の温度で約１時
間熱処理を施したもので、いっそうの試料抵抗の低減が
みられ、７７Ｋでの試料抵抗は約０．１ｍΩとなった。 このように、超伝導体同士を接着剤を用いて接続する場
合、接続部分外周に低抵抗の金属薄膜を被覆することに
より、あるいは上記金属薄膜を接続部分に被覆したうえ
で、この接続部分に熱処理を加えることにより接続部分
の試料抵抗を一段と低減できることが明らかである。本
実施例では、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ焼結体の超伝導体試料
についての例を示したが、他の酸化物超伝導体を用いた
場合においても本実施例と同等の効果が得られることは
言うまでもない。また、本実施例では、金属薄膜として
イオンビームスパッタ法を用いて形成した３μｍ厚の銀
薄膜を用いた場合の例を示したが、他の貴金属類、例え
ば、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）などを、他の薄膜形
成法、例えば、蒸着法、ＲＦ（あるいはＤＣ）スパッタ
法、あるいはメッキ法などの方法を用いた場合において
も有効であることを確認している。さらに、本実施例で
は、直流抵抗についての効果を例示したが、交流、高周
波での表面抵抗に効果を有することも明らかである。

【０００６】

【発明の効果】本発明の超伝導体部品の形成方法によれ
ば、超伝導体同士を機械的および電気的に接続する場合
、あらかじめ電気伝導性あるいは超伝導性を問わない接
着剤で接着して接続した後、接続部分の外周に電気的に
低抵抗の金属薄膜を被覆するか、もしくはさらに接続部
分に熱処理を加えることにより、接続部分の抵抗値を著
しく低減することができ、高性能の超伝導体からなる電
気・電子部品などが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で例示した超伝導体材料の接続
方法を示す模式図。

【図２】本発明の実施例で作製した試料の４端子法で試
料全抵抗を測定する装置の構成を示す模式図。

【図３】本発明の実施例で作製した試料および比較例で
示した試料の試料温度と試料抵抗の関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１…酸化物超伝導体（Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物高温
超伝導焼結体） ２…接着剤 ３…銀薄膜 ４…直流定電流源 ５…電圧計

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超伝導体同士を接続して超伝導体材料から
   なる部品を作製する方法において、超伝導体同士をあら
   かじめ電気伝導性または超伝導性の有無を問わない接着
   剤を用いて機械的に接続した後、該接続部分の外周を電
   気伝導性を有する薄膜で被覆して、上記超伝導体同士を
   電気的に低抵抗に接続することを特徴とする超伝導体部
   品の形成方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の超伝導体部品の形成方法に
   おいて、使用する超伝導体材料は酸化物超伝導体からな
   り、かつ接続部分の外周を電気伝導性を有する薄膜で被
   覆した後、該接続部分を酸素雰囲気中で、３００℃以上
   、９６０℃以下の温度範囲で熱処理を施すことを特徴と
   する超伝導体部品の形成方法。