JPH0446098A - 超電導部材 - 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】 ［発明の目的１ （産業上の利用分野） 本発明は、酸化物超電導体薄膜を使用した超電導部材に
関する。

（従来の技術） １９８６年にＬａ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の層状ペロブスカ
イト型の酸化物が４０に以上の高い臨界温度を有するこ
とが発表されて以来、ペロブスカイト構造を基本とし、
Ｃｕを含む酸化物系の超電導体が注目を集め、精力的に
研究が進められ、その結果、数多くの酸化物超電導体が
発見されるに至った。

なかでも、臨界温度ＴＣが液体窒素の沸点以上ノＹ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−０系で代表される酸素欠損ペロブスカイト型
の酸化物超電導体は、冷媒として高価な液体ヘリウムに
代えて、安価な液体窒素を利用することができるため、
工業的にも重要な砿値を有している。

このようなＹ系に代表される酸化物超電導体を電子デバ
イス分野に応用するためには、液体窒素の沸点で臨界電
流密度Ｊｃが高い良好な超電導性を示し、かつＣ軸配向
した膜が必要である。しかし、酸化物系の基板上に酸化
物超電導体層を直接、スパッタ法や蒸着法等で単に形成
しただけでは、基板の膜形成面に対してＣ軸配向させた
酸化物超電導体薄膜は得られるものの、必ずしも良好な
超電導特性を示すものが得られる訳ではない。

このことは、酸化物超電導体への酸素の拡散が、Ｃ軸に
平行な方向と垂直な（Ｃ軸）方向では異なり、Ｃ軸に平
行な方向よりもａ軸方向への酸素の拡散係数が大きいこ
とから、Ｃ軸配向した膜には、所定の酸素が入り難いた
めと考えられている。つまり、基板面に対してＣ軸配向
させた酸化物超電導体膜には、成膜時において十分に酸
素を供給することが困難なため、良好な超電導特性を示
さないものと考えられる。そこで、形成した膜に所定の
酸素を供給するために、成膜後に高温下での熱処理や高
圧酸素下での熱処理等の特殊な熱処理を施し、超電導性
を向上させなければならなかった。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、従来の薄膜法を適用した酸化物超電導
体薄膜では、良好な超電導性を示すＣ軸配向させた酸化
物超電導体薄膜を有する超電導部材とするために、成膜
後に高温下や高圧酸素下で熱処理しなければならないと
いう難点かあった。

そして、上述したような熱処理を酸化物超電導体薄膜に
対して施すと、基板との反応によって異相が形成された
り、膜の表面性が低下する等の問題が発生しやすいため
、熱処理を経ることなく、基板の厚さ方向に対してＣ軸
配向させると共に、良好な超電導特性を示す酸化物超電
導体薄膜を形成することを可能にすることが強く望まれ
ている。

本発明は、このような課題に対処するためになされたも
ので、成膜後の熱処理プロセスを施すことなく、良好な
超電導特性を示すと共に、Ｃ軸配向させた酸化物超電導
体薄膜を形成することを可能にし、表面性に優れ、かつ
異質相を含まない酸化物超電導体薄膜を有する超電導部
材を提供することを目的とするものである。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） すなわち、本発明の超電導部材は、表面にＡｕを主体と
する金属が部分的に配置された基体と、この基体上の前
記Ａｕを主体とする金属が配置された領域およびそれ以
外の領域に連続して設けられた酸化物超電導体層とを有
することを特徴とするものである。

酸化物超電導体としては、多数のものが知られているが
、本発明においては、希土類元素含有のペロブスカイト
型の酸化物超電導体が使用される。

希土類元素を含有しペロブスカイト型構造を有する酸化
物超電導体は、超電導状態を実現できるものであればよ
く、たとえばＲＥ　Ｎ２　Ｃｕ）　　０７−Ｊ系（ＲＥ
は、Ｙ　５Ｌａｘ　Ｓｃ−Ｎｄｓ　Ｓｍ１Ｅｕ１Ｇｄ−
Ｄｙ−Ｈｏ−Ｅｒ５　ＴＩＩＮ　Ｙｂ％Ｌｕ等の希土類
元素から選ばれた少なくとも　１種の元素を、−はＢａ
、　Ｓｒ、　Ｃａから選ばれた少なくとも　１種の元素
を、δは酸素欠陥を表わし通常１以下の数、Ｃｕの一部
はＴｉｓ　Ｖ　、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅｓ　００％　Ｎ１、
Ｚｎ等で置換可能。）の酸化物等が例示される。なお、
希土類元素−は広義の定義とし、Ｓｃ、　ＹおよびＬａ
系を含むものとする。

本発明の超電導部材に使用される基体は、膜形成する酸
化物超電導体と反応しにくい酸化物、例えばＭｇＯや５
ｒＴ１（ｈ等の酸化物からなるものであり、その膜形成
面の一部に八Ｕを主体とする金属、例えばＡｕやその合
金が配置された領域が存在するように構成する。

上記酸化物系基体の膜形成面は、　（１００）結晶面ま
たは　（１１０）結晶面とすることが好ましい。このよ
うに、酸化物超電導体層の形成面を　（１００）結晶面
や　（１１０）結晶面とすることによって、この膜形成
面に対してＣ軸配向させた酸化物超電導体層が得られる
。特に、　（１００）結晶面が酸化物超電導体層をＣ軸
配向させるのに適している。

また、上記基体の酸化物超電導体薄膜の形成面に存在す
るＡｕを主体とする金属の領域上には、膜形成面に対し
てａ軸配向させた酸化物超電導体層が形成される。すな
わち、本発明の超電導部材においては、膜形成面に対し
てＣ軸配向させた酸化物超電導体とａ軸配向させた酸化
物超電導体とから酸化物超電導体層が構成され、その結
果、ａ軸配向させた酸化物超電導体が酸素の供給源とな
り、Ｃ軸配向させた酸化物超電導体に対して良好な超電
導性を示すために必要な酸素が充分供給される。

上記Ａｕを主体とする金属の占有面積比率は、基体の膜
形成面の総面積に対し５０％以下とすることが好ましい
。Ａｕを主体とする金属の占有面積比率をあまり大きく
すると、Ｃ軸配向させた酸化物超電導体膜による特性向
上効果が阻害される可能性があるためである。

また、Ａｕを主体とする金属の領域は、酸化物系基体の
膜形成面全面に分散させて形成してもよいし、またその
一部分に集中して形成してもよい。

このようなＡｕを主体とする金属領域を酸化物系基体の
表面に存在させるには、例えばスパッタ法、蒸着法、Ｃ
ＶＤ法等の一般的な薄膜形成法を適用して、必要な位置
に膜形成すればよい。

本発明の超電導部材における酸化物超電導体層の形成方
法としては、物理的蒸着法であるスパッタ法、反応性蒸
着法、レーザ蒸着法、あるいは化学的蒸着法であるＣＶ
Ｄ法、ＭＯＣＶＤ法等、各種の薄膜形成法を用いること
が可能であり、特に薄膜形成法に限定されるものではな
い。

（作　用） 本発明の超電導部材においては、酸化物系基体の酸化物
超電導体層の形成面の一部にＡｕを主体とする金属を存
在させている。このＡｕを主体とする金属の領域上には
、膜形成面に対してａ軸配向させた酸化物超電導体が形
成され、酸化物系基体の表面上にはＣ軸配向させた酸化
物超電導体が形成される。このように本発明においては
、酸素の供給バスとして効果のあるａ軸配向させた酸化
物超電導体を、Ｃ軸配向させた酸化物超電導体領域に隣
接させることが可能となる。したがって、良好な超電導
特性を示すのに必要な酸素を含み、かつＣ軸配向させた
酸化物超電導薄膜を有する超電導部材が得られる。

（実施例） 次に、本発明の実施例について説明する。

実施例１ まず、第１図に示すように、膜形成面１ａとして（１０
０）結晶面を有するＭｇＯ単結晶基板（１０ｍｓｘ１０
膳■）１の該膜形成面１ａの端部に、蒸着法によってＡ
ｕ層２を膜形成面１ａの総面積に対し１０％の領域とな
るように形成した。なお、上記Ａｕ蒸着層２に関し、マ
イクロＸ線回折でその結晶方位を調べたところ、　（１
１１）面に配向していることが明らかとなった。

次に、下記に示す手順にしたがって、上記ＭｇＯ単結晶
基板１の膜形成面１ａに酸化物超電導体層を形成した。

第２図は、この実施例において用いたスパッタ装置を模
式的に示した図である。同図において、１１は密閉され
たスパッタ室である。このスパッタ室１１内には、遮蔽
板１２によって個々に遮蔽されたスパッタ用のターゲッ
ト１３．１４．１５と基板ホルダ１６とが対向して配置
されている。

基板ホルダ１６の後方には基板加熱用ヒータ１７が設け
られており、基板ホルダ１６は回転軸１８を中心にして
、この基板ホルダ１６にセットされる基板１が各ターゲ
ット１３．１４．１５上を順に通過するように回転駆動
される。また、ターゲット１３．１４．１５には、それ
ぞれ図示を省略したスパッタ用電源が接続されており、
スパッタ室１１にはスパッタガスを導入するためのガス
供給系１９と排気系２０とが接続されている。

上記構成のスパッタ装置を用いて、まず上記ＭｇＯ単結
晶基板１の膜形成面１ａが各ターゲット１３．１４．１
５と対向するように基板ホルダ１６にセットし、基板加
熱用ヒータ１７によって７００℃に加熱した。また、ス
パッタガスとしてガス供給系１９から混合比５０％　（
圧力比）のＡｒと０２との混合ガスを供給すると共に、
スパッタ室１１内のガス圧を５ｍＴｏｒｒに調整した。

ターゲット１３．１４．１５として、金属Ｙ１金属Ｃｕ
、　Ｂａ２Ｃｕ０３焼結体を用い、ＹＢａ２　Ｃｕ３０
　フ−ａで表される酸化物超電導体層を上記ＭｇＯ単結
晶基板１の膜形成面１ａに形成した。

このようにして得た酸化物超電導体層の結晶方向を膜表
面のＸ線回折法により調べたところ、ＭｇＯ単結晶基板
１上にはＣ軸配向した酸化物超電導体層が形成され、＾
Ｕ蒸看層２上にはａ軸配向した酸化物超電導体層が形成
されていることが各々分った。

また、超電導部材の超電導特性を評価したところ、臨界
温度Ｔｃが８５にで、液体窒素温度７７に１１丁での超
電導特性も安定しており、Ａｕを蒸着したことが酸化物
超電導体に対して酸素を所定量供給するのに有効である
ことを確認した。

なお、この超電導部材のＡｕ蒸着層２を酸化物超電導体
層形成後に切断すれば、良好な超電導特性を示し、Ｃ軸
配向した酸化物超電導体薄膜のみを有する超電導部材が
得られる。

比較例１ 基板としてＭｇ０（１００）単結晶体を用い、実施例１
と同様なマグネトロンスパッタ法により、Ｙ　Ｂａ２Ｃ
ｕ３０ｔ−ａ組成の酸化物超電導体を成膜し、超電導部
材を作製した。

得られた超電導部材は、Ｘ線回折によりＣ軸配向してい
ることが分ったが、酸素の供給が充分でないため、超電
導部材の電気抵抗の温度依存性は、温度の低下に伴い半
導体的に増加し、３［ＩＸ付近で最大となり、その後、
急激に減少し、２０にでようやく超電導状態に転移した
。

実施例２ 膜形成面として（１００）結晶面を有する５ｒＴｉＯ３
単結晶基板（１０ｍ■Ｘ　１０ａｍ）を用意し、実施例
１と同様にして該膜形成面の端部に蒸着法によってＡｕ
層を形成した。なおこのＡｕ蒸着層も、マイクロＸ線回
折で　（１１１）面に配向していることを確認した。

この後、実施例１と同様にスパッタ法により　Ｙ系酸化
物超電導体層を形成した。

成膜した酸化物超電導体薄膜の超電導特性を評価したと
ころ、臨界温度Ｔｃが８５にで、液体窒素温度７７Ｋ　
、　ＩＴでの超電導特性も安定しており、Ａｕ蒸着層の
形成が、酸素の供給に対して有効なａ軸配向した酸化物
超電導体を形成する機能があることが分った。

比較例２ 基板として５ｒＴｉＯ３（１００）単結晶体を用い、実
施例１と同様なマグネトロンスパッタ法により、Ｙ　Ｂ
ａ２Ｃｕａ　　０７−δ組成の酸化物を成膜した。この
とき、基板の表面の２０％の領域にＦｅを蒸着した。

得られた部材は、Ｘ線回折の結果、配向性か観察できず
、しかもその電気抵抗の温度依存性は、温度の低下に伴
い急激に増加し、１００にで測定限界の１０８Ωを超え
て、超電導転移はみられなかった。

実施例３ 実施例１て用いたＭｇＯ単結晶基板の膜形成面に、Ａｕ
蒸着層を総面積の５０％となるように形成した後、実施
例１と同様な方法でＹ系酸化物超電導体層を形成した。

このようにして得た超電導部材の超電導特性を評任した
ところ、Ｔｃ−８４にで、７７Ｋ　ＳＩＴにおいても超
電導特性は安定しており、Ａｕを蒸着した領域が有効で
あることがわかった。

実施例４〜１７ 第１表に示した八Ｕを主体とする各種金属を、実施例１
と同様にした）４ｇＯ単結晶基板の膜形成面に、面積比
が１０％となるように落着し、この膜形成面にＹ系酸化
物超電導体層を形成して超電導部材をそれぞれ作製した
。

このようにして得た超電導部材の超電導特性を評価した
ところ、 第１表に示すような臨界温度 Ｔｃ を得た。

第 表 実施例１８〜２５ 実施例１ と同様に八Ｕを蒸着したＭｇ０（１００）単結晶基板上
に、第２表に示すような組成の酸化物超電導体を成膜し
、超電導部材を作製した。

作製した各超電導部材について、その超電導特性を評価
したところ、第２表に示すようなＴｃを示すことが分っ
た。

第　　２　　表 実施例２６ 実施例１と同様な要領で、第３図に示すように、それぞ
れ１μｍ程度の直径を有するようにＡｕ３を分散させて
蒸着したＭｇ０（１００）単結晶基板１上に、スパッタ
法によってＹ系酸化物超電導体層を形成した。

このよ・うにして得た酸化物超電導体形成層の表面につ
いて、マイクロＸ線回折を行ったところ、Ａｕ３を蒸着
した領域上ではａ軸配向した酸化物超電導体が形成され
、Ａｕを蒸着しない領域、すなわちＭｇＯ単結晶（１０
０）面上では、Ｃ軸配向した酸化物超電導体が形成され
ていることが分った。

作製した超電導部材の超電導特性を評研したところ、Ｔ
ｃ−８５にで、７７Ｋ　、　５Ｔにおいても超電導特性
は安定しており、分散して形成したａ軸配向した酸化物
超電導体領域がピンニングセンターとしても有効である
ことが分った。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の超電導部材は、酸化物超電
導体層を形成する基板の表面の一部分にＡｕを主体とす
る金属を形成するという簡単なプロセスを導入するだけ
て、Ｃ軸配向しかつ良好な超電導特性を示す酸化物超電
導体薄膜が容易に得られることから、酸化物超電導体の
電子デバイスへの応用に大きく貢献する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例で使用した基板構造を示す図
、第２図は本発明の実施例で使用したスパッタ装置を模
式的に示す図、第３図は本発明の他の実施例で使用した
基板構造を示す図である。 １　・−−−−−Ｍｇ０（１００）単結晶基板、ｌ　ａ
　−−（１００）面からなる膜形成面、２．３・・・Ａ
ｕ蒸着層。 出願人　　　　　　株式会社　東芝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面にＡｕを主体とする金属が部分的に配置され
   た基体と、 この基体上の前記Ａｕを主体とする金属が配置された領
   域およびそれ以外の領域に連続して設けられた酸化物超
   電導体層と を有することを特徴とする超電導部材。
2. （２）請求項１記載の超電導部材において、前記酸化物
   超電導体層は、前記基体上に形成され該基体表面に対し
   てｃ軸配向させた酸化物超電導体と、前記基体上のＡｕ
   を主体とする金属上に形成され該基体表面に対してａ軸
   配向させた酸化物超電導体とから構成されていることを
   特徴とする超電導部材。