JPH06267343A - 超電導体およびその製造方法 - Google Patents

超電導体およびその製造方法

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JPH06267343A
JPH06267343A JP5056830A JP5683093A JPH06267343A JP H06267343 A JPH06267343 A JP H06267343A JP 5056830 A JP5056830 A JP 5056830A JP 5683093 A JP5683093 A JP 5683093A JP H06267343 A JPH06267343 A JP H06267343A
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JP
Japan
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infinite
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superconductor
thin film
layers
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JP5056830A
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English (en)
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Hideaki Adachi
秀明 足立
Toshifumi Sato
利文 佐藤
Hiroshi Ichikawa
洋 市川
Kentaro Setsune
謙太郎 瀬恒
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 新しい無限枚関連構造の銅酸化物超電導体を
提供すること、およびそれを製造することを目的とす
る。 【構成】 銅酸素面無限枚構造体からなる層と、アルカ
リ土類元素とルテニウムからなるペロブスカイト型酸化
物の層とが、交互に積層された構成をとる。またこの積
層を作製する際に、スパッタリング蒸着法を用いて行
う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、銅酸化物超電導体、お
よびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】銅酸化物超電導体は、ミューラー(Mulle
r)等による最初の報告以来、多種の物質が発見されてい
る。これらの物質では、超電導電流は結晶構造中の銅酸
素面(CuO2 面)を流れると考えられている。その
後、この銅酸素面だけからなる物質(ACuO2)も存
在することが発見された。
【0003】結晶構造は、銅酸素面がA元素を間に介在
させて何重にも積み重なった単純なものであり、無限枚
構造とも呼ばれている。ここでA元素は、少なくとも1
種以上のアルカリ土類元素を主成分とした元素である。
【0004】無限枚構造物質は超電導を示さないと考え
られてきたが、最近、無限枚関連構造物質において超電
導性が確認された[例えば、高野 等, フィジカ C第
176巻第441〜444頁(Physica C, Vol.176, 44
1-444 (1991))]。この種の物質は超電導臨界温度がさ
らに上がる可能性があり、実用上期待されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし銅酸化物超電導
体は超電導機構が明らかではなく、どの様な結晶構造を
とった場合に超電導性が出現するのかが判っていない。
特にこの無限枚構造超電導体においては、現在のところ
超電導を示す結晶相が確定されていない。従って新しい
銅酸化物超電導体の探索は手詰りの状態であった。
【0006】本発明は、新規の無限枚構造関連の銅酸化
物超電導材料およびその製造方法を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明における超電導体
としては、銅酸素面無限枚構造体(ACuO2)からな
る層と、アルカリ土類元素(A')とルテニウム(R
u)のペロブスカイト型酸化物(A'RuO3)からなる
層との、積層で構成されたものを用いる。ここで銅酸素
面無限枚構造体とは、銅酸素面(CuO2 面)が、アル
カリ土類元素(A)を主成分とする元素を間に介在させ
て何重にも積み重なった構造の物質を示す。またアルカ
リ土類元素AおよびA'は、カルシウム(Ca)、スト
ロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)のうちの一個の
元素、または複数個の組合せで構成される元素を示す。
【0008】また本発明における超電導体の製造方法と
しては、上記積層をスパッタリング蒸着法により行うと
いうものである。
【0009】
【作用】本発明者らは無限枚構造体と、アルカリ土類元
素とルテニウムからなるペロブスカイト型酸化物を積層
して構成した場合、優れた超電導物質となることを発見
した。
【0010】この構成により超電導が出現する理由は、
銅酸化物超電導体の発現機構が判ってないので定かでは
ないが、電気伝導度のよいペロブスカイト型酸化物層の
電荷担体が無限枚構造層の銅酸素面(CuO2 面)に染
みだして、優れた超電導性を出現させたのではないかと
考えられる。
【0011】特にアルカリ土類元素とルテニウムからな
るペロブスカイト型酸化物は、無限枚構造体と積層した
場合、化学的および結晶学的に非常に相性のよいヘテロ
エピタキシャル成長が可能で、その結果特性のよい超電
導体が実現できたものと思われる。
【0012】また、この構造を作製する場合、無限枚構
造体は通常不安定な物質であり合成が難しいが、スパッ
タリング蒸着法を用いると作製が可能で、良好に積層が
出来る。
【0013】通常積層構造を作るには、平坦な薄膜表面
が形成されやすい熱蒸着法が最適であると考えられてい
るが、無限枚構造層を用いた積層構造の作製には意外に
も熱蒸着法よりスパッタリング蒸着法の方が容易に可能
であった。
【0014】スパッタリング蒸着では、プラズマ放電を
使うので蒸発粒子のエネルギーが高く、この種の非熱平
衡的な構造に対して平滑な表面を持つ膜形成が実現で
き、良好に積層が行えたと考えられる。
【0015】
【実施例】本発明のより詳しい理解のために、詳細な実
施例により以下に説明を行う。
【0016】(実施例1)チタン酸ストロンチウム(1
00)面基体上に、無限枚構造体(Sr0.7Ca0. 3)Cu
2 薄膜と、ペロブスカイト型(Sr0.4Ca0.6)RuO
3 薄膜の積層構造を作製した。
【0017】積層薄膜の作製には、2元の高周波マグネ
トロンスパッタ装置を使用した。スパッタターゲット
は、(Sr0.7Ca0.3)CuO2 薄膜用には組成(Sr0.7
Ca0.3)Cu1.21.5、(Sr0.4Ca0.6)RuO3 薄膜
用には同組成の複合酸化物を、直径60mmの円盤状に
成形して用いた。
【0018】これらのターゲットを、アルゴンと10%
酸素混合ガス5Paの雰囲気中でそれぞれ40Wのスパ
ッタリングを行い、630℃に加熱したSrTiO3
体を各ターゲットに対向するように周期的に移動させて
積層薄膜を形成した。
【0019】図1はこのようにして作製した積層体の断
面構造を示す。SrTiO3 基体11上に、無限枚構造
の(Sr0.7Ca0.3)CuO2 薄膜層12と、ペロブスカ
イト型(Sr0.4Ca0.6)RuO3 薄膜層13とが、交互
に積層されている。
【0020】分析の結果、c軸が基体に対して垂直に配
向して各々の層がエピタキシャル成長していることが確
認された。
【0021】この構造を各々の層の膜厚を変化させてつ
くり、電気特性を測定した。全膜厚を約1000Åと一
定にし、(Sr0.7Ca0.3)CuO2 薄膜層の膜厚d1、
およびペロブスカイト型(Sr0.4Ca0.6)RuO3 薄膜
層の膜厚d2を0〜1000Åの範囲で変えたときの電
気特性との相関を調べた。
【0022】積層薄膜の電気抵抗率は、(Sr0.4Ca
0.6)RuO3 薄膜層の膜厚が厚いほど低くなり、特にそ
の比d2/d1が1 ≦ d2/d1 ≦ 5の範囲に
ある場合、低温で超電導に起因するとみられる抵抗のド
ロップが認められた。
【0023】従って上記範囲の際に、本積層体は超電導
体となり得ることを確認した。d2/d1比が5以上に
なると抵抗はさらに低くなるが、金属的な温度依存性を
示すのみで、もはや超電導特性は示さなかった。
【0024】また上記範囲のうち、特に(Sr0.7Ca
0.3)CuO2 薄膜層の膜厚d1が6Å ≦ d1 ≦
50Åの範囲であれば、ゼロ抵抗になる温度が10ケル
ビン以上に達し、最高40ケルビン程度までの特性を得
ることが出来た。
【0025】このように、(Sr0.7Ca0.3)CuO2
膜層の膜厚に最適範囲があるのは、超電導性と孤立した
2次元銅酸素面の数の間に、なんらかの関係があるため
だと思われる。
【0026】(実施例2)図2に示す3元スパッタリン
グ装置により、銅酸素面無限枚構造体層とペロブスカイ
ト型酸化物層の薄膜の積層を行った。
【0027】用いたターゲットは、銅ターゲット21、
ストロンチウムとカルシウムの合金(SrCa)ターゲ
ット22、ルテニウムターゲット23である。
【0028】3つのターゲットの焦点位置には、チタン
酸ストロンチウムSrTiO3 (100)面基体24が
配置され、間におかれたシャッター25の回転により1
個のターゲットが選択されスパッタ蒸着が行われる。
【0029】アルゴンと30%酸素混合ガス5Paの雰
囲気中で3個のターゲットのスパッタリングを行い、ヒ
ーター26により630℃に加熱された基体上にシャッ
ターコントロールを行って、無限枚構造(Sr0.5Ca
0.5)CuO2 層とペロブスカイト(Sr0.5Ca0.5)Ru
3 層とを積層した。
【0030】SrCaと銅(Cu)とを1層分の厚さで
交互に堆積させると、無限枚構造(Sr0.5Ca0.5)Cu
2 薄膜層が形成され、SrCaとルテニウム(Ru)
を1層分の厚さで交互に堆積させると、ペロブスカイト
構造(Sr0.5Ca0.5)RuO3 薄膜層が形成されること
が判った。
【0031】この方法を用いると、シャッターコントロ
ールにより(Sr0.5Ca0.5)CuO 2 薄膜層と(Sr0.5
Ca0.5)RuO3 薄膜層とが、原子層単位で制御されて
積層が行われるので、精密な構造の構築が可能となる。
【0032】特に、20Å以下の薄い薄膜層を積層する
場合には有力な方法である。この方法により作製した積
層構造の概観図を図3に示す。
【0033】(Sr0.5Ca0.5)CuO2 4原子層単位の
薄膜層(約13Å)31と、(Sr0 .5Ca0.5)RuO3
8原子層単位の薄膜層(約32Å)32とが、交互に原
子層単位の精度で接合されている。
【0034】両薄膜層ともアルカリ土類元素を含むの
で、このように原子層単位で制御された界面が可能であ
ると考えられる。
【0035】この構造の積層超電導体は、40ケルビン
で電気抵抗がシャープにゼロとなる超電導転移を示し
た。
【0036】
【発明の効果】以上のように本発明は、銅酸素面無限枚
構造体(ACuO2)からなる層と、アルカリ土類元素
(A’)とルテニウムのペロブスカイト型酸化物(A’
RuO 3)からなる層との積層で構成された超電導体で
あるため、銅酸化物超電導体の新規な構造を提供でき、
およびACuO2からなる層と、A’RuO3からなる層
との積層を、スパッタリング蒸着法で行う製造方法であ
るため、新しい銅酸化物超電導体の作製方法を提供する
ものである。
【0037】これにより、自然界にない新しい超電導体
を人為的に作製することが可能となった。
【0038】また、本発明の超電導体は、積層する各薄
膜層の厚さを変化させることにより電気特性の制御が出
来るので、デバイス応用にも適したものであり、本発明
の工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における超電導体の断面構造
【図2】本発明の一実施例における超電導体を作製する
装置の図
【図3】本発明の一実施例における超電導体の結晶構造
の概観図
【符号の説明】
11 SrTiO3 基体 12 (Sr,Ca)CuO2 薄膜層 13 (Sr,Ca)RuO3 薄膜層 21 銅ターゲット 22 SrCaターゲット 23 ルテニウムターゲット 24 SrTiO3 基体 25 シャッター 26 ヒーター 31 無限枚構造(Sr0.5Ca0.5)CuO2 薄膜層 32 ペロブスカイト型(Sr0.5Ca0.5)RuO3 薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 39/02 ZAA D 9276−4M 39/24 ZAA B 9276−4M (72)発明者 瀬恒 謙太郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】銅酸素面無限枚構造体(ACuO2)から
    なる層と、アルカリ土類元素(A’)とルテニウム(R
    u)のペロブスカイト型酸化物(A’RuO3)からな
    る層との、積層で構成されたことを特徴とする超電導
    体。ここで銅酸素面無限枚構造体とは、銅酸素面(Cu
    2 面)が、アルカリ土類元素(A)を主成分とする元
    素を間に介在させて、何重にも積み重なった構造の物質
    を示し、またアルカリ土類元素AおよびA’は、カルシ
    ウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(B
    a)のうちの一個の元素、または複数個の組合せで構成
    される元素を示す。
  2. 【請求項2】銅酸素面無限枚構造体からなる層の厚みd
    1と、ペロブスカイト型酸化物からなる層の厚みd2の
    比が、 1 ≦ d2/d1 ≦ 5 の範囲にあることを特徴とする、請求項1記載の超電導
    体。
  3. 【請求項3】銅酸素面無限枚構造体からなる層の厚みd
    1が、 6Å ≦ d1 ≦ 50Å の範囲にあることを特徴とする、請求項2記載の超電導
    体。
  4. 【請求項4】銅酸素面無限枚構造体(ACuO2)から
    なる層と、ペロブスカイト型酸化物(A’RuO3)か
    らなる層の薄膜の積層を、スパッタリング蒸着法により
    行うことを特徴とする超電導体の製造方法。ここで銅酸
    素面無限枚構造体とは、銅酸素面(CuO2 面)が、ア
    ルカリ土類元素(A)を主成分とする元素を間に介在さ
    せて、何重にも積み重なった構造の物質を示し、またア
    ルカリ土類元素AおよびA’は、カルシウム(Ca)、
    ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)のうちの一
    個の元素、または複数個の組合せで構成される元素を示
    す。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230071966A (ko) * 2021-11-17 2023-05-24 울산대학교 산학협력단 페로브스카이트 구조의 독립형 단결정 멤브레인의 제조방법 및 페로브스카이트 구조의 독립형 단결정 멤브레인의 전사방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230071966A (ko) * 2021-11-17 2023-05-24 울산대학교 산학협력단 페로브스카이트 구조의 독립형 단결정 멤브레인의 제조방법 및 페로브스카이트 구조의 독립형 단결정 멤브레인의 전사방법
WO2023090540A1 (ko) * 2021-11-17 2023-05-25 울산대학교 산학협력단 페로브스카이트 구조의 독립형 단결정 멤브레인의 제조방법 및 페로브스카이트 구조의 독립형 단결정 멤브레인의 전사방법

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