JPH0667787B2 - 薄膜型超電導素子 - Google Patents
薄膜型超電導素子Info
- Publication number
- JPH0667787B2 JPH0667787B2 JP62213360A JP21336087A JPH0667787B2 JP H0667787 B2 JPH0667787 B2 JP H0667787B2 JP 62213360 A JP62213360 A JP 62213360A JP 21336087 A JP21336087 A JP 21336087A JP H0667787 B2 JPH0667787 B2 JP H0667787B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- thin film
- superconductor
- type superconducting
- film type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は希土類元素（Ln），アルカリ土類金属元素
（Ｍ），銅（Cu），酸素（Ｏ）からなる複合酸化物超電
導体を、電気絶縁性基板上に薄膜として形成した薄膜型
超電導素子に関する。
（Ｍ），銅（Cu），酸素（Ｏ）からなる複合酸化物超電
導体を、電気絶縁性基板上に薄膜として形成した薄膜型
超電導素子に関する。
１９８６年にベドノルツらが、La-Ba-Cu-O系複合酸化物
で、高い臨界温度（Tc）を有する超電導物質の存在を示
して以来、Tcが急激に上昇し、１９８７年２月には９８
Ｋが記録された。これにより、液体窒素を冷媒とする超
電導体の実用化の可能性が出てきた。
で、高い臨界温度（Tc）を有する超電導物質の存在を示
して以来、Tcが急激に上昇し、１９８７年２月には９８
Ｋが記録された。これにより、液体窒素を冷媒とする超
電導体の実用化の可能性が出てきた。
これまでに発見されている高いTcをもつ物質としては、
Ln-M-Cu-O系複合酸化物超電導体（ただし、LnはLa,Nd,P
m,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Yのうちの少なくとも一
種類；ＭはBa,Sr,Caのうちの少なくとも一種類）が知ら
れている。例えば、LnＭ2Cu3Ｏ7-k（０＜ｋ＜１）なる
組成を有する超電導体である。
Ln-M-Cu-O系複合酸化物超電導体（ただし、LnはLa,Nd,P
m,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Yのうちの少なくとも一
種類；ＭはBa,Sr,Caのうちの少なくとも一種類）が知ら
れている。例えば、LnＭ2Cu3Ｏ7-k（０＜ｋ＜１）なる
組成を有する超電導体である。
Ln-M-Cu-O系複合酸化物超電導体は、焼成体，薄膜，単
結晶，線材など様々な形態で適用されており、電子デバ
イスとしてこの材料を使用する場合には、薄膜または単
結晶として用いるのが一般的である。単結晶では、高い
Tcをもつ結晶の製造が難しく、デバイス化では薄膜が先
行するものと予測される。
結晶，線材など様々な形態で適用されており、電子デバ
イスとしてこの材料を使用する場合には、薄膜または単
結晶として用いるのが一般的である。単結晶では、高い
Tcをもつ結晶の製造が難しく、デバイス化では薄膜が先
行するものと予測される。
ところで、薄膜を作製する場合には、必ず基板が必要と
なるため、薄膜と基板との熱膨張係数が重要な因子とな
る。特に、Ln-M-Cu-O系複合酸化物を基板上に、高温下
で薄膜として形成する場合には、高基板温度下で製膜す
るか，または低基板温度下で製膜した後、高温で熱処理
する方法がとられるので、他の薄膜にまして基板と薄膜
との熱膨張係数が互いに近い値を有することが望まれ
る。本発明者らが測定したデータによると、Ln-M-Cu-O
系複合酸化物の熱膨張係数は金属の値に近く、酸化物薄
膜の基板としてよく用いられている石英ガラスの値より
一桁以上大きく、またアルミナ基板に比べても数倍大き
いことが判明した。このため、石英ガラス基板やアルミ
ナ基板上に薄膜を形成すると、製膜中，あるいは液体窒
素温度に冷却中に薄膜にクラックが発生し、超電導体の
劣化を招き易い。また、石英ガラス基板やアルミナ基板
はLn-M-Cu-O系複合酸化物と高温で反応し易く、この点
でも問題があった。さらに、石英ガラスのような非晶質
の基板材料の場合には、超電導体物質が良好に結晶化し
難く材質のマッチングの観点からも問題があった。材質
のマッチングの観点からすれば、単結晶基板例えば、Mg
Ｏ，SrTiＯ３などの単結晶や比較的厚肉の基板を使用す
ることが考えられるが、前述のような単結晶基板は一般
に非常に高価であり、材料によっては製作が困難であ
る。
なるため、薄膜と基板との熱膨張係数が重要な因子とな
る。特に、Ln-M-Cu-O系複合酸化物を基板上に、高温下
で薄膜として形成する場合には、高基板温度下で製膜す
るか，または低基板温度下で製膜した後、高温で熱処理
する方法がとられるので、他の薄膜にまして基板と薄膜
との熱膨張係数が互いに近い値を有することが望まれ
る。本発明者らが測定したデータによると、Ln-M-Cu-O
系複合酸化物の熱膨張係数は金属の値に近く、酸化物薄
膜の基板としてよく用いられている石英ガラスの値より
一桁以上大きく、またアルミナ基板に比べても数倍大き
いことが判明した。このため、石英ガラス基板やアルミ
ナ基板上に薄膜を形成すると、製膜中，あるいは液体窒
素温度に冷却中に薄膜にクラックが発生し、超電導体の
劣化を招き易い。また、石英ガラス基板やアルミナ基板
はLn-M-Cu-O系複合酸化物と高温で反応し易く、この点
でも問題があった。さらに、石英ガラスのような非晶質
の基板材料の場合には、超電導体物質が良好に結晶化し
難く材質のマッチングの観点からも問題があった。材質
のマッチングの観点からすれば、単結晶基板例えば、Mg
Ｏ，SrTiＯ３などの単結晶や比較的厚肉の基板を使用す
ることが考えられるが、前述のような単結晶基板は一般
に非常に高価であり、材料によっては製作が困難であ
る。
この発明の目的は、上記問題点に鑑みなされたものであ
って、超電導体の結晶化の観点から材質のマッチングが
良くかつ安価であり、さらに熱歪による特性劣化や高温
下で基板と超電導体との反応が生じない安定した薄膜型
超電導素子を提供することにある。
って、超電導体の結晶化の観点から材質のマッチングが
良くかつ安価であり、さらに熱歪による特性劣化や高温
下で基板と超電導体との反応が生じない安定した薄膜型
超電導素子を提供することにある。
この発明は、基板上に中間電気絶縁層としてMgＯ層を形
成し該中間電気絶縁層の上にLnＭ2Cu3Ｏ7-k（ただしLn
は希土類元素La,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu，
Ｙのうちの少なくとも一種類；ＭはBa,Sr,Caのうちの少
なくとも一種類；ｋは０＜ｋ＜１）なる組成を有する超
電導体を薄膜として形成することにより、上記の目的を
達成するものである。
成し該中間電気絶縁層の上にLnＭ2Cu3Ｏ7-k（ただしLn
は希土類元素La,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu，
Ｙのうちの少なくとも一種類；ＭはBa,Sr,Caのうちの少
なくとも一種類；ｋは０＜ｋ＜１）なる組成を有する超
電導体を薄膜として形成することにより、上記の目的を
達成するものである。
この発明によると、基板上に中間電気絶縁層として、Mg
Ｏ層を形成し、該中間電気絶縁層の上にLn-M-Cu-O系複
合酸化物超電導体を薄膜として形成したので、基板上に
コーティングした中間電気絶縁層としてのMgＯの結晶膜
の上に超電導体が良好に結晶化する。また、超電導体と
MgＯの両者の熱膨脹係数が近い値を有するので、高温か
ら低温にわたって超電導体薄膜に熱的応力が生じ難く、
さらに又高温下で基板と超電導体との反応が生ずる問題
もなく、良好な超電導特性が安定して得られるようにな
る。
Ｏ層を形成し、該中間電気絶縁層の上にLn-M-Cu-O系複
合酸化物超電導体を薄膜として形成したので、基板上に
コーティングした中間電気絶縁層としてのMgＯの結晶膜
の上に超電導体が良好に結晶化する。また、超電導体と
MgＯの両者の熱膨脹係数が近い値を有するので、高温か
ら低温にわたって超電導体薄膜に熱的応力が生じ難く、
さらに又高温下で基板と超電導体との反応が生ずる問題
もなく、良好な超電導特性が安定して得られるようにな
る。
実施例について、図面を参照して以下に説明する。
（実施例１） まず、石英ガラス基板上にマグネトロンスパッタ装置を
用いて、第１表に示した条件でMgＯ層を形成した。MgＯ
層の厚さは役4000Åである。Ｘ線回折により結晶構造を
調べたところ、（１１０）方向に強く配向した多結晶で
あった。次に上記MgＯ層上に同一のマグネトロンスパッ
タ装置を用いて、第２表の条件で引き続きLn-M-Cu-O系
複合酸化物 のスパッタを行った。ターゲットとしては、 Ｙ２Ｏ３，BaＣＯ３，CuＯを出発原料とし、 ＹBa2Cu3Ｏ7-kの組成になるように秤量，調合し，公知
の方法で混合，仮焼，粉砕，成形，焼成を行って作成し
た焼成体を用いた。
用いて、第１表に示した条件でMgＯ層を形成した。MgＯ
層の厚さは役4000Åである。Ｘ線回折により結晶構造を
調べたところ、（１１０）方向に強く配向した多結晶で
あった。次に上記MgＯ層上に同一のマグネトロンスパッ
タ装置を用いて、第２表の条件で引き続きLn-M-Cu-O系
複合酸化物 のスパッタを行った。ターゲットとしては、 Ｙ２Ｏ３，BaＣＯ３，CuＯを出発原料とし、 ＹBa2Cu3Ｏ7-kの組成になるように秤量，調合し，公知
の方法で混合，仮焼，粉砕，成形，焼成を行って作成し
た焼成体を用いた。
得られた膜は光沢のある黒い色をしており、表面は滑ら
かである。膜厚は約２μｍである。結晶構造はアモルフ
ァスであり、テスターで表面をあたったところ絶縁体で
あった。次に、得られた膜を毎分２００ccの酸素気流中
で、９２０℃，１時間の熱処理を行った。昇温速度は毎
分５℃，降温速度は毎分０．５℃とした。降温速度を遅
くしたのは、基板と膜との熱膨張率の違いにより、剥離
やクラックなどが生じるのを防ぐためである。得られた
膜の結晶構造を調べたところ、斜方晶系のペロブスカイ
ト構造の多結晶であった。格子定数は、ａ＝３．８４
Å，ｂ＝３．８７Å，ｃ＝１１．７Åであり、一般に知
られているバルクの値と比べてａ，ｂ軸の差が小さくな
っているが、これは薄膜が基板に拘束されているためと
考えられる。
かである。膜厚は約２μｍである。結晶構造はアモルフ
ァスであり、テスターで表面をあたったところ絶縁体で
あった。次に、得られた膜を毎分２００ccの酸素気流中
で、９２０℃，１時間の熱処理を行った。昇温速度は毎
分５℃，降温速度は毎分０．５℃とした。降温速度を遅
くしたのは、基板と膜との熱膨張率の違いにより、剥離
やクラックなどが生じるのを防ぐためである。得られた
膜の結晶構造を調べたところ、斜方晶系のペロブスカイ
ト構造の多結晶であった。格子定数は、ａ＝３．８４
Å，ｂ＝３．８７Å，ｃ＝１１．７Åであり、一般に知
られているバルクの値と比べてａ，ｂ軸の差が小さくな
っているが、これは薄膜が基板に拘束されているためと
考えられる。
この膜上に電極形成用マスクを用い、蒸着法によりAuを
付け、４端子法で抵抗の温度変化を調べた。基板，超電
導体薄膜，電極の構成を第２図に示す。第２図におい
て、１は石英ガラスから成る基板，２はMgＯから成る中
間電気絶縁層，３はＹBa2Cu3Ｏ7-kから成る超電導体薄
膜，41〜44はそれぞれAu電極，５は定電流電源，６は電
圧計を示す。
付け、４端子法で抵抗の温度変化を調べた。基板，超電
導体薄膜，電極の構成を第２図に示す。第２図におい
て、１は石英ガラスから成る基板，２はMgＯから成る中
間電気絶縁層，３はＹBa2Cu3Ｏ7-kから成る超電導体薄
膜，41〜44はそれぞれAu電極，５は定電流電源，６は電
圧計を示す。
特性比較のために、本発明の他に、石英ガラス基板，Mg
Ｏ単結晶（１１０）面基板にも同一条件で超電導体薄
膜，Au電極を形成し、上記方法にて抵抗の温度変化を測
定した。
Ｏ単結晶（１１０）面基板にも同一条件で超電導体薄
膜，Au電極を形成し、上記方法にて抵抗の温度変化を測
定した。
第１図はこれらの試料の抵抗を温度の関数としてプロッ
トしたものである。ただし、この図では、抵抗を直接プ
ロットする代わりに温度Ｔにおける抵抗Ｒ（Ｔ）と３０
０Ｋにおける抵抗Ｒ（３００Ｋ）との比で示してある。
第１図から、本発明の方法が高い臨界温度Tcをもたらす
ことがわかる。MgＯ単結晶（１１０）面基板を用いたも
のにはわずかにおよばないが、この程度の差は実用上問
題にならず、本発明では安価な基板を使えるため、低コ
ストで製作できるというメリットで補って余りあるもの
がある。
トしたものである。ただし、この図では、抵抗を直接プ
ロットする代わりに温度Ｔにおける抵抗Ｒ（Ｔ）と３０
０Ｋにおける抵抗Ｒ（３００Ｋ）との比で示してある。
第１図から、本発明の方法が高い臨界温度Tcをもたらす
ことがわかる。MgＯ単結晶（１１０）面基板を用いたも
のにはわずかにおよばないが、この程度の差は実用上問
題にならず、本発明では安価な基板を使えるため、低コ
ストで製作できるというメリットで補って余りあるもの
がある。
（実施例２） 実施例１で示したＹBa2Cu3Ｏ7-k超電導体薄膜の代わり
に、Ｙをほかの希土類元素（Ln）に置き換え、Baに関し
ても、ほかのアルカリ土類金属元素Sr,Caに置き換えた
ときの臨界温度Tcを第３表に基板Ｈとして示す。また、
比較のために石英ガラス及びMgＯ単結晶（１１０）面の
単独基板を用いた場合も基板Ｓおよび基板Ｔとして示し
てある。なお、上記実施例では、超電導体の希土類元素
（Ln）およびアルカリ土類金属元素（Ｍ）はそれぞれ単
一元素について記載したが、複数の元素例えば一方を添
加物として組成することも、本発明の技術思想の範囲内
で適宜採用し得る。
に、Ｙをほかの希土類元素（Ln）に置き換え、Baに関し
ても、ほかのアルカリ土類金属元素Sr,Caに置き換えた
ときの臨界温度Tcを第３表に基板Ｈとして示す。また、
比較のために石英ガラス及びMgＯ単結晶（１１０）面の
単独基板を用いた場合も基板Ｓおよび基板Ｔとして示し
てある。なお、上記実施例では、超電導体の希土類元素
（Ln）およびアルカリ土類金属元素（Ｍ）はそれぞれ単
一元素について記載したが、複数の元素例えば一方を添
加物として組成することも、本発明の技術思想の範囲内
で適宜採用し得る。
また、本発明の基板材料は、前述の石英ガラス基板に限
定されるものではなく、アルミナ，酸化亜鉛，炭化珪
素，窒化珪素などの多結晶基板やさらに金属材料なども
適宜採用し得る。
定されるものではなく、アルミナ，酸化亜鉛，炭化珪
素，窒化珪素などの多結晶基板やさらに金属材料なども
適宜採用し得る。
この発明によると、基板上に中間電気絶縁層として、Mg
Ｏ層を形成し、該中間電気絶縁層の上にLn-M-Cu-O系複
合酸化物超電導体を薄膜として形成したので、基板上に
コーティングした中間電気絶縁層としてのMgＯの結晶膜
の上に超電導体が良好に結晶化する。また、超電導体と
MgＯの両者の熱膨張係数が近い値を有するので、高温か
ら低温にわたって超電導体薄膜に熱的応力が生じ難く、
さらに又高温下で基板と超電導体との反応が生ずる問題
もなく、良好な超電導特性が安定して得られるようにな
る。上記により、特性，再現性ともに優れかつ安定した
薄膜型超電導素子が提供できる。
Ｏ層を形成し、該中間電気絶縁層の上にLn-M-Cu-O系複
合酸化物超電導体を薄膜として形成したので、基板上に
コーティングした中間電気絶縁層としてのMgＯの結晶膜
の上に超電導体が良好に結晶化する。また、超電導体と
MgＯの両者の熱膨張係数が近い値を有するので、高温か
ら低温にわたって超電導体薄膜に熱的応力が生じ難く、
さらに又高温下で基板と超電導体との反応が生ずる問題
もなく、良好な超電導特性が安定して得られるようにな
る。上記により、特性，再現性ともに優れかつ安定した
薄膜型超電導素子が提供できる。
第１図は、本発明の実施例の薄膜型超電導素子の温度〜
抵抗比特性曲線を他の例と比較して示す図、第２図は、
特性曲線を測定する際の概略構成図である。図におい
て、 １：基板， ２：中間電気絶縁層， ３：超電導体薄膜。
抵抗比特性曲線を他の例と比較して示す図、第２図は、
特性曲線を測定する際の概略構成図である。図におい
て、 １：基板， ２：中間電気絶縁層， ３：超電導体薄膜。
フロントページの続き (72)発明者 河村 幸則 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 向江 和郎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】希土類元素（Ln），アルカリ土類金属元素
（Ｍ），銅（Cu），酸素（Ｏ）からなる複合酸化物超電
導体を、基板上に薄膜として形成した薄膜型超電導素子
において、 基板上に中間電気絶縁層として、MgＯ層を形成し、該中
間電気絶縁層の上にLnＭ2Cu3Ｏ7-k（ただしLnは希土類
元素La,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Ｙのうちの
少なくとも一種類；ＭはBa,Sr,Caのうちの少なくとも一
種類；ｋは０＜ｋ＜１）なる組成を有する超電導体を薄
膜として形成したことを特徴とする薄膜型超電導素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62213360A JPH0667787B2 (ja) | 1987-08-27 | 1987-08-27 | 薄膜型超電導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62213360A JPH0667787B2 (ja) | 1987-08-27 | 1987-08-27 | 薄膜型超電導素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6457519A JPS6457519A (en) | 1989-03-03 |
| JPH0667787B2 true JPH0667787B2 (ja) | 1994-08-31 |
Family
ID=16637886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62213360A Expired - Lifetime JPH0667787B2 (ja) | 1987-08-27 | 1987-08-27 | 薄膜型超電導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0667787B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02175683A (ja) * | 1988-09-20 | 1990-07-06 | Fujitsu Ltd | 超伝導膜の製造方法およびこの製造方法に使用する基板ならびに超伝導膜 |
| US8272998B2 (en) | 2009-10-09 | 2012-09-25 | Trailblazers Aquatic LLC, A Massachusetts limited liability co. | Multi-functional treadmill system |
-
1987
- 1987-08-27 JP JP62213360A patent/JPH0667787B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6457519A (en) | 1989-03-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0446789B1 (en) | Method of preparing oxide superconducting film | |
| JPH0667787B2 (ja) | 薄膜型超電導素子 | |
| EP0800494B1 (en) | LOW TEMPERATURE (T LOWER THAN 950 oC) PREPARATION OF MELT TEXTURE YBCO SUPERCONDUCTORS | |
| JP2501620B2 (ja) | 超電導薄膜の作製方法 | |
| US20080108505A1 (en) | Resistive Type Current-Limiting Apparatus with High-Tc Superconductor Track Formed in a Strip | |
| JP2814563B2 (ja) | 酸化物超電導膜の製造方法 | |
| JP2590142B2 (ja) | 超伝導体 | |
| JP2501035B2 (ja) | 超電導薄膜 | |
| JPH01167221A (ja) | 超電導薄膜の作製方法 | |
| JPH01286920A (ja) | 超電導体 | |
| EP0418244A4 (en) | Superconducting bi-sr-ca-cu oxide compositons and process for manufacture | |
| JP2585561B2 (ja) | 酸化物超伝導材料 | |
| EP0304078A2 (en) | Composite superconductor layer structure | |
| JP3038485B2 (ja) | Ｂｉ系酸化物超伝導薄膜 | |
| Hong et al. | High critical current superconducting Bi-Sr-Ca-Cu-O films by sputtering | |
| JP3059806B2 (ja) | 超電導素子及びその製造方法 | |
| JPH0653630B2 (ja) | 薄膜型超電導素子 | |
| JP2761722B2 (ja) | 酸化物超電導体及びその製法 | |
| JP2501609B2 (ja) | 複合酸化物超電導薄膜の作製方法 | |
| JPH01227480A (ja) | 超電導薄膜の製造方法 | |
| JP2577056B2 (ja) | 複合酸化物超電導薄膜の作製方法 | |
| JPH01241876A (ja) | 電子デバイス用基板 | |
| JP2544761B2 (ja) | 超電導薄膜の作製方法 | |
| JPH01179779A (ja) | 複合酸化物超電導体の保護方法 | |
| JPH07106895B2 (ja) | 超電導体構造物 |