JPH07102969B2 - 超電導体 - Google Patents
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- JPH07102969B2 JPH07102969B2 JP63115801A JP11580188A JPH07102969B2 JP H07102969 B2 JPH07102969 B2 JP H07102969B2 JP 63115801 A JP63115801 A JP 63115801A JP 11580188 A JP11580188 A JP 11580188A JP H07102969 B2 JPH07102969 B2 JP H07102969B2
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超電導体に関するものである。特に化合物薄膜
ファイバー状超電導体に関するものである。
ファイバー状超電導体に関するものである。
従来の技術 高温超電導体として、A15型２元系化合物として窒化ニ
オブ（NbN）やゲルマニウムニオブ（Nb3Ge）などが知ら
れていたが、これらの材料の超電導転移温度はたかだか
24゜Kであった。一方、ペロブスカイト系３元化合物
は、さらに高い転移温度が期待され、Ba−ランタノイド
−Cu−Ｏ系の転移温度90K級高温超電導体が提案された
〔J.G.Bendorz and K.A.Muller,ツァイトシュリフト
フェア フィジーク（Zetshrift fr physik B）−Con
densed Matter 64,189−193（1986）〕。
オブ（NbN）やゲルマニウムニオブ（Nb3Ge）などが知ら
れていたが、これらの材料の超電導転移温度はたかだか
24゜Kであった。一方、ペロブスカイト系３元化合物
は、さらに高い転移温度が期待され、Ba−ランタノイド
−Cu−Ｏ系の転移温度90K級高温超電導体が提案された
〔J.G.Bendorz and K.A.Muller,ツァイトシュリフト
フェア フィジーク（Zetshrift fr physik B）−Con
densed Matter 64,189−193（1986）〕。
さらに、Tl−Ba−Ca−Cu−Ｏ系の材料が130K以上の転移
温度を示すことも発見された（国際超電導シンポジウム
1988 March スイス）。
温度を示すことも発見された（国際超電導シンポジウム
1988 March スイス）。
この種の材料の超電導機構の詳細は明らかではないが、
転移温度が130Kあるいは室温以上に高くなる可能性があ
り、高温超電導体として従来の２元系化合物より、より
有望な特性が期待される。
転移温度が130Kあるいは室温以上に高くなる可能性があ
り、高温超電導体として従来の２元系化合物より、より
有望な特性が期待される。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、Tl−Ba−Ca−Cu−Ｏ系の材料は、現在の
技術では焼結という過程でしか形成できないため、セラ
ミックの粉末あるいはブロックの形状でしか得られな
い。一方、この種の材料を実用化する場合、薄膜化ある
いは線状化が強く要望されているが、従来の技術では、
いずれも非常に困難とされている。
技術では焼結という過程でしか形成できないため、セラ
ミックの粉末あるいはブロックの形状でしか得られな
い。一方、この種の材料を実用化する場合、薄膜化ある
いは線状化が強く要望されているが、従来の技術では、
いずれも非常に困難とされている。
本発明者らは、この種の材料を例えばスパッタリング法
等の薄膜化手段を用いると、薄膜状の高温超電導体が形
成されることを発見し、これにもとづいて新規な超電導
体構成を発明した。
等の薄膜化手段を用いると、薄膜状の高温超電導体が形
成されることを発見し、これにもとづいて新規な超電導
体構成を発明した。
課題を解決するための手段 本発明の超電導体は、基体上に特定の金属緩衝膜を形成
し、この上に主成分がTl−Ba−Ca−Cu−Ｏの４元化合物
被膜を付着させた層状構造を特徴としている。
し、この上に主成分がTl−Ba−Ca−Cu−Ｏの４元化合物
被膜を付着させた層状構造を特徴としている。
さらに、本発明の超電導体は、基体上に緩衝膜を形成
し、微細加工を施して基体表面を部分的に露出し、緩衝
膜上にも基体の露出表面上にも前記酸化物被膜を形成し
たものである。
し、微細加工を施して基体表面を部分的に露出し、緩衝
膜上にも基体の露出表面上にも前記酸化物被膜を形成し
たものである。
本発明の別の超電導体は、緩衝膜をコートしたファイバ
ー状基体上に、Tl,Ba,Ca,Cuを含む酸化物で、元素比が の化合物被膜を形成したものである。
ー状基体上に、Tl,Ba,Ca,Cuを含む酸化物で、元素比が の化合物被膜を形成したものである。
作用 本発明にかかる超電導体は、上記酸化物薄膜として形成
されている所に大きな特色がある。薄膜化は超電導体の
素材を原子状態という極微粒子に分解して、基体表面お
よび緩衝膜上に堆積させるから形成された超電導体の組
成は従来の焼結体，セラミックに比べて均質であるとと
もに、タリウムを含むと低温形成が可能となり、さらに
特定の金属緩衝膜にて非常に高精度の超電導体が本発明
で実現される。
されている所に大きな特色がある。薄膜化は超電導体の
素材を原子状態という極微粒子に分解して、基体表面お
よび緩衝膜上に堆積させるから形成された超電導体の組
成は従来の焼結体，セラミックに比べて均質であるとと
もに、タリウムを含むと低温形成が可能となり、さらに
特定の金属緩衝膜にて非常に高精度の超電導体が本発明
で実現される。
さらに、作製条件を整えることにより、特定の金属緩衝
膜上に成膜されたものと、直接に基板表面に形成された
酸化物薄膜の物性を完全に異ならしめることが可能であ
り新しい超電導薄膜デバイスの作製法が本発明において
実現される。
膜上に成膜されたものと、直接に基板表面に形成された
酸化物薄膜の物性を完全に異ならしめることが可能であ
り新しい超電導薄膜デバイスの作製法が本発明において
実現される。
本発明にかかる超電導体は、特定の金属緩衝膜をもった
ファイバー状基体上に超電導体を薄膜線材化している所
に大きな特色がある。すなわち、薄膜化は超電導体の素
材を原子状態という極微粒子に分解してから直接ファイ
バー等の基体上に堆積させると、良質の超電導膜を得る
ことは困難な場合が多い。しかし、ファイバー状基体に
あらかじめ特定の金属緩衝膜を付着させておくと特異的
に緻密・平坦に堆積する。したがって非常に高精度のフ
ァイバー状の超電導体が本発明で実現される。
ファイバー状基体上に超電導体を薄膜線材化している所
に大きな特色がある。すなわち、薄膜化は超電導体の素
材を原子状態という極微粒子に分解してから直接ファイ
バー等の基体上に堆積させると、良質の超電導膜を得る
ことは困難な場合が多い。しかし、ファイバー状基体に
あらかじめ特定の金属緩衝膜を付着させておくと特異的
に緻密・平坦に堆積する。したがって非常に高精度のフ
ァイバー状の超電導体が本発明で実現される。
実 施 例 本発明を図面とともに説明する。
第１図において、Tl−Ba−Ca−Cu−Ｏの４元化合物被膜
12は基体11上に例えばスパッタリング法で形成する。こ
の場合、基体11は、超電導を示す４元化合物被膜12の保
持を目的としている。さらに、この基体11と化合物被膜
12との界面に緩衝層15が設けられているのが本発明の大
きな特徴である。したがって、本発明の超電導体は本質
的に層状構造からなっている。
12は基体11上に例えばスパッタリング法で形成する。こ
の場合、基体11は、超電導を示す４元化合物被膜12の保
持を目的としている。さらに、この基体11と化合物被膜
12との界面に緩衝層15が設けられているのが本発明の大
きな特徴である。したがって、本発明の超電導体は本質
的に層状構造からなっている。
第１図の基体11として、シリコン，ゲルマニウム，ガリ
ウム砒素，窒化ガリウム，ガリウムリン，インジウムリ
ン，インジウム砒素，硫化亜鉛，セレン化亜鉛，硫化カ
ドミウムなどの半導体を用いると超電導と半導体の機能
を集積化した、新機能性素子が形成される。本発明者ら
は基体10上に直接上記４元化合物被膜12を形成すると、
これらの半導体の構成元素がしばしば４元化合物被膜12
に拡散し、４元化合物被膜の超電導特性を劣化させるこ
とを発見した。したがって本発明は、これらの特性の劣
化を防止するため、特定の金属緩衝膜を形成することを
見い出したものである。
ウム砒素，窒化ガリウム，ガリウムリン，インジウムリ
ン，インジウム砒素，硫化亜鉛，セレン化亜鉛，硫化カ
ドミウムなどの半導体を用いると超電導と半導体の機能
を集積化した、新機能性素子が形成される。本発明者ら
は基体10上に直接上記４元化合物被膜12を形成すると、
これらの半導体の構成元素がしばしば４元化合物被膜12
に拡散し、４元化合物被膜の超電導特性を劣化させるこ
とを発見した。したがって本発明は、これらの特性の劣
化を防止するため、特定の金属緩衝膜を形成することを
見い出したものである。
さらに、結晶性の高い４元化合物被膜12を基体11の表面
13に形成させるためには、最適の緩衝膜があることを見
い出した。
13に形成させるためには、最適の緩衝膜があることを見
い出した。
すなわち、緩衝膜15として、主成分が白金，金，銀，ロ
ジウム等の金属、あるいはこれらの合金からなる膜を用
いると良好な超電導特性が得られることを本発明者らは
確認した。
ジウム等の金属、あるいはこれらの合金からなる膜を用
いると良好な超電導特性が得られることを本発明者らは
確認した。
ここで、これら緩衝膜を形成する基体11としては、シリ
コン，ゲルマニウム，ガリウム砒素，窒化ガリウム，ガ
リウムリン，インジウムリン，インジウム砒素，硫化亜
鉛，セレン化亜鉛あるいは硫化カドミウムの単結晶を使
用し、良好な結果を得たが、結晶性の薄膜を、これら単
結晶基体11上に形成すると結晶性の良い緩衝層15が得ら
れることを発明者らは確認した。
コン，ゲルマニウム，ガリウム砒素，窒化ガリウム，ガ
リウムリン，インジウムリン，インジウム砒素，硫化亜
鉛，セレン化亜鉛あるいは硫化カドミウムの単結晶を使
用し、良好な結果を得たが、結晶性の薄膜を、これら単
結晶基体11上に形成すると結晶性の良い緩衝層15が得ら
れることを発明者らは確認した。
さらに、本発明者らは、第２図に示すような、少なくと
もＡ層,B層を順次積層した緩衝層15を形成し、この多層
緩衝層で基板表面13を被覆した、シリコン，ゲルマニウ
ム，ガリウム砒素，窒化ガリウム，ガリウムリン，イン
ジウムリン，インジウム砒素，硫化亜鉛，セレン化亜
鉛，硫化カドミウム等の基体11を用いると、さらに良好
な超電導材料が得られることを確認した。ここに、Ａ
層、Ｂ層は白金、金、銀などの金属層のうちの２種の組
み合わせにより得られる。
もＡ層,B層を順次積層した緩衝層15を形成し、この多層
緩衝層で基板表面13を被覆した、シリコン，ゲルマニウ
ム，ガリウム砒素，窒化ガリウム，ガリウムリン，イン
ジウムリン，インジウム砒素，硫化亜鉛，セレン化亜
鉛，硫化カドミウム等の基体11を用いると、さらに良好
な超電導材料が得られることを確認した。ここに、Ａ
層、Ｂ層は白金、金、銀などの金属層のうちの２種の組
み合わせにより得られる。
以下本発明の内容をさらに深く理解させるために、さら
に具体的な具体実施例を示す。
に具体的な具体実施例を示す。
（具体実施例１） ガリウム砒素単結晶面を基体11として用い、高周波プレ
ナーマグネトロンスパッタにより、厚さ0.1μｍの白金
薄膜からなる緩衝層15を設け、さらにTl2Ba2Ca2Cu3OX被
膜12を付着させ層状構造10を形成した。この場合、Arガ
スの圧力は0.5Pa、スパッタリング電力150W、スパッタ
リング時間10時間、被膜の膜厚６μｍ、基体温度500℃
であった。形成された層状構造をさらに空気中で800℃,
1時間熱処理した。
ナーマグネトロンスパッタにより、厚さ0.1μｍの白金
薄膜からなる緩衝層15を設け、さらにTl2Ba2Ca2Cu3OX被
膜12を付着させ層状構造10を形成した。この場合、Arガ
スの圧力は0.5Pa、スパッタリング電力150W、スパッタ
リング時間10時間、被膜の膜厚６μｍ、基体温度500℃
であった。形成された層状構造をさらに空気中で800℃,
1時間熱処理した。
被膜の室温抵抗率は100μΩcm、超電導転移温度80Kであ
った。
った。
（具体実施例２） ガリウム砒素単結晶面を基体11として用い、高周波プレ
ナーマグネトロンスパッタにより、厚さ１μｍの石英薄
膜と厚さ0.1μｍの白金薄膜を順次形成し緩衝層15のＡ
層,B層を設け、さらにBi−（Sr/Ca）２−Cu2−Ｏ被膜12
を付着させ層状構造10を形成した。この場合、Arガスの
圧力は0.5Pa、スパッタリング電力150W、スパッタリン
グ時間10時間、被膜の膜厚６μｍ、基体温度500℃であ
った。形成された層状構造をさらに空気中で800℃,1時
間熱処理した。
ナーマグネトロンスパッタにより、厚さ１μｍの石英薄
膜と厚さ0.1μｍの白金薄膜を順次形成し緩衝層15のＡ
層,B層を設け、さらにBi−（Sr/Ca）２−Cu2−Ｏ被膜12
を付着させ層状構造10を形成した。この場合、Arガスの
圧力は0.5Pa、スパッタリング電力150W、スパッタリン
グ時間10時間、被膜の膜厚６μｍ、基体温度500℃であ
った。形成された層状構造をさらに空気中で800℃,1時
間熱処理した。
被膜の室温抵抗率は100μΩcm、超電導転移温度80Kであ
った。
った。
この種の４元化合物超電導体Bi−（Sr/Ca）２−Cu2−Ｏ
の構成元素の組成比の変化による超電導特性の変化の詳
細は明らかではない。ただBi,Sr/Ca,O2の比率をかえて
も、Caを含むかぎり超電導転移温度が変化する程度で本
質的な発明の層状構造の特性を変えるものではない。
の構成元素の組成比の変化による超電導特性の変化の詳
細は明らかではない。ただBi,Sr/Ca,O2の比率をかえて
も、Caを含むかぎり超電導転移温度が変化する程度で本
質的な発明の層状構造の特性を変えるものではない。
とりわけ、本発明にかかる超電導体は、良質な超電導体
を低温で薄膜化できる所に大きな特色がある。すなわ
ち、薄膜化には、従来の高温超電導材料では、600℃〜9
00℃の基板温度が必要であった。しかしBiを含む材料は
本質的に、従来の焼結体に比べて低温化し得る。
を低温で薄膜化できる所に大きな特色がある。すなわ
ち、薄膜化には、従来の高温超電導材料では、600℃〜9
00℃の基板温度が必要であった。しかしBiを含む材料は
本質的に、従来の焼結体に比べて低温化し得る。
さらに、すでに説明したごとく、本発明の低温合成の特
長を用いてSiあるいはGaAsなどのデバイスとの集積化が
可能であるとともに、ジョセフソン素子など各種の超電
導デバイスの要素材料として実用される。特に、この種
の化合物超電導体の転移温度が室温になる可能性もあ
り、実用範囲は広い。
長を用いてSiあるいはGaAsなどのデバイスとの集積化が
可能であるとともに、ジョセフソン素子など各種の超電
導デバイスの要素材料として実用される。特に、この種
の化合物超電導体の転移温度が室温になる可能性もあ
り、実用範囲は広い。
本発明の他の実施例を第３図とともに説明する。
第３図において、緩衝膜15を基体11に、例えばスパッタ
リング法で形成する。ここに基体としては、MnOFe2O3,F
eOFe2O3,CoOFe2O3,NiOFe2O3,CuOFe2O3,NiOFe2O3,CuOFe2
O3,MgOFe2O3等のフェライト、あるいはZnS,ZnO,ZnSe,Cd
S等のZnO型半導体、あるいはMgO,SrTiO3,YSZ,サファイ
ア等の絶縁体が有効である。更に今の場合、緩衝膜とし
て、金，白金，銀，ニッケル，パラジウム等が用いられ
たが、白金が最も良い効果を示すことを本発明者らは確
認した。今、例えば白金を緩衝膜15として、厚さ約1000
Å程度に基体表面に付ける。この後、リングラフィー技
術等で、白金緩衝膜15を微細加工する。この際、フォト
マスクパターンに従って白金上にフォトレジストを残
し、アルゴンイオンビームエッチングを施すと、フォト
レジストで保護されなかった部分が削りとられ、白金緩
衝膜は微細なパターンを形成する。すなわち、この場合
では、辺長が２μｍ程度の微細な正方形の白金膜と、こ
の緩衝膜15でおおわれない裸の基体の表面が共存するこ
とになる。
リング法で形成する。ここに基体としては、MnOFe2O3,F
eOFe2O3,CoOFe2O3,NiOFe2O3,CuOFe2O3,NiOFe2O3,CuOFe2
O3,MgOFe2O3等のフェライト、あるいはZnS,ZnO,ZnSe,Cd
S等のZnO型半導体、あるいはMgO,SrTiO3,YSZ,サファイ
ア等の絶縁体が有効である。更に今の場合、緩衝膜とし
て、金，白金，銀，ニッケル，パラジウム等が用いられ
たが、白金が最も良い効果を示すことを本発明者らは確
認した。今、例えば白金を緩衝膜15として、厚さ約1000
Å程度に基体表面に付ける。この後、リングラフィー技
術等で、白金緩衝膜15を微細加工する。この際、フォト
マスクパターンに従って白金上にフォトレジストを残
し、アルゴンイオンビームエッチングを施すと、フォト
レジストで保護されなかった部分が削りとられ、白金緩
衝膜は微細なパターンを形成する。すなわち、この場合
では、辺長が２μｍ程度の微細な正方形の白金膜と、こ
の緩衝膜15でおおわれない裸の基体の表面が共存するこ
とになる。
この緩衝膜パターン付の基体を基体ホルダに取りつけ酸
化物原子の飛来して来る表面の温度を赤外線温度計で測
定すると、緩衝膜表面と、そのとなりの基体表面では表
面温度に著しい差があった。特に、酸化物超電導体12が
成膜される600℃付近では、基体表面の温度が、隣接す
る緩衝膜表面に比べて約100℃高い。これは、基板温度
を調節する手段として、基板全体を基体ホルダーからの
熱輻射によっているため、表面反射の性質が、温度を決
定しているものと思われる。すなわち、金属緩衝膜15が
付着していると、ホルダからの熱輻射線をより多く反射
し、そのちょうど裏面では、温度が低下するのかもしれ
ない。基板にMgOを用いると、基板温度が600℃程度で、
Tl−Ba−Ca−Cu酸化物薄膜は超電導特性を示すようにな
る。ところが、この時、白金などの緩衝膜表面では、酸
化物の薄膜が形成されるのであるが、緩衝膜の表面温度
が低いために、基体11の表面で成膜される酸化物と電気
的特性が全く異なる。MgO基板を用い、白金の緩衝膜15
を部分的に付着した後、裸の表面の基板温度が600℃
で、Tl2Ba2Ca2Cu3Oの組成を持つターゲットを用いて成
膜した時、基体の裸の表面では、転移温度が120Kとなっ
たが、緩衝膜上では絶縁体となった。この時、単一のス
パッタにより、同一の基体上に、酸化物超電導体部分12
と酸化物絶縁体部分20が微細パターンを形成して共存し
ている。
化物原子の飛来して来る表面の温度を赤外線温度計で測
定すると、緩衝膜表面と、そのとなりの基体表面では表
面温度に著しい差があった。特に、酸化物超電導体12が
成膜される600℃付近では、基体表面の温度が、隣接す
る緩衝膜表面に比べて約100℃高い。これは、基板温度
を調節する手段として、基板全体を基体ホルダーからの
熱輻射によっているため、表面反射の性質が、温度を決
定しているものと思われる。すなわち、金属緩衝膜15が
付着していると、ホルダからの熱輻射線をより多く反射
し、そのちょうど裏面では、温度が低下するのかもしれ
ない。基板にMgOを用いると、基板温度が600℃程度で、
Tl−Ba−Ca−Cu酸化物薄膜は超電導特性を示すようにな
る。ところが、この時、白金などの緩衝膜表面では、酸
化物の薄膜が形成されるのであるが、緩衝膜の表面温度
が低いために、基体11の表面で成膜される酸化物と電気
的特性が全く異なる。MgO基板を用い、白金の緩衝膜15
を部分的に付着した後、裸の表面の基板温度が600℃
で、Tl2Ba2Ca2Cu3Oの組成を持つターゲットを用いて成
膜した時、基体の裸の表面では、転移温度が120Kとなっ
たが、緩衝膜上では絶縁体となった。この時、単一のス
パッタにより、同一の基体上に、酸化物超電導体部分12
と酸化物絶縁体部分20が微細パターンを形成して共存し
ている。
この実験では緩衝膜15として、酸化物薄膜がその上で成
膜でき、かつ熱輻射線を反射して表面温度が下がらなけ
ればならないので、白金などの金属薄膜を選ぶことが重
要となる。
膜でき、かつ熱輻射線を反射して表面温度が下がらなけ
ればならないので、白金などの金属薄膜を選ぶことが重
要となる。
これらの超電導酸化物としてTl−Ba−Ca−Cu−Ｏの他
に、La−（Sr・Ba）−Cu−Ｏ系や、（ランタノイド金
属）−Ba−Cu−Ｏ系についても同様の結果が得られる。
に、La−（Sr・Ba）−Cu−Ｏ系や、（ランタノイド金
属）−Ba−Cu−Ｏ系についても同様の結果が得られる。
次に、更に温度を上げて、裸の基体表面が640℃になる
ように基板ホルダーのヒータ電力を調節すると、緩衝膜
上では、裸の基体表面に比べて、相対的に温度が下が
り、付着した酸化物は半導体となる。この場合は同一の
酸化物膜上に、超電導部分と半導体部分とが微細パター
ンを成して共存せしめることが可能となる。
ように基板ホルダーのヒータ電力を調節すると、緩衝膜
上では、裸の基体表面に比べて、相対的に温度が下が
り、付着した酸化物は半導体となる。この場合は同一の
酸化物膜上に、超電導部分と半導体部分とが微細パター
ンを成して共存せしめることが可能となる。
より温度を上げて、裸の表面温度を700℃とすると、こ
んどは緩衝膜上でも裸の表面上でも超電導となる。この
２つの部分の超電導特性を比べると、白金膜上の酸化物
の方が、転移温度は120K,4.2Kでの臨界電流は30万A/cm2
であった。他方、裸の基体表面に成膜した酸化物は転移
温度100K,4.2Kでの臨界電流は２万A/cm2であった。この
場合には、同一の酸化物薄膜上に、異なる超電導特性を
持つ部分が、数ミクロンの微細パターンを形成して共存
することになる。
んどは緩衝膜上でも裸の表面上でも超電導となる。この
２つの部分の超電導特性を比べると、白金膜上の酸化物
の方が、転移温度は120K,4.2Kでの臨界電流は30万A/cm2
であった。他方、裸の基体表面に成膜した酸化物は転移
温度100K,4.2Kでの臨界電流は２万A/cm2であった。この
場合には、同一の酸化物薄膜上に、異なる超電導特性を
持つ部分が、数ミクロンの微細パターンを形成して共存
することになる。
このように、本発明にかかる超電導体は、同一の酸化物
薄膜上に、電気的特性のまったく異なる部分を共存させ
ることを可能としているところにも大きな特色がある。
すなわち、緩衝膜を利用することによって熱輻射の反射
を制御して成膜表面の温度を変え、作製される酸化物の
電気的特性をコントロールしている。
薄膜上に、電気的特性のまったく異なる部分を共存させ
ることを可能としているところにも大きな特色がある。
すなわち、緩衝膜を利用することによって熱輻射の反射
を制御して成膜表面の温度を変え、作製される酸化物の
電気的特性をコントロールしている。
すでに説明したように本発明では、低温合成の特長を用
いて、ジョセフソン素子等の各種超電導デバイスの要素
技術として実用される。特にこの種の化合物超電導体の
転移温度が室温になる可能性があり、本発明の工業的価
値は高い。
いて、ジョセフソン素子等の各種超電導デバイスの要素
技術として実用される。特にこの種の化合物超電導体の
転移温度が室温になる可能性があり、本発明の工業的価
値は高い。
本発明のさらに他の実施例を第4,5図とともに説明す
る。
る。
第４図において、４元化合物被膜12はファイバー状基体
11の表面に成膜した緩衝膜15の上に例えばスパッタリン
グ法で形成する。この場合、基体11は、超電導を示す４
元化合物被膜12の保持を目的としている。この被膜12は
通常700℃の温度で形成する。緩衝膜15をつけず、非晶
質ファイバー状基体11上に直接４元化合物を成膜する
と、基体との強い付着力がなくなり、電気抵抗が極めて
大きくなり超電導特性を失った。ここで、膜15を基体11
と４元化合物被膜の間に入れると、表面は、第５図のよ
うに緻密な状態となり良質の超電導膜12がつくられた。
さらに、本発明者らは、第４図の緩衝膜15の材料につい
ても検討した結果Ni,Pb,Pt,金，銀あるいはこれらの合
金について良好な効果が見られ、中でもPtが最良である
ことを確認した。
11の表面に成膜した緩衝膜15の上に例えばスパッタリン
グ法で形成する。この場合、基体11は、超電導を示す４
元化合物被膜12の保持を目的としている。この被膜12は
通常700℃の温度で形成する。緩衝膜15をつけず、非晶
質ファイバー状基体11上に直接４元化合物を成膜する
と、基体との強い付着力がなくなり、電気抵抗が極めて
大きくなり超電導特性を失った。ここで、膜15を基体11
と４元化合物被膜の間に入れると、表面は、第５図のよ
うに緻密な状態となり良質の超電導膜12がつくられた。
さらに、本発明者らは、第４図の緩衝膜15の材料につい
ても検討した結果Ni,Pb,Pt,金，銀あるいはこれらの合
金について良好な効果が見られ、中でもPtが最良である
ことを確認した。
さらに本発明者らは、第４図の基体11に、石英ガラスフ
ァイバー，カーボンファイバー、あるいはニオブ，チタ
ン，タンタル，ステンレスの耐熱金属ファイバーが有効
であることを見い出した。
ァイバー，カーボンファイバー、あるいはニオブ，チタ
ン，タンタル，ステンレスの耐熱金属ファイバーが有効
であることを見い出した。
すなわち、結晶性の高い４元化合物被膜12を基体11の表
面に形成させるためには、緩衝膜15を持った基体上に、
４元化合物を成膜すればよいことがわかった。
面に形成させるためには、緩衝膜15を持った基体上に、
４元化合物を成膜すればよいことがわかった。
本発明の超電導体Tl−Ba−Ca−Cu−Ｏは結晶構造や組成
式がまだ明確には決定されていない。本発明者等は作製
された被膜において元素比率が の範囲であれば、臨界温度に多少の差があっても超電導
現象が見出されることを確認した。
式がまだ明確には決定されていない。本発明者等は作製
された被膜において元素比率が の範囲であれば、臨界温度に多少の差があっても超電導
現象が見出されることを確認した。
なお、スパッタリング蒸着ではターゲットとして、焼結
したTl−Ba−Ca−Cu−Ｏセラミックスを用いているが、
基体温度が700℃の場合では、ターゲットの金属成分と
形成された薄膜における成分と比較するとCuが薄膜では
不足する傾向がみられ、ターゲットに50％程度過剰に加
えればよいことを本発明者らは確認した。したがって、
ターゲットの組成は、被膜の最適範囲の であることを本発明者らは確認した。この場合、ターゲ
ットは板状あるいは、円筒状のセラミックス以外に、粒
状あるいは粉末状の焼結状であってもスパッタリング蒸
着に有効である。
したTl−Ba−Ca−Cu−Ｏセラミックスを用いているが、
基体温度が700℃の場合では、ターゲットの金属成分と
形成された薄膜における成分と比較するとCuが薄膜では
不足する傾向がみられ、ターゲットに50％程度過剰に加
えればよいことを本発明者らは確認した。したがって、
ターゲットの組成は、被膜の最適範囲の であることを本発明者らは確認した。この場合、ターゲ
ットは板状あるいは、円筒状のセラミックス以外に、粒
状あるいは粉末状の焼結状であってもスパッタリング蒸
着に有効である。
（具体実施例３） 石英ガラスファイバーを基体11として用い、白金板をタ
ーゲットとして直流プレーナマグネトロンスパッタによ
り白金被膜15を付着させた。この場合Arガス圧力は8P
a、スパッタ電力は300V×30mAで基板温度250〜600℃に
保ち、0.1μｍの厚さに成膜した。この白金膜は多結晶
体であった。この白金被膜上に焼結したTl2Ba2Ca2Cu3OX
ターゲットの高周波プレナーマグネトロンスパッタによ
り、被膜12を付着させた。この場合、Arガスの圧力は0.
5Pa、スパッタリング電力150W、スパッタリング時間２
時間、被膜の膜厚0.5μｍ、基体温度700℃であった。こ
の場合、被膜の超電導転移温度120Kであった。
ーゲットとして直流プレーナマグネトロンスパッタによ
り白金被膜15を付着させた。この場合Arガス圧力は8P
a、スパッタ電力は300V×30mAで基板温度250〜600℃に
保ち、0.1μｍの厚さに成膜した。この白金膜は多結晶
体であった。この白金被膜上に焼結したTl2Ba2Ca2Cu3OX
ターゲットの高周波プレナーマグネトロンスパッタによ
り、被膜12を付着させた。この場合、Arガスの圧力は0.
5Pa、スパッタリング電力150W、スパッタリング時間２
時間、被膜の膜厚0.5μｍ、基体温度700℃であった。こ
の場合、被膜の超電導転移温度120Kであった。
この種の４元化合物超電導体Tl−Ba−Ca−Cu−Ｏの構成
元素ＡおよびＢの変化による超電導特性の変化の詳細は
明らかではない。
元素ＡおよびＢの変化による超電導特性の変化の詳細は
明らかではない。
本発明にかかる超電導体は、超電導体を薄膜線材化して
いる所に大きな特色がある。すなわち、薄膜化は超電導
体の素材を原子状態という極微粒子に分解してから、基
体上に堆積させるから、形成された超電導体の組成は本
質的に、従来の焼結体に比べて均質である。したがっ
て、非常に高精度のファイバー状超電導体が本発明で実
現される。
いる所に大きな特色がある。すなわち、薄膜化は超電導
体の素材を原子状態という極微粒子に分解してから、基
体上に堆積させるから、形成された超電導体の組成は本
質的に、従来の焼結体に比べて均質である。したがっ
て、非常に高精度のファイバー状超電導体が本発明で実
現される。
なお、第４図において、酸化物超電導被膜12上にさら
に、金属被膜を形成するか、あるいは酸化物被膜と金属
被膜を交互に積層すると、超電導被膜の特性がより安定
化し、良好なファイバー状超電導体が形成されることを
本発明者らは確認した。
に、金属被膜を形成するか、あるいは酸化物被膜と金属
被膜を交互に積層すると、超電導被膜の特性がより安定
化し、良好なファイバー状超電導体が形成されることを
本発明者らは確認した。
発明の効果 本発明は良質な超電導体を低温で薄膜化することがで
き、SiあるいはGaAsなどのデバイスとの集積化が可能で
あるとともにジョセフソン素子などの各種起電導デバイ
スに好都合となる。そして本発明は形成される超電導体
の電気的特性のコントロールも可能となる。
き、SiあるいはGaAsなどのデバイスとの集積化が可能で
あるとともにジョセフソン素子などの各種起電導デバイ
スに好都合となる。そして本発明は形成される超電導体
の電気的特性のコントロールも可能となる。
さらに、本発明によれば緻密で良質のファイバー状超電
導体を形成することが可能となり、本発明を用いて超電
導コイルなどが実現される。また、ファイバー状の代わ
りにテープ状の基体を用いると、超電導テープが実現さ
れる。これらの本発明にかかる超電導体は、セラミック
ス状の線材と比べて、臨界電流が一桁以上高く、特にこ
の種の化合物超電導体の転移温度が室温になる可能性も
あり、従来の実用の範囲は広く、本発明の工業的価値は
高い。
導体を形成することが可能となり、本発明を用いて超電
導コイルなどが実現される。また、ファイバー状の代わ
りにテープ状の基体を用いると、超電導テープが実現さ
れる。これらの本発明にかかる超電導体は、セラミック
ス状の線材と比べて、臨界電流が一桁以上高く、特にこ
の種の化合物超電導体の転移温度が室温になる可能性も
あり、従来の実用の範囲は広く、本発明の工業的価値は
高い。
第１図，第２図は本発明の一実施例の超電導体の基体構
成断面図、第３図は本発明の他の実施例の超電導体の断
面図、第４図は本発明のさらに他の実施例の超電導体の
基体構成断面図、第５図は同超電導体の表面の走査電子
顕微鏡（１万倍）による観察状態を示す図である。 11……基体、12……４元化合物被膜、15……緩衝膜。
成断面図、第３図は本発明の他の実施例の超電導体の断
面図、第４図は本発明のさらに他の実施例の超電導体の
基体構成断面図、第５図は同超電導体の表面の走査電子
顕微鏡（１万倍）による観察状態を示す図である。 11……基体、12……４元化合物被膜、15……緩衝膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 39/02 ＺＡＡ Ｂ (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 (56)参考文献 特開 平１−280376（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−280377（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−280378（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−280379（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−280380（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−280382（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−281779（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】基体上に、特定の金属緩衝膜を形成し、こ
の被膜に微細加工を施した後、この被膜上および基体上
に、主成分がTl、Ba、CaおよびCuを含む酸化物で、元素
のモル比率が、 の酸化物被膜を付着させた事を特徴とする超電導体。 - 【請求項２】被膜上および基体表面に、上記酸化物被膜
を形成する時、作製条件によって緩衝膜上と基体上の電
気特性を異ならしめ、同一の酸化物被膜上に、超電導部
分と非超電導部分を、微細パターンとして作製すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超電導体。 - 【請求項３】ファイバー状基体上に緩衝膜を形成し、こ
の被膜上に主成分が、Tl、Ba、CaおよびCuを含む酸化物
で、元素のモル比率が、 の酸化物被膜を付着させた事を特徴とする超電導体。 - 【請求項４】緩衝膜で被覆した基体として、ガラスファ
イバー、カーボンファイバー、およびニオブ、チタン、
タンタル、ステンレス等の耐熱金属ファイバーを用いた
ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の超電導
体。 - 【請求項５】酸化物被膜上にさらに、緩衝膜を形成する
かあるいは酸化物被膜と金属被膜を交互に積層して形成
したことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の超電
導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63115801A JPH07102969B2 (ja) | 1988-05-12 | 1988-05-12 | 超電導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63115801A JPH07102969B2 (ja) | 1988-05-12 | 1988-05-12 | 超電導体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01286920A JPH01286920A (ja) | 1989-11-17 |
| JPH07102969B2 true JPH07102969B2 (ja) | 1995-11-08 |
Family
ID=14671418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63115801A Expired - Fee Related JPH07102969B2 (ja) | 1988-05-12 | 1988-05-12 | 超電導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07102969B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0375204A (ja) * | 1989-08-18 | 1991-03-29 | Sumitomo Cement Co Ltd | 酸化物超伝導膜パターン作製法 |
| JP2546730B2 (ja) * | 1990-02-16 | 1996-10-23 | 日本電信電話株式会社 | 酸化物薄膜形成用基板 |
| US5786306A (en) * | 1990-06-22 | 1998-07-28 | Massachusetts Institute Of Technology | Synthesis of high TC superconducting coatings and patterns by melt writing and oxidation of metallic precursor alloys |
| US5180707A (en) * | 1991-02-08 | 1993-01-19 | Massachusetts Institute Of Technology | Method for synthesis of high tc superconducting materials by oxidation and press coating of metallic precursor alloys |
| EP1443131B1 (en) * | 2001-09-06 | 2010-06-30 | Japan Science and Technology Agency | Oxide high-temperature superconductor and its production method |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01280380A (ja) * | 1988-05-06 | 1989-11-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導体層を有する半導体基板 |
| JPH01280378A (ja) * | 1988-05-06 | 1989-11-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導体層を有する半導体基板 |
| JPH01280376A (ja) * | 1988-05-06 | 1989-11-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導体層を有する半導体基板 |
| JPH01280379A (ja) * | 1988-05-06 | 1989-11-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導体層を有する半導体基板 |
| JPH01280377A (ja) * | 1988-05-06 | 1989-11-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導体層を有する半導体基板 |
| JPH01280382A (ja) * | 1988-04-30 | 1989-11-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導体層を有する半導体基板 |
| JPH01281779A (ja) * | 1988-05-07 | 1989-11-13 | Fujitsu Ltd | 集積回路用素子 |
-
1988
- 1988-05-12 JP JP63115801A patent/JPH07102969B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01286920A (ja) | 1989-11-17 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |