JPS63245830A - 超電導層の形成方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、超電導層の形成方法に関し、さらに詳細に
いえば、セラミックス超電導体の溶体を使用して超電導
層を形成する全く新規な方法に関する。

〈従来の技術〉 従来、超電導体として、金属系、セラミックス系、また
は有機系のものが知られている。

そして、超電導体を使用してサイリスク等のパワーエレ
クトロニクス素子を作製する試み、基盤、トランジスタ
に代表される素子そのもの、太陽電池、ジョセフソン接
合素子等のマイクロエレクトロニクス素子を作製する試
みも行なわれている。

他方、最近では、これらのうち、セラミックス超電導体
が注目され、臨界温度がかなり高いセラミックス超電導
体が発見されるに至っている。

したがって、このような発見に基いてセラミックス超電
導体を使用して、上記パワーエレクトロニクス素子、マ
イクロエレクトロニクス素子を製造することが考えられ
ている。

この場合において、上記各種素子を作製するために必要
なセラミックス超電導膜の形成が、スパッタリング法、
或は、蒸着法により行なわれており、各種条件、および
時間を正確に制御することにより正確に所望の厚みのセ
ラミックス超電導膜を形成することができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記のようにスパッタリング法、或は蒸着法によりセラ
ミックス超電導膜を形成した場合には、形成された膜が
アモルファス状態になり易いため、例えば、基盤上にセ
ラミックス超電導膜を形成する場合には、基盤に対応さ
せて結晶方位を最適方位に制御することが殆ど不可能で
あり、電気的特性が優れたパワーエレクトロニクス素子
、マイクロエレクトロニクス素子を得ることが困難であ
るという問題がある。特に、上記各種素子を量産する場
合には、電気的特性が揃ったものでなければならないの
であるが、セラミックス超電導膜がアモルファス状態に
なり易い関係上、各製品間における特性のばらつきが著
しくなってしまうという問題がある。

また、エピタキシャル成長法を採用すれば、アモルファ
ス状態になることを防止することができるのであるが、
セラミックスは一般に融点が高く（例えば、セラミック
スの１種である酸化物の融点は１２００℃よりも高い）
、エピタキシャル成長法を使用した場合には、上記融点
よりも高い温度に長時間維持することが必要である。そ
して、このような高温条件下に長時間゛位置させておく
と、セラミックスの構成元素が分解されてガス化してし
まい、所望の組成比の結晶を得ることが殆ど不可能にな
ってしまう結果、側底初期の電気的特性を発揮させるこ
とができるパワーエレクトロニクス素子、マイクロエレ
クトロニクス素子を得ることができなくなってしまう。

したがって、アモルファス状態が生成されることに起因
する電気的特性のばらつき等が存在するにも拘わらず、
スパッタリング法、蒸着法によるセラミックス超電導膜
の形成のみを採用せざるを得なかったのである。

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
生成されるセラミックス超電導層の結晶方位を揃えるこ
とができる超電導層の形成方法を提供することを目的と
している。

く問題点を解決するための手段〉 〜　５− 上記の目的を達成するための、この発明の超電導層の形
成方法は、周期律表ＩＩａ族元素より選択された少くと
も１種の元素を含むセラミックス超電導体の溶体に、少
なくとも上記元素を含み、かつ上記セラミックス超電導
体よりも融点が高いセラミックス基盤を浸漬することに
より、セラミックス基盤の表面に超電導層を形成する方
法である。

但し、上記セラミックス基盤に含まれている、周期律表
ＩＩａ族元素より選択された少くとも１種の元素の量が
、溶体に含まれる上記元素の量よりも少なく設定されて
いることが好ましい。

また、上記セラミックス超電導体として、下記一般式（
１）で表される組成のものを使用することが好ましい。

ＡａＢｂＣｃ　　　　　　　（１） （式中、Ａは周期律表ＩＩａ族元素から選択された少な
くとも１種の元素であり、さらに周期律表Ｉａ族元素、
および■ａ族族元から選択された少なくとも１種以上の
元素を含んでいてもよく、Ｂは周期律表Ｉｂ族元素、Ｉ
Ｉｂ族元素、およびＩＩＩｂ族元素から選択された少な
くとも１種の元素であり、Ｃは酸素、フッ素、硫黄、炭
素および窒素から選ばれた少なくとも１種の元素である
）さらに詳細に説明すると、セラミックス超電導体を構
成するセラミックス超電導体用原料としては、超電導物
質を構成する元素を含有するものであれば単体、化合物
の何れの形態でも使用し得る。

上記元素としては、周期律表Ｉ族、■族、■族および酸
素、窒素、フッ素、炭素、硫黄などが例示される。

より詳細には、周期律表Ｉ族元素のうち、Ｉａ族元素と
しては、Ｌｉｓ　Ｎａ５Ｋ％　Ｒｂ、Ｃｓ等が挙げられ
、Ｉｂ族元素としては、Ｃｕ、Ａｇ。

およびＡｕが挙げられる。また、周期律表■族元素のう
ち、ＩＩａ族元素としては、Ｂｅ、Ｍｇ５Ｃａ　ＳＳ　
ｒ　％　Ｂ　ａ　ｓおよびＲａが挙げられ、ＩＩｂ族元
素としては、Ｚ　ｎ　％　Ｃｄ等が挙げられる。

周期律表■族元素のうち、■ａ族族元としては、５ｃＳ
Ｙやランタノイド系元素であるＬａ５ＣｅｓＧｄＳＬｕ
等、アクチノイド系元素、例えば、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、
Ｃｆ等が挙げられる。また、ＩＩＩｂ族元素としては、
ＡＪＳＧａＳ　Ｉ　ｎ％　ＴＪ等が挙げられる。

上記元素のうち、Ｉｂ族元素から選ばれた元素、ＩＩａ
族元素、■ａ族元素、およびランタノイド系元素から選
ばれた元素、並びに酸素、およびフッ素から選ばれた元
素からなるセラミックス超電導体が好ましい。尚、Ｉｂ
族元素においてはＣｕ。

Ａｇが好ましい。

く作用〉 以上の超電導層の形成方法であれば、周期律表ｎａ族元
素より選択された少くとも１種の元素を含むセラミック
ス超電導体の溶体に、少なくとも上記元素を含み、かつ
上記セラミックス超電導体よりも融点が高いセラミツ、
クス基盤を浸漬することにより、セラミックス基盤の表
面に超電導層を形成することができ、しかも、形成され
た超電導層の結晶方位を揃えることができる。

さらに詳細に説明すると、周期律表ＩＩａ族元素より選
択された少なくととも１種の元素を含むセラミックスの
融点について本件発明者が鋭意研究を行なった結果、上
記周期律表ＩＩａ族元素より選択された少なくとも１種
の元素の含有割合を変化させることにより、セラミック
スの融点を変化させることができることを発見した。

例えば、（Ｙ　　　Ｂ　ａ　　）　　Ｃｕ　Ｏａについ
て１−ｘ　　　　　　ｘ　　　　１ みれば、第３図に示すように、組成割合Ｘが大きくなる
程、即ち、Ｂａの量が多くなる程セラミックスの融点が
低くなることを発見した。

この発明は上記の発見を前提としてなされたものであり
、周期律表ＩＩａ族元素より選択された少なくとも１種
の元素の含有量を変化させることにより、互に融点が異
なるセラミックスを得ることができるので、融点が低い
セラミックスからなる超電導体の溶体に、融点が高いセ
ラミックスからなる基盤を浸漬することにより、基盤の
表面に超電導層を形成することができる。即ち、この場
合における超電導層の形成は、液相エピタキシャル成長
により行なわれることになるのであるから、形成された
超電導層がアモルファス状態になることはなく、基盤と
の整合性を良好にすることができるとともに、基盤の結
晶方位と同一の結晶方位を有し、歪等が発生しない状態
とすることができる。この結果、臨界温度が高く、しか
も電気的特性が良好な超電導層を形成することができる
。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図はこの発明の超電導層の形成方法の一実施例を示
す斜視図であり、酸化物からなる基盤（１）を、酸化物
超電導体からなる溶体（２）に浸漬している。

そして、上記基盤（１）は、 （Ｙ　　　Ｂ　ａ　　　）　　Ｃｕ　Ｏ４からなる組成
の七〇、８　　　　　０．２　　　２ ラミツクス単結晶であり、上記第３図の特性線から明ら
かなように、融点が約１４００℃のものであり、Ｘ線回
折によりペロブスカイト構造を有することが確認されて
いる。

上記溶体（２）は、 （Ｙ　　　Ｂ　ａ　　　）　　Ｃｕ　Ｏ４からなる組成
の七〇、２　　　　　０．８　　　２ ラミック入超電導体用原料（上記第３図の特性線から明
らかなように、融点が約９５０℃のもの）を約１０００
℃に加熱して溶融させたものである。

また、上記基盤（１）の、溶体（２）に対する浸漬状態
は、Ｃ軸が溶体（２）の液面に対して直角に上向きにな
る状態に設定されている。

上記の条件下において、溶体（２）に対する基盤（１）
の浸漬を１時間行なったところ、基盤（１）の表面に超
電導層が形成された。

この超電導層に対して何ら熱処理を施すことなく、臨界
温度を測定したところ、第２図中実線で示すように、臨
界温度１１５Ｋにおいてシャープな常電導転移が観測さ
れた。

また、上記超電導層の結晶方位をＸ線回折により測定し
たところ、基盤（１）の結晶方位と同一の結晶方位を有
する層が形成されていることが確認された。

比較例として、上記溶体（２）と同一組成のターゲット
を使用して、上記基盤（１）と同一組成の基盤に対して
スパッタリング法により膜を形成した。

この場合におけるターゲットは、溶体（２）と同一組成
の粉末を９００℃で１２時間焼結することにより得られ
たものであり、１００　ｍｍφＸ５ｍｍ程度の大きさの
ものを使用した。そして、酸素雰囲気中においてマグネ
トロンスパッタ装置により１時間スパッタを行ない、基
盤（１）の表面に厚みが３０００への膜を形成した。

このようにして得られた膜はアモルファス状態であり、
そのままでは超電導特性を示さなかった。

そこで、上記アモルファス状態の膜を結晶化する目的で
、それぞれ９００℃、８５０℃、８００℃で３時間熱処
理を施したところ、９００℃で熱処理を施したもののみ
が超電導特性を示した。

そして、超電導特性を示した膜の超電導特性を測定した
ところ、第２図中破線で示すように、臨界温度が大幅に
低く、しかも常電導転移幅も大きかった。

〈発明の効果〉 以上のようにこの発明の超電導層の形成方法は、周期律
表ＩＩａ族元素より選択された少くとも１種の元素を含
むセラミックス超電導体の溶体に、少なくとも上記元素
を含み、かつ上記セラミ・ソクス超電導体よりも融点が
高いセラミックス基盤を浸漬することにより、セラミッ
クス基盤の表面に超電導層を形成するようにしているの
で、形成された層がアモルファス状態になることを確実
に防止し、かつ基盤の結晶方位と同一の結晶方位を有す
る、電気的特性が良好な超電導層を形成することができ
るという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の超電導層の形成方法の一実施例を示
す斜視図、 第２図は第１図の方法により形成された超電導層、およ
び従来方法により形成された超電導層の抵抗率一温度特
性を示す図、 第３図は（Ｙ　　　Ｂ　ａ　　）　　Ｃｕ　０３の融点
の１−ｘ　　　　　Ｘ　　　　１ 組成割合依存性を示す図。 （１）・・・基盤、（２）・・・溶体 第１図 Ｃ軸 第２図 Ｔｃ（に） 手　　続　　補　　正　　書　（自発）特許庁長官　　
吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 昭和６２年特許願第８０４２９号 ２、発明の名称 超電導層の形成方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 代表者　　川　　上　　哲　　部 ４、代理人 ５、補正命令の日付（自発） ６、補正の対象 明細書中、発明の詳細な説明の欄および図面７、補正の
内容 （１）明細書中箱１０頁第１３行ないし同頁第１４行の 「そして、上記基盤（１）は、 （２）明細書中箱１０頁第１９行ないし同頁第２０行の ［上記溶体（２）は、 （３）明細書中筒１１頁第１２行ないし同頁第１３行の 「臨界温度１１５Ｋにおいてシャープな常電導転移が」
を、 「臨界温度９０Ｋにおいてシャープな超電導転移が」と
訂正する。 （４）明細書中箱１２頁第１７行ないし同頁第１８行の 「常電導転移幅も大きかった。」を、 「超電導転移幅も大きかった。」と訂正する。 （５）添付図面中筒２図および第３図を別紙の通りに訂
正する。 第２図 Ｔｃ（に） 第３図 Ｔ（”Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、周期律表IIａ族元素より選択された少なくとも１種
   の元素を含むセラミックス超電導体の溶体に、少なくと
   も上記元素を含み、かつ上記セラミックス超電導体より
   も融点が高いセラミックス基盤を浸漬することにより、
   セラミックス基盤の表面に超電導層を形成することを特
   徴とする超電導層の形成方法。 ２、セラミックス基盤に含まれている、周期律表IIａ族
   元素より選択された少くとも１種の元素の量を、溶体に
   含まれる上記元素の量よりも少なく設定する上記特許請
   求の範囲第１項記載の超電導層の形成方法。 ３、セラミックス超電導体として、下記一般式（１）で
   表される組成のものを使用する上記特許請求の範囲第１
   項または第２項の何れかに記載の超電導層の形成方法。 ＡａＢｂＣｃ（１） （式中、Ａは周期律表IIａ族元素から選択された少なく
   とも１種の元素であり、 さらに周期律表 I ａ族元素、およびIIIａ族元素から選
   択された少なくとも１種以上の元素を含んでいてもよく
   、Ｂは周期律表 I ｂ族元素、IIｂ族元素、およびIIIｂ
   族元素から選択された少なくとも１種の元素であり、Ｃ
   は酸素、フッ素、硫黄、炭素および窒素から選ばれた少
   なくとも１種の元素である）