JPS63250881A - 超電導体の作製方法 - 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】 「発明の利用分野」 本発明は薄膜のセラミック系超電導（超伝導ともいう）
材料の作製方法に関する。本発明は、基体上に薄膜化し
て形成された材料に対し、レーザ光を選択的に照射して
超電導電子装置またはディバイスを作らんとするもので
ある。

「従来の技術」 従来、超電導材料はＮｂ−Ｇｅ（例えばＮｂ５Ｇｅ）の
金属材料が用いられている。この材料は金属であるため
延性、展性を高（有し、超電導マグネット用のコイル巻
を行うことが可能であった。

しかし、これらの金属材料を用いた超電導材料はＴｃ（
超電導臨界温度を以下単にＴｃという）が小さく２３Ｋ
またはそれ以下しかない。これに対し、工業上の応用を
考えるならば、このＴｃが７７に好ましくは室温または
それ以上であるとさらに有効である。

「従来の問題点」 このため、Ｔｃの高い材料として金属ではなくセラミッ
ク系材料、特に酸化物セラミック系材料が注目されてい
る。しかしこの注目されているセラミック系超電導材料
はＴｃが高いにもかかわらず、曲げ性、延性、展性にと
ぼしく、少し曲げてもわれてしまう。いわんや０．１〜
３０／ｌｊｍといった厚さの薄膜を基板上に形成し、こ
の薄膜の一部または全部を選択的に除去することはまっ
たく不可能であるとされていた。特にこれを半導体集積
回路と同様のフォトリソグラフィ技術を用い多層配線を
行ったり、この薄膜超電導を用いて新しい電子ディバイ
スを作ることはまった（不可能であった。

「問題を解決すべき手段」 本発明はかかる薄膜状とし、この薄膜を用いて電子ディ
バイスを作らんとしたものである。

本発明は予め所望の形状を有する基体、例えば円筒状ま
たは板状の基体に対し、薄膜状にセラミック材料、特番
と酸化物セラミック材料または酸化雰囲気でアニール後
、超電導酸化物セラミックとなる出発材料をスパッタ法
、印刷法例えばスクリーン印刷法またはその他の方法に
より形成する。

このスパッタ法で形成すると、初期においてはこの薄膜
はアモルファス構造または格子歪および格子欠陥を多量
に有する微結晶を有する多結晶構造を呈する。この構造
では一般に半導体性または超電導性を有さない４電性ま
たは絶縁性である。

このためかかる状態の膜に対し、熱酸化または焼成を行
い、超電導材料に変成する。本発明はかかる超電導セラ
ミックスが昇華性を有し、レーザ加工（切断）が容易に
行い得る材料であることを実験的に発見した。このため
本発明はかかるセラミックスに対し、焼成前または焼成
後に選択的にレーザ光を照射、さらに必要に応じ走査（
スキャン）を加え、一定の領域、例えば一定のｒｌ】を
有する帯状にセラミック材料を除去する。

するとこのレーザ照射により開講が作られた以外の部分
のみ一定のＴｃを有する超電導材料とすることができる
。このスパッタ法等で形成される膜はターゲットを調整
し、セラミック超電導材料例えば（ＡＩ−Ｘ　Ｂｘ）ｙ
ｃｕｚＯｗ但しｘ＝０〜１好ましくは０．６〜０．７．
　ｙ　＝２．０〜４．０好ましくは２．５〜３．５゜ｚ
　＝１．０〜４．０好ましくは１．５〜３．５．Ｗ＝４
．０〜１０．０好ましくは６〜８であって、Ａは元素周
期表ｍａ族特にイソトリューム（Ｙ）　またはランクノ
イドより選ばれた１種類または複数種類の元素、Ｂは元
素周期表Ｕａ族より選ばれた１種類または複数種類の元
素、例えばバリューム（Ｂａ）である。

本発明のレーザ光源は例えばＹＡＧレーザ（波長１．０
６ｐｍ）、エキシマレーザ（ＫｒＦ、ＫｒＣ１等）、炭
酸ガスレーザまたは窒素レーザを用いた。ＹＡＧ　レー
ザは円状のレーザビームを５〜１００ＫＩＩｚの周波数
で繰り返して照射することができ、そしてこの照射され
た部分のみセラミックスを昇華して除去させることがで
きる。このセラミックスの熱伝導係数が比較的小さく、
かつ昇華性であるため、レーザ光の照射された部分のみ
を選択的にセラミックスを完全に除去することができる
。そしてその端面の近傍においてすら銅および酸素原子
の層構造を有する分子配列を有する超電導材料とし得る
ことが特徴である。

またエキシマレーザを用いる場合は、矩形面例えば２０
　Ｘ　３０ｍｍ”に対してパルス照射をすることが可能
となる。本発明はこれを光学系でしぼることにより円（
直径１０〜１００μｍ）または帯状（巾５〜１００μｍ
長さ１０〜４０ｃｍ）のレーザビームを作ることができ
、このレーザビームをセラミック膜に照射しつつ基板ま
たはレーザ光ビームを移動する。

この時所望の位置のセラミックスを昇華または飛翔化し
て除去させる。

本発明はかくの如く基板の表面に形成されたセラミック
材料に対し選択的にレーザ光を照射しつつ、また必要に
応じて走査してその部分のみ酸化物の超電導材料を除去
させること、およびその前または後工程において酸素を
有する雰囲気で熱処理をすることを特徴としている。す
るとこの周辺部の残存した領域は実質的に超電導セラミ
ックスとして残存させ得る。

本発明において、基板材料としてアルミナ、ＹＳＺ（イ
ツトリア・スタビライズド・ジルコン）、窒化珪素、窒
化アルミニューム、ジルコニア、イツトリア、チタン酸
ストロンチュームを用いた。銅または銅合金等の金属を
用いてもよい。しかし熱膨張係数の最も類似したＹＳＺ
がレーザアニール後のＴｃを高く出し得た。

「作用」 これまでの金属超電導材料を用いる場合、その工程とし
てまず線材とする。そしてこれを所定の基体にまいてゆ
くことによりコイルを構成せしめた。

しかし、本発明のセラミック超電導体に関しては最終形
状の基体を設け、この基体上に帯状に超電導を結晶化処
理の後、呈すべき材料を膜状（そのままでは超電導を呈
さない）に形成する。そしてこの膜に対し選択的にレー
ザアニールを行うことによりアニールを行った部分のみ
結晶化度を向上せしめる。そしてこのレーザ光を任意に
走査することにより、その表面領域にのみ任意の線、帯
または面を導出させることができる。そしてこの領域の
みＴｃ以下の温度では抵抗が減少しＴｃｏ　（電気抵抗
が零になる温度）では抵抗はｒＯＪまたはそれに近い状
態を生ぜしめ得る。

以下に実施例に従って本発明を説明する。

「実施例１」 第１図は本発明の実施例を示す。

第１図において基体（１）はセラミック材料例えばＹＳ
Ｚを用いた。金属を用いてもよい。これらの場合セラミ
ック膜と同程度（±５０％以内）の熱膨張係数の差であ
ることが好ましい。この差が大きすぎるとアニール後応
力歪を有し、超電導を呈する温度が小さく、また膜に生
ずるクラックにより超電導が観察されなくなってしまう
。この実施例では板状を有する基体上に、スパッタ法ま
たは印刷法例えばスクリーン印刷法により０．１〜５０
μｍ例えば２０μｍの厚さにセラミックス（２）を形成
した。

それを酸化性雰囲気で加熱処理を行った。５００〜１０
００℃例えば９００℃で１５時間行った。かくして超電
導セラミック膜を形成させた。さらにここではＹＡＧレ
ーザ（波長１，０６μｍ）　（４）をレーザスクライブ
を行うために照射した。このレーザ光を第１回では左端
より右端に走査し、開溝（３）を作製した。ＹＡＧレー
ザ光はピーク出力は１０６〜］、０７Ｗ／秒であった。

これを強くしすぎると基板（１）をも損傷させてしまう
ため注意を要する。

またこのレーザ光をエキシマレーザを用いて行うことも
可である。かかる場合エキシマレーザ光（波長０．２５
μｍ）を照射しつつ連続的に走査する。

これはパルス光であるため、そのパルスが畳上に走査す
るために１つの長方形スポットに次の長方形ビームの８
０〜９８％が重なるようにした。即ちレーザ光の走査速
度は２　ｃｍ／分とし、周波数１０ＫＨｚ　。

ビーム径５０μｍ　Ｘ１０ｃｍとした。するとこのレー
ザ光の照射された部分のみ選択的にセラミックスを昇華
させ除去させることができた。

「実施例２」 第２図は本発明の他の実施例を示す。

図面において基体（１）は円筒状を有する。ここに実施
例１と同様に膜状にセラミック材料（２）を形成する。

この作製は印刷装置でこの円筒基体（１）を矢印（１２
）に示す如くに回転しつつコーティングすればよい。

次にこれら膜を乾燥させた後、この膜にＹＡＧレーザ（
３）ビーム（径５０μｍ）を照射しつつ、このレーザ光
を（１１）の方向に徐々に移す。同時に円筒（１）を矢
印（１２）の方向に回転させる。するとこの円筒状基体
に対し一本の連続した帯状のスクライブライン（３）を
構成させることができる。この開講によりそれぞれのセ
ラミックス（５−１）　、　（５−２）は電気的に分離
されて超電導領域を構成させ得る。ここではこの超電導
領域はコイル状を有し、実質的に超電導マグネットコイ
ルを構成させることができた。

この実施例はかかる工程の後これら全体を酸素中で焼成
しくＡＩ−Ｘ　Ｂｘ）ｙｃｕｚｏ−の一般式で示される
超電導セラミックスに変成した。そして超電導マグネッ
トとさせることができた。このコイルの始点と終点とを
超電導線で連結することにより、エネルギ蓄積装置とす
ることが可能である。

その他は実施例１と同様である。

「効果」 本発明によりこれまでまったく不可能とされていたセラ
ミック超電導体を実質的にコイル状、その他の形状に基
板上に選択的に残存させることが可能となった。

かくして、曲げるとすぐわれてしまうセラミックス超電
導材料をして導線、電極または超電導素子を構成させる
ためのアイソレイションをして膜状または線状に作るこ
とができた。

本発明において超電導膜を形成した後、公知のフォトリ
ソグラフィ技術を用い、所定のバターニンイグをし超電
導素子または超電導配線とすることはその工業的応用を
考えると重要である。

本発明の超導電材料はセラミック材料であればなんでも
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の超電導セラミックスの実施例
を示す。 １・・・基板 ２・・・超電導セラミック材料 ３・・・開講 ４・・・レーザ光 ５・・・超電導を呈する領域

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基体上に超電導セラミック材料を形成する工程と、
   該材料に対し選択的にレーザ光またはそれと同等の強光
   を照射し、前記セラミック材料を昇華または飛翔化せし
   めて除去する工程と、該工程の前または後工程において
   、前記セラミック材料を加熱酸化して超電導特性を有す
   る材料を選択的に作製する工程とを有することを特徴と
   する超電導体の作製方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、セラミック材料の
   熱膨張係数の±５０％以内に概略一致した熱膨張係数を
   有する基板が用いられたことを特徴とした超電導体の作
   製方法。