JPS63276812A - 酸化物超電導体 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は酸化物超電導体に係り、特に酸化物超電導体を
用いた微細な超電一体パターンの形成が可能な酸化物超
電導体に関する。

（従来の技術） 従来から超電導体に関しては多くの研究がなされている
が、近年、Ｂａ−Ｌａ−Ｃｕ−０系の層状ペロブスカイ
ト型酸化物が高い臨界温度を有する可能性のあることが
発表されて以来、各所で酸化物超電導体の研究がさかん
である（　Ｚ、Ｐｈｙｓ。Ｂ　ＣｏｎｄｅｎｓｅｄＭａ
ｔｔｅｒ　６４．１８９−１９３（１９８６）。その中
でもＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系に代表される酸素欠陥を有す
る欠陥ペロブスカイト型（ＡＢｔＣ，０マー型）の酸化
物超電導体は、Ｔｃが９０に以上と液体窒素以上の高い
温度を示す（Ｐｈｙｓ、　Ｒｅｖ、　Ｌｅｔｔ、　ｖｏ
ｌ、　５８　Ｎｏ、９．１）９０８−９１０　）。この
ような酸化物超電導体を用いた超電導体素子（ジョセフ
ソン素子マイク夕波波センサ、　５ＱＵＩＤ素子。

超電導トランジスタ等）は液体窒素程度の冷却で使用で
きるため非常に有望である。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の超電導体は合金、金属間化合物を中心としたもの
で、展延性に比較的富み、塑性加工が可能なため線引き
等による線材化、さらにこれを用い丸紐電導コイル化等
の部品化が可能であった。

しかし、酸化物超電導体はセラミックスであるため、展
延性がなく塑性加工が難しい。このため、従来の線材化
に代わる部品化が必要である。又、酸化物超伝導体では
、臨界温度（Ｔｃ　）が例えば１００にと高いため、超
高速回路配線としても期待が大きい。

その配縁方法としては酸化物超電導体をペースト状にし
てスクリーン印刷する方法が考えられるが、スクリーン
印刷ではその線幅はせいぜい１００μが限界で、微細化
は困難で、しかも接着強度が弱い。

本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、微細
な超電導パターン形成が可能な酸化物超電導体を提供す
ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段及び作用）本発明は、酸
化物超電導体を構成する元素を含有する焼結体中に、前
記焼結体が変成してなる超電導体領域が形成されてなる
酸化物超電導体である。

酸化物超電導体としては多数のものが知られているが、
臨界温度の高い希土類元素含有のペロブスカイト型の酸
化物超電導体を用いることが実用上好ましい。ここでい
う希土類元素を含有しペロブスカイト型構造を有する酸
化物超電導体は超電導状態を実現／できればよく、酸素
欠陥を有するＳｒ　−Ｌａ−（’１−Ｑ系等の層状ベロ
ブスカイ）Ｗ等の広義にペロブスカイト構造を有する酸
化物とする。

また希土類元素も広義の定義とし、Ｓｃ、　Ｙ及びラン
タン系を含むものとする。代表的な系としてＹ−Ｂａ−
Ｃｕ−０系のほかにＹをＹｂ、　Ｈｏ、　Ｄｙ、　ｎｕ
、　Ｄｒ、　Ｔｍ。

Ｌｕ等の希土類でｔ換した系、８ｃ　−Ｂａ　−Ｃｕ　
−０系、Ｓｒ　−Ｌａ−Ｃｕ−０系、さらにＳｒをＢａ
、　Ｃａ−ｔ’置換した系等が挙げられる。

本発明酸化物超電導体は、例えば以下に示す製造方法に
より得ることができる。Ｙ、　Ｂａ、　Ｃｕなどの酸化
物超電導体の構成元素を十分混合する。この場合各々の
原料はＹ、　０．　、　ＣｕＯ等の酸化物を用いること
ができる。また、これらの酸化物のほかに、焼成後酸化
物に転化する炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等の化合物を用
いてもよい。ペロブスカイト型酸化物超電導体を構成す
る元素は、基本的に化学量論比の組成となるように混合
するが、多少製造条件等との関係等でずれていても構わ
ない。例えばＹ　−Ｂａ　−Ｃｕ　−０系ではＹ１ｍｏ
凰に対しＢａ　２ｍｏｌ、　Ｃｕ３　ｍｏｌが標準組成
であ、１１、実用上はＢａ　２　±Ｑ、５　ｍｏｌ　。

Ｃｕ３±Ｑ、２ｍｏ　ｌ程度のずれは問題ない。前述の
原料を混合した後５００−９００”Ｏで仮焼する。その
後粉砕して所望形状に成形し、８００−９５０℃程度で
焼成することにより焼結体を得る。この焼結体は、”を
中等の十分な酸素が供給されないような雰囲気等で焼結
しただけでは超電導特性を示さない。続く酸素含有雰囲
気中の６００−８００℃程度のアニールにより超電導化
が可能である。

そこで本発明においては前記焼結体に部分的にレーザビ
ームのようなエネルギービームを照ＪＩｔＬ、被照射部
分のみをアニールすることにより超電導化する。レーザ
ービーム等の被照射部分のみを超電導体へ変成すること
ができるため、例えばｌＱＱｐｍ以下の微細パターンへ
の対応が可能である。

本発明において、酸化物超伝導体配線は、基板に埋没し
ているため、その配線密Ｎ強度はスクリーン印刷法に比
較して強い。また、基板と配線面は同一面であるため、
その上面に樹脂コートをはどこし、部品を高密度に実装
できる。

超電導素子は非常に高速に動作するが（例えばされる回
路基板での信号伝達の遅延である。すなわち通常の回路
基板（Ｗ、　Ｍｏ配線、アルミナ基板等）を用いた場合
、配線部分のクロスオーバ一部分等素子の高速性を十分
に生かすことができないといもある。

回路基板を提供することができる。

マタレーザビームをスキャンすることで所望形状のパタ
ーンが形成でき、例えば円筒状の焼結体の表面をらせん
状にスキャンすることでコイル状の超電導体を得ること
もできる。

（実施例） 以下に本発明の詳細な説明する。

実施例−１ 酸化イットリ”　ム（Ｙｔ　Ｏｍ）＋炭酸バリウム（Ｂ
ａＣＯ，）。

酸化鋼（ＣｕＯ）をモル比で１：４：６の比率で調合し
、エチルアルコールを溶媒として樹脂ポット中で２０時
間混合した。１５０°Ｃで溶媒を十分乾燥した後、白金
ルツボ中で大気中、８００℃４８時間の仮焼を行った。

仮焼粉を乳バチで再粉砕した後、金型を用いてｌ　ｔｏ
ｎ／ａｍ”の圧力で５０龍（たて）　ｘ　３ｏｍ（横）
Ｘｘ、ｓｍ（厚さ）の板状試料を作製した。この試料を
白金板上にのせ、窒素中、　９００℃１２時間の焼成を
行りた。得られた焼成体は十分緻密なもので、四端子法
により、低温下での電気特性を評価した。測定には金蒸
着電極を用い、測定用のリード線を銀−エポキシペース
トで固定した。測定温度領域は３００Ｋから７７Ｋまで
、測定電流密度はＱ、ｌＡ／ｃｍ冨で行った。この試料
については超電導特性は認められず、全測定温度領域で
半導体的挙動を示し、１００にで１０／Ωαであった。

次に上記の半導体（１）の試料表面上に第２図に示すよ
うに酸素ガス（３）をふきつけながら、２８０μｍのス
ポット径で０．５　ＷＡ′ｒＩＬ”の出力のＹＡＧレー
ザ照射光（４）を２０μｍ／抄の速度で２０１１１１１
の長さにわたり走査し半導体基板表面の一部を酸化アニ
ールを行った。

第３図に示すように、この走査した線上の両端（５）。

（６）と中間（７）、（８１に金蒸着電極をつけ、ワイ
ヤボンデングで直径３０ｐｍの金ワイヤのリードを付与
し四端子法で低温下での電気特性を評価した。その特性
は第４図のａに示すように超電導現象が認められ、その
開始温度は９５にで抵抗値がゼロになる温度は８０にで
あった。一方第３図において、レー（８）に金蒸着電極
、金ワイヤ−ボンデングを行い、同様に測定した。この
測定では第４図のｂに示すように超電導現象は認められ
なかった。

上記の結果を整理すると第１図に示すようにレーザ加熱
で局部的に酸化アニールした部分が超電導化し九もので
、連続的に局所レーザ加熱を行い、超電導配線ができた
。ここでレーザ加熱温度としてｓ　ｏ　ｏ　’ｏから１
０００℃の温度が適切である。この超電導配線は半導体
基板の一部が酸化アニールにより超電導体化するもので
、ビール試験でもは（離はなく、接着強度は十分に強い
ものであった。

実施例−２ 実施例−１で得られた仮焼、再粉砕した粉末ｆ　ｌ　ｔ
ｏｎ／ａｍ”の静水圧で２バープレスして円柱状の成形
体を得た。これをせん盤加工により２０ｍ１１（外径）
　ｘ　ｘ４ｍ（内径）　Ｘ　４０ｍ（高さ）の円筒状成
形間窒素中で加熱処理を行い、円筒焼成体を得た。

第５図に示すように１円筒の両端＋５３．＋６）、側面
（７）。

（８）に金蒸着電極を付与し、銀−エポキシペーストで
金リードを接着した。低温下での電極特性を端子（５）
、　（６）、　（７）、　（８）を使い測定した所、半
導体的挙動しか認められず、超電導体は得られなかった
。

次に、得られた別の円筒焼成体の側面にレーザビームが
あたるようにＹＡＧレーザ照射台にのせ、酸素ガスをふ
きつけながら、５００μｍのスポット径で１．０□ｆｆ
ｉの出力のＹＡＧレーザを照射した。この時、円筒状試
料は０．７５回転／分、　ＹＡＧレーザビームは５０μ
ｍＡＩ）の速度で各々、回転、走査を行った。

こうして得られたレーザ加熱による局部的な酸化アニー
ルの軌跡はコイル状でそのピッチは４１Ｊｌ。

高さは３０１ＪＩであった。

次に、第６図に示すように、この軌跡の両端（５）。

（６）、中間（力、（８１に銀−エポキシペーストで金
ワイヤリードを取りつけ四端子法で低温下で電気特性を
測定した所、第７図のａに示すように超電導現象を示し
その開始温度は９０にでゼｑ抵抗値を示す温度は７８に
であった。これらの結果より、半導体基板に埋没した超
電導コイルが形成できた。

実施例−３ 実施例−１で得られた基板表面に、超電導間コーン、　
ＴＳＥ３３６０）（９）を印刷し、大気中１３０℃で固
化した。次に、このスルーホールに銀−エポキシ樹脂Ｑ
ｌを充てんし、金リード線αυを固定し第８図に示す保
護コート付き基板を作成した。低温下での電気特性を評
価した所、実施例−１と同様に超電導特性が得られた。

本配線基板は基板異面と配線表面が同一面にあるため、
本保護コートを形成しても、保護コート表面は平坦でＩ
Ｃ，ＬＳＩ等の部品の搭載が容易でしかも高密度に実装
できる利点がある。

実施例−４ 炭酸ストロンチウム（５ｒＣＯ，）、酸化ランタン（Ｌ
ａｓｈａ）　、酸化鋼（Ｃｕｂ）をモル比率で１：５：
９の比率で秤量し、エチルアルコールを溶媒として樹脂
ポット中で２０時間混合した。次に白金ルツボ中で大気
中１０００℃１０時間の仮焼を行い、再度樹脂ポットに
入れ粉砕した。得られた粉体を金型プレスを用いて直径
１２ｃｍ、厚さ５Ｂの円板に成形し、大気中で１０００
’０６時間の焼成を行った。こうして得られたセラミッ
ク円板をターゲットとしてマグネットスパッタリングを
行い、薄膜を形成した。この時、基板には鏡面研磨した
酸化イツトリウム安定化酸化ジルコニウムセラミックス
を用い、基板温度は４５０°Ｃとし、アルゴン５０％−
酸素５０％のガスを導入し、５００１ｍの膜厚の薄膜を
得た。この薄膜に金蒸着電極を付与して四端子法で低温
下での電気特性を測定したが、超電導挙動はみられず、
半導体挙動を示すのみであった。次にこの膜面上に酸素
ガスをふきつけながら、ＹＡＧレーザを用いて１、Ｏｗ
／ｍ”の出力で５００μｍのスポット径のレーザ光を５
０μｍ／秒の速度で直線的に走査した。第３図と′　同
様に本レーザ光の軌跡上の両面と中間に金蒸着電極を付
与し、直径３０μｍの金線をワイヤボンディングし、四
端子抵抗測定用の測定リードを引き出した。この試料を
低温下で電気特性を評価した所、超電導挙動が認められ
その開始温度は３０にでゼ田抵抗値は２８にであった。

このように、薄膜基板上へのレーザ照射により、超電導
配線が形成された。

実施例−５ 炭酸バリウム（ＢａＣＯｓ）　＝　　酸化イツトリウム
（ＹｔＯａ）−酸化鋼（Ｃｕｂ）をモル比率で１：４：
６の比率で秤量し、アセトンを溶媒として樹脂ポット中
で２０時間混合した。次にアルミナルツボ中で大気中９
００℃１０時間の仮焼を行ない、再度樹脂ポットに入れ
粉砕した。得られた粉体を金型プレスを用いて直径１２
（ＩＩ、厚さ５ｃＷＬの円板に成形し酸素中で９００°
Ｃ１０時間の焼成を行なった。こうして得られたセラミ
ック円板をターゲットとして実施例−４と同様の方法で
厚さ約３ＱＱｎｍの薄膜を得た。この薄膜に金蒸着電極
を付与して四端子法で低温下での電気特性を測定したが
、超伝導挙動はみられず半導体的挙動を示すのみであっ
た。次にこれに実施例−４と同様にＹＡＧレーザーを用
いて酸素ガス中でア二−抵抗ゼ四の温度は８１にであっ
た。このように薄膜基板上へのレーザー照射により超電
導配線が形成された。

〔発明の効果〕

本発明の酸化物超電導体は、超電導配線が基板に埋没し
ているため、従来のスクリーン印刷法によるものより強
固な配線が得られる。更に配線の線幅がせまくなればな
る程、スクリーン印刷法では配線強度の低下が問題にな
るが、本発明では強度の線幅依存性がない。また、配線
表面は基板表面と同一面にあるため、保護コートを形成
しても、保護コート表面は平坦でこの上に搭載する部品
は高密度で実装できる。

さらに、本発明はレーザ加熱により配線できるため、従
来の印刷、エツチング等による配線形成に用いられるマ
スクが不用で、しかもプログラマブルな超電導配線回路
形成が可能となる。これは少量多品種晶に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第５図、第６図及び第８図は
本発明の実施例を示す概略図、第４図及び第７図は特性
曲線図。 代理人　弁理士　　則　近　憲　借 間　　　松山光之 第１図 第２図　　　　　　第３図 湿度、Ｔ（Ｋ） １８４図 第５図　　　　第６ｖ！！Ｊ １度、Ｔ（Ｋ） 第７図 第８図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化物超電導体を構成する元素を含有する焼結体
   中に、前記焼結体が変成してなる超電導体領域が形成さ
   れてなる酸化物超電導体。
2. （２）前記変成は酸素含有雰囲気中での部分的なアニー
   ルにより行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の酸化物超電導体。
3. （３）レーザビームによりアニールを行なうことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の酸化物超電導体。
4. （４）前記酸化物超電導体は希土類元素を含有するペロ
   ブスカイト型の酸化物超電導体であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の酸化物超電導体。
5. （５）前記酸化物超電導体はＡＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７
   ＿−＿■系の酸化物超電導体（ＡはＹ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｄ
   ｙ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕ）であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の酸化物超電導体。
6. （６）前記ペロブスカイト型構造を有する酸化物超電導
   体はＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系であることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の酸化物超電導体。
7. （７）前記超電導体領域を導体パターンとして用いた回
   路基板であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の酸化物超電導体。