JP2000264788A - 酸化物超電導膜体及び該膜体を用いた電気素子、並びにそれらの製造方法 - Google Patents
酸化物超電導膜体及び該膜体を用いた電気素子、並びにそれらの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 １μｍ以上の長い直線状の接合界面を持つ酸
化物超電導膜体及び該膜体を用いたスイッチング素子、
限流器あるいはＳＱＵＩＤ等の電気素子、並びにそれら
の製造方法の提供。 【解決手段】 気相成長法により形成した酸化物種膜を
有するバイクリスタル基板を、酸化物超電導膜形成原料
を融解した融液表面に接触させた後、回転させながら徐
々に引き上げることにより基板上に接合界面の長いＹＢ
ＣＯ等のバイクリスタル酸化物超電導膜を成長させる。
化物超電導膜体及び該膜体を用いたスイッチング素子、
限流器あるいはＳＱＵＩＤ等の電気素子、並びにそれら
の製造方法の提供。 【解決手段】 気相成長法により形成した酸化物種膜を
有するバイクリスタル基板を、酸化物超電導膜形成原料
を融解した融液表面に接触させた後、回転させながら徐
々に引き上げることにより基板上に接合界面の長いＹＢ
ＣＯ等のバイクリスタル酸化物超電導膜を成長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、酸化物超導電導
膜体及び該膜体を用いた電気素子、並びにそれらの製造
方法に関する。より詳細には、１μｍ以上の長い直線状
の接合界面を持つバイクリスタル酸化物超導電導膜体、
それを利用した電気素子及びそれらの製造方法に関す
る。
膜体及び該膜体を用いた電気素子、並びにそれらの製造
方法に関する。より詳細には、１μｍ以上の長い直線状
の接合界面を持つバイクリスタル酸化物超導電導膜体、
それを利用した電気素子及びそれらの製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＹＢＣＯバイクリスタル超電導膜体等の
バイクリスタル酸化物超電導膜体は既知のものであり
（Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，Ｖｏｌ．12，Ｎｏ．11
ＮＯＶ１９９７）、その製造は、従来ＭｇＯ等のバイク
リスタル基板上に気相成長法により行われていた。この
ようにして製造したバイクリスタル酸化物超電導膜体に
おいては、２つの結晶が接する接合界面は１０〜１００
ｎｍ程度の多数の微細な不規則形状のファセット（結晶
片）の集合体面となっている。そのため該接合界面は１
０〜１００ｎｍ程度の微小間隔で曲がりくねりを生じた
形状となっている（Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，Ｖｏ
ｌ．12，Ｎｏ．11 ＮＯＶ １９９７ ｐ３０３０参
照）。
バイクリスタル酸化物超電導膜体は既知のものであり
（Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，Ｖｏｌ．12，Ｎｏ．11
ＮＯＶ１９９７）、その製造は、従来ＭｇＯ等のバイク
リスタル基板上に気相成長法により行われていた。この
ようにして製造したバイクリスタル酸化物超電導膜体に
おいては、２つの結晶が接する接合界面は１０〜１００
ｎｍ程度の多数の微細な不規則形状のファセット（結晶
片）の集合体面となっている。そのため該接合界面は１
０〜１００ｎｍ程度の微小間隔で曲がりくねりを生じた
形状となっている（Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，Ｖｏ
ｌ．12，Ｎｏ．11 ＮＯＶ １９９７ ｐ３０３０参
照）。
【０００３】このような接合界面に小さな曲がりくねり
のあるバイクリスタル酸化物超電導膜体については、そ
の接合界面において生ずる特性を、スイッチング素子、
限流器あるいはＳＱＵＩＤ（超電導量子干渉素子）等の
電気素子として利用しようとしても、この細かい曲がり
くねりのために直線状の接合界面を持つバイクリスタル
を切り出すことは不可能であり、これを利用して電気素
子を形成したとしても電気特性（ＪｃあるいはＩｃ・Ｒ
ｎ等）のばらつきが大きく、製造上の歩留まりが極めて
悪いという困難があった。
のあるバイクリスタル酸化物超電導膜体については、そ
の接合界面において生ずる特性を、スイッチング素子、
限流器あるいはＳＱＵＩＤ（超電導量子干渉素子）等の
電気素子として利用しようとしても、この細かい曲がり
くねりのために直線状の接合界面を持つバイクリスタル
を切り出すことは不可能であり、これを利用して電気素
子を形成したとしても電気特性（ＪｃあるいはＩｃ・Ｒ
ｎ等）のばらつきが大きく、製造上の歩留まりが極めて
悪いという困難があった。
【０００４】また、このようにして形成した超電導体
は、超電導体としての特性、例えば、ＴｃはＹＢＣＯの
場合ほとんどが９０Ｋ以下であり、ＹＢＣＯが本来持っ
ている特性より低い性能のものであった。以上のとおり
であるから、このようなばらつきのない、電気素子とし
て利用可能な１μｍ以上の直線状の長さの接合界面を有
するバイクリスタル酸化物超電導膜体は、現在までのと
ころ開発されていない。
は、超電導体としての特性、例えば、ＴｃはＹＢＣＯの
場合ほとんどが９０Ｋ以下であり、ＹＢＣＯが本来持っ
ている特性より低い性能のものであった。以上のとおり
であるから、このようなばらつきのない、電気素子とし
て利用可能な１μｍ以上の直線状の長さの接合界面を有
するバイクリスタル酸化物超電導膜体は、現在までのと
ころ開発されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そのようなことで、接
合界面に曲がりくねりのない、すなわち電気素子として
も利用可能な直線状の接合界面を有するバイクリスタル
酸化物超電導膜体の開発が求められており、またそのよ
うな直線状の接合界面を有するバイクリスタル酸化物超
電導膜体が開発できれば、電気素子として利用可能であ
る。そして、本発明者も、酸化物系超電導体の開発を行
っており、直線状の接合界面を有するバイクリスタル酸
化物超電導膜体の開発には大いに関心があり、その開発
を試み、その結果完成したのが本発明である。
合界面に曲がりくねりのない、すなわち電気素子として
も利用可能な直線状の接合界面を有するバイクリスタル
酸化物超電導膜体の開発が求められており、またそのよ
うな直線状の接合界面を有するバイクリスタル酸化物超
電導膜体が開発できれば、電気素子として利用可能であ
る。そして、本発明者も、酸化物系超電導体の開発を行
っており、直線状の接合界面を有するバイクリスタル酸
化物超電導膜体の開発には大いに関心があり、その開発
を試み、その結果完成したのが本発明である。
【０００６】したがって、本発明は、接合界面に曲がり
くねりのない、すなわち電気素子としても利用可能な直
線状の接合界面を有するバイクリスタル酸化物超電導膜
体製造技術を提供することを発明の解決すべき課題とす
るものである。すなわち、本発明は、接合界面に曲がり
くねりのない、電気素子としても利用可能な直線状の接
合界面を有するバイクリスタル酸化物超電導膜体製造技
術を提供することを目的とするものである。
くねりのない、すなわち電気素子としても利用可能な直
線状の接合界面を有するバイクリスタル酸化物超電導膜
体製造技術を提供することを発明の解決すべき課題とす
るものである。すなわち、本発明は、接合界面に曲がり
くねりのない、電気素子としても利用可能な直線状の接
合界面を有するバイクリスタル酸化物超電導膜体製造技
術を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明が上記目的を達成
するために採用した手段は、バイクリスタル酸化物超電
導膜体、それを利用した電気素子及びそれらの製造方法
であり、そのうちのバイクリスタル酸化物超電導膜体
は、バイクリスタル基板上に形成した、１μｍ以上の長
い直線状の接合界面を持つものである。また、その製造
方法は、バイクリスタル基板上に、液相成長法によりバ
イクリスタル酸化物超電導膜を形成することを特徴とす
るものである。
するために採用した手段は、バイクリスタル酸化物超電
導膜体、それを利用した電気素子及びそれらの製造方法
であり、そのうちのバイクリスタル酸化物超電導膜体
は、バイクリスタル基板上に形成した、１μｍ以上の長
い直線状の接合界面を持つものである。また、その製造
方法は、バイクリスタル基板上に、液相成長法によりバ
イクリスタル酸化物超電導膜を形成することを特徴とす
るものである。
【０００８】そして、そのうちの電気素子は、バイクリ
スタル基板上に形成した、１μｍ以上の長い直線状の粒
界接合面を持つバイクリスタル酸化物超電導膜の接合界
面の持つ特性を利用したものであり、その製造方法は、
バイクリスタル基板上に、液相成長法により１μｍ以上
の長い直線状の接合界面を持つバイクリスタル酸化物超
電導膜を形成し、その超電導膜の接合界面の持つ特性を
利用するものである。
スタル基板上に形成した、１μｍ以上の長い直線状の粒
界接合面を持つバイクリスタル酸化物超電導膜の接合界
面の持つ特性を利用したものであり、その製造方法は、
バイクリスタル基板上に、液相成長法により１μｍ以上
の長い直線状の接合界面を持つバイクリスタル酸化物超
電導膜を形成し、その超電導膜の接合界面の持つ特性を
利用するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明のバイクリスタル酸化物超
電導膜体、それを利用した電気素子及びそれらの製造方
法を図面に基づいて具体的に説明するが、本発明はこの
具体的に説明した内容に限定されるものではなく、あく
まで特許請求の範囲の記載に基づいて把握されるもので
あることはいうまでもない。まず、バイクリスタル酸化
物超電導膜体の製造方法について、図１に示す液相エピ
タキシー成長装置に基づいて具体的に説明する。
電導膜体、それを利用した電気素子及びそれらの製造方
法を図面に基づいて具体的に説明するが、本発明はこの
具体的に説明した内容に限定されるものではなく、あく
まで特許請求の範囲の記載に基づいて把握されるもので
あることはいうまでもない。まず、バイクリスタル酸化
物超電導膜体の製造方法について、図１に示す液相エピ
タキシー成長装置に基づいて具体的に説明する。
【００１０】その製造は、本発明においては液相成長法
により行うものであり、それに使用する液相成長装置
は、図１に示すように単結晶の製造に使用するチョクラ
ルスキー法による結晶成長装置等の液相結晶成長装置と
同様の構造のものである。その装置の構造は、電気炉等
の炉１内に、ＲＥＢａＣｕＯ（ＲＥ：Ｙ、Ｎｄ及びＳｍ
等の希土類元素）系、例えばＹＢＣＯ系等の酸化物超導
電導体を形成する融液を生成する原料成分を配置してお
り、その直上には表面に種晶の薄膜を形成したＭｇＯ等
のバイクリスタル基板３を設置している。またこの基板
３は回転軸５の下端に結合されている。
により行うものであり、それに使用する液相成長装置
は、図１に示すように単結晶の製造に使用するチョクラ
ルスキー法による結晶成長装置等の液相結晶成長装置と
同様の構造のものである。その装置の構造は、電気炉等
の炉１内に、ＲＥＢａＣｕＯ（ＲＥ：Ｙ、Ｎｄ及びＳｍ
等の希土類元素）系、例えばＹＢＣＯ系等の酸化物超導
電導体を形成する融液を生成する原料成分を配置してお
り、その直上には表面に種晶の薄膜を形成したＭｇＯ等
のバイクリスタル基板３を設置している。またこの基板
３は回転軸５の下端に結合されている。
【００１１】この装置によるバイクリスタル酸化物超電
導膜の製造は、炉１の加熱により原料成分を融解して融
液２を形成し、その融液表面に、回転軸５の回転により
回転すると共にゆっくり引き上げられる基板３を浸漬し
て、その上に結晶を成長させることにより行う。その結
果、基板上には基板３と同様の位置に結合界面を有し、
かつ基板と同様の接合傾角、すなわち両結晶の結晶軸が
なす角度（θ）を有するバイクリスタル酸化物超電導膜
が形成される。なおこの液相成長操作の際、装置全体を
わずかに（数度）傾斜させることより表面が清浄で平滑
なものが得られ、そのことも本発明者が見出したもので
ある。
導膜の製造は、炉１の加熱により原料成分を融解して融
液２を形成し、その融液表面に、回転軸５の回転により
回転すると共にゆっくり引き上げられる基板３を浸漬し
て、その上に結晶を成長させることにより行う。その結
果、基板上には基板３と同様の位置に結合界面を有し、
かつ基板と同様の接合傾角、すなわち両結晶の結晶軸が
なす角度（θ）を有するバイクリスタル酸化物超電導膜
が形成される。なおこの液相成長操作の際、装置全体を
わずかに（数度）傾斜させることより表面が清浄で平滑
なものが得られ、そのことも本発明者が見出したもので
ある。
【００１２】その際に使用する基板３の材料は、特に制
限されるわけではなく、バイクリスタルを製造する際に
従来から使用されているものなら使用可能であり、それ
には前記した酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のほかにチタ
ン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）あるいはガリウム
酸ネオジム（ＮｄＧａＯ３）等がある。また、基板のバ
イクリスタルを形成する、２つの結晶の素材については
同一成分からなる結晶であり、かつその両結晶が接合界
面で結合していることが必要である。その両結晶の結晶
軸がなす角度（θ）、すなわち接合傾角についても、特
に制限されることはなく、基板の形成が可能な角度であ
れば所望の角度が採用できる。
限されるわけではなく、バイクリスタルを製造する際に
従来から使用されているものなら使用可能であり、それ
には前記した酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のほかにチタ
ン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）あるいはガリウム
酸ネオジム（ＮｄＧａＯ３）等がある。また、基板のバ
イクリスタルを形成する、２つの結晶の素材については
同一成分からなる結晶であり、かつその両結晶が接合界
面で結合していることが必要である。その両結晶の結晶
軸がなす角度（θ）、すなわち接合傾角についても、特
に制限されることはなく、基板の形成が可能な角度であ
れば所望の角度が採用できる。
【００１３】そして、基板への種晶の形成は不可欠のも
のではなく、基板あるいは形成するバイクリスタルの材
質によっては必要ないが、種晶は形成した方が好まし
い。それは厚み１００〜５０００Å程度の膜、すなわち
種膜がよい。その種膜の形成はパルスレーザーデポジシ
ョン法（ＰＬＤ法）、有機金属化学気相デポジション法
（ＭＯＣＶＤ）、スパッタ法あるいは熱プラズマ蒸着法
で行うことが可能であるが、簡便さの点でＰＬＤ法やス
パッタ法が好ましい。その種晶は完全な超電導体結晶と
する必要はなく、不完全なものでもよい。なお種晶の形
成を不可欠としない基板には、例えばＮｄＧａＯ3があ
る。
のではなく、基板あるいは形成するバイクリスタルの材
質によっては必要ないが、種晶は形成した方が好まし
い。それは厚み１００〜５０００Å程度の膜、すなわち
種膜がよい。その種膜の形成はパルスレーザーデポジシ
ョン法（ＰＬＤ法）、有機金属化学気相デポジション法
（ＭＯＣＶＤ）、スパッタ法あるいは熱プラズマ蒸着法
で行うことが可能であるが、簡便さの点でＰＬＤ法やス
パッタ法が好ましい。その種晶は完全な超電導体結晶と
する必要はなく、不完全なものでもよい。なお種晶の形
成を不可欠としない基板には、例えばＮｄＧａＯ3があ
る。
【００１４】また、基板上に形成されるバイクリスタル
酸化物超電導膜においては、図２に図示するように、接
合界面の位置７及び接合界面を形成する２つの結晶の結
晶軸８、９のなす角度（θ）、すなわち接合傾角は、基
板の接合界面の位置４及び基板の接合傾角（θ）がその
まま反映されるので、そのことを考慮の上で、基板の結
晶軸の角度を選択することが肝要である。
酸化物超電導膜においては、図２に図示するように、接
合界面の位置７及び接合界面を形成する２つの結晶の結
晶軸８、９のなす角度（θ）、すなわち接合傾角は、基
板の接合界面の位置４及び基板の接合傾角（θ）がその
まま反映されるので、そのことを考慮の上で、基板の結
晶軸の角度を選択することが肝要である。
【００１５】本発明においては、バイクリスタル酸化物
超電導膜を製造する材料についても特に制限されるわけ
ではなく、融液より超電導体を製造することが可能なも
のであれば、本発明の酸化物超電導膜は製造可能であ
る。それには前記したＹＢＣＯ系超電導体以外に、Ｎｄ
ＢａＣｕＯ系あるいはＳｍＢａＣｕＯ系等の超電導体が
あり、それらはいずれもＲＥＢａＣｕＯ（ＲＥ：Ｙ、Ｎ
ｄ及びＳｍ等の希土類元素）と表記できる。また製造さ
れる膜の厚さについては１〜１００μｍがよく、その膜
厚の好ましい範囲については利用する目的、すなわちそ
れを利用して形成する電気素子によって異なったものと
なる。例えば磁界誘導スイッチング素子の場合には１〜
５μｍがよい。
超電導膜を製造する材料についても特に制限されるわけ
ではなく、融液より超電導体を製造することが可能なも
のであれば、本発明の酸化物超電導膜は製造可能であ
る。それには前記したＹＢＣＯ系超電導体以外に、Ｎｄ
ＢａＣｕＯ系あるいはＳｍＢａＣｕＯ系等の超電導体が
あり、それらはいずれもＲＥＢａＣｕＯ（ＲＥ：Ｙ、Ｎ
ｄ及びＳｍ等の希土類元素）と表記できる。また製造さ
れる膜の厚さについては１〜１００μｍがよく、その膜
厚の好ましい範囲については利用する目的、すなわちそ
れを利用して形成する電気素子によって異なったものと
なる。例えば磁界誘導スイッチング素子の場合には１〜
５μｍがよい。
【００１６】このバイクリスタルの両結晶が形成する接
合界面については、それが直線状に形成される長さが、
従来技術の気相法で形成された１０〜１００ｎｍより、
はるかに長い１μｍ以上であり、それは本発明では、液
相成長法を採用するということだけで形成可能であり、
その採用に当たり特段の工夫を要することもないのであ
り、それにより１００μｍ以上のものも形成可能であ
り、それが本発明の最大の特徴である。
合界面については、それが直線状に形成される長さが、
従来技術の気相法で形成された１０〜１００ｎｍより、
はるかに長い１μｍ以上であり、それは本発明では、液
相成長法を採用するということだけで形成可能であり、
その採用に当たり特段の工夫を要することもないのであ
り、それにより１００μｍ以上のものも形成可能であ
り、それが本発明の最大の特徴である。
【００１７】本発明の超電導膜体の製造方法に使用でき
る液相成長法は、図１に具体的図示した液相エピタキシ
ー技術に限られるわけではなく、液相成長により薄膜あ
るいは厚膜を形成することができる技術であれば対応可
能であり、それには、例えば単純固化法法等がある。図
１における液相成長法における加熱用の炉としては、抵
抗加熱炉に限られるわけではなく、高周波加熱炉等であ
ってもよく、要は炉内の超電導膜体形成用の原料成分が
円滑に溶融するものであればよい。また炉の雰囲気につ
いても特に制限されるわけでなく、大気中、真空中、窒
素雰囲気中あるいは酸素雰囲気中が使用可能である。
る液相成長法は、図１に具体的図示した液相エピタキシ
ー技術に限られるわけではなく、液相成長により薄膜あ
るいは厚膜を形成することができる技術であれば対応可
能であり、それには、例えば単純固化法法等がある。図
１における液相成長法における加熱用の炉としては、抵
抗加熱炉に限られるわけではなく、高周波加熱炉等であ
ってもよく、要は炉内の超電導膜体形成用の原料成分が
円滑に溶融するものであればよい。また炉の雰囲気につ
いても特に制限されるわけでなく、大気中、真空中、窒
素雰囲気中あるいは酸素雰囲気中が使用可能である。
【００１８】本発明の電気素子は、２つの結晶の接合界
面の存在により発現する電気特性を利用するものであ
り、その特性には臨界電流あるいはジョセフソン電流等
があるから、本発明の電気素子はスイッチング素子、限
流器あるいはＳＱＵＩＤ等として形成することが可能で
ある。そして、本発明では、接合界面が前記したとおり
直線状に長く形成できるので、所定の長さに切断して電
気素子を形成した場合各素子間で特性にばらつきがな
く、また長いままで利用した場合においては場所間での
特性にばらつきのないものができ、いずれの場合も電気
特性にばらつきがなく、優れた電気素子が製造可能とな
る。
面の存在により発現する電気特性を利用するものであ
り、その特性には臨界電流あるいはジョセフソン電流等
があるから、本発明の電気素子はスイッチング素子、限
流器あるいはＳＱＵＩＤ等として形成することが可能で
ある。そして、本発明では、接合界面が前記したとおり
直線状に長く形成できるので、所定の長さに切断して電
気素子を形成した場合各素子間で特性にばらつきがな
く、また長いままで利用した場合においては場所間での
特性にばらつきのないものができ、いずれの場合も電気
特性にばらつきがなく、優れた電気素子が製造可能とな
る。
【００１９】
【実施例】以下に、本発明の実施例を示すが、本発明は
この実施例に限定されるものではなく特許請求の範囲の
記載に基づいて把握されるものであることはいうまでも
ない。この実施例においては、図１に図示する液相成長
装置を使用してバイクリスタル酸化物超電導膜体を製造
した。その際には、前記したとおり装置全体をわずかに
傾斜させることにより膜表面に異相が残らずきれいな表
面が得られることから３°傾斜させた。基板は、（株）
アース製薬より市販されているＭｇＯ（１００）バイク
リスタル基板（鏡面研磨済み）を使用した。
この実施例に限定されるものではなく特許請求の範囲の
記載に基づいて把握されるものであることはいうまでも
ない。この実施例においては、図１に図示する液相成長
装置を使用してバイクリスタル酸化物超電導膜体を製造
した。その際には、前記したとおり装置全体をわずかに
傾斜させることにより膜表面に異相が残らずきれいな表
面が得られることから３°傾斜させた。基板は、（株）
アース製薬より市販されているＭｇＯ（１００）バイク
リスタル基板（鏡面研磨済み）を使用した。
【００２０】基板の接合傾角（θ）については、０°、
４°、１２°あるいは２４°の４種類のものを使用し
た。バイクリスタル酸化物超電導膜体を形成するに当た
っては、基板は、種膜を形成したものを使用した。種膜
の形成は、パルスレーザーデポジション（Pulse Laser
Deposition）法を使用し、真空雰囲気中、基板温度６８
０〜７３０℃で行った。その際のレーザーの周波数は５
Ｈｚとした。
４°、１２°あるいは２４°の４種類のものを使用し
た。バイクリスタル酸化物超電導膜体を形成するに当た
っては、基板は、種膜を形成したものを使用した。種膜
の形成は、パルスレーザーデポジション（Pulse Laser
Deposition）法を使用し、真空雰囲気中、基板温度６８
０〜７３０℃で行った。その際のレーザーの周波数は５
Ｈｚとした。
【００２１】超導電導膜形成用の原料成分としては、Ｙ
1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏx粉末とＢａ3Ｃｕ7Ｏ 10とが１０：９０質
量比で均一に混合された混合粉末を使用し、それを炉１
内で９６０〜９７０℃にし、加熱溶融させた。溶融後、
融液温度を一旦９８０〜１０５０℃に上昇させ、１時間
保持した。ついで９１０〜９７０℃に急冷し、過飽和状
態になったところで、種膜を形成した基板を融液液面に
わずかに接触させ、その状態を維持しながら１分程度回
転させた。
1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏx粉末とＢａ3Ｃｕ7Ｏ 10とが１０：９０質
量比で均一に混合された混合粉末を使用し、それを炉１
内で９６０〜９７０℃にし、加熱溶融させた。溶融後、
融液温度を一旦９８０〜１０５０℃に上昇させ、１時間
保持した。ついで９１０〜９７０℃に急冷し、過飽和状
態になったところで、種膜を形成した基板を融液液面に
わずかに接触させ、その状態を維持しながら１分程度回
転させた。
【００２２】その後引き続き回転させながらゆっくりと
引き上げることにより基板上にＹＢＣＯバイクリスタル
膜を成長させた。製膜時の雰囲気は、窒素雰囲気とし、
基板の回転数は、軸の回転数の制御により８０ｒｐｍと
し、基板の引き上げ速度は２ｍｍ／ｍｉｎとして、製膜
操作を２分間行った。形成された膜の厚さは３μｍであ
った。製膜後５００℃の酸素中で、８０時間酸化処理を
行った。得られた膜の組成は、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ6.9であ
った。
引き上げることにより基板上にＹＢＣＯバイクリスタル
膜を成長させた。製膜時の雰囲気は、窒素雰囲気とし、
基板の回転数は、軸の回転数の制御により８０ｒｐｍと
し、基板の引き上げ速度は２ｍｍ／ｍｉｎとして、製膜
操作を２分間行った。形成された膜の厚さは３μｍであ
った。製膜後５００℃の酸素中で、８０時間酸化処理を
行った。得られた膜の組成は、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ6.9であ
った。
【００２３】また、得られた膜の界面構造は、図２に図
示するとおり、基板と同一の位置に接合界面が現出し、
接合傾角（θ）も基板と同一となった。その界面の微細
構造は、図３の光学顕微鏡写真、並びに図４及び５の電
子顕微鏡写真（ＴＥＭ）に図示されるとおりであり、そ
の接合界面は、図３に図示する（（θ）が４°の場
合））とおり、１００μｍ以上の長さで直線状に形成さ
れることがわかる。また図４及び５は（θ）が４°、２
４°のＴＥＭ写真であり、それらによれば接合界面は、
清浄で曲がりくねりもなく、直線的の形状となっている
ことがわかる。
示するとおり、基板と同一の位置に接合界面が現出し、
接合傾角（θ）も基板と同一となった。その界面の微細
構造は、図３の光学顕微鏡写真、並びに図４及び５の電
子顕微鏡写真（ＴＥＭ）に図示されるとおりであり、そ
の接合界面は、図３に図示する（（θ）が４°の場
合））とおり、１００μｍ以上の長さで直線状に形成さ
れることがわかる。また図４及び５は（θ）が４°、２
４°のＴＥＭ写真であり、それらによれば接合界面は、
清浄で曲がりくねりもなく、直線的の形状となっている
ことがわかる。
【００２４】そして、前記４種類の（θ）を持つ膜につ
いて、ＦＩＢ（focused ion beam）加工により幅３０μ
ｍの界面接合体を作成した。これらの膜について臨界温
度を測定したところ、いずれも９１Ｋ以上を示し、従来
の気相成長で作成した膜に比較して２度程度臨界温度の
高い膜が安定して得られることが判明した。なお図６は
（θ）が ２４°の場合の膜について、臨界温度を測定
し結果を図示するものである。また、（θ）が２４°の
場合について、臨界電流密度を７７Ｋで測定したところ
１．４万Ａ／ｃｍ2以上が得られた。
いて、ＦＩＢ（focused ion beam）加工により幅３０μ
ｍの界面接合体を作成した。これらの膜について臨界温
度を測定したところ、いずれも９１Ｋ以上を示し、従来
の気相成長で作成した膜に比較して２度程度臨界温度の
高い膜が安定して得られることが判明した。なお図６は
（θ）が ２４°の場合の膜について、臨界温度を測定
し結果を図示するものである。また、（θ）が２４°の
場合について、臨界電流密度を７７Ｋで測定したところ
１．４万Ａ／ｃｍ2以上が得られた。
【００２５】さらに、これに関し臨界電流密度の磁場依
存性を７７Ｋにて測定したところ、フラウンフォーファ
ーパターンを示し、約０．１ガウスでの臨界電流密度
は、ゼロ磁場での値の１０％以下にまで低下した。この
ようなフラウンフォーファーパターンを示す電気特性を
安定して得ることは従来難しかったが、本技術を用いる
ことで容易にかつ安定して作成することが可能となっ
た。
存性を７７Ｋにて測定したところ、フラウンフォーファ
ーパターンを示し、約０．１ガウスでの臨界電流密度
は、ゼロ磁場での値の１０％以下にまで低下した。この
ようなフラウンフォーファーパターンを示す電気特性を
安定して得ることは従来難しかったが、本技術を用いる
ことで容易にかつ安定して作成することが可能となっ
た。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、本発明では、バイクリス
タル酸化物超電導膜の接合界面が非常に清浄で曲がりく
ねりがなく、１つの直線状の接合界面の長さ、すなわち
ファセット幅が数十μｍにもなるため、１つの直線状の
接合界面から形成した素子をデバイスなどの回路上に配
置することが可能となる。これにより電気素子として利
用することが不可能であったバイクリスタル酸化物超電
導膜を電気素子として利用することをはじめて可能とし
た。またこれにより電気性能が安定、かつ高性能化した
電気素子の提供を可能とした。そして、この接合界面に
より、臨界電流あるいはジョセフソン電流等の性能が発
現し、本発明はスイッチング素子、限流器あるいはＳＱ
ＵＩＤ等の卓越した特性を有する電気素子を提供可能と
した。
タル酸化物超電導膜の接合界面が非常に清浄で曲がりく
ねりがなく、１つの直線状の接合界面の長さ、すなわち
ファセット幅が数十μｍにもなるため、１つの直線状の
接合界面から形成した素子をデバイスなどの回路上に配
置することが可能となる。これにより電気素子として利
用することが不可能であったバイクリスタル酸化物超電
導膜を電気素子として利用することをはじめて可能とし
た。またこれにより電気性能が安定、かつ高性能化した
電気素子の提供を可能とした。そして、この接合界面に
より、臨界電流あるいはジョセフソン電流等の性能が発
現し、本発明はスイッチング素子、限流器あるいはＳＱ
ＵＩＤ等の卓越した特性を有する電気素子を提供可能と
した。
【図１】本発明のバイクリスタル酸化物超電導膜体を製
造する液相成長装置の１例を図示する。
造する液相成長装置の１例を図示する。
【図２】本発明の製造方法に使用する基板及びその上に
形成されたバイクリスタル酸化物超電導体の接合界面等
の構造を図示する。
形成されたバイクリスタル酸化物超電導体の接合界面等
の構造を図示する。
【図３】実施例で製造したバイクリスタル酸化物超電導
膜体（θが０°の場合）の光学顕微鏡写真。
膜体（θが０°の場合）の光学顕微鏡写真。
【図４】実施例で製造したバイクリスタル酸化物超電導
膜体（θが４°の場合）のＴＥＭ写真。
膜体（θが４°の場合）のＴＥＭ写真。
【図５】実施例で製造したバイクリスタル酸化物超電導
膜体（θが２４°の場合）のＴＥＭ写真。
膜体（θが２４°の場合）のＴＥＭ写真。
【図６】実施例で製造した（θが２４°の場合）バイク
リスタル酸化物超電導膜体について、臨界温度を測定し
た結果を図示するものである。
リスタル酸化物超電導膜体について、臨界温度を測定し
た結果を図示するものである。
１ 炉 ２ 融液 ３ バイクリスタル基板 ４ バイクリスタル基板の接合界面 ５ 回転軸 ６ バイクリスタル酸化物超電導膜 ７ バイクリスタル酸化物超電導膜の接合界面 ８、９ バイクリスタル酸化物超電導膜の結晶軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 文 建国 東京都江東区東雲１丁目14番３ 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 (72)発明者 町 敬人 東京都江東区東雲１丁目14番３ 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 (72)発明者 橋本 賢治 東京都江東区東雲１丁目14番３ 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 (72)発明者 高橋 保夫 東京都江東区東雲１丁目14番３ 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 (72)発明者 森下 忠隆 東京都江東区東雲１丁目14番３ 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 (72)発明者 平林 泉 東京都江東区東雲１丁目14番３ 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 (72)発明者 腰塚 直己 東京都江東区東雲１丁目14番３ 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BC53 ED04 ED06 EF03 4M113 AA52 AA55 AC06 AD36 AD37 BA01 BA04 BA21 CA34
Claims (14)
- 【請求項１】 バイクリスタル基板上に形成した、１μ
ｍ以上の長い直線状の接合界面を持つバイクリスタル酸
化物超電導膜体。 - 【請求項２】 酸化物超電導膜がＲＥＢａＣｕＯ（Ｒ
Ｅ：Ｙ、Ｎｄ及びＳｍ等の希土類元素）系の超電導膜で
ある請求項１記載のバイクリスタル酸化物超導電導膜体 - 【請求項３】 バイクリスタル基板が酸化マグネシウム
である請求項１又は２記載のバイクリスタル酸化物超電
導膜体 - 【請求項４】 バイクリスタル基板上に形成した、１μ
ｍ以上の長い直線状の接合界面を持つバイクリスタル酸
化物超電導膜の接合界面により生ずる特性を利用した電
気素子。 - 【請求項５】 酸化物超電導膜がＲＥＢａＣｕＯ（Ｒ
Ｅ：Ｙ、Ｎｄ及びＳｍ等の希土類元素）系の超電導膜で
ある請求項４記載の電気素子。 - 【請求項６】 バイクリスタル基板が酸化マグネシウム
である請求項４又は５記載の電気素子。 - 【請求項７】 バイクリスタル基板上に、液相成長法に
よりバイクリスタル酸化物超電導膜を形成することを特
徴とする１μｍ以上の長い直線状の接合界面を持つバイ
クリスタル酸化物超電導膜体の製造方法。 - 【請求項８】 バイクリスタル酸化物超電導膜の形成
が、気相成長法により形成した酸化物種膜の上に液相成
長法により行われるものであることを特徴とする請求項
７記載のバイクリスタル酸化物超電導膜体の製造方法。 - 【請求項９】 酸化物超電導膜がＲＥＢａＣｕＯ（Ｒ
Ｅ：Ｙ、Ｎｄ及びＳｍ等の希土類元素）系の超電導膜で
ある請求項７又は８記載のバイクリスタル酸化物超電導
膜体の製造方法。 - 【請求項１０】 バイクリスタル基板が酸化マグネシウ
ムである請求項７、８又は９記載のバイクリスタル酸化
物超電導膜体の製造方法。 - 【請求項１１】 バイクリスタル基板上に、液相成長法
により１μｍ以上の長い直線状の接合界面を持つバイク
リスタル酸化物超電導膜を形成し、その超電導膜の接合
界面により生ずる特性を利用した電気素子の製造方法。 - 【請求項１２】 バイクリスタル酸化物超電導膜の形成
が、気相成長法により形成した酸化物種膜の上に液相成
長法により行われるものである請求項１１記載の電気素
子の製造方法。 - 【請求項１３】 酸化物超電導膜がＲＥＢａＣｕＯ（Ｒ
Ｅ：Ｙ、Ｎｄ及びＳｍ等の希土類元素）系の超電導膜で
ある請求項１１又は１２記載の電気素子の製造方法。 - 【請求項１４】 バイクリスタル基板が酸化マグネシウ
ムである請求項１１、１２又は１３記載の電気素子の製
造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11066000A JP2000264788A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | 酸化物超電導膜体及び該膜体を用いた電気素子、並びにそれらの製造方法 |
| DE10011697A DE10011697A1 (de) | 1999-03-12 | 2000-03-10 | Supraleitende Oxidschicht, ein elektronisches Bauteil, das die supraleitende Schicht verwendet, und ein Herstellungsverfahren für dieselben |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11066000A JP2000264788A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | 酸化物超電導膜体及び該膜体を用いた電気素子、並びにそれらの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000264788A true JP2000264788A (ja) | 2000-09-26 |
Family
ID=13303258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11066000A Pending JP2000264788A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | 酸化物超電導膜体及び該膜体を用いた電気素子、並びにそれらの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000264788A (ja) |
| DE (1) | DE10011697A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100372140C (zh) * | 2005-03-29 | 2008-02-27 | 清华大学 | 一种大面积均匀薄膜或长超导导线的制备方法及其装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003101089A (ja) * | 2001-09-21 | 2003-04-04 | Central Japan Railway Co | 永久電流スイッチ材料及びその製造方法 |
-
1999
- 1999-03-12 JP JP11066000A patent/JP2000264788A/ja active Pending
-
2000
- 2000-03-10 DE DE10011697A patent/DE10011697A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100372140C (zh) * | 2005-03-29 | 2008-02-27 | 清华大学 | 一种大面积均匀薄膜或长超导导线的制备方法及其装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10011697A1 (de) | 2000-12-28 |
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