JPH01100820A - 高温超電導材 - Google Patents
高温超電導材Info
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- JPH01100820A JPH01100820A JP62258779A JP25877987A JPH01100820A JP H01100820 A JPH01100820 A JP H01100820A JP 62258779 A JP62258779 A JP 62258779A JP 25877987 A JP25877987 A JP 25877987A JP H01100820 A JPH01100820 A JP H01100820A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
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、ジョセフソン素子や超電導記憶素子等の超
電導デバイス、あるいは超電導マグネット用コイルなど
として使用可能な高温超電導材に関するもめである。
電導デバイス、あるいは超電導マグネット用コイルなど
として使用可能な高温超電導材に関するもめである。
「従来の技術」
最近に至り、常電導状態から超電導状態に遷移する臨界
温度（Ｔ ｃ）が液体窒素温度以上の高い値を示す酸化
物系の超電導体が種々発見されつつある。そして、この
ような酸化物系の超電導体は、液体ヘリウムで冷却する
必要のあった従来の合金系あるいは金属間化合物系の超
電導体に比較して格段に有利な冷却条件で使用できるこ
とから、実用上極めて有望な超電導材料とされている。
温度（Ｔ ｃ）が液体窒素温度以上の高い値を示す酸化
物系の超電導体が種々発見されつつある。そして、この
ような酸化物系の超電導体は、液体ヘリウムで冷却する
必要のあった従来の合金系あるいは金属間化合物系の超
電導体に比較して格段に有利な冷却条件で使用できるこ
とから、実用上極めて有望な超電導材料とされている。
ところで、このような酸化物超電導体における臨界温度
（Ｔ ｃ）や臨界電流密度（Ｊｃ）等の超電導特性は、
製造方法、製造条件などの種々のファクタ−により変動
することが知られている。そして、現在のところでは、
分子線エピタキシー（以下、Ｍ Ｂ Ｅと言う。）法、
レーザ蒸着法等の薄膜形成手段により形成された超電導
体が比較的良好な超電導特性を示す可能性があるとして
有望視されている。
（Ｔ ｃ）や臨界電流密度（Ｊｃ）等の超電導特性は、
製造方法、製造条件などの種々のファクタ−により変動
することが知られている。そして、現在のところでは、
分子線エピタキシー（以下、Ｍ Ｂ Ｅと言う。）法、
レーザ蒸着法等の薄膜形成手段により形成された超電導
体が比較的良好な超電導特性を示す可能性があるとして
有望視されている。
「発明が解決しようとする問題点Ｊ
ところが、ＭＢＥ法を用いれば、基体上に酸化物超電導
体をエピタキシャル成長させることができ、高い臨界電
流密度を示す酸化物超電導体を得ることができるが、成
膜速度が遅いため、膜厚の厚い酸化物超電導体を得るの
に長時間かかり、製造効率が悪い問題がある。一方、レ
ーザ蒸着法は成膜速度を速くすることが可能であり、厚
い超電導層でも比較的短時間で生成できる利点を有して
いる。
体をエピタキシャル成長させることができ、高い臨界電
流密度を示す酸化物超電導体を得ることができるが、成
膜速度が遅いため、膜厚の厚い酸化物超電導体を得るの
に長時間かかり、製造効率が悪い問題がある。一方、レ
ーザ蒸着法は成膜速度を速くすることが可能であり、厚
い超電導層でも比較的短時間で生成できる利点を有して
いる。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、成膜速度
の速いレーザ蒸着法と先のＭＢＥ法の各々の長所を生か
し、十分な膜厚を有し、電流容量が大きいとともに、製
造効率も高い高温超電導材を提供することを目的とする
。
の速いレーザ蒸着法と先のＭＢＥ法の各々の長所を生か
し、十分な膜厚を有し、電流容量が大きいとともに、製
造効率も高い高温超電導材を提供することを目的とする
。
「問題点を解決するための手段」
本発明は、前記問題点を解決するために、Ａ−Ｂ −Ｃ
−Ｄ系（ただしＡはＹ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ
。
−Ｄ系（ただしＡはＹ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ
。
Ｄｙ等の周期律表ｍｓ族元素のうち１種以上を示し、Ｂ
はＳｒ、Ｂａ、Ｃａ等の周期律表■ａ族元素のうち１種
以上を示し、ＣはＣｕ、Ａｇ、Ａｕなどの周期律表Ｉｂ
族元素とＮｂのうちＣｕあるいはＣｕを含む２種以上を
示し、ＤはＯ，Ｓ、Ｓｅ等の周期律表ＶＩｂ族元素およ
びＦ、Ｃｌ、Ｂｒ等の周期律表ＶＩＩｂ族元素のうち０
を含む１種以上を示す。）の高温超電導材であって、レ
ーザ蒸着法により形成されたＡ −Ｂ −Ｃ−Ｄ系のレ
ーザ蒸着超電導層と、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法
により形成されたＡ −Ｂ −Ｃ−Ｄ系のＭＢＥ超電導
層とを交互に積層して、上記レーザ蒸着超電導層および
ＭＢＥ超電導層のうち少なくとも一方の超電導層を２層
以上積層してなるものである。
はＳｒ、Ｂａ、Ｃａ等の周期律表■ａ族元素のうち１種
以上を示し、ＣはＣｕ、Ａｇ、Ａｕなどの周期律表Ｉｂ
族元素とＮｂのうちＣｕあるいはＣｕを含む２種以上を
示し、ＤはＯ，Ｓ、Ｓｅ等の周期律表ＶＩｂ族元素およ
びＦ、Ｃｌ、Ｂｒ等の周期律表ＶＩＩｂ族元素のうち０
を含む１種以上を示す。）の高温超電導材であって、レ
ーザ蒸着法により形成されたＡ −Ｂ −Ｃ−Ｄ系のレ
ーザ蒸着超電導層と、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法
により形成されたＡ −Ｂ −Ｃ−Ｄ系のＭＢＥ超電導
層とを交互に積層して、上記レーザ蒸着超電導層および
ＭＢＥ超電導層のうち少なくとも一方の超電導層を２層
以上積層してなるものである。
「作用」
短時間で厚い成膜が可能なレーザ蒸着法により形成され
たレーザ蒸着超電導層と、高い臨界電流密度が得られる
分子線エピタキシー（Ｍ Ｂ Ｅ ）法により形成され
たＭＢＥ超電導層とを交互に積層して、上記レーザ蒸着
超電導層およびＭＢＥ超電導層のうち少なくとも一方の
超電導層を２層以上積層して構成したので、少なくとも
一つのレーザ蒸着超電導層がＭＢＥ超電導層の上に形成
されることになり、これによりこのレーザ蒸着超電導層
がすぐ下のＭＢＥ超電導層を成長核として結晶配向を揃
えて成長する。
たレーザ蒸着超電導層と、高い臨界電流密度が得られる
分子線エピタキシー（Ｍ Ｂ Ｅ ）法により形成され
たＭＢＥ超電導層とを交互に積層して、上記レーザ蒸着
超電導層およびＭＢＥ超電導層のうち少なくとも一方の
超電導層を２層以上積層して構成したので、少なくとも
一つのレーザ蒸着超電導層がＭＢＥ超電導層の上に形成
されることになり、これによりこのレーザ蒸着超電導層
がすぐ下のＭＢＥ超電導層を成長核として結晶配向を揃
えて成長する。
以下、この発明を二つの例を挙げて詳細に説明する。
この発明の酸化物系の高温超電導材の一例を第１図に示
す。
す。
この例の超電導材１は、基体２の表面に形成されたもの
であって、この基体２上にレーザ蒸着法によって形成さ
れた第一の超電導層１ａ（レーザ蒸着超電導層）とこの
第一の超電導層Ｌａ上にＭＢＥ法によって形成された第
二の超電導層１ ｂ（Ｍ Ｂ Ｅ超電導層）とこの第二
の超電導層とこの第二の超電導層１ｂ上にレーザ蒸着法
によって形成された第三の超電導層１ｃ（レーザ蒸着超
電導層）との３層からなるものである。
であって、この基体２上にレーザ蒸着法によって形成さ
れた第一の超電導層１ａ（レーザ蒸着超電導層）とこの
第一の超電導層Ｌａ上にＭＢＥ法によって形成された第
二の超電導層１ ｂ（Ｍ Ｂ Ｅ超電導層）とこの第二
の超電導層とこの第二の超電導層１ｂ上にレーザ蒸着法
によって形成された第三の超電導層１ｃ（レーザ蒸着超
電導層）との３層からなるものである。
このような超電導材１の形成方法について説明する。
まず、基体２を用意する。この基体２には、例えば板材
、線材、テープ材、筒状体、柱状体など、種々の形状の
ものが用いられる。また、このような基体２の構成材料
としては、酸化物系の高温超電導材の生成時に加える熱
処理時の高熱に耐えうる材料が選択され、具体的には、
銀、金、白金、アルミニウム、銅等の金属材料、あるい
は、これらの合金材料、またはこれら金属または合金の
窒化物、炭化物、あるいは、ステンレス鋼などであり、
更にはチタン酸ストロンチウｌｈ （Ｓ ｒＴ ｉｏ
ｓ＞、アルミナ（ＡＩ！０３）、シリコン（Ｓ ｉ）、
シリカ（ＳｉＯ２）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯｓ
）、サファイア、ルビー等の結晶材料などが好適に用い
られる。
、線材、テープ材、筒状体、柱状体など、種々の形状の
ものが用いられる。また、このような基体２の構成材料
としては、酸化物系の高温超電導材の生成時に加える熱
処理時の高熱に耐えうる材料が選択され、具体的には、
銀、金、白金、アルミニウム、銅等の金属材料、あるい
は、これらの合金材料、またはこれら金属または合金の
窒化物、炭化物、あるいは、ステンレス鋼などであり、
更にはチタン酸ストロンチウｌｈ （Ｓ ｒＴ ｉｏ
ｓ＞、アルミナ（ＡＩ！０３）、シリコン（Ｓ ｉ）、
シリカ（ＳｉＯ２）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯｓ
）、サファイア、ルビー等の結晶材料などが好適に用い
られる。
次に、このような基体２の表面に３層構造の酸化物系の
高温超電導材１を形成する。この例の高温超電導Ｈｔの
形成工程は、連続した三つの工程からなっている。すな
わち、第１の工程ではレーザ蒸着法を用いて第一の超電
導層１ａを形成し、第２の工程ではＭＢＥ法を用いて上
記第一の超電導層１ａを成長核として第一の超電導層Ｌ
ａ上に第二の超電゛導層ｔｂを形成し、第３の工程では
レーザ蒸着法を用いて第二の超電導層ｌｂ上に第３の超
電導層１ｃを形成する。
高温超電導材１を形成する。この例の高温超電導Ｈｔの
形成工程は、連続した三つの工程からなっている。すな
わち、第１の工程ではレーザ蒸着法を用いて第一の超電
導層１ａを形成し、第２の工程ではＭＢＥ法を用いて上
記第一の超電導層１ａを成長核として第一の超電導層Ｌ
ａ上に第二の超電゛導層ｔｂを形成し、第３の工程では
レーザ蒸着法を用いて第二の超電導層ｌｂ上に第３の超
電導層１ｃを形成する。
第１の工程におけるレーザ蒸着法は、例えば第２図に示
すレーザ蒸着装置を用いて行われる。第２図に示す装置
は、内部を真空雰囲気や酸素ガス雰囲気に保持可能な容
器ｌＯと、この容器ＩＯの側方に付設されたレーザビー
ム発射装置９を具備して構成されている。
すレーザ蒸着装置を用いて行われる。第２図に示す装置
は、内部を真空雰囲気や酸素ガス雰囲気に保持可能な容
器ｌＯと、この容器ＩＯの側方に付設されたレーザビー
ム発射装置９を具備して構成されている。
前記容器ｌＯの内部には、基板ホルダ１１と円筒状の回
転基材１２が対向して設けられ、回転基材１２の側方側
の容器ＩＯの外壁には導入孔が形成され、この導入孔に
はＺｎ５ｅなどからなる透明窓１４が装着されている。
転基材１２が対向して設けられ、回転基材１２の側方側
の容器ＩＯの外壁には導入孔が形成され、この導入孔に
はＺｎ５ｅなどからなる透明窓１４が装着されている。
また、容器１０の内部であって基板ホルダ１１の側方に
は、凹面鏡１５がその鏡面部分をＨ記回転基材１２と透
明窓１４に向けるように設置されていて、レーザビーム
発射装置９から容器内に透明窓１４を介して入射された
レーザビームを前記回転基材１２に照射できるようにな
っている。一方、基板ホルダ１１には回転基材１２に対
向して基板２が装着されるとともに、基板ホルダ１１に
は基板２を加熱可能なヒータＩ６が付設されている。な
お、回転基材Ｉ２は容器ＩＯの内部に設けられた図示略
の回転装置によってその周回りに回転自在に支持されて
いる。
は、凹面鏡１５がその鏡面部分をＨ記回転基材１２と透
明窓１４に向けるように設置されていて、レーザビーム
発射装置９から容器内に透明窓１４を介して入射された
レーザビームを前記回転基材１２に照射できるようにな
っている。一方、基板ホルダ１１には回転基材１２に対
向して基板２が装着されるとともに、基板ホルダ１１に
は基板２を加熱可能なヒータＩ６が付設されている。な
お、回転基材Ｉ２は容器ＩＯの内部に設けられた図示略
の回転装置によってその周回りに回転自在に支持されて
いる。
前記回転基材１２は、酸化物超電導体から構成され、具
体的にはＡ −Ｂ −Ｃ−Ｄ系（ただしＡは、Ｙ。
体的にはＡ −Ｂ −Ｃ−Ｄ系（ただしＡは、Ｙ。
Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇ
ｄ、Ｔｂ、Ｄｙ。
ｄ、Ｔｂ、Ｄｙ。
Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ’ｆｆｉ、Ｙｂ、Ｌｕなどの周期律表■
ａ族元素のうち１種あるいは２種以上を示し、ＢはＳ
ｒ、 Ｂ ａ。
ａ族元素のうち１種あるいは２種以上を示し、ＢはＳ
ｒ、 Ｂ ａ。
Ｃａ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｒａなどの周期律表ＩＩａ族元素の
うち１種あるいは２Ｎ以上を示し、ＣはＣｕ、Ａｇ、Ａ
ｕの周期律表１ｂ族元素とＮｂのうちＣｕあるいはＣｕ
を含む２種以上を示し、ＤはＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐ。
うち１種あるいは２Ｎ以上を示し、ＣはＣｕ、Ａｇ、Ａ
ｕの周期律表１ｂ族元素とＮｂのうちＣｕあるいはＣｕ
を含む２種以上を示し、ＤはＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐ。
などの周期律表ｖｔｂ族元素およびＦ、Ｃｌ、Ｂｒ等の
周期律表ＶＩＩｂ族元索のうち０あるいはＯを含む２種
以上を示す）のものが用いられる。なお、この酸化物超
電導体の各構成元素の組成は、例えば、Ｙ −Ｂ ａ−
Ｃｕ−０系の酸化物高温超電導体の場合、Ｙ ：Ｂａ：
Ｃｖ：Ｏ＝ ｌ ：Ｃ１〜３）：（２〜４）：（７−δ
）とされ、δはＯ≦δ≦５の範囲とされる。
周期律表ＶＩＩｂ族元索のうち０あるいはＯを含む２種
以上を示す）のものが用いられる。なお、この酸化物超
電導体の各構成元素の組成は、例えば、Ｙ −Ｂ ａ−
Ｃｕ−０系の酸化物高温超電導体の場合、Ｙ ：Ｂａ：
Ｃｖ：Ｏ＝ ｌ ：Ｃ１〜３）：（２〜４）：（７−δ
）とされ、δはＯ≦δ≦５の範囲とされる。
第２図に示す構造のレーザ蒸着装置を使用して第一の超
電導ＪｉＩ２ａを形成するには、基板ホルダ１１に基板
２を装着し、容器！０の内部を酸素雰囲気とし、所定の
温度にするとともに、回転基材１２を回転させる。次い
でレーザビーム発射装置９から発射したレーザビームを
凹面鏡Ｉ５を介して回転基材１２に照射して回転基材１
２の外周部を蒸発させ、蒸発原子を基板２に蒸着させる
。このような処理によって基板２の上面に第一の超電導
層１ａを形成することができる。
電導ＪｉＩ２ａを形成するには、基板ホルダ１１に基板
２を装着し、容器！０の内部を酸素雰囲気とし、所定の
温度にするとともに、回転基材１２を回転させる。次い
でレーザビーム発射装置９から発射したレーザビームを
凹面鏡Ｉ５を介して回転基材１２に照射して回転基材１
２の外周部を蒸発させ、蒸発原子を基板２に蒸着させる
。このような処理によって基板２の上面に第一の超電導
層１ａを形成することができる。
以上のように形成された第一の超電導層１ａは、レーザ
蒸着法で形成されたものであるために、緻密で−様な結
晶構造を有している。なお、このようなレーザ蒸着法に
よれば、レーザの出力調節と、回転基材１２の回転速度
の調節と、回転基材１２の温度調節により０．５〜１．
０時間で１μｍ程度の厚さの超電導層を形成することが
できる。
蒸着法で形成されたものであるために、緻密で−様な結
晶構造を有している。なお、このようなレーザ蒸着法に
よれば、レーザの出力調節と、回転基材１２の回転速度
の調節と、回転基材１２の温度調節により０．５〜１．
０時間で１μｍ程度の厚さの超電導層を形成することが
できる。
次に、前記第一の超電導ＦＪ １ ａの上に、ＭＢＥ法
を用いて第二の超電導層１ｂを形成する第２の工程を実
施する。この第２の工程で用いるＭＢＥ装置は、真空状
態で蒸発源（分子線源）から飛散させた分子や原子を反
応させて、ホルダーに装着した基板２上に超電導層をエ
ピタキシャル成長させるもので、このＭＢＥ法により成
膜すると、レーザ蒸着により成膜する場合に比較して臨
、界電流密度を向上させることができる。なお、反応時
の前記基板２の温度は、６００〜１０００℃程度が好ま
しい。また、この工程では、予め酸化物超電導体のＮ類
、組成などに応じて複数の蒸発源を用意する必要がある
。この蒸発源は、酸化物超電導体を構成する元素を含む
材料、あるいは、この材料と前記酸化物超電導体との混
合物などを仮焼、焼結するなどして得ることができる。
を用いて第二の超電導層１ｂを形成する第２の工程を実
施する。この第２の工程で用いるＭＢＥ装置は、真空状
態で蒸発源（分子線源）から飛散させた分子や原子を反
応させて、ホルダーに装着した基板２上に超電導層をエ
ピタキシャル成長させるもので、このＭＢＥ法により成
膜すると、レーザ蒸着により成膜する場合に比較して臨
、界電流密度を向上させることができる。なお、反応時
の前記基板２の温度は、６００〜１０００℃程度が好ま
しい。また、この工程では、予め酸化物超電導体のＮ類
、組成などに応じて複数の蒸発源を用意する必要がある
。この蒸発源は、酸化物超電導体を構成する元素を含む
材料、あるいは、この材料と前記酸化物超電導体との混
合物などを仮焼、焼結するなどして得ることができる。
そして、このような第２の工程により形成された第二の
超電導層１ｂは、その膜厚が薄いものであるが、酸化物
超電導体をエピタキシー成長させることによって結晶配
向が制御されていることから、特に臨界電流密度（Ｊｃ
）などの超電導特性が良好なものとなる。
超電導層１ｂは、その膜厚が薄いものであるが、酸化物
超電導体をエピタキシー成長させることによって結晶配
向が制御されていることから、特に臨界電流密度（Ｊｃ
）などの超電導特性が良好なものとなる。
次に、このようにして基板２上に第一の超電導層！ａお
よび第二の超電導層１ｂを形成した後、第二の超電導層
Ｉｂ上に上記第一の超電導層１ａを形成した方法と同様
な方法によって第三の超電導層Ｉｃを形成する。
よび第二の超電導層１ｂを形成した後、第二の超電導層
Ｉｂ上に上記第一の超電導層１ａを形成した方法と同様
な方法によって第三の超電導層Ｉｃを形成する。
このような第３の工程で形成された第三の超電導層１ｃ
は、第二の超電導層１ｂの良好な結晶配向性にならって
結晶配向が揃い、良好な超電導性を示すものとなる。
は、第二の超電導層１ｂの良好な結晶配向性にならって
結晶配向が揃い、良好な超電導性を示すものとなる。
このようにして形成された高温超電導材１に対しては、
必要に応じて酸素ガスを含む雰囲気中で熱処理すること
ができる。この熱処理は、１例えば処理温度４００〜１
０００℃、処理時間１〜１００時間の条件で行なわれる
。このような熱処理により、高温超電導材１内の各構成
元素が更に十分に反応しあうことから、高温超電導材ｌ
の超電導特性の向上を図ることができる。
必要に応じて酸素ガスを含む雰囲気中で熱処理すること
ができる。この熱処理は、１例えば処理温度４００〜１
０００℃、処理時間１〜１００時間の条件で行なわれる
。このような熱処理により、高温超電導材１内の各構成
元素が更に十分に反応しあうことから、高温超電導材ｌ
の超電導特性の向上を図ることができる。
なお、熱処理時の雰囲気には、酸素ガス以外に、Ｓ、Ｓ
ｅなどの周期律表ＶＩｂ族元素のガスまたはＦ。
ｅなどの周期律表ＶＩｂ族元素のガスまたはＦ。
Ｃ１，Ｂｒなどの周期律表ＶＩＩｂ族元素のガスを含め
ることもできる。これらの元素ガスは、得られた高温超
電導体の構成元素の一部として結晶内部に侵入し、超電
導特性の向上に寄与するものとなる。
ることもできる。これらの元素ガスは、得られた高温超
電導体の構成元素の一部として結晶内部に侵入し、超電
導特性の向上に寄与するものとなる。
また、高温超電導材ｌが形成された基板２として、銀あ
るいは銀合金からなるものを用いれば、熱処理雰囲気中
の酸素が基体１の内部を透過することから、第一の超電
導層１ａに十分な酸素を供給することができ、このよう
にしても超電導特性を向上させることが可能となる。
るいは銀合金からなるものを用いれば、熱処理雰囲気中
の酸素が基体１の内部を透過することから、第一の超電
導層１ａに十分な酸素を供給することができ、このよう
にしても超電導特性を向上させることが可能となる。
このような高温超電導材ｌにあっては、３層の超電導層
のうち２層をレーザ蒸着法により形成したので、短時間
で所望の膜厚を確保することができる。また、ＭＢＥ法
により形成された第二の超電導層ｌｂ上にレーザ蒸着法
により第三の超電導層１ｃを形成したので、この第三の
超電導層ＩＣが第二の超電導層１ｂを成長核として成長
し、これにより第三の超電導層ＩＣの結晶配向性が揃っ
て高い臨界電流密度を示すものとなる。更に、この高温
超電導材ｌに対して酸素雰囲気中で熱処理すれば、高温
超電導材ｌの内部に酸素を十分に供給でき、高温超電導
材ｌにおける超電導特性の向上を図ることができる。
のうち２層をレーザ蒸着法により形成したので、短時間
で所望の膜厚を確保することができる。また、ＭＢＥ法
により形成された第二の超電導層ｌｂ上にレーザ蒸着法
により第三の超電導層１ｃを形成したので、この第三の
超電導層ＩＣが第二の超電導層１ｂを成長核として成長
し、これにより第三の超電導層ＩＣの結晶配向性が揃っ
て高い臨界電流密度を示すものとなる。更に、この高温
超電導材ｌに対して酸素雰囲気中で熱処理すれば、高温
超電導材ｌの内部に酸素を十分に供給でき、高温超電導
材ｌにおける超電導特性の向上を図ることができる。
第３図は、この発明の高温超電導材の他の例を示す図で
ある。
ある。
この例の高温超電導材３は、基体２の表面に形成された
ものであって、二の基体２上にＭＢＥ法によって形成さ
れた第一の超電導層３ａとこの第一の超電導層３ａ上に
レーザ蒸着法によって形成された第二の超電導層３ｂと
この第二の超電導層３ｂ上にＭＢＥ法によって形成され
た第三の超電導層３Ｃとの３層からなるものである。
ものであって、二の基体２上にＭＢＥ法によって形成さ
れた第一の超電導層３ａとこの第一の超電導層３ａ上に
レーザ蒸着法によって形成された第二の超電導層３ｂと
この第二の超電導層３ｂ上にＭＢＥ法によって形成され
た第三の超電導層３Ｃとの３層からなるものである。
このような高温超電導材３によれば、ＭＢＥ法により形
成された第一の超電導層３ａの上にレーザ蒸着法により
第二の超電導層３ｂを形成し、その上にＭＢＥ法により
第３の超電導層３Ｃを形成したので、第一の超電導１３
ａの良好な結晶配向性にならって第二の超電導層３ｂ
および第三の超電導層３ｃの結晶配向が揃うことから、
これら各層からなる高温超電導材３全体の結晶配向が良
好に制御され、高い臨界電流密度を示すものとなる。
成された第一の超電導層３ａの上にレーザ蒸着法により
第二の超電導層３ｂを形成し、その上にＭＢＥ法により
第３の超電導層３Ｃを形成したので、第一の超電導１３
ａの良好な結晶配向性にならって第二の超電導層３ｂ
および第三の超電導層３ｃの結晶配向が揃うことから、
これら各層からなる高温超電導材３全体の結晶配向が良
好に制御され、高い臨界電流密度を示すものとなる。
また、３層構造のうち第一の超電導層３ａと第三の超電
導層３ｃの２層をＭＢＥ法により形成して臨界電流密度
を高めるようにしたので、この高温超電導材３に超電導
電流を流せば、その電流の大半がこれら２層の内部を流
れることから、高温超電導材３全体で多くの超電導電流
を流すことが可能である。更に、表面に露出している第
三の超電導層３ｃをＭＢＥ法により形成して臨界電流密
度に余裕を持たせであるので、その表面に機器、配線材
料などを接続した場合にも接続部の劣化による臨界電流
密度の低下は問題にならない。
導層３ｃの２層をＭＢＥ法により形成して臨界電流密度
を高めるようにしたので、この高温超電導材３に超電導
電流を流せば、その電流の大半がこれら２層の内部を流
れることから、高温超電導材３全体で多くの超電導電流
を流すことが可能である。更に、表面に露出している第
三の超電導層３ｃをＭＢＥ法により形成して臨界電流密
度に余裕を持たせであるので、その表面に機器、配線材
料などを接続した場合にも接続部の劣化による臨界電流
密度の低下は問題にならない。
「実施例」
第２図に示す装置と同等の構成のレーザ蒸着装置と図示
路のＭＢＥ装置を用いて高温超電導材を製造した。
路のＭＢＥ装置を用いて高温超電導材を製造した。
まず、基板ホルダにＳ ｒＴ ｉｏ ３製の基板を装着
するとともに、回転基材として円筒状、の。
するとともに、回転基材として円筒状、の。
Ｙｌ Ｂａｖ、ａ Ｃｕａ、ａ ０（７−δ）製の基材
を用い、容器の内部を１０−３Ｔｏｒｒの真空雰囲気と
した。次に炭酸ガスレーザビームを発射して回転基材に
照射するとともに回転基材を１０回／秒で回転させた。
を用い、容器の内部を１０−３Ｔｏｒｒの真空雰囲気と
した。次に炭酸ガスレーザビームを発射して回転基材に
照射するとともに回転基材を１０回／秒で回転させた。
以上の操作により回転基材の原子をレーザによって溶融
飛散させて基板表面に厚さ０．３μｍの第一の超電導層
を形成した。
飛散させて基板表面に厚さ０．３μｍの第一の超電導層
を形成した。
続いて前記第一の超電導層を形成した基板をＭＢＥ装置
にセットし、基板の表面にＹ ｔ Ｏ−と、Ｂ ａ Ｃ
Ｏ３と、ＣｕＯの蒸発源を用い、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕ。
にセットし、基板の表面にＹ ｔ Ｏ−と、Ｂ ａ Ｃ
Ｏ３と、ＣｕＯの蒸発源を用い、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕ。
０（７−δ）の組成であって、厚さ０．１μｍの第二の
超電導層を形成した。
超電導層を形成した。
続いて前記第一および第二の超電導層を形成した基板を
、前記第一の超電導層の形成操作に用いたものと同じレ
ーザ蒸着装置にセットし、基板の表面に厚さ０，３μｍ
の第三の超電導層を生成させて厚さ０．７μｍの高温超
電導材を得た。
、前記第一の超電導層の形成操作に用いたものと同じレ
ーザ蒸着装置にセットし、基板の表面に厚さ０，３μｍ
の第三の超電導層を生成させて厚さ０．７μｍの高温超
電導材を得た。
この後、酸化雰囲気中において９００℃に２時間加熱す
る熟処理を行って最終製品の高温超電導材を得た。
る熟処理を行って最終製品の高温超電導材を得た。
この高温超電導材は、
臨界温度（Ｔｃ）＝９２．９に
臨界電流密度（Ｊｃ）＝ １ 、２ Ｘ １０６Ａ／ｃ
ｍ”（７７Ｋにおいて） を示し、優れた超電導特性が得られることが判明した。
ｍ”（７７Ｋにおいて） を示し、優れた超電導特性が得られることが判明した。
「発明の効果」
以上説明したように本発明の高温超電導材は、レーザ蒸
着法により形成された。上記Ａ −Ｂ −Ｃ−Ｄ系のレ
ーザ蒸着超電導層とＭＢＥ法により形成された上記Ａ
−Ｂ −Ｃ−Ｄ系のＭＢＥ超電導層とを交互に積層して
、上記レーザ蒸着超Ｎ導層およびＭＢＥ超電導層のうち
少なくとも一方の超電導層を２層以上積層したので、薄
膜層を複数積層したことによって単一層からなる高温超
電導材より臨界電流密度を高めることができる上、少な
くとも一つのレーザ蒸着超電導層がＭＢＥ超電導層の上
に形成されることとなり、これによりこのレーザ蒸着超
電導層がすぐ下のＭＢＥ超電導層を成長核として結晶配
向を揃えて成長する。したがって、成長速度の速いレー
ザ蒸着超電導層を結晶配向を揃えた状態で形成すること
ができ、膜厚を厚くし、かつ臨界電流密度も高めること
ができる
着法により形成された。上記Ａ −Ｂ −Ｃ−Ｄ系のレ
ーザ蒸着超電導層とＭＢＥ法により形成された上記Ａ
−Ｂ −Ｃ−Ｄ系のＭＢＥ超電導層とを交互に積層して
、上記レーザ蒸着超Ｎ導層およびＭＢＥ超電導層のうち
少なくとも一方の超電導層を２層以上積層したので、薄
膜層を複数積層したことによって単一層からなる高温超
電導材より臨界電流密度を高めることができる上、少な
くとも一つのレーザ蒸着超電導層がＭＢＥ超電導層の上
に形成されることとなり、これによりこのレーザ蒸着超
電導層がすぐ下のＭＢＥ超電導層を成長核として結晶配
向を揃えて成長する。したがって、成長速度の速いレー
ザ蒸着超電導層を結晶配向を揃えた状態で形成すること
ができ、膜厚を厚くし、かつ臨界電流密度も高めること
ができる
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は本発
明の実施に用いるレーザ蒸着装置の一例を示す構成図、
第３図は本発明の他の実施例を示す断面図である。 １．３・・・高温超電導材、Ｉａ、Ｉｃ、３ｂ・・・レ
ーザ蒸着超電導層、ｌ ｂ、 ３ ａ、 ３ ｃ・・・
ＭＢＥ超電導層、２・・・基体。
明の実施に用いるレーザ蒸着装置の一例を示す構成図、
第３図は本発明の他の実施例を示す断面図である。 １．３・・・高温超電導材、Ｉａ、Ｉｃ、３ｂ・・・レ
ーザ蒸着超電導層、ｌ ｂ、 ３ ａ、 ３ ｃ・・・
ＭＢＥ超電導層、２・・・基体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ系 （ただし、ＡはＹ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄ
ｙ等の周期律表IIIａ族元素のうち１種以上を示し、Ｂ
はＳｒ、Ｂａ、Ｃａ等の周期律表IIａ族元素のうち１種
以上を示し、ＣはＣｕ、Ａｇ、Ａｕなどの周期律表 I
ｂ族元素とＮｂのうちＣｕあるいはＣｕを含む２種以上
を示し、ＤはＯ、Ｓ、Ｓｅ等の周期律表VIｂ族元素およ
びＦ、Ｃｌ、Ｂｒ等の周期律表VIIｂ族元素のうちＯを
含む１種以上を示す。）の高温超電導材であって、 レーザ蒸着法により形成されたＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ系のレー
ザ蒸着超電導層と、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法に
より形成されたＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ系のＭＢＥ超電導層とを
交互に積層して、上記レーザ蒸着超電導層およびＭＢＥ
超電導層のうち少なくとも一方の超電導層を２層以上積
層してなることを特徴とする高温超電導材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62258779A JPH01100820A (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 高温超電導材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62258779A JPH01100820A (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 高温超電導材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01100820A true JPH01100820A (ja) | 1989-04-19 |
Family
ID=17324965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62258779A Pending JPH01100820A (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 高温超電導材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01100820A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996032201A1 (en) * | 1995-04-10 | 1996-10-17 | Lockheed Martin Energy Systems, Inc. | Structures having enhanced biaxial texture and method of fabricating same |
| US5964966A (en) * | 1997-09-19 | 1999-10-12 | Lockheed Martin Energy Research Corporation | Method of forming biaxially textured alloy substrates and devices thereon |
| US6022832A (en) * | 1997-09-23 | 2000-02-08 | American Superconductor Corporation | Low vacuum vapor process for producing superconductor articles with epitaxial layers |
| US6027564A (en) * | 1997-09-23 | 2000-02-22 | American Superconductor Corporation | Low vacuum vapor process for producing epitaxial layers |
| US8153281B2 (en) * | 2003-06-23 | 2012-04-10 | Superpower, Inc. | Metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) process and apparatus to produce multi-layer high-temperature superconducting (HTS) coated tape |
-
1987
- 1987-10-14 JP JP62258779A patent/JPH01100820A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996032201A1 (en) * | 1995-04-10 | 1996-10-17 | Lockheed Martin Energy Systems, Inc. | Structures having enhanced biaxial texture and method of fabricating same |
| US5741377A (en) * | 1995-04-10 | 1998-04-21 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Structures having enhanced biaxial texture and method of fabricating same |
| US5898020A (en) * | 1995-04-10 | 1999-04-27 | Goyal; Amit | Structures having enhanced biaxial texture and method of fabricating same |
| US5958599A (en) * | 1995-04-10 | 1999-09-28 | Lockheed Martin Energy Research Corporation | Structures having enhanced biaxial texture |
| US5964966A (en) * | 1997-09-19 | 1999-10-12 | Lockheed Martin Energy Research Corporation | Method of forming biaxially textured alloy substrates and devices thereon |
| US6106615A (en) * | 1997-09-19 | 2000-08-22 | Goyal; Amit | Method of forming biaxially textured alloy substrates and devices thereon |
| US6022832A (en) * | 1997-09-23 | 2000-02-08 | American Superconductor Corporation | Low vacuum vapor process for producing superconductor articles with epitaxial layers |
| US6027564A (en) * | 1997-09-23 | 2000-02-22 | American Superconductor Corporation | Low vacuum vapor process for producing epitaxial layers |
| US6426320B1 (en) | 1997-09-23 | 2002-07-30 | American Superconductors Corporation | Low vacuum vapor process for producing superconductor articles with epitaxial layers |
| US8153281B2 (en) * | 2003-06-23 | 2012-04-10 | Superpower, Inc. | Metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) process and apparatus to produce multi-layer high-temperature superconducting (HTS) coated tape |
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