JPH03268406A - 超伝導配線の製造方法 - Google Patents

超伝導配線の製造方法

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JPH03268406A
JPH03268406A JP2069101A JP6910190A JPH03268406A JP H03268406 A JPH03268406 A JP H03268406A JP 2069101 A JP2069101 A JP 2069101A JP 6910190 A JP6910190 A JP 6910190A JP H03268406 A JPH03268406 A JP H03268406A
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JP
Japan
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temperature
phase
superconducting
wiring
firing
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Pending
Application number
JP2069101A
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English (en)
Inventor
Atsushi Tanaka
厚志 田中
Nobuo Kamehara
亀原 伸男
Koichi Niwa
丹羽 紘一
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 pbを添加したBi系超超伝導膜配線製造方法に関し、 pbを添加したBi層状ペロブスカイト型超伝導膜の配
線を焼成するに際して、臨界温度および臨界電流を高(
することができる焼成方法を提供することを目的とし、 昇温過程で超伝導膜の一部または全部が溶融する温度(
T1)で一旦その温度を保持した後、超伝導相のうち最
も臨界温度が高い相が形成される温度(T2)で焼成す
るように構成する。
〔産業上の利用分野] 本発明は、pbを添加したBi系超伝導膜、特に超伝導
配線の製造方法に関する。
〔従来の技術] pbを添加したBi系超伝導膜を作製する方法としては
、スパッタ法、蒸着法等により基板上に膜を堆積した後
熱処理を加え、超伝導膜を合成する方法が一般的である
Bi系超伝導膜は単位胞内に含まれるCu−0平面の数
の違いに応じて臨界温度(Tc)が異なる超伝導相が存
在することが知られている。今までのところ、式13i
=sr=can−+CunOxにおいてn=1に対する
Tc=10 Kの相、n=2に対するTc=80 Kの
相、n=3に対するTc ;110 Kの相が知られて
いる。
実用的には、臨界温度が最も高い110に相を合成する
ことが望まれるが、単に110 K相の化学量論組成に
合わせても80 K  相が合成され易い。これは、C
aOが存在する場合には焼成温度領域(850−870
℃)では先ず80 K  相が安定して生成してしまい
目的とする110 K相に変化するには、100時間を
超えるような焼成時間を必要とするためと考えられる。
高野等(Jpn、J、Appl、Phys、27,19
88. L1041)はBi系超超伝導体PbOを添加
することにより110に相が比較的生成され易くなるこ
とを報告している。さらに、河合等(Jpn、 J、 
Appl、 Phys、 27.198B。
L1476)は110 K相の単相化を試みBi:Pb
:Sr:Ca:Cuの比がII4:0.34:1.91
:2.03:3.(16の時に110 K相がほぼ10
0%のバルクが得られることを見出している。通常の薄
膜の形成方法(スパッタ法、蒸着法等)では、膜を基板
上に堆積後熱処理を加え、超伝導膜を合成するが、その
過程において相当量のpbが蒸発し、またCuも若干蒸
発した。Cuの量が減少するとpbの添加量を最適化し
ても80 K相が合成され、110 K相を単一相とし
て合成することは困難であった。
本出願人は特願平1−144502 (平成1年6月6
日付出願)において、超伝導膜合成のために基板上に堆
積した酸化物の金属成分の比率がBi:Pb:Sr:C
a:Cu=s:t:l:u:vイ旦し  O<s<1.
5.  0.5<t<1.50<u<1.5.  1.
5<v<1.7で表される超伝導膜の製造方法を提案し
た。この発明は、Bi系系層状ペロブスカイト超超伝導
膜堆積する工程においてバルクにおけるpbの添加量の
最適値より多いpbを添加し、また化学量論組成より多
いCuを堆積することにより、堆積後の熱処理時にpb
が蒸発しても十分な量の110 K相を合成することに
特徴がある。
同じく特願平1−144503 (平成1年6月6日付
出願)において、超伝導膜合成のために基板上に堆積し
た酸化物の金属成分比率がBf:Pb:Sr:Ca:C
u=1:s:t:II:v但し 0.6(s<0.9.
 0<t<1.50<u<1.5.  1.0(v<3
.0で表されることを特徴とする超伝導膜の製造方法を
提案した。この発明はBi層層状ペロブスカイト超超伝
導膜堆積する工程において、化学量論組成より若干Cu
を多く堆積し、一方pbをBiに対し。
0.6以上0.9以下添加量するこ−とにより、短時間
の焼成で、十分な量の110 K相を合成することに特
徴がある。上記超伝導膜の焼成温度は約850℃−87
0℃である。
さらに、同様の内容即ち、通常の薄膜の形成方法(スパ
ッタ法、蒸着法等)では、膜を基板上に堆積後熱処理を
加え、超伝導膜を合成するが、その過程において相当量
のpbが蒸発し、十分な110に相が生成されない問題
に対して、pbを多量に添加することによりある程度の
110 K相が合成できることをAppl、Phys、
Lett、 54 pp、1362−1364.198
9に発表した。さらに膜組成の最適化を行いBi:Pb
:Sr:Ca:Cu=1.0:0.8:1.0:1.0
:1.65の時に110 K相がほぼioo%の薄膜を
得ている(Appl、Phys、 Lett。
55、(1989) P、1252) 。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、これらの同一組成の超伝導体を同一条件
で焼成しても、超伝導配線では110 K相の割合がほ
ぼ100%となるが、超伝導薄膜では110に相の割合
が少なく80に相の割合が多くなることがあった。また
、従来の焼成法に比べ臨界電流密度が高い超伝導配線を
形成できる焼成法を開発する必要があった。
したがって、本発明はpbを添加したBi層層状ペロブ
スカイト超超伝導膜配線を焼成するに際して、臨界温度
および臨界電流を高(することができる焼成方法を提供
することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明はpbを添加したBi層状ペロブスカイト型超伝
導膜配線を焼成する工程において、昇温過程で800℃
付近の温度(T1)で、一旦その温度を保持しその後8
50℃付近(T2)で焼成することを特徴としている。
本発明ではまず超伝導材料の素材である酸化物を基板上
にスパッタ法等により堆積する。その後エツチングによ
り配線状に超伝導材料のパターンを形成する。その後焼
成を行うが、昇温過程で800℃付近の温度(T1)で
一旦その温度を保持するのは、一つには110 K相の
生成に有効なCa2PbOxを生成させ、一方で80に
相の生成を抑制させるためである。また、T1で温度保
持をする他の目的は、平板状の超伝導結晶が基板面に対
して平行に配列され、超伝導相のC軸が基板表面に対し
て垂直に配向し、電流が流れ易いab面(C軸に直交面
)が基板表面と平行に配向し、配向を高めさせるためで
ある。またその温度T1は780℃以上805℃以下で
あることが望ましい。これは、この温度領域以下ではC
a1PbOxの生成が不充分であり、またこの温度領域
以上ではCazPbOxの分解が激しく、pbの蒸発が
激しいためである。また保持時間は40分以下であるこ
とが望ましい。これは長時間の保持によりpbが蒸発す
ることを避けるためである。T2温度では、TI湿温度
溶融したCa、 Pb等が110に相超伝導相の中に取
り込まれ、かつ110 K超伝導相が発達する。■2温
度は830〜860℃の範囲にあることが望ましい。
pbを添加したBi層状ペロブスカイト型超伝導体は本
出願人が提案した上記組成のものに本発明法を適用する
ことができる。しかしこの組成外であっても、pbを添
加したBi層状ペロブスカイト型超伝導体に本発明方法
を適用し、以下述べる作用を実現することができる。
〔作用1 本発明によれば、昇温過程で、分解されに(い80 K
相の生成を抑制し、一方110 K相の生成に有効なC
a z PbOxが十分生成する。さらにそれらが適度
に部分溶融するため、高い配向性を有した超伝導配線が
形成でき、また、その配線は110 K相を多(含むた
め、高い臨界温度と電流密度を有する超伝導配線が実現
できる。
〔実施例〕
膜の堆積はRFマグネトロンスパッタ法により行った。
スパッタ時にメタルマスクを用い、基板上に幅100μ
mから1mmの線を形成した。また比較のためメタルマ
スクを用いずに基板の全面に膜を堆積した試料も合わせ
て作製した。膜の組成は、Bi:Pb:Sr:Ca:C
u=1.0:0.8:1.0:1.0:1.6となるよ
うにした。
焼成プロファイルを第1図に示す。図中の保持温度T1
、保持時間(tl)、昇温速度R2、を表−■に示すよ
うに変え、焼成した。
(以下余白) 表−■ 焼成プロファイル−覧 焼成後X線回折測定を行い、超伝導材の各相の回折強度
を比較した。さらに代表的な試料について電気抵抗の温
度変化を測定した。
図中、Hは110に相の、Lは80 K  相のそれぞ
れの回折ピークを示す。
第2図に基板の全面に堆積した膜と線幅1mmの配線を
従来法で焼成した場合のX線回折測定結果を示す。比較
例の全面の膜は殆どが110に相になっているにもかか
わらず、配線では110に相とともに80 K相がかな
り生成されていることが分かる。
第3図に焼成プロファイルを変えた時の80 K相と1
10 K相の生成量及びその比を示す。保持温度T1、
昇温速度R2の違いにより各相の回折強度が大きく変わ
ることがわかる。保持温度T、を低下させ、また、昇温
速度R2が速いほど80 K相の回折強度は弱くなる。
 110 K相回折強度は805℃を40分保持し、そ
の後2℃/分で昇温したものが最も強くそれより保持温
度T、を低下させ、また、昇温速度R2が速くなると回
折強度が弱くなる。これは配向性が弱(なったことを示
している。
第4図に線幅IIamの超伝導配線の電気抵抗の温度変
化を示す。臨界温度は98にであり、液体窒素温度にお
ける臨界電流密度は3 X 10”A/cがと十分大き
い。
比較例として、810℃で40分保持し、その後845
℃まで1℃/分で昇温し、1時間焼成した膜の電気抵抗
の温度変化を第5図に示す。110 K相が十分合成で
きず110 K付近で抵抗の減少はみられるもののゼロ
抵抗となるTceは78 Kと極めて低い。液体窒素温
度では僅かな電流で超伝導状態が壊れてしまい実用的に
は使えない。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、Bi層状ペロブス
カイト型超伝導体のなかで、最も臨界温度が高い110
 K相を多く含み配向性が高い超伝導配線を形成でき、
十分臨界温度が高くまた十分大きな臨界電流密度を実現
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明法における焼成プロファイルを示すグラ
フ、 第2図(a)は全面膜のX線回折パターン、第2図(b
)は1mm線幅の配線のX線回折パターン、 第3図は第1図の焼成プロファイルの各パラメータを変
えたときの80 K  相と110に相の生成量および
比、 第4図は本発明により形成した超伝導配線の比抵抗を示
すグラフ、 第5図は従来法についての第4図と同様のグラフである
。 H−110に相、L −80Kk相

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.Pbを添加したBi層状ペロブスカイト型超伝導配
    線膜を焼成する工程において、昇温過程で超伝導膜の一
    部または全部が溶融する温度(T_1)で一旦その温度
    を保持した後、超伝導相のうち最も臨界温度が高い相が
    形成される温度(T_2)で焼成することを特徴とする
    超伝導配線の製造方法。
JP2069101A 1990-03-19 1990-03-19 超伝導配線の製造方法 Pending JPH03268406A (ja)

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