JPH0378979A - 酸化物系超電導体の接合構造及びその製造方法 - Google Patents
酸化物系超電導体の接合構造及びその製造方法Info
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- JPH0378979A JPH0378979A JP1215078A JP21507889A JPH0378979A JP H0378979 A JPH0378979 A JP H0378979A JP 1215078 A JP1215078 A JP 1215078A JP 21507889 A JP21507889 A JP 21507889A JP H0378979 A JPH0378979 A JP H0378979A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N60/00—Superconducting devices
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- Ceramic Products (AREA)
- Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (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〕
本発明は、新規な酸化物系超電導体の接合構造及びその
製造方法に係り、特に接続部の抵抗が小さい接合構造並
びに低抵抗接合構造を得るための接合方法に関する。
製造方法に係り、特に接続部の抵抗が小さい接合構造並
びに低抵抗接合構造を得るための接合方法に関する。
超電導体の接合は、接合によって超電導特性を失うこと
なく、また接続部の抵抗ができるだけゼロに近いことが
要求される。従来、該接合方法ではインジウムを超音波
はんだ付する方法が公知であるが、接続抵抗が大きく問
題がある。この場合の接合構造は、超電導体と被接合部
材間にはんだが存在し、さらにはんだと前記超電導体の
間にインジウム酸化物が介在している。
なく、また接続部の抵抗ができるだけゼロに近いことが
要求される。従来、該接合方法ではインジウムを超音波
はんだ付する方法が公知であるが、接続抵抗が大きく問
題がある。この場合の接合構造は、超電導体と被接合部
材間にはんだが存在し、さらにはんだと前記超電導体の
間にインジウム酸化物が介在している。
一方、低抵抗接続方法に関しては、アプライドフィジッ
クス レターズ ５２（２１）第１８１９頁から第１８
２１頁（１９８８年） （Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ。
クス レターズ ５２（２１）第１８１９頁から第１８
２１頁（１９８８年） （Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ。
Ｌａｔｔ、５２（２１）ｐ、１８１９−１８２１ （
１９８８））において論じられている。これは、超電導
体接合面をアルゴンイオンによりスパッタエツチングし
た後、貴金属を蒸着、さらに熱処理を施し、そこにワイ
ヤボンディングで端子を接続する方法である。この方法
で接合することにより、接続抵抗を１（）−１０Ω・ｄ
オーダーと極めて小さくすることができると報告してい
る。しかしこの接合方法では被接合体の大きさ及びリー
ド線の接続等に制限がある。ここで接合部は、超電導体
の接合面に貴金属層が接しており、それを介して銅ワイ
ヤが接合している構造をもっている。この構造において
は、超電導体に接合される部材は極細線と限定されてし
まい、またワイヤボンディングの手法を用いることから
、ボンディング装置に適した接合体の大きさ、形状のも
のに限られてしまう。この構造は素子への端子接続等に
は適用できるが、超電導線材の接合やバルク材の接合に
は適用できず、したがって応用範囲は限られてしまう。
１９８８））において論じられている。これは、超電導
体接合面をアルゴンイオンによりスパッタエツチングし
た後、貴金属を蒸着、さらに熱処理を施し、そこにワイ
ヤボンディングで端子を接続する方法である。この方法
で接合することにより、接続抵抗を１（）−１０Ω・ｄ
オーダーと極めて小さくすることができると報告してい
る。しかしこの接合方法では被接合体の大きさ及びリー
ド線の接続等に制限がある。ここで接合部は、超電導体
の接合面に貴金属層が接しており、それを介して銅ワイ
ヤが接合している構造をもっている。この構造において
は、超電導体に接合される部材は極細線と限定されてし
まい、またワイヤボンディングの手法を用いることから
、ボンディング装置に適した接合体の大きさ、形状のも
のに限られてしまう。この構造は素子への端子接続等に
は適用できるが、超電導線材の接合やバルク材の接合に
は適用できず、したがって応用範囲は限られてしまう。
またワイヤボンディング部は電気容量に限界がある。ワ
イヤボンディングのかわりにはんだを用いて端子を接続
した場合には、蒸着膜がはんだに侵食され、接続抵抗は
１０′″３Ω・ｄオーダーと大きくなる。
イヤボンディングのかわりにはんだを用いて端子を接続
した場合には、蒸着膜がはんだに侵食され、接続抵抗は
１０′″３Ω・ｄオーダーと大きくなる。
酸化物系超電導体の種々の応用を踏まえた接合を考える
場合、接続抵抗が小さく且つ被接合体の形状・大きさ・
材質等に制限されない接続手法の開発が必要である。
場合、接続抵抗が小さく且つ被接合体の形状・大きさ・
材質等に制限されない接続手法の開発が必要である。
上記従来技術では、はんだを用いた場合には接続抵抗が
大きく、蒸着による接合では、その接合構造は応用範囲
が制限されるという問題があった。
大きく、蒸着による接合では、その接合構造は応用範囲
が制限されるという問題があった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決した。接
続抵抗が小さくかつ用途の広い酸化物系超電導体の接合
構造及びそれを得るための接合方法を提供することにあ
る。
続抵抗が小さくかつ用途の広い酸化物系超電導体の接合
構造及びそれを得るための接合方法を提供することにあ
る。
上記目的を達成するために、超電導体の接合部を、超電
導体と被接合部材が金居ろう材（はんだ材）を介して接
合している上、そのろう材（はんだ材）と超電導体の間
に遷移金属酸化物層が介在した構造にしたものである。
導体と被接合部材が金居ろう材（はんだ材）を介して接
合している上、そのろう材（はんだ材）と超電導体の間
に遷移金属酸化物層が介在した構造にしたものである。
すなわち、本発明は、酸化物系超電導体と被接合部材と
は、ろう材（はんだ材）を介して接合されており、さら
にそのろう材（はんだ材）と超電導体の間に遷移金属酸
化物層が介在することを特徴とする酸化物系超電導体の
接合構造である。
は、ろう材（はんだ材）を介して接合されており、さら
にそのろう材（はんだ材）と超電導体の間に遷移金属酸
化物層が介在することを特徴とする酸化物系超電導体の
接合構造である。
また、本発明は、前記接合構造を有する酸化物系超電導
体の接合方法である。
体の接合方法である。
さらに本発明は、前記接合構造を有する酸化物系超電導
線材である。
線材である。
次に、本発明の詳細な説明する。
本発明の接合構造に適する遷移金属酸化物（層）として
は、その比抵抗が液体窒素温度において１０−４Ω・■
以下を示す酸化物が好ましい。
は、その比抵抗が液体窒素温度において１０−４Ω・■
以下を示す酸化物が好ましい。
そして、前記の酸化物の中でも、特にＭ ｏ 。
Ｎｂ、Ｗ、Ｒｕ、Ｒｅ、○ｓ、Ｉｒの酸化物であること
が有効である。
が有効である。
また、本発明の酸化物系超電導体としては、公知の酸化
物系の超電導体すべてに適用できるが、例えば、ランタ
ン系、イツトリウム系、ビスマス系及びタリウム系など
があげられる。
物系の超電導体すべてに適用できるが、例えば、ランタ
ン系、イツトリウム系、ビスマス系及びタリウム系など
があげられる。
本発明の接合構造は、ろう材（はんだ材）と超電導体の
間に遷移金属酸化物層が介在した構造をもっている。そ
れによって、接合体の接続抵抗は小さくなる。
間に遷移金属酸化物層が介在した構造をもっている。そ
れによって、接合体の接続抵抗は小さくなる。
超電導体の金属ろう材を用いた接合においては、超電導
体と金属の界面にはほとんどの場合、超電導体の酸素と
ろう材が反応してろう材元素の酸化物が生成する。従来
のように、インジウム単体をろう材（はんだ材）として
用いた場合、その接合部は超電導体とインジウムの間に
インジウムの酸化物層が介在した構造をもつ。このイン
ジウム酸化物は比抵抗が大きいので、結果として接続抵
抗は大きくなる。そこで、超電導体とろう材（はんだ材
）との間に比抵抗が小さく金属的伝導を示す遷移金属酸
化物層が介在した接合構造にすることにより、接合体の
接続抵抗は小さくなる。
体と金属の界面にはほとんどの場合、超電導体の酸素と
ろう材が反応してろう材元素の酸化物が生成する。従来
のように、インジウム単体をろう材（はんだ材）として
用いた場合、その接合部は超電導体とインジウムの間に
インジウムの酸化物層が介在した構造をもつ。このイン
ジウム酸化物は比抵抗が大きいので、結果として接続抵
抗は大きくなる。そこで、超電導体とろう材（はんだ材
）との間に比抵抗が小さく金属的伝導を示す遷移金属酸
化物層が介在した接合構造にすることにより、接合体の
接続抵抗は小さくなる。
金や銀の貴金属蒸着による接合では、接合界面には抵抗
体となる酸化物層は形成されない。しかし、その蒸着面
にはんだ付すると、はんだが蒸着膜を侵食し、超電導体
との界面にはんだの組成元素の酸化物層を形成すること
になる。一方、遷移金属酸化物層を形成するために接合
面に金属膜を形成し、その後、はんだ付する場合は、す
でに生成している遷移金属酸化物層がバリヤ層となり、
はんだ組成元素の酸化物は生成できない。したがって接
続抵抗は、遷移金属酸化物層あるいははんだ材そのもの
の抵抗より大きくなることはない。
体となる酸化物層は形成されない。しかし、その蒸着面
にはんだ付すると、はんだが蒸着膜を侵食し、超電導体
との界面にはんだの組成元素の酸化物層を形成すること
になる。一方、遷移金属酸化物層を形成するために接合
面に金属膜を形成し、その後、はんだ付する場合は、す
でに生成している遷移金属酸化物層がバリヤ層となり、
はんだ組成元素の酸化物は生成できない。したがって接
続抵抗は、遷移金属酸化物層あるいははんだ材そのもの
の抵抗より大きくなることはない。
［実施例１コ
第１図はこの発明の接合構造の一実施例を示すもので、
この接合構造は、２本の超電導線１，１の各々の超電導
導体２，２と、これらを接続する金属ろう材（はんだ材
）３と、このろう材３と超電導導体２との間に介在する
遷移金属酸化物層４とから構成される。
この接合構造は、２本の超電導線１，１の各々の超電導
導体２，２と、これらを接続する金属ろう材（はんだ材
）３と、このろう材３と超電導導体２との間に介在する
遷移金属酸化物層４とから構成される。
上記超電導線１は、ＹＢａｚｃｕａｏ７−δ超電導材料
からなる超電導導体２をＡｇシース材５で被覆してなる
ものである。
からなる超電導導体２をＡｇシース材５で被覆してなる
ものである。
この超電導線１の端部は、Ａｇシース材５が除去されて
超電導導体２の一部が露出した状態になっている。
超電導導体２の一部が露出した状態になっている。
上記ろう材（はんだ材）３は、２本の超電導線体１，１
の各々の超電導導体２，２間に介在し、これらを接続し
ている。また、ろう材３と超電導導体２の間には上記遷
移金属酸化物層４が介在し、これらを接続している。
の各々の超電導導体２，２間に介在し、これらを接続し
ている。また、ろう材３と超電導導体２の間には上記遷
移金属酸化物層４が介在し、これらを接続している。
このような接合構造を作製するために超電導線１のＡｇ
シース材５を除去し、超電導導体２を一部露出させた後
、この超電導導体２の表面にＭ。
シース材５を除去し、超電導導体２を一部露出させた後
、この超電導導体２の表面にＭ。
を蒸着した。蒸着は、エレクトロンビーム蒸着装置を用
いて、ビーム出力０．１５Ａ 、加熱温度２００〜２２
０℃２時間１８００Ｓの条件で行った。なお、蒸着は、
１．８〜８Ｘ１０−３Ｔｏｒｒの真空中で行い、試料−
ターゲット間距離は１６０Ｉであった。これにより、厚
さ約１．５μｍのＭ。
いて、ビーム出力０．１５Ａ 、加熱温度２００〜２２
０℃２時間１８００Ｓの条件で行った。なお、蒸着は、
１．８〜８Ｘ１０−３Ｔｏｒｒの真空中で行い、試料−
ターゲット間距離は１６０Ｉであった。これにより、厚
さ約１．５μｍのＭ。
膜が得られた。このようにして得られた遷移金属酸化物
層４（Ｍｏ膜）を持つ２本の超電導線１゜１を、上記遷
移金属酸化物層４側が近接するようにつき合わせ、Ｉｎ
はんだを用いて、大気中、温度１８０−２５０℃で接合
した。これにより、接続部の抵抗が小さい超電導線材の
接合体が得られる。この接合線材の臨界電流密度は１９
６０Ａ／ｄであり、接合前の超電導線ｌの臨界電流密度
２０３０ Ａ／ｄとほぼ変わらない値を示した。
層４（Ｍｏ膜）を持つ２本の超電導線１゜１を、上記遷
移金属酸化物層４側が近接するようにつき合わせ、Ｉｎ
はんだを用いて、大気中、温度１８０−２５０℃で接合
した。これにより、接続部の抵抗が小さい超電導線材の
接合体が得られる。この接合線材の臨界電流密度は１９
６０Ａ／ｄであり、接合前の超電導線ｌの臨界電流密度
２０３０ Ａ／ｄとほぼ変わらない値を示した。
［実施例２］
長さ２０ ａｎ 、幅５ ｍｍ 、厚さ１．５側のＹＢ
ａｚＣｕａＯ７−δ超電導体上に、Ｗを厚さ０．２μｍ
蒸着した。蒸着条件は、１．６〜７．０Ｘ１０−’Ｔｏ
ｒｒの真空中、ビーム出力０．４Ａ 、加熱温度１５０
−２２８℃２時間３６００ Ｓテある。
ａｚＣｕａＯ７−δ超電導体上に、Ｗを厚さ０．２μｍ
蒸着した。蒸着条件は、１．６〜７．０Ｘ１０−’Ｔｏ
ｒｒの真空中、ビーム出力０．４Ａ 、加熱温度１５０
−２２８℃２時間３６００ Ｓテある。
なお、試料−ターゲット間距離は１６０ａｎとした。
その後、蒸着した試料を、酸素雰囲気中５００ ’ＣＸ
１ｈ熱処理を施した後、蒸着部（Ｗ膜）に銅線を配置し
、インジウムはんだを用いて２５０℃に加熱接合した。
１ｈ熱処理を施した後、蒸着部（Ｗ膜）に銅線を配置し
、インジウムはんだを用いて２５０℃に加熱接合した。
これによって本発明の接合構造を有するＹＢａｚＣｕｓ
Ｃ）ｒ−δ超電導体と金属との接合体が得られた。
Ｃ）ｒ−δ超電導体と金属との接合体が得られた。
この接合部の接続抵抗を測定したところ、７７にでの接
続抵抗率は０．７８μΩ・ｄであった。
続抵抗率は０．７８μΩ・ｄであった。
［実施例３］
長さ１５ｎｎ、幅４ｍ＋＋＋、厚さ１．５ｒＮｎの短冊
上のＢ ｉ １．７１）Ｐ ｂｏ、ｚｓＳ ｒ２ｃ ａ
ｚｃ ｕａｏｘ超電導体上に、９９．５ｗｔ％Ｉｎ−＝
０．５ｗｔ％Ｎｂ合金を配置し、超音波を与えながら４
００℃に加熱して、銅線とのろう付けを行った。接続面
積は６ＩＩｎ２ろう付は厚さは約ｌｌ１ｍ１とした。こ
れによって、Ｂ ｉ １．７５Ｐ ｂ ｏ、ｚｓＳ ｒ
２Ｃａ ２Ｃｕ ａ○７−δ 超電導体と金属との接
合体が得られた。はんだと超電導体液合部の断面をｍ察
したところ、超電導体とはんだの間に、Ｎｂの酸化物を
含む化合物層が形成されており、本発明の接合構造にな
っていることがわかった。
上のＢ ｉ １．７１）Ｐ ｂｏ、ｚｓＳ ｒ２ｃ ａ
ｚｃ ｕａｏｘ超電導体上に、９９．５ｗｔ％Ｉｎ−＝
０．５ｗｔ％Ｎｂ合金を配置し、超音波を与えながら４
００℃に加熱して、銅線とのろう付けを行った。接続面
積は６ＩＩｎ２ろう付は厚さは約ｌｌ１ｍ１とした。こ
れによって、Ｂ ｉ １．７５Ｐ ｂ ｏ、ｚｓＳ ｒ
２Ｃａ ２Ｃｕ ａ○７−δ 超電導体と金属との接
合体が得られた。はんだと超電導体液合部の断面をｍ察
したところ、超電導体とはんだの間に、Ｎｂの酸化物を
含む化合物層が形成されており、本発明の接合構造にな
っていることがわかった。
銅線と超電導体間の接続抵抗を測定したところ、７７に
での接続抵抗率は２．６μΩ・ｄであった。
での接続抵抗率は２．６μΩ・ｄであった。
比較のため、Ｉｎで同様な接合を行い、接続抵抗を測定
した結果、７７にでの接続抵抗率は３２１００μΩ・ｄ
であり、本発明の接合構造により、接続抵抗率が約１０
０００分の１に低減できた。
した結果、７７にでの接続抵抗率は３２１００μΩ・ｄ
であり、本発明の接合構造により、接続抵抗率が約１０
０００分の１に低減できた。
本発明によれば、酸化物系超電導体どうしまたは他の部
材との接合で、接続抵抗率が〜１０−８Ω・ｄオーダー
と小さいので、接続抵抗による発熱はより小さくおさえ
られるため、高磁界用マグネット等は通電可能な電流値
を大きくし安定性を高めることができ、より高磁界を発
生できる効果がある。
材との接合で、接続抵抗率が〜１０−８Ω・ｄオーダー
と小さいので、接続抵抗による発熱はより小さくおさえ
られるため、高磁界用マグネット等は通電可能な電流値
を大きくし安定性を高めることができ、より高磁界を発
生できる効果がある。
また、ＭＲＩ等の永久電流モードで使用する機器におい
ては、電流損失をより小さくできるので、長時間の安定
使用ができる効果もある。
ては、電流損失をより小さくできるので、長時間の安定
使用ができる効果もある。
また、本発明によれば、接合体の大きさ及び形状に制限
なく、接続抵抗率の小さい接合を得ることができるので
、超電導エレクトロニクス素子への応用はもとより、線
材の接合等上記のパワーエレクトロニクス分野への応用
も可能となる。
なく、接続抵抗率の小さい接合を得ることができるので
、超電導エレクトロニクス素子への応用はもとより、線
材の接合等上記のパワーエレクトロニクス分野への応用
も可能となる。
また、研究開発過程における新超電感体、線材等の特性
評価では、本来の特性値に近い信頼性の高い測定ができ
る効果がある。
評価では、本来の特性値に近い信頼性の高い測定ができ
る効果がある。
第１図は本発明の接合構造の一実施例を示す線材接続部
分の側断面図である。
分の側断面図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、酸化物系超電導体どうし、あるいは酸化物系超電導
体と常電導体の接合構造であつて、酸化物系超電導体と
被接合部材とはろう材によつて接合されており、さらに
そのろう材と酸化物系超電導体の間に遷移金属酸化物層
が介在することを特徴とする酸化物系超電導体の接合構
造。 ２、前記遷移金属酸化物が、液体窒素温度での比抵抗が
１０＾−＾４Ω・ｃｍ以下の酸化物であることを特徴と
する請求項１記載の酸化物系超電導体の接合構造。 ３、前記遷移金属酸化物が、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｒｕ、Ｒ
ｅ、Ｏｓ、Ｉｒから選ばれる金属の酸化物であることを
特徴とする請求項１記載の酸化物系超電導体の接合構造
。 ４、酸化物系超電導体の接合面に物理的もしくは化学的
手法により遷移金属膜を形成した後、ろう材を用いて被
接合部材と接合することによつて請求項１記載の接合構
造を得る、酸化物系超電導体の接合方法。 ５、酸化物系超電導体の接合において、遷移金属を５ｗ
ｔ％以下含み、融点１００〜３５０℃の金属ろう材を用
いて接合することにより、請求項１記載の接合構造を得
る酸化物系超電導体の接合方法。 ６、請求項１記載の接合構造において、酸化物系超電導
体が超電導線材であり、常電導体が他の金属線であるこ
とを特徴とする酸化物系超電導線材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1215078A JPH0378979A (ja) | 1989-08-23 | 1989-08-23 | 酸化物系超電導体の接合構造及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1215078A JPH0378979A (ja) | 1989-08-23 | 1989-08-23 | 酸化物系超電導体の接合構造及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0378979A true JPH0378979A (ja) | 1991-04-04 |
Family
ID=16666389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1215078A Pending JPH0378979A (ja) | 1989-08-23 | 1989-08-23 | 酸化物系超電導体の接合構造及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0378979A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000074151A3 (en) * | 1999-06-02 | 2001-04-26 | American Superconductor Corp | Methods for joining high temperature superconducting components |
-
1989
- 1989-08-23 JP JP1215078A patent/JPH0378979A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000074151A3 (en) * | 1999-06-02 | 2001-04-26 | American Superconductor Corp | Methods for joining high temperature superconducting components |
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