JPH0412017A - Ｔｉ系超伝導材料 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は配線、電磁波センサー、超伝導トランジスタ、
電流制御素子、超伝導マグネット等に用いる超伝導材料
に関する。

［従来の技術］ 現在安定性、再現性共にあり世界で公認されている最も
高い臨界温度を持つ超伝導物質はＡｒｋａｎｓａｓ大学
のＡ、Ｍ、Ｈｅｒｍａｎｎらの発見したＴＩ−Ｍ−Ｃｕ
−０系（ここでＭはアルカリ土類を示す）である。主た
る化合物の組成はＴ１２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３０ｘであり
詳細はＰｈｙｃｉｃａ　　Ｒｅｖｉｅｗ　　Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ　　Ｖｏｌ、６０　　Ｎｏ１６　　ｐｐ１６５７、
ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｎａｌ　　○ｆ　　Ａｐｐｌｉ
ｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｖｏｌ、２７　　Ｎｏ５　
１９８８’　　ｐｐＬ８０４等に述べられている。この
物質は１２０に以上の臨界温度を持つため液体窒素（７
７Ｋ）を冷却剤として使用した場合Ｙ系やＢｉ系に較べ
大きなマージンがとれ幅広い応用が期待されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら前記超伝導材料の臨界電流密度は■多結晶
になり易い材料であると共に結晶粒界部に電流を阻害す
る第２相が析出し易い。

■コヒーレンス長さが短いため粒界部の影響を受は易い
。

■異方性が強い。　（結晶を配向させる必要がある） 等の理由により大変低いものであった。その値はコンス
タントに得られる値で薄膜は１０’Ａ／ｃｍ２台、線材
は１０”Ａ／Ｃｍ２台前半が一般的であった。　通常臨
界電流密度は薄膜を主体としたエレクトロニクスへの応
用で１０’Ａ／ｃｍ２以上、線材を主体とした重電機器
への応用で１０５Ａ／ｃｍ２以上必要と言われているが
この様に値はまだ２桁も差がある。これらの対策として
超伝導物質の単結晶化があるが単結晶化は大口径化が困
難であるだけでなくコストが非常に高くなるため実用化
に向けては多結晶に於て臨界電流密度を上げる必要があ
る。

また超伝導トランジスターやジョセフソン素子では数ｎ
ｍと極めて薄い絶縁層を形成しなくてはならないため表
面は平滑であることが必要であるが現状は数十ｎｍの凹
凸を持っていた。

本発明はこの様な問題を解決するものであり、その目的
とするところは製造コストの安い多結晶体に於て高い臨
界電流密度を持つと共に薄膜ではデバイス化に必要な表
面モホロジーを確保したＢｉ系超超伝導材料得んとする
ものである。

［課題を解決するための手段］ Ｔ　Ｉ−Ｍ−Ｃｕ−０系超伝導物貿（ここでＭはアルカ
リ土類元素を示す）にＶまたはＮｂを添加したこと、そ
の添加量は好ましくはＶとＮｂをＡで表すときＡ　／　
Ｃｕは０．００５〜０．０７の範囲内であること、また
超伝導材料の形態が好ましくは薄膜であることを特徴と
する。

［実施例コ 以下実施例に従い本発明の詳細な説明する。

実施例−１ 最初にスパッタ法により作製した薄膜を例に説明する。

先ずターゲットを作る。所定量の酢酸第二銅、酢酸タリ
ウム、酢酸バリウム、酢酸カルシューム、ペンタメトキ
シニオブを純水中に入れ溶解させた後１５０°Ｃに加熱
し水分を除去する。次に２７０°Ｃ空気中で有機を燃焼
させ酸化物の混合粉末を作る。ここで純水中に溶解させ
るのは市販の酸化物粉末を混合させるものより分散性が
良いためである。次にこの粉末を３００ｋｇ／ｃｍ２で
加圧成形、８００〜８６５℃アルゴン酸素混合ガス雰酸
素中で１時間焼成、組成ずれの多い表面層除去し２イン
チ厚さ３ｍｍのターゲットを得る。

次にＲＦマグネトロンスパッタでＭｇ０（１００）単結
晶基板上に上記ターゲットを用い薄膜を形成する。この
時の成膜条件は、初期真空度：　１・８〜２．３＊１０
−’Ｔｏｒｒ、使用ガス：　アルゴン（７０％）酸素（
３０％）の混合ガス、出力１００〜１５５Ｗ、スパッタ
時のガス圧＝１．５〜３．２＊１０−”Ｔｏｒｒ、基板
温度＝　１５０℃、成膜速度：　４〜８ｎｍ／ｍｉｎ、
膜厚３０００〜３５００Ａである。尚基板は表面粗さの
バラツキによる臨界電流密度への影響を押さえるため研
磨面ではなくへきかい面を用いた。

次に８８０°Ｃ酸素ガス雰囲気中で５分間アニル処理、
酸素プラズマ中で１５時間酸素導入処理を行い酸化物超
伝導薄膜を得た。ここで酸素プラズマにより酸素を導入
しているのは加熱処理ではＴＩが飛び組成がずれるため
である。

第１表 得られた超伝導薄膜をイオンビームエツチングによりバ
ターニングした後臨界電流密度を４端子法により測定し
た。測定雰囲気はＨｅガス中（Ｈｅは熱伝導が良く試料
温度を均一化出来ると共に不活性であり試料の変質を防
ぐことが出来る）、測定温度は７７にで冷却には極低温
冷凍機（ダイキン工業製）を用いた。結果を比較例（Ｎ
ｂ添加無し、添加量が適正範囲外のもの）と共に第１表
に示した。

表より判るように実際の応用にはまだ僅か足りないもの
もあるがＴニーＭ−Ｃｕ系超伝導材料（こっこでＭはア
ルカリ土類を示す）にＮｂを添加することより顕著に臨
界電流密度が向上している。

これはＮｂの添加により電流を阻害する第２相の析出を
抑制しているためと薄膜を平滑なものにしているためと
考えられる。尚添加量はＮ　ｂ　／　Ｃｕの比で０．０
０５〜０．０７の範囲内が好ましい。

添加量は少ないと効果はなく、多すぎると超伝導物質の
構造を破壊するため逆に臨界電流密度は低下する。

また臨界電流密度向上の上でも役立っている平滑性向上
は前にも述べたようにデバイス化の上でも良い結果をも
たらす。

実施例−２ 実施例−１と同様な方法により酢酢酸第二銅、酢酸タリ
ウム、酢酸バリウム、酢酸カルシューム、ペンタメトキ
シニオブまたはトリエトキシバナジルから混合酸化物を
得る。次にこれらを白金坩堝中に入れ１０５０〜１２０
０℃酸素雰囲気中で溶融する。尚蒸発し易い物質は予め
仕込量を最終的に化学量論組成に近くなるように補正す
る。次にこの溶融物を固相と液相の混相状態になるまで
冷却した後線引き、圧延を繰り返し行い線材化する。

次に表面にＡｇを溶射コーティングした後８００〜８８
０°Ｃアルゴンー酸素混合ガス雰囲酸素子５時間、５０
０°Ｃ酸素雰囲気中で１０時間熱処理し超伝導線材を得
る。

得られた超伝導線材の臨界電流密度を４端子法により測
定した。測定雰囲気はＨｅガス中、測定温度は７７Ｋ（
液体窒素温度）で冷却には極低温冷凍機（ダイキン工業
製）を用いた。結果を比較例と共に第２表と第３表に示
した。

第２表 第３表 表より判るようにＴＩ−Ｍ−Ｃｕ系超伝導材料（ここで
Ｍはアルカリ土類を示す）に■とＮｂを添加しても実施
例−１と同様に顕著に臨界電流密度が向上している。実
施例−１の薄膜より効果の少ないのは膜には平滑化効果
が加わったのに対して線材では第２相の析出抑制効果だ
けであるためと考えられる。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば結晶の粒界部に析出し
電流を阻害する第２相を抑制できるため製造コストの安
い多結晶体でも高い臨界電流密度を得ることが出来る。

また薄膜では膜の平滑化効果が加わるため臨界電流密度
はより顕著に向上すると共にデバイス化に必要な表面モ
ホロジーも良くなる。尚この材料は配線、電磁波センサ
ー、磁束メモリ、ジョセフソン素子、超伝導トランジス
タ、磁気シールド材、送電ケーブル、通信ケーブル、超
伝導モータ、超伝導マグネット等に応用できる。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ＴＩ−Ｍ−Ｃｕ−Ｏ系超伝導物質（ここでＭはアル
   カリ土類元素を示す）にＶまたはＮｂを添加したことを
   特徴とするＴＩ系超伝導材料。 ２）ＶとＮｂをＡで表すときＡ／Ｃｕは０．００５〜０
   ．０７の範囲内であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のＴＩ系超伝導材料。 ３）超伝導材料が薄膜であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のＴＩ系超伝導材料。