JPH0412018A - 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】 ［産業上の利用分野コ 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ＴＩ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３０Ｘであり
詳細はＰｈｙｃｉｃａ　　Ｒｅｖｉｅｗ　　Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ　　Ｖｏｌ、６０　　Ｎｏ１６　　ｐｐ１６５７、
ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｎａｌ　　Ｏｆ　　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（７７
Ｋ）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。

［発明が解法しようとする課題］ 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１０８Ａ／ｃｍ２以上、線材を主体とした重電機器
への応用で１０’Ａ／ａｍ２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ＴＩ系超伝導
材料を得んとするものである。

［課題を解決するための手段］ ＴＩ−Ｍ−Ｃｕ−０系超伝導物質（ここでＭはアルカリ
土類元素を示す）にＴｉまたはＺｒを添加したこと、そ
の添加量は好ましくはＴｉとＺｒ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、テトラメトキ
シチタン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３００　ｋ　ｇ　／　
ｃ　ｍ　２で加圧成形、８００〜８６５°Ｃアルゴン酸
素混合ガス雰囲気中で１時間焼成、組成ずれの多い表面
層を除去し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ｇ己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−”Ｔ　
ｏ　ｒ　ｒ、　　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Ｔ１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６　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（
Ｔｉ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（ここでＭはアル
カリ土類を示す）にＴｉ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Ｔｉ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Ｔｉ、／ＣｕＯ比で０．００５
〜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酸第二銅、酢酸タリウ
ム、酢酸バリウム、酢酸カルシューム、テトラメトキシ
チタンまたはオキシ酢酸ジルコニウムから混合酸化物を
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６　尚蒸発し易い物質は予
め仕込量を最終的に化学！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℃アルゴンー酸素混合ガス雰酸素中で５時間、５００
℃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 表より判るように線材（バルク材）にＴｉとＺｒ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ＴｉまたはＺｒを添加したこと
   を特徴とするＴＩ系超伝導材料。 ２）ＴｉとＺｒ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。