JPH042181A - 薄膜超電導体およびその製造方法 - Google Patents
薄膜超電導体およびその製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
ビスマスを含む酸化物超電導体の薄膜およびその製造方
法に関するものである。
ニオブ(NbN)やゲルマニウムニオブ(Nb3Ge)
などが知られていたが、これらの材料の超電導転移温度
はたかだか23″にであった。一方、ペロブスカイト系
化合物は、さらに高い転移温度が期待され、B a−L
a−Cu−〇系の高温超電導体が提案された[ J
、G、 Bednorz and K、A、Mulle
r。
rift Fiir Physik B)−Co
ndensedMatter、Vol、64,189−
193 (1986)]。
0 ’に以上の転移温度を示すことも発見された[ H
,Maeda、 Y 、 Tanaka、 M、 Fu
kuto@i and T 。
イド拳フィジックス(Japanese Journa
l of Ap−plied Physics)Vo
l、27. L209−210 (198g)コ。
、転移温度が室温以上に高くなる可能性があり、高温超
電導体として従来の2元系化合物より、より有望な特性
が期待される。
り、より高い臨界電流密度およびより高い臨界磁場が従
来から期待されている。
、現在の技術では主として焼結という過程でしか形成で
きないため、セラミックの粉末あるいはブロックの形状
でしか得られない。一方、この種の材料を実用化する場
合、薄膜状に加工することが強く要望されているが、従
来の技術では、良好な超電導特性を有する薄膜作製は厳
しいものであった。
転移温度の異なるいくつかの相が存在することが知られ
ているが、特に転移温度が100″に以上の相を薄膜の
形態で達成するのは、非常に困難とされていた。
す薄膜を形成するためには少なくとも700℃以上の熱
処理あるいは形成時の加熱が必要であり、そのため高い
臨界電流密度、高い臨界磁場が期待される磁性薄膜との
周期的な積層構造を得ることは極めて困難と考えられ、
またこの構造を利用した集積化デバイスを構成すること
もたいへん困難であるとされていた。
以上の高臨界温度が期待されるビスマスを含む酸化物超
電導薄膜およびその製造方法を提供することである。
およびアルカリ土類(na族)を含む層状酸化物超電導
薄膜と、EuOからなる磁性薄膜が交互に積層された構
造を持つものである。
に、少なくともBiを含む酸化物と少なくとも銅および
アルカリ土類(na族)を含む酸化物とを周期的に積層
させて形成する酸化物薄膜と。
膜超電導体の製造方法である。
一種あるいは二種以上の元素を示す。
02酸化膜層またはこれを主体とした層によりともに覆
われた結晶構造となっているところの、Bi系超電導薄
膜と、EuOからなる磁性薄膜とが、交互に積層された
構造をとることによって、超電導膜と磁性薄膜との間で
の相互拡散の少ない積層が可能となる。また、磁性薄膜
のもつ磁気モーメントまたはスピンと超電導体との相互
作用により、Bi系超電導薄膜における臨界電流密度お
よび臨界磁場の向上が実現されたものである。
少なくともBiを含む酸化物と、少なくとも銅およびア
ルカリ土類(IIa族)を含む酸化物あるいはEuOと
を、周期的に積層させて分子レベルの制御による薄膜の
作製を行うことによって、再現性良<Bi系超電導薄膜
と磁性薄膜との積層を得ることに成功したものである。
造を実現するため、Bi系超電導薄膜と種々の磁性薄膜
との界面での相互作用について検討した。
基体上に蒸着して得る。蒸着後、そのままでも薄膜は超
電導特性を示すが、そののち800〜950℃の熱処理
を施し、超電導特性を向上させる。
超電導薄膜に続いて積層したり、磁性薄膜を形成後熱処
理を行った場合、超電導薄膜と磁性薄膜との間で、元素
の相互拡散が起こり超電導特性が大きく劣化することが
判明した。相互拡散を起こさないためには、超電導薄膜
、磁性薄膜の結晶性が優れていること、超電導薄膜、磁
性薄膜間での格子の整合性が優れていること、磁性薄膜
が800〜950℃の熱処理に対して安定であることが
不可欠と考えられる。
ていることを見いだした。この理由としては明らかでは
ないが、EuOは、Bi系超電導体との格子の整合性が
きわめて優れており、また高温の熱処理においても、B
i系超電導体との界面が非常に安定であると考えられる
。
たとき、Bi系超超電導薄膜本来臨界電流密度および臨
界磁場が向上することを見いだした。
を用い具体的な実施例を示す6 (実施例1) 第1図は、本実施例で用いた高周波二元マグネトロンス
パッタ装置内部の概略図であり、11はB1−8r−C
a−Cu−○ターゲット、12はEuOターゲット、1
3はシャッター、14はアパーチャー、15は基体、1
6は基体加熱用ヒーターを示す。焼結体をプレス成形加
工して作製した2個のターゲット11、12を用い、第
1図に示すように配置させた。
に各ターゲットが約30°傾いて設置されている。ター
ゲットの前方には回転するシャッター13があり、その
中にはアパーチャー14が設けられている。シャッター
13の回転をパルスモータで制御することにより、アパ
ーチャー14をB1−5r−Ca−Cu−0ターゲツト
またはEuOターゲット上に停止させることができる。
o−4B i−S r−Ca−Cu−0−+ EuO→
B1−8r−Ca−Cu−〇のサイクルでスパッタ蒸気
を行うことができる。B1−5r−Ca−Cu−○膜、
EuO膜の積層の様子を概念的に第2図に示す。
a−Cu−○膜を示す。ターゲット11.12への入力
電力、およびそれぞれのターゲットのスパッタ時間を制
御することにより、基体15上に蒸着するEu○膜21
、B1−8r−Ca−Cu−0膜22の膜厚を変えるこ
とができる。基体15をヒーター16で約700℃に加
熱し、アルゴン・酸素(1: 1)混合雰囲気0.5P
aのガス中の各ターゲットのスパッタリングを行なった
。薄膜作製後は酸素雰囲気中において、800’Cの熱
処理を2時間施した。本実施例では、各ターゲットのス
パッタ電力を、B1−8r−Ca−Cu−0:150w
、EuO:100wとし、ターゲット11.12のスパ
ッタ時間を制御した。B1−8r−Ca−Cu−○膜2
2の元素の組成比率がBi: Sr: Ca: Cu=
2 :2:2:3になるよう、ターゲット11の元素組
成比率を調整した。また、EuO膜の組成比率がEu:
○=1:1になるようスパッタ条件を最適化した。B
i−S r−Ca−Cu−0膜22をEuO膜21と積
層せずに基体15上に形成した場合、すなわちB1−5
r−Ca−Cu−0膜22そのものの特性は、110X
で超電導転移を起こし、100 ’にで抵抗値がゼロに
なるものであった。また、EuO,膜だけを成膜し、磁
化を測定したところ磁化容易軸は膜面に平行であった。
よびBi、5r2Ca、Cu、0.膜の膜厚をそれぞれ
500人とし1層ずつ積層した。この積層膜の磁化を測
定したところ当然のことなからEuOだけの膜の値と同
じであった。この膜の抵抗の温度特性を第3図に示す。
ありEuO膜を積層していない場合とかわらなかった。
性体膜を磁化させたのちに外部磁場を取り除いた状態で
測定した臨界電流密度の温度依存性を第4図に示す。臨
界電流密度は磁界をかける前の値に対して各温度におい
て約20%大きくなっている。第5図には外部磁場を印
加した状態における電気抵抗の温度特性を示す、EuO
膜を積層していないBi−5r−Ca−Cu−○膜自身
の結果を比較すると積層膜においては、磁場による超電
導転移温度領域の広がりが小さくなることがわかった。
の臨界電流密度および上部臨界磁界の向上の理由は明ら
かではないがEuO膜の磁化またはスピンがB1−8
r−Ca−Cu−○膜の超電導機構に影響をもたらした
結果であると考えられる。また、EuO膜およびB1−
8r−Ca−Cu−0膜単独で成膜したとき、膜厚がそ
れぞれ100人および50Å以上のとき結晶性の薄膜が
得られることがわかった。第2図において、EuO膜2
1の膜厚を100人としてB1−3r−Ca−Cu−0
膜22の膜厚が100人、300人、500人、繰り返
し回数を20回としたときの特性をそれぞれ第6図にお
いて、特性61.62.63に示す。特性61において
はゼロ抵抗温度が約30 ’にとB1−5r−Ca−C
u−0膜22の特性が劣化することがわかった。この理
由として、B1−8r−Ca−Cu−0膜22とEuO
膜21との間で元素の相互拡散による膜21.22の結
晶性の破壊が考えられる。さらに特性63においては、
EuO膜21との周期的な積層なしに基体15上につけ
たときのB1−8r−Ca−Cu−0膜22本来の超電
導特性とほとんど同じであり、磁性薄膜EuO膜21と
の積層効果は確認されなかった。しかし、特性62にお
いて、臨界電流密度は磁性膜を積層していない膜と比較
して約20%向上し、77 ’にで320万A10とな
った。上記臨界磁場はB1−8r−Ca−Cu−0膜本
来のものより約20%向上した。4.2″Kにおいて、
C軸に平行方向に磁場を加えたときの値は30テスラ、
またC軸に垂直方向では450テスラであった。現在、
これらの効果の詳細な理由については未だ不明であるが
、Eu○膜21が持つ磁気モーメントまたはスピンの影
響、または、薄いEuO膜21を介して複数のB1−5
r−Ca−Cu−0膜22を積層することによりB1−
5r−Ca−Cu−0膜22において超電導機構になん
らかの変化が引き起こされたことが考えられる。
加してスパッタしたとき、基体15の温度が上記実施例
よりも約100℃低くても、上記実施例と同等な結果が
得られることを見いだした。
異なる蒸発源から真空中で別々に蒸発させ。
−0−S r−Cu−O−Bi−0の順に周期的に積層
させた場合、ざらにEu○ターゲットを用いて真空中で
蒸発させ、積層させた場合、(実施例1)に示した積層
構造作製方法より極めて制御性良く、安定した膜質の、
しかも膜表面が極めて平坦なり1−5r−Ca−Cu−
0超電導薄膜およびEuO磁性薄膜が得られることを見
いだした。
EuOを別々の蒸発源から蒸発させ、B1−8r−Ca
−Cu−0超電導薄膜とEuO磁性薄膜を周期的に積層
したとき、極めて制御性良<m(Bi−5r−Ca−C
u−0)・n(EuO)の周期構造を持つ薄膜を形成で
きることを見いだした。ここでm、nはそれぞれ少なく
とも1以上の正の整数を示す。さらに。
)薄膜は。
時に蒸着して得る超電導薄膜と、EuOを同時に蒸着し
て得る酸化物磁性薄膜とを周期的に積層して得た薄膜に
比べて、はるかに結晶性が優れ、臨界電流密度および上
部臨界磁場の特性において勝っていることも併せて見い
だした。さらに、上記の方法で作製したB i−S r
−Ca−Cu−0超電導薄膜とEuO磁性薄膜ともに薄
膜表面が極めて平坦であることを見いだした。
ことにより、基体表面に対し平行な面内だけで積層され
た蒸着元素が動くだけで、基体表面に対し垂直方向への
元素が移動がないことによるものと考えられる。
熱処理温度も、従来より低いことを見いだした。
を周期的に積層させる方法としては、いくつか考えられ
る。一般に、MBE装置あるいは多元のEB蒸着装置で
蒸発源の前を開閉シャッターで制御したリ、気相成長法
で作製する際にガスの種類を切り替えたりすることによ
り、周期的積層を達成することができる。しかしこの種
の非常に薄い層の積層には従来スパッタリング蒸着は不
向きとされていた。この理由は、成膜中のガス圧の高さ
に起因する不純物の混入およびエネルギーの高い粒子に
よるダメージと考えられている。しかし、このBi系酸
化物超電導体に対してスパッタリングによる異なる薄い
層の積層を行なったところ、意外にも良好な積層膜作製
が可能なことを発見した。
Bi系の100″に以上の臨界温度を持つ相の形成、お
よびEuO絶緻膜の形成に都合がよいためではなかろう
かと考えられる。
組成分布を設けた1個のスパッタリングターゲットの放
電位置を周期的に制御するという方法があるが1組成の
異なる複数個のターゲットのスパッタリングという方法
を用いると比較的簡単に達成することができる。この場
合、複数個のターゲットの各々のスパッタ量を周期的に
制御したり、あるいはターゲットの前にシャッターを設
けて周期的に開閉したりして、周期的積層膜を作製する
ことができる。また基板を周期的運動させて各々ターゲ
ットの上を移動させる方法でも作製が可能である。レー
ザースパッタあるいはイオンビームスパッタを用いた場
合には、複数個のターゲットを周期運動させてビームの
照射するターゲットを周期的に変えれば、周期的積層膜
が実現される。このような複数個のターゲットを用いた
スパッタリングにより比較的簡単にBi系酸化物の周期
的積層が作製可能となる。
体的な実施例を示す。
置の概略図を示す。第7図において、71はBiメタ−
ット、72は5rCu合金ターゲット。
ト、75はシャッター、76はアパーチャー、77は基
体、78は基体加熱用ヒーターを示す。計4個のターゲ
ット71.72.73.74は第7図に示すのと同様に
配置させた。すなわち、 Mg0(100)基体77に
焦点を結ぶように各ターゲットが約30°傾いて設置さ
れている。ターゲットの前方には回転するシャッター7
5があり、パルスモータで駆動することによりその中に
設けられたアパーチャー76の回転が制御され、各ター
ゲットのサイクルおよびスパッタ時間を設定することが
できる。基体77のヒーター78で約600℃に加熱し
、アルゴン・酸素(5:1)混合雰囲気3Paのガス中
でBi、5rCuおよびCaCuターゲットのスパッタ
リングを行なった。
ットの酸化を防止するため、雰囲気ガスをArだけにし
た。そののち、酸素ガスを導入し成膜したEuを酸化し
EuOとした。各ターゲットのスッパタ電流を、B i
: 30mA 、 S rCu : 80mA 。
にして実験を行った。
イクルでスパッタし、B1−5r−Ca−Cu−0膜の
元素の組成比率がBi: Sr:Ca: Cu=2 :
2 : 2 : 3となる各ターゲットのスパッタ時
間を調整し、上記サイクルを204期行った結果、11
0″に以上の臨界温度を持つ相を作製することができた
。このまま状態でもこのB1−5r−Ca−Cu−〇膜
は110X以上の超電導転移を示したが、さらに酸素中
で600℃、1時間の熱処理を行うと非常に再現性がよ
くなり、超電導転移温度は115 ’にで抵抗値がゼロ
になる温度は100 ’Kになった。超電導転移温度が
100 ’Kを超す相は金属元素がB1−8r−Cu−
Ca−Cu−Ca−Cu−Sr−Biの順序で並んだ酸
化物の層から成り立っているとも言われており1本発明
の製造方法がこの構造を作るのに非常に役だっているの
ではないかと考えられる。
周期としてn周期積層しその上にEuOを膜厚d(人)
になるよう各ターゲットをスパッタし、n(Bi−5r
−Ca−Cu−0) ・d(EuO)薄膜を基体77上
に作製した。ここでnは1以上の正の整数を示す。n=
10のとき、EuO薄膜の膜厚dを変化させて積層して
得た膜の超電導特性を調へた。このときB1−5r−C
a−Cu−0薄膜/Eu○薄膜の積層繰り返し回数は1
0回とした。第8図にd =7o、 200゜1000
人のときに得た多層膜の抵抗の温度変化をそれぞれ特性
81.82.83に示す。第8図において、d=200
人のとき、最も高い超電導転移温度およびゼロ抵抗温度
、すなわち特性82が得られた。特性82の超電導転移
温度、ゼロ抵抗温度はB i−S r−Ca−Cu−0
膜本来のそれらの値と同等である。臨界電流密度は77
”Kにおいて、360万A10となり、磁性体薄膜を
積層していない薄膜の値より45%高くなった。また、
上部臨界磁場はB1−3r−Ca−Cu−0膜本来のも
のより約30%向上する。4.2″Kにおいて、C軸に
平行方向に磁場を加えたときの値は33テスラ、またC
軸に垂直方向では490テスラであった。この効果の詳
細な理由については未だ不明であるが、本実施例に示し
た方法でB1−5r−Ca−Cu−0膜とEuO膜とを
周期的に積層することによって、B1−8r−Ca−C
u−0膜とEu○膜がエピタキシャル成長していること
により積層界面での元素の相互拡散の影響がなく、かつ
結晶性に優れた薄いEuO膜を介して同じく結晶性に優
れたB1−8r−Ca−Cu−0膜を積層することによ
りB i−S r−Ca−Cu−○膜において超電導機
構になんらかの変化が引き起こされたことが考えられる
。
添加してスパッタしたとき、基体77の温度が上記実施
例よりも約100℃低くても、上記実施例と同等な結果
が得られることを見いだした。
界電流密度、臨界磁場の向上をはかる構造を提供するも
のであり、第2の発明の薄膜超電導体の製造方法は第1
の発明をより効果的に実現し、デバイス等の応用には必
須の低温でのプロセスを確立したものであり1本発明の
工業的価値は大きい。
概略図、第2図は第1の発明の構造概念図、第3図、第
6図は第1図の装置により得た薄膜における抵抗値の温
度特性図、第4図は第1図の装置により得た薄膜におけ
る臨界電流密度の温度依存性を示す図、第5図は第1図
の装置により得た薄膜における外部磁場下における抵抗
値の温度特性図、第7図は第2の発明の実施例における
薄膜の製造装置の概略図、第8図は第7図の装置により
得た薄膜における抵抗値の温度特性図である。 II、 12.71.72.73.74・・・スパッタ
リングターゲット、 13.75・・・シャッター14
.76・・・アパーチャー、15.77・・・MgO基
体、16.78・・・ ヒーター、21−= EuO膜
、 22− B1−8r−Ca−Cu−0膜、61.
62.63.81.82.83・・・薄膜の抵抗の温度
特性。 特許出願人 松下電器産業株式会社 松下電工株式会社 第 図
Claims (4)
- (1)主体成分が少なくともビスマス(Bi)、銅(C
u)、およびアルカリ土類(IIa族)を含む層状酸化物
超電導薄膜と、EuOからなる磁性薄膜が交互に積層さ
れた構造を持つことを特徴とする薄膜超電導体。 ここでアルカリ土類は、IIa族元素のうち少なくとも一
種あるいは二種以上の元素を示す。 - (2)基体上に、少なくともBiを含む酸化物と少なく
とも銅およびアルカリ土類(IIa族)を含む酸化物とを
周期的に積層させて形成する酸化物薄膜と、EuOから
なる磁性薄膜とを、交互に積層させて得ることを特徴と
する薄膜超電導体の製造方法。 ここでアルカリ土類は、IIa族元素のうちの少なくとも
一種あるいは二種以上の元素を示す。 - (3)積層物質の蒸発を少なくとも二種以上の蒸発源で
行うことを特徴とする請求項(2)記載の薄膜超電導体
の製造方法。 - (4)積層物質の蒸発をスパッタリングで行なうことを
特徴とする請求項(2)記載の薄膜超電導体の製造方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2101616A JP2741277B2 (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | 薄膜超電導体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2101616A JP2741277B2 (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | 薄膜超電導体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH042181A true JPH042181A (ja) | 1992-01-07 |
| JP2741277B2 JP2741277B2 (ja) | 1998-04-15 |
Family
ID=14305341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2101616A Expired - Lifetime JP2741277B2 (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | 薄膜超電導体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2741277B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9637051B2 (en) | 2006-01-20 | 2017-05-02 | Winplus North America, Inc. | System for monitoring an area adjacent a vehicle |
| KR20190065415A (ko) * | 2016-10-31 | 2019-06-11 | 베이징 나우라 마이크로일렉트로닉스 이큅먼트 씨오., 엘티디. | 자성 박막 적층 구조의 증착 방법, 자성 박막 적층 구조 및 마이크로 인덕터 소자 |
-
1990
- 1990-04-19 JP JP2101616A patent/JP2741277B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US11699541B2 (en) | 2016-10-31 | 2023-07-11 | Beijing Naura Microelectronics Equipment Co., Ltd. | Magnetic thin film laminated structure deposition method |
| US12424363B2 (en) | 2016-10-31 | 2025-09-23 | Beijing Naura Microelectronics Equipment Co., Ltd. | Magnetic thin film laminated structure and micro-inductive device thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2741277B2 (ja) | 1998-04-15 |
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