JPH0474718A - Ｂｉ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′６Ｉｉ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］ 超伝導の応用分野を広げるには超伝導材料が高臨界温度
であることは必要不可欠である。Ｈｏｕｓ　ｔｏｎ大学
のＣ，Ｗ、Ｃｈｕらの初めて臨界温度が液体窒素温度を
越えたＹ系超伝導物質の発見に続き金属材料技術研究所
の前出らにより臨界温度が１００Ｋを越えるＢｉ系超超
伝導物質発見されるにいたり超伝導市場は急激に拡大さ
れるものと考えられている。このＢｉ系超超伝導物質Ｂ
１５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０より構成されその化合物は数種
類ある。その主たる組成にＢｉ２５ｒ２Ｃａ２Ｃｕ３０
Ｘが上げられる。また高臨界温度の単相化のため構成元
素の一部をｐｂで置換する場合もある。

これらの材料は非常に注目を集めているため詳細は最近
のＰｈｙｓｉｃａｌ　　Ｒｅｖｉｅｗ　　Ｌｅｔｔｅｒ
ｓやＪａｐａｎｅｓｅ　　Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　
Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓのほとんどに述べら
れている。

Ｃ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＋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］ Ｂ１−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系またはＢ　ｉ　−Ｐ　ｂ
　−８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系超伝導物貿にＴｉまたはＺ
ｒ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０．００５〜０．０８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、酢酸ビス
マス、酢酸ストロンチウム、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２００〜３
００℃に加熱し水分を除去する。次に５００℃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８００℃ア
ルゴン−酸素混合ガス雰囲気中で１５時間仮焼、３００
ｋｇ／Ｃｍ２で加圧成形、最後に８６５°Ｃアルゴン−
酸素混合ガス雰囲気中で３０時間焼成し２インチ厚さ３
ｍｍ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
−フ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：　７２０°Ｃ１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８４５°Ｃアルゴン−酸素混合ガス雰囲気中で１５
時間、５００°Ｃ酸素雰囲気中３０時間アニールし超伝
導薄膜を得る。

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パ
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５５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Ｂ１−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ系超伝導材料に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Ｔ　ｉ　／　Ｃｕの比で０．００５〜０．０
８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鉛、酢酢酸第二銅、
酢酸ビスマス、酢酸ストロンチウム、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１０５０〜１２００℃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８７０〜８８５℃（固相と液相の混相状
態）の温度に冷却した後線引き、圧延を繰り返し行い線
材化する。

次に８４０℃アルゴン−酸素混合ガス雰囲気中で６０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Ｂ１−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ　−Ｃｕ系超
伝導材料に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。

またＴｉとＺｒを較べるとＴｉの方が添加効果は大きい
。　（イオン半径の違いか？）　ちなみに同じ特性を示
すことが多いＨｆを添加したところ僅か臨界電流密度の
向上を示したが実施例のような顕著な向上は見られなか
った。

［発明の効果］ 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
夕、 磁気シール ド材、 送電ケーブル、 通信ケープ 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）Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系またはＢｉ−Ｐｂ−
   Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超伝導物質にＴｉまたはＺｒを
   添加したことを特徴とするＢｉ系超伝導材料。 ２）ＴｉとＺｒをＡで表すときＡ／Ｃｕは０．００５〜
   ０．０８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Ｂｉ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Ｂｉ系超伝導材料。