JPH0653630B2 - 薄膜型超電導素子 - Google Patents
薄膜型超電導素子Info
- Publication number
- JPH0653630B2 JPH0653630B2 JP62183215A JP18321587A JPH0653630B2 JP H0653630 B2 JPH0653630 B2 JP H0653630B2 JP 62183215 A JP62183215 A JP 62183215A JP 18321587 A JP18321587 A JP 18321587A JP H0653630 B2 JPH0653630 B2 JP H0653630B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- thin film
- superconductor
- temperature
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は希土類元素(Ln)，アルカリ土類金属元素(M)，
銅(Cu)，酸素(O)からなる複合酸化物超電導体を、電気
絶縁性基板上に薄膜として形成した薄膜型超電導素子に
関する。
銅(Cu)，酸素(O)からなる複合酸化物超電導体を、電気
絶縁性基板上に薄膜として形成した薄膜型超電導素子に
関する。
１９８６年にベドノルツらが、LA-Ba-Cu-O系複合酸化物
で、高い臨界温度(Tc)を有する超電導物質の存在を示し
て以来、Tcが急激に上昇し、１９８７年２月には９８Ｋ
が記録された。これにより、液体窒素を冷媒とする超電
導体の実用化の可能性が出てきた。
で、高い臨界温度(Tc)を有する超電導物質の存在を示し
て以来、Tcが急激に上昇し、１９８７年２月には９８Ｋ
が記録された。これにより、液体窒素を冷媒とする超電
導体の実用化の可能性が出てきた。
これまでに発見されている高いTcをもつ物質としては、
Ln-M-Cu-O系複合酸化物超電導体（ただし、LnはLa,Nd,P
m,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Yのうちの少なくとも一
種類；ＭはBa,Sr,Caのうちの少なくとも一種類）が知ら
れている。例えば、LnM2Cu3O7-k（０＜ｋ≦0.5）なる組
成を有する超電導体である。
Ln-M-Cu-O系複合酸化物超電導体（ただし、LnはLa,Nd,P
m,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Yのうちの少なくとも一
種類；ＭはBa,Sr,Caのうちの少なくとも一種類）が知ら
れている。例えば、LnM2Cu3O7-k（０＜ｋ≦0.5）なる組
成を有する超電導体である。
Ln-M-Cu-O系複合酸化物超電導体は、焼結体，薄膜，単
結晶，線材など様々な形態で適用されており、電子デバ
イスとしてこの材料を使用する場合には、薄膜または単
結晶として用いるのが一般的である。単結晶では、高い
Tcをもつ結晶の製造が難しく、デバイス化では薄膜が先
行するものと予測される。
結晶，線材など様々な形態で適用されており、電子デバ
イスとしてこの材料を使用する場合には、薄膜または単
結晶として用いるのが一般的である。単結晶では、高い
Tcをもつ結晶の製造が難しく、デバイス化では薄膜が先
行するものと予測される。
ところで、薄膜を作製する場合には、必ず基板が必要と
なるため、薄膜と基板との熱膨張係数が重要な因子とな
る。特に、Ln-M-Cu-O系複合酸化物を基板上に、高温下
で薄膜として形成する場合には、高基板温度下で製膜す
るか，または低基板温度下で製膜した後、高温で熱処理
する方法がとられるので、他の薄膜にまして基板と薄膜
との熱膨張係数が互いに近い値を有することが望まれ
る。本発明者らが測定したデータによると、Ln-M-Cu-O
系複合酸化物の熱膨張係数は金属の値に近く、酸化物薄
膜の基板としてよく用いられている石英ガラスの値より
一桁以上大きく、またアルミナ基板に比べても数倍大き
いことが判明した。このため、石英ガラス基板やアルミ
ナ基板上に薄膜を形成すると、製膜中，あるいは液体窒
素温度に冷却中に薄膜にクラックが発生し、超電導体の
劣化を招き易い。さらに、石英ガラス基板やアルミナ基
板はLn-M-Cu-O系複合酸化物と高温で反応し易く、この
点でも問題があった。
なるため、薄膜と基板との熱膨張係数が重要な因子とな
る。特に、Ln-M-Cu-O系複合酸化物を基板上に、高温下
で薄膜として形成する場合には、高基板温度下で製膜す
るか，または低基板温度下で製膜した後、高温で熱処理
する方法がとられるので、他の薄膜にまして基板と薄膜
との熱膨張係数が互いに近い値を有することが望まれ
る。本発明者らが測定したデータによると、Ln-M-Cu-O
系複合酸化物の熱膨張係数は金属の値に近く、酸化物薄
膜の基板としてよく用いられている石英ガラスの値より
一桁以上大きく、またアルミナ基板に比べても数倍大き
いことが判明した。このため、石英ガラス基板やアルミ
ナ基板上に薄膜を形成すると、製膜中，あるいは液体窒
素温度に冷却中に薄膜にクラックが発生し、超電導体の
劣化を招き易い。さらに、石英ガラス基板やアルミナ基
板はLn-M-Cu-O系複合酸化物と高温で反応し易く、この
点でも問題があった。
この発明の目的は、上記問題点に鑑みなされたものであ
って、熱歪による特性劣化や高温下で基板と超電導体と
の反応が生じない安定した薄膜型超電導素子を提供する
ことにある。
って、熱歪による特性劣化や高温下で基板と超電導体と
の反応が生じない安定した薄膜型超電導素子を提供する
ことにある。
この発明は、Y2MCuO5なる組成を有する酸化物の基板上
に、LnM2Cu3O7-k（ただし、LnはLa,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Dy,
Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Yのうちの少なくとも一種類；ＭはBa,S
r,Caのうちの少なくとも一種類；ｋは０＜ｋ≦0.5）な
る組成を有する超電導体を薄膜として形成することによ
り、上記の目的を達成するものである。
に、LnM2Cu3O7-k（ただし、LnはLa,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Dy,
Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Yのうちの少なくとも一種類；ＭはBa,S
r,Caのうちの少なくとも一種類；ｋは０＜ｋ≦0.5）な
る組成を有する超電導体を薄膜として形成することによ
り、上記の目的を達成するものである。
この発明によると、Ln-M-Cu-O系複合酸化物超電導体の
構成元素と同一か或いはよく性質の似た構成元素からな
る酸化物を基板材料としたので、超電導体と基板の両者
の熱膨張係数を極めて近い値に成し得る。これにより、
高温から低温にわたって基板〜薄膜間に熱的応力，熱的
歪がほとんど生じない。さらに、高温下で基板と超電導
体との反応が生ずる問題もなく、良好な超電導特性が安
定して得られるようになる。
構成元素と同一か或いはよく性質の似た構成元素からな
る酸化物を基板材料としたので、超電導体と基板の両者
の熱膨張係数を極めて近い値に成し得る。これにより、
高温から低温にわたって基板〜薄膜間に熱的応力，熱的
歪がほとんど生じない。さらに、高温下で基板と超電導
体との反応が生ずる問題もなく、良好な超電導特性が安
定して得られるようになる。
実施例について、図面を参照して以下に説明する。
（実施例１） Y2O3,Ba2CO3,CuOを出発原料とし、 Y2BaCuO5となるように秤量し、ボールミルにて混合後、
仮焼し、再びボールミルにて粉砕を行いこの粉末を造粒
後、直径２５mm，厚さ1.5mmの円板状ペレットに成形
し、大気中で焼成し、焼結体を得た。この焼結体を辺長
１５mmの正方形，厚さ１mmに切断後、鏡面研磨を施した
ものを基板としスパッタ法により超電導体薄膜を下記の
ようにして製膜した。スパッタタゲートは膜の組成が、
LaBa2Cu3O7-kとなるように、LaBa2Cu4O6.8の組成の直径
６インチの焼結体を用いた。ここでCuは、ターゲットの
組成がそのまま成膜にとりこまれないことを考慮し、Cu
4としている。スパッタガスは、O2：Ａｒ＝１：１（体
積比）の混合ガスを使用し、そのガス圧は0.5Paであ
る。スパッタ電力は３００Ｗ，基板温度は６５０℃，タ
ーゲットと基板との間の距離は２８mmである。
仮焼し、再びボールミルにて粉砕を行いこの粉末を造粒
後、直径２５mm，厚さ1.5mmの円板状ペレットに成形
し、大気中で焼成し、焼結体を得た。この焼結体を辺長
１５mmの正方形，厚さ１mmに切断後、鏡面研磨を施した
ものを基板としスパッタ法により超電導体薄膜を下記の
ようにして製膜した。スパッタタゲートは膜の組成が、
LaBa2Cu3O7-kとなるように、LaBa2Cu4O6.8の組成の直径
６インチの焼結体を用いた。ここでCuは、ターゲットの
組成がそのまま成膜にとりこまれないことを考慮し、Cu
4としている。スパッタガスは、O2：Ａｒ＝１：１（体
積比）の混合ガスを使用し、そのガス圧は0.5Paであ
る。スパッタ電力は３００Ｗ，基板温度は６５０℃，タ
ーゲットと基板との間の距離は２８mmである。
成膜後の基板の冷却過程で膜に十分酸素が取り込まれる
ように（ｋ≒0.1）、スパッタ終了後すばやく１気圧の
純酸素に切り替え、その中で６５０℃から室温まで膜を
冷却した。このようにして製作した膜上に電極形成用マ
スクを用い、蒸着法によりAuを付け、４端子法で抵抗の
温度変化を調べた。基板，超電導体薄膜，電極の構成を
第２図に示す。第２図において、１はLa2BaCuO5から成
る基板，２はLaBa2Cu3O7-kから成る超電導体薄膜，31〜
34はそれぞれAu電極，４は定電流電源，５は電圧計を示
す。
ように（ｋ≒0.1）、スパッタ終了後すばやく１気圧の
純酸素に切り替え、その中で６５０℃から室温まで膜を
冷却した。このようにして製作した膜上に電極形成用マ
スクを用い、蒸着法によりAuを付け、４端子法で抵抗の
温度変化を調べた。基板，超電導体薄膜，電極の構成を
第２図に示す。第２図において、１はLa2BaCuO5から成
る基板，２はLaBa2Cu3O7-kから成る超電導体薄膜，31〜
34はそれぞれAu電極，４は定電流電源，５は電圧計を示
す。
特性比較のために、石英ガラス基板，アルミナ基板にも
同一条件で超電導体薄膜，Au電極を形成し、上記方法に
て抵抗の温度変化を測定した。
同一条件で超電導体薄膜，Au電極を形成し、上記方法に
て抵抗の温度変化を測定した。
第１図はこれらの試料の抵抗を温度の関数としてプロッ
トしたものである。ただし、この図では、抵抗を直接プ
ロットする代わりに温度Ｔにおける抵抗Ｒ（Ｔ）と３０
０Ｋにおける抵抗Ｒ（３００Ｋ）との比で示してある。
第１図から、本発明の方法が高い臨界温度Tcをもたらす
ことがわかる。これは、石英ガラス基板，アルミナ基板
上に製膜した場合には、膜と基板の熱膨張係数が大きく
異なるため、膜に無数の小さなクラックが発生すること
による。
トしたものである。ただし、この図では、抵抗を直接プ
ロットする代わりに温度Ｔにおける抵抗Ｒ（Ｔ）と３０
０Ｋにおける抵抗Ｒ（３００Ｋ）との比で示してある。
第１図から、本発明の方法が高い臨界温度Tcをもたらす
ことがわかる。これは、石英ガラス基板，アルミナ基板
上に製膜した場合には、膜と基板の熱膨張係数が大きく
異なるため、膜に無数の小さなクラックが発生すること
による。
（実施例２） 実施例１で示したY2BaCuO5基板の代わりに、Y2SrCuO5基
板を用いて、実施例１と同様の手順にて製膜，電極形成
後、抵抗の温度変化を測定した。この結果を第３図に示
す。
板を用いて、実施例１と同様の手順にて製膜，電極形成
後、抵抗の温度変化を測定した。この結果を第３図に示
す。
（実施例３） 実施例１で示したY2BaCuO5基板の代わりに、Y2CaCuO5基
板を用いて、実施例１と同様の手順にて製膜，電極形成
後、抵抗の温度変化を測定した。この結果を第４図に示
す。
板を用いて、実施例１と同様の手順にて製膜，電極形成
後、抵抗の温度変化を測定した。この結果を第４図に示
す。
第３図と第４図および後述の第１表より、実施例１と同
様に本発明の効果が認められる。
様に本発明の効果が認められる。
（実施例４） 実施例１で示したLaBa2Cu3O7-k超電導体薄膜の代わり
に、Laをほかの希土類元素(Ln)に置き換え、基板材料の
Baをほかのアルカリ土類金属元素Sr,Caに置き換えたと
きの臨界温度Tcを第１表に示す。また、比較のためにア
ルミナ基板を用いた場合も基板Ａとして示してある。
に、Laをほかの希土類元素(Ln)に置き換え、基板材料の
Baをほかのアルカリ土類金属元素Sr,Caに置き換えたと
きの臨界温度Tcを第１表に示す。また、比較のためにア
ルミナ基板を用いた場合も基板Ａとして示してある。
なお、上記実施例では、基板材料のアルカリ土類金属元
素Ｍは、Ba,Sr,Caのそれぞれ単一元素について記載した
が、複数のアルカリ土類金属元素例えば一方を添加物と
して組成することも、本発明の技術思想の範囲内で適宜
採用し得る。
素Ｍは、Ba,Sr,Caのそれぞれ単一元素について記載した
が、複数のアルカリ土類金属元素例えば一方を添加物と
して組成することも、本発明の技術思想の範囲内で適宜
採用し得る。
本発明によると、Y2MCuO5なる組成を有する酸化物の基
板上に、LnM2Cu3O7-k（ただし、LnはLa,Nd,Pm,Sm,Eu,G
d,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Yのうちの少なくとも一種類；Ｍ
はBa,Sr,Caのうちの少なくとも一種類；ｋは０＜ｋ≦0.
5）なる組成を有する超電導体を薄膜として形成したの
で、超電導体と基板の両者の熱膨張係数を極めて近い値
に成し得る。これにより、高温から低温にわたって基板
〜薄膜間に熱的応力，熱的歪がほとんど生じない。さら
に、高温下で基板と超電導体との反応が生ずる問題もな
く、良好な超電導特性が安定して得られるようになる。
上記により、特性，再現性ともに優れかつ安定した薄膜
型超電導素子が提供できる。
板上に、LnM2Cu3O7-k（ただし、LnはLa,Nd,Pm,Sm,Eu,G
d,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Yのうちの少なくとも一種類；Ｍ
はBa,Sr,Caのうちの少なくとも一種類；ｋは０＜ｋ≦0.
5）なる組成を有する超電導体を薄膜として形成したの
で、超電導体と基板の両者の熱膨張係数を極めて近い値
に成し得る。これにより、高温から低温にわたって基板
〜薄膜間に熱的応力，熱的歪がほとんど生じない。さら
に、高温下で基板と超電導体との反応が生ずる問題もな
く、良好な超電導特性が安定して得られるようになる。
上記により、特性，再現性ともに優れかつ安定した薄膜
型超電導素子が提供できる。
第１図，第３図および第４図は、本発明のそれぞれ異な
る実施例における薄膜型超電導素子の温度〜抵抗比特性
曲線を示す図、第２図は、特性曲線を測定する際の概略
構成図である。図において、 １：基板，２：超電導体薄膜。
る実施例における薄膜型超電導素子の温度〜抵抗比特性
曲線を示す図、第２図は、特性曲線を測定する際の概略
構成図である。図において、 １：基板，２：超電導体薄膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 39/12 ＺＡＡ Ｃ 9276−4Ｍ (72)発明者 河村 幸則 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 向江 和郎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】希土類元素(Ln)，アルカリ土類金属元素
(M)，銅(Cu)，酸素(O)からなる複合酸化物超電導体を、
電気絶縁性基板上に薄膜として形成した薄膜型超電導素
子において、 Y2MCuO5なる組成を有する酸化物の基板上に、LnM2Cu3O
7-k（ただし、LnはLa,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,
Lu,Yのうちの少なくとも一種類；ＭはBa,Sr,Caのうちの
少なくとも一種類；ｋは０＜ｋ≦0.5）なる組成を有す
る超電導体を薄膜として形成したことを特徴とする薄膜
型超電導素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62183215A JPH0653630B2 (ja) | 1987-07-22 | 1987-07-22 | 薄膜型超電導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62183215A JPH0653630B2 (ja) | 1987-07-22 | 1987-07-22 | 薄膜型超電導素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6427120A JPS6427120A (en) | 1989-01-30 |
| JPH0653630B2 true JPH0653630B2 (ja) | 1994-07-20 |
Family
ID=16131795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62183215A Expired - Lifetime JPH0653630B2 (ja) | 1987-07-22 | 1987-07-22 | 薄膜型超電導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0653630B2 (ja) |
-
1987
- 1987-07-22 JP JP62183215A patent/JPH0653630B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6427120A (en) | 1989-01-30 |
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