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JP2899285B2 - 超電導体 - Google Patents
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JP2899285B2 - 超電導体 - Google Patents

超電導体

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JP2899285B2
JP2899285B2 JP63032240A JP3224088A JP2899285B2 JP 2899285 B2 JP2899285 B2 JP 2899285B2 JP 63032240 A JP63032240 A JP 63032240A JP 3224088 A JP3224088 A JP 3224088A JP 2899285 B2 JP2899285 B2 JP 2899285B2
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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超電導体に関するものである。特に化合物薄
膜超電導体に関するものである。
従来の技術 高温超電導体として、A15型2元系化合物として窒化
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24゜Kであった。一方、ペロブスカイト系3元化合物
は、さらに高い転移温度が期待され、Ba−La−Cu−O系
の転移温度90K級高温超電導体が提案された[J.G.Bendo
rz and K.A.Muller,ツァイト シュリフト フェア フ
ィジーク(Zetshrift frphysik B)−Condensed Matt
er 64,189−193(1986)]。
さらに、Bi−Sr−Ca−Cu−O系の材料が100K以上の転
移温度を示すことも発見された。
この種の材料の超電導機構の詳細は明らかではない
が、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。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、Bi−Sr−Cu−O系の材料は、現在の技
術では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、薄膜化あるいは
線状化が強く要望されていが、従来の技術では、いずれ
も非常に困難とされている。
本発明者らは、この種の材料を例えばスパッタリング
法等の薄膜化手法を用いると、薄膜状の高温超電導体が
形成されることを発見し、これにもとづいて新規な超電
導体構成を発明した。
課題を解決するための手段 本発明の超電導体は、緩衝膜により少なくとも一表面
を被覆した基体の前記緩衝膜上に、主体分がBi−Sr−Ca
−Cu−O被覆を付着させた超電導体において、前記緩衝
膜を、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化スト
ロンチウムなどのCaF2型結晶材料、あるいはBaTiO3,CaT
iO3,CdTiO3,PbZrO3,PbHfO3などのペロブスカイト結晶材
料、あるいはZnS,Zno,ZnSe,CdS等のZnO型結晶材料、あ
るいはアルミナ、チタン酸ストロンチウム、ステアタイ
ト、ホルステライト、ベリリア、スピネルのいずれかよ
りなる材料により構成した事を特徴としている。
作用 本発明にかかる超電導体は、超電導体を上記化合物薄
膜として形成している所に大きな特色がある。薄膜化は
超電導体の素材を原子状態という極微粒子に分解してか
ら基体上に堆積させるから、形成された超電導体の組成
は本質的に、従来の焼結体に比べて均質であるととも
に、ビスマスを含むと低温形成が可能となり、さらに緩
衝膜にて非常に高精度の超電導体が本発明で実現され
る。
実施例 本発明を図面とともに説明する。
第1図において、Bi−Sr−Ca−Cu−Oの4元化合物被
膜12は基体11上に例えばスパッタリング法で形成する。
この場合、基体11は、超電導を示す3元化合物被膜12の
保持を目的としている。さらに、この基体11と化合物被
膜12との界面に緩衝層15が設けられているのが本発明の
大きな特徴である。したがって、本発明の超電導体は本
質的に層状構造からなっている。
第1図の基体11として、シリコン、ゲルマニウム、ガ
リウム砒素、窒化ガリウム、ガリウムリン、インジウム
リン、インジウム砒素、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、硫化
カドミウムなどの半導体を用いると超電導と半導体の機
能を集積化した、新機能性素子が形成される。本発明者
らは基体10上に直接上記4元化合物被膜12を形成する
と、これらの半導体の構成元素がしばしば4元化合物被
膜12に拡散し、4元化合物被膜の超電導特性を劣化させ
ることを発見した。したがって本発明は、これらの特性
の劣化を防止するため、緩衝膜を形成することを見い出
したものである。
さらに、結晶性ま高い4元化合物被膜12を基体11の表
面13に形成させめためには、最適の緩衝膜があることを
見い出した。
すなわち、緩衝膜15として、主成分が白金、金、銀、
ロジウム等の金属、あるいはこれらの合金からなる膜を
用いると良好な超電導特性が得られることを本発明者ら
は確認した。
さらに、本発明者らは、緩衝膜として、酸化マグネシ
ウム、スピネル、チタン酸ストロンチウム、酸化ジルコ
ニウム、あるいはBaF2、CaF2、SrF2等のCaF2型材料、あ
るいはZnS、ZnO、ZnSe、Cds等のZnO型材料、あるいはBa
Tio3,CaTiO3,CdTiO3,PdZrO3,PbHfO3等のペロブスカ
イト構造をもつ材料の結晶性薄膜を用いても良好な超電
導特性が得られることを確認した。
さらに緩衝膜を、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化
ジルコニウム、ステアタイト、ホルステライト、ベリリ
ア、スピネル等の磁器で構成した場合、あるいは石英、
高硅酸ガラス、硼硅酸ガラス、ソーダガラス、酸化アル
ミニウムガラス、ジルコニアガラス、シリコンナイトラ
イドガラス、シリコンオキシナイトライドガラス膜に形
成しても、良好な超電導特性が得られることを本発明者
らは確認した。
ここで、これら緩衝膜を形成する基体11としては、シ
リコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、窒化ガリウム、
ガリウムリン、インジウムリン、インジウム砒素、硫化
亜鉛、セレン化亜鉛あるいは硫化カドミウムの単結晶を
使用し、良好な結果を得たが、結晶性の薄膜を、これら
単結晶基体11上に形成すると結晶性の良い緩衝層15が得
られることを発明者らは確認した。
さらに、本発明者らは、第2図に示すような、少なく
ともA層、B層を順次積層した緩衝層15を形成し、この
多層緩衝層で基板表面13を被覆した、シリコン、ゲルマ
ニウム、ガリウム砒素、窒化ガリウム、ガリウムリン、
インジウムリン、インジウム砒素、硫化亜鉛、セレン化
亜鉛、硫化カドミウム等の基体11を用いると、さらに良
好な超電導材料が得られることを確認した。ここに、A
層、B層は石英、酸化シリコン、高硅酸ガラス、硼硅酸
ガラスなどのガラス層、弗化カルシウム、弗化バリウ
ム、弗化ストロンチウムなどのCaF2型結晶層、白金、
金、銀、などの金属層、酸化ジルコニウム、酸化アルミ
ニウム、酸化マグネシウムのうちの2種の組み合わせに
より得られる。
以下本発明の内容をさらに深く理解させるために、さ
らに具体的な具体実施例を示す。
(具体実施例1) ガリウム砒素単結晶面を基体11として用い、高周波プ
レナーマグネトロンスパッタにより、厚さ0.1μmの白
金薄膜からなる緩衝層15を設け、さらにBi−(Sr/Ca)2
Cu2−O被膜12を付着させ層状構造10を形成した。この
場合、Arガスの圧力は0.5Pa、スパッタリング電力150
W、スパッタリング時間10時間、被膜の膜厚6μm、基
体温度500℃であった。形成された層状構造をさらに空
気中で800℃,1時間熱処理した。
被膜の室温抵抗率は100μΩcm、超電導転移温度80Kで
あった。
(具体実施例2) ガリウム砒素単結晶面を基体11として用い、高周波プ
レナーマグネトロンスパッタにより、厚さ1μmの石英
薄膜と厚さ0.1μmの白金薄膜を順次形成し緩衝層15の
A層、B層を設け、さらにBi−(Sr/Ca)2−Cu2−O被膜1
2を付着させ層状構造10を形成した。この場合、Arガス
の圧力は0.5Pa、スパッタリング電力150W、スパッタリ
ング時間10時間、被膜の膜厚6μm、基体温度500℃で
あった。形成された層状構造をさらに空気中で800℃,1
時間熱処理した。
被膜の室温抵抗率は100μΩcm、超電導転移温度80Kで
あった。
発明の効果 この種の4元化合物超電導体Bi−(Sr/Ca)2−Cu2−O
の構成元素の組成比の変化による超電導特性の変化の詳
細は明らかではない。ただBi,Sr/Ca,O2の比率をかえて
も、Caを含むかぎり超電導転移温度が変化する程度で本
質的な発明の層状構造の特性を変えるものではない。
とりわけ、本発明にかかる超電導体は、良質な超電導
体を低温で薄膜化できる所に大きな特色がある。すなわ
ち、薄膜化には、従来の高温超電導材料では、600℃〜9
00℃の基板温度が必要であった。しかしBiを含む材料は
本質的に、従来の焼結体に比べて低温化し得る。
さらに、すでに説明したごとく、本発明の低温合成の
特長を用いてSiあるいはGaAsなどのデバイスとの集積化
が可能であるとともに、ジョセフソン素子など各種の超
電導デバイスの要素材料として実用される。特にこの種
の化合物超電導体の転移温度が室温になる可能性もあ
り、従来の実用の範囲は広く、本発明の工業的価値は高
い。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明の一実施例の超電導体の基体構
成図である。 11……基体、12……3元化合物被膜。15……緩衝層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 洋 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 八田 真一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 広地 久美子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 和佐 清孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 日刊工業新聞、昭和63年1月22日 (金)第14版 第14776号第1頁 Appl.Phys.Lett.51 (25)pp.2164−2166 IEEE Trans.on Mag netics.Vol.MAG−23,n o.2 pp.1674−1677

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】緩衝膜により少なくとも一表面を被覆した
    基体の前記緩衝膜上に、主体分がBi−Sr−Ca−Cu−O被
    覆を付着させた超電導体において、前記緩衝膜を、フッ
    化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム
    などのCaF2型結晶材料、あるいはBaTiO3,CaTiO3,CdTiO
    3,PbZrO3,PbHfO3などのペロブスカイト結晶材料、ある
    いはZnS,Zno,ZnSe,CdS等のZnO型結晶材料、あるいはア
    ルミナ、チタン酸ストロンチウム、ステアタイト、ホル
    ステライト、ベリリア、スピネルのいずれかよりなる材
    料により構成した事を特徴とする超電導体。
  2. 【請求項2】緩衝膜が、石英、酸化シリコン、高硅酸ガ
    ラス、硼硅酸ガラス等のガラス層、弗化カルシウム、弗
    化バリウム、弗化ストロンチウムなどのCaF2型結晶材
    料、白金、金、銀などの金属層、あるいは酸化アルミニ
    ウムのうちの2種の組み合わせにより構成した事を特徴
    とする請求項1記載の超電導体。
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Appl.Phys.Lett.51(25)pp.2164−2166
IEEE Trans.on Magnetics.Vol.MAG−23,no.2 pp.1674−1677
日刊工業新聞、昭和63年1月22日(金)第14版 第14776号第1頁

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