表面平坦的高温超导电体膜制造技术

本发明专利技术提供一种表面平坦的高温超导电体膜，当用“Ａ”表示Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ及Ｙ中的一种或２种以上，并用“Ｂ”表示Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ及Ｅｕ中的一种或２种以上，且用“Ｃ”表示Ｂａ＃－［１－ｓ］Ｓｒ＃－［ｓ］（其中０≤ｓ≤０．５０）时，高温超导电体膜由该Ａ、Ｂ、Ｃ和Ｃｕ及氧构成，而且具有可用化学式“Ａ＃－［ｘ］Ｂ＃－［（１－ｘ－ｙ）］Ｃ＃－［ｙ］Ｃｕ＃－［Ｚ］Ｏ＃－［７－ｄ］｛其中，Ｘ≤０．９９，ｙ≤１．９９，２．６０≤（Ｘ＋ｙ）≤２．９８，２．７０≤Ｚ≤３．３０，７－ｄ为足以满足化合价要求的数｝”表示的组成。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种根据喷镀法激光蒸镀法制作的高温超导电体膜，特别是涉及一种适于电子设备或线材等的制造的表面平坦的高温超导电体膜。
技术介绍
近年来，研究人员对具有“电阻为零”、“完全抗磁性”、“有约瑟夫森效应”等其它物质所不具备的特性的超导电体进行了研究，并力求在包括电力输送、发电机、核聚变等离子体的保护外壳、磁悬浮列车、磁屏蔽、高速计算机等在内的广泛领域里应用超导电体技术。还有，在1986年由ベドノルツ和缪勒发现超导电转变温度Tc高达约30K的铜氧化物超导电体(La1-xBax)2CuO4以来，相继报告了YBa2Cu3O7-d(Tc＝90K)、Bi2Sr2Ca2Cu3Oy(Tc＝110K)、Tl2Ba2Ca2Cu3Oy(Tc＝125K)、HgBa2Ca2Cu3Oy(Tc＝135K)等在高温下发生超导电转变的材料，而且目前也正对这些高温超导电材料的制法、物性、应用等进行很多的研究。还有，已确认出当铜的化合价n(Cun+)满足2.0＜n＜2.67时可以得到最有用的超导电特性，且在各个超导电体中氧的数量是足以满足该铜的化合价要求的数目。其中，YBa2Cu3O7-d超导电体不含Tl或Hg等有害元素，且为各向异性较小的超导电体，因此，它是最有望成为用于制造电子设备或线材的实用材料的高温超导电体之一。已知在该YBa2Cu3O7-d超导电体中，将作为构成成分的Y取代为稀土类元素(La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu)时也可显示出90K级的超导电体转变温度Tc(以下，将这些统称为“123超导电体”)。此时，取代元素的离子半径越小，超导电体的熔点越低。还有，在合成这些123超导电体时，根据Y或作为取代元素的稀土类元素的离子半径大小，需要注意以下几点。首先，在合成以La、Nd、Sm或Eu为构成成分的123超导电体的过程中，经低氧气分压气氛下的高温热处理(约900℃以上)促进原子的规则排列之后，必须在氧气气流中实施退火处理(约350℃)，使之充分吸收氧。与此相对，在合成以Gd、Dy、Ho、Er、Tm或Y为构成成分的123超导电体的过程中，只要在氧气气流中进行烧成并慢慢冷却即可充分吸收氧，得到良好的超导电性。即，在该成分体系中，经烧成之后降温时，在400-600℃的温度范围内可以充分吸收所需的氧，因此无须之后再在氧气气流中进行退火处理。另外，当以Yb或Lu为构成成分时，123型的结晶结构会在氧气气流中于920-870℃的范围内趋于稳定。但是，如果热处理温度高于该温度范围，则材料会被熔解掉，另一方面，如果热处理温度低于该温度范围，则异相会被稳定化。而且，若要得到单相，需要进行对气氛的控制等。此外，以Yb或Lu为构成成分的123超导电体也和含Y时相同，可以在400-600℃的温度范围内吸收所需的氧，从而可获得良好的超导电性。如上所述，Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或Y的123超导电体吸收氧的温度约为400-600℃，因此只要在烧成之后的降温过程中在氧气流中慢慢冷却，即可吸收充分的氧，所以即使没有另外进行低温(约350℃)氧气中的退火处理，也可赋予良好的超导电性。由此，从简化制造工序的角度考虑，可被称为有用的材料。然而，当考虑以Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或Y为构成成分的123超导电体的实用化时，有必要对其赋予根据用途而设的形状。但是，由于这些123超导电体是氧化物，是塑性不良的材料，因此无法通过塑性加工赋予所需的形状，从而根据其目的分别提出了“使原料粉末附着在所定形状的基板上，并通过热处理完成123超导电体化的方法”、“在所定形状的基板上采用化学方法致密地形成123超导电体的方法”、或者“采用物理方法使之生长为123超导电体的疑似单结晶膜的方法”等各种形状赋予方法。但是，如果要实现在需要高可靠性的电子设备或线材上的应用，在制备123超导电体时需要通过喷镀法或激光蒸镀法等物理方法进行高度的材料控制，随之，利用这些方法的适当的成膜技术的开发变得不可或缺。所述喷镀法或激光蒸镀法，是通过向作为原料的靶材照射等离子体或激光而赋予能量，并使接收该能量供给之后从靶材飞出来的粒子沉积在基板上的成膜方法。此时，作为靶材通常使用其膜组成与目标膜组成相同的陶瓷材料。于是，通过分别改变气氛气体、基板温度、所赋予的能量、靶与基材间的距离等条件，可以摸索出能得到所需要的膜的条件。如上所述，决定根据喷镀法或激光蒸镀法等得到的超导电体膜的膜质的因素很多，但其中膜的组成是极为重要的因素。也就是说，如果生成膜中的阳离子组成有别于目标组成，则该组成的偏差会成为晶格缺陷而存在于构成膜的结晶内，会使该结晶变形。于是，这种变形在表面表现为突起及孔等形式，这不仅会使膜表面的平坦性消失，也会引起结晶方位的混乱，从而会给膜的特性造成不良影响。进而，如果存在上述的组成的偏差，则在成膜时剩余成分会作为杂质析出到膜表面上，从这一点讲也会损害膜表面的平坦性，从而恶化特性。即，超导电体膜的平坦性的欠缺会给设备或线材等制品的性能造成不良影响。因此，若要将以Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或Y为构成成分的123超导电体适用于电子设备或线材等，需要开发出可以以良好的再现性制作出表面平坦的123超导电体膜的方法。
技术实现思路
由此，本专利技术的目的在于提供不受成膜条件的微妙变化的影响而可以以良好的再现性制作出具有平坦表面的Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或Y类的123超导电体膜的方法。为了达到上述目的，本专利技术人等从各种角度进行了研究，其结果得出了下述a)-c)的见解。a)在制备以Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或Y中的1种或2种以上；Ba；Cu和氧为主成分的“Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或Y类的123超导电体膜”时，如果除了所述元素之外其组成还包含特定范围内的La、Nd、Sm及Eu中的1种或2种以上，则可以以良好再现性稳定地制备出表面平坦的高品质的123超导电体膜，同时不会丢失“在没有进行低温(约350℃)氧气中的退火处理的情况下也可以充分吸收所需的氧而表现良好超导电特性”的Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或Y类的123超导电体膜所具有的优点，而且也不会受阳离子组成大小的偏差或成膜条件的微妙变化的影响。b)另外，构成超导电体膜的Ba的约一半以下可以取代为Sr，而不会由此造成超导电特性或膜表面状态的显著变化。c)还有，是在实用超导电膜中所要求的“纯c轴取向膜”且在液氮温度以上的电阻可以为零的膜的组成为，当用“A”表示Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的一种或2种以上，并用“B”表示La、Nd、Sm及Eu中的一种或2种以上，且用“C”表示Ba1-sSrs(其中0≤s≤0.50)时，由化学式“AxB(3-x-y)CyCuzO7-d{其中，x≤0.99，y≤1.99，2.60≤(x+y)≤2.98，2.70≤z≤3.30，7-d为足以满足化合价要求的数}”表示的区域。7-d当然随系数x、y、z而变化，同时也根据Cu的化合价而变。如前面所述，若要得到最有用的超导电特性，Cu的化合价应为2.0-2.67。本专利技术是基于所述见解而完成的，可提供下述的高温超导电体膜。(1)一种表面平坦的高温超导电体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面平坦的高温超导电体膜，当用“Ａ”表示Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ及Ｙ中的一种或２种以上，并用“Ｂ”表示Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ及Ｅｕ中的一种或２种以上，且用“Ｃ”表示Ｂａ↓［１－ｓ］Ｓｒ↓［ｓ］（其中０≤ｓ≤０．５０）时，是由该Ａ、Ｂ、Ｃ和Ｃｕ及氧构成，而且具有可用化学式“Ａ↓［ｘ］Ｂ↓［（３－ｘ－ｙ）］Ｃ↓［ｙ］Ｃｕ↓［ｚ］Ｏ↓［７－ｄ］｛其中，ｘ≤０．９９，ｙ≤１．９９，２．６０≤（ｘ＋ｙ）≤２．９８，２．７０≤ｘ≤３．３０，７－ｄ为足以满足化合价要求的数｝”表示的组成。

【技术特征摘要】
JP 2001-8-22 251133/011.一种表面平坦的高温超导电体膜，当用“A”表示Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的一种或2种以上，并用“B”表示La、Nd、Sm及Eu中的一种或2种以上，且用“C”表示Ba1-sSrs(其中0≤s≤0.50)时，是由该A、B、C和Cu及氧构成，而且具有可用化学式“AxB(3-x-y)CyCuzO7-d{其中，x≤0.99，y≤1.99，2.60≤(x+y)≤2.98，2.70...

【专利技术属性】
技术研发人员：安达成司，若菜裕纪，菅野刚，田边圭一，
申请(专利权)人：财团法人国际超电导产业技术研究中心，
类型：发明
国别省市：JP[日本]