[发明专利]复合氧化物超导线材及其制造方法

说明书

本发明是关于超导薄膜及其成膜方法，详细地说，就是关于大幅度地提高了临界电流密度的复合氧化物超导薄膜及其制造方法。

根据本发明所得到的超导薄膜在具有高临界电流的同时，还具有高的超导临界温度和在平滑性等其他特性方面也优良的特性，在作为集成电路以及各种电子器件的布线材料方面特别有用。

而且，本发明也是关于超导线材及其制造方法，详细地说，就是关于大幅度地提高了临界电流密度的复合氧化物超导线材及其制造方法的。

根据本发明所得到的超导线材在具有高临界电流的同时，还具有高超导临界温度，可用于电力输送及作为各种电子器件的布线材料。

所谓是电子相转变的超导现象，即在特定条件下导体的电阻为零并呈现出完全抗磁性的现象，在电子领域中的各种超导器件已经公知了。具有代表性，可以例举出如在超导材料彼此弱接合的条件下，利用通过外加电流而宏观地显现出量子效应的约瑟夫逊效应的器件。

对隧道接合型约瑟夫逊器件，由于超导材料的能隙很小而期望把它作为极高速低耗电的开关器件。而且，由于对于电磁波和磁场的约瑟夫逊效应显现出正确的量子现象，期望利用约瑟夫逊器件作为磁场、微波、放射线等的超高灵敏度传感器。而且，在每单位面积的电能消耗已达到冷却能力极限的超高速计算机领域中，迫切期望开发出作为超高速运算器件或作为低损失布线材料的超导器件。

因而，期望超导线材作为主要用在电力输送领域以及线圈和在各种电子元件领域中作为第二布线材料。例如：由于在超高速计算机中，随着电子线路集成度的增高，每单位面积的电能损耗已经达到冷却能力极限，因此迫切期望用无电流损耗的超导材料作为以IC组件为主的各种电子元件布线材料。

一方面，尽管经过各种努力，超导材料的超导临界温度Tc在很长一段时间内没有能超过Nb₃Ge的23K。

然而，在1986年，由贝德奴兹和缪勒所发现的高Tc复合氧化物类的超导材料，大大地打开了高温超导的可能性（Bednorz，Müller，“Phys.B64（1986）189”）。

贝德奴兹和缪勒所发现的氧化物超导体为（La，Ba）₂CuO₄，该氧化物超导体叫做K₂NiF₄型氧化物，同现在已知的钙钛矿型氧化物具有类似的结晶构造，其Tc达到比以前的超导材料飞跃性地高约30K的值。

进一步，在1987年2月新闻报道中报道了齐尤等人发现的呈现出90K等级的临界温度称为YBCO的、由Y₁Ba₂Cu₃O_7-x所表示的Ba-Y类复合氧化物，大大提高了非低温超导体实现的可能性。

对这些复合氧化物超导体的超导特性，可以说结晶中氧的欠缺会实现大的分配，若结晶中适当的氧欠缺不能形成，Tc就降低，转变温度与电阻完全为零的温度之差变大。

作为制造上述复合氧化物超导体薄膜的方法，广泛地采用把通过烧结等生成的复合氧化物作为蒸镀源用物理蒸镀法来实施。

作为物理蒸镀法，特别是溅射法是常用的，然而，由于上述超导体薄膜其临界温度Tc高但电流密度Jc小，因此实用性很低，在复合氧化物超导体实用化的时候仍存在很大问题。

而且，在此之前，利用上述复合氧化物超导体制造超导体线材一般是采用将上述复合氧化物烧结体填充到金属壳中并拉伸成线的方法。但是，上述复合氧化物在其电流流动方向方面是各向异性的，即在C轴方向上电流容易流动，所以不规则地充填着粉末而制成的上述现有的超导线材很难提高其临界电流密度Jc，即使临界温度Tc变高而作为实际的超导线材的实用化仍有限度。

在基片上用溅射法形成由氧化物陶瓷类超导材料所构成的薄膜的条件下，在含氧气的溅射气体中进行溅射时，通过在溅射操作过程中提高基片温度，提高了所得到薄膜的结晶性，在溅射之后，通过在氧气气氛中进行热处理以提高膜中的含氧量，这是必要的。例如：由特开昭56-109824号公报中所记载的。

在该专利中记载了：在含氧气氛中用高频溅射形成以BaPb_1-xBi_xO₃（其中X：为满足0.05～0.35的数）所表示的复合氧化物类超导薄膜，然后，在含氧气氛中在500-550℃下进行热处理，这是必要的。然而，对于最近发现的高温超导体薄膜的成膜条件，自然不会记载。