化学気相析出(CVD)法による酸化物高超伝導体の線材化

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02555146
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 平井 敏雄 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50005865)
• 研究分担者: 増本 博 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (50209459) ; 佐々木 眞 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (70187128) ; 山根 久典 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (20191364)
• キーワード: 酸化物高温超伝導体 / 化学気相析出法 / 金属基体 / 超伝導転移温度 / 臨界電流密度 / 磁場依存性 / 結晶配向 / 低温成膜

研究概要

酸化物超伝導膜を線材やテ-プ材に利用するためには長尺化が不可欠であり、長尺基体が容易にできる金属の上への成膜が期待されている。本年度の研究では、まず金属基体として耐熱鋼の一つであるハステロイを用いてその上に酸化物超伝導膜の形成を試みた。また、従来のCVD法では、高Tcで高Jcの膜の析出温度は850℃で、PVDで通常行われている析出温度よりも100℃以上高く、利用できる基体の種類も限定されていた。そこで本研究では、異なる酸素分圧条件で析出温度を変化させてYBCO膜を作製し、超伝導特性に及ぼす酸素分圧の影響を調べた。
1.金属基板上への成膜CVD法により基板上に直接成膜を行ったところ、YBCO膜と基体との反応が認められ、超伝導特性は得られなかった。そこで、前年度の酸化物多結晶体を用いた研究で最も良好な結果が得られたY_2O_3安定化ZrO_2(YSZ)を中間層に用いて超伝導膜を金属基体上に作製することを試みた。中間層の厚さは、0.5〜1.5μmであった。X線回折により、析出した膜はc軸配向の顕著なYBa_2Cu_3Oxであることが明らかになった。膜の厚さ方向におけるオ-ジェ分析の結果、膜と基体との反応は中間層により抑制されていることが明かになった。析出温度850℃で得られた膜は、Tc(抵抗ゼロ:R=0)が87K、77.3K、OTでのJcが6.4x10^3A/cm^2であった。この膜では、15Tの磁場中でも4.7x10^2A/cm^2のJcが測定された。
2.析出温度の低温化実験の結果、結晶性のよい高Tcで高JcのYBCO膜の析出温度が成膜時の酸素分圧に大きく依存していることが明らかになった。P(O_2)=3.6Torrでは850℃付近で、0.036Torrでは700℃付近で、Tc(R=0)=90-92K、Jc(77.3K,OT)>10^6A/cm^2の膜が作製された。これらの条件はCu_2O-O_2-CuO平衡ライン付近に位置していた。これらの条件で作製されたYBCO膜は77.3K、20Tを越える高磁場中においても10^4A/cm^2を越えるJcを有した。

研究成果

• [文献書誌] H.Yamane: "Y-Ba-Cu-O Superconducting Films Prepared on SrTiO_3 (100) by CVD and their High Jc in Magnetic Field" Proceedings of the 11th International Conference on Chemical Vapor Deposition (CVD-XI),October 14-19,1990,Seattle,edited by K.E.Spear and G.W.Cullen,The Electrochemical Society,INC,Pennington. 222-228 (1991)
• [文献書誌] 山根 久典: "CVD-酸化物高温超伝導膜の最近の研究" 日本金属学会会報. 29(9). 744-748 (1990)
• [文献書誌] T.Hirai: "MOCVD Superconducting Oxide Films" J.Crystal Growth. 107[1-4]. 683-691 (1991)
• [文献書誌] H.Yamane: "Preparation of a-Axis and c-Axis Oriented Y-Ba-Cu-O Superconducting Oxide Films by CVD" Advances in Superconductivity III,edited by K.Kajimura and H.Hayakawa,Springer-Verlag,Tokyo. 973-976 (1991)
• [文献書誌] H.Yamane: "Preparation of a High-Jc Y-Ba-Cu-O film at 700℃ by Thermal Chemical Vapor Deposition" J.Appl.Phys.69. 7948-7950 (1991)
• [文献書誌] H.Yamane: "Low Temperature Deposition of Y-Ba-Cu-O Superconducting Films by Thermal CVD" Jpn.J.Appl.Phys.30. L1003-L1005 (1991)
• [文献書誌] H.Yamane: "Chemical Vapor Deposition of High-Tc Superconducting Oxide Thin Films" High-Tc Superconductor Thin Films,Proc.International Conference on Advanced Materials (ICAM91),May 27-31,1991,Strasbourg,edited by L.Correra,Elsevier Science Publishers,Amsterdam,. 301-311 (1992)
• [文献書誌] H.Yamane: "Effect of Oxygen Partial Pressure on the Chemical Vapor Deposition of Y-Ba-Cu-O Superconducting Films" High Tc Superconductor Thin Films,Proc.International Conference on Advanced Materials (ICAM91),May 27-31,1991,Strasbourg,edited by L.Correra,Elsevier Science Publishers,Amsterdam,. 319-324 (1992)
• [文献書誌] H.Yamane: "Low-Temperature Formation of Y-Ba-Cu-O Superconducting Films by Thermal CVD and their Jc in High Magnetic Fields" Physica C. 190. 79-80 (1991)
• [文献書誌] H.Kurosawa: "Preparation of Y-Ba-Cu-O Superconducting Films on Polycrystal Oxide Substrates by Chemical Vapor Deposition" Supercond.Sci.Technol.4. 192-198 (1991)
• [文献書誌] 黒沢 秀行: "CVD法によるハステロイ金属基板上へのY-Ba-Cu-O超伝導膜の合成と性質"
• [文献書誌] 黒沢 秀行: "CVD酸化物超伝導薄膜の応用高温超伝導の応用" 丸善, 271 (1990)
• [文献書誌] K.Watanebe: "CVD Route for High Jc Superconductors Studies of High Temperature Superconductors,edited by A.Narlikar,Nova Science Pub.,"