高温超伝導薄膜を用いた高速・大電流スイッチング素子の開発

利用高温超导薄膜开发高速、大电流开关器件

• 批准号: 09750321
• 负责人: 山形 幸彦
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Kumamoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750321/
• 关键词: 酸化物高温超電導薄膜; スイッチング素子; パルスレーザ堆積法; Y-Ba-Cu-O; YSZ

本研究では,パルスレーザ堆積(PLD)法を用いて薄い金属基板上に高品位のYBCO薄膜を作製し,高速で大電流容量の電力用スイッチング素子を開発する事を目的としている.KrFエキシマパルスレーザ堆積装置により,厚さ0.10mm及び0.35mmのHastelloy金属基板上にY_2O_3(with ZrO_2)緩衝層を作製し,その上に0.3mm程度のc軸配向のYBCO超伝導薄膜を作製した.0.35mm厚の金属基板の場合,ゼロ抵抗臨界温度T_C=84K,臨界電流密度J_C=1×10^4A/cm_2(at 77K),0.10mm厚の場合T_C=85K,J_C=3.3×10^3A/cm^2(at 77K)が得られた.薄膜の超伝導特性,特にJ_Cに最も関与する結晶の配向性は金属基板表面の平滑度に大きく依存し,機械的研磨及び化学研磨により著しく改善されることが解った.多段階成膜法を用いて,MgO単結晶基板上へYBCO厚膜(膜厚1μm)を作製し,基板界面付近の薄膜作製条件が超伝導厚膜の特性に最も大きく依存することを示した.さらにこれを最適化し,T_C=88K,J_C=1.2×10^6A/cm^2(at 5K)のYBCO厚膜が得られた.また,シミュレーションの結果から,Hastelloy金属基板0.10mm厚の場合のスイッチング時間応答は,0.35mmの場合(1ms)に比べ,数倍改善されることが示唆された.

In this paper, we study the application of PLD method in the preparation of high grade YBCO thin films on thin metal substrates, and the development of high current capacity YBCO thin films for high speed power applications. When the buffer layer is prepared on a metal substrate with a thickness of 0.35 mm and a c-axis orientation of 0.3 mm, the critical temperature T_C=84K, the critical current density J_C=1×10^4A/cm_2 (at 77 K) and the thickness of 0.10 mm are obtained. The superconducting properties of thin films, especially JC, depend on the surface smoothness of metal substrates. In the multi-stage film formation method, YBCO thick film (film thickness 1μm) was prepared on MgO single crystal substrate, and the film preparation conditions near the substrate interface were shown to be most dependent on the characteristics of the superconducting thick film. In this paper, the YBCO thick film with T_C= 88K, J_C =1.2×10^6A/cm^2(at 5K) is optimized. The results show that Hastelloy metal substrate thickness of 0.10mm is several times better than that of 0.35mm (1ms).

项目成果

光木文秋,山形幸彦 他: "パルスレーザデポジション法を用いた電子デバイス作製に関する研究" 熊本大学地域共同研究センター第10回技術セミナー概要集. 13-18 (1998)

Fumiaki Mitsuki、Yukihiko Yamagata 等人：“使用脉冲激光沉积方法进行电子器件制造的研究”熊本大学地区合作研究中心第 10 次技术研讨会摘要集 13-18 (1998)。

K.Ebihara, Y.Yamagata et al.: "Y-Ba-Cu-O thick film preparation using multistep KrF excimer laser deposition" Journal of Alloys and Compounds. vol.251. 228-231 (1997)

K.Ebihara、Y.Yamagata 等人：“使用多步 KrF 准分子激光沉积制备 Y-Ba-Cu-O 厚膜”《合金与化合物杂志》。