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

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.

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.