VLS成長を用いた高温超伝導線材に関する基礎研究

利用VLS生长的高温超导线材基础研究

• 批准号: 13750270
• 负责人: 吉田 隆
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750270/
• 关键词: 高温超伝導体; 薄膜成長; 成長形態; 超伝導線材; Vapor-Liquid-Solid成長

【はじめに】我々は、REBa_2Cu_3O_<6+y>(RE:RE元素)酸化物系超伝導膜の中で、特にRE元素にSm元素を用いたSmBa_2Cu_3O_<6+y>薄膜(SmBCO)が超伝導線材用超伝導材料として期待できることを確認してきた。しかし、通常作製するPLD法では約10nm/min程度を越える速い成膜速度で作製した薄膜では、目的相(c軸配向相)以外の異相(a軸配向相)が生成するため高い特性をえることができなかった。本年度、超伝導線材への応用を念頭に、高い結晶性をもつSmBCO膜を得るために、PLD法によりVLS成長SmBCO薄膜を作成し、結晶性、超伝導特性の評価を行ってきた。VLS成長膜は、通常のPLD法により作成したSmBCO膜と比較して、高い結晶性を持ち、幅広い条件下でc軸配向を得ることができ、T_cに関しても90K以上の高い特性が得られている。本報告では、臨界電流密度J_cの膜厚に対する依存性、及び成膜速度の高速化などについて述べる。【実験方法及び結果】MgO基板上にPLD法(ArFエキシマレーザ:λ=193nm)でc軸配向SmBCO (seed layer:10nm)、Ba_3CU_7O_y (15nm)、SmBCO (300nm)の順に作成し、さらに350℃-3h(酸素気流中)でアニールをし、SmBCO薄膜を得た。Ba-Cu-O液相中の組成比は、高温低酸素条件下で安定に液相として存在するBa:Cu=3:7とした。レーザ周波数により蒸着レートを変化させたときの膜厚約500nmでのJ_c測定及び結晶性を検討した結果、周波数をあげることにより、結晶性の向上とともに、J_cの値の向上が確認された。これは、周波数増加に伴い、Sm原子の供給がパルス的から擬似連続的に近づき、Ba-Cu-O中のSm濃度の変化が小さくなったため、結晶性が向上したのではないかと考えられる。これにより得られた77KにおけるJ_cの最大値は約1×10^6A/cm^2と高い特性であった。さらにターゲット-基板間距離を短くすることによりSmBCOの供給量を増加させることで、約320nm/minまで成膜速度の高速化を実現した。レーザ装置の原料供給量の限界であるため、上記の成膜速度までしか確認することができなかった。そのため、さらなる装置の改良などにより供給量を増加することにより、VLSプロセスを用いた超伝導膜の成膜速度としてはより速し成長が期待できる。今後、高速成膜で得られたSmBCO膜のJ_cの膜厚依存性及び磁場中でのJ_c特性に関しても検討する。

[は じ め に 】 I 々 は, REBa_2Cu_3O_ < 6 + y > (RE: RE elements) acidification system super 伝 guide film の で, に RE element に Sm を element with い た SmBa_2Cu_3O_ < 6 + y > film (SmBCO) が 伝 conductor material with super 伝 guide material と し て expect で き る こ と を confirm し て き た. し か し, usually for す る PLD method で は about 10 nm/min を more え る speed い し the film speed で cropping た film で は and purpose (c shaft alignment) の interphase (a shaft alignment) が generated す る た め high い features を え る こ と が で き な か っ た. This year, super 伝 conductor material へ の 応 を thought に, high い crystalline を も つ SmBCO membrane を have る た め に, PLD に よ り VLS growth SmBCO film を し consummate, crystalline, super 伝 guide features の review 価 を line っ て き た. VLS growth membrane は, usually の PLD method に よ り made し た SmBCO membrane と compare し て, high い crystalline を hold ち, picture hiroo で c axis with the を い conditions have る こ と が で き, T_c に masato し て も above 90 k の high い characteristics が ら れ て い る. In this report, で で, the dependence of critical current density J_c <s:1> film thickness に on する, and the high-speed び film formation speed <e:1> are described in な に に て て て て て て て べる. 【 Experimental Method and び results 】 にPLD method on MgO substrate (ArFエキシ レ ザ ザ:λ=193nm)で c-axis alignment SmBCO (seed layer:10nm), Ba_3CU_7O_y (15nm), SmBCO (300 nm) の shun に し, consummate さ ら に 350 ℃ - 3 h (acid 気 stream) で ア ニ ー ル を し, SmBCO film を た. Ba - Cu - O の composition in the liquid phase than は, under the condition of high temperature and low acid element で stable に liquid と し て exist す る Ba: Cu = 3:7 と し た. レ ー ザ cycle for に よ り steamed レ ー ト を variations change さ せ た と き の film thickness of about 500 nm で の J_c measurement and び crystalline を beg し 検 た results, cycle for を あ げ る こ と に よ り, crystalline の upward と と も に, J_c の numerical の upward が confirm さ れ た. こ れ は, cycle for raised に い, Sm atoms の supply が パ ル ス of か ら quasi even 続 に nearly づ き, Ba - Cu - O の の Sm concentration in the small variations change が さ く な っ た た め, crystalline が upward し た の で は な い か と exam え ら れ る. The れによ and れによ result in られた77KにおけるJ_c <s:1> maximum value れによ approximately 1×10^6A/cm^2と high れによ characteristics であった. さ ら に タ ー ゲ ッ ト short - the distance between the substrate を く す る こ と に よ り SmBCO の supply を raised plus さ せ る こ と で, about 320 nm/min ま で high speed film speed の を be presently し た. Youdaoplaceholder0 レ ザ ザ the <s:1> raw material supply quantity <e:1> limit of the device であるため, the <s:1> film formation speed is recorded above まで まで する する confirm する とがで な な な な な った った った った った った った な った った った. そ の た め, さ ら な る device の improved な ど に よ り supply を raised plus す る こ と に よ り, VLS プ ロ セ ス を with い た super 伝 guide film の into film speed と し て は よ り grow speed し が expect で き る. In the future, high-speed film-forming で ら れ た SmBCO membrane の J_c の film thickness dependence and び magnetic field で の J_c features に masato し て も beg す 検 る.

项目成果

M.Itoh, K.Sudoh, Y.Ichino, Y.Yoshida, Y.Takai: "Influence of surface morphology on the thickness dependence of high-Jc Sm1+xBa2-xCu3O6+d films"Physica C. (印刷中).

M.Itoh、K.Sudoh、Y.Ichino、Y.Yoshida、Y.Takai：“表面形态对高 Jc Sm1+xBa2-xCu3O6+d 薄膜厚度依赖性的影响”Physica C.（出版中）。

K Miyachi, K Sudoh, Y Ichino, Y Yoshida, Y Takai: "The effect of the substitution of Gd for Ba site on Gd1+xBa2-xCu3O6+d the in films"Physica C. (印刷中).

K Miyachi、K Sudoh、Y Ichino、Y Yoshida、Y Takai：“薄膜中 Gd 取代 Ba 位点对 Gd1+xBa2-xCu3O6+d 的影响”Physica C.（出版中）。

Satoru Sekizawa, Hiroaki Naruse, Kimihiko Sudoh, Yutaka Toshida, Yoshiaki Takai: "Surface morphology of Sm1+xBa2-xCu3O6+δ films deposited by metal organic chemical vapour deposition"Physica C. (印刷中).

Satoru Sekizawa、Hiroaki Naruse、Kimihiko Sudoh、Yutaka Toshida、Yoshiaki Takai：“通过金属有机化学气相沉积沉积的 Sm1+xBa2-xCu3O6+δ 薄膜的表面形态”Physica C.（出版中）。