KR970005158B1

KR970005158B1 - 복합 산화물 초전도박막 또는 선재와 그 제작방법

Info

Publication number: KR970005158B1
Application number: KR1019880017018A
Authority: KR
Inventors: 사부로 다나까; 히데오 이또자끼; 겐지로 히가끼; 슈지 야즈; 데쯔지 죠다이
Original assignee: 스미또모 덴끼 고교 가부시끼가이샤; 나까하라 쯔네오
Priority date: 1987-12-20
Filing date: 1988-12-20
Publication date: 1997-04-12
Also published as: DE3854493T2; EP0322306A3; EP0322306A2; KR890011126A; DE3854493D1; US5028583A; EP0322306B1; CA1339020C

Abstract

내용없음.

Description

복합 산화물 초전도박막 또는 선재와 그 제작방법.

본 발명은 초전도박막과 그 박막형성방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 임계전류 밀도를 대폭으로 확장시킨 복합 산화물 초전도박막과, 그 제작방법에 관한 것이다.

본 발명으로 얻어지는 초전도박막은 높은 임계전류를 가짐과 동시에 높은 초전도 임계 온도를 가지며 평활성 등의 특성에 있어서도 우수한 특성을 가지고 있으며, 집적회로를 비롯한 각종 전자부품의 배선재료로서 특히 유용하다.

본 발명은 또한, 초전도체와 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명으로 얻어지는 초전도선재는 높은 임계전류를 가짐과 동시에 높은 초전도 임계온도를 가지며 전력 수송 및 각종 전자부품의 배선재료로서 쓸 수 있다.

전자의 상전이라고 말해지는 초전도 현상은 특정 조건하에서 도체의 전기 저항이 영의 상태로 되어, 완전한 반자성을 도시하는 현상이다.

전자 분야에선 각종의 초전도소자가 알려져 있다. 대표적인 것으로는 초전도재료를 약하게 접합했을 경우에 인가전류에 의해서 양자효과가 거시적으로 나타나는 조셉슨 효과를 이용한 소자를 들 수 있다.

터널 접합형 조셉슨 소자는 초전도재료의 에너지 갭이 작다는 것으로 매우 고속의 저전력소비의 스위칭소자로서 기대되어 있다. 또, 전자파니 자장에 대한 조셉슨 효과가 정확한 양자현상으로서 나타나므로 조셉슨 소자를 자장, 마이크로파, 방사선 등의 초감도 감지기로서 이용할 것도 기대된다. 또한, 단위면적당의 소비전력이 이미 여러분야에선 초고속 청산소자로서 또는 저손실 배선 재료로서의 초전도 소자의 개발이 요망되어 있다.

또, 초전도선재는 전력수송의 분야를 비롯하여 코일이나 각종 전자부품의 분야에서 다음의 배선재료로서 기대되어 있다. 예컨대, 초고속 계산기에선 전자회로의 집적도가 높아짐에 따라서 단위 면적당의 소비전력이 냉각능력의 한계에 이르고 있으므로 Ic 패키지를 비롯한 각종 전자부품의 배선재료로의 전류 로스가 없는 초전도 재료를 쓸 것이 요망되어 있다.

한편, 여러 가지 노력에도 불구하고 초전도 재료의 초전도 임계온도 Tc는 장기간에 걸쳐서 Nb₃Ge의 23K를 넘어설 수 없었다.

그런데, 1986년에 벧노쓰 및 뮬러들에 의해서 높은 Tc를 가지는 복합 산화물계의 초전도재료가 발견되기에 이르러 고온 초전도의 가능성이 크게 열려졌다(Bednorz Muller, Phys, B64(1986) 189).

벧노쓰 및 뮬러 등에 의해서 발견된 산화물 초전도체는 (La,Ba)aCuO₄이며, 종래부터 알려져 있던 페프로스카이트형 초전도 산화물과 결정구조가 닮았는데, 그 Tc는 종래의 초전도 재료에 비해서 비약적으로 높은 약 30K라는 값이다.

그밖에 또한, 1987년 2월에 튜들에 의해서 90K 크라스에 임계 온도를 나타내는 YBCO라 칭하는 y₁Ba₂Cu₃O_7-x로 나타내어지는 Ba-Y계의 복합 산화물이 발견된 것이 신문 보도되어, 비저온 초전도체 실현성이 갑자기 높아져 있다.

이들 복합 산화물 초전도체의 초전도 특성에는 결정중의 산소 결함이 큰 역할을 다하고 있는 것으로 말해지고 있고, 결정중에 적절한 산소 결함이 형성되어 있지 않으면 Tc가 낮고, 또, 온세트 온도와 저항이 완전히 0으로 되는 온도와의 차도 커진다.

상술과 같은 복합 산화물 초전도체 박막을 제작하는 방법으로서는 소결등으로 생성한 복합 산화물을 증착원으로서 물리증착에 의하는 것이 널리 실시되어 있다.

물리증착법으로선 특히 스패터링법이 일반적이다. 그러나, 상기 초전도체 박막을 임계온도 Tc가 높아도 임계전류 밀도 Jc가 작으므로 실용성이 낮고, 복합 산화물 초전도체의 실용화에 있어서 큰 문제로 되어 있었다.

또, 종래, 상기 복합 산화물 초전도체를 이용해서 초전도선재를 제조하는데엔 상기 복합 산화물의 소결체를 금속 외정에 충전하고 신선하는 방법이 일반적이다. 그러나, 상기 복합 산화물은 전류의 흐르는 방향에 이방성을 가진다. 즉, C축 방향으로 전류가 흐르기 쉬우므로 불규칙으로 분말을 충전해서 만들어지는 상기 종래의 초전도선재에선 임계전류 밀도 Jc를 올리는 것이 어려우며, 예컨대 임계온도 Tc가 높아져도 실제의 초전도선재로서 실용화하는 데엔 한계가 있었다.

기판성에 스패터법에 의해서 산화물 세라믹스계 초전도재료로 되는 박막을 형성하는 경우에는 산소가스를 포함하는 스패터가스중에서 스패터를 행함과 동시에 스패터링 조작중에 기판온도를 상승시킴으로서 얻어지는 박막의 결정성을 향상시키든가 스패터후에 산소가스 분위기중에서 열처리를 행함으로서 막중의 산소함유량을 높힐 필요가 있다는 것은 예컨대, 특개소 56-109824호 공보에 기재되어 있다.

이 특허에선 BaPb1-kBikO₀(여기에서 X는 0.05 내지 0.35를 채우는 수)로 나타내어지는 복합 산화물계 초전도박막을 산호함유 분위기중에서 고주파 스패터로 박막형성하고, 이어서, 산소함유 분위기중에서 다시 500 내지 550℃로 열처리할 필요가 있다는 것이 기재되어 있다. 그러나, 최근 발견된 고온 초전도체 박막의 박막성형 조건에 대해선 기재되어 있지 않다.

종래, 복합 산화물 초전도체의 박막을 제작하는 경우엔 같은 계의 복합 산화물 소결체를 주체로 한 타켓트를 사용해서 물리증착, 일반적으로 스패터링을 행하고 있었는데, 종래의 방법으로 얻어진 초전도박막을 임계전류 밀도 Jc가 낮으며, 실용으로 되지 않았다.

본 출원인은 고온 초전도체 박막의 제조방법에 관한 하기와 같은 특허출원을 하고 있다.

1988년 2월 5일 출원된 미국특허출원 제152,714호, 1988년 3월 13일 출원된 미국특허출원 제167,895호, 1988년 5월 18일 출원된 미국특허출원 제195,145로, 1988년 5월 18일 출원된 미국특허출원 제195,147호, 1988년 5월 31일 출원된 미국특허출원 제200,206호.

상기의 프패터링법 등의 물리증착법은 그 자체로 유용한 방법인다. 임계온도나 임계전류 밀도를 더욱 향상시킬 것이 요망도어 있다. 본 발명은 본 출원인에 의한 상기 특허출원의 연장상에 있으며, 이것들의 특허출원을 다시 개량한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 높은 임계온도와 임계전류 Jc를 가지는 복합 산화물 초전도재료의 박막과 그 제작방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또한 다른 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하고, 높은 임계전류 밀도 Jc를 가지는 복합 산화물계의 초전도선재와 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제1의 대상은 기판과 물리증착법으로 이 기판상에 형성된 복합 산화물을 주로 함유하는 복합산화물 초전도체 박막에 의해서 구성되는 초전도성 복합체에 있어서 상기의 복합 산화물 전도체 박막의 표면의 실질적인 부분이 평활하다는 것을 특징으로 하고 있는 초전도성 복합체이다.

본 발명의 제2의 대상은 심재와 이 심재상에 형성된 복합 산화물을 주로 함유하는 복합 산화물 초전도체 박막으로 구성되는 초전도선재에 있어서 상기 복합 산화물 초전도체 박막 표면의 실질적인 부분이 평활 하다는 것을 특징으로 하는 초전도선재에 있다.

상기의 「실질적인 부분」이란 일반적으로 대면적에 물리증착하는 경우에 피할 수 없는 표면의 부분적인 보이드. 결함 등을 제외하는 표면의 대부분, 예컨대, 표면의 80% 이상의 평활하다는 것을 의미하고 있다.

상기의 초전도박막의 표면의 평활성은 표면을 광학적으로 관찰했은 경우에 박막의 표면의 조도 Rmax(기준길이=1,000μm)가 0.2μm 이하인 것으로 평가된다. 이 값은 얻어진 박막을 현미경, 특히 SEM으로 관찰해서 확인할 수 있다.

본 발명자들의 실험결과에 의하면, 박막표면의 조도가(Rmax)가 0.2μm 를 초과하면 임계전류 밀도 Jc는 대폭으로 저하된다.

상기 복합 산화물 초전도체 박막은 하기 일반식(1) 및 (2)로 나타내어지는 복합 산화물을 주로 포함하는 복합 산화물 박막을 들 수 있다.

Ln₁Ba₂Cu₃O₇-x (1)

(여기에서, Ln은, Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Y,Br,Tb,Tm 및 Lu로 되는 군중에서 선택되는 적어도 하나의 란타 노이드계 원소를 나타내며, X는 0

x1을 채우는 수이다)

상기 일반식(1)로 나타내어지는 복합 산화물의 경우에는 특히, 상기 Ln이 Y, Br, Ho, Dy, Tm 또는 Lu인 복합 산화물이 바람직하다. 이들 복합 산화물은 페로브스카이트형 또는 의사 페로브스카이트형 산화물을 주체로 한 것이라고 생각된다.

상기 란타노이드계 원소 Ln과 Ba과 Cu의 원자비는 상기의 식과 같이 1 : 2 : 3일 것이 바람직하지만, 반드시 엄밀하게 이 비에 한정되는 것은 아니며, 이들 비에서 ±50%의 범위, 더욱 바람직하게는 ±20%의 범위에서 차이가 난 원자비의 조성의 것도 본원 발명의 범위에 넣을 수 있다. 즉, 특허청구의 범위에 있어서 상기의 식으로 나타내어지는 복합 산화물을 주로 포함 한다는 표현은 본 발명의 방법으로 제작된 초전도박막이 상기 식으로 정의되는 Ln : Ba : Cu의 원자비가 1 : 2 : 3이외의 것도 포함한다는 것을 의미한다.

또한, 상기의 정의는 상기의 Ln, Ba, Cu 및 O이외의 원소, 즉, ppm오더로 혼입되는 불가피적 불순물과, 얻어지는 소결체 또는 박막의 다른 특성을 향상시키는 목적으로 첨과되는 제3성분을 향유해도 된다는 것을 의미하고 있다.

제3성분으로서 첨가가능한 원소로선 주기율표 Ⅱa족 원소의 Sr, Ca, Mg, Be, 상기 이외의 주기율표 Ⅲa족 원소, 주기율표 Ⅰb, Ⅱb, Ⅲb, Ⅳa 및 Ⅷa족에서 선택되는 원소, 예컨대 Ti, V 등을 예시할 수 있다.

(La_1-k, α_k)₂CuO (2)

(단, 원소 α는 Ba 또는 Sr)

이것들의 복합 산화물은 퍼로브스카이트형 또는 퍼로프스카이트형 산화물을 주체로 한 것이라고 생각된다. 상기 La, Ba 또는 Sr, Cu의 원자비는 상기의 식을 채우는 범위일 것이 바람직하지만, 반드시 엄밀하게 이 비에 한정되는 것은 아니며, 이들 비에서 ±50%의 범위, 더욱 바람직하게는 ±20%의 범위에선 차이진 원자비의 조성의 것도 유효한 초전도 특성을 나타내는 경우가 있다. 즉, 특허청구의 범위에 있어서 「주로 함유한다」는 표현은 상기의 같이 상기의 식으로 정의되는 원자비 이외의 것도 포함한다는 것을 의미한다.

또한, 상기의 정의는 상기의 원소 이외의 원소, 즉 ppm오더로 혼입하는 불가피적 불순물과, 제품의 다른 특성을 향상시키는 목적으로 첨가되는 제3성분을 함유하고 있어도 된다는 것을 의미하고 있다.

제3성분으로서 첨가가능한 원소로선 주기율표 Ⅱa족 원소의 Sr, Ca, Mg, Be, 상기 이외의 주기율표 Ⅲa족 원소, 주기율표 Ⅰb, Ⅱb, Ⅲb, Ⅳa 및 Ⅷa족에서 선택되는 원소, 예컨대 Ti, V를 들 수 있다.

본 발명의 제1의 대상을 이루는 상기의 초전도성 복합체의 경우는 상기의 복합 산화물 초전도박막을 형성하는 기판으로선 퍼르브스카이트형 결정의 기판, 산화물기판 또는 그것들 퍼로브스카이트형 결정 또는 산화물이 버퍼층으로서 형성된 금속기판이나 반도체 기판을 사용하는 것이 가능하다. 바람직한 기판재료로선 MgO 단결정, SrTiO₃단결정, ZrO₂단결정, YSZ 단결정, Al₂O₃또는 그들물질로 박막형성면이 형성된 금속기판이나 반도체 기판이 바람직하다. 특히, MgO 단결정 또는 SrTiO₂단결정기판의 박막 형성면은 ｛001｝면 또는 ｛110｝면으로 할 것이 바람직하다.

본 발명의 제2의 대상을 이루는 상기의 초전도선재의 경우에는 상기의 심재로서 금속의 선재, 세라믹의 선재 또는 금속의 선재상에 세라믹의 박막층을 형성한 선재를 사용하는 것이 가능하다. 상기의 금속으로선, 특히 백금속 원소, Pt, Ag, Au 및 이것들의 백금이 바람직하지만 이것들에 한정되는 한정되는 것은 아니다. 이 금속선의 직경은 가늘수록 좋으며, 바람직하기는 1mm 이하로 한다. 또, 상기의 심재로서의 세라믹 또는 박막층으로서의 세라믹은 산화물 또는 복합 산화물계의 세라믹일 것이 바람직하다. 이 세라막은 단결정 또는 다결정일 것이 바람직하지만 경우에 따라선 유리여도 좋다. 상기 세라믹이 단결정 또는 다결정인 경우엔 상기 복합 산화물 결정의 격자 간격에 가까운 격자 간격을 가지는 산화물 결정을 포함하는 세라믹으로 할 것이 바람직하다. 이 세라믹은 MgO, SrTiO₃또는 ZrO₂를 예시할 수 있으며, 이들 세라믹은 상기 복합 산화물 초전도 재료의 박막을 C축에 성장시키기 위해서 그 표면이 ｛001｝면 또는 ｛110｝면을 가지도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제3의 대상은 상기 복합 산화물 초전도체 및 초전도선재의 제조방법에 있다.

본 발명에 의한 방법의 특징은 물리증착법에 의해서 복합 산화물을 주로 함유하는 복합 산화물 초전도체 박막을 기판상 또는 심재상에 형성되는 공정을 포함하는 초전도성 복합체 또는 초전도선재의 제조방법에 있어서, 하기로 정의되는 범위를 가지는 (1) 박막형성 속도, (2) 박막형성 가스압, (3) 산소가스비율, (4)고주파 전력 및 (5) 박막형성 가스압중에서 선택되는 적어도 하나의 파라미터를 제어하는 것에 의해서, 최종적으로 얻어지는 복합 산화물 초전도박막의 표면의 실질적인 부분이 평활하게 되는 것같은 조건으로 상기 물리증착법을 실시하는 점에 있다.

상기 (1)에서 (5)의 각 스패터링의 조건의 범위에 대해선 후에 상세히 설명한다.

본 발명이 적용가능한 상기의 복합 산화물 초전도박막은 본 발명의 제1 및 제2의 발명의 대상의 항에서 기록한 일반식(1) 및 (2)로 나타내어지는 복합 산화물을 주로 포함하는 복합 산화물 박막, 즉,

Ln₁Ba₂Cu₃O₇-x (1)

(La_1-k, α_k)₂CuO (2)

이다. 이것에 대해서는 상기의 설명을 참조하길 바란다.

우선, 본 발명의 방법의 전제가 되는 상기 물리증착법에 대해서 설명한다.

본 발명에선 물리증착법으로서 스패터링법, 특히, RF 마그네트론 스패터링이 바람직하게 쓰인다. 이 스패터링법 자체는 주지의 것이다. 이 스패터링법에서 쓰이는 증착원의 각 금속 원소의 원자비는 이들 금속원소의 증착효율 및 기판상에서 흡착 확률에 따라서 조절된다. 이들의 증착원은, 복합 산화물을 구성하는 각 금속원소단체, 그 산화물 및 그 탄산염 분말을 증착 효율에 따른 배합비로 혼합한 혼합분말을 소결한 소결체로 하던가, 그것을 저차 분쇠한 것을 소결 분말로 할 것이 바람직하다. 경우에 따라선 상기 복합 산화물을 구성하는 각 금속원소 단체, 그 산화물 및 그 탄산염 분말, 예컨대, y₂O₃, CuO 및 BaCuO₂의 각 분말의 화합물을 증착원으로서 쓸수도 있다. 또한, 이들의 각 분말을 혼합하지 않고 그대로 사용해서 증착원을 복수로 나눌 수도 있다. 예컨대, Cu만의 증착원과 (Ba+Y) 복합 산화물로 되는 증착원과의 2개로 나눌수도 있다.

다음에, 상기 기판으로선 상기 복합 산화물 결정의 격자간격에 가까운 격자간격을 가지는 산화물 단결정의 기판을 쓰는 것이 바람직하며, 예컨대, MgO 단결정, SrTiO₃단결정 또는 ZrO₂단결정을 쓸 수 있다. 박막성형면으로선 MgO 단결정 또는 SrTiO₃단결정 기판의 ｛001｝면 또는 ｛110｝면을 쓰는 것이 바람직하다.

초전도선재의 경우에는 심재로서 금소의 선재, 세라믹의 선재 또는 금속의 선재상에 세라믹의 박막층을 형성한 선재를 사용하는 것이 가능하다. 상기의 금속으로선, 특히, 백금족 원소, Pt, Ag, Au 및 이들의 합금이 바람직하지만 이것에 한정되는 것은 아니다.

이 금속선의 직경은 가늘수록 좋으며, 바람직하게는 1mm이하로 한다. 또, 상기의 심재로서의 세라믹 또는 박막층으로서의 세라믹은 산화물 또는 복합 산화물계의 세라믹일 것이 바람직하다. 이 세라믹은 단결정 또는 다결정일 것이 바람직한데 경우에 따라선 유리여도 된다. 상기 세라믹이 단결정 또는 다결정일 경우에는 상기 복합 산화물 결정의 격자 간격에 가까운 격자 잔격을 가지는 산화물 결정을 포함하는 세라믹으로 할 것이 바람직하다. 이 세라믹은 MgO, SrTiO₃또는 ZrO₂를 예시할 수 있으며, 이들 세라믹은 상기 복합 산화물 초전도재료의 박막을 C축에 성장시키기 위해서 그 표면이 ｛001｝면 또는 ｛110｝면을 가지도록 할 것이 바람직하다.

본 발명에선 스패터링시에 기판을 가열하즌 것이 바람직하다. 이 경우의 기판온도는 200에서 950℃, 더욱 바람직하기는 500에서 920℃로 한다.

기판온도가 200℃ 미만일 경우에는 복합 산화물의 결정이 나쁘며, 아몰파스상으로 되며, 초전도박막은 얻어지지 않는다. 또, 기판온도가 950℃를 초과하면 결정구조는 변하고 말며, 상기의 복합 산화물은 초전도체로 되지 않는다.

상기의 (1)에서 (4)의 각 스패터링 조건은 다른 조건을 바꾸지 않은채, 하기에서 정의하는 범위중에서 그것들을 단독으로 선택하든가 또는 하기에서 정의하는 범위중에서 임의의 2개 이상의 조건을 조합해서 쓸 수 있다. 이들 조건은 본 발명을 서로 상이한 관점에서 본 것이다.

(1) 박막성형 속도

본 발명에선 스패터링시의 박막성형 속도를 0.05 내지 1Å/초, 더욱 바람직하기는 0.1 내지 0.8Å/초의 범위에 설정한다.

본 발명자들의 실험결과에 의하면, 물리증착시의 박막성형 속도가 1Å/초를 초과하면 얻어진 처전도막의 임계전류 밀도가 대폭으로 저하되어 실용적인 박막이 얻어지지 않는다. 박막성형 속도를 0.05Å/초 미만으로 하면 박막성형 속도가 극단으로 늦어짐으로 실용적이 아니다.

(2) 박막성형 가스압

본 발명에선 스패터링시의 가스압을 0.001 내지 0.5Torr의 범위, 더욱 바람직하기는 0.01 내지 0.3Torr의 범위로 한다.

(3) 산소가스비율

본 발명에선 스패터링시의 분위기를 불활성가스와 산소의 혼합가스로 하고, 이 혼합가스중의 산소의 비율이 5 내지 95%, 더욱 바람직하기는 10 내지 80%로 한다. 이 O2와 함께 쓰는 것이 가능한 다른 스패터링가스로 선 불활성가스, 특히 아르곤이 바람직하다.

(4) 고주파 전력

본 발명에선 스패터링을 RF마그네트론 스패터링으로 행할 것이 바람직하다. 이 스패터링시에는 예컨대, 100cmψ의 타켓트에 대해서 스패터링시에 고주파 전력을 5 내지 200

, 즉, 단위면적당 0.06 내지 2.55

로 한다.

스패터링 가스중의 O₂의 비율이 낮을 경우에는 고주파 전력을 5 내지 100

, 즉, 단위면적당 0.064 내지 1.27

인가하는 것이 바람직하며, 반대로 스패터링 가스중의 O2의 비율이 30에서 95분자%, 특히 40에서 80분자%의 범위내로 했을 경우에는 고주파 전력의 값의 범위를 1.27 내지 2.55

로 할 것이 바람직하다.

본 발명에선 얻어진 복합 산화물 초전도박막의 표면의 실질적인 부분이 평활하게 되는 것같은 조건으로 상기 스패터링을 실시한다.

상기의 초전도박막의 표면의 평활성은 표면을 광학적으로 관찰했을 경우에 박막의 표면의 조도 Rmax(그준길이=1,000μm)가 0.2μm이하인 것으로 평가된다. 이 값은 얻어진 박막을 현미경, 특히 SEM으로 관찰해서 확인할 수 있다.

본 발명의 더욱 바람직한 양태로는, 상기의 조건하에서 스퍼터링을 행해서 얻어진 박막에 대해서 박막성형후, 얻어진 박막을 산소 함유 분위기로 가열-서냉하는 어닐링 열처리를 행하는 것이 바람직하다. 이 열처리시는 80 내지 960℃의 범위의 가열온도로 행하는 것이 바람직하며, 열처리시의 냉각속도는 10℃/분 이하일 것이 바람직하다. 이 열처리시엔 산소 분압을 0.1 내지 10기압으로 하는 것이 바람직하다. 이 처리는 상기의 복합 산화물중의 산소결함을 조정하는 것이며, 이 처리를 거치지 않는 박막의 초전도 특성은 나쁘며, 초전도성을 나타내지 않는 경우도 있다. 따라서, 상기의 열처리를 행할 것이 바람직하다.

상기 종류의 복합 산화물 초전도체는 그 임계전류 밀도에 결정 이방성을 가지고 있다. 즉, 결정의 a측 및 b측으로 결정되는 면에 평행인 방향으로 전류가 흐르기 쉽다. 이제까지도, 결정방향을 가지런히 할 목적으로 기판으로서 복합 산화물 초전도체 결정의 격자 간격에 가까운 격자 간격을 가지는 MgO, SrTiO₃및 YSZ 등의 단결정의 특정한 면을 박막형성면으로서 쓰고 있었다. 그러나, 이제까지 만들어진 복합 산화물 초전도박막에선 결정방향을 충분히 가지런히 맞출 수 없었다는 등의 이유로 임계전류 밀도 Jc는 최대이어도 기껏 10만 A/cm²정도밖에 오르지 않았다.

본 발명은 상기 (1) 내지 (4)의 조건의 적어도 하나를 최적치에 선택함으로서 복합 산화물 초전도박막의 표면 평활성을 좋게 할 수 있으며, 그것에 의해서 임계전류 밀도 Jc를 일거에 그 자리수 높은 100만 A/cm²오더로 향상시킨 것이다.

복합 산화물 초전도박막의 표면 평활성을 양호하게 함으로써 이같은 대폭으로 임계전류 밀도 Jc가 향상하는 이유는 현재로선 설명할 수 없으나, 본 발명의 복합 산화물 초전도체는 그 전기저항에 결정 이방성을 가지며, 기판의 박막성형면상에 형성된 복합 산화물 초전도박막은 그 결정의 C축이 기판 박막형성면에 대해서 수직 또는 수직에 가까운 각도로 되며, 특히 임계전류 밀도 Jc가 커진다고 생각된다. 따라서, MgO 단결정 기판 또는 SrTiO₃단결정 기판의 ｛001｝면을 박막성형면으로서 사용할 것이 바람직하다. 또 ｛110｝면을 써서 C축을 기판과 평행으로 하고, C축과 수직인 방향을 특정해서 쓸 수도 있다. 또한, MgO, SrTiO₃는 열팽창율이 상기의 복합 산화물 초전도체와 가까우므로 가열, 냉각의 과정에서 박막에 불필요한 응력을 가함이 없이 박막을 파손할 우려도 없다.

이상, 상술한 바와같이 본 발명에 의한 초전도박막은 종래의 방법으로 제작된 것에 비해 훨씬 높은 Jc를 나타낸다.

이하, 본 발명에 의한 초전도박막 복합체 및 초전도선재의 제작방법을 실시로 설명하거니와 본 발명의 기술적 범위는 이하의 개시에 차등 제한되는 것은 아니다.

또한, 하기의 실시예는 상기의 Ln₁Ba₂Cu₃O_7-X계 초전도체와 (La_1-x,α_x)₂CuO₄계 초전도체에 대해서 상기 (1) 내지 (4)중의 어느 하나의 조건의 최적범위를 결정하기 위해 행해진 것이다.

실시예에 있어서, 임계온도 Tc는 상법에 따라서 4단자법으로 측정했다. 또, 임계전류 밀도 Jc는 77.0K이며, 시료의 전기저항을 측정하면서 전류량을 증가하고 시료에 전기저항이 검출되었을때의 전류량을 전류로의 단위면적으로 환산한 것으로 기록하고 있다. 또, 박막의 표면조도 Rmax는 SEM(주사전형) 사진으로 계산했다.

LnBaCu계 초전도박막

실시예 1

상기에서 설명한 본 발명의 방법으로 RF마그네트론 스패터링법으로 초전도박막을 제작했다.

사용한 타겟트는 하기의 제1표에 나타나는 란타노이드계 원소 Ln과, Ba와 Cu의 원자비 Ln : Ba : Cu의 비가 1 : 2.24 : 4.35인 복합 산화물의 Ln-Ba-Cu-O 세라믹이며, 타겟트는 직경이 100

인 원형으로 했다. 각각의 경우의 박막조건은 동일로 하고 그 박막성형 조건은 다음과 같다.

기판 MgO(001)면

분위기가스 O₂/(O₂＋Ar)=20%

분위기 가스입력 0.1Torr

기판온도 700^oC

고주파전력 40W(0.51W/cm²)

시간 6시간

막두께 0.88μm

(박막형성 속도 0.35Å/초)

박막형성후, 대기압중에서 900℃의 온도를 3시간 유지한 다음, 5℃/분의 냉각속도로 냉각했다. 얻어진 초전도박막의 임계온도와 임계전류 밀도는 표 1에 나타나고 있다.

또한, 비교를 위해 고주파 전력을 150W(1.9W/cm²)로 한 것 이외는 전혀 동등한 조건으로 제작했을 경우의 결과로 제1표에 아울러 나타내고 있다.

상기와 같이 본 발명의 방법으로 제작된 초전도박막은 비교예를 대폭으로 임계전류가 향상되어 있다.

또, 본 발명의 방법으로 제작한 복합 산화물 초전도박막의 조직이 고르며 치밀하다는 것은 종래법으로 제작한 비교예의 복합 산화물 초전도박막의 표면에는 수 미크론의 그레인(grain)이 존재하는 것에 대해, 본 발명의 방법에 의하는 것은 표면이 SEM으로 1만배로 확대해서 관찰해도 요철이 보이지 않는다는 것으로도 추측된다.

실시예 2

상기에서 설명한 본 발명의 초전도박막의 제작방법을 RF마그네트론 스패터링으로 실시했다. 사용한 타겟트는 하기의 제2표에 나타내는 란타노이드계 원소 Ln과 Ba와 Cu의 원자비 Ln : Ba : Cu의 비를 1 : 2.24 : 4.35로 한 원료분말을 상기법에 따라 소결해서 만들은 Ln-Ba-Cu-O복합 산화물의 세라믹이다. 타겟트는 직경이 100mm

인 원주로 했다. 각각의 경우의 박막형성 조건은 동일로 하고, 그 박막성형 조건은 다음과 같다.

기판 MgO(001)면

기판온도 700^oC

분위기가스 O₂/(O₂＋Ar)=20%

분위기 가스입력 0.1Torr

전력파 전력 40W(0.51W/cm²)

시간 6시간

막두께 0.88μm

(박막형성 속도 0.35Å/초)

박막형성후, 대기압의 O₂중에서 900℃의 온도를 1시간 유지한 다음, 5℃/분의 냉각속도로 냉각했다. 얻어진 초전도박막의 임계온도와 임계전류 밀도는 표 2에 나타나 있다.

비교를 위해, 박막형성속도를 1.5Å/초의 한 것 이외는 전혀 동등한 조건으로 제작했을 경우의 결과도 제2표에 비교예로서 나타내고 있다.

상기와 같이 본 발명의 방법으로 제작된 초전도박막은 비교예로 대폭으로 임계전류가 향상되어 있다.

또, 본 발명의 방법으로 제작한 복합 산화물 초전도박막의 조직이 한가지로 고루다는 것은 종래법으로 제작한 비교예의 복합 산화물 초전도박막의 표면에는 수 미크론의 그레인이 존재하는 것에 대해서 본 발명의 방법에 의하는 것은 표면을 SEM로 1만배로 확대해서 관찰했을 경우에 그 표면의 대부분의 면적의 장소에서

이 보이지 않는다는 것으로 추측된다.

실시예 3

이하의 본 발명 실시예는 상기에서 설명한 본 발명의 초전도박막의 제작방법은 RF마그네트론 스패터링으로 실시한 것이다.

사용한 타겟트는 하기의 제3표에 나타내는 란타노이드계 원소 Ln과, Ba와 Cu의 원자비 Ln : Ba : Cu의 비를 1 : 2.24 : 4.35로 한 원료 분실을 상법에 따라서 소결해서 만들은 Ln-Ba-Cu-O 복합 산화물의 세라믹이다. 타겟트는 직경이 100

인 원판을 썼다. 각각의 경우의 박막형성 조건을 동일로 하고, 그 박막성형 조건은 이하와 같았다.

기판 MgO(001)면

기판온도 700^oC

압력 0.1Torr

스패터링가스 O₂/(20%)/Ar(80%)

고주파 전력 40W(0.51W/cm²)

시간 6시간

막두께 0.88μm

박막형성속도 0.35Å/초

어닐링 900℃/3시간 (5℃/분으로 냉각)

얻어진 초전도박막의 임계온도, 임계전류 밀도 및 표면 조도는 표 8에 나타내 있다.

비교를 위해서 박먹형성 속도를 1.5Å/초로 한 것이외는 상기와 전혀 동등한 조건으로 제작했을 경우의 결과도 제3표에 비교예로서 나타내 있다.

상기와 같이 본 발명에 의한 초전도박막은 비교예보다 대폭 임계전류가 향상되어 있다.

또한, 본 발명의 방법으로 형성한 박막의 표면에도 매우 근소하게(표면 전체의 약 1%)이지만 수 미크론 규칙의 보이드가 관찰되었는데, 표면을 SEM으로 1만배로 확대해서 관찰했을 경우에는 그 표면의 대부분의 면적 장소에서

는 보이지 않았다. 이것에 대해서 본 발명의 방법의 범위외의 방법으로 제작한 비교예의 복합 산화물 초전도박막의 표면에는 수 미크론의 그레인이 다수 존재하는 있다.

실시예 4

상기에서 설명한 본 발명의 초전도박막의 제작방법을 RF마그네트론 스패터링으로 실시했다.

사용한 타겟트는 하기의 제4표에 나타내는 란타노이드계 원소 Ln과, Ba와 Cu의 원자비 Ln : Ba : Ca의 비를 1 : 2.24 : 4.35로 한 원료분말을 상법에 따라서 소결하여 만든 Ln-Ba-Cu-O 복합 산화물의 세라믹이다. 타겟트는 직경이

인 원판으로 했다. 각각의 경우의 박막형성 조건은 동일로 하고 그 박막성형 조건은 이하와 같았다.

기판 MgO(001)면

기판온도 700^oC

분위기가스 O₂/(O₂＋Ar)=50%

분위기 가스입력 0.1Torr

고주파 전력 150W (1.9W/cm²)

시간 6시간

막두께 0.88μm

(박막형성 속도 0.35Å/초)

박막형성후, 대기압의 O₂중에서 900℃의 온도를 1시간 유지한 다음, 5℃/분의 냉각속도를 냉각했다. 얻어진 초전도박막의 임계온도와 임계전류 밀도는 표 4에 나타내 있다.

비교를 위해, 박막형성 속도를 1.5Å/초로 한 것 이외는 전혀 동등한 조건으로 제작했을 경우의 결과도 제4 표에 비교예로서 나타내 있다.

상기와 같이 본 발명의 방법으로 제작된 초전도박막은 비교예보다 대폭으로 임계전류가 향상되어 있다. 또, 본 발명의 방법으로 제작한 복합 산화물 초전도박막의 조직이 한가지로 고루라는 것은 종래법으로 제작한 비교예의 복합 산화물 초전도박막의 표면에는 수 미크론의 그레인이 존재하는 것에 대해서 본 발명의 방법에 의하는 것은 표면을 SEM로 1만배로 확대해서 관찰해도 그 표면의 대부분의 면적의 장소에서

이 보이지 않는다는 것으로 추측된다.

실시예 5

상기에서 설명한 본 발명의 초전도박막의 제작방법을 RF 마그네트론 스패터링으로 실시했다.

사용한 타켓트는 하기의 제5표에 나타내는 란타노이드계 원소 Ln과, Ba와, Cu의 원자비 Ln : Ba : Cu의 비를 1 : 2.24 : 4.35로 한 원료분말을 상법에 따라서 소결해서 만든 Ln-Ba-Cu-O 복합 산화물의 세라믹이다. 타켓트는 직경이100

인 원판으로 했다. 각각의 경우의 박막형성 조건은 동일로 하고 그 박막형성조건은 이하와 같았다.

기판 MgO(001)면

기판온도 690^oC

고주파 전력 100W(1.2W/cm²)

시간 6시간

막두께 0.88μm

박막형성속도 0.35Å/초

박막형성 가스압 0.15Torr

박막형성 가스조성 O_2/Ar(20/80)

박막형성후, 대기압중에서 910℃의 온도를 3시간 유지한 다음, 5℃/분의 냉각속도로 냉각했다. 얻어진 초전도막박의 임계온도와 임계전류밀도는 표 5에 나타나 있다. 비교를 위해서 박막형성 가스압을 0.0008Torr 및 0.7Torr로 하고 또한, 고주파 전력을 150W(1.9W/cm²)로 한 것이외는 상기와 전혀 똑같은 조건으로 제작했을 경우의 결과도 제5표에 나타나 있다.

(주) : (1) 가스압=0.0008Torr

고주파 전력=150W(1.9W/cm)

(2) 가스압=0.7Torr

고주파 전력=150W(1.9W/cm)

상기와 같이 본 발명의 방법으로 제작된 초전도박막은 비교예보다 대폭으로 임계전류가 향상되어 있다.

또한, 본 발명의 방법은 제작한 복합산화물 초전도박막의 표면을 SEM로 1만배 확대하여 관찰해도 그 표면의 약 98%이상의 면적장소에

이 보이지 않았다. 한편, 본 발명의 범위외의 방법으로 제작한 비교예의 복합 산화물 초전도 박막의 표면에는 수 미크론의 그레인이 다수 존재하고 있다.

실시예 6

상기에서 설명한 본 발명의 초전도선재를 RF 마그네트론 스패터링을 써서 제조한다.

심재로선, MgO의 단결정 봉에서 인선법으로 인선해서 만든 직경 1mm, 길이 150mm의 로드를 쓰며, 통상의 RF 마그네트론 스패터링 장치의 기판 홀더의 바로 위에서 상기 로드만을 회전시키면서 스패터링을 행한다.

또, 사용한 타켓트는 하기의 제6표에 나타내는 란타노이드계 원소 Ln과, Ba과, Cu의 원자비 Ln : Ba : Cu의 비를 1 : 2.24 : 4.35로 한 원료분말을 상법에 따라서 소결하여 맏든 Ln-Ba-Cu-O 복합 산화물의 세라믹이다. 타켓트는 직경이

인 원판을 쓴다. 각각의 경우의 박막형성 조건은 동일로 하고, 그 박막형성 조건은 이하와 같다.

심재가열온도 700^oC

스패터링 가압력 0.1Torr

준소비율 O₂(20%)/Ar(80%)

고주파 전력 40W(0.5W/cm²)

시간 6시간

박막형성속도 0.30Å/초

어닐링 900^oC/3시간

(5^oC/분으로 냉각)

얻어진 선재의 임계온도, 임계전류밀도 및 표면조도는 표 6에 나타내오 있다.

본 발명의 방법으로 심재상에 형성한 복합산화물 초전도박막의 표면에는 매우 근소(표면전 전체의 약 1%)하지만 수 미크론 규칙의 보이드가 관찰되었는데 표면은 SEM으로 1만배로 확대하여 관찰했을 경우에는 그 표면의 대부분의 면적 장소에서

은 보이지 않았다. 이것에 대해서 본 발명의 방법의 범위외의 방법으로 제작한 비교예의 복합 산화물 초전도막의 표면에는 수 미크론의 그레인이 다수 존재하고 있었다.

(La₁=MαM) CuO₄계 초전도체

실시예 7

상기에서 설명한 본 발명의 방법에 따라서, RF 마그네트론 스패터링법으로 초전도 박막을 제작했다.

시료는 La : B : Cu의 조성비가 1.8 : 0.2 : 1인 복합 산화물 소결체를 타켓트로 한 것과, La ; Sr : Cu의 조성비가 1.8 : 0.2 : 2 : 1인 복합 산화물 소결체를 타켓트로 한 것을 각각 제작했다. 또한, 타켓트는 직경이 100mmψ 원형의 것을 사용했다. 기타의 박막형성 조건은 이하와 같다.

기판 MgO{001}면

O₂/(O₂+Ar) 20%

압력 0.1Torr

기판온도 700^oC

고주파 전력 400W(0.51W/cm²)

시간 6시간

막두께 0.88μm

(박막형성속도 0.35Å/초)

박막형성후, 대기압중(O₂분압 약 0.2Torr)에서 900℃의 온도를 3시간 유지한 다음, 5℃/분의 냉각 속도로 냉각한다.

비교를 위해서 각각 같은 타켓트를 사용해서 인가 전력만을 150W(1.9W/cm²)로 한 것이외는 전혀 동응한 조건으로 복합 산화물 초전도박막을 제작했다.

결과는 표 7에 정리하여 나타내 있다.

실시예 8

상기에서 설명한 본 발명의 초전도박막의 제작방법을 RF마그네트론 스패터링으로 실시했다. 타켓트로서는 La, Ba, Cu의 원자비 La : Ba : Cu를 1.8 : 0.2 : 2 : 1로 한 원료분말을 상기법에 따라서 소결하여 만든 La-Ba-Cu-O 복합 산화물의 소결체와 La, Sr, Cu의 원자비 La : Sr : Cu를 1.8 : 0.2 : 1로 한 원료분말을 상기법에 따라서 소결하여 만든 La-Ba-Cu-Om 복합 산화물의 소결체를 각각 썼다. 타켓트는 직경

인 원판으로 했다. 각각의 경우의 박막형성조건은 동일로 하고, 그 박막형성 조건은 이하와 같았다.

기판 Mg{001}면

O₂/(O₂+Ar) 20%

기판온도 700^oC

압력 0.1Torr

고주파 전력 40W(0.51W/cm²)

시간 6시간

막두께 0.88μm

(박막형성속도 0.35Å/초)

박막형성후, 대기압의 O₂중에서 900℃의 온도 1시간 유지한 다음, 5℃/분의 냉각속도로 냉각했다.

비교를 위해 같은 타켓트의 경우의 박막형성속도를 1.5Å/초로 한 것이외는 전혀 동등한 조건으로 복합 산화물 초전도막을 제작했다. 얻어진 결과는 제8표에 정리하여 나타나 있다.

실시예 9

이상의 본 발명 실시예는 상기에서 설명한 본 발명의 초전도 박막으 제작방법을 RF 마그네트론 스페터링으로 실시한 것이다.

사용한 타켓트는 La 또는 Sr인 원소 α와, La와 Cu의 원자비 La : : Cu의 비를 1.8 : 0.2 : 1로 한 원료분말을 상법에 따라서 소결하여 만든 복합산화물 소결체이다. 타켓트는 직경이

원판을 썼다. 각각의 경우의 박막형성 조건은 동일로 하고, 그 박막형성의 이하와 같다.

기판 MgO(001)면

기판온도 700^oC

압력 0.1Torr

스패터링가스 O₂/(200%)/Ar(80%)

전력파 전력 400W(0.51W/cm²)

시간 6시간

막두께 0.88μm

박막형성속도 0.35Å/3초

어닐링 900^oC/시간

(5^oC/분으로 냉각)

또, 다른 박막형성조건은 같으며 박막형성속도를 1.5Å/초로한 비교예를 각각의 타켓트에 대해서 제작했다. 결과는 표 9에 정리하여 나타나 있다.

상기와 같이 본 발명에 의한 초전도박막은 비교예보다 대폭으로 임계전류가 향상되어 있다.

또한, 본 발명의 방법으로 형성된 박막의 표면에도 매우근소(표면적 전체의 약 1%)하지만, 수 미크론규칙의 보이드가 관찰되었으나 표면을 SEM으로 1만배로 확대해서 관찰했을 경우에는 그 표면의 대부분의 면적장소에서

은 보이지 않았다. 이것에 대해서 본 발명의 방법의 범위외의 방법으로 제작한 비교예의 복합산화물 초전도막의 표면에는 수 미크론의 그레인이 다수 존재하고 있었다.

실시예 10

본 발명의 초전도 박막을 RF 마그네트론 스패터링에 작성했다. 사용한 타켓트는 La와, Sr 또는 Ba와 Cu와의 원자비 La : α : Cu의 비를 1.8 : 0.2 : 1로 한 원료분말을 상기법에 따라서 소결하여 만든 복합산화물 소결체이다. 타켓트는 직경이 1000

원판으로 한다. 각각의 경우 박막형성 조건은 동일하고, 그 박막 형성 조건은 이하와 같았다.

기판 MgO(001)면

O₂/(O₂＋Ar) 50%

기판온도 700^oC

입력 0.1Torr

고주파 전력 150W(1.9W/cm²)

시간 6시간

막두께 0.88μm

(박막형성속도 0.35Å/초)

박막형성후, 대기압의 O₂중에서 900℃의 온도를 1시간 유지한 다음, 5℃/분의 냉각속도로 냉각했다. 비교를 위해서 박막형성속도를 1.5Å/초로 한것이외는 전혀 동등한 조건으로 복합 산화물 초전도 박막을 제작했다.

얻어진 결과는 제10표에 마무리하여 나타내 있다.

본 발명의 방법으로 제작한 복합 산화물 초전도 박막의 조직이 한가지로 균일하다는 것은 종래법으로 제작한 비교예의 복합 산화물 초전도 박막의 표면에는 수 미크론의 그레인이 존재하는 것에 대해서 본 발명의 방법에 의하는 것은 표면은 SEM으로 1만배로 확대해서 관찰했을 경우에 그 표면의 대부분의 면적의 장소에서

이 보이지 않은 것으로도 추축된다.

실시예 11

본 발명의 초전도박막 RF 마그네트론 스패터링에 의해서 작성했다. 사용한 타켓트는 La와 Ba 또는 Sr인 원소 α와 Ca와의 원자비 La : : Cu의 비를 1.8 : 0.2 : 1로 한 원료분말을 상기법에 따라서 소결하여 만든 복합 산화물 소결체를 썼다. 타켓트는 직경이 100mmψ인 원판으로 하고, 각각의 경우의 박막형성 조건은 동일로 하고, 그 박막형성 조건은 이하와 같았다.

기판 MgO(001)면

기판온도 690^oC

고주파 전력 100W(1.27W/cm²)

시간 6시간

막두께 0.88μm

박막형성속도 0.35Å/초

박막형성 가스압 0.15Torr

박막형성 가스조성 O₂/Ar(20:80)

박막형성후, 대기압중에서 910℃의 온도를 3시간 유지한 다음, 5℃/분의 냉각속도로 냉각했다. 결과는 제12표에 나타내었다.

비교를 위해서 박막형성 가스압을 0.008Torr 및 0.7Torr로 한 것 이외는 상기와 전혀같은 조건으로 복합 산화물 초전도박막을 제작했을 경우의 결과도 제11표에 나타내어 있다.

본 발명의 방법으로 제작한 복합 산화물 전도박막의 표면을 SEM으로 1만배로 확대하여 관찰해 보아도 그 표면의 약 98% 이상인 면적의 장소에서

이 보이지 않았다. 한편, 본 발명의 범위외의 방법으로 제작한 비교예의 복합 산화물 초전도박막의 표면에는 수 미크론의 그레인이 다수 존재하고 있었다.

LnBaCuO계 초전도박막

실시예 12

상기에서 설명한 본 발명의 방법으로 초전도 박막을 제작했다. 사용한 타켓트는 하기의 제12표에 나타내는 란타노이드계 원소 Ln와, Ba와, Cu의 원자비 Ln : Ba : Cu의 비가 1 : 2.24 : 4.35인 복합 산화물인 Rn-Ba-Cu-O 세라믹이며 타켓트는 직경이 100

원형으로 했다. 각각의 경우의 박막형성 조건은 동일로 하고, 그 박막형성 조건은 이하와 같았다.

기판 MgO(001)면

기판온도 700^oC

압력 0.1 내지 0.1Torr

고주파 전력 40W(0.51W/cm²)

시간 6시간

막두께 0.88μm

박막형성후, 대기압의 O₂중에서 900℃의 온도를 1시간 유지한 다음, 5℃/분의 냉각속도로 냉각했다.

비교를 위해서, 고주파 전력을 150W(1.9/cm²)로 한 것이외는 전혀 동등한 조건으로 Ho를 포함하는 복합산화물 초전도박막을 제작했을 경우의 결과도 제12표에 아울러 나타내어 있다.

상기와 같이 본 발명의 방법으로 제작된 초전도박막은 비교예보다 대폭으로 임계전류가 향상되어 있다. 또, 본 발명의 방법으로 제작한 복합 산화물 초전도박막의 조직이 한가지로 균일하고 치밀한 것은 종래법으로 제작한 비교예의 복합 산화물 초저도박막의 표면에는 수 미크론의 그레인이 존재하는데 대해, 본 발명의 방법에 의하는 것이 표면이 SEM으로 1만배로 확대해서 관찰해도 요철이 보이지 않는다는 것으로도 추측된다.

Claims

기판과, 물리 증착법에 의해 이 기판위에 형성된 복합산화물을 주로 함유하는 복합산화물 초전도체 박막에 의해 구성되는 초전도체에 있어서, 상기 복합산화물 초전도체 박막표면의 실질적인 부분이 평활함을 특징으로 하는 초전도체.
제1항에 있어서, 상기 복합산화물 초전도체 박막의 표면 거칠기 Rmax(기준길이=1,000μm)가 0.2μm 이하인 것을 특징으로 하는 초전도체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복합 산화물 초전도체 박막이 다음 일반식 :

Ln₁Ba₂Cu₃O_7-X

(여기에서, Ln은 La,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Yb,Er,Y,Tm 및 Lu로 형성되는 군중에서 선택되는 최소한 1개의 란타노이드계 원소를 표시하고, X는 0
x 1를 만족시키는 수)으로 표시되는 복합산화물임을 특징으로 하는 초전도체.
제3항에 있어서, 상기 Ln이 Y,Er,Ho,Dy,Tm 또는 Ln임을 특징으로 하는 초전도체.
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 복합산화물 초전도체 박막이 다음 일반식:

(La₁-xαx)₂CuO₄

(단, 원소 α는, Ba 또는 Sr)임을 특징으로 하는 초전도체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판이, 상기 복합산화물의 결wjd의 격자 간격에 가까운 격자 간격을 갖는 산화물 단결정 기판인 것을 특징으로 하는 초전도체.
제6항에 있어서, 상기 기판이 MgO 단결정, SrTiO₃단결정임을 특징으로 하는 초전도체.
제7항에 있어서, 상기 복합산화물 초전도체 박막이 MgO 단결정 또는 SrTiO₃단결정 기판의 ｛001｝면 또는 ｛110｝면으로 이루어지는 박막형성면 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도체.
기판상에 물리 증착법에 의해 복합산화물을 주로하여 함유하는 복합산화물 초전도체 박막을 형성하는 공정을 포함하는 초전도체의 제조 방법에 있어서, 박막형성속도, 박막형성 가스압, 산소가스 비율, 고주파 전력 및 박막형성 가스압중에서 선택되는 최소한 하나의 파라미터를 제어하므로서, 최종적으로 얻어지는 복합산화물 초전도 박막표면의 실질적인 부분이 평활해지도록 되는 조건으로 상기 물리증착법을 실시하는 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 복합산화물 초전도체 박막 표면의 실질적인 부분의 표면 거칠기 Rmax(기준길이=1,000μm)가 0.2μm이하인 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 복합산화물 초전도체 박막이 다음 일반식 :

Ln₁Ba₂Cu₃O_7-X

(여기에서, Ln은 La,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Yb,Er,Y,Tm 및 Lu로 형성되는 군중에서 선택되는 최소한 1개의 란타노이드계 원소를 표시하고, X는 0
x 1를 만족시키는 수)으로 표시되는 복합산화물임을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 복합산화물 초전도체 박막이 다음 일반식 :

(La₁-xαx)₂CuO₄

(단, 원소 α는, Ba 또는 Sr)을 갖는 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 기판이, 상기 복합산화물 결정의 격자 간격에 가까운 격자 간격을 갖는 산화물 단결정 기판은 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제13항에 있어서, 상기 기판이 MgO 단결정, SrTiO₃단결정 또는 ZrO₂단결정인 것을 특징으로 하는 초전도체 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 MgO 단결정 또는 SrTiO₃단결정 기판의 ｛001｝면 또는 ｛110｝면을 박막 형성면으로 하는 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 물리 증착시의 박막형성속도를 0.05 1Å/초의 범위로한 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 물리 증착시의 분위기를 불활성 가스와 산소의 혼합 가스로 하고, 이 혼합 가스중의 산소의 비율을 5 내지 95%로 하는 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제17항에 있어서, 상기 혼합 가스중의 산소으 비율이 10 내지 80%인 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 물리 증착시에 기판을 가열하는 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제19항에 있어서, 상기 기판 온도가 200 내지 950℃인 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제20항에 있어서, 상기 기판 온도가 500 내지 920℃인 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 물리 증착이 스패터링이며, 스패터링시의 가스압 0.001내지 0.5Torr의 범위로 하는 초전도체 제조방법.
제22항에 있어서, 상기 스패터링시의 가스압력이 0.01내지 0.3Torr의 범위내임을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 스패터링시의 스패터링 가스중의 O₂의 비율이 5 내지 95분자%인 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 물리 증착을 RF 스패터링에 의해 행하고, 이 RF 스패터링시의 고주파 전력을 0.064 내지 2.5W/cm²의 범위로 한 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제25항에 있어서, 상기 고주파 전력을 0.064 내지 2.55W/cm²의 범위내로 하는 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 스패터링이 마그네트론 스패터링임을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 박막형성 후에 박막을 산소 함유 분위기에서 열처리를 행하는 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제28항에 있어서, 상기 열처리시의 가열 온도가 800 내지 960℃의 범위임을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제28항에 있어서, 상기 열처리시의 냉각 속도가 10℃/분 이하인 것을 특징으로 하는 초전도체 제조 방법.
제28항에 있어서, 상기 열처리시의 산소 분압이 0.1 내지 10기압인 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
심재와 물리 증착법에 따라 그 심재상에 형성된 복합산화물을 주로 함유하는 복합산화물 초전도체 박막에 따라 구성된 초전도선재에 있어서, 상기 복합산화물 초전도의 표면의 실질적인 부분이 평활하게 된 것을 특징으로 하는 초전도선재.
제32항에 있어서, 상기 복합산화물 초전도 박막의 표면의 거칠기 Rmax(기준길이=1,000μm)가 0.2μm이하인 것을 특징으로 하는 초전도체선재.
제32항 또는 제33항에 있어서, 상기 복합 산화물 초전도체 박막이 다음의 일반식 :

Ln₁Ba₂Cu₃O_7-X

(여기에서, Ln은 La,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Yb,Er,Y,Tm 및 Lu로 형성되는 군중에서 선택되는 최소한 1개의 란타노이드계 원소를 표시하고, X는 0
x1를 만족시키는 수)으로 표시되는 복합산화물임을 특징으로 하는 초전도체선재.
제34항에 있어서, 상기 Ln이 Y, Er, Ho 또는 Dy인 것을 특징으로 하는 초전도체선재.
제32항 또는 제33항에 있어서, 상기 복합산화물 초전도체 박막이 다음의 일반식 : (La₁-xαx)₂CuO₄(단, 원소 α는, Ba 또는 Sr)을 갖는 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제32항 또는 제33항에 있어서, 상기 심재가 금속 선재인 것을 특징으로 하는 초전도선재.
제37항에 있어서, 상기 금속의 선재상에 형성된 셀라믹의 박막층을 거쳐서 상기 복합 산화물 초전도체 박막을 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도선재.
제38항에 있어서, 상기 셀라믹이 산화물 또는 복합산화물인 것을 특징으로 하는 초전도산재.
제38항 또는 제39항에 있어서, 상기 셀라믹이 단결정, 다결정 또는 유리임을 특징으로 하는 초전도선재.
제40항에 있어서, 상기 셀라믹의 단결정 또는 다결정이 상기 복합 산화물결정의 격자 간격에 가까운 격자 간격을 갖는 산화물 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제38항에 또는 제39항에 있어서, 상기 셀라믹이 MgO, SrTiO 또는 ZrO₂인 것을 특징으로 하는 초전도선재.
제38항 또는 제39항에 있어서, 상기 셀라믹 표면이 ｛001｝면 또는 ｛110｝면을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도선재.
제32항 또는 제33항에 있어서, 상기 심재가 셀라믹 선재임을 특징으로 하는 초전도선재.
제44항에 있어서, 상기 셀라믹이 산화물 또는 복합 산화물임을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제44항에 있어서, 상기 셀라믹이 단결정, 다결정 또는 유리인 것을 특징으로 하는 초전도선재.
제46항에 있어서, 상기 세라믹의 단결정 또는 다결정이 상기 복합 산화물 결정의 격자 간격에 가까운 격자 간격을 갖는 산화물 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도선재.
제44항에 있어서, 상기 셀라믹이 MgO, SrTiO₃또는 ZrO₂인 것을 특징으로 하는 초전도선재.
제44항에 있어서, 상기 셀라믹 표면이｛001｝면 또는｛110｝면을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도선재.
심재위에 물리 증착법에 의해 복합 산화물을 주로 함유하는 복합산화물 초전도체 박막을 형성하는 공정을 포함하는 초전도선재 제조방법에 있어서, 박막형성 속도, 박막형성 가스압, 산소 가스비율, 고주파전력 및 박막형성 가스압중에서 선택되는 최소한 1개의 파라미터를 제어하므로서, 최종적으로 얻어지는 복합 산화물 초전도 박막 표면의 실질적인 부분이 평활해지는 조건으로 상기 물리 증착법을 실시하는 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제50항에 있어서, 상기 복합 산화물 초전도 박막의 표면의 실질적인 부분의 표면의 거칠기 Rmax(기준길이=1,000μm)가 0.2μm이하인 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제50항 또는 제51항에 있어서, 상기 복합 산화물 초전도체 박막이 다음 일반식 : Ln₁Ba₂Cu₃O_7-X(여기에서, Ln은 La,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Yb,Er,Y,Tm 및 Lu로 형성되는 군중에서 선택되는 최소한 1개의 란타노이드계 원소를 표시하고, X는 0
x1를 만족시키는 수)으로 표시되는 복합산화물임을 특징으로 하는 초전도체선재 제조방법.
제52항에 있어서, 상기 Ln이 Y,Er,Ho 또는 Dy인 것을 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제51항에 있어서, 상기 복합산화물 초전도체 박막이 다음 일반식 :

(La₁-xαx)₂CuO₄

(단, 원소 α는, Ba 또는 Sr)을 갖는 특징으로 하는 초전도체 제조방법.
제50항 또는 제51항에 있어서, 상기 심재가 금속 선재인 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제55항에 있어서, 상기 금속의 선재 위에 형성된 셀라믹의 박막층을 거쳐서 상기 복합산화물 초전체 박막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제56항에 있어서, 상기 셀라믹이 산화물 또는 복합산화물인 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제56항에 있어서, 상기 셀라믹의 단결정 다결정 또는 다결정 유리임을 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제58항에 있어서, 상기 셀라믹의 단결정 또는 다결정이 상기 복합산화물 결정의 격자간격에 가까운 격자간격을 갖는 산화물 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제56항에 있어서, 상기 셀라믹이 MgO, SrTiO₃또는 ZrO₂인 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제56항에 있어서, 상기 셀라믹 표면이｛001｝면 또는｛110｝면을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제50항 또는 제51항에 있어서, 상기 심재가 셀라믹 선재임을 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제62항에 있어서, 상기 셀라믹이 산화물 또는 복합산화물인 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제62항에 있어서, 상기 셀라믹이 단결정, 다결정 또는 유리임을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제64항에 있어서, 상기 셀라믹의 단결정 또는 다결정이 상기 복합 산화물 결정의 격자 간격에 가까운 격자 간격을 갖는 산화물 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제62항에 있어서, 상기 세라믹이 MgO, SrTiO₃또는 ZrO₃임을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제62항에 있어서, 상기 셀라믹 표면이｛001｝면 또는｛110｝면을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제50항 또는 제51항에 있어서, 상기 물리 증착시의 박막형성 속도를 0.05 내지 1Å/초의 범위로 한 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제50항 또는 제51항에 있어서, 상기 물리 증착시의 분위기를 불활성 가스와 산소의 혼합 가스로하고, 이 혼합 가스중의 산소의 비율을 5 내지 95%로 하는 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제69항에 있어서, 상기 혼합 가스중의 산소의 비율이 10 내지 80%임을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제50항 또는 제51항에 있어서, 상기 물리 증착시에 기판을 가열하는 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제71항에 있어서, 상기 기판 온도가 200 내지 950℃임을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제72항에 있어서, 상기 기판 온도가 500 내지 920℃임을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제50항 또는 제51항에 있어서, 상기 물리 증착이 스패터링이며, 스패터링시의 가스압을 0.001 내지 0.5Torr의 범위로 한 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제74항에 있어서, 상기 스패터링시의 가스 압력이 0.01 내지 0.3Torr의 범위내인 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제74항에 있어서, 상기 스패터링시 스패터링 가스중의 O₂의 비율이 5 내지 95%인 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제74항에 있어서, 상기 물리 증착을 RF 스패터링에 의해 행하고, 이 RF 스패터링시의 고주파 전력을 0.064 내지 2.55W/cm²의 범위로 한 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제77항에 있어서, 상기 고주파 전력을 0.064 내지 2.55W/cm²의 범위내로 한 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제74항에 있어서, 상기 스패터링이 마그네트론 스패터링인 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제50항 또는 제51항에 있어서, 박막형성 후에 박막을 산소함유 분위기에서 열처리를 행하는 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제80항에 있어서, 상기 열처리시의 가열 온도가 800 내지 960℃의 범위인 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제80항에 있어서, 상기 열처리 후의 냉각 속도가 10℃/분 이하인 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.
제80항에 있어서, 상기 열처리시의 산소 분압이 0.1 내지 10기압인 것을 특징으로 하는 초전도선재 제조방법.