スクリーン印刷Y-Ba-Cu-O系高温超伝導膜の粒界ジョセフソン接合

(1)

愛知工業大学研究報告第25号B 平成2年

スクリーン印刷

Y-Ba-Cu-O

系高温超伝導膜の

粒界ジョセフソン接合

内田悦行・赤尾保男・野上正行*

橋本朋浩**・津木直人材*

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1.はじめにに進められてきた。 183 オランダの

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が極低温での金属の電気抵抗の測定中に超伝導現象を 1911年に発見して以来，超伝導1;:関する研究が行われてきたが. 70年余りの悶，この現象I:l:極低温でしか実現されないと考えられていた.しかし. 1986年 4月には. IB門チューリッヒ研究所の

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-Cu-O系混合齢化物が 3日 ~35K に達する温度で超伝導の徴候を示すことを発表した1。 1987年 2月には.】沼体窒察温度を越える臨界温度を持つト

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系超伝導体をヒューストン大学の

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グループが発見した

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その結果J )夜体窒素温度以上で超伝導現象が得られることにより.超伝導の応用は，急速著者らは，これまでに超伝導体の作製と評価法に関する基礎研究から超伝導体の素子化技術として，超伝導体の作製条件を制御するという素子化の手法を見出してきた 3

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:JI;:報告では，スクリーン印刷焼結法で作製した

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系超伝導厚膜を様械的に加工することによりブリッジ型援合を実現し，電流ー電圧特性の波JI定から，その特性がブ

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ッジ型ジョセフソン捜合に見られるジョセフソン特性と同じ傾向であることを述べ.次に.ブリッジ幅.焼結温度

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対する電流ー電圧特性と焼結温度の異なる試料の

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写真から. ~~界電流の制御が可能であることを述、べる。情報通信工学科・応用北学科 “大学院電気工学専攻・・・大学院電気工学専攻，現:日本特殊関業〈徐〉

(2)

1

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4

内田悦行・赤尾保男・野l正行・橋本朋治・1宰木直人

2 .

フリッジ型様合の作製法超伝導体の膜化の方法としては，スパッタリング昆 CVD誌反応性蒸着込レーザーアブレーション

5

t;，スクリーン印刷法などの穏々の方法が用いられている。ここではスクリーン印刷規結法により膜化を行った。作製工程を図1に示す。齢化イットリウム，炭酸パ

υ

ゥム，酸化銅の粉末を焼結後所定の組成になるように秤量し，乳鉢混合する。その混合粉末を 95o.C 5時間の条件で焼成し，焼成後，粉砕混合することにより YBa2Cu3ν0仮焼粉末を作る。仮焼粉末を有機溶娘ブロピレングリコールと混合してぺースト状にしB 基板状に 213自メッシュのシートを過してスクリーン印刷する。乾燥させた後島焼結温度を変化させて名種試料を焼結し，常温まで炉冷する。基板には，安価で作製の容易な点膜との結合性の良い点からY2BaCuOν仮焼粉末をぺレット状に成邑焼結したものを用いている。このようにして作製した超伝導厚膜をブリッジ状になるように鋭利な刃物を用いて機憾的に加工する。試作したブリッジ型筏合を図2に示す。誤作した超伝導厚膜の膜厚は，図3t~ 示す試料断面の SEM 写真により測定し，約3自問である。

3 .

実験方法 ¥ Y-Ba-Cu-O系組伝単車体で実用化の鑓となる一つ1，1:: 液体窒素温度以上で臨界温度を示すことである。そこで，作製した超伝導厚膜の電気抵抗ー温度特性を測定した。次に，ブリッジ型筏合試料を用いて，測定温度，ブリッジ飽，焼結温度をパラメータとした電流ー電圧特性を測定した。それぞれの特性は，超伝導特性自動演JI定システム (AIT-l00型〉を用いて測定した。測定は，四端子法で行った。綿子は，銅線をインジゥムで圧着することにより形成し，電圧端子間距離1:，1: 2mmで一定とした。また，焼結温度の異なる試料に対して，クレインザイズと筏合面積の関係をS E M写真により観察した。

4

。結果と検討スクリーン印刷焼結j去により試作した超伝導厚膜の電気抵抗一温度特性の一例を図4に示す。臨界温度Tcのエンドポイントは81Kを示し，液体重索温度 Y20，.BaC03.CuO (粉末) j毘ぷ口、コ仮焼粉砕 2 浪 dEL 3 有機溶煤混合印刷焼結炉、fAp 図 1 . 超伝導厚膜の作製工程図図

2 .

ブリッジ加工図 3日帰図

3 .

膜断面のS E M写真

(3)

185 ソン後合と悶じく，臨界電流Jcが(I-Tc/T)3/2t

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例している 11)ので，試作したブリッジ型援会がブリッジ型ジョセフソン援合であり，ジョセフソン索子として利用できる可能性があると言える。焼結条件 94日'C2時間の試料のa 測定温度 7日Kにおけるブリッジ幅をパラメータとした電流一電圧特性を電流密度一電圧特性に変換して図7に示す。ブリッジ揺に関係なく特性が一致していないのはB 膜の内部のグレイン密度分布にばらつきがあるためだと考えられる。この結果から，ブリッジ幅によってスクリーン印刷Y-Ba-Cu-O系高温超伝導膜の粒界ジョセフソン接合 77Kを越えている。測定温度をパラメータとした官流ー電圧特性を焼結条件 940'C2時間，ブリッジ隠し8mmの試料に対して図 5 に示す。電圧 Bにおいて最大電流を示す臨界電流

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，測定温度に依存しておりs 測定温度が低くなるほど大きな値を示している。またe この電流一電圧特性は，点接触型，ブリッジ型のジョセフソン援合と周採の傾向を示している 1030 臨界電流の温度特性を焼結条件 940'C2時間，ブリッジ幅1.8 mmの試料に対して函6に示す。ブリッジ型ジョセフ @ @ 6 4 2 ( 伺 ¥ 創 q E ) 円 ¥ ω w u -500

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内田悦行・赤尾保男・野上正行・橋本朋浩・浮木直人臨界電流の制御をするには. グレイン密度が均一な膜の作製が必要であると言える。ブリッジ組 2.01Ml，測定温度 70Kで，焼結時間 2 時間一定とし.焼結温度をパラメータとした電流ー電圧特性を電流密度一電圧特性に変捜して図8 に示す。臨界電流密度l:t.焼結温度に依存しており，焼結温度が高くなるほど大きな{直を示している。この試料を

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で観察した写真を図9 に示す。焼結温度が高くなるほど，グレインは成長して大きくなっていく傾向にあり，グレイン聞の総領合面積は.試料金体でみて平均的に増加していると言える。この結果から，電流密度はグレイン聞の総権合面積に依存していると言える。グレイン密度の均一な膜を作ることにより，ブリッジ抱と焼結温度で臨界電流が制御できると結論づけられる。 40十 . ・ 98日℃ ( m u E O ¥ q

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焼結温度をパラメータとした電流密度-'11圧特性 (ブリッジ幅 2.日mm.測定温度 7日K)

5 .

おわりに本実献で得られた結果をまとめる。 (1)スクリーン印刷焼結法で.液体窒素温度を越える臨界温度を持つ

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超伝導煤を作製した。 (2)測定温度をパラメータとした電流ー電圧特性と臨界電流の温度特性から，試作したブリッジ型擁合が，ブリッジ型ジョセフソン素子として利用できる可能性があることを明らかにした。 (日) (c) 4 真一写周一川町 5 四 E L 日 1

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(5)

スクリーン印刷Y-Ba-Cu-O系高温超伝導膜の粒界ショセフソン接合 187 (3)焼結温度をパラメータとした電流密度一電圧特性から，グレイン密度の均一な膜を作製することにより，ブリッジ唱で臨界電流が制御できることを明らかにした。 (4)焼結温度をパラメータとした濁流密度一電圧特性と焼結温度の異なる試料のS E M写真観察から，臨界電流はグレイン悶の総接合面積に依存しており，焼結温度で制御できることを明らかにした。謝辞愛知県工業技術センター黒沢和芳氏には、 S E M 観察で御協力いただいた。参考文献

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10)巴本物理学会編:超伝導.丸善.1979. 11) H目 Tanabe， Y. Yoshizako，門 Tonouchi and

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