レーザー・プラズマハイブリッドCVDによる高配向超電導膜の高速合成

激光等离子体混合CVD快速合成高取向超导薄膜

基本信息

批准号：
11F01375
负责人：
後藤孝
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01375/
关键词：
CVD 高温超電導酸化物プラズマプロセス厚膜電気伝導特性

项目摘要

超電導機器の実用化に向けて、臨界電流密度の向上と超電導線材の作製コスト削減の両立が求められており、新しい超電導層の合成プロセスの開発が求められている。超電導体は、コイルや撚り線の形で使用することから、テープ状の線材として製造されるが、優れた超電導特性を得るためには、下地層および超電導層を、テープ基材上に結晶方位を揃えて成長させる必要がある。本研究では、高強度レーザーを援用した化学気相析出法を用いて、CeO_2下地層およびYBa_2Cu_3O_<7-δ>超電導層を合成する。本年度は、高い配向性を有する下地層および優れた超電導臨界電流密度を示す高温酸化物超電導体の合成プロセスを開発することを目的とした。単結晶基板上にα軸に配向したCeO_2単結晶厚膜の合成に成功した。TEM観察においては、膜中に粒界は認められず、原子レベルで整合した界面を有していた。CeO_2単結晶厚膜は、高い透明性を示した。さらに、原料供給系および原料の噴霧・気化器とレーザーCVDを組み合わせてYBa_2Cu_3O_<7-δ>沁膜を合成した。原料には、各金属のβ-ジケトン錯体をテトラヒドロフラン溶液に所定のモル比で混合したものを用いた。無脈動液体搬送ポンプを用いて加熱容器へ搬送して気化させることによって、精密に組成を制御した。本手法により合成したc軸配向YBa_2Cu_3O_<7-δ>膜は、実用レベルの高い超電導臨界電流密度2.7MA/cm^2を示した。TEM観察においては、膜中にらせん転位および積層欠陥の生成が認められた。これらの微細な欠陥構造は、超電導電流に対してピン止め効果を示すことで、臨界電流密度の向上に寄与したものである。

为了将超导器件投入实用，既需要提高超导线材的临界电流密度，又需要降低超导线材的制造成本，并且需要开发新的超导层合成工艺。由于超导体以线圈或绞线的形式使用，因此将其制造为带状线材，但为了获得优异的超导性能，必须将底层和超导层放置在具有晶体取向的带基材上。是必要的调整和成长。本研究采用高强度激光辅助化学气相沉积方法合成了CeO_2底层和YBa_2Cu_3O_<7-δ>超导层。今年的目的是开发一种高温氧化物超导体的合成工艺，该工艺具有高度定向的底层和优异的超导临界电流密度。我们在单晶衬底上成功合成了沿α轴取向的CeO_2单晶厚膜。在TEM观察中，在薄膜中没有观察到晶界，并且薄膜具有在原子水平上一致的界面。 CeO_2单晶厚膜表现出较高的透明度。此外，通过组合原料供应系统、原料雾化器/汽化器和激光CVD来合成YBa_2Cu_3O_<7-δ>膜。作为原料，使用各金属的β-二酮络合物在四氢呋喃溶液中以预定摩尔比的混合物。通过将液体输送到加热容器并使用非脉动液体输送泵将其蒸发来精确控制成分。该方法合成的c轴取向YBa_2Cu_3O_<7-δ>薄膜的超导临界电流密度为2.7MA/cm^2，处于实用水平。 TEM 观察揭示了薄膜中螺旋位错和堆垛层错的形成。这些精细缺陷结构通过对超导电流表现出钉扎效应，有助于提高临界电流密度。