超電導薄膜材料およびその製造方法
【課題】高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性と、低コスト化の実現とを両立することが可能な超電導薄膜材料およびその製造方法を提供する。
【解決手段】超電導薄膜材料１は、金属配向基板１０と、金属配向基板１０上に形成された酸化物超電導膜３０とを備え、酸化物超電導膜３０は、物理蒸着法により形成された物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１と、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に有機金属堆積法により形成された有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２とを含んでいる。
【解決手段】超電導薄膜材料１は、金属配向基板１０と、金属配向基板１０上に形成された酸化物超電導膜３０とを備え、酸化物超電導膜３０は、物理蒸着法により形成された物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１と、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に有機金属堆積法により形成された有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２とを含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導薄膜材料およびその製造方法に関し、より特定的には、基板上に超電導膜が形成された超電導薄膜材料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属基板上に、パルスレーザー蒸着（ＰＬＤ；Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの物理蒸着（ＰＶＤ；Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、ＴＦＡ−ＭＯＤ（Ｔｒｉｆｌｕｏｒｏａｃｅｔａｔｅ−Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの有機金属堆積（ＭＯＤ；Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により超電導膜を形成した超電導テープ線材などの超電導薄膜材料の開発が進められている。たとえば、金属テープ上にＰＬＤ法などを用いて酸化物超電導層を形成する際、金属テープの搬送速度、および金属テープと酸化物作成用のターゲットとの距離を所定の値とすることにより、大きな臨界電流密度（ＪＣ）を有する酸化物超電導線材を効率的に生産する方法が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３８６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＰＶＤ法、特にＰＬＤ法を採用して超電導膜を形成した場合、当該超電導膜の組成は、ターゲットの組成に近く、高いＪＣおよび高い臨界電流（ＩＣ）を有する超電導薄膜材料が得られるという利点がある。しかし、ＰＶＤ法を採用した場合、減圧下での成膜が必要となる。そのため、効率的な大量生産を実施することが困難で、製造コストが上昇する。また、ＰＶＤ法を採用して超電導膜を形成する場合、膜厚が厚くなると当該膜の表面の平滑性が低下するという問題点もある。
【０００４】
一方、ＭＯＤ法を採用して超電導膜を形成した場合、生産設備の簡略化が比較的容易である。そのため、ＰＶＤ法を採用する場合に比べて、装置コストの低減が比較的容易であり、安価な超電導薄膜材料を生産可能であるという利点がある。また、ＭＯＤ法により形成された超電導膜は、表面平滑性に優れているという利点も有している。しかし、たとえばＴＦＡ−ＭＯＤ法においては、成膜過程で超電導膜内からフッ素が離脱しつつ、超電導膜の結晶が成長するため、超電導膜の結晶の成長速度が遅く、生産効率の向上は必ずしも容易ではない。また、前述のフッ素の離脱を均一に進行させる必要があるため、たとえば幅の広い超電導薄膜材料を製造することは困難であり、生産効率の向上が阻害される。さらに、ＴＦＡ−ＭＯＤ法においては、そのプロセス中に、取扱に注意を要するフッ化水素が生成するため、フッ化水素の処理コストが必要となり、超電導薄膜材料の生産コスト上昇の原因となる。
【０００５】
これに対し、フッ素系の有機金属塩溶液を使用しない無フッ素系ＭＯＤ法を採用することで、上述のＴＦＡ−ＭＯＤ法の問題点を解消することができる。しかし、無フッ素系ＭＯＤ法においては、基板や基板上に形成された中間層からの超電導膜の核成長が容易ではないという問題点を有している。
【０００６】
以上のように、従来、超電導薄膜材料において、高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性と、低コスト化の実現とを両立することは困難であった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性と、低コスト化の実現とを両立することが可能な超電導薄膜材料およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従った超電導薄膜材料は、基板と、基板上に形成された超電導膜とを備えている。そして、超電導膜は、物理蒸着法により形成された物理蒸着層と、物理蒸着層上に有機金属堆積法により形成された有機金属堆積層とを含んでいる。
【０００９】
高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性を超電導薄膜材料に付与するためには、超電導膜において高い表面平滑性および配向性を確保しつつ、十分な膜厚の超電導膜を形成することが重要である。本発明者は、これを低コストで実現可能な超電導薄膜材料およびその製造方法について詳細に検討を行なった。その結果、まず、物理蒸着法（ＰＶＤ法）によりターゲットの組成に近く、配向性の高い超電導膜としての物理蒸着膜を形成し、その上に有機金属堆積法（ＭＯＤ法）により超電導膜としての有機金属堆積層を形成することにより、配向性が高く、かつ表面平滑性の高い超電導膜を低コストで形成できることを見出した。この製造方法よれば、高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性を有し、かつ低コストな超電導薄膜材料を製造することができる。すなわち、前述のようにＰＶＤ法のみで超電導膜を形成した場合、超電導膜が厚くなると表面平滑性が低下する傾向にあるが、超電導膜全体をＰＶＤ法により形成するのではなく、表面平滑性に優れたＭＯＤ法と組み合わせることにより、超電導膜の表面平滑性が向上する。また、物理蒸着層を種膜として有機金属堆積層を形成すれば、有機金属堆積層の核成長が容易となる。このように、本発明の超電導薄膜材料によれば、ＰＶＤ法およびＭＯＤ法のそれぞれの欠点を補完しつつ、両者の利点を生かすことにより、高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性と、低コスト化の実現とを両立し得る超電導薄膜材料を提供することが可能となる。
【００１０】
ここで、配向性とは結晶粒の結晶方位が揃っている程度をいう。また、表面平滑性とは膜の表面の平坦性をいう。
【００１１】
上記超電導薄膜材料において好ましくは、基板と超電導膜との間に、さらに中間層を備えている。基板と超電導膜との間に中間層を介在させることにより、超電導膜の配向性の向上が可能である。また、基板と超電導膜との間の原子の拡散および反応を抑制することができる。その結果、超電導薄膜材料の特性を向上させるとともに基板の選択の幅を広げることができる。
【００１２】
上記超電導薄膜材料において好ましくは、超電導膜は、基板の両方の主面上に形成されている。超電導膜は、膜厚が大きくなるにしたがって、表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制が困難になるため、成膜条件の厳密な制御が必要となる。これに対し、基板の両方の主面上に超電導膜を形成することにより、超電導薄膜材料全体で所望のＩＣを確保するために必要な、各主面上の超電導膜の膜厚を薄くすることができる。その結果、各主面上の超電導膜における表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制が容易になるとともに、両方の主面上の超電導膜により十分なＩＣを確保することが可能となる。
【００１３】
上記超電導薄膜材料において好ましくは、超電導膜においては、物理蒸着層と、有機金属堆積層との組み合わせからなる構造が複数積層されている。前述のように、ＰＶＤ法により形成された物理蒸着層は、膜厚が厚くなるに従って表面平滑性を確保することが困難となる。また、ＭＯＤにより形成された有機金属堆積層は、膜厚が厚くなるに従ってボイドなどの内部欠陥の抑制が困難になる。これに対して、まず物理蒸着層を形成した後、物理蒸着層上に有機金属堆積層を形成することにより表面平滑性を向上させることができる。さらに、有機金属堆積層の膜厚をボイドなどの内部欠陥の抑制が容易な程度にとどめ、表面平滑性の向上した超電導膜上に再度物理蒸着層を形成し、当該物理蒸着層上に、さらに有機金属堆積層を形成することで、超電導膜の膜厚を厚くできるとともに、再度超電導膜の表面平滑性が向上する。このように、物理蒸着層と有機金属堆積層との組み合わせからなる構造が複数積層されることにより、表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制を容易にしつつ、十分な膜厚の超電導膜を形成し、所望のＩＣ、ＪＣなどの超電導特性が確保可能な超電導薄膜材料を提供することができる。
【００１４】
上記超電導薄膜材料において好ましくは、有機金属堆積層の厚みは１μｍ以下である。ＭＯＤ法により形成された有機金属堆積層は、膜厚が厚くなるに従ってボイドなどの内部欠陥が発生しやすくなる。有機金属堆積層が１μｍ以下であれば、比較的容易にボイドなどの内部欠陥の発生を抑制することができる。
【００１５】
上記超電導薄膜材料において好ましくは、物理蒸着層の厚みは２μｍ以下である。ＰＶＤ法により形成された物理蒸着層は、膜厚が厚くなるに従って表面平滑性を確保することが困難となる。物理蒸着層が２μｍ以下であれば、比較的容易に良好な表面平滑性を確保することができる。
【００１６】
上記超電導薄膜材料において好ましくは、上述の物理蒸着法は、パルスレーザー蒸着法、スパッタ法および電子ビーム法からなる群から選択されるいずれかの蒸着法である。
【００１７】
物理蒸着（ＰＶＤ）法の中でも、パルスレーザー蒸着法、スパッタ法および電子ビーム法は配向性の高い超電導膜の形成に適しており、本発明の物理蒸着膜の形成に好適である。
【００１８】
上記超電導薄膜材料において好ましくは、有機金属堆積法は、フッ素を含む有機金属塩溶液を使用しない無フッ素系有機金属堆積法である。無フッ素系有機金属堆積法は、有機金属堆積（ＭＯＤ）法の代表的堆積法であるＴＦＡ−ＭＯＤ法とは異なり、成膜過程で超電導膜内からフッ素が離脱しつつ、超電導膜の結晶が成長する堆積法ではないため、超電導膜の結晶の成長速度が速く、生産効率の向上が可能である。また、前述のフッ素の離脱を均一に進行させる必要もないため、たとえば幅の広い超電導薄膜材料を製造することも容易となり、生産効率の向上にも寄与することができる。さらに、成膜プロセス中に、取扱に注意を要するフッ化水素が生成することもないため、フッ化水素の処理コストが不要である。また、中性の溶液を用いて当該プロセスを実施することが可能であるため、本発明の超電導薄膜材料に適用した場合、先に形成された物理蒸着層に損傷を与えることなく有機金属堆積層を形成することができる。その結果、製造コストを抑制しつつ、本発明の超電導薄膜材料の特性を一層向上させることができる。
【００１９】
ここで、無フッ素系有機金属堆積法とは、フッ素を含む有機金属塩溶液を使用しない有機金属堆積法をいう。また、当該有機金属堆積法に使用する溶液としては、たとえば金属アセチルアセトナト系の溶液（Ｈｏ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３）、ナフテン酸系の溶液等が挙げられる。
【００２０】
本発明に従った超電導薄膜材料の製造方法は、基板を準備する基板準備工程と、基板上に超電導膜を形成する超電導膜形成工程とを備えている。そして、超電導膜形成工程は、物理蒸着法により物理蒸着層を形成する物理蒸着工程と、物理蒸着層上に有機金属堆積法により有機金属堆積層を形成する有機金属堆積工程とを含んでいる。
【００２１】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法によれば、上述のように、ＰＶＤ法およびＭＯＤ法のそれぞれの欠点を補完しつつ、両者の利点を生かすことにより、高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性と、低コスト化の実現とを両立することが可能な超電導薄膜材料を製造することができる。
【００２２】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、基板準備工程よりも後であって超電導膜形成工程よりも前に、基板と超電導膜との間に中間層を形成する中間層形成工程をさらに備えている。
【００２３】
これにより、基板と超電導膜との間に中間層を介在させることで、超電導膜の配向性の向上が可能であり、また、基板と超電導膜との間の原子の拡散および反応を抑制することができる。
【００２４】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、物理蒸着工程では、基板の両方の主面上に物理蒸着層が形成され、有機金属堆積工程では、基板の両方の主面上における物理蒸着層上に有機金属堆積層が形成される。
【００２５】
これにより、各主面上の超電導膜の膜厚を薄くすることで表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制が容易になるとともに、両方の主面上の超電導膜により十分なＩＣを確保することが可能となる。
【００２６】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、物理蒸着工程と有機金属堆積工程とは、交互に複数回実施される。
【００２７】
これにより、物理蒸着層と有機金属堆積層との組み合わせからなる構造が複数積層されることによって、表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制を容易にしつつ、十分な膜厚の超電導膜を形成することが可能となる。その結果、所望のＩＣ、ＪＣなどの超電導特性が確保可能な超電導薄膜材料を容易に製造することができる。
【００２８】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、有機金属堆積工程では、厚み１μｍ以下の有機金属堆積層が形成される。これにより、比較的容易に有機金属堆積層におけるボイドなどの内部欠陥の発生を抑制することができる。
【００２９】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、物理蒸着工程では、厚み２μｍ以下の物理蒸着層が形成される。これにより、比較的容易に良好な物理蒸着層の表面平滑性を確保することができる。
【００３０】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、上述の物理蒸着法は、パルスレーザー蒸着法、スパッタ法および電子ビーム法からなる群から選択されるいずれかの蒸着法である。
【００３１】
物理蒸着（ＰＶＤ）法の中でも、パルスレーザー蒸着法、スパッタ法および電子ビーム法は配向性の高い超電導膜の形成に適しており、本発明の超電導薄膜材料の製造方法における物理蒸着膜の形成に好適である。
【００３２】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、上述の有機金属堆積法は、フッ素を含む有機金属塩溶液を使用しない無フッ素系有機金属堆積法である。
【００３３】
これにより、有機金属堆積（ＭＯＤ）法の代表的堆積法であるＴＦＡ−ＭＯＤ法と異なり、超電導膜の結晶の成長速度が速く、生産効率の向上が可能である。また、前述のフッ素の離脱を均一に進行させる必要もないため、生産効率の向上に寄与することができる。さらに、成膜プロセス中に、取扱に注意を要するフッ化水素が生成することもないため、フッ化水素の処理コストが不要である。また、中性の溶液を用いて当該プロセスを実施することが可能であるため、本発明の超電導薄膜材料に適用した場合、先に形成された物理蒸着膜に損傷を与えることなく有機金属堆積層を形成することができる。その結果、製造コストを抑制しつつ、本発明の超電導薄膜材料の特性を一層向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
以上の説明から明らかなように、本発明の超電導薄膜材料およびその製造方法によれば、高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性と、低コスト化の実現とを両立することが可能な超電導薄膜材料およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態である実施の形態１の超電導薄膜材料の構成を示す概略断面図である。図１を参照して、実施の形態１の超電導薄膜材料の構成について説明する。
【００３７】
図１を参照して、実施の形態１の超電導薄膜材料１は、基板としての金属配向基板１０と、金属配向基板１０上に形成された中間層２０と、中間層２０上に形成された超電導膜としての酸化物超電導膜３０と、酸化物超電導膜３０を保護するために酸化物超電導膜３０上に形成された安定化層としてのＡｇ（銀）安定化層４０とを備えている。酸化物超電導膜３０の材質としては、たとえばＨｏＢＣＯ（ホルミウム系高温超電導材料；ＨｏＢａ２Ｃｕ３ＯＸ）などのレア・アース系酸化物超電導材料を選択することができる。そして、酸化物超電導膜３０は、物理蒸着法により形成された物理蒸着層としての物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１と、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に有機金属堆積法により形成された有機金属堆積層としての有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２とを含んでいる。
【００３８】
また、金属配向基板１０としては、たとえばＮｉ（ニッケル）配向基板、Ｎｉ合金系の配向基板などを選択することができる。さらに、中間層２０は、たとえばＣｅＯ２（セリア）およびＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）の少なくとも一方を含んだ層とすることができ、具体的には第１のＣｅＯ２層２１と、第１のＣｅＯ２層２１上に形成されたＹＳＺ層２２と、ＹＳＺ層２２上に形成された第２のＣｅＯ２層２３とを含んだ層とすることができる。また、安定化層は上述のＡｇ安定化層４０に限られず、たとえばＡｇ安定化層４０に代えてＣｕ（銅）からなるＣｕ安定化層を用いてもよい。
【００３９】
次に、実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法について説明する。図２は、本発明の一実施の形態である実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法における製造工程の概略を示す図である。また、図３は、図２の製造工程のうち、有機金属堆積工程の詳細を示す図である。また、図４〜図６は、実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。図１〜図６を参照して、実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法を説明する。
【００４０】
図２を参照して、まず、基板準備工程が実施される。具体的には、配向性ニッケル合金からなるテープ状基板などの金属配向基板１０が準備される。次に、図２に示すように、金属配向基板１０上に中間層２０を形成する中間層形成工程が実施される。具体的には、図２および図４を参照して、金属配向基板１０上に第１のＣｅＯ２層２１、ＹＳＺ層２２および第２のＣｅＯ２層２３を順次形成するように、第１のＣｅＯ２層形成工程、ＹＳＺ層形成工程および第２のＣｅＯ２層形成工程が順次実施される。この第１のＣｅＯ２層形成工程、ＹＳＺ層形成工程および第２のＣｅＯ２層形成工程は、たとえばＰＬＤ法などの物理蒸着法により実施することができるが、ＭＯＤ法により実施してもよい。
【００４１】
次に、図２に示すように、中間層２０上に酸化物超電導膜３０を形成する超電導膜形成工程が実施される。具体的には、図２および図５に示すように、まず中間層２０上に物理蒸着法により物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１を形成する物理蒸着工程が実施される。この物理蒸着工程は、パルスレーザー蒸着（ＰＬＤ）法、スパッタ法および電子ビーム法からなる群から選択されるいずれかの蒸着法を用いることが好ましい。特に、ＰＬＤ法を採用することにより、酸化物超電導膜３０を構成する物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１の組成をターゲットの組成に近くすることができ、かつ高い配向性を確保可能であるため、超電導薄膜材料１のＪＣおよびＩＣの向上に寄与することができる。
【００４２】
さらに、図２および図６に示すように、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に有機金属堆積法により有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２を形成する有機金属堆積工程が実施される。この有機金属堆積工程では、まず、図３に示すように、無フッ素系のＨｏ（ホルミウム）、Ｂａ（バリウム）およびＣｕ（銅）の有機金属塩溶液、たとえば金属アセチルアセトナト系の溶液（Ｈｏ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３）、あるいはナフテン酸系の溶液などの溶液を物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１の表面に塗布する無フッ素系溶液塗布工程が実施される。この無フッ素系溶液塗布工程における有機金属塩溶液の塗布方法としてはディップ法、ダイコート法などを選択することができる。
【００４３】
次に、図３に示すように、塗布された有機金属塩溶液から溶媒成分等が除去される仮焼成工程が実施される。具体的には、４００℃以上６００℃以下の温度域、たとえば５００℃の空気中で有機金属塩溶液が塗布された金属配向基板１０が加熱されることにより、塗布された有機金属塩溶液が熱分解される。このとき、ＣＯ２（二酸化炭素）、Ｈ２Ｏ（水）が離脱することにより塗布された有機金属塩溶液から溶媒成分等が除去される。さらに、図３に示すように、上述の仮焼成工程が実施された後、本焼成工程が実施される。具体的には、６００℃以上８００℃以下の温度域、たとえば７５０℃のＡｒ（アルゴン）およびＯ２（酸素）の混合雰囲気中で有機金属塩溶液が塗布された金属配向基板１０が加熱されることにより、所望の有機金属堆積層である有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２が形成される。
【００４４】
ここで、図５および図６を参照して、前述のように物理蒸着により形成された物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１においては、膜厚が厚くなるにしたがって、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１の表面である物理蒸着ＨｏＢＣＯ層表面３１Ａの表面平滑性が低下する傾向にある。これに対し、以上のようにして表面平滑性に優れた有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２が物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に形成されることにより、表面平滑性の高い有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の表面である有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層表面３２Ａが酸化物超電導膜３０の表面である超電導膜表面３０Ａとなる。その結果、表面平滑性に優れた酸化物超電導膜３０が形成され、超電導薄膜材料１のＩＣ、ＪＣなどが向上する。また、ターゲットの組成に近く、配向性の高い物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１を種膜として有機金属堆積工程を実施することにより、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の核成長が容易となる。
【００４５】
さらに、図２に示すように、安定化層としてのＡｇ安定化層４０が形成されるＡｇ安定化層形成工程が実施される。Ａｇ安定化層４０の形成は、たとえば蒸着法により実施することができる。以上の工程が実施されることにより、実施の形態１の超電導薄膜材料１が製造される。
【００４６】
本実施の形態１の超電導薄膜材料１およびその製造方法によれば、ＰＬＤ法および無フッ素系ＭＯＤ法のそれぞれの欠点を補完しつつ、両者の利点を生かすことにより、高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性と、低コスト化の実現とを両立することが可能な超電導薄膜材料１を提供することができる。
【００４７】
また、本実施の形態１において、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の厚みは１μｍ以下であることが好ましい。ＭＯＤ法により形成された有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２は、膜厚が厚くなるに従ってボイドなどの内部欠陥が発生しやすくなる。有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２が１μｍ以下であれば、比較的容易にボイドなどの内部欠陥の発生を抑制することができる。
【００４８】
また、本実施の形態１において、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１の厚みは２μｍ以下であることが好ましい。ＰＬＤ法により形成される物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１は、膜厚が厚くなるに従って表面平滑性を確保することが困難となる。物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１が２μｍ以下であれば、比較的容易に良好な表面平滑性を確保することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
図７は、本発明の一実施の形態である実施の形態２における超電導薄膜材料の構成を示す概略断面図である。図７を参照して実施の形態２の超電導薄膜材料の構成を説明する。
【００５０】
図７を参照して、実施の形態２の超電導薄膜材料１と、上述した実施の形態１の超電導薄膜材料１とは基本的に同様の構成を有している。しかし、実施の形態２の超電導薄膜材料１では、中間層２０、酸化物超電導膜３０およびＡｇ安定化層４０が金属配向基板１０の両方の主面上に形成されている点で実施の形態１の超電導薄膜材料１とは異なっている。酸化物超電導膜３０は、膜厚が大きくなるにしたがって、表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制が困難になるため、成膜条件の厳密な制御が必要となる。これに対し、本実施の形態２においては、金属配向基板１０の両方の主面１０Ａ上に酸化物超電導膜３０を形成することにより、所望のＩＣを確保するために必要な各主面１０Ａ上の酸化物超電導膜３０の膜厚を薄くすることができる。その結果、各主面１０Ａ上の酸化物超電導膜３０における表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制が容易となり、かつ両方の主面１０Ａ上の酸化物超電導膜３０により十分なＩＣを確保することが可能となっている。
【００５１】
次に、実施の形態２の超電導薄膜材料の製造方法について説明する。図８および図９は、実施の形態２の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。図７〜図９を参照して、実施の形態２の超電導薄膜材料の製造方法を説明する。
【００５２】
実施の形態２の超電導薄膜材料の製造方法と、図１〜図６に基づいて説明した実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法とは基本的に同様の構成を有している。しかし、図２を参照して、実施の形態２では、中間層形成工程、超電導膜形成工程およびＡｇ安定化層形成工程において、それぞれ中間層２０、酸化物超電導膜３０、Ａｇ安定化層４０が金属配向基板１０の両方の主面１０Ａ上に形成される点で実施の形態１とは異なっている。具体的には、中間層形成工程において、図８に示すように、金属配向基板１０の両方の主面１０Ａ上に第１のＣｅＯ２層２１、ＹＳＺ層２２および第２のＣｅＯ２層２３からなる中間層２０が形成される。次に、超電導膜形成工程において、図９に示すように、両方の中間層２０上にそれぞれ酸化物超電導膜３０が形成される。さらに、Ａｇ安定化層形成工程において、両方の酸化物超電導膜３０上にそれぞれＡｇ安定化層４０が形成されて、図７に示す実施の形態２の超電導薄膜材料１が完成する。
【００５３】
なお、中間層形成工程、超電導膜形成工程およびＡｇ安定化層形成工程においては、金属配向基板１０の両方の主面１０Ａ上における中間層２０、酸化物超電導膜３０、Ａｇ安定化層４０は一方側ずつ形成されてもよいし、両方同時に形成されてもよい。物理蒸着法により物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１を両方の主面１０Ａ上に同時に形成する場合、たとえば金属配向基板１０の両側からレーザ蒸着法により形成することができる。また、無フッ素系有機金属堆積法により有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２を両方の物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に同時に形成する場合、たとえばディップ法により、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１が形成された金属配向基板１０を有機金属塩溶液中に浸漬して形成することができる。
【００５４】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の一実施の形態である実施の形態３における超電導薄膜材料の構成を示す概略断面図である。図１０を参照して実施の形態３の超電導薄膜材料の構成を説明する。
【００５５】
図１０を参照して、実施の形態３の超電導薄膜材料１と、上述した実施の形態１の超電導薄膜材料１とは基本的に同様の構成を有している。しかし、実施の形態３の超電導薄膜材料１では、酸化物超電導膜３０において、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１と、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２との組み合わせからなる構造が複数積層されている点で、実施の形態１の超電導薄膜材料１とは異なっている。具体的には、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２が形成された積層構造３０Ｂが複数積み重ねられて酸化物超電導膜３０が構成されている。図１０では、積層構造３０Ｂが２段に積み重ねられた場合を示しているが、酸化物超電導膜３０が所望の膜厚となるように、積層構造３０Ｂは３段以上積み重ねられてもよい。
【００５６】
前述のように、ＰＶＤ法により形成された物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１は、膜厚が厚くなるに従って表面平滑性を確保することが困難となる。また、ＭＯＤ法により形成された有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２は、膜厚が厚くなるに従ってボイドなどの内部欠陥の抑制が困難になる。これに対して、まず物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１を形成した後、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２を形成することにより表面平滑性を向上させることができる。さらに、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の膜厚をボイドなどの内部欠陥の抑制が容易な程度にとどめ、表面平滑性の向上した超電導膜上に再度物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１を形成し、当該物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に、さらに有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２を形成することで、再度酸化物超電導膜３０の表面平滑性が向上する。このように、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１と有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２との組み合わせからなる構造が複数積層されることにより、表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制を容易にしつつ、十分な膜厚の酸化物超電導膜３０が形成できる。その結果、所望のＩＣ、ＪＣなどの超電導特性が確保可能な超電導薄膜材料１を容易に得ることができる。
【００５７】
次に、実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法について説明する。図１１は本発明の一実施の形態である実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法における製造工程の概略を示す図である。また、図１２〜図１４は、実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。図１１〜図１４を参照して、実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法を説明する。
【００５８】
実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法と、図１〜図６に基づいて説明した実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法とは基本的に同様の構成を有している。しかし、図１１を参照して、実施の形態３では、超電導膜形成工程において、物理蒸着工程と有機金属堆積工程とが交互に複数回実施される点で実施の形態１とは異なっている。具体的には、超電導膜形成工程において、図１２に示すように、金属配向基板１０上に第１のＣｅＯ２層２１、ＹＳＺ層２２および第２のＣｅＯ２層２３からなる中間層２０が形成される。次に、図１３に示すように、中間層２０上に、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２が形成された積層構造３０Ｂが形成される。物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１および有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の形成方法は、実施の形態１と同様である。さらに、図１４に示すように、積層構造３０Ｂ上にさらに積層構造３０Ｂが形成される。この積層構造３０Ｂは、酸化物超電導膜３０が所望の膜厚となるまで繰り返して形成される。そして、酸化物超電導膜３０上にＡｇ安定化層４０が形成されて、図１０に示す実施の形態３の超電導薄膜材料１が完成する。
【００５９】
なお、実施の形態３において、各有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の厚みは１μｍ以下であることが好ましい。各有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２が１μｍ以下であれば、比較的容易にボイドなどの内部欠陥の発生を抑制することができる。また、実施の形態３において、各物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１の厚みは２μｍ以下であることが好ましい。各物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１が２μｍ以下であれば、比較的容易に良好な表面平滑性を確保することができる。
【００６０】
上述した、本発明の実施の形態１〜３における超電導薄膜材料１は、たとえばテープ状線材であるが、シート状であってもよいし、中空または中実の円筒形状であってもよい。
【実施例１】
【００６１】
以下、本発明の実施例１について説明する。本発明の超電導薄膜材料を実際に作製し、その特性を評価する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【００６２】
まず、試験の対象となる試料の作製方法について説明する。試料は図２に示す製造方法により作製した。具体的には、厚み１００μｍ、幅１０ｍｍのＮｉ合金系配向金属テープ上に三層構造の中間層（ＣｅＯ２層／ＹＳＺ層／ＣｅＯ２層；厚みはそれぞれ０．３μｍ、１．０μｍ、０．１μｍ）を形成し、中間層上にＰＬＤ法により膜厚１．０μｍの物理蒸着ＨｏＢＣＯ層を形成した。さらに、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層上に無フッ素系ＭＯＤ法により膜厚０．２μｍ〜３．０μｍの有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層をエピタキシャル成長させた。そして、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層上に膜厚１０μｍのＡｇ安定化層を形成し、幅１０ｍｍ、長さ１ｍの線材を作製した。この線材から幅１０ｍｍ、長さ１０ｃｍの短尺試料を採取し、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層の膜厚（ＭＯＤ膜厚）とＩＣとの関係を調査する試験を行なった。また、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層の極点図を、Ｘ線回折を利用して作成し、面内配向性を調査する試験を行なった。さらに、Ａｇ安定化層を形成する前の有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層の表面を原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＡＦＭ）を用いて観察した。
【００６３】
次に、試験結果について説明する。図１５は、実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ膜厚とＩＣとの関係を示す図である。図１５において、横軸は物理蒸着ＨｏＢＣＯ層上に形成された有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層の膜厚（ＭＯＤ膜厚）を示しており、縦軸は臨界電流（ＩＣ）を示している。なお、本実施例１では有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層（ＭＯＤ層）をダイコート法により形成した場合と、ディップ法により形成した場合とについて実験を行なった。ここで、ディップ法とは、ＭＯＤ法において、Ｎｉ合金系配向金属テープを有機金属塩溶液中に浸漬することにより、Ｎｉ合金系配向金属テープ上に有機金属塩溶液を付着させる方法である。また、ダイコート法とは、ＭＯＤ法において、Ｎｉ合金系配向金属テープ上に溶液タンクから供給した有機金属塩溶液を塗工することにより、Ｎｉ合金系配向金属テープ上に有機金属塩溶液を付着させる方法である。図１５では、ダイコート法の場合の結果を中抜きの菱形、ディップ法の場合の結果を中実の正方形で示している。図１５を参照して、本実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ膜厚とＩＣとの関係を説明する。
【００６４】
図１５を参照して、ＭＯＤ膜厚が１μｍ程度までであれば、ＭＯＤ層の形成方法にかかわらずＩＣは３５〜８０Ａ／ｃｍ幅程度となっている。したがって、ＭＯＤ膜厚が１μｍ程度までの範囲であれば、良好な特性を有するＭＯＤ層を形成可能であることが分かる。
【００６５】
図１６は、実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層の（１０３）極点図である。また、図１７は、実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層の表面のＡＦＭ写真である。図１６および図１７を参照して、実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層の結晶成長について説明する。
【００６６】
図１６を参照して、ＭＯＤ層の（１０３）面に対応するピークの半値幅は６．５〜６．９度となっている。このことから、実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層は、良好な面内配向性を有していることが分かる。さらに、図１７を参照して、実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層の表面の結晶粒径は０．５〜１μｍとなっている。以上より、本発明の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層においては、良質な結晶成長が実現されていることが分かる。
【００６７】
さらに、上述の製造方法と同様の製造方法において、有機金属堆積工程における有機金属塩溶液の塗布および焼成を連続的に実施可能な連続塗布焼成装置を用い、連続リール巻き取り方式で本発明の超電導薄膜材料を巻き取ることにより、長尺線材の試作を実施した。その結果、上述と同様の特性を有する長尺線材を作製することができた。このことから、本発明の超電導薄膜材料によれば、上述のように優れた超電導特性、たとえば高いＪＣ、高いＩＣを有する長尺の超電導線材を提供することができることが分かった。
【実施例２】
【００６８】
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の超電導薄膜材料を実際に作製し、ＭＯＤ層の形成状態とＩＣとの関係を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【００６９】
まず、幅３ｃｍ、厚さ１００μｍの配向性Ｎｉ合金テープ上にＰＬＤ法により実施例１と同様の中間層を形成し、当該中間層上にＰＬＤ法により厚さ１．５μｍのＨｏＢＣＯ層（物理蒸着ＨｏＢＣＯ層）を形成した。さらに、当該物理蒸着ＨｏＢＣＯ層上に無フッ素系ＭＯＤ法により厚さ０．３〜３．０μｍのＨｏＢＣＯ層（有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層）を形成した。そして、当該有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層上に厚さ１０μｍのＡｇ安定化層を形成することにより、本発明の超電導薄膜材料を作製した。
【００７０】
作製された超電導薄膜材料に対してＩＣの測定を実施するとともに、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＥＭ）により、当該超電導薄膜材料の厚み方向における断面を観察した。
【００７１】
図１８〜図２１は、作製された超電導薄膜材料の厚み方向における断面のＳＥＭ写真である。なお、図１８〜図２１には、測定されたＩＣの値およびＭＯＤ膜厚が付記されている。図１８〜図２１を参照して、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層の形成状態とＩＣとの関係を説明する。
【００７２】
図１８に示すように、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に形成された有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の厚みを０．３μｍとした場合、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２は緻密であった。また、測定されたＩＣは８１Ａ／ｃｍ幅であり（ＪＣは２．５ＭＡ／ｃｍ２）、優れた超電導特性が得られた。さらに、図１９に示すように、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の厚みを０．９μｍとした場合、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２には、わずかなボイドおよび異相が観察されるが、測定されたＩＣは７４Ａ／ｃｍ幅であり、優れた超電導特性が得られた。
【００７３】
一方、図２０に示すように、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の厚みを１．８μｍとした場合、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２にはボイドおよび異相が明確に観察される。また、測定されたＩＣは３９Ａ／ｃｍ幅であり、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の厚みが１μｍ以下である上述の図１８および図１９の場合に比べて、超電導特性が明確に低下している。さらに、図２１に示すように、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の厚みを３．０μｍとした場合、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２には多くのボイドおよび異相が明確に観察される。そして、測定されたＩＣは１Ａ／ｃｍ幅となっており、超電導特性が著しく低下した。
【００７４】
無フッ素系ＭＯＤ法の最大のメリットは大面積膜化が容易なことである。上述のように、幅広配向Ｎｉ合金テープ上に中間層、超電導膜およびＡｇ安定化層を形成し、かつＭＯＤ層の厚みを１μｍ以下とすることで、良好な超電導特性を有する大面積の超電導薄膜材料を作製できることが分かった。
【実施例３】
【００７５】
以下、本発明の実施例３について説明する。物理蒸着層上に有機金属堆積層が形成された超電導膜を備えた本発明の実施例としての超電導薄膜材料と、物理蒸着層のみで形成された超電導膜を備えた比較例としての超電導薄膜材料とを作製し、超電導特性を比較する試験を行なった。
【００７６】
まず、本発明の実施例として、実施例１の場合と同様に図２に示す製造方法により、実施例１と同様の超電導薄膜材料を作製した。ここで、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層の厚みは０．８μｍとし、当該物理蒸着ＨｏＢＣＯ層上に１μｍ以下の有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層を堆積することにより、超電導膜を形成した。一方、比較例として、実施例の超電導薄膜材料に対して超電導膜のみが異なる超電導薄膜材料を作製した。比較例では、前述のように超電導膜を物理蒸着ＨｏＢＣＯ層のみで構成した。
【００７７】
このようにして作製された超電導薄膜材料に対して、温度７７Ｋ、磁場０Ｔの条件の下で、ＩＣおよびＪＣを測定する試験を行なった。図２２は、本発明の実施例および本発明の範囲外である比較例の超電導薄膜材料における、超電導膜の膜厚とＩＣとの関係を示す図である。図２２において、横軸は超電導膜の膜厚、縦軸はＩＣを示している。また、四角形の点は実施例に関する測定値、円形の点は比較例に関する測定値を表している。図２２を参照して、本発明の実施例および本発明の範囲外である比較例の超電導薄膜材料における、超電導膜の膜厚とＩＣとの関係を説明する。
【００７８】
図２２を参照して、超電導膜を物理蒸着ＨｏＢＣＯ層のみで構成した比較例の超電導薄膜材料では、膜厚が１μｍ程度までであれば膜厚の増加にほぼ比例してＩＣが上昇している。しかし、膜厚が厚くなると膜厚の増加に対するＩＣの上昇が小さくなる傾向にあり、膜厚が２μｍ以上では、ＩＣの上昇が明確に小さくなっている。これは、前述のように、ＰＬＤ法を用いて超電導膜を形成した場合、膜厚が厚くなるに従って、表面平滑性が悪化したためであると考えられる。これに対し、物理蒸着層上に有機金属堆積層が形成された超電導膜を備えた本発明の実施例の超電導薄膜材料では、膜厚が１μｍを超えても膜厚の増加にほぼ比例してＩＣが上昇している。そして、最大で、ＩＣは１９６Ａ／ｃｍ幅、ＪＣは１．５ＭＡ／ｃｍ２となった。以上より、本発明の超電導薄膜材料によれば、超電導膜を物理蒸着層のみで形成した超電導薄膜材料に比べて、超電導膜の膜厚を厚くすることにより、効率よくＩＣを向上させることが可能であることが分かる。
【００７９】
なお、上述の比較例に関する試験結果より、本発明の超電導薄膜材料においても、物理蒸着層の表面平滑性の悪化を抑制するためには、物理蒸着層は２μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がより好ましいと考えられる。
【実施例４】
【００８０】
以下、本発明の実施例４について説明する。Ｎｉ合金基板の両方の主面上に超電導膜が形成された本発明の超電導薄膜材料を作製し、ＩＣを調査する試験を行なった。
【００８１】
まず、本発明の実施例として、実施例１の場合と同様に、図２に示す製造方法により超電導薄膜材料を作製した。ただし、超電導膜はＮｉ合金基板の両方の主面上に形成された中間層上にそれぞれ物理蒸着ＨｏＢＣＯ層を０．４μｍの厚みで、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層を０．４μｍの厚みで形成した。そして、実施例３と同様の条件の下で当該超電導薄膜材料のＩＣを測定した。
【００８２】
その結果、本実施例の超電導薄膜材料において、Ｎｉ合金基板の一方の面側でＩＣは８２Ａ／ｃｍ幅、他方の面側でＩＣは１０９Ａ／ｃｍ幅であった。したがって、両方の面を合わせると、本実施例の超電導薄膜材料のＩＣは１９１Ａ／ｃｍ幅であった。本実施例のようにＮｉ合金基板の両方の主面上に超電導膜を形成することで、所望のＩＣを確保するために必要な各主面上の超電導膜を薄くすることが可能となり、各主面上の超電導膜における表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制が容易になる。そして、上記試験結果より、両方の主面上の超電導膜により十分なＩＣを確保することが可能であることが分かる。
【実施例５】
【００８３】
以下、本発明の実施例５について説明する。本発明の超電導薄膜材料を幅の広い線材の形状に作製する試作を行なった。具体的には、幅５ｃｍのＮｉ合金テープを基板として、実施例１と同様の方法で本発明の超電導薄膜材料を作製した。
そして、実施例３と同様の条件の下で当該超電導薄膜材料のＪＣを測定した。
【００８４】
その結果、当該超電導薄膜材料の５ｃｍ幅全域において１．４ＭＡ／ｃｍ２±１４％の均一なＪＣ分布が得られていることが分かった。また、本実施例においては、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層の形成は、ダイコート法を採用して実施した。すなわち、ダイコート法において、幅の広いダイを使用することにより、本発明の超電導薄膜材料の幅広化を達成可能であることが確認された。
【００８５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の超電導薄膜材料およびその製造方法は、基板上に超電導膜が形成された超電導薄膜材料およびその製造方法に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施の形態１の超電導薄膜材料の構成を示す概略断面図である。
【図２】実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法における製造工程の概略を示す図である。
【図３】図２の製造工程のうち、有機金属堆積工程の詳細を示す図である。
【図４】実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図５】実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図６】実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図７】実施の形態２における超電導薄膜材料の構成を示す概略断面図である。
【図８】実施の形態２の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図９】実施の形態２の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１０】実施の形態３における超電導薄膜材料の構成を示す概略断面図である。
【図１１】実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法における製造工程の概略を示す図である。
【図１２】実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１３】実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１４】実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１５】実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ膜厚とＩＣとの関係を示す図である。
【図１６】実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層の（１０３）極点図である。
【図１７】実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層の表面のＡＦＭ写真である。
【図１８】作製された超電導薄膜材料の厚み方向における断面のＳＥＭ写真である。
【図１９】作製された超電導薄膜材料の厚み方向における断面のＳＥＭ写真である。
【図２０】作製された超電導薄膜材料の厚み方向における断面のＳＥＭ写真である。
【図２１】作製された超電導薄膜材料の厚み方向における断面のＳＥＭ写真である。
【図２２】本発明の実施例および本発明の範囲外である比較例の超電導薄膜材料における、超電導膜の膜厚とＩＣとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１ 超電導薄膜材料、１０ 金属配向基板、１０Ａ 主面、２０ 中間層、２１ 第１のＣｅＯ２層、２２ ＹＳＺ層、２３ 第２のＣｅＯ２層、３０ 酸化物超電導膜、３０Ａ 超電導膜表面、３０Ｂ 積層構造、３１ 物理蒸着ＨｏＢＣＯ層、３１Ａ 物理蒸着ＨｏＢＣＯ層表面、３２ 有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層、３２Ａ 有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層表面、４０ Ａｇ安定化層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導薄膜材料およびその製造方法に関し、より特定的には、基板上に超電導膜が形成された超電導薄膜材料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属基板上に、パルスレーザー蒸着（ＰＬＤ；Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの物理蒸着（ＰＶＤ；Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、ＴＦＡ−ＭＯＤ（Ｔｒｉｆｌｕｏｒｏａｃｅｔａｔｅ−Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの有機金属堆積（ＭＯＤ；Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により超電導膜を形成した超電導テープ線材などの超電導薄膜材料の開発が進められている。たとえば、金属テープ上にＰＬＤ法などを用いて酸化物超電導層を形成する際、金属テープの搬送速度、および金属テープと酸化物作成用のターゲットとの距離を所定の値とすることにより、大きな臨界電流密度（ＪＣ）を有する酸化物超電導線材を効率的に生産する方法が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３８６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＰＶＤ法、特にＰＬＤ法を採用して超電導膜を形成した場合、当該超電導膜の組成は、ターゲットの組成に近く、高いＪＣおよび高い臨界電流（ＩＣ）を有する超電導薄膜材料が得られるという利点がある。しかし、ＰＶＤ法を採用した場合、減圧下での成膜が必要となる。そのため、効率的な大量生産を実施することが困難で、製造コストが上昇する。また、ＰＶＤ法を採用して超電導膜を形成する場合、膜厚が厚くなると当該膜の表面の平滑性が低下するという問題点もある。
【０００４】
一方、ＭＯＤ法を採用して超電導膜を形成した場合、生産設備の簡略化が比較的容易である。そのため、ＰＶＤ法を採用する場合に比べて、装置コストの低減が比較的容易であり、安価な超電導薄膜材料を生産可能であるという利点がある。また、ＭＯＤ法により形成された超電導膜は、表面平滑性に優れているという利点も有している。しかし、たとえばＴＦＡ−ＭＯＤ法においては、成膜過程で超電導膜内からフッ素が離脱しつつ、超電導膜の結晶が成長するため、超電導膜の結晶の成長速度が遅く、生産効率の向上は必ずしも容易ではない。また、前述のフッ素の離脱を均一に進行させる必要があるため、たとえば幅の広い超電導薄膜材料を製造することは困難であり、生産効率の向上が阻害される。さらに、ＴＦＡ−ＭＯＤ法においては、そのプロセス中に、取扱に注意を要するフッ化水素が生成するため、フッ化水素の処理コストが必要となり、超電導薄膜材料の生産コスト上昇の原因となる。
【０００５】
これに対し、フッ素系の有機金属塩溶液を使用しない無フッ素系ＭＯＤ法を採用することで、上述のＴＦＡ−ＭＯＤ法の問題点を解消することができる。しかし、無フッ素系ＭＯＤ法においては、基板や基板上に形成された中間層からの超電導膜の核成長が容易ではないという問題点を有している。
【０００６】
以上のように、従来、超電導薄膜材料において、高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性と、低コスト化の実現とを両立することは困難であった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性と、低コスト化の実現とを両立することが可能な超電導薄膜材料およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従った超電導薄膜材料は、基板と、基板上に形成された超電導膜とを備えている。そして、超電導膜は、物理蒸着法により形成された物理蒸着層と、物理蒸着層上に有機金属堆積法により形成された有機金属堆積層とを含んでいる。
【０００９】
高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性を超電導薄膜材料に付与するためには、超電導膜において高い表面平滑性および配向性を確保しつつ、十分な膜厚の超電導膜を形成することが重要である。本発明者は、これを低コストで実現可能な超電導薄膜材料およびその製造方法について詳細に検討を行なった。その結果、まず、物理蒸着法（ＰＶＤ法）によりターゲットの組成に近く、配向性の高い超電導膜としての物理蒸着膜を形成し、その上に有機金属堆積法（ＭＯＤ法）により超電導膜としての有機金属堆積層を形成することにより、配向性が高く、かつ表面平滑性の高い超電導膜を低コストで形成できることを見出した。この製造方法よれば、高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性を有し、かつ低コストな超電導薄膜材料を製造することができる。すなわち、前述のようにＰＶＤ法のみで超電導膜を形成した場合、超電導膜が厚くなると表面平滑性が低下する傾向にあるが、超電導膜全体をＰＶＤ法により形成するのではなく、表面平滑性に優れたＭＯＤ法と組み合わせることにより、超電導膜の表面平滑性が向上する。また、物理蒸着層を種膜として有機金属堆積層を形成すれば、有機金属堆積層の核成長が容易となる。このように、本発明の超電導薄膜材料によれば、ＰＶＤ法およびＭＯＤ法のそれぞれの欠点を補完しつつ、両者の利点を生かすことにより、高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性と、低コスト化の実現とを両立し得る超電導薄膜材料を提供することが可能となる。
【００１０】
ここで、配向性とは結晶粒の結晶方位が揃っている程度をいう。また、表面平滑性とは膜の表面の平坦性をいう。
【００１１】
上記超電導薄膜材料において好ましくは、基板と超電導膜との間に、さらに中間層を備えている。基板と超電導膜との間に中間層を介在させることにより、超電導膜の配向性の向上が可能である。また、基板と超電導膜との間の原子の拡散および反応を抑制することができる。その結果、超電導薄膜材料の特性を向上させるとともに基板の選択の幅を広げることができる。
【００１２】
上記超電導薄膜材料において好ましくは、超電導膜は、基板の両方の主面上に形成されている。超電導膜は、膜厚が大きくなるにしたがって、表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制が困難になるため、成膜条件の厳密な制御が必要となる。これに対し、基板の両方の主面上に超電導膜を形成することにより、超電導薄膜材料全体で所望のＩＣを確保するために必要な、各主面上の超電導膜の膜厚を薄くすることができる。その結果、各主面上の超電導膜における表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制が容易になるとともに、両方の主面上の超電導膜により十分なＩＣを確保することが可能となる。
【００１３】
上記超電導薄膜材料において好ましくは、超電導膜においては、物理蒸着層と、有機金属堆積層との組み合わせからなる構造が複数積層されている。前述のように、ＰＶＤ法により形成された物理蒸着層は、膜厚が厚くなるに従って表面平滑性を確保することが困難となる。また、ＭＯＤにより形成された有機金属堆積層は、膜厚が厚くなるに従ってボイドなどの内部欠陥の抑制が困難になる。これに対して、まず物理蒸着層を形成した後、物理蒸着層上に有機金属堆積層を形成することにより表面平滑性を向上させることができる。さらに、有機金属堆積層の膜厚をボイドなどの内部欠陥の抑制が容易な程度にとどめ、表面平滑性の向上した超電導膜上に再度物理蒸着層を形成し、当該物理蒸着層上に、さらに有機金属堆積層を形成することで、超電導膜の膜厚を厚くできるとともに、再度超電導膜の表面平滑性が向上する。このように、物理蒸着層と有機金属堆積層との組み合わせからなる構造が複数積層されることにより、表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制を容易にしつつ、十分な膜厚の超電導膜を形成し、所望のＩＣ、ＪＣなどの超電導特性が確保可能な超電導薄膜材料を提供することができる。
【００１４】
上記超電導薄膜材料において好ましくは、有機金属堆積層の厚みは１μｍ以下である。ＭＯＤ法により形成された有機金属堆積層は、膜厚が厚くなるに従ってボイドなどの内部欠陥が発生しやすくなる。有機金属堆積層が１μｍ以下であれば、比較的容易にボイドなどの内部欠陥の発生を抑制することができる。
【００１５】
上記超電導薄膜材料において好ましくは、物理蒸着層の厚みは２μｍ以下である。ＰＶＤ法により形成された物理蒸着層は、膜厚が厚くなるに従って表面平滑性を確保することが困難となる。物理蒸着層が２μｍ以下であれば、比較的容易に良好な表面平滑性を確保することができる。
【００１６】
上記超電導薄膜材料において好ましくは、上述の物理蒸着法は、パルスレーザー蒸着法、スパッタ法および電子ビーム法からなる群から選択されるいずれかの蒸着法である。
【００１７】
物理蒸着（ＰＶＤ）法の中でも、パルスレーザー蒸着法、スパッタ法および電子ビーム法は配向性の高い超電導膜の形成に適しており、本発明の物理蒸着膜の形成に好適である。
【００１８】
上記超電導薄膜材料において好ましくは、有機金属堆積法は、フッ素を含む有機金属塩溶液を使用しない無フッ素系有機金属堆積法である。無フッ素系有機金属堆積法は、有機金属堆積（ＭＯＤ）法の代表的堆積法であるＴＦＡ−ＭＯＤ法とは異なり、成膜過程で超電導膜内からフッ素が離脱しつつ、超電導膜の結晶が成長する堆積法ではないため、超電導膜の結晶の成長速度が速く、生産効率の向上が可能である。また、前述のフッ素の離脱を均一に進行させる必要もないため、たとえば幅の広い超電導薄膜材料を製造することも容易となり、生産効率の向上にも寄与することができる。さらに、成膜プロセス中に、取扱に注意を要するフッ化水素が生成することもないため、フッ化水素の処理コストが不要である。また、中性の溶液を用いて当該プロセスを実施することが可能であるため、本発明の超電導薄膜材料に適用した場合、先に形成された物理蒸着層に損傷を与えることなく有機金属堆積層を形成することができる。その結果、製造コストを抑制しつつ、本発明の超電導薄膜材料の特性を一層向上させることができる。
【００１９】
ここで、無フッ素系有機金属堆積法とは、フッ素を含む有機金属塩溶液を使用しない有機金属堆積法をいう。また、当該有機金属堆積法に使用する溶液としては、たとえば金属アセチルアセトナト系の溶液（Ｈｏ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３）、ナフテン酸系の溶液等が挙げられる。
【００２０】
本発明に従った超電導薄膜材料の製造方法は、基板を準備する基板準備工程と、基板上に超電導膜を形成する超電導膜形成工程とを備えている。そして、超電導膜形成工程は、物理蒸着法により物理蒸着層を形成する物理蒸着工程と、物理蒸着層上に有機金属堆積法により有機金属堆積層を形成する有機金属堆積工程とを含んでいる。
【００２１】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法によれば、上述のように、ＰＶＤ法およびＭＯＤ法のそれぞれの欠点を補完しつつ、両者の利点を生かすことにより、高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性と、低コスト化の実現とを両立することが可能な超電導薄膜材料を製造することができる。
【００２２】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、基板準備工程よりも後であって超電導膜形成工程よりも前に、基板と超電導膜との間に中間層を形成する中間層形成工程をさらに備えている。
【００２３】
これにより、基板と超電導膜との間に中間層を介在させることで、超電導膜の配向性の向上が可能であり、また、基板と超電導膜との間の原子の拡散および反応を抑制することができる。
【００２４】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、物理蒸着工程では、基板の両方の主面上に物理蒸着層が形成され、有機金属堆積工程では、基板の両方の主面上における物理蒸着層上に有機金属堆積層が形成される。
【００２５】
これにより、各主面上の超電導膜の膜厚を薄くすることで表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制が容易になるとともに、両方の主面上の超電導膜により十分なＩＣを確保することが可能となる。
【００２６】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、物理蒸着工程と有機金属堆積工程とは、交互に複数回実施される。
【００２７】
これにより、物理蒸着層と有機金属堆積層との組み合わせからなる構造が複数積層されることによって、表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制を容易にしつつ、十分な膜厚の超電導膜を形成することが可能となる。その結果、所望のＩＣ、ＪＣなどの超電導特性が確保可能な超電導薄膜材料を容易に製造することができる。
【００２８】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、有機金属堆積工程では、厚み１μｍ以下の有機金属堆積層が形成される。これにより、比較的容易に有機金属堆積層におけるボイドなどの内部欠陥の発生を抑制することができる。
【００２９】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、物理蒸着工程では、厚み２μｍ以下の物理蒸着層が形成される。これにより、比較的容易に良好な物理蒸着層の表面平滑性を確保することができる。
【００３０】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、上述の物理蒸着法は、パルスレーザー蒸着法、スパッタ法および電子ビーム法からなる群から選択されるいずれかの蒸着法である。
【００３１】
物理蒸着（ＰＶＤ）法の中でも、パルスレーザー蒸着法、スパッタ法および電子ビーム法は配向性の高い超電導膜の形成に適しており、本発明の超電導薄膜材料の製造方法における物理蒸着膜の形成に好適である。
【００３２】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、上述の有機金属堆積法は、フッ素を含む有機金属塩溶液を使用しない無フッ素系有機金属堆積法である。
【００３３】
これにより、有機金属堆積（ＭＯＤ）法の代表的堆積法であるＴＦＡ−ＭＯＤ法と異なり、超電導膜の結晶の成長速度が速く、生産効率の向上が可能である。また、前述のフッ素の離脱を均一に進行させる必要もないため、生産効率の向上に寄与することができる。さらに、成膜プロセス中に、取扱に注意を要するフッ化水素が生成することもないため、フッ化水素の処理コストが不要である。また、中性の溶液を用いて当該プロセスを実施することが可能であるため、本発明の超電導薄膜材料に適用した場合、先に形成された物理蒸着膜に損傷を与えることなく有機金属堆積層を形成することができる。その結果、製造コストを抑制しつつ、本発明の超電導薄膜材料の特性を一層向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
以上の説明から明らかなように、本発明の超電導薄膜材料およびその製造方法によれば、高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性と、低コスト化の実現とを両立することが可能な超電導薄膜材料およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態である実施の形態１の超電導薄膜材料の構成を示す概略断面図である。図１を参照して、実施の形態１の超電導薄膜材料の構成について説明する。
【００３７】
図１を参照して、実施の形態１の超電導薄膜材料１は、基板としての金属配向基板１０と、金属配向基板１０上に形成された中間層２０と、中間層２０上に形成された超電導膜としての酸化物超電導膜３０と、酸化物超電導膜３０を保護するために酸化物超電導膜３０上に形成された安定化層としてのＡｇ（銀）安定化層４０とを備えている。酸化物超電導膜３０の材質としては、たとえばＨｏＢＣＯ（ホルミウム系高温超電導材料；ＨｏＢａ２Ｃｕ３ＯＸ）などのレア・アース系酸化物超電導材料を選択することができる。そして、酸化物超電導膜３０は、物理蒸着法により形成された物理蒸着層としての物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１と、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に有機金属堆積法により形成された有機金属堆積層としての有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２とを含んでいる。
【００３８】
また、金属配向基板１０としては、たとえばＮｉ（ニッケル）配向基板、Ｎｉ合金系の配向基板などを選択することができる。さらに、中間層２０は、たとえばＣｅＯ２（セリア）およびＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）の少なくとも一方を含んだ層とすることができ、具体的には第１のＣｅＯ２層２１と、第１のＣｅＯ２層２１上に形成されたＹＳＺ層２２と、ＹＳＺ層２２上に形成された第２のＣｅＯ２層２３とを含んだ層とすることができる。また、安定化層は上述のＡｇ安定化層４０に限られず、たとえばＡｇ安定化層４０に代えてＣｕ（銅）からなるＣｕ安定化層を用いてもよい。
【００３９】
次に、実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法について説明する。図２は、本発明の一実施の形態である実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法における製造工程の概略を示す図である。また、図３は、図２の製造工程のうち、有機金属堆積工程の詳細を示す図である。また、図４〜図６は、実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。図１〜図６を参照して、実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法を説明する。
【００４０】
図２を参照して、まず、基板準備工程が実施される。具体的には、配向性ニッケル合金からなるテープ状基板などの金属配向基板１０が準備される。次に、図２に示すように、金属配向基板１０上に中間層２０を形成する中間層形成工程が実施される。具体的には、図２および図４を参照して、金属配向基板１０上に第１のＣｅＯ２層２１、ＹＳＺ層２２および第２のＣｅＯ２層２３を順次形成するように、第１のＣｅＯ２層形成工程、ＹＳＺ層形成工程および第２のＣｅＯ２層形成工程が順次実施される。この第１のＣｅＯ２層形成工程、ＹＳＺ層形成工程および第２のＣｅＯ２層形成工程は、たとえばＰＬＤ法などの物理蒸着法により実施することができるが、ＭＯＤ法により実施してもよい。
【００４１】
次に、図２に示すように、中間層２０上に酸化物超電導膜３０を形成する超電導膜形成工程が実施される。具体的には、図２および図５に示すように、まず中間層２０上に物理蒸着法により物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１を形成する物理蒸着工程が実施される。この物理蒸着工程は、パルスレーザー蒸着（ＰＬＤ）法、スパッタ法および電子ビーム法からなる群から選択されるいずれかの蒸着法を用いることが好ましい。特に、ＰＬＤ法を採用することにより、酸化物超電導膜３０を構成する物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１の組成をターゲットの組成に近くすることができ、かつ高い配向性を確保可能であるため、超電導薄膜材料１のＪＣおよびＩＣの向上に寄与することができる。
【００４２】
さらに、図２および図６に示すように、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に有機金属堆積法により有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２を形成する有機金属堆積工程が実施される。この有機金属堆積工程では、まず、図３に示すように、無フッ素系のＨｏ（ホルミウム）、Ｂａ（バリウム）およびＣｕ（銅）の有機金属塩溶液、たとえば金属アセチルアセトナト系の溶液（Ｈｏ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３）、あるいはナフテン酸系の溶液などの溶液を物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１の表面に塗布する無フッ素系溶液塗布工程が実施される。この無フッ素系溶液塗布工程における有機金属塩溶液の塗布方法としてはディップ法、ダイコート法などを選択することができる。
【００４３】
次に、図３に示すように、塗布された有機金属塩溶液から溶媒成分等が除去される仮焼成工程が実施される。具体的には、４００℃以上６００℃以下の温度域、たとえば５００℃の空気中で有機金属塩溶液が塗布された金属配向基板１０が加熱されることにより、塗布された有機金属塩溶液が熱分解される。このとき、ＣＯ２（二酸化炭素）、Ｈ２Ｏ（水）が離脱することにより塗布された有機金属塩溶液から溶媒成分等が除去される。さらに、図３に示すように、上述の仮焼成工程が実施された後、本焼成工程が実施される。具体的には、６００℃以上８００℃以下の温度域、たとえば７５０℃のＡｒ（アルゴン）およびＯ２（酸素）の混合雰囲気中で有機金属塩溶液が塗布された金属配向基板１０が加熱されることにより、所望の有機金属堆積層である有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２が形成される。
【００４４】
ここで、図５および図６を参照して、前述のように物理蒸着により形成された物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１においては、膜厚が厚くなるにしたがって、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１の表面である物理蒸着ＨｏＢＣＯ層表面３１Ａの表面平滑性が低下する傾向にある。これに対し、以上のようにして表面平滑性に優れた有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２が物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に形成されることにより、表面平滑性の高い有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の表面である有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層表面３２Ａが酸化物超電導膜３０の表面である超電導膜表面３０Ａとなる。その結果、表面平滑性に優れた酸化物超電導膜３０が形成され、超電導薄膜材料１のＩＣ、ＪＣなどが向上する。また、ターゲットの組成に近く、配向性の高い物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１を種膜として有機金属堆積工程を実施することにより、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の核成長が容易となる。
【００４５】
さらに、図２に示すように、安定化層としてのＡｇ安定化層４０が形成されるＡｇ安定化層形成工程が実施される。Ａｇ安定化層４０の形成は、たとえば蒸着法により実施することができる。以上の工程が実施されることにより、実施の形態１の超電導薄膜材料１が製造される。
【００４６】
本実施の形態１の超電導薄膜材料１およびその製造方法によれば、ＰＬＤ法および無フッ素系ＭＯＤ法のそれぞれの欠点を補完しつつ、両者の利点を生かすことにより、高いＪＣおよび高いＩＣ等の優れた特性と、低コスト化の実現とを両立することが可能な超電導薄膜材料１を提供することができる。
【００４７】
また、本実施の形態１において、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の厚みは１μｍ以下であることが好ましい。ＭＯＤ法により形成された有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２は、膜厚が厚くなるに従ってボイドなどの内部欠陥が発生しやすくなる。有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２が１μｍ以下であれば、比較的容易にボイドなどの内部欠陥の発生を抑制することができる。
【００４８】
また、本実施の形態１において、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１の厚みは２μｍ以下であることが好ましい。ＰＬＤ法により形成される物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１は、膜厚が厚くなるに従って表面平滑性を確保することが困難となる。物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１が２μｍ以下であれば、比較的容易に良好な表面平滑性を確保することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
図７は、本発明の一実施の形態である実施の形態２における超電導薄膜材料の構成を示す概略断面図である。図７を参照して実施の形態２の超電導薄膜材料の構成を説明する。
【００５０】
図７を参照して、実施の形態２の超電導薄膜材料１と、上述した実施の形態１の超電導薄膜材料１とは基本的に同様の構成を有している。しかし、実施の形態２の超電導薄膜材料１では、中間層２０、酸化物超電導膜３０およびＡｇ安定化層４０が金属配向基板１０の両方の主面上に形成されている点で実施の形態１の超電導薄膜材料１とは異なっている。酸化物超電導膜３０は、膜厚が大きくなるにしたがって、表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制が困難になるため、成膜条件の厳密な制御が必要となる。これに対し、本実施の形態２においては、金属配向基板１０の両方の主面１０Ａ上に酸化物超電導膜３０を形成することにより、所望のＩＣを確保するために必要な各主面１０Ａ上の酸化物超電導膜３０の膜厚を薄くすることができる。その結果、各主面１０Ａ上の酸化物超電導膜３０における表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制が容易となり、かつ両方の主面１０Ａ上の酸化物超電導膜３０により十分なＩＣを確保することが可能となっている。
【００５１】
次に、実施の形態２の超電導薄膜材料の製造方法について説明する。図８および図９は、実施の形態２の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。図７〜図９を参照して、実施の形態２の超電導薄膜材料の製造方法を説明する。
【００５２】
実施の形態２の超電導薄膜材料の製造方法と、図１〜図６に基づいて説明した実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法とは基本的に同様の構成を有している。しかし、図２を参照して、実施の形態２では、中間層形成工程、超電導膜形成工程およびＡｇ安定化層形成工程において、それぞれ中間層２０、酸化物超電導膜３０、Ａｇ安定化層４０が金属配向基板１０の両方の主面１０Ａ上に形成される点で実施の形態１とは異なっている。具体的には、中間層形成工程において、図８に示すように、金属配向基板１０の両方の主面１０Ａ上に第１のＣｅＯ２層２１、ＹＳＺ層２２および第２のＣｅＯ２層２３からなる中間層２０が形成される。次に、超電導膜形成工程において、図９に示すように、両方の中間層２０上にそれぞれ酸化物超電導膜３０が形成される。さらに、Ａｇ安定化層形成工程において、両方の酸化物超電導膜３０上にそれぞれＡｇ安定化層４０が形成されて、図７に示す実施の形態２の超電導薄膜材料１が完成する。
【００５３】
なお、中間層形成工程、超電導膜形成工程およびＡｇ安定化層形成工程においては、金属配向基板１０の両方の主面１０Ａ上における中間層２０、酸化物超電導膜３０、Ａｇ安定化層４０は一方側ずつ形成されてもよいし、両方同時に形成されてもよい。物理蒸着法により物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１を両方の主面１０Ａ上に同時に形成する場合、たとえば金属配向基板１０の両側からレーザ蒸着法により形成することができる。また、無フッ素系有機金属堆積法により有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２を両方の物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に同時に形成する場合、たとえばディップ法により、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１が形成された金属配向基板１０を有機金属塩溶液中に浸漬して形成することができる。
【００５４】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の一実施の形態である実施の形態３における超電導薄膜材料の構成を示す概略断面図である。図１０を参照して実施の形態３の超電導薄膜材料の構成を説明する。
【００５５】
図１０を参照して、実施の形態３の超電導薄膜材料１と、上述した実施の形態１の超電導薄膜材料１とは基本的に同様の構成を有している。しかし、実施の形態３の超電導薄膜材料１では、酸化物超電導膜３０において、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１と、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２との組み合わせからなる構造が複数積層されている点で、実施の形態１の超電導薄膜材料１とは異なっている。具体的には、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２が形成された積層構造３０Ｂが複数積み重ねられて酸化物超電導膜３０が構成されている。図１０では、積層構造３０Ｂが２段に積み重ねられた場合を示しているが、酸化物超電導膜３０が所望の膜厚となるように、積層構造３０Ｂは３段以上積み重ねられてもよい。
【００５６】
前述のように、ＰＶＤ法により形成された物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１は、膜厚が厚くなるに従って表面平滑性を確保することが困難となる。また、ＭＯＤ法により形成された有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２は、膜厚が厚くなるに従ってボイドなどの内部欠陥の抑制が困難になる。これに対して、まず物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１を形成した後、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２を形成することにより表面平滑性を向上させることができる。さらに、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の膜厚をボイドなどの内部欠陥の抑制が容易な程度にとどめ、表面平滑性の向上した超電導膜上に再度物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１を形成し、当該物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に、さらに有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２を形成することで、再度酸化物超電導膜３０の表面平滑性が向上する。このように、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１と有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２との組み合わせからなる構造が複数積層されることにより、表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制を容易にしつつ、十分な膜厚の酸化物超電導膜３０が形成できる。その結果、所望のＩＣ、ＪＣなどの超電導特性が確保可能な超電導薄膜材料１を容易に得ることができる。
【００５７】
次に、実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法について説明する。図１１は本発明の一実施の形態である実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法における製造工程の概略を示す図である。また、図１２〜図１４は、実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。図１１〜図１４を参照して、実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法を説明する。
【００５８】
実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法と、図１〜図６に基づいて説明した実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法とは基本的に同様の構成を有している。しかし、図１１を参照して、実施の形態３では、超電導膜形成工程において、物理蒸着工程と有機金属堆積工程とが交互に複数回実施される点で実施の形態１とは異なっている。具体的には、超電導膜形成工程において、図１２に示すように、金属配向基板１０上に第１のＣｅＯ２層２１、ＹＳＺ層２２および第２のＣｅＯ２層２３からなる中間層２０が形成される。次に、図１３に示すように、中間層２０上に、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２が形成された積層構造３０Ｂが形成される。物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１および有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の形成方法は、実施の形態１と同様である。さらに、図１４に示すように、積層構造３０Ｂ上にさらに積層構造３０Ｂが形成される。この積層構造３０Ｂは、酸化物超電導膜３０が所望の膜厚となるまで繰り返して形成される。そして、酸化物超電導膜３０上にＡｇ安定化層４０が形成されて、図１０に示す実施の形態３の超電導薄膜材料１が完成する。
【００５９】
なお、実施の形態３において、各有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の厚みは１μｍ以下であることが好ましい。各有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２が１μｍ以下であれば、比較的容易にボイドなどの内部欠陥の発生を抑制することができる。また、実施の形態３において、各物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１の厚みは２μｍ以下であることが好ましい。各物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１が２μｍ以下であれば、比較的容易に良好な表面平滑性を確保することができる。
【００６０】
上述した、本発明の実施の形態１〜３における超電導薄膜材料１は、たとえばテープ状線材であるが、シート状であってもよいし、中空または中実の円筒形状であってもよい。
【実施例１】
【００６１】
以下、本発明の実施例１について説明する。本発明の超電導薄膜材料を実際に作製し、その特性を評価する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【００６２】
まず、試験の対象となる試料の作製方法について説明する。試料は図２に示す製造方法により作製した。具体的には、厚み１００μｍ、幅１０ｍｍのＮｉ合金系配向金属テープ上に三層構造の中間層（ＣｅＯ２層／ＹＳＺ層／ＣｅＯ２層；厚みはそれぞれ０．３μｍ、１．０μｍ、０．１μｍ）を形成し、中間層上にＰＬＤ法により膜厚１．０μｍの物理蒸着ＨｏＢＣＯ層を形成した。さらに、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層上に無フッ素系ＭＯＤ法により膜厚０．２μｍ〜３．０μｍの有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層をエピタキシャル成長させた。そして、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層上に膜厚１０μｍのＡｇ安定化層を形成し、幅１０ｍｍ、長さ１ｍの線材を作製した。この線材から幅１０ｍｍ、長さ１０ｃｍの短尺試料を採取し、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層の膜厚（ＭＯＤ膜厚）とＩＣとの関係を調査する試験を行なった。また、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層の極点図を、Ｘ線回折を利用して作成し、面内配向性を調査する試験を行なった。さらに、Ａｇ安定化層を形成する前の有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層の表面を原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＡＦＭ）を用いて観察した。
【００６３】
次に、試験結果について説明する。図１５は、実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ膜厚とＩＣとの関係を示す図である。図１５において、横軸は物理蒸着ＨｏＢＣＯ層上に形成された有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層の膜厚（ＭＯＤ膜厚）を示しており、縦軸は臨界電流（ＩＣ）を示している。なお、本実施例１では有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層（ＭＯＤ層）をダイコート法により形成した場合と、ディップ法により形成した場合とについて実験を行なった。ここで、ディップ法とは、ＭＯＤ法において、Ｎｉ合金系配向金属テープを有機金属塩溶液中に浸漬することにより、Ｎｉ合金系配向金属テープ上に有機金属塩溶液を付着させる方法である。また、ダイコート法とは、ＭＯＤ法において、Ｎｉ合金系配向金属テープ上に溶液タンクから供給した有機金属塩溶液を塗工することにより、Ｎｉ合金系配向金属テープ上に有機金属塩溶液を付着させる方法である。図１５では、ダイコート法の場合の結果を中抜きの菱形、ディップ法の場合の結果を中実の正方形で示している。図１５を参照して、本実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ膜厚とＩＣとの関係を説明する。
【００６４】
図１５を参照して、ＭＯＤ膜厚が１μｍ程度までであれば、ＭＯＤ層の形成方法にかかわらずＩＣは３５〜８０Ａ／ｃｍ幅程度となっている。したがって、ＭＯＤ膜厚が１μｍ程度までの範囲であれば、良好な特性を有するＭＯＤ層を形成可能であることが分かる。
【００６５】
図１６は、実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層の（１０３）極点図である。また、図１７は、実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層の表面のＡＦＭ写真である。図１６および図１７を参照して、実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層の結晶成長について説明する。
【００６６】
図１６を参照して、ＭＯＤ層の（１０３）面に対応するピークの半値幅は６．５〜６．９度となっている。このことから、実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層は、良好な面内配向性を有していることが分かる。さらに、図１７を参照して、実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層の表面の結晶粒径は０．５〜１μｍとなっている。以上より、本発明の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層においては、良質な結晶成長が実現されていることが分かる。
【００６７】
さらに、上述の製造方法と同様の製造方法において、有機金属堆積工程における有機金属塩溶液の塗布および焼成を連続的に実施可能な連続塗布焼成装置を用い、連続リール巻き取り方式で本発明の超電導薄膜材料を巻き取ることにより、長尺線材の試作を実施した。その結果、上述と同様の特性を有する長尺線材を作製することができた。このことから、本発明の超電導薄膜材料によれば、上述のように優れた超電導特性、たとえば高いＪＣ、高いＩＣを有する長尺の超電導線材を提供することができることが分かった。
【実施例２】
【００６８】
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の超電導薄膜材料を実際に作製し、ＭＯＤ層の形成状態とＩＣとの関係を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【００６９】
まず、幅３ｃｍ、厚さ１００μｍの配向性Ｎｉ合金テープ上にＰＬＤ法により実施例１と同様の中間層を形成し、当該中間層上にＰＬＤ法により厚さ１．５μｍのＨｏＢＣＯ層（物理蒸着ＨｏＢＣＯ層）を形成した。さらに、当該物理蒸着ＨｏＢＣＯ層上に無フッ素系ＭＯＤ法により厚さ０．３〜３．０μｍのＨｏＢＣＯ層（有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層）を形成した。そして、当該有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層上に厚さ１０μｍのＡｇ安定化層を形成することにより、本発明の超電導薄膜材料を作製した。
【００７０】
作製された超電導薄膜材料に対してＩＣの測定を実施するとともに、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＥＭ）により、当該超電導薄膜材料の厚み方向における断面を観察した。
【００７１】
図１８〜図２１は、作製された超電導薄膜材料の厚み方向における断面のＳＥＭ写真である。なお、図１８〜図２１には、測定されたＩＣの値およびＭＯＤ膜厚が付記されている。図１８〜図２１を参照して、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層の形成状態とＩＣとの関係を説明する。
【００７２】
図１８に示すように、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層３１上に形成された有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の厚みを０．３μｍとした場合、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２は緻密であった。また、測定されたＩＣは８１Ａ／ｃｍ幅であり（ＪＣは２．５ＭＡ／ｃｍ２）、優れた超電導特性が得られた。さらに、図１９に示すように、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の厚みを０．９μｍとした場合、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２には、わずかなボイドおよび異相が観察されるが、測定されたＩＣは７４Ａ／ｃｍ幅であり、優れた超電導特性が得られた。
【００７３】
一方、図２０に示すように、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の厚みを１．８μｍとした場合、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２にはボイドおよび異相が明確に観察される。また、測定されたＩＣは３９Ａ／ｃｍ幅であり、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の厚みが１μｍ以下である上述の図１８および図１９の場合に比べて、超電導特性が明確に低下している。さらに、図２１に示すように、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２の厚みを３．０μｍとした場合、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層３２には多くのボイドおよび異相が明確に観察される。そして、測定されたＩＣは１Ａ／ｃｍ幅となっており、超電導特性が著しく低下した。
【００７４】
無フッ素系ＭＯＤ法の最大のメリットは大面積膜化が容易なことである。上述のように、幅広配向Ｎｉ合金テープ上に中間層、超電導膜およびＡｇ安定化層を形成し、かつＭＯＤ層の厚みを１μｍ以下とすることで、良好な超電導特性を有する大面積の超電導薄膜材料を作製できることが分かった。
【実施例３】
【００７５】
以下、本発明の実施例３について説明する。物理蒸着層上に有機金属堆積層が形成された超電導膜を備えた本発明の実施例としての超電導薄膜材料と、物理蒸着層のみで形成された超電導膜を備えた比較例としての超電導薄膜材料とを作製し、超電導特性を比較する試験を行なった。
【００７６】
まず、本発明の実施例として、実施例１の場合と同様に図２に示す製造方法により、実施例１と同様の超電導薄膜材料を作製した。ここで、物理蒸着ＨｏＢＣＯ層の厚みは０．８μｍとし、当該物理蒸着ＨｏＢＣＯ層上に１μｍ以下の有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層を堆積することにより、超電導膜を形成した。一方、比較例として、実施例の超電導薄膜材料に対して超電導膜のみが異なる超電導薄膜材料を作製した。比較例では、前述のように超電導膜を物理蒸着ＨｏＢＣＯ層のみで構成した。
【００７７】
このようにして作製された超電導薄膜材料に対して、温度７７Ｋ、磁場０Ｔの条件の下で、ＩＣおよびＪＣを測定する試験を行なった。図２２は、本発明の実施例および本発明の範囲外である比較例の超電導薄膜材料における、超電導膜の膜厚とＩＣとの関係を示す図である。図２２において、横軸は超電導膜の膜厚、縦軸はＩＣを示している。また、四角形の点は実施例に関する測定値、円形の点は比較例に関する測定値を表している。図２２を参照して、本発明の実施例および本発明の範囲外である比較例の超電導薄膜材料における、超電導膜の膜厚とＩＣとの関係を説明する。
【００７８】
図２２を参照して、超電導膜を物理蒸着ＨｏＢＣＯ層のみで構成した比較例の超電導薄膜材料では、膜厚が１μｍ程度までであれば膜厚の増加にほぼ比例してＩＣが上昇している。しかし、膜厚が厚くなると膜厚の増加に対するＩＣの上昇が小さくなる傾向にあり、膜厚が２μｍ以上では、ＩＣの上昇が明確に小さくなっている。これは、前述のように、ＰＬＤ法を用いて超電導膜を形成した場合、膜厚が厚くなるに従って、表面平滑性が悪化したためであると考えられる。これに対し、物理蒸着層上に有機金属堆積層が形成された超電導膜を備えた本発明の実施例の超電導薄膜材料では、膜厚が１μｍを超えても膜厚の増加にほぼ比例してＩＣが上昇している。そして、最大で、ＩＣは１９６Ａ／ｃｍ幅、ＪＣは１．５ＭＡ／ｃｍ２となった。以上より、本発明の超電導薄膜材料によれば、超電導膜を物理蒸着層のみで形成した超電導薄膜材料に比べて、超電導膜の膜厚を厚くすることにより、効率よくＩＣを向上させることが可能であることが分かる。
【００７９】
なお、上述の比較例に関する試験結果より、本発明の超電導薄膜材料においても、物理蒸着層の表面平滑性の悪化を抑制するためには、物理蒸着層は２μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がより好ましいと考えられる。
【実施例４】
【００８０】
以下、本発明の実施例４について説明する。Ｎｉ合金基板の両方の主面上に超電導膜が形成された本発明の超電導薄膜材料を作製し、ＩＣを調査する試験を行なった。
【００８１】
まず、本発明の実施例として、実施例１の場合と同様に、図２に示す製造方法により超電導薄膜材料を作製した。ただし、超電導膜はＮｉ合金基板の両方の主面上に形成された中間層上にそれぞれ物理蒸着ＨｏＢＣＯ層を０．４μｍの厚みで、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層を０．４μｍの厚みで形成した。そして、実施例３と同様の条件の下で当該超電導薄膜材料のＩＣを測定した。
【００８２】
その結果、本実施例の超電導薄膜材料において、Ｎｉ合金基板の一方の面側でＩＣは８２Ａ／ｃｍ幅、他方の面側でＩＣは１０９Ａ／ｃｍ幅であった。したがって、両方の面を合わせると、本実施例の超電導薄膜材料のＩＣは１９１Ａ／ｃｍ幅であった。本実施例のようにＮｉ合金基板の両方の主面上に超電導膜を形成することで、所望のＩＣを確保するために必要な各主面上の超電導膜を薄くすることが可能となり、各主面上の超電導膜における表面平滑性の確保やボイドなどの内部欠陥の抑制が容易になる。そして、上記試験結果より、両方の主面上の超電導膜により十分なＩＣを確保することが可能であることが分かる。
【実施例５】
【００８３】
以下、本発明の実施例５について説明する。本発明の超電導薄膜材料を幅の広い線材の形状に作製する試作を行なった。具体的には、幅５ｃｍのＮｉ合金テープを基板として、実施例１と同様の方法で本発明の超電導薄膜材料を作製した。
そして、実施例３と同様の条件の下で当該超電導薄膜材料のＪＣを測定した。
【００８４】
その結果、当該超電導薄膜材料の５ｃｍ幅全域において１．４ＭＡ／ｃｍ２±１４％の均一なＪＣ分布が得られていることが分かった。また、本実施例においては、有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層の形成は、ダイコート法を採用して実施した。すなわち、ダイコート法において、幅の広いダイを使用することにより、本発明の超電導薄膜材料の幅広化を達成可能であることが確認された。
【００８５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の超電導薄膜材料およびその製造方法は、基板上に超電導膜が形成された超電導薄膜材料およびその製造方法に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施の形態１の超電導薄膜材料の構成を示す概略断面図である。
【図２】実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法における製造工程の概略を示す図である。
【図３】図２の製造工程のうち、有機金属堆積工程の詳細を示す図である。
【図４】実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図５】実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図６】実施の形態１の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図７】実施の形態２における超電導薄膜材料の構成を示す概略断面図である。
【図８】実施の形態２の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図９】実施の形態２の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１０】実施の形態３における超電導薄膜材料の構成を示す概略断面図である。
【図１１】実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法における製造工程の概略を示す図である。
【図１２】実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１３】実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１４】実施の形態３の超電導薄膜材料の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１５】実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ膜厚とＩＣとの関係を示す図である。
【図１６】実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層の（１０３）極点図である。
【図１７】実施例１の超電導薄膜材料におけるＭＯＤ層の表面のＡＦＭ写真である。
【図１８】作製された超電導薄膜材料の厚み方向における断面のＳＥＭ写真である。
【図１９】作製された超電導薄膜材料の厚み方向における断面のＳＥＭ写真である。
【図２０】作製された超電導薄膜材料の厚み方向における断面のＳＥＭ写真である。
【図２１】作製された超電導薄膜材料の厚み方向における断面のＳＥＭ写真である。
【図２２】本発明の実施例および本発明の範囲外である比較例の超電導薄膜材料における、超電導膜の膜厚とＩＣとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１ 超電導薄膜材料、１０ 金属配向基板、１０Ａ 主面、２０ 中間層、２１ 第１のＣｅＯ２層、２２ ＹＳＺ層、２３ 第２のＣｅＯ２層、３０ 酸化物超電導膜、３０Ａ 超電導膜表面、３０Ｂ 積層構造、３１ 物理蒸着ＨｏＢＣＯ層、３１Ａ 物理蒸着ＨｏＢＣＯ層表面、３２ 有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層、３２Ａ 有機金属堆積ＨｏＢＣＯ層表面、４０ Ａｇ安定化層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された超電導膜とを備え、
前記超電導膜は、
物理蒸着法により形成された物理蒸着層と、
前記物理蒸着層上に有機金属堆積法により形成された有機金属堆積層とを含んでいる、超電導薄膜材料。
【請求項２】
前記基板と前記超電導膜との間に、さらに中間層を備えた、請求項１に記載の超電導薄膜材料。
【請求項３】
前記超電導膜は、前記基板の両方の主面上に形成されている、請求項１または２に記載の超電導薄膜材料。
【請求項４】
前記超電導膜においては、前記物理蒸着層と、前記有機金属堆積層との組み合わせからなる構造が複数積層されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導薄膜材料。
【請求項５】
前記有機金属堆積層の厚みは１μｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導薄膜材料。
【請求項６】
前記物理蒸着層の厚みは２μｍ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導薄膜材料。
【請求項７】
前記有機金属堆積法は、フッ素を含む有機金属塩溶液を使用しない無フッ素系有機金属堆積法である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の超電導薄膜材料。
【請求項８】
基板を準備する基板準備工程と、
前記基板上に超電導膜を形成する超電導膜形成工程とを備え、
前記超電導膜形成工程は、
物理蒸着法により物理蒸着層を形成する物理蒸着工程と、
前記物理蒸着層上に有機金属堆積法により有機金属堆積層を形成する有機金属堆積工程とを含んでいる、超電導薄膜材料の製造方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された超電導膜とを備え、
前記超電導膜は、
物理蒸着法により形成された物理蒸着層と、
前記物理蒸着層上に有機金属堆積法により形成された有機金属堆積層とを含んでいる、超電導薄膜材料。
【請求項２】
前記基板と前記超電導膜との間に、さらに中間層を備えた、請求項１に記載の超電導薄膜材料。
【請求項３】
前記超電導膜は、前記基板の両方の主面上に形成されている、請求項１または２に記載の超電導薄膜材料。
【請求項４】
前記超電導膜においては、前記物理蒸着層と、前記有機金属堆積層との組み合わせからなる構造が複数積層されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導薄膜材料。
【請求項５】
前記有機金属堆積層の厚みは１μｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導薄膜材料。
【請求項６】
前記物理蒸着層の厚みは２μｍ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導薄膜材料。
【請求項７】
前記有機金属堆積法は、フッ素を含む有機金属塩溶液を使用しない無フッ素系有機金属堆積法である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の超電導薄膜材料。
【請求項８】
基板を準備する基板準備工程と、
前記基板上に超電導膜を形成する超電導膜形成工程とを備え、
前記超電導膜形成工程は、
物理蒸着法により物理蒸着層を形成する物理蒸着工程と、
前記物理蒸着層上に有機金属堆積法により有機金属堆積層を形成する有機金属堆積工程とを含んでいる、超電導薄膜材料の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２２】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２２】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００７−３１１２３４（Ｐ２００７−３１１２３４Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４０１７２（Ｐ２００６−１４０１７２）
【出願日】平成１８年５月１９日（２００６．５．１９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「超電導応用基盤技術研究開発」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（３９１００４４８１）財団法人国際超電導産業技術研究センター (144)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１９日（２００６．５．１９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「超電導応用基盤技術研究開発」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（３９１００４４８１）財団法人国際超電導産業技術研究センター (144)
【Ｆターム（参考）】
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