超電導薄膜材料の製造方法、超電導機器、および超電導薄膜材料
【課題】臨界電流値を向上することのできる超電導薄膜材料の製造方法、超電導機器、および超電導薄膜材料を提供する。
【解決手段】超電導薄膜材料の製造方法は、気相法により超電導層３を形成する気相工程と、超電導層３に接するように、液相法により超電導層４を形成する液相工程とを備えている。超電導層３と金属基板１との間に中間層２を形成する工程がさらに備えられていることが好ましい。金属基板１は金属よりなっており、かつ中間層２は岩石型、ペロブスカイト型、またはパイロクロア型のいずれかの結晶構造を有する酸化物よりなっており、かつ超電導層３および超電導層４はいずれもＲＥ１２３系の組成を有していることが好ましい。
【解決手段】超電導薄膜材料の製造方法は、気相法により超電導層３を形成する気相工程と、超電導層３に接するように、液相法により超電導層４を形成する液相工程とを備えている。超電導層３と金属基板１との間に中間層２を形成する工程がさらに備えられていることが好ましい。金属基板１は金属よりなっており、かつ中間層２は岩石型、ペロブスカイト型、またはパイロクロア型のいずれかの結晶構造を有する酸化物よりなっており、かつ超電導層３および超電導層４はいずれもＲＥ１２３系の組成を有していることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導薄膜材料の製造方法、超電導機器、および超電導薄膜材料に関し、より特定的には、ＲＥ１２３系の組成を有する超電導薄膜材料の製造方法、超電導機器、および超電導薄膜材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ビスマス系の超電導体を用いた超電導線材と、ＲＥ１２３系の超電導体を用いた超電導線材との２種類の超電導線材の開発が特に進められている。このうちＲＥ１２３系の超電導線材は、液体窒素温度（７７．３Ｋ）での臨界電流密度がビスマス系の超電導線材よりも高いという利点を有している。また、低温下および一定磁場下における臨界電流値が高いという利点を有している。このため、ＲＥ１２３系の超電導線材は次世代の高温超電導線材として期待されている。
【０００３】
一方で、ＲＥ１２３系の超電導体はビスマス系の超電導体のように銀シースで被覆することができないので、配向金属基板上に気相法のみまたは液相法のみによって超電導体（超電導薄膜材料）を成膜する方法で製造される。
【０００４】
ここで、従来のＲＥ１２３系の超電導薄膜材料の製造方法が、たとえば特開２００３−３２３８２２号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１には、レーザ蒸着法（ＰＬＤ法）を用いて金属テープ基板上に中間層を形成し、次にＰＬＤ法を用いてＲＥ１２３系の組成を有する第１の超電導層を中間層上に形成し、次にレーザ蒸着法を用いてＲＥ１２３系の組成を有する第２の超電導層を第１の超電導層上に形成する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３２３８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超電導線材の臨界電流値を増加するためには、超電導薄膜材料の膜厚を厚くし、電流が流れる部分の断面積を大きくすればよい。しかしながら、従来の超電導線材は、超電導薄膜材料の膜厚の増加に伴って、臨界電流密度が低下し、臨界電流値の増加が徐々に鈍くなる性質があった。このため、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができないという問題があった。
【０００６】
また、配向金属基板上に液相法のみによって超電導薄膜材料を成膜する方法では、超電導薄膜材料が結晶成長しにくいという問題があった。
【０００７】
したがって、本発明の一の目的は、臨界電流密度および臨界電流値を向上することのできる超電導薄膜材料の製造方法、超電導機器、および超電導薄膜材料を提供することである。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、超電導薄膜材料が結晶成長しやすい超電導薄膜材料の製造方法、超電導機器、および超電導薄膜材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法は、気相法により気相成長超電導層を形成する気相工程と、気相成長超電導層に接するように、液相法により液相成長超電導層を形成する液相工程とを備えている。
【００１０】
本発明の他の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法は、気相法により気相成長超電導層を形成するｎ（ｎは２以上の整数）回の気相工程と、液相法により液相成長超電導層を形成するｎ回の液相工程とを備えている。ｎ回の気相工程のうち第１気相工程において第１気相成長超電導層を形成し、ｎ回の液相工程のうち第１液相工程において第１気相成長超電導層に接するように第１液相成長超電導層を形成する。ｎ回の気相工程のうち第ｋ（ｋはｎ≧ｋ≧２を満たす整数）気相工程において、第ｋ−１液相成長超電導層に接するように第ｋ気相成長超電導層を形成し、ｎ回の液相工程のうち第ｋ液相工程において、第ｋ気相成長超電導層に接するように第ｋ液相成長超電導層を形成する。
【００１１】
本願発明者らは、膜厚の増加に伴う臨界電流密度の低下を抑止するためには、超電導薄膜材料の表面の平滑性および超電導薄膜材料の結晶の緻密性が重要な要因になることを見出した。気相法では、形成される膜の膜厚が厚くなるに従って膜が形成される表面の温度が低下し、それによりａ軸配向粒が多くなる現象が見られる。このため、気相法のみによって成膜された従来の超電導薄膜材料では、膜厚が厚くなるに従って表面平滑性が悪くなる。また、液相法では、形成される膜の膜厚が厚くなるに従って（特に１μｍを越える膜厚になると）超電導薄膜材料の結晶の緻密性が低下する。このため、従来においては超電導薄膜材料の膜厚を増加しても所望の臨界電流密度および臨界電流値が得られなかった。
【００１２】
そこで、本発明の超電導薄膜材料の製造方法においては、気相法により気相成長超電導層が形成され、気相成長超電導層に接するように液相法により液相成長超電導層が形成される。これにより、液相成長超電導層を形成する際には、気相成長超電導層の表面の凹凸に液体が入り込み、気相成長超電導層の表面を核として液相成長超電導層の結晶成長が起こるので、気相成長超電導層の表面の凹凸が平滑化される。また、気相成長超電導層および液相成長超電導層の両方によって超電導薄膜材料が構成されるので、気相成長超電導層または液相成長超電導層のいずれか一方のみにより超電導薄膜材料が構成される場合に比べて、気相成長超電導層および液相成長超電導層の各々の膜厚を薄くすることができる。これにより、超電導薄膜材料の表面の凹凸が平滑化され、超電導薄膜材料の結晶の緻密性の低下を抑止することができる。その結果、超電導薄膜材料の表面の平滑性および超電導薄膜材料の結晶の緻密性が良好な状態で超電導薄膜材料の膜厚を厚くすることができるので、膜厚の増加に伴う臨界電流密度の低下を抑止することができ、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００１３】
また、液相法による液相成長超電導層の成長の初期段階では、結晶成長の核となる層が必要である。従来の液相法のみによって超電導薄膜材料を成膜する方法では、結晶成長の核となる層が無いため、結晶成長しにくかった。これに対して、本発明の製造方法によれば、気相成長超電導層が液相法における結晶成長の核となるので、超電導薄膜材料が結晶成長しやすい。
【００１４】
加えて、本発明の他の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法によれば、気相成長超電導層および液相成長超電導層を複数回交互に形成することにより超電導薄膜材料を製造するので、気相成長超電導層および液相成長超電導層の各々の膜厚が薄い状態で超電導層の総膜厚を厚くすることができる。これにより、臨界電流値を一層増加することができる。
【００１５】
本発明の一の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、気相工程において基板の表面側に気相成長超電導層を形成する。基板の裏面側に気相法により裏面側気相成長超電導層を形成する裏面側気相工程と、裏面側気相成長超電導層に接するように、液相法により裏面側液相成長超電導層を形成する裏面側液相工程とがさらに備えられている。
【００１６】
これにより、基板の両面に超電導薄膜材料を形成することができるので、超電導線材の電流の経路を増やすことができ、臨界電流密度および臨界電流値を一層向上することができる。
【００１７】
なお、「基板の表面」、「基板の裏面」とは、基板における２つの主面を区別しているに過ぎず、２つの主面のうちいずれの主面が表面であってもよい。
【００１８】
本発明の一の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、気相工程において基板の表面側に気相成長超電導層を形成する。気相成長超電導層と基板との間に中間層を形成する工程がさらに備えられている。基板は金属よりなっており、かつ中間層は岩石型、ペロブスカイト型、またはパイロクロア型のいずれかの結晶構造を有する酸化物よりなっており、かつ気相成長超電導層および液相成長超電導層はいずれもＲＥ１２３系の組成を有している。
【００１９】
本発明の他の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、第１気相工程において基板の表面側に第１気相成長超電導層を形成する。第１気相成長超電導層と基板との間に中間層を形成する工程がさらに備えられている。基板は金属よりなっており、かつ中間層は岩石型、ペロブスカイト型、またはパイロクロア型のいずれかの結晶構造を有する酸化物よりなっており、かつ第１〜第ｎ気相成長超電導層および第１〜第ｎ液相成長超電導層はいずれもＲＥ１２３系の組成を有している。
【００２０】
これにより、結晶配向性および表面平滑性に優れた超電導薄膜材料が得られ、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００２１】
本発明の一の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、液相工程の後に、液相成長超電導層に接するように超電導層を形成する工程がさらに備えられている。
【００２２】
本発明の他の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、第ｎ液相工程の後に、第ｎ液相成長超電導層に接するように超電導層を形成する工程がさらに備えられている。
【００２３】
液相法によって成長された超電導層は気相法によって成長された超電導層に比べて表面平滑性に優れているので、これにより、表面平滑性の優れた超電導層の上に超電導層を形成することができる。
【００２４】
上記製造方法において好ましくは、気相法がレーザ蒸着法、スパッタリング法、または電子ビーム蒸着法のいずれかである。
【００２５】
上記製造方法において好ましくは、液相法が有機金属堆積法（ＭＯＤ法）である。
これにより、結晶配向性および表面平滑性に優れた超電導薄膜材料が得られ、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００２６】
本発明の超電導機器は、上記の超電導薄膜材料の製造方法により製造された超電導薄膜材料が用いられている。
【００２７】
本発明の超電導機器によれば、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００２８】
本発明の超電導薄膜材料は、第１超電導層と、第１超電導層に接するように形成された第２超電導層とを備える超電導薄膜材料であって、臨界電流値が１１０（Ａ/ｃｍ幅）を越えている。
【００２９】
なお、本願明細書における「ＲＥ１２３系」とは、ＲＥxＢａyＣｕzＯ7-dにおいて、０．７≦ｘ≦１．３、１．７≦ｙ≦２．３、２．７≦ｚ≦３．３であることを意味する。また、「ＲＥ１２３系」のＲＥは、希土類元素およびイットリウム元素の少なくともいずれかを含む材質を意味する。また、希土類元素としては、たとえばネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミニウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）などが含まれる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法、超電導機器、および超電導薄膜材料によれば、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超電導薄膜材料の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。図１を参照して、本実施の形態における超電導薄膜材料１０は、テープ状の形状を有しており、金属基板１と、中間層２と、気相成長超電導層（第１超電導層）としての超電導層３と、液相成長超電導層（第２超電導層）としての超電導層４とを備えている。超電導薄膜材料１０はたとえば超電導機器などに用いられる。
【００３２】
金属基板１は、たとえばステンレス、ニッケル合金（たとえばハステロイ）、または銀合金などの金属よりなっている。
【００３３】
中間層２は金属基板１の表面１ａ上に形成されており、拡散防止層として機能する。中間層２は、たとえば岩石型、ペロブスカイト型、またはパイロクロア型のいずれかの結晶構造を有する酸化物よりなっており、具体的には、酸化セリウム、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、またはバリウムジルコニアなどの材質よりなっている。
【００３４】
超電導層３および超電導層４は中間層２上に積層して形成されている。超電導層３および超電導層４は、実質的に同じ材質の材料よりなっており、たとえばＲＥ１２３系の組成を有している。
【００３５】
なお、図１においては中間層２を設けた構成について説明したが、中間層２は省略されてもよい。
【００３６】
次に、本実施の形態における超電導薄膜材料の製造方法について説明する。
図２は、本発明の実施の形態１における超電導薄膜材料の製造方法を示すフロー図である。図１および図２を参照して、本実施の形態の超電導薄膜材料の製造方法では、始めに金属基板１が準備され（ステップＳ１）、この金属基板１の表面１ａ上に、たとえばＹＳＺよりなる中間層２がレーザ蒸着法により形成される（ステップＳ２）。次に、この中間層２上に、たとえばＲＥ１２３系の組成を有する超電導層３が気相法により形成される（ステップＳ３）。超電導層３を形成する際の気相法としては、たとえばレーザ蒸着法、スパッタリング法、または電子ビーム蒸着法などが用いられる。続いて、超電導層３に接するように、たとえばＲＥ１２３系の組成を有する超電導層４がＭＯＤ法などの液相法により形成される（ステップＳ４）。以上の工程により超電導薄膜材料１０が完成する。
【００３７】
なお、中間層２が省略される場合には、上記の中間層２の形成工程（ステップＳ２）が省略され、超電導層３の形成工程（ステップＳ３）において超電導層３が金属基板１の表面１ａに接するように形成される。
【００３８】
図３は、本発明の実施の形態１における超電導層の形成の様子を模式的に示す図である。図３（ａ）を参照して、本実施の形態の超電導薄膜材料１０およびその製造方法によれば、超電導層３は気相法により形成されるので、超電導層３の膜厚ｄ１が厚い場合にはその表面Ｓ１に凹凸が存在する場合がある。しかし、図３（ｂ）を参照して、液相法により超電導層４を形成する際には、超電導層４の成分が含まれている溶液が凹凸の中に入り込み、超電導層３の表面Ｓ１を核として超電導層４の結晶成長が起こる。これにより、平滑化された表面Ｓ２が得られる。また、図３（ａ）、（ｂ）を参照して、超電導層３の膜厚ｄ１および超電導層４の膜厚ｄ２を合わせた膜厚が超電導薄膜材料の膜厚ｄ３となるので、超電導層３の膜厚ｄ１および超電導層４の膜厚ｄ２をそれほど厚くしなくても超電導薄膜材料の膜厚ｄ３を厚くすることができる。これにより、超電導層３の表面Ｓ１の平滑性を保つことができ、かつ超電導層４の結晶の緻密性の低下を抑止することができる。その結果、超電導薄膜材料の表面Ｓ２の平滑性および超電導薄膜材料の結晶の緻密性が良好な状態で超電導薄膜材料の膜厚を厚くすることができるので、膜厚の増加に伴う臨界電流密度の低下を抑止することができ、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００３９】
また、液相法により超電導層４を形成する際に超電導層３が結晶成長の核となるので、超電導薄膜材料が結晶成長しやすい。
【００４０】
また、岩石型、ペロブスカイト型、またはパイロクロア型のいずれかの結晶構造を有する酸化物よりなる中間層２を超電導層３と金属基板１との間に形成し、かつ超電導層３および超電導層４はいずれもＲＥ１２３系の組成を有していることにより、表面の平滑性および結晶の緻密性に優れた超電導薄膜材料が得られ、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００４１】
また、気相法がレーザ蒸着法、スパッタリング法、または電子ビーム蒸着法のいずれかであることにより、表面の平滑性および結晶の緻密性に優れた超電導薄膜材料が得られ、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００４２】
また、液相法がＭＯＤ法であることにより、表面の平滑性および結晶の緻密性に優れた超電導薄膜材料が得られ、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態においては、超電導薄膜材料を構成する層うち最上の層が超電導層４である場合について示したが、図４に示すように、超電導層４を形成した（ステップＳ４）後に、超電導層４に接するように別の超電導層９が形成されてもよい。この超電導層９は気相法によって形成されてもよいし、液相法によって形成されてもよい。これにより、表面平滑性の優れた超電導層４の上に別の超電導層９を形成して超電導薄膜材料の厚膜化を図ることができる。
【００４４】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における超電導薄膜材料の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。図５を参照して、本実施の形態における超電導薄膜材料１０は、金属基板１、中間層２、第１気相成長超電導層としての超電導層３、および第１液相成長超電導層としての超電導層４の他に、第２気相成長超電導層としての超電導層５と、第２液相成長超電導層としての超電導層６とをさらに備えている。
【００４５】
超電導層５および超電導層６は超電導層４上に積層して形成されている。超電導層５および超電導層６は、実質的に同じ材質の材料よりなっており、たとえばＲＥ１２３系の組成を有している。
【００４６】
次に、本実施の形態における超電導薄膜材料の製造方法について説明する。
図６は、本発明の実施の形態２における超電導薄膜材料の製造方法を示すフロー図である。図５および図６を参照して、本実施の形態の超電導薄膜材料の製造方法では、超電導層４を形成した（ステップＳ４）後に、超電導層４に接するように、たとえばＲＥ１２３系の組成を有する超電導層５が気相法により形成される（ステップＳ５）。超電導層５を形成する際の気相法としては、たとえばレーザ蒸着法、スパッタリング法、または電子ビーム蒸着法などが用いられる。続いて、超電導層５に接するように、たとえばＲＥ１２３系の組成を有する超電導層６がＭＯＤ法などの液相法により形成される（ステップＳ６）。以上の工程により超電導薄膜材料１０が完成する。
【００４７】
なお、これ以外の超電導薄膜材料１０およびその製造方法は、図１および図２に示す実施の形態１における超電導薄膜材料およびその製造方法と同様であるため、同一の部分には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００４８】
本実施の形態における超電導薄膜材料１０およびその製造方法によれば、実施の形態１の超電導薄膜材料およびその製造方法と同様の効果を得ることができる。加えて、気相法による超電導層の形成と液相法による超電導層の形成とを２回交互に行なうことにより超電導薄膜材料を製造するので、超電導層３〜超電導層６の各々の膜厚が薄い状態で超電導薄膜材料の膜厚を厚くすることができる。これにより、臨界電流値を一層増加することができる。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、気相法により気相成長超電導層を形成する２回の気相工程と、液相法により液相成長超電導層を形成する２回の液相工程とが交互に行なわれる場合について示した。しかし、気相法による超電導層の形成と液相法による超電導層の形成とが２回以上交互に行なわれてもよい。
【００５０】
なお、本実施の形態においては、超電導層６が超電導薄膜材料を構成する層うち最上の層である場合について示したが、超電導層６を形成した（ステップＳ６）後に、超電導層６に接するように別の超電導層が形成されてもよい。この超電導層は気相法によって形成されてもよいし、液相法によって形成されてもよい。これにより、表面平滑性の優れた超電導層６の上に別の超電導層を形成して超電導薄膜材料の厚膜化を図ることができる。
【００５１】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における超電導薄膜材料の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。図７を参照して、本実施の形態における超電導薄膜材料１０は、裏面側気相成長超電導層としての超電導層７と、裏面側液相成長超電導層としての超電導層８とをさらに備えている。
【００５２】
超電導層７および超電導層８は金属基板１の裏面１ｂ側に積層して形成されている。超電導層７および超電導層８は、実質的に同じ材質の材料よりなっており、たとえばＲＥ１２３系の組成を有している。
【００５３】
次に、本実施の形態における超電導薄膜材料の製造方法について説明する。
図８は、本発明の実施の形態３における超電導薄膜材料の製造方法を示すフロー図である。図７および図８を参照して、本実施の形態の超電導薄膜材料の製造方法では、超電導層６を形成した（ステップＳ６）後に、金属基板１の裏面１ｂに接するように、たとえばＲＥ１２３系の組成を有する超電導層７が気相法により形成される（ステップＳ７）。超電導層７を形成する際の気相法としては、たとえばレーザ蒸着法、スパッタリング法、または電子ビーム蒸着法などが用いられる。続いて、超電導層７に接するように、たとえばＲＥ１２３系の組成を有する超電導層８がＭＯＤ法などの液相法により形成される（ステップＳ８）。以上の工程により超電導薄膜材料１０が完成する。
【００５４】
本実施の形態における超電導薄膜材料１０およびその製造方法によれば、実施の形態１の超電導薄膜材料およびその製造方法と同様の効果を得ることができる。加えて、金属基板１の表面１ａ側および裏面１ｂ側の両方に超電導薄膜材料を形成することができるので、超電導線材の電流の経路を増やすことができ、臨界電流密度および臨界電流値を一層向上することができる。
【００５５】
なお、超電導層７の形成（ステップＳ７）および超電導層８の形成（ステップＳ８）の一連の工程が行なわれるタイミングは任意であり、たとえば金属基板１を準備した（ステップＳ１）直後に行なわれてもよいし、超電導層３を形成した（ステップＳ２）直後に行なわれてもよい。また、金属基板１と超電導層７との間に中間層が形成されてもよい。
【００５６】
実施の形態１〜３においてはＲＥ１２３系の組成を有する材料よりなる超電導層を形成する場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、たとえばビスマス系などの他の材質の超電導層を形成する製造方法にも適用することができる。
【００５７】
また、実施の形態１〜３では金属基板１の表面１ａに中間層２が形成される場合について示したが、中間層２は省略されてもよい。この場合には、超電導層３が金属基板１に接するように形成される。
【実施例１】
【００５８】
本実施例では、超電導薄膜材料として以下の比較例Ａ、本発明例Ｂ、本発明例Ｃ、比較例Ｄ、および比較例Ｅの各々を製造し、臨界電流値および表面平滑性を測定した。
【００５９】
比較例Ａ：Ｎｉ合金基板上に気相蒸着法を用いて金属系酸化物よりなる中間層を成膜した。中間層の表面の表面粗さＲａは５ｎｍであった。続いてＰＬＤ法を用いて中間層の上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（ＨｏＢＣＯ）よりなる超電導層を０．２μｍの膜厚で成膜した。
【００６０】
本発明例Ｂ：始めに比較例Ａと同様の構造を作製した。続いて、超電導層上にＭＯＤ法を用いてＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（ＨｏＢＣＯ）よりなる超電導層を０．３μｍの膜厚で成膜した。これにより、超電導層の総膜厚は０．５μｍとなった。
【００６１】
本発明例Ｃ：始めに本発明例Ｂと同様の構造を作製した。続いて、超電導層上にＰＬＤ法を用いてＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（ＨｏＢＣＯ）よりなる超電導層を０．３μｍの膜厚で成膜した。これにより、超電導層の総膜厚は０．８μｍとなった。
【００６２】
比較例Ｄ：始めに比較例Ａと同様の構造を作製した。続いて、超電導層上にＰＬＤ法を用いてＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（ＨｏＢＣＯ）よりなる超電導層を０．３μｍの膜厚で成膜した。これにより、超電導層の総膜厚は０．５μｍとなった。
【００６３】
比較例Ｅ：始めに比較例Ｄと同様の構造を作製した。続いて、超電導層上にＰＬＤ法を用いてＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（ＨｏＢＣＯ）よりなる超電導層を０．３μｍの膜厚で成膜した。これにより、超電導層の総膜厚は０．８μｍとなった。
【００６４】
比較例Ａ、本発明例Ｂ、本発明例Ｃ，比較例Ｄ、および比較例Ｅの各々で測定された１ｃｍ幅当たりの臨界電流値および表面粗さＲａを表１、図９、および図１０に示す。なお、表面粗さＲａとは、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）に規定された算術平均粗さＲａのことを意味する。
【００６５】
【表１】
【００６６】
表１、図９、および図１０を参照して、比較例Ａ、本発明例Ｂ、および本発明例Ｃの各々を比較して、超電導層の膜厚が厚くなるに従って臨界電流値が増加している。比較例Ａ、比較例Ｄ、および比較例Ｅの各々を比較した場合にも、超電導層の厚くなるに従って臨界電流値が増加している。これは、超電導層の膜厚が厚くなるに従って電流が流れる部分の断面積が大きくなるためである。また、本発明例Ｂと比較例Ｄとを比較して、本発明例Ｂと比較例Ｄとは同じ膜厚であるにも関わらず、本発明例Ｂの方が表面粗さＲａが小さく、かつ臨界電流値が大きい。本発明例Ｃと比較例Ｅとを比較した場合にも、本発明例Ｃと比較例Ｅとは同じ膜厚であるにも関わらず、本発明例Ｃの方が表面粗さＲａが小さく、かつ臨界電流値が大きい。このことから、本発明例のように気相法で超電導層を形成した後に液相法で超電導層を形成することで、超電導層の表面平滑性を向上でき、臨界電流密度および臨界電流値を向上できることが分かる。
【００６７】
以上に開示された実施の形態および実施例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慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、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修正や変形を含むものと意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、たとえば超電導限流器、磁場発生装置、超電導ケーブル、超電導ブスバー、および超電導コイルなどを含む超電導機器に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施の形態１における超電導薄膜材料の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における超電導薄膜材料の製造方法を示すフロー図である。
【図３】本発明の実施の形態１における超電導層の形成の様子を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１における他の超電導薄膜材料の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態２における超電導薄膜材料の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２における超電導薄膜材料の製造方法を示すフロー図である。
【図７】本発明の実施の形態３における超電導薄膜材料の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態３における超電導薄膜材料の製造方法を示すフロー図である。
【図９】本発明の実施例１における超電導層の膜厚と臨界電流値Ｉｃとの関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１における超電導層の膜厚と表面粗さＲａとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 金属基板、１ａ 表面、１ｂ 裏面、２ 中間層、３〜９ 超電導層、１０ 超電導薄膜材料。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導薄膜材料の製造方法、超電導機器、および超電導薄膜材料に関し、より特定的には、ＲＥ１２３系の組成を有する超電導薄膜材料の製造方法、超電導機器、および超電導薄膜材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ビスマス系の超電導体を用いた超電導線材と、ＲＥ１２３系の超電導体を用いた超電導線材との２種類の超電導線材の開発が特に進められている。このうちＲＥ１２３系の超電導線材は、液体窒素温度（７７．３Ｋ）での臨界電流密度がビスマス系の超電導線材よりも高いという利点を有している。また、低温下および一定磁場下における臨界電流値が高いという利点を有している。このため、ＲＥ１２３系の超電導線材は次世代の高温超電導線材として期待されている。
【０００３】
一方で、ＲＥ１２３系の超電導体はビスマス系の超電導体のように銀シースで被覆することができないので、配向金属基板上に気相法のみまたは液相法のみによって超電導体（超電導薄膜材料）を成膜する方法で製造される。
【０００４】
ここで、従来のＲＥ１２３系の超電導薄膜材料の製造方法が、たとえば特開２００３−３２３８２２号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１には、レーザ蒸着法（ＰＬＤ法）を用いて金属テープ基板上に中間層を形成し、次にＰＬＤ法を用いてＲＥ１２３系の組成を有する第１の超電導層を中間層上に形成し、次にレーザ蒸着法を用いてＲＥ１２３系の組成を有する第２の超電導層を第１の超電導層上に形成する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３２３８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超電導線材の臨界電流値を増加するためには、超電導薄膜材料の膜厚を厚くし、電流が流れる部分の断面積を大きくすればよい。しかしながら、従来の超電導線材は、超電導薄膜材料の膜厚の増加に伴って、臨界電流密度が低下し、臨界電流値の増加が徐々に鈍くなる性質があった。このため、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができないという問題があった。
【０００６】
また、配向金属基板上に液相法のみによって超電導薄膜材料を成膜する方法では、超電導薄膜材料が結晶成長しにくいという問題があった。
【０００７】
したがって、本発明の一の目的は、臨界電流密度および臨界電流値を向上することのできる超電導薄膜材料の製造方法、超電導機器、および超電導薄膜材料を提供することである。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、超電導薄膜材料が結晶成長しやすい超電導薄膜材料の製造方法、超電導機器、および超電導薄膜材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法は、気相法により気相成長超電導層を形成する気相工程と、気相成長超電導層に接するように、液相法により液相成長超電導層を形成する液相工程とを備えている。
【００１０】
本発明の他の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法は、気相法により気相成長超電導層を形成するｎ（ｎは２以上の整数）回の気相工程と、液相法により液相成長超電導層を形成するｎ回の液相工程とを備えている。ｎ回の気相工程のうち第１気相工程において第１気相成長超電導層を形成し、ｎ回の液相工程のうち第１液相工程において第１気相成長超電導層に接するように第１液相成長超電導層を形成する。ｎ回の気相工程のうち第ｋ（ｋはｎ≧ｋ≧２を満たす整数）気相工程において、第ｋ−１液相成長超電導層に接するように第ｋ気相成長超電導層を形成し、ｎ回の液相工程のうち第ｋ液相工程において、第ｋ気相成長超電導層に接するように第ｋ液相成長超電導層を形成する。
【００１１】
本願発明者らは、膜厚の増加に伴う臨界電流密度の低下を抑止するためには、超電導薄膜材料の表面の平滑性および超電導薄膜材料の結晶の緻密性が重要な要因になることを見出した。気相法では、形成される膜の膜厚が厚くなるに従って膜が形成される表面の温度が低下し、それによりａ軸配向粒が多くなる現象が見られる。このため、気相法のみによって成膜された従来の超電導薄膜材料では、膜厚が厚くなるに従って表面平滑性が悪くなる。また、液相法では、形成される膜の膜厚が厚くなるに従って（特に１μｍを越える膜厚になると）超電導薄膜材料の結晶の緻密性が低下する。このため、従来においては超電導薄膜材料の膜厚を増加しても所望の臨界電流密度および臨界電流値が得られなかった。
【００１２】
そこで、本発明の超電導薄膜材料の製造方法においては、気相法により気相成長超電導層が形成され、気相成長超電導層に接するように液相法により液相成長超電導層が形成される。これにより、液相成長超電導層を形成する際には、気相成長超電導層の表面の凹凸に液体が入り込み、気相成長超電導層の表面を核として液相成長超電導層の結晶成長が起こるので、気相成長超電導層の表面の凹凸が平滑化される。また、気相成長超電導層および液相成長超電導層の両方によって超電導薄膜材料が構成されるので、気相成長超電導層または液相成長超電導層のいずれか一方のみにより超電導薄膜材料が構成される場合に比べて、気相成長超電導層および液相成長超電導層の各々の膜厚を薄くすることができる。これにより、超電導薄膜材料の表面の凹凸が平滑化され、超電導薄膜材料の結晶の緻密性の低下を抑止することができる。その結果、超電導薄膜材料の表面の平滑性および超電導薄膜材料の結晶の緻密性が良好な状態で超電導薄膜材料の膜厚を厚くすることができるので、膜厚の増加に伴う臨界電流密度の低下を抑止することができ、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００１３】
また、液相法による液相成長超電導層の成長の初期段階では、結晶成長の核となる層が必要である。従来の液相法のみによって超電導薄膜材料を成膜する方法では、結晶成長の核となる層が無いため、結晶成長しにくかった。これに対して、本発明の製造方法によれば、気相成長超電導層が液相法における結晶成長の核となるので、超電導薄膜材料が結晶成長しやすい。
【００１４】
加えて、本発明の他の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法によれば、気相成長超電導層および液相成長超電導層を複数回交互に形成することにより超電導薄膜材料を製造するので、気相成長超電導層および液相成長超電導層の各々の膜厚が薄い状態で超電導層の総膜厚を厚くすることができる。これにより、臨界電流値を一層増加することができる。
【００１５】
本発明の一の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、気相工程において基板の表面側に気相成長超電導層を形成する。基板の裏面側に気相法により裏面側気相成長超電導層を形成する裏面側気相工程と、裏面側気相成長超電導層に接するように、液相法により裏面側液相成長超電導層を形成する裏面側液相工程とがさらに備えられている。
【００１６】
これにより、基板の両面に超電導薄膜材料を形成することができるので、超電導線材の電流の経路を増やすことができ、臨界電流密度および臨界電流値を一層向上することができる。
【００１７】
なお、「基板の表面」、「基板の裏面」とは、基板における２つの主面を区別しているに過ぎず、２つの主面のうちいずれの主面が表面であってもよい。
【００１８】
本発明の一の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、気相工程において基板の表面側に気相成長超電導層を形成する。気相成長超電導層と基板との間に中間層を形成する工程がさらに備えられている。基板は金属よりなっており、かつ中間層は岩石型、ペロブスカイト型、またはパイロクロア型のいずれかの結晶構造を有する酸化物よりなっており、かつ気相成長超電導層および液相成長超電導層はいずれもＲＥ１２３系の組成を有している。
【００１９】
本発明の他の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、第１気相工程において基板の表面側に第１気相成長超電導層を形成する。第１気相成長超電導層と基板との間に中間層を形成する工程がさらに備えられている。基板は金属よりなっており、かつ中間層は岩石型、ペロブスカイト型、またはパイロクロア型のいずれかの結晶構造を有する酸化物よりなっており、かつ第１〜第ｎ気相成長超電導層および第１〜第ｎ液相成長超電導層はいずれもＲＥ１２３系の組成を有している。
【００２０】
これにより、結晶配向性および表面平滑性に優れた超電導薄膜材料が得られ、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００２１】
本発明の一の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、液相工程の後に、液相成長超電導層に接するように超電導層を形成する工程がさらに備えられている。
【００２２】
本発明の他の局面に従う超電導薄膜材料の製造方法において好ましくは、第ｎ液相工程の後に、第ｎ液相成長超電導層に接するように超電導層を形成する工程がさらに備えられている。
【００２３】
液相法によって成長された超電導層は気相法によって成長された超電導層に比べて表面平滑性に優れているので、これにより、表面平滑性の優れた超電導層の上に超電導層を形成することができる。
【００２４】
上記製造方法において好ましくは、気相法がレーザ蒸着法、スパッタリング法、または電子ビーム蒸着法のいずれかである。
【００２５】
上記製造方法において好ましくは、液相法が有機金属堆積法（ＭＯＤ法）である。
これにより、結晶配向性および表面平滑性に優れた超電導薄膜材料が得られ、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００２６】
本発明の超電導機器は、上記の超電導薄膜材料の製造方法により製造された超電導薄膜材料が用いられている。
【００２７】
本発明の超電導機器によれば、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００２８】
本発明の超電導薄膜材料は、第１超電導層と、第１超電導層に接するように形成された第２超電導層とを備える超電導薄膜材料であって、臨界電流値が１１０（Ａ/ｃｍ幅）を越えている。
【００２９】
なお、本願明細書における「ＲＥ１２３系」とは、ＲＥxＢａyＣｕzＯ7-dにおいて、０．７≦ｘ≦１．３、１．７≦ｙ≦２．３、２．７≦ｚ≦３．３であることを意味する。また、「ＲＥ１２３系」のＲＥは、希土類元素およびイットリウム元素の少なくともいずれかを含む材質を意味する。また、希土類元素としては、たとえばネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミニウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）などが含まれる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の超電導薄膜材料の製造方法、超電導機器、および超電導薄膜材料によれば、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超電導薄膜材料の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。図１を参照して、本実施の形態における超電導薄膜材料１０は、テープ状の形状を有しており、金属基板１と、中間層２と、気相成長超電導層（第１超電導層）としての超電導層３と、液相成長超電導層（第２超電導層）としての超電導層４とを備えている。超電導薄膜材料１０はたとえば超電導機器などに用いられる。
【００３２】
金属基板１は、たとえばステンレス、ニッケル合金（たとえばハステロイ）、または銀合金などの金属よりなっている。
【００３３】
中間層２は金属基板１の表面１ａ上に形成されており、拡散防止層として機能する。中間層２は、たとえば岩石型、ペロブスカイト型、またはパイロクロア型のいずれかの結晶構造を有する酸化物よりなっており、具体的には、酸化セリウム、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、またはバリウムジルコニアなどの材質よりなっている。
【００３４】
超電導層３および超電導層４は中間層２上に積層して形成されている。超電導層３および超電導層４は、実質的に同じ材質の材料よりなっており、たとえばＲＥ１２３系の組成を有している。
【００３５】
なお、図１においては中間層２を設けた構成について説明したが、中間層２は省略されてもよい。
【００３６】
次に、本実施の形態における超電導薄膜材料の製造方法について説明する。
図２は、本発明の実施の形態１における超電導薄膜材料の製造方法を示すフロー図である。図１および図２を参照して、本実施の形態の超電導薄膜材料の製造方法では、始めに金属基板１が準備され（ステップＳ１）、この金属基板１の表面１ａ上に、たとえばＹＳＺよりなる中間層２がレーザ蒸着法により形成される（ステップＳ２）。次に、この中間層２上に、たとえばＲＥ１２３系の組成を有する超電導層３が気相法により形成される（ステップＳ３）。超電導層３を形成する際の気相法としては、たとえばレーザ蒸着法、スパッタリング法、または電子ビーム蒸着法などが用いられる。続いて、超電導層３に接するように、たとえばＲＥ１２３系の組成を有する超電導層４がＭＯＤ法などの液相法により形成される（ステップＳ４）。以上の工程により超電導薄膜材料１０が完成する。
【００３７】
なお、中間層２が省略される場合には、上記の中間層２の形成工程（ステップＳ２）が省略され、超電導層３の形成工程（ステップＳ３）において超電導層３が金属基板１の表面１ａに接するように形成される。
【００３８】
図３は、本発明の実施の形態１における超電導層の形成の様子を模式的に示す図である。図３（ａ）を参照して、本実施の形態の超電導薄膜材料１０およびその製造方法によれば、超電導層３は気相法により形成されるので、超電導層３の膜厚ｄ１が厚い場合にはその表面Ｓ１に凹凸が存在する場合がある。しかし、図３（ｂ）を参照して、液相法により超電導層４を形成する際には、超電導層４の成分が含まれている溶液が凹凸の中に入り込み、超電導層３の表面Ｓ１を核として超電導層４の結晶成長が起こる。これにより、平滑化された表面Ｓ２が得られる。また、図３（ａ）、（ｂ）を参照して、超電導層３の膜厚ｄ１および超電導層４の膜厚ｄ２を合わせた膜厚が超電導薄膜材料の膜厚ｄ３となるので、超電導層３の膜厚ｄ１および超電導層４の膜厚ｄ２をそれほど厚くしなくても超電導薄膜材料の膜厚ｄ３を厚くすることができる。これにより、超電導層３の表面Ｓ１の平滑性を保つことができ、かつ超電導層４の結晶の緻密性の低下を抑止することができる。その結果、超電導薄膜材料の表面Ｓ２の平滑性および超電導薄膜材料の結晶の緻密性が良好な状態で超電導薄膜材料の膜厚を厚くすることができるので、膜厚の増加に伴う臨界電流密度の低下を抑止することができ、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００３９】
また、液相法により超電導層４を形成する際に超電導層３が結晶成長の核となるので、超電導薄膜材料が結晶成長しやすい。
【００４０】
また、岩石型、ペロブスカイト型、またはパイロクロア型のいずれかの結晶構造を有する酸化物よりなる中間層２を超電導層３と金属基板１との間に形成し、かつ超電導層３および超電導層４はいずれもＲＥ１２３系の組成を有していることにより、表面の平滑性および結晶の緻密性に優れた超電導薄膜材料が得られ、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００４１】
また、気相法がレーザ蒸着法、スパッタリング法、または電子ビーム蒸着法のいずれかであることにより、表面の平滑性および結晶の緻密性に優れた超電導薄膜材料が得られ、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００４２】
また、液相法がＭＯＤ法であることにより、表面の平滑性および結晶の緻密性に優れた超電導薄膜材料が得られ、臨界電流密度および臨界電流値を向上することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態においては、超電導薄膜材料を構成する層うち最上の層が超電導層４である場合について示したが、図４に示すように、超電導層４を形成した（ステップＳ４）後に、超電導層４に接するように別の超電導層９が形成されてもよい。この超電導層９は気相法によって形成されてもよいし、液相法によって形成されてもよい。これにより、表面平滑性の優れた超電導層４の上に別の超電導層９を形成して超電導薄膜材料の厚膜化を図ることができる。
【００４４】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における超電導薄膜材料の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。図５を参照して、本実施の形態における超電導薄膜材料１０は、金属基板１、中間層２、第１気相成長超電導層としての超電導層３、および第１液相成長超電導層としての超電導層４の他に、第２気相成長超電導層としての超電導層５と、第２液相成長超電導層としての超電導層６とをさらに備えている。
【００４５】
超電導層５および超電導層６は超電導層４上に積層して形成されている。超電導層５および超電導層６は、実質的に同じ材質の材料よりなっており、たとえばＲＥ１２３系の組成を有している。
【００４６】
次に、本実施の形態における超電導薄膜材料の製造方法について説明する。
図６は、本発明の実施の形態２における超電導薄膜材料の製造方法を示すフロー図である。図５および図６を参照して、本実施の形態の超電導薄膜材料の製造方法では、超電導層４を形成した（ステップＳ４）後に、超電導層４に接するように、たとえばＲＥ１２３系の組成を有する超電導層５が気相法により形成される（ステップＳ５）。超電導層５を形成する際の気相法としては、たとえばレーザ蒸着法、スパッタリング法、または電子ビーム蒸着法などが用いられる。続いて、超電導層５に接するように、たとえばＲＥ１２３系の組成を有する超電導層６がＭＯＤ法などの液相法により形成される（ステップＳ６）。以上の工程により超電導薄膜材料１０が完成する。
【００４７】
なお、これ以外の超電導薄膜材料１０およびその製造方法は、図１および図２に示す実施の形態１における超電導薄膜材料およびその製造方法と同様であるため、同一の部分には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００４８】
本実施の形態における超電導薄膜材料１０およびその製造方法によれば、実施の形態１の超電導薄膜材料およびその製造方法と同様の効果を得ることができる。加えて、気相法による超電導層の形成と液相法による超電導層の形成とを２回交互に行なうことにより超電導薄膜材料を製造するので、超電導層３〜超電導層６の各々の膜厚が薄い状態で超電導薄膜材料の膜厚を厚くすることができる。これにより、臨界電流値を一層増加することができる。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、気相法により気相成長超電導層を形成する２回の気相工程と、液相法により液相成長超電導層を形成する２回の液相工程とが交互に行なわれる場合について示した。しかし、気相法による超電導層の形成と液相法による超電導層の形成とが２回以上交互に行なわれてもよい。
【００５０】
なお、本実施の形態においては、超電導層６が超電導薄膜材料を構成する層うち最上の層である場合について示したが、超電導層６を形成した（ステップＳ６）後に、超電導層６に接するように別の超電導層が形成されてもよい。この超電導層は気相法によって形成されてもよいし、液相法によって形成されてもよい。これにより、表面平滑性の優れた超電導層６の上に別の超電導層を形成して超電導薄膜材料の厚膜化を図ることができる。
【００５１】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における超電導薄膜材料の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。図７を参照して、本実施の形態における超電導薄膜材料１０は、裏面側気相成長超電導層としての超電導層７と、裏面側液相成長超電導層としての超電導層８とをさらに備えている。
【００５２】
超電導層７および超電導層８は金属基板１の裏面１ｂ側に積層して形成されている。超電導層７および超電導層８は、実質的に同じ材質の材料よりなっており、たとえばＲＥ１２３系の組成を有している。
【００５３】
次に、本実施の形態における超電導薄膜材料の製造方法について説明する。
図８は、本発明の実施の形態３における超電導薄膜材料の製造方法を示すフロー図である。図７および図８を参照して、本実施の形態の超電導薄膜材料の製造方法では、超電導層６を形成した（ステップＳ６）後に、金属基板１の裏面１ｂに接するように、たとえばＲＥ１２３系の組成を有する超電導層７が気相法により形成される（ステップＳ７）。超電導層７を形成する際の気相法としては、たとえばレーザ蒸着法、スパッタリング法、または電子ビーム蒸着法などが用いられる。続いて、超電導層７に接するように、たとえばＲＥ１２３系の組成を有する超電導層８がＭＯＤ法などの液相法により形成される（ステップＳ８）。以上の工程により超電導薄膜材料１０が完成する。
【００５４】
本実施の形態における超電導薄膜材料１０およびその製造方法によれば、実施の形態１の超電導薄膜材料およびその製造方法と同様の効果を得ることができる。加えて、金属基板１の表面１ａ側および裏面１ｂ側の両方に超電導薄膜材料を形成することができるので、超電導線材の電流の経路を増やすことができ、臨界電流密度および臨界電流値を一層向上することができる。
【００５５】
なお、超電導層７の形成（ステップＳ７）および超電導層８の形成（ステップＳ８）の一連の工程が行なわれるタイミングは任意であり、たとえば金属基板１を準備した（ステップＳ１）直後に行なわれてもよいし、超電導層３を形成した（ステップＳ２）直後に行なわれてもよい。また、金属基板１と超電導層７との間に中間層が形成されてもよい。
【００５６】
実施の形態１〜３においてはＲＥ１２３系の組成を有する材料よりなる超電導層を形成する場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、たとえばビスマス系などの他の材質の超電導層を形成する製造方法にも適用することができる。
【００５７】
また、実施の形態１〜３では金属基板１の表面１ａに中間層２が形成される場合について示したが、中間層２は省略されてもよい。この場合には、超電導層３が金属基板１に接するように形成される。
【実施例１】
【００５８】
本実施例では、超電導薄膜材料として以下の比較例Ａ、本発明例Ｂ、本発明例Ｃ、比較例Ｄ、および比較例Ｅの各々を製造し、臨界電流値および表面平滑性を測定した。
【００５９】
比較例Ａ：Ｎｉ合金基板上に気相蒸着法を用いて金属系酸化物よりなる中間層を成膜した。中間層の表面の表面粗さＲａは５ｎｍであった。続いてＰＬＤ法を用いて中間層の上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（ＨｏＢＣＯ）よりなる超電導層を０．２μｍの膜厚で成膜した。
【００６０】
本発明例Ｂ：始めに比較例Ａと同様の構造を作製した。続いて、超電導層上にＭＯＤ法を用いてＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（ＨｏＢＣＯ）よりなる超電導層を０．３μｍの膜厚で成膜した。これにより、超電導層の総膜厚は０．５μｍとなった。
【００６１】
本発明例Ｃ：始めに本発明例Ｂと同様の構造を作製した。続いて、超電導層上にＰＬＤ法を用いてＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（ＨｏＢＣＯ）よりなる超電導層を０．３μｍの膜厚で成膜した。これにより、超電導層の総膜厚は０．８μｍとなった。
【００６２】
比較例Ｄ：始めに比較例Ａと同様の構造を作製した。続いて、超電導層上にＰＬＤ法を用いてＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（ＨｏＢＣＯ）よりなる超電導層を０．３μｍの膜厚で成膜した。これにより、超電導層の総膜厚は０．５μｍとなった。
【００６３】
比較例Ｅ：始めに比較例Ｄと同様の構造を作製した。続いて、超電導層上にＰＬＤ法を用いてＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（ＨｏＢＣＯ）よりなる超電導層を０．３μｍの膜厚で成膜した。これにより、超電導層の総膜厚は０．８μｍとなった。
【００６４】
比較例Ａ、本発明例Ｂ、本発明例Ｃ，比較例Ｄ、および比較例Ｅの各々で測定された１ｃｍ幅当たりの臨界電流値および表面粗さＲａを表１、図９、および図１０に示す。なお、表面粗さＲａとは、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）に規定された算術平均粗さＲａのことを意味する。
【００６５】
【表１】
【００６６】
表１、図９、および図１０を参照して、比較例Ａ、本発明例Ｂ、および本発明例Ｃの各々を比較して、超電導層の膜厚が厚くなるに従って臨界電流値が増加している。比較例Ａ、比較例Ｄ、および比較例Ｅの各々を比較した場合にも、超電導層の厚くなるに従って臨界電流値が増加している。これは、超電導層の膜厚が厚くなるに従って電流が流れる部分の断面積が大きくなるためである。また、本発明例Ｂと比較例Ｄとを比較して、本発明例Ｂと比較例Ｄとは同じ膜厚であるにも関わらず、本発明例Ｂの方が表面粗さＲａが小さく、かつ臨界電流値が大きい。本発明例Ｃと比較例Ｅとを比較した場合にも、本発明例Ｃと比較例Ｅとは同じ膜厚であるにも関わらず、本発明例Ｃの方が表面粗さＲａが小さく、かつ臨界電流値が大きい。このことから、本発明例のように気相法で超電導層を形成した後に液相法で超電導層を形成することで、超電導層の表面平滑性を向上でき、臨界電流密度および臨界電流値を向上できることが分かる。
【００６７】
以上に開示された実施の形態および実施例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慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、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修正や変形を含むものと意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、たとえば超電導限流器、磁場発生装置、超電導ケーブル、超電導ブスバー、および超電導コイルなどを含む超電導機器に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施の形態１における超電導薄膜材料の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における超電導薄膜材料の製造方法を示すフロー図である。
【図３】本発明の実施の形態１における超電導層の形成の様子を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１における他の超電導薄膜材料の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態２における超電導薄膜材料の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２における超電導薄膜材料の製造方法を示すフロー図である。
【図７】本発明の実施の形態３における超電導薄膜材料の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態３における超電導薄膜材料の製造方法を示すフロー図である。
【図９】本発明の実施例１における超電導層の膜厚と臨界電流値Ｉｃとの関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１における超電導層の膜厚と表面粗さＲａとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 金属基板、１ａ 表面、１ｂ 裏面、２ 中間層、３〜９ 超電導層、１０ 超電導薄膜材料。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相法により気相成長超電導層を形成する気相工程と、
前記気相成長超電導層に接するように、液相法により液相成長超電導層を形成する液相工程とを備えた、超電導薄膜材料の製造方法。
【請求項２】
前記気相工程において基板の表面側に前記気相成長超電導層を形成し、
前記基板の裏面側に気相法により裏面側気相成長超電導層を形成する裏面側気相工程と、
前記裏面側気相成長超電導層に接するように、液相法により裏面側液相成長超電導層を形成する裏面側液相工程とをさらに備えたことを特徴とする、請求項１に記載の超電導薄膜材料の製造方法。
【請求項３】
気相法により気相成長超電導層を形成するｎ（ｎは２以上の整数）回の気相工程と、
液相法により液相成長超電導層を形成するｎ回の液相工程とを備え、
前記ｎ回の気相工程のうち第１気相工程において第１気相成長超電導層を形成し、
前記ｎ回の液相工程のうち第１液相工程において前記第１気相成長超電導層に接するように第１液相成長超電導層を形成し、
前記ｎ回の気相工程のうち第ｋ（ｋはｎ≧ｋ≧２を満たす整数）気相工程において、第ｋ−１液相成長超電導層に接するように第ｋ気相成長超電導層を形成し、
前記ｎ回の液相工程のうち第ｋ液相工程において、第ｋ気相成長超電導層に接するように第ｋ液相成長超電導層を形成することを特徴とする、超電導薄膜材料の製造方法。
【請求項４】
前記液相工程の後または前記第ｎ液相工程の後に、前記液相成長超電導層または前記第ｎ液相成長超電導層に接するように超電導層を形成する工程をさらに備えた、請求項１〜３のいずれかに記載の超電導薄膜材料の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の超電導薄膜材料の製造方法により製造された超電導薄膜材料を用いた超電導機器。
【請求項６】
第１超電導層と、前記第１超電導層に接するように形成された第２超電導層とを備える超電導薄膜材料であって、臨界電流値が１１０（Ａ/ｃｍ幅）を越えることを特徴とする、超電導薄膜材料。
【請求項１】
気相法により気相成長超電導層を形成する気相工程と、
前記気相成長超電導層に接するように、液相法により液相成長超電導層を形成する液相工程とを備えた、超電導薄膜材料の製造方法。
【請求項２】
前記気相工程において基板の表面側に前記気相成長超電導層を形成し、
前記基板の裏面側に気相法により裏面側気相成長超電導層を形成する裏面側気相工程と、
前記裏面側気相成長超電導層に接するように、液相法により裏面側液相成長超電導層を形成する裏面側液相工程とをさらに備えたことを特徴とする、請求項１に記載の超電導薄膜材料の製造方法。
【請求項３】
気相法により気相成長超電導層を形成するｎ（ｎは２以上の整数）回の気相工程と、
液相法により液相成長超電導層を形成するｎ回の液相工程とを備え、
前記ｎ回の気相工程のうち第１気相工程において第１気相成長超電導層を形成し、
前記ｎ回の液相工程のうち第１液相工程において前記第１気相成長超電導層に接するように第１液相成長超電導層を形成し、
前記ｎ回の気相工程のうち第ｋ（ｋはｎ≧ｋ≧２を満たす整数）気相工程において、第ｋ−１液相成長超電導層に接するように第ｋ気相成長超電導層を形成し、
前記ｎ回の液相工程のうち第ｋ液相工程において、第ｋ気相成長超電導層に接するように第ｋ液相成長超電導層を形成することを特徴とする、超電導薄膜材料の製造方法。
【請求項４】
前記液相工程の後または前記第ｎ液相工程の後に、前記液相成長超電導層または前記第ｎ液相成長超電導層に接するように超電導層を形成する工程をさらに備えた、請求項１〜３のいずれかに記載の超電導薄膜材料の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の超電導薄膜材料の製造方法により製造された超電導薄膜材料を用いた超電導機器。
【請求項６】
第１超電導層と、前記第１超電導層に接するように形成された第２超電導層とを備える超電導薄膜材料であって、臨界電流値が１１０（Ａ/ｃｍ幅）を越えることを特徴とする、超電導薄膜材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２２０４６７（Ｐ２００７−２２０４６７Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３９３９５（Ｐ２００６−３９３９５）
【出願日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【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８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【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）】
[ Back to top ]