酸化セリウム薄膜および超電導線材
【課題】高い臨界電流密度を有する超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜およびそれを含む超電導線材を提供する。
【解決手段】超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜であって、酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合が６０％以上であり、酸化セリウム薄膜の主面は面内四回対称性を有し、酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が１０°以下であり、酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ以下であって、酸化セリウム薄膜の膜厚が４００ｎｍ以上である酸化セリウム薄膜とその酸化セリウム薄膜を含む超電導線材である。
【解決手段】超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜であって、酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合が６０％以上であり、酸化セリウム薄膜の主面は面内四回対称性を有し、酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が１０°以下であり、酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ以下であって、酸化セリウム薄膜の膜厚が４００ｎｍ以上である酸化セリウム薄膜とその酸化セリウム薄膜を含む超電導線材である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化セリウム薄膜および超電導線材に関し、特に、高い臨界電流密度を有する超電導薄膜を形成するための下地に適した酸化セリウム薄膜およびそれを含む超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温超電導体の発見以来、ケーブル、限流器またはマグネットなどの電力機器への応用を目指した超電導線材の開発が世界中の研究機関で精力的に行なわれている。
【０００３】
従来の超電導線材としては、金属基板の主面上に直接、超電導薄膜を形成した超電導線材や、金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜などの中間層を下地として形成した後に超電導薄膜を形成した超電導線材などが知られている。
【０００４】
たとえば、非特許文献１には、電子ビーム蒸着法により、金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜を形成する方法が開示されている。
【非特許文献１】Luigia Gianni et al., “Long YBCO coated conductors by thermal co-evaporation”, CCA 2004, International Workshop on Coated Conductors for Applications, in Japan, Kanagawa, 2004 Nov.19-20
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１には、優れた超電導特性を有する超電導線材を作製するためにはどのような酸化セリウム薄膜を作製すればよいか十分に記載されていないため、酸化セリウム薄膜と超電導特性との関連が不明であった。
【０００６】
本発明の目的は、高い臨界電流密度を有する超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜およびそれを含む超電導線材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜であって、酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合が６０％以上であり、酸化セリウム薄膜の主面は面内四回対称性を有し、酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が１０°以下であり、酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ以下であって、酸化セリウム薄膜の膜厚が４００ｎｍ以上である酸化セリウム薄膜である。
【０００８】
ここで、本発明の酸化セリウム薄膜は、（１００）面の配向割合が９０％以上であり、（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が９°以下であって、算術平均粗さＲａが３０ｎｍ以下である金属基板の主面上に形成されることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の酸化セリウム薄膜は、電子ビーム蒸着法またはＲＦスパッタ法により形成することができる。
【００１０】
また、本発明の酸化セリウム薄膜は、多層成膜法により形成することができる。
さらに、本発明は、上記のいずれかの酸化セリウム薄膜を含む超電導線材である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高い臨界電流密度を有する超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜およびそれを含む超電導線材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】
【００１２】
本発明者は、超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜について鋭意検討した結果、以下の（ｉ）〜（ｖ）の要件を満たす酸化セリウム薄膜を超電導薄膜を形成するための下地として用いた場合に、超電導線材が高い臨界電流密度を有することを見い出し、本発明を完成するに至った。
（ｉ）酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合が６０％以上であること。
（ｉｉ）酸化セリウム薄膜の主面が面内四回対称性を有すること。
（ｉｉｉ）酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が１０°以下であること。
（ｉｖ）酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）が２０ｎｍ以下であること。
（ｖ）酸化セリウム薄膜の膜厚が４００ｎｍ以上であること。
【００１３】
なお、本発明において、「酸化セリウム薄膜の主面」とは、超電導薄膜が形成される側の酸化セリウム薄膜の表面のことをいう。
【００１４】
また、本発明において、酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合（以下、「ＣｅＯ2（１００）面の配向割合」という。）は、Ｘ線回折法（θ−２θ法）において、酸化セリウム薄膜の主面の（２００）面のＸ線回折ピーク値（以下、「ＣｅＯ2（２００）面のＸ線回折ピーク値」という。）と（１１１）面のＸ線回折ピーク値（以下、「ＣｅＯ2（１１１）面のＸ線回折ピーク値」という。）とを用いて、下記の式（１）により算出される。
ＣｅＯ2（１００）面の配向割合（％）＝１００×ＣｅＯ2（２００）面のＸ線回折ピーク値／{ＣｅＯ2（２００）面のＸ線回折ピーク値＋ＣｅＯ2（１１１）面のＸ線回折ピーク値} …（１）
なお、Ｘ線回折法（θ−２θ法）とは、従来から公知のＸ線回折法であって、酸化セリウム薄膜の主面に対して入射角θでＸ線を入射し、その回折角２θに対応する箇所で検出器により回折Ｘ線の強度を検出する方法である。ここで、Ｘ線回折法（θ−２θ法）においては、入射角θを順次変化させて（入射角θの変化に伴い回折角２θも変化する）回折Ｘ線の強度が検出される。
【００１５】
なお、本発明において、酸化セリウム薄膜の主面の（１１１）面のＸ線回折ピークは、Ｘ線回折法（θ−２θ法）により得られたＸ線回折パターンにおいて回折角２θが２８．６°±０．４°の範囲に出現する。
【００１６】
また、本発明において、酸化セリウム薄膜の主面の（２００）面のＸ線回折ピークは、Ｘ線回折法（θ−２θ法）により得られたＸ線回折パターンにおいて回折角２θが３３．１°±０．３°の範囲に出現する。
【００１７】
また、本発明において、「酸化セリウム薄膜の主面が面内四回対称性を有する」とは、酸化セリウム薄膜の主面に対する垂線を軸として酸化セリウム薄膜の主面を３６０°回転させたときに、酸化セリウム薄膜の主面の原子配列において同一の原子配列が四回出現することを意味する。
【００１８】
また、本発明において、「酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅」は、酸化セリウム薄膜の主面の（１１１）面のφスキャンの半値幅から求めることができる。酸化セリウム薄膜の主面の（１１１）面のφスキャンの半値幅はたとえば図２に示す構成の装置を用いて以下のようにして求めることができる。
【００１９】
まず、図２に示す酸化セリウム薄膜からなる試料１の主面の（１１１）面が図２の紙面の表側を向くように設置する。そして、試料１の（１１１）面の面内で直交する仮想軸をそれぞれＡ軸とＣ軸とし、試料１の（１１１）面の法線方向の仮想軸をＢ軸とする。なお、図２に示す装置は、入射Ｘ線７の入射角θ1と反射Ｘ線８の反射角θ2とが等しい等角度反射の光学系である。
【００２０】
次に、上記のＢ軸が入射Ｘ線７と反射Ｘ線８とで決定される平面上にあるときの試料１の（１１１）面の傾きをα＝９０°とし、試料１の（１１１）面の傾きがα＝３５°となるように試料１の（１１１）面をＡ軸を回転軸として回転させる。
【００２１】
そして、試料１の（１１１）面の傾きがα＝３５°である状態でＡ軸を固定した後に、Ｂ軸を回転軸として試料１の（１１１）面を回転させながらＦ点から入射Ｘ線７を発散スリット２を通して縦制限スリット３の間の試料１の（１１１）面に照射し、そこで反射した反射Ｘ線８の強度を受光スリット４および散乱スリット５を通してカウンタ６で検出する。
【００２２】
これにより、酸化セリウム薄膜からなる試料１の（１１１）面の傾きがα＝３５°であるときのＸ線回折ピークが得られ、そのＸ線回折ピークの半値幅（φスキャンの半値幅）を求める。
【００２３】
この酸化セリウム薄膜からなる試料１の（１１１）面の傾きがα＝３５°であるときのＸ線回折ピークの半値幅（φスキャンの半値幅）が酸化セリウム薄膜からなる試料１の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅に相当する。
【００２４】
本発明の酸化セリウム薄膜は、たとえば、電子ビーム蒸着法またはＲＦ（Radio Frequency）スパッタ法により形成することができる。また、本発明の酸化セリウム薄膜は、たとえば、多層成膜法により形成することもできる。ここで、酸化セリウム薄膜は、たとえば、一対のリールの一方のリールに巻き取られた金属基板が他方のリールに巻き取られるまでの間に形成されるが、所定の膜厚の酸化セリウム薄膜を１箇所で形成するのではなく、複数の箇所で分けて形成する方法が多層成膜法である。この多層成膜法によれば、所定の膜厚の酸化セリウム薄膜を１回で形成するよりも効率的に形成することができるため、金属基板の長尺化に有効である。また、多層成膜法においては、酸化セリウム薄膜の形成箇所ごとに酸化セリウム薄膜の形成条件の変更も可能となる。
【００２５】
また、本発明者は、上記の本発明の酸化セリウム薄膜を、以下の（ａ）〜（ｃ）の要件を満たす金属基板の主面上に形成することが好ましいことも見い出した。
（ａ）金属基板の主面における（１００）面の配向割合が９０％以上であること。
（ｂ）金属基板の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が９°以下であること。
（ｃ）金属基板の主面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）が３０ｎｍ以下であること。
【００２６】
すなわち、金属基板は、酸化セリウム薄膜の下地となるため、金属基板の主面の（１００）面の配向割合が９０％以上であって、金属基板の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が９°以下である場合には、その主面上に形成される酸化セリウム薄膜が上記の（ｉ）および（ｉｉｉ）の要件を満たしやすくなる。また、金属基板の主面の算術平均粗さＲａが３０ｎｍ以下である場合には、その主面上に形成される酸化セリウム薄膜が上記の（ｉｖ）の要件を満たしやすくなる。
【００２７】
なお、金属基板としては、たとえば、ニッケル合金等を用いることができる。
また、本発明において、「金属基板の主面」とは、本発明の酸化セリウム薄膜が形成される側の金属基板の表面のことをいう。
【００２８】
また、本発明において、金属基板の主面の（１００）面の配向割合（以下、「金属基板（１００）面の配向割合」という。）は、Ｘ線回折法（θ−２θ法）において、金属基板の主面の（２００）面のＸ線回折ピーク値（以下、「金属基板（２００）面のＸ線回折ピーク値」という。）と（１１１）面のＸ線回折ピーク値（以下、「金属基板（１１１）面のＸ線回折ピーク値」という。）とを用いて、下記の式（２）により算出される。
金属基板（１００）面の配向割合（％）＝１００×金属基板（２００）面のＸ線回折ピーク値／{金属基板（２００）面のＸ線回折ピーク値＋金属基板（１１１）面のＸ線回折ピーク値} …（２）
なお、本発明において、金属基板の（１１１）面および（２００）面のＸ線回折ピークの出現位置は、金属基板の材質によってそれぞれ変わり得るが、たとえば金属基板がニッケル合金からなる場合には、金属基板の（１１１）面のＸ線回折ピークは、Ｘ線回折法（θ−２θ法）により得られたＸ線回折パターンにおいて回折角２θが４４．２°±０．３°の範囲に出現し、金属基板の（２００）面のＸ線回折ピークは、Ｘ線回折法（θ−２θ法）により得られたＸ線回折パターンにおいて回折角２θが５１．５°±０．３°の範囲に出現する。
【００２９】
また、本発明において、「金属基板の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅」は、金属基板の主面の（１１１）面のφスキャンの半値幅から求めることができる。金属基板の主面の（１１１）面のφスキャンの半値幅はたとえば図２に示す構成のＸ線回折装置を用いて以下のようにして求めることができる。
【００３０】
まず、図２に示す金属基板からなる試料１の主面の（１１１）面が図２の紙面の表側を向くように設置する。そして、試料１の（１１１）面の面内で直交する仮想軸をそれぞれＡ軸とＣ軸とし、試料１の（１１１）面の法線方向の仮想軸をＢ軸とする。なお、図２に示す装置は、入射Ｘ線７の入射角θ1と反射Ｘ線８の反射角θ2とが等しい等角度反射の光学系である。
【００３１】
次に、上記のＢ軸が入射Ｘ線７と反射Ｘ線８とで決定される平面上にあるときの試料１の（１１１）面の傾きをα＝９０°とし、試料１の（１１１）面の傾きがα＝３５°となるように試料１の（１１１）面をＡ軸を回転軸として回転させる。
【００３２】
そして、試料１の（１１１）面の傾きをα＝３５°とした状態でＡ軸を固定した後に、Ｂ軸を回転軸として試料１の（１１１）面を回転させながらＦ点から入射Ｘ線７を発散スリット２を通して縦制限スリット３の間の試料１の（１１１）面に照射し、そこで反射した反射Ｘ線８の強度を受光スリット４および散乱スリット５を通してカウンタ６で検出する。
【００３３】
これにより、金属基板からなる試料１の（１１１）面の傾きがα＝３５°であるときのＸ線回折ピークが得られ、そのＸ線回折ピークの半値幅（φスキャンの半値幅）を求める。
【００３４】
この金属基板からなる試料１の（１１１）面の傾きがα＝３５°であるときのＸ線回折ピークの半値幅（φスキャンの半値幅）が金属基板からなる試料１の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅に相当する。
【００３５】
また、本発明の酸化セリウム薄膜の主面上に超電導薄膜を形成することにより、超電導線材を作製することができる。本発明の超電導線材は、本発明の酸化セリウム薄膜を含むものであればその構成は特に限定されないが、たとえば、上記の金属基板の主面上に上記の本発明の酸化セリウム薄膜を形成し、さらにその本発明の酸化セリウム薄膜の主面上に超電導薄膜を形成した構成とすることができる。なお、本発明の超電導線材においては、超電導薄膜の表面上にたとえば銀などの金属膜を形成してもよい。また、本発明の超電導線材において、超電導薄膜としては、たとえばＲＥ−１２３超電導体などを用いることができる。ＲＥ−１２３超電導体とは、ＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏx（ｘは６〜７であり、ＲＥは、ホルミウム、ガドリニウム若しくはサマリウムなどの希土類元素またはイットリウムを示す）の式で表わされる超電導体である。
【実施例】
【００３６】
（実験例１）
まず、テープ状の金属基板を複数用意し、それぞれの金属基板の主面上に電子ビーム蒸着法により酸化セリウム薄膜を形成した。ここで、酸化セリウム薄膜は、各金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜の膜厚および酸化セリウム薄膜の形成時の金属基板の温度をそれぞれ変化させて形成した。
【００３７】
続いて、上記のようにして形成したそれぞれの酸化セリウム薄膜の主面上にレーザ蒸着法によりＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して超電導線材を得た。ここで、超電導薄膜は、それぞれの酸化セリウム薄膜の主面上にすべて同一の方法および同一の条件で形成された。
【００３８】
上記のようにして得られたそれぞれの超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを求めた。その結果を図１に示す。
【００３９】
なお、図１において、横軸は酸化セリウム薄膜の形成時の金属基板の温度（℃）を示し、横軸は超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃ（ＭＡ／ｃｍ2）を示す。また、図１において、黒塗りの正方形は酸化セリウム薄膜の膜厚が２００ｎｍである場合を示し、黒塗りの菱形は酸化セリウム薄膜の膜厚が４００ｎｍである場合を示し、黒塗りの三角形は酸化セリウム薄膜の膜厚が６００ｎｍである場合を示し、黒塗りの丸は酸化セリウム薄膜の膜厚が８００ｎｍである場合を示している。
【００４０】
図１に示すように、酸化セリウム薄膜の膜厚が４００ｎｍ以上である場合には超電導線材の臨界電流密度が大きくなる傾向にあることが確認された。
【００４１】
（実験例２）
金属基板の主面上に形成する酸化セリウム薄膜の膜厚を４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲として、酸化セリウム薄膜の特性をそれぞれ変化させてＮｏ．１〜Ｎｏ．７の超電導線材をそれぞれ作製し、酸化セリウム薄膜の特性と超電導線材の臨界電流密度との関係を調査した。以下、詳細に説明する。
【００４２】
＜試料Ｎｏ．１＞
まず、ニッケル合金からなるテープ状の金属基板を用意し、その主面における（１００）面の配向割合を求めたところ９０％以上であることが確認された。ここで、金属基板の主面の（１００）面の配向割合は、金属基板の主面についてＸ線回折法（θ−２θ法）を用いてＸ線回折パターンを得て、そのＸ線回折パターンから上記の式（２）を用いて算出した。なお、金属基板の主面の（２００）面に対応するＸ線回折ピークは回折角２θが５１．５２°の近傍に現れた。また、Ｘ線回折装置は株式会社リガク製のものを用い、Ｘ線の種類としてはＣｕ−ｋα線を用いた。
【００４３】
また、この金属基板の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅を求めたところ９°以下であった。さらに、この金属基板の主面の（１００）面の算術平均粗さＲａをＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１の規定に基づいて算出したところ３０ｎｍ以下であった。
【００４４】
次に、上記の金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜を電子ビーム蒸着法により６００ｎｍの厚さに形成した。ここで、電子ビーム蒸着法による酸化セリウム薄膜の形成条件は下記のものとされた。
金属基板の温度：８００℃
雰囲気：水素ガスを３体積％含有したアルゴンガス雰囲気
真空度：５×１０-2Ｐａ
成膜速度：３０ｎｍ／ｍｉｎ
上記のようにして得られた酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合を求めたところ９８％であることが確認された。ここで、酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面の配向割合は、酸化セリウム薄膜の主面についてＸ線回折法（θ−２θ法）を用いてＸ線回折パターンを得て、そのＸ線回折パターンから上記の式（１）を用いて算出した。なお、酸化セリウム薄膜の主面の（２００）面に対応するＸ線回折ピークは回折角２θが３３．１０°の近傍に現れた。また、Ｘ線回折装置は上記の金属基板の主面の測定のときと同一のものを用いた。
【００４５】
また、上記のようにして形成された酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性についても確認したところ、この酸化セリウム薄膜の主面は面内四回対称性を有することが確認された。
【００４６】
また、この酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅を上述した方法で求めたところ４．９°であった。さらに、この金属基板の主面の（１００）面の算術平均粗さＲａをＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１の規定に基づいて算出したところ９．７ｎｍであった。
【００４７】
続いて、上記のようにして形成された酸化セリウム薄膜の主面上にレーザ蒸着法によりＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導体薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して試料Ｎｏ．１の超電導線材を得た。
【００４８】
このようにして得られた試料Ｎｏ．１の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを測定した。その結果を表１に示す。
【００４９】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは１．５（ＭＡ／ｃｍ2）であった。
【００５０】
＜試料Ｎｏ．２＞
試料Ｎｏ．１の超電導線材の作製に用いられた金属基板と同一の材質、大きさおよび同一の特性（金属基板の主面における（１００）面の配向割合、金属基板の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅および金属基板の主面の算術平均粗さＲａ）を有する金属基板を用意した。
【００５１】
そして、この金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜をＲＦスパッタ法により４００ｎｍの膜厚で形成した。ここで、ＲＦスパッタ法による酸化セリウム薄膜の形成条件は下記のものとされた。
金属基板の温度：７５０℃
雰囲気：水素ガスを３体積％含有したアルゴンガス雰囲気
真空度：１．３Ｐａ
ＲＦ出力：２ｋＷ
成膜速度：６０ｎｍ／ｍｉｎ
ここで、酸化セリウム薄膜の特性（酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合、酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性、酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピーク半値幅および酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ）を試料Ｎｏ．１のときと同一の方法で評価したところ、以下の結果となった。
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合：９９％
酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性：有
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅：９．５°
酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ：１３．５ｎｍ
その後、試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で、酸化セリウム薄膜の主面上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して、試料Ｎｏ．２の超電導線材を得た。
【００５２】
このようにして得られた試料Ｎｏ．２の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で求めた。その結果を表１に示す。
【００５３】
表１に示すように、試料Ｎｏ．２の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは１．０（ＭＡ／ｃｍ2）であった。
【００５４】
＜試料Ｎｏ．３＞
試料Ｎｏ．２のときと形成条件を変更して金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜をＲＦスパッタ法により形成した。
【００５５】
ここで、酸化セリウム薄膜の特性を試料Ｎｏ．１のときと同一の方法で評価したところ、以下の結果となった。
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合：８８％
酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性：有
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅：８．３°
酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ：２６．４ｎｍ
その後、試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で、酸化セリウム薄膜の主面上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して、試料Ｎｏ．３の超電導線材を得た。
【００５６】
このようにして得られた試料Ｎｏ．３の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で求めた。その結果を表１に示す。
【００５７】
表１に示すように、試料Ｎｏ．３の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは０．１（ＭＡ／ｃｍ2）であった。
【００５８】
＜試料Ｎｏ．４＞
試料Ｎｏ．２のときと形成条件を変更して金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜をＲＦスパッタ法により形成した。
【００５９】
ここで、酸化セリウム薄膜の特性を試料Ｎｏ．１のときと同一の方法で評価したところ、以下の結果となった。
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合：９０％
酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性：有
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅：８．０°
酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ：１７．１ｎｍ
その後、試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で、酸化セリウム薄膜の主面上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して、試料Ｎｏ．４の超電導線材を得た。
【００６０】
このようにして得られた試料Ｎｏ．４の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で求めた。その結果を表１に示す。
【００６１】
表１に示すように、試料Ｎｏ．４の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは０．８（ＭＡ／ｃｍ2）であった。
【００６２】
＜試料Ｎｏ．５＞
試料Ｎｏ．２のときと形成条件を変更して金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜をＲＦスパッタ法により形成した。
【００６３】
ここで、酸化セリウム薄膜の特性を試料Ｎｏ．１のときと同一の方法で評価したところ、以下の結果となった。
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合：６４％
酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性：有
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅：６．３°
酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ：１１．６ｎｍ
その後、試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で、酸化セリウム薄膜の主面上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して、試料Ｎｏ．５の超電導線材を得た。
【００６４】
このようにして得られた試料Ｎｏ．５の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で求めた。その結果を表１に示す。
【００６５】
表１に示すように、試料Ｎｏ．５の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは１．６（ＭＡ／ｃｍ2）であった。
【００６６】
＜試料Ｎｏ．６＞
試料Ｎｏ．２のときと形成条件を変更して金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜をＲＦスパッタ法により形成した。
【００６７】
ここで、酸化セリウム薄膜の特性を試料Ｎｏ．１のときと同一の方法で評価したところ、以下の結果となった。
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合：２４％
酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性：有
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅：６．２°
酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ：８．２ｎｍ
その後、試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で、酸化セリウム薄膜の主面上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して、試料Ｎｏ．６の超電導線材を得た。
【００６８】
このようにして得られた試料Ｎｏ．６の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で求めた。その結果を表１に示す。
【００６９】
表１に示すように、試料Ｎｏ．６の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは０．３（ＭＡ／ｃｍ2）であった。
【００７０】
＜試料Ｎｏ．７＞
試料Ｎｏ．２のときと形成条件を変更して金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜を６００ｎｍの膜厚で形成した。
【００７１】
ここで、酸化セリウム薄膜の特性を試料Ｎｏ．１のときと同一の方法で評価したところ、以下の結果となった。
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合：９２％
酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性：有
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅：１２．０°
酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ：１４．２ｎｍ
その後、試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で、酸化セリウム薄膜の主面上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して、試料Ｎｏ．７の超電導線材を得た。
【００７２】
このようにして得られた試料Ｎｏ．７の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で求めた。その結果を表１に示す。
【００７３】
表１に示すように、試料Ｎｏ．７の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは０．２（ＭＡ／ｃｍ2）であった。
【００７４】
【表１】
【００７５】
表１に示すように、（ｉ）酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合が６０％以上であり、（ｉｉ）酸化セリウム薄膜の主面が面内四回対称性を有し、（ｉｉｉ）酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が１０°以下であり、（ｉｖ）酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）が２０ｎｍ以下であって、（ｖ）酸化セリウム薄膜の膜厚が４００ｎｍ以上である試料Ｎｏ．１〜２および試料Ｎｏ．４〜５の超電導線材は、上記の（ｉ）〜（ｖ）のいずれか１つを満たさない試料Ｎｏ．３および試料Ｎｏ．６〜７の超電導線材と比べて、温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃが高いことが確認された。
【００７６】
今回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】
【００７７】
本発明によれば、高い臨界電流密度を有する超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜およびそれを含む超電導線材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】酸化セリウム薄膜の形成時の金属基板の温度（℃）と超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃ（ＭＡ／ｃｍ2）との関係を示す図である。
【図２】本発明において、酸化セリウム薄膜の主面の（１１１）面のφスキャンの半値幅および金属基板の主面の（１１１）面のφスキャンの半値幅を測定するＸ線回折装置の一例の模式的な構成図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 試料、２ 発散スリット、３ 縦制限スリット、４ 受光スリット、５ 散乱スリット、６ カウンタ、７ 入射Ｘ線、８ 反射Ｘ線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化セリウム薄膜および超電導線材に関し、特に、高い臨界電流密度を有する超電導薄膜を形成するための下地に適した酸化セリウム薄膜およびそれを含む超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温超電導体の発見以来、ケーブル、限流器またはマグネットなどの電力機器への応用を目指した超電導線材の開発が世界中の研究機関で精力的に行なわれている。
【０００３】
従来の超電導線材としては、金属基板の主面上に直接、超電導薄膜を形成した超電導線材や、金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜などの中間層を下地として形成した後に超電導薄膜を形成した超電導線材などが知られている。
【０００４】
たとえば、非特許文献１には、電子ビーム蒸着法により、金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜を形成する方法が開示されている。
【非特許文献１】Luigia Gianni et al., “Long YBCO coated conductors by thermal co-evaporation”, CCA 2004, International Workshop on Coated Conductors for Applications, in Japan, Kanagawa, 2004 Nov.19-20
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１には、優れた超電導特性を有する超電導線材を作製するためにはどのような酸化セリウム薄膜を作製すればよいか十分に記載されていないため、酸化セリウム薄膜と超電導特性との関連が不明であった。
【０００６】
本発明の目的は、高い臨界電流密度を有する超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜およびそれを含む超電導線材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜であって、酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合が６０％以上であり、酸化セリウム薄膜の主面は面内四回対称性を有し、酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が１０°以下であり、酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ以下であって、酸化セリウム薄膜の膜厚が４００ｎｍ以上である酸化セリウム薄膜である。
【０００８】
ここで、本発明の酸化セリウム薄膜は、（１００）面の配向割合が９０％以上であり、（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が９°以下であって、算術平均粗さＲａが３０ｎｍ以下である金属基板の主面上に形成されることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の酸化セリウム薄膜は、電子ビーム蒸着法またはＲＦスパッタ法により形成することができる。
【００１０】
また、本発明の酸化セリウム薄膜は、多層成膜法により形成することができる。
さらに、本発明は、上記のいずれかの酸化セリウム薄膜を含む超電導線材である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高い臨界電流密度を有する超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜およびそれを含む超電導線材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】
【００１２】
本発明者は、超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜について鋭意検討した結果、以下の（ｉ）〜（ｖ）の要件を満たす酸化セリウム薄膜を超電導薄膜を形成するための下地として用いた場合に、超電導線材が高い臨界電流密度を有することを見い出し、本発明を完成するに至った。
（ｉ）酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合が６０％以上であること。
（ｉｉ）酸化セリウム薄膜の主面が面内四回対称性を有すること。
（ｉｉｉ）酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が１０°以下であること。
（ｉｖ）酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）が２０ｎｍ以下であること。
（ｖ）酸化セリウム薄膜の膜厚が４００ｎｍ以上であること。
【００１３】
なお、本発明において、「酸化セリウム薄膜の主面」とは、超電導薄膜が形成される側の酸化セリウム薄膜の表面のことをいう。
【００１４】
また、本発明において、酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合（以下、「ＣｅＯ2（１００）面の配向割合」という。）は、Ｘ線回折法（θ−２θ法）において、酸化セリウム薄膜の主面の（２００）面のＸ線回折ピーク値（以下、「ＣｅＯ2（２００）面のＸ線回折ピーク値」という。）と（１１１）面のＸ線回折ピーク値（以下、「ＣｅＯ2（１１１）面のＸ線回折ピーク値」という。）とを用いて、下記の式（１）により算出される。
ＣｅＯ2（１００）面の配向割合（％）＝１００×ＣｅＯ2（２００）面のＸ線回折ピーク値／{ＣｅＯ2（２００）面のＸ線回折ピーク値＋ＣｅＯ2（１１１）面のＸ線回折ピーク値} …（１）
なお、Ｘ線回折法（θ−２θ法）とは、従来から公知のＸ線回折法であって、酸化セリウム薄膜の主面に対して入射角θでＸ線を入射し、その回折角２θに対応する箇所で検出器により回折Ｘ線の強度を検出する方法である。ここで、Ｘ線回折法（θ−２θ法）においては、入射角θを順次変化させて（入射角θの変化に伴い回折角２θも変化する）回折Ｘ線の強度が検出される。
【００１５】
なお、本発明において、酸化セリウム薄膜の主面の（１１１）面のＸ線回折ピークは、Ｘ線回折法（θ−２θ法）により得られたＸ線回折パターンにおいて回折角２θが２８．６°±０．４°の範囲に出現する。
【００１６】
また、本発明において、酸化セリウム薄膜の主面の（２００）面のＸ線回折ピークは、Ｘ線回折法（θ−２θ法）により得られたＸ線回折パターンにおいて回折角２θが３３．１°±０．３°の範囲に出現する。
【００１７】
また、本発明において、「酸化セリウム薄膜の主面が面内四回対称性を有する」とは、酸化セリウム薄膜の主面に対する垂線を軸として酸化セリウム薄膜の主面を３６０°回転させたときに、酸化セリウム薄膜の主面の原子配列において同一の原子配列が四回出現することを意味する。
【００１８】
また、本発明において、「酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅」は、酸化セリウム薄膜の主面の（１１１）面のφスキャンの半値幅から求めることができる。酸化セリウム薄膜の主面の（１１１）面のφスキャンの半値幅はたとえば図２に示す構成の装置を用いて以下のようにして求めることができる。
【００１９】
まず、図２に示す酸化セリウム薄膜からなる試料１の主面の（１１１）面が図２の紙面の表側を向くように設置する。そして、試料１の（１１１）面の面内で直交する仮想軸をそれぞれＡ軸とＣ軸とし、試料１の（１１１）面の法線方向の仮想軸をＢ軸とする。なお、図２に示す装置は、入射Ｘ線７の入射角θ1と反射Ｘ線８の反射角θ2とが等しい等角度反射の光学系である。
【００２０】
次に、上記のＢ軸が入射Ｘ線７と反射Ｘ線８とで決定される平面上にあるときの試料１の（１１１）面の傾きをα＝９０°とし、試料１の（１１１）面の傾きがα＝３５°となるように試料１の（１１１）面をＡ軸を回転軸として回転させる。
【００２１】
そして、試料１の（１１１）面の傾きがα＝３５°である状態でＡ軸を固定した後に、Ｂ軸を回転軸として試料１の（１１１）面を回転させながらＦ点から入射Ｘ線７を発散スリット２を通して縦制限スリット３の間の試料１の（１１１）面に照射し、そこで反射した反射Ｘ線８の強度を受光スリット４および散乱スリット５を通してカウンタ６で検出する。
【００２２】
これにより、酸化セリウム薄膜からなる試料１の（１１１）面の傾きがα＝３５°であるときのＸ線回折ピークが得られ、そのＸ線回折ピークの半値幅（φスキャンの半値幅）を求める。
【００２３】
この酸化セリウム薄膜からなる試料１の（１１１）面の傾きがα＝３５°であるときのＸ線回折ピークの半値幅（φスキャンの半値幅）が酸化セリウム薄膜からなる試料１の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅に相当する。
【００２４】
本発明の酸化セリウム薄膜は、たとえば、電子ビーム蒸着法またはＲＦ（Radio Frequency）スパッタ法により形成することができる。また、本発明の酸化セリウム薄膜は、たとえば、多層成膜法により形成することもできる。ここで、酸化セリウム薄膜は、たとえば、一対のリールの一方のリールに巻き取られた金属基板が他方のリールに巻き取られるまでの間に形成されるが、所定の膜厚の酸化セリウム薄膜を１箇所で形成するのではなく、複数の箇所で分けて形成する方法が多層成膜法である。この多層成膜法によれば、所定の膜厚の酸化セリウム薄膜を１回で形成するよりも効率的に形成することができるため、金属基板の長尺化に有効である。また、多層成膜法においては、酸化セリウム薄膜の形成箇所ごとに酸化セリウム薄膜の形成条件の変更も可能となる。
【００２５】
また、本発明者は、上記の本発明の酸化セリウム薄膜を、以下の（ａ）〜（ｃ）の要件を満たす金属基板の主面上に形成することが好ましいことも見い出した。
（ａ）金属基板の主面における（１００）面の配向割合が９０％以上であること。
（ｂ）金属基板の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が９°以下であること。
（ｃ）金属基板の主面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）が３０ｎｍ以下であること。
【００２６】
すなわち、金属基板は、酸化セリウム薄膜の下地となるため、金属基板の主面の（１００）面の配向割合が９０％以上であって、金属基板の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が９°以下である場合には、その主面上に形成される酸化セリウム薄膜が上記の（ｉ）および（ｉｉｉ）の要件を満たしやすくなる。また、金属基板の主面の算術平均粗さＲａが３０ｎｍ以下である場合には、その主面上に形成される酸化セリウム薄膜が上記の（ｉｖ）の要件を満たしやすくなる。
【００２７】
なお、金属基板としては、たとえば、ニッケル合金等を用いることができる。
また、本発明において、「金属基板の主面」とは、本発明の酸化セリウム薄膜が形成される側の金属基板の表面のことをいう。
【００２８】
また、本発明において、金属基板の主面の（１００）面の配向割合（以下、「金属基板（１００）面の配向割合」という。）は、Ｘ線回折法（θ−２θ法）において、金属基板の主面の（２００）面のＸ線回折ピーク値（以下、「金属基板（２００）面のＸ線回折ピーク値」という。）と（１１１）面のＸ線回折ピーク値（以下、「金属基板（１１１）面のＸ線回折ピーク値」という。）とを用いて、下記の式（２）により算出される。
金属基板（１００）面の配向割合（％）＝１００×金属基板（２００）面のＸ線回折ピーク値／{金属基板（２００）面のＸ線回折ピーク値＋金属基板（１１１）面のＸ線回折ピーク値} …（２）
なお、本発明において、金属基板の（１１１）面および（２００）面のＸ線回折ピークの出現位置は、金属基板の材質によってそれぞれ変わり得るが、たとえば金属基板がニッケル合金からなる場合には、金属基板の（１１１）面のＸ線回折ピークは、Ｘ線回折法（θ−２θ法）により得られたＸ線回折パターンにおいて回折角２θが４４．２°±０．３°の範囲に出現し、金属基板の（２００）面のＸ線回折ピークは、Ｘ線回折法（θ−２θ法）により得られたＸ線回折パターンにおいて回折角２θが５１．５°±０．３°の範囲に出現する。
【００２９】
また、本発明において、「金属基板の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅」は、金属基板の主面の（１１１）面のφスキャンの半値幅から求めることができる。金属基板の主面の（１１１）面のφスキャンの半値幅はたとえば図２に示す構成のＸ線回折装置を用いて以下のようにして求めることができる。
【００３０】
まず、図２に示す金属基板からなる試料１の主面の（１１１）面が図２の紙面の表側を向くように設置する。そして、試料１の（１１１）面の面内で直交する仮想軸をそれぞれＡ軸とＣ軸とし、試料１の（１１１）面の法線方向の仮想軸をＢ軸とする。なお、図２に示す装置は、入射Ｘ線７の入射角θ1と反射Ｘ線８の反射角θ2とが等しい等角度反射の光学系である。
【００３１】
次に、上記のＢ軸が入射Ｘ線７と反射Ｘ線８とで決定される平面上にあるときの試料１の（１１１）面の傾きをα＝９０°とし、試料１の（１１１）面の傾きがα＝３５°となるように試料１の（１１１）面をＡ軸を回転軸として回転させる。
【００３２】
そして、試料１の（１１１）面の傾きをα＝３５°とした状態でＡ軸を固定した後に、Ｂ軸を回転軸として試料１の（１１１）面を回転させながらＦ点から入射Ｘ線７を発散スリット２を通して縦制限スリット３の間の試料１の（１１１）面に照射し、そこで反射した反射Ｘ線８の強度を受光スリット４および散乱スリット５を通してカウンタ６で検出する。
【００３３】
これにより、金属基板からなる試料１の（１１１）面の傾きがα＝３５°であるときのＸ線回折ピークが得られ、そのＸ線回折ピークの半値幅（φスキャンの半値幅）を求める。
【００３４】
この金属基板からなる試料１の（１１１）面の傾きがα＝３５°であるときのＸ線回折ピークの半値幅（φスキャンの半値幅）が金属基板からなる試料１の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅に相当する。
【００３５】
また、本発明の酸化セリウム薄膜の主面上に超電導薄膜を形成することにより、超電導線材を作製することができる。本発明の超電導線材は、本発明の酸化セリウム薄膜を含むものであればその構成は特に限定されないが、たとえば、上記の金属基板の主面上に上記の本発明の酸化セリウム薄膜を形成し、さらにその本発明の酸化セリウム薄膜の主面上に超電導薄膜を形成した構成とすることができる。なお、本発明の超電導線材においては、超電導薄膜の表面上にたとえば銀などの金属膜を形成してもよい。また、本発明の超電導線材において、超電導薄膜としては、たとえばＲＥ−１２３超電導体などを用いることができる。ＲＥ−１２３超電導体とは、ＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏx（ｘは６〜７であり、ＲＥは、ホルミウム、ガドリニウム若しくはサマリウムなどの希土類元素またはイットリウムを示す）の式で表わされる超電導体である。
【実施例】
【００３６】
（実験例１）
まず、テープ状の金属基板を複数用意し、それぞれの金属基板の主面上に電子ビーム蒸着法により酸化セリウム薄膜を形成した。ここで、酸化セリウム薄膜は、各金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜の膜厚および酸化セリウム薄膜の形成時の金属基板の温度をそれぞれ変化させて形成した。
【００３７】
続いて、上記のようにして形成したそれぞれの酸化セリウム薄膜の主面上にレーザ蒸着法によりＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して超電導線材を得た。ここで、超電導薄膜は、それぞれの酸化セリウム薄膜の主面上にすべて同一の方法および同一の条件で形成された。
【００３８】
上記のようにして得られたそれぞれの超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを求めた。その結果を図１に示す。
【００３９】
なお、図１において、横軸は酸化セリウム薄膜の形成時の金属基板の温度（℃）を示し、横軸は超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃ（ＭＡ／ｃｍ2）を示す。また、図１において、黒塗りの正方形は酸化セリウム薄膜の膜厚が２００ｎｍである場合を示し、黒塗りの菱形は酸化セリウム薄膜の膜厚が４００ｎｍである場合を示し、黒塗りの三角形は酸化セリウム薄膜の膜厚が６００ｎｍである場合を示し、黒塗りの丸は酸化セリウム薄膜の膜厚が８００ｎｍである場合を示している。
【００４０】
図１に示すように、酸化セリウム薄膜の膜厚が４００ｎｍ以上である場合には超電導線材の臨界電流密度が大きくなる傾向にあることが確認された。
【００４１】
（実験例２）
金属基板の主面上に形成する酸化セリウム薄膜の膜厚を４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲として、酸化セリウム薄膜の特性をそれぞれ変化させてＮｏ．１〜Ｎｏ．７の超電導線材をそれぞれ作製し、酸化セリウム薄膜の特性と超電導線材の臨界電流密度との関係を調査した。以下、詳細に説明する。
【００４２】
＜試料Ｎｏ．１＞
まず、ニッケル合金からなるテープ状の金属基板を用意し、その主面における（１００）面の配向割合を求めたところ９０％以上であることが確認された。ここで、金属基板の主面の（１００）面の配向割合は、金属基板の主面についてＸ線回折法（θ−２θ法）を用いてＸ線回折パターンを得て、そのＸ線回折パターンから上記の式（２）を用いて算出した。なお、金属基板の主面の（２００）面に対応するＸ線回折ピークは回折角２θが５１．５２°の近傍に現れた。また、Ｘ線回折装置は株式会社リガク製のものを用い、Ｘ線の種類としてはＣｕ−ｋα線を用いた。
【００４３】
また、この金属基板の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅を求めたところ９°以下であった。さらに、この金属基板の主面の（１００）面の算術平均粗さＲａをＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１の規定に基づいて算出したところ３０ｎｍ以下であった。
【００４４】
次に、上記の金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜を電子ビーム蒸着法により６００ｎｍの厚さに形成した。ここで、電子ビーム蒸着法による酸化セリウム薄膜の形成条件は下記のものとされた。
金属基板の温度：８００℃
雰囲気：水素ガスを３体積％含有したアルゴンガス雰囲気
真空度：５×１０-2Ｐａ
成膜速度：３０ｎｍ／ｍｉｎ
上記のようにして得られた酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合を求めたところ９８％であることが確認された。ここで、酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面の配向割合は、酸化セリウム薄膜の主面についてＸ線回折法（θ−２θ法）を用いてＸ線回折パターンを得て、そのＸ線回折パターンから上記の式（１）を用いて算出した。なお、酸化セリウム薄膜の主面の（２００）面に対応するＸ線回折ピークは回折角２θが３３．１０°の近傍に現れた。また、Ｘ線回折装置は上記の金属基板の主面の測定のときと同一のものを用いた。
【００４５】
また、上記のようにして形成された酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性についても確認したところ、この酸化セリウム薄膜の主面は面内四回対称性を有することが確認された。
【００４６】
また、この酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅を上述した方法で求めたところ４．９°であった。さらに、この金属基板の主面の（１００）面の算術平均粗さＲａをＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１の規定に基づいて算出したところ９．７ｎｍであった。
【００４７】
続いて、上記のようにして形成された酸化セリウム薄膜の主面上にレーザ蒸着法によりＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導体薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して試料Ｎｏ．１の超電導線材を得た。
【００４８】
このようにして得られた試料Ｎｏ．１の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを測定した。その結果を表１に示す。
【００４９】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは１．５（ＭＡ／ｃｍ2）であった。
【００５０】
＜試料Ｎｏ．２＞
試料Ｎｏ．１の超電導線材の作製に用いられた金属基板と同一の材質、大きさおよび同一の特性（金属基板の主面における（１００）面の配向割合、金属基板の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅および金属基板の主面の算術平均粗さＲａ）を有する金属基板を用意した。
【００５１】
そして、この金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜をＲＦスパッタ法により４００ｎｍの膜厚で形成した。ここで、ＲＦスパッタ法による酸化セリウム薄膜の形成条件は下記のものとされた。
金属基板の温度：７５０℃
雰囲気：水素ガスを３体積％含有したアルゴンガス雰囲気
真空度：１．３Ｐａ
ＲＦ出力：２ｋＷ
成膜速度：６０ｎｍ／ｍｉｎ
ここで、酸化セリウム薄膜の特性（酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合、酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性、酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピーク半値幅および酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ）を試料Ｎｏ．１のときと同一の方法で評価したところ、以下の結果となった。
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合：９９％
酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性：有
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅：９．５°
酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ：１３．５ｎｍ
その後、試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で、酸化セリウム薄膜の主面上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して、試料Ｎｏ．２の超電導線材を得た。
【００５２】
このようにして得られた試料Ｎｏ．２の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で求めた。その結果を表１に示す。
【００５３】
表１に示すように、試料Ｎｏ．２の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは１．０（ＭＡ／ｃｍ2）であった。
【００５４】
＜試料Ｎｏ．３＞
試料Ｎｏ．２のときと形成条件を変更して金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜をＲＦスパッタ法により形成した。
【００５５】
ここで、酸化セリウム薄膜の特性を試料Ｎｏ．１のときと同一の方法で評価したところ、以下の結果となった。
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合：８８％
酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性：有
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅：８．３°
酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ：２６．４ｎｍ
その後、試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で、酸化セリウム薄膜の主面上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して、試料Ｎｏ．３の超電導線材を得た。
【００５６】
このようにして得られた試料Ｎｏ．３の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で求めた。その結果を表１に示す。
【００５７】
表１に示すように、試料Ｎｏ．３の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは０．１（ＭＡ／ｃｍ2）であった。
【００５８】
＜試料Ｎｏ．４＞
試料Ｎｏ．２のときと形成条件を変更して金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜をＲＦスパッタ法により形成した。
【００５９】
ここで、酸化セリウム薄膜の特性を試料Ｎｏ．１のときと同一の方法で評価したところ、以下の結果となった。
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合：９０％
酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性：有
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅：８．０°
酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ：１７．１ｎｍ
その後、試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で、酸化セリウム薄膜の主面上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して、試料Ｎｏ．４の超電導線材を得た。
【００６０】
このようにして得られた試料Ｎｏ．４の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で求めた。その結果を表１に示す。
【００６１】
表１に示すように、試料Ｎｏ．４の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは０．８（ＭＡ／ｃｍ2）であった。
【００６２】
＜試料Ｎｏ．５＞
試料Ｎｏ．２のときと形成条件を変更して金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜をＲＦスパッタ法により形成した。
【００６３】
ここで、酸化セリウム薄膜の特性を試料Ｎｏ．１のときと同一の方法で評価したところ、以下の結果となった。
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合：６４％
酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性：有
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅：６．３°
酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ：１１．６ｎｍ
その後、試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で、酸化セリウム薄膜の主面上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して、試料Ｎｏ．５の超電導線材を得た。
【００６４】
このようにして得られた試料Ｎｏ．５の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で求めた。その結果を表１に示す。
【００６５】
表１に示すように、試料Ｎｏ．５の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは１．６（ＭＡ／ｃｍ2）であった。
【００６６】
＜試料Ｎｏ．６＞
試料Ｎｏ．２のときと形成条件を変更して金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜をＲＦスパッタ法により形成した。
【００６７】
ここで、酸化セリウム薄膜の特性を試料Ｎｏ．１のときと同一の方法で評価したところ、以下の結果となった。
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合：２４％
酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性：有
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅：６．２°
酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ：８．２ｎｍ
その後、試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で、酸化セリウム薄膜の主面上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して、試料Ｎｏ．６の超電導線材を得た。
【００６８】
このようにして得られた試料Ｎｏ．６の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で求めた。その結果を表１に示す。
【００６９】
表１に示すように、試料Ｎｏ．６の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは０．３（ＭＡ／ｃｍ2）であった。
【００７０】
＜試料Ｎｏ．７＞
試料Ｎｏ．２のときと形成条件を変更して金属基板の主面上に酸化セリウム薄膜を６００ｎｍの膜厚で形成した。
【００７１】
ここで、酸化セリウム薄膜の特性を試料Ｎｏ．１のときと同一の方法で評価したところ、以下の結果となった。
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合：９２％
酸化セリウム薄膜の主面の面内四回対称性：有
酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅：１２．０°
酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ：１４．２ｎｍ
その後、試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で、酸化セリウム薄膜の主面上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｈｏはホルミウムを示し、ｘは６〜７である）の式で表わされる超電導体からなる超電導薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して、試料Ｎｏ．７の超電導線材を得た。
【００７２】
このようにして得られた試料Ｎｏ．７の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃを試料Ｎｏ．１のときと同一の方法および同一の条件で求めた。その結果を表１に示す。
【００７３】
表１に示すように、試料Ｎｏ．７の超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは０．２（ＭＡ／ｃｍ2）であった。
【００７４】
【表１】
【００７５】
表１に示すように、（ｉ）酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合が６０％以上であり、（ｉｉ）酸化セリウム薄膜の主面が面内四回対称性を有し、（ｉｉｉ）酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が１０°以下であり、（ｉｖ）酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）が２０ｎｍ以下であって、（ｖ）酸化セリウム薄膜の膜厚が４００ｎｍ以上である試料Ｎｏ．１〜２および試料Ｎｏ．４〜５の超電導線材は、上記の（ｉ）〜（ｖ）のいずれか１つを満たさない試料Ｎｏ．３および試料Ｎｏ．６〜７の超電導線材と比べて、温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃが高いことが確認された。
【００７６】
今回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】
【００７７】
本発明によれば、高い臨界電流密度を有する超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜およびそれを含む超電導線材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】酸化セリウム薄膜の形成時の金属基板の温度（℃）と超電導線材の温度７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃ（ＭＡ／ｃｍ2）との関係を示す図である。
【図２】本発明において、酸化セリウム薄膜の主面の（１１１）面のφスキャンの半値幅および金属基板の主面の（１１１）面のφスキャンの半値幅を測定するＸ線回折装置の一例の模式的な構成図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 試料、２ 発散スリット、３ 縦制限スリット、４ 受光スリット、５ 散乱スリット、６ カウンタ、７ 入射Ｘ線、８ 反射Ｘ線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜であって、
前記酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合が６０％以上であり、
前記酸化セリウム薄膜の主面は面内四回対称性を有し、
前記酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が１０°以下であり、
前記酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ以下であって、
前記酸化セリウム薄膜の膜厚が４００ｎｍ以上であることを特徴とする、酸化セリウム薄膜。
【請求項２】
前記酸化セリウム薄膜は、（１００）面の配向割合が９０％以上であり、（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が９°以下であって、算術平均粗さＲａが３０ｎｍ以下である金属基板の主面上に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の酸化セリウム薄膜。
【請求項３】
前記酸化セリウム薄膜は、電子ビーム蒸着法またはＲＦスパッタ法により形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の酸化セリウム薄膜。
【請求項４】
前記酸化セリウム薄膜は、多層成膜法により形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の酸化セリウム薄膜。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の酸化セリウム薄膜を含む、超電導線材。
【請求項１】
超電導薄膜を形成するための下地として用いられる酸化セリウム薄膜であって、
前記酸化セリウム薄膜の主面における（１００）面の配向割合が６０％以上であり、
前記酸化セリウム薄膜の主面は面内四回対称性を有し、
前記酸化セリウム薄膜の主面の（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が１０°以下であり、
前記酸化セリウム薄膜の主面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ以下であって、
前記酸化セリウム薄膜の膜厚が４００ｎｍ以上であることを特徴とする、酸化セリウム薄膜。
【請求項２】
前記酸化セリウム薄膜は、（１００）面の配向割合が９０％以上であり、（１００）面に対応するＸ線回折ピークの半値幅が９°以下であって、算術平均粗さＲａが３０ｎｍ以下である金属基板の主面上に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の酸化セリウム薄膜。
【請求項３】
前記酸化セリウム薄膜は、電子ビーム蒸着法またはＲＦスパッタ法により形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の酸化セリウム薄膜。
【請求項４】
前記酸化セリウム薄膜は、多層成膜法により形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の酸化セリウム薄膜。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の酸化セリウム薄膜を含む、超電導線材。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−１９０９３４（Ｐ２００９−１９０９３４Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３４６４（Ｐ２００８−３３４６４）
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【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「超電導応用基板技術研究開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９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２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【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「超電導応用基板技術研究開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９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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