DE112008002463T5

DE112008002463T5 - Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE112008002463T5
Application number: DE112008002463T
Authority: DE
Inventors: Sergey Lee; Koichi Nakao; Noriko Chikumoto
Original assignee: International Superconductivity Technology Center; Juridical Foundation
Current assignee: International Superconductivity Technology Center; Juridical Foundation
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-09-16
Also published as: US20110009273A1; WO2009044637A1; JP5274473B2; JPWO2009044637A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, wobei das Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgendes umfaßt:
(i) Richten eines Impulslasers auf ein Target auf Oxidbasis, das RE, Ba und Cu einschließt, wobei den folgenden Gleichungen (1) und (2) entsprochen wird, so daß eine Wolke erzeugt wird, und
(ii) Halten eines Substrats in diese Wolke, so daß eine supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid erzeugt wird:

0,8 ≤ 2RE/Ba < 1,0 (1)

0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (2)

wobei RE eines oder mehrere der Elemente Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho und Er ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit herausragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Auf RE123 basierendes Oxid steht hier für ein auf RE-Ba-Cu basierendes Oxid, das mit der chemischen Formel RE_1±xBa_2±yCu_3±zO_7-δ angegeben wird (RE: eines oder mehrere der Elemente Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho und Er).
Allgemeiner Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Technologie der Verwendung von supraleitenden Materialien in Form von Oxiden zur Herstellung eines supraleitenden Drahts ist die Forschung und Entwicklung in den letzten Jahren hauptsächlich in Japan und den USA rege weitergegangen. Das Abscheidungsverfahren mittels Impulslaser (PLD-Verfahren) ermöglicht die Erzeugung einer supraleitenden Schicht mit hohem kritischem Strom, somit stellt es eine vielversprechende Technologie dar.
Damit ein supraleitender Draht kommerziell eingesetzt werden kann, ist es wesentlich, nicht nur (i) eine supraleitende Schicht auf einem Metallsubstrat zu erzeugen, sondern auch (ii) den kritischen Strom (Ic) der supraleitenden Schicht zu erhöhen. Ein Merkmal für die Erhöhung des kritischen Stroms (Ic) ist die Zunahme der Dicke der supraleitenden Schicht. Selbst wenn das PLD-Verfahren angewendet wird, um die Schichtdicke zu erhöhen, erreicht der kritische Strom (Ic) den Sättigungswert, ohne daß er proportional zur Schichtdicke zunimmt. Dies wird zu einem wesentlichen Problem.
Es wird angenommen, daß das Sättigungsphänomen des kritischen Stroms (Ic) durch das Wärmegleichgewicht zum Zeitpunkt der Schichtbildung entsteht, das sich zusammen mit einer Zunahme der Schichtdicke ändert, und als Ergebnis schwankt die Temperatur an der Oberfläche der erzeugten Schicht, und die Kristallstruktur, die für die Supraleitfähigkeitseigenschaft verantwortlich ist, bildet sich nicht homogen in Dickenrichtung der Schicht aus.
Auf der Basis dessen ist ein Verfahren zur Einstellung der Erwärmungstemperatur des Substrats für jede erzeugte Schicht vorgeschlagen worden, so daß die Temperatur der Schichtoberfläche konstant wird (siehe Journal of the Japan Institute of Metals, 68 (2004), S. 718 bis 722), jedoch (x) ist eine Steuerung der Temperaturbedingungen für jede erzeugte Schicht kompliziert, ferner (y) ist dies, selbst wenn die Temperaturbedingungen optimal gesteuert werden, angesichts der Schichtbildungsgeschwindigkeit nicht effizient, und ferner (z) läßt sich, selbst wenn eine dicke Schicht erzeugt werden kann, nicht unbedingt ein kritischer Strom (Ic) von 300 A/cm Breite mit guter Reproduzierbarkeit erzielen, der für praktische Zwecke ausreichend ist.
Bei der praktischen Verwendung ist ferner erforderlich, auch die Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom (Ic) in einem Magnetfeld zu verbessern. In einem Magnetfeld mit 3 T ist in der Praxis z. B. ein kritischer Strom (Ic) von 30 A/cm Breite oder mehr bevorzugt, es gibt jedoch fast keine Beispiele für Berichte darüber.
Einer der Gründe, warum die Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom (Ic), die für praktische Zwecke ausreichend sind, bei einem Drahtmaterial noch nicht erreicht worden sind, besteht darin, daß bei der Erzeugung einer supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid an den Kristallkorngrenzen des auf RE123 basierenden Oxids eine auf Ba basierende Verbindung entsteht.
Eine auf Ba basierende Verbindung schwächt die Bindungen zwischen den Kristallkörnern, somit entsteht eine Ursache für eine deutliche Verschlechterung der Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom nicht in seinem eigenen Magnetfeld, sondern insbesondere in einem externen Magnetfeld. Ferner wird sie zum Zeitpunkt der Sauerstoffbehandlung nach der Schichtbildung zu einer Sperre und ein Grund dafür, daß das ausreichende Einführen des Sauerstoffs verhindert wird, der für die Entstehung der Supraleitung des auf RE123 basierenden Oxids erforderlich ist.
Außerdem reagiert die auf Ba basierende Verbindung im Verlauf der Zeit mit der Feuchtigkeit oder Kohlendioxid in der Luft und bildet verschiedene Verbindungen, die zu einer Beeinträchtigung der Supraleitfähigkeitseigenschaften führen.
Wenn das PLD-Verfahren für die Erzeugung einer supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid angewendet wird, ist es aus diesem Grund erforderlich, Schichtbildungsbedingungen auszuwählen, bei denen keine auf Ba basierende Verbindung entsteht.
Andererseits stellt ein auf Gd123 basierendes Oxid ein interessantes Material als Werkstoff für einen supraleitenden Draht dar, z. B. (a) eine kritische Temperatur Tc von 94 K, selbst bei auf RE123 basierenden Oxiden hoch, und ferner (b) ein enger Bereich des Mischkristalls von Gd-Ba und eine einfache Vermeidung des Abfalls der kritischen Temperatur Tc.
In Anbetracht des momentanen Standes der Schichtbildungstechnologie in bezug auf auf RE123 basierende Oxide geben die Erfinder eine Methode zur Anwendung des PLD-Verfahrens an, um eine supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid auf einem langen Metallsubstrat zu erzeugen (siehe Japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 2007-115592 ).
Nach dem vorstehend genannten Verfahren kann ein langes supraleitendes Material aus einem auf RE123 basierenden Oxid hergestellt werden, dessen Eigenschaften in bezug auf die kritische Stromdichte hervorragend sind, somit wird ein auf RE123 basierender supraleitender Draht eher möglich.
Das vorstehend genannte Verfahren unterdrückt jedoch die Entstehung einer auf Ba basierenden Verbindung, indem das Metallsubstrat in einem bestimmten Abstand zur Oberseite (Spitze) der Wolke außerhalb dieser gehalten wird, somit dauert die Schichtbildung lange, und es ist in bezug auf den Wirkungsgrad der Schichtbildung, d. h. den Wirkungsgrad bei der Ausnutzung der Ausgangsmaterialien (Ausbeute), nicht unbedingt gut.
Für eine effiziente Schichtbildung durch das PLD-Verfahren ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem das Substrat nahe der Wolke angeordnet oder mit dieser in Kontakt gebracht wird (siehe Japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 07-68161 , Japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 07-88359 , Japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 2005-42131 , 2005-Japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 89793 und US-Patent-Nr. 5168097 ). Ferner ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem das Substrat für die Schichtbildung mit der Wolke verbunden ist (siehe Japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 2003-306764 ).
Gemäß der vorstehend aufgeführten Verfahren kann eine supraleitende Schicht aus einem auf Y123 basierenden Oxid relativ effizient erzeugt werden, wenn jedoch versucht wird, eine Schichtdicke von 1 μm oder mehr zu erreichen, werden die Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom nicht verbessert, sondern es wird in einigen Fällen eher mit einer Verschlechterung enden.
Selbst wenn die vorstehend genannten Verfahren für die Erzeugung einer supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid angewendet werden, die RE mit einem Innenradius einschließen, der größer als Y ist, können zudem die gewünschten Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom nicht erreicht werden, somit ist es unmöglich, diese bei der Erzeugung einer supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid anzuwenden.
Laut abschließender Analyse ist gegenwärtig noch kein praktisches PLD-Verfahren entwickelt worden, das auf einem Substrat effizient und mit der geforderten Schichtbildungsgeschwindigkeit eine supraleitende Schicht aus einem RE123 basierenden Oxid erzeugen kann, die die erforderliche Zusammensetzung und Schichtdicke hat und deren Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom (Ic) hervorragend sind.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
In der Vergangenheit ist beim PLD-Verfahren zur Verbesserung der Schichtbildungsgeschwindigkeit die Anzahl der Impulse des Lasers, der auf das Target gerichtet wird, erhöht oder die Laserleistung verstärkt worden. Welches Verfahren auch immer angewendet wird, gleichzeitig mit der Erhöhung der Schichtbildungsgeschwindigkeit entsteht in der Schichtstruktur jedoch eine Phase aus groben Verunreinigungen, die die Supraleitfähigkeitseigenschaften beeinträchtigt, und es wird ein Abfall der kritischen Stromdichte (Jc) hervorgerufen.
Im Falle der Erhöhung der Schichtdicke ist dieser Trend besonders deutlich. Laut abschließender Analyse gibt es bei herkömmlichen Verfahren Grenzen für die Verbesserung des kritischen Stroms.
Angesichts des gegenwärtigen Standes der Schichtbildungstechnologie auf der Basis des PLD-Verfahrens hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit der geforderten Dicke und einer gleichmäßigen und dichten Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse mit in Dickenrichtung auf einem Metallsubstrat zu erzeugen, was für die Erzeugung eines supraleitenden Drahts mit einer höheren Schichtbildungsgeschwindigkeit als in der Vergangenheit und die Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit hervorragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom erforderlich ist, die für die praktische Verwendung in seinem eigenen Magnetfeld und in einem externen Magnetfeld ausreichend sind.
Beim PLD-Verfahren wird für die Erzeugung einer hochqualitativen supraleitenden Schicht das Substrat in den meisten Fällen von der Spitze der Wolke weg gehalten (außerhalb der Wolke), die Schichtbildungsgeschwindigkeit ist jedoch gering, die Schichteigenschaften (Schichtdicke, Zusammensetzung, Struktur, Merkmale usw.) lassen sich schlecht reproduzieren, und es kann nur eine Kristallstruktur mit einem schmalen homogenen Kristallbereich, der für die Supraleitfähigkeitseigenschaften verantwortlich ist, erzielt werden. Laut abschließender Analyse ist das herkömmliche PLD-Verfahren ein Schichtbildungsverfahren, das sich nur schwer bei einem Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahts usw. anwenden läßt.
Die Erfinder wollten wissen, ob die Ursache für den schmalen homogenen Kristallbereich in der Schichtstruktur und ferner die Ursache für die schlechte Reproduzierbarkeit der Schichteigenschaften in der erzeugten Schicht das ”Flackern der Wolke” aufgrund der winzigen Schwankungen bei der Laserleistung oder dem Partialdruck des Umgebungsgases, die winzigen Änderungen bei den Oberflächenbedingungen des Targets usw. waren (alles unvermeidliche Schwankungen und Veränderungen), und es entstand die Idee, die nachteiligen Effekte zu eliminieren, die durch das ”Flackern der Wolke” hervorgeru fen werden, indem die Schicht erzeugt wird, während das Substrat in der Wolke gehalten wird.
Das heißt, die Erfinder haben erwartet, daß, wenn das Substrat in der Wolke gehalten wird, der Abstand zwischen dem Target und dem Substrat kürzer wird und auch die Wolke in ihrer Form gestaucht und auf der Substratoberfläche ausgebreitet wird, und als Ergebnis (i) würde die Schichtbildungsgeschwindigkeit deutlich zunehmen, (ii) würde der Bereich der homogenen Schichtbildung an der Substratoberfläche zunehmen, und (iii) würden aufgrund der synergistischen Wirkung dieser Faktoren die nachteiligen Effekte, die durch das ”Flackern der Wolke” hervorgerufen werden, beseitigt, und es würde eine supraleitende Schicht mit einer einheitlichen Zusammensetzung und einer homogen Kristallstruktur, die für die Supraleitfähigkeitseigenschaften verantwortlich ist, mit einer höheren Schichtbildungsgeschwindigkeit als in der Vergangenheit und mit einer besseren Reproduzierbarkeit der Schichteigenschaften erzeugt.
Auf der Basis der experimentellen Tatsache, daß bei einer supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid eine auf Ba basierende Verbindung, die an den Korngrenzen der Kristalle mit ausgerichteter c-Achse entsteht, die für die Supraleitfähigkeitseigenschaften verantwortlich sind, die Supraleitfähigkeitseigenschaften beeinträchtigt, kam den Erfindern zudem die Idee, daß Ba von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweichend nicht nur im Vergleich mit RE sondern auch mit Cu vorzugsweise im Überschuß vorliegt.
Mit dieser vorstehend genannten Idee haben die Erfinder zudem die Relation des im Target auf Oxidbasis enthaltenen RE, Ba und Cu geändert, um supraleitende Schichten aus einem auf RE123 basierenden Oxid zu erzeugen, und haben die Schichteigenschaften (Schichtdicke, Zusammensetzung Struktur, Merkmale usw.) untersucht.
Als Ergebnis haben die Erfinder festgestellt, daß es, ”wenn die Schicht erzeugt wird, wobei das Substrat in die Wolke gehalten wird, die durch Richten eines Impulslasers auf ein Target auf Oxidbasis erzeugt wird, das RE, Ba und Cu in einem erforderlichen Zusammensetzungsverhältnis enthält, möglich ist, mit einer höheren Schichtbildungsgeschwindigkeit als in der Vergangenheit auf dem Substrat eine erforderliche Dicke der supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit einer gleichmäßigen, dichten Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse und hervorragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom zu erzeugen”.
Die vorliegende Erfindung erfolgte auf der Basis der vorstehend aufgeführten Entdeckung und hat folgendes als wesentlichen Inhalt:

(1) Ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, wobei das Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgendes umfaßt: (i) Richten eines Impulslasers auf ein Target auf Oxidbasis, das RE, Ba und Cu einschließt, wobei den folgenden Gleichungen (1) und (2) entsprochen wird, so daß eine Wolke erzeugt wird, und (ii) Halten eines Substrats in diese Wolke, so daß eine supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid erzeugt wird: 0,8 ≤ 2RE/Ba < 1,0 (1) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (2)wobei RE eines oder mehrere der Elemente Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho und Er ist.
(2) Ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, wie es unter Punkt (1) aufgeführt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Target auf Oxidbasis als Material einer nicht-supraleitenden Substanz, die dispergiert bzw. verteilt (nachfolgend als dispergiert bezeichnet) in die supraleitende Schicht aus dem auf RE123 basierenden Oxid eingeführt werden soll, eine oder mehrere der Verbindungen ZrO₂, BaZrO₃, BaSnO₃, BaCeO₃, BaHfO₃ und BaRuO₃ mit insgesamt 7 Mol-% oder weniger zugesetzt wird.
(3) Ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, wie es unter (1) oder (2) aufgeführt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Substrat in einer Position gehalten wird, die der folgenden Gleichung (3) entspricht: L = α·H (3)worin L: Abstand zwischen Target und Substrat (cm) H: Höhe der Wolke ohne Substrat (cm) α: Substratpositionskoeffizient, 0,6 ≤ α ≤ 0,9.
(4) Ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, wie es unter (1) oder (3) aufgeführt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid eine Zusammensetzung hat, die den folgenden Gleichungen (4) und (5) entspricht: 1,0 ≤ 2RE/Ba ≤ 1,2 (4) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (5).
(5) Ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, wie es unter (2) oder (3) aufgeführt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid eine supraleitende Phase mit einer Zusammensetzung aufweist, die den folgenden Gleichungen (4) und (5) entspricht: 1,0 ≤ 2RE/Ba ≤ 1,2 (4) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (5).
(6) Ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, wie es unter einem der Punkte (1) bis (5) aufgeführt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zusammensetzung eines Targets auf Oxidbasis, das den Gleichungen (1) und (2) entspricht, nach den folgenden Verfahren (i) bis (vi) bestimmt wird: (i) flexibles Anwenden der Gleichung (3), um zumindest zwei Substratpositionskoeffizienten α_A und α_B in einem Bereich von 1 < α ≤ 1,5 auszuwählen; (ii) Halten des Substrats senkrecht zur Mittelachse der Wolke an zwei Positionen A(L_A = α_AH) und B(L_B = α_BH) auf der Mittelachse der Wolke und Richten eines Impulslasers auf ein Target auf Oxidbasis mit den Zusammensetzungsverhältnissen 2RE/Ba = a und 3Ba//2Cu = b, so daß eine Schicht erzeugt wird, wobei (ii-1) die Schichtzusammensetzungsverhältnisse 2RE/Ba und 3Ba/2Cu an der Position A bzw. a_A und b_A gebildet werden und (ii-2) die Schichtzusammensetzungsverhältnisse 2RE/Ba und 3Ba/2Cu an der Position B bzw. a_B und b_B gebildet werden, (iii) Einstellen eines Koeffizienten des Schichtzusammensetzungsverhältnisses f(α), wobei (iii-1) ein Koeffizient des Schichtzusammensetzungsverhältnisses f_a(α) auf der Basis der beiden Punkte (α_A, a_A) und (α_B, a_B) bestimmt wird und (iii-2) ein Koeffizient des Schichtzusammensetzungsverhältnisses f_b(α) auf der Basis der beiden Punkte (α_A, b_A) und (α_B, b_B) bestimmt wird, (iv) Einsetzen von α = α_C(< 1) in f_a(α), um ein geschätztes Schichtzusammensetzungsverhältnis f_a(α_C) = a_C zu berechnen, wenn eine Schicht erzeugt wird, indem das Substrat senkrecht zur Mittelachse an der Position des Substratpositionskoeffizienten α_C gehalten wird, und Einsetzen von α = 1 in f_b(α), um ein geschätztes Schichtzusammensetzungsverhältnis f_b(1) = b₁ zu berechnen, wenn eine Schicht erzeugt wird, indem das Substrat senkrecht zur Mittelachse an der Spitze der Wolke gehalten wird, wobei dieses b₁ das geschätzte Schichtzusammensetzungsverhältnis b_C an der Position des Substratpositionskoeffizienten α_C bildet, (v) Vergleichen des berechneten Wertes a_C und der folgenden Gleichung (4) und Vergleichen des berechneten Wertes b_C(= b₁) und der folgenden Gleichung (5), wobei (v-1) wenn 1,0 ≤ a_C ≤ 1,2 und 0,8 ≤ b_C(= b₁) < 1,0, die Zusammensetzungsverhältnisse a(= 2RE/Ba) und b(= 3Ba/2Cu) als Zusammensetzungsverhältnisse des Targets auf Oxidbasis bestimmt werden und (v-2) wenn a_C < 1,0 oder 1,2 < a_C und/oder b_C(= b1) < 0,8 oder 1,0 ≤ b_C(= b1), die folgende Prozedur (vi) angewendet wird, um die Zusammensetzungsverhältnisse a(= 2RE/Ba) und b(= 3Ba/2Cu) des Targets auf Oxidbasis zu bestimmen, und (vi) Berechnen von a_C – (1,0 + 1,2)/2 = Δa und/oder b_C(= b_l) – (0,8 + 1,0)/2 = Δb und Bestimmen der Zusammensetzungsverhältnisse a(= 2RE/Ba) und b(= 3Ba/2Cu) des Targets auf Oxidbasis als (a – Δa) und (b – Δb): 1,0 ≤ 2RE/Ba ≤ 1,2 (4) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (5).
(7) Ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, wie es unter einem der Punkte (1) bis (6) aufgeführt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der auf das Target auf Oxidbasis gerichtete Impulslaser eine Energiedichte von 2 bis 5 J/cm² aufweist.
(8) Ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, wie es unter einem der Punkte (1) bis (7) aufgeführt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit einer Schichtbildungsgeschwindigkeit von 0,8 Å/Impuls oder mehr erzeugt wird.
(9) Ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, wie es unter einem der Punkte (1) bis (8) aufgeführt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß bei dieser supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid (i) die Schichtdicke 1,0 μm oder mehr beträgt und (ii) die Kristalle mit ausgerichteter c-Achse über die gesamte Dickenrichtung in einem Volumenanteil von 80% oder mehr vorliegen.
(10) Ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, wie es unter einem der Punkte (1) bis (9) aufgeführt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dieses RE gleich Gd ist.
(11) Ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, wie es unter einem der Punkte (1) bis (10) aufgeführt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Substrat ein Metallsubstrat ist.
(12) Ein Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er nach einem Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach einem der Punkte (1) bis (11) hergestellt ist.
(13) Ein Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid, der nach einem Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach einem der Punkte (1), (3), (4) und (6) bis (11) hergestellt ist, wobei der Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid dadurch gekennzeichnet ist, daß die supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid in einem Magnetfeld mit 3 T einen kritischen Strom von 40 A/cm Breite oder mehr aufweist.
(14) Ein Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid gemäß dem Punkt (13), der dadurch gekennzeichnet ist, daß die supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid eine Zusammensetzung aufweist, die den folgenden Gleichungen (4) und (5) entspricht: 1,0 ≤ 2RE/Ba ≤ 1,2 (4) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (5).
(15) Ein Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid, der nach einem Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach einem der Punkte (2), (3) und (5) bis (11) hergestellt ist, wobei der Supraleiter aus einem aus RE123 basierenden Oxid dadurch gekennzeichnet ist, daß die supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid in einem Magnetfeld mit 3 T einen kritischen Strom von 60 A/cm Breite oder mehr aufweist.
(16) Ein Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid gemäß dem Punkt (15), der dadurch gekennzeichnet ist, daß die supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid eine supraleitende Phase mit einer Zusammensetzung aufweist, die den folgenden Gleichungen (4) und (5) entspricht: 1,0 ≤ 2RE/Ba ≤ 1,2 (4) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (5).
(17) Ein Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach einem der Punkte (12) bis (16), der dadurch gekennzeichnet ist, daß bei der supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid (i) die Schichtdicke 1,0 μm oder mehr beträgt und (ii) Kristalle mit ausgerichteter c-Achse über die gesamte Dickenrichtung in einem Volumenanteil von 80% oder mehr vorliegen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid bereitgestellt werden, der ein Substrat aufweist, auf dem eine supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid, bei dem Ba von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweichend weniger als RE und von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweichend gleich oder weniger als Cu beträgt, mit einer Schichtbildungsgeschwindigkeit, die höher als in der Vergangenheit ist, und mit guter Reproduzierbarkeit der Schichteigenschaften erzeugt worden ist, und der hervorragende Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom aufweist, die für die praktische Verwendung in seinem eigenen Magnetfeld und in einem externen Magnetfeld ausreichend sind.
KURZE BESCHREIBUNGEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Länge bzw. dem Abstand (nachfolgend als Abstand bezeichnet) zwischen Target und Substrat (T-S-Abstand) und dem Zusammensetzungsverhältnis der supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid;
2 zeigt eine Ausführungsform einer Wolke, wenn ein Substrat in die Wolke gehalten wird;
3 ist eine Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Abstand zwischen Target und Substrat (T-S-Abstand) und der Schichtbildungsgeschwindigkeit (nm/s);
4 zeigt die Röntgenbeugungsintensität einer supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, wenn eine Schicht erzeugt wird, wobei der Abstand zwischen Target und Substrat (T-S-Abstand) geändert wird;
(a) zeigt die Röntgenbeugungsintensität, wenn eine Schicht unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids erzeugt wird, wohingegen
(b) die Röntgenbeugungsintensität zeigt, wenn eine Schicht unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids erzeugt wird;
5 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Abstand zwischen Target und Substrat (T-S-Abstand) und dem kritischen Strom Ic(A/cm Breite);
6 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Abstand zwischen Target und Substrat (T-S-Abstand) und dem Zusammenset zungsverhältnis der supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid;
7 zeigt die Kristallstruktur einer supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid;
(a) zeigt die Kristallstruktur einer supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids erzeugt worden ist, wohingegen
(b) die Kristallstruktur einer supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid zeigt, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids erzeugt worden ist (2Gd/Ba = 0,9, 3Ba/2Cu = 0,91);
8 zeigt den Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung eines Targets und der Schichtzusammensetzung, wenn eine Schicht bei einem Abstand zwischen dem Target und dem Substrat (T-S-Abstand) von 5 cm erzeugt wird;
9 zeigt das Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung des Targets;
(a) zeigt den Zusammenhang zwischen der Höhe H der Wolke und der Position des Substrats, wohingegen
(b) das Berechnungsverfahren zeigt;
10 zeigt den Zusammenhang zwischen einem Magnetfeld und dem kritischen Strom Ic (A/cm Breite);
11 zeigt den Zusammenhang zwischen einem Magnetfeld und dem kritischen Strom Ic (A/cm Breite);
12 zeigt den Zusammenhang zwischen der Schichtbildungsgeschwindigkeit (Å/Impuls) und dem kritischen Strom Ic (A/cm Breite);
13 zeigt den Zusammenhang zwischen der Dicke einer supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid und dem kritischen Strom Ic (A/cm Breite);
14 zeigt den Zusammenhang zwischen der Dicke und dem kritischen Strom Ic (A/cm Breite) einer supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die eine nicht-supraleitende Phase enthält;
15 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Magnetfeld und dem kritischen Strom Ic (A/cm Breite);
16 zeigt den Zusammenhang zwischen der Richtung eines Magnetfeldes und dem kritischen Strom Ic (A/cm Breite);
17 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Magnetfeld und dem kritischen Strom Ic (A/cm Breite) einer supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die eine nicht-supraleitende Phase enthält;
18 zeigt den Zusammenhang zwischen der Richtung eines Magnetfeldes und dem kritischen Strom Ic (A/cm Breite);
19 zeigt den Zusammenhang zwischen der Richtung eines Magnetfeldes und dem kritischen Strom Ic (A/cm Breite).
BESTE ART UND WEISE DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung erfolgte wie vorstehend erläutert auf der Entdeckung beruhend, daß es, ”wenn die Schicht erzeugt wird, während das Substrat in die Wolke gehalten wird, die durch Richten eines Impulslasers auf ein Target auf Oxidbasis entsteht, das RE, Ba und Cu in einem geforderten Zusammensetzungsverhältnis enthält, möglich ist, mit einer höheren Schichtbildungsgeschwindigkeit als in der Vergangenheit auf dem Substrat die geforderte Dicke der supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit einer gleichmäßigen, dichten Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse und mit herausragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom zu erzeugen”.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend ausführlich erläutert.
1) Technische Bedeutung einer wachsenden Schicht in einer Wolke
Zuerst wird die technische Bedeutung erläutert, wenn eine Schicht erzeugt wird, wobei das Substrat in der Wolke gehalten wird.
Die Erfinder haben, wobei sie als ein Beispiel ein auf Gd123 basierendes Oxid mit einem engen Bereich des RE-Ba-Mischkristalls und einer hohen kritischen Temperatur Tc(= 94K) benutzten, ein ”Target auf Oxidbasis, das Gd, Ba und Cu in Zusammensetzungsverhältnissen von 2Gd/Ba = 1 und 3Ba/2Cu = 1” (nachfolgend gelegentlich als ”Target auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-Oxids” bezeichnet) verwendet und änderten den Abstand zwischen dem Target und dem Substrat (nachfolgend gelegentlich als ”T-S-Abstand” bezeichnet) im Bereich von 5 bis 9 cm, so daß supraleitende Schichten aus einem auf Gd123 basierenden Oxid auf Substraten erzeugt wurden (nachfolgend gelegentlich als ”Schicht aus einem auf Gd123-basierenden Oxid” be zeichnet) und untersuchten die Zusammensetzung der Schichten (nachfolgend gelegentlich als ”Schichtzusammensetzung” bezeichnet).
Jede Schicht wurde bei einer Substrattemperatur von 770°C, einem Partialdruck des Sauerstoffs von 350 mmTorr und einer Laserleistung von 100 mJ oder 200 mJ gezüchtet.
Bei der Bestimmung der Spitze der Wolke gemäß der Definition, wie sie in der Japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 2007-115592 angegeben ist (siehe die gleiche Veröffentlichung, 7), beträgt die Distanz vom Target zur Spitze der Wolke (Höhe der Wolke ohne Substrat) 6 cm, somit bedeutet ein T-S-Abstand von weniger als 6 cm, daß das Substrat in die Wolke gehalten wird.
Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in 1 dargestellt. Um die Abweichung der Schichtzusammensetzung von der stöchiometrischen Zusammensetzung statistisch darzustellen, zeigt die Ordinate die Zusammensetzungsverhältnisse ”2Gd/Ba” und ”3Ba/Cu”. Es wird darauf hingewiesen, daß der Fall der Erzeugung einer Schicht bei einer Laserleistung von 100 mJ mit schwarzen Symbolen dargestellt ist, wohingegen der Fall der Erzeugung einer Schicht bei 200 mJ mit weiße Symbolen angegeben ist.
In 1 bedeutet dies, daß eine Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid (Gd₁Ba₂Cu₃O_7-δ-Schicht) mit der stöchiometrischen Zusammensetzung erzeugt wird, wenn die Zusammensetzungsverhältnisse der erzeugten Schicht aus einem Gd123 basierenden Oxid (nachfolgend gelegentlich als ”Schichtzusammensetzungsverhältnisse” bezeichnet) 2Gd/Ba = 1,00 und 3Ba/2Cu = 1,00 betragen.
Wenn der T-S-Abstand 9 cm beträgt (das Substrat befindet sich außerhalb der Wolke), führt das ”Flackern der Wolke” dazu, daß sich das Schichtzusammensetzungsverhältnis 2Gd/Ba im Bereich von 0,90 bis 1,10 ändert und sich das Schichtzusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu im Bereich von 0,86 bis 0,93 ändert, selbst wenn die Schichtbildungsbedingungen konstant sind (Substrattemperatur: 770°C, Partialdruck von Sauerstoff: 350 mmTorr und Laserleistung: 100 mJ).
Der Grund dafür, daß sich das Schichtzusammensetzungsverhältnis der auf diese Weise erzeugten Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid stark ändert, besteht hauptsächlich darin, daß winzige Schwankungen bei der Laserleistung oder dem Partialdruck des Sauerstoffs des Umgebungsgases und winzige Veränderungen bei den Oberflächenbedingungen des Targets dazu führen, daß sich die Richtung der Bildung der Wolke geringfügig neigt, die Wolke flackert und Schwankungen bei der Zusammensetzung oder Form des Keimmaterials in der schichtbildenden Atmosphäre in der Nähe der Oberfläche des Substrats auftreten, die sich außerhalb der Wolke befindet.
Wenn jedoch der T-S-Abstand 5 cm beträgt (das Substrat befindet sich in der Wolke), sind Schwankungen bei den Schichtzusammensetzungsverhältnissen ”2Gd/Ba” und ”3Ba/2Cu” äußerst gering.
Der Grund wird wie folgt angenommen:
Wie in 2 schematisch dargestellt, wird an der Oberfläche des Targets 2 gewöhnlich eine Wolke 3 erzeugt. Wenn das Substrat 1 im Inneren der Wolke 3 gehalten wird, wird die Wolke 3 zur Wolke 4 mit einer Form, bei der die Spitze der Wolke durch das Substrat gestaucht wird. In diesem Zustand wird die Schicht erzeugt.
Das heißt, die Schicht wird mit der flachen Wolke im Kontakt mit der Substratoberfläche erzeugt. Da die Wolke eine flache Wolke nahe dem Target ist, erstreckt sich der Schichtbildungsbereich mit der gleichmäßigen Zusammensetzung und Form des Keimmaterials über die Substratoberfläche. Es ist nicht nur das, sondern selbst wenn die Wolke flackert, gibt es keinen Effekt, und die Schicht wird weiterhin erzeugt, wobei die Zusammensetzung und Form des Keimmaterials in der schichtbildenden Atmosphäre nahe der Substratoberfläche gleich bleiben.
Dieser Punkt stellt die technische Bedeutung der Erzeugung einer Schicht dar, während das Substrat in die Wolke gehalten wird.
Die Erfinder haben die technische Bedeutung der Erzeugung einer Schicht, wobei das Substrat in die Wolke gehalten wird, auch aus dem Blickwinkel der Schichtbildungsgeschwindigkeit (nm/s) bestätigt, wie es in 3 dargestellt ist.
Es wird betont, daß die Schicht bei einer Substrattemperatur von 770°C, einem Partialdruck des Sauerstoffs von 350 mmTorr, einer Laserleistung von 100 mJ oder 200 mJ und einer Laserfrequenz f von 40 Hz gezüchtet wurde.
Wie in 3 dargestellt nahm, als der T-S-Abstand verringert wurde, die Schichtbildungsgeschwindigkeit schnell auf 2,0 nm/s oder mehr zu, wenn sich das Substrat in der Wolke befand (6 cm oder weniger).
Es wird angenommen, daß der Grund dafür, daß die Schichtbildungsgeschwindigkeit schnell zunimmt, darin liegt, daß die Konzentration des Keimmaterial-Metallplasmas in der Wolke höher als die Konzentration außerhalb der Wolke ist und der Übersättigungsgrad zunimmt, somit wird eine Atmosphäre erzeugt, die die Keimbildung für das Kristallwachstum an der Oberfläche des Substrat erleichtert, das in die Wolke gehalten wird, und die Schicht entsteht in dieser Atmosphäre.
Außerdem bestätigten die Erfinder die technische Bedeutung, wenn eine Schicht erzeugt wird, wobei das Substrat in die Wolke gehalten wird, aus dem Blickwinkel der Kristallstruktur.
4 zeigt die Röntgenbeugungsintensität einer supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die durch Änderung des T-S-Abstandes im Bereich von 6 bis 9 cm (Höhe der Wolke: 6 cm) erzeugt wurde. 4(a) zeigt die Röntgenbeugungsintensität, wenn eine Schicht unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids erzeugt wird, wohingegen 4(b) die Röntgenbeugungsintensität zeigt, wenn eine Schicht unter Verwendung ”eines Targets auf Oxidbasis, das Gd, Ba und Cu in Zusammensetzungsverhältnissen von 2Gd/Ba = 0,90 und 3Ba/2Cu = 0,91 einschließt” (nachfolgend gelegentlich als ”Target auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids” bezeichnet) erzeugt wird.
Laut 4(a) ist, wenn eine Schicht unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids erzeugt wird, die Menge der Kristallkörner mit ausgerichteter a-Achse in der Schichtstruktur um so größer, je kürzer der T-S-Abstand ist (siehe in der Figur die Röntgenbeugungsintensität der Fläche (200) der Kristallfläche, die mit (hkl) dargestellt ist).
Laut 4(b) bleibt andererseits, wenn eine Schicht unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids erzeugt wird, die Röntgenbeugungsintensität der Fläche (200), die das Vorhandensein der Kristallkörner mit ausgerichteter a-Achse zeigt, gering, selbst wenn der T-S-Abstand verkürzt wird.
Die Röntgenbeugungsintensität der Fläche (hkl) des Kristalls wird hier als I(hkl) definiert, und der Anteil der Röntgenbeugungsintensität, der als Indikator der in der Kristallstruktur vorliegenden Menge der Kristallkörner mit ausgerichteter a-Achse dient (nachfolgend ge legentlich als ”a-Achsen-Kristallkörner” oder ”a-Achsen-Körner” bezeichnet), wird mit der Formel I(200/{I(006) + I(200)} × 100 definiert. Tabelle 1 zeigt den Anteil der Röntgenbeugungsintensität für den Fall, wenn eine Schicht erzeugt wird, wobei das Substrat in der Wolke gehalten wird (T-S-Abstand: 5 cm) und ein Target auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids (in der Tabelle Gd123) und ein Target auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids (in der Tabelle Gd-arm·Cu-reich) verwendet werden. Tabelle 1

Targetmaterial Anteil der Röntgenbeugungsintensität von a-Achsen-Kristallkörnern [I(200/{I(006) + I(200)}] × 100

GdBa₂Cu₃Oy Gd-123 3%

Gd_0,9Ba₂Cu_3,3Oy Gd-arm·Cu-reich 2%
Im Falle eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids ist basierend auf dem in 4(b) deutlich werdenden Trend der Anteil der Röntgenbeugungsintensität der a-Achsen-Kristallkörner gering. Im Falle eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids, das den Trend widerspiegelt, der in 4(a) deutlich wird, wird der Anteil der Röntgenbeugungsintensität der a-Achsen-Kristallkörner geringer.
In der Vergangenheit hingen die Bildung und das Wachstum von a-Achsen-Kristallkörnern wie verlautet von der Konzentration und der Oxidationsstufe des Keimmaterials (Übersättigungsgrad) und der Größenordnung der kinetischen Energie ab. Es wird jedoch behauptet, daß dies auf der Entstehung der Schicht basiert, während das Substrat außerhalb der Wolke gehalten wird.
Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wenn das Substrat in die Wolke gehalten wird, der Anteil der Röntgenbeugungsintensität der a-Achsen-Kristallkörner gering, dabei spielt es keine Rolle, welches Target verwendet wird. Es ist wird angenommen, daß der Grund dafür folgender ist:
In der Materialatmosphäre, die beim Laserbeschichten entsteht, gibt es ionisiertes Metall (Metallplasma), Sauerstoffplasma und neutrale Moleküle von Metall und Sauerstoff, die mit einander verbunden sind. Wenn diese das Substrat erreichen, hat das Metallplasma jedoch eine größere Mobilität im Vergleich mit neutralen Molekülen. Je größer die Mobilität des Keimmaterials ist, desto einfacher ist zudem das Wachstum von Kristallen mit ausgerichteter c-Achse.
In der Wolke ist der Oxidationsgrad des Keimmetallmaterials geringer als außerhalb der Wolke, somit ist der Anteil der Metallionen im Keimmaterial, die das Substrat erreichen, hoch. Andererseits nimmt außerhalb der Wolke der Anteil der neutralisierten Moleküle (neutrale Moleküle von Metall und Sauerstoff, die miteinander verbunden sind) zu, somit ist das Wachstum von Kristallen mit ausgerichteter c-Achse schwieriger.
Beim herkömmlichen PLD-Verfahren, bei dem das Substrat außerhalb der Wolke gehalten wird, muß die Substrattemperatur erhöht werden, damit die Mobilität des Metallplasmas, das das Substrats erreicht, zunimmt, die Erhöhung der Substrattemperatur ist jedoch begrenzt.
Das heißt, wenn das Substrat in die Wolke gehalten wird, wird die Wolke durch das Substrat in ihrer Form gestaucht und breitet sich zur Substratoberfläche hin aus (siehe 2). In der Nähe der Substratoberfläche wird die Schicht in einem Zustand erzeugt, bei dem die Konzentration und das Zusammensetzungsverhältnis des Keimmaterials in der schichtbildenden Atmosphäre einschließlich dem Metall plasma in hoher Konzentration im wesentlichen konstant gehalten werden. Folglich wird die Schicht mit einer höheren Schichtbildungsgeschwindigkeit als bisher erzeugt. Dies bedeutet als Ergebnis, daß die Schichtstruktur nicht mit Kristallen mit ausgerichteter a-Achse erzeugt wird oder die Bildung von Kristallen mit ausgerichteter a-Achse problematisch ist und eine Schichtstruktur entsteht, die fast vollständig aus Kristallen mit ausgerichteter c-Achse besteht.
Die Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom sind ein Merkmal, das die Qualität in Hinblick auf Gleichmäßigkeit und Dichte der Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse direkt widerspiegelt; somit haben die Erfinder die Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom von supraleitenden Schichten auf der Basis eines Gd123-oxids gemessen, die gezüchtet worden sind, wobei der T-S-Abstand verändert wurde. Die Ergebnisse sind in 5 gezeigt.
Es wird erwähnt, daß die Schicht 20 Minuten bei einer Substrattemperatur von 770°C, einem Partialdruck des Sauerstoffs von 350 mmTorr, eine Laserleistung von 100 mJ oder 200 mJ und einer Laserfrequenz von 40 Hz gezüchtet wurde.
Wie in 5 gezeigt übersteigt der kritische Strom der supraleitenden Schicht aus einem auf Gd124 basierenden Oxid 200 A/cm Breite und wird deutlich verbessert, wenn das Substrat gezüchtet wird, während es in die Wolke gehalten wird (T-S-Abstand: 5 cm).
Auch anhand dessen läßt sich die technische Bedeutung des Züchtens einer Schicht bestätigen, wenn das Substrat in die Wolke gehalten wird.
Das heißt, wenn die Schicht erzeugt wird, während ein Substrat in die Wolke gehalten wird, können die nachteiligen Effekte des ”Flackerns der Wolke” eliminiert werden, und es kann eine Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid mit der geforderten Dicke und Zusammensetzung, die einen hohen Anteil der Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse aufweist und herausragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom hat, mit einer höheren Schichtbildungsgeschwindigkeit als in der Vergangenheit und mit einer guten Reproduzierbarkeit der Schichteigenschaften erzeugt werden.
Dieser Punkt zeigt die technische Bedeutung der Erzeugung einer Schicht, wenn das Substrat in die Wolke gehalten wird, und ist eine Entdeckung, die die Basis der vorliegenden Erfindung bildet.
2) Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung von Target und Schicht und der Supraleitfähigkeitseigenschaft
Danach verwendeten die Erfinder verschiedene Zusammensetzungen von Targets auf der Basis von Gd-Ba-Cu-Oxiden und erzeugten Schichten auf der Basis eines Gd123-Oxids, wobei das Substrat in die Wolke gehalten wurde. Sie untersuchten den Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung der Schicht und der Supraleitfähigkeitseigenschaft in diesen Fällen.
Wie in 1 gezeigt werden, wenn ein Target auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-Oxids verwendet wird und der T-S-Abstand 5 cm beträgt (das Substrat befindet sich in der Wolke), die Schichtzusammensetzungsverhältnisse 2Gd/Ba und 3Ba/2Cu durch das ”Flackern der Wolke” nicht nachteilig beeinflußt und Schwankungen sind gering.
Die Erfinder haben ferner bestätigt, daß bei der Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-Oxids und der Erzeugung einer Schicht, wobei das Substrat in die Wolke gehalten wird, das Ausmaß der Schwankungen beim Schichtzusammensetzungsverhältnis gering ist.
Die Ergebnisse sind in 6 gezeigt. Es wird erwähnt, daß die Schicht bei einer Substrattemperatur von 770°C, einem Partialdruck des Sauerstoffs von 350 mmTorr und einer Laserleistung von 100 mJ oder 200 mJ gezüchtet wurde. In der Figur stehen die weißen Zeichen für die bei einer Laserleistung von 200 mJ gezüchtete Schicht.
Wie in 6 gezeigt nimmt, wenn der T-S-Abstand gering wird, das Zusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu der Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid zu, wenn der T-S-Abstand jedoch 6 cm oder weniger beträgt, d. h. das Substrat wird in die Wolke gehalten, erreicht das Zusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu der Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid ”nahe 0,90” den Sättigungswert und erzielt einen konstanten Wert.
Es wird angenommen, daß dieser konstante Wert das Zusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu(= 0,91) des verwendeten Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids widerspiegelt. Das gleiche gilt selbst im Falle des Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids, wie es in 1 dargestellt ist.
Wie in 6 gezeigt beträgt ferner, wenn der T-S-Abstand bei 5 cm liegt, das Zusammensetzungsverhältnis 2Gd/Ba der Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid etwa ”1,1”, dieser Wert ist jedoch ein solcher, dem man sich durch Verlängerung des ”linearen Zusammenhangs zwischen dem Schichtzusammensetzungsverhältnis und dem T-S-Abstand” im Falle der Erzeugung einer Schicht annähern kann, wenn das Substrat außerhalb der Wolke gehalten wird. Das gleiche gilt für den Fall eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxid, wie ein 1 gezeigt ist.
Anhand der Untersuchungsergebnisse, die in 1 und 6 dargestellt sind, haben die Erfinder entdeckt, daß bei der Erzeugung einer Schicht, wobei das Substrat in die Wolke gehalten wird, die Zusam mensetzungsverhältnisse ”3Ba/2Cu” und ”2Gd/Ba” der Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid anhand der Zusammensetzungsverhältnisse ”3Ba/2Cu” und ”2Gd/Ba” der Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid abgeschätzt werden können, die erzeugt wird, wenn das Substrat außerhalb der Wolke gehalten wird.
Das heißt, die Erfinder haben entdeckt, daß (x) man sich dem Zusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu der Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die erzeugt wird, wenn das Substrat außerhalb der Wolke gehalten wird, anhand des Zusammensetzungsverhältnisses der Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid annähern kann, die erzeugt wird, wobei das Substrat an der Spitze der Wolke gehalten wird, und (y) das Zusammensetzungsverhältnis 2Gd/Ba der ähnlich erzeugten Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid auf der Basis des ”linearen Zusammenhangs zwischen dem Schichtzusammensetzungsverhältnis und dem T-S-Abstand” abgeschätzt werden kann, wenn eine Schicht erzeugt wird, wobei das Substrat außerhalb der Wolke gehalten wird.

Tabelle 2 zeigt hier die Schichtzusammensetzungsverhältnisse und Eigenschaften, wenn Schichten erzeugt werden, wobei ein Target auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids (in der Tabelle Gd123) und ein Target auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids (in der Tabelle Gd-arm·Cu-reich) verwendet werden, und die Schichtzusammensetzungsverhältnisse und Eigenschaften, wenn eine Schicht erzeugt wird, wobei ein ”Target auf Oxidbasis, das Gd, Ba und Cu in den Zusammensetzungsverhältnissen 2Gd/Ba = 1,05 und 3Ba/2Cu = 0,95 einschließt” verwendet wird (nachfolgend gelegentlich als ”Target auf der Basis eines Gd₁Ba_1,9Cu₃-oxids” bezeichnet (in der Tabelle gelegentlich als ”Ba-arm” bezeichnet)). Tabelle 2

Targetmaterial	2Gd/Ba		3Ba/2Cu		Ic (3T) (B//c)	Ic (3 T) (45° zur Richtung der c-Achse)
Targetmaterial	Targetmaterial	Schicht	Targetmaterial	Schicht	Ic (3T) (B//c)	Ic (3 T) (45° zur Richtung der c-Achse)
GdBa₂Cu₃O_y Gd-123	1,00	1,20	1,00	1,01	28A	15A
GdBa_1,9Cu₃O_y Ba-arm	1,05	1,25	0,95	0,95	40 A	25 A
Gd_0,9Ba₂Cu_3,3Oy Gd-arm·Cu-reich	0,9	1,1	0,91	0,91	50 A	38 A

In Tabelle 2 wurde der kritische Strom (Ic) für den Fall des Anlegens eines Magnetfeldes mit 3 T parallel zur c-Achse der Kristalle mit ausgerichteter c-Achse (senkrecht zur Schichtoberfläche) (in der Tabelle B//c) und für den Fall gemessen, bei dem ein Magnetfeld aus einer Richtung 45° zur c-Achse angelegt wurde (in der Tabelle 45° zur c-Achse).
Der kritische Strom (Ic) der Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids (Gd-123) erzeugt wurde, ist der höchste Wert von Ic, von dem bisher berichtet worden ist. Der kritische Strom (Ic) der Schichten aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die unter Verwendung des Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids (Gd-arm·Cu-arm) und eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba_1,9Cu₃-oxids (Ba-arm) erzeugt wurden, sind beispiellos herausragend.
Auf diese Weise versteht man, daß ein bisher beispielloser, hervorragender kritischer Strom (Ic) nicht nur dann erreicht wird, wenn das Schichtzusammensetzungsverhältnis 2Gd/Ba ”1” oder mehr beträgt, d. h. Ba ist im Vergleich mit Gd von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweichend übermäßig geringer, sondern auch dann, wenn das Schichtzusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu ”1” oder weniger beträgt, d. h. Ba liegt von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweichend übermäßig weniger als Cu vor.
Die vorstehend unter ”1) und 2)” erläuterten Entdeckungen stellen beim PLD-Verfahren äußerst wichtige Entdeckungen bei der Erzielung einer dickeren Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid mit einer guten Reproduzierbarkeit der Schichteigenschaften dar, wobei die Stabilität der Zusammensetzung und die Gleichmäßigkeit und Dichtigkeit der Struktur gesichert sind.
Die Erfinder erreichten ähnliche Ergebnisse, wenn diese Entdeckung bei der Erzeugung einer supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid angewendet wird, wobei dieses RE durch ein anderes Element ersetzt wurde, das von Gd verschieden ist.
Hier zeigt 7 die TEM-Aufnahme des Querschnitts einer Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid. 7(a) zeigt die TEM-Aufnahme des Querschnitts einer Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids mit einem T-S-Abstand von 5 cm gezüchtet worden ist, wohingegen 7(b) die TEM-Aufnahme des Querschnitts einer Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid zeigt, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids beim gleichen T-S-Abstand von 5 cm gezüchtet worden ist.
Beim Züchten einer Schicht unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids und beim Züchten einer Schicht unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids wurden die Anteile der Röntgenbeugungsintensität [I(200/{I(006) + I(200)}] × 100 der a-Achsen-Kristallkörner etwa gleich (siehe Tabelle 1); wie in 7(a) und (b) gezeigt, ist jedoch die Struktur einer Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids erzeugt worden ist (in der Zeichnung siehe die Gd123-Schicht, die mit dem Bereich innerhalb des Pfeils dargestellt ist) äußerst gleichmäßig und dicht (siehe 7(a)), wohingegen die Struktur einer Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids erzeugt worden ist, darin gestreute Hohlräume aufweist (siehe die weißen Punkte in 7(b)).
Die Erfinder haben dies detailliert analysiert und als Ergebnis erkannt, daß sich die Hohlräume zusammen mit der groben Fällung der nicht-supraleitenden Phase Gd₂BaCuO₅ (RE211-Phase) bilden.
Die Entstehung solcher Hohlräume ist ein Phänomen, das sich in einer Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid herausbildet, wenn ein Target auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids mit einem Schichtzusammensetzungsverhältnis 2Gd/Ba = 1,20 verwendet wird, wobei Gd im Vergleich mit Ba von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweichend im Überschuß vorliegt.
Bei einer Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids erzeugt worden ist, gibt es ferner nicht nur Hohlräume und ”eine grobe RE211-Phase (nicht-supraleitende Phase) mit einer Partikelgröße von mehreren Zehn bis Hunderten μm”, sondern eine feine bzw. aus kleinsten Teilchen bestehende Menge einer auf Ba basierenden Verbindung, die bei einem Schichtzusammensetzungsverhältnis von 3Ba/2Cu = 1,01 entstanden ist (siehe Tabelle 2), wobei Ba im Vergleich mit Cu von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweichend im Überschuß vorliegt, stört die Bindungen an den Korngrenzen der Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse teilweise und verhindert, daß ein hoher kritischer Strom (Ic) erreicht wird.
Laut 1 und 6 sind hier die Menge an Gd, die Menge an Ba und die Menge Cu in der Schicht aus dem auf Gd123 basierenden Oxid um so größer, je kürzer der T-S-Abstand ist. Die Zunahme der Menge an Gd erfolgt schneller als die Zunahme der Menge an Ba (siehe Gradient von 2Gd/Ba) und die Zunahme der Menge an Ba ist schneller als die Zunahme der Menge an Cu (siehe Gradient von 3Ba/2Cu). Bei der abschließenden Analyse wird erkannt, daß die Menge an Gd, die Menge an Ba und die Menge an Cu in der Schicht in der Reihenfolge Gd > Ba> Cu zunehmen, je kürzer der T-S-Abstand ist; entsprechend der vorstehend aufgeführten Entdeckung, die die Schichtstruktur betrifft (Entstehung von Hohlräumen, Entstehung einer nicht-supraleitenden Phase, Bildung von Ba-Verbindungen), ruft die Zunahme der Elemente in dieser Reihenfolge jedoch die Ausbildung einer groben nicht-supraleitenden Phase hervor und kann zu einer Ursache dafür werden, daß die Gleichmäßigkeit und Dichte der Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse abnimmt, die für die Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom verantwortlich ist.
Bei einer Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids gezüchtet worden ist, gibt es andererseits sehr wenige Kristallkörner mit ausgerichteter a-Achse, und es entsteht eine gleichmäßige, dichte Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse (siehe 7(a)). Diese Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse ist vermutlich für die hervorragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom verantwortlich.
Anhand des kritischen Stroms (Ic), der in Tabelle 2 aufgeführt ist, läßt sich hier erkennen, daß selbst bei der Erzeugung einer Schicht unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba_1,9Cu₃- oxids (2Gd/Ba = 1,05, 3Ba/2Cu = 0,95) mit 2Gd/Ba = 1,25 Gd im Vergleich mit Ba einen deutlichen Überschuß erreicht und eine grobe nicht-supraleitende Phase entsteht, somit wird der kritische Strom (Ic) im Vergleich mit dem Fall der Erzeugung einer Schicht unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-Oxids schlechter, im Vergleich mit dem Fall der Erzeugung einer Schicht unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids ist die Abnahme des kritischen Stroms (Ic) jedoch geringer.
Wenn eine Schicht auf diese Weise gezüchtet wird, wobei ein Target auf der Basis eines Gd₁Ba_1,9Cu₃-Oxids verwendet wird, liegt der Grund für die geringe Abnahme des kritischen Stroms (Ic) vermutlich, daß das Target auf der Basis eines Gd₁Ba_1,9Cu₃-Oxids 3Ba/2Cu = 0,95 aufweist, wobei Ba im Vergleich mit Cu von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweichend übermäßig wenig vorliegt, somit tritt in der Schichtstruktur keine Schwächung der Bindungen an den Korngrenzen aufgrund der Entstehung der auf Ba basierenden Verbindung auf.
Wenn eine Schicht gezüchtet wird, wobei das Substrat in eine Wolke gehalten wird, um eine Schichtstruktur mit hervorragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom zu erhalten, ist es folglich erforderlich, die Zusammensetzung des Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-Oxids nicht nur in Hinblick auf die Schichtzusammensetzung sondern auch die Reihenfolge der Zunahme (Gd > Ba > Cu) von Gd, Ba und Cu auszuwählen, die einen großen Einfluß auf die Schichtstruktur hat.
Das heißt, die Zusammensetzung des Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-Oxids stellt eine wichtige Bedingung für die Schichtbildung dar, die in dem Fall in einem engen Zusammenhang mit dem Verlauf der Schichtbildung mit einer höheren Schichtbildungsgeschwindigkeit als in der Vergangenheit steht, bei dem das Substrat in die Wolke gehalten wird, die Wolke vom Substrat in ihrer Form gestaucht wird und sich zur Substratoberfläche hin ausbreitet (siehe 2) und die Zusammensetzung und Form des Keimmaterials in der schichtbildenden Atmosphäre in der Nähe der Substratoberfläche im wesentlichen einheitlich bleiben. Das stellt eine der Entdeckungen dar, die von den Erfindern gemacht wurden und die Basis der vorliegenden Erfindung bilden.
3) Zusammensetzung des Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-oxids
Danach haben die Erfinder auf der Basis der vorstehend aufgeführten Entdeckung im Falle der Erzeugung einer Schicht aus einem auf GD123 basierenden Oxid die Zusammensetzung eines Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-oxids mit äußerst wenigen a-Achsen-Kristallkörnern untersucht und die Entstehung einer gleichmäßigen, dichten Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse ermöglicht, wobei das Substrat in die Wolke gehalten wurde.
8 zeigt den Zusammenhang zwischen den Zusammensetzungsverhältnissen 2Gd/Ba und 3Ba/2Cu des Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-oxids, wie es in Tabelle 2 aufgeführt ist, und den Zusammensetzungsverhältnissen 2Gd/Ba und 3Ba/2Cu der supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die unter Verwendung des Targets gezüchtet worden ist.
Das heißt, 8 zeigt den Zusammenhang zwischen den Zusammensetzungsverhältnissen des Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids, wenn eine Schicht bei einem T-S-Abstand von 5 cm erzeugt wird (in der Zeichnung schwarze Dreiecke und weiße Dreiecke: Gd-123), den Zusammensetzungsverhältnissen des Targets auf der Basis eines Gd₁Ba_1,9Cu₃-oxids (in der Zeichnung schwarze Quadrate und weiße Quadrate: Ba-arm) und den Zusammensetzungsverhältnissen des Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids (in der Zeich nung schwarze Rhomben und weiße Rhomben: Gd-arm·Cu-reich) (2Gd/Ba und 3Ba/2Cu) und den Zusammensetzungsverhältnissen der Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die unter Verwendung dieses Targets auf Oxidbasis erzeugt wurde (2Gd/Ba und 3Ba/2Cu).
Die schwarzen Dreiecke, schwarzen Quadrate und schwarzen Rhomben zeigen hier das Zusammensetzungsverhältnis 2Gd/Ba, wohingegen die weißen Dreiecke, weißen Quadrate und weißen Rhomben das Zusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu zeigen.
Wie in 8 dargestellt, spiegelt sich das Zusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu des Targets auf der Basis des Gd-Ba-Cu-oxids gleichsam im Zusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu der Schicht aus dem auf Gd123 basierenden Oxid wider (in der Zeichnung siehe weiße Dreiecke, weiße Quadrate und weiße Rhomben).
Andererseits spiegelt sich das Zusammensetzungsverhältnis 2Gd/Ba des Targets auf der Basis des Gd-Ba-Cu-oxids im Zusammensetzungsverhältnis 2Gd/Ba der Schicht aus dem auf Gd123 basierenden Oxid in Übereinstimmung mit dem Trend bei der Zunahme des Schichtzusammensetzungsverhältnisses 2Gd/Ba wider (siehe 1) (in der Zeichnung siehe schwarze Dreieicke, schwarze Quadrate und schwarze Rhomben).
In der Zeichnung sind die Bereiche der Zusammensetzungsverhältnisse 2Gd/Ba und 3Ba/2Cu des Targets auf Oxidbasis, die mit den Gleichungen (1) und (2) definiert werden (in jedem Fall 0,8 bis weniger als 1,0) mit schwarzem Kreis-weißem Kreis dargestellt (in den Zeichnungen siehe (1) und (2)), wohingegen der Bereich des Zusammensetzungsverhältnisses 2Gd/Ba (1,0 bis 1,2) und der Bereich von 3Ba/2Cu (0,8 bis weniger als 1,0) der Schicht aus der auf Gd123 basierenden Oxid, die mit diesen Gleichungen (4) und (5) definiert werden, mit schwarzem Kreis-schwarzem Kreis (in der Zeichnung siehe (4)) und schwarzem Kreis-weißem Kreis (in der Zeichnung siehe (5)) angegeben sind.
Nachfolgend werden die Zusammensetzungsverhältnisse 2Gd/Ba und 3Ba/2Cu erläutert.
(1) Zusammensetzungsverhältnis 2Gd/Ba
Wenn der T-S-Abstand kürzer wird, wird die Zunahme der Menge an Gd schneller als die Zunahme der Menge an Ba (siehe 1). Wenn das Zusammensetzungsverhältnis 2Gd/Ba des Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-oxids 1,0 oder mehr beträgt, weist die Schicht aus dem auf Gd123 basierenden Oxid eine große vorhandene Menge an Gd auf, es entsteht eine nicht-supraleitende Substanz, und die Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse, die für die Supraleitfähigkeitseigenschaft verantwortlich ist, wird in bezug auf Gleichmäßigkeit und Dichte beeinträchtigt.
Folglich wird das Zusammensetzungsverhältnis 2Gd/Ba des Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-oxids, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bei weniger als 1,0 eingestellt. Es wird betont, daß 2Gd/Ba vorzugsweise 0,95 oder weniger beträgt.
Das Verhältnis 2Gd/Ba der Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-oxids erzeugt worden ist, wobei 2Gd/Ba 1,0 beträgt, liegt bei etwa 1,2 (siehe Tabelle 2), wenn jedoch das Verhältnis 2Gd/Ba der Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid weniger als 1,0 beträgt, wird die Ba-Menge im Verhältnis zur Gd-Menge übermäßig groß. Das wird zu einer Ursache für die Entstehung von Ba-Verbindungen, die die Supraleitfähigkeitseigenschaften stören.
Folglich wird das Zusammensetzungsverhältnis 2Gd/Ba des in der vorliegenden Erfindung verwendeten Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-oxids bei 0,8 oder mehr eingestellt. Es wird betont, daß das Verhältnis 2Gd/Ba vorzugsweise 0,85 oder mehr beträgt.
Wenn das Zusammensetzungsverhältnis 2Gd/Ba des Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-oxids 0,8 oder mehr beträgt, kann das Zusammensetzungsverhältnis 2Gd/Ba der Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid bei 1 oder mehr gehalten werden (siehe Tabelle 2).
(2) Zusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu
Wie vorstehend erläutert wird anhand von 8 deutlich, daß sich das Zusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu des Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-oxids gleichsam im Zusammensetzungsverhältnis der erzeugten supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid widerspiegelt.
Bei Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids (Gd-arm·Cu-reich, 2Gd/Ba = 0,90, 3Ba/2Cu = 0,91) kann eine Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid mit hervorragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom erzeugt werden, wenn jedoch ein Target auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids verwendet wird (Gd-123, 2Gd/Ba = 1, 3Ba/2Cu = 1), ist die Verbesserung der Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom nicht merklich (siehe Tabelle 2).
Der Grund liegt darin, daß bei der Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd₁Ba₂Cu₃-oxids, wie es vorstehend erläutert ist, der Wert 3Ba/2Cu der supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid größer als ”1” wird und Ba in der Schicht übermäßig vorhanden ist, somit entstehen zwischen den Kristallkörnern der Kristalle mit ausgerichteter c-Achse Ba-Verbindungen, die für die Supraleitfähigkeitseigenschaft schädlich sind.
Aus diesem Grund wird das Zusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu des Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-oxids, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bei ”weniger als 1,0” eingestellt, womit das stöchiometrische Zusammensetzungsverhältnis vermieden wird. Es wird betont, daß 3Ba/2Cu vorzugsweise 0,95 oder weniger beträgt.
Die Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid zeigt hervorragende Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom, was auf der gleichmäßigen und dichten Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse mit einem Verhältnis von 3Ba/2Cu von weniger als 1,0 basiert, wenn jedoch 3Ba/2Cu weniger als 0,8 beträgt, wird Ba eine stärkere Diskrepanz zur stöchiometrischen Zusammensetzung haben, Cu wird übermäßig viel, es werden CuO usw. gefällt, und der Kristallstruktur fehlt es an Gleichmäßigkeit und Dichte.
Das Zusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu der Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid basiert auf dem Zusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu des Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-oxids, somit wird das Zusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu des in der vorliegenden Erfindung verwendeten Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-oxids bei ”0,8 oder mehr” eingestellt. Es wird betont, daß 3Ba/2Cu vorzugsweise 0,85 oder mehr beträgt.
4) Merkmale der vorliegenden Erfindung
(1) Zusammensetzung des Targets auf der Basis eines RE-Ba-Cu-oxids
Die vorliegende Erfindung entstand wie vorstehend erläutert auf der Basis der folgenden Entdeckung: ”wenn die Schicht erzeugt wird, während das Substrat in die Wolke gehalten wird, die durch Richten eines Impulslasers auf ein Target auf Oxidbasis erzeugt wird, das RE, Ba und Cu in einem erforderlichen Zusammensetzungsverhältnis enthält, ist es möglich, mit einer höheren Schichtbildungsgeschwindigkeit als in der Vergangenheit auf dem Substrat die erforderliche Dicke einer supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit einer gleichmäßigen, dichten Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse und mit hervorragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom zu erzeugen”.
Das grundsätzliche Konzept der vorliegenden Erfindung hat ferner als erstes charakteristisches Merkmal die Verwendung eines Targets auf Oxidbasis, das RE, Ba und Cu enthält, wobei den folgenden Gleichungen (1) und (2) entsprochen wird (nachfolgend gelegentlich als ”erfindungsgemäßes Target” bezeichnet), wobei dies auf den Ergebnissen der Versuche beruht, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd-Ba-Cu-oxids durchgeführt wurden; diese basieren auf der vorstehend aufgeführten Entdeckung: 0,8 ≤ 2RE/Ba < 1,0 (1) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (2)
Es wird betont, daß 2RE/Ba in der gleichen Weise, als wenn das RE gleich Gd wäre, vorzugsweise 0,85 bis 0,95 beträgt, während 3Ba/2Cu vorzugsweise 0,85 bis 0,95 beträgt.
RE ist hier eines oder mehrere der Elemente Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho und Er. Diese Elemente können als das auf RE123 basierende Oxid bildende Elemente in einem Zusammensetzungsbereich verwendet werden, der nicht von der Supraleitfähigkeitseigenschaft des kritischen Stroms abweicht.
Insbesondere Gd ein Element mit einem engen Bereich des Gd-Ba-Mischkristalls, und es bewirkt eine Erhöhung der kritischen Tempera tur (Tc), somit ist es ein Element, das als das erfindungsgemäße Target bildendes Element bevorzugt ist. Außerdem sind Nd, Sm und Eu, die eine kritische Temperatur (Tc) von 94 K oder mehr ergeben, ebenfalls Elemente, die als das erfindungsgemäße Target bildende Elemente bevorzugt sind.
Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Targets, wobei 0,8 ≤ 2RE/Ba < 1,0 und 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 ist, ist es möglich, eine supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid auf einem Substrat, das in die Wolke gehalten wird, mit hervorragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom und mit guter Reproduzierbarkeit der Schichteigenschaften zu erzeugen. Die Zusammensetzung und Eigenschaften der supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid werden später erläutert.
Wenn die nicht-supraleitende Substanz gleichmäßig in der Kristallstruktur der supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid dispergiert ist, werden die Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom verbessert, somit kann das erfindungsgemäße Target zusätzlich zum RE, Ba und Cu, die mit den vorstehenden Gleichungen (1) und (2) definiert sind, ein Material enthalten, das eine nicht-supraleitende Substanz liefert, die eine oder mehrere der Verbindungen ZrO₂, BaZrO₃, BaSnO₃, BaCeO₃, BaHfO₃ und BaRuO₃ in einer Gesamtmenge von 7 Mol-% oder weniger aufweist.
Wenn das Target ein Material enthält, das eine nicht-supraleitende Substanz mit mehr als 7 Mol-% liefert, wird die Menge der nicht-supraleitenden Substanz, die in die Kristallstruktur der supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid eingeführt wird, übermäßig groß und umgekehrt werden die Supraleitfähigkeitseigenschaften beeinträchtigt. Es wird betont, daß die Zugabemenge des Materials, das die nicht-supraleitende Substanz liefert, vorzugsweise 5 Mol-% oder weniger beträgt.
(2) Position des Grundmaterials
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren hat als zweites Merkmal die Erzeugung einer Schicht, wobei das Substrat an einer Position gehalten wird, die der folgenden Gleichung (3) entspricht, die auf dieser grundsätzlichen Idee basiert: L = α·H (3)

L:: Abstand zwischen Target und Substrat (cm)
H:: Höhe der Wolke ohne Substrat (cm)
α:: Substratpositionskoeffizient, 0,6 ≤ α ≤ 0,9.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren definiert die Distanz vom Target bis zur Spitze der Wolke (die Definition entspricht der, die in der Japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 2007-115592 aufgeführt ist (siehe 7)) als Höhe der Wolke und definiert die Substratposition L in der Wolke (Abstand zwischen Target und Substrat [cm] = α·H [wobei α eine Konstante ist und 0,6 ≤ α 0,9]) auf der Basis der Höhe H der Wolke ohne das Substrat.
Die Zusammensetzungsverhältnisse (2Gd/Ba und 3Ba/2Cu) des Keimmaterials, das in Richtung der Substratposition L versprüht wird und die schichtbildende Atmosphäre in der Nähe der Substratoberfläche bildet, bestimmen das Schichtzusammensetzungsverhältnis direkt, somit sind sie wichtige Bedingungen bei der Erzeugung einer supraleitenden Schicht auf RE123-Basis mit hervorragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom.
Die Erfinder haben experimentell bestätigt, daß sich in der vorstehenden Gleichung (3), wenn α > 1 ist, d. h. wenn das Substrat außerhalb der Wolke gehalten wird, die Höhe H der Wolke aufgrund der Schichtbildungsbedingungen, insbesondere des Umgebungsdrucks, ändert, die Positionsabhängigkeit des Zusammensetzungsverhältnisses des Keimmaterials, das in Richtung der Substratposition L versprüht wird und die schichtbildenden Atmosphäre in der Nähe der Substratoberfläche schafft, kann jedoch durch die Höhe H der Wolke definiert werden.
Folglich verwendeten die Erfinder L(= α·H[α: Definition]) als Indikator für die Definition der Bildung der supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid.
Außerdem haben die Erfinder bestätigt, daß die Wolke, wenn ein Substrat in die Wolke gehalten wird, d. h. wenn α < 1 ist, in ihrer Form in Richtung der Substratoberfläche gestaucht und ausgebreitet wird, somit kann das Zusammensetzungsverhältnis 3Ba/2Cu des Keimmaterials, das in Richtung der Substratoberfläche versprüht wird und die schichtbildenden Atmosphäre bildet, anhand des Zusammensetzungsverhältnisses eingeschätzt werden, wenn α = 1 ist.
Wenn α kleiner als 0,6 ist und falls der Abstand zwischen Target und Substrat zu klein wird, haften die direkt versprühten Partikel (Tropfen) an der Substratoberfläche oder es lassen sich leicht Wärmeeinflüsse feststellen und es wird problematisch, auf der gesamten Substratoberfläche eine gleichmäßige und dichte Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid zu bilden. Aus diesem Grund beträgt α vorzugsweise 0,6 oder mehr.
Andererseits wird, wenn α 0,9 übersteigt, die Schicht an der Spitze der Wolke erzeugt, und die Schichtbildungsgeschwindigkeit kann nicht erhöht werden, somit beträgt α vorzugsweise 0,9 oder weniger.
In Hinblick auf die Verhinderung der Ausbildung von Kristallkörnern mit fast nur ausgerichteten a-Achsen und die Erzielung einer gleichmäßigeren und dichten Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse beträgt α stärker bevorzugt 0,75 bis 0,85.
Es wird betont, daß die Erfinder bei den vorstehend genannten Schichtbildungsversuchen mit H = 6 cm und L = 5 cm gearbeitet haben, 5 cm ist jedoch die Distanz im Bereich von 6 × 0,75 bis 6 × 0,85 (cm).
(3) Schichtzusammensetzung
Die durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erzeugte supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid hat vorzugsweise eine Zusammensetzung, die den folgenden Gleichungen (4) und (5) entspricht, selbst wenn eine nicht-supraleitende Substanz enthalten ist, werden die Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom (Ic) verbessert: 1,0 ≤ 2RE/Ba ≤ 1,2 (4) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (5)
Die vorstehende Gleichung (4) zeigt hier, daß Ba abweichend von der stöchiometrischen Zusammensetzung übermäßig weniger beträgt als RE, wohingegen die vorstehende Gleichung (5) zeigt, daß Ba abweichend von der stöchiometrischen Zusammensetzung übermäßig weniger als Cu beträgt.
Die Erfinder haben in der Japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 2007-115592 eine ”supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit hervorragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom” offenbart, wobei Ba der vorstehend aufgeführten Gleichung (4) entspricht”, außerdem haben sie jedoch entdeckt, daß für die Erzielung einer supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit hervorragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom Ba die vorstehende Gleichung (5) ebenfalls erfüllen muß.
(4) Bestimmung der geeigneten Zusammensetzung des Targets
Die Relation von Re, Ba und Cu, die das in der vorliegenden Erfindung verwendete Target auf der Basis eines RE-Ba-Cu-oxids bilden, wird grundsätzlich mit dem Gleichungen (1) und (2) angegeben, die spezifische Zusammensetzung wird jedoch vorzugsweise auf der Basis der folgenden Verfahren (i) bis (vi) bestimmt.
Dies wird anhand von 9 erläutert. 9(a) zeigt die Position des Substrats im Verhältnis zu einer Wolke mit der Höhe H, wohingegen 9(b) das Einstellverfahren zeigt.

(i) Flexibles Anwenden der Gleichung (3), um zumindest zwei Substratpositionskoeffizienten α_A und α_B in einem Bereich von 1 < α ≤ 1,5 auszuwählen (siehe 9(a) und (b));
(ii) Halten des Substrats senkrecht zur Mittelachse der Wolke an zwei Positionen (siehe 9(a)) A(L_A = α_AH) und B(L_B = a_BH) auf der Mittelachse der Wolke und Richten eines Impulslasers auf ein Target auf Oxidbasis mit den Zusammensetzungsverhältnissen 2RE/Ba = a und 3Ba//2Cu = b, so daß eine Schicht erzeugt wird, wobei (ii-1) die Schichtzusammensetzungsverhältnisse 2RE/Ba und 3Ba/2Cu an der Position A bzw. a_A und b_A gebildet werden und (ii-2) die Schichtzusammensetzungsverhältnisse 2RE/Ba und 3Ba/2Cu an der Position B bzw. a_B und b_B gebildet werden;
(iii) Einstellen eines Koeffizienten des Schichtzusammensetzungsverhältnisses f(α), wobei (iii-1) ein Koeffizient des Schichtzusammensetzungsverhältnisses f_a(α) auf der Basis der beiden Punkte von (α_A, a_A) und (α_B, a_B) bestimmt wird und (iii-2) ein Koeffizient des Schichtzusammensetzungsverhältnisses f_b(α) auf der Basis der beiden Punkte von (α_A, b_A) und (α_B, b_B) bestimmt wird,
(iv) Einsetzen von α = α_C(< 1) in f_a(α), um ein geschätztes Schichtzusammensetzungsverhältnis f_a(α_C) = a_C zu berechnen, wenn eine Schicht erzeugt wird, indem das Substrat senkrecht zur Mittelachse an der Position des Substratpositionskoeffizienten α_C gehalten wird, und Einsetzen von α = 1 in f_b(α), um ein geschätztes Schichtzusammensetzungsverhältnis f_b(1) = b₁ zu berechnen, wenn eine Schicht erzeugt wird, indem das Substrat senkrecht zur Mittelachse an der Spitze der Wolke gehalten wird (siehe 9(b)), wobei dieses b₁ das geschätzte Schichtzusammensetzungsverhältnis b_C an der Position des Substratpositionskoeffizienten α_C bildet,
(v) Vergleichen des berechneten Wertes ac und der folgenden Gleichung (4) und Vergleichen des berechneten Wertes b_C(= b1) und der folgenden Gleichung (5), wobei (v-1) wenn 1,0 ≤ a_C ≤ 1,2 und 0,8 ≤ b_C(= b₁) < 1,0, die Zusammensetzungsverhältnisse a(= 2RE/Ba) und b(= 3Ba/2Cu) als Zusammensetzungsverhältnisse des Targets auf Oxidbasis bestimmt werden und (v-2) wenn a_C < 1,0 oder 1,2 < a_C und/oder b_C(= b₁) < 0,8 oder 1,0 ≤ b_C(= b₁), die folgende Prozedur (vi) angewendet wird, um die Zusammensetzungsverhältnisse a(= 2RE/Ba) und b(= 3Ba/2Cu) des Targets auf Oxidbasis zu bestimmen, und
(vi) Berechnen von a_C – (1,0 + 1,2)/2 = Δa und/oder b_C(= b1) – (0,8 + 1,0)/2 = Δb und Bestimmen der Zusammensetzungsverhältnisse a(= 2RE/Ba) und b(= 3Ba/2Cu) des Targets auf Oxidbasis als (a – Δa) und (b – Δb).

Es wird betont, daß beim vorstehend aufgeführten Verfahren (iii) der Koeffizient f(α) des Schichtzusammensetzungsverhältnisses auf der Basis der beiden Faktoren Substratpositionskoeffizient und Schichtzusammensetzungsverhältnis bestimmt wurde, es können jedoch auch drei oder mehr Substratpositionskoeffizienten verwendet und der Koeffizient anhand der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt werden.
(5) Energie des Impulslasers
Durch spezifische Bestimmung der Relation von RE, Ba und Cu, die das Target auf der Basis eines RE-Ba-Cu-oxids bilden, auf der Grundlage des vorstehend aufgeführten Verfahrens kann eine supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid nahezu ohne Kristallkörner mit ausgerichteter a-Achse und mit einer gleichmäßigen und dichten Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse mit einer Schichtdicke von 1 μm oder mehr und bei guter Reproduzierbarkeit der Schichteigenschaften erzeugt werden.
Beim herkömmlichen PLD-Verfahren, bei dem das Substrat ebenfalls außerhalb der Wolke gehalten wird, sind Versuche unternommen worden, die Schichtbildungsgeschwindigkeit zu erhöhen, indem die Laserenergie verändert wurde, es ist jedoch nicht möglich, das Wachstum von a-Achsen-Kristallkörnern oder der nicht-supraleitenden Phase zu hemmen, die die Eigenschaften in bezug den kritischen Strom beeinträchtigen. Die Reproduzierbarkeit der Schichteigenschaften ist ebenfalls nicht so gut.
Laut abschließenden Analyse ist bisher noch nicht von der Anwendung des herkömmlichen PLD-Verfahrens für die Erzeugung einer supraleitenden Schicht mit einer Schichtdicke von 1 μm oder mehr und mit Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom berichtet worden, die für die praktische Verwendung herausragend sind.
Beim herkömmlichen PLD-Verfahren, bei dem das Substrat außerhalb der Wolke gehalten wird, beträgt, um das Wachstum von a-Achsen-Kristallkörnern zu unterdrücken, die Energiedichte des auf das Target gerichteten Impulslasers gewöhnlich 1,5 bis 2,0 J/cm², bei der erfindungsgemäßen Schichtbildung, wie sie in 2 gezeigt ist, wird die an der Oberfläche des Targets erzeugte Wolke gewöhnlich in ihrer Form gestaucht und breitet sich auf der Substratoberfläche aus. Die Schichtbildung verläuft in diesem Zustand, somit kann bei einer Energiedichte von 2,0 J/cm² oder mehr eine supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit hervorragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom erzeugt werden.

Tabelle 3 zeigt hier die Eigenschaften in bezug auf die Stromdichte und den Anteil der Röntgenbeugungsintensität von a-Achsen-Kristallkörnern von Schichten aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids, das ein Material, das eine nicht-supraleitende Phase liefert (BaZrO₃ oder ZrO₂), mit 5 Mol-% enthält, α = 0,6 oder 0,7, und einer Energiedichte des Impulslasers von 2,0 J/cm² und 3,5 J/cm² erzeugt wurden (Proben b bis e). Tabelle 3

Probe	Targetmaterial	Energiedichte des Impulslasers	Ic (3 T) (B//c)	Anteil der Röntgenbeugungsintensität der a-Achsen-Kristallkörner
b	Gd_0,9Ba₂Cu_3,3O_y + 5 Mol-% BaZrO₃	3,5 J/cm²	110 A	7%
c	Gd_0,9Ba₂Cu_3,3O_y + 5 Mol-% ZrO₃	3,5 J/cm²	80 A	17%
d	Gd_0,9Ba₂Cu_3,3O_y + 5 Mol-% BaZrO₃	2,0 J/cm²	72 A	3%
e	Gd_0,9Ba₂Cu_3,3O_y + 5 Mol-% ZrO₃	2,0 J/cm²	30 A	3%

Anhand Tabelle 3 wird verständlich, daß eine supraleitende Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid mit hervorragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom erhalten wird, wenn jedoch mit einer Energiedichte des Impulslasers von 3,5 J/cm² eine Schicht erzeugt wird, kann eine supraleitende Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid mit herausragenden Stromeigenschaften erhalten werden, die sich in der Vergangenheit nicht erzielen ließ.
10 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Magnetfeld und dem kritischen Strom Ic (A/cm Breite) einer Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids erzeugt worden ist, das 5 Mol-% eines Materials der nicht-supraleitenden Phase, BaZrO₃, enthält (Probe b: Schicht mit einer Energiedichte des Impulslasers von 3,5 J/cm² erzeugt, Probe d: Schicht mit einer Energiedichte des Impulslasers von 2,0 J/cm² erzeugt).
In der Figur zeigt B//c den Fall der Anwendung eines Magnetfeldes parallel zur c-Achse der Kristalle (senkrecht zur Schichtoberfläche), wohingegen B//ab den Fall der Anwendung eines Magnetfeldes parallel zu den Flächen bzw. Ebenen ab des Kristalls (parallel zur Schichtoberfläche) zeigt.
Ferner zeigt 11 den Zusammenhang zwischen dem Magnetfeld und dem kritischen Strom Ic (A/cm Breite) einer Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-Oxids, das 5 Mol-% eines Materials der nicht-supraleitenden Phase, ZrO₂, enthält, erzeugt worden ist (Probe c: Schicht mit einer Energiedichte des Impulslasers von 3,5 J/cm² erzeugt, Probe e: Schicht mit einer Energiedichte des Impulslasers von 2,0 J/cm² erzeugt).
Anhand von 10 und auch 11 wird erkennbar, daß die Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom der supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die mit einer Energiedichte des Impulslasers von 3,5 J/cm² erzeugt worden ist, im Vergleich mit den Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom einer supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die mit einer Energiedichte des Impulslasers von 2 J/cm² erzeugt worden ist, überlegen sind.
Beim herkömmlichen PLD-Verfahren, wobei das Substrat außerhalb der Wolke gehalten wird, beträgt die Energiedichte des Impulslasers, wie vorstehend erläutert, als Grenzwert 2,0 J/cm², bei der erfindungsgemäßen Schichtbildung ist es jedoch möglich, eine supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit hervorragenden Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom mühelos bei einer Energiedichte von 2,0 J/cm² oder mehr zu erzeugen.
Wenn die Energiedichte des Impulslasers jedoch 5,0 J/cm² übersteigt, entsteht leicht grobes CuO, und es wird problematisch, eine gleichmäßige und dichte supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid zu erhalten. Aus diesem Grund beträgt die Energiedichte des Impulslasers vorzugsweise 5,0 J/cm² oder weniger.
(6) Schichtbildungsgeschwindigkeit
In der vorliegenden Erfindung wird die Schicht wie in 2 gezeigt in dem Zustand erzeugt, bei dem die Wolke in ihrer Form gestaucht und in Richtung der Substratoberfläche ausgebreitet ist.
Im Inneren der Wolke werden Plasmapartikel, die durch Ionisieren der Elemente des Keimmaterials des Targets und des Umgebungsgases gebildet werden, versprüht, wohingegen außerhalb der Wolke die Plasmapartikel vermutlich versprüht werden, während sie einer Clusterbildung unterzogen (neutralisiert) werden. Das heißt, bei der Innenseite und bei der Außenseite der Wolke unterscheiden sich die physikalisch-chemischen Eigenschaften der schichtbildenden Atmosphäre, die nahe der Substratoberfläche entsteht. Es wird angenommen, daß dieser Unterschied einen großen Einfluß auf die Schichtbildungsgeschwindigkeit und die Reproduzierbarkeit der Schichteigenschaften hat.
12 zeigt den Zusammenhang zwischen der Schichtbildungsgeschwindigkeit (Å/Impuls) und dem kritischen Strom Ic (A/cm Breite).
In der Zeichnung betrifft der lineare Zusammenhang, bei dem Schichtbildungsgeschwindigkeit 0,7 Å/Impuls oder weniger beträgt (in der Zeichnung die durchgehende Linie) die Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid, die erzeugt wird, während das Substrat außerhalb der Wolke gehalten wird. Der lineare Zusammenhang, bei dem die Schichtbildungsgeschwindigkeit 0,7 Å/Impuls oder mehr be trägt (in der Zeichnung die unterbrochene Linie) betrifft die Schicht aus einem Gd123 basierenden Oxid, die erzeugt wird, während das Substrat in die Wolke gehalten wird.
Anhand von 12 wird deutlich, daß es bei der Erzeugung einer Schicht, wobei das Substrat in die Wolke gehalten wird, auf einfache Art und Weise möglich ist, mit einer äußerst hohen Schichtbildungsgeschwindigkeit eine supraleitende Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid bei einem kritischen Strom Ic (A/cm Breite) von mehr als 300 A/cm Breite zu erzeugen.
Wenn eine Schicht erzeugt wird, wobei das Substrat in die Wolke gehalten wird, ist es aus diesem Grund bevorzugt, die Schicht mit einer Schichtbildungsgeschwindigkeit von 0,8 Å/Impuls oder mehr zu erzeugen.
Die Schichtbildungsgeschwindigkeit (Å/Impuls) kann geeignet in einem Bereich festgelegt werden, in dem der Erhalt der Reproduzierbarkeit der Schichteigenschaften möglich ist.
(7) Schichtdicke, kritischen Strom und Volumenanteil der Kristalle mit ausgerichteter c-Achse
Wie vorstehend erläutert ist bisher nicht von der Erzeugung einer supraleitenden Schicht mit einer Schichtdicke von 1 μm oder mehr und mit sehr guten Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom, die für praktische Zwecke ausreichend sind, berichtet worden; in der vorliegenden Erfindung ist es jedoch durch eine spezifischere Bestimmung der Relation von RE, Ba und Cu, die das Target auf der Basis eines RE-Ba-Cu-oxids bilden, möglich, eine supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit einer Schichtdicke von 1 μm oder mehr zu erzeugen, bei der fast keine Kristalle mit ausgerichteter a-Achse vorliegen und die eine gleichmäßige und dichte Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse aufweist.
Die Erfinder haben dies durch Messung des Zusammenhang zwischen der Schichtdicke und den Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom bestätigt. Ein Teil der Ergebnisse ist in 13 und 14 dargestellt. 13 zeigt den Zusammenhang zwischen der Schichtdicke und den Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom einer supraleitenden Schicht, die unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids erzeugt worden ist; demgegenüber zeigt 14 den Zusammenhang zwischen der Schichtdicke und den Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom einer supraleitenden Schicht, die unter Verwendung eines Targets erzeugt wurde, das ein Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxid aufweist, in dem 5 Mol-% BaZrO₃ dispergiert sind.
Wie in 13 und 14 gezeigt, ist es, wenn das erfindungsgemäße Target verwendet und eine Schicht erzeugt wird, wobei das Substrat in die Wolke gehalten wird, mühelos möglich, eine supraleitende Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid zu erhalten, die eine Schichtdicke von 3,0 μm und einen kritischen Strom in ihrem eigenen Magnetfeld von mehr 700 A/cm Breite aufweist (in der Zeichnung siehe s. f.).
Wie in 13 gezeigt beträgt bei einer Schichtdicke von 3,0 μm der kritischen Strom in einem externen Magnetfeld mit 3 T (B//c) ”40 A/cm Breite”. Die Erfinder haben bestätigt, daß die erfindungsgemäße supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid einen kritischen Strom in einem Magnetfeld mit 3 T von ”40 A/cm Breite oder mehr” aufweist. Dieser Wert ”3 T – 40 A/cm Breite oder mehr” ist ein Wert, der durch das herkömmliche PLD-Verfahren nicht erreicht werden kann, bei dem das Substrat außerhalb der Wolke gehalten wird.
Wie in 14 gezeigt neigt die Eigenschaft in bezug auf den kritischen Strom (Ic (A)), wenn die Schichtstruktur 5 Mol-% darin dispergiertes BaZrO₃ aufweist, im Magnetfeld zu einer leichten Verschlechterung, umgekehrt wird jedoch der kritischen Strom (Ic (A)) in einem externen Magnetfeld auf 100 A/cm Breite verbessert. Außerdem haben die Erfinder bestätigt, daß eine supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid, die in der Schichtstruktur eine nicht-supraleitende Substanz mit 7 Mol-% oder weniger enthält, bei einem Magnetfeld mit 3 T ungeachtet der Anwendungsrichtung des Magnetfeldes einen kritischen Strom von 60 A/cm Breite oder mehr hat.
Es wird erwähnt, daß die Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom der supraleitenden Schicht auf RE123-Basis in einem Magnetfeld im Abschnitt BEISPIELE ausführlich erläutert werden.
Wie vorstehend erläutert wird die erfindungsgemäße supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit einem praktischen Wert der Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom zuverlässig mit einer Schichtdicke von 1 μm oder mehr bereitgestellt.
Die Qualität der Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom hängt von der Qualität der Schichtstruktur ab, somit läßt sich behaupten, daß die Bereitstellung einer supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit einer Schichtdicke von 1,0 μm oder mehr und einem praktischen Wert des kritischen Stroms bedeutet, daß selbst dann, wenn die Schichtstruktur Kristallkörner mit ausgerichteter a-Achse aufweist, die die Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom beeinträchtigen, diese in einer sehr geringen Menge vorliegen und daß entlang der gesamten Dickenrichtung der Schicht eine gleichmäßige und dichte Kristallstruktur mit ausgerichteter c-Achse erzeugt wird.
Laut Tabelle 3 kann selbst bei einer Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid (Probe c) mit einem Anteil der Röntgenbeugungsintensität der a-Achsen-Kristallkörner von 17% ein praktischer Wert des kritischen Stroms von 80 A erreicht werden, somit ist die Schichtstruktur der supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid vorzugsweise eine solche, bei der die Kristalle mit ausgerichteter c-Achse über die gesamte Dickenrichtung der Schicht in einem Volumenanteil von 80% oder mehr vorhanden sind.
(8) Material des Substrats
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Substrat muß nur ein solches sein, das die Erzeugung einer supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid ermöglichen kann, und ist nicht auf eine bestimmte Sorte bzw. Qualität begrenzt, wenn jedoch die Verwendung eines Supraleiters auf RE123-Basis als Drahtmaterial angenommen wird, ist ein ziehbares Metallsubstrat, insbesondere ein langes Metallsubstrat, bevorzugt. Insbesondere ist z. B. Hastelloy, das mit MgO, Gd₂Zr₂O₇, CeO₂, LaMnO₃ oder einem anderen Oxid laminiert ist, bevorzugt.
Es kann behauptet werden, daß die Tatsache, daß es beim Halten eines Substrats in die Wolke möglich ist, eine Schicht mit einer höheren Schichtbildungsgeschwindigkeit als in der Vergangenheit zu erzeugen, bedeutet, daß selbst bei einem Substrat eine Schicht mit einer höheren Schichtbildungsgeschwindigkeit als in der Vergangenheit erzeugt werden kann, das die Wolke mit der erforderlichen Geschwindigkeit durchläuft. Folglich kann die vorliegende Erfindung auch bei einem langen Metallsubstrat angewendet werden, das sich mit der erforderlichen Geschwindigkeit bewegt.
Das heißt, die vorliegende Erfindung ermöglicht die Erzeugung einer supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid, die ei nen praktischen Wert der Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom erhalten hat, mit einer erforderlichen Geschwindigkeit bei einem langen Metallsubstrat, das eine Wolke durchläuft, und mit guter Reproduzierbarkeit der Schichteigenschaften.
BEISPIELE
Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung erläutert, die Bedingungen der Beispiele sind jedoch nur einfach eine Erläuterung der angewendeten Bedingungen, um die Durchführbarkeit und die Effekte der vorliegenden Erfindung zu bestätigen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Erläuterung begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann verschiedene Bedingungen anwenden, solange sie nicht vom Wesentlichen der vorliegenden Erfindung abweichen und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung lösen.
Beispiel 1
Unter Verwendung eines Targets auf der Basis eines Gd_0,9Ba₂Cu_3,3-oxids (2Gd/Ba = 0,90, 3Ba/2Cu = 0,91) wurde ein Substrat, das Hastelloy umfaßt, das mit Gd₂Zr₂O₇ beschichtet und außerdem darauf mit CeO₂ überzogen ist (ΔΦ = 4,8°) in die Wolke gehalten (Höhe 6 bis 8 cm). Das Substrat wurde bei einer Substrattemperatur von 820 bis 840°C, einem Partialdruck von Sauerstoff in der Umgebung von 350 bis 380 mmTorr und den in Tabelle 3 aufgeführten Bedingungen mit einer supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid versehen.
Die Dicke und die Struktur (Anteil der Röntgenbeugungsintensität der a-Achsen-Kristallkörner) der gezüchteten supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid sind jeweils in Tabelle 4 aufgeführt.

Wie in Tabelle 4 gezeigt, hatten die supraleitenden Schichten aus einem auf Gd123 basierenden Oxid der Proben a bis e jeweils eine Dicke von 3 μm oder mehr. Ihre Strukturen hatten einen Anteil der Kristalle mit ausgerichteter c-Achse von 80% oder mehr im Vergleich mit dem Anteil der Röntgenbeugungsintensität der a-Achsen-Kristallkörner. Tabelle 4

Probe	zugesetztes nichtsupraleitendes Material im Target	Positionskoeffizient des Basismaterials (α)	Energiedichte des Impulslasers (J/cm²)	Schichtbildungasgeschwindigkeit (Å/Impuls)	Schichtdicke (μm)	Anteil der Röntgenbeugungsintensität der a-Achsen-Kristallkörner
a	keins	0,7	3,5	1	≥ 3	3%
b	BaZrO₃, 5 Mol-%	0,7	3,5	1	≥ 3	7%
c	ZrO₂, 5 Mol-%	0,7	3,5	1	≥ 3	17%
d	BaZrO₃, 5 Mol-%	0,6	2,0	1	≥ 3	3%
e	ZrO₂, 5 Mol-%	0,6	2,0	1	≥ 3	3%

Beispiel 2
Es wurde der kritische Strom der supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid der Probe a in einem Magnetfeld gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 und 15 und 16 aufgeführt. Tabelle 5 zeigt auch den Anteil der Röntgenbeugungsintensität der a-Achsen-Kristallkörner.
15 zeigt die Abhängigkeit des kritischen Stroms von der Stärke des Magnetfeldes im Falle des Anlegens eines Magnetfeldes B mit 0,3 T bis 7 T, wohingegen 16 die Abhängigkeit des kritischen Stroms von der Anwendungsrichtung des Magnetfeldes zeigt. Tabelle 5

Targetmaterial Ic (3 T) (B//c)) Ic (3 T) (Mindestwert) Anteil der Röntgenbeugungsintensität der a-Achsen-Kristallkörner

Gd_0,9Ba₂Cu_3,3O_y 56 A 46 A 3%
In 15 zeigen die schwarzen Quadrate (B//c) den Fall der Anwendung eines Magnetfeldes B parallel zur c-Achse der Kristalle, wohingegen die schwarzen umgedrehten Dreiecke (B//c45°) den Fall der Anwendung eines Magnetfeldes B aus eine Richtung 45° zur c-Achse der Kristalle zeigt.
Selbst bei der Anwendung eines Magnetfeldes mit bis zu 7 T ist zu erkennen, daß ein Strom mit 10 A/cm Breite oder mehr durch eine supraleitende Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid fließt.
Ein derartig hoher Wert ist ein solcher, der nach dem herkömmlichen PLD-Verfahren nicht erreicht werden kann.
In 16 wird der Fall des Anlegens eines Magnetfeldes B (3 T) senkrecht zur Oberfläche der supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid als 0° definiert. Der kritischen Strom beträgt sogar mindestens 46 A/cm Breite.
Das zeigt, daß es in der Struktur einer supraleitenden Schicht aus einem auf GD123 basierenden Oxid keine Trennung des Stromwegs aufgrund einer vorhandenen groben, nicht-supraleitenden Phase und keine Beeinträchtigung der Bindungen an der Korngrenze aufgrund von einem starken Neigungswinkel der Korngrenzen, Ba-Verbindungen usw. gibt. Es wird betont, daß ein derart hoher Wert ein solcher ist, der nach dem herkömmlichen PLD-Verfahren nicht erreicht werden kann.
Beispiel 3
Bei den supraleitenden Schichten aus einem auf Gd123 basierenden Oxid (enthalten nicht-supraleitende Substanzen) der Beispiele b bis e, die in Tabelle 4 aufgeführt sind, wurden die Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom im Magnetfeld gemessen. Die Ergebnisse sind in 17 bis 19 dargestellt. Außerdem ist das Ergebnis in der vorstehend erwähnten Tabelle 3 angegeben.
Anhand von 17 wird erkennbar, daß selbst bei der Anwendung eines Magnetfeldes mit bis zu 7 T Strom mit 10 A/cm Breite oder mehr durch die supraleitende Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid fließt. Ein derartig hoher Wert ist ein solcher, der nach dem herkömmlichen PLD-Verfahren nicht erreicht werden kann.
Anhand von 18 und 19 ist zu erkennen, daß beim Anlegen eines Magnetfeldes B (3 T) senkrecht zur Oberfläche der supraleitenden Schicht aus einem auf Gd123 basierenden Oxid ein kritischer Strom von allermindestens 72 A/cm Breite erreicht wird.
Dies zeigt, daß es in der supraleitenden Phase der supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid eine Trennung des Stromwegs aufgrund des Vorhandenseins einer nicht-supraleitenden Phase gibt, die in Richtung der a-Achse oder der c-Achse der Kristalle gröber geworden ist, und keine Beeinträchtigung der Bindungen an den Korngrenzen aufgrund von einem starken Neigungswinkel der Korngrenzen, Ba-Verbindungen usw. gibt, und außerdem die nichtsupraleitende Phase, die in dem supraleitenden Film dispergiert ist, effektiv als Pinnigzentrum für das Pinning des Magnetflusses wirkt. Ein derartig hoher Wert ein auch solcher ist, der nach dem herkömmlichen PLD-Verfahren nicht erreicht werden kann.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie vorstehend erläutert ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einen Supraleiter auf RE123-Basis bereitzustellen, der durch Erzeugen einer supraleitenden Schicht auf RE123-Basis, wobei Ba weniger als die stöchiometrische Zusammensetzung beträgt, auf einem Substrat mit einer höheren Schichtbildungsgeschwindigkeit als in der Vergangenheit erhalten wird und in seinem eigenen Magnetfeld und in einem externen Magnetfeld hervorragende Eigenschaften in bezug auf den kritischen Strom hat, die für praktische Zwecke ausreichend sind. Bei Verwendung eines Metallsubstrats, das als Substrat gezogen werden kann, kann der erfindungsgemäße Supraleiter auf RE123-Basis ferner als Material für einen Draht verwendet werden.
Folglich zeigt die vorliegende Erfindung eine sehr gute Anwendbarkeit auf technischen Gebieten, die die Supraleitfähigkeit ausnutzen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid beschrieben, wobei das Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgendes umfaßt: (i) Richten eines Impulslasers auf ein Target mit Oxidbasis, das RE, Ba und Cu einschließt, wobei die folgenden Gleichungen (1) und (2) erfüllt werden, so daß eine Wolke erzeugt wird, und (ii) Halten eines Substrats in diese Wolke, so daß eine supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid erzeugt wird: 0,8 ≤ 2RE/Ba < 1,0 (1) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (2)wobei RE eines oder mehrere der Elemente Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho und Er ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2007-115592 A [0012, 0054, 0138]
- JP 07-68161 A [0015]
- JP 07-88359 A [0015]
- JP 2005-42131 A [0015]
- JP 2005-89793 A [0015]
- JP 5168097 [0015]
- JP 2003-306764 A [0015]
- JP 2007-115592 [0149]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Journal of the Japan Institute of Metals, 68 (2004), S. 718 bis 722 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, wobei das Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgendes umfaßt: (i) Richten eines Impulslasers auf ein Target auf Oxidbasis, das RE, Ba und Cu einschließt, wobei den folgenden Gleichungen (1) und (2) entsprochen wird, so daß eine Wolke erzeugt wird, und (ii) Halten eines Substrats in diese Wolke, so daß eine supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid erzeugt wird: 0,8 ≤ 2RE/Ba < 1,0 (1) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (2) wobei RE eines oder mehrere der Elemente Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho und Er ist.
Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Target auf Oxidbasis als Material einer nicht-supraleitenden Substanz, die dispergiert in die supraleitende Schicht aus dem auf RE123 basierenden Oxid eingeführt werden soll, eine oder mehrere der Verbindungen ZrO₂, BaZrO₃, BaSnO₃, BaCeO₃, BaHfO₃ und BaRuO₃ in einer Gesamtmenge von 7 Mol-% oder weniger zugesetzt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einer Position gehalten wird, die der folgenden Gleichung (3) entspricht: L = α·H (3)worin L: Abstand zwischen Target und Substrat (cm) H: Höhe der Wolke ohne Substrat (cm) α: Substratpositionskoeffizient, 0,6 ≤ α ≤ 0,9.
Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid eine Zusammensetzung hat, die den folgenden Gleichungen (4) und (5) entspricht: 1,0 ≤ 2RE/Ba ≤ 1,2 (4) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (5).
Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid eine supraleitende Phase mit einer Zusammensetzung aufweist, die den folgenden Gleichungen (4) und (5) entspricht: 1,0 ≤ 2RE/Ba ≤ 1,2 (4) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (5).
Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ge kennzeichnet durch Bestimmen der Zusammensetzung eines Targets auf Oxidbasis, das den Gleichungen (1) und (2) entspricht, nach den folgenden Verfahren (i) bis (vi): (i) flexibles Anwenden der Gleichung (3), um zumindest zwei Substratpositionskoeffizienten α_A und α_B in einem Bereich von 1 < α ≤ 1,5 auszuwählen; (ii) Halten des Substrats senkrecht zur Mittelachse der Wolke an zwei Positionen A(L_A = α_AH) und B(L_B = α_BH) auf der Mittelachse der Wolke und Richten eines Impulslasers auf ein Target auf Oxidbasis mit den Zusammensetzungsverhältnissen 2RE/Ba = a und 3Ba//2Cu = b, so daß eine Schicht erzeugt wird, wobei (ii-1) die Schichtzusammensetzungsverhältnisse 2RE/Ba und 3Ba/2Cu an der Position A bzw. a_A und b_A gebildet werden und (ii-2) die Schichtzusammensetzungsverhältnisse 2RE/Ba und 3Ba/2Cu an der Position B bzw. a_B und b_B gebildet werden, (iii) Einstellen eines Koeffizienten des Schichtzusammensetzungsverhältnisses f(α), wobei (iii-1) ein Koeffizient des Schichtzusammensetzungsverhältnisses f_a(α) auf der Basis der beiden Punkte (α_A, α_A) und (α_B, α_B) bestimmt wird und (iii-2) ein Koeffizient des Schichtzusammensetzungsverhältnisses f_b(α) auf der Basis der beiden Punkte (α_A, b_A) und (α_B, b_B) bestimmt wird, (iv) Einsetzen von α = α_C(< 1) in f_a(α), um ein geschätztes Schichtzusammensetzungsverhältnis f_a(α_C) = a_C zu berechnen, wenn eine Schicht erzeugt wird, indem das Substrat senkrecht zur Mittelachse an der Position des Substratpositionskoeffizienten α_C gehalten wird, und Einsetzen von α = 1 in f_b(α), um ein geschätztes Schichtzusammensetzungsverhältnis f_b(1) = b₁ zu berechnen, wenn eine Schicht erzeugt wird, indem das Substrat senkrecht zur Mittelachse an der Spitze der Wolke gehalten wird, wobei dieses b₁ das geschätzte Schichtzusammensetzungsverhältnis b_C an der Position des Substratpositionskoeffizienten α_C bildet, (v) Vergleichen des berechneten Wertes α_C und der folgenden Gleichung (4) und Vergleichen des berechneten Wertes b_C(= b₁) und der folgenden Gleichung (5), wobei (v-1) wenn 1,0 ≤ a_C ≤ 1,2 und 0,8 ≤ b_C(= b₁) < 1,0, die Zusammensetzungsverhältnisse a(= 2RE/Ba) und b (= 3Ba/2Cu) als Zusammensetzungsverhältnisse des Targets auf Oxidbasis bestimmt werden und (v-2) wenn a_C < 1,0 oder 1,2 < a_C und/oder b_C(= b1) < 0,8 oder 1,0 ≤ b_C(= b1), die folgende Prozedur (vi) angewendet wird, um die Zusammensetzungsverhältnisse a(= 2RE/Ba) und b(= 3Ba/2Cu) des Targets auf Oxidbasis zu bestimmen, und (vi) Berechnen von a_C – (1,0 + 1,2)/2 = Δa und/oder b_C(= b₁) – (0,8 + 1,0)/2 = Δb und Bestimmen der Zusammensetzungsverhältnisse a(= 2RE/Ba) und b(= 3Ba/2Cu) des Targets auf Oxidbasis als (a – Δa) und (b – Δb): 1,0 ≤ 2RE/Ba ≤ 1,2 (4) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (5).
Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der auf das Target auf Oxidbasis gerichtete Impulslaser eine Energiedichte von 2 bis 5 J/cm² aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid mit einer Schichtbildungsgeschwindigkeit von 0,8 Å/Impuls oder mehr erzeugt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei dieser supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid (i) die Schichtdicke 1,0 μm oder mehr beträgt und (ii) die Kristalle mit ausgerichteter c-Achse über die gesamte Dickenrichtung in einem Volumenanteil von 80% oder mehr vorliegen.
Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieses RE gleich Gd ist.
Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Metallsubstrat ist.
Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid, dadurch gekennzeichnet, daß er nach einem Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist.
Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid, der nach einem Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 und 6 bis 11 hergestellt ist, wobei der Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid dadurch gekennzeichnet ist, daß die supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid in einem Magnetfeld mit 3 T einen kritischen Strom von 40 A/cm Breite oder mehr aufweist.
Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet ist, daß die supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid eine Zusammensetzung aufweist, die den folgenden Gleichungen (4) und (5) entspricht: 1,0 ≤ 2RE/Ba ≤ 1,2 (4) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (5).
Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid, der nach einem Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach einem der Ansprüche 2, 3 und 5 bis 11 hergestellt ist, wobei der Supraleiter aus einem aus RE123 basierenden Oxid dadurch gekennzeichnet ist, daß die supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid in einem Magnetfeld mit 3 T einen kritischen Strom von 60 A/cm Breite oder mehr aufweist.
Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet ist, daß die supraleitende Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid eine supralei tende Phase mit einer Zusammensetzung aufweist, die den folgenden Gleichungen (4) und (5) entspricht: 1,0 ≤ 2RE/Ba ≤ 1,2 (4) 0,8 ≤ 3Ba/2Cu < 1,0 (5).
Supraleiter aus einem auf RE123 basierenden Oxid nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei der supraleitenden Schicht aus einem auf RE123 basierenden Oxid (i) die Schichtdicke 1,0 μm oder mehr beträgt und (ii) Kristalle mit ausgerichteter c-Achse über die gesamte Dickenrichtung in einem Volumenanteil von 80% oder mehr vorliegen.