JP2005116408A - 酸化物超伝導薄膜およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 膜厚を厚くしても臨界電流密度特性が劣化せず、磁場中における単位幅当たりの臨界電流値の大きい酸化物系超伝導薄膜の提供。
【解決手段】 超伝導材料のＲＥとＢａの置換量、成膜時の基板温度、成膜時の酸素分圧を制御し、該超伝導材料を基板上に直接成長させる超伝導体層１を基板温度の高い条件で作製し、さらに該超伝導体層１上に成長させる超伝導体層２を基板温度の低い条件で作製することにより、二層以上の超伝導体層中の薄膜成長時に膜中に生成する積層欠陥の量を制御することにより、超伝導積層体中に微細なピンニング点を導入した超伝導薄膜。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超伝導線材や超伝導フィルタ等に利用される酸化物系超伝導薄膜およびその製造方法に関する。

Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系に代表される酸化物系超伝導体は、液体窒素温度（７７Ｋ）よりも高い臨界温度Ｔ_Ｃを示すため、超伝導線材や超伝導フィルタへの応用が期待されている。このような酸化物系超伝導体を超伝導線材や超伝導フィルタに応用する際には、臨界電流密度Ｊ_Ｃを向上させる必要がある。また、磁場中における臨界電流密度の低下を防ぐためには、超伝導体中にピンニング点を導入する必要がある。

このような状況の中で、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物系超伝導薄膜では、Ｃｕ−Ｏの析出物をピンニング点とする方法が考えられている（非特許文献１参照）。しかしながら、このようなピンニング点を超伝導体中に均一に分散させるのは困難である。

また、基板上の酸化物超伝導薄膜の結晶のｃ軸面が、基板の薄膜形成面と平行に配列した相の中に、結晶のｃ軸面が基板の薄膜形成面と垂直に配列した板状の相をピンニング点として用いる方法もある（非特許文献２参照）。しかし、この方法では、膜厚を厚くすると、ピンニング点が電流パスを遮断してしまうため、臨界電流密度Ｊ_Ｃが低下すると考えられる。

H. Yamane, et al., J. Appl. Phys., Vol.69, No.11, 1991, pp.7948-7950 H. Fuke et al., Appl. Phys. Lett., Vol.60, No.21, 1992, pp.2686-2688

上述したように、酸化物系超伝導薄膜の臨界電流密度を向上させる例が報告されているが、酸化物系超伝導薄膜を超伝導線材や超伝導フィルタに応用する際には、臨界電流値に加えて薄膜の単位幅当たりの臨界電流値（超伝導線材の評価には、１ｃｍ幅当たりの臨界電流値を表す単位Ａ／１ｃｍ−ｗｉｄｔｈがよく用いられる）も大きくする必要がある。このためには、臨界電流密度を低下させずに、薄膜の厚さを厚くする必要がある。

本発明は、このような課題を解決するために、酸化物系超伝導薄膜において膜厚を厚くしても臨界電流密度特性が劣化せず、磁場中における単位幅当たりの臨界電流値の大きい酸化物系超伝導薄膜を提供することを目的とするものである。

本発明の第１の態様である超伝導薄膜は、基板と、該基板上に形成され、複数の超伝導体層から構成される超伝導積層体を含み、該複数の超伝導体層はそれぞれ異なる欠陥密度を有することを特徴とする。前記複数の超伝導体層のそれぞれは、結晶のｃ軸が基板面に垂直であり、かつＲＥ_１＋ｘＢａ_２−ｘＣｕ_３Ｏ_６＋ｙ（式中、ＲＥはＬａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、ＹおよびＹｂからなる群から選択され、ｘは０〜０．２であり、ｙは０〜２である）の一般式を有する酸化物で構成されていてもよい。また、前記超伝導積層体は、第１超伝導体層と第２超伝導体層から形成され、前記第１超伝導体層の欠陥密度は、前記第２超伝導体層の欠陥密度よりも小さくすることが望ましい。さらに、前記超伝導積層体は、第１超伝導体層と第２超伝導体層から形成され、前記第１超伝導体層は、前記第２超伝導体層を形成する際の基板温度よりも少なくとも５０℃以上高い基板温度において形成されていてもよい。

本発明の第２の態様である超伝導薄膜の製造方法は、基板上に、複数の超伝導体層から構成される超伝導積層体を積層して超伝導薄膜を製造する方法であって、基板上に第１超伝導体層を形成する工程と、該第１超伝導体層の上に第２超伝導体層を形成する工程とを少なくとも備え、前記第１超伝導体層を形成する際の基板温度は、該第２超伝導体層を形成する際の基板温度よりも少なくとも５０℃以上高いことを特徴とする。ここで、前記第１超伝導体層の欠陥密度が、前記第２超伝導体層の欠陥密度よりも小さくすることが望ましい。また、前記第１超伝導体層を形成する工程および前記第２超伝導体層を形成する工程は、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）以上の酸素分圧を有する雰囲気下，６８０℃以上の基板温度における物理気相成長法または化学気相成長法を用いて実施されてもよい。

本発明の別の態様は、第１の態様の超伝導薄膜を用いた超伝導超伝導線材または超伝導デバイスである。本発明のさらに別の態様は、第２の態様の超伝導薄膜の製造方法を用いた超伝導線材または超伝導デバイスの製造方法である。

本発明によれば、酸化物系超伝導薄膜の臨界電流特性が磁場中での劣化を抑制することができ、磁場中で単位幅当たりの臨界電流値の大きな酸化物超伝導薄膜、超伝導線材、超伝導システム、超伝導デバイスの提供が可能である。

本発明の超伝導薄膜の例示的構成を図１に示す。図１の超伝導薄膜は、基板１上に超伝導積層体が形成された構造を有し、該超伝導積層体は第１超伝導体層２と第２超伝導体層３から形成されている。

本発明の基板１として、ＳｒＴｉＯ_３、ＬａＡｌＯ_３などのペロブスカイト型結晶；ＭｇＯ、ＮｉＯなどの岩塩型結晶；ＭｇＡｌ_２Ｏ_４などのスピネル型結晶；イットリウム安定化ジルコニア、ＣｅＯ_２などの蛍石型結晶；希土類Ｃ型結晶；パイクロア型結晶などの酸化物；ならびに金属基板（純Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−ＷなどのＮｉ基合金基板、純Ｃｕ、Ｃｕ−ＮｉなどのＣｕ基合金基板、またはＦｅ−Ｓｉ、ステンレスなどのＦｅ基合金基板）を用いることができる。また、前述の酸化物基板、前述の金属基板、窒化物基板、半導体基板の表面に前述の酸化物または硼化物（ＭｇＢ_２など）からなるバッファー層を形成したものを基板１として用いてもよい。より好ましい基板は、ＭｇＯ基板、金属基板、酸化物で被覆された金属基板を含む。特に、酸化物で被覆された長尺状の金属基板を用いることは、超伝導線材を形成する際に有利である。基板１を形成するための材料は特に限定されるものではないが、超伝導体層を形成する酸化物系超伝導材料の格子定数に近い格子定数を有することが望ましい。

本発明の超伝導積層体を構成するそれぞれの超伝導体層は、酸化物系超伝導材料から形成され、該材料は化学式ＲＥ_１＋ｘＢａ_２−ｘＣｕ_３Ｏ_６＋ｙ（式中、ＲＥはＬａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，ＹまたはＹｂであり、ｘは０〜０．２であり、ｙは０〜２である）で示される、希土類（ＲＥ）を含む酸化物系超伝導材料である。

本発明の超伝導積層体は、基板１と接触して設けられ、より小さい欠陥密度を有する第１超伝導体層２と、第１超伝導体層の上に設けられ、より大きい欠陥密度を有する第２の超伝導体層３とを少なくとも含む。本発明の超伝導積層体は、基板と接触して設けられる第１層の欠陥密度がその上に設けられる第２層の欠陥密度より小さいことを条件として、３つ以上の層から構成されていてもよい。また、本発明の超伝導体層を構成するそれぞれの超伝導体層は、それぞれ異なる欠陥密度を有する。それら超伝導体層は、同一の酸化物系超伝導材料から形成されていてもよいし、異種の酸化物系超伝導材料で形成されていてもよい。以下に、２つの層から形成される超伝導積層体について詳述する。

第１超伝導体層２は、基板１と接触して設けられ、より小さい欠陥密度を有する酸化物系超伝導材料の層である。また、第１超伝導体層２を形成する超伝導材料がｃ軸配向（基板面に対してｃ軸が垂直である）していることによって、超伝導面であるａｂ面が基板と平行になり、基板と平行方向に大きな電流を流すことが可能になる。加えて、その上に形成される層（第２超伝導体層３または２つ以上の超伝導体層のそれぞれ）をｃ軸配向させるためにも、第１超伝導体層２がｃ軸配向していることが重要である。

第１超伝導体層２は、レーザ蒸着法またはスパッタ蒸着法のような物理気相成長法、または有機化学蒸着法などの化学気相成長法、好ましくはパルスレーザ蒸着法（ＰＬＤ）、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成することができる。ＰＬＤは、ターゲットの組成比が形成される薄膜の組成比に反映されるので、ＲＥとＢａとの平均組成（置換量の値ｘ）を制御する点において望ましい形成方法である。なお、本発明における「平均組成」とは、層の一部において組成のゆらぎがあってもよいが、層全体としては指定の組成を有することを意味する。本発明の超伝導積層体を構成するそれぞれの超伝導体層をＰＬＤ法によって積層する場合、超伝導体層を形成する金属の酸化物を所望の比率において混合し焼結させたものをターゲットとして用いることができる。ターゲットに照射するレーザとしては、当該技術において知られている任意のもの、たとえばＡｒ−Ｆエキシマーレーザなどを用いることができる。

また、ＭＯＣＶＤは、原料ガスの流量を制御することによって形成される薄膜の組成を制御することができるので、ＰＬＤと同様にＲＥとＢａとの平均組成（置換量の値ｘ）を制御する点において望ましい形成方法である。本発明の超伝導積層体を構成するそれぞれの超伝導体層をＭＯＣＶＤ法によって積層する場合、原料ガスとしては超伝導体層を構成する金属の錯体、アルコキシド、アルキル化物など当該技術において知られている任意の材料を用いることができる。この際に、原料ガスの保持（気化）温度を制御して、各原料ガスの流量（分圧）を所望の組成の超伝導体層を形成するように設定することができる。第１超伝導体層２を形成する際には、より小さい欠陥密度を有し、ｃ軸配向（基板面に対してｃ軸が垂直である）した超伝導体薄膜を得るために、高い基板温度（８００〜９００℃）を用いることが望ましい。好ましくは、ＰＬＤの場合には８００〜８５０℃、ＭＯＣＶＤの場合には８００〜９００℃の基板温度が用いられる。また、超伝導体材料中の酸素の組成比を所望の範囲内とするために、ＰＬＤおよびＭＯＣＶＤは酸素雰囲気下で実施される。酸素分圧を０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）以上とすることが望ましい。

本明細書における「欠陥」とは、超伝導体材料を積層したままの状態では認識されないが、層の表面をエッチャント（Ｂｒ_２−ＭｅＯＨなど）でエッチングした際に、孔（ピット）が形成される部位を意味する。欠陥の存在および単位面積当たりの密度は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、透過型電子顕微法（ＴＥＭ）などの検出手段を用いて確認ないし測定することが可能である。超伝導体層中の欠陥は、磁界が印加される際に超伝導体積層体中に侵入する量子化磁束のピンニング点として機能する。前述の方法で形成される第１超伝導体層２中の欠陥は、ｎｍオーダーの微細な大きさを有するために層中を基板に平行に流れる電流を阻害することがない。したがって、本発明の超伝導薄膜は、超伝導線材あるいは超伝導フィルターなどの超伝導体デバイスとして用いる際に有用である。第１超伝導体層２中の欠陥の密度は、超伝導体層の材料、基板１の材料、成膜時の基板温度および酸素分圧によって制御される。望ましい欠陥の密度は意図される用途に依存するが、たとえば、１μｍ平方の領域において約１０個程度とすることができる。

第１超伝導体層２は、前述のようにそれ自身がｃ軸配向し、かつその上に形成される超伝導体層をｃ軸配向させるのに充分な膜厚を有することが望ましい。第１超伝導体層２は、好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内の膜厚を有することが適当である。

第２超伝導体層３は、第１超伝導体層２の上に該層と接触して設けられ、より大きい欠陥密度を有する酸化物系超伝導材料の層である。また、第１超伝導体層２の作用により、第２超伝導体層３を形成する超伝導材料はｃ軸配向する。したがって、超伝導面であるａｂ面が基板と平行になり、基板と平行方向に大きな電流を流すことが可能になる。

第２超伝導体層３は、第１超伝導体層２と同様に、レーザ蒸着法またはスパッタ蒸着法のような物理気相成長法、あるいは有機化学蒸着法などの化学気相成長法、好ましくはパルスレーザ蒸着法（ＰＬＤ）、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成することができる。ＰＬＤに用いられるターゲットおよびレーザ、ならびにＭＯＣＶＤに用いられる原料ガスは、第１超伝導体層２と同様のものを用いることができる。ただし、第２超伝導体層３を形成する際には、より大きい欠陥密度を有する超伝導体薄膜を得るために、第１超伝導体層２の形成温度よりも少なくとも５０℃低い基板温度を用いることが望ましい。第２超伝導体層３は、通常６８０℃以上の基板温度、好ましくは７３０〜７８０℃の範囲内の基板温度、より好ましくはＰＬＤの場合には７３０〜７８０℃の基板温度、ＭＯＣＶＤの場合には７３０〜７８０℃の基板温度において形成される。また、超伝導体材料中の酸素の組成比を所望の範囲内とするために、ＰＬＤおよびＭＯＣＶＤは酸素雰囲気下で実施される。酸素分圧を０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）以上とすることが望ましい。

第１超伝導体層２の成膜時基板温度を８３０℃とした場合の、第２超伝導体層３の成膜時基板温度と第２超伝導体層３中の欠陥密度の関係を、図４に示す。図４から明らかなように、７８０℃以下の基板温度を用いた場合に、欠陥密度が著しく増大していることが分かる。したがって、欠陥の密度（量）を大幅に増大させるためには、少なくとも５０℃の基板温度差が必要であることが確認された。

前述のような基板温度で作製した該酸化物系超伝導層内部には、微細な積層欠陥が晶出し、該欠陥が量子化磁束のピンニング点として機能すると考えられる。第１超伝導体層２の場合と同様、前述の方法で形成される第２超伝導体層３中の欠陥は、ｎｍオーダーの大きさを有するために層中を基板に平行に流れる電流を阻害することがなく、本発明の超伝導薄膜を超伝導線材あるいは超伝導フィルターなどの超伝導体デバイスとして用いる際に有用である。第２超伝導体層３中の欠陥の密度は、超伝導体層の材料、基板１の材料、成膜時の基板温度および酸素分圧によって制御される。望ましい欠陥の密度は意図される用途に依存するが、たとえば、１μｍ平方の領域において約３０個程度とすることができる。

第２超伝導体層３は、所望される量の電流を流すのに充分な膜厚を有することが望ましい。第２超伝導体層３は、好ましくは３００ｎｍ以上、より好ましくは３００ｎｍ〜３．０μｍの範囲内の膜厚を有することが適当である。

超伝導積層体の全膜厚（第１超伝導体層２と第２超伝導体層との合計膜厚、あるいは３つ以上の超伝導体層を用いる場合にその全膜厚）は、一般的には０．７〜２．０μｍであるが、特定の用途においては、全膜厚をより大きくしてもよい。

（実施例１）
ＰＬＤ法により、ＭｇＯ基板上に、Ｓｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超伝導積層体を積層した超伝導薄膜を作製した。

最初に、Ｓｍ_１＋ｘＢａ_２−ｘＣｕ_３Ｏ_６＋ｙ（ｘ＝０，０．０４，０．０８，０．１２）のターゲットにエキシマレーザを照射し、ＭｇＯ基板上に、膜厚１０ｎｍの第１超伝導体層を積層した。このとき、基板温度を８００〜８５０℃に、真空チャンバ内の酸素分圧を０．４Ｔｏｒｒ（５３Ｐａ）に設定した。

得られたＳｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物で形成される第１超伝導体層を調べたところ、該酸化物の結晶のｃ軸は、基板の成膜面に対して垂直であることが確認された。さらに得られた第１超伝導体層をＢｒ_２−ＭｅＯＨ（０．１６６体積％）を用いてエッチングし、ＡＦＭで表面観察した結果、図２に示すような表面観察像が確認された。この結果から、第１超伝導体層が約１０個／μｍ^２の欠陥密度を有することが確認された。また、ＴＥＭによる微細組織観察からも、これらの積層欠陥が晶出していることが確認される。

次に、Ｓｍ_１＋ｘＢａ_２−ｘＣｕ_３Ｏ_６＋ｙ（ｘ＝０，０．０４，０．０８，０．１２）のターゲットにエキシマレーザを照射し、第１超伝導体層上に、膜厚５００ｎｍの第２超伝導体層を積層した。このとき、基板温度を７００〜８００℃に、真空チャンバ内の酸素分圧を０．４Ｔｏｒｒ（５３Ｐａ）に設定した。

第１超伝導体層の場合と同様に、得られたＳｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物で形成される第２超伝導体層を調べたところ、該酸化物の結晶のｃ軸は、第１超伝導体層の成膜面（すなわち、基板の成膜面）に対して垂直であることが確認された。さらに得られた第２超伝導体層をＢｒ_２−ＭｅＯＨ（０．１６６体積％）を用いてエッチングし、ＡＦＭで表面観察した結果、図３に示すような表面観察像が確認された。この結果から、第２超伝導体層が約３０個／μｍ^２の欠陥密度を有することが確認された。また、ＴＥＭによる微細組織観察からも、これらの欠陥が晶出していることが確認される。

上記方法により得られた超伝導薄膜の超伝導臨界温度Ｔ_Ｃを調べたところ、９０Ｋ以上であることが確認された。また、臨界電流密度Ｊ_Ｃは低下せず、温度７７ＫにおいてＪ_Ｃ＝２〜４×１０^６Ａ／ｃｍ^２（ｘ＝０，０．０４）が得られた。さらに、超伝導薄膜の磁場中でのＪｃ測定を行った。磁場は、膜面に対して垂直に、すなわち結晶のｃ軸方向に平行に印加した。その結果、温度７７Ｋにおいて５Ｔ（テスラ）の印可磁場中で、Ｊｃ＝３×１０^５Ａ／ｃｍ^２（ｘ＝０．０４の場合）という大きな臨界電流密度が得られ、本実施例の超伝導薄膜が優れた超伝導特性を有することが明らかとなった。

さらに、ターゲットの組成比のｘを大きくした膜においては、膜厚を厚くしても、臨界電流密度Ｊ_Ｃが低下しないことが明らかとなった。前述と同様に形成した第１超伝導体層の上に、ターゲットとしてＳｍ_１＋ｘＢａ_２−ｘＣｕ_３Ｏ_６＋ｙ（ｘ＝０．０８，０．１２）を用い、膜厚１．１μｍの第２超伝導体層３を形成した。得られた超伝導薄膜における、超伝導線材の評価に用いられる１ｃｍ幅当たりの臨界電流値Ｉ_Ｃは、温度７７Ｋにおいて、４００〜４８３Ａ／１ｃｍ−ｗｉｄｔｈであった。Ｉ_Ｃの最大値は、ｘ＝０．０８の組成のターゲットを用いた場合に、Ｉ_Ｃ＝４８３Ａ／１ｃｍ−ｗｉｄｔｈという高い臨界電流値が得られた。

（比較例１）
ＰＬＤ法により、ＭｇＯ基板上に、単一層のＳｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超伝導体層を積層した超伝導薄膜を作製した。

Ｓｍ_１＋ｘＢａ_２−ｘＣｕ_３Ｏ_６＋ｙ（ｘ＝０，０．０４，０．０８，０．１２）のターゲットにエキシマレーザを照射し、ＭｇＯ基板上に、膜厚５００ｎｍの超伝導体層を積層した。このとき、基板温度を７９０〜８５０℃に、真空チャンバ内の酸素分圧を０．４Ｔｏｒｒ（５３Ｐａ）に設定した。

得られたＳｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物で形成される超伝導体層を調べたところ、該酸化物の結晶のｃ軸は、基板の成膜面に対して垂直であることが確認された。さらに得られた超伝導体層をＢｒ_２−ＭｅＯＨ（０．１６６体積％）を用いてエッチングして、ＡＦＭで表面観察した結果、超伝導体層が約１０個／μｍ^２の欠陥密度を有することが確認された。また、ＴＥＭによる微細組織観察からも、これらの積層欠陥が晶出していることが確認される。

上記方法により得られた超伝導薄膜の超伝導臨界温度Ｔ_Ｃを調べたところ、９０Ｋ以上であることが確認された。また、臨界電流密度Ｊ_Ｃは低下せず、温度７７ＫにおいてＪ_Ｃ＝２〜４×１０^６Ａ／ｃｍ^２（ｘ＝０，０．０４）が得られた。さらに、超伝導薄膜の磁場中でのＪｃ測定を行った。磁場は、膜面に対して垂直に、すなわち結晶のｃ軸方向に平行に印加した。その結果、温度７７Ｋにおいて５Ｔの印可磁場中では、臨界電流密度がＪｃ＝４×１０^４Ａ／ｃｍ^２（ｘ＝０．０４の場合）まで低下することが明らかとなった。

以上のように、比較例１の超伝導薄膜は、無磁界の場合には実施例１の超伝導薄膜と同等の臨界電流密度を示すが、磁界を印加した場合に臨界電流密度が著しく低下することが分かる。この結果は、単一層で構成された本比較例１の超伝導薄膜中には、充分な量のピンニング点が導入されていないことによると考えている。

（実施例２）
ＭＯＣＶＤ法により、ＳｒＴｉＯ_３基板上に、Ｎｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超伝導積層体を積層した超伝導薄膜を作製した。

最初に、有機金属（ＭＯ）原料としてＮｄ（ＤＰＭ）_３、Ｂａ（ＤＰＭ）_２及びＣｕ（ＤＰＭ）_２（ここで、ＤＰＭは、ジピバロイルメタンである）を用い、ＳｒＴｉＯ_３基板上に、約１０ｎｍの膜厚を有する第１超伝導体層を積層した。このとき、それぞれのＭＯ原料の保持温度を１２５℃，２４０℃および１２０℃とした。また、基板温度を８００〜８５０℃に、真空チャンバ内の酸素分圧を３Ｔｏｒｒ（０．４０ｋＰａ）に設定した。

得られたＮｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物で形成される第１超伝導体層を調べたところ、該酸化物の結晶のｃ軸は、基板の成膜面に対して垂直であることが確認された。さらに得られた第１超伝導体層をＢｒ_２−ＭｅＯＨ（０．１６６体積％）を用いてエッチングし、ＡＦＭで表面観察した結果、第１超伝導体層が約７個／μｍ^２の欠陥密度を有することが確認された。また、ＴＥＭによる微細組織観察からも、これらの積層欠陥が晶出していることが確認される。

次に、有機金属（ＭＯ）原料としてＮｄ（ＤＰＭ）_３、Ｂａ（ＤＰＭ）_２及びＣｕ（ＤＰＭ）_２を用い、第１超伝導体層上に、約５００ｎｍの膜厚を有する第２超伝導体層を積層した。このとき、それぞれのＭＯ原料の保持温度を１２５℃，２４０℃および１２０℃とした。また、基板温度を７００〜８００℃に、真空チャンバ内の酸素分圧を０．４Ｔｏｒｒ（５３Ｐａ）に設定した。この基板温度は、積層欠陥の多い酸化物系超伝導層の基板温度に比べ少なくとも１００℃低い条件で行った。

第１超伝導体層の場合と同様に、得られたＮｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物で形成される第２超伝導体層を調べたところ、該酸化物の結晶のｃ軸は、第１超伝導体層の成膜面（すなわち、基板の成膜面）に対して垂直であることが確認された。さらに得られた第２超伝導体層をＢｒ_２−ＭｅＯＨ（０．１６６体積％）を用いてエッチングし、ＡＦＭで表面観察した結果、第２超伝導体層が約２０個／μｍ^２の欠陥密度を有することが確認された。また、ＴＥＭによる微細組織観察からも、これらの積層欠陥が晶出していることが確認される。

上記方法により得られた超伝導薄膜の超伝導臨界温度Ｔ_Ｃを調べたところ、９０Ｋ以上であることが確認された。また、臨界電流密度Ｊ_Ｃは低下せず、温度７７ＫにおいてＪ_Ｃ＝１×１０^６Ａ／ｃｍ^２が得られた。さらに、超伝導薄膜の磁場中でのＪｃ測定を行った。磁場は、膜面に対して垂直に、すなわち結晶のｃ軸方向に平行に印加した。その結果、温度７７Ｋにおいて５Ｔ（テスラ）の印可磁場中で、Ｊｃ＝１．２×１０^５Ａ／ｃｍ^２という大きな臨界電流密度が得られ、本実施例の超伝導薄膜が優れた超伝導特性を有することが明らかとなった。

本発明の超伝導薄膜の例示的構成を示す断面図である。 実施例１で得られた第１超伝導体層のＡＦＭによる表面観察像（１μｍ×１μｍ）を示す図である。 実施例１で得られた第２超伝導体層のＡＦＭによる表面観察像（１μｍ×１μｍ）を示す図である。 第１超伝導体層の成膜基板温度を８３０℃と一定にしたときの、第２超伝導体層の成膜基板温度と第２超伝導体層中の欠陥密度の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 基板
２ 第１超伝導体層
３ 第２超伝導体層
４ 欠陥
５ エッチングによって確認される欠陥

Claims (12)

1. 基板と、該基板上に形成され、複数の超伝導体層から構成される超伝導積層体を含み、該複数の超伝導体層はそれぞれ異なる欠陥密度を有することを特徴とする超伝導薄膜。
2. 前記複数の超伝導体層のそれぞれは、結晶のｃ軸が基板面に垂直であり、かつＲＥ_１＋ｘＢａ_２−ｘＣｕ_３Ｏ_６＋ｙ（式中、ＲＥはＬａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、ＹおよびＹｂからなる群から選択され、ｘは０〜０．２であり、ｙは０〜２である）の一般式を有する酸化物で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超伝導薄膜。
3. 前記超伝導積層体は、第１超伝導体層と第２超伝導体層から形成され、前記第１超伝導体層の欠陥密度は、前記第２超伝導体層の欠陥密度よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の超伝導薄膜。
4. 前記超伝導積層体は、第１超伝導体層と第２超伝導体層から形成され、前記第１超伝導体層は、前記第２超伝導体層を形成する際の基板温度よりも少なくとも５０℃以上高い基板温度において形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の超伝導薄膜。
5. 基板上に、複数の超伝導体層から構成される超伝導積層体を積層して超伝導薄膜を製造する方法であって、
   基板上に第１超伝導体層を形成する工程と、
   該第１超伝導体層の上に第２超伝導体層を形成する工程と
   を少なくとも備え、前記第１超伝導体層を形成する際の基板温度は、該第２超伝導体層を形成する際の基板温度よりも少なくとも５０℃以上高いことを特徴とする超伝導薄膜の製造方法。
6. 前記第１超伝導体層の欠陥密度が、前記第２超伝導体層の欠陥密度よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の超伝導薄膜の製造方法。
7. 前記第１超伝導体層を形成する工程および前記第２超伝導体層を形成する工程は、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）以上の酸素分圧を有する雰囲気下，６８０℃以上の基板温度における物理気相成長法を用いて実施されることを特徴とする請求項５または６に記載の超伝導薄膜の製造方法。
8. 前記第１超伝導体層を形成する工程および前記第２超伝導体層を形成する工程は、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）以上の酸素分圧を有する雰囲気下，６８０℃以上の基板温度における化学気相成長法を用いて実施されることを特徴とする請求項５または６に記載の超伝導薄膜の製造方法。
9. 請求項１から４のいずれかに記載の超伝導薄膜を用いたことを特徴とする超伝導線材。
10. 請求項１から４のいずれかに記載の超伝導薄膜を用いたことを特徴とする超伝導デバイス。
11. 請求項５から８のいずれかに記載の超伝導薄膜の製造方法を用いたことを特徴とする超伝導線材の製造方法。
12. 請求項５から８のいずれかに記載の酸化物系超伝導薄膜の製造方法を用いたことを特徴とする超伝導デバイスの製造方法。

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