JP2006513553A - テープ基板上の超伝導材料 - Google Patents

Abstract

本発明の超伝導ワイアは、基板と自動的に配列する超伝導材料の連続層とを含む。本発明のワイアの長さは１０メートルを超える。

Description

本発明は一般に、超伝導体に関し、詳細には、テープ基板上の超伝導材料に関する。

本出願は、同時に出願され本願譲受人に譲渡された２００２年７月２６日に出願された「テープ基板上の超伝導材料を形成する方法および装置」という名称の米国特許出願第１０／２０６，１２３号、および同時に出願され本願譲受人に譲渡された２００２年７月２６日に出願された「テープ基板上に薄膜を形成する方法および装置」という名称の米国特許出願第１０／２０６，７８３号の関連出願であり、これらの出願に開示された内容は参照により本明細書に組み込まれている。

金属中の電気抵抗は、固体を伝播する電子が、完全な並進対称からの偏差のせいで散乱されるために生じる。これらの偏差は、不純物かあるいはフォノン格子振動のどちらかによって発生する。抵抗に対して、不純物は温度に依存しない寄与分を形成し、振動は温度に依存する寄与分を形成する。

用途によっては、電気抵抗は極めて望ましくない。たとえば、電力送信においては、電気抵抗は電力損失すなわちロスを生じる。この電力損失は、通常のワイア中では電流に比例して大きくなる、すなわち、Ｐ＝Ｉ^２Ｒ。すなわち、大電流を運ぶワイアは、大量のエネルギーを失う。さらに、変圧器が長いほど、モータが大きいほど、または伝送距離が長いほど、より長いワイアが使用され、損失がより大きくなる。というのは、ワイア中の抵抗はその長さに比例するからである。したがって、たとえ比較的電流が小さくても、ワイアの長さが増大するにつれてより多くのエネルギーがワイア中で失われる。したがって、発電所は、消費者が使用するより多くのエネルギーを発生させる。というのは、エネルギーの一部がワイアの抵抗によって失われるからである。

その転移温度Ｔ_ｃ未満に冷却された超伝導体中には抵抗が無い。というのは、散乱機構が電流担体の運動を妨げることができないからである。最も知られた種類の超伝導材料中では、クーパー対として知られる電子対によって電流が運ばれる。２つの負に帯電した電子が結合される機構は、ＢＣＳ（バーデン クーパー シュリーファー）理論によって説明される。超伝導状態、すなわちＴ_ｃ未満で、電子対の結合エネルギーは、フェルミ・エネルギーすなわち固体中の最大占有レベルであるＥ_ｆでのエネルギー・スペクトル中にギャップの開口をもたらす。これによって、対の状態を「通常の」単一電子状態から分離させる。クーパー対の大きさは、一般的に１０００Åである可干渉距離によって与えられるが、銅酸化物中では３０Åほどに小さくなることができる。１対によって占有される空間は他の多くの対を含み、それによって、対の占有状態の複雑な相互依存関係が形成される。したがって、これらの対を散乱させるには熱エネルギーが不十分である。というのは、対のうちの１つの電子の進行方向を反転させる場合は、その対および他の多くの複雑な相互依存関係に起因する対を破壊する必要があるからである。その結果、これらの対は、電流を妨げられずに運ぶ。超伝導体理論のより詳しい情報についてはエム、ティンカム（M. Tinkham）の「超伝導入門（Introduction to Superconductivity）」（１９７５年マグローヒル、ニューヨーク）を参照されたい。

多くの様々な材料は、それらのＴ_ｃ未満の温度に冷却されると超伝導体になることができる。たとえば、いくつかの古典的なＩ型超伝導体は、（それらのそれぞれのケルビン温度（Ｋ）でのＴ_ｃを共に表すと）カーボン １５Ｋ、鉛 ７．２Ｋ、ランタン ４．９Ｋ、タンタル ４．４７Ｋ、および水銀 ４．４７Ｋである。いくつかのＩＩ型超伝導体は、高温超電導体の新しい種類の一部であるが、（それらのそれぞれのケルビン温度（Ｋ）でのＴ_ｃを共に表すと）Hg_0.8Tl_0.2Ba₂Ca₂Cu₃O_8.33 １３８Ｋ、Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀ １１８Ｋ、およびYBa₂Cu₃O_7-x ９３Kである。最後の超伝導体は、その組成、すなわち、イットリウム、バリウム、銅、および酸素の故にＹＢＣＯ超伝導体としてもよく知られているが、特に電力用として最高の性能で、最高に安定な高温超伝導体とみなされている。ＹＢＣＯはペロブスカイト構造である。この構造は、金属酸化物構造中に複雑な原子の層構造を有する。図１にイットリウム原子１０１、バリウム原子１０２、銅原子１０３、および酸素原子１０４を含むYBa₂Cu₃O₇の構造を示す。酸化物超伝導体に関するより詳しい情報は、ロバート、ジェイ、キャバ（Robert J. Cava）の「酸化物超伝導体（Oxide Superconductors）」（２０００年、ジャーナル・オブ・アメリカンセラミック・ソサイアティ（J. Am. Ceram. Soc）８３巻、１号、５〜２８頁）を参照されたい。

ＹＢＣＯ超伝導体特有の問題、および酸化物超伝導体一般の問題は、それらがそれらの酸化物特性の故に製造し難く、それらの複雑な原子構造の故に超伝導形状に製造することが難しいことである。構造中の最小の欠陥、たとえば、原子構造の不規則化または化学組成の変化が、それらの超伝導特性を破壊し、または深刻に劣化させることがある。欠陥は多くの原因、なかんずく、不純物、不適切な材料濃度、不適切な材料相、不適切な温度、粗末な原子構造、および基板への不適切な材料供給から生じ得る。

薄膜ＹＢＣＯ超伝導体は、パルス・レーザ堆積、スパッタリング、有機金属堆積、物理気相成長、および化学気相成長を含む多くの方法で製作することができる。薄膜ＹＢＣＯ超伝導体の堆積の場合の２つの典型的な方法を本明細書で例として説明する。第１の方法は、図２に示すように反応チャンバ２００中でウェハ基板上に有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）によってＹＢＣＯを形成する。この製作方法は半導体デバイスのものと類似している。ウェハ基板をホルダー２０１上に載置する。この基板をヒータ２０２で加熱する。また、このウェハ基板を回転させ、それによって基板ウェハ上へのより均一な堆積ならびに基板のより均一な加熱を可能にする。ガス状の材料を入口２０４からシャワー・ヘッド２０３によって基板に供給する。このシャワー・ヘッド２０３は、基板ウェハ上に材料の層流を供給する。この材料は加熱されたウェハ上に集まり超伝導体を成長させる。余剰な材料は、ポンプに結合した排気口２０８を経由してチャンバ２００から除去する。チャンバ２００の壁面上への望まない材料の堆積を防ぐために、冷却液を壁面中のジャケット２０５に流す。シャワー・ヘッド２０３の内側に材料が蓄積するのを防ぐために冷却液をシャワー・ヘッド中のコイル２０６に流す。ドア２０７は、被膜／基板試料の挿入および取り出しのためにチャンバ２００の内側へアクセス可能にする。この被膜の処理は光学ポート２０９からモニタすることができる。

第２の方法では、連続的な金属テープ基板３０１を使用する可能性を含む、基板上へのパルス・レーザ堆積によってＹＢＣＯを形成する。このテープ基板３０１は、反応チャンバ３００の内側で２つのローラ３０２および３０３によって支持する。ローラ３０２は、ＹＢＣＯの成長を可能にする温度までテープ３０１を加熱するヒータ３０４を備える。この材料３０５は、一般的にはエキシマ・レーザ３０６によってターゲットを照射することによってＹＢＣＯターゲットから柱状噴流状に蒸発させる。次いで、この柱状噴流蒸気が基板３０１上にＹＢＣＯ超伝導膜を形成する。ローラ３０２および３０３は、レーザ・ターゲットを通過したテープの連続的な運動を可能にし、したがってテープ上へのＹＢＣＯ材料の連続的な被覆を可能にする。レーザ３０６はチャンバ３００の外部にあり、レーザ３０６からのビームは光学ポート３０７を経由してチャンバ３００に入射することに留意されたい。次いで、得られたテープを切断し、ＹＢＣＯ超伝導体材料の層を有するテープまたはリボンを形成する。

上記で説明した高温超電導体薄膜の形成方法のどちらも電力用の銅（または他の金属）ワイアの置き換えに使用できるＹＢＣＯの長い長さのテープまたはリボンを作製することができない。第１の方法は、超伝導体材料の小片をウェハ上に作製することを可能にするに過ぎない、たとえば、バッチ・プロセス。第２に方法は、数フィート（ただし、１フィートは３０．３ｃｍである）の長さのテープを作製するのに使用できるだけであり、厚さ数ミクロンの超伝導膜を作り出すのに複数パスを使用する。第２の方法は、約５フィート（約１．５メートル）の実際上の限界がある。より長いテープにはより長い加熱チャンバが必要になる。より長い加熱ローラも必要になる。テープはローラ３０２を離した後で冷却し、したがって必要な温度まで加熱バックアップをするのにより長い時間を要する。チャンバの他方の側を冷却しつつ、チャンバの一方の側を加熱すると、金属基板上に形成されたＹＢＣＯ層および他の層中に熱クラックが誘導されることもある。第２の方法によって作り出された小片のテープを一緒にスライスして長さが長いテープを形成することができるが、おまけに小片が超伝導体であるので、接合技法が高品質な高温超電導体の接合部を得るまでにはまだ至っていない。その結果、現在の超伝導体形成のための構成は、超伝導材料の長く連続的なテープを形成することができない。

本発明は、連続的で長さの長い超伝導体リボンまたはテープまたはワイアを形成するように、金属リボンまたはテープまたはワイア上に連続的に形成される超伝導体好ましくはＹＢＣＯを対象とする。本明細書で使用する超伝導ワイアという用語には、電流を運ぶために使用されるどんな超伝導素子も含まれることに留意されたい。

本発明の超伝導テープは、それだけには限定されないが、YBCO、YBa₂Cu₃O_7-x、NbBa₂Cu₃O_7-x、LaBa₂Cu₃O_7-x、Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_y、Pb_2-xBi_xSr₂Ca₂Cu₃O_y、Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_z、Tl₂Ba₂CaCu₂O_x、Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O_y、Tl₁Ba₂Ca₂Cu₃O_z、Tl_1-xBi_xSr_2-yBa_yCa₂Cu₄O_z、Tl₁Ba₂Ca_lCu₂O_z、Hg₁Ba₂Ca₁Cu₂O_y、Hg₁Ba₂Ca₂Cu₃O_y、MgB₂、酸化銅、希土類金属酸化物、および他の高温超伝導体を含む様々な超伝導材料から形成することができる。

先に、以後の本発明の詳細な説明がより良く理解されるために本発明の態様および技術的な利点をやや大まかに概説した。以後、本発明の追加の態様および利点を説明するが、それらは本発明の特許請求の範囲の主題を形成する。当然のことながら当業者なら、開示された概念および具体的な実施形態は、本発明の同じ目的を実施するための他の構造を修正または設計する場合のベースとして容易に使用できる。また、当然のことながら当業者なら、このような等価な構造は添付の特許請求の範囲で説明したような本発明の精神および範疇から逸脱しないことを理解するはずである。本発明をその構成および適用方法の両方に関して特徴付けると考えられる新規な態様は、他の目的および利点と共に、添付の図に関連して考察したとき以下の説明からよりよく理解されるであろう。しかし、図のそれぞれは図示し説明するためだけに提供され、本発明を限定するものではないことをはっきりと理解すべきである。

次に、本発明をより完全に理解するために、添付の図面に関連してなされた以下の説明を参照する。

図４は、本発明を使用して高温超伝導（ＨＴＳ）材料の連続的テープを製造するシステム４００の実施形態の概略図である。このシステム４００は、協働して超伝導（ＳＣ）材料を金属基板上に堆積させ、それによって、ＨＴＳ材料が大きくてよく配向した粒子状態および主として小角度の粒界状態で自動的に整列するようにするいくつかのステージを有する。この原子配向によって、高い電流密度、たとえば、１００，０００アンペア／ｃｍ^２以上のＪｃが可能になる。

この金属基板は、好ましくは、厚さ１０／１０００〜１／１０００インチ（０．００２５４.〜０．０００２５４ｃｍ）の金属箔テープ４０８である。このテープは望む幅にすることができる。たとえば、このテープは得られるＨＴＳテープが大量の電流を運ぶことができるよう広くすることができ、あるいは、得られるＨＴＳテープがより幅が狭いストリップ片に切断することができるよう広くすることもできる。

このテープ４０８は、好ましくは、ニッケルおよび／またはニッケル合金からなり、ＨＴＳ材料の成長を促進させる予め決められた原子配列を有する。また、このテープは、ニッケル、銀、パラジウム、白金、銅、アルミニウム、鉄、タングステン、タンタル、バナジウム、クロム、スズ、亜鉛、モリブデン、チタンを含むこともできる。このようなテープは、オークリッジ国立研究所によって記述されている。テープ４０８はＨＴＳ層を支え、したがって、強いだけでなく、延性すなわち可塑性がなければならない。本明細書で説明したように、テープの一方の側だけをＨＴＳ層でコーティングするが、両側をＨＴＳ層でコーティングすることもできることに留意されたい。

このテープ４０８は、好ましくは、繰り出しリール４０１によって繰り出す。この繰り出しリール４０１は、テープを一定速度で供給する連続的な供給リールである。この繰り出しリールは（巻き取りリール４０６と共に）好ましくは、張力を制御してテープのたるみ（張力過小）ならびにテープの伸びまたは破断（張力過大）を防ぐ。処理の際に（たとえば、テープを高温に加熱すると）テープのたるみまたは伸びのどちらかによって、ＨＴＳ層が損傷されあるいは破壊されることがある。最も好ましくは、テープが繰り出しリール４０１から巻き取りリール４０６まで通過する際に張力制御装置４１１によってコンピュータ４０９がテープの張力を制御する。

テープ速度は、いくつかの因子、たとえば、反応チャンバの寸法、堆積した材料の所望の厚さ、層の成長速度、反応温度、光束等に依存する。約３ｃｍ／分の好ましい速度が、厚さ約０．５〜５μｍのＹＢＣＯ ＨＴＳ層を連続的に成長させるのに適する。しかし、（それだけには限らないが）所望の厚さ、成長速度、使用される材料、材料濃度等などの因子に応じて、１〜２０ｃｍ／分の速度を使用することができる。調節できるセットであり得るステッパ・モータを含む速度制御装置４１０を、テープの速度に対して使用することが好ましい。最も好ましくは、テープが繰り出しリール４０１から巻き取りリール４０６まで通過する際に速度制御装置４１０によってコンピュータ４０９がテープの速度を制御する。この繰り出しリールは、やはりコンピュータ４０９に接続された速度制御装置も備えることに留意されたい。

このテープ４０８は、清浄でなければならず、潤滑および／または他の汚染物質があってはならない。このような汚染物質は、材料の堆積を妨げ、堆積した材料を化学的に汚染させ、かつ得られる薄膜構造を歪ませることがあり、大抵の場合、超伝導特性に悪影響を及ぼす。蒸気の油性洗浄剤または洗浄剤を予備洗浄ステージ４１２において使用してテープが初期化ステージ４０２に入る前にテープを洗浄することができる。あるいは、機械的な洗浄器、たとえば、ローラ・ワイパーを使用してテープを洗浄することもできる。他の代替法は、液体洗浄剤、たとえば、アセトンを有する超音波浴を使用したテープの洗浄である。残留洗浄剤はテープの初期化ステージ４０２によって蒸発または／燃焼されるはずである。予備洗浄ステージ４１２は、蒸発処理、機械的処理、または浴処理の組合せだけでなく、蒸発処理、機械的処理、または浴処理を複数回適用できることに留意されたい。さらに、このステージは、システム４００から分離して操作することもできる。次いで、得られる洗浄済みテープを再度巻き取り、システム４００中でテープ４０１として使用する。

超伝導層を成長させる前に初期化ステージ４０２では、テープ基板４０８を予備加熱および／または予備処理する。このステージでは、テープ４０８の温度を約５００℃まで上げる。この温度は、室温と次のステージの温度の間にある。この処理によってテープ基板の熱衝撃を低減させる。予備処理は、上面の超伝導体層を含む表面層を成長させる前にテープ基板から汚染物質を減少させる。また、このステージは金属を覆う元々ある酸化物も除去する。このステージは、好ましくは脱酸素剤、たとえば、水素（Ｈ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）、および／または一酸化炭素、ならびにアルゴン（および／または非反応性ガス、たとえば、Ｎ_２）を含む還元雰囲気を有する。この脱酸素剤は、金属表面の酸化物と反応してそれを裸の金属に還元する。表面の金属酸化物は、ＨＴＳ層の原子配列を乱して、超伝導特性に影響を及ぼすので除去すべきである。

初期化ステージ４０２の実施形態の例を図５に示す。このステージは、好ましくは石英または非反応性材料（たとえば、ステンレス鋼）からなる少なくとも１つの支持部５０１を備える。他の材料としては、金、白金、酸化アルミニウム、LaAlO₃、SrTiO₃、および／または他の金属酸化物材料を含むことができる。この支持部は、テープを引っ掛けたり、あるいはねじれさせたりしないように滑らかに研磨すべきである。というのは、それによって、基板の原子配列が乱れ、低品質のＨＴＳ膜が生じるからである。また、この支持部は、たるみを防ぐのにちょうど必要な大きさでなければならならず、それによって、テープとの接触を最小にし汚染を防ぐ。ヒータ５０２は、テープの加熱に使用する。このヒータ５０２は、複数のステージ、たとえば、５０２ａ、５０２ｂ、および５０２ｃを備え、各ステージはテープを所望の温度までプラス方向に加熱する。これによって、テープ基板の熱衝撃が低減される。この実施形態において、ヒータが支持パイプ５０８を備えることに留意されたい。このパイプは、ガスおよび／または他の材料がこのパイプに入るかまたはパイプから出ることあるいはその両方を可能にする複数のポート（図示せず）を有する。テープは、テープ・ポート５０６からこのステージに入り、テープ・ポート５０７からステージを出て行く。これらのテープ・ポート５０６および５０７は、移行チャンバ７０１上のもののように狭いスリットである必要はないことに留意されたい。あるいは、狭いスリットが移行チャンバの部分になく、代わりにテープ・ポート５０６および５０７が狭いスリットを備えてもよい。材料ポート５０４および５０５は、それぞれこのステージの環境を規定するために使用するガスの入口および出口を提供する。ステージ４０２の外部温度を下げるために冷却パイプ５０３を設けることもでき、あるいは、このステージ４０２内に冷却ジャケットを直接設けてもよい。

下表に、初期化ステージの環境の実施した例を示す。これらの値は、好ましい値であり使用可能な値であるが、これらは例としてのみ示されている。なお、ＳＣＣＭは標準立方センチメートル／分である。

次のステージは堆積ステージ４０３である。このステージは好ましくは、超伝導体層がその上に堆積されるテープ基板上に１つまたは複数の材料を堆積させる少なくとも１つの反応炉すなわち反応チャンバ６０１を含む。図６Ａに示すようにこの区域は、図７Ａの移行チャンバ７０１によって分離することができる複数の反応チャンバ６０１ａ、６０１ｂ、および６０１ｃを含むことができる。特定の超伝導体は、様々な材料の堆積、様々な濃度、様々な温度、様々な圧力、および／またはそれらの組合せが必要なことがあり、それには複数の異なる動作環境が必要とされる。各チャンバは好ましくは同一であるが、しかし、特定の環境が特に長いまたは特に短い成長時間を必要とし、および／または、層がより厚くまたはより薄くなければならない場合は、これらのチャンバをテープの移動方向でより長くまたはより短く作ることができる。テープは一定速度で移動するので時間は距離と同一となり、より長い堆積時間が必要（および／またはより厚い被膜が必要）な場合は、反応ゾーンがより長くまたは成長速度がより速くなるはずであり、逆も成り立つ。同様にテープ速度を変えると堆積時間も変わる。たとえば、テープを遅くすると堆積時間が長く膜厚が厚くなり、逆も成り立つ。

図６Ａに、反応炉６０１の実施形態の例を示す。この反応炉は、好ましくは石英または非反応性材料（たとえば、ステンレス鋼）からなる少なくとも１つの支持部６０４を備える。他の材料としては、金、白金、酸化アルミニウム、LaAlO₃、SrTiO₃、および／または他の金属酸化物材料を含むことができる。この支持部は、テープを引っ掛けたり、あるいはねじれさせたりしないように滑らかに研磨すべきである。というのは、それによって、基板の原子配列を乱し、低品質のＨＴＳ膜をもたらすからである。また、この支持部は、たるみを防ぐのにちょうど必要な大きさでなければならならず、それによって、テープとの接触を最小にし汚染を防ぐ。この支持部は、加熱素子６１３、たとえば、ランプによってもたらされる熱を補完するヒータを備えることができる。これによって、支持部がヒート・シンクの働きをするのを防ぐ。反応炉の両側に石英、非反応性材料（たとえば、ステンレス鋼）、あるいは石英または非反応性材料で裏打ちされた他のいくつかの材料を備えることができる。他の非反応性材料としては、金、白金、酸化アルミニウム、LaAlO₃、SrTiO₃、および／または他の金属酸化物材料を含むことができる。このテープは、テープ・ポート６０５からこのステージに入り、狭いテープ・ポート６０６からこのステージを出て行く。これらのテープ・ポート６０５および６０６は、移行チャンバ７０１上のもののように狭いスリットである必要はないことに留意されたい。あるいは、狭いスリットが移行チャンバの部分になく、代わりにテープ・ポート６０５および６０６が狭いスリットを備えてもよい。材料ポート６０７は、このステージで使用される材料の出口を提供する。図６Ｄの反応炉６０１の底面図に示すように、これらのポート６０７は反応炉６０１中の材料の層流を促進させるように構成する。言い換えれば、材料はシャワー・ヘッド６０３から流入し、次いでポート６０７から流出する。

この反応炉６０１は、ランプ６０２およびシャワー・ヘッド（配給ヘッド）６０３を含む。図６Ｂおよび６Ｃに、それぞれ、図６Ａに示すランプ６０２およびシャワー・ヘッド６０３の構成の側面図および上面図を示す。図６Ｅに、シャワー・ヘッド、基板、および、支持部の斜視図を示す（図中ランプ６０２は省略していることに注意）。ランプは、材料の堆積を可能にする所望の温度までテープを加熱する。また、ランプは、成長速度を大幅に増進させる、すなわち、反応種の表面拡散を増進させることによって成長速度を増大させる紫外光および可視光も提供し、それによって、厚い層の急速な成長、ならびに、より速いテープ速度および／またはより小さい反応炉が可能になる。ランプは、反射器を使用して光をシャワー・ヘッド６０３の直下の区域である反応区域６０９上に向ける。これによってチャンバ壁面に対する熱流束を低下させる。このランプは、好ましくは、石英ハロゲン・ランプであり、ランプ６０２の長さに沿って延びる複数の電球６０８を備える。他の紫外／可視（ＵＶ／Ｖ）光源、たとえば、キセノン放電光、水銀光、およびエキシマ・レーザ光も使用できることに留意されたい。シャワー・ヘッド６０３は、キャリア・ガスで混合された反応物質蒸気の層流を基板テープ４０８の反応炉の堆積領域までもたらす。このシャワー・ヘッド６０３は、好ましくは、石英で作るが、ステンレス鋼などの他の非反応性材料で作ってもよい。他の材料としては、金、白金、酸化アルミニウム、LaAlO₃、SrTiO₃、および／または他の金属酸化物材料を含むことができる。

シャワー・ヘッドの下の区域は反応炉の堆積領域である。この領域の大きさは、たとえば、テープ速度、堆積速度、チャンバ圧等、所望の厚さの被膜を製造する他のシステム特性に関連して選択する。テープ４０８は、堆積領域にないときは、材料がテープをコーティングするのを防ぐようにシールド６１２によって覆う。

配給ヘッド６０３の配置および寸法は基板４０８の幅に応じて変わる。たとえば、図６Ｂに示すように、幅Ｂ６１２を有する基板４０８の場合、支持部６０４の幅Ａ６１３は、好ましくは、Ｂよりわずかに小さく、たとえばＢ−２ｍｍである。しかし、ＡはＢ±２ｍｍの範囲の値にすることができる。シャワー・ヘッドの幅Ｃ６１０はＢより大きいことが好ましく、たとえばＢ＋１０ｍｍである。しかし、ＣはＢ＋１５ｍｍ〜Ｂ−２ｍｍの範囲の値にすることができる。シャワー・ヘッドと基板の間隔Ｄ６１１は、好ましくはＢ以上である。しかし、ＤはＢ／２以上の値にすることができる。

また、ランプ・ハウジングは、好ましくはランプ反射器の一部分として冷却ジャケット６１０を備える。たとえば、水、オイル、グリコール等の様々な冷却液をこのジャケット中で使用することができる。また、反応炉の両側に冷却ジャケットおよび／または冷却パイプ６１４を備えることもできる。この（これらの）冷却ジャケットは、反応チャンバの外部温度を安全な範囲に低下させるだけでなく、反応種の化学反応が生じない温度まで壁面温度を低下させることによって壁面上の望まない堆積材料の蓄積を低減させる。

この反応炉は、好ましくは、品質管理ポート６１１も含む。このポートは、堆積プロセスの際にテープを観察可能にし、かつ／あるいはテープの品質をテストするためにアクセス可能にする。

基板で結合して堆積被膜、たとえば、ＨＴＳ、バッファ層、オーバーコート層を形成する堆積材料（反応化学物質）またはプリカーサをプリカーサ・システム４０７で供給する。知られたシステムとしては、ガス調製システム、液体調製システム、固体調製システム、およびスラリ調製システムが含まれる。固体プリカーサ供給システムは、一般に、固体プリカーサを、分離した加熱容器中で揮発させ、容器にキャリア・ガスを通し、次いで、キャリア・ガス／プリカーサ蒸気を反応チャンバに流す。これらの固体プリカーサは、蒸発用の１つのマス状に固体として分離または混合することができる。スラリ・プリカーサ供給システムは、溶媒中に溶解してスラリを形成するプリカーサの全てまたは一部を含む高濃度のスラリの少量を、高温ゾーンを備える分離したチャンバ中で蒸発させる。液体プリカーサ供給システムは、溶媒中に溶解したプリカーサの全てまたは一部を含む少量の液体溶液を、高温ゾーンを備える分離したチャンバ中で蒸発させる。次いで、この蒸発したプリカーサをテープ４０８に供給するために反応炉のシャワー・ヘッド内に注入する。液体プリカーサ溶液は、反応炉のシャワー・ヘッドに注入するために噴霧化し、次いで蒸発させる。

ＹＢＣＯ超伝導体と連続的金属箔とを一体化させるために、好ましくは３つの反応炉を使用する。第１の反応炉はバッファ層を提供し、第３の反応炉はＹＢＣＯ層を提供する。この第１反応炉６０１ａは、バッファの薄層、好ましくは酸化セリウム（ＣｅＯ_２）を堆積させる。このバッファ層は、金属基板と超伝導層の間で他の速度の拡散を防ぐのに充分であり、かつ、原子的に配列した後のバッファ層または超伝導体層をその上に成長させる原子的に配列したテンプレートを提供する。この層は、次の２つの反応炉に比べて比較的低温で堆積させ、ニッケルを酸化から防ぐ。この酸化は、後続の層がその上で成長するニッケル基板表面の原子構造を破壊する。この反応炉はフォーミング・ガスたとえば水素の還元環境中で動作するが、酸化物層も成長させることに留意されたい。これは、反応炉内に酸素も供給されることを意味する。(標準気圧に比べて)比較的低圧のため、爆発の危険は無い。以下の表に、第１反応炉の環境の実施した例を示す。これらの値は、好ましい値であり使用可能な値であるが、これらは例としてのみ示している。

第２反応炉６０１ｂは、より高い堆積温度のバッファ層、好ましくは、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）バッファを堆積させる。このバッファ層および金属基板のＹＢＣＯ層内への相互拡散を防ぐ。この反応炉は、Ｏ_２、Ｎ_２Ｏ、Ｏ_３、それらの組合せ、または他の酸化剤からなる酸素リッチな環境中、１〜５トルの圧力、６００〜７００℃の温度で動作する。以下の表に、第２反応炉の環境の実施した例を示す。これらの値は、好ましい値であり使用可能な値であるが、これらは例としてのみ示している。

第３反応炉６０１ｃは、やはり酸素リッチな環境中でＹＢＣＯ層を堆積させる。ＹＢＣＯ層の厚さならびにその化学的純度および結晶品質は、製作された超伝導テープの臨界電流を決定する。この臨界電流はそれを超えるともはや超伝導でなくなる電流である。以下の表に、固体状のプリカーサについての第３反応炉の環境の実施した例を示す。これらの値は、好ましい値であり使用可能な値であるが、これらは例としてのみ示している。

以下の表に、固体（表４）および液体（表５）状のプリカーサについての第３反応炉の環境の実施した例を示す。これらの値は、好ましい値であり使用可能な値であるが、これらは例としてのみ示している。なお、Ｍは重量モル濃度である。

また、堆積ステージ４０３は、ステージ４０２と第１反応炉の間、反応炉間、および最後の反応炉とステージ４０４の間に移行チャンバ７０１も含む。図７Ａに移行チャンバの実施形態の例を示す。テープは、狭いスリット７０３から移行チャンバに入り、狭いスリット７０４から移行チャンバを出て行く。これらのスリットは、ガスおよび他の材料が反応チャンバから移行チャンバまで通過するのを最小にするために使用し、逆も成立する。したがって、この移行チャンバは、ステージまたは反応炉それぞれを他のステージおよび／または反応炉から分離し、それによって、１つのステージまたは反応炉から他のステージまたは反応炉への材料および／またはガスの二次汚染を防ぐ。移行チャンバは、そのどちらかの端部からリークする任意の材料またはガスを制御する真空システム７０６を含み、通常の反応チャンバ圧より高い圧力および低い圧力のどちらかで動作することができる。

この移行チャンバは、好ましくは石英または非反応性材料（たとえば、ステンレス鋼）からなる移動するテープ基板用の少なくとも１つの支持部７０２を備える。他の材料としては、金、白金、酸化アルミニウム、LaAlO₃、SrTiO₃、および／または他の金属酸化物材料を含むことができる。この支持部は、テープを引っ掛けたり、あるいはねじれさせたりしないように滑らかに研磨すべきである。というのは、それによって、基板の原子配列を乱し、低品質のＨＴＳ膜をもたらすからである。また、この支持部は、たるみを防ぐのにちょうど必要な大きさでなければならならず、それによって、テープとの接触を最小にし汚染を防ぐ。

移行チャンバには、移行チャンバ中にある間テープ温度を維持かつ／あるいは調整可能にする１つまたは複数の加熱素子７０７を含むことができる。このヒータ７０７は、テープの温度を維持、あるいはその温度をある点、たとえば、それに接続した２つのステージ間の中点に対して（より高くまたはより低くのどちらかに）調整することができる。たとえば、一方の反応炉が５５０℃で、他方の反応炉が７００℃の場合、移行チャンバが６２５度になるように設定することができる。これによって、テープがステージ間および／または反応炉間を移動するとき、テープの熱衝撃が低減される。この実施形態では、加熱素子７０７が支持パイプ７１１を含むことに留意されたい。このパイプ７１１は、ガスおよび／または他の材料がこのパイプに入るかまたはパイプから出ることあるいはその両方を可能にする複数のポート７１０を有する。図７Ｂにポート７１０を有するパイプ７１１の側面図を示す。

移行チャンバは、好ましくは、移行チャンバ内に少なくとも１種のガス状種を導入可能にする少なくとも１つのポート７０５を含む。この移行チャンバは、基板上に形成された（各）バッファ層または（各）超伝導体層を安定化あるいは向上させ、あるいは以後の層のテープ上への形成を増進させる。たとえば、移行チャンバはテープに酸素を供給することができ、これは、堆積被膜中の酸素の化学量論を維持するのに役立つ。導入されたどんなガス状材料も真空システム７０６によって除去され、ステージ／反応炉のどちらにも入って行かない。

好ましくは、移行チャンバは冷却ジャケット７０８も含む。たとえば、水、オイル、グリコール等の様々な冷却液をこのジャケット中で使用することができる。この冷却ジャケットは、反応チャンバの外部温度を安全な範囲に低下させるだけでなく、反応種の化学反応が生じない温度まで壁面温度を低下させることによって壁面上の望まない堆積材料の蓄積を低減させる。

この移行チャンバは、好ましくは、品質管理ポート７０９も含む。このポートは、堆積プロセスの際にテープの観察を可能にし、かつ／あるいはテープの品質をテストするためにアクセス可能にする。

以下の表に、移行チャンバ７０１−１、７０１−２、７０１−３、および７０１−４の環境の実施した例を示す。これらの値は、好ましい値であり使用可能な値であるが、これらは例としてのみ示している。

次のステージは、アニール・ステージ４０４である。このステージは、基板テープ上の超伝導層中に酸素の化学量論を増加させることができ、完全に処理されたテープを冷却する。このステージの後、テープを超伝導層の劣化無しで通常の大気に曝すことができ、したがって、さらなる移行チャンバは必要ない。テープはこのステージ中に約３０〜６０分間置かれる。テープは、このステージに入るときには約８００〜６５０℃であり、このステージを出るときには約３００℃以下である。このステージでは、テープは酸素雰囲気中にある。

図８に、アニール・ステージの例を示す。このステージは、好ましくは石英または非反応性材料（たとえば、ステンレス鋼）からなる少なくとも１つの支持部８０１を備える。他の材料としては、金、白金、酸化アルミニウム、LaAlO₃、SrTiO₃、および／または他の金属酸化物材料を含むことができる。この支持部は、テープを引っ掛けたり、あるいはねじれさせたりしないように滑らかに研磨すべきである。というのは、それによって、基板の原子配列を乱し、低品質のＨＴＳ膜をもたらすからである。また、この支持部は、たるみを防ぐのにちょうど必要な大きさでなければならず、それによって、テープとの接触を最小にし汚染を防ぐ。ヒータ８０２は、テープの加熱に使用する。このヒータ８０２は、複数のステージ、たとえば、８０２ａ、８０２ｂ、および８０２ｃを備え、各ステージはテープを所望の温度まで低下させる。これによって、テープ基板の熱衝撃が低減される。この実施形態において、ヒータが支持パイプ８０８を備えることに留意されたい。このパイプは、ガスおよび／または他の材料がこのパイプに入るかまたはパイプから出ることあるいはその両方を可能にする複数のポート（図示せず）を有する。テープは、テープ・ポート８０６からこのステージに入り、テープ・ポート８０７からステージを出て行く。これらのテープ・ポート８０６および８０７は、移行チャンバ７０１上のもののように狭いスリットである必要はないことに留意されたい。あるいは、狭いスリットが移行チャンバの部分になく、代わりにテープ・ポート８０６および８０７が狭いスリットを備えてもよい。材料ポート８０４および８０５は、それぞれこのステージの環境を規定するために使用するガスの入口および出口を提供する。冷却パイプ８０３をステージ４０４の外部温度を下げるために設けることもできる。あるいは、冷却ジャケットをこのステージ４０４内に直接設けてもよい。

下表に、アニール・ステージの環境の実施した例を示す。これらの値は、好ましい値であり使用可能な値であるが、これらは例としてのみ示している。

任意選択の封止ステージ４０５で保護コーティング、たとえば、ラッカ、プラスチック、ポリマ、布、金属（たとえば、銀、金、または銅）でテープをコーティングすることもできる。これらの材料は例としてのみ挙げたのであり、他のコーティングを用いることもできる。

任意選択のステージ４１８で、最終の超伝導テープならびに修理中のテープの適正な特性を保証する品質管理テストを実施する。このステージは、ポート６１１ならびに／あるいは７０９を使用できることに留意されたい。さらに、品質管理テストを任意の移行チャンバ７０１中の任意の反応炉６０１ａ、６０１ｂ、および６０１ｃ、および／または予備処理ステージまたはアニール後のステージに組み込むこともできる。さらに、品質管理テストをシステム４００から離して実施することもできる。この品質管理には、原子配列、温度、反射率、表面形態、厚さ、微小構造、Ｔ_ｃ、Ｊ_ｃ、マイクロ波抵抗等を含むＹＢＣＯ特性の直接測定または間接測定、あるいは、原子配列、温度、反射率、表面形態、厚さ、微小構造等を含むバッファ層特性またはコーティング層特性の直接測定または間接測定を組み込むことができる。なお、Ｊ_ｃは、臨界電流密度すなわちワイアが破壊前に処理できる電流の最大量である。いくつかの超伝導体素子のＪ_ｃは、１００，０００アンペア／ｃｍ^２以上になることができ、良好な超伝導体素子のＪ_ｃは、５００，０００アンペア／ｃｍ^２以上になることができる。

本発明は、好ましくは、巻き取りリール４０６を使用して超伝導テープを巻き取る。ワーア・テープ４０８の長さは繰り出しリールおよび巻き取りリールの大きさのみに制限されることに留意されたい。したがって、入力／出力リールの長さに応じて、テープをどんな所望の長さにすることもできる。たとえば、本発明では、１または２キロメートル（ｋｍ）あるいはさらに越える長さのワイア・テープを作製することができる。

コンピュータ４０９を使用して本発明の様々な態様を制御することができることに留意されたい。たとえば、コンピュータは、反応炉内に流れる材料の濃度、反応炉または移行チャンバの温度、テープ速度、テープ張力、様々な反応炉内またはステージ内への材料の流入速度、等を制御することができる。これによって、品質管理テストからのフィードバックが可能になりワイア・テープの特性が向上する。

システム４００は、任意選択で、初期化ステージ４０２およびアニール・ステージ４０４それぞれの圧力制御を助ける圧力制御チャンバ４１４および４１５を含むこともできる。移行チャンバ７０１を圧力制御チャンバとして用いることもできる。このような場合、加熱素子７０７、支持パイプ７１１、および／またはウォータ・ジャケット７０８は必要ないこともある。狭いスリットも、チャンバ４１４とステージ４０２の間、および／またはチャンバ４１５とステージ４０４の間で必要ないことがある。また、このシステムは、初期化ステージ４０２と通常大気の間、または、チャンバ４１４（使用していれば）と通常大気の間に追加の移行チャンバ４１３を使用することもできる。チャンバ４１３は、通常大気と初期化ステージ４０２の環境の混合を防ぐ。たとえば、チャンバ４１３は、通常大気からの酸素が初期化ステージ４０２に流入するのを防ぎ、初期化ステージからの水素が通常大気に流入するのを防ぐ。

このシステムは、真空ポンプ４１７を使用してシステムの様々な構成部品中の所望の圧力を実現する。液体窒素トラップおよびフィルタ４１６を使用して反応炉６０１の排気から材料を除去してポンプ４１７への損傷を防ぐ。他の構成部品もやはり、このような液体窒素トラップおよび／またはフィルタを使用してそれらに付随するポンプへの損傷を防ぐことができる。

図９Ａないし９Ｄに、図４のシステムで作製した本発明の超伝導ワイアにおける相異なる実施態様の例を示す。図９Ａに、バッファ層９０２およびＨＴＳ層９０４を有するテープ基板９０１を示す。図９Ｂに、バッファ層９０２、９０３、ＨＴＳ層９０４、および封止層９０５を有するテープ基板９０１を示す。

図９Ｃに、バッファ層９０２、９０３、および封止層９０５を有する基板９０１を含むＨＴＳ２層ワイアを示す。バッファ層９０６および９０７によって第１ＨＴＳ層９０４と第２ＨＴＳ層９０７を分離する。バッファ層９０６をここで使用することができ、それは必ずしも９０２か９０３のどちらかと同じものではないことに留意されたい。追加の反応炉、移行チャンバ、および／または図４のシステムにおける他の構成部品を用いてこのワイアを作製して追加の層を形成することができる。また、このワイアは、図４のシステムで処理を繰り返すことによって作製することもできる。言い換えると、第１ＨＴＳ層の完成後、ワイアを封止層の追加無しで巻き取ることができる。次いで、このスプールを繰り出しリール４０１に移動させる。次いで、図４のシステムの構成部品のうちの選択された部品を使用して第２ＨＴＳ層を含む次の層を形成する。

図９Ｄに、基板の両側にＨＴＳ層を有するＨＴＳ２層ワイアの別の例を示す。追加の反応炉、移行チャンバ、および／または図４のシステムにおける他の構成部品を用いてこのワイアを作製して追加の層を形成することができる。反対側に層を形成するために、テープの底側を処理する必要があるときテープをねじり、あるいは反転させる追加の装置を図４のシステムに取り付ける。また、このワイアは、図４のシステムで処理を繰り返すことによって作製することもできる。言い換えると、第１ＨＴＳ層の完成後、ワイアを封止層の追加無しで巻き取ることができる。テープの側面を反転させるために巻き取りリール４０６は、図４に示すようにリールの上部から(時計回りに)巻き取る代わりに、リールの底部からテープを（反時計回りに）巻き取る。次いで、このスプールを繰り出しリール４０１に移動させる。次いで、図４のシステムでテープを処理して第２ＨＴＳ層を含む次の層を形成する。

本発明のワイアは、電流搬送、配電、電気モータ、発電機、変圧器、漏電制限器、超伝導磁石エネルギー蓄積システム（ＳＭＥＳ）、ならびに、（それだけには限定されないが、ＭＲＩシステム、吸引形磁気浮上輸送システム、粒子加速器、および電磁流体発電システムを含む）様々な磁石に使用することができる。

本発明のシステムを使用して、それだけには限らないが、YBCO、YBa₂Cu₃O_7-x、NbBa₂Cu₃O_7-x、LaBa₂Cu₃O_7-x、Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_y、Pb_2-xBi_xSr₂Ca₂Cu₃O_y、Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_z、Tl₂Ba₂CaCu₂O_x、Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O_y、Tl₁Ba₂Ca₂Cu₃O_z、Tl_1-xBi_xSr_2-yBa_yCa₂Cu₄O_z、Tl₁Ba₂Ca_lCu₂O_z、Hg₁Ba₂Ca₁Cu₂O_y、Hg₁Ba₂Ca₂Cu₃O_y、MgB₂、酸化銅、希土類金属酸化物、および他の高温超伝導材料を含む様々な超伝導材料から本発明の超伝導ワイアを形成することができる。また、本発明は、それだけには限らないが、CeO₂( or CEO)、 Y₂O₃-ZrO₂( or YSZ)、Gd₂O₃、 Eu₂O₃) 、Yb₂O₃、 RuO₂、LaSrCoO₃、MgO、 SiN、 BaCeO₂、 NiO、Sr₂O₃、 SrTiO₃、および BaSrTiO₃を含む様々なバッファ材料を含むこともできる。

本発明およびその利点を詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範疇から逸脱することなく、様々な変更、置換、改変を本明細書に加え得ることを理解すべきである。さらに、本出願の範疇は、明細書に説明したプロセス、機械、製造物、物質組成、手段、方法およびステップの具体的な実施形態に限定されるものではない。当業者なら本発明の開示から容易に判るように、本明細書に説明された対応する実施形態とほぼ同じ働きをし、あるいはほぼ同じ結果を実現する、現に存在しまたは後に開発される、プロセス、機械、製造物、物質組成、手段、方法およびステップは、本発明に従って使用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、このようなプロセス、機械、製造物、物質組成、手段、方法およびステップをその範疇内に含むものとする。

ＹＢＣＯ超伝導体の周知の原子構造を示す図である。 ＹＢＣＯ超伝導体を作製する第１の従来技術の構成を示す図である。 ＹＢＣＯ超伝導体を作製する第２の従来技術の構成を示す図である。 本発明を生産するための実施形態の一例を示す図である。 本発明を生産するための初期化ステージの実施形態を示す図である。 本発明を生産するための堆積ステージの反応炉の一実施形態を示す図である。 本発明を生産するための堆積ステージの反応炉の一実施形態を示す図である。 本発明を生産するための堆積ステージの反応炉の一実施形態を示す図である。 本発明を生産するための堆積ステージの反応炉の一実施形態を示す図である。 本発明を生産するための堆積ステージの反応炉の一実施形態を示す図である。 本発明を生産するための移行チャンバの一実施形態を示す図である。 本発明を生産するための移行チャンバの一実施形態を示す図である。 本発明を生産するためのアニール・ステージの実施形態を示す図である。 本発明の超伝導ワイアの一実施形態を示す図である。 本発明の超伝導ワイアの一実施形態を示す図である。 本発明の超伝導ワイアの一実施形態を示す図である。 本発明の超伝導ワイアの一実施形態を示す図である。

Claims (76)

1. 超伝導ワイアであって、
   基板と、
   前記基板の片側上に位置し、自動的に整列した超伝導材料の連続層とを含み、
   前記超伝導ワイアの長さが１０メートルを超える、超伝導ワイア。
2. 前記超伝導材料が、
   YBCO、YBa₂Cu₃O_7-x、NbBa₂Cu₃O_7-x、LaBa₂Cu₃O_7-x、Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_y、Pb_2-xBi_xSr₂Ca₂Cu₃O_y、Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_z、Tl₂Ba₂CaCu₂O_x、Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O_y、Tl₁Ba₂Ca₂Cu₃O_z、Tl_1-xBi_xSr_2-yBa_yCa₂Cu₄O_z、Tl₁Ba₂Ca_lCu₂O_z、Hg₁Ba₂Ca₁Cu₂O_y、Hg₁Ba₂Ca₂Cu₃O_y、MgB₂、酸化銅、および他の希土類金属酸化物からなる群から選択される、請求項１に記載の超伝導ワイア。
3. 前記基板が、
   ニッケル、銀、パラジウム、白金、銅、アルミニウム、鉄、タングステン、タンタル、バナジウム、クロム、スズ、亜鉛、モリブデン、およびチタンからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の超伝導ワイア。
4. 前記基板がテープを含む、請求項１に記載の超伝導ワイア。
5. 前記テープの厚さが少なくとも２０マイクロメートルである、請求項４に記載の超伝導ワイア。
6. 前記超伝導材料が高温超伝導材料である、請求項１に記載の超伝導ワイア。
7. 前記連続層の厚さが０．５〜１５マイクロメートルである、請求項１に記載の超伝導ワイア。
8. 前記超伝導材料の超伝導転移温度が１気圧の液体窒素の最高温度以上である、請求項１に記載の超伝導ワイア。
9. 前記基板と超伝導材料の前記連続層との間に少なくとも１つのバッファ層をさらに含む、請求項１に記載の超伝導ワイア。
10. 前記バッファ層が、
    CeO₂、YSZ、Y₂O₃-ZrO₂、Gd₂O₃、Eu₂O₃、Yb₂O₃、RuO₂、LaSrCoO₃、MgO、SiN、BaCeO₂、NiO、Sr₂O₃、SrTiO₃、およびBaSrTiO₃からなる群から選択される材料を含む、請求項９に記載の超伝導ワイア。
11. 前記基板と超伝導材料の前記連続層との間に少なくとも２つのバッファ層をさらに含む、請求項１に記載の超伝導ワイア。
12. 前記バッファ層のそれぞれが、
    CeO₂、YSZ、Y₂O₃-ZrO₂、Gd₂O₃、Eu₂O₃、Yb₂O₃、RuO₂、LaSrCoO₃、MgO、SiN、BaCeO₂、NiO、Sr₂O₃、SrTiO₃、およびBaSrTiO₃からなる群から選択される材料を含む、請求項１１に記載の超伝導ワイア。
13. 前記超伝導ワイアが可撓性である、請求項１に記載の超伝導ワイア。
14. 前記超伝導ワイアの幅が１ｍｍ〜２０ｃｍである、請求項１に記載の超伝導ワイア。
15. 前記連続層の臨界電流密度が少なくとも１００，０００アンペア／ｃｍ^２である、請求項１に記載の超伝導ワイア。
16. 前記連続層の臨界電流密度が少なくとも５００，０００アンペア／ｃｍ^２である、請求項１５に記載の超伝導ワイア。
17. 前記連続層をコーティングする封止層をさらに含む、請求項１に記載の超伝導体。
18. 前記封止層が、
    金属、金属酸化物、金、銀、銅、アルミニウム、ポリマ、および誘電材料からなる群から選択される材料を含む、請求項１７に記載の超伝導ワイア。
19. 自動的に配列した超伝導材料の別の連続層をさらに含む、請求項１に記載の超伝導ワイア。
20. 前記連続層の前記超伝導体材料が前記別の連続層の超伝導体材料とは異なる、請求項１９に記載の超伝導ワイア。
21. 前記連続層の前記超伝導体材料が前記別の連続層の超伝導体材料と同じである、請求項１９に記載の超伝導ワイア。
22. 前記別の連続層が前記基板の他の側面上に位置する、請求項１９に記載の超伝導ワイア。
23. 前記別の連続層が前記連続層と前記基板の間に位置する、請求項１９に記載の超伝導ワイア。
24. 前記連続層と前記別の連続層の間に少なくとも１つのバッファ層をさらに含む、請求項２３に記載の超伝導ワイア。
25. 前記バッファ層が、
    CeO₂、YSZ、Y₂O₃-ZrO₂、Gd₂O₃、Eu₂O₃、Yb₂O₃、RuO₂、LaSrCoO₃、MgO、SiN、BaCeO₂、NiO、Sr₂O₃、SrTiO₃、およびBaSrTiO₃からなる群から選択される材料を含む、請求項２４に記載の超伝導ワイア。
26. 前記別の連続層の前記超伝導材料が、
    YBCO、YBa₂Cu₃O_7-x、NbBa₂Cu₃O_7-x、LaBa₂Cu₃O_7-x、Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_y、Pb_2-xBi_xSr₂Ca₂Cu₃O_y、Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_z、Tl₂Ba₂CaCu₂O_x、Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O_y、Tl₁Ba₂Ca₂Cu₃O_z、Tl_1-xBi_xSr_2-yBa_yCa₂Cu₄O_z、Tl₁Ba₂Ca_lCu₂O_z、Hg₁Ba₂Ca₁Cu₂O_y、Hg₁Ba₂Ca₂Cu₃O_y、MgB₂、酸化銅、および他の希土類金属酸化物からなる群から選択される、請求項１９に記載の超伝導ワイア。
27. 前記超伝導ワイアが電流輸送に使用される、請求項１に記載の超伝導ワイア。
28. 前記超伝導ワイアが配電に使用される、請求項１に記載の超伝導ワイア。
29. 前記超伝導ワイアが磁石に使用される、請求項１に記載の超伝導ワイア。
30. 前記超伝導ワイアがモータに使用される、請求項１に記載の超伝導ワイア。
31. 前記超伝導ワイアが発電機に使用される、請求項１に記載の超伝導ワイア。
32. 前記超伝導ワイアが故障電流リミッタに使用される、請求項１に記載の超伝導ワイア。
33. 前記超伝導ワイアが超電導磁気エネルギー貯蔵システムに使用される、請求項１に記載の超伝導ワイア。
34. 前記超伝導ワイアがトランスに使用される、請求項１に記載の超伝導ワイア。
35. 基板と、
    前記基板の一方の側面上に位置する超伝導材料の連続層とを含む超伝導ワイアであって、
    前記超伝導ワイアの長さが１０メートルを超え、前記連続層の臨界電流密度が少なくとも１００，０００アンペア／ｃｍ^２である、超伝導ワイア。
36. 前記連続層の臨界電流密度が少なくとも５００，０００アンペア／ｃｍ^２である、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
37. 前記超伝導材料が自動的に配列する、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
38. 前記超伝導材料が、
    YBCO、YBa₂Cu₃O_7-x、NbBa₂Cu₃O_7-x、LaBa₂Cu₃O_7-x、Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_y、Pb_2-xBi_xSr₂Ca₂Cu₃O_y、Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_z、Tl₂Ba₂CaCu₂O_x、Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O_y、Tl₁Ba₂Ca₂Cu₃O_z、Tl_1-xBi_xSr_2-yBa_yCa₂Cu₄O_z、Tl₁Ba₂Ca_lCu₂O_z、Hg₁Ba₂Ca₁Cu₂O_y、Hg₁Ba₂Ca₂Cu₃O_y、MgB₂、酸化銅、および他の希土類金属酸化物からなる群から選択される、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
39. 前記基板が、
    ニッケル、銀、パラジウム、白金、銅、アルミニウム、鉄、ならびに、前記のものとタングステン、タンタル、バナジウム、クロム、スズ、亜鉛、モリブデン、およびチタンとの合金からなる群から選択される材料を含む、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
40. 前記基板がテープを含む、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
41. 前記テープの厚さが少なくとも２０マイクロメートルである、請求項４０に記載の超伝導ワイア。
42. 前記超伝導材料が高温超伝導材料である、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
43. 前記連続層の厚さが０．５〜１５マイクロメートルである、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
44. 前記超伝導材料の超伝導転移温度が１気圧の液体窒素の最高温度以上である、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
45. 前記基板と超伝導材料の前記連続層との間に少なくとも１つのバッファ層をさらに含む、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
46. 前記バッファ層が、
    CeO₂、YSZ、Y₂O₃-ZrO₂、Gd₂O₃、Eu₂O₃、Yb₂O₃、RuO₂、LaSrCoO₃、MgO、SiN、BaCeO₂、NiO、Sr₂O₃、SrTiO₃、およびBaSrTiO₃からなる群から選択される材料を含む、請求項４５に記載の超伝導ワイア。
47. 前記基板と超伝導材料の前記連続層との間の少なくとも２つのバッファ層をさらに含む、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
48. 前記バッファ層のそれぞれが、
    CeO₂、YSZ、Y₂O₃-ZrO₂、Gd₂O₃、Eu₂O₃、Yb₂O₃、RuO₂、LaSrCoO₃、MgO、SiN、BaCeO₂、NiO、Sr₂O₃、SrTiO₃、およびBaSrTiO₃からなる群から選択される材料を含む、請求項４７に記載の超伝導ワイア。
49. 前記超伝導ワイアが可撓性である、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
50. 前記超伝導ワイアの幅が１ｍｍ〜２０ｃｍである、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
51. 前記連続層をコーティングする封止層をさらに含む、請求項３５に記載の超伝導体。
52. 前記封止層が、
    金属、金属酸化物、金、銀、銅、アルミニウム、ポリマ、および誘電材料からなる群から選択される材料を含む、請求項５１に記載の超伝導ワイア。
53. 自動的に配列した超伝導材料の別の連続層をさらに含む、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
54. 前記連続層の前記超伝導体材料が前記別の連続層の超伝導体材料とは異なる、請求項５３に記載の超伝導ワイア。
55. 前記連続層の前記超伝導体材料が前記別の連続層の超伝導体材料と同じである、請求項５３に記載の超伝導ワイア。
56. 前記別の連続層が前記基板の他の側面上に位置する、請求項５３に記載の超伝導ワイア。
57. 前記別の連続層が前記連続層と前記基板の間に位置する、請求項５３に記載の超伝導ワイア。
58. 前記連続層と前記別の連続層の間に少なくとも１つのバッファ層をさらに含む、請求項５７に記載の超伝導ワイア。
59. 前記バッファ層が、
    CeO₂、YSZ、Y₂O₃-ZrO₂、Gd₂O₃、Eu₂O₃、Yb₂O₃、RuO₂、LaSrCoO₃、MgO、SiN、BaCeO₂、NiO、Sr₂O₃、SrTiO₃、およびBaSrTiO₃からなる群から選択される材料を含む、請求項５８に記載の超伝導ワイア。
60. 前記別の連続層の前記超伝導材料が、
    YBCO、YBa₂Cu₃O_7-x、NbBa₂Cu₃O_7-x、LaBa₂Cu₃O_7-x、Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_y、Pb_2-xBi_xSr₂Ca₂Cu₃O_y、Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_z、Tl₂Ba₂CaCu₂O_x、Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O_y、Tl₁Ba₂Ca₂Cu₃O_z、Tl_1-xBi_xSr_2-yBa_yCa₂Cu₄O_z、Tl₁Ba₂Ca_lCu₂O_z、Hg₁Ba₂Ca₁Cu₂O_y、Hg₁Ba₂Ca₂Cu₃O_y、MgB₂、酸化銅、および他の希土類金属酸化物からなる群から選択される、請求項５３に記載の超伝導ワイア。
61. 前記超伝導ワイアが電流輸送に使用される、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
62. 前記超伝導ワイアが配電に使用される、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
63. 前記超伝導ワイアが発電機に使用される、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
64. 前記超伝導ワイアが磁石に使用される、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
65. 前記超伝導ワイアがモータに使用される、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
66. 前記超伝導ワイアが故障電流リミッタに使用される、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
67. 前記超伝導ワイアが超電導磁気エネルギー貯蔵システムに使用される、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
68. 前記超伝導ワイアがトランスに使用される、請求項３５に記載の超伝導ワイア。
69. 基板と、
    前記基板に隣接し、ＣｅおよびＯを含む第１バッファ層と、
    前記第１バッファ層に隣接し、ＹＳＺを含む第２バッファ層と、
    前記第２バッファ層に隣接し、自動的に配列したＹＢＣＯ超伝導材料の連続層とを含む、超伝導ワイア。
70. 前記超伝導ワイアの長さが１０メートルを超える、請求項６９に記載の超伝導ワイア。
71. 前記連続層の臨界電流密度が少なくとも１００，０００アンペア／ｃｍ^２である、請求項６９に記載の超伝導ワイア。
72. 前記連続層の臨界電流密度が少なくとも５００，０００アンペア／ｃｍ^２である、請求項６９に記載の超伝導ワイア。
73. 基板と、
    前記基板に隣接し、ＣｅおよびＯを含む第１バッファ層と、
    前記第１バッファ層に隣接し、ＹＳＺを含む第２バッファ層と、
    前記第２バッファ層に隣接したＹＢＣＯ超伝導材料の連続層とを含み、
    前記連続層の臨界電流密度が少なくとも１００，０００アンペア／ｃｍ^２である、超伝導ワイア。
74. 前記連続層の臨界電流密度が少なくとも５００，０００アンペア／ｃｍ^２である、請求項７３に記載の超伝導ワイア。
75. 前記超伝導ワイアの長さが１０メートルを超える、請求項７３に記載の超伝導ワイア。
76. 前記超伝導材料が自動的に配列する、請求項３５に記載の超伝導ワイア。

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