JP2007532775A

JP2007532775A - 超伝導体被覆テープのための二軸配向フィルム堆積

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Inventors: シュミンシオン; ベンカトセルバマニカム
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Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2005-04-08
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Abstract

非常に高い堆積レートで、二軸配向フィルムを連続的に移動する金属テープ基板上に堆積する方法が開示される。これらの方法は、フィルムを基板上に、基板法線から約５°から約８０°の斜め入射角を持つ堆積フラックスで堆積し、同時に、該堆積フィルムを該フィルムの最良イオン配向方向または第２の最良イオン配向方向のいずれかに沿って設けられたイオンビーム入射角でイオンビームを使って照射し、それにより二軸配向フィルムを形成することを含み、堆積フラックス入射面は二軸配向フィルムが早い面内成長速度を持つ方向に沿って平行に設けられる。基板、前記方法で前記基板上に堆積された二軸配向フィルム、及び二軸配向フィルム上に堆積された超伝導層を含む超伝導物品が同様に開示される。

Description

本発明は、一般的に第二世代超伝導体の分野に関係する。さらに詳細には、本発明は二軸配向フィルムを、連続的に移動する金属基板テープ上に非常に高いレートで堆積するためのプロセスに関係する。さらに詳細には、本発明は、フィルムが、斜め入射角を持つ堆積フラックスで基板上に堆積され、それと同時に、該フィルムの最良イオン配向方向（ＢＩＴＤ）、または第２の最良イオン配向方向のいずれかに沿って配列されるイオンビーム入射角でイオンビーム照射し、これにより堆積フラックス入射面が、二軸配向膜が早い面内成長速度を持つ方向に平行に配置される二軸配向フィルムを形成するプロセスに関係する。

Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ（ＹＢＣＯ）フィルムに基づくもののような第２世代超伝導テープが、電気抵抗なしに大量の電流を搬送するよう開発されてきた。そのような第２世代高温超伝導体（ＨＴＳ）は代表的には、フレキシブルな金属テープ等の金属基板上に堆積された二軸配向（狭い面外及び面内粒子配向分布）層よりなる。該二軸配向層は、多くの他のものの中でＹＢＣＯフィルムにおいて高い電流密度（Ｊ_c）を可能にすることが知られている。

送電に対して及ぼす粒界特性の効果は、ＹＢＣＯフィルムに対して実証されてきた（Ｄｉｍｏｓｅｔａｌ．（１９８８）Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．６１：２１９、及びＤｉｍｏｓｅｔａｌ．（１９９０）Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．４１：４０３８）。清浄な、化学量論的境界にとって、臨界電流密度は、主に粒界の不整合によって決定されるようである。

フレキシブルな金属テープ上に、高い臨界電流密度を持つ、鋭く配向されたＹＢＣＯフィルムを成長させるためにいくつかの試みがなされてきた。１つのアプローチにおいて、二軸配向層が、イオンビームアシスト堆積（ＩＢＡＤ）を用い、ハステロイ（商標登録）などのＮｉベースの合金テープ上に堆積された（Ｓ．Ｒ．Ｆｏｙｌｔｎｅｔａｌ．ＩＥＥＩＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＡｐｐｌｉｅｄＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ９（１９９９）ｐｐ．１５１９）。イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）のバッファ層のＩＢＡＤは、二軸配向層を得るために最初に実証された製法であり、いくつかの最も長く、かつ最良の性能のＹＢＣＯ超伝導体のいくつかを生み出した。一般的に、ＩＢＡＤ−ＹＳＺにおける配向発展は成長競争メカニズムに基づくものであることが受け入れられている。その結果、この方法の一つの不利な点は、良い面内配向を達成するために厚い層を成長させなければならない点である。通常、厚さが約１，０００ｎｍ厚以上の二軸配向層は、半値全幅（ＦＷＨＭ）が１５°以下の面内配向しか達成しない。この問題は、高品質のＩＢＡＤ−ＹＳＺを成長させるのに必要な非常に低い堆積レート（約０．１ｎｍ／秒）によってさらに悪化される。厚いフィルムと低い堆積レートの組み合わせは、約１，０００ｎｍ以上の厚みの二軸配向層を成長させるために長い堆積時間（通常、数時間）を必要とする。従って、この製法は高速で、大規模な産業上の利用に適していない。

酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のＩＢＡＤは、０．１ｎｍ／秒の堆積レートを用いて約１０ｎｍの厚さのフィルムにおいて非常に良好な二軸配向を達成するのに使われてきた（Ｊ．ＲＧｒｏｖｅｓｅｔａｌ．，Ｐｒｏｃ．２００１Ｉｎｔｌ．ＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，Ｈｏｎｏｌｕｌｕ，ＨＩ（Ｊｕｎｅ２４−２７，２００１），ｐ．３）。このＩＢＡＤ−ＭｇＯプロセスそれ自体は、ＩＢＡＤ−ＹＳＺよりも約１００倍早いものとすることができる。しかしながら、このＩＢＡＤ−ＭｇＯプロセスはバッファ構造において、少なくとも３つの付加的な層を必要とする；第１はアモルファスシード層であり、第２は厚いホモエピタキシャル成長ＭｇＯ層であり、第３はＹＢＣＯとのよりよい格子整合のためのさらなるもう１つの層である。３つの付加的な層を必要とすることにより、ＩＢＡＤ−ＭｇＯにおけるバッファ構造を処理するために付加的な時間と努力を必要とする。さらには、ＭｇＯの二軸配向は、下地基板の粗さばかりではなくその他の要因に対して非常に繊細である。従って、ＩＢＡＤ−ＭｇＯベースの層の製造においては高い収率を達成することは困難である。

イオンビーム照射のアシストを用いない傾斜基板堆積（ＩＳＤ）は高い堆積レートを達成することを示してきた（Ｋ．Ｈａｓｅｇａｗａｅｔａｌ，Ｐｒｏｃ．ｏｆ１６ｔｈＩＣＥＣ／ＩＣＭＣ，Ａｍｓｔｅｒｄａｍ：ＥｌｓｅｖｉｅｒＳｃｉｅｎｃｅ（１９９７），ｐ．１０７７；ａｎｄＭ．Ｂａｕｅｒｅｔａｌ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｏｎＡｐｐｌｉｅｄＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ９（１９９９）ｐ．１５０２）。これらの高い堆積レートは、長いワイヤーをコートするのに必要な時間を最小にする。しかしながら、ＩＳＤにより製造されたフィルムの品質は、ＩＢＡＤを使って製造された品質に比べると貧弱であり、これらのＩＳＤ層におけるｃ軸は表面の法線から傾いている。これは臨界電流密度（Ｊ_c）を異方性にし、該臨界電流はその傾き方向に沿って大きく減少する。このＩＳＤ法で堆積されたフィルムは、「屋根瓦」と同様のパターンの粗い表面を持つ傾向がある。

付加的なアプローチにおいて、ＹＳＺのイオンビームナノ配向（ＩＴＥＸ）は、ものの数分間で二軸配向ＹＳＺを生成することが示されてきた（Ｒ．Ｐ．Ｒｅａｄｅｅｔａｌ．，ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８０（２００２）ｐ．１３５２）。ＩＴＥＸは、ＩＴＥＸ法においてはアモルファスＹＳＺ層が最初に堆積され、その後約５５°の角度の斜めイオン（Ａｒ＋）ビームが、チャンバ内のＯ₂を持つアモルファス層を照射する点を除いては、ＩＢＡＤと同様である。その結果はアモルファス層の最上表面に形成される結晶配向である。この方法は非常に高速であるが、しかし非常に質の悪い約４５°の面内配向となる。二軸配向層上に堆積される場合にＹＢＣＯ層における良い特性を達成するためには、約１５°もしくはそれ以下の面内配向が必要となる。

酸化セリウム（ＣｅＯ₂）二軸配向層の高速イオンビームアシスト堆積（高速ＩＢＡＤ）はＩＢＡＤ−ＹＳＺよりもさらに高い堆積レートを達成することが示されてきた（Ｘ．Ｘｉｏｎｇｅｔａｌ．，"ＲａｐｉｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＢｉａｘｉａｌｌｙ−ＴｅｘｔｕｒｅｄＣｅＯ２ＢｕｆｆｅｒＬａｙｅｒｓｏｎＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＮｉｃｋｅｌＡｌｌｏｙｆｏｒＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＴａｐｅｓｂｙＩｏｎＡｓｓｉｓｔｅｄＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”，ＰｈｙｓｉｃａＣ，３３６（２０００）７０）。高速ＩＢＡＤにおいて、堆積レートはＩＳＤ法と同様であるが、高速ＩＢＡＤはより良いフィルム品質に帰結し、高速ＩＢＡＤ導体においては、ｃ軸（ｚ軸）はＩＳＤベース導体におけるほどには法線から傾いていない。しかしながら、この高速ＩＢＡＤによって得られたＪｃは、ＩＢＡＤ−ＹＳＺほどには良好ではない。二軸配向層の配向、特に高速ＩＢＡＤを介して堆積されるＹＢＣＯの配向はさらなる改良を必要とする。

よって、この技術において、非常に高い堆積レートで、連続的に移動する金属テープ上に二軸配向フィルムを堆積するための新規で、かつ堅牢なプロセスの要求がある。そのようなプロセスは、堆積レートを少なくとも、約０．１ｎｍ／秒のＩＢＡＤ−ＹＳＺの従来の堆積レートの少なくとも１０倍だけ増加させ、約１．０ｎｍ／秒またはそれ以上の堆積レートを生じるべきである。そのようなプロセスは実質的に製造時間を削減するであろう。そのようなプロセスは大規模な粒子配列を生じるであろう。そのようなプロセスは、数々の応用のために必要とされる価格及び性能レベルでキロメートルの長さのＨＴＳコートされた導体を生産するための製造工場を開発するために使われるべきであろう。そのような製法は、低い角度の粒界の高い分布を生じるであろう。
米国特許第６，３６１，５９８号明細書米国特許第６，５３７，６８９号明細書

前述の、及びその他の目標を達成するために、そして本発明の目的に従って、ここで具体化され広範に記述されたように、本発明は、第２世代、高温超伝導体の製造方法を提供する。様々な実施形態において、本発明は、非常に高い堆積レートで連続的に移動する金属テープ上に二軸配向フィルムを堆積するための方法を提供する。

最も広い意味において、本発明は、基板上に二軸配向フィルムを堆積する方法からなり、該方法は、
フィルムを基板（金属テープなど）上に斜め入射角での堆積フラックスにより（直接的にまたは間接的に）堆積し、同時に堆積したフィルムを、該フィルムの最良イオン配向方向（ＢＩＴＤ）または第２の最良イオン配向方向のいずれかに沿って配されたイオンビーム入射角を持つイオンビームを使って照射し、これにより二軸配向フィルムを形成することからなり、ここで、堆積フラックス入射面は、二軸配向フィルムが最も早い面内成長速度を有する方向に平行に配置されている。

最も広い意味において、本発明は、基板上に二軸配向フィルムを堆積する方法からなり、該方法は、
強い異方性成長レートを持つ材料のフィルムを、基板上に、斜め入射角を持つ堆積フラックスで堆積し、一方、堆積中にアシストイオンビームを使用して、該堆積されたフィルムを同時に照射し、これにより二軸配向フィルムを形成すること、または
強い異方性成長レートを持つ材料のフィルムを、基板上に、基板法線に沿った堆積フラックスで堆積し、同時に斜め角イオンビームを使って該基板上に堆積されたフィルムを照射し、これにより二軸配向フィルムを形成すること、のいずれかからなり、
ここで該二軸配向フィルムはｃ軸とａ−ｂ面の間に強い異方性成長レートを持つ非立方体レイヤ構造材料よりなり、ａ−ｂ面に沿った成長レートは、ｃ軸に沿った成長レートより格段に高い。

最も広い意味において、本発明はまた高温超伝導体物品を含み、該高温超伝導体物品は、金属テープなどの基板、上記段落で述べられた方法で基板上に堆積された二軸配向フィルム、及び該二軸配向フィルム上に堆積された超伝導体層からなる。

本発明のさらなる特徴、側面、及び利点は以下の記述の過程で当業者にとってさらに明らかになり、そこでは本発明のいくつかの好ましい形態を示す付随する図面が参照され、同様の参照符号は図面を通して同様の部分を示す。

本発明の理解を促進するための目的として、図１−１０に示される本発明のいくつかの好適な実施形態と、それを述べるために使われる具体的な言語が参照される。ここで使われる用語は、限定ではなく記述を目的とする。ここで開示される具体的な構造上、及び機能上の詳細は、限定するものとしてではなく、単に当業者に本発明の様々な採用を教示するための典型的な原理としての請求項の根拠として解釈されるべきである。記述された構造及びそれを作るための方法における変更または変形物、そしてここで説明された発明の原則のさらなる適用は、一般的に当業者に起こりうることであるが、本発明の精神内にあるものと考えられる。

本発明は、高臨界電流密度を持つ第２世代高温超伝導テープ用のバッファ層として、高品質な二軸配向フィルムを堆積する方法を述べる。ここで使われるように、臨界電流密度は、電流搬送能力の目やすを言うものであり、それはＪ_cと略され、アンペア／平方センチ（０Ｔ及び７７ＫでＡ／ｃｍ²）で測定される。技術上知られているように、酸化膜における臨界電流密度は部分的に、粒子−粒子間のミス配列に依存する。より高いＪ_c値はより小さいミス配列角度に関係する。本発明を用いる装置は、そこにおける材料の粒子ミス配列に対する良い制御を必要とする。しばしば起こる高角境界は電流の流れを妨げる。下記の方法を用いて製造された高温超伝導体は、非常に高い臨界電流密度を持つ。

また、ここで使われている「基板法線」は基板表面と直角な方向であり、「堆積フラックス入射面」は基板法線と堆積フラックスの方向によって定義される面であり、また「イオンビーム入射面」は基板法線とイオンビームの方向によって定義される面である。

材料における低角度粒界を作り出すためには、該材料において二軸配向を作り出す必要がある。二軸配向フィルムは、定義上、面内、及び面外に結晶配向を持つ。二軸配向フィルムは、ここで、表面の結晶学的な面内、及び面外粒子−粒子間ミス配列が少なくとも、約２０°、１５°、１０°または５°など約３０°よりも少なく、一般的に約１°よりも大きい多結晶材料として定義される。二軸配向の度合は、粒子面内、及び面外配列の分布をＸ線回析によって決定されるように特定することによって記述することができる。面外（Δ□）、及び面内（Δφ）反射のロッキングカーブの半値全幅（ＦＷＨＭ）を決定することができる。したがって、二軸配向の度合は、与えられた試料に対してΔ□、及びΔφの範囲を特定することにより定義することができる。好適には、鋭く配向された層にとって、（Δφ）は約１５°より小さく、（Δ□）は約１０°より小さい。

本発明は、従来のＩＢＡＤ−ＹＳＺ法の堆積レートよりも二軸配向フィルムの堆積レートを増大させる方法を記述する。通常、従来のＩＢＡＤ−ＹＳＺ堆積は、鋭い配向層を得るために、約０．１ｎｍ／秒のレートで行われる。本発明の鋭い配向層の堆積レートは、約１ｎｍ／秒またはそれ以上であり、好適には約２．０ｎｍ／秒よりも大きく、より好適には約３．０ｎｍ／秒より大きい。その結果、従来法の約３０倍のレート増加をもたらし、超伝導テープの大規模製造に役立つ。

従来のＩＢＡＤ法において、堆積フラックスはフィルム表面に対して法線方向を向いている。この発明において、堆積フラックスはフィルム表面に対して斜め入射角を持ち、これはより早い配向進化を達成するのに役立ち、より良いフィルム配向をもたらす。さらにこの発明において、イオンビーム照射はフィルム表面に対してある入射角で起こる。

従来のＩＳＤ法において、堆積フラックスはフィルム表面に対して斜め入射角を持つが、しかしＩＳＤ層における＜００１＞軸は、フィルム法線から傾いており、所望としない面外配向、及び「屋根瓦」に似た粗い表面を生じさせる。この発明において、堆積レートは従来的なＩＳＤ法と同様、ないしはそれより早いが、本発明の二軸配向バッファ層の＜００１＞軸はフィルム法線から傾いておらず、さらには本発明におけるイオン照射によって誘引される異方性成長レートはより良い配向を得るのに役立つ。この発明におけるイオンビーム照射はまた、フィルム表面における原子移動度を増加させ、より密度の濃い、より滑らかなフィルムを得るのに役立つ。

イオンビームアシスト堆積（ＩＢＡＤ）において、イオンビームが、一般的に＜１１１＞、＜１１０＞、または＜１００＞などのフィルムの低指数の結晶学的方向の１つに関連する特定の角度で成長中のフィルムに照射されると、最も鋭い二軸配向がこの入射角で得られることが良く知られている。これはこの方向に沿って入射するイオンビームはチャネリング効果を有し、及び／または成長するフィルムに対して最小の損傷しか与えないためである。この入射角は最良イオン配向方向（ＢＩＴＤ）と呼ばれ、該角度は材料が異なると、及び／またはイオン−原子到着比のような堆積パラメータが異なると変化する。この発明において、イオンビーム入射角は、ＢＩＴＤに沿うようかつ、同時に堆積フラックス入射面が、バッファ膜が早い面内成長レートを持つ方向に沿って平行であるように配される。材料にもよるが、堆積フラックス入射角の範囲は、フィルム法線から約５°から約８０°までである。材料にもよるが、イオンビーム入射角の範囲はフィルム法線から１０−６０°であり、または視斜角（基板表面からほとんど０°）にあり、または実質的に基板法線（基板法線からほとんど０°）に沿っている。

この発明において、二軸配向フィルムに使われる材料は、ある特定の低指数結晶学的方向に沿って早い成長レートを持ち、かつ他の結晶学的方向に沿って遅い成長レートを持つ。イオンビームアシスト堆積では、最も鋭い二軸配向はイオンビームが成長する膜をある特定の角度で照射した時に得られることが良く知られている。この発明においては、イオンビーム入射角は、それが最も鋭い配向を生み出すような方向に沿っており、同時に堆積フラックス入射面が、二軸配向フィルムが早い面内成長速度を持つ方向に沿って平行であるように配列されている。傾斜堆積フラックスにより導入された成長異方性と、イオン照射により導入された成長異方性との重複は、早い配向進化速度をもたらす。

１つの例証的な実施形態において、電子ビーム蒸着（ｅビーム蒸着）などの高レート蒸着法が、堆積フラックスを提供するために動作可能である。Ｘ．Ｘｉｏｎｇｅｔａｌ．による先行技術方法（”ＲａｐｉｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＢｉａｘｉａｌｌｙ−ＴｅｘｔｕｒｅｄＣｅＯ₂ ＢｕｆｆｅｒＬａｙｅｒｓｏｎＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＮｉｃｋｅｌＡｌｌｏｙｆｏｒＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＴａｐｅｓｂｙＩｏｎＡｓｓｉｓｔｅｄＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”，ＰｈｉｓｉｃａＣ，３３６（２００２）７０）において、堆積フラックスはエキシマレーザーを用いて提供される。エキシマレーザーは非常に高価であり、かつ大規模生産方法にとってコスト効率が悪い。対照的に、高レート蒸着法は大規模な産業上の応用にコスト効率がよく、優れている。

本発明においては、二軸配向フィルムが超伝導フィルムまたは基板と不利に反応しないようなものであれば、任意の適した二軸配向フィルム材料が使われる。この発明の１つの実施形態において、＜１００＞、＜００１＞、または＜０１０＞の結晶軸に沿って早い成長レートを持つ立方体構造材料が、ＩＢＡＤ二軸配向フィルム堆積に使われる。そのような材料は、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）、ＲＥドープ酸化セリウム（ＲＥＣｅ）Ｏ₂などの蛍石型材料、ここでＲＥがサマリウム、ユーロピウム、エルビウム、ランタン、及びイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）である；Ｅｕ₂Ｚｒ₂Ｏ₇及びＧｄ₂Ｚｒ₂Ｏ₇などのパイロクロア型材料；及び酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）などの希土Ｃ型材料を含むが、これらに限定されない。図１はこれらの種類の材料の結晶学的方向を示す。これらの材料にとって、かつさらに図２で示されるように、フィルムの面外配向はこの軸に沿っての早い成長レートのために＜００１＞に沿っており、かつＢＩＴＤは＜１１１＞軸に沿ったものとなる。それゆえ、イオンビーム５０はＢＩＴＤに沿って（即ち、＜１１１＞軸に沿って）流れ、かつ、図２で示されるように、基板及びフィルム法線５５から約５５°にある。フィルムの早い面内成長速度は結晶軸＜１００＞に沿っており、かつ堆積フラックス入射面５３はこの方向と平行に配されていることから、堆積フラックス入射面５３とイオンビーム入射面５４との間の角度は、図２に示されるように約４５°または約１３５°である。このイオンビーム５０、堆積フラックス５１、及び基板５２の構成において、堆積フラックス５１は、基板法線５５より約５°から約８０°の、好適には基板法線５５から約２０°から約５５°の斜め入射角を持つ。イオンビーム５０、堆積フラックス５１、及び基板５２をこの様に構成することは、イオンビームにより導入された異方性成長と、傾斜堆積フラックスにより導入される異方性成長レートとの重複をもたらし、それは早い二軸配向進化をもたらす。これらの立方体構造材料のイオン−原子到着比（Ｉ／Ａ）は約０．２から約３であり、好適には約０．５から約１．０である。イオンビームのエネルギーは約１５０ｅＶから約１５００ｅＶである。堆積レートは約１ｎｍ／秒よりも大きく、好適には３ｎｍ／秒より大きい。二軸配向フィルムの厚さは約０．２μｍ以上である。

さて図３を参照して、図１に示される蛍石型、パイロクロア型、及び希土Ｃ型材料に対してのイオンビーム５０、堆積フラックス５１、及び基板５２のもう１つの構成を示す説明図が示される。そのような材料は、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）などの蛍石型材料、ＲＥドープ酸化セリウム（ＲＥＣｅ）Ｏ₂、ここでＲＥはサマリウム、ユーロピウム、エルビウム、ランタンである、及びイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）；Ｅｕ₂Ｚｒ₂Ｏ₇及びＧｄ₂Ｚｒ₂Ｏ₇などのパイロクロア型材料、及び酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）などの希土Ｃ型材料を含むが、これらに限定されない。この実施形態において、フィルムの面外配向は、上記の実施形態と同様、＜１００＞、＜０１０＞、または＜００１＞に沿った早い成長レートのために、＜００１＞軸に沿っているが、しかしイオン−原子到着比はより低い。約０．５以下の低いイオン−原子到着比では、ＢＩＴＤまたは第２の最良イオン配向方向（第２のＢＩＴＤ）は＜１１０＞結晶軸に沿っている。よって、これらの実施形態において、イオンビーム入射角５０は、基板法線から約４５°である＜１１０＞結晶軸に従う。これらの実施形態において、堆積フラックス入射面５３は、フィルムの早い面内成長方向＜１００＞に対して平行であり、あるいはいくらかの成長条件下においてフィルムの早い面内成長方向に対して垂直であり、かつイオンビーム入射面５４もまた＜１００＞軸に平行であり、そのため堆積フラックス入射面５３とイオンビーム入射面５４との間の角度は、図３で示されるように約０°または約１８０°であり、あるいは約９０°である。イオンビーム入射角は、基板法線５５から約１０°から約６０°の範囲内にあり、好適には約４５°である。堆積フラックス５１は、基板法線５５より５°から８０°、好適には約２０°から約５５°の範囲内に入射角を持つ。この構成において、イオン−原子到着比（Ｉ／Ａ）は約０．５以下、好適には約０．０５と約０．３の範囲内にあり、イオンエネルギーは約１５０ｅＶから約１５００ｅＶ、好適には約５００ｅＶから約９００ｅＶである必要がある。この実施形態において、堆積レートは約１ｎｍ／秒より大きくてよく、好適には約３ｎｍ／秒以上であってよい。二軸配向フィルムの厚さは約０．２μｍ以上である。

別の実施形態において、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＢａＯ（酸化バリウム）またはＮｉＯ（酸化ニッケル）などの岩塩結晶構造、またはＷＯ₃（三酸化タングステン）などのＲｅＯ₃（三酸化レニウム）型の構造、またはＬａＡｌＯ₃（アルミン酸ランタン）またはＳｒＴｉＯ₃（チタン酸ストロンチウム）などのペロブスカイト構造を持つ材料は二軸配向フィルム堆積に使われる。図１はまたこの種類の材料の結晶学的方向を示す。上述の蛍石型材料と比べ、岩塩結晶構造を持つ材料は、異なる低指標軸に沿って、より大きい異方性スパッタイールド／損傷があり、それはＩＢＡＤによる配向形成に良い。しかしながら、岩塩結晶構造を持つ材料においては、＜１１１＞及び＜１１０＞軸に沿った成長レートは＜００１＞軸に沿ったそれよりも高いため、動的成長条件の下で＜００１＞面外配向を得るのは困難である。一般に、これらの材料において＜００１＞面外配向を得る唯一の方法は、熱力学条件（即ち高温度）を適用することである。しかしながら、これらの材料において、−最初の核形成段階の間に−低温度で＜００１＞面外配向の達成が可能な１つの特定のケースがある。ＭｇＯまたはＮｉＯなどのイオン結晶の最初のフィルム成長の間、荷電効果は核形成段階において主要な役割を果たす。ＭｇＯまたはＮｉＯの電荷が均衡した＜００１＞面は、核形成するためのエネルギーが最も低く、その結果として生じるフィルムは＜００１＞面外配向を持つこととなる。フィルムがより厚く成長すると、荷電効果の重要性は減少し、フィルムの面外配向は、堆積条件によって＜１１１＞または＜１１０＞軸に変化する。よって、この面外配向の変化を阻止するために、フィルムの成長を、特定の厚さになった後には止める必要がある。このメカニズムはＩＢＡＤＭｇＯプロセスにおいて用いられる。この発明においては、図４で示されるように、＜００１＞の面外配向を得るために、このような材料の早い成長方向は＜１１１＞軸に沿ったものであり、ＢＩＴＤは＜１００＞、＜００１＞、＜０１０＞軸に沿ったものと仮定しているので、イオンビーム５０は、約３００ｅＶから約１５００ｅＶのイオンエネルギーで基板法線５５に沿ってフィルム５２を照射してフィルムが＜００１＞の面外配向を持つようにし、それと同時に堆積フラックス５１は、＜１１１＞方向に沿って、基板法線５５より約２０°から８０°、好適には約４５°から６５°の斜め入射角を持つ。この発明におけるイオンビーム５０は、基板法線５５に沿ってフィルムを照射するので、該イオン照射は面内異方性成長を導入することはない。ここでの異方性成長は、ＩＳＤ法におけるように堆積フラックス５１の斜め入射角によってのみ導入される。しかしながらＩＳＤ法とは異なり、この発明においては、＜００１＞軸は基板法線５５から傾いておらず、むしろ基板法線５５と実質的に平行である。この実施形態において、堆積レートは約１ｎｍ／秒より大きくてよく、好適には約３ｎｍ／秒以上である。

岩塩型材料、またはＲｅＯ₃型材料、またはペロブスカイト型材料の別の実施形態においては、斜めイオンビーム照射によって面内異方性成長を導入するために、図５で示されるように、イオンビーム５０はある視斜角（フィルムの表面から数度、一般的には約５°）でフィルム５２を照射し、イオンビーム入射面５４と堆積フラックス入射面５３との間の角度は約４５°または約１３５°である。この場合、イオンビーム５０は大体＜０１０＞方向に沿っており、＜１１１＞軸は堆積フラックス入射面５３内にあり、堆積フラックス５１は＜１１１＞方向に沿って基板法線５５から約５°から約８０°、好適には約４５から約６５°の斜め入射角を持つ。イオンエネルギーは約３００ｅＶから約１５００ｅＶ、好適には約７００ｅＶと約９００ｅＶの間の範囲である。この実施形態において、堆積されるフィルムの二軸配向は、従来のＩＢＡＤＹＳＺ、またはＩＳＤＭｇＯのような成長選択メカニズムによるもの、または／及びＩＢＡＤＭｇＯにおけるような二軸核形成メカニズムによるものであってよい。この実施形態においては、ＩＢＡＤＭｇＯとは異なり、フィルムの面外配向は、該フィルムが厚さ約１０ｎｍ以上に成長した時に、＜１１１＞または＜１１０＞軸に変化するものではなく、かつＩＢＡＤＭｇＯプロセスに比べて、より鋭い二軸配向と、鋭い配向のより高い収率を得ることができる。この実施形態の別の利点は、基板表面粗さを高く要求せず、また付加的なホモエピタキシャル層も必要としないことである。

結晶軸＜１１１＞に沿った最も早い成長レート方向、及び＜１１０＞結晶方向に沿った最良イオン配向方向（ＢＩＴＤ）または第２の最良イオン配向方向を持つ岩塩、ＲｅＯ₃、またはペロブスカイト材料の別の実施形態において、二軸配向フィルムはフィルム法線から約４５°であるイオンビーム入射角を用いて、かつフィルム法線から約４５°から約６５°の間の範囲の堆積フラックス入射角を用いて生産される。この場合、イオン−原子到着比（Ｉ／Ａ）は約０．２から約３、好適には約０．５と約１の間である。

別の実施形態においては、強い異方性成長レートを持つ非立方体層構造材料が、斜め入射堆積フラックスのＩＢＡＤ二軸配向フィルム堆積用に用いられ、鋭い配向を達成する。そのような材料は、ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ（ＲＥはイットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ランタン、ネオジミウム、サマリウム、ユーロピウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、及び／またはイットリビウムのうちの１つである。）及びＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂、ＷＯ₂、ＲｕＯ₂、ＭｎＯ₂、ＮｂＯ₂、ＶＯ₂、ＩｒＯ₂などのルチル型材料のような変形ペロブスカイト構造材料を含むが、それらに限定されない。図６は層構造材料、その結晶学的方向、及びイオンビーム方向を示す説明図である。これらの実施形態において、ａ軸（即ち＜１００＞結晶軸）とｂ軸（即ち＜０１０＞結晶軸）に沿った成長レートは、ｃ軸（即ち＜００１＞結晶軸）に沿った成長レートよりも数倍高くなり得る。動的に優勢な成長において、結果として生じるフィルムの面外配向はａ軸に沿ったものとなる。何故ならそれが最速の成長方向だからである。遅い成長のｃ軸と、もう一方の成長の速いｂ軸は、フィルム面５２内にある。ｃ軸とｂ軸との間の強い面内成長異方性は、傾斜堆積フラックスによる二軸配向の進展にとって大きな利益をもたらす。層構造の特徴により、そのような材料におけるＢＩＴＤは、図６で示されるように、レイヤー面（即ち、ａ−ｂ面）に平行である。図７で示されるように、これらの実施形態において、イオンビーム５０は、基板法線５５から約４５°の入射角でフィルム５２を照射し、イオンビーム入射面５４と堆積フラックス入射面５３の間の角度は約０°（または約１８０°）であり、またある条件において約９０°（または約２７０°）である。イオンビーム入射角５１は基板法線５５から約３５°と約６０°の間、好適には４５°であり、または基板法線に実質的に沿っており（約０°）、または使用される異なる材料に基づく基板表面からの視斜角である。堆積フラックス入射角は、基板法線から約１０°から約６５°の間の範囲にある。イオンビーム５０、堆積フラックス５１、及び基板５２をこの様に構成することは、イオンビームにより導入される異方性成長と、傾斜堆積フラックスにより導入される異方性成長との重複をもたらし、早い二軸配向進展を生じさせる。この実施形態において、堆積レートは約１ｎｍ／秒より大きくてよく、好適には、約３ｎｍ／秒以上である。

層構造材料はしばしば、多成分材料である。それゆえ、この多成分堆積の間に、正しい組成と化学量論を得るために、基板温度は時々、その層構造組成が安定する値以上に上昇され、好適には基板温度（及び対応する堆積温度）は約２００℃から約６００℃である。多成分材料の正しい組成と化学量論を得るための堆積温度は、位相ダイヤグラムから決定することができる。原子酸素、オゾン、酸素イオン、Ｎ₂Ｏなどの活性酸素が、要求される堆積温度を低減するために使われる。

本発明の全ての実施形態において、特に岩塩型材料、ＲＥＯ₃型材料、ペロブスカイト型材料及び非立方体層構造材料の実施形態において、基板からのエピタキシャル成長と基板の酸化を防ぐために、必要であれば前記二軸配向フィルムの堆積の前に中間層が前記基板上に堆積される。中間層の機能は、前記中間バッファと前記二軸配向フィルムの間の大きな格子不整合を持つ材料を使うことで、及び／または前記中間バッファ層の粒径をできるだけ小さく、好適にはナノメートルスケールに制御することで得られる。格子不整合は約１０％以上であり、好適には約２０％以上である。小さな粒径を得るために、前記中間層の材料は通常、形成の大きな自由エネルギーを持つ材料から選択される。先行技術の方法は、ＩＢＡＤＭｇＯのような二軸配向フィルムの堆積の前にアモルファス層を用いるが、ここで用いられる中間層は必ずしもアモルファス層ではなく、様々な他の特性を持つ材料をより広い範囲から選択でき、かつ堆積条件に対する要求は低い。

さて図８において、二軸配向を得るために非立方体層構造材料を用いるテープ構造２０などの超伝導金属基板が示される。基板１０上のエピタキシャル成長を防ぎ、かつ高温度での金属基板の酸化を防ぐために、中間層１２（ナノメートルの粒径を持ち、二軸配向フィルムとの大きな格子不整合を持つ）が、二軸配向フィルム１４のイオンビームアシスト堆積の前に、金属基板１０上に随意的に堆積される。中間層１２はＹ₂Ｏ₃、Ｅｕ₂Ｏ₃またはＰｒ₂Ｏ₃などの希土Ｃ型材料、またはイットリア安定化ジルコニウム酸化物（ＹＳＺ）などの酸化物、またはシリコン窒化物（Ｓｉ₃Ｎ₄）などの窒化物からなる。この中間層１２の厚さは、約１０ｎｍから約３００ｎｍであってよい。ＹＢＣＯと良い格子整合を持つ立方体構造材料のエピタキシャルバッファ層１６を、もし所望とする場合には、超伝導層ＹＢＣＯ１８の堆積の前に、二軸配向フィルム１４の上面に任意で堆積してもよい。いくつかの例証的な立方体構造材料１６は、ＣｅＯ₂、ＳｒＴｉＯ₃、ＬａＭｎＯ₃、ＬａＺｒＯ₃、及び／またはＧａＺｒＯ₃を含む。高温超伝導層１８は、その後、このエピタキシャルバッファ層１６上に被覆される。先行技術方法は、ＩＢＡＤＭｇＯのような二軸配向フィルムの堆積の前にアモルファス層を用いるが、ここで用いる中間層は、基板表面粗さを高く要求せず、また付加的なホモエピタキシャル層をも必要としない。

上述した蛍石型材料の二軸配向フィルムを作り出す１つの例証的なプロセスは以下のものである。
（１）Ｎｉベース合金などの金属テープが、約１０ｎｍより小さい平均粗さに電界研磨または化学機械研磨される。
（２）次に、蛍石型材料の二軸配向フィルムが、ｅビーム蒸着などの高レート蒸着法と、これと同時の基板法線から約４５°の傾斜角でのイオンビーム照射により前記金属テープ上に高い堆積レート（約１ｎｍ／ｓより大きく、好適には約３ｎｍ／ｓより大きい）で堆積される。堆積フラックスは、テープ法線から２５°の斜め入射角を持つように配置される。堆積フラックス入射面はイオンビーム入射面と平行である。イオン−原子到着比は０．１程度となるように制御される。二軸配向フィルムの厚さは約１５００から２０００ｎｍである。
（３）その後、薄いエピタキシャルバッファ膜（約１００ｎｍ以下）が、前記二軸配向フィルム上に堆積される。前記二軸配向フィルムに使われる材料に依存して、所望とすれば、前記薄いエピタキシャル膜を省略することができる。前記エピタキシャルバッファ層の材料は、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）及び／またはチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃）よりなるが、これらに限定されない。
（４）最後に、厚さ約１０００ｎｍ以上のＹＢＣＯ層がバッファ層構造上に成長される。よって、バッファ層構造は必要な二軸配向フィルムと随意的なエピタキシャル膜とからなってよい。

本発明の高温超伝導体は、一般的に、少なくとも基板と、請求項１、４１、５３、６６において記述された方法による二軸配向フィルム、及び超伝導層からなる。本発明の様々な実施形態において、基板は任意の多結晶金属またはニッケル合金などの金属合金を含むが、これらに限定されない。ニッケル合金は、その高強度、及び高耐温特性により好ましい。超伝導層の堆積の間、約８００℃の温度を達成することが必要である。ハスタロイ（登録商標）（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金）及びＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｖ合金）などの様々な合金は酸素に耐性があり、本発明における使用に適している。二軸配向フィルムがその上に堆積される金属基板は、構造全体に対して柔軟性を提供することが望ましく、それにより該構造は全ての電力アプリケーションのためのテープ、ケーブルまたはコイルの形態に成形し、あるいは巻くことができる。金属基板は、好適には約０．１５ｍｍ以下と、できるだけ薄く、かつできるだけフレキシブルであるべきである。

先に述べたように、二軸配向フィルムは、超伝導層または基板と悪く反応することのないような、任意の適切な材料よりなる。これらの二軸配向フィルムに使われる材料は、ある低指標結晶学的方向に沿って早い成長レートを持ち、他の結晶学的方向に沿って遅い成長レートを持つ。イオンビームは、照射するイオンビーム、堆積フラックス、及び基板法線の様々な構成の下で成長フィルムを照射するように用いることができ、ここでこの構成は、使用される材料及び堆積条件に拠る。これらの二軸配向フィルムに使われる材料は、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）及びイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などの蛍石型材料、Ｅｕ₂Ｚｒ₂Ｏ₇及びＧｄ₂Ｚｒ₂Ｏ₇などのパイクロア型材料、酸化イットリア（Ｙ₂Ｏ₃）などの希土Ｃ型材料、岩塩型材料、ＲｅＯ₃型材料、ペロブスカイト型材料、強い異方性成長レートを持つ非立方体材料を含むが、これらに限定されない。該二軸配向フィルムには、抵抗加熱蒸着、同時蒸着、電子ビーム蒸着、マグネトロンスパッタリング、パルスレーザーアブレーション、イオンビームスパッタリング、分子ビームエピタキシーを含む蒸着法の少なくとも１つを使用する様々な従来の方法の任意のものを適用することができる。

続いて超伝導層がバッファ層構造上に堆積される。該超伝導層は、同時蒸着、電子ビーム蒸着を含む蒸着、マグネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリング及びイオンアシストスパッタリングを含むスパッタリング、化学気相堆積、有機金属化学気相成長、プラズマ強化化学気相成長、分子ビームエピタキシー、ソル・ゲル法、溶解法、及び／または液相エピタキシーを含む、これらに限定されない様々な従来的な方法のいずれかを適用することができる。

超伝導体の適切な例は、イットリウムバリウム銅酸化物（ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ）、希土バリウム銅酸化物、及びこれら２つの材料の混合物などの酸化物超伝導材料を含むが、これらに限定されない。希土バリウム銅酸化物の場合において、ＹＢＣＯのイットリウムは、部分的にまたは全体的にガドリニウム、テルビウム、ディスプロシウム、ランタン、ネオディミウム、サマリウム、ユーロピウム、ホルミウム、エルビウム、スリウム及びイッテルビウム等の、ただしこれらに限定されない、周期表からの希土金属により代替することができる。超伝導材料は好適にはＹＢＣＯであるが、この基本的な超伝導材料からの他のマイナーな変更も使用できる。超伝導体層は約１．０μｍから約２０．０μｍの範囲、さらに好適には約１．０μｍから約１０．０μｍの範囲内の一般的な厚さを持つ。超伝導体層の厚さは選択された適用によって異なる。

図９は傾斜堆積フラックスを用いる高速ＩＢＡＤシステム（ＦＩＢＡＤ／ＯＤＡ）の一例である。６x６６ｃｍのＲＦイオン銃が、５ｘ１０^-6トールよりも良い基礎圧を持つ真空システムに備えられ、イオンビーム４４とテープ法線４３の間の約４５°の入射角でテープ４２を照射する。イオン銃及び中和機ではアルゴンが使用された。酸素、好適には活性酸素がテープ４２の近くで設けられた。作動圧力は約１．４ｘ１０^-4トールであった。正常イオンエネルギーは約７６０ｅＶであった。テープ位置でのイオン電流密度は約０．５２ｍＡ／ｃｍ²であった。開口により定義される堆積領域は約８．８ｃｍｘ約６０ｃｍであった。３つのロッドフィード電子ビーム蒸発源は、堆積領域の長辺方向に沿って並べられて、テープの堆積領域に約４．１ｎｍ／秒の均一なＣｅＯ₂堆積レートを提供した。イオン−原子比は約０．１３である。テープホルダー３６は約４５°傾いており、ｅビーム堆積フラックスはテープ法線４３に対して約４５°の斜め角を持っていた。テープ４２は約１０ｎｍ以下の平均粗さに電界研磨または化学機械研磨されていた。テープ４２は、イオンビーム４４と堆積フラックスの両方に直角である、図表の紙面の法線方向に連続的に移動した。テープ４２は、テープホルダー３６と良い接触を有しており、該テープホルダーにより水冷、または加熱のいずれかが行われた。堆積フラックス、イオンビーム、及びテープ法線は全て同じ面内にあった。二軸配向フィルムは単一パス、または複数のパスのいずれかで堆積領域を通って移動する間に、約１，８００ｎｍの厚さに堆積された。結果として生じるフィルムは、その＜００２＞結晶軸をテープ法線に沿って有し、かつその＜０２０＞結晶軸をイオンビーム入射面に有していた。二軸配向フィルムのファイスキャンのＦＷＨＭは、図１０で示されるように約１１°であり、超伝導層のエピタキシャル成長のための良好なテンプレートを提供し、約１ＭＡ／ｃｍ²以上の臨界電流密度の層をもたらした。

超伝導体物品は電力ケーブルにおいて用いられる。１つの実施形態において、電力ケーブルは複数の超伝導テープからなり、各テープは基板、本発明において記述された方法により生産される二軸配向フィルム、及び超伝導層からなる。さらなる実施形態において、電力ケーブルは冷却液の通過のための導管を備え、超伝導テープが該導管の周りに巻き付けられる。

超伝導体物品は電源トランスにおいて用いられる。１つの実施形態において。電源トランスは複数の巻き線からなり、各巻き線は超伝導テープが巻かれたコイルからなり、各テープは基板、本発明において記述された方法で製造された二軸配向フィルム、及び超伝導層からなる。

超伝導体物品は電力発電機において用いられる。１つの実施形態において、電力発電機は少なくとも１つの回転子コイルからなる電磁石からなる回転子に連結されたシャフト、及び前記回転子を取り囲む導電性巻き線からなる固定子からなり、前記巻き線の少なくとも１つと、前記少なくとも１つの固定子コイルとは、超伝導テープからなる。上記のように、各超伝導テープは基板、本発明において述べられた方法により生産された二軸配向フィルム、及び超伝導層からなる。

超伝導体物品は電力網において用いられる。１つの実施形態において、電力網は、発電機を備える発電機ステーション、複数の電力トランスからなる送電サブステーション、少なくとも１つの送電ケーブル、発電サブステーション、及び少なくとも１つの配電ケーブルからなる。複数のトランスは、発電ステーションからの電力を受信し、送電のために電圧を昇圧するように動作することができる。送電ケーブルは送電サブステーションから電力を送電するよう動作することができる。電力サブステーションは電力送信ケーブルから電力を受信するよう動作し、配電のために電圧を降圧する複数の電源トランスを備える。少なくとも１つの配電ケーブルは、電力をエンドユーザーに分配するように動作することができる。送電ケーブル、配電ケーブル、電力サブステーションのトランス、送電ステーションのトランス、及び発電機は複数の超伝導テープからなる。各超伝導テープは基板、本発明において述べられた方法により生産された二軸配向フィルム、及び超伝導層からなる。

以上は本発明のいくつかの好適な実施形態の記述であり、例のみとしてここで示されたものである。本発明の二軸配向フィルム堆積方法は、好適な実施形態と、その用例とを参照して述べられたが、他の実施形態及び用例も同様の機能を行い、及び／または同様の結果を達成し得る。すべてのそのような同等な実施形態及び用例は本発明の精神と範囲内にあり、以下の請求項によりカバーされることを意図される。

本発明のシステム及び方法は以下の様々な図を参照して、ここで記述される。
図１は蛍石型材料、パイクロア型材料、希土Ｃ型材料、ＲｅＯ₃型材料（Ｒｅはレニウムである）、ペロブスカイト型材料、または岩塩型材料の結晶学的方向を示す説明図である。図２は蛍石型、パイクロア型、または希土Ｃ型材料のためのイオンビーム、堆積フラックス、及び基板の１つの構成を示す説明図である。図３は蛍石型、パイクロア型、または希土Ｃ型材料のためのイオンビーム、堆積フラックス、及び基板の別の構成を示す説明図である。図４は岩塩型材料、ＲｅＯ₃型材料、及びペロブスカイト型材料のためのイオンビーム、堆積フラックス、及び基板の間の１つの構成を示す説明図である。図５は岩塩型材料、ＲｅＯ₃型材料、及びペロブスカイト型材料のためのイオンビーム、堆積フラックス、及び基板の間のもう１つの構成を示す説明図である。図６は層構造材料、その結晶学的方向、及びイオンビーム方向を示す説明図である。図７は図６に示される層構造材料のためのイオンビーム、堆積フラックス、及び基板間の１つの構成を示す説明図である。図８は二軸配向を得るために層構造材料を用いた超伝導テープ構造を示す説明図である。図９は斜め入射角堆積フラックスを用いて二軸配向フィルムを堆積するための例示的な高速ＩＢＡＤシステムを示す説明図である。図１０は本発明の方法を使って堆積した二軸配向フィルムのためのファイスキャンを示す説明図である。

Claims

二軸配向フィルムを基板上に堆積するための方法であって、該方法は、
斜め入射角での堆積フラックスにより基板上にフィルムを堆積し、その間同時に該堆積されるフィルムを、前記フィルムの最良イオン配向方向（ＢＩＴＤ）または第２の最良イオン配向方向に沿って配置されたイオンビーム入射角のイオンビームで照射し、これにより二軸配向フィルムを形成すること、からなり、
堆積フラックス入射面は、前記二軸配向フィルムが最速面内成長レートを持つ方向に平行に配置されている、
ことを特徴とする方法。
請求項１の方法において、前記堆積フラックス入射面とイオンビーム入射面の間の角度は、約４５°または約１３５°である、
ことを特徴とする方法。
請求項２の方法において、前記イオンビーム入射角は、フィルム法線から約１０°と約６０°の間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項２の方法において、前記堆積フラックス入射角は、フィルム法線から約５°と約８０°の間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項２の方法において、前記堆積レートは約１ｎｍ／秒以上である、
ことを特徴とする方法。
請求項５の方法において、前記堆積レートは約３ｎｍ／秒以上である、
ことを特徴とする方法。
請求項２の方法において、前記イオンビームの通常イオンエネルギーは１５０ｅＶと約１５００ｅＶの間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項２の方法において、前記二軸配向フィルムは、前記最速成長方向を結晶軸＜１００＞、＜０１０＞、または＜００１＞の少なくとも１つに沿って持つ立方体構造材料からなる、
ことを特徴とする方法。
請求項８の方法において、前記二軸配向フィルムは、＜１１１＞結晶方向に沿った最良イオン配向方向（ＢＩＴＤ）または第２の最良イオン配向方向を持つ材料からなる、
ことを特徴とする方法。
請求項９の方法において、前記材料は蛍石型材料、パイクロア型材料、及び希土Ｃ型材料の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする方法。
請求項１０の方法において、前記蛍石型材料は、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）、ＲＥドープ酸化セリウム（ＲＥＣｅ）Ｏ₂、ここでＲＥはサマリウム、ユーロピウム、エルビウム、ランタンである、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の少なくとも１つよりなり、前記パイクロア型材料はＥｕ₂Ｚｒ₂Ｏ₇またはＧｄ₂Ｚｒ₂Ｏ₇の少なくとも１つよりなり、前記希土Ｃ型材料は酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）よりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項９の方法において、前記イオンビーム入射角は、フィルム法線から約５５°である、
ことを特徴とする方法。
請求項９の方法において、前記堆積フラックス入射角は、フィルム法線から約２０°と約５５°の間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項９の方法において、前記二軸配向フィルムの厚さは、約０．２μｍ以上である、
ことを特徴とする方法。
請求項２の方法において、前記二軸配向フィルムは結晶軸＜１１１＞に沿った前記最速成長レート方向を持つ立方体構造材料よりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項１５の方法において、前記二軸配向フィルムは、＜１１０＞結晶方向に沿った最良イオン配向方向（ＢＩＴＤ）または第２の最良イオン配向方向を持つ材料よりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項１６の方法において、前記材料は、岩塩型材料、ＲｅＯ₃型材料、及びペロブスカイト型材料の少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項１７の方法において、前記二軸配向フィルムの前記材料は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、三酸化タングステン（ＷＯ₃）、酸化バリウム（ＢａＯ）、アルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ₃）、及びチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃）の少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項１６の方法において、前記イオンビーム入射角は、フィルム法線から約４５°である、
ことを特徴とする方法。
請求項１６の方法において、前記堆積フラックスの入射角は、フィルム法線から約４５°と約６５°の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項１の方法において、前記堆積フラックス入射面とイオンビーム入射面の間の角度は、約０°または約１８０°または約９０°である、
ことを特徴とする方法。
請求項２１の方法において、イオン−原子到着比は、約０．５以下である、
ことを特徴とする方法。
請求項２２の方法において、前記イオン−原子到着比は、約０．０５と約０．３の間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項２１の方法において、前記二軸配向フィルムは、結晶軸＜１００＞、＜０１０＞、または＜００１＞の少なくとも１つに沿った前記最速成長レート方向を持つ立方体構造材料よりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項２４の方法において、前記二軸配向フィルムは、＜１１０＞結晶方向に沿った最良イオン配向方向（ＢＩＴＤ）または第２の最良イオン配向方向を持つ材料よりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項２５の方法において、前記材料は、蛍石型材料、パイクロア型材料、及び希土Ｃ型材料の少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項２６の方法において、前記蛍石型材料は、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）、ＲＥドープ酸化セリウム（ＲＥＣｅ）Ｏ₂、ここでＲＥはサマリウム、ユーロピウム、エルビウム、ランタンである、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の少なくとも１つよりなり、前記パイクロア型材料はＥｕ₂Ｚｒ₂Ｏ₇またはＧｄ₂Ｚｒ₂Ｏ₇の少なくとも１つよりなり、前記希土Ｃ型材料は酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）よりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項２５の方法において、前記イオンビーム入射角は、フィルム法線から約４５°である、
ことを特徴とする方法。
請求項２５の方法において、前記堆積フラックス入射角は、フィルム法線から約２０°と約５５°の間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項２１の方法において、前記イオンビーム入射角は、フィルム法線から約１０°と約６０°の間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項２１の方法において、前記堆積フラックス入射角は、フィルム法線から約５°と約８０°の間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項２１の方法において、前記堆積レートは、約１ｎｍ／秒以上である、
ことを特徴とする方法。
請求項３２の方法において、前記堆積レートは、約３ｎｍ／秒以上である、
ことを特徴とする方法。
請求項２１の方法において、前記イオンビームの正常イオンエネルギーは、１５０ｅＶと約１５００ｅＶの間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項３４の方法において、前記イオンビームの正常イオンエネルギーは、５００ｅＶと約９００ｅＶの間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項２５の方法において、前記二軸配向フィルムの厚さは、約０．２μｍ以上である、
ことを特徴とする方法。
請求項１の方法において、中間層が、前記基板と前記二軸配向フィルムの間に堆積される、
ことを特徴とする方法。
請求項３７の方法において、前記中間層の粒径は、ナノメートルスケールである、
ことを特徴とする方法。
請求項３７の方法において、前記中間層と前記二軸配向フィルムとの間の格子不整合は、約１０％以上、好適には約２０％以上である、
ことを特徴とする方法。
請求項３７の方法において、前記中間層は酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、Ｅｕ₂Ｏ₃、及びＰｒ₂Ｏ₃などの希土Ｃ型材料、イットリア安定化ジルコニウム酸化物（ＹＳＺ）などの酸化物、及びシリコン窒化物（Ｓｉ₃Ｎ₄）などの窒化物の少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする方法。
基板上に二軸配向フィルムを堆積するための方法であって、該方法は
斜め入射角を持つ堆積フラックスで基板上にフィルムを堆積し、その間同時に該堆積するフィルムをイオンビームで照射し、これにより二軸配向フィルムを形成すること、からなり、
前記イオンビームは、基板法線に実質的に平行である、
ことを特徴とする方法。
請求項４１の方法において、前記堆積フラックス入射角は、フィルム法線から約５°と約８０°の間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項４２の方法において、前記堆積フラックス入射角は、フィルム法線から約４５°と約６５°の間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項４１の方法において、前記材料は岩塩型材料、ＲｅＯ₃型材料、及びペロブスカイト型材料の少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項４４の方法において、前記材料は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、三酸化タングステン（ＷＯ₃）、酸化バリウム（ＢａＯ）、アルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ₃）及びチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃）の少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項４１の方法において、前記二軸配向フィルムは基板法線に実質的に平行な＜００１＞結晶方向を有する、
ことを特徴とする方法。
請求項４１の方法において、堆積レートは約１ｎｍ／秒以上である、
ことを特徴とする方法。
請求項４７の方法において、前記堆積レートは約３ｎｍ／秒以上である、
ことを特徴とする方法。
請求項４１の方法において、前記イオンビームの正常イオンエネルギーは３００ｅＶと約１５００ｅＶの間の範囲内である、
ことを特徴とする方法。
請求項４１の方法において、中間層が前記基板と前記二軸配向フィルムの間に堆積される、
ことを特徴とする方法。
請求項５０の方法において、前記中間層の粒径はナノメートルスケールである、
ことを特徴とする方法。
請求項５０の方法において、前記中間層と前記二軸配向フィルムとの間の格子不整合は約１０％より大きく、好適には約２０％以上である、
ことを特徴とする方法。
請求項５０の方法において、前記中間層は酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、Ｅｕ₂Ｏ₃、及びＰｒ₂Ｏ₃などの希土Ｃ型材料、イットリア安定化ジルコニウム酸化物（ＹＳＺ）などの酸化物、及びシリコン窒化物（Ｓｉ₃Ｎ₄）などの窒化物の少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする方法。
二軸配向フィルムを基板上に堆積するための方法であって、該方法は、
斜め入射角を持つ堆積フラックスで基板上にフィルムを堆積し、同時に該堆積されるフィルムをイオンビームで照射し、これにより二軸配向フィルムを形成すること、からなり、
前記イオンビーム入射角は基板法線に沿った視斜角である、
ことを特徴とする方法。
請求項５４の方法において、前記堆積フラックス入射面とイオンビーム入射面の間の角度は、約４５°または約１３５°である、
ことを特徴とする方法。
請求項５４の方法において、材料は、岩塩型材料、ＲｅＯ₃型材料、及びペロブスカイト型材料の少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項５６の方法において、前記材料は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、三酸化タングステン（ＷＯ₃）、酸化バリウム（ＢａＯ）、アルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ₃）及びチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃）の少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項５４の方法において、前記堆積フラックス入射角は、フィルム法線から約５°と約８０°の間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項５８の方法において、前記堆積フラックス入射角は、フィルム法線から約４５°と約６５°の間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項５４の方法において、前記イオンビームの標準イオンエネルギーは、３００ｅＶと約１５００ｅＶの間の範囲内である、
ことを特徴とする方法。
請求項６０の方法において、前記イオンビームの標準イオンエネルギーは、７００ｅＶと約１９００ｅＶの間の範囲内である、
ことを特徴とする方法。
請求項５４の方法において、中間層が前記基板と前記二軸配向フィルムの間に堆積される、
ことを特徴とする方法。
請求項６２の方法において、前記中間層の粒径はナノメートルスケールである、
ことを特徴とする方法。
請求項６２の方法において、前記中間層と前記二軸配向フィルムとの間の格子不整合は約１０％より大きく、好適には約２０％以上である、
ことを特徴とする方法。
請求項６２の方法において、前記中間層は酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、Ｅｕ₂Ｏ₃、及びＰｒ₂Ｏ₃などの希土Ｃ型材料、イットリア安定化ジルコニウム酸化物（ＹＳＺ）などの酸化物、及びシリコン窒化物（Ｓｉ₃Ｎ₄）などの窒化物の少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする方法。
二軸配向フィルムを基板上に堆積するための方法であって、該方法は、
斜め入射角を持つ堆積フラックスで基板上にフィルムを堆積し、その間にアシストイオンビームが前記堆積されるフィルムを照射し、それにより二軸配向フィルムを形成すること、または、
基板法線に沿った堆積フラックスで基板上にフィルムを堆積し、同時に前記堆積されたフィルムを斜めイオンビームで照射し、それにより二軸配向フィルムを形成すること、からなり、
前記二軸配向フィルムはａ−ｂ面に沿って強い異方性成長レートを持つ非立方体層構造材料からなり、前記ａ−ｂ面に沿った前記成長レートはｃ軸に沿ったそれよりもはるかに高い、
ことを特徴とする方法。
請求項６６の方法において、前記二軸配向フィルムは動的成長条件下で成長され、それにより前記フィルムは基板法線と実質的に平行な前記ａ−ｂ面を持ち、前記フィルムの前記ｃ軸が前記基板上に横たわっており、
前記イオンビーム入射面は実質的に前記ａ−ｂ面と平行である、
ことを特徴とする方法。
請求項６７の方法において、基板法線からの前記イオンビーム入射角は、約１０°と約６０°の間の範囲にある、
ことを特徴とする方法。
請求項６８の方法において、前記イオンビーム入射角は、基板法線から約４５°である、
ことを特徴とする方法。
請求項６７の方法において、前記イオンビーム入射角は、前記基板の方向に沿った視斜角である、
ことを特徴とする方法。
請求項６７の方法において、前記イオンビーム入射角は、実質的に基板法線に沿っている、
ことを特徴とする方法。
請求項６７の方法において、前記堆積フラックス入射角は、フィルム法線から約５°と８０°の間の範囲内である、
ことを特徴とする方法。
請求項６７の方法において、イオンビーム入射面と前記堆積フラックス入射面の間の前記角度は、約０°または約１８０°または約９０°または約２７０°である、
ことを特徴とする方法。
請求項６７の方法において、前記非立方体層構造材料は、変形ペロブスカイト構造材料またはルチル型材料の少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項７４の方法において、前記変形ペロブスカイト構造材料はＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δよりなり、ここでＲＥがイットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ディスプロシウム、ランタン、ネオディミウム、ユーロピウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、及びイットリビウムの少なくとも１つよりなる、及び前記ルチル型材料はＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂、ＷＯ₂、ＲｕＯ₂、ＮｂＯ₂、ＶＯ₂、ＩｒＯ₂の少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項６７の方法において、堆積レートは、約１ｎｍ／秒以上である、
ことを特徴とする方法。
請求項７６の方法において、前記堆積レートは、約３ｎｍ／秒以上である、
ことを特徴とする方法。
請求項６７の方法において、堆積温度は、前記非立方体層構造材料の所望の組成と化学量論を得るのに十分である
請求項７８の方法において、活性酸素が前記堆積温度を低減するために、堆積の間に前記二軸配向フィルム上に実質的に配置される、
ことを特徴とする方法。
請求項７９の方法において、前記活性酸素は、原子酸素、オゾン、酸素イオン、またはＮ₂Ｏの少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項６７の方法において、中間層が前記基板と前記二軸配向フィルムの間に堆積される、
ことを特徴とする方法。
請求項８１の方法において、前記中間層の粒径はナノメートルスケールである、
ことを特徴とする方法。
請求項８１の方法において、前記中間バッファと前記二軸配向フィルムとの間の格子不整合は約１０％より大きく、好適には約２０％以上である、
ことを特徴とする方法。
請求項８１の方法において、前記中間層は酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、Ｅｕ₂Ｏ₃、及びＰｒ₂Ｏ₃などの希土Ｃ型材料、イットリア安定化ジルコニウム酸化物（ＹＳＺ）などの酸化物、及びシリコン窒化物（Ｓｉ₃Ｎ₄）などの窒化物の少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする方法。
請求項１の方法において、前記堆積フラックスは、抵抗加熱蒸着、同時蒸着、電子ビーム蒸着、マグネトロンスパッタリング、パルスレーザーアブレーション、イオンビームスパッタリングを含む蒸着法の少なくとも１つを用いて提供される、
ことを特徴とする方法。
請求項４１の方法において、前記堆積フラックスは抵抗加熱蒸着、同時蒸着、電子ビーム蒸着、マグネトロンスパッタリング、パルスレーザーアブレーション、イオンビームスパッタリングを含む蒸着法の少なくとも１つを用いて提供される、
ことを特徴とする方法。
請求項５４の方法において、前記堆積フラックスは抵抗加熱蒸着、同時蒸着、電子ビーム蒸着、マグネトロンスパッタリング、パルスレーザーアブレーション、イオンビームスパッタリングを含む蒸着方法の少なくとも１つを用いて提供される、
ことを特徴とする方法。
請求項６６の方法において、前記堆積フラックスは抵抗加熱蒸着、同時蒸着、電子ビーム蒸着、マグネトロンスパッタリング、パルスレーザーアブレーション、イオンビームスパッタリングを含む蒸着方法の少なくとも１つを用いて提供される、
ことを特徴とする方法。
高温超伝導体物品であって、該高温超伝導体物品は、
基板と、
請求項１または請求項４１または請求項５４または請求項６６の方法で前記基板に堆積された二軸配向フィルムと、
二軸配向フィルム上に配置された超伝導層、からなり、
前記二軸配向フィルムは鋭い配向層からなり、該鋭い配向層は約１５°以下の（Δφ）、及び約１０°以下の（Δ□）を持つ、
ことを特徴とする高温超伝導体物品。
請求項８９の高温超伝導体物品において、前記基板は、約０．１５ｍｍ以下の厚さを持つフレキシブルな金属テープである、
ことを特徴とする高温超伝導体物品。
請求項９０の高温超伝導体物品において、前記金属テープは、約１０ｎｍ以下の平均粗さに電界研磨または化学機械研磨されている、
ことを特徴とする高温超伝導体物品。
請求項８９の高温超伝導体物品において、前記超伝導層は少なくとも１つの酸化物超伝導体材料よりなる、
ことを特徴とする高温超伝導体物品。
請求項９２の高温超伝導体物品において、前記酸化超伝導体材料は、希土バリウム銅酸化物ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δよりなり、ここでＲＥがイットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ディスプロシウム、ランタン、ネオディミウム、ユーロピウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、及びイットリビウムの少なくとも１つよりなる、
ことを特徴とする高温超伝導体物品。
請求項８９の高温超伝導体物品において、前記超伝導層は、約１．０μｍと約２０．０μｍの間の範囲の厚さを持つ、
ことを特徴とする高温超伝導体物品。
請求項８９の高温超伝導体物品において、前記高温超伝導体物品は、電力ケーブルである、
ことを特徴とする高温超伝導体物品。
請求項９５の高温超伝導体物品において、前記電力ケーブルは、少なくとも１つの冷却液の通過のための内部中央導管を備える、
ことを特徴とする高温超伝導体物品。
請求項８９の高温超伝導体物品において、前記高温超伝導体物品は、電力トランスである、
ことを特徴とする高温超伝導体物品。
請求項８９の超伝導体物品を有する電力発電機。
請求項９８の電力発電機において、前記電力発電機はさらに回転子コイルを持つ少なくとも１つの電磁石を備える回転子に連結されたシャフトと、前記回転子を囲む伝導性の巻き線からなる固定子を備え、前記回転子コイルは前記超伝導体物品からなる、
ことを特徴とする発電機。
請求項８９の超伝導体物品を有する電力網。
請求項１００の電力網において、前記電力網はさらに電力発電機を有する発電ステーション、少なくとも１つの電源トランスを備える送電サブステーション、少なくとも１つの送電ケーブル、電力サブステーション、及び少なくとも１つの配電ケーブル、からなる、
ことを特徴とする電力網。
請求項８９の超伝導体物品において、さらに前記二軸配向フィルムと前記超伝導層の間にエピタキシャルバッファ層を含む、
ことを特徴とする超伝導体物品。