JP2012212571A - Oxide superconductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は酸化物超電導導体に関する。 The present invention relates to an oxide superconductor.
RE−123系の酸化物超電導体(REBa2Cu3O7−X:REはYを含む希土類元素)は、液体窒素温度で超電導性を示し、電流損失が低いため、実用上極めて有望な素材とされており、これを線材に加工して電力供給用の導体あるいは磁気コイル等として使用することが要望されている。この酸化物超電導導体の一例構造として、機械的強度の高いテープ状の金属製の基材を用い、その表面にイオンビームアシスト成膜法(IBAD法)により結晶配向性の良好な中間薄膜を形成し、該中間薄膜の表面に成膜法により酸化物超電導層を形成し、その表面にAgなどの良導電材料からなる安定化層を形成した構造の酸化物超電導導体が知られている。(特許文献1参照) An RE-123-based oxide superconductor (REBa 2 Cu 3 O 7-X : RE is a rare earth element including Y) exhibits superconductivity at a liquid nitrogen temperature and has a low current loss. Therefore, it is an extremely promising material for practical use. It is desired to process this into a wire and use it as a power supply conductor or a magnetic coil. As an example of the structure of this oxide superconducting conductor, an intermediate thin film with good crystal orientation is formed on the surface of a tape-shaped metal substrate with high mechanical strength by ion beam assisted film formation (IBAD method). An oxide superconducting conductor having a structure in which an oxide superconducting layer is formed on the surface of the intermediate thin film by a film forming method and a stabilizing layer made of a highly conductive material such as Ag is formed on the surface is known. (See Patent Document 1)
また、酸化物超電導層の結晶配向性をより高めるために、IBAD法で結晶配向性を整えつつ成膜した中間薄膜の上に、更にキャップ層を成膜し、キャップ層の結晶配向性をIBAD法による中間薄膜より更に高め、このキャップ層を下地として酸化物超電導層を成膜することで、超電導特性の優れた酸化物超電導導体を製造する技術が提供されている。(特許文献2参照) In order to further improve the crystal orientation of the oxide superconducting layer, a cap layer is further formed on the intermediate thin film formed while adjusting the crystal orientation by the IBAD method, and the crystal orientation of the cap layer is set to IBAD. A technique for manufacturing an oxide superconducting conductor having excellent superconducting characteristics is provided by further forming an oxide superconducting layer with this cap layer as a base, which is further enhanced than the intermediate thin film obtained by the method. (See Patent Document 2)
この種の中間薄膜やキャップ層を備えた積層構造の酸化物超電導導体の一例構造として、図9に示す如く、金属製のテープ状の基材100の上に拡散防止層101を形成後、IBAD法による中間薄膜102を形成し、その上にキャップ層103を形成し、更に酸化物超電導層105を形成し、その上にAgの安定化層106を形成した構造の酸化物超電導導体107が知られている。なお、前記拡散防止層101はAl2O3層とY2O3層の積層構造あるいはこれらのいずれかの単層構造とされることがあり、中間薄膜102はこの例ではMgO層から構成され、キャップ層103はCeO2層から構成されている。
また、拡散防止層101を略してIBAD法による中間薄膜102がこれらを兼ねる構造として、基材100の上にIBAD法によるGZO膜(Gd2Zr2O7層)を形成後、キャップ層103を形成し、酸化物超電導層105を積層した構造も提供されている。
前記構造の酸化物超電導導体107において、一例として、拡散防止層101は数10nm〜100nm程度の厚さに形成され、IBAD法によるMgO層は5nm程度の厚さに形成され、キャップ層103は400nm程度の厚さに形成され、酸化物超電導層105は数μm程度の厚さに形成されている。また、IBAD法によるGZO膜は1μm程度の厚さに形成されている。
As an example of the structure of an oxide superconducting conductor having a laminated structure including this kind of intermediate thin film and cap layer, as shown in FIG. 9, after forming a
Further, the
In the oxide
前記IBAD法に従い、中間薄膜102を成膜する方法の一例として図10に示す如く、目的組成のターゲット110に対しイオンガン111からイオンビームを照射してスパッタ粒子112を発生させ、該スパッタ粒子112を基材100上に堆積させると同時に、基材表面の法線に対し所定の角度(θ)傾斜配置したイオン源113からイオンビームを照射することで、結晶配向性に優れた中間薄膜102を成膜することができる。
なお、IBAD法により形成する中間薄膜102の候補として特許文献1には、イットリウム安定化ジルコニア(YSZ)、MgO、SrTiO3が開示されており、特許文献3にはYSZ、CeO2、MgO、SrTiO3、LaMnO3、SrRuO3、Y2O3、Gd2O3、LaSrMnO3が記載されている。
As an example of a method for forming the intermediate
It should be noted that yttrium-stabilized zirconia (YSZ), MgO, and SrTiO 3 are disclosed in Patent Document 1 as candidates for the intermediate
前記積層構造の酸化物超電導導体107においては、酸化物超電導層105の結晶配向性を整えるため、基材100側からの不要元素の拡散を抑制して膜質の劣化を抑制するため、あるいは、全体膜厚を抑制してできるだけ薄型化するため、などの目的において各層の材料開発、膜質改善、製造条件の特定などがなされている。
In the oxide
例えば、MgO層は水分と反応性が高い問題があり、水分存在下において長時間使用するとMgOが変質して基材側から剥離するおそれがあり、水と反応性の低い、薄膜の研究開発がなされている。また、MgOの結晶はその上のキャップ層103を構成するCeO2の結晶と比較的大きな格子ミスマッチがあり、より良好な結晶配向性を求めるならば、更に格子ミスマッチの少ない材料からなる中間薄膜が求められる。更に、IBAD法によるMgO層は5nm程度の膜厚において結晶配向性に優れるが、成膜法においてMgO層をこれより厚く形成すると、結晶配向性が劣化する問題がある。また、酸化物超電導導体107を構成する各層はできるだけ薄いことが望まれるが、現状の成膜技術において厚さ5nm程度の薄膜を長尺の酸化物超電導導体用に、例えば、数100m〜1kmなどの長さに均一に成膜するのは容易ではなく、他の層と同じレベル、例えば数10nm以上の膜厚で結晶配向性の良好な中間薄膜が望まれている。
For example, the MgO layer has a problem of high reactivity with moisture. If it is used for a long time in the presence of moisture, the MgO may be altered and peeled off from the substrate side. Has been made. Further, the MgO crystal has a relatively large lattice mismatch with the CeO 2 crystal constituting the
また、前述のIBAD法によるGZO膜は膜厚1μm程度に形成されているが、この理由は、GZO膜は1μm程度に厚く形成しないと良好な結晶配向性が得られないためである。しかし、酸化物超電導導体は長尺の導体とされるので、成膜法で形成する各膜はできるだけ薄くすることが望ましいという要望があり、IBAD法により結晶配向性を良好とした上にできるだけ薄い膜厚で中間薄膜を形成することが望まれている。 The GZO film formed by the IBAD method is formed with a thickness of about 1 μm because the crystal orientation cannot be obtained unless the GZO film is formed with a thickness of about 1 μm. However, since the oxide superconducting conductor is a long conductor, there is a demand that each film formed by the film forming method should be as thin as possible. The crystal orientation is improved by the IBAD method and is as thin as possible. It is desired to form an intermediate thin film with a film thickness.
なお、非特許文献1に、ペロブスカイト構造のLCMO(La1−xCaxMnO3)を用いてIBAD法を実施し、成膜実験を行った結果が開示されている。非特許文献1には、成膜温度600℃、アシストイオンビームの入射角度55゜(基板垂直方向から)、アシストイオンビーム電圧75V、膜厚380nm、成膜レート0.26Å/sで成膜した結果、図11に示すLCMO(110)正極点測定結果が得られた、と記載されている。
図11に示す正極点測定結果から、非特許文献1に開示されているLCMO薄膜の配向度(Δφ)は極めて悪く(各回折ピークの裾野部分の広がり角が大きいので、配向度は極めて悪いと推定できる。)、酸化物超電導層の下のキャップ層用の下地として利用できない膜質であることが理解でき、良好な結晶配向性のLCMO(La1−xCaxMnO3)の中間薄膜が得られていないことを理解できる。
また、特許文献1〜3には前述した如く酸化物超電導導体用の中間薄膜の候補として種々の材料が開示されているが、IBAD法により具体的に良好な結晶配向性でもって金属製の基材上に成膜できた物質として、YSZ、Gd2Zr2O7のみが実施例として開示されていることから、酸化物超電導導体用として結晶配向性の良好な中間薄膜を得るための材料選択と製造は容易ではないと推定できる。
Non-Patent Document 1 discloses a result of performing a film formation experiment by performing an IBAD method using LCMO (La 1-x Ca x MnO 3 ) having a perovskite structure. In Non-Patent Document 1, a film was formed at a film formation temperature of 600 ° C., an assist ion beam incident angle of 55 ° (from the direction perpendicular to the substrate), an assist ion beam voltage of 75 V, a film thickness of 380 nm, and a film formation rate of 0.26 Å / s. As a result, it is described that the LCMO (110) positive electrode point measurement result shown in FIG. 11 was obtained.
From the results of the positive electrode point measurement shown in FIG. 11, the degree of orientation (Δφ) of the LCMO thin film disclosed in Non-Patent Document 1 is extremely poor (the spread angle at the base of each diffraction peak is large, and the degree of orientation is very bad. It can be estimated that the film quality cannot be used as a base for the cap layer under the oxide superconducting layer, and an intermediate thin film of LCMO (La 1-x Ca x MnO 3 ) having good crystal orientation is obtained. I can understand that this is not done.
Also, as described above, Patent Documents 1 to 3 disclose various materials as candidates for the intermediate thin film for oxide superconducting conductors. Since only YSZ and Gd 2 Zr 2 O 7 are disclosed as examples as substances that can be formed on the material, material selection for obtaining an intermediate thin film with good crystal orientation for oxide superconducting conductors It can be estimated that manufacturing is not easy.
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みなされたものであり、ペロブスカイト型酸化物からなり、結晶配向性に優れ、水分の影響を受け難い中間薄膜を備えた酸化物超電導導体の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and provides an oxide superconductor comprising an intermediate thin film made of a perovskite oxide, excellent in crystal orientation and hardly affected by moisture. Objective.
本発明の酸化物超電導導体は、基材と、該基材上に直接あるいは下地層を介し積層された中間薄膜と、該中間薄膜上に直接あるいはキャップ層を介し積層された酸化物超電導層とを具備する酸化物超電導導体であって、前記中間薄膜が、粒子堆積により基材上にあるいは基材上に下地層を介し中間薄膜を形成する際、基材上方の成膜面に対し斜め方向からアシストイオンビームを照射しつつ成膜するイオンビームアシスト成膜法により形成されたペロブスカイト型酸化物の中間薄膜であって、該中間薄膜を構成する複数の結晶の結晶軸のうち2軸が配向され、これら結晶の配向度を示す正極点図において4回対称性を示す中間薄膜であることを特徴とする。
本発明により、正極点図において4回対称性を示す結晶配向性に優れた世界で初めてのペロブスカイト構造の中間薄膜を有し、その上方に酸化物超電導層を積層した構造の酸化物超電導導体を提供できる。正極点図において4回対称性を示す結晶配向性に優れたペロブスカイト構造の中間薄膜は、これまでのIBAD法を用いた中間薄膜の研究開発においても得られておらず、今回初めて提供できることにより、その上に積層する酸化物超電導層の膜質改善に極めて大きな効果をもたらす。
また、ペロブスカイト構造の中間薄膜であれば、その上にCeO2のキャップ層を積層した場合、CeO2のキャップ層の結晶との格子ミスマッチが少ないので、配向性に優れたキャップ層を得ることが可能となり、その上に酸化物超電導層の薄膜を積層した場合、酸化物超電導層の薄膜をエピタキシャル成膜できるので、優れた超電導特性の酸化物超電導層を得ることができる。
The oxide superconducting conductor of the present invention comprises a base material, an intermediate thin film laminated directly or via an underlayer on the base material, and an oxide superconducting layer laminated directly or via a cap layer on the intermediate thin film. When the intermediate thin film forms the intermediate thin film on the base material by particle deposition or through the underlayer on the base material, the direction is oblique with respect to the film formation surface above the base material. An intermediate thin film of a perovskite oxide formed by ion beam assisted film formation that irradiates with an assist ion beam from the crystal, and two of the crystal axes of the plurality of crystals constituting the intermediate thin film are oriented. In the positive electrode diagram showing the degree of orientation of these crystals, it is an intermediate thin film exhibiting fourfold symmetry.
According to the present invention, an oxide superconducting conductor having the world's first intermediate thin film with a perovskite structure excellent in crystal orientation exhibiting 4-fold symmetry in a positive electrode diagram, and having an oxide superconducting layer laminated thereon is provided. Can be provided. An intermediate thin film with a perovskite structure that exhibits four-fold symmetry in the positive pole figure and has an excellent perovskite structure has not been obtained in the research and development of intermediate thin films using the IBAD method so far. This has an extremely great effect on improving the film quality of the oxide superconducting layer laminated thereon.
Further, in the case of an intermediate thin film having a perovskite structure, when a CeO 2 cap layer is laminated thereon, there are few lattice mismatches with the crystal of the CeO 2 cap layer, so that a cap layer having excellent orientation can be obtained. When a thin film of an oxide superconducting layer is laminated thereon, an oxide superconducting layer having excellent superconducting characteristics can be obtained because a thin film of an oxide superconducting layer can be formed epitaxially.
本発明において、前記中間薄膜が、ABO3型のペロブスカイト型酸化物(ただし、AがLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、LuとYの中から選択される1種または2種以上の場合、BはAl、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Niの中から選択される1種または2種以上、AがCa、Sr、Ba、Pbの中から選択される1種または2種以上の場合、BはTi、Mn、Fe、Sn、Mo、Zr、Hfの中から選択される1種または2種以上、AがLiの場合、BはNbである。)からなることを特徴とする。
ペロブスカイト構造の中間薄膜としてABO3型の構造のペロブスカイト型酸化物を本発明において実現でき、これらペロブスカイト型酸化物を酸化物超電導層あるいはキャップ層の下地として用いた酸化物超電導導体を本発明において実現できる。
In the present invention, the intermediate thin film is an ABO 3 type perovskite oxide (where A is La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and In the case of one or more selected from Y, B is one or more selected from Al, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and A is Ca, Sr, In the case of one or more selected from Ba and Pb, B is one or more selected from Ti, Mn, Fe, Sn, Mo, Zr, and Hf, and A is Li In this case, B is Nb.).
ABO 3 type perovskite type oxide can be realized in the present invention as an intermediate thin film having a perovskite structure, and an oxide superconducting conductor using these perovskite type oxides as an underlayer of an oxide superconducting layer or a cap layer is realized in the present invention. it can.
本発明において前記中間薄膜が、LaNiO3、LaMnO3、PrMnO3、BaTiO3のいずれかからなることを特徴とする。
ペロブスカイト型酸化物の中間薄膜としてLaNiO3、LaMnO3のいずれかを酸化物超電導層あるいはキャップ層の下地として用いた酸化物超電導導体を本発明において実現できる。
In the present invention, the intermediate thin film is made of any one of LaNiO 3 , LaMnO 3 , PrMnO 3 , and BaTiO 3 .
In the present invention, an oxide superconducting conductor using either LaNiO 3 or LaMnO 3 as a base layer of an oxide superconducting layer or a cap layer can be realized as an intermediate thin film of a perovskite oxide.
本発明により、正極点図において4回対称性を示す結晶配向性に優れたペロブスカイト型酸化物の中間薄膜を世界で初めて提供できる。正極点図において4回対称性を示す結晶配向性に優れたペロブスカイト型酸化物の中間薄膜は、これまでのIBAD法を用いた中間薄膜の研究開発においても得られておらず、今回初めて提供できることにより、その上に積層する酸化物超電導層の膜質改善に極めて大きな効果をもたらす。 According to the present invention, it is possible to provide for the first time in the world an intermediate thin film of a perovskite oxide that exhibits a four-fold symmetry in the positive electrode diagram and is excellent in crystal orientation. An intermediate thin film of perovskite oxide with excellent crystal orientation that exhibits four-fold symmetry in the positive dot diagram has not been obtained in research and development of intermediate thin films using the IBAD method so far, and can be provided for the first time this time. As a result, the film quality of the oxide superconducting layer laminated thereon is greatly improved.
以下、本発明に係る酸化物超電導導体の実施形態について図面に基づいて説明する。
図1は本発明に係る第1実施形態の酸化物超電導導体1を模式的に示す概略断面図である。
この例の酸化物超電導導体1は、テープ状の基材2の上方に、下地層3と配向層4とキャップ層5と酸化物超電導層6と第1の安定化層7と第2の安定化層8をこの順に積層して酸化物超電導積層体9が形成され、この酸化物超電導積層体9の周面を絶縁被覆層10で覆って構成されている。
Hereinafter, embodiments of an oxide superconducting conductor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an oxide superconducting conductor 1 according to a first embodiment of the present invention.
The oxide superconducting conductor 1 of this example has a
前記基材2は、通常の酸化物超電導導体の基材として使用することができ、高強度であれば良く、長尺のケーブルとするためにテープ状やシート状あるいは薄板状であることが好ましく、耐熱性の金属からなるものが好ましい。例えば、ステンレス鋼、ハステロイ等のニッケル合金等の各種耐熱性金属材料、もしくはこれら各種金属材料上にセラミックスを配したもの、等が挙げられる。各種耐熱性金属の中でも、ニッケル合金が好ましい。なかでも、市販品であれば、ハステロイ(米国ヘインズ社製商品名)が好適であり、ハステロイとして、モリブデン、クロム、鉄、コバルト等の成分量が異なる、ハステロイB、C、G、N、W等のいずれの種類も使用できる。基材3の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、10〜500μmの範囲とすることができる。
The
下地層3は、以下に説明する拡散防止層とベッド層の複層構造あるいは、これらのうちどちらか1層からなる構造とすることができる。
下地層3として拡散防止層を設ける場合、拡散防止層は構成元素拡散を防止する目的あるいはその上に形成される他の層の膜質を改善するために形成されたもので、窒化ケイ素(Si3N4)、酸化アルミニウム(Al2O3、「アルミナ」とも呼ぶ)、あるいは、GZO(Gd2Zr2O7)等から構成される単層構造あるいは複層構造の層であることが望ましく、厚さは例えば10〜400nmである。拡散防止層の厚さが10nm未満となると、拡散防止層のみでは基材2の構成元素の拡散を十分に防止できなくなる虞がある。一方、拡散防止層の厚さが400nmを超えると、拡散防止層の内部応力が増大し、これにより、他の層を含めて全体が基材2から剥離しやすくなる虞がある。また、拡散防止層の結晶性は特に問われないので、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すれば良い。
The
When a diffusion prevention layer is provided as the
下地層3としてベッド層を設ける場合、ベッド層は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するためのものであり、その上に配される膜の配向性を得るために用いる。このようなベッド層は、例えば、イットリア(Y2O3)などの希土類酸化物であり、組成式(α1O2)2x(β2O3)(1−x)で示されるものが例示できる。より具体的には、Er2O3、CeO2、Dy2O3、Er2O3、Eu2O3、Ho2O3、La2O3等を例示することができ、これらの材料からなる単層構造あるいは複層構造でも良い。ベッド層は、例えばスパッタリング法等の成膜法により形成され、その厚さは例えば10〜100nmである。また、ベッド層の結晶性は特に問われないので、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すれば良い。
なお、下地層3は拡散防止層とベッド層の2層構造でも、これらのどちらかからなる単層構造でも良く、場合によっては下地層3を略しても良い。下地層3を略する場合は、基材2上に直接、以下に説明する配向層4が形成される。
When a bed layer is provided as the
The
配向層4は、単層構造あるいは複層構造のいずれでも良く、その上に積層されるキャップ層5の結晶配向性を制御するために以下に説明するIBAD法により成膜され、2軸配向したペロブスカイト型酸化物の中間薄膜から形成される。
本実施形態において中間薄膜として、ABO3(ただし、AがLa、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、LuとYの中から選択される1種または2種以上の場合、BはAl、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Niの中から選択される1種または2種以上、AがCa、Sr、Ba、Pbの中から選択される1種または2種以上の場合、BはTi、Mn、Fe、Sn、Mo、Zr、Hfの中から選択される1種または2種以上、AがLiの場合、BはNbである。)型のペロブスカイト型酸化物の中間薄膜から、配向層4が形成されている。これらペロブスカイト構造の酸化物の中でも、LaNiO3、LaMnO3、LaAlO3、PrMnO3、SrTiO3、BaTiO3、BaZrO3、SrHfO3のいずれかを選択することができる。
一例として配向層4は、図1(B)に拡大して示す如く複数の結晶粒4aが粒界を介し接合された多結晶薄膜として構成され、各結晶粒4aの内部においては、それら結晶粒4aを構成するペロブスカイト結晶が、それらの結晶軸のc軸を基材2の表面(あるいは下地層3の表面)に対し個々に垂直に向け、ペロブスカイト結晶の結晶軸のa軸をほぼ一方向に揃えて(例えば図1(C)に符号Kで示す結晶軸の分散の角度を所定の範囲に揃えて)配置されている。
The
In this embodiment, as the intermediate thin film, ABO 3 (where A is selected from La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and Y) In the case of one or more selected, B is one or more selected from Al, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and A is in Ca, Sr, Ba, Pb In the case of one or more selected from B, B is one or more selected from Ti, Mn, Fe, Sn, Mo, Zr, Hf, and when A is Li, B is Nb The
As an example, the
この配向層4をIBAD(Ion-Beam-Assisted Deposition)法により良好な結晶配向性で成膜するならば、その上に形成するキャップ層5の結晶配向性を良好な値とすることができ、これによりキャップ層5の上に成膜する酸化物超電導層6の結晶配向性を良好なものとして、より優れた超電導特性を発揮できる酸化物超電導層6を得るようにすることができる。
上述のペロブスカイト型酸化物の多結晶薄膜からなる配向層4は、IBAD法における結晶配向度を表す指標である結晶軸分散の半値幅Δφ(FWHM)の値を小さくできるため、特に好適である。
If this
The
前記キャップ層5は、前記配向層5の表面に対してエピタキシャル成長し、その後、横方向(面方向)に粒成長(オーバーグロース)して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て形成されたものが好ましい。このようなキャップ層5は、前記配向層4よりも高い面内配向度が得られる可能性がある。
キャップ層5の材質は、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、CeO2、Y2O3、Al2O3、Gd2O3、Zr2O3、Ho2O3、Nd2O3等が例示できる。キャップ層5の材質がCeO2である場合、キャップ層は、Ceの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたCe−M−O系酸化物を含んでいても良い。
キャップ層5は、PLD法(パルスレーザ蒸着法)、スパッタリング法等で成膜することができるが、大きな成膜速度を得られる点でPLD法を用いることが好ましい。PLD法によるCeO2層の成膜条件としては、基材温度約500〜1000℃、約0.6〜100Paの酸素ガス雰囲気中で行うことができる。
CeO2のキャップ層5の膜厚は、50nm以上であればよいが、十分な配向性を得るには100nm以上が好ましい。但し、厚すぎると結晶配向性が悪くなるので、50〜5000nmの範囲、より好ましくは100〜5000nmの範囲とすることができる。
The
The material of the
The
The thickness of the CeO 2 cap layer 5 may be 50 nm or more, but is preferably 100 nm or more in order to obtain sufficient orientation. However, if it is too thick, the crystal orientation deteriorates, so that it can be in the range of 50 to 5000 nm, more preferably in the range of 100 to 5000 nm.
酸化物超電導層6は通常知られている組成の酸化物超電導体からなるものを広く適用することができ、REBa2Cu3Oy(REはY、La、Nd、Sm、Er、Gd等の希土類元素を表す)なる材質のもの、具体的には、Y123(YBa2Cu3Oy)又はGd123(GdBa2Cu3Oy)を例示することができる。また、その他の酸化物超電導体、例えば、Bi2Sr2Can−1CunO4+2n+δなる組成等に代表される臨界温度の高い他の酸化物超電導体からなるものを用いても良いのは勿論である。
酸化物超電導層6は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法等の物理的蒸着法;化学気相成長法(CVD法);塗布熱分解法(MOD法)等で積層でき、なかでもレーザ蒸着法が好ましい。酸化物超電導層6の厚みは、0.5〜5μm程度であって、均一な厚みであることが好ましい。
The
The
酸化物超電導層6の上面を覆うように形成されている第1の安定化層7は、Agからなり、スパッタ法などの気相法により成膜されており、その厚さを1〜30μm程度とされる。
第2の安定化層8は、良導電性の金属材料からなり、酸化物超電導層6が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、第1の安定化層7とともに、酸化物超電導層6の電流が転流するバイパスとして機能する。第2の安定化層8を構成する金属材料としては、良導電性を有するものであればよく、特に限定されないが、銅、黄銅(Cu−Zn合金)、Cu−Ni合金等の銅合金、ステンレス等の比較的安価な材質からなるものを用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることがら銅製が好ましい。なお、酸化物超電導導体1を超電導限流器に使用する場合は、第2の安定化層8は高抵抗金属材料より構成され、Ni−Cr等のNi系合金などを使用できる。
第2の安定化層8の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、10〜300μmとすることが好ましい。
前記被覆層10は、樹脂絶縁層からなり、絶縁テープを巻回するなどの手段により酸化物超電導積層体9の全周を覆うように形成されている。
The
The
The thickness of the
The
前記構造の酸化物超電導導体1に設けられるIBAD法による配向層4は、例えば図2に示す装置により成膜される。
図2に示す装置は、下地層3を備えたテープ状の基材2をその長手方向に走行するための走行系(図示略)と、その表面が基材2の表面に対して斜めに向いて対峙されたターゲット21と、ターゲット21にイオンを照射するスパッタビーム照射装置22と、基材2の表面に対して斜め方向からイオン(希ガスイオンと酸素イオンの混合イオン)を照射するイオン源23とを有しており、これらの各装置は真空容器(図示略)内に配置されている。なお、図2において符号2Aは基板ホルダを示し、符号21Aはターゲットホルダを示している。
The
The apparatus shown in FIG. 2 has a running system (not shown) for running the tape-
本実施形態で用いる真空容器は、外部と成膜空間とを仕切る容器であり、気密性を有するとともに、内部が高真空状態とされるため耐圧性を有するものとされる。この真空容器には、真空容器内にキャリアガスおよび反応ガスを導入するガス供給手段と、真空容器内のガスを排気する排気手段が接続されているが、図2ではこれら供給手段と排気手段を略し、各装置の配置関係のみを示している。
また、イオン源23の一例構成として、図3に示す如く、容器24の内部に、引出電極25とフィラメント26とArガス等の導入管27とを備えて構成され、容器24の先端から希ガス等のイオンをビーム状に平行に照射できる装置を用いることができる。なお、図3に示すイオン源23において、アシストイオンビーム電圧とアシストイオンビーム電流値を適宜調整し、アシストイオンビームのエネルギーを調整することができる。
The vacuum container used in the present embodiment is a container that partitions the outside and the film formation space, has airtightness, and has pressure resistance because the inside is in a high vacuum state. The vacuum container is connected to a gas supply means for introducing a carrier gas and a reaction gas into the vacuum container and an exhaust means for exhausting the gas in the vacuum container. In FIG. 2, these supply means and exhaust means are connected to each other. For brevity, only the arrangement relationship of each device is shown.
As an example of the configuration of the
図2、図3に示す装置によって基材2の下地層3上に配向層4を形成するには、真空容器の内部を減圧雰囲気とし、スパッタビーム照射装置22及びイオン源23を作動させる。これにより、スパッタビーム照射装置22からターゲット21にイオンを照射し、ターゲット21の構成粒子を叩き出すか蒸発させて下地層3上にターゲット構成粒子を堆積させることができる。これと同時に、イオン源23から、希ガスイオンと酸素イオンとの混合イオンによるアシストイオンビームを放射し、下地層3の表面(基材2上方の成膜面)に対して所定の入射角度(基材上の成膜面の法線に対する入射角度θ)で照射する。
In order to form the
図2、図3に示す装置を用いてIBAD法を実施する場合、アシストイオンビームの入射角度θについては、基材2の成膜面(本実施形態では下地層3の上面)の法線に対し40〜75゜の範囲に設定することが好ましい。
また、アシストイオンビームを照射するイオン源の稼働条件としてイオンビーム電圧を例えば300Vとすると、イオンビーム電流値は300mA〜650mAの範囲を選択できる。
また、アシストイオンビーム電圧は、200〜600Vの範囲が好ましい。アシストイオンビーム電圧をこの範囲とすることで、得られる配向層4の結晶軸分散の半値幅をより小さくすることができる。
配向層4を成膜する際の成膜温度については、300〜1000℃の範囲を選択できる。
When the IBAD method is performed using the apparatus shown in FIGS. 2 and 3, the incident angle θ of the assist ion beam is in the normal line of the film formation surface of the substrate 2 (the upper surface of the
Further, when the ion beam voltage is set to, for example, 300 V as the operating condition of the ion source that radiates the assist ion beam, the ion beam current value can be selected from a range of 300 mA to 650 mA.
The assist ion beam voltage is preferably in the range of 200 to 600V. By setting the assist ion beam voltage within this range, the half width of crystal axis dispersion of the obtained
About the film-forming temperature at the time of forming the
以上説明のように、下地層3の表面に、ターゲット21の構成粒子を堆積させつつ、所定の入射角度でイオン照射を行うことにより、形成されるスパッタ膜の特定の結晶軸がイオンの入射方向に固定され、ペロブスカイト型酸化物の結晶のc軸が金属基板の表面に対して垂直方向に配向するとともに、ペロブスカイト型酸化物の結晶のa軸どうし(あるいはb軸どうし)が面内において一定方向に配向する(2軸配向する)。このため、IBAD法によって下地層3上に形成されたペロブスカイト型酸化物の配向層4は、高い面内配向度を得ることができる。
As described above, by irradiating ions at a predetermined incident angle while depositing the constituent particles of the
以下に、配向層4がペロブスカイト型酸化物から構成される場合の特徴について説明する。
以下の表1に、酸化物超電導導体の各層を構成する材料の物質名と格子常数(Å)を示し、各物質ととキャップ層を構成するCeO2との格子ミスマッチを示し、各物質と酸化物超電導層6を構成する材料の一例であるGd1Ba2Cu3O7−x(以下、GdBCOと略記する)との格子ミスマッチの関係を対比して示す。
Below, the characteristic in case the
Table 1 below shows the substance name and lattice constant (Å) of the material constituting each layer of the oxide superconductor, shows the lattice mismatch between each substance and CeO 2 constituting the cap layer, and oxidizes each substance. The relationship of lattice mismatch with Gd 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x (hereinafter abbreviated as GdBCO), which is an example of a material constituting the
「表1」
物質名 格子常数(Å) CeO2との格子 GdBCOとの格子
ミスマッチ ミスマッチ
MgO 4.21 28.5 −8.3
GZO 5.25 3.0 3.98
SrTiO3 3.90 −1.9 −1.03
BaTiO3 3.99 −4.1 −3.26
LaMnO3 3.89 −1.75 −0.78
LaNiO3 3.86 −0.90 0
LaAlO3 3.78 1.2 2.12
PrMnO3 3.82 0.13 1.05
"Table 1"
Substance name Lattice constant (Å) Lattice with CeO 2 Lattice with GdBCO
Mismatch Mismatch MgO 4.21 28.5 -8.3
GZO 5.25 3.0 3.98
SrTiO 3 3.90 -1.9 -1.03
BaTiO 3 3.99 -4.1 -3.26
LaMnO 3 3.89 -1.75 -0.78
LaNiO 3 3.86-0.90 0
LaAlO 3 3.78 1.2 2.12
PrMnO 3 3.82 0.13 1.05
表1において、CeO2の格子定数は、5.41あるいは3.825(45゜回転:ルート2分の1倍(ペロブスカイトの場合))で計算した。GdBCOの格子定数:3.86(正確にはGdBCOは斜方晶であり、a軸とb軸の平均値とした。)また、SrTiO3以外のペロブスカイトは立方晶ではないが、準立方晶として格子定数を見積りした。
表1の格子ミスマッチ(格子不整合)は、(ae−as)/as×100%の式(ae:エピタキシャル層(上層)の格子定数、as:基板の(下層)の格子定数)に従い計算した。
In Table 1, the lattice constant of CeO 2 was calculated at 5.41 or 3.825 (45 ° rotation: half the root (in the case of perovskite)). GdBCO lattice constant: 3.86 (To be exact GdBCO is orthorhombic and is the average of the a-axis and b-axis.) Perovskites other than SrTiO 3 are not cubic but quasi-cubic. The lattice constant was estimated.
The lattice mismatch (lattice mismatch) in Table 1 was calculated according to the equation (ae-as) / as × 100% (ae: the lattice constant of the epitaxial layer (upper layer), as: the lattice constant of the (lower layer) of the substrate). .
表1に示す対比結果の如く、CeO2との格子ミスマッチは、MgOよりもペロブスカイト酸化物のSrTiO3、BaTiO3、LaMnO3、LaNiO3、LaAlO3、PrMnO3の方が遙かに少なく、IBAD法により良好な結晶配向性で結晶成長させるならば、配向性に優れた配向層4を形成できると想定できる。
As shown in the comparison results in Table 1, the lattice mismatch with CeO 2 is much less in the perovskite oxides SrTiO 3 , BaTiO 3 , LaMnO 3 , LaNiO 3 , LaAlO 3 and PrMnO 3 than in MgO. If the crystal is grown with good crystal orientation by the method, it can be assumed that the
ここで前述のように、良好な配向性を有する配向層4の上にキャップ層5を形成していると、キャップ層5も良好な配向性を得ることができるとともに、そのキャップ層5上に酸化物超電導層6を形成すると、酸化物超電導層6もキャップ層5の配向性に整合するように結晶化する。よって前記キャップ層5上に形成された酸化物超電導層6は、結晶配向性に乱れが殆どなく、この酸化物超電導層6を構成する結晶粒の1つ1つにおいては、基材2の厚さ方向に電気を流しにくいc軸が配向し、基材2の長さ方向にa軸どうしあるいはb軸どうしが配向している(2軸配向している)。従って得られた酸化物超電導層6は、結晶粒界における量子的結合性に優れ、結晶粒界における超電導特性の劣化が殆どないので、基材2の長さ方向に電気を流し易くなり、十分に高い臨界電流が得られる。
Here, as described above, when the
以上説明の如く形成された酸化物超電導導体1は、IBAD法により成膜された結晶配向性に優れたペロブスカイト型酸化物の配向層4を備え、その上にキャップ層5を介し結晶配向性に優れた酸化物超電導層6を有しているので、優れた超電導特性を発揮する。
The oxide superconducting conductor 1 formed as described above includes a perovskite
図4はIBAD法を実施して長尺の酸化物超電導導体を製造する場合に用いて好適な装置の一例を示す。
図4に示す如く長尺の酸化物超電導導体を製造する場合に適用するイオンビームアシストスパッタ装置30は、テープ状の基材などが配置される成膜領域31に面するようにターゲット32が配置され、このターゲット32に対して斜め方向に対向するようにスパッタイオンソース源33が配置されるとともに、成膜領域31の法線に対し所定の角度で(例えば55゜など)斜め方向から対向するようにアシストイオンソース源35を配置して構成されている。
この例のイオンビームアシストスパッタ装置30は、真空チャンバに収容される形態で設けられる成膜装置であり、テープ状の基材37が対向配置された第1のローラ群38と第2のローラ群39とに複数回往復巻回されて成膜領域31を往復走行される構造などを例示することができる。
FIG. 4 shows an example of an apparatus suitable for use in manufacturing a long oxide superconductor by carrying out the IBAD method.
As shown in FIG. 4, an ion beam assisted
The ion beam assisted
この実施形態において適用されるイオンソース源33、35は、先に説明した実施形態と同様、容器の内部に、引出電極とフィラメントとArガス等の導入管とを備えて構成され、容器の先端からイオンをビーム状に平行に照射できるものである。
本実施形態で用いる真空チャンバは、外部と成膜空間とを仕切る容器であり、気密性を有するとともに、内部が高真空状態とされるため耐圧性を有するものとされる。この真空チャンバには、真空チャンバ内にキャリアガスおよび反応ガスを導入するガス供給手段と、真空チャンバ内のガスを排気する排気手段が接続されているが、図ではこれら供給手段と排気手段を略し、各装置の配置関係のみを示している。
ここで用いるターゲット32とは、前述した材料の中間薄膜4を形成する場合に見合った組成のターゲットとすることができる。
図4に示す構造のイオンビームアシストスパッタ装置30を用いることでIBAD法を実施し、目的のペロブスカイト型酸化物の中間薄膜4を長尺、例えば数10m〜数100mレベルで長尺の基材37上に成膜し、長尺の酸化物超電導導体を製造する場合に対応できる。
The
The vacuum chamber used in the present embodiment is a container that partitions the outside and the film formation space, has airtightness, and has pressure resistance because the inside is in a high vacuum state. The vacuum chamber is connected to a gas supply means for introducing a carrier gas and a reactive gas into the vacuum chamber and an exhaust means for exhausting the gas in the vacuum chamber. In the figure, the supply means and the exhaust means are omitted. Only the arrangement relationship of each device is shown.
The
The IBAD method is performed by using the ion beam assisted
「実施例1」
ハステロイC276(米国ヘインズ社商品名)からなる幅10mm、厚さ0.1mm、長さ1000mmのテープ状の表面平滑な基材を用意し、表面を洗浄してからスパッタ法によりAl2O3の拡散防止層(厚さ150nm)とY2O3のベッド層(厚さ20nm)を積層した。
次に、以下に説明するイオンビームアシストスパッタ法を用い、(LaNiO3のターゲットを用いてテープ基材のベッド層の表面に厚さ50nmのLaNiO3の配向層を形成した。
図2に示す構造のイオンビームアシストスパッタ装置を用いてIBAD法を実施し、アシストイオンビームの入射角度は、テープ状基材成膜面の法線に対し、55゜に設定し、成膜温度を500℃、成膜時間を約400秒とした。
"Example 1"
A tape-like surface-smooth base material having a width of 10 mm, a thickness of 0.1 mm, and a length of 1000 mm made of Hastelloy C276 (trade name of Haynes Corp., USA) is prepared, and the surface is cleaned, and then Al 2 O 3 is sputtered. A diffusion prevention layer (thickness 150 nm) and a Y 2 O 3 bed layer (
Next, an alignment layer of LaNiO 3 having a thickness of 50 nm was formed on the surface of the bed layer of the tape substrate using a target of LaNiO 3 by using an ion beam assisted sputtering method described below.
The IBAD method is performed using the ion beam assisted sputtering apparatus having the structure shown in FIG. 2, and the incident angle of the assist ion beam is set to 55 ° with respect to the normal line of the film-form surface of the tape-like substrate. Was set at 500 ° C. and the film formation time was about 400 seconds.
また、アシストイオンビーム電圧を300Vに固定し、アシストイオンビーム電流値を300mA、350mA、400mA、450mA、500mA、550mA、600mA、650mAに変更して複数の試料を作成した。
また、得られた配向層の上に、膜厚300nmのCeO2のキャップ層をレーザー蒸着法で800℃で積層し、得られたCeO2のキャップ層をX線測定して回折試験像であるCeO2(220)正極点図を求め、結晶軸分散の半値幅(Δφ)を求めた結果を図5に示す。
Further, the assist ion beam voltage was fixed at 300 V, and the assist ion beam current value was changed to 300 mA, 350 mA, 400 mA, 450 mA, 500 mA, 550 mA, 600 mA, and 650 mA to prepare a plurality of samples.
Further, a CeO 2 cap layer having a thickness of 300 nm is laminated on the obtained alignment layer at 800 ° C. by a laser deposition method, and the obtained CeO 2 cap layer is subjected to X-ray measurement to be a diffraction test image. FIG. 5 shows the results of obtaining a CeO 2 (220) positive dot diagram and obtaining the half-value width (Δφ) of crystal axis dispersion.
アシストイオンビーム電圧300V、アシストイオンビーム電流値を500mA、成膜時間400秒として得られた試料のCeO2(220)正極点図を図6に示す。得られたΔφの値は、300mA:24.4゜、350mA:23.4゜、400mA:23.1゜、450mA:22.6゜、500mA:21.9゜、550mA:22.2゜、600mA:25゜、650mA:25.2゜となった。
なお、配向層の結晶の上にはCeO2のキャップ層の結晶がエピタキシャル成長するので、キャップ層の結晶配向性が優れるということは、その下地としての配向層の結晶配向性も優れていることの証明となる。本実施例の条件として配向層の膜厚は薄いので、X線回折による正極点測定データが取りやすいようにCeO2のキャップ層を積層している。
A CeO 2 (220) positive electrode dot diagram of a sample obtained with an assist ion beam voltage of 300 V, an assist ion beam current value of 500 mA, and a deposition time of 400 seconds is shown in FIG. The values of Δφ obtained were 300 mA: 24.4 °, 350 mA: 23.4 °, 400 mA: 23.1 °, 450 mA: 22.6 °, 500 mA: 21.9 °, 550 mA: 22.2 °, 600 mA: 25 °, 650 mA: 25.2 °.
In addition, since the CeO 2 cap layer crystal is epitaxially grown on the crystal of the alignment layer, the crystal orientation of the cap layer is excellent, which means that the crystal orientation of the alignment layer as the base is also excellent. Proof. Since the orientation layer is thin as a condition of the present embodiment, a CeO 2 cap layer is laminated so that positive point measurement data by X-ray diffraction can be easily obtained.
図5に示す如く300V、500mA、500℃で製造した試料のΔφは21.9゜となり、その条件により得られたキャップ層の(220)正極点図には、図6に示す如く4回対称性が明瞭に現れた。
よって、上述の条件にてIBAD法により4回対称性を示すペロブスカイト構造であり、結晶配向性に優れた配向層を形成できることが判明した。
前記アシストイオンビームの条件において、アシストイオンビーム電圧を300Vとした場合、Δφをより小さくするためには、図5の関係から、適切な範囲を選択することで、より優れたΔφの値を得ることができた。
As shown in FIG. 5, the Δφ of the sample manufactured at 300 V, 500 mA, and 500 ° C. is 21.9 °, and the (220) positive pole figure of the cap layer obtained under the conditions is four times symmetrical as shown in FIG. Sex appeared clearly.
Therefore, it was found that an alignment layer having a perovskite structure exhibiting 4-fold symmetry by the IBAD method under the above-described conditions and having excellent crystal orientation can be formed.
In the assist ion beam condition, when the assist ion beam voltage is 300 V, in order to make Δφ smaller, an appropriate range is selected from the relationship shown in FIG. I was able to.
次に、IBAD法によりペロブスカイト構造の配向層を形成する場合の温度依存性を調べるために、アシストイオンビーム電流値を500mA、アシストイオンビーム電圧を300V、成膜時間400秒、アシストイオンビーム入射角を55゜に固定し、この条件において成膜温度を300℃、400℃、500℃、550℃とした場合にそれぞれ得られた試料のCeO2(220)正極点図を求めたところ、300℃、400℃では4回対称性性が見られず、図7に示す如く無配向の試料が得られた。これに対し、500℃成膜の場合は図6に示す如く4回対称性が見られ、Δφ=21.9゜が得られ、550℃で成膜した試料についても4回対称性が見られ、Δφ=20.4゜が得られた。
図6、図7に示す結果から、正極点図において4回対称性を示す配向層を得るために成膜温度については500℃以上が望ましく、成膜温度を更に上げるとより良好な配向性が得られると想定できる。。
Next, in order to investigate the temperature dependence when forming an alignment layer having a perovskite structure by the IBAD method, the assist ion beam current value is 500 mA, the assist ion beam voltage is 300 V, the deposition time is 400 seconds, and the assist ion beam incident angle. Was fixed at 55 °, and the CeO 2 (220) positive electrode diagram of the sample obtained when the film formation temperature was 300 ° C., 400 ° C., 500 ° C., and 550 ° C. under these conditions was found to be 300 ° C. At 400 ° C., 4-fold symmetry was not observed, and an unoriented sample was obtained as shown in FIG. On the other hand, in the case of film formation at 500 ° C., four-fold symmetry is seen as shown in FIG. 6, Δφ = 21.9 ° is obtained, and the sample formed at 550 ° C. also has four-fold symmetry. Δφ = 20.4 ° was obtained.
From the results shown in FIGS. 6 and 7, it is desirable that the film formation temperature is 500 ° C. or higher in order to obtain an alignment layer exhibiting 4-fold symmetry in the positive dot diagram, and better alignment can be obtained by further increasing the film formation temperature. It can be assumed that it will be obtained. .
次に、IBAD法によりペロブスカイト構造の配向層を形成する場合の成膜時間依存性を調べるために、アシストイオンビーム電流値を500mA、アシストイオンビーム電圧を300V、成膜温度500℃、アシストイオンビーム入射角を55゜に固定し、成膜時間を2000秒とした場合にそれぞれ得られた試料のCeO2(220)正極点図を求め、それらを図8に示した。
成膜時間を2000秒に設定しても図8に示す如く正極点図において4回対称性を示すペロブスカイト構造の配向層を得ることができた。得られた配向層の膜厚を測定したところ、図6に示す試料の場合に成膜時間400秒においては膜厚50nmの配向層が得られ、成膜時間2000秒においては膜厚250nmの配向層が得られた。図8に示す結果と図6に示す結果の対比から、膜厚50nmよりも膜厚250nmの配向層の方が配向性が向上しているので、本発明のペロブスカイト型酸化物の配向層においては膜厚を250nmレベルまで厚くしても配向性が優れている特徴を有する。
このため、長尺の基材上に配向層を均一成膜する場合にある程度膜厚を大きくして全長に渡り膜質の均一性を確保しようとして成膜しても、配向性に優れた配向層を形成できることが分かる。
Next, in order to investigate the film formation time dependency in forming an alignment layer having a perovskite structure by the IBAD method, the assist ion beam current value is 500 mA, the assist ion beam voltage is 300 V, the film formation temperature is 500 ° C., the assist ion beam CeO 2 (220) positive electrode dot diagrams of the samples obtained when the incident angle was fixed at 55 ° and the film formation time was 2000 seconds were obtained and shown in FIG.
Even when the film formation time was set to 2000 seconds, as shown in FIG. 8, an alignment layer having a perovskite structure exhibiting 4-fold symmetry in the positive electrode dot diagram could be obtained. When the film thickness of the obtained alignment layer was measured, in the case of the sample shown in FIG. 6, an alignment layer with a film thickness of 50 nm was obtained at a film formation time of 400 seconds, and an alignment layer with a film thickness of 250 nm at a film formation time of 2000 seconds. A layer was obtained. From the comparison between the result shown in FIG. 8 and the result shown in FIG. 6, the orientation layer of the 250 nm-thickness alignment layer has improved orientation rather than the 50 nm-thickness. Therefore, in the perovskite oxide alignment layer of the present invention, Even if the film thickness is increased to a level of 250 nm, it has a feature that the orientation is excellent.
For this reason, even when an orientation layer is uniformly formed on a long substrate, the orientation layer is excellent in orientation even if the orientation layer is formed to increase the film thickness to a certain extent to ensure uniformity of the film quality over the entire length. It can be seen that can be formed.
次に、IBAD法によりペロブスカイト構造の配向層を形成する場合の下地層の影響を調べるために、ハステロイ製の基材上に直接ペロブスカイト構造の配向層(LaNiO3層)を形成する試験と、ハステロイ製の基材上にAl2O3層を形成した上にペロブスカイト構造の配向層(LaNiO3層)を形成する試験と、ハステロイ製の基材上にAl2O3層とY2O3層を形成した上にペロブスカイト構造の配向層(LaNiO3層)を形成する試験を行い、それぞれにおいて得られた試料のCeO2(220)正極点図を求めた。配向層を成膜する際の条件は、アシストイオンビーム電流値400mA、アシストイオンビーム電圧400V、成膜時間400秒、アシストイオンビーム入射角度55゜、成膜温度500℃に設定した。
その結果、ハステロイ製の基材上に直接配向層を形成した試料ではΔφ=20.1゜が得られ、ハステロイ製の基材上にAl2O3層を介して配向層を形成した試料ではΔφ=17.5゜が得られ、ハステロイ製の基材上にAl2O3層とY2O3層を介して配向層を形成した試料ではΔφ=19.8゜が得られた。
Next, in order to investigate the influence of the underlayer in the case of forming a perovskite structure alignment layer by the IBAD method, a test for directly forming a perovskite structure alignment layer (LaNiO 3 layer) on a Hastelloy substrate, orientation layers having a perovskite structure on the formation of the the Al 2 O 3 layer on the manufacturing of the substrate and the test to form the (LaNiO 3 layers), the Al 2 O 3 layer on the Hastelloy substrate and Y 2 O 3 layer Then, a test for forming an orientation layer (LaNiO 3 layer) having a perovskite structure was performed, and a CeO 2 (220) positive electrode dot diagram of the sample obtained in each was obtained. The conditions for forming the alignment layer were set to an assist ion beam current value of 400 mA, an assist ion beam voltage of 400 V, a film formation time of 400 seconds, an assist ion beam incident angle of 55 °, and a film formation temperature of 500 ° C.
As a result, in the sample in which the alignment layer is directly formed on the Hastelloy base material, Δφ = 20.1 ° is obtained, and in the sample in which the orientation layer is formed on the Hastelloy base material via the Al 2 O 3 layer, Δφ = 17.5 ° was obtained, and Δφ = 19.8 ° was obtained in the sample in which the alignment layer was formed on the base material made of Hastelloy through the Al 2 O 3 layer and the Y 2 O 3 layer.
更に、上述の正極点図において4回対称性が得られた各試料においてキャップ層上にパルスレーザー蒸着法によりGdBa2Cu3O7−xの組成の厚さ1.0μmの酸化物超電導層を形成した。
次に、各試料について、スパッタ法により酸化物超電導層の上面に厚さ8μmのAgからなる第1の安定化層を形成し、更にその上に厚さ300μmのCuの安定化層テープを貼りつけて各酸化物超電導導体を得た。
これら複数の酸化物超電導導体試料を液体窒素に浸漬して通電試験したところ、いずれの試料においても1×105〜2×105A/cm2の臨界電流密度(Jc)が得られた。
Furthermore, an oxide superconducting layer having a composition of GdBa 2 Cu 3 O 7-x having a thickness of 1.0 μm is formed on the cap layer by the pulse laser deposition method in each sample in which the four-fold symmetry is obtained in the above positive electrode diagram. Formed.
Next, for each sample, a first stabilizing layer made of Ag having a thickness of 8 μm is formed on the upper surface of the oxide superconducting layer by sputtering, and a Cu stabilizing layer tape having a thickness of 300 μm is further applied thereon. Each oxide superconducting conductor was obtained.
When the plurality of oxide superconducting conductor samples were immersed in liquid nitrogen and subjected to an energization test, a critical current density (Jc) of 1 × 10 5 to 2 × 10 5 A / cm 2 was obtained in any sample.
本発明は、例えば酸化物超電導送電線や超電導マグネット用のコイル巻線に利用することができる酸化物超電導導体を提供する。 The present invention provides an oxide superconducting conductor that can be used for, for example, an oxide superconducting power transmission line or a coil winding for a superconducting magnet.
1…酸化物超電導導体、2…基材、3…下地層、4…配向層、4a…結晶粒、5…キャップ層、6…酸化物超電導層、7…第1の安定化層、8…第2の安定化層、9…酸化物超電導積層体、10…絶縁被覆層、21…ターゲット、21A…ターゲットホルダ、22…イオンガン、23…イオン源、24…容器、25…グリッド、26…フィラメント、27…ガスの導入管。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Oxide superconducting conductor, 2 ... Base material, 3 ... Underlayer, 4 ... Orientation layer, 4a ... Crystal grain, 5 ... Cap layer, 6 ... Oxide superconducting layer, 7 ... 1st stabilization layer, 8 ... Second stabilization layer, 9 ... oxide superconducting laminate, 10 ... insulating coating layer, 21 ... target, 21A ... target holder, 22 ... ion gun, 23 ... ion source, 24 ... container, 25 ... grid, 26 ...
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPH05213699A (en) * | 1991-12-09 | 1993-08-24 | Asahi Glass Co Ltd | Production of oxide superconductor |
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-
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- 2011-03-31 JP JP2011077946A patent/JP2012212571A/en active Pending
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