JP2014220257A - Method of producing oxide superconductor - Google Patents

Method of producing oxide superconductor Download PDF

Info

Publication number
JP2014220257A
JP2014220257A JP2014164242A JP2014164242A JP2014220257A JP 2014220257 A JP2014220257 A JP 2014220257A JP 2014164242 A JP2014164242 A JP 2014164242A JP 2014164242 A JP2014164242 A JP 2014164242A JP 2014220257 A JP2014220257 A JP 2014220257A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
oriented
orientation
substrate
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014164242A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5763251B2 (en
Inventor
荒木 猛司
Takeshi Araki
猛司 荒木
真理子 林
Mariko Hayashi
真理子 林
山田 紘
Hiroshi Yamada
紘 山田
福家浩之
Hiroyuki Fukuya
浩之 福家
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2014164242A priority Critical patent/JP5763251B2/en
Publication of JP2014220257A publication Critical patent/JP2014220257A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5763251B2 publication Critical patent/JP5763251B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F17/00Compounds of rare earth metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G1/00Methods of preparing compounds of metals not covered by subclasses C01B, C01C, C01D, or C01F, in general
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G3/00Compounds of copper
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of an oxide superconductor which enables improvement of orientation.SOLUTION: A method of producing an oxide superconductor includes a step of forming oriented parts on a substrate and bringing a solution containing a metal trifluoroacetate salt into contact with oriented parts and parts other than the oriented parts to form a gel film containing the metal and the fluoride contained in the metal trifluoroacetate salt on the substrate and a step of heat-treating the substrate to form an oriented superconductive layer, with the oriented parts and either of the crystal axes oriented, on the oriented parts and the parts other than the oriented parts.

Description

本発明の実施形態は、酸化物超電導体の製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a method for manufacturing an oxide superconductor.

金属テープ上へ配向酸化物薄膜を形成する技術は、第2世代超電導体において、最も進んでいる技術である。半導体やハードディスク関連の薄膜成膜技術は、一般的に成膜温度が400℃以下と低い場合がほとんどである。したがって、例えば、スパッターによる成膜において、飛来した粒子には、基材に着地した際に、他の粒子と原子レベルで結合できるほどのエネルギーを与えられていない。そのために、半導体などの技術分野において、配向組織の指標である面内配向度で議論されることはほとんど無い。   The technique of forming an oriented oxide thin film on a metal tape is the most advanced technique in the second generation superconductor. In most cases of thin film deposition techniques related to semiconductors and hard disks, the deposition temperature is generally as low as 400 ° C. or lower. Therefore, for example, in film formation by sputtering, the flying particles are not given enough energy to bond with other particles at the atomic level when landing on the substrate. Therefore, in technical fields such as semiconductors, there is little discussion about the degree of in-plane orientation, which is an index of oriented texture.

一方、800℃程度で成膜するイットリウム系(ランタノイド族を含む)酸化物超電導体の成膜技術において、成膜後の酸化物層は、原子レベルで配向する必要がある。そのため、成膜温度は、600〜800℃と高く、面内配向度を議論する技術分野である。現時点で薄膜技術における最も高度な配向性が要求されるのは、酸化物超電導体の技術分野である。   On the other hand, in an yttrium-based (including lanthanoid group) oxide superconductor film forming technique formed at about 800 ° C., the oxide layer after film formation needs to be oriented at the atomic level. Therefore, the film forming temperature is as high as 600 to 800 ° C., and is a technical field for discussing the in-plane orientation degree. At present, the field of oxide superconductors requires the highest degree of orientation in thin film technology.

特許第2996568号Japanese Patent No. 2996568 特許第3556586号Japanese Patent No. 3556586 米国特許7071149号US Pat. No. 7,071,149 米国特許6756139号US Pat. No. 6,756,139 米国特許7071149号US Pat. No. 7,071,149 米国特許2007−238619号公報US Patent No. 2007-238619 Takeshi Araki and Izumi Hirabayashi, Supercond. Sci. Technol. 16 (2003) R71Takeshi Araki and Izumi Hirabayashi, Supercond. Sci. Technol. 16 (2003) R71 Yasuhiro Iijima, et al., IEEE Trans. on Appl. Supercond. 11 (2001) 3457Yasuhiro Iijima, et al., IEEE Trans. On Appl. Supercond. 11 (2001) 3457 Y.-Y. Xie et al. Physica C 426-431 (2005) 849Y.-Y.Xie et al. Physica C 426-431 (2005) 849 S.I. Kim, et al., Supercond. Sci. Technol. 19 (2006) 968S.I.Kim, et al., Supercond. Sci. Technol. 19 (2006) 968 D.T. Verebelyi, et al., Appl. Phys. Lett. 76 (2000) 1755D.T.Verebelyi, et al., Appl. Phys. Lett. 76 (2000) 1755

本発明の実施形態は、配向性の向上を図ることができる酸化物超電導体の製造方法を提供する。   Embodiments of the present invention provide a method for manufacturing an oxide superconductor capable of improving the orientation.

実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法は、下地に配向部分を形成し、前記配向部分上及び前記配向部分以外の部分上に、金属トリフルオロ酢酸塩を含む溶液を接触させて、前記下地上に前記金属トリフルオロ酢酸塩に含まれる金属及びフッ化物を含むゲル膜を形成する工程と、前記下地を熱処理し、前記配向部分上及び前記配向部分以外の部分上に、前記配向部分といずれかの結晶軸が配向した配向超電導層を形成する工程と、を備える。   In the method of manufacturing an oxide superconductor according to the embodiment, an orientation part is formed on a base, a solution containing a metal trifluoroacetate is brought into contact with the orientation part and a part other than the orientation part, and the lower part is formed. Forming a gel film containing a metal and a fluoride contained in the metal trifluoroacetate on the ground, heat-treating the base, and aligning the alignment portion on the alignment portion and a portion other than the alignment portion; Forming an oriented superconducting layer in which the crystal axes are oriented.

(a)は、第1の実施形態に係る酸化物超電導体を例示する断面図であり、(b)は、第1の実施形態に係る酸化物超電導体において、(a)に示すA−A’線及びB−B’線に示す断面を合成した模式図である。(A) is sectional drawing which illustrates the oxide superconductor which concerns on 1st Embodiment, (b) is the oxide superconductor which concerns on 1st Embodiment, AA shown to (a) It is the schematic diagram which synthesize | combined the cross section shown to a 'line and a BB' line. (a)〜(d)は、第1の実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法を例示する工程断面図であり、(e)は、第1の実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法の工程平面図である。(A)-(d) is process sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the oxide superconductor which concerns on 1st Embodiment, (e) is manufacture of the oxide superconductor which concerns on 1st Embodiment. It is process top view of a method. 第1の実施形態に係る酸化物超電導体膜の製造方法において、コーティング溶液の形成方法を例示するフローチャート図である。It is a flowchart figure which illustrates the formation method of a coating solution in the manufacturing method of the oxide superconductor film | membrane which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法において、TFA−MOD法を例示するフローチャート図である。It is a flowchart figure which illustrates TFA-MOD method in the manufacturing method of the oxide superconductor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the manufacturing method of the oxide superconductor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法において、仮焼における温度プロファイルを例示するグラフ図であり、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。In the manufacturing method of the oxide superconductor concerning a 1st embodiment, it is a graph which illustrates the temperature profile in calcination, a vertical axis shows temperature and a horizontal axis shows time. 第1の実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法において、本焼における温度プロファイルを例示するグラフ図であり、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。In the manufacturing method of the oxide superconductor which concerns on 1st Embodiment, it is a graph which illustrates the temperature profile in this baking, a vertical axis | shaft shows temperature and a horizontal axis shows time. 第2の実施形態に係る酸化物超電導体を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the oxide superconductor which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法を例示する工程断面図である。It is process sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the oxide superconductor which concerns on 2nd Embodiment. (a)は、配向超電導層における薄膜X線回折法により測定した極図形図であり、(b)は、配向超電導層の結晶構造を例示する模式平面図であり、(c)は、配向超電導層の結晶構造を例示する模式断面図である。(A) is a polar figure measured by the thin film X-ray diffraction method in the oriented superconducting layer, (b) is a schematic plan view illustrating the crystal structure of the oriented superconducting layer, and (c) is the oriented superconducting. It is a schematic cross section which illustrates the crystal structure of a layer. 基材上及び基材上に形成した金属層上に配向超電導層を形成した場合の模式断面図である。It is a schematic cross section at the time of forming an oriented superconducting layer on the base material and the metal layer formed on the base material. Pt成膜境界面から5μmの位置における配向超電導層の高分解能断面TEM写真図である。It is a high-resolution cross-sectional TEM photograph of the oriented superconducting layer at a position of 5 μm from the Pt film formation interface. Pt成膜境界面から10μmの位置における配向超電導層の高分解能断面TEM写真図である。It is a high-resolution cross-sectional TEM photograph of the oriented superconducting layer at a position of 10 μm from the Pt film formation interface. Pt成膜境界面から20μmの位置における配向超電導層の高分解能断面TEM写真図である。It is a high-resolution cross-sectional TEM photograph of the oriented superconducting layer at a position 20 μm from the Pt film formation interface. Pt成膜境界面から40μmの位置における配向超電導層の高分解能断面TEM写真図である。It is a high-resolution cross-sectional TEM photograph of the oriented superconducting layer at a position 40 μm from the Pt film formation interface.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
先ず、第1の実施形態について説明する。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described.

図1(a)は、第1の実施形態に係る酸化物超電導体を例示する断面図であり、(b)は、第1の実施形態に係る酸化物超電導体において、(a)に示すA−A’線及びB−B’線に示す断面を合成した模式図である。   FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating an oxide superconductor according to the first embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the oxide superconductor according to the first embodiment. It is the schematic diagram which synthesize | combined the cross section shown to -A 'line and BB' line.

図1(a)及び(b)に示すように、本実施形態に係る酸化物超電導体1には、基材11、拡散防止層12、複数本の配向起源13(上部酸化物15と格子マッチし大きなアスペクト比を持つ酸化物)、無配向層14、配向超電導層15が設けられている。
基材11は、例えば、ステンレス鋼(SUS)を含むテープである。基板11の上面は、例えば、平滑である。
拡散防止層12は、基材11上に配置されている。拡散防止層12は、例えば、所定の材料の酸化物層である。拡散防止層12は、例えば、ステンレス鋼に含まれるニッケル(Ni)が、基材11上に形成される配向超電導層15に拡散することを防ぐものである。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the oxide superconductor 1 according to this embodiment includes a base material 11, a diffusion prevention layer 12, and a plurality of orientation sources 13 (lattice match with the upper oxide 15. An oxide having a large aspect ratio), an unoriented layer 14 and an oriented superconducting layer 15 are provided.
The base material 11 is a tape containing stainless steel (SUS), for example. The upper surface of the substrate 11 is smooth, for example.
The diffusion preventing layer 12 is disposed on the base material 11. The diffusion prevention layer 12 is an oxide layer of a predetermined material, for example. The diffusion prevention layer 12 prevents, for example, nickel (Ni) contained in stainless steel from diffusing into the oriented superconducting layer 15 formed on the substrate 11.

複数本の配向起源13は、拡散防止層12上に配置されている。配向起源13は、例えば、酸化物を含むセラミックファイバーである。配向起源13の形状は、一方向に延びた形状である。配向起源13における延びた方向の長さは、例えば、10〜200マイクロメートル(μm)である。長いほど好ましいが、0.1マイクロメートルでもシート内で配向させられればそれで良い。配向起源13における延びた方向に直交する断面は、幅が10〜100ナノメートル(nm)であり、厚みが1〜10ナノメートル(nm)である。幅と厚みのアスペクト比は1:5〜1:30である場合が多い。各配向起源13は、拡散防止層12の上面において、延びる方向を配向させて分布されている。各配向起源13の長軸の面内配向度(Δφ)は、10度以内、好ましくは、2度以内である。Δφとは、配向方位の面内分布において統計的な分布を示したものであり、超電導界で一般に用いられる指標である。また極図形測定によりその値が測定可能である。   A plurality of orientation sources 13 are disposed on the diffusion preventing layer 12. The orientation origin 13 is, for example, a ceramic fiber containing an oxide. The shape of the orientation origin 13 is a shape extending in one direction. The length in the extending direction of the orientation origin 13 is, for example, 10 to 200 micrometers (μm). The longer the length, the better. However, even if it is 0.1 micrometer, it is sufficient if it can be oriented in the sheet. The cross section orthogonal to the extending direction in the orientation origin 13 has a width of 10 to 100 nanometers (nm) and a thickness of 1 to 10 nanometers (nm). The aspect ratio of width to thickness is often 1: 5 to 1:30. Each orientation source 13 is distributed on the upper surface of the diffusion prevention layer 12 with the extending direction oriented. The in-plane orientation degree (Δφ) of the major axis of each orientation source 13 is within 10 degrees, preferably within 2 degrees. Δφ indicates a statistical distribution in the in-plane distribution of orientation directions, and is an index generally used in the superconducting field. The value can be measured by polar figure measurement.

無配向層14は、拡散防止層12上における配向起源13間を埋め込むように形成されている。無配向層14の上面は、好ましくは、配向起源13の上面と同じ高さに位置している場合もあれば、配向起源13の上面より低く位置している場合もある。無配向層14の上面が配向起源13の上面よりも高い位置であっても配向層の伝播は可能である。
配向超電導層15は、配向起源13上及び無配向層14上に配置されている。配向起源13及び無配向層14は、配向超電導層15の下面に接して設けられている。配向超電導層15は、単結晶の部分を含んでいる。単結晶の部分は、例えば、a軸15a、b軸15b及びc軸15cの結晶軸を含んでいる。単結晶の部分において、結晶軸は配向している。配向超電導層15における単結晶の部分の結晶軸が配向する方向は、Δφが10度以内、さらに好ましくは、2度以内である。
The non-oriented layer 14 is formed so as to embed between the orientation sources 13 on the diffusion preventing layer 12. The upper surface of the non-oriented layer 14 is preferably located at the same height as the upper surface of the orientation source 13 or may be located lower than the upper surface of the orientation source 13. Even if the upper surface of the non-oriented layer 14 is higher than the upper surface of the orientation origin 13, the alignment layer can propagate.
The oriented superconducting layer 15 is disposed on the orientation origin 13 and the non-oriented layer 14. The orientation origin 13 and the non-oriented layer 14 are provided in contact with the lower surface of the oriented superconducting layer 15. The oriented superconducting layer 15 includes a single crystal portion. The single crystal portion includes, for example, crystal axes of an a-axis 15a, a b-axis 15b, and a c-axis 15c. In the single crystal portion, the crystal axes are oriented. The direction in which the crystal axis of the single crystal portion in the oriented superconducting layer 15 is oriented is within 10 degrees, more preferably within 2 degrees.

a軸15a及びb軸15bは、例えば、配向起源13の上面に平行な面内における直交する2つの方向である場合と、配向起源がCeO2のように超電導体の格子長の約2の平行根倍の場合は、平面内45度傾いた方向となる。ここでは直行する場合を説明する。a軸15aは、例えば、配向起源13の長軸方向である。したがって、配向起源13は、配向超電導層15のa軸に対して揺れ角10度以内で配向している。b軸15bは、配向起源の長軸13が延びる方向に直交する方向である。ただし、超電導体はa軸とb軸長がほぼ同じため、その入れ代わりが頻繁に起こっている。c軸15cは、配向起源13の上面に直交する方向である。配向超電導層15における90%以上の部分は、c軸に配向している結晶を含んでいる。配向起源13は、配向起源13上に形成する配向超電導層15を配向させる配向起源として機能する。一方、無配向層14は極性の小さな金属であるか、または、配向超電導層15と格子整合性を有さない酸化物層が主である。格子整合性が無い酸化物の場合は配向していても良い。上部の配向層へ影響が及ばないことがわかっているためである。格子整合性を有さないとは、格子定数が5%以内であるか、45度面内回転時の格子定数が3%以内であることをさすことが多い。   The a-axis 15a and the b-axis 15b are, for example, two orthogonal directions in a plane parallel to the upper surface of the orientation source 13, and a parallel root of about 2 of the lattice length of the superconductor such as CeO2. In the case of double, the direction is inclined 45 degrees in the plane. Here, the case of going straight will be described. The a-axis 15 a is, for example, the major axis direction of the orientation origin 13. Therefore, the orientation origin 13 is oriented within a swing angle of 10 degrees with respect to the a-axis of the oriented superconducting layer 15. The b-axis 15b is a direction orthogonal to the direction in which the long axis 13 originating from the alignment extends. However, since superconductors have approximately the same a-axis and b-axis lengths, replacement of them frequently occurs. The c-axis 15 c is a direction orthogonal to the upper surface of the orientation origin 13. A portion of 90% or more of the oriented superconducting layer 15 contains crystals oriented in the c-axis. The orientation origin 13 functions as an orientation origin for orienting the orientation superconducting layer 15 formed on the orientation origin 13. On the other hand, the non-oriented layer 14 is mainly a metal having a small polarity or an oxide layer having no lattice matching with the oriented superconducting layer 15. In the case of an oxide having no lattice matching, it may be oriented. This is because it has been found that the upper alignment layer is not affected. Not having lattice matching often means that the lattice constant is within 5% or that the lattice constant during 45-degree in-plane rotation is within 3%.

配向超電導層15は、例えば、DyBaCu7−X超電導材料を含んでいる。無配向層14も、配向超電導層15と同じ材料、例えば、DyBaCu7−X超電導材料を含んでいる場合がある。しかし、無配向層14の単結晶の部分は、配向超電導層15の単結晶の部分より少ない。また、無配向層14における配向している結晶の割合は、配向超電導層15の割合より小さい。したがって、酸化物である無配向層14のΔφは、配向超電導層15のΔφより大きい。なお、Ptのような金属は電気的に等方的なため、測定でのΔφが小さい値となるが、配向超電導層15は、その直上においては配向層を作らない。極性が、金属の場合は、小さいため、上部に極性が大きな酸化物がΔφを引き継ぐ構造をとらないためである。 The oriented superconducting layer 15 includes, for example, a DyBa 2 Cu 3 O 7-X superconducting material. The non-oriented layer 14 may also contain the same material as the oriented superconducting layer 15, for example, a DyBa 2 Cu 3 O 7-X superconducting material. However, the single crystal portion of the non-oriented layer 14 is smaller than the single crystal portion of the oriented superconducting layer 15. Further, the ratio of the oriented crystals in the non-oriented layer 14 is smaller than the ratio of the oriented superconducting layer 15. Therefore, Δφ of the non-oriented layer 14 that is an oxide is larger than Δφ of the oriented superconducting layer 15. In addition, since a metal such as Pt is electrically isotropic, Δφ in measurement is a small value, but the alignment superconducting layer 15 does not form an alignment layer immediately above it. This is because, in the case where the polarity is a metal, it is small, and therefore, an oxide having a large polarity does not take a structure in which Δφ is inherited in the upper part.

配向超電導層15は、2.0×1016〜5.0×1019原子/ccのフッ素及び1.0×1018〜5.0×1020原子/ccの炭素を含んでいる。これはTFA−MOD法に由来し、化学平衡の液相本焼反応により必然的に残る残渣である。
配向超電導層15におけるΔφ10度以内の部分の直下域の面積SSと、配向超電導層15の下面における10度以内の揺れ角に配向している配向起源13と接する部分の面積S13を合計した面積SOとの関係は、面積SO<0.3×面積SS、すなわち、面積SOは、面積SSの0.3以下となっている。また、好ましくは、面積SOは、面積SSの0.1以下である。本明細書において、例えば、面積SS及び面積SOを、領域S及び領域Sと表すこともある。配向超電導層15における配向起源13と接する部分の直上域以外の部分の短辺は、10ナノメートル程度でもよく1マイクロメートル以上でも良い。配向起源として機能するにはユニットセルが数個以上あれば十分であるため、無配向層14と接する部分の直上域において、配向超電導層15における無配向層14の上面に平行な方向の幅は、30ナノメートル(nm)以上、好ましくは、5マイクロメートル(μm)以上である。配向した酸化物を含む酸化物超電導体1は、配向酸化物の薄膜でもある。
The oriented superconducting layer 15 contains 2.0 × 10 16 to 5.0 × 10 19 atoms / cc of fluorine and 1.0 × 10 18 to 5.0 × 10 20 atoms / cc of carbon. This is a residue derived from the TFA-MOD method and inevitably left by a liquid-phase calcination reaction at chemical equilibrium.
The total area SO of the area SS immediately below the portion within Δφ10 degrees in the oriented superconducting layer 15 and the area S13 of the portion in contact with the orientation origin 13 oriented at the swing angle within 10 degrees on the lower surface of the oriented superconducting layer 15. The area SO <0.3 × the area SS, that is, the area SO is 0.3 or less of the area SS. Preferably, the area SO is 0.1 or less of the area SS. In the present specification, for example, the area SS and the area SO, may represent a region S S and the area S O. The short side of the portion other than the region directly above the portion in contact with the alignment origin 13 in the alignment superconducting layer 15 may be about 10 nanometers or 1 micrometer or more. Since several unit cells are sufficient to function as the orientation origin, the width of the oriented superconducting layer 15 in the direction parallel to the upper surface of the non-oriented layer 14 is just above the portion in contact with the non-oriented layer 14. , 30 nanometers (nm) or more, preferably 5 micrometers (μm) or more. The oxide superconductor 1 containing oriented oxide is also a thin film of oriented oxide.

次に、本実施形態に係る酸化物超電導体1の製造方法について説明する。
図2(a)〜(d)は、第1の実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法を例示する工程断面図であり、(e)は、第1の実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法の工程平面図である。図2(e)は、図2(d)の平面図である。
先ず、図2(a)に示すように、先ず、基材11を用意する。基材11は、例えば、ステンレス鋼(SUS)を含むテープである。
次に、図2(b)に示すように、基材11上に、拡散防止層12を形成する。拡散防止層12は、例えば、所定の酸化膜層である。
Next, a method for manufacturing the oxide superconductor 1 according to this embodiment will be described.
2A to 2D are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing an oxide superconductor according to the first embodiment, and FIG. 2E is an oxide superconductor according to the first embodiment. It is process top view of this manufacturing method. FIG. 2E is a plan view of FIG.
First, as shown to Fig.2 (a), the base material 11 is prepared first. The base material 11 is a tape containing stainless steel (SUS), for example.
Next, as shown in FIG. 2B, the diffusion preventing layer 12 is formed on the base material 11. The diffusion preventing layer 12 is, for example, a predetermined oxide film layer.

次に、図2(c)に示すように、拡散防止層12上に、配向起源シート16を配置する。配向起源シート16は、例えば、有機成分を含むバインダー17と、複数の配向起源13とを含んでいる。各配向起源13は、配向してバインダー17内に分布している。配向起源シート16は、例えば、配向起源13を分散材で溶液中に分散させ、バインダー17内部に含めて細線化する。これにより、各配向起源13の方位分布を、Δφが10度以内、さらに好ましくは、2度以内とできる。   Next, as shown in FIG. 2C, the orientation origin sheet 16 is disposed on the diffusion preventing layer 12. The orientation origin sheet 16 includes, for example, a binder 17 containing an organic component and a plurality of orientation origins 13. Each orientation source 13 is oriented and distributed within the binder 17. In the orientation origin sheet 16, for example, the orientation origin 13 is dispersed in a solution with a dispersing agent, and is included in the binder 17 to be thinned. Thereby, the azimuth distribution of each orientation source 13 can be set to Δφ within 10 degrees, more preferably within 2 degrees.

次に、図2(d)及び(e)に示すように、配向起源シート16を高温で加熱し、バインダー17を燃焼させて除去する。これにより、配向起源13は、拡散防止層12上に2度より小さなΔφで配向したまま残留する。このようにして、配向起源13を、拡散防止層12上に配置する。基材11、拡散防止層12及び配向起源13をあわせたものを下地という。下地は、配向した部分、すなわち、配向起源13と、配向していない部分を含んでいる。   Next, as shown in FIGS. 2D and 2E, the orientation origin sheet 16 is heated at a high temperature, and the binder 17 is burned and removed. As a result, the orientation origin 13 remains on the diffusion prevention layer 12 while being oriented at Δφ smaller than 2 degrees. In this way, the orientation origin 13 is disposed on the diffusion preventing layer 12. A combination of the base material 11, the diffusion prevention layer 12, and the orientation origin 13 is referred to as a base. The base includes an oriented portion, that is, an orientation origin 13 and a non-oriented portion.

次に、以下に示す金属トリフルオロ酢酸塩を用いるTFA−MOD法(Trifluoroacetates Metal Organic Deposition:有機酸塩熱分解法)により、拡散防止層12上及び小さなΔφで13上に配向超電導層を形成する。先ず、TFA−MOD法に用いるコーティング溶液を準備する。   Next, an oriented superconducting layer is formed on the diffusion prevention layer 12 and 13 with a small Δφ by a TFA-MOD method (Trifluoroacetates Metal Organic Deposition) using a metal trifluoroacetate described below. . First, a coating solution used for the TFA-MOD method is prepared.

図3は、第1の実施形態に係る酸化物超電導体膜の製造方法において、コーティング溶液の形成方法を例示するフローチャート図である。
図3のステップS11に示すように、金属酢酸塩、例えば、Dy(OCOCH、Ba(OCOCH及びCu(OCOCHの各水和物の粉末を、それぞれイオン交換水中に溶解し、それぞれ反応等モル量のトリフルオロ酢酸(CFCOOH)と混合および攪拌を行って反応させる。これにより、金属イオンモル比1:2:3で混合された混合溶液が形成される。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for forming a coating solution in the method for manufacturing an oxide superconductor film according to the first embodiment.
As shown in step S11 of FIG. 3, powders of metal acetates such as Dy (OCOCH 3 ) 3 , Ba (OCOCH 3 ) 2, and Cu (OCOCH 3 ) 2 hydrates in ion-exchanged water, respectively. Dissolve and react with each other by mixing and stirring with equimolar amounts of trifluoroacetic acid (CF 3 COOH). Thereby, the mixed solution mixed by the metal ion molar ratio 1: 2: 3 is formed.

次に、図3のステップS12に示すように、得られた混合溶液をナス型フラスコ中に入れ、ロータリーエバポレータ中において減圧下で反応および精製を12時間行なうことによって、半透明青色のゲル又はゾルを形成する。
次に、図3のステップS13に示すように、ゲル又はゾルの一部をメタノール中に溶解し、金属イオン換算で1.52Mのコーティング溶液を形成する。これは高純度化を行っていない、不純物が混入しているコーティング溶液である。
Next, as shown in step S12 of FIG. 3, the obtained mixed solution is placed in an eggplant-shaped flask, and subjected to reaction and purification under reduced pressure in a rotary evaporator for 12 hours, thereby translucent blue gel or sol Form.
Next, as shown in step S13 of FIG. 3, a part of the gel or sol is dissolved in methanol to form a 1.52M coating solution in terms of metal ions. This is a coating solution that is not highly purified and contains impurities.

次に、図3のステップS14に示すように、得られたゲル又はゾルを、その約100倍の重量に相当するメタノールを加えて完全に溶解し、その溶液をロータリーエバポレータ中で再び減圧下で反応及び精製を12時間行う。これにより、半透明青色のゲル又はゾルが形成される。
次に、図3のステップS15に示すように、得られたゲル又はゾルをメタノール中に溶解し、メスフラスコを用いることにより希釈を行う。これにより、金属イオン換算で1.52Mのコーティング溶液が形成される。
Next, as shown in step S14 of FIG. 3, the obtained gel or sol is completely dissolved by adding methanol corresponding to about 100 times its weight, and the solution is again subjected to reduced pressure in a rotary evaporator. Reaction and purification are carried out for 12 hours. Thereby, a translucent blue gel or sol is formed.
Next, as shown in step S15 of FIG. 3, the obtained gel or sol is dissolved in methanol and diluted by using a volumetric flask. Thereby, a coating solution of 1.52M in terms of metal ions is formed.

図4は、第1の実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法において、TFA−MOD法を例示するフローチャート図である。
図5は、第1の実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法を例示する模式図である。
図6は、第1の実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法において、仮焼における温度プロファイルを例示するグラフ図であり、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。
図7は、第1の実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法において、本焼における温度プロファイルを例示するグラフ図であり、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。
FIG. 4 is a flowchart illustrating the TFA-MOD method in the method for manufacturing an oxide superconductor according to the first embodiment.
FIG. 5 is a schematic view illustrating the method for manufacturing the oxide superconductor according to the first embodiment.
FIG. 6 is a graph illustrating a temperature profile in calcining in the method for manufacturing an oxide superconductor according to the first embodiment, where the vertical axis indicates temperature and the horizontal axis indicates time.
FIG. 7 is a graph illustrating a temperature profile in the firing in the method for manufacturing an oxide superconductor according to the first embodiment, where the vertical axis indicates temperature and the horizontal axis indicates time.

先ず、図4のステップS21に示すように、コーティング溶液を準備する。コーティング溶液は、例えば、前述の図3に示す方法により準備する。
次に、図4のステップS22及び図5に示すように、コーティング溶液23内に浸漬させて、コーティング溶液23を接触させた基材11を引き上げることにより、基材11上にゲル膜24を形成する。
First, as shown in step S21 of FIG. 4, a coating solution is prepared. The coating solution is prepared by, for example, the method shown in FIG.
Next, as shown in step S22 of FIG. 4 and FIG. 5, the gel film 24 is formed on the substrate 11 by dipping in the coating solution 23 and pulling up the substrate 11 in contact with the coating solution 23. To do.

次に、図4のステップS23に示すように、第1次熱処理、すなわち、仮焼を行う。
仮焼は、例えば、図6に示すように、先ず、乾燥酸素の雰囲気中で、0分からta1分、例えば、7分で、0℃から100℃に温度を上昇させる。その後、加湿酸素の雰囲気に代えて、ta1〜ta2まで、例えば、35分で200℃に温度を上昇させる。その後、ta2からta3まで、例えば、250分〜1000分で250℃に温度を上昇させる。その後、ta3からta4まで、例えば、100分で300℃に温度を上昇させる。その後、ta4からta5まで、例えば、20分で400℃に温度を上昇させる。その後、乾燥酸素の雰囲気に代えて炉冷する。
これにより、図4のステップS24に示すように、基材11上に仮焼膜が形成される。
Next, as shown in step S23 of FIG. 4, primary heat treatment, that is, calcination is performed.
For example, as shown in FIG. 6, first, the temperature is raised from 0 ° C. to 100 ° C. in 0 minutes to ta1 minutes, for example, 7 minutes in an atmosphere of dry oxygen. Then, it replaces with the atmosphere of humidified oxygen, and raises temperature to 200 degreeC from ta1-ta2 in 35 minutes, for example. Thereafter, the temperature is increased from 250 to 1000 minutes from ta2 to ta3. Thereafter, the temperature is increased from ta3 to ta4, for example, to 300 ° C. in 100 minutes. Thereafter, the temperature is increased from ta4 to ta5, for example, to 400 ° C. in 20 minutes. Thereafter, the furnace is cooled instead of the dry oxygen atmosphere.
As a result, a calcined film is formed on the substrate 11 as shown in step S24 of FIG.

次に、図4のステップS25に示すように、第2次熱処理、すなわち、本焼を行う。
本焼は、例えば、図7に示すように、先ず、0分からtb1分まで、乾燥酸素の雰囲気にした後、加湿したアルゴンArと酸素の混合気体の雰囲気に代えて、tb1〜tb2までに750℃まで温度を上昇させる。その後、tb2〜tb3までに750℃〜825℃のいずれかの温度まで上昇させる。その後、tb3からtb4まで750℃〜825℃のいずれかの温度に保つ。その後、乾燥させたアルゴンと酸素の混合気体の雰囲気に代えて、tb4からtb5まで、温度を保つ。その後、tb5からtb6までに、375℃〜525℃のいずれかの温度まで冷却する。その後、乾燥酸素雰囲気に代えて、tb6からtb7までに、325℃〜450℃のいずれかの温度まで冷却する。その後、tb7からtb8まで、375℃〜525℃で温度を保つ。その後、炉冷する。
Next, as shown in step S25 of FIG. 4, secondary heat treatment, that is, main firing is performed.
For example, as shown in FIG. 7, the firing is first performed in a dry oxygen atmosphere from 0 minutes to tb1 minutes, and then is replaced by a mixed gas atmosphere of argon Ar and oxygen at 750 by tb1 to tb2. Increase the temperature to ° C. Thereafter, the temperature is raised to any one of 750 ° C. to 825 ° C. by tb2 to tb3. Thereafter, the temperature is maintained at any temperature between 750 ° C. and 825 ° C. from tb3 to tb4. Thereafter, the temperature is maintained from tb4 to tb5 in place of the dried atmosphere of mixed gas of argon and oxygen. Then, it cools to any temperature of 375 degreeC-525 degreeC from tb5 to tb6. Then, it replaces with dry oxygen atmosphere and it cools to the temperature of 325 degreeC-450 degreeC from tb6 to tb7. Thereafter, the temperature is maintained at 375 ° C. to 525 ° C. from tb7 to tb8. Thereafter, the furnace is cooled.

これにより、図4のステップS26及び図1に示すように、酸化物超電導体1が製造される。このような製造方法の場合には、配向超電導層15には、2.0×1016〜5.0×1019原子/ccのフッ素残渣及び1.0×1018〜5.0×1020原子/ccの残留炭素が含まれている。 Thereby, as shown in step S26 of FIG. 4 and FIG. 1, the oxide superconductor 1 is manufactured. In the case of such a manufacturing method, the oriented superconducting layer 15 has a fluorine residue of 2.0 × 10 16 to 5.0 × 10 19 atoms / cc and 1.0 × 10 18 to 5.0 × 10 20. Contains atoms / cc of residual carbon.

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る酸化物超電導体1は、配向性が高い配向超電導層を含む。また、配向超電導層を、金属テープ上に形成することができる。さらに、配向超電導層の下面における配向起源13と接する部分の面積を、配向超電導層の直下域の面積の0.3、好ましくは0.1以下とすることができる。これにより、格子整合性のない固体、例えば金属の直上に配向超電導層を形成することができる。このような構造とすることにより、超電導層がクエンチした際に下地金属にクエンチ電流を流すことができる。
本実施形態の酸化物超電導体1の製造方法においては、常圧の雰囲気中で酸化物超電導体1を製造することができる。これにより、生産コストを低減することができる。
Next, the effect of this embodiment will be described.
The oxide superconductor 1 according to this embodiment includes an oriented superconducting layer having high orientation. An oriented superconducting layer can be formed on the metal tape. Furthermore, the area of the portion in contact with the orientation origin 13 on the lower surface of the oriented superconducting layer can be 0.3, preferably 0.1 or less, of the area immediately below the oriented superconducting layer. Thereby, an oriented superconducting layer can be formed directly on a solid having no lattice matching, for example, a metal. By setting it as such a structure, when a superconducting layer quenches, a quench current can be sent through a base metal.
In the manufacturing method of the oxide superconductor 1 of this embodiment, the oxide superconductor 1 can be manufactured in the atmosphere of a normal pressure. Thereby, production cost can be reduced.

なお、拡散防止層12を、所定の材料の酸化物層としたがこれに限られない。例えば、白金(Pt)を含む金属層又はフッ化カルシウム(CaF)を含む弗化物でもよい。
また、配向起源13を、配向起源シート16を用いて拡散防止層12上に配向させたが、これに限らない。例えば、拡散防止層12上に直接配向起源13を配置させてもよい。
The diffusion prevention layer 12 is an oxide layer made of a predetermined material, but is not limited to this. For example, a metal layer containing platinum (Pt) or a fluoride containing calcium fluoride (CaF 2 ) may be used.
Moreover, although the orientation origin 13 is orientated on the diffusion prevention layer 12 using the orientation origin sheet | seat 16, it does not restrict to this. For example, the orientation origin 13 may be disposed directly on the diffusion prevention layer 12.

また、配向超電導層15は、DyBaCu7−Xを含むとしたが、これに限らない。
例えば、LnBaCu7−Xを含むものとしてもよい。ここで、Lnはイットリウム(Y)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、プロメチウム(Pm)及びルテチウム(Lu)を除くランタノイド族である。上記の材料を含む配向超電導層15を製造する場合には、例えば、金属酢酸塩として、Y(OCOCH、Gd(OCOCH、Tm(OCOCH及びEr(OCOCHからなる群より選択された少なくとも1つの材料を用いる。
Further, although the oriented superconducting layer 15 includes DyBa 2 Cu 3 O 7-X , it is not limited to this.
For example, it may be as including LnBa 2 Cu 3 O 7-X . Here, Ln is a lanthanoid group excluding yttrium (Y), cerium (Ce), praseodymium (Pr), promethium (Pm), and lutetium (Lu). When the oriented superconducting layer 15 including the above material is manufactured, for example, Y (OCOCH 3 ) 3 , Gd (OCOCH 3 ) 3 , Tm (OCOCH 3 ) 3 and Er (OCOCH 3 ) 3 are used as metal acetates. At least one material selected from the group consisting of:

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
図8は、第2の実施形態に係る酸化物超電導体を例示する断面図である。
図8に示すように、本実施形態に係る酸化物超電導体には、基材21、金属層22、配向超電導層15が設けられている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an oxide superconductor according to the second embodiment.
As shown in FIG. 8, the oxide superconductor according to this embodiment is provided with a base material 21, a metal layer 22, and an oriented superconducting layer 15.

基材21は、例えば、ランタナムアルミネート(LaAlO)の単結晶を含んだ基板である。基材21の上面は、例えば、(100)面を含んでいる。基材21の上面は、配向している部分を含んでいる。基材21の上面における配向している部分の結晶軸は、例えば、a軸21a及びb軸21bを含んでいる。a軸21a及びb軸21bは、例えば、基材21の上面に平行な面内における直交する2つの方向である。c軸21cは、基材21の上面に直交する方向である。配向度はΔφが10度以内、好ましくは、2度以内である。単結晶基板の場合はΔφが0.5度以下である。
金属層22は、基材21上に選択的に配置されている。したがって、基材21の上面は、金属層22に覆われている部分と、金属層22に覆われていない部分を含んでいる。金属層22は、例えば、貴金属、例えば、白金(Pt)を含んでいる。
The base material 21 is, for example, a substrate containing a single crystal of lanthanum aluminate (LaAlO 3 ). The upper surface of the base material 21 includes, for example, a (100) surface. The upper surface of the base material 21 includes an oriented portion. The crystal axis of the oriented portion on the upper surface of the substrate 21 includes, for example, an a-axis 21a and a b-axis 21b. The a-axis 21a and the b-axis 21b are, for example, two orthogonal directions in a plane parallel to the upper surface of the base material 21. The c-axis 21 c is a direction orthogonal to the upper surface of the base material 21. The degree of orientation is such that Δφ is within 10 degrees, preferably within 2 degrees. In the case of a single crystal substrate, Δφ is 0.5 degrees or less.
The metal layer 22 is selectively disposed on the base material 21. Therefore, the upper surface of the base material 21 includes a portion covered with the metal layer 22 and a portion not covered with the metal layer 22. The metal layer 22 includes, for example, a noble metal such as platinum (Pt).

配向超電導層15は、基材21上及び金属層22上に配置されている。基材21及び金属層22は、配向超電導層15の下面に接して設けられている。配向超電導層15は、単結晶の部分を含んでいる。単結晶の部分は、a軸15a、b軸15b及びc軸15cの結晶軸を含んでいる。単結晶の部分において、結晶軸は配向している。配向超電導層15における単結晶の部分の結晶軸が配向する方向は、Δφが10度以内、好ましくは、2度以内に収まっている。   The oriented superconducting layer 15 is disposed on the substrate 21 and the metal layer 22. The base material 21 and the metal layer 22 are provided in contact with the lower surface of the oriented superconducting layer 15. The oriented superconducting layer 15 includes a single crystal portion. The single crystal portion includes crystal axes of an a-axis 15a, a b-axis 15b, and a c-axis 15c. In the single crystal portion, the crystal axes are oriented. In the direction in which the crystal axis of the single crystal portion in the oriented superconducting layer 15 is oriented, Δφ is within 10 degrees, preferably within 2 degrees.

a軸15a及びb軸15bは、例えば、基材21の上面に平行な面内における直交する2つの方向とされている。a軸15aは、例えば、基材21のa軸21aと配向し、b軸15bは、基材21のb軸21bと配向している。a軸とb軸長はほぼ同じであるため場所によっては入れ替わっている構造をとっている。c軸15cは、基材21のc軸21c方向である。配向超電導層15における90%以上の部分は、配向している結晶を含んでいる。基材21の結晶軸は、基材21上に形成する配向超電導層15を配向させる配向起源として機能する。一方、金属層22における配向起源として機能する役割は、基材21の結晶軸に比べてほぼゼロである。   The a-axis 15a and the b-axis 15b are, for example, two orthogonal directions in a plane parallel to the upper surface of the substrate 21. For example, the a-axis 15 a is oriented with the a-axis 21 a of the base material 21, and the b-axis 15 b is oriented with the b-axis 21 b of the base material 21. Since the lengths of the a-axis and b-axis are almost the same, the structure is changed depending on the place. The c-axis 15 c is the c-axis 21 c direction of the base material 21. 90% or more of the oriented superconducting layer 15 contains oriented crystals. The crystal axis of the base material 21 functions as an origin of orientation for orienting the oriented superconducting layer 15 formed on the base material 21. On the other hand, the role that functions as the orientation origin in the metal layer 22 is almost zero compared to the crystal axis of the base material 21.

配向超電導層15は、例えば、DyBaCu7−X超電導材料を含んでいる。
配向超電導層15は、2.0×1016〜5.0×1019原子/ccのフッ素残渣及び1.0×1018〜5.0×1020原子/ccの残留炭素を含んでいる。
配向超電導層15における10度以内の揺れ角に配向している部分の直下域の面積SSと、配向超電導層15の下面における10度以内の揺れ角に配向している基材21と接する面積SOとの関係は、面積SO<0.3×面積SS、すなわち、面積SOは、面積SSの0.3以下となっている。また、好ましくは、面積SOは、面積SSの0.1以下である。配向超電導層15における基材21と接する部分の直上域以外の部分の厚さは、1マイクロメートル(μm)以上である。金属層22上において、配向超電導層15における金属層22の上面に平行な方向の幅は、1マイクロメートル(μm)以上、好ましくは、5マイクロメートル(μm)以上である。
The oriented superconducting layer 15 includes, for example, a DyBa 2 Cu 3 O 7-X superconducting material.
The oriented superconducting layer 15 contains 2.0 × 10 16 to 5.0 × 10 19 atoms / cc of fluorine residue and 1.0 × 10 18 to 5.0 × 10 20 atoms / cc of residual carbon.
Area SS immediately below the portion oriented at a swing angle of 10 degrees or less in oriented superconducting layer 15 and area SO in contact with substrate 21 oriented at a swing angle of 10 degrees or less on the bottom surface of oriented superconducting layer 15 The area SO <0.3 × the area SS, that is, the area SO is 0.3 or less of the area SS. Preferably, the area SO is 0.1 or less of the area SS. The thickness of the portion other than the region directly above the portion in contact with the substrate 21 in the oriented superconducting layer 15 is 1 micrometer (μm) or more. On the metal layer 22, the width of the oriented superconducting layer 15 in the direction parallel to the upper surface of the metal layer 22 is 1 micrometer (μm) or more, preferably 5 micrometers (μm) or more.

次に、本実施形態に係る酸化物超電導体2の製造方法について説明する。
図9は、第2の実施形態に係る酸化物超電導体の製造方法を例示する工程断面図である。
先ず、図9に示すように、先ず、基材21を用意する。基材21は、例えば、ランタナムアルミネート(LaAlO)の単結晶を含んだ基板である。基材21の上面は、例えば、(100)面を含んでいる。基材21の上面は、配向している部分を含んでいる。基材21の上面における配向している部分のΔφは、10度以内、好ましくは、2度以内である。
Next, a method for manufacturing the oxide superconductor 2 according to this embodiment will be described.
FIG. 9 is a process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an oxide superconductor according to the second embodiment.
First, as shown in FIG. 9, first, a base material 21 is prepared. The base material 21 is, for example, a substrate containing a single crystal of lanthanum aluminate (LaAlO 3 ). The upper surface of the base material 21 includes, for example, a (100) surface. The upper surface of the base material 21 includes an oriented portion. Δφ of the oriented portion on the upper surface of the substrate 21 is within 10 degrees, preferably within 2 degrees.

次に、例えば、スパッター法により、金属、例えば、白金(Pt)を基材21上に堆積させ、基材21上に金属層22を形成する。例えば、フォトリソグラフィー法により、金属層22をパターニングして、基材21上を部分的に金属層22で覆うようにする。基材21及び金属層22を、下地という。下地は、配向した基材21の部分と、金属層22を含んでいる。   Next, a metal, for example, platinum (Pt) is deposited on the base material 21 by, for example, a sputtering method, and the metal layer 22 is formed on the base material 21. For example, the metal layer 22 is patterned by photolithography to partially cover the substrate 21 with the metal layer 22. The base material 21 and the metal layer 22 are referred to as a base. The foundation includes the oriented portion of the base material 21 and the metal layer 22.

次に、図3で示したフローを実施してコーティング溶液を形成する。
次に、基材21上にコーティング溶液を塗布する。そして、スピンコート法により基材21上に、ゲル膜を形成する。スピンコート法において、加速時間を0.4秒、回転速度を4000r.p.m、保持時間を150秒とする。
Next, the coating solution is formed by performing the flow shown in FIG.
Next, a coating solution is applied onto the substrate 21. Then, a gel film is formed on the substrate 21 by spin coating. In the spin coating method, the acceleration time is 0.4 seconds and the rotation speed is 4000 r.s. p. m, holding time is 150 seconds.

次に、第1次熱処理、すなわち、仮焼を行う。
仮焼は、例えば、図6で示す熱処理工程により行う。ここで、図6におけるta2からta3までを11時間43分とし、4.2%の加湿純酸素雰囲気において熱処理を行う。
これにより、基材11上に仮焼膜が形成される。
Next, primary heat treatment, that is, calcination is performed.
The calcination is performed, for example, by a heat treatment step shown in FIG. Here, the time from ta2 to ta3 in FIG. 6 is 11 hours 43 minutes, and heat treatment is performed in a humidified pure oxygen atmosphere of 4.2%.
Thereby, a calcined film is formed on the substrate 11.

次に、第2次熱処理、すなわち、本焼を行う。
本焼は、例えば、図7に示す熱処理工程により行う。ここで、図7におけるtb3からtb4までを4.2%加湿1000ppm酸素混合アルゴンの雰囲気中において800℃の温度に保ち、tb5からtb6までに、525℃まで温度を下げる。その後、乾燥酸素雰囲気に代え、tb6からtb7までに、450℃まで温度を下げる。その後、tb7からtb8まで、450℃で温度を保つ。
Next, secondary heat treatment, that is, main firing is performed.
For example, the main baking is performed by a heat treatment step shown in FIG. Here, tb3 to tb4 in FIG. 7 is maintained at a temperature of 800 ° C. in an atmosphere of 4.2% humidified 1000 ppm oxygen mixed argon, and the temperature is decreased to 525 ° C. from tb5 to tb6. Thereafter, the temperature is lowered to 450 ° C. from tb6 to tb7 in place of the dry oxygen atmosphere. Thereafter, the temperature is maintained at 450 ° C. from tb7 to tb8.

このようにして、図8に示すように、酸化物超電導体2が製造される。このような製造方法の場合には、配向超電導層15には、2.0×1016〜5.0×1019原子/ccのフッ素残渣及び1.0×1018〜5.0×1020原子/ccの残留炭素が含まれている。 In this way, the oxide superconductor 2 is manufactured as shown in FIG. In the case of such a manufacturing method, the oriented superconducting layer 15 has a fluorine residue of 2.0 × 10 16 to 5.0 × 10 19 atoms / cc and 1.0 × 10 18 to 5.0 × 10 20. Contains atoms / cc of residual carbon.

次に、第2の実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、基材21として、単結晶を含むものを用いているので、酸化物超電導体の配向性を向上することができる。
金属層上に配向性の高い酸化物または結晶を形成することが一般的には困難であるが、本実施形態によれば、基材21の上面を配向起源として、金属層上にまで酸化物超電導体を拡大することができる。これにより、金属層上に配向性の高い結晶を形成することできる。本実施形態における上記以外の構成及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
Next, effects of the second embodiment will be described.
In this embodiment, since the substrate 21 includes a single crystal, the orientation of the oxide superconductor can be improved.
Although it is generally difficult to form highly oriented oxides or crystals on the metal layer, according to the present embodiment, the top surface of the substrate 21 is the origin of orientation and the oxide is formed on the metal layer. The superconductor can be enlarged. Thereby, a highly oriented crystal can be formed on the metal layer. Configurations and effects other than those described above in the present embodiment are the same as those in the first embodiment described above.

次に、実施例について説明する。
(実施例1)
金属酢酸塩、例えば、Dy(OCOCH、Ba(OCOCH及びCu(OCOCHの各水和物の粉末を、それぞれイオン交換水中に溶解し、それぞれ反応等モル量のトリフルオロ酢酸(CFCOOH)と混合および攪拌を行い、金属イオンモル比1:2:3で混合を行うことにより混合溶液を得た。得られた混合溶液はナス型フラスコ中に入れ、ロータリーエバポレータ中減圧下で反応および精製を12時間行ない半透明青色のゲルまたはゾルを得る。このゲルまたはゾルの一部をメタノール中に溶解し、金属イオン換算で1.52Mのコーティング溶液Xを得た。これは高純度化を行っていないコーティング溶液である。
Next, examples will be described.
Example 1
Metal acetates such as Dy (OCOCH 3 ) 3 , Ba (OCOCH 3 ) 2 and Cu (OCOCH 3 ) 2 hydrate powders are dissolved in ion-exchanged water, respectively, and each reaction equimolar amount of trihydrate is added. A mixed solution was obtained by mixing and stirring with fluoroacetic acid (CF 3 COOH) and mixing at a metal ion molar ratio of 1: 2: 3. The obtained mixed solution is put in an eggplant type flask, and subjected to reaction and purification in a rotary evaporator under reduced pressure for 12 hours to obtain a translucent blue gel or sol. A part of this gel or sol was dissolved in methanol to obtain a coating solution X of 1.52 M in terms of metal ions. This is a coating solution that has not been highly purified.

得られたゲルまたはゾルを、その約100倍の重量に相当するメタノールを加えて完全に溶解し、その溶液をロータリーエバポレータ中で再び減圧下で反応および精製を12時間行うと半透明青色のゲルまたはゾルが得られる。
得られたゲルまたはゾルはメタノール中に溶解し、メスフラスコを用いることにより希釈を行い、金属イオン換算で1.52Mのコーティング溶液Aを得た。
The obtained gel or sol was completely dissolved by adding methanol corresponding to about 100 times its weight, and the solution was reacted and purified again in a rotary evaporator under reduced pressure for 12 hours. Or a sol is obtained.
The obtained gel or sol was dissolved in methanol and diluted by using a volumetric flask to obtain 1.52 M coating solution A in terms of metal ions.

10mm角のLaAlO(100)単結晶基板の上部に完全にPtをスパッターで成膜した基板を基板1S1とし、半分だけPtでカバーした基板を基板1S2として準備した。コーティング溶液Aを用い、それぞれの基板にスピンコート法により、加速時間を0.4秒とし、回転速度を4000r.p.m.とし、保持時間を150秒とした条件で成膜を行い、図6に示す条件下200℃から250℃の間の熱処理時間を11時間43分として、4.2%加湿純酸素雰囲気下で熱処理を行い、それぞれ基板1S1及び基板1S2から仮焼膜1Fm1c、仮焼膜1Fm2cを得た。同様にして高純度化していない溶液Xからは1S2基板上に成膜を行い、仮焼膜1Fm3cを得た。 A substrate in which Pt was completely deposited on the top of a 10 mm square LaAlO 3 (100) single crystal substrate by sputtering was prepared as a substrate 1S1, and a substrate covered by Pt only half was prepared as a substrate 1S2. Using the coating solution A, the spin time was applied to each substrate by an acceleration time of 0.4 seconds and a rotation speed of 4000 r. p. m. The film was formed under the condition that the holding time was 150 seconds, the heat treatment time between 200 ° C. and 250 ° C. was 11 hours 43 minutes under the conditions shown in FIG. 6, and the heat treatment was performed in a 4.2% humidified pure oxygen atmosphere. The calcined film 1Fm1c and the calcined film 1Fm2c were obtained from the substrate 1S1 and the substrate 1S2, respectively. Similarly, from the solution X which is not highly purified, a film was formed on the 1S2 substrate to obtain a calcined film 1Fm3c.

続いて図7に示す条件下の4.2%加湿1000ppm酸素混合アルゴン雰囲気下800℃で焼成を行い、525℃以下で乾燥純酸素を導入し、450℃で保持することにより純酸素アニールを行いDyBaCu7−xを得た。試料名はそれぞれ試料1Fm1f、試料1Fm2f及び試料1Fm3fである。 Subsequently, firing is performed at 800 ° C. in a 4.2% humidified 1000 ppm oxygen mixed argon atmosphere under the conditions shown in FIG. 7, dry pure oxygen is introduced at 525 ° C. or lower, and pure oxygen annealing is performed by holding at 450 ° C. It was obtained DyBa 2 Cu 3 O 7-x . The sample names are Sample 1Fm1f, Sample 1Fm2f, and Sample 1Fm3f, respectively.

試料1Fm1f、試料1Fm2f及び試料1Fm3fをそれぞれ薄膜X線回折法により相同定を行った結果、良好なDyBaCu7−x(00n)ピークが観測された。試料1Fm2fとの比較で、試料1Fm1fのピークはかなり弱いものであったが、それでも(103)面を用いての極図形に測定に十分なピークであったため、試料1Fm1fの極図形測定を行った。なお、試料1Fm2fは極図形測定時にXRDのスポットが直径6mm程度で当たることがわかっており、直径10mm角でしかない試料1Fm2fのPt成膜面を測定しているのかいないのか、非Pt成膜面上のDyBaCu7−xを測定しているのかが不明である。 Samples 1Fm1f, 1Fm2f, and 1Fm3f were phase-identified by thin film X-ray diffraction, respectively. As a result, a good DyBa 2 Cu 3 O 7-x (00n) peak was observed. Compared with sample 1Fm2f, the peak of sample 1Fm1f was quite weak, but it was still a peak sufficient for measurement using the (103) plane, so the polar figure of sample 1Fm1f was measured. . Sample 1Fm2f is known to have an XRD spot of about 6 mm in diameter at the time of polar figure measurement. Whether or not the Pt film-forming surface of sample 1Fm2f which is only 10 mm in diameter is being measured is measured. It is unknown whether DyBa 2 Cu 3 O 7-x on the surface is being measured.

図10(a)は、配向超電導層における薄膜X線回折法により測定した極図形図であり、(b)は、配向超電導層の結晶構造を例示する模式平面図であり、(c)は、配向超電導層の結晶構造を例示する模式断面図である。
図10(a)に示すように、頂点から44〜46度の位置にピークが現れるが、そのピーク強度はほぼドーナツ状となっており垂直方向にc軸が向くものの、面内方位がばらばらの1軸配向組織であることがわかる。
DyBaCu7−xに限らず、LnBaCu7−x超電導体(LnはYまたはランタノイド族元素)は、c軸方向の結晶成長が遅く、a軸及びb軸方向の結晶成長が早いとされている。その比率は1:100から1:1000程度といわれている。図10(a)に示すように、配向超電導層において、c軸方位だけが揃っているが、面内の配向方向がばらばらである。
FIG. 10A is a polar diagram measured by a thin film X-ray diffraction method in the oriented superconducting layer, FIG. 10B is a schematic plan view illustrating the crystal structure of the oriented superconducting layer, and FIG. It is a schematic cross section which illustrates the crystal structure of an oriented superconducting layer.
As shown in FIG. 10 (a), a peak appears at a position of 44 to 46 degrees from the apex, but the peak intensity is almost donut-shaped and the c-axis is oriented vertically, but the in-plane orientation varies. It can be seen that the structure is uniaxially oriented.
The LnBa 2 Cu 3 O 7-x superconductor (Ln is Y or a lanthanoid group element) is not limited to DyBa 2 Cu 3 O 7-x , and crystal growth in the c-axis direction is slow, and crystals in the a-axis and b-axis directions The growth is said to be fast. The ratio is said to be about 1: 100 to 1: 1000. As shown in FIG. 10 (a), in the oriented superconducting layer, only the c-axis orientation is aligned, but the in-plane orientation directions are scattered.

図10(b)及び(c)に示すように、上方から観察した場合に、基板上にc軸配向組織が揃ってはいるが面内方位がばらばらという状態である。
この結果は、基板から配向などの影響を受けない場合に、高純度溶液を用いた場合のTFA−MOD法がc軸配向組織をつくりやすいということを示唆している。TFA−MOD法は液相中で粒子が成長するため、成長速度の速い面内方向に粒子が結合しやすく、物理的にc軸が基板垂直方向を向きやすい。c軸配向となることを発見したおそらく世界初と思われる実験事実を元に、もう1軸の配向力を与えることにより配向層が完成することを図10(a)は示している。なお、高純度溶液を用いない場合に、この現象は確認されていない。その原因としては溶液中の不純物が膜表面に残留し、横方向の結晶成長を阻害することが想定される。
As shown in FIGS. 10B and 10C, when viewed from above, the c-axis oriented structure is aligned on the substrate, but the in-plane orientation is inconsistent.
This result suggests that the TFA-MOD method using a high-purity solution tends to form a c-axis oriented structure when it is not affected by the orientation and the like from the substrate. In the TFA-MOD method, since particles grow in a liquid phase, the particles are likely to be bonded in the in-plane direction where the growth rate is fast, and the c-axis is physically easily oriented in the direction perpendicular to the substrate. FIG. 10 (a) shows that the alignment layer is completed by applying another uniaxial alignment force based on the experimental fact that was found to be c-axis alignment and probably the first in the world. This phenomenon has not been confirmed when a high-purity solution is not used. As the cause, it is assumed that impurities in the solution remain on the film surface and inhibit lateral crystal growth.

なお、PtとLnBaCu7−x超電導体は、格子定数が近く、格子整合している。例えば、PtはJCPDSカード00−004−0802では軸長が3.92Åの直方体である。DyBaCu7−x超電導体はJCPDSカード00−040−0211によればa軸長とb軸長がそれぞれ3.89Åと3.82Åであり、Ptと1%以下という小さい格子整合性を有することになる。このPt層はLaAlO(100)基板上に成膜されている。JCPDSカード01−085−0848によればLaAlOの3.79Åの軸長をもち、Ptとは3%以下の良好な格子整合性を持つことになる。それにもかかわらず図10(a)に示すように、配向しないのは極性が関係しているためと思われる。 Note that Pt and LnBa 2 Cu 3 O 7-x superconductor are close in lattice constant and lattice matched. For example, Pt is a rectangular parallelepiped with an axial length of 3.92 mm in the JCPDS card 00-004-0802. According to JCPDS card 00-040-0211, the DyBa 2 Cu 3 O 7-x superconductor has a-axis length and b-axis length of 3.89 mm and 3.82 mm, respectively, and a small lattice matching of Pt and less than 1% Will have. This Pt layer is formed on a LaAlO 3 (100) substrate. According to JCPDS card 01-085-0848, it has an axial length of 3.79 mm of LaAlO 3 and has a good lattice matching with Pt of 3% or less. Nevertheless, as shown in FIG. 10 (a), the reason for not being oriented is that the polarity is related.

LaAlOやDyBaCu7−xは金属酸化物であるため、金属がプラスに酸素がマイナスに帯電し大きな極性を持つ。これは電気陰性度の違いによるものであり、大きな極性を持つ物質同士は一定エネルギーを持つ約600℃以上の成膜に置いて、格子整合性を引き継いで配向する傾向が強い。一方、Ptは金属であるために表面に位置する全てのPt原子には大きな電荷の片よりは存在しない。すなわち極性がほとんど無い。そのためにLaAlO上に直接DyBaCu7−xを成膜した場合にきれいな配向組織が形成されるのに対し、Pt層を介すると基本的に配向が引き継がれなくなったものと思われる。 Since LaAlO 3 and DyBa 2 Cu 3 O 7-x are metal oxides, the metal is positively charged and oxygen is negatively charged and has a large polarity. This is due to the difference in electronegativity, and substances having large polarities tend to be oriented by taking over the lattice matching in a film having a constant energy of about 600 ° C. or higher. On the other hand, since Pt is a metal, all Pt atoms located on the surface do not exist more than a large piece of charge. That is, there is almost no polarity. Therefore, when DyBa 2 Cu 3 O 7-x is formed directly on LaAlO 3 , a clean orientation structure is formed, but it seems that the orientation is basically not inherited through the Pt layer. .

図11は、基材上及び基材上に形成した金属層上に配向超電導層を形成した場合の模式断面図である。
図11に示すように、試料1Fm2fは、Ptを半分だけ成膜し、その上部に超電導成膜を行ったものである。この試料1Fm2fは、配向層の伝播距離測定を目的としたものであり、Pt成膜境界層からどの程度の配向層伝播距離があるのかを調べたものである。XRDでは評価ができないため、高分解能TEMと回折像により評価を行った。それぞれ境界面からPt側に移動した距離が5μm、10μm、20μm、40μmの位置で断面観察を行った。多数の観察を行ったのは、見えてない(例えば奥側)場所からの配向層伝播の影響があれば、それが現れると考えたためである。上記4つの位置において一定の傾向があれば配向層伝播が確認できると考えられるためである。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view when an oriented superconducting layer is formed on a base material and a metal layer formed on the base material.
As shown in FIG. 11, sample 1Fm2f is obtained by depositing only half of Pt and performing superconducting deposition on the top. This sample 1Fm2f is for the purpose of measuring the propagation distance of the alignment layer, and is an examination of how much the alignment layer propagation distance is from the Pt film formation boundary layer. Since evaluation cannot be performed with XRD, evaluation was performed using a high-resolution TEM and a diffraction image. Cross sections were observed at positions where the distance moved from the boundary surface to the Pt side was 5 μm, 10 μm, 20 μm, and 40 μm, respectively. Many observations were made because it was thought that if there was an influence of the propagation of the alignment layer from a place where it was not visible (for example, the back side), it would appear. This is because it is considered that the propagation of the alignment layer can be confirmed if there is a certain tendency at the four positions.

図12は、Pt成膜境界面から5μmの位置における配向超電導層の高分解能断面TEM写真図である。
Pt層上成膜で格子マッチしない組織が形成されることは、図10(a)の結果から証明されている。すなわち、DyBaCu7−x超電導層が形成されても図の上向きにc軸が形成されることはわかるものの、その方向は面内方向ではランダムとなるはずである。 図12に示すように、LaAlO基板を基準として観察すれば、DyBaCu7−x超電導層とLaAlO単結晶基板の方位が一致している。すなわち、この結果は、LaAlO部分を配向起源として5μmの位置では配向層がほぼ完全に伝播することを示す結果である。
FIG. 12 is a high-resolution cross-sectional TEM photograph of the oriented superconducting layer at a position of 5 μm from the Pt film formation interface.
It is proved from the result of FIG. 10A that a structure that does not lattice match is formed in the film formation on the Pt layer. That is, although the c-axis is formed upward in the figure even when the DyBa 2 Cu 3 O 7-x superconducting layer is formed, the direction should be random in the in-plane direction. As shown in FIG. 12, when the LaAlO 3 substrate is used as a reference, the orientations of the DyBa 2 Cu 3 O 7-x superconducting layer and the LaAlO 3 single crystal substrate coincide with each other. That is, this result shows that the alignment layer propagates almost completely at the position of 5 μm from the LaAlO 3 portion as the origin of alignment.

また、図12に示すように、金属層と酸化物配向層の距離は5nm以下であり、磁場により形成される配向層より金属に密着した配向層が実現できている。更にはこの図からわかるように、5μmまでの位置でははっきりした原子像が観察できている。これは、Δφ<0.2度を示すものであり、その状態は配向起源の両側に等しく広がっているものと考えられる。   Also, as shown in FIG. 12, the distance between the metal layer and the oxide alignment layer is 5 nm or less, and an alignment layer that is more closely attached to the metal than the alignment layer formed by the magnetic field can be realized. Further, as can be seen from this figure, a clear atomic image can be observed at positions up to 5 μm. This indicates Δφ <0.2 degrees, and the state is considered to spread equally on both sides of the orientation origin.

図13は、Pt成膜境界面から10μmの位置における配向超電導層の高分解能断面TEM写真図である。
図13に示すように、この断面TEM像では、はっきりした格子像は見えておらず、右上に示される回折像からは弱いながらも配向が伝播している結果が示されている。5μmの位置で強い配向層伝播傾向が見受けられたが、10μmの位置ではc軸配向が回折像で確認できる程度に弱まっていることが判明した。
FIG. 13 is a high-resolution cross-sectional TEM photograph of the oriented superconducting layer at a position 10 μm from the Pt film formation interface.
As shown in FIG. 13, in this cross-sectional TEM image, a clear lattice image is not seen, and the diffraction image shown in the upper right shows a result that the orientation is propagated though it is weak. A strong orientation layer propagating tendency was observed at the position of 5 μm, but it was found that the c-axis orientation was weakened to the extent that it could be confirmed by a diffraction image at the position of 10 μm.

図14は、Pt成膜境界面から20μmの位置における配向超電導層の高分解能断面TEM写真図である。
図14に示すように、この断面TEM像では、原子の並びが観測されないだけでなく、回折像も更に乱れて配向が伝播してないことがわかる。
図15は、Pt成膜境界面から40μmの位置における配向超電導層の高分解能断面TEM写真図である。
図15に示すように、配向層はほとんど伝播しておらず、Pt上にほぼc軸1軸配向に近い組織が形成していることだけが観測されている。
FIG. 14 is a high-resolution cross-sectional TEM photograph of the oriented superconducting layer at a position 20 μm from the Pt film formation interface.
As shown in FIG. 14, in this cross-sectional TEM image, not only the arrangement of atoms is not observed, but also the diffraction image is further disturbed and the orientation does not propagate.
FIG. 15 is a high-resolution cross-sectional TEM photograph of the oriented superconducting layer at a position 40 μm from the Pt film formation interface.
As shown in FIG. 15, the alignment layer hardly propagates, and it is only observed that a structure close to c-axis uniaxial alignment is formed on Pt.

以上の結果から、本条件での配向層伝播は5μmまではΔφ<0.2度の原子レベルで配向し、10μmでは2軸配向性が弱いながらも影響が確認されており、20μmでは更に弱くなり、40μmではほとんど影響が及ばない状態となっていた。この配向層伝播距離は熱処理温度の低下や加湿量の低減で増やすことが出来ると考えられており、直接の高分解能TEM観察を行ってはいないもの、それを間接的に示すXRD測定データの実験結果がそれをサポートしている。なお、それぞれのTEM観察結果から膜内部にCuOやYなどの異相が全く見られないが、これは高純度溶液による成膜に起因している。後述する試料1Fm3fの結果が示すように配向層伝播には高純度溶液が必要であると考えられる。 From the above results, the propagation of the alignment layer under these conditions is oriented at an atomic level of Δφ <0.2 degrees up to 5 μm, and the effect is confirmed at 10 μm although the biaxial orientation is weak, and further weak at 20 μm. Thus, 40 μm was in a state where there was almost no influence. It is thought that this alignment layer propagation distance can be increased by lowering the heat treatment temperature or reducing the amount of humidification, and has not been subjected to direct high-resolution TEM observation. The result supports it. Although not observed at all different phase, such as the respective TEM observations CuO and the inside of the membrane from Y 2 O 3, which is due to film formation by a high-purity solution. As shown by the result of Sample 1Fm3f described later, it is considered that a high-purity solution is necessary for propagation of the alignment layer.

本条件を用いたとしても線状の配向起源を間隔10μm以下に設置すれば配向層が伝播する結果を示している。過去の実績からTFA−MOD法は下地金属やCeO中間層のΔφが8度であっても良好な超電導層を形成している。それは低傾角粒界で多少は特性が低減されるものの、超電導層同士が低傾角粒界を介して超電導電流を流すためである。ただし、この低傾角粒界は小さいほど超電導電流のロスが大きくなる。バイクリスタルを用いた実験から、低傾角粒界は4度以下であれば超電導電流の減衰が少ないものと考えられている。 Even if this condition is used, the results show that the alignment layer propagates when the linear alignment origin is set at an interval of 10 μm or less. From the past results, the TFA-MOD method has formed a good superconducting layer even when Δφ of the base metal or CeO 2 intermediate layer is 8 degrees. This is because the superconducting layers flow superconducting currents through the low-angle grain boundaries, although the characteristics are somewhat reduced at the low-angle grain boundaries. However, the smaller the low-angle grain boundary, the larger the loss of superconducting current. From experiments using bicrystals, it is believed that if the low-angle grain boundary is 4 degrees or less, the attenuation of the superconducting current is small.

IBAD(Ion Beam Assisted Deposition)法やRABiTS(Rolling Assisted Biaxially Textured Substrate)法で原理的に限界がある配向起源のΔφであるが、本実施例による配向層形成技術ではΔφを決める因子が配向起源を基板上に並べるときのΔφに相当する。これは配向源であるセラミックナノファイバーを分散材で溶液中に分散させ、加熱により燃焼する有機物内部に含めて細線化してファイバーのΔφを2度以下(ほとんどゼロ)とし、それをシート状にして基板に貼り付ければ配向起源のファイバーは小さなΔφで配列することになる。焼成して酸化物である配向起源のみが残るようにすれば高配向の配向起源が簡便な方法で実現する。第1及び第2の実施形態に係る酸化物超電導体及びその製造方法は、IBAD法やRABiTS法では原理的に実現し得ない小さな配向度を持つ配向組織を実現するための技術の一つである。   This is the origin of orientation that is limited in principle by the IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) method and the RABiTS (Rolling Assisted Biaxially Textured Substrate) method. This corresponds to Δφ when arranged on the substrate. This is because ceramic nanofibers, which are orientation sources, are dispersed in a solution using a dispersing material, and are included in the organic matter that is burned by heating to reduce the fiber's Δφ to 2 degrees or less (almost zero). When pasted on the substrate, the fibers of orientation origin are arranged with a small Δφ. If only the orientation origin, which is an oxide, remains after firing, a highly oriented orientation origin can be realized by a simple method. The oxide superconductor and the manufacturing method thereof according to the first and second embodiments are one of the technologies for realizing an oriented structure having a small degree of orientation that cannot be realized in principle by the IBAD method or the RABiTS method. is there.

試料1Fm3fの高分解能TEM観察を同様に行ったが、この試料では、Pt界面から5μmの位置でも配向層が観察されなかった。Pt界面と観察位置までは、かなりの距離があるのでどのような現象が起きているかを高倍観察の高分解能TEM観察で知ることは難しいが、XRD測定の結果からc軸配向組織は形成しているものと考えられ、配向層の伝播のみが配向起源からうまく行かなかったものと思われる。おそらくは溶液中の不純物に由来する超電導層でない異相(CuOやYなど)を形成し、配向層が伝播しなかったものと思われる。配向層伝播現象はTFA−MOD法の高純度溶液と特性の熱処理条件が必要であると考えられる。 High resolution TEM observation of sample 1Fm3f was performed in the same manner. In this sample, no alignment layer was observed even at a position of 5 μm from the Pt interface. Since there is a considerable distance from the Pt interface to the observation position, it is difficult to know what phenomenon is occurring by high-resolution TEM observation of high-magnification observation, but the c-axis oriented structure is formed from the results of XRD measurement. It seems that only the propagation of the alignment layer did not go well from the orientation origin. Probably, a different phase (CuO, Y 2 O 3, etc.) that is not a superconducting layer derived from impurities in the solution was formed, and the alignment layer did not propagate. It is considered that the orientation layer propagation phenomenon requires a high-purity solution of the TFA-MOD method and a heat treatment condition with characteristics.

(実施例2)
金属酢酸塩、例えば、Y(OCOCH、Ba(OCOCH及びCu(OCOCHの各水和物の粉末を、それぞれイオン交換水中に溶解し、それぞれ反応等モル量のCFCOOHと混合および攪拌を行い、金属イオンモル比1:2:3で混合を行うことにより混合溶液を得た。得られた混合溶液はナス型フラスコ中に入れ、ロータリーエバポレータ中減圧下で反応および精製を12時間行ない半透明青色のゲルまたはゾルを得る。
(Example 2)
Metal acetates such as Y (OCOCH 3 ) 3 , Ba (OCOCH 3 ) 2 and Cu (OCOCH 3 ) 2 hydrate powders are dissolved in ion-exchanged water, respectively, and reaction equimolar amounts of CF are obtained. 3 COOH was mixed and stirred, and mixed at a metal ion molar ratio of 1: 2: 3 to obtain a mixed solution. The obtained mixed solution is put in an eggplant type flask, and subjected to reaction and purification in a rotary evaporator under reduced pressure for 12 hours to obtain a translucent blue gel or sol.

得られたゲルまたはゾルを、その約100倍の重量に相当するメタノールを加えて完全に溶解し、その溶液をロータリーエバポレータ中で再び減圧下で反応および精製を12時間行うと半透明青色のゲルまたはゾルが得られる。
得られたゲルまたはゾルはメタノール中に溶解し、メスフラスコを用いることにより希釈を行い、金属イオン換算で1.52Mのコーティング溶液Bを得た。超電導体作成までのフローチャートは図4に示すとおりである。
The obtained gel or sol was completely dissolved by adding methanol corresponding to about 100 times its weight, and the solution was reacted and purified again in a rotary evaporator under reduced pressure for 12 hours. Or a sol is obtained.
The obtained gel or sol was dissolved in methanol and diluted by using a volumetric flask to obtain 1.52 M coating solution B in terms of metal ions. The flowchart up to the production of the superconductor is as shown in FIG.

また、上記Y(OCOCHに代わり、Gd(OCOCH、Tm(OCOCH及びEr(OCOCHからを用い、金属イオン換算で1.52Mのコーティング溶液C、溶液D、溶液Eを得た。 Further, instead of Y (OCOCH 3 ) 3 described above, Gd (OCOCH 3 ) 3 , Tm (OCOCH 3 ) 3 and Er (OCOCH 3 ) 3 are used, and the coating solution C and solution D of 1.52 M in terms of metal ions are used. Solution E was obtained.

10mm角のLaAlO(100)単結晶基板の上部に完全にPtでカバーした基板2S1と、半分だけ残してPtでカバーした基板2S2をそれぞれ4枚ずつ準備した。コーティング溶液B、C、D、Eを用い、それぞれの基板にスピンコート法により、前述の実施例1と同様の条件で成膜を行い、図6に示す前述の実施例1と同様の条件で熱処理を行い、基板2S1上に仮焼膜2Fm1Bc、仮焼膜2Fm1Cc、仮焼膜2Fm1Dc、仮焼膜2Fm1Ecを、基板2S2上に仮焼膜2Fm2Bc、仮焼膜2Fm2Cc、仮焼膜2Fm2Dc、仮焼膜2Fm2Ecを得た。 Four substrates 2S1 that were completely covered with Pt on the top of a 10 mm square LaAlO 3 (100) single crystal substrate and four substrates 2S2 that were left half covered with Pt were prepared. Using the coating solutions B, C, D, and E, a film is formed on each substrate by the spin coat method under the same conditions as in the first embodiment, and under the same conditions as in the first embodiment shown in FIG. A heat treatment is performed, and the calcined film 2Fm1Bc, the calcined film 2Fm1Cc, the calcined film 2Fm1Dc, and the calcined film 2Fm1Ec are formed on the substrate 2S1, and the calcined film 2Fm2Bc, the calcined film 2Fm2Cc, the calcined film 2Fm2Dc, and the calcined film are calcined on the substrate 2S2. A membrane 2Fm2Ec was obtained.

続いて、図7に示す前述の実施例1と同様の条件で熱処理を行い、LnBaCu7−xを得た。試料名は、それぞれ基板2S1上は試料2Fm1Bf、試料2Fm1Cf、試料2Fm1Df、試料2Fm1Ef、基板2S2上は試料2Fm2Bf、試料2Fm2Cf、試料2Fm2Df、試料2Fm2Efである。 Subsequently, heat treatment is performed under the same conditions as in Example 1 described above shown in FIG. 7, to obtain a LnBa 2 Cu 3 O 7-x . The sample names are sample 2Fm1Bf, sample 2Fm1Cf, sample 2Fm1Df, sample 2Fm1Ef on the substrate 2S1, and sample 2Fm2Bf, sample 2Fm2Cf, sample 2Fm2Df, and sample 2Fm2Ef on the substrate 2S2, respectively.

全ての膜を薄膜X線回折法により相同定を行った結果、良好なLnBaCu7−x(00n)ピークが観測された。試料2Fm1Bf、試料2Fm1Cf、試料2Fm1Df、試料2Fm1EfのLnBaCu7−x(00n)ピークは相対比較で弱いものであったが、それでも(103)面を用いての極図形に測定に十分なピークであり、極図形測定により実施例1と同様に1軸配向(c軸のみ配向)の組織が得られることがわかった。 As a result of phase identification of all the films by thin film X-ray diffraction, a good LnBa 2 Cu 3 O 7-x (00n) peak was observed. Although the LnBa 2 Cu 3 O 7-x (00n) peak of sample 2Fm1Bf, sample 2Fm1Cf, sample 2Fm1Df, and sample 2Fm1Ef was weak in relative comparison, it was still sufficient for measurement in a polar figure using the (103) plane It was found that a uniaxially oriented structure (oriented only in the c-axis) was obtained by polar pattern measurement as in Example 1.

試料2Fm2Bf、試料2Fm2Cf、試料2Fm2Df、試料2Fm2EfはPtを半分だけ成膜し、その上部に超電導成膜を行ったものである。これらの試料は配向層の伝播距離測定を目的としたものであり、実施例1と同様に高分解能TEMと回折像により評価を行った。それぞれ境界面からPt側に移動した距離が5μm、10μm位置で断面観察を行った。観察の結果、距離が5μmの位置では良好な2軸配向組織が観測された。Lnの元素種を替えても特段の際はこの実験では見られなかった。   Sample 2Fm2Bf, Sample 2Fm2Cf, Sample 2Fm2Df, and Sample 2Fm2Ef are formed by depositing only half of Pt and performing superconducting film formation thereon. These samples were intended to measure the propagation distance of the alignment layer, and were evaluated by high-resolution TEM and diffraction images as in Example 1. Cross sections were observed at distances of 5 μm and 10 μm respectively moved from the boundary surface to the Pt side. As a result of observation, a good biaxially oriented structure was observed at a distance of 5 μm. Even if the element type of Ln was changed, it was not observed in this experiment in special cases.

(実施例3)
10mm角のLaAlO(100)単結晶基板の上部に幅が5μm、長さが100μmのLaAlO突起部となるように周辺部を削り取り、その部分を含めてPt成膜を行った。更にその部分を研磨および洗浄し、Pt部分の間に5μm幅のLaAlO単結晶基板がはさまれた構造の基板3S1を準備した。また上記の基板準備において、幅が1μmとなる基板3S2も同時に準備した。
Example 3
The peripheral part was scraped off to form a LaAlO 3 protrusion having a width of 5 μm and a length of 100 μm on the top of a 10 mm square LaAlO 3 (100) single crystal substrate, and Pt film formation was performed including that part. Further, the portion was polished and washed, and a substrate 3S1 having a structure in which a LaAlO 3 single crystal substrate having a width of 5 μm was sandwiched between Pt portions was prepared. In the above substrate preparation, a substrate 3S2 having a width of 1 μm was also prepared at the same time.

コーティング溶液Aを用い、それぞれの基板に前述の実施例1と同様の条件で成膜を行い、図6に示す前述の実施例1と同様の熱処理を行い、それぞれ仮焼膜3Fm1c、仮焼膜3Fm2cを得た。   Using the coating solution A, a film is formed on each substrate under the same conditions as in the first embodiment, and the same heat treatment as in the first embodiment shown in FIG. 6 is performed, and the calcined film 3Fm1c and the calcined film are respectively formed. 3Fm2c was obtained.

続いて、図7に示す前述の実施例1と同様の熱処理を行い、DyBaCu7−xを得た。試料名はそれぞれ試料3Fm1f、試料3Fm2fである。 Subsequently, the same heat treatment as in Example 1 described above shown in FIG. 7, to obtain a DyBa 2 Cu 3 O 7-x . The sample names are Sample 3Fm1f and Sample 3Fm2f, respectively.

全ての膜を薄膜X線回折法により相同定を行った結果、良好なDyBaCu7−x(00n)ピークが観測された。このDyBaCu7−x(00n)ピークには1軸配向部分と2軸配向部分が混在すると見られるが、XRD測定でのX線照射領域は直径が6mm程度あるために分離は不可能である。それぞれの断面TEM観察を行った。 As a result of phase identification of all the films by the thin film X-ray diffraction method, a good DyBa 2 Cu 3 O 7-x (00n) peak was observed. This DyBa 2 Cu 3 O 7-x (00n) peak appears to contain a uniaxially oriented portion and a biaxially oriented portion, but the X-ray irradiation region in XRD measurement has a diameter of about 6 mm, so separation is not possible. Is possible. Each cross-section TEM observation was performed.

試料3Fm1fでは、LaAlO基板部分の5μm幅の直上はもちろんのこと、その両側5μmの位置で良好な2軸配向超電導組織が観測された。すなわち、配向の起源となるLaAlO部分は幅5μmであるが、少なくとも、超電導層部分は幅15μmの位置まで配向層が連続している組織が形成していることとなる。配向起源層において格子マッチする方向に対し揺れ角10度以内となる領域を領域Soとすれば5μm×長さ100μmであり、超電導層における揺れ角10度以内のc軸配向領域を領域Ssとすれば15μm×長さ100μmとなる。従来は、配向源である領域Ssが領域Soとほぼ同一の面積であり、知りうる限り、領域So/領域Ss<0.95を満たす構造は報告は無い。今回得られた構造は領域So/領域Ss=0.33であり、2軸配向超電導層と金属であるPt層が接触している構造をはじめて実現した構造である。 In sample 3Fm1f, a good biaxially oriented superconducting structure was observed not only immediately above the 5 μm width of the LaAlO 3 substrate portion but also at 5 μm positions on both sides thereof. That is, the LaAlO 3 portion that is the origin of orientation has a width of 5 μm, but at least the superconducting layer portion has a structure in which the orientation layer is continuous up to a position of 15 μm in width. If the region where the swing angle is within 10 degrees with respect to the lattice matching direction in the orientation origin layer is defined as region So, it is 5 μm × length 100 μm, and the c-axis alignment region within the swing angle of 10 degrees in the superconducting layer is defined as region Ss. 15 μm × length 100 μm. Conventionally, the region Ss which is an alignment source has almost the same area as the region So, and as far as it can be known, there is no report of a structure satisfying the region So / region Ss <0.95. The structure obtained this time is a region So / region Ss = 0.33, which is the first structure realized by contacting a biaxially oriented superconducting layer and a metal Pt layer.

試料3Fm2fでは、LaAlO基板部分の1μm幅の直上はもちろんのこと、その両側5μmの位置で良好な2軸配向超電導組織が観測された。すなわち、配向の起源となるLaAlO部分は幅1μmであるが、少なくとも超電導層部分は幅11μmの位置まで配向層が連続している組織が形成していることとなる。領域Soは、1μm×長さ100μmであり、同様に領域Ssは、11μm×長さ100μmである。領域So/領域Ss=0.091と小さい構造であり、2軸配向超電導層と金属であるPt層が接触している構造となっている。 In sample 3Fm2f, a good biaxially oriented superconducting structure was observed not only immediately above the 1 μm width of the LaAlO 3 substrate portion but also at 5 μm positions on both sides thereof. That is, the LaAlO 3 portion, which is the origin of orientation, has a width of 1 μm, but at least the superconducting layer portion has a structure in which the orientation layer is continuous up to a position of 11 μm in width. The region So is 1 μm × 100 μm in length, and similarly, the region Ss is 11 μm × 100 μm in length. The region So / region Ss = 0.091 is small, and the biaxially oriented superconducting layer is in contact with the metal Pt layer.

従来は領域So/領域Ss<0.95という構造が実現不可能であったが、本実施例において、領域So/領域Ssが0.30を下回る構造や0.10を下回る構造が実現した。かつ配向層が金属直上に形成される構造もはじめて実現した。   Conventionally, the structure of region So / region Ss <0.95 could not be realized, but in this example, a structure in which region So / region Ss is less than 0.30 or a structure less than 0.10 was realized. The structure in which the alignment layer is formed directly on the metal has also been realized for the first time.

(実施例4)
10mm角のLaAlO(100)単結晶基板の全面にPtを成膜した。別のLaAlO(100)単結晶基板から幅1μm×厚み100nm×長さ100μmのストリップを切り出し、1本だけPt上に設置した基板を基板4S1、3本のストリップを配向方向に対して2度以内となるように設置した基板を基板4S2とする。基板4S2のPt上にはほぼ平行(ずれ角2度以内)に3本のストリップが間隔10μmで設置した。
Example 4
Pt was deposited on the entire surface of a 10 mm square LaAlO 3 (100) single crystal substrate. A strip of width 1 μm × thickness 100 nm × length 100 μm is cut out from another LaAlO 3 (100) single crystal substrate, and only one substrate is placed on Pt, the substrate 4S1, and the three strips are oriented twice with respect to the orientation direction. The substrate placed so as to be within the range is referred to as a substrate 4S2. Three strips were arranged on the Pt of the substrate 4S2 almost in parallel (within a deviation angle of 2 degrees or less) with an interval of 10 μm.

コーティング溶液Aを用い、それぞれの基板に、前述の実施例1と同様の条件のスピンコート法により、成膜を行い、図6に示す前述の実施例1と同様の熱処理を行い、基板4S1と基板4S2上に仮焼膜が成膜されたものを仮焼膜4Fm1c、仮焼膜4Fm2cとする。   Using the coating solution A, a film is formed on each substrate by the spin coating method under the same conditions as in the first embodiment, and the same heat treatment as in the first embodiment shown in FIG. Those obtained by forming a calcined film on the substrate 4S2 are referred to as a calcined film 4Fm1c and a calcined film 4Fm2c.

続いて、図7に示す前述の実施例1と同様の熱処理を行いDyBaCu7−xを得た。試料名はそれぞれ試料4Fm1f、試料4Fm2fである。 Subsequently, the same heat treatment as in Example 1 shown in FIG. 7 was performed to obtain DyBa 2 Cu 3 O 7-x . The sample names are Sample 4Fm1f and Sample 4Fm2f, respectively.

全ての膜を薄膜X線回折法により相同定を行った結果、良好なDyBaCu7−x(00n)ピークが観測された。このDyBaCu7−x(00n)ピークには1軸配向部分と2軸配向部分が混在すると見られるが、XRD測定でのX線照射領域は直径が6mm程度あるために分離は不可能である。内部構造を調べるために断面TEM観察を行った。 As a result of phase identification of all the films by the thin film X-ray diffraction method, a good DyBa 2 Cu 3 O 7-x (00n) peak was observed. This DyBa 2 Cu 3 O 7-x (00n) peak appears to contain a uniaxially oriented portion and a biaxially oriented portion, but the X-ray irradiation region in XRD measurement has a diameter of about 6 mm, so separation is not possible. Is possible. In order to examine the internal structure, cross-sectional TEM observation was performed.

試料4Fm1fでは、LaAlO基板部分の1μm幅の直上はもちろんのこと、その両側5μmの位置で良好な2軸配向超電導組織が観測された。すなわち、配向の起源となるLaAlO部分は幅1μmであるが、少なくとも、超電導層部分は幅11μmの位置まで配向層が連続している組織が形成していることとなる。配向起源層において格子マッチする方向に対し揺れ角10度以内となる領域を領域Soとすれば1μm×長さ100μmであり、超電導層における揺れ角10度以内のc軸配向領域を領域Ssとすれば11μm×長さ100μmとなる。今回得られた構造は領域So/領域Ss=0.091となる。 In sample 4Fm1f, a good biaxially oriented superconducting structure was observed not only immediately above the 1 μm width of the LaAlO 3 substrate portion but also at 5 μm positions on both sides thereof. That is, the LaAlO 3 portion, which is the origin of orientation, has a width of 1 μm, but at least the superconducting layer portion has a structure in which the orientation layer is continuous up to a position of 11 μm in width. If the region where the swing angle is within 10 degrees with respect to the lattice matching direction in the orientation origin layer is defined as region So, it is 1 μm × length 100 μm, and the c-axis alignment region within the swing angle of 10 degrees in the superconducting layer is defined as region Ss. 11 μm × length 100 μm. The structure obtained this time is region So / region Ss = 0.091.

試料4Fm2fでは、LaAlO基板部分の合計3μm幅の直上はもちろんのこと、その両側5μmを含めた連続33μmの位置で良好な2軸配向超電導組織が観測された。すなわち、配向の起源となるLaAlO部分は幅3μmであるが、少なくとも超電導層部分は幅33μmの位置まで配向層が連続している組織が形成していることとなる。配向起源層において格子マッチする方向に対し揺れ角10度以内となる領域を領域Soとすれば3μm×長さ100μmであり、超電導層における揺れ角10度以内のc軸配向領域を領域Ssとすれば33μm×長さ100μmとなる。今回得られた構造は領域So/領域Ss=0.091となる。 In the sample 4Fm2f, a good biaxially oriented superconducting structure was observed at a continuous 33 μm position including 5 μm on both sides as well as the LaAlO 3 substrate portion having a total width of 3 μm. That is, the LaAlO 3 portion, which is the origin of orientation, has a width of 3 μm, but at least the superconducting layer portion has a structure in which the orientation layer is continuous up to a position of 33 μm in width. If the region where the swing angle is within 10 degrees with respect to the lattice matching direction in the orientation origin layer is defined as region So, it is 3 μm × 100 μm in length, and the c-axis alignment region within the swing angle of 10 degrees in the superconducting layer is defined as region Ss. 33 μm × length 100 μm. The structure obtained this time is region So / region Ss = 0.091.

試料4Fm2fで実現された構造は、金属上ながら複数の配向起源から形成される超電導層のΔφが2度にも満たない構造である。微小領域であるために、この部分のΔφ測定を極図形測定を用いて観測することは出来ないが、配向起源であるLaAlOストリップから配向層が伝播しており、小さな傾角粒界で良好な超電導特性が得られるものと思われる。従来のIBAD法やRABiTS法では原理的にこのような小さなΔφの構造を金属テープ上に形成することは出来ない。本実施例により実現できた金属上に得られる初めてのΔφが小さな酸化物層の構造である。 The structure realized by the sample 4Fm2f is a structure in which Δφ of the superconducting layer formed from a plurality of orientation sources is less than twice on the metal. Since it is a small region, Δφ measurement of this part cannot be observed using polar figure measurement, but the alignment layer propagates from the LaAlO 3 strip that is the origin of orientation, and it is good at a small tilt grain boundary. It seems that superconducting properties can be obtained. In the conventional IBAD method and RABiTS method, such a small Δφ structure cannot be formed on a metal tape in principle. This is the first oxide layer structure having a small Δφ obtained on the metal realized by this embodiment.

(実施例5)
10mm角のLaAlO(100)単結晶基板の全面にPtを成膜した。別のLaAlO(100)単結晶基板から幅1μm×厚み100nm×長さ100μmのストリップを切り出し、1本だけPt上に設置した基板を5S1、3本のストリップを配向方向に対して2度以内となるように設置した基板を5S2とする。5S2のPt上にはほぼ平行に3本のストリップが間隔10μmで設置した。
(Example 5)
Pt was deposited on the entire surface of a 10 mm square LaAlO 3 (100) single crystal substrate. A strip of width 1 μm × thickness 100 nm × length 100 μm was cut out from another LaAlO 3 (100) single crystal substrate, and only one substrate placed on Pt was 5S1, and the three strips were within 2 degrees with respect to the orientation direction. The substrate installed so as to be 5S2. Three strips were placed on Pt of 5S2 almost in parallel with an interval of 10 μm.

コーティング溶液Bを用い、それぞれの基板に前述の実施例1と同様のスピンコート法により、成膜を行い、図6に示す前述の実施例1と同様の熱処理を行い、基板5S1と5S2上に仮焼膜が成膜されたものを仮焼膜5Fm1c、仮焼膜5Fm2cとする。   Using the coating solution B, a film was formed on each substrate by the same spin coating method as in Example 1 described above, and the same heat treatment as in Example 1 shown in FIG. 6 was performed, and the substrates 5S1 and 5S2 were formed. The calcined film is formed as a calcined film 5Fm1c and a calcined film 5Fm2c.

続いて、図7に示す前述の実施例1と同様の熱処理を行いYBaCu7−xを得た。試料名はそれぞれ試料5Fm1f、試料5Fm2fである。 Subsequently, the same heat treatment as in Example 1 shown in FIG. 7 was performed to obtain YBa 2 Cu 3 O 7-x . The sample names are Sample 5Fm1f and Sample 5Fm2f, respectively.

全ての膜を薄膜X線回折法により相同定を行った結果、良好なYBaCu7−x(00n)ピークが観測された。このYBaCu7−x(00n)ピークには1軸配向部分と2軸配向部分が混在すると見られるが、XRD測定でのX線照射領域は直径が6mm程度あるために分離は不可能である。内部構造を調べるために断面TEM観察を行った。 As a result of phase identification of all the films by the thin film X-ray diffraction method, a good YBa 2 Cu 3 O 7-x (00n) peak was observed. The YBa 2 Cu 3 O 7-x (00n) peak appears to contain a uniaxially oriented portion and a biaxially oriented portion. However, since the X-ray irradiated region in XRD measurement has a diameter of about 6 mm, separation is not possible. Is possible. In order to examine the internal structure, cross-sectional TEM observation was performed.

試料5Fm1fでは、LaAlO基板部分の1μm幅の直上はもちろんのこと、その両側5μmの位置で良好な2軸配向超電導組織が観測された。すなわち配向の起源となるLaAlO部分は幅1μmであるが、少なくとも超電導層部分は幅11μmの位置まで配向層が連続している組織が形成していることとなる。配向起源層において格子マッチする方向に対し揺れ角10度以内となる領域を領域Soとすれば1μm×長さ100μmであり、超電導層における揺れ角10度以内のc軸配向領域を領域Ssとすれば11μm×長さ100μmとなる。今回得られた構造は領域So/領域Ss=0.091となる。 In sample 5Fm1f, a good biaxially oriented superconducting structure was observed not only immediately above the 1 μm width of the LaAlO 3 substrate portion but also at 5 μm positions on both sides thereof. That is, the LaAlO 3 portion, which is the origin of orientation, has a width of 1 μm, but at least the superconducting layer portion has a structure in which the orientation layer is continuous up to a position of 11 μm in width. If the region where the swing angle is within 10 degrees with respect to the lattice matching direction in the orientation origin layer is defined as region So, it is 1 μm × length 100 μm, and the c-axis alignment region within the swing angle of 10 degrees in the superconducting layer is defined as region Ss. 11 μm × length 100 μm. The structure obtained this time is region So / region Ss = 0.091.

試料5Fm2fでは、LaAlO基板部分の合計3μm幅の直上はもちろんのこと、その両側5μmを含めた連続33μmの位置で良好な2軸配向超電導組織が観測された。すなわち配向の起源となるLaAlO部分は幅3μmであるが、少なくとも超電導層部分は幅33μmの位置まで配向層が連続している組織が形成していることとなる。配向起源層において格子マッチする方向に対し揺れ角10度以内となる領域を領域Soとすれば3μm×長さ100μmであり、超電導層における揺れ角10度以内のc軸配向領域を領域Ssとすれば33μm×長さ100μmとなる。今回得られた構造はSo/Ss=0.091となる。 In sample 5Fm2f, a good biaxially oriented superconducting structure was observed at a continuous 33 μm position including 5 μm on both sides as well as a total 3 μm width of the LaAlO 3 substrate portion. That is, the LaAlO 3 portion, which is the origin of orientation, has a width of 3 μm, but at least the superconducting layer portion has a structure in which the orientation layer is continuous up to a position having a width of 33 μm. If the region where the swing angle is within 10 degrees with respect to the lattice matching direction in the orientation origin layer is defined as region So, it is 3 μm × 100 μm in length, and the c-axis alignment region within the swing angle of 10 degrees in the superconducting layer is defined as region Ss. 33 μm × length 100 μm. The structure obtained this time is So / Ss = 0.091.

試料5Fm2fで実現された構造は、金属上ながら複数の配向起源から形成される超電導層のΔφが2度にも満たない構造である。微小領域であるためにこの部分のΔφ測定を極図形測定を用いて観測することは出来ないが、配向起源であるLaAlOストリップから配向層が伝播しており、小さな傾角粒界で良好な超電導特性が得られるものと思われる。従来のIBAD法やRABiTS法では原理的にこのような小さなΔφの構造を金属テープ上に形成することはできない。配向起源を高度に配列して初めて得られる構造である。 The structure realized by the sample 5Fm2f is a structure in which Δφ of a superconducting layer formed from a plurality of orientation sources is less than twice even though it is on a metal. Since it is a small region, Δφ measurement of this part cannot be observed using polar figure measurement, but the orientation layer propagates from the LaAlO 3 strip that is the origin of orientation, and good superconductivity at a small tilt grain boundary It seems that characteristics can be obtained. In principle, the conventional IBAD method and RABiTS method cannot form such a small Δφ structure on a metal tape. It is a structure that can only be obtained by highly arranging the orientation origins.

(実施例6)
10mm角のLaAlO(100)単結晶基板の全面にPtを成膜した。別の基板に150nm厚で成膜したCeO(100)膜から幅1μm×厚み100nm×長さ100μmのストリップを切り出し、3本のストリップを配向方向に対して2度以内となるように設置した基板を基板6S1とする。基板6S1のPt上にはほぼ平行に3本のストリップが間隔6μmで設置されていることになる。
(Example 6)
Pt was deposited on the entire surface of a 10 mm square LaAlO 3 (100) single crystal substrate. A strip having a width of 1 μm, a thickness of 100 nm, and a length of 100 μm was cut out from a CeO 2 (100) film formed on another substrate with a thickness of 150 nm, and the three strips were set to be within 2 degrees with respect to the orientation direction. The substrate is a substrate 6S1. On the Pt of the substrate 6S1, three strips are arranged substantially in parallel with an interval of 6 μm.

コーティング溶液Aを用い、それぞれの基板に前述の実施例1と同様のスピンコート法により、成膜を行い、図6に示す実施例1と同様の熱処理を行い、基板6S1上に仮焼膜が成膜されたものを仮焼膜6Fm1cとする。   Using the coating solution A, a film was formed on each substrate by the same spin coating method as in Example 1 described above, and the same heat treatment as in Example 1 shown in FIG. 6 was performed, and a calcined film was formed on the substrate 6S1. The formed film is referred to as a calcined film 6Fm1c.

続いて、図7に示す前述の実施例1と同様の熱処理を行いDyBaCu7−xを得た。試料名は試料6Fm1fである。 Subsequently, the same heat treatment as in Example 1 shown in FIG. 7 was performed to obtain DyBa 2 Cu 3 O 7-x . The sample name is sample 6Fm1f.

全ての膜を薄膜X線回折法により相同定を行った結果、良好なDyBaCu7−x(00n)ピークが観測された。このDyBaCu7−x(00n)ピークには1軸配向部分と2軸配向部分が混在すると見られるが、XRD測定でのX線照射領域は直径が6mm程度あるために分離は不可能である。内部構造を調べるために断面TEM観察を行った。なお本配向膜は45度面内方向で傾いた構造と考えられる。それはCeOの格子乗数が超電導体の約ルート2倍(1.41倍)となっているため、45度水平面内方向に傾いたものが格子として合致するためである。 As a result of phase identification of all the films by the thin film X-ray diffraction method, a good DyBa 2 Cu 3 O 7-x (00n) peak was observed. This DyBa 2 Cu 3 O 7-x (00n) peak appears to contain a uniaxially oriented portion and a biaxially oriented portion, but the X-ray irradiation region in XRD measurement has a diameter of about 6 mm, so separation is not possible. Is possible. In order to examine the internal structure, cross-sectional TEM observation was performed. This alignment film is considered to have a structure inclined in the in-plane direction of 45 degrees. This is because the lattice multiplier of CeO 2 is about twice that of the superconductor (1.41 times), so that the one tilted 45 degrees in the horizontal plane matches as the lattice.

試料6Fm1fではCeO部分の3μm幅の直上はもちろんのこと、3箇所の間の領域、およびその両側3μmの位置で良好な2軸配向超電導組織が観測された。すなわち配向の起源となるCeO部分は幅3μmであるが、少なくとも超電導層部分は幅21μmの位置まで配向層が連続している組織が形成していることとなる。配向起源層において格子マッチする方向に対し揺れ角10度以内となる領域を領域Soとすれば3μm×長さ100μmであり、超電導層における揺れ角10度以内のc軸配向領域を領域Ssとすれば21μm×長さ100μmとなる。今回得られた構造は領域So/領域Ss=0.145となる。 In the sample 6Fm1f, a good biaxially oriented superconducting structure was observed not only immediately above the CeO 2 portion with a width of 3 μm, but also in a region between the three locations and at positions of 3 μm on both sides. That is, the CeO 2 portion that is the origin of orientation has a width of 3 μm, but at least the superconducting layer portion has a structure in which the orientation layer is continuous up to a position of 21 μm in width. If the region where the swing angle is within 10 degrees with respect to the lattice matching direction in the orientation origin layer is defined as region So, it is 3 μm × 100 μm in length, and the c-axis alignment region within the swing angle of 10 degrees in the superconducting layer is defined as region Ss. 21 μm × length 100 μm. The structure obtained this time is region So / region Ss = 0.145.

以上の説明のように、これらの実施例を用いれば、これまでIBAD法やRABiTS法で原理的に不可能であったΔφ<2の高配向組織を金属テープ上に形成することが可能である。また配向起源と配向層の比率である領域So/領域Ssがこれまでほとんど1であったのに対して、0.3や0.1を下回る構造が実現できる。金属直上に酸化物配向層を形成することは極性の観点から難しい技術ではあるが、これらの実施例により別に設置した配向層から配向組織を伝播させることによりその構造も実現できる。超電導層がクエンチした際に下地金属にクエンチ電流が流れるという利点がある。またこの構造を持つ酸化物という観点からも、おそらくは本実施例において初めて実現した構造であると思われる。   As described above, by using these examples, it is possible to form a highly oriented structure of Δφ <2 on a metal tape, which has been impossible in principle by the IBAD method or the RABiTS method. . In addition, the region So / region Ss, which is the ratio of the orientation origin to the orientation layer, has been almost 1 so far, but a structure below 0.3 or 0.1 can be realized. Forming the oxide alignment layer directly on the metal is a difficult technique from the viewpoint of polarity, but the structure can also be realized by propagating the alignment structure from the alignment layer separately provided in these examples. There is an advantage that when the superconducting layer is quenched, a quench current flows through the base metal. From the viewpoint of an oxide having this structure, it is probably the first structure realized in this example.

この技術を用いて、拡散防止層をMODで成膜し、配向起源をシート内に配列したテープを張って焼成する方法であれば、TFA−MOD法と併せて全て非真空プロセスであるばかりか、Δφが小さな組織が出来上がり高特性の超電導線材が期待できる。拡散防止層は酸化物だけでなく、CaFのようなフッ化物でもいい。また、配向起源のファイバーはそれを含めた細い線を作り、延ばしてテープ状に広げる形でシートとして配向起源をΔφを小さく配置することが可能である。そのシートを貼り付けた後に強く焼成し、酸化物以外が燃焼してなくなるようにすれば、Δφの小さな配向起源のみを形成することが出来る。このように本実施形態は、従来、IBAD法やRABiTS法では到達し得なかった小さなΔφの酸化物組織を、金属テープ状に形成する技術の一部である。 If this method is used to form a diffusion prevention layer by MOD and lay and fire a tape whose orientation origin is arranged in a sheet, it is not only a non-vacuum process together with the TFA-MOD method. , A structure having a small Δφ is completed, and a high-performance superconducting wire can be expected. The diffusion prevention layer may be not only an oxide but also a fluoride such as CaF 2 . In addition, the orientation-origin fibers can be arranged as a sheet by forming a thin line including the fiber and extending it into a tape shape so that the orientation origin can be arranged with a small Δφ. If the sheet is bonded and then baked strongly to prevent burning other than the oxide, only the orientation origin having a small Δφ can be formed. As described above, this embodiment is a part of a technique for forming a small Δφ oxide structure in the form of a metal tape, which could not be achieved by the IBAD method and the RABiTS method.

(比較例)
次に、比較例について説明する。
酸化物超電導体は超電導層がイットリウムやランタノイド系のペロブスカイト構造を持つものであるが、その配向起源は超電導層ではなく下地層に由来する。単結晶上に成膜を行う超電導回路形成技術は単結晶の配向度を利用して超電導層を配向性を利用するが、線材やコイル応用では金属テープ上に超電導膜を形成するため、どこかに配向起源が必要である。
(Comparative example)
Next, a comparative example will be described.
In oxide superconductors, the superconducting layer has an yttrium or lanthanoid perovskite structure, but its orientation originates not in the superconducting layer but in the underlying layer. Superconducting circuit formation technology that forms a film on a single crystal uses the orientation of the superconducting layer by utilizing the degree of orientation of the single crystal, but in wire and coil applications, a superconducting film is formed on a metal tape. An orientation origin is necessary.

その配向層形成技術に関して、主だったものはIBAD(Ion Beam Assisted Deposition)法による配向酸化物層形成技術と、RABiTS(Rolling Assisted Biaxially Textured Substrate)法などの圧延技術により金属層を配向させ、その上部に酸化物層を配向させる技術の2種類である。この他に液相形成と磁場力による配向層形成も提案されているが、IBAD法やRABiTS法での配向層形成技術に匹敵する結果は得られていない。主たる配向層形成は、上記のIBAD法とRABiTS法である。その二つの配向層形成技術を以下に説明する。   Regarding the alignment layer formation technology, the main ones are the alignment oxide layer formation technology by IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) method and the rolling technology such as RABiTS (Rolling Assisted Biaxially Textured Substrate) method. There are two types of techniques for orienting the oxide layer on top. In addition to this, formation of an alignment layer by liquid phase formation and magnetic field force has also been proposed, but results comparable to the alignment layer formation technology by the IBAD method or RABiTS method have not been obtained. The main alignment layer formation is the IBAD method and the RABiTS method described above. The two alignment layer forming techniques will be described below.

IBAD法は無配向金属上にアルゴンイオンを照射しながら酸化物を堆積させ、配向度が徐々に改善する技術である。無配向金属にはHastelloy-Cが、イオン源にはアルゴンイオンが使われることが多い。配向させる金属酸化物は、IBAD法登場初期ではYSZであり、その後、Ga2Zr2O7となり、近年は、MgOが多い。この技術は、ほぼ常温の70℃程度で酸化物配向層を形成する技術である。真空中で酸化物粒子を飛散させ、その際にアルゴンイオンビームを照射させることにより堆積された酸化物層の配向度が徐々に改善されてゆく技術である。その配向原理は完全に解明されているわけではない。   The IBAD method is a technique in which an oxide is deposited on an unoriented metal while irradiating argon ions, and the degree of orientation is gradually improved. In many cases, Hastelloy-C is used for the non-oriented metal, and argon ions are used for the ion source. The metal oxide to be oriented is YSZ in the early days of the appearance of the IBAD method, and then becomes Ga2Zr2O7, and in recent years, there is much MgO. This technique is a technique for forming an oxide alignment layer at about room temperature and about 70 ° C. This is a technique in which the degree of orientation of the deposited oxide layer is gradually improved by scattering oxide particles in a vacuum and irradiating with an argon ion beam. The orientation principle is not completely elucidated.

この技術で一番問題とされるのは配向度の改善が緩やかで、かつその配向度に極限値が存在すると考えられることである。無配向の下地金属テープ(Hastelloy−C)上にIBAD法で堆積層を形成すると、膜厚が10nm程度の初期成膜層のΔφは20度程度と非常に大きい。また成膜時の基板温度が70℃前後と低いためかΔφの改善は非常に緩やかであり、IBAD法による成膜層が1μm程度になってもΔφが10度程度であったりする。   The biggest problem with this technique is that the improvement in the degree of orientation is moderate and it is considered that there is a limit value in the degree of orientation. When the deposited layer is formed on the non-oriented base metal tape (Hastelloy-C) by the IBAD method, Δφ of the initial film-forming layer having a film thickness of about 10 nm is as large as about 20 degrees. In addition, the improvement of Δφ is very moderate because the substrate temperature at the time of film formation is as low as about 70 ° C., and Δφ may be about 10 degrees even when the film formation layer by IBAD method is about 1 μm.

IBAD法のこの欠点を改善するために配向層が比較的薄い堆積層でΔφが改善するような技術開発が行われている。それはIBAD層の直下に無配向層を形成する手法である。IBAD法による配向層改善はイオンビームのアシストがなければ配向層の改善は起きないために少なくともこのイオンの照射が配向度改善に関与している。   In order to remedy this drawback of the IBAD method, technical development has been carried out to improve Δφ in a deposited layer having a relatively thin alignment layer. That is a method of forming a non-oriented layer directly under the IBAD layer. Since the improvement of the alignment layer by the IBAD method does not occur without the assistance of an ion beam, at least irradiation of this ion is involved in improving the degree of alignment.

イオンビームがアシストされた飛来した酸化物粒子が基材上に着地した場合に、基材上に秩序だった大きな極性がある場合、低温成膜を行うIBAD法での配向性改善は、直下の層をアモルファスにした場合い比べ緩やかである。極性が小さなアモルファス上での場合、アルゴンイオンでアシストされた酸化物粒子がより自由に動けるためと考えられるが詳細は不明である。
このアモルファス層は1層ではなく、2層の場合により配向が改善しやすいらしく、現時点で商用的な超電導線材は下地のアモルファス層2層の上に、IBAD法による配向起源層があり、その上部2層に配向酸化物層を成膜している。実に5層もの積層構造を経て超電導層がその上部に形成されている。
When the flying oxide particles assisted by the ion beam land on the substrate, and there is an orderly large polarity on the substrate, the orientation improvement by the IBAD method in which low-temperature film formation is performed is It is gentler than when the layer is made amorphous. In the case of an amorphous material having a small polarity, it is considered that oxide particles assisted by argon ions can move more freely, but details are unknown.
This amorphous layer is not a single layer, it seems that the orientation is easier to improve in the case of two layers. At present, a commercial superconducting wire has an orientation origin layer by the IBAD method on top of two underlying amorphous layers. Two alignment oxide layers are formed. The superconducting layer is formed on the upper part through a laminated structure of as many as five layers.

このIBAD法により原理的にどこまで配向度が改善されるかを考察する必要がある。IBAD法は原理が完全に解明されたわけではないが、アルゴンイオンが堆積酸化物に何らかのアシストをして配向性を改善していることは間違いない。このアルゴンイオンが一方向照射でなければおそらく配向層は無秩序に配列するものと思われる。そのため少なくともこのアルゴンイオンが照射される平行度が配向性の改善に関与するものと思われる。   It is necessary to consider how much the degree of orientation is improved in principle by this IBAD method. Although the principle of the IBAD method has not been completely elucidated, there is no doubt that the argon ions have some sort of assistance to the deposited oxide to improve the orientation. If the argon ions are not unidirectionally irradiated, the alignment layer is probably arranged randomly. Therefore, it seems that at least the degree of parallelism with which the argon ions are irradiated is involved in improving the orientation.

このアルゴンイオンの照射は、YSZ層を配向させる場合に斜め55度から照射することによりベストの配向が得られることがわかっている。アルゴンイオンの平行度とその影響を受けて配向層を形成する酸化物層のΔφは1:1の関係ではなく、少なくとも飛来時にアルゴンイオンが瞬間的にしか堆積酸化物に影響を及ぼしえないことを考えれば、アルゴンイオンの平行度の1/2や1/3でのみ配向度が改善することが予想される。そのアルゴンイオンの平行度であるが、イオンにして照射するため電気的に反発しあう粒子は拡がりを持って飛来する。またイオン照射源は成膜試料までの距離を無限に大きく出来ず、かつ照射源自体の大きさがあり、そこからアルゴンイオンが飛来するため平行なイオン照射にならない。Δφで5度ほどの角度がつくものと考えられる。大きなΔφの配向層を形成すると考えられるが、こちらは最適化によりファクターを1倍に近づけられる可能性がある。これらの議論からIBAD法で無限に膜厚を厚くして得られるΔφは5度か、あるいはそれ以上となることが予想される。   It is known that the best orientation can be obtained by irradiating the argon ions at an angle of 55 degrees when orienting the YSZ layer. The parallelism of argon ions and the Δφ of the oxide layer that forms the alignment layer affected by the parallelism are not 1: 1, and at least the argon ions can only affect the deposited oxide instantaneously when flying. Therefore, it is expected that the degree of orientation is improved only when the parallelism of argon ions is 1/2 or 1/3. Although it is the parallelism of the argon ions, the particles that repel electrically because they are irradiated as ions fly with a spread. Further, the ion irradiation source cannot make the distance to the film formation sample infinitely large, and the irradiation source itself has a size, and since argon ions come from there, parallel ion irradiation does not occur. It is considered that Δφ forms an angle of about 5 degrees. It is considered that an alignment layer having a large Δφ is formed, but here, there is a possibility that the factor can be made close to 1 times by optimization. From these discussions, Δφ obtained by infinitely increasing the film thickness by the IBAD method is expected to be 5 degrees or more.

Δφを改善すると超電導特性が改善される超電導線材において、IBAD法により製膜された中間層のΔφは6度程度の報告が多い。もちろん短尺でΔφの小さな小サンプルも得られるかもしれないが、基本的にIBAD法による得られる配向成膜の最小Δφは5度程度と考えられる。   In superconducting wires whose superconducting properties are improved by improving Δφ, there are many reports that Δφ of the intermediate layer formed by the IBAD method is about 6 degrees. Of course, a small sample with a short Δφ may be obtained, but the minimum Δφ for alignment film obtained by the IBAD method is considered to be about 5 degrees.

次に、RABiTS法の説明である。こちらはNi−Wなどの金属を圧延して塑性変形させ原子を圧延方向に配向させ、その上部に酸化物層を成膜させて配向性を伝搬させ、更に酸化物層を2層程度積層することにより超電導体の配向テンプレートを形成する技術である。金属の塑性変形は無限に繰り返せるわけではなく、テープが破壊されない範囲でのみ配向度は改善する。現時点で報告されている配向組織のΔφは6〜8度である。これは圧延された金属のΔφであるが、その上部3層の金属酸化物層積層でもこのΔφは悪化しない。むしろ条件によっては、上部金属酸化物層が自己配向性を持つためと考えられるが、Δφが0.2〜0.3度程度改善した値となる場合が多い。   Next, the RABiTS method will be described. Here, a metal such as Ni-W is rolled and plastically deformed to orient the atoms in the rolling direction, and an oxide layer is formed on the top to propagate the orientation, and about two oxide layers are stacked. This is a technique for forming an orientation template of a superconductor. The plastic deformation of the metal cannot be repeated indefinitely, and the degree of orientation is improved only to the extent that the tape is not broken. The Δφ of the orientation texture reported at present is 6 to 8 degrees. This is Δφ of the rolled metal, but this Δφ is not deteriorated even in the upper three metal oxide layer stacks. Rather, it is considered that the upper metal oxide layer has self-orientation depending on conditions, but Δφ is often improved by about 0.2 to 0.3 degrees.

RABiTS法により形成された金属直上の酸化物第1層目は極性が基本的に無い金属の配向層から酸化物層へと配向が引き継ぐ必要があるために成膜条件が狭いものとなり、成膜条件を外れると配向度が極度に悪化するとされている。その第1層はSEED層とも言われ、YやCeOなどが使われることが多い。第2層は下地金属からの拡散を防止する層であり、拡散防止層(バリアー層)といわれ、YSZなどが用いられる場合が多い。第1層と第2層は共に極性があるために配向度を維持しての成膜は容易と考えられる。同様に第3層であるが、これはTFA−MOD法での反応において、HFなどの化学的反応を防止する必要があり、キャップ層とも言われる層である。 The first oxide layer directly on the metal formed by the RABiTS method has a narrow film formation condition because the alignment needs to be inherited from the metal alignment layer having no polarity to the oxide layer. If the condition is not met, the degree of orientation will be extremely deteriorated. The first layer is also called a SEED layer, and Y 2 O 3 or CeO 2 is often used. The second layer is a layer that prevents diffusion from the base metal, is called a diffusion prevention layer (barrier layer), and YSZ or the like is often used. Since both the first layer and the second layer are polar, it is considered that film formation with the orientation degree maintained is easy. Similarly, the third layer is a layer which is also called a cap layer because it is necessary to prevent a chemical reaction such as HF in the reaction by the TFA-MOD method.

これら3層の配向層はどれも700℃付近で成膜され、形成酸化物粒子は十分なエネルギーを持つために配向度が僅かに改善する傾向がある。いわゆる自己配向性という性質である。この自己配向性は、超電導層も自身が酸化物層であるためにその性質を示すことがある。この自己配向性であるが、超電導層を含む4層を合計しても0.3度程度の改善となることがわかっている。すなわち圧延金属層のΔφが6度の時に、超電導層が成膜条件が良ければΔφ=5.6度程度に改善するということである。ただしこのRABiTS法でΔφが6度以下の配向層実現は難しい。   These three alignment layers are all formed at around 700 ° C., and the formed oxide particles have sufficient energy, so that the degree of alignment tends to be slightly improved. This is a so-called self-orientation property. This self-orientation may show its properties because the superconducting layer itself is an oxide layer. Although it is this self-orientation property, it is known that even if the four layers including the superconducting layer are combined, the improvement is about 0.3 degree. That is, when Δφ of the rolled metal layer is 6 degrees, if the superconducting layer has good film formation conditions, Δφ = 5.6 degrees. However, it is difficult to realize an alignment layer with Δφ of 6 degrees or less by this RABiTS method.

以上説明した実施形態によれば、配向性の向上を図ることができる酸化物超電導体、配向酸化物薄膜及び酸化物超電導体の製造方法を提供することができる。   According to the embodiment described above, it is possible to provide an oxide superconductor, an alignment oxide thin film, and a method for manufacturing the oxide superconductor capable of improving the orientation.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalents thereof. Further, the above-described embodiments can be implemented in combination with each other.

1、2:酸化物超電導体、11:基材、12:拡散防止層、13:配向起源、14無配向層、15:配向超電導層、15a:a軸、15b:b軸、15c:c軸、16:配向起源シート、17:バインダー、21:基材、22:金属層、23:コーティング溶液、24:ゲル膜、S13、SO、SS:面積、Ss、So:領域、1S1、1S2、3S1、3S2、4S1、4S2:基板、1Fm1c、1Fm2c、1Fm3c、2Fm1Bc、2Fm1Cc、2Fm1Dc、2Fm1Ec、2Fm2Bc、2Fm2Cc、2Fm2Dc、2Fm2Ec、3Fm1c、3Fm2c、4Fm1c、4Fm2c、5Fm1c、5Fm2c、6Fm1c:仮焼膜、1Fm1f、1Fm2f、1Fm3f、2Fm1Bf、2Fm1Cf、2Fm1Df、2Fm1Ef、2Fm2Bf、2Fm2Cf、2Fm2Df、2Fm2Ef、3Fm1c、3Fm2c、4Fm1f、4Fm2f、5Fm1f、5Fm2f:試料 1, 2: oxide superconductor, 11: base material, 12: diffusion preventing layer, 13: orientation origin, 14 non-oriented layer, 15: oriented superconducting layer, 15a: a axis, 15b: b axis, 15c: c axis 16: Orientation origin sheet, 17: Binder, 21: Base material, 22: Metal layer, 23: Coating solution, 24: Gel film, S13, SO, SS: Area, Ss, So: Region, 1S1, 1S2, 3S1 3S2, 4S1, 4S2: Substrate, 1Fm1c, 1Fm2c, 1Fm3c, 2Fm1Bc, 2Fm1Cc, 2Fm1Dc, 2Fm1Ec, 2Fm2Bc, 2Fm2Cc, 2Fm2Dc, 2Fm2Ec, 3Fm1c, 3Fm2c, 4Fm1c, 4Fm2c, 5F1 1Fm2f, 1Fm3f, 2Fm1Bf, 2Fm1Cf, 2Fm1Df, Fm1Ef, 2Fm2Bf, 2Fm2Cf, 2Fm2Df, 2Fm2Ef, 3Fm1c, 3Fm2c, 4Fm1f, 4Fm2f, 5Fm1f, 5Fm2f: sample

配向超電導層15は、2.0×1016〜5.0×1019原子/ccのフッ素及び1.0×1018〜5.0×1020原子/ccの炭素を含んでいる。これはTFA−MOD法に由来し、化学平衡の液相本焼反応により必然的に残る残渣である。
配向超電導層15におけるΔφ10度以内の部分の直下域の面積SSと、配向超電導層15の下面における10度以内の揺れ角に配向している配向起源13と接する部分の面積S13を合計した面積SOとの関係は、面積SO<0.3×面積SS、すなわち、面積SOは、面積SSの0.3倍未満となっている。また、好ましくは、面積SOは、面積SSの0.1以下である。本明細書において、例えば、面積SS及び面積SOを、領域S及び領域Sと表すこともある。配向超電導層15における配向起源13と接する部分の直上域以外の部分の短辺は、10ナノメートル程度でもよく1マイクロメートル以上でも良い。配向起源として機能するにはユニットセルが数個以上あれば十分であるため、無配向層14と接する部分の直上域において、配向超電導層15における無配向層14の上面に平行な方向の幅は、30ナノメートル(nm)以上、好ましくは、5マイクロメートル(μm)以上である。配向した酸化物を含む酸化物超電導体1は、配向酸化物の薄膜でもある。
The oriented superconducting layer 15 contains 2.0 × 10 16 to 5.0 × 10 19 atoms / cc of fluorine and 1.0 × 10 18 to 5.0 × 10 20 atoms / cc of carbon. This is a residue derived from the TFA-MOD method and inevitably left by a liquid-phase calcination reaction at chemical equilibrium.
The total area SO of the area SS immediately below the portion within Δφ10 degrees in the oriented superconducting layer 15 and the area S13 of the portion in contact with the orientation origin 13 oriented at the swing angle within 10 degrees on the lower surface of the oriented superconducting layer 15. The area SO <0.3 × the area SS, that is, the area SO is less than 0.3 times the area SS. Preferably, the area SO is not more than 0.1 times the area SS. In the present specification, for example, the area SS and the area SO, may represent a region S S and the area S O. The short side of the portion other than the region directly above the portion in contact with the alignment origin 13 in the alignment superconducting layer 15 may be about 10 nanometers or 1 micrometer or more. Since several unit cells are sufficient to function as the orientation origin, the width of the oriented superconducting layer 15 in the direction parallel to the upper surface of the non-oriented layer 14 is just above the portion in contact with the non-oriented layer 14. , 30 nanometers (nm) or more, preferably 5 micrometers (μm) or more. The oxide superconductor 1 containing oriented oxide is also a thin film of oriented oxide.

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る酸化物超電導体1は、配向性が高い配向超電導層を含む。また、配向超電導層を、金属テープ上に形成することができる。さらに、配向超電導層の下面における配向起源13と接する部分の面積を、配向超電導層の直下域の面積の0.3倍未満、好ましくは0.1以下とすることができる。これにより、格子整合性のない固体、例えば金属の直上に配向超電導層を形成することができる。このような構造とすることにより、超電導層がクエンチした際に下地金属にクエンチ電流を流すことができる。
本実施形態の酸化物超電導体1の製造方法においては、常圧の雰囲気中で酸化物超電導体1を製造することができる。これにより、生産コストを低減することができる。
Next, the effect of this embodiment will be described.
The oxide superconductor 1 according to this embodiment includes an oriented superconducting layer having high orientation. An oriented superconducting layer can be formed on the metal tape. Furthermore, the area of the portion in contact with the orientation origin 13 on the lower surface of the oriented superconducting layer can be less than 0.3 times , preferably less than 0.1 times the area immediately below the oriented superconducting layer. Thereby, an oriented superconducting layer can be formed directly on a solid having no lattice matching, for example, a metal. By setting it as such a structure, when a superconducting layer quenches, a quench current can be sent through a base metal.
In the manufacturing method of the oxide superconductor 1 of this embodiment, the oxide superconductor 1 can be manufactured in the atmosphere of a normal pressure. Thereby, production cost can be reduced.

配向超電導層15は、例えば、DyBaCu7−X超電導材料を含んでいる。
配向超電導層15は、2.0×1016〜5.0×1019原子/ccのフッ素残渣及び1.0×1018〜5.0×1020原子/ccの残留炭素を含んでいる。
配向超電導層15における10度以内の揺れ角に配向している部分の直下域の面積SSと、配向超電導層15の下面における10度以内の揺れ角に配向している基材21と接する面積SOとの関係は、面積SO<0.3×面積SS、すなわち、面積SOは、面積SSの0.3倍未満となっている。また、好ましくは、面積SOは、面積SSの0.1以下である。配向超電導層15における基材21と接する部分の直上域以外の部分の厚さは、1マイクロメートル(μm)以上である。金属層22上において、配向超電導層15における金属層22の上面に平行な方向の幅は、1マイクロメートル(μm)以上、好ましくは、5マイクロメートル(μm)以上である。
The oriented superconducting layer 15 includes, for example, a DyBa 2 Cu 3 O 7-X superconducting material.
The oriented superconducting layer 15 contains 2.0 × 10 16 to 5.0 × 10 19 atoms / cc of fluorine residue and 1.0 × 10 18 to 5.0 × 10 20 atoms / cc of residual carbon.
Area SS immediately below the portion oriented at a swing angle of 10 degrees or less in oriented superconducting layer 15 and area SO in contact with substrate 21 oriented at a swing angle of 10 degrees or less on the bottom surface of oriented superconducting layer 15 The area SO <0.3 × the area SS, that is, the area SO is less than 0.3 times the area SS. Preferably, the area SO is not more than 0.1 times the area SS. The thickness of the portion other than the region directly above the portion in contact with the substrate 21 in the oriented superconducting layer 15 is 1 micrometer (μm) or more. On the metal layer 22, the width of the oriented superconducting layer 15 in the direction parallel to the upper surface of the metal layer 22 is 1 micrometer (μm) or more, preferably 5 micrometers (μm) or more.

Claims (3)

下地に配向部分を形成し、前記配向部分上及び前記配向部分以外の部分上に、金属トリフルオロ酢酸塩を含む溶液を接触させて、前記下地上に前記金属トリフルオロ酢酸塩に含まれる金属及びフッ化物を含むゲル膜を形成する工程と、
前記下地を熱処理し、前記配向部分上及び前記配向部分以外の部分上に、前記配向部分といずれかの結晶軸が配向した配向超電導層を形成する工程と、
を備えた酸化物超電導体の製造方法。
An alignment portion is formed on a base, a solution containing metal trifluoroacetate is brought into contact with the alignment portion and a portion other than the alignment portion, and a metal contained in the metal trifluoroacetate on the base and Forming a gel film containing fluoride;
Heat-treating the base, and forming an oriented superconducting layer in which the orientation portion and any crystal axis are oriented on the orientation portion and a portion other than the orientation portion;
The manufacturing method of the oxide superconductor provided with.
前記配向部分を、ランタナムアルミネート(LaAlO)の単結晶とする請求項1記載の酸化物超電導体の製造方法。 The method for producing an oxide superconductor according to claim 1, wherein the oriented portion is a single crystal of lanthanum aluminate (LaAlO 3 ). 前記配向部分を、セラミックのファイバーとする請求項1記載の酸化物超電導体の製造方法。   The method for producing an oxide superconductor according to claim 1, wherein the oriented portion is a ceramic fiber.
JP2014164242A 2014-08-12 2014-08-12 Manufacturing method of oxide superconductor Active JP5763251B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014164242A JP5763251B2 (en) 2014-08-12 2014-08-12 Manufacturing method of oxide superconductor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014164242A JP5763251B2 (en) 2014-08-12 2014-08-12 Manufacturing method of oxide superconductor

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012068377A Division JP5622778B2 (en) 2012-03-23 2012-03-23 Oxide superconductor and oriented oxide thin film

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014220257A true JP2014220257A (en) 2014-11-20
JP5763251B2 JP5763251B2 (en) 2015-08-12

Family

ID=51938485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014164242A Active JP5763251B2 (en) 2014-08-12 2014-08-12 Manufacturing method of oxide superconductor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5763251B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002080297A (en) * 2000-09-05 2002-03-19 Toshiba Corp Method of manufacturing oxide superconductor, raw material for oxide superconductor and method of manufacturing raw material for oxide superconductor
JP2005079351A (en) * 2003-08-29 2005-03-24 Japan Science & Technology Agency Inplane rotation high critical current superconductive wiring of crystallographic axis
JP2005078939A (en) * 2003-08-29 2005-03-24 Japan Science & Technology Agency Superconducting film and its manufacturing method
WO2009084763A1 (en) * 2008-01-03 2009-07-09 Korea Institute Of Machinery & Materials Superconducting tapes and method of manufacturing the same
JP2009238557A (en) * 2008-03-27 2009-10-15 Toshiba Corp Oxide superconductor, and manufacturing method of the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002080297A (en) * 2000-09-05 2002-03-19 Toshiba Corp Method of manufacturing oxide superconductor, raw material for oxide superconductor and method of manufacturing raw material for oxide superconductor
JP2005079351A (en) * 2003-08-29 2005-03-24 Japan Science & Technology Agency Inplane rotation high critical current superconductive wiring of crystallographic axis
JP2005078939A (en) * 2003-08-29 2005-03-24 Japan Science & Technology Agency Superconducting film and its manufacturing method
WO2009084763A1 (en) * 2008-01-03 2009-07-09 Korea Institute Of Machinery & Materials Superconducting tapes and method of manufacturing the same
JP2009238557A (en) * 2008-03-27 2009-10-15 Toshiba Corp Oxide superconductor, and manufacturing method of the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP5763251B2 (en) 2015-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5622778B2 (en) Oxide superconductor and oriented oxide thin film
JP2002203439A (en) Tape-like oxide superconductor
US8965469B2 (en) Oxide superconductor cabling and method of manufacturing oxide superconductor cabling
US8431515B2 (en) Tape-shaped oxide superconductor
US20070032384A1 (en) Structure for improved high critical current densities in YBCO coatings
JP2010513180A (en) REBa2Cu3O7 (RE = rare earth element or yttrium) type nanostructure superconducting material having a high density vortex fixed center and method for preparing the same
US20110105336A1 (en) Rare earth element oxide superconductive wire material and method of producing the same
JP2003034527A (en) Thick film of tape-like oxide superconductor and method for manufacturing it
JP5763251B2 (en) Manufacturing method of oxide superconductor
JP5881107B2 (en) Method for introducing nanoscale crystal defects into high temperature superconducting oxide thin films
JP5380250B2 (en) Rare earth oxide superconducting wire and method for producing the same
Pop et al. High critical current solution derived YBa2Cu3O7 films grown on sapphire
JP7330152B2 (en) Oxide superconductor and its manufacturing method
JP6212241B2 (en) Superconductor and manufacturing method thereof
JP6136073B2 (en) Oxide superconducting thin film and manufacturing method thereof, and oxide superconducting thin film wire
JP5688804B2 (en) Intermediate layer for forming oxide superconducting thin film layer, oxide superconducting thin film layer, and oxide superconducting thin film wire
JP2011201712A (en) Method for producing oriented oxide film, oriented oxide film, and oxide superconductor
JP2011096509A (en) Rare earth oxide superconducting wire
WO2013153651A1 (en) Oxide superconductor thin-film wiring material, and production method therefor
JP2012129085A (en) Oxide superconductive thin film wire rod and manufacturing method thereof
Yao et al. Fabrication of YGBCO/STO/YGBCO Trilayer Structure on IBAD-MgO Tape and In-Field Superconducting Property
JP6359328B2 (en) RE123 crystal film production method.
JP2004149380A (en) Single crystalline thin film
Wang Chemical solution deposition for YBCO superconducting films and Sm2O3 buffer layers on single crystal and biaxially textured metallic substrates
Wang et al. Growth and characterization of doped CeO2 buffers on Ni-W substrates for coated conductors using metal organic deposition method

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140812

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140812

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150326

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150415

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150417

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150512

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150610

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5763251

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151