JP6262304B2 - 酸化物超電導線材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の酸化物超電導線材の製造方法の一つの態様は、基板上に中間層を形成する中間層形成ステップと、前記中間層上に、REBayCu3Oz系超電導層(REは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd及びHoから選択された1種以上の元素からなる)を形成する超電導層形成ステップと、を備える酸化物超電導線材の製造方法であって、前記中間層形成ステップは、少なくとも、非晶質層を成膜する非晶質層形成ステップと、前記非晶質層上に接してMgO層を形成するMgO層形成ステップと、前記MgO層形成ステップの後、前記非晶質層の成膜温度よりも高い温度に前記非晶質層が昇温するステップとを有し、前記非晶質層は第1のLaMnO3層であるようにした。
(b)Baを含む有機金属錯体溶液:Baを含むトリフルオロ酢酸塩の溶液
(c)Cuを含む有機金属錯体溶液:Cuを含むナフテン酸塩、オクチル酸塩、レブリン酸塩、ネオデカン酸塩のいずれか1種以上を含む溶液
(d)Baと親和性の大きい金属を含む有機金属錯体溶液:Zr、Ce、Sn又はTiから選択された少なくとも1種以上の金属を含むトリフルオロ酢酸塩、ナフテン酸塩、オクチル酸塩、レブリン酸塩、ネオデカン酸塩のいずれか1種以上を含む溶液
酸化物超電導線材100では、基板110とYBCC超電導層130との間でバッファ層となる中間層120において、MgO層123が、LaMnO3層122上に接して設けられることで、MgO層123の2軸配向性が向上する。このMgO層123の2軸配向性の向上に伴い、このMgO層123の上方にLaMnO3層124を介して形成され、且つ、YBCO超電導層130の下地層となるCeO2層125は、IBAD法によって、高い面内配向度、つまり、高配向で成膜される。
なお、上述の実施の形態では、主に、中間層120をAl2O3層121、LaMnO3層122、MgO層123、LaMnO3層124、CeO2層125の第1中間層〜第5中間層から構成された5層構造とした場合について述べた。これに限らず、基板110と超電導層(YBCO超電導層130)の間に中間層を有する超電導線材において、中間層が、LaMnO3層122上にMgO層123を接して形成した構成を含む層であれば、2層以上で構成してもよい。
Ra=2[nm]のハステロイ(登録商標)基板(基板110)上に、RFスパッタにより第1中間層としてのAl2O3層121を膜厚100[nm]で成膜した。この後、RFスパッタにより第2中間層としてLaMnO3層122を成膜温度50[℃]中において、膜厚5[nm]で成膜し、この膜の上に、IBAD法で第3中間層であるMgO層123を膜厚5[nm]で成膜した。この膜の上に、RFスパッタにより成膜温度800[℃]にてLaMnO3層(第4中間層)124を膜厚10[nm]で成膜し、次いで、成膜温度650[℃]でCeO2層(第5中間層)125を膜厚500[nm]で成膜し、CeO2層におけるΔφ(「CeO2Δφ」)=3.2[deg.]の高配向基板を得た。なお、Δφは、面内結晶配向度を示す指標である面内方向の結晶軸分散の半値幅(FWHM:Full Width at Half Maximum 半値全幅)である。この膜上にTFA−MOD法でYBCO超電導層130を膜厚1.5[μm]で成膜した。この結果、以下の表1に示すような超電導特性(臨界電流値であり「YBCO特性Ic」で示す)=420[A/cm−w]の酸化物超電導線材を得た。
実施例1と同様のRa=2[nm]のハステロイ基板(基板110)上に、RFスパッタにより第1中間層としてのAl2O3層121を膜厚100[nm]で成膜した。この後、RFスパッタにより第2中間層としてLaMnO3層122を成膜温度50[℃]中において、膜厚20[nm]で成膜し、この膜の上に、IBAD法で第3中間層であるMgO層123を膜厚5[nm]で成膜した。この膜の上に、RFスパッタにより成膜温度800[℃]でLaMnO3層(第4中間層)124を膜厚10[nm]で成膜し、次いで、成膜温度650[℃]でCeO2層(第5中間層)125を膜厚500[nm]で成膜し、CeO2層におけるΔφ(「CeO2Δφ」)=3.0[deg.]の高配向基板を得た。この膜上にTFA−MOD法でYBCO超電導層130を膜厚1.5[μm]で成膜した。この結果、以下の表1に示すような超電導特性(臨界電流値であり「YBCO特性Ic」で示す)=460[A/cm−w]の酸化物超電導線材を得た。
実施例1と同様のハステロイ基板(基板110)上に、RFスパッタにより第1中間層としてのAl2O3層121を膜厚100[nm]で成膜した。この後、Al2O3層121上に、RFスパッタにより第2中間層としてLaMnO3層122を成膜温度50[℃]中において、膜厚50[nm]で成膜し、この膜の上に、IBAD法で、第3中間層であるMgO層123を膜厚5[nm]で成膜した。この膜の上に、RFスパッタにより成膜温度800[℃]でLaMnO3層(第4中間層)124を、膜厚10[nm]で成膜し、次いで、成膜温度650[℃]でCeO2層(第5中間層)125を、膜厚500[nm]で成膜し、CeO2層におけるΔφ(「CeO2Δφ」)=3.1[deg.]の高配向基板を得た。この膜上にTFA−MOD法でYBCO超電導層130を膜厚1.5[μm]成膜した。この結果、以下の表1に示すような超電導特性(臨界電流値であり「YBCO特性Ic」で示す)=450[A/cm−w]の酸化物超電導線材を得た。
実施例1と同様のハステロイ基板(基板110)上に、RFスパッタにより第1中間層としてのAl2O3層121を膜厚100[nm]で成膜した。この後、Al2O3層121上に、RFスパッタにより第2中間層としてLaMnO3層122を成膜温度50[℃]中において、膜厚100[nm]で成膜し、この膜の上に、IBAD法で、第3中間層であるMgO層123を膜厚5[nm]で成膜した。この膜の上に、RFスパッタにより成膜温度800[℃]でLaMnO3層(第4中間層)124を、膜厚10[nm]で成膜し、次いで、成膜温度650[℃]でCeO2層(第5中間層)125を、膜厚500[nm]で成膜し、CeO2層におけるΔφ(「CeO2Δφ」)=3.1[deg.]の高配向基板を得た。この膜上にTFA−MOD法でYBCO超電導層130を膜厚1.5[μm]成膜した。この結果、以下の表1に示すような超電導特性(臨界電流値であり「YBCO特性Ic」で示す)=455[A/cm−w]の酸化物超電導線材を得た。
実施例1と同様のハステロイ基板(基板110)上に、RFスパッタにより第1中間層としてのAl2O3層121を膜厚100[nm]で成膜した。この後、Al2O3層121上に、RFスパッタにより第2中間層としてLaMnO3層122を成膜温度100[℃]中において、膜厚20[nm]で成膜し、この膜の上に、IBAD法で、第3中間層であるMgO層123を膜厚5[nm]で成膜した。この膜の上に、RFスパッタにより成膜温度800[℃]でLaMnO3層(第4中間層)124を、膜厚10[nm]で成膜し、次いで、成膜温度650[℃]でCeO2層(第5中間層)125を、膜厚500[nm]で成膜し、CeO2層におけるΔφ(「CeO2Δφ」)=3.4[deg.]の高配向基板を得た。この膜上にTFA−MOD法でYBCO超電導層130を膜厚1.5[μm]成膜した。この結果、以下の表1に示すような超電導特性(臨界電流値であり「YBCO特性Ic」で示す)=400[A/cm−w]の酸化物超電導線材を得た。
実施例1と同様のハステロイ基板(基板110)上に、RFスパッタにより第1中間層としてのAl2O3層121を膜厚100[nm]で成膜した。この後、Al2O3層121上に、RFスパッタにより第2中間層としてLaMnO3層122を成膜温度150[℃]中において、膜厚20[nm]で成膜し、この膜の上に、IBAD法で、第3中間層であるMgO層123を膜厚5[nm]で成膜した。この膜の上に、RFスパッタにより成膜温度800[℃]でLaMnO3層(第4中間層)124を、膜厚10[nm]で成膜した。次いで、成膜温度650[℃]でCeO2層(第5中間層)125を、膜厚500[nm]で成膜し、CeO2層におけるΔφ(「CeO2Δφ」)=3.4[deg.]の高配向基板を得た。この膜上にTFA−MOD法でYBCO超電導層130を膜厚1.5[μm]成膜した。この結果、以下の表1に示すような超電導特性(臨界電流値であり「YBCO特性Ic」で示す)=410[A/cm−w]の酸化物超電導線材を得た。
参照例1は、Ra=2[nm]に研磨した実施例1と同様のハステロイ基板(基板110)に、RFスパッタにより第1中間層としてのAl2O3121を膜厚100[nm]で成膜した。この後、RFスパッタにより、第2中間層としてLaMnO3層122を成膜温度50[℃]中において、膜厚2[nm]で成膜した。このLaMnO3層122上にIBAD法でMgO層(第3中間層)123を膜厚5[nm]で成膜した。その後、MgO層123上に、RFスパッタにより成膜温度800[℃]にてLaMnO3層(第4中間層)124を膜厚10[nm]で成膜した。次いで、LaMnO3層(第4中間層)124上に、成膜温度650[℃]でCeO2層(第5中間層)125を膜厚50[nm]で成膜し、CeO2層125におけるΔφ(「CeO2Δφ」)=7.0[deg.]の高配向基板を得た。その後、CeO2層125上に、TFA−MOD法でYBCO超電導層130を膜厚1.5[μm]で成膜した。この結果、以下の表1に示すような超電導特性(YBCO特性Ic)=110[A/cm−w]の酸化物超電導線材を得た。
参照例2は、Ra=2[nm]に研磨した実施例1と同様のハステロイ基板(基板110)に、RFスパッタにより第1中間層としてAl2O3層121を膜厚100[nm]で成膜した。この後、RFスパッタにより、第2中間層としてのLaMnO3層122を成膜温度50[℃]中において、膜厚150[nm]で成膜した後、LaMnO3層122上にIBAD法でMgO層(第3中間層)123を成膜した。その後、MgO層123上に、RFスパッタにより成膜温度800[℃]にてLaMnO3層(第4中間層)124を膜厚10[nm]で成膜した。次いで、LaMnO3層(第4中間層)124上に、成膜温度650[℃]でCeO2層(第5中間層)125を膜厚50[nm]で成膜し、CeO2層のΔφ=6.5[deg.]の高配向基板を得た。その後、CeO2層125上に、TFA−MOD法でYBCO超電導層130を膜厚1.5[μm]で成膜した。この結果、表1に示すような超電導特性(YBCO特性Ic)=150[A/cm−w]の酸化物超電導線材を得た。
参照例3は、Ra=2[nm]に研磨した実施例1と同様のハステロイ基板(基板110)に、RFスパッタにより第1中間層としてAl2O3層121を膜厚100[nm]で成膜した。この後、RFスパッタにより、第2中間層としてのLaMnO3層122を成膜温度200[℃]中において、膜厚20[nm]で成膜した。その後、LaMnO3層122上に、IBAD法でMgO層(第3中間層)123を成膜した。その後、RFスパッタにより成膜温度800[℃]でLaMnO3層(第4中間層)124を、膜厚10[nm]で成膜した。次いで、成膜温度650[℃]でCeO2層(第5中間層)125を膜厚500[nm]で成膜し、CeO2層のΔφ=6.0[deg.]の高配向基板を得た。この後、CeO2層125上に、TFA−MOD法でYBCO超電導層130を1.5[μm]成膜した。この結果、表1に示すような超電導特性(YBCO特性Ic)=180[A/cm−w]の酸化物超電導線材を得た。
比較例1は、実施例1の構造においてAl2O3層(第1中間層)の上に成膜されるLaMnO3層122を無くし、Al2O3層上にMgOを接して成膜した。具体的には、実施例1と同様のハステロイ基板に、RFスパッタによりAl2O3層を膜厚100[nm]で成膜した。この後、Al2O3層上にIBAD法でMgO層を成膜した後、MgO層上に、RFスパッタにより成膜温度800[℃]でLaMnO3層を膜厚10[nm]で成膜した。このLaMnO3層上に、成膜温度650[℃]でCeO2層を膜厚500[nm]で成膜し、無配向基板を得た。この後、CeO2層上に、TFA−MOD法でYBCO層を1.5[μm]成膜した。この結果、表1に示すような超電導特性(YBCO特性Ic)=0[A/cm−w]の酸化物超電導線材を得た。
表1の比較例1と、実施例1〜6及び参照例1〜3との比較から明らかなように、酸化物超電導線材の中間層において、MgO層の下地層としてLaMnO3層を設けるか否かによって、酸化物超電導線材の特性に明らかな違いが生じた。中間層において、LaMnO3層上に、MgO層を接して設けた酸化物超電導線材(実施例1〜6及び参照例1〜3)の方が、LaMnO3層上にMgO層を設けない酸化物超電導線材(比較例1)よりも、明らかに超電導特性が優れていることがわかった。
110 基板
120、120A 中間層
121 Al2O3層
122 LaMnO3層
123 MgO層
124 LaMnO3層
125 CeO2層
130 YBCO超電導層
140 安定化層
Claims (5)
- 基板上に中間層を形成する中間層形成ステップと、
前記中間層上に、REBayCu3Oz系超電導層(REは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd及びHoから選択された1種以上の元素からなる)を形成する超電導層形成ステップと、
を備える酸化物超電導線材の製造方法であって、
前記中間層形成ステップは、少なくとも、非晶質層を成膜する非晶質層形成ステップと、
前記非晶質層上に接してMgO層を形成するMgO層形成ステップと、
前記MgO層形成ステップの後、前記非晶質層の成膜温度よりも高い温度に前記非晶質層が昇温するステップとを有し、
前記非晶質層は第1のLaMnO 3 層であり、
前記非晶質層形成ステップは、50℃以上150℃以下の範囲の成膜温度で前記非晶質層を成膜する、
酸化物超電導線材の製造方法。 - 基板上に中間層を形成する中間層形成ステップと、
前記中間層上に、REBayCu3Oz系超電導層(REは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd及びHoから選択された1種以上の元素からなる)を形成する超電導層形成ステップと、
を備える酸化物超電導線材の製造方法であって、
前記中間層形成ステップは、少なくとも、非晶質層を成膜する非晶質層形成ステップと、
前記非晶質層上に接してMgO層を形成するMgO層形成ステップと、
前記MgO層形成ステップの後、前記非晶質層の成膜温度よりも高い温度に前記非晶質層が昇温するステップとを有し、
前記非晶質層は第1のLaMnO3層である、
酸化物超電導線材の製造方法。 - 前記非晶質層の成膜温度は、150℃以下の範囲内である、
請求項2に記載の酸化物超電導線材の製造方法。 - 前記非晶質層である第1のLaMnO3層はスパッタリング法にて成膜されてなる、
請求項1から3のいずれか一項に記載の酸化物超電導線材の製造方法。 - 前記MgO層上に接して第2のLaMnO3層が形成され、
前記第2のLaMnO3層は前記非晶質層である第1のLaMnO3層の成膜温度よりも高い温度にて成膜処理される、
請求項1から4のいずれか一項に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
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