JPH02311397A

JPH02311397A - 酸化物超電導膜の製造方法

Info

Publication number: JPH02311397A
Application number: JP1135230A
Authority: JP
Inventors: Norikata Hayashi; 憲器林
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1989-05-29
Filing date: 1989-05-29
Publication date: 1990-12-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、酸化物超電導膜の製造方法に関するもので
、特に、たとえば超電導コイル、超電導ケーブル等に使
用される酸化物超電導線に含まれる酸化物超電導膜の製
造方法に関するものである。

［従来の技術］酸化物超電導物質を導体材料として使用可能とまるため
の一手段として、酸化物超電導膜を基板上に形成した状
態とすることが行なわれている。

基板として、可撓性を有する長尺状のものを用いれば、
酸化物超電導線が得られる。

このような基板上への酸化物超電導膜の形成には種々の
方法が提案されているか、それらの方法のうち、酸化物
超電導膜に対して臨界電流密度の高い値が得られている
のは、気相法によるもので、この気相法には、スパッタ
法、レーザアブレーション法、蒸着法、ＣＶＤ法、熱分
解法、等の方法がある。

特に、酸化物超電導物質の格子定数と近い値を有する単
結晶基板上において、高い臨界電流密度を持つ酸化物超
電導膜の製造に成功している。言換えると、多結晶基板
上で形成した酸化物超電導膜の臨界電流密度は、単結晶
基板上での酸化物超電導膜に比べ、一般に劣っている。

たとえば、Ｙ−’Ｂａ−Ｃｕ−０系酸化物超電導膜の臨
界電流密度は、液体窒素中において、ＭｇＯ単結晶基板
」二では、１０’／ｃｍ２であるのに対し、ｙｓｚ（イ
ツトリア安定化ジルコニア）多結晶基板上では、１０３
Ａ／ｃｍ２であった。

［発明が解決しようとする課題］セラミックスからなる基板の場合、現在、単結晶では、
可撓性を有するものか知られていない。

このような可撓性は、超電導コイルや超電導ケーブル等
に使用される酸化物超電導線にとって、必須の条件であ
る。多結晶基板には、可撓性を有するものが既に多く知
られており、可撓性を得る目的からすれば、多結晶基板
を用いることが望ましい。

たとえば、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系酸化物超電導物質から
なる膜を、ＹＳＺ多結晶基板上に形成したとき、そのよ
うな酸化物超電導膜は、Ｃ軸が基板に対して垂直に配向
しており、また、超電導特性を示す臨界温度が８０に以
上を示している。しかしながら、膜のモフオロジーに関
しては、析出粒子間の融合底が大きくなく、ＭｇＯ単結
晶基板上に形成した膜と比べ、緻密性および平滑性が劣
るという課題があった。このような緻密性および平滑性
が劣ることは、超電導線材にとって重要な臨界電流密度
の向上を妨げる。

そこで、この発明は、高い臨界電流密度を与えることが
できる酸化物超電導膜の製造方法を提供することを目的
とするものである。

［課題を解決するための手段］この発明は、酸化物超電導膜を基板上において製造する
方法に向けられるものであって、上述した技術的課題を
解〆するため、まず、基板上に、酸化物超電導物質と同
じ元素を含む酸化物物質からなるとともに結晶配向性お
よび平滑性を有する第１層を形成し、次いで、この第１
層上に、第１層を形成するのとは異なる成膜条件または
成膜法で前記酸化物超電導物質からなる第２層を形成す
る、各ステップを備えることを特徴とするものである。

上述した第１層および第２層を形成するため、たとえば
、第１層の形成には、スパッタ法が用いられ、また、第
２層の形成には、スパッタ法、レーザアブレーション法
、蒸着法、′ＣＶＤ法または熱分解法が用いられる。な
お、第１層および第２層を上述したように同じスパッタ
法で形成する場合、第１層の成膜速度が第２層の成膜速
度より大きくされるなどして、成膜条件が異なるように
される。

また、酸化物超電導線を得るためには、可撓性を有する
長尺体の形態をなす基板が用いられる。

そのような基板として、多結晶体からなるものを有利に
用いることができる。また、可撓性を有する基板は、よ
り具体的には、安定化ジルコニア、アルミナ、イツトリ
ア、シリカもしくはチタニアからなるセラミックス、ま
たは、白金、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、ハステ
ロイ、インコネル、インコロイもしくはステンレス鋼か
らなる金属材料によって構成されたものがある。

なお、第１層を形成する酸化物物質は、超電導特性を有
するのが望ましいが、このことは必要条件ではない。

［発明の作用および効果コこの発明において、第１層の形成条件は、第２層の形成
条件に比べ、たとえ多結晶基板上であっても、より結晶
化しやすく、かつより平滑な面が得られやすい条件とさ
れる。したがって、たとえば多結晶基板上に、もし第２
層の形成条件で直接＝　６− 成膜を施したならば、得られた膜の表面の凹凸が大きく
ても、すなわち平滑性が劣る場合であっても、この発明
のように、中間層として働く酸化物物質からなるととも
に結晶配向性および平滑性を有する第１層を形成してお
くことで、その上に形成される第２層は、結晶配向性と
ともに緻密性かつ平滑性に優れた膜とすることができる
。そして、この発明のように、第１層をまず形成し、次
いで、第２層を、第１層とは異なる成膜条件または成膜
法で形成することにより、たとえば、酸化物超電導膜を
第１層または第２層の形成条件単独で成膜した場合に比
べて、高い臨界電流密度が得られることがわかった。

中間層として機能する第１層は、第２層を構成する酸化
物超電導物質と同じ元素を含む酸化物超電導物質から構
成されるので、第１層は、第２層に対して、格子定数が
一致またほぼは一致するとともに、第２層との間での相
互作用が少ない。このような相互作用としては、拡散反
応による第２層の酸化物超電導物質の特性劣化、熱膨張
係数の違いによる第２層の応力歪およびクラック等があ
る。そして、中間層として機能する第１層は、究極的に
は、超電導物質からなる第２層と基板との間での上述し
たような相互作用を防止する働きもある。

また、第１層は、第２層を構成する酸化物超電導物質と
同じ元素を含む酸化物物質から構成されるので、たとえ
ば気相法で用いられる蒸着粒子の原材料となるターゲッ
ト等を共通に用いることができ、したがって、必要とあ
れば、第１層の形成と第２層の形成とを同じ装置または
連続した工程をもって実施することを可能にすることも
できる。

この発明において、基板として、可撓性を有する長尺状
のものを用いれば、超電導コイル、超電導ケーブル等に
使用される酸化物超電゛導線を得ることができる。

また、この発明では、前述したように、基板として、多
結晶体を用いても、単結晶基板を用いた場合に匹敵する
超電導特性、特に臨界電流密度を得ることができる。そ
のため、より高い臨界電流密度を維持しながら、可撓性
を有する基板の材料の選択範囲を拡げることができる。

［実施例］以下に、この発明に従った行なった実施例および比較例
について説明する。

実施例１第１層として、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０膜を、第１表に示し
た条件のＲＦマグネトロンスパッタ法により作製した。

第１表得られた第１層について、Ｘ線回折装置で、結晶配向性
を確認したところ、基板に対してＣ軸が垂直に配向して
いるのが確認できた。また、電子顕微鏡で、第１層の膜
の表面を確認したところ、粒子間の境界が判別できない
ほど平滑な膜であった。また、その組成は、Ｙ、Ｂａ２
　Ｃｕ３組成にほぼ一致していた。

次に、上述の第１層上に、以下の第２表に示す条件のＲ
Ｆマグネトロンスパッタ法により、第２層となるＹ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−０膜を作製した。

第２表得られた第２層の超電導特性を測定したところ、液体窒
素中での臨界電流密度Ｊｃは、１．　０ＸＩ０４Ａ／ｃ
ｍ２であった。サラニ、９５０℃で１０分間の熱処理を
行なった後のＪｃを測定したところ、５．２Ｘ１０’　
Ａ／ｃｍ２の値を得た。

実施例２第１層は、上述の実施例１と同じ条件で作製した。

次いで、第２層は、第１表に示した各条件のうち、「ガ
ス圧」を３Ｘ１０−２　ｔｏｒｒに変更し、また、「成
膜時間」を５時間に変更した条件によって作製した。

得られた第２層の液体窒素中でのＪｃは、９゜０×１０
３Ａ／ｃｍ２であり、さらに９５０℃で１０分間の熱処
理を行なった後のＪｃは、７．Ｉ×１０ｓＡ／Ｃｍ２で
あった。

実施例３第１層は、実施例１と同じ条件で作製した。

次に、第２層を、以下の第３表に示す条件のレーザアブ
レーション法で作製した。

第３表得られた第２層の液体窒素中でのＪｃは、３゜５Ｘ１０
’Ａ／ｃｍ２であり、続いて９５０℃で１０分間の熱処
理を行なった後のＪｃは、８．９×１０５Ａ／ｃｍ２で
あった。

実施例４第１層は、実施例１と同じ条件で作製した。

次に、第２層を、以下の第４表に示す条件のＣＶＤ法に
より作製した。

第４表得られた第２層の数体窒素中でのＪｃは、７゜０×１０
３Ａ／ｃｍ２であり、続いて９５０℃で１０分間の熱処
理を施した後のＪｃは、４．２×１０’Ａ／ｃｍ２であ
った。

実施例５第１層は、実施例１と同じ条件で作製した。

次に、第２層を、以下の第５表で示す条件のイオンブレ
ーティング法（蒸着法）で作製した。

（以下余白） −１３＝第５表得られた第２層の液体窒素中でのＪｃは、１゜２Ｘ１０
’Ａ／ｃｍ２であり、続いて９’５０’Ｃで１０分間の
熱処理を施した後のＪｃは、３．５×１０’Ａ／ｃｍ２
であった。

曳譲撚前述した第１表において、「成膜時間」を５時間に変更
したことを除いて、第１表に示した条件のＲＦマグネト
ロンスパッタ法により、Ｙ−Ｂａ−Ｃ−ｕ−０膜を作製
した。

得られた膜の液体窒素中でのＪｃは、１．ｏ×１０”Ａ
／ｃｍ２であり、続いて９５０　’Ｃで１゜分間の熱処
理を行なった後のＪｃは、１．０ＸＩ０４Ａ／ｃｍ２で
あった。

この比較例を、前述した実施例１〜５と比較すればわか
るように、同じ成膜法および同じ成膜条件で酸化物超電
導膜を形成した場合、たとえその厚みを増したとしても
、Ｊｃはほとんど向上していない。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上に、酸化物超電導物質と同じ元素を含む酸
化物物質からなるとともに結晶配向性および平滑性を有
する第１層を形成し、前記第１層上に、前記第１層を形成するのとは異なる成
膜条件または成膜法で前記酸化物超電導物質からなる第
２層を形成する、各ステップを備える、酸化物超電導膜の製造方法。
（２）前記第１層を、スパッタ法により形成し、かつ、
前記第２層を、スパッタ法、レーザアブレーション法、
蒸着法、ＣＶＤ法または熱分解法により形成する、請求
項１記載の酸化物超電導膜の製造方法。
（３）前記基板は、可撓性を有する長尺体である、請求
項１または２記載の酸化物超電導膜の製造方法。
（４）前記基板は、多結晶体からなる、請求項３記載の
酸化物超電導膜の製造方法。
（５）前記基板は、安定化ジルコニア、アルミナ、イッ
トリア、シリカもしくはチタニアからなるセラミックス
、または、白金、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、ハ
ステロイ、インコネル、インコロイもしくはステンレス
鋼からなる金属材料によって構成される、請求項３記載
の酸化物超電導膜の製造方法。