JPH08157213A - 酸化物超電導膜及びその製造方法 - Google Patents
酸化物超電導膜及びその製造方法Info
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- JPH08157213A JPH08157213A JP6302156A JP30215694A JPH08157213A JP H08157213 A JPH08157213 A JP H08157213A JP 6302156 A JP6302156 A JP 6302156A JP 30215694 A JP30215694 A JP 30215694A JP H08157213 A JPH08157213 A JP H08157213A
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ｃ軸配向の酸化物超電導体層が容易に得ら
れ、金属基板からの金属元素の拡散を効果的に防止でき
る酸化物超電導膜及びその製造方法を得ることを目的と
する。 【構成】 金属基板１上には、金属層２、アモルファス
セラミックス層３、結晶性セラミックス層４、及び酸化
物超電導体層５が順次積層されている。なお、アモルフ
ァスセラミックス層３は、成膜した時点ではアモルファ
ス状態である。結晶性セラミックス層４はａ軸配向とな
り、その上部の酸化物超電導体層５はｃ軸配向となる。 【効果】 臨界電流密度が高く、超電導特性特性の優れ
た酸化物超電導膜が得られる。
れ、金属基板からの金属元素の拡散を効果的に防止でき
る酸化物超電導膜及びその製造方法を得ることを目的と
する。 【構成】 金属基板１上には、金属層２、アモルファス
セラミックス層３、結晶性セラミックス層４、及び酸化
物超電導体層５が順次積層されている。なお、アモルフ
ァスセラミックス層３は、成膜した時点ではアモルファ
ス状態である。結晶性セラミックス層４はａ軸配向とな
り、その上部の酸化物超電導体層５はｃ軸配向となる。 【効果】 臨界電流密度が高く、超電導特性特性の優れ
た酸化物超電導膜が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、酸化物超電導膜及び
その製造方法、特に、高磁界を発生する超電導コイル、
あるいは超電導限流素子用の線材等に適用できる酸化物
超電導膜及びその製造方法に関するものである。
その製造方法、特に、高磁界を発生する超電導コイル、
あるいは超電導限流素子用の線材等に適用できる酸化物
超電導膜及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超電導体は金属系超電導体と比較
して高い臨界温度を有することから、従来不可能であっ
た液体窒素温度（７７Ｋ）での実用化が可能である。従
って、従来は金属系超電導体からなる超電導線によって
製作されていた超電導コイルを、酸化物超電導体による
コイルに置き換えることにより、運転コストの大幅な低
減が可能である。また、同様に、液体窒素温度での運転
が可能な超電導限流器素子の実現も可能である。
して高い臨界温度を有することから、従来不可能であっ
た液体窒素温度（７７Ｋ）での実用化が可能である。従
って、従来は金属系超電導体からなる超電導線によって
製作されていた超電導コイルを、酸化物超電導体による
コイルに置き換えることにより、運転コストの大幅な低
減が可能である。また、同様に、液体窒素温度での運転
が可能な超電導限流器素子の実現も可能である。
【０００３】通常、酸化物超電導線材は、Ｙ−Ｂａ−Ｃ
ｕ系酸化物を例にとれば、Ｙ2０3、ＢａＯ、ＣｕＯの各
粉末を混合し、仮焼、成形した後、これらを金属パイプ
中に挿入して線材に加工した後、熱処理して作製され
る。また、コイルは、アルミナ等の絶縁テープ、シート
を挟み込みながら、パンケーキ状に巻いて作製される。
さらに、酸化物超電導体を限流器素子として用いた例も
ある。これはＹ−Ｂａ−Ｃｕ系の酸化物超電導粉末を用
い、ドクターブレード法によってジグザグ状のシートを
形成し、臨界電流以上の電流が流れた場合に超電導状態
から高抵抗の常伝導状態に転移することを利用し限流す
るものである。
ｕ系酸化物を例にとれば、Ｙ2０3、ＢａＯ、ＣｕＯの各
粉末を混合し、仮焼、成形した後、これらを金属パイプ
中に挿入して線材に加工した後、熱処理して作製され
る。また、コイルは、アルミナ等の絶縁テープ、シート
を挟み込みながら、パンケーキ状に巻いて作製される。
さらに、酸化物超電導体を限流器素子として用いた例も
ある。これはＹ−Ｂａ−Ｃｕ系の酸化物超電導粉末を用
い、ドクターブレード法によってジグザグ状のシートを
形成し、臨界電流以上の電流が流れた場合に超電導状態
から高抵抗の常伝導状態に転移することを利用し限流す
るものである。
【０００４】しかし、上記の作製法では高い臨界電流密
度が得られなかった。そこで、この欠点の解決策とし
て、例えば、雑誌｛Appl. Phys. Lett 58,1202(1991)｝
に示されているような、高い臨界電流密度が得られる薄
膜を用いたテープ線材が検討されている。このテープ線
材は、耐熱性の基板であるハステロイ合金に、白金、イ
ットリウム安定化ジルコニアを積層してバッファー層と
し、その上部にイットリウム系超電導膜を形成したもの
である。成膜法として、各層全てをレーザデポジション
法により行っている。臨界電流密度としては３万Ａ／ｃ
ｍ2程度のものが得られている。しかし、テープ線材と
しての実用化には、更に大幅な臨界電流密度の向上が必
要である。
度が得られなかった。そこで、この欠点の解決策とし
て、例えば、雑誌｛Appl. Phys. Lett 58,1202(1991)｝
に示されているような、高い臨界電流密度が得られる薄
膜を用いたテープ線材が検討されている。このテープ線
材は、耐熱性の基板であるハステロイ合金に、白金、イ
ットリウム安定化ジルコニアを積層してバッファー層と
し、その上部にイットリウム系超電導膜を形成したもの
である。成膜法として、各層全てをレーザデポジション
法により行っている。臨界電流密度としては３万Ａ／ｃ
ｍ2程度のものが得られている。しかし、テープ線材と
しての実用化には、更に大幅な臨界電流密度の向上が必
要である。
【０００５】すなわち、臨界電流密度の向上には、超電
導膜をｃ軸配向させる必要がある。従って、下地となる
セラミックスバッファー層は超電導膜のｃ軸配向化を助
けるものでなければならない。また、基板の構成元素が
酸化物超電導膜まで拡散すると特性が大幅に劣化するた
め、バッファー層はそれを防止するものでなければなら
ない。
導膜をｃ軸配向させる必要がある。従って、下地となる
セラミックスバッファー層は超電導膜のｃ軸配向化を助
けるものでなければならない。また、基板の構成元素が
酸化物超電導膜まで拡散すると特性が大幅に劣化するた
め、バッファー層はそれを防止するものでなければなら
ない。
【０００６】超電導膜のｃ軸配向化を助けるセラミック
スバッファー層として、ａ軸配向したイットリウム安定
化ジルコニアを用い、また基板からの金属元素の拡散防
止には基板とセラミックスバッファー層の間にＰｔ層の
挿入が有効であることが、雑誌｛Physica C 219,333(19
94)｝に示されている。この場合、イットリウム安定化
ジルコニアをスパッタリング法で成膜する際に、特定方
向からのイオンビーム衝撃が必要である。
スバッファー層として、ａ軸配向したイットリウム安定
化ジルコニアを用い、また基板からの金属元素の拡散防
止には基板とセラミックスバッファー層の間にＰｔ層の
挿入が有効であることが、雑誌｛Physica C 219,333(19
94)｝に示されている。この場合、イットリウム安定化
ジルコニアをスパッタリング法で成膜する際に、特定方
向からのイオンビーム衝撃が必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したような酸化物
超電導膜では、ａ軸配向したイットリウム安定化ジルコ
ニアを得るためには複雑な手法が必要である上に、基板
構成元素の拡散防止層としてＰｔを挿入しただけではそ
の効果が不十分であるなどの問題点があった。また、セ
ラミックスバッファー層の結晶性を向上させるために、
熱処理等を行うと、粒成長によりバッファー層表面が荒
れてしまい、良好なｃ軸配向の酸化物超電導膜が得られ
ないなどの問題点もあった。
超電導膜では、ａ軸配向したイットリウム安定化ジルコ
ニアを得るためには複雑な手法が必要である上に、基板
構成元素の拡散防止層としてＰｔを挿入しただけではそ
の効果が不十分であるなどの問題点があった。また、セ
ラミックスバッファー層の結晶性を向上させるために、
熱処理等を行うと、粒成長によりバッファー層表面が荒
れてしまい、良好なｃ軸配向の酸化物超電導膜が得られ
ないなどの問題点もあった。
【０００８】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、酸化物超電導膜のｃ軸配向化を
助けるセラミックスバッファー層の形成方法と基板の構
成元素の拡散防止のための方法を提供することにより、
高い臨界電流密度をもつ酸化物超電導膜及びその製造方
法を得ることを目的とする。
ためになされたもので、酸化物超電導膜のｃ軸配向化を
助けるセラミックスバッファー層の形成方法と基板の構
成元素の拡散防止のための方法を提供することにより、
高い臨界電流密度をもつ酸化物超電導膜及びその製造方
法を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項第１項
に係る発明は、金属基板と、この金属基板上に積層され
た金属層と、この金属層上に積層されたセラミックスバ
ッファー層と、このセラミックスバッファー層上に積層
された酸化物超電導体層とが順次積層された酸化物超電
導膜であって、上記セラミックスバッファー層は、下層
のアモルファスセラミックス層と上層の結晶性セラミッ
クス層とから成るものである。
に係る発明は、金属基板と、この金属基板上に積層され
た金属層と、この金属層上に積層されたセラミックスバ
ッファー層と、このセラミックスバッファー層上に積層
された酸化物超電導体層とが順次積層された酸化物超電
導膜であって、上記セラミックスバッファー層は、下層
のアモルファスセラミックス層と上層の結晶性セラミッ
クス層とから成るものである。
【００１０】この発明の請求項第２項に係る発明は、ア
モルファスセラミックスをイットリウム安定化ジルコニ
ア、イットリア、マグネシア、アルミナ及び石英からな
る群から選択するものである。
モルファスセラミックスをイットリウム安定化ジルコニ
ア、イットリア、マグネシア、アルミナ及び石英からな
る群から選択するものである。
【００１１】この発明の請求項第３項に係る発明は、結
晶性セラミックス層をイットリウム安定化ジルコニア、
イットリア及びマグネシアからなる群から選択するもの
である。
晶性セラミックス層をイットリウム安定化ジルコニア、
イットリア及びマグネシアからなる群から選択するもの
である。
【００１２】この発明の請求項第４項に係る発明は、金
属基板上に金属層を成膜し、この金属層上にアモルファ
スセラミックス層を成膜し、このアモルファスセラミッ
クス層上に結晶性セラミックス層を成膜し、次いで、こ
の結晶性セラミックス層上に酸化物超電導体層を成膜す
るものである。
属基板上に金属層を成膜し、この金属層上にアモルファ
スセラミックス層を成膜し、このアモルファスセラミッ
クス層上に結晶性セラミックス層を成膜し、次いで、こ
の結晶性セラミックス層上に酸化物超電導体層を成膜す
るものである。
【００１３】この発明の請求項第５項に係る発明は、結
晶性セラミックス層をアモルファスセラミックス層上に
成膜した後、この結晶性セラミックス層を平滑化する工
程を含むものである。
晶性セラミックス層をアモルファスセラミックス層上に
成膜した後、この結晶性セラミックス層を平滑化する工
程を含むものである。
【００１４】この発明の請求項第６項に係る発明は、金
属基板と、Ｐｔ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、及びＲｈからなる群
から選ばれた少なくとも１種の金属から成る金属層との
界面に、金属間化合物を生成させる工程を含むものであ
る。
属基板と、Ｐｔ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、及びＲｈからなる群
から選ばれた少なくとも１種の金属から成る金属層との
界面に、金属間化合物を生成させる工程を含むものであ
る。
【００１５】この発明の請求項第７項に係る発明は、金
属層を完全に金属間化合物とする工程を含むものであ
る。
属層を完全に金属間化合物とする工程を含むものであ
る。
【００１６】
【作用】この発明の請求項第１項においては、金属基板
上に、金属層、アモルファスセラミックス層、結晶性セ
ラミックス層、及び酸化物超電導体層が順次積層されて
いるので、結晶性セラミックス層はａ軸配向となり、そ
の上部の酸化物超電導体層はｃ軸配向となって、臨界電
流密度の高い酸化物超電導膜が得られる。
上に、金属層、アモルファスセラミックス層、結晶性セ
ラミックス層、及び酸化物超電導体層が順次積層されて
いるので、結晶性セラミックス層はａ軸配向となり、そ
の上部の酸化物超電導体層はｃ軸配向となって、臨界電
流密度の高い酸化物超電導膜が得られる。
【００１７】この発明の請求項第２項においては、アモ
ルファスセラミックスをイットリウム安定化ジルコニ
ア、イットリア、マグネシア、アルミナ及び石英からな
る群から選ぶので、良好な超電導特性が得られる。
ルファスセラミックスをイットリウム安定化ジルコニ
ア、イットリア、マグネシア、アルミナ及び石英からな
る群から選ぶので、良好な超電導特性が得られる。
【００１８】この発明の請求項第３項においては、結晶
性セラミックス層をイットリウム安定化ジルコニア、イ
ットリア及びマグネシアからなる群から選ぶので、良好
な超電導特性が得られる。
性セラミックス層をイットリウム安定化ジルコニア、イ
ットリア及びマグネシアからなる群から選ぶので、良好
な超電導特性が得られる。
【００１９】この発明の請求項第４項においては、金属
基板上に金属層を成膜し、この金属層上にアモルファス
セラミックス層を成膜し、このアモルファスセラミック
ス層上に結晶性セラミックス層を成膜し、次いで、この
結晶性セラミックス層上に酸化物超電導体層を成膜する
ので、アモルファスセラミックス層によりその上部の結
晶性セラミックス層は自発的にａ軸配向となり、その上
部の酸化物超電導体層はｃ軸配向となって、臨界電流密
度の高い酸化物超電導膜が製造できる。
基板上に金属層を成膜し、この金属層上にアモルファス
セラミックス層を成膜し、このアモルファスセラミック
ス層上に結晶性セラミックス層を成膜し、次いで、この
結晶性セラミックス層上に酸化物超電導体層を成膜する
ので、アモルファスセラミックス層によりその上部の結
晶性セラミックス層は自発的にａ軸配向となり、その上
部の酸化物超電導体層はｃ軸配向となって、臨界電流密
度の高い酸化物超電導膜が製造できる。
【００２０】この発明の請求項第５項においては、結晶
性セラミックス層をアモルファスセラミックス層上に成
膜した後、この結晶性セラミックス層を平滑化する工程
を含むので、セラミックスバッファー層の表面モフォロ
ジーが改善されることによって、酸化物超電導体層の結
晶性と配向性が向上すると共に、酸化物超電導体層の電
流経路を分断する膜段差が減少することにより、酸化物
超電導膜の臨界電流密度が向上する。
性セラミックス層をアモルファスセラミックス層上に成
膜した後、この結晶性セラミックス層を平滑化する工程
を含むので、セラミックスバッファー層の表面モフォロ
ジーが改善されることによって、酸化物超電導体層の結
晶性と配向性が向上すると共に、酸化物超電導体層の電
流経路を分断する膜段差が減少することにより、酸化物
超電導膜の臨界電流密度が向上する。
【００２１】この発明の請求項第６項においては、金属
基板と、Ｐｔ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、及びＲｈからなる群か
ら選ばれた少なくとも１種の金属から成る金属層との界
面に、金属間化合物を生成させる工程を含むので、生成
した金属間化合物が金属基板からの金属元素の拡散を効
果的に防止し、高い臨界電流密度を持つ酸化物超電導膜
が製造できる。
基板と、Ｐｔ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、及びＲｈからなる群か
ら選ばれた少なくとも１種の金属から成る金属層との界
面に、金属間化合物を生成させる工程を含むので、生成
した金属間化合物が金属基板からの金属元素の拡散を効
果的に防止し、高い臨界電流密度を持つ酸化物超電導膜
が製造できる。
【００２２】この発明の請求項第７項においては、金属
層を完全に金属間化合物とする工程を含むので、超電導
特性が向上し、高い臨界電流密度を持つ酸化物超電導膜
が製造できる。
層を完全に金属間化合物とする工程を含むので、超電導
特性が向上し、高い臨界電流密度を持つ酸化物超電導膜
が製造できる。
【００２３】
実施例１．図１は、この発明の実施例１による酸化物超
電導膜の構造を示す模式図である。図１において、１は
金属基板、２は金属基板１上に積層された金属層、３は
金属層２上に積層されたアモルファスセラミックス層、
４はアモルファスセラミックス層３上に積層された結晶
性セラミックス層、５は結晶性セラミックス層４上に積
層された酸化物超電導体層である。なお、アモルファス
セラミックス層３は、成膜した時点でアモルファス状態
である。
電導膜の構造を示す模式図である。図１において、１は
金属基板、２は金属基板１上に積層された金属層、３は
金属層２上に積層されたアモルファスセラミックス層、
４はアモルファスセラミックス層３上に積層された結晶
性セラミックス層、５は結晶性セラミックス層４上に積
層された酸化物超電導体層である。なお、アモルファス
セラミックス層３は、成膜した時点でアモルファス状態
である。
【００２４】上述したように構成された酸化物超電導膜
は、例えば次のようにして製造される。まず、一例とし
て耐熱性合金であるハステロイを金属基板１として用
い、酸化物超電導膜の成膜を行った。金属層２にはＰ
ｔ、アモルファスセラミックス層３及び結晶性セラミッ
クス層４にはイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）
を用いた。
は、例えば次のようにして製造される。まず、一例とし
て耐熱性合金であるハステロイを金属基板１として用
い、酸化物超電導膜の成膜を行った。金属層２にはＰ
ｔ、アモルファスセラミックス層３及び結晶性セラミッ
クス層４にはイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）
を用いた。
【００２５】金属層２とアモルファスセラミックス層３
は、スパッタリング法により室温で成膜した。膜厚は両
者ともおよそ３０００Åであった。一方、結晶性セラミ
ックス層４と酸化物超電導体層５の成膜は、ＣＶＤ法に
より行った。結晶性セラミックス層４は、原料として金
属錯体を用い、金属基板温度６００℃、圧力１０Ｔor
r、成膜速度１５００Å／分で１.５μｍの成膜を行っ
た。酸化物超電導体層５は、同様に原料として金属錯体
を用い、金属基板温度８００℃、圧力１０Ｔorr、成膜
速度３００Å／分で３０００Åの成膜を行った。比較の
ために、上記の構成に対して、アモルファスセラミック
ス層を設けなかった場合と、Ｐｔの金属層を設けなかっ
た場合とについて、上記と同様な成膜を行った。上記３
種類の酸化物超電導膜について、配向状態と超電導特性
の比較を行った。その結果を表１に示す。
は、スパッタリング法により室温で成膜した。膜厚は両
者ともおよそ３０００Åであった。一方、結晶性セラミ
ックス層４と酸化物超電導体層５の成膜は、ＣＶＤ法に
より行った。結晶性セラミックス層４は、原料として金
属錯体を用い、金属基板温度６００℃、圧力１０Ｔor
r、成膜速度１５００Å／分で１.５μｍの成膜を行っ
た。酸化物超電導体層５は、同様に原料として金属錯体
を用い、金属基板温度８００℃、圧力１０Ｔorr、成膜
速度３００Å／分で３０００Åの成膜を行った。比較の
ために、上記の構成に対して、アモルファスセラミック
ス層を設けなかった場合と、Ｐｔの金属層を設けなかっ
た場合とについて、上記と同様な成膜を行った。上記３
種類の酸化物超電導膜について、配向状態と超電導特性
の比較を行った。その結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】表１から明らかなように、この発明の実施
例１の場合、結晶性セラミックス層４はａ軸配向とな
り、その上部の酸化物超電導体層５はｃ軸配向となっ
た。その結果、臨界電流密度の高い酸化物超電導膜が得
られた。これに対して、アモルファスセラミックス層を
設けなかった試料では、結晶性セラミックス層が１１１
配向で、その上部の酸化物超電導体層は１１０配向とな
り、超電導特性は低い値となった。また、Ｐｔの金属層
を設けなかった試料は、結晶性セラミックス層がａ配向
となり、その上部の酸化物超電導体層もｃ軸配向となっ
たものの、超電導特性は低い値となった。これは、金属
基板から金属元素がセラミックスバッファー層を通して
酸化物超電導体層にまで拡散してきたためと思われる。
例１の場合、結晶性セラミックス層４はａ軸配向とな
り、その上部の酸化物超電導体層５はｃ軸配向となっ
た。その結果、臨界電流密度の高い酸化物超電導膜が得
られた。これに対して、アモルファスセラミックス層を
設けなかった試料では、結晶性セラミックス層が１１１
配向で、その上部の酸化物超電導体層は１１０配向とな
り、超電導特性は低い値となった。また、Ｐｔの金属層
を設けなかった試料は、結晶性セラミックス層がａ配向
となり、その上部の酸化物超電導体層もｃ軸配向となっ
たものの、超電導特性は低い値となった。これは、金属
基板から金属元素がセラミックスバッファー層を通して
酸化物超電導体層にまで拡散してきたためと思われる。
【００２８】上述した実施例１において、アモルファス
セラミックス層３としてイットリア、マグネシア、アル
ミナ、石英のいずれかを用いた場合、及び結晶性セラミ
ックス層４としてイットリア、マグネシアのいずれかを
用いた場合でも、両者がＹＳＺの場合と比較してやや特
性は落ちるが、良好な超電導特性が得られた。つまり、
下地がアモルファスであれば、その上部に成膜する結晶
性セラミックス層は自発的にａ軸配向膜になるものと思
われる。
セラミックス層３としてイットリア、マグネシア、アル
ミナ、石英のいずれかを用いた場合、及び結晶性セラミ
ックス層４としてイットリア、マグネシアのいずれかを
用いた場合でも、両者がＹＳＺの場合と比較してやや特
性は落ちるが、良好な超電導特性が得られた。つまり、
下地がアモルファスであれば、その上部に成膜する結晶
性セラミックス層は自発的にａ軸配向膜になるものと思
われる。
【００２９】また、上述した実施例１において、結晶性
セラミックス層を成膜した後の自由表面荒さは１０００
Å程度であったが、機械的な研磨を施し、表面荒さを１
００Å程度にまで小さくして酸化物超電導体層の成膜を
行った。その結果、臨界電流密度は１２万Ａ／ｃｍ2に
まで向上した。これは、セラミックスバッファー層の表
面モフォロジーが改善されることによって、酸化物超電
導体層の結晶性と配向性が向上すると共に、酸化物超電
導体層の電流経路を分断する膜段差が減少するために、
臨界電流密度が向上したものと思われる。
セラミックス層を成膜した後の自由表面荒さは１０００
Å程度であったが、機械的な研磨を施し、表面荒さを１
００Å程度にまで小さくして酸化物超電導体層の成膜を
行った。その結果、臨界電流密度は１２万Ａ／ｃｍ2に
まで向上した。これは、セラミックスバッファー層の表
面モフォロジーが改善されることによって、酸化物超電
導体層の結晶性と配向性が向上すると共に、酸化物超電
導体層の電流経路を分断する膜段差が減少するために、
臨界電流密度が向上したものと思われる。
【００３０】実施例２．図２は、この発明の実施例２に
よる酸化物超電導膜の構造を示す模式図である。図２に
おいて、６は金属間化合物層である。実施例１におい
て、結晶性セラミックス層４以上の層を成膜する際に、
成膜条件によって金属基板１と金属層２との界面に、金
属基板１中のＮｉ、Ｃｒ、およびＰｔからなる３元系の
金属間化合物が形成され、それが金属基板１からの金属
元素の拡散のバリア層となっていることが判明した。実
施例１の場合、成膜温度が６００℃以上で、またその温
度での保持時間が長い程、金属間化合物層６が形成され
易かった。
よる酸化物超電導膜の構造を示す模式図である。図２に
おいて、６は金属間化合物層である。実施例１におい
て、結晶性セラミックス層４以上の層を成膜する際に、
成膜条件によって金属基板１と金属層２との界面に、金
属基板１中のＮｉ、Ｃｒ、およびＰｔからなる３元系の
金属間化合物が形成され、それが金属基板１からの金属
元素の拡散のバリア層となっていることが判明した。実
施例１の場合、成膜温度が６００℃以上で、またその温
度での保持時間が長い程、金属間化合物層６が形成され
易かった。
【００３１】そこで、Ｐｔの代わりにＴａを用いたとこ
ろ、金属間化合物層６が更に形成され易く、金属基板１
からの金属元素の拡散のバリア層としての効果が大きい
ことが明らかとなった。例えば、実施例１のＰｔの場合
と同一条件で成膜を行ったところ、臨界温度は９１Ｋ、
臨界電流密度は１０万Ａ／ｃｍ2に向上した。また、他
の金属として、Ｎｂ、Ｖ、及びＲｈのいずれか、あるい
はそれらの組み合わせ、また、金属基板１がステンレス
や銅系の合金などでも同様の効果がみられた。これは、
金属基板１中に金属層２と金属間化合物層６を形成する
元素が含まれていれば、この効果が得られるものと思わ
れる。
ろ、金属間化合物層６が更に形成され易く、金属基板１
からの金属元素の拡散のバリア層としての効果が大きい
ことが明らかとなった。例えば、実施例１のＰｔの場合
と同一条件で成膜を行ったところ、臨界温度は９１Ｋ、
臨界電流密度は１０万Ａ／ｃｍ2に向上した。また、他
の金属として、Ｎｂ、Ｖ、及びＲｈのいずれか、あるい
はそれらの組み合わせ、また、金属基板１がステンレス
や銅系の合金などでも同様の効果がみられた。これは、
金属基板１中に金属層２と金属間化合物層６を形成する
元素が含まれていれば、この効果が得られるものと思わ
れる。
【００３２】一方、結晶性セラミックス層４を成膜後、
５００〜１０００℃、空気中において１〜３０分熱処理
を行った場合、金属層２は完全に金属間化合物となっ
た。金属層としてＰｔのみを用いた場合でも、この操作
を施すことによって、超電導特性は上記の値と同等のも
のに改善された。熱処理条件としては、温度と時間の関
係を適宜選択すれば上記以外でも可能であり、雰囲気も
酸素、窒素などでも可能であった。
５００〜１０００℃、空気中において１〜３０分熱処理
を行った場合、金属層２は完全に金属間化合物となっ
た。金属層としてＰｔのみを用いた場合でも、この操作
を施すことによって、超電導特性は上記の値と同等のも
のに改善された。熱処理条件としては、温度と時間の関
係を適宜選択すれば上記以外でも可能であり、雰囲気も
酸素、窒素などでも可能であった。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の請求項
第１項は、金属基板と、この金属基板上に積層された金
属層と、この金属層上に積層されたセラミックスバッフ
ァー層と、このセラミックスバッファー層上に積層され
た酸化物超電導体層とが順次積層された酸化物超電導膜
であって、上記セラミックスバッファー層は、下層のア
モルファスセラミックス層と上層の結晶性セラミックス
層とから成るので、ｃ軸配向の酸化物超電導体層が容易
に得られ、臨界電流密度の高い酸化物超電導膜が得られ
るという効果を奏する。
第１項は、金属基板と、この金属基板上に積層された金
属層と、この金属層上に積層されたセラミックスバッフ
ァー層と、このセラミックスバッファー層上に積層され
た酸化物超電導体層とが順次積層された酸化物超電導膜
であって、上記セラミックスバッファー層は、下層のア
モルファスセラミックス層と上層の結晶性セラミックス
層とから成るので、ｃ軸配向の酸化物超電導体層が容易
に得られ、臨界電流密度の高い酸化物超電導膜が得られ
るという効果を奏する。
【００３４】この発明の請求項第２項は、アモルファス
セラミックスをイットリウム安定化ジルコニア、イット
リア、マグネシア、アルミナ及び石英からなる群から選
ぶので、良好な超電導特性が得られるという効果を奏す
る。
セラミックスをイットリウム安定化ジルコニア、イット
リア、マグネシア、アルミナ及び石英からなる群から選
ぶので、良好な超電導特性が得られるという効果を奏す
る。
【００３５】この発明の請求項第３項は、結晶性セラミ
ックス層をイットリウム安定化ジルコニア、イットリア
及びマグネシアからなる群から選ぶので、良好な超電導
特性が得られるという効果を奏する。
ックス層をイットリウム安定化ジルコニア、イットリア
及びマグネシアからなる群から選ぶので、良好な超電導
特性が得られるという効果を奏する。
【００３６】この発明の請求項第４項は、金属基板上に
金属層を成膜し、この金属層上にアモルファスセラミッ
クス層を成膜し、このアモルファスセラミックス層上に
結晶性セラミックス層を成膜し、次いで、この結晶性セ
ラミックス層上に酸化物超電導体層を成膜するので、ｃ
軸配向の酸化物超電導体層が容易に得られ、臨界電流密
度の高い酸化物超電導膜を製造することができるという
効果を奏する。
金属層を成膜し、この金属層上にアモルファスセラミッ
クス層を成膜し、このアモルファスセラミックス層上に
結晶性セラミックス層を成膜し、次いで、この結晶性セ
ラミックス層上に酸化物超電導体層を成膜するので、ｃ
軸配向の酸化物超電導体層が容易に得られ、臨界電流密
度の高い酸化物超電導膜を製造することができるという
効果を奏する。
【００３７】この発明の請求項第５項は、結晶性セラミ
ックス層をアモルファスセラミックス層上に成膜した
後、この結晶性セラミックス層を平滑化する工程を含む
ので、酸化物超電導体層の結晶性と配向性が向上し、酸
化物超電導膜の臨界電流密度が向上するという効果を奏
する。
ックス層をアモルファスセラミックス層上に成膜した
後、この結晶性セラミックス層を平滑化する工程を含む
ので、酸化物超電導体層の結晶性と配向性が向上し、酸
化物超電導膜の臨界電流密度が向上するという効果を奏
する。
【００３８】この発明の請求項第６項は、金属基板と、
Ｐｔ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、及びＲｈからなる群から選ばれ
た少なくとも１種の金属から成る金属層との界面に、金
属間化合物を生成させる工程を含むので、生成した金属
間化合物が金属基板からの金属元素の拡散を効果的に防
止でき、高い臨界電流密度を持つ酸化物超電導膜が製造
できるという効果を奏する。
Ｐｔ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、及びＲｈからなる群から選ばれ
た少なくとも１種の金属から成る金属層との界面に、金
属間化合物を生成させる工程を含むので、生成した金属
間化合物が金属基板からの金属元素の拡散を効果的に防
止でき、高い臨界電流密度を持つ酸化物超電導膜が製造
できるという効果を奏する。
【００３９】この発明の請求項第７項は、金属層を完全
に金属間化合物とする工程を含むので、高い臨界電流密
度を持つ酸化物超電導膜が製造できるという効果を奏す
る。
に金属間化合物とする工程を含むので、高い臨界電流密
度を持つ酸化物超電導膜が製造できるという効果を奏す
る。
【図１】 この発明の実施例１による酸化物超電導膜の
構造を示す模式図である。
構造を示す模式図である。
【図２】 この発明の実施例２による酸化物超電導膜の
構造を示す模式図である。
構造を示す模式図である。
１ 金属基板、２ 金属層、３ アモルファスセラミッ
クス層、４ 結晶性セラミックス層、５ 酸化物超電導
体層、６ 金属間化合物層。
クス層、４ 結晶性セラミックス層、５ 酸化物超電導
体層、６ 金属間化合物層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｂ 12/06 ＺＡＡ 13/00 ５６５ Ｄ Ｈ０１Ｌ 39/22 ＺＡＡ Ｂ
Claims (7)
- 【請求項１】 金属基板と、この金属基板上に積層され
た金属層と、この金属層上に積層されたセラミックスバ
ッファー層と、このセラミックスバッファー層上に積層
された酸化物超電導体層とが順次積層された酸化物超電
導膜であって、上記セラミックスバッファー層は、下層
のアモルファスセラミックス層と上層の結晶性セラミッ
クス層とから成ることを特徴とする酸化物超電導膜。 - 【請求項２】 アモルファスセラミックスは、イットリ
ウム安定化ジルコニア、イットリア、マグネシア、アル
ミナ及び石英からなる群から選ばれたものであることを
特徴とする請求項第１項記載の酸化物超電導膜。 - 【請求項３】 結晶性セラミックス層は、イットリウム
安定化ジルコニア、イットリア及びマグネシアからなる
群から選ばれたものであることを特徴とする請求項第１
項記載の酸化物超電導膜。 - 【請求項４】 金属基板上に金属層を成膜し、この金属
層上にアモルファスセラミックス層を成膜し、このアモ
ルファスセラミックス層上に結晶性セラミックス層を成
膜し、次いで、この結晶性セラミックス層上に酸化物超
電導体層を成膜することを特徴とする酸化物超電導膜の
製造方法。 - 【請求項５】 結晶性セラミックス層をアモルファスセ
ラミックス層上に成膜した後、この結晶性セラミックス
層を平滑化する工程を含むことを特徴とする請求項第４
項記載の酸化物超電導膜の製造方法。 - 【請求項６】 金属基板と、Ｐｔ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、及
びＲｈからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属か
ら成る金属層との界面に、金属間化合物を生成させる工
程を含むことを特徴とする請求項第４項又は第５項記載
の酸化物超電導膜の製造方法。 - 【請求項７】 金属層を完全に金属間化合物とする工程
を含むことを特徴とする請求項第６項記載の酸化物超電
導膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30215694A JP3195886B2 (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 酸化物超電導膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30215694A JP3195886B2 (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 酸化物超電導膜及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08157213A true JPH08157213A (ja) | 1996-06-18 |
| JP3195886B2 JP3195886B2 (ja) | 2001-08-06 |
Family
ID=17905596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30215694A Expired - Fee Related JP3195886B2 (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 酸化物超電導膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3195886B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007516353A (ja) * | 2003-06-09 | 2007-06-21 | ユニバーシティ・オブ・フロリダ・リサーチ・ファンデーション・インコーポレーテッド | ２軸方向にテクスチャを有するバッファ層および関連する物品、デバイスおよびシステムを生成するための方法 |
| JP2009507357A (ja) * | 2005-09-06 | 2009-02-19 | スーパーパワー インコーポレイテッド | 超伝導体構成素子 |
| US7622854B2 (en) | 2007-04-09 | 2009-11-24 | Funai Electric Co., Ltd. | Piezoelectric element and film formation method for crystalline ceramic |
| KR101441139B1 (ko) * | 2005-07-29 | 2014-09-17 | 아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션 | 고온 초전도 와이어 및 코일 |
-
1994
- 1994-12-06 JP JP30215694A patent/JP3195886B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007516353A (ja) * | 2003-06-09 | 2007-06-21 | ユニバーシティ・オブ・フロリダ・リサーチ・ファンデーション・インコーポレーテッド | ２軸方向にテクスチャを有するバッファ層および関連する物品、デバイスおよびシステムを生成するための方法 |
| KR101441139B1 (ko) * | 2005-07-29 | 2014-09-17 | 아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션 | 고온 초전도 와이어 및 코일 |
| JP2009507357A (ja) * | 2005-09-06 | 2009-02-19 | スーパーパワー インコーポレイテッド | 超伝導体構成素子 |
| US7622854B2 (en) | 2007-04-09 | 2009-11-24 | Funai Electric Co., Ltd. | Piezoelectric element and film formation method for crystalline ceramic |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3195886B2 (ja) | 2001-08-06 |
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