JPH1186647A

JPH1186647A - 酸化物超電導導体

Info

Publication number: JPH1186647A
Application number: JP9237477A
Authority: JP
Inventors: Mariko Hosaka; 真理子保坂; Yasuhiro Iijima; 康裕飯島; Nobuyuki Sadakata; 伸行定方; Takashi Saito; 隆斉藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 1999-03-30
Anticipated expiration: 2017-09-02
Also published as: JP3771012B2

Abstract

(57)【要約】【課題】酸化物超電導層からの元素の拡散を防止する
拡散防止層により、超電導特性に優れる酸化物超電導導
体を提供する。【解決手段】テープ状の基材２１と、この基材２１の
面状に形成されて多数の結晶粒が結合されてなる配向制
御多結晶中間薄膜２２と、配向制御多結晶中間薄膜２２
上に形成された拡散防止層２３と、拡散防止層２３上に
形成された酸化物超電導層２４を具備してなり、また、
拡散防止層２３はＹ₂Ｏ₃とＣｅＯ₂の少なくとも一つか
らなるものであることを特徴とする酸化物超電導導体２
０を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物超電導導体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年に発見された酸化物超電導体は、液
体窒素温度以上の臨界温度を示す優れた超電導体である
が、この酸化物超電導体を使用するには、種々の問題点
があり、その内の１つに酸化物超電導体の臨界電流密度
が低いという問題がある。

【０００３】この問題は、酸化物超電導体の結晶に電気
的な異方性が存在することが大きな原因であり、酸化物
超電導体は、その結晶軸のａ軸方向とｂ軸方向には電気
を流し易いが、ｃ軸方向には電気を流しにくい。そこ
で、酸化物超電導体を基材上に形成して超電導体として
使用するには、基材上に結晶配向性の良好な酸化物超電
導体を形成し、電気を流そうとする方向に酸化物超電導
体の結晶のａ軸あるいはｂ軸を配向させ、その他の方向
にｃ軸を配向させる必要がある。

【０００４】上述のように、酸化物超電導体を導電体と
して使用するためには、テープ状などの長尺の基材上
に、結晶配向性の良好な酸化物超電導層を形成する必要
がある。ところが、金属テープの基材上に酸化物超電導
層を直接形成すると、金属テープ自体が多結晶体でその
結晶構造も酸化物超電導体と大きく異なるために、結晶
配向性の良好な酸化物超電導層を形成させることができ
ない。

【０００５】そこで本発明者らは、図１２に示すような
ハステロイテープなどの金属テープからなる基材１の上
にイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などの配向
制御多結晶中間薄膜２を形成し、この配向制御多結晶中
間薄膜２上に、酸化物超電導体の中でも臨界温度が約９
０Ｋであり安定性に優れたＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏx系の超電導
層３を形成することで超電導特性の優れた酸化物超電導
導体１０を製造する試みを種々行なっている。このよう
な試みの中から本発明者らは先に、特願平３ー１２６８
３６号、特願平３ー１２６８３７号、特願平３ー２０５
５５１号、特願平４ー１３４４３号、特願平４ー２９３
４６４号などにおいて特許出願を行なっている。

【０００６】これらの特許出願に記載された技術によれ
ば、金属テープの基材の片面にスパッタ装置により配向
制御多結晶中間薄膜を形成する際に、スパッタリングと
同時に基材成膜面の斜め方向からイオンビームを照射し
ながら配向制御多結晶中間薄膜を成膜する方法（イオン
ビームアシストスパッタリング法）により、結晶配向性
に優れた配向制御多結晶中間薄膜を形成することができ
るものである。この方法によれば、配向制御多結晶中間
薄膜を形成する多数の結晶粒のそれぞれの結晶格子のａ
軸あるいはｂ軸で形成する粒界傾角を３０度以下に揃え
ることができ、結晶配向性に優れた配向制御多結晶中間
薄膜を形成することができる。そして更に、この中間薄
膜上にＹＢａＣｕＯ系の超電導層をレーザー蒸着法等に
より成膜するならば、酸化物超電導層の結晶配向性も優
れたものになり、臨界電流密度が高い酸化物超電導層を
形成することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
酸化物超電導導体においては、酸化物超電導層の形成時
に配向制御多結晶中間薄膜を有する基材を加熱する必要
があり、配向制御多結晶中間薄膜としてＹ₂Ｏ₃で安定化
したジルコニア（ＹＳＺ）膜を使用している場合には、
この加熱により、配向制御多結晶中間薄膜と酸化物超電
導層との界面で、酸化物超電導層内のＢａ原子が配向制
御多結晶中間薄膜中へ拡散する現象が起きる。具体的に
は、酸化物超電導層の配向制御多結晶中間薄膜との界面
付近では、Ｂａ原子が存在しない領域が発生し、一方、
配向制御多結晶中間薄膜の酸化物超電導層との界面付近
では、拡散してきたＢａ原子がＹＳＺ中のＺｒＯ₂と反
応して、ＢａＺｒＯ₃（ＢＺＯ）を主体とする相が形成
される。このため、酸化物超電導層の一部の結晶構造が
崩れてしまい、超電導特性の劣化を防ぐことができない
という課題があった。

【０００８】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、酸化物超電導層のＢａ原子が配向
制御多結晶中間薄膜中へ拡散を防止して結晶構造のの崩
壊をふせぐことにより、優れた超電導特性を有する酸化
物超電導導体を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、以下の構成を採用した。請求項１に記載の酸化物
超電導導体は、テープ状の基材と、この基材の面上に形
成されて多数の結晶粒が結合されてなり、該多数の結晶
粒のそれぞれの粒界傾角が３０度以下である配向制御多
結晶中間薄膜と、該配向制御多結晶中間薄膜上に形成さ
れた拡散防止層と、該拡散防止層上に形成された酸化物
超電導層を具備してなることを特徴とする。また、請求
項２に記載の酸化物超電導導体は、請求項１に記載の酸
化物超電導導体であって、前記拡散防止層がＹ₂Ｏ₃とＣ
ｅＯ₂の少なくとも一つからなることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１において、酸化物超電導導体
２０は、テープ状の基材２１の上面上に多数の結晶粒が
結合されてなる配向制御多結晶中間薄膜２２が形成さ
れ、配向制御多結晶中間薄膜２２上に拡散防止層２３が
形成され、拡散防止層２３上に酸化物超電導層２４が形
成されている。

【００１１】基材２１の構成材料としては、ステンレス
鋼、銅、ハステロイなどのニッケル合金などの長尺の金
属テープを用いることができる。この基材２１の厚み
は、０．０１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０２〜０．
１５ｍｍとされる。基材２１の厚みが０．５ｍｍを超え
ると、酸化物超電導層２４の膜厚よりも厚く、オーバー
オール（酸化物超電導導体全断面積）あたりの臨界電流
密度としては低下してしまう。一方、基材２１の厚みが
０．０１ｍｍ未満であると、基材の強度が低下し、酸化
物超電導導体２０の補強効果を消失してしまう。

【００１２】配向制御多結晶中間薄膜２２は、立方晶系
の結晶構造を有する結晶の集合した微細な結晶粒が多数
相互に結晶粒界を介して接合一体化されてなり、各結晶
粒の結晶軸のｃ軸は基材２１の上面（成膜面）に対して
ほぼ直角に向けられ、各結晶粒の結晶軸のａ軸どうしお
よびｂ軸どうしは、互いに同一方向に向けられて面内配
向されている。各結晶粒の結晶のａ軸（あるいはｂ軸）
どうしは、それらのなす角度（粒界傾角Ｋ）を３０度以
内にして接合一体化されているのが好ましい。この配向
制御多結晶中間薄膜２２の厚みは、０．１〜１．０μ
ｍ、好ましくは０．３〜０．７μｍとされる。配向制御
多結晶中間薄膜２２の厚みを１．０μｍ以上としても成
膜が困難となり、また、効果の増大も期待できない。一
方、配向制御多結晶中間薄膜２２の厚みが０．１μｍ未
満であると、薄すぎて拡散防止層２３を十分支持できな
い恐れがあるからである。この配向制御多結晶中間薄膜
の構成材料としては、ＭｇＯ、ＹＳＺ、ＳｒＴｉＯ₃等
を用いることができる。

【００１３】拡散防止層２３は、立方晶系の結晶構造を
有する結晶の集合した微細な結晶粒が多数相互に結晶粒
界を介して接合一体化されてなり、各結晶粒の結晶軸の
ｃ軸は基材２１の上面（成膜面）に対してほぼ直角に向
けられ、各結晶粒の結晶軸のａ軸どうしおよびｂ軸どう
しは、互いに同一方向に向けられて面内配向されてい
る。各結晶粒の結晶のａ軸（あるいはｂ軸）どうしは、
それらのなす角度（粒界傾角Ｋ）を３０度以内にして接
合一体化されているのが好ましい。この拡散防止層の厚
みは、０．０１〜１μｍ、好ましくは０．０５〜０．５
μｍとされる。拡散防止層の厚みを１μｍ以上としても
成膜が困難となり、また、効果の増大も期待できない。
拡散防止層の厚みが０．０１μｍ未満であると、酸化物
超電導層２４のＢａ原子が配向制御多結晶中間薄膜２２
に拡散し、酸化物超電導層２４の結晶構造が崩れてしま
うことが本発明者等の実験から明らかとなり、酸化物超
電導導体２０の臨界電流密度を低下させてしまう。拡散
防止層２３の構成材料は、拡散防止層２３を形成する結
晶の格子定数が、配向制御多結晶中間薄膜を形成する結
晶の格子定数に近いものであれば、拡散防止層２３の結
晶のｃ軸を配向制御多結晶中間薄膜２２の結晶のｃ軸方
向と整合して配向させ、また拡散防止層２３の結晶のａ
軸およびｂ軸を配向制御多結晶中間薄膜２２の結晶のａ
軸およびｂ軸方向と整合して配向させられる点で好まし
い。従って、例えば、配向制御多結晶中間薄膜２２とし
てＹＳＺ膜を形成させた場合には、ＹＳＺの格子定数が
５．１３９であるので、格子定数が１０．６０４であ
るＹ₂Ｏ₃や、格子定数が５．４１１であるＣｅＯ₂を
用いることにより、結晶配向性に優れた拡散防止層２３
を形成させることができる。また、拡散防止層２３は、
Ｙ₂Ｏ₃またはＣｅＯ₂の１層のものに限られず、Ｙ₂Ｏ₃
とＣｅＯ₂との２層からなるものや、Ｙ₂Ｏ₃とＣｅＯ₂と
が混合された層であっても良い。

【００１４】酸化物超電導層２４は、Ｙ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ
x、Ｙ₂Ｂa₄Ｃｕ₈Ｏx、Ｙ₃Ｂa₃Ｃｕ₆Ｏxなる組成、（Ｂ
ｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₂Ｃｕ₃Ｏx、（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂
Ｓｒ₃Ｃｕ₄Ｏxなる組成、あるいはＴｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ
₃Ｏx、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏx、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₃Ｃｕ
₄Ｏxなる組成などに代表される臨界温度の高い超電導材
料からなるものである。この酸化物超電導層２４の厚み
は０．５〜５μｍ程度とされる。

【００１５】配向制御多結晶中間薄膜２２を形成する装
置は、図２に示すイオンビームスパッタ装置にイオンビ
ームアシスト用のイオンガンを設けたものである。本例
の装置は、基材２１を保持する基材ホルダ４５と、板状
のターゲット４６と、イオンガン４７と、スパッタビー
ム照射装置４８を主体として構成されている。また、図
中符号４９はターゲットホルダ、５５はテープ状の基材
２１の送出装置、５６は基材２１の巻取装置を示し、こ
の送出装置５５から基材ホルダ４５上に基材２１を送り
出し、巻取装置５６で巻き取ることで基材２１上に連続
成膜することができる。

【００１６】また、本例の装置は図示略の真空容器に収
納され、基材２１の周囲を真空雰囲気に保持できる。真
空容器には、ガスボンベ等の雰囲気ガス供給源が接続さ
れ、真空容器の内部を真空などの低圧状態で、かつ、ア
ルゴンガス等の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不活
性ガス雰囲気にすることができるようになっている。

【００１７】基材ホルダ４５は内部に加熱ヒータを備
え、基材２１を必要に応じて加熱できる。また、基材ホ
ルダ４５には、上部支持板６０と、下部支持板６１と、
基台６２から構成される角度調整機構Ｄが付設されてい
る。なお、角度調整機構Ｄをイオンガン４７の支持部分
に取り付けてイオンガン４７の傾斜角度を調整し、イオ
ンビームの入射角度を調整するようにしても良い。

【００１８】ターゲット４６は、目的とする配向制御多
結晶中間薄膜を形成するためのものであり、目的の組成
の配向制御多結晶中間薄膜と同一組成あるいは近似組成
のものなどを用いる。具体的には、ＭｇＯあるいはＹ₂
Ｏ₃で安定化したジルコニア（ＹＳＺ）、ＭｇＯ、Ｓｒ
ＴｉＯ₃などを用いるがこれに限るものではなく、形成
しようとする配向制御多結晶中間薄膜に見合うターゲッ
トを適宜用いれば良い。

【００１９】図３において、イオンガン４７は、筒状の
容器６５の内部に、引出電極６６とフィラメント６７と
Ａｒガスなどの導入管６８とを備えて構成され、容器６
５の先端からイオンをビーム状に平行に照射できるもの
である。

【００２０】イオンガン４７は、図２に示すようにその
中心軸線Ｓを基材２１の上面（成膜面）に対して入射角
度θ（基材２１の垂線（法線）と中心線Ｓとのなす角
度）でもって傾斜させて対向されている。この入射角度
θは５０〜６０度の範囲が好ましいが、５５〜６０度の
範囲が最も好ましい。なお、イオンガン４７によって基
材２１に照射するイオンビームは、Ｈｅ⁺、Ｎｅ⁺、Ａｒ
⁺、Ｘｅ⁺、Ｋｒ⁺などの希ガスのイオンビーム、あるい
は、それらと酸素イオンの混合イオンビームなどで良
い。だだし、形成しようとする配向制御多結晶中間薄膜
の結晶構造を整えるためには、ある程度の原子量が必要
であり、Ａｒ⁺、Ｋｒ⁺などのイオンを用いることが好
ましい。スパッタビーム照射装置４８は、イオンガン４
７と同等の構成をなし、ターゲット４６に対してイオン
ビームを照射してターゲット４６の構成粒子を基材２１
に向けて叩き出すことができるものである。

【００２１】前記構成の装置を用いてテープ状の基材２
１の面上にＹＳＺの配向制御多結晶中間薄膜２２を形成
する場合について説明する。ターゲット４６としてＹＳ
Ｚのターゲットを用いるとともに、イオンガン４７から
のイオンビームを基材２１の上面に５０〜６０度の範囲
の角度で照射できるようにする。次に基材２１を収納し
ている容器の内部を減圧する。

【００２２】スパッタビーム照射装置４８からターゲッ
ト４６にイオンビームを照射して、ターゲット４６の構
成粒子を叩き出して、基材２１上にターゲット４６から
叩き出した構成粒子を堆積させると同時にイオンガン４
７からＡｒイオンと酸素イオンの混合イオンビームを照
射して所望の厚みの配向制御多結晶中間薄膜２２を形成
子、薄膜積層体２５を得る。このイオン照射する際の入
射角度θは、５０〜６０度の範囲が好ましく、５５〜６
０度の範囲が最も好ましい。このような入射角度でイオ
ンビーム照射を行ないながらスパッタリングを行なうこ
とで、基材２１上に形成されるＹＳＺの配向制御多結晶
中間薄膜２２の結晶軸のａ軸とｂ軸とを配向させること
ができる。

【００２３】薄膜積層体２５の上に拡散防止層２３と酸
化物超電導層２４とを形成して、酸化物超電導導体２０
を製造する装置は、図４に示すレーザ蒸着装置を用い
る。この例のレーザ蒸着装置７０は、処理容器７１を有
し、この処理容器７１の内部の蒸着処理室７２に、薄膜
積層体２５と、拡散防止層のターゲット７３ａと、酸化
物超電導層のターゲット７３ｂとを備える。即ち、蒸着
処理室７２には基台７４が設けられ、この基台７４の上
面に薄膜積層体２５を設置できるようになっているとと
もに、支持ホルダ７３によって支持された拡散防止層及
び酸化物超電導層のターゲット７３ａ、７３ｂが設けら
れている。また、図中符号７５は薄膜積層体２５の送出
装置、７６は薄膜積層体２５の巻取装置を示す。また、
処理容器７１は、排気孔７７ａを介して真空排気装置７
７に接続されて所定の圧力に減圧できるようになってい
る。

【００２４】拡散防止層のターゲット７３ａは、形成し
ようとする拡散防止層２３と同等または近似した組成、
あるいは、成膜中に逃避しやすい成分を多く含有させた
複合酸化物の焼結体などの板体からなっている。従って
拡散防止層のターゲット７３ａは、Ｙ₂Ｏ₃やＣｅＯ₂な
る組成などに代表される拡散防止層２３を形成するため
に使用するので、これと同一の組成か近似した組成のも
のを用いることが好ましい。酸化物超電導層のターゲッ
ト７３ｂは、形成しようとする酸化物超電導層２４と同
等または近似した組成、あるいは、成膜中に逃避しやす
い成分を多く含有させた複合酸化物の焼結体あるいは酸
化物超電導体などの板体からなっている。従って酸化物
超電導層のターゲット７３ｂは、Ｙ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏx、Ｙ₂
Ｂa₄Ｃｕ₈Ｏx、Ｙ₃Ｂa₃Ｃｕ₆Ｏxなる組成、（Ｂｉ,Ｐ
ｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₂Ｃｕ₃Ｏx、（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₃
Ｃｕ₄Ｏxなる組成、あるいはＴｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ
x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏx、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₃Ｃｕ₄Ｏ
xなる組成などに代表される臨界温度の高い酸化物超電
導層２４を形成するために使用するので、これと同一の
組成か近似した組成のものを用いることが好ましい。

【００２５】基台７４には加熱ヒータが内蔵され、薄膜
積層体２５を加熱できるようになっている。一方、処
理容器７１の側方には、レーザ発光装置７８と第１反射
鏡７９と集光レンズ８０と第２反射鏡８１とが設けら
れ、レーザ発光装置７８が発生させたレーザビームを透
明窓８２を介してターゲット７３に集光照射できるよう
になっている。レーザ発光装置７８はターゲット７３
ａ、７３ｂから構成粒子を叩き出すことができるもので
あれば、ＹＡＧレーザ、ＣＯ₂レーザ、エキシマレーザ
などのいずれのものを用いても良い。

【００２６】ＹＳＺの配向制御多結晶中間薄膜２２の上
に、Ｙ₂Ｏ₃の拡散防止層２３を形成するには、薄膜積層
体２５をこれの配向制御多結晶中間薄膜２２側を上にし
て基台７４上に設置し、拡散防止層のターゲット７３ａ
としてＹ₂Ｏ₃のターゲットを設置し、蒸着処理室７２を
減圧する。ここで、基台７４の加熱ヒータを作動させて
薄膜積層体２５を加熱しても良い。次に、薄膜積層体２
５を巻き取り機７６で巻き取りながら、レーザビームを
拡散防止層のターゲット７３ａに集光照射する。これに
よってターゲット７３ａの構成粒子がえぐり出されるか
蒸発されてその粒子が配向制御多結晶中間薄膜２２上に
堆積する。ここで構成粒子の堆積の際に配向制御多結晶
中間薄膜２２の結晶粒が予めｃ軸配向し、ａ軸とｂ軸で
も配向しているので、配向制御多結晶中間薄膜２２上に
形成される拡散防止層２３の結晶のｃ軸とａ軸とｂ軸も
配向制御多結晶中間薄膜２２に整合するようにエピタキ
シャル成長して結晶化する。これにより結晶配向性の良
好なＹ₂Ｏ₃の拡散防止層２３が得られる。

【００２７】次に、Ｙ₂Ｏ₃の拡散防止層２３の上にＹ₁
Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの酸化物超電導層２４を形成するには、
Ｙ₂Ｏ₃の拡散防止層２３が形成されて巻取機７６に巻き
取られた薄膜積層体２５をこの拡散防止層２３側を上に
して基台７４上に設置し、酸化物超電導層のターゲット
７３ｂとしてＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xのターゲットを設置し、
蒸着処理室７２を減圧する。ここで蒸着処理室７２を酸
素雰囲気としても良い。また、基台７４の加熱ヒータを
作動させて薄膜積層体２５を加熱しても良い。

【００２８】巻取機７６から拡散防止層２３をつけた薄
膜積層体２５を送り出しつつ、レーザビームを酸化物超
電導層のターゲット７３ｂに集光照射する。これによっ
てターゲット７３ｂの構成粒子がえぐり出されるか蒸発
されてその粒子が拡散防止層２３上に堆積する。ここで
構成粒子の堆積の際に拡散防止層２３の結晶粒が予めｃ
軸配向し、ａ軸とｂ軸でも配向しているので、酸化物超
電導層２４の結晶のｃ軸とａ軸とｂ軸も拡散防止層２３
に整合するようにエピタキシャル成長して結晶化する。
これにより結晶配向性の良好なＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの酸化
物超電導層２４が得られる。なお、成膜後に必要に応じ
て酸化物超電導層２４の結晶構造を整えるための熱処理
を施しても良い。上述の方法により拡散防止層２３の上
に酸化物超電導層２４を形成すると、図１に示すような
酸化物超電導導体２０が得られる。拡散防止層２３上に
形成された酸化物超電導層２４は、多結晶状態となる
が、この酸化物超電導層２４の結晶粒の１つ１つにおい
ては、基材２１の厚さ方向に電気を流しにくいｃ軸が配
向し、基材２１の面方向にａ軸どうしあるいはｂ軸どう
しが配向した結晶配向性が良好なものとなる。従って得
られた酸化物超電導層２４は結晶粒界における量子的結
合性に優れ、結晶粒界における超電導特性の劣化が少な
いので、基材２１の面方向に電気を流し易く、臨界電流
密度の優れたものが得られる。

【００２９】また、薄膜積層体２５の上に、拡散防止層
２３と酸化物超電導層２４とを形成して酸化物超電導導
体２０を製造する別の方法として、以下に示すような装
置と製造方法により行ってもよい。

【００３０】図５は、拡散防止層２３を形成する高周波
スパッタ装置である。本例の装置は、薄膜積層体２５を
保持するホルダ３１と、板状のターゲット３２を主体と
して構成されている。また、図中符号３３はターゲット
ホルダを示し、このターゲットホルダ３３は高周波電源
３４に接続され、この高周波電源３４と前述のホルダ３
１はそれぞれ接地されている。また、図中符号３５は、
テープ状の薄膜積層体２５の送出装置、３６は薄膜積層
体２５の巻取装置を示す。

【００３１】また、ホルダ３１、ターゲットホルダ３３
は図示略の真空容器に収納されていて、ホルダ３１とタ
ーゲットホルダ３３の周囲を真空雰囲気に保持できるよ
うになっている。更に真空容器は、必要に応じて真空な
どの低圧状態で、かつ、アルゴンガス等の不活性ガス雰
囲気または酸素を含む不活性ガス雰囲気にすることがで
きるようになっている。以上の構成により、真空容器の
内部を減圧してから高周波電源３４を作動させることに
よって薄膜積層体２５の上方空間にプラズマを発生させ
ることができ、このプラズマの作用によりターゲット３
２の粒子をスパッタして薄膜積層体２５側に向けて飛ば
すことができるようになっている。

【００３２】ホルダ３１は内部に加熱ヒータを備え、薄
膜積層体２５を加熱できるようになっている。ターゲッ
ト３２は、形成しようとする拡散防止層２３と同等また
は近似した組成、あるいは、成膜中に逃避しやすい成分
を多く含有させた複合酸化物の焼結体などの板体からな
っている。従って拡散防止層のターゲット３２は、Ｙ₂
Ｏ₃やＣｅＯ₂なる組成などに代表される拡散防止層２３
を形成するために使用するので、これと同一の組成か近
似した組成のものを用いることが好ましい。

【００３３】前記構成の装置を用いてＹＳＺの配向制御
多結晶中間薄膜２２の上にＹ₂Ｏ₃の拡散防止層２３を形
成するには、Ｙ₂Ｏ₃のターゲットを用いるとともに薄膜
積層体２５を収納している真空容器の内部を減圧雰囲気
とする。そして、高周波電源３４を作動させ、ターゲッ
ト３２の構成粒子がスパッタされて薄膜積層体２５上に
飛来する。この粒子を所用時間かけて堆積させるなら
ば、ＹＳＺの配向制御多結晶中間薄膜２２の上に所望の
厚さのＹ₂Ｏ₃の拡散防止層２３を形成することができ
る。

【００３４】次に、拡散防止層２３の上に酸化物超電導
層２４を形成して酸化物超電導導体２０を製造する装置
と製造する方法について説明する。図６は酸化物超電導
層を成膜法により形成するレーザ蒸着装置を示してい
る。尚、この図において、前述した図４に示す構成要素
と同一符号を付し、その説明を省略する。この例のレー
ザ蒸着装置９１は、処理容器７１の内部の蒸着処理室７
２に拡散防止層２３を有する薄膜積層体２６とターゲッ
ト９０を設置できるようになっている。

【００３５】ターゲット９０は、形成しようとする酸化
物超電導層と同等または近似した組成、あるいは、成膜
中に逃避しやすい成分を多く含有させた複合酸化物の焼
結体あるいは酸化物超電導体などの板体からなってい
る。従ってターゲット９０は、Ｙ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏx、Ｙ₂Ｂ
a₄Ｃｕ₈Ｏx、Ｙ₃Ｂa₃Ｃｕ₆Ｏxなる組成、（Ｂｉ,Ｐｂ）
₂Ｃａ₂Ｓｒ₂Ｃｕ₃Ｏx、（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₃Ｃｕ₄
Ｏxなる組成、あるいはＴｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏx、Ｔｌ
₁Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏx、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₃Ｃｕ₄Ｏxなる組
成などに代表される臨界温度の高い酸化物超電導層を形
成するために使用するので、これと同一の組成か近似し
た組成のものを用いることが好ましい。

【００３６】次に、Ｙ₂Ｏ₃の拡散防止層２３の上にＹ₁
Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの酸化物超電導層２４を形成するには、
拡散防止層を有する薄膜積層体２６を基台７４上に設置
し、ターゲット９０としてＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xのターゲッ
トを設置し、蒸着処理室７２を減圧する。ここで必要に
応じて蒸着処理室７２を酸素雰囲気としても良い。ま
た、基台７４の加熱ヒータを作動させて薄膜積層体２６
を加熱しても良い。

【００３７】次にレーザビームをターゲット９０に集光
照射する。これによってターゲット９０の構成粒子がえ
ぐり出されるか蒸発されてその粒子が拡散防止層２３上
に堆積する。なお、成膜後に必要に応じて酸化物超電導
層２４の結晶構造を整えるための熱処理を施しても良
い。上述の方法により拡散防止層２３の上に酸化物超電
導層２４を形成すると、図１に示すような酸化物超電導
導体２０が得られる。

【００３８】上述の酸化物超電導導体においては、拡散
防止層を配向制御多結晶中間薄膜と酸化物超電導層との
間に形成させることにより、酸化物超電導層のＢａ原子
の拡散が防止されるので、酸化物超電導層の結晶構造を
崩すことがなく、臨界電流密度の優れた酸化物超電導導
体を得ることができる。また、酸化物超電導層の形成時
に酸化物超導電層が受ける熱量が増加してもＢａ原子が
拡散することがなく、酸化物超電導層の形成時の加熱温
度を高くしたり、成膜時間を長くしたりすることができ
るので、酸化物超導電層の厚みを自由に設定できる。

【００３９】また、上述の酸化物超電導導体において
は、配向制御多結晶中間薄膜が結晶配向するように形成
されているので、この配向制御多結晶中間薄膜の上に拡
散防止層が形成する際には、拡散防止層がエピタキシャ
ル成長により形成され、結晶配向性に優れた拡散防止層
を得ることができる。更に、結晶配向性に優れる拡散防
止層上に酸化物超電導層がエピタキシャル成長するの
で、結晶配向性に優れた酸化物超電導層を得ることがで
きる。この場合、拡散防止層が、Ｙ₂Ｏ₃及びＣｅＯ₂の
うちの一つからなるものであれば、結晶配向性に優れた
拡散防止層を形成させることができる。

【００４０】更に、上述の酸化物超電導導体において、
拡散防止層をレーザ蒸着法で形成した場合には、酸化物
超電導層の形成を同時に１つの装置内で連続して行うこ
とができるので、製造工程が簡略化され、酸化物超電導
導体の製造コストを低減できる。また、長尺の酸化物超
電導導体を簡単に製造できる。

【００４１】更にまた、上述の酸化物超電導導体におい
て、拡散防止層をＲＦスパッタリング法で形成した場合
には、大面積の拡散防止層の成膜が可能となり、１回の
成膜で複数本のテープを成膜することができるので、酸
化物超電導導体の製造時間を大幅に短縮することができ
る。

【００４２】

【実施例】

（実施例１）図２に示すイオンビームスパッタ装置に、
幅１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、長さ１０ｃｍのハステロ
イＣ２７６テープの基材を設置し、真空ポンプで減圧し
て３．０×１０^-4トールに減圧し、ターゲットとしてＹ
ＳＺ（安定化ジルコニア）製のものを用い、スパッタ電
圧１０００Ｖ、スパッタ電流１００ｍＡ、イオン源のビ
ームの入射角度を５５度に各々設定し、イオン源のアシ
スト電圧を３００Ｖに、イオンビームの電流密度を２０
μＡ／ｃｍ^-2にそれぞれ設定して基材の面上にスパッタ
リングと同時にイオン源照射を行って６時間成膜処理す
ることで結晶が配向制御された厚さ０．７μｍのＹＳＺ
配向制御多結晶中間薄膜を形成した。なお、イオンビー
ムの電流密度とは、試料の近くに設置した電流密度計測
装置の計測数値によるものである。次に、図４に示すレ
ーザ蒸着装置を使用して、ＹＳＺの配向制御多結晶中間
薄膜上にＹ₂Ｏ₃の拡散防止層を形成し、更にＹ₂Ｏ₃の拡
散防止層上に厚さ０．６μｍの酸化物超電導層を形成し
た。まず、レーザ蒸着装置の真空容器の内部を２０ｍｔ
ｏｒｒに減圧し、基材の温度を５５０〜６００℃とし、
ターゲットとしてＹ₂Ｏ₃製のものを用い、レーザ蒸着を
行うことにより、厚さ０．４μｍのＹ₂Ｏ₃拡散防止層を
形成した。ターゲット蒸発用のレーザとして波長２４８
ｎｍのＫｒ−Ｆレーザを用いた。レーザ周波数は１００
Ｈｚ、レーザの照射エネルギーは４００ｍＪである。次
に、ターゲットとしてＹ_0.7Ｂａ_1.7Ｃｕ_3.0Ｏ_7-3成る組
成の酸化物超電導体からなるターゲットを用い、レーザ
蒸着処理室の内部を１．０×１０^-5トールに減圧した
後、内部に酸素を導入して２．０×１０^-3トールとし、
基材の送り出し速度を１．０ｍ／ｈｒとし、基材の温度
を７００〜７５０℃とした後、レーザ蒸着を行った。こ
の成膜後、５００℃で１２０分間、酸素雰囲気中におい
て薄膜を熱処理した。以上のようにして、厚さ約０．２
ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ１０ｃｍの酸化物超電導導体を
得た。

【００４３】（実施例２）実施例１と同様にして、テー
プの基材に結晶が配向制御されたＹＳＺ配向制御多結晶
中間薄膜を形成した後に、図５に示す高周波スパッタ装
置を使用して、ＹＳＺ配向制御多結晶中間薄膜上にＣｅ
Ｏ₂の拡散防止層を形成した。高周波スパッタ装置の真
空容器の内部を７．７×１０^-3トールに減圧し、ターゲ
ットとしてＣｅＯ₂製のものを用い、スパッタ出力３０
０Ｗ、基材温度６００℃に設定し、スパッタリングを１
時間行ってＹＳＺ配向制御多結晶中間薄膜の上面に厚さ
０．２５μｍのＣｅＯ₂拡散防止層を形成した。次に、
図６に示すレーザ蒸着装置を使用して、ＣｅＯ₂拡散防
止層の上に厚さ０．６μｍの酸化物超電導層を形成し
た。ターゲットとしてＹ_0.7Ｂａ_1.7Ｃｕ_3. ₀Ｏ_7-3成る組
成の酸化物超電導体からなるターゲットを用い、レーザ
蒸着処理室の内部を１．０×１０^-6トールに減圧した
後、内部に酸素を導入して２．０×１０^-3トールとし、
基材の送り出し速度を１．０ｍ／ｈｒとし、基材の温度
を７００〜７５０℃とした後、レーザ蒸着を行った。タ
ーゲット蒸発用のレーザとして波長２４８ｎｍのＫｒ−
Ｆレーザを用いた。この成膜後、５００℃で１２０分
間、酸素雰囲気中において薄膜を熱処理した。以上のよ
うにして、厚さ約０．２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ１０ｃ
ｍの酸化物超電導導体を得た。

【００４４】（比較例１）拡散防止層を形成させなかっ
たこと以外は実施例２と同様にして、厚さ約０．２ｍ
ｍ、幅１０ｍｍ、長さ１０ｃｍの酸化物超電導導体を得
た。

【００４５】実施例１〜２及び比較例１により得られた
酸化物超電導導体を液体窒素で冷却した後、７７Ｋ、０
Ｔの条件で測定した臨界電流値と臨界電流密度との値を
表１に示す。また、実施例１〜２で形成された酸化物超
電導導体の拡散防止層のＸ線回折の測定結果を図７に、
Ｘ線極点図を図８に示す。更に、実施例及び比較例で得
られた酸化物超電導層の極点図を図９〜図１０に示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】実施例１〜２は、臨界電流値、臨界電流密
度の値が良好である。また、図７のＸ線回折の結果にお
いて、拡散防止層が基材の上方に向けてｃ軸配向してい
ることが確認され、図８のＸ線極点図の結果では、拡散
防止層の結晶配向性が優れていることが確認される。更
に、図９のＸ線極点図の結果では、酸化物超電導層の結
晶配向性が優れていることを示している。従って、拡散
防止層の結晶配向性が高いために、酸化物超電導層の結
晶配向性も高くなり、臨界電流値、臨界電流密度の値が
良好になったものと思われる。

【００４８】また、比較例１では、超電導特性が大きく
劣化している。図１０のＸ線極点図の結果からは酸化物
超電導層の結晶配向性が高いことが示される。しかし、
拡散防止層が形成されていないために、図１１のエネル
ギー分散型Ｘ線分析の結果から、酸化物超電導層から配
向制御多結晶中間薄膜へＢａ原子の拡散が起きているこ
とが明らかであり、酸化物超電導層の結晶構造が崩れた
ことによる超電導特性の劣化が起きたものと考えられ
る。

【００４９】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば、上述の実施の形態においては、拡散防止層として
Ｙ₂Ｏ₃とＣｅＯ₂の例を示したが、これに限定されるも
のではなく、結晶構造が立方晶系であり、その格子定数
が、配向制御多結晶中間薄膜を形成する結晶の格子状数
に近いものであれば、どのようなものでも可能である。

【００５０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
酸化物超電導導体は、配向制御多結晶中間薄膜と酸化物
超電導層との間に、拡散防止層が形成されたものである
ので、酸化物超電導層からの元素の拡散が起こらず、結
晶構造が崩れることがないので、良好な超電導特性を示
すことができる。また、本発明の酸化物超電導導体は、
その拡散防止層がＹ₂Ｏ₃とＣｅＯ₂の少なくとも一つか
らなり、拡散防止層の結晶配向性が優れ、それに伴って
酸化物超電導層の結晶配向性が優れるので、良能な超電
導特性を示すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である酸化物超電導導体
を示す斜視断面図である。

【図２】本発明の実施の形態である酸化物超電導導体
を製造するための装置であって、配向制御多結晶中間薄
膜を形成するためのイオンビームスパッタ装置を示す構
成図である。

【図３】図２に示す装置に用いられるイオンガンを示
す構成図である。

【図４】本発明の実施の形態である酸化物超電導導体
を製造するための装置であって、拡散防止層と酸化物超
電導層とを形成するためのレーザ蒸着装置を示す構成図
である。

【図５】本発明の実施の形態である酸化物超電導導体
を製造するための装置であって、拡散防止層を形成する
ための高周波スパッタリング装置を示す構成図である。

【図６】本発明の実施の形態である酸化物超電導導体
を製造するための装置であって、酸化物超電導層を形成
するためのレーザ蒸着装置を示す構成図である。

【図７】実施例で得られた酸化物超電導導体の拡散防
止層のＸ線回折の結果を示す図であって、（ａ）は実施
例１の測定結果を示す図であり、（ｂ）は実施例２の測
定結果を示す図である。

【図８】実施例で得られた酸化物超電導導体の拡散防
止層のＸ線極点図であって、（ａ）は実施例１の測定結
果を示す図であり、（ｂ）は実施例２の測定結果を示す
図である。

【図９】実施例で得られた酸化物超電導導体の酸化物
超電導層のＸ線極点図であって、（ａ）は実施例１を示
す図であり、（ｂ）は実施例２を示す図である。

【図１０】比較例１で得られた酸化物超電導導体の酸
化物超電導層のＸ線極点図を示す図である。

【図１１】比較例１で得られた酸化物超電導導体の断
面を分析した結果を示す図であって、（ａ）は酸化物超
電導層の配向制御多結晶中間薄膜との界面付近のエネル
ギー分散型Ｘ線分析結果を示す図であり、（ａ）は配向
制御多結晶中間薄膜の酸化物超電導層との界面付近のエ
ネルギー分散型Ｘ線分析結果を示す図である。

【図１２】従来の酸化物超電導導体を示す斜視断面図
である。

【符号の説明】

２０酸化物超電導導体２１基材２２配向制御多結晶中間薄膜２３拡散防止層２４酸化物超電導層

フロントページの続き (72)発明者斉藤隆東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】テープ状の基材と、この基材の面上に形
成されて多数の結晶粒が結合されてなり、該多数の結晶
粒のそれぞれの粒界傾角が３０度以下である配向制御多
結晶中間薄膜と、該配向制御多結晶中間薄膜上に形成さ
れた拡散防止層と、該拡散防止層上に形成された酸化物
超電導層を具備してなることを特徴とする酸化物超電導
導体。
【請求項２】請求項１に記載の酸化物超電導導体であ
って、前記拡散防止層がＹ₂Ｏ₃とＣｅＯ₂の少なくとも
一つからなることを特徴とする酸化物超電導導体。