KR20130065637A - 산화물 초전도 도체 및 그 제조 방법 - Google Patents

산화물 초전도 도체 및 그 제조 방법

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KR20130065637A
KR20130065637A KR1020127026168A KR20127026168A KR20130065637A KR 20130065637 A KR20130065637 A KR 20130065637A KR 1020127026168 A KR1020127026168 A KR 1020127026168A KR 20127026168 A KR20127026168 A KR 20127026168A KR 20130065637 A KR20130065637 A KR 20130065637A
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미쓰노리 이가라시
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가부시키가이샤후지쿠라
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Abstract

본 발명의 산화물 초전도 도체는, 기재(基材)와, 상기 기재 상에 형성된 산화물 초전도층을 구비하고, 상기 산화물 초전도층은, RE1Ba2Cu3Oy(식 중, RE는 희토류 원소를 나타내고, 6.5＜y＜7.1을 만족시킴)의 조성식으로 표시되는 산화물 초전도체로 이루어지고, 또한 Tb을 포함하는 이종상(heterophase)이 분산되어 있다.

Description

산화물 초전도 도체 및 그 제조 방법{OXIDE SUPERCONDUCTOR AND PRODUCTION METHOD FOR SAME}
본 발명은, 산화물 초전도 도체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본원은, 2010년 4월 21일에 일본에 출원된 일본 특허출원번호 2010-097808호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
RE123계 산화물 초전도체는, RE1Ba2Cu3Oy(RE: Y, Gd 등의 희토류 원소, 6.5＜y＜7.1)의 조성으로 표기되고, 액체 질소 온도(77K)보다 높은 임계 온도를 가지고 있으며, 초전도 디바이스, 변압기, 한류기(current limiter), 모터, 또는 마그넷 등의 초전도 기기에 대한 응용이 기대되고 있다.
일반적으로, RE123계 산화물 초전도체를 이용하여 양호한 결정 배향성을 가지도록 성막된 초전도체는, 무자장 하에서 고임계 전류 특성을 나타낸다. 그러나, 초전도 상태의 초전도체에 자장을 인가하여, 전류를 흐르게 하면, 초전도체에 침입하고 있는 양자화 자속에 로렌츠력(Lorentz Force)이 생긴다. 이 때, 로렌츠력에 의해 양자화 자속이 이동하면, 전류 방향으로 전압이 발생하고, 저항이 생긴다. 이 로렌츠력은, 전류값이 증가할수록, 또한 자장이 강해질수록 커지므로, 저항도 커져서, 임계 전류 특성이 저하된다.
그 해결책으로서 일반적으로 초전도층 내에 불순물 또는 결함 등의 나노 스케일의 이종상(heterophase)을 혼입시켜, 자속을 피닝(pinning)함으로써, 초전도체의 자계 중의 임계 전류 특성이 개선되는 것으로 알려져 있다.
이와 같은 방법으로서는, 예를 들면, 초전도 재료의 RE와 Ba의 치환량, 초전도층 성막 시의 기판 온도, 또는 산소 분압을 제어하여, 초전도층 중에 생성되는 적층 결함의 양을 제어함으로써, 초전도 적층체 중에 미세한 고정점을 도입하는 방법(특허 문헌 1 참조)이 제안되어 있다. 또는, RE123계 산화물 초전도체로 이루어지는 초전도층 중에, BaZrO3, BaWO4, BaNb2O6, BaSnO3, BaHfO3 또는 BaTiO3 등의 페로브스카이트(Perovskite) 구조를 가지는 Ba 산화물의 주상(柱狀) 결정을, 초전도층의 막 두께 방향으로 간헐적으로 배열하여 도입하는 방법(특허 문헌 2 참조) 등이 제안되어 있다.
일본 특허출원 공개번호 2005-116408호 공보 일본 특허출원 공개번호 2008-130291호 공보
그러나, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은, 적층 결함 도입에 의해 자장 중의 임계 전류 특성을 개선하고자 하는 시도에서는, 고임계 전류를 가능하게 하는 초전도 박막 형성을 위한 최적 조건을 의도적으로 제외하게 된다. 본래, 초전도층의 성막 시에는 성막 조건의 엄밀한 제어가 필요하다. 따라서, 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이 산소 분압 또는 기판 온도 등의 성막 조건을 변화시켜 초전도층을 성막하는 방법은, 최적 성막 조건으로부터 벗어난 성막 방법이 된다. 그러므로, 임계 전류 특성이 크게 열화되거나, 결함량의 제어가 곤란하게 되어, 그 장척(長尺)에 걸쳐 균일한 임계 전류 특성을 가진 초전도 선재를 제조하기 곤란하게 되는 문제가 있었다.
또한, 특허 문헌 2에 기재되어 있는 바와 같은, 주상 결정을 초전도층에 도입함으로써 자장 중의 임계 전류 특성을 개선하는 시도에서는, 상기 적층 결함의 제어보다는 간편하지만, 무자장 또는 극저자장 영역에서의 임계 전류 특성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 주상 결정이 c축[초전도층의 막 두께 방향; 초전도 선재의 기재(基材)에 대하여 수직인 방향]에 대하여 평행으로 지나치게 크게 성장함으로써, c 축 방향으로 자장이 인가된 경우에는, 양자화 자속의 움직임을 억제하는 강한 효과를 얻을 수 있지만, c 축에 대하여 45° 방향 등, 다른 각도로 자장이 인가된 경우에는, 양자화 자속의 움직임을 억제하는 효과가 약하기 때문에, 임계 전류 특성의 저하가 약간 커지는 문제가 있다.
본 발명은, 이와 같은 종래의 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 자장 중의 임계 전류의 저하를 억제하여, 양호한 임계 전류 특성을 가지는 산화물 초전도 도체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 태양의 산화물 초전도 도체는, 기재와, 상기 기재 상에 형성된 산화물 초전도층을 구비한다. 상기 산화물 초전도층은, RE1Ba2Cu3Oy(식 중, RE는 희토류 원소를 나타내고, 6.5＜y＜7.1을 만족시킴)의 조성식으로 표시되는 산화물 초전도체로 이루어진다. 상기 산화물 초전도층에는, Tb(테르븀)을 포함하는 이종상이 분산되어 있다.
본 발명의 제1 태양의 산화물 초전도 도체에 있어서는, 상기 이종상이, Ba과 Tb을 포함하는 산화물인 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 태양의 산화물 초전도 도체에 있어서는, 상기 이종상이, 4가의 상기 Tb에 기인한 주상 결정과, 3가의 상기 Tb에 기인한 점결함을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 태양의 산화물 초전도 도체에 있어서는, 상기 Tb이, 상기 RE1Ba2Cu3Oy(식 중, RE는 희토류 원소를 나타내고, 6.5＜y＜7.1을 만족시킴)에 대하여 0.1질량% 이상 4질량% 이하의 범위에서 상기 산화물 초전도층에 함유되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 태양의 산화물 초전도 도체에 있어서는, 상기 기재와 상기 산화물 초전도층 사이에, 중간층과 캡층이 이 순서로 개재되어, 상기 산화물 초전도층 상에 안정화층이 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다.
전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제2 태양의 산화물 초전도 도체의 제조 방법은, RE1Ba2Cu3Oy(식 중, RE는 희토류 원소를 나타내고, 6.5＜y＜7.1을 만족시킴)의 조성식으로 표시되는 산화물 초전도체의 구성 원소와 Tb을 포함하는 타깃을 사용하여, 물리 기상 증착법에 의해, 기재 상에 Tb을 포함하는 이종상이 분산된 산화물 초전도층을 형성한다.
본 발명의 제2 태양의 산화물 초전도 도체의 제조 방법에 있어서는, 상기 타깃으로서 상기 RE1Ba2Cu3Oy(식 중, RE는 희토류 원소를 나타내고, 6.5＜y＜7.1을 만족시킴)을 포함하는 분말에 대하여, Tb4O7 분말을 0.1mol% 이상 5mol% 이하의 범위에서 혼입시켜 소결시킨 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 태양의 산화물 초전도 도체에는, 가수(價數)로서 3가와 4가를 취할 수 있는 Tb이 RE123계 산화물 초전도층 중에 도입되어 있다. 이로써, Tb을 포함하는 이종상, 보다 상세하게는, 4가의 Tb에 기인하는 주상 결정과, 3가의 Tb에 기인하는 점결함이, 산화물 초전도층 중에 혼재하고 있다. 이로써, c축 방향으로 자장을 인가한 경우에는, 주상 결정에 의해, 양자화 자속의 움직임을 억제하는 플럭스 피닝(fulx pinning) 효과를 얻을 수 있다. 한편, c축 방향 이외의 방향으로 자장을 인가한 경우에는, 점결함에 의해 양자화 자속의 움직임을 억제할 수 있다. 즉, 점결함에 있어서는 자장으로의 이방성이 적고, 등방적으로 양자화 자속의 움직임을 억제할 수 있다. 또한, Tb은 3가와 4가를 가질 수 있으며, 4가의 Tb에 기인하는 주상 결정은, 종래의 단순 페로브스카이트 구조의 주상 결정의 인공 피닝(artificial pinning)에 비하면, c축 방향의 성장이 억제되는 경향이 있다. 그 결과, 4가의 Tb의 주상 결정에 있어서는, c축 방향의 결정이 알맞은 길이로 성장하며, 또한 3가의 Tb에 기인하는 점결함의 등방적인 피닝 효과가 상보적으로 작용하여, 자장이 인가되는 모든 각도 영역에 있어서, 임계 전류 특성의 개선이 가능하게 된다.
본 발명의 제2 태양의 산화물 초전도 도체의 제조 방법에서는, RE1Ba2Cu3Oy의 조성식으로 표시되는 산화물 초전도체의 구성 원소와 Tb을 원하는 비율로 혼입시킨 원료를 사용함으로써, 임계 전류 특성이 양호한 산화물 초전도 도체를 간편하게 제조할 수 있다. 또한, 펄스 레이저 증착법(PLD법) 등의 물리 기상 증착법으로, RE1Ba2Cu3Oy의 조성식으로 표시되는 산화물 초전도체의 구성 원소와 Tb을 포함하는 타깃을 사용함으로써, 종래의 성막 장치를 사용하여, 간편한 공정으로 산화물 초전도 도체를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산화물 초전도 도체의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 산화물 초전도 도체의 제조 방법에서 사용되는 성막 장치의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 임계 전류의 자장 인가 각도 의존성을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 산화물 초전도 도체 및 그 제조 방법의 일실시형태에 대하여 설명한다. 본 발명의 산화물 초전도 도체는, 기재와, 기재 상에 형성된 산화물 초전도층을 구비한다. 상기 산화물 초전도층은, RE1Ba2Cu3Oy(RE123; 식 중, RE는 희토류 원소를 나타내고, 6.5＜y＜7.1을 만족시킴)의 조성식으로 표시되는 산화물 초전도체로 이루어진다. 또한, 이 산화물 초전도층에는 Tb을 포함하는 이종상이 분산되어 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 산화물 초전도 도체의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 1에 나타내는 산화물 초전도 도체(10)는, 기재(11) 상에, 베드층(12), 중간층(13), 캡층(14), 및 산화물 초전도층(15)이 이 순서로 적층되어 있다. 산화물 초전도층(15) 상에는, 안정화층(16)이 적층되어 있다. 산화물 초전도 도체(10)에 있어서, 베드층(12)은 생략할 수도 있다.
본 실시형태의 산화물 초전도 도체(10)에 적용할 수 있는 기재(11)로서는, 통상의 초전도 선재 또는 초전도 도체의 기재가 사용 가능하며, 고강도를 가지는 기재이면 된다. 기재(11)의 형상으로서는, 장척(長尺)의 케이블을 형성하기 위해 테이프형인 것이 바람직하다. 기재(11)의 재질로서는, 내열성 금속이 바람직하다. 이 금속으로서는, 예를 들면, 은, 백금, 스테인레스강, 동(銅), 하스텔로이(미국 헤인즈사 등록상표) 등의 니켈 합금 등의 각종 금속 재료가 있고, 또는 이들 각종 금속 재료 상에 세라믹스가 배치된 재료 등을 예로 들 수 있다. 각종 내열성 금속 중에서도, 니켈 합금이 바람직하다. 그 중에서도, 시판 제품 중에서는, 하스텔로이가 매우 적합하다. 하스텔로이로서는, 몰리브덴, 크롬, 철, 코발트 등의 성분량이 상이한, 하스텔로이 B, C, G, N, W 등의 어떤 종류도 사용할 수 있다. 기재(11)의 두께는, 목적에 따라 적절하게 조정하면 되며, 통상적으로는, 10∼500 ㎛이다.
베드층(12)은, 내열성이 높고, 기재(11)와의 계면반응성을 저감시키고, 그 위에 배치되는 막의 배향성을 얻기 위해 사용한다. 이와 같은 베드층(12)은, 필요에 따라 배치되며, 예를 들면, 이트리어(Y2O3), 질화 규소(Si3N4), 산화 알류미늄(Al2O3, 「알루미나」라고도 함) 등으로 구성된다. 베드층(12)은, 예를 들면, 스퍼터링법 등의 성막법에 의해 형성되고, 베드층(12)의 두께는 예를 들면, 10∼200 nm이다.
또한, 본 발명에 있어서, 산화물 초전도 도체(10)의 구조는 도 1에 나타낸 구조로 한정되지 않으며, 기재(11)와 베드층(12) 사이에 확산 방지층이 개재된 구조를 사용해도 된다. 확산 방지층은, 기재(11)의 구성 원소가 베드층(12)을 통하여 산화물 초전도층(15)으로 확산되는 것을 방지할 목적으로 형성된 층이며, 질화 규소(Si3N4), 산화 알류미늄(Al2O3), 또는 희토류 금속 산화물 등으로 구성된다. 확산 방지층의 두께는, 예를 들면, 10∼400 nm이다. 그리고, 확산 방지층의 결정성은 거론하지 않기 때문에, 통상적인 스퍼터링법 등의 성막법에 의해 형성하면 된다.
후술하는 중간층(13) 또는 캡층(14) 및 산화물 초전도층(15) 등의 다른 층을 기재(11) 상에 형성할 때, 이와 같은 층이 필연적으로 가열되거나 열처리된 결과로서 열이력(heat history)을 받으면, 기재(11)의 구성 원소의 일부가 베드층(12)을 통하여 산화물 초전도층(15)으로 확산되는 경우가 있다. 그러므로, 기재(11)와 베드층(12) 사이에 확산 방지층을 개재시킴으로써, 이 구성 원소의 확산을 억제할 수 있다. 특히, 확산 방지층과 베드층(12)이 적층된 2층 구조를 채용함으로써, 기재(11) 측으로부터 기재(11)의 위쪽을 향해 원소가 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 기재(11)와 베드층(12) 사이에 확산 방지층을 개재시키는 경우의 예로서는, 확산 방지층으로서 Al2O3를 사용하고, 베드층(12)으로서 Y2O3를 사용하는 조합을 예시할 수 있다.
중간층(13)의 구조는, 단층 구조 또는 복층 구조 중 어느 것이라도 된다. 중간층(12)의 재질로서는, 그 위에 적층되는 산화물 초전도층(15)의 결정 배향성을 제어하기 위하여, 2축 배향하는 물질로부터 선택된다. 중간층(13)의 바람직한 재질로서 구체적으로는, Gd2Zr2O7, MgO, ZrO2-Y2O3(YSZ), SrTiO3, CeO2, Y2O3, Al2O3, Gd2O3, Zr2O3, Ho2O3, Nd2O3 등의 금속 산화물을 예시할 수 있다.
중간층(13)의 두께는, 목적에 따라 적절하게 조정하면 되지만, 통상적으로는, 0.005∼2 ㎛의 범위이다.
중간층(13)은, 스퍼터링법, 진공 증착법, 레이저 증착법, 전자 빔 증착법, 이온 빔 어시스트 증착법(이하, IBAD법으로 약기함), 화학 기상 성장법(CVD법) 등의 물리적 증착법; 도포 열분해법(MOD법); 용사(溶射) 등, 산화물 박막을 형성하는 공지의 방법으로 적층할 수 있다. 특히, IBAD법으로 형성된 상기 금속 산화물층은, 결정 배향성이 높고, 산화물 초전도층(15) 또는 캡층(14)의 결정 배향성을 제어하는 효과가 높은 점에서 바람직하다. IBAD법이란, 금속 산화물의 증착시에, 베이스부의 증착면에 대하여 소정 각도로 이온 빔을 조사함으로써, 결정축을 배향시키는 방법이다. 통상적으로, 이온 빔으로서 아르곤(Ar) 이온 빔을 사용한다. 예를 들면, Gd2Zr2O7, MgO 또는 ZrO2-Y2O3(YSZ)로 이루어지는 중간층(13)은, IBAD법에서의 결정 배향도를 나타내는 지표인 ΔΦ(FWHM: 반값 전폭)의 값을 작게 할 수 있으므로, 특히 바람직하다.
캡층(14)은, 중간층(13)의 표면에 대하여 에피택셜 성장(epitaxial growth)하고, 그 후, 가로 방향(면과 평행한 방향)으로 입성장(grain growth)[과성장(over growth)]하여, 결정립(結晶粒)이 면 내측 방향으로 선택 성장하는 과정을 거쳐 형성된 층인 것이 바람직하다. 이와 같은 캡층(14)은, 상기 금속 산화물층으로 이루어지는 중간층(13)보다 높은 면내 배향도를 얻을 수 있다.
캡층(14)의 재질은, 전술한 기능을 발현할 수 있는 재질이면 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 재질로서, 구체적으로는, CeO2, Y2O3, Al2O3, Gd2O3, Zr2O3, Ho2O3, Nd2O3 등을 예시할 수 있다. 캡층(14)의 재질이 CeO2인 경우, 캡층(14)은, Ce의 일부가 다른 금속 원자 또는 금속 이온으로 치환된 Ce-M-O계 산화물을 포함할 수도 있다.
이 CeO2층은, PLD법(펄스 레이저 증착법), 스퍼터링법 등으로 성막할 수 있지만, 큰 성막 속도를 얻을 수 있는 점에서 PLD법을 사용하는 것이 바람직하다. PLD법에 따른 CeO2층의 성막 조건으로서는, 기재의 온도가 약 500∼1000 ℃로 설정되고, 압력이 약 0.6∼100 Pa로 설정되며, 성막 가스(가스 분위기)로서 산소가 사용되는 조건을 예로 들 수 있다.
CeO2층의 막 두께는, 50nm 이상이면 되지만, 충분한 배향성을 얻고자 한다면 100nm 이상이 바람직하고, 500nm 이상이면 더욱 바람직하다. 다만, CeO2층이 지나치게 두꺼우면, 결정 배향성이 악화되므로, 그 막 두께는 500∼1000 nm인 것이 바람직하다.
이와 같이, 양호한 배향성을 가지는 캡층(14) 상에 후술하는 산화물 초전도층(15)을 형성하면, 산화물 초전도층(15)도 캡층(14)의 배향성에 정합(整合)하도록 결정화된다. 따라서, 캡층(14) 상에 형성된 산화물 초전도층(15)은, 결정 배향성에 불균일이 거의 없다. 또한, 산화물 초전도층(15)을 구성하는 각각의 결정립에는, 기재(11)의 두께 방향으로 전기가 용이하게 흐르지 못하는 c축이 배향하며, 기재(11)의 길이 방향으로 a축끼리 또는 b축끼리 배향하고 있다. 따라서, 얻어진 산화물 초전도층(15)은, 결정립계(結晶粒界)에서의 양자적(陽子的) 결합성이 우수하며, 결정립계에서의 초전도 특성의 열화가 거의 없기 때문에, 기재(11)의 길이 방향으로 전기가 흐르기 용이하게 되어, 충분히 높은 임계 전류 밀도를 얻을 수 있다.
산화물 초전도층(15)은, RE123계 산화물 초전도체로 이루어지고, 산화물 초전도층(15)에 있어서는, Tb을 포함하는 이종상이 분산되어 있다. RE123계 산화물 초전도체는, RE1Ba2Cu3Oy(식 중, RE는 Y, La, Nd, Sm, Er, Gd 등의 희토류 원소를 나타내고, 6.5＜y＜7.1을 만족시킴)로 이루어지는 조성으로 표시되는 물질이며, 이와 같은 물질 중에서도, Gd1Ba2Cu3Oy, Y1Ba2Cu3Oy가 바람직하다.
산화물 초전도층(15)에 분산되어 있는 이종상은, Tb을 포함하고, 이 이종상이 상전도(常電導) 부분이 되어 산화물 초전도층(15) 중의 양자화 자속의 움직임을 억제하는 인공 피닝으로서 기능한다.
Tb은 희토류 원소 중에서도 가수로서 3가와 4가를 취할 수 있는 드문 원소이다. 이와 같은 Tb을 RE1Ba2Cu3Oy(RE123계)의 산화물 초전도층(15) 중에 도입하면, 4가의 Tb은 Ba과의 산화물인 BaTbO3를 형성하며 주상 결정으로서 성장한다. 또한, 3가의 Tb은, Tb4O7 또는 이와 유사한 산화물을 형성하고, 산화물 초전도층(15) 중에 점형의 결함(점결함)으로서 존재한다.
종래, RE123계 초전도층의 양자화 자속의 인공 피닝으로서 알려진 물질로서는, Zr 등의 4가의 원소가 사용되어 왔다. 이 경우에는, Zr을 도입함으로써, BaZrO3 등의 페로브스카이트 구조의 주상 결정을 c축 방향(초전도층의 막 두께 방향; 기재의 수직 방향)으로 성장시키고 있다. 그러나, 이와 같은 종래의 주상 결정의 인공 피닝에서는, c축 방향으로 결정이 지나치게 성장하여, c축 방향의 자장 중에서는 양호한 임계 전류 특성을 가지지만, c 축에 대하여 수직인 방향(초전도층의 수평 방향; 기재의 수평 방향) 등, c축으로부터 어긋난 방향의 자장이 인가되면 임계 전류 특성의 저하가 일어나는 문제점이 있었다. 즉, 인공 피닝으로서 주상 결정을 도입하는 방법으로는, 자장으로의 이방성이 강한 문제점이 있었다.
본 발명에 있어서는, 가수로서 3가와 4가를 취할 수 있는 Tb을 산화물 초전도층(15) 중에 도입함으로써, 4가의 Tb에 기인하는 주상 결정과, 3가의 Tb에 기인하는 점결함이 산화물 초전도층(15) 중에 혼재시키고 있다. 이로써, c축 방향으로 자장을 인가한 경우에는, 4가의 Tb에 기인하는 주상 결정에 의해, 양자화 자속의 움직임을 억제하는 플럭스 피닝 효과를 얻을 수 있고, c축 방향 이외의 방향으로 자장을 인가한 경우에는, 3가의 Tb에 기인하는 점결함에 의해, 양자화 자속의 움직임을 억제하는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 점결함에 있어서는 자장으로의 이방성이 적고, 등방적으로 양자화 자속의 움직임을 억제할 수 있다. 또한, Tb은 3가와 4가를 취할 수 있으므로, 4가의 Tb에 기인하는 주상 결정은, 종래의 단순한 페로브스카이트 구조의 주상 결정의 인공 피닝에 비해, c축 방향의 성장이 억제되는 경향이 있다. 그 결과, 4가의 Tb의 주상 결정에 있어서는, c축 방향의 결정이 10nm∼100nm의 알맞은 길이로 성장하며, 또한 3가의 Tb에 기인하는 점결함의 등방적인 플럭스 피닝 효과가 상보적으로 작용하여, 자장이 인가되는 모든 각도의 영역에 있어서, 임계 전류 특성의 개선이 가능하게 된다.
산화물 초전도층(15) 중에서의, Tb의 도입 비율은, RE1Ba2Cu3Oy의 모상(母相)에 대하여 Tb 원소가 0.1∼4 질량%의 범위에서 도입되고 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 후술하는 바와 같이 산화물 초전도층(17)을 펄스 레이저 증착(PLD)법에 의해 성막하는 경우, RE1Ba2Cu3Oy(RE123계) 분말, 또는 RE1Ba2Cu3Oy(RE123계)의 구성 원소를 포함하는 분말에 대하여, Tb4O7 분말을 0.1∼5 mol% 혼입시켜 소결시킨 타깃을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 mol% 또는 질량%의 범위에서 산화물 초전도층(15) 중에 Tb을 도입함으로써, 양자화 자속의 움직임을 효과적으로 억제하고, 자장 중의 임계 전류의 저하를 억제하여, 양호한 임계 전류 특성을 가지는 산화물 초전도 도체(10)를 얻을 수 있다.
이에 비해, Tb의 도입 비율이 0.1 질량% 미만인 경우, 또는 Tb4O7 분말의 혼입량이 0.1mol% 미만인 경우에는, Tb 도입에 의한 플럭스 피닝 효과를 쉽게 얻을 수 없게 될 가능성이 있다. 한편, Tb의 도입 비율이 4질량%를 초과하는 경우, 또는 Tb4O7 분말의 혼입량이 5mol%를 초과하는 경우에는, 산화물 초전도층(15) 중에서의 RE123계 산화물 초전도체의 비율이 지나치게 낮아져, 산화물 초전도 도체(10)의 초전도 특성이 저하될 가능성이 있다.
산화물 초전도층(15)의 조성의 비율은, 예를 들면, 전자 빔의 해석 데이터로 조성을 특정하고, 단면을 투과형 전자 현미경(TEM)으로 관찰하여, 이종상의 비율을 구함으로써 특정할 수 있다.
산화물 초전도층(15)의 두께는, 목적에 따라 적절하게 조정 가능하지만, 0.3∼9 ㎛인 것이 바람직하고, 0.5∼5 ㎛인 것이 보다 바람직하다. 또한, 산화물 초전도층(15)은, 균일한 두께를 가지는 것이 바람직하다.
산화물 초전도층(15)은, 스퍼터링법, 진공 증착법, 레이저 증착법, 전자 빔 증착법 등의 물리 기상 증착법; 화학 기상 성장법(CVD법); 도포 열분해법(MOD법) 등으로 적층할 수 있다. 이들 중에서도, 생산성의 관점에서 펄스 레이저 증착법(PLD법), TFA-MOD법(트리플루오로아세트산염을 사용한 유기 금속 퇴적법, 도포 열분해법) 또는 CVD법을 사용하는 것이 바람직하다.
MOD법은, 금속 유기산염을 도포한 후에 열분해시키는 방법이다. 보다 구체적으로는, 금속 성분의 유기 화합물을 균일하게 용해시킨 용액을 기재 상에 도포한 후, 이 용액을 가열하여 열분해시킴으로써 기재 상에 박막을 형성한다. 이 방법은, 진공 프로세스를 필요로 하지 않고, 저비용으로 고속 성막이 가능하므로 장척의 테이프형 산화물 초전도 도체의 제조에 적합하다. 이 MOD법으로는, 원료 용액의 조성을 조정함으로써, 형성되는 산화물 초전도층(15) 중의 Tb의 도입 비율을 제어할 수 있다.
CVD법으로는, 원료 가스의 종류 또는 유량을 제어함으로써, 형성되는 산화물 초전도층(15) 중의 Tb의 도입 비율을 제어할 수 있다. PLD법으로는, 사용하는 타깃의 조성비를 조정함으로써, 형성되는 산화물 초전도층(15) 중의 Tb의 도입 비율을 제어할 수 있다.
전술한 방법에 의해 산화물 초전도층(15)을 형성하기 위해서는, RE1Ba2Cu3Oy(RE123계)에 대하여 Tb 원소가 0.1∼4 질량%의 범위에서 혼입되도록 원료의 조성비를 조정함으로써, 그 조성비가 반영된 박막[산화물 초전도층(15)]을 형성할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면, 펄스 레이저 증착(PLD)법에 의해 성막할 경우, RE1Ba2Cu3Oy(RE123계) 분말, 또는 RE1Ba2Cu3Oy(RE123계)의 구성 원소를 포함하는 분말에 대하여, Tb4O7 분말을 0.1∼5 mol% 혼입시켜 소결시킨 타깃을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 mol% 또는 질량%의 범위에서 RE123계 산화물 초전도체 중에 Tb을 혼입함으로써, 전술한 바와 같이 주상 결정과 점결함이 형성되고, 양자화 자속의 움직임을 효과적으로 억제하고, 자장 중의 임계 전류의 저하를 억제하여, 양호한 임계 전류 특성을 가지는 산화물 초전도 도체(10)를 얻을 수 있다.
이에 비해, RE123계 원료에 대한 Tb 원소의 혼입량이 0.1질량% 미만인 경우, 또는 Tb4O7 분말의 혼입량이 0.1mol% 미만인 경우에는, Tb 도입에 의한 플럭스 피닝 효과를 용이하게 얻을 수 없게 될 가능성이 있다. 한편, RE123계 원료에 대한 Tb 원소의 혼입량이 4질량%를 초과하는 경우, 또는 Tb4O7 분말의 혼입량이 5mol%를 초과하는 경우, 산화물 초전도층(15) 중에서의 RE123계 산화물 초전도체의 비율이 지나치게 낮아져, 산화물 초전도 도체(10)의 초전도 특성이 저하될 가능성이 있다.
본 발명에 있어서, 전술한 방법 중에서도, 물리 기상 증착법인 PLD법에 의해 산화물 초전도층(15)을 형성하는 것이 특히 바람직하다. 이하, 본 발명의 산화물 초전도 도체의 제조 방법의 일실시형태로서 PLD법에 따른 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 2는, PLD법에 따른 산화물 초전도층의 성막에 사용되는 레이저 증착 장치의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2에 나타내는 레이저 증착 장치(20)는, 기재(11) 상에 베드층(12), 중간층(13), 및 캡층(14)이 차례로 적층된 장척의 박막 적층체(25)를 권취하는 릴 등의 복수의 권취 부재를 포함한다. 복수의 권취 부재는, 권취 부재의 축 방향이 서로 거의 평행하게 되도록(동축적으로) 배열되어 있다. 보다 구체적으로는, 레이저 증착 장치(20)는, 한 쌍의 권취 부재군(23, 24)[제1 권취 부재(23) 및 제2 권취 부재(24)], 송출 릴(21), 권취 릴(22), 기판 홀더(26), 가열 장치(도시 생략), 타깃(27), 및 레이저광 발광 장치(28)를 구비하고 있다.
한 쌍의 권취 부재군(23, 24)은, 이격되어 대향 배치되어 있다. 송출 릴(21)은, 제1 권취 부재군(23)의 외측에 배치된 박막 적층체(25)를 송출한다. 권취 릴(22)은, 제2 권취 부재군(24)의 외측에 배치된 박막 적층체(25)를 권취한다. 기판 홀더(26)는, 권취 부재군(23, 24)의 권취에 의해 복수 열로 된 박막 적층체(25)를 지지한다. 가열 장치는, 기판 홀더(26)에 내장된 박막 적층체(25)를 가열시킨다. 타깃(27)은, 박막 적층체(25)와 대향 배치되어 있다. 레이저광 발광 장치(28)는, 타깃(27)에 레이저광 L을 조사한다.
한 쌍의 권취 부재군(23, 24), 송출 릴(21), 및 권취 릴(22)을 구동 장치(도시 생략)에 의해 서로 동기시켜 구동시킴으로써, 송출 릴(21)로부터 송출된 박막 적층체(25)가 한 쌍의 권취 부재군(23, 24) 둘레를 회전하고, 권취 릴(22)에 권취된다.
한 쌍의 권취 부재군(23, 24)에 권취된 장척의 박막 적층체(25)는, 권취 부재군(23, 24) 둘레를 회전함으로써, 증착 입자의 퇴적 영역 내에서 복수 열의 레인을 구성하도록 배치되어 있다. 그러므로, 본 실시형태의 레이저 증착 장치(20)에 있어서는, 레이저광 L을 타깃(27)의 표면에 조사하면, 타깃(27)으로부터 방출되거나 또는 증발한 증착 입자의 기류[이하, 플룸(plume)(29)이라고 함]가 생기고, 타깃(27)에 대향하는 영역을 주행하는 박막 적층체(25)의 표면을 향해 증착 입자를 퇴적시킬 수 있다.
타깃(27)은, 형성하고자 하는 산화물 초전도층(15)과 동일하거나 또는 유사한 조성, 또는 성막 중으로 도피하기 쉬운 성분을 많이 함유한 복합 산화물 또는 산화물 초전도체에, Tb을 포함하는 화합물이 원하는 비율로 혼입된 소결체 등의 판재로 이루어진다. 본 발명의 산화물 초전도 도체(10)의 산화물 초전도층(15)은, Tb을 포함하는 이종상을 함유하는 RE123계 산화물 초전도체이므로, RE1Ba2Cu3Oy(RE123계) 분말에 Tb을 포함하는 화합물이 혼입된 소결체 등을 타깃(27)으로서 사용할 수 있다. 타깃(27)으로서는, RE1Ba2Cu3Oy(RE123계) 분말에 대하여, Tb4O7 분말을 0.1∼ 5 mol% 혼입시켜 소결시킨 타깃을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 비율로 Tb을 혼입시킨 타깃(27)을 사용함으로써, RE123계 산화물 초전도층(15) 중에, Tb 원소가 0.1∼4 질량%의 범위에서 혼입되어, Tb을 포함하는 주상 결정 및 점결함의 이종상이 도입된다. 이와 같은 이종상이 양자화 자속의 인공 피닝으로서 기능함으로써, 양호한 임계 전류 특성의 산화물 초전도 도체(10)를 얻을 수 있다.
타깃(27)에 레이저광 L을 조사하는 레이저광 발광 장치(28)로서는, 타깃(27)으로부터 증착 입자를 방출시킬 수 있는 레이저광 L을 발생하는 장치라면, Ar-F(193nm), Kr-F(248nm) 등의 엑시머 레이저, YAG 레이저, CO2 레이저 등의 레이저광을 조사하는 어떤 장치를 사용해도 된다.
다음으로, 도 2에 나타내는 구성을 가지는 레이저 증착 장치(20)를 사용하여 장척의 박막 적층체(25) 상[기재(11) 상의 캡층(14)의 상면]에 산화물 초전도층(15)을 성막하는 방법을 설명한다. 먼저, 타깃(27)을 소정의 위치에 설치하고, 이어서, 송출 릴(21)에 권취되어 있는 박막 적층체(25)를 인출하면서, 한 쌍의 권취 부재군(23, 24)에 차례로 권취한다. 그 후, 박막 적층체(25)의 선단측을 권취 릴(22)에 권취 가능하게 장착한다.
이로써, 한 쌍의 권취 부재군(23, 24)에 권취된 박막 적층체(25)는, 한 쌍의 권취 부재군(23, 24) 둘레를 회전하고, 타깃(27)에 대향하는 위치로 복수 열 나란히 이동 가능하게 된다. 그 후, 배기 장치(도시 생략)를 구동시키고, 적어도 한 쌍의 권취 부재군(23, 24) 사이를 주행하는 박막 적층체(25)를 덮도록 설치된 처리 용기(도시하지 않음) 내를 감압시킨다. 이 때, 필요에 따라 처리 용기 내에 산소 가스를 도입하여, 용기 내의 분위기를 산소 분위기로 만들어도 된다.
다음으로, 타깃(27)에 레이저광 L을 조사하여 성막을 개시하기 전의 적절한 시기에, 가열 장치(도시 생략)에 전류를 통하여, 적어도 성막 영역을 주행하는 박막 적층체(25)를 가열하여, 박막 적층체(25)를 일정 온도로 보온한다. 성막 시의 박막 적층체(25)의 표면 온도는, 적절하게 조정 가능하며, 예를 들면, 780∼850 ℃로 할 수 있다.
이어서, 송출 릴(21)로부터 박막 적층체(25)를 송출하면서, 레이저광 발광 장치(28)로부터 레이저광 L을 발생시켜, 레이저광 L을 타깃(27)에 조사한다. 이 때, 레이저광 L이 조사되는 위치를 타깃(27)의 표면 상에서 이동하도록 타깃(27)을 주사(走査)하면서, 레이저광 L을 타깃(27)에 조사하는 것이 바람직하다. 또한, 타깃 이동 기구(機構)(도시 생략)에 의해, 타깃(27)을 그 평행한 면을 따라 이동시키는 것도 바람직하다. 이와 같이, 타깃(27)에서의 레이저광 L이 조사되는 위치를 이동시킴으로써, 타깃(27)의 표면 전체 영역으로부터 차례로 플룸(29)이 발생하고, 타깃(27)의 입자가 방출되거나, 또는 타깃(27)의 입자가 증발한다. 그러므로, 레인형으로 복수로 배열된 박막 적층체(25) 각각에 최대한 균일한 산화물 초전도층(15)을 성막할 수 있다.
타깃(27)으로부터 방출되거나 또는 증발한 증착 입자에 의해, 그 방사 방향의 단면적이 서서히 확대되어 가는 형상을 가지는 플룸(29)이 발생하여(도 2 참조), 복수 열로 나란히 이동하고 있는 박막 적층체(25)의 표면에, 증착 입자가 퇴적한다. 따라서, 박막 적층체(25)가 이들 한 쌍의 권취 부재군(23, 24) 둘레를 회전하는 동안, 산화물 초전도층(15)이 반복적으로 성막되며, 필요한 두께를 얻을 수 있도록 산화물 초전도층(15)이 박막 적층체(25) 상에 적층된다. 산화물 초전도층(15)의 성막 후, 얻어진 산화물 초전도 도체(10)는 권취 릴(21)에 권취된다.
이상의 공정에 의해, 박막 적층체(25)[기재(11) 상의 캡층(14)의 상면]에, Tb을 포함하는 주상 결정과 점결함인 이종상이 분산된 산화물 초전도층(15)을 형성할 수 있다.
산화물 초전도층(15) 상에는, 도 1에 나타낸 바와 같이 안정화층(16)이 적층되는 것이 바람직하다.
산화물 초전도층(15) 상에 적층되는 안정화층(16)은, 산화물 초전도층(15)의 일부 영역이 상전도 상태로 전이하고자 할 경우에, 산화물 초전도층(15)을 흐르는 전류가 전류(轉流)하는 전류의 비이패스로로서 기능한다. 이와 같이 안정화층(16)을 형성함으로써, 산화물 초전도층(15)의 초전도 상태가 안정화되어, 산화물 초전도층(15)의 소실이 방지된다.
안정화층(16)의 재료로서는, 도전성이 양호한 금속으로 이루어지는 재료를 채용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 은 또는 은 합금, 동 등으로 이루어지는 재료를 예시할 수 있다. 안정화층(16)의 구조는, 1층 구조라도 되고, 2층 이상의 적층 구조라도 된다.
안정화층(16)의 적층 방법으로서는, 공지의 방법이 사용되지만, 은층을 도금하거나 또는 스퍼터링법으로 형성하고, 그 위에 동 테이프 등을 접합시키는 등의 방법을 채용할 수 있다. 안정화층(16)의 두께는, 3∼300 ㎛의 범위로 설정할 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 산화물 초전도 도체(10)의 외주면을 절연층으로 피복함으로써, 초전도 선재를 얻을 수 있다.
절연층은, 통상적으로 사용되는 각종 수지 등, 공지의 재질로 이루어진다. 상기 수지로서는, 구체적으로는, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 폴리에스테르 수지, 규소 수지, 실리콘 수지, 알키드 수지, 비닐 수지 등을 예시할 수 있다. 절연층에 의한 피복의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 피복 대상의 부위 등에 따라 적절하게 조절하면 된다. 절연층의 재질에 따라 공지의 방법으로 절연층을 형성하면 되며, 예를 들면, 원료를 도포하고, 이 원료를 경화시키면 된다. 또한, 시트형의 절연층을 입수할 수 있는 경우에는, 이 절연층을 사용하여, 산화물 초전도 도체(10)를 피복해도 된다.
본 발명의 산화물 초전도 도체(10)에는, 가수로서 3가와 4가를 취할 수 있는 Tb을 산화물 초전도층(15) 중에 도입함으로써, Tb을 포함하는 이종상, 보다 상세하게는, 4가의 Tb에 기인하는 주상 결정과 3가의 Tb에 기인하는 점결함이 혼재하고 있다. 이로써, c축 방향으로의 자장의 인가에 의해서는, 주상 결정에 의한 양자화 자속의 움직임을 억제하는 플럭스 피닝 효과를 얻을 수 있고, 점결함에 있어서는 자장으로의 이방성이 적고, 등방적으로 양자화 자속의 움직임을 억제할 수 있다. 또한, Tb은 3가와 4가를 취할 수 있으므로, 4가의 Tb에 기인하는 주상 결정은, 종래의 단순한 페로브스카이트 구조의 주상 결정의 인공 피닝에 비해, c축 방향의 성장이 억제되는 경향이 있다. 그 결과, 4가의 Tb의 주상 결정에 있어서는, c축 방향의 결정이 10nm∼100nm의 알맞은 길이로 성장하며, 또한 3가의 Tb에 기인하는 점결함의 등방적인 플럭스 피닝 효과가 상보적으로 작용하여, 자장이 인가되는 모든 각도의 영역에 있어서, 임계 전류 특성의 개선이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 산화물 초전도 도체의 제조 방법에 의하면, 산화물 초전도체의 구성 원소와 Tb을 원하는 비율로 혼입시킨 원료를 사용함으로써, 임계 전류 특성이 양호한 산화물 초전도 도체를 간편하게 제조할 수 있다. 또한, 물리 기상 증착법인 펄스 레이저 증착법(PLD법)으로, RE1Ba2Cu3Oy의 조성식으로 표시되는 산화물 초전도체의 구성 원소와 Tb을 포함하는 타깃을 사용함으로써, 종래의 성막 장치를 사용하여, 간편한 공정으로 산화물 초전도 도체를 제조할 수 있다.
이상, 본 발명의 산화물 초전도 도체, 및 산화물 초전도 도체의 제조 방법의 일실시형태에 대하여 설명하였으나, 상기 실시형태에 있어서, 산화물 초전도 도체의 각 부, 산화물 초전도 선재의 제조 방법 및 거기에 사용되는 장치는 일례이며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 적절하게 변경할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예를 나타내어 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
폭 5mm, 두께 0.1mm의 테이프형의 하스텔로이 C276(미국 헤인즈사 등록상표)제의 기재 상에, 스퍼터링법에 의해 Al2O3(확산 방지층; 막 두께 150nm)를 성막하였다. 이어서, 이 확산 방지층 상에, 이온 빔 스퍼터링법에 의해 Y2O3(베드층; 막 두께 20nm)를 성막하였다. 이어서, 이 베드층 상에, 이온 빔 어시스트 스퍼터링법(IBAD법)에 의해 MgO(중간층; 막 두께 10nm)를 형성하였다. 이어서, 이 중간층 상에, 펄스 레이저 증착법(PLD법)에 의해 CeO2(캡층; 막 두께 500nm)를 성막하였다.
이어서, CeO2층 상에, 도 2에 나타낸 레이저 증착 장치(20)를 사용하여, 펄스 레이저 증착법(PLD법)에 의해 막 두께 1.0㎛의 RE123계 산화물 초전도층을 성막하고, 또한 이 산화물 초전도층 상에 두께 10㎛의 Ag(안정화층)을 스퍼터링하여 산화물 초전도 도체를 제조하였다. 그리고, 산화물 초전도층의 성막은, GdBa2Cu3Oy 분말에 Tb4O7을 2mol% 혼입시킨 분말을 소결시킨 타깃을 사용하여, 온도 800℃, 압력 80Pa, 레이저 출력 180W, 산소 80% 분위기 하에서 행하였다.
(비교예 1)
타깃으로서 GdBa2Cu3Oy의 소결체를 사용하여 산화물 초전도층을 성막한 점 이외는, 실시예 1과 동일하게 산화물 초전도 도체를 제조하였다.
(비교예 2)
타깃으로서 GdBa2Cu3Oy 분말에 ZrO2를 5mol% 혼입시킨 분말을 소결시킨 소결체를 사용하여 산화물 초전도층을 성막한 점 이외는, 실시예 1과 동일하게 산화물 초전도 도체를 제조하였다.
실시예 1 및 비교예 1, 2의 산화물 초전도 도체에 대하여, 액체 질소 온도하(77K), 무자장(0T)에서의 임계 전류 Ic0를 측정하고, 또한 0.5T의 자장 하에서의 임계 전류 Ic를 측정하였다. 도 3에, 각 산화물 초전도 도체의 임계 전류의 변화율 Ic/Ic0의 자장 인가 각도 의존성을 플롯팅한 결과를 나타낸다. 도 3에 있어서, 「Tb 첨가」는 실시예 1, 「첨가하지 않음」은 비교예 1, 「Zr 첨가」는 비교예 2의 결과를 각각 나타낸다.
도 3의 결과로부터, RE123계 산화물 초전도체에 Tb을 도입한 실시예 1의 산화물 초전도 도체는, 자장 인가 각도가 c축과 평행한 경우(θ=0°)뿐만 아니라, c축으로부터 어긋난 각도로 자장이 인가된 경우(0°＜θ＜90°, 특히 45°부근 등)에도, 비교예 1 및 2의 산화물 초전도 도체에 비해, 임계 전류의 저하를 억제할 수 있었다. 따라서, 실시예 1의 산화물 초전도 도체는, 자장 중의 임계 전류의 저하를 억제하여, 양호한 임계 전류 특성을 가지는 것으로 밝혀졌다.
(실시예 2: Tb4O7 혼입량의 검토)
타깃으로서 GdBa2Cu3Oy 분말에, 표 1에 기재된 혼입량으로 Tb4O7을 혼입시킨 분말을 소결시킨 소결체를 사용하여 산화물 초전도층을 성막한 점 이외는, 실시예 1과 동일하게 샘플 1∼6의 산화물 초전도 도체를 제조하였다.
얻어진 샘플 1∼6의 산화물 초전도 도체에 대하여, 액체 질소 온도 하(77K)에서, 무자장(0T)에서의 임계 전류 Ic0를 측정하였다. 또한, 액체 질소 온도 하(77K)에서, 0.5T의 자장을, 자장 인가 각도 θ=45°(c축에 대하여 45°)로 인가하여, 임계 전류 Ic를 측정하였다. 샘플 1∼6의 산화물 초전도 도체에 대하여, 자장 인가 각도 θ=45°에서의 임계 전류의 변화율 Ic/Ic0를 산출하였다. 결과를 표 1에 기재하였다.
[표 1]
Figure pct00001
표 1에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, GdBa2Cu3Oy 분말에, Tb4O7를 0.01∼ 5.0 mol% 혼입시킨 분말을 소결시킨 소결체를 사용한 샘플 2∼5는, Tb4O7를 첨가하고 있지 않은 샘플 1의 산화물 초전도 도체에 비해, 임계 전류의 저하를 억제할 수 있었다. 그 중에서도, GdBa2Cu3Oy 분말에, Tb4O7을 0.1∼ 5.0 mol% 혼입시킨 분말을 소결시킨 소결체를 사용한 샘플 3∼5는, 임계 전류의 저하를 효과적으로 억제할 수 있었다. 또한, GdBa2Cu3Oy 분말에, Tb4O7을 6.0mol% 혼입시킨 분말을 소결시킨 소결체를 사용한 샘플 6에서는, 임계 전류의 저하를 억제하는 효과가 확인되지 않았다.
[산업상 이용가능성]
본 발명의 산화물 초전도 도체에 의하면, 자장이 인가되는 모든 각도 영역에 있어서, 임계 전류 특성의 개선이 가능하게 된다.
10: 산화물 초전도 도체 11: 기재
12: 베드층 13: 중간층
14: 캡층 15: 산화물 초전도층
16: 안정화층 20: 레이저 증착 장치
21: 송출 릴 22: 권취 릴
23: 제1 권취 부재 24: 제2 권취 부재
25: 박막 적층체 26: 기판 홀더
27: 타깃 28: 레이저광 발광 장치
29: 플룸 L: 레이저광

Claims (7)

  1. 기재(基材)와, 상기 기재 상에 형성된 산화물 초전도층을 구비하고,
    상기 산화물 초전도층은, RE1Ba2Cu3Oy(식 중, RE는 희토류 원소를 나타내며, 6.5＜y＜7.1을 만족시킴)의 조성식으로 표시되는 산화물 초전도체로 이루어지고, 또한 Tb(테르븀)을 포함하는 이종상(heterophase)이 분산되어 이루어지는 산화물 초전도 도체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이종상은, Ba(바륨)과 Tb을 포함하는 산화물인, 산화물 초전도 도체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 이종상은, 4가의 상기 Tb에 기인한 주상(柱狀) 결정과, 3가의 상기 Tb에 기인한 점결함을 가지는, 산화물 초전도 도체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Tb이, 상기 RE1Ba2Cu3Oy(식 중, RE는 희토류 원소를 나타내고, 6.5＜y＜7.1을 만족시킴)에 대하여 0.1 질량% 이상 4 질량% 이하의 범위에서 상기 산화물 초전도층에 함유되어 있는, 산화물 초전도 도체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재와 상기 산화물 초전도층 사이에, 중간층과 캡층이 이 순서로 개재되며,
    상기 산화물 초전도층 상에 안정화층이 형성되어 이루어지는, 산화물 초전도 도체.
  6. 산화물 초전도 도체의 제조 방법으로서,
    RE1Ba2Cu3Oy(식 중, RE는 희토류 원소를 나타내고, 6.5＜y＜7.1을 만족시킴)의 조성식으로 표시되는 산화물 초전도체의 구성 원소와 Tb을 포함하는 타깃을 사용하여, 물리 기상 증착법에 의해, 기재 상에 Tb을 포함하는 이종상이 분산된 산화물 초전도층을 형성하는, 산화물 초전도 도체의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 타깃으로서, 상기 RE1Ba2Cu3Oy(식 중, RE는 희토류 원소를 나타내고, 6.5＜y＜7.1을 만족시킴)을 포함하는 분말에 대하여, Tb4O7 분말을 0.1mol% 이상 5mol% 이하의 범위에서 혼입시켜 소결(燒結)시킨 것을 사용하는, 산화물 초전도 도체의 제조 방법.
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