JP3771012B2 - Oxide superconducting conductor - Google Patents
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Description
【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90K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126836号、特願平3ー126837号、特願平3ー205551号、特願平4ー13443号、特願平4ー293464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YSZからな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Baを含む酸化物超電導層を具備してなり、前記拡散防止層は、立方晶構造を有する多数の微細結晶粒が相互に結晶粒界を介して接合一体化されてなり、各微細結晶粒のc軸が前記基材の上面に対してほぼ直角に向けられ、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、a軸またはb軸どうしは、それらのなす角度を30度以内にして接合一体化されており、前記拡散防止層のc軸を前記配向制御多結晶中間薄膜のc軸方向と整合して配向させ、前記拡散防止層のa軸およびb軸を前記配向制御多結晶中間薄膜のa軸およびb軸方向と整合して配向させてい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CeO2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、0.1〜1.0μm、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、各微細結晶粒の結晶軸の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、各微細結晶粒の結晶軸の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。各微細結晶粒の結晶の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0.05〜0.5μm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、Y 1 B a 2 Cu 3 O x 、Y 2 B a 4 Cu 8 O x 、Y 3 B a 3 Cu 6 O x なる組成、あるいはTl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O x 、Tl 1 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O x 、Tl 1 Ba 2 Ca 3 Cu 4 O x 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Y2O3で安定化したジルコニア(YSZ)、MgO、SrTiO3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65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。ただし、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47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21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YSZ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47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、55〜60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77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、Y 1 B a 2 Cu 3 O x 、Y 2 B a 4 Cu 8 O x 、Y 3 B a 3 Cu 6 O x なる組成、あるいはTl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O x 、Tl 1 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O x 、Tl 1 Ba 2 Ca 3 Cu 4 O 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73a、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25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Y1Ba2Cu3OX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Y1Ba2Cu3OX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の微細結晶粒が予め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Y1Ba2Cu3OX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31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32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、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。
【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72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、Y 1 B a 2 Cu 3 O x 、Y 2 B a 4 Cu 8 O x 、Y 3 B a 3 Cu 6 O x なる組成、あるいはTl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O x 、Tl 1 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O x 、Tl 1 Ba 2 Ca 3 Cu 4 O 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Y1Ba2Cu3OX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Y1Ba2Cu3OX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YSZ(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20μA/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20mtorr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248nmのKr−Fレーザを用いた。レーザ周波数は100Hz、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Y0.7Ba1.7Cu3.0O7-3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0.2mm、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CeO2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300W、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Y0.7Ba1.7Cu3.0O7-3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10cm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0.2mm、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、0T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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxide superconductor.
[0002]
[Prior art]
An oxide superconductor discovered in recent years is an excellent superconductor exhibiting a critical temperature higher than the liquid nitrogen temperature. However, there are various problems in using this oxide superconductor. One problem is that the critical current density of oxide superconductors is low.
[0003]
This problem is largely due to the presence of electrical anisotropy in the crystal of the oxide superconductor, and the oxide superconductor easily conducts electricity in the a-axis direction and the b-axis direction of its crystal axis. However, it is difficult for electricity to flow in the c-axis direction. Therefore, in order to form an oxide superconductor on a substrate and use it as a superconductor, an oxide superconductor with good crystal orientation is formed on the substrate, and the oxide is directed in the direction in which electricity flows. It is necessary to orient the a-axis or b-axis of the superconductor crystal and the c-axis in the other direction.
[0004]
As described above, in order to use an oxide superconductor as a conductor, it is necessary to form an oxide superconducting layer with good crystal orientation on a long substrate such as a tape. However, when the oxide superconducting layer is directly formed on the base material of the metal tape, the metal tape itself is polycrystalline and its crystal structure is greatly different from that of the oxide superconductor. Cannot be formed.
[0005]
Therefore, the present inventors formed an orientation control polycrystalline intermediate
Among such attempts, the present inventors have previously described Japanese Patent Application No. 3-126836, Japanese Patent Application No. 3-126837, Japanese Patent Application No. 3-205551, Japanese Patent Application No. 4-13443, and Japanese Patent Application No. Hei. Patent applications are filed in Japanese Patent No. 4-293464.
[0006]
According to the techniques described in these patent applications, when forming an orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film on one side of a metal tape base material by a sputtering apparatus, an ion beam is applied from the oblique direction of the base film forming surface simultaneously with sputtering. An orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film excellent in crystal orientation can be formed by a method of forming an orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film while irradiating (ion beam assisted sputtering method).
According to this method, the grain boundary tilt angle formed by the a-axis or b-axis of each crystal lattice of a large number of crystal grains forming the orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film can be adjusted to 30 degrees or less, and the crystal orientation can be improved. An excellent orientation controlled polycrystalline intermediate thin film can be formed. Furthermore, if a YBaCuO-based superconducting layer is formed on this intermediate thin film by a laser vapor deposition method or the like, the oxide superconducting layer has excellent crystal orientation and an oxide superconducting layer having a high critical current density. Can be formed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the oxide superconducting conductor as described above, it is necessary to heat the base material having the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film when forming the oxide superconducting layer.2OThreeIn the case where a zirconia (YSZ) film stabilized by the above method is used, the Ba atoms in the oxide superconducting layer are aligned at the interface between the orientation control polycrystalline intermediate thin film and the oxide superconducting layer by this heating. A phenomenon of diffusion into the crystal intermediate thin film occurs.
Specifically, in the vicinity of the interface between the oxide superconducting layer and the orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film, a region in which Ba atoms do not exist is generated. On the other hand, near the interface between the orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film and the oxide superconducting layer. The diffused Ba atom is ZrO in YSZ.2Reacts with BaZrOThreeA phase mainly composed of (BZO) is formed.
For this reason, the crystal structure of a part of the oxide superconducting layer collapses, and there is a problem that deterioration of superconducting characteristics cannot be prevented.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and prevents the Ba atoms of the oxide superconducting layer from diffusing into the orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film.ofAn object of the present invention is to provide an oxide superconducting conductor having excellent superconducting properties by preventing collapse.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the following configuration was adopted.
The oxide superconducting conductor according to
The oxide superconductor according to
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, an oxide
[0011]
As a constituent material of the
If the thickness of the
[0012]
The orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film 22 is formed by joining and integrating a large number of fine crystal grains in which crystals having a cubic crystal structure are joined together via a crystal grain boundary, and c of the crystal axis of each crystal grain. The axes are oriented substantially perpendicular to the upper surface (film formation surface) of the
On the other hand, if the thickness of the orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film 22 is less than 0.1 μm, the
The constituent materials for this orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film include MgO, YSZ, SrTiO.ThreeEtc. can be used.
[0013]
The
In the present invention, when the thickness of the diffusion preventing layer is less than 0.01 μm, Ba atoms in the
If the lattice constant of the crystal forming the
Therefore, for example, when a YSZ film is formed as the orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film 22, the lattice constant of YSZ is 5.139, so that the lattice constant is 10.604.2O3And CeO whose lattice constant is 5.4112By using this, it is possible to form the
The
[0014]
The
[0015]
The apparatus for forming the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film 22 is an ion beam sputtering apparatus shown in FIG. 2 provided with an ion beam assist ion gun.
The apparatus of this example is mainly configured by a
[0016]
Moreover, the apparatus of this example is accommodated in a vacuum container (not shown), and the periphery of the
[0017]
The
Note that the angle adjustment mechanism D may be attached to the support portion of the
[0018]
The
[0019]
In FIG. 3, the
[0020]
As shown in FIG. 2, the
The ion beam applied to the
The sputter
[0021]
The case where the YSZ orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film 22 is formed on the surface of the tape-shaped
A YSZ target is used as the
[0022]
The
The incident angle θ at the time of ion irradiation is preferably in the range of 50 to 60 degrees, and most preferably in the range of 55 to 60 degrees.
By performing sputtering while irradiating an ion beam at such an incident angle, the a-axis and b-axis of the YSZ orientation control polycrystalline intermediate thin film 22 formed on the
[0023]
An apparatus for forming the
The laser
[0024]
The target 73a of the diffusion preventing layer is composed of a plate body such as a composite oxide sintered body containing a composition that is equivalent or close to that of the
Therefore, the target 73a of the diffusion prevention layer is Y2O3And CeO2Therefore, it is preferable to use a layer having the same or similar composition.
The oxide
Therefore, the
[0025]
The
[0026]
On the YSZ orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film 22,2OThreeIn order to form the diffusion
Next, the laser beam is focused and irradiated onto the target 73 a of the diffusion prevention layer while the
[0027]
Next, Y2OThreeY on the
[0028]
The laser beam is focused and irradiated onto the
When the
The
[0029]
As another method for manufacturing the
[0030]
FIG. 5 shows a high-frequency sputtering apparatus for forming the
The apparatus of this example is mainly composed of a
[0031]
The
With the above configuration, plasma can be generated in the upper space of the
[0032]
The
The
[0033]
On the YSZ orientation control polycrystalline intermediate thin film 22 using the apparatus having the above structure,2OThreeIn order to form the
[0034]
Next, an apparatus and a method for manufacturing the
FIG. 6 shows a laser deposition apparatus for forming an oxide superconducting layer by a film forming method.
In this figure, the same reference numerals are assigned to the components shown in FIG. 4 described above, and the description thereof is omitted.
The laser
[0035]
The
Therefore, the
[0036]
Next, Y2OThreeY on the
[0037]
Next, the
When the
[0038]
In the above-described oxide superconducting conductor, diffusion of Ba atoms in the oxide superconducting layer is prevented by forming the diffusion preventing layer between the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film and the oxide superconducting layer. An oxide superconducting conductor having an excellent critical current density can be obtained without destroying the crystal structure of the superconducting layer.
Further, even if the amount of heat received by the oxide superconducting layer increases during the formation of the oxide superconducting layer, Ba atoms do not diffuse, and the heating temperature during the formation of the oxide superconducting layer can be increased, or the film formation time can be reduced. The thickness of the oxide superconductive layer can be set freely.
[0039]
In the oxide superconductor described above, the orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film is formed so as to be crystallized. Therefore, when the diffusion prevention layer is formed on the orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film, diffusion is performed. The prevention layer is formed by epitaxial growth, and a diffusion prevention layer having excellent crystal orientation can be obtained.
Furthermore, since the oxide superconducting layer is epitaxially grown on the diffusion preventing layer having excellent crystal orientation, an oxide superconducting layer having excellent crystal orientation can be obtained.
In this case, the diffusion preventing layer is Y2OThreeAnd CeO2If it consists of one of these, the diffusion prevention layer excellent in crystal orientation can be formed.
[0040]
Furthermore, in the above-described oxide superconducting conductor, when the diffusion prevention layer is formed by a laser vapor deposition method, the oxide superconducting layer can be formed continuously in one apparatus at the same time, thus simplifying the manufacturing process. The manufacturing cost of the oxide superconducting conductor can be reduced.
In addition, a long oxide superconductor can be easily manufactured.
[0041]
Furthermore, in the above-described oxide superconductor, when the diffusion prevention layer is formed by the RF sputtering method, a large area diffusion prevention layer can be formed, and a plurality of tapes can be formed by one film formation. Since the film can be formed, the manufacturing time of the oxide superconducting conductor can be greatly shortened.
[0042]
【Example】
(Example 1)
A base material of Hastelloy C276 tape having a width of 10 mm, a thickness of 0.2 mm, and a length of 10 cm is installed in the ion beam sputtering apparatus shown in FIG.-FourThe target is made of YSZ (stabilized zirconia), the sputtering voltage is 1000 V, the sputtering current is 100 mA, the ion beam incident angle is 55 degrees, and the ion source assist voltage is 300 V. The ion beam current density is 20 μA / cm.-2The film was processed for 6 hours by performing ion source irradiation at the same time as sputtering on the surface of the base material to form a 0.7 μm-thick YSZ orientation controlled polycrystalline intermediate thin film in which the crystal orientation was controlled. . The current density of the ion beam is based on the measured numerical value of a current density measuring device installed near the sample.
Next, using a laser deposition apparatus shown in FIG.2OThreeA diffusion prevention layer of Y, and further Y2OThreeAn oxide superconducting layer having a thickness of 0.6 μm was formed on the diffusion preventing layer.
First, the inside of the vacuum vessel of the laser deposition apparatus is depressurized to 20 mtorr, the base material temperature is set to 550 to 600 ° C., and Y is used as a target.2OThreeUsing a product made by laser deposition, a 0.4μm thick Y2OThreeA diffusion prevention layer was formed. A Kr-F laser with a wavelength of 248 nm was used as the target evaporation laser. The laser frequency is 100 Hz and the laser irradiation energy is 400 mJ.
Next, Y as target0.7Ba1.7Cu3.0O7-3A target made of an oxide superconductor having a composition of-FiveAfter reducing the pressure to Toll, oxygen was introduced into the interior to give 2.0 × 10-3Laser deposition was performed after setting the thickness of the substrate to be 1.0 m / hr and the substrate temperature to 700 to 750 ° C. After this film formation, the thin film was heat-treated at 500 ° C. for 120 minutes in an oxygen atmosphere. As described above, an oxide superconducting conductor having a thickness of about 0.2 mm, a width of 10 mm, and a length of 10 cm was obtained.
[0043]
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, after forming a YSZ orientation controlled polycrystalline intermediate thin film in which crystals were controlled on the tape substrate, the YSZ orientation controlled polycrystalline intermediate thin film was used using the high-frequency sputtering apparatus shown in FIG. CeO on top2An anti-diffusion layer was formed.
The inside of the vacuum vessel of the high frequency sputtering apparatus is 7.7 × 10-3Depressurize to tall and use CeO as target2A 0.25 μm thick CeO film was formed on the upper surface of the YSZ-oriented polycrystalline intermediate thin film by setting the sputtering output to 300 W and the substrate temperature to 600 ° C.2A diffusion prevention layer was formed.
Next, using the laser deposition apparatus shown in FIG.2An oxide superconducting layer having a thickness of 0.6 μm was formed on the diffusion preventing layer. Y as target0.7Ba1.7Cu3.0O7-3A target made of an oxide superconductor having a composition of-6After reducing the pressure to Toll, oxygen was introduced into the interior to give 2.0 × 10-3Laser deposition was performed after setting the thickness of the substrate to be 1.0 m / hr and the substrate temperature to 700 to 750 ° C. A Kr-F laser with a wavelength of 248 nm was used as the target evaporation laser. After this film formation, the thin film was heat-treated at 500 ° C. for 120 minutes in an oxygen atmosphere. As described above, an oxide superconducting conductor having a thickness of about 0.2 mm, a width of 10 mm, and a length of 10 cm was obtained.
[0044]
(Comparative Example 1)
An oxide superconducting conductor having a thickness of about 0.2 mm, a width of 10 mm, and a length of 10 cm was obtained in the same manner as in Example 2 except that the diffusion prevention layer was not formed.
[0045]
Table 1 shows the values of the critical current value and the critical current density measured under conditions of 77K and 0T after the oxide superconductors obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were cooled with liquid nitrogen.
Moreover, the measurement result of the X-ray diffraction of the diffusion prevention layer of the oxide superconductor formed in Examples 1 and 2 is shown in FIG. 7, and the X-ray pole figure is shown in FIG.
Furthermore, pole figures of the oxide superconducting layers obtained in Examples and Comparative Examples are shown in FIGS.
[0046]
[Table 1]
[0047]
Examples 1 and 2 have good critical current values and critical current density values. Moreover, in the result of the X-ray diffraction of FIG. 7, it is confirmed that the diffusion preventing layer is c-axis oriented toward the upper side of the substrate, and the result of the X-ray pole figure of FIG. It is confirmed that the orientation is excellent. Furthermore, the result of the X-ray pole figure of FIG. 9 shows that the crystal orientation of the oxide superconducting layer is excellent.
Therefore, it is considered that since the crystal orientation of the diffusion preventing layer is high, the crystal orientation of the oxide superconducting layer is also high, and the critical current value and the critical current density are improved.
[0048]
Further, in Comparative Example 1, the superconducting characteristics are greatly deteriorated. The result of the X-ray pole figure of FIG. 10 shows that the oxide superconducting layer has high crystal orientation.
However, since no diffusion prevention layer is formed, it is clear from the results of the energy dispersive X-ray analysis in FIG. 11 that Ba atoms are diffused from the oxide superconducting layer to the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film. It is considered that the superconducting characteristics were deteriorated due to the collapse of the crystal structure of the oxide superconducting layer.
[0049]
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, Y is used as the diffusion preventing layer.2OThreeAnd CeO2However, the present invention is not limited to this example, and the crystal structure is cubic, and the lattice constant is close to the number of lattices of crystals forming the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film. Anything is possible.
[0050]
【The invention's effect】
As described above in detail, the oxide superconducting conductor of the present invention has a diffusion prevention layer formed between the orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film and the oxide superconducting layer. Since no element diffusion occurs from the crystal structure and the crystal structure does not collapse, good superconducting characteristics can be exhibited.
Further, the oxide superconducting conductor of the present invention has a diffusion prevention layer of Y2OThreeAnd CeO2Since the crystal orientation of the diffusion preventing layer is excellent and the crystal superconductivity of the oxide superconducting layer is excellent accordingly, it is possible to show a good superconducting characteristic.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective sectional view showing an oxide superconducting conductor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an ion beam sputtering apparatus for forming an orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film, which is an apparatus for manufacturing an oxide superconducting conductor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an ion gun used in the apparatus shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a configuration diagram showing a laser vapor deposition apparatus for forming an oxide superconducting conductor according to an embodiment of the present invention, and forming a diffusion prevention layer and an oxide superconducting layer.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a high-frequency sputtering apparatus for forming an oxide superconducting conductor according to an embodiment of the present invention and for forming a diffusion prevention layer.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a laser vapor deposition apparatus for forming an oxide superconducting layer, which is an apparatus for manufacturing an oxide superconducting conductor according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing the result of X-ray diffraction of the diffusion preventing layer of the oxide superconducting conductor obtained in Example, (a) is a diagram showing the measurement result of Example 1, (b) These are figures which show the measurement result of Example 2. FIG.
8 is an X-ray pole figure of the diffusion preventing layer of the oxide superconducting conductor obtained in Example, where (a) is a diagram showing the measurement results of Example 1, and (b) is Example 2. FIG. It is a figure which shows the measurement result.
FIG. 9 is an X-ray pole figure of an oxide superconducting layer of an oxide superconducting conductor obtained in Example, where (a) shows Example 1 and (b) shows Example 2. FIG.
10 is an X-ray pole figure of an oxide superconducting layer of an oxide superconducting conductor obtained in Comparative Example 1. FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a result of analyzing a cross section of the oxide superconducting conductor obtained in Comparative Example 1, wherein (a) shows energy dispersion in the vicinity of the interface between the oxide superconducting layer and the orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film. It is a figure which shows a type | mold X-ray-analysis result, (a) is a figure which shows the energy dispersion type | mold X-ray-analysis result of the interface vicinity with the oxide superconducting layer of an orientation control polycrystalline intermediate thin film.
FIG. 12 is a perspective sectional view showing a conventional oxide superconducting conductor.
[Explanation of symbols]
20 Oxide superconducting conductor
21 Base material
22 Orientation controlled polycrystalline intermediate thin film
23 Diffusion prevention layer
24 Oxide superconducting layer
Claims (2)
前記拡散防止層は、立方晶構造を有する多数の微細結晶粒が相互に結晶粒界を介して接合一体化されてなり、各微細結晶粒のc軸が前記基材の上面に対してほぼ直角に向けられ、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、a軸またはb軸どうしは、それらのなす角度を30度以内にして接合一体化されており、
前記拡散防止層のc軸を前記配向制御多結晶中間薄膜のc軸方向と整合して配向させ、前記拡散防止層のa軸およびb軸を前記配向制御多結晶中間薄膜のa軸およびb軸方向と整合して配向させていることを特徴とする酸化物超電導導体。A base material tape, this is formed on a surface of a substrate a number of crystal grains is coupled orientation control multi respective grain boundary inclination angle of said multiple crystal grains consisting of YSZ is 30 degrees or less a crystalline intermediate thin, and the alignment control polycrystalline intermediate thin diffusion barrier layer formed on, Ri name comprises a oxide superconducting layer containing Ba formed in the diffusion preventing layer,
The diffusion prevention layer is formed by joining and integrating a large number of fine crystal grains having a cubic structure with each other through a grain boundary, and the c-axis of each fine crystal grain is substantially perpendicular to the upper surface of the substrate. The a-axis and the b-axis are oriented in the same direction and in-plane oriented, and the a-axis or b-axis are joined and integrated with each other at an angle of 30 degrees or less.
The c axis of the diffusion prevention layer is aligned with the c axis direction of the orientation control polycrystalline intermediate thin film, and the a axis and b axis of the diffusion prevention layer are aligned with the a axis and b axis of the orientation control polycrystalline intermediate thin film. An oxide superconducting conductor characterized by being oriented in alignment with a direction .
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