【手続補正書】
【提出日】平成29年11月8日(2017.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板ベースと、
前記基板ベース上に配置し、結晶方位を有する第１中間層と、
前記第１中間層上に配置した第１配向性超伝導体層と、
前記第１配向性超伝導体層の一部の上に配置した第１導電細条であって、前記第１導電細条の下側に前記第１配向性超伝導体層の第１超伝導体領域、及び前記第１超伝導体領域に隣接する前記第１配向性超伝導体層の第１露出領域を画定する、該第１導電細条と、
を備える、集積超伝導体デバイス。
【請求項２】
前記第１導電細条は蛇行パターンを有する、請求項１記載の集積超伝導体デバイス。
【請求項３】
前記第１配向性超伝導体層の前記第１露出領域は、非超伝導体の不完全超伝導体材料を有する、請求項１記載の集積超伝導体デバイス。
【請求項４】
さらに、前記第１導電細条及び前記第１露出領域上に配置した保護コーティングを備える、請求項１記載の集積超伝導体デバイス。
【請求項５】
前記基板ベースは第１側面及び第２側面を有し、前記第１導電細条を前記第１側面に配置する請求項１記載の集積超伝導体デバイスにおいて、前記集積超伝導体デバイスは、さらに、
前記第２側面における基板ベース上に配置した第２中間層であって、結晶方位を有する、該第２中間層と、
前記第２中間層上に配置した第２配向性超伝導体層と、
前記第２配向性超伝導体層の一部の上に配置した第２導電細条であって、前記第２導電細条の下側における前記第２配向性超伝導体層の第２超伝導体領域、及び保護領域に隣接する前記第２配向性超伝導体層の第２露出領域を画定し、前記第１導電細条に電気的に接続する、該第２導電細条と、
を備える、集積超伝導体デバイス。
【請求項６】
前記第１及び第２の導電細条は２本巻き構造を有する、請求項５記載の集積超伝導体デバイス。
【請求項７】
前記第１及び第２の導電細条は相互に２本巻きにする、請求項６記載の集積超伝導体デバイス。
【請求項８】
前記基板ベースは単結晶シリコンとし、前記第１中間層はエピタキシャルＣｅＯ２又はＣａＦ２を有する、請求項１記載の集積超伝導体デバイス。
【請求項９】
前記基板ベースはガラス材料を有し、前記第１中間層は結晶方位を有するＭｇＯ層を備える、請求項１記載の集積超伝導体デバイス。
【請求項１０】
基板ベース上に結晶方位を有する結晶質層を堆積するステップと、
配向性超伝導体材料を有する第１配向性超伝導体層を前記結晶質層上に形成するステップと、
非線形パターンを有する第１導電細条を堆積するステップと、
前記第１配向性超伝導体層における前記第１導電細条によってカバーされない第１露出領域を処理して、前記第１露出領域を非超伝導体材料に転換するステップと、
を備える、集積超伝導体デバイスを形成する方法。
【請求項１１】
さらに、前記第１導電細条を蛇行パターンにして設けるステップを備える、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
さらに、前記基板ベースをアニーリングして、前記第１露出領域に非超伝導体材料を形成するステップを備える、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
さらに、前記第１導電細条及び前記第１露出領域上に保護コーティングを堆積するステップを備える、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記基板ベースは第１側面及び第２側面を有し、前記第１導電細条を前記第１側面に堆積する請求項１０記載の方法において、前記方法は、さらに、
前記第２側面における基板ベース上に第２中間層を堆積するステップであって、結晶方位を有する前記第２中間層を堆積するステップと、
前記第２中間層上に第２配向性超伝導体層を堆積するステップと、
前記第２配向性超伝導体層の一部の上に第２導電細条を堆積するステップであって、前記第２導電細条の下側における前記第２配向性超伝導体層の第２保護領域、及び前記第２保護領域に隣接する前記第２配向性超伝導体層の第２露出領域を画定するステップと、
前記第２導電細条を前記第１導電細条に電気的に接続するステップと、
を備える、方法。
【請求項１５】
さらに、前記第１及び第２の導電細条は、それぞれ２本巻きにして設けるステップを備える、請求項１４記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、超伝導物質、及びより具体的には、集積超伝導体電流デバイスに関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
他の実施形態において、超伝導体デバイスを形成する方法は、基板ベース上に好適な結晶方位を有する結晶質層を堆積するステップと、配向性超伝導体材料を有する配向性超伝導体層を前記結晶質層上に形成するステップと、非線形パターンを有する導電細条を堆積するステップと、前記配向性超伝導体層における前記導電細条によってカバーされない露出領域を処理して、前記露出領域を非超伝導体材料に転換するステップと、を備えることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の実施形態による集積超伝導体デバイス１００の平面図を示す。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による集積超伝導体デバイス１００の縦断面図を示す。
【図２Ａ】図１Ａ，１Ｂの集積超伝導体デバイスの変更例である集積超伝導体デバイスの平面図を示す。
【図２Ｂ】本発明のさらに他の実施形態による他の集積超伝導体デバイスの平面図を示す。
【図２Ｃ】本発明のさらに他の実施形態による他の集積超伝導体デバイスの平面図を示す。
【図３Ａ】本発明の実施形態による集積超伝導体デバイスを作製するための例示的段階を示す。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による集積超伝導体デバイスを作製するための例示的段階を示す。
【図３Ｃ】本発明の実施形態による集積超伝導体デバイスを作製するための例示的段階を示す。
【図３Ｄ】本発明の実施形態による集積超伝導体デバイスを作製するための例示的段階を示す。
【図３Ｅ】本発明の実施形態による集積超伝導体デバイスを作製するための例示的段階を示す。
【図４Ａ】基板がガラスで形成した基板底部を含む実施形態の例示的層スタックを示す。
【図４Ｂ】基板が単一結晶シリコンで形成した基板底部を含む実施形態の他の変更例を示す。
【図５Ａ】集積超伝導体デバイスの他の実施形態を作製するのに伴う他の操作を示す。
【図５Ｂ】集積超伝導体デバイスの他の実施形態を作製するのに伴う他の操作を示す。
【図５Ｃ】集積超伝導体デバイスの他の実施形態を作製するのに伴う他の操作を示す。
【図６】６Ａは、他の実施形態による集積超伝導体デバイスの片面における平面図を示す。６Ｂは、他の実施形態による集積超伝導体デバイスの反対側片面における平面図を示す。
【図７】集積超伝導体デバイスを形成するための例示的プロセスフローチャートを示す。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
再び図１Ｂについて説明すると、種々の実施形態によれば、基板ベース１１０は、ガラス材料、多結晶材料、単結晶材料とすることができる。多結晶材料の例としてはアルミナがある一方、単結晶の例としてはシリコン又はサファイアがある。本発明の実施形態はこの様態に限定するものではない。幾つかの実施形態において、基板ベース１１０は、ガラス基板又は単結晶基板の特性のように低粗度表面を呈することができる。さらに、基板ベース１１０は、表面上に粒界があるとしてもほとんど存在しないものとし、したがって、より滑らかな層スタックの成長を促進することができる。本明細書の実施形態において、中間層を基板ベースと超伝導体層との間に配置する。中間層は図１Ｂで層１１２によって示し、この層１１２は基板ベース１１０上に配置し、また複数サブ層（本明細書においては単に層と称する）又は単一層を有するものとすることができる。層１１２は、とくに、好適な結晶方位を示し、また層１１２の頂部部分に配置する少なくとも１つの層を有する。用語「好適な結晶方位」とは、層の微細構造の質に言及するもので、層の結晶子がランダム多結晶粉末における結晶子配向性と比べると、所定結晶方向が基板ベース１１０の平面に対して直交する方向に優先的に指向する。層１１２の頂部は、以下に詳述するように、高品位の超伝導体層１１４が成長するためのテンプレートとして作用する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
さらに図１Ｂに示すように、超伝導体テープ１０４の構造は、超伝導体層１１４内に配置した超伝導体領域１１８をカバーする頂部の金属構体１１６を含む。図１Ａに示すように、金属構体１１６は蛇行構体である導電性細条を形成することができ、超伝導体領域１１８は同様の蛇行構体を有する。超伝導体領域１１８に対して非超伝導体領域１２０である変質した超伝導体領域が隣接する。この結果として生ずる集積超伝導体デバイス１００の構造は、金属上側層である金属構体１１６と、超伝導体下側層である超伝導体領域１１８とを含む蛇行超伝導体テープを備える。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
以下に詳細に説明するように、超伝導体領域１１８及び非超伝導体領域１２０の画定は、大量生産に適合できる種々の手法によって達成することができる。したがって、集積超伝導体デバイス１００を作製する全体プロセスは、大量生産に適合し得る材料、プロセス、及び設備を使用して実施できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図４Ａは層１１２を構成する例示的層スタックを示し、これは基板４００がガラスで形成した基板ベース４０２を有する実施形態に対するものである。図示のように、層４０４は、ガラス基板に接触するよう堆積した窒化ケイ素の層（ＳｉＮ）とすることができる。１つの変更例において、層４０４はＹ２Ｏ３に置き換えることができる。これら変更例のいずれにおいても、層４０４は、既知の方法、例えば、スパッタリング、蒸着、化学蒸着、又は他の方法によって堆積することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
さらに図３Ｄに示すように、金属構体１１６は、超伝導体層１１４における金属構体１１６がカバーしない露出領域３０２を画定するように作用する。この露出領域３０２を使用して、図３Ｅに示すように、最終超伝導体テープ構体を画定することができる。図示のように、エネルギー処理３０４を基板ベース１１０に指向させ、このことを図式的に矢印で示す。エネルギー処理３０４は露出領域３０２に選択的に作用し、超伝導体層１１４の露出領域３０２を非超伝導体領域１２０に転換させる。これと同時に、金属構体１１６の下側にある超伝導体層１１４の部分は超伝導体領域１１８として残存する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
一変更例において、エネルギー処理３０４は基板ベース１１０にイオンを向けさせることを伴う。イオンは、超伝導体層１１４を金属構体１１６がカバーしない露出領域３０２における非超伝導性材料に転換するのに効果的なイオン種として、またイオン線量及びイオンエネルギーにして供給する。例えば、窒素、ボロン又は低原子量イオンを、３００ｋＶ〜１ｍｅＶの範囲内におけるイオンエネルギーとして約０.５μｍ〜１μｍの深さまで注入することができる。このようなイオンを注入された超伝導体材料に対する付随ダメージは約１〜２μｍのようなより深い深さまで拡大し得る。したがって、０.５〜２μｍの範囲における超伝導体層深さを有する超伝導体テープに対しては、図３Ｅに示すプロセスは、幾つかの実施形態において、中間エネルギー又は高エネルギーのビーム線イオン注入装置で都合よく行うことができる。ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘのような高温超伝導体材料に対しては、露出領域３０２における材料は、これら領域が非超伝導体材料となるために非晶質化する必要はない。この理由は、超伝導特性がＹＢＣＯ材料の結晶構造及び化学量論の変化を特に受け易いからである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
有利には、金属構体１１６の下側に位置する超伝導体領域１１８は、金属構体１１６の厚さが１０〜２０μｍのオーダーである限り、イオンからのいかなるダメージからも遮蔽される。したがって、導電性細条の比較的小さい上側部分がイオン注入７０２によって変化し得る。さらに、露出領域３０２を非超伝導性材料に転換するに十分なイオン線量であっても、単に金属構体１１６の注入部分において電気抵抗を僅かに増加するだけであり、この結果、金属構体１１６の全電気抵抗を僅かに増加するだけとなる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
エネルギー処理３０４の他の変更例において、熱流束を、伝導加熱、対流加熱若しくは輻射加熱又はこれら組合せの形式で基板ベース１１０に指向させる。幾つかの実施形態において、超伝導体層１１４をＲＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘとし、Ｒは希土類元素とする。このような材料は化学量論に対する超伝導性の強い依存性を示し、これにより酸素含有量が少なければ少ないほど低い超伝導性を示す、又は超伝導性を全く示さない。さらに、このような構体における酸素移動度は比較的高く、所定条件下での加熱は酸素放出を生じ、これにより結晶構造内における酸素含有量は減少する。したがって、熱流束は、金属構体１１６でカバーされない露出領域３０２に位置するＲＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ材料から酸素を枯渇させるよう供給することができる。カバーした部分である超伝導体領域１１８は酸素が枯渇せずに、超伝導体材料として残存する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
露出領域３０２が非超伝導体材料になった後には、残存する超伝導体領域１１８は、図１Ａ、１Ｂ及び３Ｅに示すように、金属構体１１６の寸法及び形状を有するパターンを集積超伝導体デバイス１００内に画定する。このようにして、集積超伝導体デバイスが形成され、層スタックを含むテープ状構体としての導電経路を得ることができ、層スタックにおいて、常伝導体（金属構体１１６）が超伝導体領域１１８上に位置する。しかし、独立の超伝導体テープとは異なり、このテープ状構体は基板ベース１１０のような基板内に集積させる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４Ａ】
2017500756.tif 000001
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４Ｂ】
2017500756.tif 000002
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2017500756.tif 000003