(57)【要約】【課題】  超電導体を作製する方法を提供すること。【解決手段】  超電導体を作製する方法は、フッ化バリウムを含む膜を基板１２０の表面に提供する工程と、膜に第１反応混合ガス１５５を噴射する工程と、膜に第１反応ガス１５５を噴射しながら基板１２０を第１の温度まで加熱して基板１２０の表面に超電導材料を形成する工程と、を含み、基板１２０の表面に対して５°以上の角度で第１反応ガス１５５を膜に噴射することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供する工程と、
前記膜に第１反応混合ガスを噴射する工程と、
前記膜に前記第１反応ガスを噴射しながら前記基板を第１の温度まで加熱して前記基板の前記表面に超電導材料を形成する工程と、を有する方法であって、
前記基板の前記表面に対して５°以上の角度で前記第１反応ガスを前記膜に噴射する方法。
【請求項２】
前記角度が前記基板の前記表面に対して１０°以上である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板の前記表面に前記第１反応ガスを噴射する工程の前に、前記膜が酸化銅及び酸化イットリウムをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１反応混合ガスが水を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の温度が６７５℃以上である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基板が前記第１の温度である間に、前記基板の前記表面に第２の反応混合ガスを向ける工程をさらに有する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１反応混合ガスは前記第２の反応混合ガスとは異なる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の反応混合ガスを前記基板の前記表面に向けている間、前記超電導材料の温度が前記第１の温度とほぼ同じである請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の温度が６７５℃以上である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の反応ガスは、前記基板の前記表面に対して５°以上の角度で前記基板の前記表面に向けられる請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板は合金を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板は、前記合金の上に配置される少なくとも１つのバッファ材料層をさらに有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板の前記表面に前駆体溶液を塗布する工程と、
前記前駆体溶液を処理して前記フッ化バリウムを含む膜を前記基板の前記表面に形成する工程と、をさらに有する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
超電導材料の形成方法であって、
フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供して第１の構造体を形成する工程と、
前記第１の構造体を反応装置の第１領域内で第１のガス雰囲気に晒しながら前記第１の構造体を加熱して前記基板の前記表面に超電導材料を形成することによって、前記基板の前記表面に前記超電導体を有する第２の構造体を形成する工程と、
前記第２の構造体を前記反応装置の第２領域に移動させる工程と、
前記反応装置の前記第２領域内で前記第２の構造体を第２のガス雰囲気に晒して前記膜に含まれていた全ての前記フッ化バリウムを前記超電導材料に変化させる工程と
を有し、前記第１のガス雰囲気は、前記基板の前記表面に対して５°以上の角度で前記膜に噴射される第１反応ガスを含み、第１反応ガスが前記表面に噴射され、あるいは、前記第２のガス雰囲気は、前記基板の前記表面に対して５°以上の角度で前記基板の前記表面に噴射される第２反応ガスを含み、第２反応ガスが前記表面に噴射されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記第１領域にて前記第１の構造体が６７５℃以上の温度まで加熱される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１領域における前記第１の構造体の温度が前記第２領域における前記第２の構造体の温度と同じである請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記基板は合金を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板は、前記合金の上に配置される少なくとも１つのバッファ材料層をさらに有する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記反応装置はチューブ炉を備える請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板の前記表面に前駆体溶液を塗布する工程と、
前記前駆体溶液を加熱して前記基板の前記表面に前記膜を形成する工程と、をさらに有する請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
フッ化バリウムを含む膜の表面に反応ガスを噴射して超電導材料を形成する工程を有する超電導材料の作製方法であって、
前記超電導材料が基板の表面により支持され、前記超電導材料のｃ軸成長速度は、前記基板の前記表面に垂直な方向において０．１ナノメートル（１オングストローム）／秒以上であり、前記反応ガスは前記基板の前記表面に対して５°以上の角度で前記膜に噴射される方法。
【請求項２２】
前記超電導材料のｃ軸成長速度は、前記基板の前記表面に垂直な方向において０．２ナノメートル（２オングストローム）／秒以上である請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記超電導材料のｃ軸成長速度は、前記基板の前記表面に垂直な方向において０．３ナノメートル（３オングストローム）／秒以上である請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供する工程と、
前記膜の表面に反応ガスを噴射して前記基板の前記表面に超電導材料を形成する工程と、を有する超電導材料の作製方法であって、
前記超電導材料の表面の第１地点に存在する前記超電導材料の部分が、前記基板の前記表面に垂直な方向に第１のｃ軸成長速度を有し、前記超電導材料の前記表面の第２地点に存在する前記超電導材料の部分が、前記基板に垂直な前記方向に第２のｃ軸成長速度を有し、前記基板に垂直な前記方向の前記第１のｃ軸成長速度が、前記基板に垂直な前記方向の前記第２のｃ軸成長速度と同じであり、前記超電導材料の前記表面の前記第１地点と前記第２地点とは５センチメートル以上離間されており、前記反応ガスは前記基板の前記表面に対して５°以上の角度で前記膜に噴射される、方法。
【請求項２５】
前記超電導材料の前記表面の前記第１地点と前記第２地点とは１０センチメートル以上離間されている請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記超電導材料の前記表面の前記第１地点と前記第２地点とは１５センチメートル以上離間されている請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
超電導材料の作製方法であって、
フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供する工程と、
反応ガスを前記膜の表面に接触させる前に該ガスを加熱する工程と、
前記加熱された反応ガスを前記膜の前記表面に噴射して前記超電導体を形成する工程と、を有し、前記加熱された反応ガスは前記基板の前記表面に対して５°以上の角度で前記膜に噴射される方法。
【請求項２８】
前記膜の前記表面は、前記加熱された反応ガスと接触する前に予備加熱されない請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記反応ガスは、前記膜に接触する前に１００℃以上の温度に加熱される請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記基板の前記表面に平行な角度で前記膜の前記表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有する請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記基板の前記表面に平行な角度で前記膜の前記表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有する請求項１４に記載の方法。
【請求項３２】
前記基板の前記表面に平行な角度で前記膜の前記表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有する請求項２１に記載の方法。
【請求項３３】
前記基板の前記表面に平行な角度で前記膜の前記表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有する請求項２４に記載の方法。
【請求項３４】
前記基板の前記表面に平行な角度で前記膜の前記表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有する請求項２７に記載の方法。
【請求項３５】
前記膜の表面に前記第１反応ガスを噴射する前に、その膜は酸化銅及び希土類酸化物を含んでいる請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導材料、その作製方法、及び超電導材料を作製するための反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多層構造体は種々の用途に使用することができる。例えば、酸化物超電導体を含む超電導体は多層構造体により形成することができる。通常、このような超電導体は、多層構造体の機械的強度を高めることができる一般に基板と呼ばれる１つ以上の超電導材料及び１つの層を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
基板は一般に、多層構造（ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒ  ａｒｔｉｃｌｅ）超電導体の強度を高めることに加えて、他の特定の特性を示すことが望まれる。例えば、基板は低いキューリ温度を有し、基板が伝導体を使用する温度で強磁性体とならないことが望ましい。また、基板内の化学種が超電導層に拡散することができないことが望ましい。さらに、基板の熱膨張係数が超電導材料の熱膨張係数とほぼ同じであることが望ましい。さらには、基板を酸化物超電導体に使用する場合、基板材料は比較的酸化され難いことが望ましい。
【０００４】
イットリウム−バリウム−銅酸化物（ＹＢＣＯ）のような一部の材料に関しては、超電導状態で高い輸送電流を供給できる材料の能力は通常、材料の結晶方位に依存する。例えば、そのような材料は二軸配向である場合に比較的高い臨界電流密度（Ｊｃ）を示す。
【０００５】
ここで使用する「二軸配向表面（ｂｉａｘｉａｌｌｙ  ｔｅｘｔｕｒｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）」とは、結晶粒が表面平面の方向にほぼ配向が一致する、または表面平面の方向と表面に垂直な方向の両方にほぼ配向が一致する表面を指す。二軸配向表面の一種に三軸配向表面（ｃｕｂｅ  ｔｅｘｔｕｒｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）があり、この表面では結晶粒の立方晶の主軸が表面と垂直な方向及び表面平面の方向にほぼ一致する。三軸配向表面の例として、（１００）［００１］表面があり、二軸配向表面の例には、（０１１）［１００］及び（１１３）［２１１］表面がある。
【０００６】
一部の多層超電導体では、超電導材料層がエピタキシャル層である。ここで使用する「エピタキシャル層」とは、エピタキシャル層が成長する材料層の表面の結晶方位から決まる結晶方位を有する材料層を指す。例えば、基板上に成膜した超電導材料エピタキシャル層を有する多層超電導体の場合、超電導材料層の結晶方位は基板の結晶方位により決まる。このように、上に議論した基板の特性に加えて、基板が二軸配向表面または三軸配向表面を有することも望ましい。
【０００７】
一部の基板は、上述した特性の全てを容易には備えることができないため、一般にバッファ層と呼ばれる１つ以上の中間層を基板と超電導層との間に配置する。このバッファ層は基板よりも酸化され難く、そして／または、基板と超電導層との間への化学種の拡散を減らすことができる。また、このバッファ層は超電導材料と良く合った熱膨張係数を有することができる。
【０００８】
場合によってはバッファ層はエピタキシャル層であるため、その結晶方位はバッファ層が成膜される基板の結晶方位で決まる。例えば、基板、エピタキシャルバッファ層及び超電導材料（例えば二軸配向している超電導材料バルクを有する）エピタキシャル層を有する多層超電導体においては、バッファ層表面の結晶方位は基板表面の結晶方位で決まり、超電導材料層の結晶方位はバッファ層表面の結晶方位で決まる。従って、バッファ層を有する多層超電導体が示す超電導特性はバッファ層表面の結晶方位に依存する。
【０００９】
場合によっては、バッファ層はエピタキシャル層ではなく、イオンビームアシスト成膜法を使用して形成することができる。通常、イオンビームアシスト成膜法では、表面に対して特定の角度で向かうイオンに表面を晒しながら同時に材料を堆積させる。バッファ層を形成するためにイオンビームアシスト成膜法を使用する例においては、バッファ層表面の結晶方位をその下地層（例えば非配向基板のような基板）の表面の結晶方位に無関係とすることができる。しかしながら一般に、例えばイオンエネルギー及びビーム電流、温度、表面に達する原子数の同時に表面に達するイオン数に対する比、表面への入射角のようなイオンビーム成膜パラメータを選択して、バッファ層表面の結晶方位がバッファ層（例えば、超電導材料層）表面に成膜される層の適切なテンプレートとなるようにする。
【００１０】
場合によっては、超電導材料の形成には次の工程が含まれる。表面（例えばバッファ層表面）に溶液を塗布する。この溶液を加熱して超電導材料を形成する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供する工程と、膜に第１反応混合ガスを噴射する工程と、膜に第１反応ガスを噴射しながら基板を第１の温度まで加熱して基板の表面に超電導材料を形成する工程と、を有する方法であって、基板の表面に対して５°以上の角度で第１反応ガスを膜に噴射する方法を提供する。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、角度が基板の表面に対して１０°以上であることをその要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、基板の表面に第１反応ガスを噴射する工程の前に、膜が酸化銅及び酸化イットリウムをさらに含むことをその要旨とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、第１反応混合ガスが水を含むことをその要旨とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、第１の温度が６７５℃以上であることをその要旨とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、基板が第１の温度である間に、基板の表面に第２の反応混合ガスを向ける工程をさらに有することをその要旨とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の方法において、第１反応混合ガスは第２の反応混合ガスとは異なることをその要旨とする。
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の方法において、第２の反応混合ガスを基板の表面に向けている間、超電導材料の温度が第１の温度とほぼ同じであることをその要旨とする。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の方法において、第１の温度が６７５℃以上であることをその要旨とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載の方法において、第２の反応ガスは、基板の表面に対して５°以上の角度で基板の表面に向けられることをその要旨とする。
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、基板は合金を含むことをその要旨とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の方法において、基板は、合金の上に配置される少なくとも１つのバッファ材料層をさらに有することをその要旨とする。
【００１８】
請求項１３に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、基板の表面に前駆体溶液を塗布する工程と、前駆体溶液を処理してフッ化バリウムを含む膜を基板の表面に形成する工程と、をさらに有することをその要旨とする。
【００１９】
請求項１４に記載の発明は、超電導材料の形成方法であって、フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供して第１の構造体を形成する工程と、第１の構造体を反応装置の第１領域内で第１のガス雰囲気に晒しながら前記第１の構造体を加熱して基板の表面に超電導材料を形成することによって、基板の表面に超電導体を有する第２の構造体を形成する工程と、第２の構造体を反応装置の第２領域に移動させる工程と、反応装置の第２領域内で第２の構造体を第２のガス雰囲気に晒して膜に含まれていた全てのフッ化バリウムを超電導材料に変化させる工程とを有し、第１のガス雰囲気は、基板の表面に対して５°以上の角度で膜に噴射される第１反応ガスを含み、第１反応ガスが表面に噴射され、あるいは、第２のガス雰囲気は、基板の表面に対して５°以上の角度で基板の表面に噴射される第２反応ガスを含み、第２反応ガスが表面に噴射されることを特徴とする方法を提供する。
【００２０】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の方法において、第１領域にて第１の構造体が６７５℃以上の温度まで加熱されることをその要旨とする。
請求項１６に記載の発明は、請求項１４に記載の方法において、第１領域における第１の構造体の温度が第２領域における第２の構造体の温度と同じであることをその要旨とする。
【００２１】
請求項１７に記載の発明は、請求項１４に記載の方法において、基板は合金を含むことをその要旨とする。
請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の方法において、基板は、合金の上に配置される少なくとも１つのバッファ材料層をさらに有することをその要旨とする。
【００２２】
請求項１９に記載の発明は、請求項１４に記載の方法において、反応装置はチューブ炉を備えることをその要旨とする。
請求項２０に記載の発明は、請求項１４に記載の方法において、基板の表面に前駆体溶液を塗布する工程と、前駆体溶液を加熱して基板の表面に膜を形成する工程と、をさらに有することをその要旨とする。
【００２３】
請求項２１に記載の発明は、フッ化バリウムを含む膜の表面に反応ガスを噴射して超電導材料を形成する工程を有する超電導材料の作製方法であって、超電導材料が基板の表面により支持され、超電導材料のｃ軸成長速度は、基板の表面に垂直な方向において０．１ナノメートル（１オングストローム）／秒以上であり、反応ガスは基板の表面に対して５°以上の角度で膜に噴射される方法を提供する。
【００２４】
請求項２２に記載の発明は、請求項２１に記載の方法において、超電導材料のｃ軸成長速度は、基板の表面に垂直な方向において０．２ナノメートル（２オングストローム）／秒以上であることをその要旨とする。
【００２５】
請求項２３に記載の発明は、請求項２１に記載の方法において、超電導材料のｃ軸成長速度は、基板の表面に垂直な方向において０．３ナノメートル（３オングストローム）／秒以上であることをその要旨とする。
【００２６】
請求項２４に記載の発明は、フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供する工程と、膜の表面に反応ガスを噴射して基板の表面に超電導材料を形成する工程と、を有する超電導材料の作製方法であって、超電導材料の表面の第１地点に存在する超電導材料の部分が、基板の表面に垂直な方向に第１のｃ軸成長速度を有し、超電導材料の表面の第２地点に存在する超電導材料の部分が、基板に垂直な方向に第２のｃ軸成長速度を有し、基板に垂直な方向の前記第１のｃ軸成長速度が、基板に垂直な方向の第２のｃ軸成長速度と同じであり、超電導材料の表面の第１地点と第２地点とは５センチメートル以上離間されており、反応ガスは基板の表面に対して５°以上の角度で膜に噴射される、方法を提供する。
【００２７】
請求項２５に記載の発明は、請求項２４に記載の方法において、超電導材料の表面の第１地点と第２地点とは１０センチメートル以上離間されていることをその要旨とする。
請求項２６に記載の発明は、請求項２４に記載の方法において、超電導材料の表面の第１地点と第２地点とは１５センチメートル以上離間されていることをその要旨とする。
【００２８】
請求項２７に記載の発明は、超電導材料の作製方法であって、フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供する工程と、反応ガスを膜の表面に接触させる前に該ガスを加熱する工程と、加熱された反応ガスを膜の表面に噴射して超電導体を形成する工程と、を有し、加熱された反応ガスは基板の表面に対して５°以上の角度で膜に噴射される方法を提供する。
【００２９】
請求項２８に記載の発明は、請求項２７に記載の方法において、膜の表面は、加熱された反応ガスと接触する前に予備加熱されないことをその要旨とする。
請求項２９に記載の発明は、請求項２７に記載の方法において、反応ガスは、膜に接触する前に１００℃以上の温度に加熱されることをその要旨とする。
【００３０】
請求項３０に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、基板の表面に平行な角度で膜の表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有することをその要旨とする。
【００３１】
請求項３１に記載の発明は、請求項１４に記載の方法において、基板の表面に平行な角度で膜の表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有することをその要旨とする。
【００３２】
請求項３２に記載の発明は、請求項２１に記載の方法において、基板の表面に平行な角度で膜の表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有することをその要旨とする。
【００３３】
請求項３３に記載の発明は、請求項２４に記載の方法において、基板の表面に平行な角度で膜の表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有することをその要旨とする。
【００３４】
請求項３４に記載の発明は、請求項２７に記載の方法において、基板の表面に平行な角度で膜の表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有することをその要旨とする。
【００３５】
請求項３５に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、膜の表面に第１反応ガスを噴射する前に、その膜は酸化銅及び希土類酸化物を含んでいることをその要旨とする。
概して本発明は、超電導体（前駆体から形成される超電導膜）の作製方法、超電導体を作製するために使用する反応装置、及びそのような反応装置を含むシステムに関するものである。方法、反応装置及びシステムを使用して、前駆体（例えばＹＢＣＯのような高品質のアルカリ希土類を含む希土類系銅酸化物超電導材料）から比較的迅速に形成される超電導膜のような高品質の超電導材料を提供する。例えば、これらの方法、反応装置及びシステムを使用して比較的迅速に、良好な結晶方位（例えば面外ｃ軸及び面内二軸配向を有するＹＢＣＯ）及び／又は良好な超電導性（例えば約５×１０５アンペア／平方センチメートル以上の臨界電流密度、及び／又は約１００アンペア／センチメートル幅以上の臨界電流）を有する超電導材料（例えば前駆体から形成される超電導膜）を比較的迅速に形成することができる。
【００３６】
本発明は、一態様においては、フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供する工程と、第１反応混合ガスを膜に噴射する工程とを有する方法を特徴としている。この方法は、第１反応ガスを膜に噴射しながら基板を第１の温度まで加熱して基板の表面に超電導材料を形成する工程をさらに有する。第１反応ガスは基板の表面に対して約５°以上の角度で膜に噴射される。
【００３７】
別の態様においては、本発明は超電導材料を形成する方法を特徴としている。この方法は、フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供して第１の構造体を形成する工程と、第１の構造体を反応装置の第１領域内で第１のガス雰囲気に晒しながら第１の構造体を加熱して基板の表面に超電導材料を形成することにより、基板の表面に超電導体を有する第２の構造体を形成する工程とを含む。また、この方法は、第２の構造体を反応装置の第２領域に移動させる工程と、第２の構造体を反応装置の第２領域内で第２のガス雰囲気に晒して膜に含まれていた実質的に全てのフッ化バリウムを超電導材料に変化させる工程とをさらに有する。
【００３８】
別の態様においては、本発明は超電導材料を作製する方法を特徴としている。この方法は、フッ化バリウムを含む膜の表面に反応ガスを噴射して超電導材料を形成する工程を有する。超電導材料は基板の表面により支持され、そして超電導材料は、基板の表面に実質的に垂直な方向に約０．１ナノメートル（約１オングストローム）／秒以上のｃ軸成長速度を有する。
【００３９】
本発明は、一態様においては、超電導材料を作製する方法を特徴としている。この方法は、フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供する工程と、膜の表面に反応ガスを噴射して基板の表面に超電導材料を形成する工程とを含む。超電導材料の表面の第１地点に存在する超電導材料の一部は、基板の表面に実質的に垂直な方向に第１のｃ軸成長速度を有する。超電導材料の表面の第２地点に存在する超電導材料の一部は、基板の表面に実質的に垂直な方向に第２のｃ軸成長速度を有する。基板に実質的に垂直な方向の第１のｃ軸成長速度が、基板の表面に実質的に垂直な方向の第２のｃ軸成長速度と実質的に同じであり、超電導材料の表面の第１地点と第２地点とは約５センチメートル以上離間されている。
【００４０】
別の態様においては、本発明は超電導体を作製する方法を特徴としている。この方法は、フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供する工程と、反応ガスを膜の表面に接触させる前にこのガスを加熱する工程とを有する。また、この方法は、加熱された反応ガスを膜の表面に噴射して超電導体を形成する工程を有する。
【００４１】
さらに別の態様においては、本発明は超電導材料の層を形成する反応装置を特徴としている。この反応装置は、ハウジング、バリア、少なくとも１つの排気口、及び真空装置を備える。ハウジングは、超電導材料の層用の基板を保持する構成である。バリアは、ハウジングの内部に配置されてハウジングの内部を第１領域及び第２領域に分割する構成である。バリアは実質的にガス透過性部材から形成されてハウジングの第１領域及び第２領域が流体連通する構成である。少なくとも１つの排気口はハウジングの内部に在り、基板がハウジング内に在るときの操作の間、反応ガスが少なくとも１つの排気口から基板の表面に向けて流れることにより表面の上のフッ化バリウム含有膜が超電導材料の層に変化することができる構成である。真空装置はハウジングの内部と流体連通し、基板がハウジング内に在るときの操作の間、真空装置が基板の表面に近接する位置から１種類以上のガスを除去するよう構成されている。
【００４２】
本発明は、一態様においては、超電導材料の層を形成するシステムを特徴としている。このシステムは、ハウジング、第１ガスソース、第２ガスソース、真空装置、第１ヒータ、及び第２ヒータを備える。ハウジングは、第１領域及び第２領域を有し、超電導材料の層用の基板を保持する構成である。第１ガスソースはハウジングの第１領域と流体連通して、反応ガスが第１ガスソースからハウジングの第１領域の内側部分に流れて基板がハウジング内に在るときの操作の間、第１反応ガスが基板の前記表面に向けられる構成である。第２ガスソースは、ハウジングの第２領域と流体連通して、第２反応ガスが第２ガスソースからハウジングの第２領域の内側部分に流れて基板がハウジング内に在るときの操作の間、第２反応ガスが基板の表面に向けられる構成である。真空装置はハウジングの内部と流体連通して、基板がハウジング内に在るときの操作の間、真空装置が基板の表面に近接する位置から１種類以上のガスを除去するよう構成されている。第１ヒータはハウジングの第１領域に近接し、システムが動作している間、ハウジングの第１領域を加熱する構成である。第２ヒータはハウジングの第２領域に近接し、システムが動作している間、ハウジングの第２領域を加熱する構成である。
【００４３】
一部実施形態においては、本発明は超電導材料（例えば前駆体から形成される超電導膜）を比較的高速（例えば基板の表面に実質的に垂直な方向に約０．１ナノメートル（約１オングストローム）／秒以上のｃ軸成長速度）に作製する方法を提供する。この超電導材料は良好な臨界電流密度、良好な臨界電流、及び／又は良好な結晶方位を有する。
【００４４】
一部実施形態においては、本発明は超電導材料（例えば前駆体から形成される超電導膜）を比較的均一に作製する方法を提供する。例えばこの超電導材料は、比較的大きく（例えば全ての所定の方向において互いに約５センチメートルよりも大きく）離れた表面上の地点で、比較的均一な成長速度（例えば基板の表面に実質的に垂直な方向のｃ軸に沿って）で成長することができる。
【００４５】
一部実施形態においては、本発明は超電導材料（例えば前駆体から形成される超電導膜）を表面での望ましくないガス境界層（例えば生成ガスの望ましくないガス境界層）の形成を減らして作製する方法を提供する。
【００４６】
一部実施形態においては、本発明は超電導材料（例えば前駆体から形成される超電導膜）を、表面を実質的に予備加熱しないで作製する方法を提供する。例えば、反応ガス（複数の反応ガス）を予備加熱することができる。
【００４７】
一部実施形態においては、本発明は、比較的広い領域に亘る比較的均一な超電導体の形成を含む、超電導材料（例えば前駆体から形成される超電導膜）の作製方法を提供する。
一部実施形態においては、本発明はこれらの方法、及び他の方法に使用することができる反応装置を提供する。
【００４８】
一部実施形態においては、本発明は反応ガスの比較的良好な混合を可能とする反応装置を提供する。
一部実施形態においては、本発明は反応ガス（複数の反応ガス）を実質的に除去することができる反応装置を提供する。
【００４９】
本発明の特徴、目的及び利点は記述、図及び請求項に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
図１は、多層ＹＢＣＯ超電導体のような多層超電導構造体を形成する反応装置１００（例えば、チューブ炉）の断面図を示している。
【００５１】
反応装置１００は、開口部１１２，１１４を有するハウジング１１０を含む。ハウジング１１０の上部壁１９０には通路（例えば、スロットまたはノズル）１９２，１９４が設けられ、この通路は混合ガスソース１９６，１９８と流体連通している。基板１２０（例えば、配向合金層及びその上に配置される１つ以上のエピタキシャルバッファ層を有する基板）はリール１３０，１４０に巻かれ、リール１３０，１４０を回転させると、基板１２０は矢印で示す方向に開口部１１２，１１４を通って反応装置１００を通過する。
【００５２】
基板１２０が反応装置１００に入ると反応装置１００の領域１５０を通過するが、その間、混合ガス１５５は壁１９０の開口部１５２を通過し、基板１２０に向かう。一般に、前駆体（例えば、フッ化バリウム、ならびに／或いはＣｕＯ及び／又はＹ２Ｏ３のような添加材料を含有する超電導前駆体膜）を含有する膜は、領域１５０を移動する際に少なくとも幾つかの地点の基板１２０表面に存在し（例えば、領域１５０に入ると基板１２０表面に存在し）、そしてこの膜がガス噴射１５５に晒される。ここで使用する「フッ化バリウム」とはＢａＦ２のほか、部分置換ＢａＦ２を指す（例えばイットリウム及び／又は酸素で部分置換されたＢａＦ２）。
【００５３】
次に、基板１２０は反応装置１００の領域１６０を通過するが、その間、混合ガス１６５が壁１９０の開口１６２を通過し、基板１２０に向かう。フッ化バリウム含有膜及び／又はフッ化バリウムを含有する化学反応生成物（以下の議論を参照のこと）の一方（双方）は、領域１６０を移動するにつれて少なくとも幾つかの地点の基板１２０表面に位置する膜に含まれ、そしてフッ化バリウム含有膜及び／又はフッ化バリウムを含有する化学反応生成物の一方（双方）はガス噴射１６５に晒される。
【００５４】
次に、基板１２０は反応装置１００の領域１７０を通過する。領域１７０は壁１７２により領域１６０から分離される。一部実施形態においては、壁１７２は領域１６０と１７０との間のガスフローを減らす（例えば最小化する）ように設計される。
【００５５】
一般に、反応装置１００及び基板１２０に関する種々のパラメータを所望通りに変化させることができる。通常、パラメータは、反応装置１００内の基板１２０表面に形成される超導電材料（例えばＹＢＣＯ）層が比較的厚く、比較的高い臨界電流密度を有する、及び／又は比較的高い臨界電流を有するように選択される。一部実施形態においては、超導電材料層は約０．１マイクロメートルから約２０マイクロメートル（例えば約１マイクロメートル以上、約２マイクロメートル以上、約３マイクロメートル以上、約４マイクロメートル以上、約５マイクロメートル以上、約１マイクロメートル〜約２０マイクロメートル、約１マイクロメートル〜約１０マイクロメートル、約１マイクロメートル〜約５マイクロメートル）の厚さを有する。一部実施形態においては、超導電材料層は、１マイクロボルト／センチメートル基準を使用する自己磁界（すなわち、無磁界）における７７Ｋでの輸送現象測定により求める場合に、約５×１０５アンペア／平方センチメートル以上（例えば約１×１０６アンペア／平方センチメートル以上、約２×１０６アンペア／平方センチメートル以上）の臨界電流密度を有する。一部実施形態においては、超導電材料層は高い臨界電流（例えば約１００アンペア／センチメートル幅以上、約２００アンペア／センチメートル幅以上、約３００アンペア／センチメートル幅以上、約４００アンペア／センチメートル幅以上、約５００アンペア／センチメートル幅以上）を有する。
【００５６】
一部実施形態においては、領域１５０における反応条件は、基板１２０表面に設けられる膜中のフッ化バリウムが１つ以上の化学反応を経て、所望の超導電体（例えばＹＢＣＯ）の形成の有無に関わらず、１つ以上の中間種（例えばＢａＯ）を形成するように選択される。一部実施形態においては、領域１５０において選択される反応条件により、所望の超導電体（例えばＹＢＣＯ）が、例えば約０．０５ナノメートル（約０．５オングストローム）／秒〜約０．５ナノメートル（約５オングストローム）／秒（例えば、約０．１ナノメートル［約１オングストローム］／秒〜約０．３ナノメートル［約３オングストローム］／秒、約０．２ナノメートル［約２オングストローム］／秒）の速度で成長する。
【００５７】
一部実施形態においては、領域１６０における反応条件は、基板１２０表面上の１つ以上の中間種（例えばＢａＯ）が１つ以上の化学反応を経て、基板１２０表面に所望の超導電材料（例えばＹＢＣＯ）を形成するように選択される。一部実施形態においては、領域１６０において選択される反応条件により、所望の超導電体（例えばＹＢＣＯ）が、例えば約０．１ナノメートル（約１オングストローム）／秒〜約１０ナノメートル（約１００オングストローム）／秒（例えば約０．１ナノメートル［約１オングストローム］／秒〜約５ナノメートル［約５０オングストローム］／秒、約０．１ナノメートル［約１オングストローム］／秒〜約２ナノメートル［約２０オングストローム］／秒）の速度で成長する。
【００５８】
一部実施形態においては、基板１２０の一部は反応装置１００の領域１５０で約１分〜約５００分（例えば約１０分〜約２５０分、約３０分〜約１２０分、約４５分〜約９０分、約６０分）の時間を費やす。
【００５９】
基板１２０が領域１５０を通過していると基板１２０の温度が高くなる。通常、領域１５０に入ると、基板１２０の温度はほぼ室温となり、そして基板１２０が領域１５０を出ると、基板１２０の温度は大体約６７５℃〜約９２５℃（例えば約７００℃〜約９００℃、約７５０℃〜約８５０℃、約７７５℃〜約８２５℃、約８００℃）である。
【００６０】
一部実施形態においては、領域１５０における基板１２０の温度上昇率は約１℃／分〜約２０℃／分（例えば約２℃／分〜約１５℃／分、約５℃／分〜約１０℃／分）である。
通常、混合ガス１５５は酸素、水蒸気、及び１つ以上の不活性ガス（例えば窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン）を含む。一部実施形態においては、領域１５０の圧力は約１０１．３ｋＰａ（約１気圧）であり、酸素分圧は約２６．７Ｐａ（約２００ミリｔｏｒｒ）であり、水蒸気分圧は約２．６７ｋＰａ（約２０ｔｏｒｒ）であり、ガス雰囲気の残りは不活性ガスである。
【００６１】
通常、混合ガス１５５は基板１２０表面に実質的に平行ではない角度（例えば基板１２０表面に対して約５°以上、基板１２０表面に対して約１０°以上、基板１２０表面に対して約２０°以上、基板１２０表面に対して約３０°以上、基板１２０表面に対して約４０°以上、基板１２０表面に対して約５０°以上、基板１２０表面に対して約６０°以上、基板１２０表面に対して約７０°以上、基板１２０表面に対して約８０°以上、基板１２０表面に対して約８５°以上、基板１２０表面に対して約９０°以上）で噴射される。例えば、図２Ａ〜２Ｄは基板１２０表面に対するガスビームの特定の角度（Θ）を示している。
【００６２】
領域１６０における基板１２０の温度は大概、領域１５０における基板１２０の最大温度とほぼ同じである。一部実施形態においては、領域１６０における基板１２０の温度は６７５℃〜約９２５℃（例えば約７００℃〜約９００℃、約７５０℃〜約８５０℃、約７７５℃〜約８２５℃、約８００℃）である。
【００６３】
基板１２０の温度は、基板１２０が領域１６０で時間を費やしている間、実質的に一定である。一部実施形態においては、基板１２０が領域１６０で時間を費やしている間、基板１２０の温度は領域１６０において約２０℃未満（例えば約１０℃未満、約５℃未満、約２℃未満）変化する。
【００６４】
一部実施形態においては、基板１２０の一部は反応装置１００の領域１６０で約１分〜約５００分（例えば約１０分〜約２５０分、約３０分〜約１２０分、約４５分〜約９０分、約６０分）の時間を費やす。
【００６５】
通常、混合ガス１６５は実質的に混合ガス１５５と同じである。一般に、混合ガス１６５は酸素、水蒸気、及び１つ以上の不活性ガス（例えば窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン）を含む。一部実施形態においては、領域１６０の圧力は約１０１．３ｋＰａ（約１気圧）であり、酸素分圧は約２６．７Ｐａ（約２００ミリｔｏｒｒ）であり、水蒸気分圧は約２．６７ｋＰａ（約２０ｔｏｒｒ）であり、ガス雰囲気の残りは不活性ガスである。
【００６６】
通常、混合ガス１６５は、基板１２０表面に実質的に平行ではない角度（例えば基板１２０表面に対して約５°以上、基板１２０表面に対して約１０°以上、基板１２０表面に対して約２０°以上、基板１２０表面に対して約３０°以上、基板１２０表面に対して約４０°以上、基板１２０表面に対して約５０°以上、基板１２０表面に対して約６０°以上、基板１２０表面に対して約７０°以上、基板１２０表面に対して約８０°以上、基板１２０表面に対して約８５°以上、基板１２０表面に対して約９０°以上）で噴射される。
【００６７】
一部実施形態においては、基板１２０の一部は反応装置１００の領域１７０で約１分〜約５００分（例えば約１０分〜約２５０分、約３０分〜約１２０分、約４５分〜約９０分、約６０分）の時間を費やす。
【００６８】
基板１２０が領域１７０を通過すると基板１２０の温度が低くなる。通常、領域１７０に入ると、基板１２０の温度は領域１６０における基板１２０の温度とほぼ同じとなる。一部実施形態においては、基板１２０が領域１７０に入ると、基板１２０の温度は６７５℃〜約９２５℃（例えば約７００℃〜約９００℃、約７５０℃〜約８５０℃、約７７５℃〜約８２５℃、約８００℃）となる。
【００６９】
一部実施形態においては、基板１２０が領域１２０を出ると（例えば基板１２０が反応装置１００を出ると）、基板１２０の温度は最大約３００℃（例えば最大約２００℃、最大約１００℃、最大約５０℃、ほぼ室温）である。
【００７０】
基板１２０の温度が領域１７０で下がる速度は所望通りに変えられる。一部実施形態においては、基板１２０の温度が領域１７０で下がる速度は約１℃／分〜約２０℃／分（例えば約２℃／分〜約１５℃／分、約５℃／分〜約１０℃／分）である。
【００７１】
一般に、ガス噴射は領域１７０の基板１２０には行なわれない。通常、領域１７０のガス雰囲気は、基板１２０表面上での超電導材料の、ガス雰囲気に含まれる少なくとも１種類のガスとの反応を少なくする（例えば、最小限にする）ように選択される。一部実施形態においては、領域１７０におけるガス雰囲気に含まれる水蒸気の量は充分に小さいため、領域１７０におけるガス雰囲気に含まれる水蒸気と基板１２０表面に在る超電導材料との間には比較的小さな反応しか（例えば全然）生じない。一部実施形態においては、領域１７０におけるガス雰囲気は酸素及び１つ以上の不活性ガスを含む。一部実施形態においては、領域１７０におけるガス雰囲気の圧力は約１０１．３ｋＰａ（約１気圧）である。
【００７２】
領域１５０，１６０及び／又は１７０での温度はヒータで制御することができる。例えば、領域１５０を１つ以上のヒータと熱的に連通させ、ヒータを制御して基板１２０が領域１５０を通過する際に、基板１２０が所望の速度で所望の温度に達するようにすることができる。領域１６０を１つ以上のヒータと熱的に連通させ、ヒータを制御して基板１２０が領域１６０を通過する際に、基板１２０が所望の速度で所望の温度に達するようにすることができる。領域１７０を１つ以上のヒータと熱的に連通させ、ヒータを制御して基板１２０が領域１７０を通過する際に、基板１２０が所望の速度で所望の温度に達するようにすることができる。一部実施形態においては、領域１５０，１６０及び１７０の内の１つ以上に対応する１つ以上のヒータを領域１５０，１６０及び／又は１７０にそれぞれ隣接（例えば接触）させることができる。１つ以上のヒータの温度は、例えば１つ以上の適切なフィードバックループを使用して、または使用せずにコンピュータ制御することができる。１つ以上のヒータの温度は、例えば手動で制御することができる。
【００７３】
一部実施形態においては、ガス圧は、１つ以上の真空装置（例えばポンプ）を使用することにより領域１５０，１６０及び／又は１７０内で制御することができる。例えば、領域１５０内のガス圧は、領域１５０と流体連通する１つ以上の真空装置を配置することにより制御することができる。領域１６０内のガス圧は、領域１６０と流体連通する１つ以上の真空装置を配置することにより制御することができる。領域１７０内のガス圧は、領域１７０と流体連通する１つ以上の真空装置を配置することにより制御することができる。
【００７４】
理論にこだわらないとすると、高温（例えば約６７５℃〜約９２５℃、約７００℃〜約９００℃、約７５０℃〜約８５０℃、約７７５℃〜約８２５℃、約８００℃）では、フッ化バリウムは反応ガス（例えば水蒸気を含有する反応ガス）と可逆的に反応して、次式に従ったＢａＯ超電導中間体を形成することができると考えられる。
【００７５】
ＢａＦ２＋Ｈ２Ｏ⇔ＢａＯ＋２ＨＦ．
これらの高温では、ＢａＯ超電導中間体は次式に従って、Ｙ２Ｏ３及びＣｕＯと反応してＹＢＣＯを形成することができると考えられる。
２ＢａＯ＋１／２Ｙ２Ｏ３＋３ＣｕＯ⇔ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ．
反応装置１００を使用して、１つ以上の反応ガス（例えば水蒸気）を基板１２０表面で比較的良好に混合させることができ、また、基板１２０表面には比較的少量の特定の生成ガス（例えばフッ化水素）が存在すると考えられる。基板１２０表面における比較的良好に混合された反応ガス（複数の反応ガス）の存在及び／又は基板１２０表面に存在する少量の少なくとも１種類の生成ガスにより、反応ガス（複数の反応ガス）（例えば水蒸気）がフッ化バリウムと反応してＢａＯ含有超電導中間体を生成する機能が強められると考えられる。さらに、この強められた機能が今度は、形成されるＹＢＣＯの質（例えば面外ｃ軸及び二軸配向のような結晶方位に対する）及び／又は成長速度（例えば基板表面に実質的に垂直な方向のｃ軸成長速度）を高めることができると考えられる。
【００７６】
一般に、混合ガス１５５及び／又は１６５のフローは所望通りに変えられる。例えば一部実施形態においては、混合ガス１５５のフローは乱流となり、一部実施形態においては、混合ガス１５５のフローは層流となる。一部実施形態においては、混合ガス１６５のフローは乱流となり、一部実施形態においては、混合ガス１６５のフローは層流となる。乱流状態の混合ガスが基板１２０表面に当たると、その混合ガスフローのレイノルズ数が約２，１００以上（例えば約３，０００以上、約４，０００以上、約５，０００以上）となる。一部実施形態においては、混合ガス１５５及び／又は１６５のフローは、反応ガスが基板１２０表面で比較的良好に混合されるようなフローとなる。
【００７７】
一部実施形態においては、基板１２０表面に存在する反応ガス（例えばフッ化水素）の境界層が減る（例えば基板１２０表面が実質的にフッ化水素の境界層に影響されない）。これは例えば、フッ化水素の境界層の形成によりフッ化バリウムがＢａＯ超電導中間体に変化する速度が小さくなる場合に有利となる。
【００７８】
一部実施形態においては、良好に混合された反応ガスを使用することにより、基板の配向表面に実質的に垂直な方向における基板１２０表面全体に亘るｃ軸成長速度が比較的均一になる。例えば図３に示すように、基板１２０表面の地点２１１０でのＹＢＣＯのｃ軸成長速度は、地点２１１０と２１２０との間の距離が約５センチメートル以上（約１０センチメートル以上、約１５センチメートル以上、約２５センチメートル以上、約５０センチメートル以上、約７５センチメートル以上、約１００センチメートル以上、約５００センチメートル以上、約７５０センチメートル以上、約１メートル以上、約１０メートル以上離れて、約２０メートル以上）の場合、基板１２０表面の地点２１２０での基板の配向表面に実質的に垂直な方向におけるＹＢＣＯのｃ軸成長速度と実質的に同じである。一般に、地点２１１０と２１２０とを結ぶ線は、基板１２０表面に沿った、または基板１２０表面を横切るどの方向にも向けることができる。例えば、地点２１１０と２１２０とを結ぶ線を基板１２０表面の幅に平行にすることができ、基板１２０表面の長さに平行にすることができ、或いは、それらの組み合わせとすることができる。これは一部実施形態において、例えば超電導体がテープ状に形成される場合のように、実質的に均一な（例えば実質的に同じ厚さ、実質的に同じ結晶方位、実質的に同じ臨界電流密度及び／又は実質的に同じ臨界電流）超電導層が比較的大きな表面に亘って必要となる場合に有利となる。一部実施形態においては、超電導体がテープ状である場合、超電導体は約２センチメートル以上（例えば約５センチメートル以上、約８センチメートル以上、約１０センチメートル以上、約１２センチメートル以上、約１５センチメートル以上、約１７センチメートル以上、約２０センチメートル以上）の幅及び／又は少なくとも約０．１メートル（例えば約０．５メートル以上、約１メートル以上、約１０メートル以上、約５０メートル以上、約１００メートル以上、約５００メートル以上、約１キロメートル以上）の長さを有することができる。
【００７９】
一部実施形態においては、基板１２０表面に実質的に垂直な方向における超電導材料（例えばＹＢＣＯ）のｃ軸成長を比較的速くすることができる。例えば、基板１２０表面に実質的に垂直な方向における超電導材料のｃ軸成長速度を約０．１ナノメートル（約１オングストローム）／秒以上（約０．２ナノメートル［約２オングストローム］／秒、約０．３ナノメートル［約３オングストローム］／秒、約０．４ナノメートル［約４オングストローム］／秒、約０．５ナノメートル［約０．５ナノメートル［約５オングストローム］］／秒、約０．６ナノメートル［約６オングストローム］／秒、約０．７ナノメートル［約７オングストローム］／秒、約０．９ナノメートル［約９オングストローム］／秒、約１ナノメートル［約１０オングストローム／秒）とすることができる。
【００８０】
前述までの部分では、超電導材料の形成の間に基板が反応装置を通って移動する反応装置を記載したが、他の反応装置を使用して１つ以上の上述の利点を得ることができる。例えば、図４は反応装置１０００の断面図であり、この反応装置はハウジング１１００を含み、このハウジングは壁１１１０，１１２０，１１３０及び１１４０、ハウジング１１００と熱的に連通するヒータ１１４５、及びヒータ１１４５と熱的に連通する支持台１１５０を有する。ハウジング１１００はまた、排気口１１６０及び排気口１１６０の間の部材１１７０を含み、部材１１７０が排気口１１６０を支持するようになっている（図５）。各排気口１１６０はオリフィス１１６４を有し、それぞれの排気口１１６０はガスソース１１８０と導管１１８５を介して流体連通する。部材１１７０は機械的に硬質で、ガスを通す材料（例えばＰａｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＲｉｇｉｍｅｓｈ（登録商標）材料のようなメッシュ状材料、穿孔または切削した金属、或いはセラミック板）により形成されるので、反応装置１０００の領域１１０２（図４の部材１１７０上方に示される）及び領域１１０４（図５の部材１１７０下方に示される）が流体連通する。部材１１７０は真空装置（例えば真空ポンプ）と導管１１９５を介して流体連通する。
【００８１】
図６は、フッ化バリウム（及び任意選択の、ＣｕＯ及び／又はＹ２Ｏ３のような１つ以上の添加前駆体）を含む膜を処理してＹＢＣＯとするために使用されている間の反応装置１０００の断面図である。反応ガス（例えば水蒸気及び／又は酸素）がガスソース１１８０から導管１１８５に沿って流れ、排気口１１６０に入り、オリフィス１１６４を通って排気口１１６０から出て行き、そして支持台１１５０上に配置された構造体２０００の表面２１００（フッ化バリウムを含む膜から形成される）に噴射される。ポンプ１１９０により表面２１００から部材１１７０及び導管１１９５を通して生成ガス（例えばフッ化水素）が除去される。
【００８２】
ガスソース１１８０、導管１１８５及び排気口１１６０は通常、オリフィス１１６４から出て行く少なくとも１種類のガスの圧力及び／又は速度が、反応装置１０００の使用中の所定の時点で、異なる排気口１１６０において実質的に均一となるように設計される。一部実施形態においては、オリフィス１１６４から出て行く少なくとも１種類のガスの圧力及び／又は速度を反応装置１０００の使用中に変えることができる。
【００８３】
一部実施形態においては、導管１１８５内の少なくとも１種類のガスの全圧はほぼ大気圧である。一部実施形態においては、これよりも高い、又は低い全圧を用いることができる。一部実施形態においては、ガス圧を反応装置１１００の使用中に変えることができる。
【００８４】
排気口１１６０から放出される少なくとも１種類のガスは、表面２１００に実質的に平行ではない角度（例えば表面２１００に対して約５°以上、表面２１００に対して約１０°以上、表面２１００に対して約２０°以上、表面２１００に対して約３０°以上、表面２１００に対して約４０°以上、表面２１００に対して約５０°以上、表面２１００に対して約６０°以上、表面２１００に対して約７０°以上、表面２１００に対して約８０°以上、表面２１００に対して約８５°以上、表面２１００に対して約９０°以上）で表面２１００に噴射される。
【００８５】
ポンプ１１９０により部材１１７０を通り、そして導管１１９５に沿って除去される少なくとも１種類のガス（例えば、フッ化水素のような少なくとも１種類の生成ガス）が表面２１００を離れると、表面２１００でのこれらのガスの量が減少する。一部実施形態においては、少なくとも１種類のガスは、表面２１００に実質的に平行ではない角度（例えば表面２１００に対して約５°以上、表面２１００に対して約１０°以上、表面２１００に対して約２０°以上、表面２１００に対して約３０°以上、表面２１００に対して約４０°以上、表面２１００に対して約５０°以上、表面２１００に対して約６０°以上、表面２１００に対して約７０°以上、表面２１００に対して約８０°以上、表面２１００に対して約８５°以上、表面２１００に対して約９０°）で表面２１００から離れる。
【００８６】
今まで、超電導中間体を形成するためにフッ化バリウムを処理する際の反応装置の使用について記述してきたが、反応装置の使用はこの方法には限定されない。一部実施形態においては、反応装置を使用し、異なる超電導前駆体を使用して超電導材料層を形成することができる。一部実施形態においては、反応装置を使用して超電導ではない１つ以上の材料層を形成することができる。
【００８７】
基板が反応装置１００に入るときにフッ化バリウムを含む膜が基板１２０表面に存在する実施形態においては、ＣｕＯ及び／又はＹ２Ｏ３も、基板１２０表面に設けられる膜中に含まれる。フッ化バリウム、ＣｕＯ及び／又はＹ２Ｏ３は、例えば前駆体溶液法及び／又は気相成長法（例えば化学気相成長法、物理気相成長法、電子ビーム気相成長法）を含む種々の技術を使用して、基板１２０表面に設けられる膜中に形成することができる。複数の方法を組み合わせて使用して、フッ化バリウム、ＣｕＯ及び／又はＹ２Ｏ３の内の１つ以上を成膜することができる。
【００８８】
これまでの議論は、反応装置に入る前に基板表面に存在するフッ化バリウム含有膜を有する基板について行なわれて来たが、本発明はこの方法に限定されない。一部実施形態においては、基板が反応装置に入るとフッ化バリウム及び／又は他の適切な超電導材料からなる１つ以上の前駆体が基板表面上の膜中に含まれ、そして反応装置を使用してフッ化バリウム及び／又は他の適切な材料を形成することができる。
【００８９】
通常、化学溶液を使用してフッ化バリウム及び／又は他の超電導前駆体を形成する実施形態においては、溶液（例えば酢酸イットリウム、酢酸銅、酢酸バリウム及び／又はバリウムのフッ化酢酸塩などの金属塩を含む溶液）が表面（例えばその上に１つ以上のバッファ層が設けられた合金層を有する基板のような基板の表面）の上に塗布される。この溶液を標準の技術（例えばスピンコーティング、ディップコーティング、スロットコーティング）を用いて表面に塗布することができる。この溶液を乾燥させて（例えばほぼ室温で、又は少し熱して乾燥させて）溶液中に存在する有機化合物の内の少なくとも幾つかを除去し、そしてその結果として残る材料を、酸素及び水蒸気を含むガス雰囲気の炉の中で反応させ（例えば分解させ）、フッ化バリウム及び／又は他の適切な材料（例えばＣｕＯ及び／又はＹ２Ｏ３）を形成する。一部実施形態においては、上述した反応装置はこれらの工程のどの工程においても、または全ての工程において使用することができる。
【００９０】
使用できる金属塩溶液の例を以下に示す。
一部実施形態においては、金属塩溶液は比較的少量の遊離酸を有することができる。水溶液中では、この溶液を比較的中性のｐＨ（例えば強酸性でも強塩基性でもない）を有する金属塩溶液とすることができる。この金属塩溶液を用いて、超電導層が形成される下地層として使用される多種類の材料を使用して多層超電導体を作製することができる。
【００９１】
金属塩溶液の合計遊離酸濃度を約１×１０−３モル未満（例えば約１×１０−５モル未満、又は約１×１０−７モル未満）にすることができる。金属塩溶液に含ませることができる遊離酸の例には、トリフルオロ酢酸、酢酸、硝酸、硫酸、ヨウ化物の酸、臭化物の酸、及び硫酸化合物の酸が挙げられる。
【００９２】
金属塩溶液が水を含む場合、前駆体組成物はそのｐＨを約３以上（例えば少なくとも約５又は約７）とすることができる。
一部実施形態においては、金属塩溶液は比較的少量の水（例えば約５０体積％未満の水、約３５体積％未満の水、約２５体積％未満の水）を含むようにすることができる。
【００９３】
金属塩溶液がトリフルオロ酢酸イオン及びアルカリ土類金属カチオン（例えばバリウム）を含む実施形態においては、金属塩溶液に含まれるフッ素（例えばトリフルオロ酢酸の形で）の、金属塩溶液に含まれるアルカリ土類金属（例えばバリウムイオン）に対するモル比が約２：１以上（例えば約２：１〜約１８．５：１、又は約２：１〜約１０：１）になるように、トリフルオロ酢酸イオンの総量を選択することができる。
【００９４】
一般に、金属塩溶液は、第１金属（例えば銅）、第２金属（例えばアルカリ土類金属）、及び希土類金属からなる可溶性の化合物を１つ以上の所望の溶媒及び任意選択の水と混合することにより作製することができる。ここで使用する第１、第２金属及び希土類金属からなる「可溶性化合物」とは、金属塩溶液に含まれる溶媒（複数の溶媒）に溶解するこれらの金属の化合物を指す。このような化合物には例えば、これらの金属の塩（例えば硝酸塩、酢酸塩、アルコキシド、ヨウ化物、硫酸塩、及びトリフルオロ酢酸塩）、酸化物及び水酸化物がある。
【００９５】
一部実施形態においては、金属塩溶液は、Ｂａ（Ｏ２ＣＣＨ３）２，Ｙ（Ｏ２ＣＣＨ３）３，及びＣｕ（Ｏ２ＣＣＨ３）２の粉末をこの技術分野の当業者には公知の方法を用いて混合し、反応させて形成されるトリフルオロ酢酸金属塩を含む有機溶液により形成することができる。例えば、メチルアルコール中でトリフルオロ酢酸金属塩粉末を２：１：３の比で混合し、銅含有量に基づいて実質的に０．９４Ｍの溶液を生成することができる。
【００９６】
一部実施形態においては、金属塩溶液はルイス塩基を含むことができる。希土類金属はイットリウム、ランタン、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、  ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、セリウム、プラセオジミウム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、またはルテチウムとすることができる。一般に、希土類金属塩は、金属塩溶液に含まれる溶媒（複数の溶媒）に溶解し、かつ、中間体（例えば金属オキシハライド中間体）を形成するために処理されると希土類酸化物（複数の希土類酸化物）（例えばＹ２Ｏ３）を形成する希土類金属塩であればどのようなものであっても良い。このような塩は例えば、式Ｍ（Ｏ２Ｃ−（ＣＨ２）ｎ−ＣＸＸ’Ｘ’’）（Ｏ２Ｃ−（ＣＨ２）ｍ−ＣＸ’’’Ｘ’’’’Ｘ’’’’’）（Ｏ２Ｃ−（ＣＨ２）ｐ−ＣＸ’’’’’’Ｘ’’’’’’’Ｘ’’’’’’’’）またはＭ’（ＯＲ）３を有する。Ｍは希土類金属である。ｎ，ｍ及びｐはそれぞれ１以上であって、塩を溶媒（複数の溶媒）に対して不溶性にする数未満である（例えば１〜１０）。Ｘ，Ｘ’，Ｘ’’，Ｘ’’’，Ｘ’’’’，Ｘ’’’’’，Ｘ’’’’’’，Ｘ’’’’’’’，及びＸ’’’’’’’’の各々は、Ｈ，Ｆ，Ｃｌ，ＢｒまたはＩである。Ｒは、ハロゲン化される（例えばＣＨ２ＣＦ３）、またはハロゲン化されない炭素含有基である。このような塩の例には、ハロゲン化されないカルボン酸塩、ハロゲン化酢酸塩（例えば、トリフルオロ酢酸塩、トリクロロ酢酸塩、トリブロモ酢酸塩、３ヨード酢酸塩）、ハロゲン化アルコキシド、及びハロゲン化されないアルコキシドがある。ハロゲン化されないカルボン酸塩の例には、ハロゲン化されない酢酸塩（例えばＭ（Ｏ２Ｃ−ＣＨ３）３）がある。アルカリ土類金属は、バリウム、ストロンチウム、またはカルシウムとすることができる。一般に、アルカリ土類金属塩は、金属塩溶液に含まれる溶媒（複数の溶媒）に溶解し、かつ、中間体（例えば金属オキシハライド中間体）を形成するために処理されると、アルカリ土類酸化物（複数のアルカリ土類酸化物）（例えばＢａＯ）を形成する前に、アルカリ土類ハロゲン化合物（例えばＢａＦ２，ＢａＣｌ２，ＢａＢｒ２，ＢａＩ２）を形成する希土類金属塩であればどのようなものであっても良い。このような塩は例えば、式Ｍ’（Ｏ２Ｃ−（ＣＨ２）ｎ−ＣＸＸ’Ｘ’’）（Ｏ２Ｃ−（ＣＨ２）ｍ−ＣＸ’’’Ｘ’’’’Ｘ’’’’’）またはＭ’（ＯＲ）２を有する。Ｍ’はアルカリ土類金属である。ｎ及びｍはそれぞれ１以上であって、塩を溶媒（複数の溶媒）に対して不溶性にする数未満である（例えば１〜１０）。Ｘ，Ｘ’，Ｘ’’，Ｘ’’’，Ｘ’’’’，及びＸ’’’’’の各々は、Ｈ，Ｆ，Ｃｌ，ＢｒまたはＩである。Ｒはハロゲン化される、またはハロゲン化されない炭素含有基である。このような塩の例には、ハロゲン化酢酸塩（例えばトリフルオロ酢酸塩、トリクロロ酢酸塩、トリブロモ酢酸塩、３ヨード酢酸塩）がある。一般に遷移金属は銅である。遷移金属塩は金属塩溶液に含まれる溶媒（複数の溶媒）に溶解する必要がある。好ましくは、前駆体を中間体（例えば金属オキシハライド）に変化させる間、最小限の架橋が離散遷移金属分���（例えば銅分子）の間で生じる。このような遷移金属塩は例えば、化学式Ｍ’’（ＣＸＸ’Ｘ’’−ＣＯ（ＣＨ）ａＣＯ−ＣＸ’’’Ｘ’’’’Ｘ’’’’’）（ＣＸ’’’’’’Ｘ’’’’’’’Ｘ’’’’’’’’−ＣＯ（ＣＨ）ｂＣＯ−ＣＸ’’’’’’’’’Ｘ’’’’’’’’’’Ｘ’’’’’’’’’’’），Ｍ’’（Ｏ２Ｃ−（ＣＨ２）ｎ−ＣＸＸ’Ｘ’’）（Ｏ２Ｃ−（ＣＨ２）ｍ−ＣＸ’’’Ｘ’’’’Ｘ’’’’’）またはＭ’’（ＯＲ）２を有する。Ｍ’’は遷移金属である。ａ及びｂはそれぞれ１以上であって、塩を溶媒（複数の溶媒）に対して不溶性にする数未満である（例えば１〜５）。一般に、ｎ及びｍはそれぞれ１以上であって、塩を溶媒（複数の溶媒）に対して不溶性にする数未満である（例えば１〜１０）。Ｘ，Ｘ’，Ｘ’’，Ｘ’’’，Ｘ’’’’，Ｘ’’’’’，Ｘ’’’’’’，Ｘ’’’’’’’，Ｘ’’’’’’’’，Ｘ’’’’’’’’’，Ｘ’’’’’’’’’’，Ｘ’’’’’’’’’’’の各々は、Ｈ，Ｆ，Ｃｌ，ＢｒまたはＩである。Ｒはハロゲン化される炭素含有基（例えばＣＨ２ＣＦ３）、またはハロゲン化されない炭素含有基である。このような塩には例えば、ハロゲン化酢酸塩（例えばＭ’’（Ｏ２Ｃ−ＣＨ３）２）、ハロゲン化される酢酸塩、ハロゲン化アルコキシド、及びハロゲン化されないアルコキシドがある。このような塩の例には、トリクロロ酢酸銅、トリブロモ酢酸銅、３ヨード酢酸銅、Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＦ３）２，Ｃｕ（ＯＯＣＣ７Ｈ１５）２，Ｃｕ（ＣＦ３ＣＯＣＨＣＯＦ３）２，Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３）２，Ｃｕ（ＣＨ３ＣＨ２ＣＯ２ＣＨＣＯＣＨ３）２，ＣｕＯ（Ｃ５Ｈ６Ｎ）２，及びＣｕ３Ｏ３Ｂａ２（Ｏ−ＣＨ２ＣＦ３）４がある。一部実施形態においては、遷移金属塩は遷移金属のプロピオン酸塩（例えば遷移金属のハロゲン化されないプロピオン酸塩）のようなカルボン酸塩（例えばハロゲン化されないカルボン酸塩）である。遷移金属のハロゲン化されないプロピオン酸塩の一例にＣｕ（Ｏ２ＣＣ２Ｈ５）２がある。一部実施形態においては、遷移金属塩は硫酸銅、硝酸銅、ヨウ化銅、及び／又はオキシレート銅のような単塩である。一部実施形態においては、ｎ及び／又はｍはゼロと成り得る。一部実施形態においては、ａ及び／又はｂはゼロと成り得る。ルイス塩基の例示的で限定されない一覧には、アンモニア及びアミンのような窒素含有化合物がある。アミンの例として、ＣＨ３ＣＮ，Ｃ５Ｈ５Ｎ及びＲ１Ｒ２Ｒ３Ｎが挙げられる。Ｒ１Ｒ２Ｒ３の各々はそれぞれ独立した形のＨ、アルキル基（例えば直鎖アルキル基、分鎖アルキル基、脂肪族アルキル基、非脂肪族アルキル基、及び／又は置換アルキル基）などである。理論に拘束されないとすると、金属塩溶液中にルイス塩基が存在すると中間体の形成中に銅の架橋を減らすことができると考えられる。これは、ルイス塩基が銅イオンと結合（例えば選択的な結合）して銅の架橋能が劣化することにより実現すると考えられる。
【００９７】
通常、金属塩溶液を表面（例えばバッファ層表面）に、例えばスピンコーティング、ディップコーティング、ウェブコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、またはこの技術分野の当業者に公知の他の技術により塗布し、続いて加熱する。
【００９８】
次に塗布した溶液を加熱して超電導材料（例えばＹＢＣＯ）とする。理論に拘束されないとすると、一部実施形態においては、ＹＢＣＯを作製する場合、溶液はまずフッ化バリウムに変化し、超電導前駆体がＢａＯ超電導中間体に変化し、そして次にＢａＯ超電導中間体がＹＢＣＯに変化すると考えられる。
【００９９】
一部実施形態においては、フッ化バリウムの形成には乾燥させる溶液の加熱が含まれ、この加熱は、約１０１．３ｋＰａ（約７６０ｔｏｒｒ）の全ガス圧を有し、約０．６６７ｋＰａ（約５ｔｏｒｒ）〜約６．６７ｋＰａ（約５０ｔｏｒｒ）の水蒸気、約１３．３Ｐａ（約０．１ｔｏｒｒ）〜約１０１．３ｋＰａ（約７６０ｔｏｒｒ）の酸素を含み、残りは不活性ガス（例えば窒素、アルゴン）とする公称の（ｎｏｍｉｎａｌ）ガス雰囲気中でほぼ室温から約２００℃に約５℃／分の速度で行なわれる。次に、同じ公称ガス雰囲気を実質的に維持しながら、温度を約２００℃から約２２０℃に約１℃／分以上（例えば約５℃／分以上、約１０℃／分以上、約１５℃／分以上、約２０℃／分以上）の速度で線形的に上昇させる。
【０１００】
これらの実施形態の一部においては、乾燥させる溶液を湿気を含んだ酸素（例えば約２０℃〜約７５℃の範囲に露点を有する）中で約３００℃〜約５００℃の範囲の温度に加熱することによりフッ化バリウムを形成する。
【０１０１】
別の実施形態においては、乾燥させる溶液を、約０．６６７ｋＰａ（約５ｔｏｒｒ）〜約６．６７ｋＰａ（約５０ｔｏｒｒ）の水蒸気（例えば約０．６６７ｋＰａ［約５ｔｏｒｒ］〜約４．００ｋＰａ［約３０ｔｏｒｒ］の水蒸気、または約１．３３ｋＰａ［約１０ｔｏｒｒ］〜約３．３３ｋＰａ［約２５ｔｏｒｒ］の水蒸気）の水蒸気圧の下で、最初の温度（例えば室温）から約１９０℃〜約２１５℃の範囲の温度（例えば２１０℃）に加熱することによりフッ化バリウムを形成する。公称の酸素分圧は例えば、約１３．３Ｐａ（約０．１ｔｏｒｒ）〜約１０１．３ｋＰａ（約７６０ｔｏｒｒ）であり得る。次にこれらの実施形態において加熱を継続し、約０．６６７ｋＰａ（約５ｔｏｒｒ）〜約６．６７ｋＰａ（約５０ｔｏｒｒ）の水蒸気（例えば約０．６６７ｋＰａ［約５ｔｏｒｒ］〜約４．００ｋＰａ［約３０ｔｏｒｒ］の水蒸気、または約１．３３ｋＰａ［約１０ｔｏｒｒ］〜約３．３３ｋＰａ［約２５ｔｏｒｒ］の水蒸気）の水蒸気圧の下で、約２２０℃〜約２９０℃の範囲の温度（例えば２２０℃）にまで上昇させる。公称の酸素分圧は例えば、約１３．３Ｐａ（約０．１ｔｏｒｒ）〜約１０１．３ｋＰａ（約７６０ｔｏｒｒ）であり得る。この後、約０．６６７ｋＰａ（約５ｔｏｒｒ）〜約６．６７ｋＰａ（約５０ｔｏｒｒ）の水蒸気（例えば約０．６６７ｋＰａ［約５ｔｏｒｒ］〜約４．００ｋＰａ［約３０ｔｏｒｒ］の水蒸気、または約１．３３ｋＰａ［約１０ｔｏｒｒ］〜約３．３３ｋＰａ［約２５ｔｏｒｒ］の水蒸気）の水蒸気圧の下で、約２℃／分以上の速度（例えば約３℃／分以上、または約５℃／分以上）で約４００℃にまで加熱してフッ化バリウムを形成する。公称の酸素分圧は、例えば約１３．３Ｐａ（約０．１ｔｏｒｒ）〜約１０１．３ｋＰａ（約７６０ｔｏｒｒ）であり得る。
【０１０２】
他の実施形態においては、フッ化バリウムを形成するために乾燥させる溶液を加熱する工程は、第１温度が室温近傍の温度よりも高い温度にまで線形的に上昇した後、比較的長い期間（例えば約１分超、約５分超、約３０分超、約１時間超、約２時間超、約４時間超）に亘って温度を実質的に一定（例えば約１０℃以内、約５℃以内、約２℃以内、約１℃以内）に維持する１つ以上の工程を有する。これらの実施形態においては、金属塩溶液の加熱には、比較的長期間（例えば約１分超、約５分超、約３０分超、約１時間超、約２時間超、約４時間超）に亘って温度を実質的に一定（例えば約１０℃以内、約５℃以内、約２℃以内、約１℃以内で一定）に維持しながら、２種類以上のガス雰囲気（例えば比較的高い水蒸気圧を有するガス雰囲気及び比較的低い水蒸気圧を有するガス雰囲気）を使用する工程が含まれる。一例として、高水蒸気圧雰囲気において、水蒸気圧を約０．６６７ｋＰａ（約５ｔｏｒｒ）〜約５．３３ｋＰａ（約４０ｔｏｒｒ）（例えば約３．３３ｋＰａ［約２５ｔｏｒｒ］〜約５．０７ｋＰａ［約３８ｔｏｒｒ］の間の約２．６７ｋＰａ［約３２ｔｏｒｒ］など）の間に設定することができる。低水蒸気圧雰囲気の場合、水蒸気圧を約１３３．３Ｐａ（約１ｔｏｒｒ）未満（例えば約１３．３Ｐａ［約０．１ｔｏｒｒ］未満、約１．３３Ｐａ［約１０ミリｔｏｒｒ］未満、約０．６６７Ｐａ［約５ミリｔｏｒｒ］未満）の水蒸気圧とすることができる。
【０１０３】
一部実施形態においては、乾燥させる溶液を加熱してフッ化バリウムを形成する工程には、塗布された試料を予備加熱（例えば約１００℃以上、約１５０℃以上、約２００℃以上、最大約３００℃、最大約２５０℃、約２００℃の温度の）炉に置く工程が含まれる。炉内のガス雰囲気は、例えば約１０１．３ｋＰａ（約７６０ｔｏｒｒ）の全ガス圧、所定の水蒸気分圧（例えば約１．３３ｋＰａ［約１０ｔｏｒｒ］以上、約２．００ｋＰａ［約１５ｔｏｒｒ］以上、最大約３．３３ｋＰａ［約２５ｔｏｒｒ］、最大約２．６７ｋＰａ［約２０ｔｏｒｒ］、約２．２７ｋＰａ［約１７ｔｏｒｒ］）とし、残りを酸素分子とする。塗布された試料が炉温度に達した後、炉温度を所定の線形的な温度上昇速度（例えば約０．５℃／分以上、約０．７５℃／分以上、最大約２℃／分、最大約１．５℃／分、約１℃／分）で（例えば約２２５℃以上に、約２４０℃以上に、最大約２７５℃に、最大約２６０℃に、約２５０℃に）上昇させる。この工程は、第１の加熱工程において使用される同じ公称ガス雰囲気で行なうことができる。次に炉温度を所定の線形的な温度上昇速度（例えば約５℃／分以上、約８℃／分以上、最大約２０℃／分、最大約１２℃／分、約１０℃／分）で（例えば約３５０℃以上、約３７５℃以上、最大約４５０℃、最大約４２５℃、約４５０℃に）上昇させる。この工程は、第１の加熱工程において使用される同じ公称ガス雰囲気で行なうことができる。
【０１０４】
一部実施形態においては、超電導材料の作製には、金属塩溶液をスロットコーティング（例えばＧｄ２Ｏ３，ＹＳＺ及びＣｅＯ２のようなエピタキシャルバッファ及び／又はキャップ層をその上に連続して設けた配向ニッケルテープから形成されるテープのようなテープ上に）する工程が含まれる。塗布する金属塩溶液はＨ２Ｏ含有（例えば約０．６６７ｋＰａ［約５ｔｏｒｒ］Ｈ２Ｏ〜約２．００ｋＰａ［約１５ｔｏｒｒ］Ｈ２Ｏ、約１．２０ｋＰａ［約９ｔｏｒｒ］Ｈ２Ｏ〜約１．７３ｋＰａ［約１３ｏｒｒ］Ｈ２Ｏ、約１．４７ｋＰａ［約１１ｏｒｒ］Ｈ２Ｏ）雰囲気で塗布することができる。雰囲気の残りは不活性ガス（例えば窒素）とすることができる。成膜中の合計圧力は、例えば約１０１．３ｋＰａ（約７６０ｔｏｒｒ）であり得る。膜は、例えば塗布の施されたテープを搬送して温度傾斜のあるチューブ炉（例えば６．３５ｃｍ［約２．５インチ］の直径を有するチューブ炉）を通過させることにより分解することができる。炉中のそれぞれの温度傾斜及びガス雰囲気傾斜に加えて、各傾斜を通過する試料の搬送速度を選択して膜処理を実質的に上述の方法に従ったものと同じにする。
【０１０５】
金属塩溶液を前述のように処理するとフッ化バリウムとなる。前駆体は比較的低い欠陥密度を有することが好ましい。
特定の実施形態においては、必要な反応条件が得られるまで酸化物層が形成されないようにすることにより、不所望のａ軸配向酸化物層粒子の形成を最小限に抑える溶液の処理方法を用いることができる。
【０１０６】
フッ化バリウムの形成に使用する化学溶液を開示してきたが、他の方法を使用することもできる。例えば、固体状態または半固体状態の前駆体材料を分散した形で成膜させる。これらの前駆体組成物により、例えば最終のＹＢＣＯ超電導層においてＢａＣＯ３を実質的に除去し、かつ、膜の核生成及び膜成長も制御することができる。このような前駆体組成物の形成に対して２つの一般的な手法を提供する。
【０１０７】
１つの手法においては、前駆体組成物の陽イオン成分は、元素として、または好ましくは他の元素と混合させた固体の形を採る成分中に与えられる。前駆体組成物は超微細粒子の形で与えられ、この超微細粒子は分散させ、それらを適切な基板、中間体が塗布された基板、またはバッファ層が塗布された基板の表面に塗布し、そして接着させる。これらの超微細粒子は、エアゾールスプレー、蒸着、または制御可能で所望の化学組成及びサイズが得られる同様の技術により作製することができる。超微細粒子は約５００ｎｍ未満、好ましくは約２５０ｎｍ未満、より好ましくは約１００ｎｍ未満、それよりもさらに好ましくは約５０ｎｍ未満である。一般に、粒子は所望の最終膜厚の厚さの約５０％未満、好ましくは約３０％未満、最も好ましくは所望の最終膜厚の厚さの約１０％未満である。例えば、前駆体組成物は、キャリア中に存在する実質的に化学量論的な混合物中の１つ以上の超電導層成分からなる超微細粒子を含む。このキャリアは溶媒、可塑剤、バインダ、分散剤、またはこのような粒子の分散を形成するためのこの技術分野で公知の同様な系を含む。各超微細粒子は、このような成分からなる実質的に組成が一様で、均質な混合物を含む。例えば各粒子は、実質的に化学量論的な混合物中にＢａＦ２、及び希土類酸化物、及び酸化銅または希土類／バリウム／銅オキシフッ化物を含むことができる。このような粒子を解析することにより、希土類：バリウム：銅の比が化学量論的に実質的に１：２：３であり、フッ素：バリウムの比が化学量論的に実質的に２：１が望ましいと考えられる。これらの粒子は結晶またはアモルファスの形とすることができる。
【０１０８】
第２の手法においては、前駆体成分は元素原料から作製される、または所望の成分を含む実質的に化学量論的な化合物から作製される。例えば、所望のＲＥＢＣＯ成分（例えばＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ）からなる実質的に化学量論的な化合物を含む固体、またはそれぞれが所望の最終超電導層（例えばＹ２Ｏ３，ＢａＦ２，ＣｕＯ）の特定の成分を含む多くの固体を蒸着して前駆体組成物製造用の超微細粒子を製造することができる。別の方法として、所望のＲＥＢＣＯ成分からなる実質的に化学量論的な混合物を含む有機金属溶液をスプレー乾燥するか、またはエアゾール化することにより、前駆体組成物に使用される超微細粒子を製造することができる。別の方法として、１つ以上の陽イオン成分を有機金属塩または有機金属化合物として前駆体組成物に加えることができ、そして溶液に含ませることができる。有機金属溶液は、他の固体元素または化合物用の溶媒またはキャリアとして機能する。本実施形態によれば、分散剤及び／又はバインダは実質的に前駆体組成物から除去することができる。例えば、前駆体組成物は、可溶化されたバリウム含有塩、例えばメタノールのような有機溶媒に溶解したトリフルオロ酢酸バリウムと一緒に、希土類酸化物及び酸化銅の超微細粒子を実質的に１：３の化学量論比で含む。
【０１０９】
超電導層がＲＥＢＣＯタイプである場合、前駆体組成物は、酸化物の形を採る希土類元素、バリウム、及び銅；フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物のようなハロゲン化合物；カルボン酸塩及びアルコラート、例えばトリフルオロ酢酸塩のようなトリハロ酢酸塩を含む酢酸塩、ギ酸塩、シュウ酸塩、乳酸塩、オキシフッ化物、プロピオン酸塩、クエン酸塩、及びアセチルアセトン錯塩、及び塩素酸塩、及び硝酸塩などである。前駆体組成物はこのような元素（希土類元素、バリウム、及び銅）をそれらの元素の種々の形で組み合わせたあらゆるものを含み、これらの組み合わせた元素はハロゲン化バリウムに希土類オキシハロゲン化物及び銅（オキシハロゲン化物）を加えたものを含む中間体に変化し得る。この変化は、別々の分解工程を経ることなく、または全ての成分が可溶化される前駆体に必要とされる工程よりも実質的に短い分解工程を経て、そしてＢａＣＯ３の形成を実質的に伴うことなく行なわれ、また、これらの組み合わせた元素を高温反応プロセスを使用して連続して処理して約８９Ｋ以上のＴＣ及びＪＣが１マイクロメートル以上の膜厚で５００，０００Ａ／ｃｍ２を示すエピタキシャルＲＥＢＣＯ膜を生成することができる。例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ超電導層においては、前駆体組成物はハロゲン化バリウム（例えばフッ化バリウム）、酸化イットリウム（例えばＹ２Ｏ３）、及び酸化銅；または、酸化イットリウム、トリフルオロ酢酸塩／メタノール溶液中のトリフルオロ酢酸バリウム、及びトリフルオロ酢酸塩／メタノール溶液中の酸化銅及びトリフルオロ酢酸銅の混合物を含むことができる。或いは、前駆体組成物はトリフルオロ酢酸バリウム、Ｙ２Ｏ３、及びＣｕＯを含むことができる。或いは、前駆体組成物はメタノール中のトリフルオロ酢酸バリウム及びトリフルオロ酢酸イットリウム、及びＣｕＯを含むことができる。或いは、前駆体組成物はＢａＦ２及び酢酸イットリウム、及びＣｕＯを含むことができる。好適な一部実施形態においては、バリウム含有粒子はＢａＦ２粒子、またはフルオロ酢酸バリウムとして存在する。一部実施形態においては、前駆体は実質的に、陽イオン成分を含む化合物の内の１つの少なくとも１部が固体形で存在すると仮定すると、陽イオン成分の幾つか、または全てを含む可溶化される有機金属塩とすることができる。一部実施形態においては、分散形の前駆体はバインダ及び／又は分散剤及び／又は溶媒を含む。
【０１１０】
前駆体組成物は実質的に均一な厚さのコーティングを形成できるように考案された多くの方法により基板またはバッファ処理された基板に塗布することができる。例えば、前駆体組成物はスピンコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、ディップコーティング、テープキャスティング、またはスプレーを用いて塗布することができる。基板には均一に塗布して約１〜１０マイクロメートル、好ましくは約１〜５マイクロメートル、より好ましくは約２〜４マイクロメートルの厚さの超電導層を形成することが望ましい。
【０１１１】
さらに詳しい情報は、２００１年２月１日発行の「塗布による導電性厚膜前駆体（Ｃｏａｔｅｄ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｔｈｉｃｋ  Ｆｉｌｍ  Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）」と題する国際公開第０１／０８２３６号パンフレットに記載されている。
【０１１２】
好適な実施形態においては、超電導層は秩序的に配列される（例えば、面内二軸配向、または面外ｃ軸及び面内二軸配向）。実施形態においては、バルク超電導材料が二軸配向する。超電導層は約１マイクロメートル以上の厚さ（例えば約２マイクロメートル以上厚、約３マイクロメートル以上厚、約４マイクロメートル以上厚、約５マイクロメートル以上厚）とすることができる。
【０１１３】
図７は表面５１１０を有する基板５１００、バッファ層５２００、及び超電導層５３００を備える超電導構造体５０００の断面図である。
好適には、表面５１１０は比較的良好に決定された結晶方位を有する。例えば、表面５１１０は二軸配向表面（例えば（１１３）［２１１］表面）または三軸配向表面（例えば（１００）［０１１］表面または（１００）［００１］表面）とすることができる。好適には、表面１１０のＸ線回折極点図におけるピークが約２０°未満（例えば約１５°未満、約１０°未満、または約５°〜約１０°）のＦＷＨＭを有する。
【０１１４】
表面５１１０は、例えばローリング及びアニーリングにより形成することができる。表面５１１０は、イオンビームアシスト蒸着法、基板傾斜成膜法のような真空プロセス及びこの技術分野で公知の他の真空技術を使用して、例えばランダムに配向した多結晶表面に二軸配向表面を形成することにより形成する。一部実施形態（例えばイオンビームアシスト蒸着法を使用する場合）においては、基板５１００の表面５１１０は配向させる必要が無い（例えば表面５１１０をランダムに配向した多結晶表面、または表面５１１０をアモルファスとすることができる）。
【０１１５】
基板５１００はバッファ層積層及び／又は超電導材料層を支持することができる材料であればどのような材料からでも形成することができる。基板５１００として使用可能な基板材料の例として、例えばニッケル、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、鉄、クロム、バナジウム、パラジウム、モリブデン、及び／又はこれらの合金のような金属及び／又は合金が挙げられる。一部実施形態においては、基板５１００は超合金から形成することができる。一部実施形態においては、基板５１００は比較的広い表面積を有する物体（例えばテープまたはウェハ）の形を採ることができる。これらの実施形態においては、基板５１００は比較的柔軟な材料で形成することが好ましい。
【０１１６】
これらの実施形態の幾つかにおいては、基板は次に示す金属の内の２つを含む二元合金である：銅、ニッケル、クロム、バナジウム、アルミニウム、銀、鉄、パラジウム、モリブデン、タングステン、金及び亜鉛。例えば、二元合金はニッケル及びクロムにより形成する（例えばニッケル及び最大２０原子％のクロム、ニッケル及び約５〜約１８原子％のクロム、またはニッケル及び約１０〜約１５原子％のクロム）。別の例として、二元合金をニッケル及び銅により形成する（例えば銅及び約５〜約４５原子％のニッケル、銅及び約１０〜約４０原子％のニッケル、または銅及び約２５〜約３５原子％のニッケル）。さらに別の例として、二元合金はニッケル及びタングステンを含むことができる（例えば約１原子％のタングステン〜約２０原子％のタングステン、約２原子％のタングステン〜約１０原子％のタングステン、約３原子％のタングステン〜約７原子％のタングステン、約５原子％のタングステン）。二元合金はさらに、比較的少量の不純物を含むことができる（例えば約０．１原子％未満の不純物、約０．０１原子％未満の不純物、または約０．００５原子％未満の不純物）。
【０１１７】
これらの実施形態の一部においては、基板は２つよりも多くの金属を含む（例えば三元合金または四元合金）。これらの実施形態の幾つかにおいては、合金は１つ以上の酸化物形成体（例えばＭｇ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ，Ｓｉ，Ｐｒ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｌｕ，Ｔｈ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｂｅ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｙｂ及び／又はＬａが挙げられ、Ａｌが好ましい酸化物形成体である）のみならず、次に示す金属の内の２つを含むことができる：銅、ニッケル、クロム、バナジウム、アルミニウム、銀、鉄、パラジウム、モリブデン、金及び亜鉛。これらの実施形態の一部においては、合金は次に示す金属の内の２つを含むことができる：銅、ニッケル、クロム、バナジウム、アルミニウム、銀、鉄、パラジウム、モリブデン、金及び亜鉛、そして前述の酸化物形成体（ｏｘｉｄｅ  ｆｏｒｍｅｒ）のいずれかが実質的に欠けたものとすることができる。
【０１１８】
合金が酸化物形成体を含む実施形態においては、合金は約０．５原子％以上の酸化物形成体（例えば約１原子％以上の酸化物形成体、または約２原子％以上の酸化物形成体）を含み、かつ、約２５原子％以下の酸化物形成体（例えば約１０原子％以下の酸化物形成体、または約４原子％以下の酸化物形成体）を含むことができる。例えば、合金は１種類の酸化物形成体（例えば約０．５原子％以上のアルミニウム）、約２５原子％〜約５５原子％のニッケル（例えば約３５原子％〜約５５原子％のニッケル、または約４０原子％〜約５５原子％のニッケル）を含み、残りを銅とする。別の例として、合金は１種類の酸化物形成体（例えば約０．５原子％以上のアルミニウム）、約５原子％〜約２０原子％のクロム（例えば約１０原子％〜約１８原子％のクロム、または約１０原子％〜約１５原子％のクロム）を含み、残りをニッケルとする。合金は比較的少量の添加金属（例えば約０．１原子％未満の添加金属、約０．０１原子％未満の添加金属、または約０．００５原子％未満の添加金属）を含む。
【０１１９】
合金から形成される基板は、例えば粉末状の成分を混合し、溶融しそして冷却する、または例えば、固体状の粉末状成分を一緒に拡散させることにより作製することができる。次に合金の分解による配向成長により（例えばアニーリング及びローリング、スエイジング、射出及び／又は延伸）配向表面（例えば二軸配向または三軸配向）を形成する。別の方法として、合金成分をゼリーロール構造に積層し、そして分解により配向成長させる。一部実施形態においては、比較的小さい熱膨張率の材料（例えばＮｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｐｄ，Ｓｂ，ＮｂＴｉ，及びＮｉＡｌまたはＮｉ３Ａｌのような金属間化合物、またはそれらの混合物）を分解配向成長させる前にロッド状に形成し、そして合金に埋め込む。
【０１２０】
一部実施形態においては、表面５１１０での安定な酸化物の形成は、基板表面に設けられる中間層を使用して、第１エピタキシャル（例えばバッファ）層が二軸配向合金表面に形成されるまで遅らせることができる。本発明における使用に適した中間層はこれらのエピタキシャル金属層または合金層を含み、この場合、これらのエピタキシャル金属層または合金層は、エピタキシャルバッファ層膜の初期成長に必要なＰＯ２及び温度により決まる環境に晒されたときに、表面酸化物を形成しない。また、バッファ層は、基板元素（複数の基板元素）が中間層表面に移動してエピタキシャル層の初期成長中に酸化物を形成しないようにするバリアとして機能する。このような中間層が無い場合、基板内の１つ以上の元素が熱力学的に安定な酸化物（複数の酸化物）を基板表面に形成するものと考えられ、これにより、例えばこの酸化物層の配向不足によりエピタキシャル層の成長が大きく妨げられる。
【０１２１】
これらの実施形態の幾つかにおいては、中間層は本質的に一時的である。ここで言う「一時的」とは、中間層がエピタキシャル膜の初期核生成及び成長に続いて、二軸配向基板に、または二軸配向基板とともに全体として又は一部組み込まれることを指す。これらの環境の下においても、中間層及び二軸配向基板は、成長した膜のエピタキシャル膜としての性質が確立するまではっきりと残る。中間層を一時的に使用することは、中間層が幾つかの望ましくない特性を有する、例えば中間層がニッケルのように磁性を示す場合に好ましい。
【０１２２】
例示としての中間金属層には、ニッケル、金、銀、パラジウム、及びそれらの合金がある。添加金属または合金には、ニッケル及び／又は銅の合金がある。中間層の上に成膜するエピタキシャル膜またはエピタキシャル層には、金属酸化物、カルコゲニド、ハロゲン化物、及び窒化物がある。一部実施形態においては、中間金属層はエピタキシャル膜成長条件の下では酸化されない。
【０１２３】
ここで、成長させた中間層は、初期バッファ層構造の核生成及び成長によりエピタキシャル層が形成される前に、基板に完全には組み入れられない、または基板に完全には拡散しないように注意すべきである。これは、基板合金中の拡散定数、実際のエピタキシャルバッファ層成長条件下における酸化に対する熱力学的安定性、及びエピタキシャル層との格子整合のような適切な属性を有する金属（または合金）を選択した後、成膜する金属層の厚さをエピタキシャル層成長条件、特に温度に適合させる必要があることを意味する。
【０１２４】
中間金属層の成膜は、蒸着またはスパッタリングのような真空プロセスで、または（電極有り、または無しの）電解メッキのような電気化学手段により行なうことができる。これらの成膜した中間金属層は成膜後にエピタキシャルとする、または成膜後にエピタキシャルとしないことができ（成膜中の基板温度に依存する）るが、エピタキシャル配向は、成膜後の加熱処理の間に続いて得ることができる。
【０１２５】
一部実施形態においては、イオウを中間層表面に形成することができる。イオウを中間層表面に、例えば中間層をイオウ（例えば硫化水素、タンタル箔または銀箔）及び水素（例えば水素、または５％の水素／アルゴン混合ガスのような水素及び不活性ガスとの混合物）のソースを含むガス雰囲気に所定の時間（例えば約１０秒〜約１時間、約１分〜約３０分、約５分〜約１５分）だけ晒すことにより、形成することができる。この工程は高温（例えば約４５０℃〜約１１００℃の温度、約６００℃〜約９００℃の温度、８５０℃）で行なう。水素（または水素／不活性ガスの混合ガス）の圧力は比較的低く（例えば約１３３．３Ｐａ［約１ｔｏｒｒ］未満、約０．１３３Ｐａ［約１×１０−３ｔｏｒｒ］）未満、約０．１３３ｍＰａ［約１×１０−６ｔｏｒｒ］未満）するか、または比較的高く（例えば約１３３．３Ｐａ［約１ｔｏｒｒ］超、約１３．３ｋＰａ［約１００ｔｏｒｒ］超、約１０１．３ｋＰａ［約７６０ｔｏｒｒ］超）する。
【０１２６】
理論に拘束されないとすると、配向した基板表面をイオウのソースにこれらの条件下で晒すことにより、イオウの超格子構造（例えば、ａ  ｃ（２×２）超格子構造）を配向基板表面に形成することができると考えられる。さらに、超格子構造は中間層表面を安定させる（例えば化学的及び／又は物理的に安定させる）のに効果的であると考えられる。
【０１２７】
イオウの超格子構造を形成するための１つの手法について記載してきたが、そのような超格子構造を形成するための他の方法も使用することができる。例えばイオウの超格子構造（例えば、Ｓ  ｃ（２×２）超格子構造）は、適切な有機溶液を適切なガス雰囲気中で適切な温度に加熱することにより中間層表面に塗布して形成することができる。
【０１２８】
また、イオウの超格子構造の中間層表面上への形成について記載してきたが、他の超格子構造も表面を安定させる（例えば化学的及び／又は物理的に安定させる）のに効果的であると考えられる。例えば、酸素の超格子構造、窒素の超格子構造、炭素の超格子構造、カリウムの超格子構造、セシウムの超格子構造、リチウムの超格子構造、またはセレンの超格子構造を表面に設けたものが表面の安定性を高めるのに効果的であると考えられる。
【０１２９】
一部実施形態においては、バッファ層はイオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ）を使用して形成することができる。この技術においては、イオンビーム（例えばアルゴンイオンビーム）を蒸着バッファ層材料が成膜される基板の滑らかなアモルファス表面に向けながら、バッファ層材料を、例えば電子ビーム蒸着、スパッタリング成膜、またはパルスレーザ成膜を使用して蒸着する。
【０１３０】
例えばバッファ層は、イオンビームアシスト法により岩塩のような構造（例えばＭｇＯを含む酸化物、または窒化物のような岩塩構造を有する材料）を有するバッファ層材料を基板の滑らかなアモルファス表面（例えば約１０ナノメートル［約１００オングストローム］未満の２乗平均粗さを有する表面）に蒸着して、バッファ層材料が面内及び面外の両方で実質的に配向した（例えば約１３°以下）表面を有するようになることにより形成することができる。
【０１３１】
バッファ層材料の成膜中に使用する条件には、例えば基板温度が約０℃〜約７５０℃（例えば約０℃〜約４００℃、ほぼ室温〜約７５０℃、ほぼ室温〜約４００℃）、成膜速度が約０．１ナノメートル［約１．０オングストローム］／秒〜約０．４４ナノメートル［約４．４オングストローム］／秒、イオンエネルギーが約２００ｅＶ〜約１２００ｅＶ、及び／又はイオン束が約１１０マイクロアンペア／平方センチメートル〜約１２０マイクロアンペア／平方センチメートルという条件が含まれる。
【０１３２】
一部実施形態においては、ＩＢＡＤを使用する場合、基板を多結晶で非アモルファスをベースとする構造（例えばニッケル合金のような金属合金）を有する材料により形成するが、このときこの構造は、異なる材料（例えばＳｉ３Ｎ４）により形成される滑らかなアモルファス表面を有する。
【０１３３】
一部実施形態においては、複数のバッファ層を最初のＩＢＡＤ表面にエピタキシャル成長させることにより成膜することができる。各バッファ層は面内及び面外の両方で実質的に配向する（例えば約１３°以下）。
【０１３４】
バッファ材料は、例えばシャウプ等の論文（Ｓ．Ｓ．Ｓｈｏｕｐ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．８１，３０１９）、ビーチ等の論文（Ｄ．Ｂｅａｃｈ  ｅｔ  ａｌ．，Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，ｖｏｌ．４９５，２６３（１９８８））、パランサマン等の論文（Ｍ．Ｐａｒａｎｔｈａｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．，ｖｏｌ．１２，３１９（１９９９））、リー等の論文（Ｄ．Ｊ．Ｌｅｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．３８，Ｌ１７８（１９９９））、及びルピック等の論文（Ｍ．Ｗ．Ｒｕｐｉｃｈ  ｅｔ  ａｌ．，Ｉ．Ｅ．Ｅ．Ｅ．Ｔｒａｎｓ．ｏｎ  Ａｐｐｌ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎ．ｖｏｌ．９，１５２７）に開示されているような有機金属成膜を含む液相法を使用して作製することができる。一部実施形態においては、溶液コーティングプロセスを使用して配向した基板上に酸化物層の内の１つ、またはいずれかの組み合わせを成膜することができるが、これらのプロセスは特に、配向した金属基板上に初期（シード）層を成膜するために適用される。シード層の役割は、１）次の酸化物層の成膜が基板を酸化する雰囲気中で行なわれる場合（例えば酸化物ターゲットを使用してイットリア安定化ジルコニアをマグネトロンスパッタ成膜する場合）に、その成膜中に基板が酸化しないように保護する、そして２）次の酸化物層を成長させるためのエピタキシャルテンプレートを提供することにある。これらの要件を満たすために、シード層を金属基板全面に亘ってエピタキシャル成長させ、そして次のエピタキシャル酸化物層の成膜を妨げるあらゆる汚染の恐れを無くす。
【０１３５】
酸化物バッファ層を形成して下地基板層の湿りを促進させる。また、特定の実施形態においては、金属酸化物層が金属アルコキシド前駆体（例えば「ゾルゲル」前駆体）を使用して、炭素汚染のレベルが金属アルコキシド前駆体を使用する他の公知のプロセスよりも格段に低くなるような形で形成される。
【０１３６】
酸化物層の下地となる基板が酸化物層の形成に使用する金属塩溶液に不十分に覆われた形で浸されると、酸化物層は、次の酸化物層の成膜が基板を酸化する雰囲気中で行なわれる場合に、次の酸化物層の成膜中に基板を酸化させないための所望の保護とはならず、そして次の層のエピタキシャル成長用の完全なテンプレートとはならない。ゾルゲル膜を加熱し、そしてそれにより前駆体を基板粒界領域に流れ込ませることにより、基板を完全に覆うことができる。この加熱は比較的低温とすることができ、例えば約８０℃〜約３２０℃、例えば約１００℃〜約３００℃、または約１００℃〜約２００℃である。このような温度は、約１〜６０分、例えば約２〜４５分、または約１５〜４５分の間維持される。この加熱工程は、より短時間の間により高い温度を使用して行なうことができ、例えば膜を３００℃で２分以内で処理する。
【０１３７】
この加熱工程は、ゾルゲル膜から余分な溶媒を乾燥させた後、または乾燥させながら行なうことができる。しかしながら、この工程は膜の分解前に行なう必要がある。還元雰囲気（例えば４％水素−アルゴン）における従来の酸化膜生成に伴う炭素汚染は、膜の有機成分を不完全にしか除去できていない結果であると考えられる。酸化物層内または近傍に炭素含有汚染物質ＣｘＨｙ及びＣａＨｂＯｃが存在すると有害となるが、これはこれらが次の酸化物層のエピタキシャル成長を変えてしまうからである。また、膜中に埋め込まれた捕獲炭素含有汚染物質は酸化性雰囲気を利用する次の酸化物層の処理工程中に酸化される。炭素含有汚染物質が酸化されるとＣＯ２が形成され、そして続いて膜が膨れ、そして膜の剥離の恐れが生じる、或いは複合構造に他の欠陥が生じる。このように、金属アルコキシド分解から生じる炭素含有汚染物質は酸化物層が形成される後にしか酸化されない。炭素含有汚染物質は分解が生じるときに酸化される（従って膜構造からＣＯ２として除去される）のが好ましい。膜表面上または近傍に炭素含有種が存在すると、次の酸化物層のエピタキシャル成長が妨げられる。
【０１３８】
特定の実施形態によれば、金属基板またはバッファ層を覆った後、金属塩溶液を空気乾燥させ、そして最初の分解工程で加熱する。或いは、金属基板に対して還元性の雰囲気中で金属塩溶液を最初の分解工程で直接加熱する。酸化物層が一旦金属基板上に所望のエピタキシャル成長の方向に初期の核を形成すると、プロセスガスの酸素レベルが、例えば水蒸気または酸素を加えることにより増大する。核形成工程が通常の条件下で生じるには約５分〜約３０分を要する。
【０１３９】
一部実施形態においては、エピタキシャルバッファ層を低真空成膜プロセス（例えば約０．１３３Ｐａ［約１×１０−３ｔｏｒｒ］以上の圧力で行なわれるプロセス）を使用して形成することができる。このプロセスには、比較的高速の、及び／又は集束させたバッファ層材料のガスビームを使用してエピタキシャル層を形成する工程が含まれる。
【０１４０】
ガスビーム中のバッファ層材料は、約１メートル／秒超の（例えば約１０メートル／秒超の、または約１００メートル／秒超の）速度を有する。ビーム中のバッファ層材料の約５０％以上をターゲット表面に入射させる（例えばビーム中のバッファ層材料の約７５％以上をターゲット表面に入射させる、またはビーム中のバッファ層材料の約９０％以上をターゲット表面に入射させる）。
【０１４１】
この方法には、ターゲット表面（例えば基板表面またはバッファ層表面）を低真空雰囲気に置き、そしてターゲット表面をしきい温度よりも高い温度に加熱して、所望材料のエピタキシャル層をターゲット表面に高真空雰囲気（例えば約０．１３３Ｐａ［約１×１０−３ｔｏｒｒ］未満を満たす約０．０１３３Ｐａ［約１×１０−４ｔｏｒｒ］未満で）下で、他は同じ条件として形成する。バッファ層材料と任意選択の不活性キャリアガスを含むガスビームをターゲット表面に少なくとも１メートル／秒の速度で照射する。調整ガスは低真空雰囲気で供給する。この調整ガスはガスビームに含ませる、或いは調整ガスは低真空雰囲気中に異なる方法（例えば雰囲気中にリークさせる）で導入する。調整ガスはターゲット表面に存在する種（例えば汚染物質）と反応して種を除去し、これによりエピタキシャルバッファ層の核形成が促進される。
【０１４２】
エピタキシャルバッファ層は、高真空（例えば最高約０．０１３３Ｐａ［約１×１０−４ｔｏｒｒ］）で物理気相成長を使用してエピタキシャル層を成長させるために使用する温度よりも低い表面温度で、低真空（例えば約０．１３３Ｐａ［約１×１０−３ｔｏｒｒ］以上、約１３．３Ｐａ［約０．１ｔｏｒｒ］以上、または１３３．３Ｐａ［約１ｔｏｒｒ］以上）を使用してターゲット表面に成長させる。ターゲット表面の温度は、例えば約２５℃〜約８００℃（例えば約５００℃〜約８００℃、約５００℃〜約６５０℃）とする。
【０１４３】
エピタキシャル層は、例えば少なくとも約５ナノメートル（約５０オングストローム）／秒のような比較的高速で成長させる。
別の実施形態においては、エピタキシャルバッファ層を高スループットで金属または金属酸化物ターゲットのスパッタリングにより成膜する。基板の加熱は、抵抗加熱またはバイアス及び電気ポテンシャル法により行なってエピタキシャルモフォロジを得る。滞留堆積を使用して金属または金属酸化物ターゲットから酸化エピタキシャル膜を形成することもできる。
【０１４４】
通常基板上に在る酸化物層は、イオンビームエッチングとして知られているように、基板表面を還元雰囲気内でエネルギーイオンに晒すことにより除去することができる。イオンビームエッチングを使用して成膜の前に、残留酸化物または不純物を基板から除去し、そして実質的に酸化物の無い好適な二軸配向基板表面を形成することにより基板を清浄にする。これにより、基板と、その後に続いて成膜される材料との間のコンタクト性が向上する。エネルギーイオンは、例えばＡｒ＋のようなイオンを基板表面に向けて加速させる種々のイオンガンにより生成することができる。好適には、ビーム電圧が１５０ｅＶよりも高いグリッド付きイオンソースを用いる。或いは、プラズマを基板表面近傍の領域に生成させることができる。この領域内では、イオンは基板表面と化学的に反応してその表面から金属酸化物を含む材料を除去し、実質的に酸化物の無い金属表面が形成される。
【０１４５】
基板から酸化物層を除去する別の方法に基板を電気的にバイアスする方法がある。基板テープまたはワイヤを陽極電位に対して負にすると、基板テープまたはワイヤは、成膜前（ターゲットがシャッターで覆われている場合）に、または全部の膜を成膜する間、ガスからのイオンによる強い照射に晒される。このイオン照射により、取り除かないと膜に取り込まれる吸収ガスを含んだワイヤ表面またはテープ表面が清掃され、そしてさらに基板が高い成膜温度にまで加熱される。このようなイオン照射は、エピタキシャル膜の密度または平滑性を向上させるのでさらに利点を生み出すことができる。
【０１４６】
適切に配向し、実質的に酸化物の無い基板表面が形成されると、バッファ層の成膜を始めることができる。各々が単一の金属層または酸化物層を含む１つ以上のバッファ層を使用する。一部実施形態においては、基板を、これらの実施形態の成膜方法の工程を実行するために適合させた装置を通過させる。例えば、基板がワイヤまたはテープの形を採る場合、基板を送り出しリールから直線状に取り出して巻き取りリールに到達させることができ、そしてリール間を通過している間に個々の工程が基板に対して行なわれる。
【０１４７】
一部実施形態によれば基板材料を高温に加熱するが、この場合この温度は基板材料の融点の約９０％よりも低く、かつ、所定の成膜速度にて真空雰囲気中で基板材料の上に所望の材料からなるエピタキシャル層を形成するしきい温度よりも高い。適切なバッファ層結晶構造及びバッファ層スムーズネスを得るために、一般に高い基板温度が選ばれる。金属上に酸化物層を成長させるための下限温度は通常、約２００℃〜８００℃、好ましくは５００℃〜８００℃、そしてより好ましくは６５０℃〜８００℃である。放射加熱、対流加熱及び伝導加熱のような種々の公知の方法が短い（２ｃｍ〜１０ｃｍ）長さの基板に適しているが、より長い（１ｍ〜１００ｍ）長さのものに対しては、これらの技術は適したものとはならない。また、製造プロセスにおいて所望の高いスループットを得るために、基板ワイヤまたは基板テープをプロセス中に成膜ステーション間を移動させる、あるいは搬送する必要がある。特定の実施形態によれば、基板を抵抗加熱により加熱する、すなわち、長いものを製造するプロセスに容易にその大きさを合わせることのできる金属基板に電流を流すことにより加熱する。この手法は非常に効果的であり、同時にこれらの区域間の迅速な移動が可能となる。温度制御は、光高温計及び加熱される基板に供給する電力を制御する閉ループフィードバックシステムを使用することにより行なうことができる。電流は、基板の少なくとも異なる２箇所で基板とコンタクトする電極により基板に供給する。例えば、テープまたはワイヤの形を採る基板にリール間を通過させる場合、リール自身が電極として機能する。或いは、基板のリール間の搬送にガイドを使用する場合、ガイドが電極として機能することができる。電極をガイドからもリールからも完全に独立したものとすることもできる。一部実施形態においては、電流は電流ホイール間のテープに印加される。
【０１４８】
適切な温度のテープの上に成膜を行なうために、テープ上に成膜する金属または酸化物材料を望ましい形で電流ホイール間の領域に成膜する。電流ホイールは有効なヒートシンクとなってホイールに近接する領域のテープを冷却するので、材料は望ましい形として、ホイールに近接する領域には成膜されない。スパッタリングの場合、テープ上に成膜した帯電材料は、スパッタフラックスパスに近接する他の帯電表面または材料により影響されないことが望ましい。この理由により、スパッタチャンバには、スパッタフラックスに影響を与える、またはスパッタフラックスを偏向させるチャンバ壁を含む部品及び表面と、そして、他の成膜素子を成膜区域から離れた場所に配置して、これらが正規の成膜温度のテープ領域における金属または金属酸化物の所望の直線状のフラックスパス及び成膜を変えてしまわないようにする。
【０１４９】
一部実施形態においては、バッファ層（及び／又は超電導材料層）を調製して（例えば熱的に調製及び／又は化学的に調製して）次の層が調製した表面に形成されるようにする。材料層の調製表面は二軸配向（例えば（１１３）［２１１］または（１００）［０１１］）または三軸配向（例えば（１００）［００１］）させることができ、この場合、２０°未満（例えば約１５°未満、約１０°未満、または約５°〜約１０°）の半値全幅を有する、Ｘ線回折極点図におけるピークが、高解像度電子走査顕微鏡または原子力顕微鏡により求めることができるように調製前よりも平坦になり、比較的高密度を有し、比較的低い不純物濃度を有し、他の材料層（例えば超電導層またはバッファ層）への接着性が増大し、そして／またはＸ線回折により測定されるように比較的小さいロッキングカーブ幅を示す。
【０１５０】
ここで使用する「化学的調製」とはプロセスを指し、このプロセスは１種類以上の化学種（例えばガス相化学種及び／又は液相化学種）を使用することによりバッファ層または超電導材料層のような材料層の表面の変化に影響を与え、結果として生じる表面が上述の特性の１つ以上を示すようになる。
【０１５１】
ここで使用する「熱的調製」とはプロセスを指し、このプロセスは化学的調製を用いて、或いは用いないで高温を使用することによりバッファ層または超電導材料層のような材料層の表面の変化に影響を与え、結果として生じる表面が上述の特性の１つ以上を示すようになる。熱的調製は化学的調製を用いて、或いは用いないで行なうことができる。好適には、熱的調製は制御された雰囲気（例えば制御されたガス圧、制御されたガス雰囲気及び／又は制御された温度）で行なわれる。
【０１５２】
熱的調製には、バッファ層表面を下地層の成膜温度または結晶化温度よりも少なくとも約５℃高い（例えば下地層の成膜温度または結晶化温度よりも少なくとも約１５℃〜約５００℃高い、下地層の成膜温度または結晶化温度よりも少なくとも約７５℃〜約３００℃高い、または下地層の成膜温度または結晶化温度よりも約１５０℃〜約３００℃高い）温度に加熱する工程が含まれる。このような温度の例として、約５００℃〜約１２００℃（例えば約８００℃〜約１０５０℃）が挙げられる。熱的調製は大気圧よりも高く、大気圧よりも低く、または大気圧で、といったような種々の圧力条件の下で行なうことができる。熱的調製は化学的調製雰囲気（例えば酸化性ガス雰囲気、還元性ガス雰囲気）、または不活性ガス雰囲気のような種々のガス雰囲気を使用して行なうことができる。
【０１５３】
ここで使用する「成膜温度」とは、調製される層が成膜された温度を指す。
ここで使用する「結晶化温度」とは、材料層（例えば下地層）が結晶構造を採る温度を指す。
化学的調製には真空技術（例えばリアクティブイオンエッチング、プラズマエッチング及び／又はＢＦ３及び／又はＣＦ４のようなフッ素化合物で行なうエッチング）がある。化学的調製は、例えばウォルフ等による「ＶＬＳＩ時代のシリコン加工」（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ＶＬＳＩ  Ｅｒａ，Ｖｏｌ．１，ｅｄｓ．Ｓ．Ｗｏｌｆ  ａｎｄ  Ｒ．Ｎ．Ｔａｎｂｅｒ，ｐｐ．５３９−５７４，Ｌａｔｔｉｃｅ  Ｐｒｅｓｓ，Ｓｕｎｓｅｔ  Ｐａｒｋ，ＣＡ，１９８６）に開示されている。
【０１５４】
或いは、またはさらに、化学的調製には、ケールによる「金属学及び金属技術」（Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ  ａｎｄ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｅｒｉｅｓ，３ｄ  ｅｄ．，Ｇｅｏｒｇｅ  Ｌ．Ｋｅｈｌ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，１９４９）に開示されているような液相法がある。このような方法には、下地層表面を比較的弱い酸性の溶液（例えば約１０％未満の酸、約２％未満の酸、または約１％未満の酸を含む酸性溶液）に接触させる工程が含まれる。比較的弱い酸性の溶液には、過塩素酸、  硝酸、フッ化水素酸、塩酸、酢酸及びバッファ酸溶液が含まれる。一の実施形態においては、弱い酸性の溶液は約１％の硝酸水溶液である。一部実施形態においては、臭化物含有及び／又は臭素含有組成物（例えば液体臭素溶液）を使用してバッファ層または超電導層の表面を調製することができる。
【０１５５】
バッファ層として使用可能な材料には、例えばＣｅＯ２，Ｙ２Ｏ３，ＴｂＯｘ，ＧａＯｘ，ＹＳＺ，ＬａＡｌＯ３，ＳｒＴｉＯ３，Ｇｄ２Ｏ３，ＬａＮｉＯ３，ＬａＣｕＯ３，ＳｒＴｕＯ３，ＮｄＧａＯ３，ＮｄＡｌＯ３，ＭｇＯ，ＡｌＮ，ＮｂＮ，ＴｉＮ，ＶＮ及びＺｒＮがある。
【０１５６】
一般に、層５２００の厚さは所望通りに変えられる。一部実施形態においては、層２００は約０．０１マイクロメートル〜約５マイクロメートルの厚さ（例えば約０．０２マイクロメートル〜約１マイクロメートル厚、約０．０２マイクロメートル〜約０．７５マイクロメートル厚）である。
【０１５７】
一部実施形態においては多層バッファ層が使用される。バッファ層材料及び／又はバッファ層厚さの種々の組み合わせを使用することができる。一部実施形態においては、Ｙ２Ｏ３層またはＣｅＯ２層（例えば約２０ナノメートル厚〜約５０ナノメートル厚）を表面１１０上に成膜（例えば電子ビーム蒸着を使用して）する。Ｙ２Ｏ３表面またはＣｅＯ２表面に、ＹＳＺ層（例えば約０．１マイクロメートル厚〜約０．５マイクロメートル厚）をスパッタリング（例えばマグネトロンスパッタリング）を使用して成膜する。ＹＳＺ表面に（例えばマグネトロンスパッタリングを使用して）ＣｅＯ２層（例えば約２０ナノメートル厚）を成膜する。これらの膜の１つ以上の表面を化学的に調製する、及び／又は熱的に調製することができる。
【０１５８】
多層構造体の特定の構成について記述してきたが、本発明はこれのみに限定されない。他の構成を用いることも可能である。例えば、図８はバッファ層５２００と超電導層５３００との間にキャップ層５４００を含む構造体６０００の実施形態の断面図を示している。キャップ層５４００を、層５３００（例えばＹＢＣＯのエピタキシャル成長）形成（例えばエピタキシャル成長）のためのテンプレートとなる材料（例えばセラミック酸化物）により形成する。キャップ材料の例としてＣｅＯ２，Ｙ２Ｏ３及びＳｒＴｉＯ３が挙げられる。
【０１５９】
バッファ層材料及び超電導材料層の種々の組み合わせを使用することができる。例えば、多層バッファ層を基板と超電導層との間に配置することができる。別の例として、多層の超電導材料を使用することができる。さらに別の例として、バッファ層と超電導層の組み合わせ（例えばバッファ層と超電導層とを交互に積み重ねたもの）を使用することができる。
【０１６０】
他の配列を使用することもできる。
図９は基板５１００ａ及び５１００ｂ、バッファ層５２００ａ及び５２００ｂ、超電導層５３００ａ及び５３００ｂ、及び結合層５５００を含む超電導構造体７０００の実施形態の断面図である。
【０１６１】
このような多層構成は、電流の共有性の向上、交流電流状態における履歴損失の低減、電気的及び熱的安定性の向上、及び機械的特性の向上をもたらす。多層のテープを有する有用な導電体を作製することができ、この場合、多層のテープは互いに積み重ねられ、及び／又は積み上げられて十分な電流容量、寸法安定性、及び機械的強度を示す。このような実施形態はまた、被覆されたテープ片をつなぎ合わせ、そして被覆されたテープを積み重ねる、または導電素子を終端させる手段も提供する。
【０１６２】
また、この構成が交流電流用途に多大な利点をもたらすことが期待される。ＡＣ損失は、導電体内での、特に電流が流れる断面領域内での有効臨界電流密度に反比例することが示される。多数本のフィラメントを組み込んだ導電体の場合、この断面領域は、束の周辺の被覆材料を全て除いた超電導フィラメントの「束」領域である。「フェイスツーフェイス（ｆａｃｅ  ｔｏ  ｆａｃｅ）」に積層させる構成の場合、「束」臨界電流密度は結合層構造の高温超電導膜及び厚さのみに限定される。結合層５５００は１つ以上の層から形成され、そして好ましくは少なくとも１つの貴金属層を含む。貴金属の例としては、例えば銀、金、パラジウム、及び白金が挙げられる。貴金属はＨＴＳ層と結合層５５００との間で低い界面抵抗を形成する。また、結合層５５００は常伝導金属（例えば銅またはアルミニウムまたは常伝導金属の合金）からなる第２の層を含む。一部実施形態においては、結合層５５００は１つ以上の貴金属を含む合金により形成する。直流電流用途においては、余分のフェイスツーフェイスワイヤを束ね、または積み重ねて所定の用途に必要な電流容量及び形状とする。
【０１６３】
また、テープ表面上の高温超電導膜を処理して膜中にテープの長さ方向にのみ（電流フロー方向に）局部断線、すなわち、非超電導領域または非超電導ストライプを生じさせる。次に、高温超電導膜上に成膜した結合層５５００により非超電導区域が可塑性の常伝導金属領域と接続される。連続する積みレンガパターンと同様な、細片または細いフィラメントの端揃えにおけるズレにより、電流は幾つかの細い超電導フィラメントに、結合層を横切る形で、さらに、近接するフィラメントに向かう形の両方で流れることができるので、冗長性がさらに増え、安定性が向上する。
【０１６４】
すべての実施形態において、常伝導金属層を導電体のエッジに沿って設けて高温超電導膜を密封し、かつ、電流が膜に流れ込むようにし、必要に応じて膜から基板に流れこむようにする。
【０１６５】
一部実施形態においては、被覆された導電体は交流電流用途において生じる損失を最小化するように作製することができる。導電体は複数の導電パスを有するように作製するが、導電パスの各々は、少なくとも２つの導電層に亘って延び、さらにこれらの層の間に延びるパスセグメントを備える。
【０１６６】
各超電導層は層の幅に亘って一端から他端に延びる複数の導電パスセグメントを有し、そしてこのパスセグメントも超電導層の長さに沿った方向の要素を有する。超電導層表面のパスセグメントは層間接続と電気的に導電接続され、これらの層間接続は、電流が一の超電導層から別の超電導層に流れることができるように機能する。パスセグメントから構成されるパスは周期的になるように設計され、電流が２層構造の実施形態における２つの超電導層の間をほぼ交互に流れ、そして層間接続を通して層を横断する。
【０１６７】
超電導層は複数のパスセグメントを含み、これらのパスセグメントはそれらの幅に亘って、かつ、それらの長さに沿って延びる。例えば、超電導層はパターニングされて高抵抗率の、または完全絶縁性のバリアを複数のパスセグメントの各々の間に形成する。例えば、対角パスセグメントの一定周期アレイをテープの全長に沿って層に押し付ける。このようなアレイを形成するための超電導層のパターニングは、この技術分野の当業者に公知の種々の方法、例えばレーザスクライビング、機械的切断、注入、マスク使用の局部的化学処理、及び他の公知の方法により行なうことができる。さらに、超電導層を適合処理して超電導層表面の導電パスセグメントを超電導層端部で、または近傍で、層間を通る導電性層間接続に電気的に接続する。その層間接続は通常は常伝導であり（超電導ではない）、特殊な構成では超電導とすることもできる。層間接続により、超電導層の間に位置する非導電性または高抵抗材料により分離される超電導層の間の電気的接続が可能になる。このような非導電性または高抵抗材料は一の超電導層上に成膜することができる。通路を絶縁材料の端部に形成して層間接続が設けられるようにし、さらに超電導層の成膜が続く。超電導層をパターニングしてテープの軸に平行なフィラメントとし、そしてテープを螺旋状にシリンダー構造体の周りに巻き付けることにより、被覆された導電体を備える転位構造を得ることができる。
【０１６８】
特定の超電導材料（例えばＹＢＣＯ）及びその作製方法について記載してきたが、他の超電導材料を使用することもできる。そのような超電導材料には、例えばＧｄＢＣＯ及びＥｒＢＣＯのような、ＹＢＣＯ以外の希土類バリウム銅酸化物を含む希土類アルカリ希土類金属酸化物がある。
【０１６９】
また、反応装置の一部実施形態について記載してきたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、１つ以上の排気口を１つ以上のヒータと熱的に連通させることができる。これにより、例えば超電導前駆体の表面に接触する前に１つ以上の反応ガスを予備加熱することができる。これらの実施形態においては、反応装置の１つ以上の壁を１つ以上のヒータと熱的に連通させる、或いは壁をヒータと熱的にコンタクトさせることができる。一部実施形態においては、超電導前駆体は反応ガスと接触する前には実質的に予備加熱されない。
【０１７０】
別の例として、排気口オリフィスを、異なるノズルが放出するガスが反応する（例えば反応ガスの混合を加速させるために）ように配置する。一部実施形態においては、ガスは超電導前駆体の表面に接触する前に反応する。これにより、例えば反応ガスの混合及び／又は反応ガスフローの均一化が促進される。
【０１７１】
さらに別の例として、特定の排気口の各々を１つの反応ガスソースとのみ流体連通させ、他の排気口を１つ以上の異なる反応ガスソースと流体連通させる。例えば、特定の排気口を水蒸気の１つ以上のソースと流体連通させ、他の排気口を酸素ガスの１つ以上のソースと流体連通させる。このような配置を組み合わせて使用することもできる。
【０１７２】
さらなる例として、１つ以上の排気口を使用して比較的不活性のガス（例えば実質的に化学的役割を果たさないガス）を放出させることができる。そのようなガスには、例えば窒素、アルゴン、ネオン、クリプトン及びキセノンがある。これらのガスを、例えば排気口から放出される前に反応ガスと混合させる。
【０１７３】
別の例として、反応装置を、構造体（例えばテープ）がそこを通過して搬送されるような構造とする。例えば、コンベヤベルトを使用する。別の方法として、または追加する形で、リールツウリール装置を使用する。
【０１７４】
さらなる例として、反応装置を、構造体（例えばテープ）が反応装置を通過する前、または通過中に加熱されるような構造とする。例えば、抵抗加熱を使用する。
超電導材料を特定の前駆体から作製する特定の方法に反応装置を用いることについて記載してきたが、他の前駆体を使用することもできる。一般に、反応装置は、処理すると超電導材料を生成する前駆体（例えばＹＢＣＯのような希土類アルカリ希土類銅酸化物）であればどのような前駆体に対しても使用することができる。このような前駆体は、例えば化学気相成長、物理気相成長、及び／又はスプレイ熱分解により作製することができる。この技術分野の当業者に公知の他の技術を用いて適切な超電導前駆体を提供することができる。これらの前駆体を使用して超電導材料形成プロセス中に超電導中間体を形成することができる。このような中間体は、例えばハロゲン化合物中間体及び／又は炭酸塩中間体とすることができる。
【０１７５】
さらに、反応装置は種々の形態を採り得る。一部実施形態においては、反応装置は単一ユニットである。一部実施形態においては、反応装置は個々のチャンバーから構成される。
【実施例】
【０１７６】
以下に示す実施例は単なる例示であり、本発明を制限するものではない。
実施例Ｉ
エピタキシャルＹＢＣＯ膜を次のようにして作製した。
二軸配向した９５原子％ニッケル／５原子％タングステン合金基板を、テープ（７５マイクロメートル厚で１センチメートル幅）の形での冷却巻取り及びアニーリングにより作製した。２マイクロメートル厚のニッケル層を基板表面に形成し、そしてＣ２Ｘ２イオウ超格子構造をニッケル層上に形成した。
【０１７７】
エピタキシャル酸化物バッファ層を連続して成膜して基板／Ｙ２Ｏ３／ＹＳＺ／ＣｅＯ２構造の積層を形成した。Ｙ２Ｏ３シード層（５０ナノメートル厚）を電子ビーム蒸着により成膜した。ＹＳＺバリア層（３００ナノメートル厚）及びＣｅＯ２キャップ層（３０ナノメートル厚）ともにＲＦスパッタリングにより成膜した。
【０１７８】
プロピオン酸銅、トリフルオロ酢酸バリウム、トリフルオロ酢酸イットリウムをベースとする溶液をＣｅＯ２キャップ層上にウェブコーティングした。この膜を湿り空気中で６０℃で乾燥させて、その結果得られた材料を４００℃までの温度で湿った酸素雰囲気中で分解してフッ化バリウムをベースとする化学量論量の銅及びイットリウムを有する前駆体膜とし、続いてＹＢＣＯを形成する。
【０１７９】
前駆体膜を連続的に変化させて湿った低酸素分圧雰囲気の１．５メートルチューブ炉でエピタキシャル超電導ＹＢＣＯを形成した。チューブ炉は３区域を有する。各区域における滞留時間は６０分であった。スロットにより第１及び第３区域を周りの雰囲気から分離した。第１及び第２区域のガスを混合したが、スロットにより第２及び第３区域を分離してこれらの区域におけるガスの混合を最小限にした。第１及び第２区域はそれぞれ、１センチメートル間隔で離間され、かつ横断フローを形成するために約１センチメートルの距離だけテープ表面から垂直方向に離れて配置された細いスロットにより構成される噴射ノズルを有する。
【０１８０】
噴射ノズルはＮ２（残量）及びＯ２（０．０１５容積％）及び水蒸気（２．６容積％）の混合ガスを供給するために使用される。ガスフローを１メートル／秒の速度でスロットから出射させた。ガスを第１及び第２区域から真空装置により排気し、圧力を大気よりもわずかに高く維持した。第３区域のガスは乾燥させ、水蒸気を窒素で置換した。
【０１８１】
基板温度は、基板が第１噴射区域を通って移動しているときに、石英チューブの外側に配置した抵抗加熱素子を使用して４００℃から７９０℃に線形的に上昇させた。基板温度は第２区域では、石英チューブの外側に配置した抵抗加熱素子を使用して７９０℃に維持する。基板温度は第３区域では、３００℃まで線形的に下降させた。（第１及び第３区域を分離する）
【０１８２】
その結果として得られるＹＢＣＯ膜厚はＳＥＭ断面解析により測定して１．２マイクロメートル厚であった。ＲＢＳデータは、膜が十分に高密度で、化学量論的な１．０μｍ厚の膜の質量を含んでいることを示した。
【０１８３】
３マイクロメートルの厚さの銀キャップ層をＹＢＣＯ層の表面に設けた。大気圧酸素処理を使用してＹＢＣＯを酸化した（５００℃で３０分の処理の後、１℃／分の速度で３００℃まで線形的に降温させ、続いて室温まで線形的に降温させる）。
【０１８４】
その結果得られた材料は、約１，０００，０００アンペア／ｃｍ２の臨界電流密度を示した。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】反応装置の一実施形態の断面図である。
【図２Ａ】基板の表面に対するガスビームの角度を示す図である。
【図２Ｂ】基板の表面に対するガスビームの角度を示す図である。
【図２Ｃ】基板の表面に対するガスビームの角度を示す図である。
【図２Ｄ】基板の表面に対するガスビームの角度を示す図である。
【図３】超電導構造体の一実施形態の上面図である。
【図４】反応装置の一実施形態の断面図である。
【図５】反応装置の一実施形態の部分上面図である。
【図６】使用中の反応装置の一実施形態の断面図である。
【図７】超電導構造体の一実施形態の断面図である。
【図８】超電導構造体の一実施形態の断面図である。
【図９】超電導構造体の一実施形態の断面図である。
【図１】
2006228754.tif 000003
【図２Ａ】
2006228754.tif 000004
【図２Ｂ】
2006228754.tif 000005
【図２Ｃ】
2006228754.tif 000006
【図２Ｄ】
2006228754.tif 000007
【図３】
2006228754.tif 000008
【図４】
2006228754.tif 000009
【図５】
2006228754.tif 000010
【図６】
2006228754.tif 000011
【図７】
2006228754.tif 000012
【図８】
2006228754.tif 000013
【図９】
2006228754.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月16日(2006.6.16)
【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】
フッ化バリウムを含む膜の表面に反応ガスを特定の経路にて指向させて超電導材料を形成する工程を有する超電導材料の作製方法であって、
前記超電導材料が基板の表面により支持され、前記超電導材料のｃ軸成長速度は、前記基板の前記表面に垂直な方向において０．１ナノメートル（１オングストローム）／秒以上であり、かつ前記超電導材料は自己磁界における７７Ｋで、５×１０５アンペア／平方センチメートル以上の臨界電流密度を有する方法。
【請求項２】
前記超電導材料のｃ軸成長速度は、前記基板の前記表面に垂直な方向において０．２ナノメートル（２オングストローム）／秒以上である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記超電導材料のｃ軸成長速度は、前記基板の前記表面に垂直な方向において０．３ナノメートル（３オングストローム）／秒以上である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供する工程と、
前記膜の表面に反応ガスを特定の経路に指向させて、前記基板の前記表面に超電導材料を形成する工程と、を有する超電導材料の作製方法であって、
前記超電導材料の表面の第１地点に存在する前記超電導材料の部分が、前記基板の前記表面に垂直な方向に第１のｃ軸成長速度を有し、前記超電導材料の前記表面の第２地点に存在する前記超電導材料の部分が、前記基板に垂直な前記方向に第２のｃ軸成長速度を有し、前記基板に垂直な前記方向の前記第１のｃ軸成長速度が、前記基板に垂直な前記方向の前記第２のｃ軸成長速度と同じであり、前記超電導材料の前記表面の前記第１地点と前記第２地点とは５センチメートル以上離間されており、かつ前記超電導材料は自己磁界における７７Ｋで、５×１０５アンペア／平方センチメートル以上の臨界電流密度を有する、方法。
【請求項５】
前記超電導材料の前記表面の前記第１地点と前記第２地点とは１０センチメートル以上離間されている請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記超電導材料の前記表面の前記第１地点と前記第２地点とは１５センチメートル以上離間されている請求項４に記載の方法。
【請求項７】
超電導体の作製方法であって、
フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供する工程と、
反応ガスを前記膜の表面に接触させる前に該ガスを加熱する工程と、
前記加熱された反応ガスを前記膜の前記表面に特定の経路にて指向させて前記超電導体を形成する工程と、を有し、前記超電導体は自己磁界における７７Ｋで、５×１０５アンペア／平方センチメートル以上の臨界電流密度を有する方法。
【請求項８】
前記膜の前記表面は、前記加熱された反応ガスと接触する前に予備加熱されない請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記反応ガスは、前記膜に接触する前に１００℃以上の温度に加熱される請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板の前記表面に平行な角度で前記膜の前記表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板の前記表面に平行な角度で前記膜の前記表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有する請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板の前記表面に平行な角度で前記膜の前記表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有する請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応ガスは、前記基板の表面に対して５°以上の角度で前記膜の表面に噴射される請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記膜の表面に前記反応ガスを噴射させる前に、その膜は酸化銅及び酸化イットリウムを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記反応ガスは、前記基板の表面に対して５°以上の角度で前記膜の表面に噴射される請求項４に記載の方法。
【請求項１６】
前記膜の表面に前記反応ガスを噴射させる前に、その膜は酸化銅及び酸化イットリウムを更に含む請求項４に記載の方法。
【請求項１７】
前記加熱された反応ガスは、前記基板の表面に対して５°以上の角度で前記膜の表面に噴射される請求項７に記載の方法。
【請求項１８】
前記膜の表面に前記反応ガスを噴射させる前に、その膜は酸化銅及び酸化イットリウムを更に含む請求項７に記載の方法。
【請求項１９】
前記超電導材料は自己磁界における７７Ｋで、１×１０６アンペア／平方センチメートル以上の臨界電流密度を有する請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記超電導材料は自己磁界における７７Ｋで、１×１０６アンペア／平方センチメートル以上の臨界電流密度を有する請求項４に記載の方法。
【請求項２１】
前記超電導体は自己磁界における７７Ｋで、１×１０６アンペア／平方センチメートル以上の臨界電流密度を有する請求項７に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、フッ化バリウムを含む膜の表面に反応ガスを特定の経路にて指向させて超電導材料を形成する工程を有する超電導材料の作製方法であって、超電導材料が基板の表面により支持され、超電導材料のｃ軸成長速度は、基板の表面に垂直な方向において０．１ナノメートル（１オングストローム）／秒以上であり、かつ超電導材料は自己磁界における７７Ｋで、５×１０５アンペア／平方センチメートル以上の臨界電流密度を有する方法を提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、超電導材料のｃ軸成長速度は、基板の表面に垂直な方向において０．２ナノメートル（２オングストローム）／秒以上であることをその要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、超電導材料のｃ軸成長速度は、基板の表面に垂直な方向において０．３ナノメートル（３オングストローム）／秒以上であることをその要旨とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項４に記載の発明は、フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供する工程と、膜の表面に反応ガスを特定の経路に指向させて基板の表面に超電導材料を形成する工程と、を有する超電導材料の作製方法であって、超電導材料の表面の第１地点に存在する超電導材料の部分が、基板の表面に垂直な方向に第１のｃ軸成長速度を有し、超電導材料の表面の第２地点に存在する超電導材料の部分が、基板に垂直な方向に第２のｃ軸成長速度を有し、基板に垂直な方向の第１のｃ軸成長速度が、基板に垂直な方向の第２のｃ軸成長速度と同じであり、超電導材料の表面の第１地点と第２地点とは５センチメートル以上離間されており、かつ超電導材料は自己磁界における７７Ｋで、５×１０５アンペア／平方センチメートル以上の臨界電流密度を有する、方法を提供する。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の方法において、超電導材料の表面の第１地点と第２地点とは１０センチメートル以上離間されていることをその要旨とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の方法において、超電導材料の表面の第１地点と第２地点とは１５センチメートル以上離間されていることをその要旨とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項７に記載の発明は、超電導体の作製方法であって、フッ化バリウムを含む膜を基板の表面に提供する工程と、反応ガスを膜の表面に接触させる前に該ガスを加熱する工程と、加熱された反応ガスを膜の表面に特定の経路にて指向させて超電導体を形成する工程と、を有し、超電導体は自己磁界における７７Ｋで、５×１０５アンペア／平方センチメートル以上の臨界電流密度を有する方法を提供する。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の方法において、膜の表面は、加熱された反応ガスと接触する前に予備加熱されないことをその要旨とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の方法において、反応ガスは、膜に接触する前に１００℃以上の温度に加熱されることをその要旨とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、基板の表面に平行な角度で膜の表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有することをその要旨とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、請求項４に記載の方法において、基板の表面に平行な角度で膜の表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有することをその要旨とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項７に記載の方法において、基板の表面に平行な角度で膜の表面から少なくとも１種類のガスを除去する工程をさらに有することをその要旨とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項１３に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、反応ガスは、基板の表面に対して５°以上の角度で膜の表面に噴射されることをその要旨とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
請求項１４に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、膜の表面に反応ガスを噴射させる前に、その膜は酸化銅及び酸化イットリウムを更に含むことをその要旨とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
請求項１５に記載の発明は、請求項４に記載の方法において、反応ガスは、基板の表面に対して５°以上の角度で膜の表面に噴射されることをその要旨とする。
請求項１６に記載の発明は、請求項４に記載の方法において、膜の表面に反応ガスを噴射させる前に、その膜は酸化銅及び酸化イットリウムを更に含むことをその要旨とする。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
請求項１７に記載の発明は、請求項７に記載の方法において、加熱された反応ガスは、基板の表面に対して５°以上の角度で膜の表面に噴射されることをその要旨とする。
請求項１８に記載の発明は、請求項７に記載の方法において、膜の表面に反応ガスを噴射させる前に、その膜は酸化銅及び酸化イットリウムを更に含むことをその要旨とする。
【手続補正１３】
【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】
請求項１９に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、超電導材料は自己磁界における７７Ｋで、１×１０６アンペア／平方センチメートル以上の臨界電流密度を有することをその要旨とする。
請求項２０に記載の発明は、請求項４に記載の方法において、超電導材料は自己磁界における７７Ｋで、１×１０６アンペア／平方センチメートル以上の臨界電流密度を有することをその要旨とする。
【手続補正１４】
【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】
請求項２１に記載の発明は、請求項７に記載の方法において、超電導体は自己磁界における７７Ｋで、１×１０６アンペア／平方センチメートル以上の臨界電流密度を有することをその要旨とする。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２６】
【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】
概して本発明は、超電導体（前駆体から形成される超電導膜）の作製方法、超電導体を作製するために使用する反応装置、及びそのような反応装置を含むシステムに関するものである。方法、反応装置及びシステムを使用して、前駆体（例えばＹＢＣＯのような高品質のアルカリ希土類を含む希土類系銅酸化物超電導材料）から比較的迅速に形成される超電導膜のような高品質の超電導材料を提供する。例えば、これらの方法、反応装置及びシステムを使用して比較的迅速に、良好な結晶方位（例えば面外ｃ軸及び面内二軸配向を有するＹＢＣＯ）及び／又は良好な超電導性（例えば約５×１０５アンペア／平方センチメートル以上の臨界電流密度、及び／又は約１００アンペア／センチメートル幅以上の臨界電流）を有する超電導材料（例えば前駆体から形成される超電導膜）を比較的迅速に形成することができる。