(57)【要約】【課題】  基板上に形成された膜の特性を向上させることが可能な薄膜材料およびその製造方法を提供する。【解決手段】  超電導線材１は、基板２と、基板上に形成された１層または２層以上の中間薄膜層（中間層３）と、中間薄膜層（中間層３）上に形成された単結晶性薄膜層（超電導層４）とを備える。中間薄膜層（中間層３）のうちの少なくとも１つにおいて単結晶性薄膜層（超電導層４）と対向する上部表面（被研磨面１０）は研磨加工されている。【選択図】        図１
2006027958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された１層または２層以上の中間薄膜層と、
前記中間薄膜層上に形成された単結晶性薄膜層とを備え、
前記中間薄膜層のうちの少なくとも１つにおいて前記単結晶性薄膜層と対向する上部表面は研磨加工されている、薄膜材料。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に形成された１層または２層以上の中間薄膜層と、
前記中間薄膜層上に形成された単結晶性薄膜層とを備え、
前記中間薄膜層において前記単結晶性薄膜層と接触する表面は研磨加工されている、薄膜材料。
【請求項３】
基板と、
前記基板上に形成された１層または２層以上の下部中間薄膜層と、前記下部中間薄膜層上に形成された１層または２層以上の上部中間薄膜層とを含む中間薄膜層と、
前記中間薄膜層上に形成された単結晶性薄膜層とを備え、
前記下部中間薄膜層において前記上部中間薄膜層と接触する表面は研磨加工されている、薄膜材料。
【請求項４】
前記基板において、前記中間薄膜層と対向する上部表面は研磨加工されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜材料。
【請求項５】
前記単結晶性薄膜層が超電導薄膜層である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜材料。
【請求項６】
前記基板を構成する材料は金属であり、
前記中間薄膜層を構成する材料は、岩塩型、蛍石型、ペロブスカイト型、パイロクロア型のいずれか１つの結晶構造を有する酸化物であり、
前記超電導薄膜層を構成する材料はＲＥ−１２３系の超電導体である、請求項５に記載の薄膜材料。
【請求項７】
基板を準備する工程と、
前記基板上に１層または２層以上の中間薄膜層を形成する工程と、
前記中間薄膜層の最表面を研磨加工する加工工程と、
前記中間薄膜層において前記加工工程により研磨された最表面上に単結晶性薄膜層を形成する工程とを備える、薄膜材料の製造方法。
【請求項８】
基板を準備する工程と、
前記基板上に１層または２層以上の下部中間薄膜層を形成する工程と、
前記下部中間薄膜層の最表面を研磨加工する加工工程と、
前記下部中間薄膜層において前記加工工程により研磨された最表面上に１層または２層以上の上部中間薄膜層を形成する工程と、
前記上部中間薄膜層上に単結晶性薄膜層を形成する工程とを備える、薄膜材料の製造方法。
【請求項９】
前記基板の表面を研磨加工する基板加工工程をさらに備える、請求項７または８に記載の薄膜材料の製造方法。
【請求項１０】
前記単結晶性薄膜層を形成する工程は、超電導薄膜層を形成する工程である、請求項７〜９のいずれか１項に記載の薄膜材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜材料およびその製造方法に関し、より特定的には、結晶性の優れた単結晶性薄膜層を備える薄膜材料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄膜材料の一例として、基板上に直接単結晶性薄膜層の一例としての超電導層を形成した超電導薄膜線材（たとえば、特許文献１〜３参照）や、基板上に中間薄膜層および超電導層を形成した超電導薄膜線材（たとえば、非特許文献１参照）が知られている。
【０００３】
また、このような超電導薄膜線材では、特性の優れた（たとえば臨界電流密度の高い）超電導層などの単結晶性薄膜層を形成するため、基板の表面に対して予め研磨処理を行なうことが提案されている（特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開平６−３１６０４号公報
【特許文献２】特開平６−６８７２７号公報
【特許文献３】特開平６−６８７２８号公報
【非特許文献１】藤野、他６名，「ＩＳＤ法による高温超電導薄膜線材の開発」，ＳＥＩテクニカルレビュー，１９９９年９月、第１５５号、p.１３１-１３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した基板上に中間薄膜層および超電導層を形成した超電導薄膜線材では、基板の表面を研磨処理した後に中間薄膜層を形成し、この中間薄膜層上に超電導層を形成すると、中間薄膜層の表面は特に平坦化処理などを受けていないため、形成される単結晶性薄膜層の一例としての超電導層の面内配向性を十分向上させることが難しかった。この結果、形成された単結晶性薄膜層の特性（たとえば形成された単結晶性薄膜層が超電導層である場合、当該超電導層における臨界電流密度などの特性）が十分に向上しないという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、基板上に形成された単結晶性薄膜層の特性を向上させることが可能な薄膜材料およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に従った薄膜材料は、基板と、基板上に形成された１層または２層以上の中間薄膜層と、中間薄膜層上に形成された単結晶性薄膜層とを備える。中間薄膜層のうちの少なくとも１つにおいて単結晶性薄膜層と対向する上部表面は研磨加工されている。
【０００７】
このようにすれば、中間薄膜層において上部薄膜層と対向する上部表面は研磨加工により平滑化されるため、当該研磨加工された上部表面上に形成される単結晶性薄膜層の表面平滑性や面内配向性などの特性を向上させることができる。
【０００８】
この発明に従った超電導薄膜材料は、基板と、基板上に形成された１層または２層以上の中間薄膜層と、中間薄膜層上に形成された単結晶性薄膜層とを備える。中間薄膜層において単結晶性薄膜層と接触する表面（上部表面）は研磨加工されている。
【０００９】
このようにすれば、中間薄膜層において単結晶性薄膜層と接触する表面は研磨加工により平滑化されるため、当該研磨加工された表面上に形成される単結晶性薄膜層の表面平滑性や面内配向性などの特性を向上させることができる。そして、たとえば単結晶性薄膜層として超電導薄膜層を形成した場合、このように単結晶性薄膜層（超電導薄膜層）の表面平滑性や面内配向性を向上させることにより超電導薄膜層の臨界電流値や臨界電流密度などの特性を向上させることができる。
【００１０】
この発明に従った超電導薄膜材料は、基板と、中間薄膜層と、中間薄膜層上に形成された単結晶性薄膜層とを備える。中間薄膜層は、基板上に形成された１層または２層以上の下部中間薄膜層と、下部中間薄膜層上に形成された１層または２層以上の上部中間薄膜層とを含む。下部中間薄膜層において上部中間薄膜層と接触する表面（上部表面）は研磨加工されている。
【００１１】
このようにすれば、下部中間薄膜層の上部表面が研磨加工されることで平坦化されることにより、上部中間薄膜層の上部表面（単結晶性薄膜層と対向する上部表面）の平坦性も向上する。そのため、当該上部中間薄膜層上に形成される単結晶性薄膜層の表面平滑性や面内配向性などの特性を向上させることができる。そして、たとえば単結晶性薄膜層として超電導薄膜層を形成した場合、このように超電導薄膜層の表面平滑性や面内配向性を向上させることにより超電導薄膜層の臨界電流値や臨界電流密度などの特性を向上させることができる。
【００１２】
上記薄膜材料では、基板において中間薄膜層と対向する上部表面は研磨加工されていてもよい。
【００１３】
この場合、基板の表面も予め研磨しておくので、当該研磨面上に形成される中間薄膜層の（単結晶性薄膜層と対向する）上部表面の平坦性を向上させることができる。このため、中間薄膜層において単結晶性薄膜層と対向する上部表面に対して研磨工程を実施する場合、少ない研磨量で十分な平坦性を実現できる。したがって、薄膜材料の製造工程の工期を短縮できるので、結果的に薄膜材料の製造コストを低減できる。
【００１４】
また、基板の上部表面を研磨しない場合と同様の研磨工程を中間薄膜層の上部表面に対して実施した場合、研磨前における中間薄膜層の上部表面の平坦性がある程度確保されているため、中間薄膜層の上部表面の平坦性や中間薄膜層の配向性をより向上させることができる。そのため、中間薄膜層上に形成される単結晶性薄膜層の表面平滑性や面内配向性をより向上させることができる。
【００１５】
上記薄膜材料において、単結晶性薄膜層が超電導薄膜層であってもよい。
【００１６】
この場合、超電導薄膜材料の構造として本発明による薄膜材料の構造を利用することができる。また、単結晶性薄膜層として超電導薄膜層を形成するので、表面平滑性および面内配向性の優れた超電導薄膜層を得ることができる。そして、超電導薄膜層の臨界電流密度などの特性を向上させるためには、当該超電導薄膜層の表面平滑性や面内配向性を向上させることが有効であるため、臨界電流値や臨界電流密度などの特性の優れた超電導薄膜層を得ることができる。
【００１７】
上記超電導薄膜材料および薄膜材料において、基板を構成する材料は金属であってもよい。また、基板の形状は長尺の帯状であってもよい。中間薄膜層を構成する材料は、岩塩型、蛍石型、ペロブスカイト型、パイロクロア型のいずれか１つの結晶構造を有する酸化物であってもよい。超電導薄膜層を構成する材料はＲＥ−１２３系の超電導体であってもよい。なお、ＲＥ−１２３系の超電導体とは、ＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏy（ｙは６〜７程度、より好ましくはほぼ７、ＲＥとはイットリウム、またはＧｄ、Ｓｍ、Ｈｏなどの希土類元素を意味する）として表される超電導体を意味する。
【００１８】
このようにすれば、フレキシブルな金属からなる基板上に中間薄膜層および超電導薄膜層を形成するので、大きな臨界電流値および臨界電流密度を示す超電導薄膜材料としての超電導線材を実現できる。
【００１９】
この発明に従った薄膜材料の製造方法は、基板を準備する工程と、基板上に１層または２層以上の中間薄膜層を形成する工程と、中間薄膜層の最表面を研磨加工する加工工程と、中間薄膜層において加工工程により研磨された最表面上に単結晶性薄膜層を形成する工程とを備える。
【００２０】
このようにすれば、本発明による薄膜材料を容易に製造できる。また、研磨されることにより平坦性に優れる中間薄膜層の最表面上に単結晶性薄膜層を形成できるので、単結晶性薄膜層の表面平滑性および面内配向性を向上させることができる。
【００２１】
この発明に従った薄膜材料の製造方法は、基板を準備する工程と、基板上に１層または２層以上の下部中間薄膜層を形成する工程と、下部中間薄膜層の最表面を研磨加工する加工工程と、下部中間薄膜層において加工工程により研磨された最表面上に１層または２層以上の上部中間薄膜層を形成する工程と、上部中間薄膜層上に単結晶性薄膜層を形成する工程とを備える。
【００２２】
このようにすれば、本発明による薄膜材料を容易に製造できる。また、下部中間薄膜層の最表面（上部表面）が研磨加工されることで平坦化されることにより、上部中間薄膜層の上部表面（単結晶性薄膜層と対向する表面）の平坦性も向上する。そのため、当該上部中間薄膜層上に形成される単結晶性薄膜層の表面平滑性や面内配向性などの特性を向上させることができる。
【００２３】
上記薄膜材料の製造方法は、基板の表面を研磨加工する基板加工工程をさらに備える。
【００２４】
この場合、基板の表面（上部表面）を予め研磨しておくので、当該研磨された表面上に形成される中間薄膜層の（単結晶性薄膜層と対向する）表面の平坦性、または中間薄膜層を構成する下部中間薄膜層の上部表面の平坦性を向上させることができる。このため、中間薄膜層において単結晶性薄膜層と対向する最表面（上部表面）に対して研磨工程を実施する場合、あるいは下部中間薄膜層の最表面（上部表面）に対して研磨工程を実施する場合、少ない研磨量で十分な平坦性を実現できる。また、中間薄膜層の上部表面または下部中間薄膜層の上部表面に対して、基板の表面を研磨しない場合と同様の研磨工程を実施した場合、研磨前における中間薄膜層の上部表面（または下部中間薄膜層の上部表面）の平坦性がある程度確保されているため、中間薄膜層の上部表面（または下部中間薄膜層の上部表面）の平坦性や中間薄膜層の配向性をより向上させることができる。
【００２５】
上記薄膜の製造方法において、単結晶性薄膜層を形成する工程は、超電導薄膜層を形成する工程であってもよい。
【００２６】
この場合、超電導薄膜層の表面平滑性や面内配向性を向上させることにより、超電導薄膜層の臨界電流値や臨界電流密度などの特性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
このように、本発明によれば、表面平滑性および面内配向性に優れた単結晶性薄膜層を備える薄膜材料を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明による超電導線材の実施の形態１を示す部分断面模式図である。図２は、図１に示した超電導線材の製造方法を説明するためのフローチャートである。図１および図２を参照して、本発明による超電導線材の実施の形態１を説明する。
【００３０】
図１に示すように、超電導線材１は、基板２と中間層３と超電導層４とからなる。基板２は長尺の帯状の形状を有している。中間層３の上部表面は研磨処理を施された被研磨面１０となっている。このため、超電導層４は表面平滑性に優れた中間層３の上部表面（被研磨面１０）上に形成されるので、超電導層４の表面平滑性および面内配向性が向上する。この結果、優れた超電導特性（臨界電流値および臨界電流密度）を示す超電導線材１を得ることができる。
【００３１】
次に、図２を参照して、図１に示した超電導線材１の製造方法を説明する。図１に示した超電導線材１の製造方法では、図２に示すように、まず基板を準備する工程（Ｓ１０）を実行する。具体的には、超電導線材１のベースとなる基板２を準備する。この基板２としては、たとえばニッケルなどの金属からなる帯状の金属テープを用いることができる。
【００３２】
次に、中間層を形成する工程（Ｓ２０）を実行する。この中間層を形成する工程（Ｓ２０）においては、準備された基板２上に酸化物からなる中間層３を形成する。この中間層３としては、たとえば岩塩型、蛍石型、ペロブスカイト型、パイロクロア型といった結晶構造を有する酸化物を用いることができる。中間層３を形成する工程（Ｓ２０）において用いる成膜方法としては、任意の成膜方法を用いることができるが、たとえばパルスレーザ蒸着法（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＬＤ法）などの物理蒸着法を用いることができる。
【００３３】
次に、平坦化工程（Ｓ３０）を実施する。この平坦化工程（Ｓ３０）においては、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を用いて、上記中間層３の上部表面層を所定の厚さだけ除去することにより平坦化する。なお、平坦化に用いる手法としては、上述したＣＭＰ法以外にウエットエッチング、あるいは機械研磨法など任意の方法を用いることができる。
【００３４】
このとき、平坦化された中間層３の被研磨面１０（図１参照）の表面粗さ（Ｒａ）は、２０ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以下である。
【００３５】
次に、上部表面が平坦化された中間層３上に超電導層を形成する工程（Ｓ４０）を実施する。超電導層４を形成する工程（Ｓ４０）において用いる成膜方法としては、任意の成膜方法を用いることができるが、中間層３を形成する場合と同様に、たとえばパルスレーザ蒸着法などの物理蒸着法を用いることができる。また、超電導層４を形成する工程において、上述したＩＳＤ法を用いてもよい。
【００３６】
このようにして、図１に示した超電導線材を得ることができる。
【００３７】
図３は、図１に示した超電導線材の実施の形態１の変形例を示す部分断面模式図である。図３を参照して、本発明による超電導線材の実施の形態１の変形例を説明する。
【００３８】
図３に示した超電導線材１は、基本的には図１に示した超電導線材１と同様の構造を備えるが、中間層３の構造が異なる。すなわち、図３に示した超電導線材１においては、中間層３が下部中間層３ａと上部中間層３ｂという２つの層により構成されている。そして、上部中間層３ｂの上部表面は、図１に示した中間層３の上部表面と同様に研磨処理を施された被研磨面１０となっている。このような構造の超電導線材１によっても、図１に示した超電導線材と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
図４は、図３に示した超電導線材の製造方法を説明するためのフローチャートである。図４は図３に示した超電導線材１の中間層３を形成する工程を説明している。図４および図２に示した超電導線材の製造方法を示すフローチャートを参照して、図３に示した超電導線材１の製造方法を説明する。
【００４０】
まず、図２に示した基板を準備する工程（Ｓ１０）を実施する。その後、中間層を形成する工程として、図４に示した下部中間層を形成する工程（Ｓ２１）を実施する。この下部中間層３ａを形成する工程（Ｓ２１）においては、図２に示した中間層を形成する工程（Ｓ２０）において用いた方法と同様に任意の成膜方法を用いることができる。
【００４１】
次に、上部中間層を形成する工程（Ｓ２２）を実施する。この上部中間層３ｂを形成する工程（Ｓ２２）においても、任意の成膜方法を用いることができる。
【００４２】
そして、上部中間層３ｂの上部表面を平坦化する平坦化工程（Ｓ３０）（図２参照）および超電導層を形成する工程（Ｓ４０）（図２参照）を実施することにより、図３に示した超電導線材を得ることができる。
【００４３】
（実施の形態２）
図５は、本発明による超電導線材の実施の形態２を示す部分断面模式図である。図５を参照して、本発明による超電導線材の実施の形態２を説明する。
【００４４】
図５に示すように、超電導線材１は基本的には図１に示した超電導線材１と同様の構造を備えるが、基板２の上部表面が研磨されることにより平坦化された被研磨面２０となっている点が異なる。このようにしても、図１に示した超電導線材と同様の効果が得られる。さらに、基板２の上部表面も平坦化されているため、最上層に形成される超電導層４における面内配向性をより向上させることができる。この結果、超電導層４における臨界電流値および臨界電流密度をより大きくすることができる。
【００４５】
図６は、図５に示した超電導線材の製造方法を説明するためのフローチャートである。図６を参照して、図５に示した超電導線材の製造方法を説明する。
【００４６】
図６に示した超電導線材の製造方法では、まず、図２に示した超電導線材の製造方法と同様に、基板を準備する工程（Ｓ１０）を実施する。次に、基板表面を平坦化する平坦化工程（Ｓ５０）を実施する。この平坦化工程（Ｓ５０）においては、任意の平坦化方法を用いることができる。たとえば、ＣＭＰ法、ウエットエッチング法、機械研磨法などを用いることができる。
【００４７】
このとき、平坦化された基板２の被研磨面２０の表面粗さ（Ｒａ）は、２０ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以下である。
【００４８】
次に、図２に示した超電導線材の製造方法と同様に、中間層を形成する工程（Ｓ２０）、中間層の上部表面を研磨することにより平坦化する平坦化工程（Ｓ３０）および超電導層を形成する工程（Ｓ４０）を実施する。このようにして、図５に示した超電導線材１を得ることができる。
【００４９】
（実施の形態３）
図７は、本発明による超電導線材の実施の形態３を示す部分断面模式図である。図７を参照して、本発明による超電導線材の実施の形態３を説明する。
【００５０】
図７に示した超電導線材１は、基本的には図３に示した超電導線材と同様の構造を備えるが、中間層３において上部中間層３ｂの上部表面ではなく下部中間層３ａの上部表面に被研磨面１０が形成されている点、および基板２の上部表面が研磨されることにより被研磨面２０が形成されている点が異なる。このような構造の超電導線材１によっても、図３に示した超電導線材１と同様の効果を得られる。さらに、基板２の上部表面も平坦化された被研磨面２０となっているため、中間層３の上部表面の平坦性をより向上させることができる。この結果、超電導層４における面内配向性をより向上させることができる。このため、超電導層４における臨界電流値および臨界電流密度などの特性をより向上させることができる。
【００５１】
図８は、図７に示した超電導線材の製造方法を説明するためのフローチャートである。図８を参照して、図７に示した超電導線材１の製造方法を説明する。
【００５２】
図８に示すように、超電導線材の製造方法では、まず図２に示した超電導線材の製造方法と同様に基板を準備する工程（Ｓ１０）を実施する。次に、図６に示した超電導線材の製造方法と同様に、基板表面の平坦化工程（Ｓ５０）を実施する。この平坦化工程（Ｓ５０）においては、任意の平坦化方法を用いることができる。たとえば、基板２の表面層をＣＭＰ法により所定の厚さだけ除去してもよい。
【００５３】
次に基板２の被研磨面２０上に下部中間層を形成する工程（Ｓ２１）を実施する。この結果、下部中間層３ａ（図７を参照）が形成される。
【００５４】
次に、研磨法などを用いて下部中間層の上部表面を部分的に除去することにより平坦化する平坦化工程（Ｓ３０）を実施する。この平坦化工程（Ｓ３０）においては、たとえばＣＭＰ法を用いることができる。このようにして、下部中間層３ａの上部表面に被研磨面１０（図７を参照）を形成する。
【００５５】
次に、下部中間層３ａの被研磨面１０上に上部中間層３ｂを形成する工程（Ｓ２２）を実施する。ここで、下部中間層を形成する工程（Ｓ２１）および上部中間層を形成する工程（Ｓ２２）においては、任意の成膜方法を用いることができる。たとえば、パルスレーザ蒸着法などの物理蒸着法を用いてもよい。
【００５６】
そして、上部中間層３ｂ上に超電導層４を形成する工程（Ｓ４０）を実施する。このようにして、図７に示した超電導線材を得ることができる。
【００５７】
なお、図９に示すように、下部中間層３ａおよび上部中間層３ｂを、それぞれ複数の層（図９においてはそれぞれ２つの層）により構成してもよい。図９は、図７に示した本発明による超電導線材の実施の形態３の変形例を示す部分断面模式図である。図９を参照して、図７に示した超電導線材１の変形例を説明する。
【００５８】
図９に示すように、超電導線材１は基本的に図７に示した超電導線材１と同様の構造を備えるが、下部中間層３ａおよび上部中間層３ｂの構造が異なる。つまり、図９に示した超電導線材１では、下部中間層３ａが、基板２の被研磨面２０上に形成された第１の中間層３ｃと、この第１の中間層３ｃ上に形成された第２の中間層３ｄとにより構成されている。また、第２の中間層３ｄの上部表面は被研磨面１０となっている。そして、図９に示した上部中間層３ｂは、第２の中間層３ｄ上に形成された第３の中間層３ｅと、第３の中間層３ｅ上に形成された第４の中間層３ｆとにより構成されている。
【００５９】
このような構造の超電導線材１によっても、図７に示した超電導線材１と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
なお，図９においては上部中間層３ｂおよび下部中間層３ａをそれぞれ複数（図９では２層としているが、上部中間層３および下部中間層３ａをそれぞれ３層以上の任意の数の層により構成してもよい）の層により構成しているが、下部中間層３ａを複数の層により構成し、図７に示すように上部中間層３ｂを１つの層により構成してもよい。また、逆に、上部中間層３ｂを複数の層により構成し、図７に示すように下部中間層３ａを１つの層により構成してもよい。
【００６１】
上述した本発明による薄膜材料の一例としての超電導線材の特徴的な構成を要約すれば、薄膜材料としての図１、図３、図５、図７、図９に記載された超電導線材１は、基板２と、基板上に形成された１層または２層以上の中間薄膜層（中間層３）と、中間薄膜層（中間層３）上に形成された単結晶性薄膜層（超電導層４）とを備える。中間薄膜層（中間層３）のうちの少なくとも１つにおいて単結晶性薄膜層（超電導層４）と対向する上部表面（図１、図３、図５などに示された被研磨面１０）は研磨加工されている。このようにすれば、中間層３において超電導層４と対向する上部表面は研磨加工により平滑化されるため、当該研磨加工された上部表面（被研磨面１０）上に形成される超電導層４の表面平滑性や面内配向性などの特性を向上させることができる。
【００６２】
また、この発明に従った薄膜材料としての超電導線材１は、図１、図３、図５などに示すように、基板２と、基板上に形成された１層または２層以上の中間薄膜層（中間層３）と、中間薄膜層（中間層３）上に形成された単結晶性薄膜層（超電導層４）とを備える。中間薄膜層（中間層３）において単結晶性薄膜層（超電導層４）と接触する表面（被研磨面１０）は研磨加工されている。
【００６３】
このようにすれば、中間薄膜層（中間層３）において超電導層４と対向する上部表面（被研磨面１０）は研磨加工により平滑化されるため、当該研磨加工された上部表面（被研磨面１０）上に形成される単結晶性薄膜層（超電導層４）の表面平滑性や面内配向性などの特性を向上させることができる。そして、このように超電導層４の表面平滑性や面内配向性を向上させることにより超電導線材１の臨界電流値や臨界電流密度などの特性を向上させることができる。
【００６４】
この発明に従った薄膜材料としての超電導線材１は、図７や図９に示すように、基板２と、中間薄膜層（中間層３）と、中間層３上に形成された単結晶性薄膜層（超電導層４）とを備える。中間層３は、基板２上に形成された１層または２層以上の下部中間薄膜層（図７に示した下部中間層３ａまたは図９に示した第１および第２の中間層３ｃ、３ｄからなる下部中間層３ａ）と、下部中間薄膜層（下部中間層３ａ）上に形成された１層または２層以上の上部中間薄膜層（図７に示した上部中間層３ｂまたは図９に示した第３および第４の中間層３ｅ、３ｆからなる下部中間層３ｂ）とを含む。下部中間薄膜層（下部中間層３ａ）において上部中間薄膜層（上部中間層３ｂ）と接触する上部表面（被研磨面１０）は研磨加工されている。
【００６５】
このようにすれば、下部中間層３ａの上部表面が研磨加工されることで平坦化されることにより、上部中間層３ｂの上部表面（超電導層４と対向する表面）の平坦性も向上する。そのため、当該上部中間層３ｂ上に形成される単結晶性薄膜層（超電導層４）の表面平滑性や面内配向性などの特性を向上させることができる。そして、このように超電導層４の表面平滑性や面内配向性を向上させることにより超電導層４の臨界電流値や臨界電流密度などの特性を向上させることができる。
【００６６】
上記超電導線材１では、図５、図７、図９などに示すように基板２において中間薄膜層（中間層３）と対向する上部表面（被研磨面２０）は研磨加工されていてもよい。この場合、基板２の上記表面を予め研磨しておくので、当該研磨された表面（被研磨面２０）上に形成される中間層３の（超電導層４と対向する）上部表面の平坦性、または図７に示すような中間層３を構成する下部中間層３ａの上部表面の平坦性を向上させることができる。このため、中間層３において超電導層４と対向する上部表面に対して研磨工程（図６に示した平坦化工程（Ｓ３０））を実施する場合、あるいは下部中間層３ａの上部表面に対して研磨工程（図８に示した平坦化工程（Ｓ３０））を実施する場合、少ない研磨量で十分な平坦性を実現できる。したがって、超電導線材１の製造工程の工期を短縮できるので、結果的に超電導線材１の製造コストを低減できる。
【００６７】
また、中間層３の上部表面または下部中間層３ａの上部表面に対して、基板２の表面を研磨しない場合と同様の研磨工程を実施した場合、研磨前における中間層３の上部表面（または下部中間層３ａの上部表面）の平坦性がある程度確保されているため、中間層３の上部表面（または下部中間層３ａの上部表面）の平坦性や中間層３の配向性をより向上させることができる。そのため、中間薄膜層（中間層３）上に形成される単結晶性薄膜層（超電導層４）の表面平滑性や面内配向性をより向上させることができる。
【００６８】
上記薄膜材料（超電導線材１）において、単結晶性薄膜層（超電導層４）は超電導薄膜層である。この場合、薄膜材料としての超電導線材１の構造として本発明による薄膜材料の構造を利用することができる。このため、図１や図３などに示すように単結晶性薄膜層として超電導薄膜層（超電導層４）を形成すれば、表面平滑性および面内配向性の優れた超電導薄膜層（超電導層４）を得ることができる。この結果、臨界電流値や臨界電流密度などの特性の優れた超電導薄膜層（超電導層４）を得ることができる。
【００６９】
上記超電導線材１において、基板２を構成する材料は金属であってもよい。また、基板２は長尺の帯状の形状であってもよい。中間層３を構成する材料は、岩塩型、蛍石型、ペロブスカイト型、パイロクロア型のいずれか１つの結晶構造を有する酸化物であってもよい。たとえば、中間層３を構成する材料として、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＣｅＯ2などの希土類元素酸化物、ＢＺＯ（ＢａＺｒＯ3）、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3）、Ａｌ2Ｏ3などが挙げられる。また、図３、図７、図９などに示したように、中間層３が複数の層により構成される場合、中間層３を構成するそれぞれの中間層３ａ〜３ｆは互いに異なる材質により構成されていてもよい。超電導層４を構成する材料はＲＥ−１２３系の超電導体であってもよい。このようにすれば、フレキシブルな金属からなる基板２上に中間層３および超電導層４を形成するので、曲げなどの変形が容易で、かつ、大きな臨界電流値および臨界電流密度を示す超電導薄膜材料としての超電導線材１を実現できる。
【００７０】
この発明に従った薄膜材料の製造方法としての超電導線材１の製造方法は、基板を準備する工程（Ｓ１０）と、基板上に１層または２層以上の中間薄膜層としての中間層３を形成する工程（Ｓ２０、Ｓ２１、Ｓ２２）と、中間層３の最表面を研磨加工する加工工程（図２、図６の平坦化工程（Ｓ３０））と、中間層３において加工工程により研磨された最表面（被研磨面１０）上に単結晶性薄膜層を形成する工程、すなわち超電導薄膜層としての超電導層４を形成する工程（図２、図６の超電導層を形成する工程（Ｓ４０））とを備える。このようにすれば、本発明による薄膜材料としての超電導線材１を容易に製造できる。また、研磨されることにより平坦性に優れる中間層３の最表面上に単結晶性薄膜層（超電導層４）を形成できるので、超電導層４の表面平滑性および面内配向性を向上させることができる。この結果、超電導層４の臨界電流値や臨界電流密度などの特性を向上させることができる。
【００７１】
この発明に従った薄膜材料の製造方法としての超電導線材１の製造方法は、基板を準備する工程（Ｓ１０）と、基板上に１層または２層以上の下部中間薄膜層としての下部中間層３ａを形成する工程（図８の工程（Ｓ２１））と、下部中間層３ａの最表面を研磨加工する加工工程（図８の平坦化工程（Ｓ３０））と、下部中間層３ａにおいて加工工程により研磨された最表面上に１層または２層以上の上部中間薄膜層（上部中間層３ｂ）を形成する工程（図８の工程（Ｓ２２））と、上部中間層３ｂ上に単結晶性薄膜層（超電導層４）を形成する工程、すなわち超電導薄膜層を形成する工程（図８の超電導層を形成する工程（Ｓ４０））とを備える。このようにすれば、本発明による超電導線材１を容易に製造できる。また、下部中間層３ａの最表面（上部表面）が研磨加工されることで平坦化されることにより、上部中間層３ｂの上部表面（超電導層４と対向する表面）の平坦性も向上する。そのため、当該上部中間層３ｂ上に形成される超電導層４の表面平滑性や面内配向性などの特性を向上させることができる。この結果、超電導層４の臨界電流値や臨界電流密度などの特性を向上させることができる。
【００７２】
上記超電導線材１の製造方法は、基板２の表面を研磨加工する基板加工工程（図６や図８に示した基板表面の平坦化工程（Ｓ５０））をさらに備える。この場合、基板２の表面を予め研磨しておくので、当該研磨された表面（被研磨面２０）上に形成される中間層３の（超電導層４と対向する）表面の平坦性、または中間層３を構成する下部中間層３ａの上部表面の平坦性を向上させることができる。このため、中間層３において超電導層４と対向する上部表面に対して研磨工程を実施する場合、あるいは下部中間層３ａの上部表面に対して研磨工程を実施する場合、少ない研磨量で十分な平坦性を実現できる。また、中間層３の上部表面または下部中間層３ａの上部表面に対して、基板２の表面を研磨しない場合と同様の研磨工程を実施した場合、研磨前における中間層３の上部表面（または下部中間層３ａの上部表面）の平坦性がある程度確保されているため、中間層３の上部表面（または下部中間層３ａの上部表面）の平坦性や中間薄膜層の配向性をより向上させることができる。
【実施例１】
【００７３】
本発明の効果を確認するため、以下のような実験を行なった。すなわち、以下に示す比較例の試料および実施例の試料１、２を準備し、それぞれの試料について超電導層における臨界電流密度を測定した。各試料の属性の一部および臨界電流密度の測定値を表１に示す。
【００７４】
【表１】
2006027958.tif 000003
【００７５】
なお、比較例および実施例１、２は、いずれも基板と、基板上に形成された中間層と、この中間層上に形成された超電導層という図１に示したような３層構造になっている。基板としてはニッケル（Ｎｉ）合金基板を用いた。このＮｉ合金基板の表面粗さ（Ｒａ）は９８ｎｍである。そして、中間層としては、Ｎｉ合金基板上にパルスレーザ蒸着法を用いてイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を形成した。このＹＳＺの厚みは１μｍとした。また、超電導層としては、ＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏy（ｙは６〜７程度、より好ましくはほぼ７）という酸化物超電導体を用いた。なお、この材料を以下ＨｏＢＣＯと略称する。そして、この超電導層を、比較例および実施例１、２のいずれにおいても、パルスレーザ蒸着法を用いて膜厚が０．２５μｍとなるように成膜した。
【００７６】
また、それぞれの試料毎にその構成を確認すると、比較例の試料では、上述したＮｉ合金基板に対して、その表面に研磨などを施すことなくそのままＹＳＺを中間層として１μｍ成膜した。また、このＹＳＺからなる中間層に対して上部表面の研磨などの処理を施すことなく、さらにパルスレーザ蒸着法によりＨｏＢＣＯ超電導層を厚みが０．２５μｍとなるように成膜した。
【００７７】
一方、実施例１の試料では、Ｎｉ合金基板上に比較例の試料と同様にパルスレーザ蒸着法を用いて中間層としてＹＳＺを１μｍ成膜した。そして、この中間層の上部表面を、ＣＭＰ法により厚さ０．２５μｍだけ除去するように研磨を行なった。なお、この研磨工程では、最初は通常のスラリーを利用したＣＭＰ法を用いて所定の厚さだけ中間層の上部表面を除去した後、スラリーの代わりに水を用いて研磨布により中間層の上部表面を研磨する（機械研磨を行なう）という２段階の研磨工程を実施しても良い。このようにすれば、最初に通常のスラリーを用いて正規のＣＭＰ法を実施することにより、ある程度の研磨速度（単位時間当りの研磨による除去厚さ）で研磨加工を行ない、次に水をスラリーの代わりに用いて機械的な研磨を行なうことで、研磨速度は低下するものの研磨による除去厚みの管理精度を向上させることができる。この結果、研磨加工に要する加工時間の短縮と除去厚みの管理制度の向上をある程度両立させることができる。また、この研磨加工では、上述のようなＣＭＰ法以外の機械研磨法や、その他の任意の方法（たとえばウェットエッチング法など）を用いることができる。そして、この研磨後の中間層上に、比較例と同様にパルスレーザ蒸着法を用いて膜厚が０．２５μｍのＨｏＢＣＯ超電導層を形成した。
【００７８】
実施例２の試料については、Ｎｉ合金基板の表面に対してＣＭＰ法を用いた研磨を実施することにより、基板表面の研磨を行なった。なお、このＮｉ合金基板の表面に対する研磨工程においても、上述した中間層の研磨工程において用いることができる任意の研磨方法を用いることができる。また、この基板表面の研磨工程では、基板表面を厚さ５μｍだけ除去するように研磨を行なった。この結果、基板表面の表面粗さ（Ｒａ）は２．５ｎｍとなった。この研磨を行なった後の基板表面上にパルスレーザ蒸着法を用いてＹＳＺを中間層として厚さが１μｍとなるよう成膜した。そして、この中間層としてのＹＳＺの上部表面に対して、さらにＣＭＰ法を用いてＹＳＺの厚みが０．２５μｍだけ除去されるように研磨を実施した。さらに、研磨後の中間層としてのＹＳＺ上にパルスレーザ蒸着法を用いて厚さが０．２５μｍのＨｏＢＣＯ超電導層を形成した。
【００７９】
表１からもわかるように、中間層としてのＹＳＺの表面粗さは、比較例の値に比べて実施例１、２の値が小さくなっていることがわかる。また、中間層としてのＹＳＺの表面粗について実施例１と実施例２とを比べた場合には、実施例２の値が実施例１の値よりも小さくなっている。これは、基板表面に対する研磨を行なうことにより、実施例２における下地としての基板表面の粗さの値の方が、実施例１における基板表面の粗さの値より小さくなっていることの影響であると思われる。
【００８０】
また、表１からもわかるように、中間層としてのＹＳＺ層の半値幅の値も比較例に比べて実施例１および実施例２の方が小さくなっている。さらに、実施例１に比べて実施例２の方が中間層としてのＹＳＺ層の半値幅の値は小さくなっている。つまり、実施例２の試料におけるＹＳＺ層の結晶配向性が最も良好であることが分かる。なお、ここで半値幅（ΔΦ）は、Ｘ線極点図測定により測定した特性値であってＹＳＺ層の結晶配向性を示す特性値である。
【００８１】
また、超電導層の臨界電流密度を、比較例および実施例１、２のそれぞれについて測定した。その結果、表１からわかるように、比較例においては超電導層の臨界電流密度が０となっているのに対して、実施例１は０．７、実施例２は２．１という値になっている。すなわち、実施例２の方が実施例１よりも臨界電流密度が大きくなっていることがわかる。
【実施例２】
【００８２】
本発明による薄膜材料の好ましい実施例として、図１０に示すような超電導線材１を作成した。図１０は、本発明による超電導線材の実施例２を示す部分断面模式図である。図１０を参照しながら本発明による超電導線材１を説明する。
【００８３】
図１０に示すように、本発明による超電導線材１は、基板２上に第１の中間層３ｃが形成されている。第１の中間層３ｃ上に第２の中間層３ｄが形成されている。第１の中間層３ｃと第２の中間層３ｄとから下部中間層３ａが構成される。第２の中間層３ｄ上には上部中間層３ｂが形成されている。上部中間層３ｂ上には超電導層４が形成されている。
【００８４】
なお、基板２の上部表面は研磨加工された被研磨面２０となっている。また、第２の中間層３ｄの上部表面（つまり下部中間層３ａの上部表面）は研磨加工された被研磨面１０となっている。研磨方法としては、実施例１で述べたＣＭＰ法を用いた。なお、他の任意の研磨方法を適用しても良い。
【００８５】
基板２としては、金属基板の一例としてのＮｉ合金基板を用いる。また、第１の中間層３ｃの材料としてはセリア（酸化セリウム）を用いる。なお、この第１の中間層３ｃは、第２の中間層３ｄなどを配向性良く形成するためのいわゆる種膜であり、他の材料を用いることもできる。この第１の中間層３ｃの厚みＴ１は、たとえば１μｍ以下とすることができる。
【００８６】
第２の中間層３ｄの材料としてはＹＳＺを用いる。なお、この第２の中間層３ｄは、上方に形成される超電導層４を構成する元素が基板２側へ拡散することを防止するための拡散防止層として形成されている。このような拡散防止の機能を確実に発揮させるため、第２の中間層３ｄの厚みＴ２は、他の中間層の厚み（第１の中間層３ｃの厚みＴ１および上部中間層３ｂの厚みＴ３）より相対的に厚くなるように設定されている。たとえば、第２の中間層３ｄの厚みＴ２を４μｍ以下とすることができる。また、第２の中間層３ｄの材料としては、ＹＳＺ以外の任意の材料を用いることもできる。
【００８７】
上部中間層３ｂの材料としては、たとえばセリア（酸化セリウム）を用いる。上部中間層３ｂは、いわゆる格子整合層であって、その上部表面上に形成する超電導層４を配向性良く形成するため超電導層４の格子定数と比較的近い格子定数を有する層を形成することを目的として配置される。上部中間層３ｂの厚みＴ３は、たとえば１μｍ以下とすることができる。なお、上部中間層３ｂの材料としては、セリア以外の他の材料を用いることもできる。
【００８８】
超電導層４としては、ＨｏＢＣＯ超電導層を用いる。このＨｏＢＣＯ超電導層は、実施例１の試料と同様にパルスレーザ蒸着法を用いて形成する。ＨｏＢＣＯ超電導層の膜厚はたとえば０．２５μｍとすることができる。
【００８９】
基板２の上部表面はたとえばＣＭＰ法などを用いて研磨加工を施された被研磨面２０となっており、その表面粗さ（Ｒａ）はたとえば２．５ｎｍとすることができる。このように、基板２の上部表面を被研磨面２０とすることにより、中間層３（たとえば第２の中間層３ｄ）に対する下地としての基板２の上部表面の平坦性を確保できる。この結果、中間層３の被研磨面の初期表面粗さを小さくすることができる。このため、中間層３（たとえば第２の中間層３ｄ）の（上部）表面を所定の表面粗さとなるように研磨する場合、研磨量を少なくできるので、超電導線材の製造工程に要する時間を短縮することができる。また、あらかじめ下地としての基板２の上部表面が平坦性の良い被研磨面２０となっているので、中間層（特に下部中間層３ａ）の配向性を向上させることができる。
【００９０】
また、第２の中間層３ｄの上部表面もたとえばＣＭＰ法などを用いて研磨加工を施された被研磨面１０となっており、その表面粗さ（Ｒａ）はたとえば２．１ｎｍとすることができる。このように、第２の中間層３ｄの上部表面を被研磨面１０とすることにより、第２の中間層３ｄ上に形成される層（上部中間層３ｂや超電導層４）の配向性を向上させることができる。
【００９１】
また、上述のように第２の中間層３ｄは拡散防止層として相対的に厚い膜厚Ｔ２を有するように形成されている。このように膜厚Ｔ２が厚くなると、第２の中間層３ｄの上部表面における平坦性も膜厚Ｔ２が厚くなるにつれて悪くなる傾向がある。つまり、第１の中間層３ｃ、第２の中間層３ｄ、上部中間層３ｂのうち、下地が同じ条件であると仮定すると第２の中間層３ｄの上部表面の表面粗さがもっとも大きくなる傾向がある。そのため、このように最も表面粗さが大きくなる（平坦性が悪くなる）第２の中間層３ｄの上部表面を研磨して被研磨面１０とすれば、もっとも効果的に平坦性に優れた中間層３を得ることができる。
【００９２】
また、第２の中間層３ｄの上部表面（被研磨面１０）には、研磨加工に起因する歪が蓄積されている可能性もある。このような歪などの欠陥が存在すると、当該被研磨面１０上に超電導層４を直接形成した場合に超電導層４の配向性などに影響を及ぼす可能性がある。そのため、被研磨面１０上には上部中間層３ｂを形成し、その上部中間層３ｂ上に超電導層４を形成することで、被研磨面１０に当該欠陥が存在しても超電導層４の膜質（配向性などの特性）に影響が及ばないようにすることができる。
【００９３】
なお、図１０に示した超電導線材１において、第２の中間層３ｄの上部表面のみに研磨加工を行なうようにしてもよい。また、たとえば第２の中間層３ｄの厚みＴ２が十分薄いといった場合には、基板２の上部表面のみを研磨加工して被研磨面２０のみを形成してもよい。
【００９４】
さらに、第１の中間層３ｃの上部表面３０や上部中間層３ｂの上部表面４０などを研磨加工することにより被研磨面としてもよい。たとえば、第１の中間層３ｃの上部表面３０を被研磨面とすれば、第２の中間層３ｄや上部中間層３ｂの配向性をより向上させることができる。また、第１の中間層３ｃ上に形成する第２の中間層３ｄなどの上部表面の初期状態における平坦性を向上させることができるので、第２の中間層３ｄの上部表面を所定の表面粗さとなるように研磨するときの研磨量を低減できる。また、上部中間層３ｂの上部表面４０を被研磨面とすれば、超電導層４の配向性をより向上させることができる。
【００９５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明による超電導線材の実施の形態１を示す部分断面模式図である。
【図２】図１に示した超電導線材の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１に示した超電導線材の実施の形態１の変形例を示す部分断面模式図である。
【図４】図３に示した超電導線材の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明による超電導線材の実施の形態２を示す部分断面模式図である。
【図６】図５に示した超電導線材の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明による超電導線材の実施の形態３を示す部分断面模式図である。
【図８】図７に示した超電導線材の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】図７に示した本発明による超電導線材の実施の形態３の変形例を示す部分断面模式図である。
【図１０】本発明による超電導線材の実施例２を示す部分断面模式図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  超電導線材、２  基板、３，３ａ〜３ｆ  中間層、４  超電導層、１０，２０  被研磨面、３０，４０  上部表面。
【図１】
2006027958.tif 000004
【図２】
2006027958.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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