(57)【要約】【課題】高温超電導を失わずに超電導膜を修復することのできる超電導膜の欠陥修復方法、超電導膜のコーティング方法、およびその方法によって形成された超電導膜を提供する。【解決手段】欠陥修復方法は、その製造過程中に超電導膜を検出することを含む。欠陥が検出された時、欠陥の位置に超電導修復構造を形成する。【選択図】図１
2015207548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導膜の製造過程中に前記超電導膜を検出することと、
前記超電導膜の欠陥が検出された時に、前記欠陥の位置に超電導修復構造を形成することと
を含む超電導膜の欠陥修復方法。
【請求項２】
前記超電導修復構造を形成する工程の前に、前記欠陥の前記位置にある前記超電導膜を除去することをさらに含む請求項１に記載の超電導膜の欠陥修復方法。
【請求項３】
前記欠陥の前記位置にある前記超電導膜を除去する方法が、レーザーエッチングを含む請求項２に記載の超電導膜の欠陥修復方法。
【請求項４】
前記超電導膜の材料および前記超電導修復構造の材料が、それぞれ、イットリウムバリウム銅酸化物（ＹＢＣＯ）、ビスマスストロンチウムカルシウム銅酸化物（Bi2Sr2Ca2Cu3O10, BSCCO）、チタンバリウムカルシウム銅酸化物（Tl2Ba2Ca2Cu3O10, TBCCO）、または水銀バリウムカルシウム銅酸化物（Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127, HBCCO）を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導膜の欠陥修復方法。
【請求項５】
前記超電導修復構造を形成する方法が、薄膜堆積プロセスを含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導膜の欠陥修復方法。
【請求項６】
前記薄膜堆積プロセスが、パルスレーザーデポジッション法（ＰＬＤ）を含む請求項５に記載の超電導膜の欠陥修復方法。
【請求項７】
前記超電導修復構造を形成する方法が、
前記欠陥の前記位置に前記超電導修復構造を配置することと、
電子レンジ加熱を利用して、前記超電導修復構造を前記超電導膜に直接接合することと
を含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の超電導膜の欠陥修復方法。
【請求項８】
前記電子レンジ加熱が、前記超電導修復構造と前記超電導膜の重なる部分に圧力を印加することをさらに含む請求項７に記載の超電導膜の欠陥修復方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項の前記方法により製造され、前記超電導修復構造を含む超電導膜。
【請求項１０】
前記超電導修復構造が、前記欠陥の前記位置に配置された請求項９に記載の超電導膜。
【請求項１１】
前記超電導修復構造が、前記超電導膜に直接接合された請求項９または１０に記載の超電導膜。
【請求項１２】
所定の厚さを有する超電導膜を形成する方法であって、
有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で第１超電導膜をコーティングすることと、
パルスレーザーデポジション法（ＰＬＤ）で前記第１超電導膜の上に第２超電導膜をコーティングすることと
を含む方法。
【請求項１３】
前記第１超電導膜の材料および前記第２超電導膜の材料が、それぞれ、イットリウムバリウム銅酸化物（ＹＢＣＯ）、ビスマスストロンチウムカルシウム銅酸化物（ＢＳＣＣＯ）、チタンバリウムカルシウム銅酸化物（ＴＢＣＣＯ）、または水銀バリウムカルシウム銅酸化物（ＨＢＣＣＯ）を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１超電導膜の厚さが、前記所定の厚さの７０％〜９０％であり、前記第２超電導膜の厚さが、前記所定の厚さの１０％〜３０％である請求項１２または１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導膜に関するものであり、特に、超電導膜の欠陥修復方法、超電導膜のコーティング方法、およびその方法によって形成された超電導膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、臨界温度よりも低い超電導膜の伝導電流は抵抗がゼロであるため、電流の増加に伴う導電線の加熱により抵抗が上昇して電流密度が減少するといった現象は発生しない。しかしながら、超電導膜は、実際には単結晶構造であるため、製造過程において電流密度の減少を引き起こす欠陥が生じやすい。
【０００３】
したがって、主な解決策は単に欠陥部分を使用しないことであるが、超電導膜の歩留率に大きな影響を与える。また、電気的接合方法により２つの超電導膜を接合する技術がいくつか開発されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した技術は、その導電特性を維持するだけで高温超電導は失われるため、温度を維持する（下げる）ためのコストがかかる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る超電導膜の欠陥修復方法は、超電導膜の製造過程中に超電導膜を検出することと、超電導膜の欠陥が検出された時に欠陥の位置に超電導修復構造を形成することとを含む。
【０００６】
本発明の超電導膜は、上述した方法により製造され、超電導修復構造を有する。
【０００７】
本発明の超電導膜のコーティング方法は、所定の厚さを有する超電導膜を形成することができ、有機金属化学気相成長法（metal organic chemical vapor deposition, MOCVD）で第１超電導膜をコーティングすることと、パルスレーザーデポジション法（pulsed laser deposition, PLD）で第１超電導膜の上に第２超電導膜をコーティングすることとを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の修復方法により、超電導膜を有効に修復してその超電導を維持することができるため、臨界温度を７７Ｋよりも大きくして、高温超電導を復元させることができる。そのため、超電導膜の歩留率が大幅に増加し、コストを減らすことができる。
【０００９】
本発明を分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の１つの実施形態に係る超電導膜の欠陥修復ステップを示す図である。
【図２Ａ】本発明の上記実施形態に係る修復方法を示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の上記実施形態に係る修復方法を示す断面図である。
【図３】本発明の上記実施形態に係る別の修復方法を示す断面図である。
【図４】実験１で修復した後の超電導膜の抵抗‐温度図（ＲＴ図）である。
【図５】実験２で修復した後の超電導膜のＲＴ図である。
【図６】実験３で修復した後の超電導膜のＲＴ図である。
【図７Ａ】本発明の別の実施形態に係る超電導膜のコーティング方法を示す断面図である。
【図７Ｂ】本発明の別の実施形態に係る超電導膜のコーティング方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の１つの実施形態に係る超電導膜の欠陥修復ステップを示す図である。
【００１２】
図１を参照すると、本実施形態に係る超電導膜の欠陥修復方法において、超電導膜の製造過程中に超電導膜を検出する。したがって、ステップ１００において、まず、超電導膜の前処理を行う。イットリウムバリウム銅酸化物（yttrium barium copper oxide, YBCO）を有する超電導膜を例に挙げると、前処理は、基板製造（substrate producing）、バッファ堆積（buffer deposition）、ＹＢＣＯ前駆体コーティング（YBCO precursor coating）、前駆体分解（precursor decomposition）、ＹＢＣＯ反応（YBCO reaction）等を含む。超電導膜の前処理は、検出前のプロセスを指し、一般的に、ロールツーロール（roll-to-roll, R2R）法で生成される超電導膜の形成手順を指すが、本発明はこれに限定されない。さらに、超電導膜の材料は、上述したＹＢＣＯの他に、例えば、ビスマスストロンチウムカルシウム銅酸化物（Bi2Sr2Ca2Cu3O10, BSCCO）、チタンバリウムカルシウム銅酸化物（Tl2Ba2Ca2Cu3O10, TBCCO）、または水銀バリウムカルシウム銅酸化物（Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127, HBCCO）である。
【００１３】
次に、ステップ１０２において、検出を行う。検出方法は、例えばＸ線（X-ray）検出または４端子（4-point probe）検出であるが、本発明はこれに限定されない。超電導膜の欠陥を検出した時は、ステップ１０６を行い、欠陥が検出されなかった時は、ステップ１０８を行う。
【００１４】
ステップ１０６において、欠陥の位置に超電導修復構造を形成する。超電導修復構造の材料は、イットリウムバリウム銅酸化物（ＹＢＣＯ）、ビスマスストロンチウムカルシウム銅酸化物（ＢＳＣＣＯ）、チタンバリウムカルシウム銅酸化物（ＴＢＣＣＯ）、または水銀バリウムカルシウム銅酸化物（ＨＢＣＣＯ）の高温超電導材料である。超電導修復構造の材料は、超電導膜の材料と同じであってもよく、または、超電導膜の材料と異なってもよい。ステップ１０６は、様々な方法で実行することができるため、その内容を以下に詳しく説明する。
【００１５】
ステップ１０８において、超電導膜の後処理を行う。ＹＢＣＯを有する超電導膜を例に挙げると、後処理は、酸素アニール（O2annealing）、銀析出（Ag deposition）、ラムネーション（lamination）、ウェブスリッティング（web slitting）等であってもよい。超電導膜の後処理は、修復した後のプロセスを指し、一般的に、超電導膜を形成した後の手順を指すが、本発明はこれに限定されない。
【００１６】
図２Ａ〜図２Ｂは、本発明の上記実施形態に係る修復方法を示す断面図である。
【００１７】
図２Ａを参照すると、基板２００の上に超電導膜２０２を形成する。検出後（図１のステップ１０２を参照）に欠陥２０４（例えば、埃や粉状の汚れ等の異物型欠陥）が見つかった場合、レーザーエッチング２０６等の方法で、欠陥２０４の位置にある超電導膜２０２を除去することができる。同時に、欠陥２０４を除去してもよい。
【００１８】
次に、図２Ｂを参照すると、薄膜堆積（thin film deposition）プロセスで超電導修復構造２０８を形成し、超電導膜２０２の除去した部位２０２ａに超電導修復構造２０８を形成する。しかしながら、本発明はこれに限定されない。超電導修復構造２０８は、超電導膜２０２上に延伸形成されてもよい。上述した薄膜堆積プロセスは、例えば、パルスレーザーデポジション法（ＰＬＤ）である。したがって、図面において、レーザー源２１０およびターゲット２１４を示す。高出力パルスレーザー２１２がターゲット２１４に当たった時、ターゲット２１４を気化して、基板２００の特定位置に堆積させる。
【００１９】
別の実施形態において、それ自身の欠陥が大きくない時、または、欠陥が超電導膜２０２の内部に存在する時、図２Ａの除去ステップを省略してもよく、その代り、欠陥２０４の位置に図２Ｂの薄膜堆積プロセスを直接行う。
【００２０】
図３は、本発明の上記実施形態に係る別の修復方法を示す断面図である。
【００２１】
図３において、基板に形成された超電導膜３０２に欠陥３０４が検出された時（図１のステップ１０４を参照）、超電導修復構造３０６の形成方法は、例えば、欠陥３０４の位置に超電導修復構造３０６を配置して、電子レンジ加熱を行うことを含み、これにより、超電導修復構造３０６を超電導膜３０２に直接接合することができる。さらに、電子レンジ加熱を利用している間に超電導修復構造３０６と超電導膜３０２の重なる部分に圧力３０８（例えば、１１ｋｇ／ｃｍ2の圧力）を印加してもよく、上述した圧力は、超電導修復構造３０６と超電導膜３０２に破損や損傷をもたらす圧力よりも小さいのが好ましい。また、図２Ａに示すように、電子レンジ加熱を行う前に、欠陥３０４の位置にある超電導膜３０２を除去して、超電導修復構造３０６を超電導膜３０２に接合してもよい。
【００２２】
本発明において提案した上記２つの修復方法は、いずれもロールツーロール（Ｒ２Ｒ）の生産ラインに統合することができる。
［実例］
【００２３】
以下、実験により本発明の効果を実証するが、以下の実験は本発明の範囲を限定するものではない。
【００２４】
［実験１］
【００２５】
パルスレーザーを利用して、基板上のＹＢＣＯ薄膜の一部を除去し、そのＲＴ図（抵抗‐温度図）を測定する。そして、ＹＢＣＯ薄膜が破損位置で導電特性を失い、絶縁体になったことを確認する。次に、ＹＢＣＯ薄膜のうちの一層を除去した部位に再コーティングして、そのＲＴ図を測定し、図４に示す。
【００２６】
超電導膜は、超電導膜を修復する前と超電導膜を除去した後に、超電導を完全に失う。つまり、温度が絶対温度の２Ｋに下がった後も、ゼロ抵抗の現象はまだ現れない。しかし、超電導膜を修復した後、図４に示すように、臨界温度が８５Ｋ（＞７７Ｋ）に達して、高温超電導が復元する。
【００２７】
［実験２］
【００２８】
欠陥を有する市販のＹＢＣＯ薄膜のＲＴ図を直接測定する。そして、ＹＢＣＯ薄膜が破損位置で導電特性を失い、絶縁体になったことを確認する。次に、別のＹＢＣＯ薄膜を欠陥を有するＹＢＣＯ薄膜上に直接コーティングし、そのＲＴ図を測定して、図５に示す。
【００２９】
超電導膜は、超電導膜を修復する前に、超電導を完全に失う。しかし、超電導膜を修復した後、図５に示すように、臨界温度が８５Ｋ（＞７７Ｋ）に達して、高温超電導が復元する。
【００３０】
［実験３］
【００３１】
欠陥を有する市販のＹＢＣＯ薄膜のＲＴ図を直接測定する。そして、ＹＢＣＯ薄膜が破損位置で導電特性を失い、絶縁体になったことを確認する。次に、欠陥を有するＹＢＣＯ薄膜に直接１片の超電導修復構造を超電導膜内の欠陥の上方に配置して、電子レンジ加熱によりこれらを接合し、そのＲＴ図を測定して、図６に示す。
【００３２】
超電導膜は、超電導膜を修復する前に、超電導を完全に失う。しかし、超電導膜を修復した後、図６に示すように、臨界温度が８５Ｋ（＞７７Ｋ）に達して、高温超電導が復元する。
【００３３】
図７Ａ〜図７Ｂは、本発明の別の実施形態に係る超電導膜のコーティング方法を示す断面図である。
【００３４】
図７Ａを参照すると、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で第１超電導膜７０２を基板７００の上にコーティングする。第１超電導膜７０２の厚さｔ１は、例えば、形成したい超電導膜の所定の厚さの７０％〜９０％である。第１超電導膜７０２の材料は、例えば、イットリウムバリウム銅酸化物（ＹＢＣＯ）、ビスマスストロンチウムカルシウム銅酸化物（ＢＳＣＣＯ）、チタンバリウムカルシウム銅酸化物（ＴＢＣＣＯ）、または水銀バリウムカルシウム銅酸化物（ＨＢＣＣＯ）である。
【００３５】
次に、図７Ｂを参照すると、パルスレーザーデポジション法（ＰＬＤ）で第２超電導膜７０４を第１超電導膜７０２の上にコーティングする。第２超電導膜７０４の厚さｔ２は、例えば、形成したい超電導膜の所定の厚さの１０％〜３０％である。第２超電導膜７０４の材料は、例えば、イットリウムバリウム銅酸化物（ＹＢＣＯ）、ビスマスストロンチウムカルシウム銅酸化物（ＢＳＣＣＯ）、チタンバリウムカルシウム銅酸化物（ＴＢＣＣＯ）、または水銀バリウムカルシウム銅酸化物（ＨＢＣＣＯ）である。第２超電導膜７０４の材料は、第１超電導膜７０２の材料と同じであってもよく、または、第１超電導膜７０２と異なってもよい。
【００３６】
以上のように、欠陥部位が最初に除去されたかどうかに関わらず、本発明の修復方法は、後続の修復技術によって超電導を有効に修復することができるため、臨界温度を７７Ｋよりも大きくして、高温超電導を復元させる。その結果、本発明の技術は、超電導膜の歩留率を大幅に増やすため、コストを減らすことができる。さらに、本発明のコーティング方法は、２つのプロセスを適用するため、超電導膜の歩留率をさらに増やすことができる。
【００３７】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【符号の説明】
【００３８】
１００〜１０８    ステップ
２００、３００、７００    基板
２０２、３０２、７０２、７０４    超電導膜
２０２ａ    除去した部位
２０４、３０４    欠陥
２０６    レーザーエッチング
２０８、３０６    超電導修復構造
２１０    レーザー源
２１２    パルスレーザー
２１４    ターゲット
３０８    圧力
ｔ１、ｔ２    厚さ
【図１】
2015207548.tif 000003
【図２Ａ】
2015207548.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015207548.tif 000009
【図７Ａ】
2015207548.tif 000010
【図７Ｂ】
2015207548.tif 000011
【外国語明細書】
2015207548000001.pdf