(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材の上方に設けられたベッド層と、を備え、
前記ベッド層は、Ａｌ２Ｏ３および希土類酸化物から構成され、前記希土類酸化物の含有率が、前記基材との界面側から表面側に向うにつれて厚さ方向で徐々に増加する傾斜組成部分を含むことを特徴とする超電導導体用基材。
【請求項２】
前記ベッド層は、前記基材との界面付近でのＡｌ２Ｏ３の含有率が４５ｍｏｌ％以上であることを特徴とする請求項１に記載の超電導導体用基材。
【請求項３】
前記ベッド層は、表面付近での希土類酸化物の含有率が５０ｍｏｌ％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超電導導体用基材。
【請求項４】
前記ベッド層に含有される希土類酸化物は、Ｙ２Ｏ３であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超電導導体用基材。
【請求項５】
基材の上方に、Ａｌ２Ｏ３および希土類酸化物から構成され、前記希土類酸化物の含有率が、前記基材との界面側から表面側に向うにつれて厚さ方向で徐々に増加する傾斜組成部分を含むベッド層を形成する超電導導体用基材の製造方法であって、
前記基材を、前記基材の移動方向を転向させる一対の転向部材間に、並列する複数のレーンを構成するように複数回掛け渡し、
Ａｌ２Ｏ３からなる第１ターゲットと希土類酸化物からなる第２ターゲットとが隣接して配置されたスパッタ用ターゲットを、前記第１ターゲットがレーン走行領域の周回開始側、前記第２ターゲットがレーン走行領域の周回終了側となるように、前記複数のレーンを構成する基材の表面と対峙させて配置し、
前記基材を、前記転向部材間を周回させることによって前記レーンに沿って走行させて、周回開始の第１レーンから最終レーンまで周回毎に順次移動させるとともに、
前記レーンに沿って走行している基材の表面に、前記ターゲットから叩き出されたスパッタ粒子を堆積させることで、前記ベッド層を形成することを特徴とする超電導導体用基材の製造方法。
【請求項６】
前記第２ターゲットを構成する希土類酸化物は、Ｙ２Ｏ３であることを特徴とする請求項５に記載の超電導導体用基材の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の超電導導体用基材と、該超電導導体用基材の前記ベッド層の上方に設けられた中間層と、該中間層の上方に設けられた酸化物超電導層と、を備えることを特徴とする超電導導体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導導体用基材、超電導導体用基材の製造方法および超電導導体に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物超電導体を超電導導体として使用するためには、テープ状などの長尺の基材上に、結晶配向性の良好な酸化物超電導体の薄膜を形成する必要があるが、一般には、金属テープ自体が多結晶体でその結晶構造も酸化物超電導体と大きく異なるために、金属テープ上に直接、結晶配向性の良好な酸化物超電導導体の薄膜を形成させることは難しい。また、基材と超電導体との間には熱膨張率および格子定数の差があるため、超電導臨界温度までの冷却過程で、超電導体に歪みが生じたり、酸化物超電導層が基板から剥離する等の問題もある。そこで、金属基材上に熱膨張率や格子定数等の物理的な特性値が基材と超電導導体との中間的な値を示すＭｇＯ、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｒＴｉＯ３等の材料からなる中間層（配向膜）を形成し、この中間層（配向膜）の上に酸化物超電導層を形成することが行われている。この中間層（配向膜）の結晶配向は、この上に形成される酸化物超電導層の結晶配向性に大きく影響を及ぼす。
【０００３】
また、基材上にＡｌ２Ｏ３膜とＹ２Ｏ３膜の積層膜（ベッド層）を設けたものを超電導導体用基材として用い、その上に中間層（配向膜）をＩＢＡＤ法により形成した構成も知られている（例えば、特許文献１参照）。中間層は、Ｙ２Ｏ３膜（シード層）上に形成されることにより、その結晶配向状態をさらに良好なものとすることができる。また、Ａｌ２Ｏ３膜（拡散防止層）は、酸化物超電導導体の製造時の高温プロセスにおいて、金属基材から酸化物超電導層へ金属基材構成元素が拡散する問題を防ぐために設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−６７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、酸化物超電導導体の実用化や産業化を視野に入れた場合、酸化物超電導層が形成される基材（超電導導体用基材）の製造時間も実用レベルであることが必要となる。しかし、前述のように超電導導体用基材のベッド層は、拡散防止層とシード層の２層構成であり、拡散防止層の成膜工程とシード層の成膜工程との間に、ターゲットを交換することが必要となる。ここで、ターゲットの交換は、減圧状態の成膜チャンバ内を大気圧とし、ターゲットを交換した後、再び成膜チャンバ内を減圧状態にするという工程で行われ、手間や時間がかかる。このため、このような構成の超電導導体用基材は、製造時間が長くなり、製造効率や製造コストの点で不利になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、基材の構成元素の拡散防止機能と、その上に積層される層の結晶配向性を整える機能を一層で実現可能なベッド層を備えた超電導導体用基材を提供することを目的とする。また、本発明は、ベッド層を短時間に形成することができ、製造効率の向上を図ることができる超電導導体用基材の製造方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、上述の一層構成のベッド層を備えた前記本発明の超電導導体用基材を用いた超電導導体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の超電導導体用基材は、基材と、該基材の上方に設けられたベッド層と、を備え、前記ベッド層は、Ａｌ２Ｏ３および希土類酸化物から構成され、前記希土類酸化物の含有率が、前記基材との界面側から表面側に向うにつれて厚さ方向で徐々に増加する傾斜組成部分を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の超電導導体用基材によれば、ベッド層に、特にＡｌ２Ｏ３が含まれていることによって、基材からの構成元素の拡散を効果的に抑制することができる。また、ベッド層の上面付近に比較的多く含まれる希土類酸化物がシード層として機能し、その上に配される中間層等に配向性を付与する。
すなわち、この超電導導体用基材では、ベッド層の１層で、拡散防止層としての機能とシード層としての機能の双方を得ることができる。このため、ベッド層の他に、別途、拡散防止層またはベッド層を設けて２層構成とする必要がなく、２層構成のベッド層を形成する場合に必要なターゲット交換や、ターゲット交換に伴う成膜チャンバ内への大気導入および排気、成膜チャンバの開閉を不要にできる。これにより、超電導導体用基材の製造時間を大幅に短縮することができ、製造効率の向上を図ることが可能となる。
また、Ａｌ２Ｏ３と希土類酸化物の傾斜組成膜では、Ａｌ２Ｏ３及び希土類酸化物を別々の層として形成した場合のような、明確な界面がない。このため、このような傾斜組成膜によってベッド層を構成することにより、ベッド層における剥離強度を高めることが可能となる。
【０００９】
本発明において、前記ベッド層は、前記基材との界面付近でのＡｌ２Ｏ３の含有率が４５ｍｏｌ％以上であることが好ましい。
この場合、ベッド層は、基材からの構成元素の拡散を確実に抑制することができる。
【００１０】
本発明において、前記ベッド層は、表面付近での希土類酸化物の含有率が５０ｍｏｌ％以上であることが好ましい。
この場合、ベッド層は、その上に配される中間層に、高い配向性を付与することができる。
【００１１】
本発明において、前記ベッド層に含有される希土類酸化物は、Ｙ２Ｏ３であることが好ましい。
Ｙ２Ｏ３は、希土類酸化物の中でも比較的入手が容易である。このため、Ｙ２Ｏ３を、ベッド層を構成する希土類酸化物として用いることにより、超電導導体用基材の製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００１２】
本発明の超電導導体用基材の製造方法は、基材の上方に、Ａｌ２Ｏ３および希土類酸化物から構成され、前記希土類酸化物の含有率が、前記基材との界面側から表面側に向うにつれて厚さ方向で徐々に増加する傾斜組成部分を含むベッド層を形成する超電導導体用基材の製造方法であって、前記基材を、前記基材の移動方向を転向させる一対の転向部材間に、並列する複数のレーンを構成するように複数回掛け渡し、Ａｌ２Ｏ３からなる第１ターゲットと希土類酸化物からなる第２ターゲットとが隣接して配置されたスパッタ用ターゲットを、前記第１ターゲットがレーン走行領域の周回開始側、前記第２ターゲットがレーン走行領域の周回終了側となるように、前記複数のレーンを構成する基材の表面と対峙させて配置し、前記基材を、前記転向部材間を周回させることによって前記レーンに沿って走行させて、周回開始の第１レーンから最終レーンまで周回毎に順次移動させるとともに、前記レーンに沿って走行している基材の表面に、前記ターゲットから叩き出されたスパッタ粒子を堆積させることで、前記ベッド層を形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明の超電導導体用基材の製造方法は、Ａｌ２Ｏ３からなる第１ターゲットと希土類酸化物からなる第２ターゲットとを備えるスパッタ用ターゲットを用い、レーンに沿って走行しつつ第１レーンから最終レーンまで順次移動している基材の表面に、ターゲットからのスパッタ粒子を堆積させることで、前述の傾斜組成部分を含むベッド層を形成する構成である。そのため、途中でターゲットを交換することなく、拡散防止層としての機能とシード層としての機能を有するベッド層を備えた超電導導体用基材を製造することができる。本発明の製造方法は、ターゲット交換、および、ターゲット交換に伴う真空チャンバ（成膜チャンバ）内への大気導入および排気、真空チャンバの開閉を行わないため、その分、超電導導体用基材の製造時間を大幅に短縮することができ、その製造効率の向上および製造コストの低減を図ることが可能となる。また、成膜装置にかかる負荷が軽減するという効果も得られる。
【００１４】
本発明において、前記ターゲットを構成する希土類酸化物は、Ｙ２Ｏ３であることが好ましい。
Ｙ２Ｏ３は、希土類酸化物の中でも比較的入手が容易である。このため、Ｙ２Ｏ３を、ターゲットを構成する希土類酸化物として用いることにより、超電導導体用基材の製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００１５】
本発明の超電導導体は、本発明の超電導導体用基材と、該超電導導体用基材の前記ベッド層の上方に設けられた中間層と、該中間層の上方に設けられた酸化物超電導層と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の超電導導体によれば、超電導導体用基材のベッド層に、特にＡｌ２Ｏ３が含まれていることによって、基材の構成元素が酸化物超電導層等へ拡散するのが効果的に抑制される。また、ベッド層の上面付近に比較的多く含まれる希土類酸化物がシード層として機能し、この結晶方位に倣うように中間層が結晶成長する。このため、中間層が高度な配向性を有するとともに、その上に形成される酸化物超電導層も、中間層の結晶方位を承継して高度な配向性を有している。このため、この超電導導体は、優れた超電導特性を発揮する。
また、この超電導導体によれば、前述のように超電導導体用基材の製造効率が高いため、これを反映して超電導導体自体の製造効率も向上し、その製造コストの低減を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、基材の構成元素の拡散防止機能と、その上に積層される層の結晶配向性を整える機能を一層で実現可能なベッド層を備えた超電導導体用基材を提供できる。また、本発明によれば、ベッド層を短時間に形成することができ、製造効率の向上を図ることができる超電導導体用基材の製造方法を提供できる。さらに、本発明によれば、上述の一層構成のベッド層を備えた前記本発明の超電導導体用基材を用いた超電導導体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る超電導導体用基材の実施形態を示す断面模式図である。
【図２】図１に示す超電導導体用基材が備えるベッド層の組成分布を示すグラフである。
【図３】本発明に係る超電導導体用基材の製造方法に使用されるイオンビームスパッタ装置を示す概略斜視図である。
【図４】図３に示すイオンビームスパッタ装置が備えるターゲットの配置状態を示し、図４（ａ）は部分拡大斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるターゲットの配置状態を左側から見た側面図である。
【図５】図３に示すイオンビームスパッタ装置で用いられるターゲットの変形例１を示す側面図である。
【図６】図３に示すイオンビームスパッタ装置で用いられるターゲットの変形例２を示す側面図である。
【図７】図３に示すイオンビームスパッタ装置で用いられるターゲットの変形例３を示す側面図である。
【図８】図３に示すイオンビームスパッタ装置で用いられるターゲットの変形例４を示す側面図である。
【図９】本発明に係る超電導導体の実施形態を示す断面模式図である。
【図１０】参考のため２層構成のベッド層を示す図であり、図１０（ａ）は従来の２層構成のベッド層を有する超電導導体用基材を示す断面模式図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示す２層構成のベッド層の組成分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る超電導導体用基材、超電導導体用基材の製造方法および超電導導体について図面に基づいて説明する。
＜超電導導体用基材＞
まず、本発明に係る超電導導体用基材の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る超電導導体用基材の実施形態を示す断面模式図、図２は、図１に示す超電導導体用基材が備えるベッド層の組成分布を示すグラフである。なお、以下の説明では、ベッド層において、基材との界面を「下面」と言い、基材と反対側の表面を「上面」と言うことがある。
【００２０】
図１に示す超電導導体用基材１０は、基材１１と、該基材１１上に設けられたベッド層１２とを有しており、このベッド層１２上に後述の如く中間層や酸化物超電導層を成膜することで酸化物超電導導体が構成される。
【００２１】
基材１１は、通常の超電導導体の基材として使用し得るものであれば良く、長尺のプレート状、シート状又はテープ状であることが好ましく、耐熱性の金属からなるものが好ましい。耐熱性の金属の中でも、合金が好ましく、ニッケル合金又は銅合金がより好ましい。中でも、市販品であればハステロイ（商品名、米国ヘインズ社製）が好適であり、モリブデン、クロム、鉄、コバルト等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗ等のいずれの種類も使用できる。また、基材１１としてニッケル合金などに集合組織を導入した配向Ｎｉ−Ｗ基板のような配向金属基板を用いてもよい。
基材１１の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、１０〜５００μｍの範囲とすることができる。
【００２２】
ベッド層１２は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するためのものであり、基材１１の構成元素拡散を防止する拡散防止層としての機能を有するとともに、その上に配される膜に配向性を付与するシード層としての機能も有する。
本発明では、このベッド層１２が、Ａｌ２Ｏ３と希土類酸化物とからなり、下面１２ａ側（基材１１との界面側）から上面１２ｂ側（基材１１と反対側の表面側）に向うにつれて、希土類酸化物の含有率が厚さ方向で徐々に増加する（Ａｌ２Ｏ３の含有率が厚さ方向で徐々に減少する）傾斜組成部分を有している点に特徴がある。
【００２３】
ここで、希土類酸化物としては、組成式（α１Ｏ２）２ｘ（β２Ｏ３）（１−ｘ）で示されるものが例示でき、より具体的には、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、Ｅｒ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等が挙げられ、中でもＹ２Ｏ３は、入手が容易であり、比較的安価であることから好ましい。
【００２４】
このようなベッド層１２は、特にＡｌ２Ｏ３が含まれていることによって、基材１１からの構成元素の拡散を効果的に抑制する。また、ベッド層１２の上面付近に比較的多く含まれる希土類酸化物がシード層として機能し、その上に配される中間層等に配向性を付与する。したがって、このようなベッド層１２を有する超電導導体用基材１０を用いることにより、超電導特性に優れた超電導導体を構成することができる。
【００２５】
ベッド層１２の傾斜組成としては、具体的には図２（ａ）〜（ｅ）で示されるパターンが挙げられる。なお、図２（ａ）〜（ｅ）中、横軸はベッド層１２の厚さ方向での位置を示し、厚さ０ｎｍはベッド層１２の下面の位置（基材１１との界面の位置）、厚さ１５０ｎｍはベッド層１２の上面の位置にそれぞれ対応する。また、縦軸は、Ａｌ２Ｏ３含有率（実線）または希土類酸化物（図２中、ＲＥ２Ｏ３と示す。）の含有率（点線）を示す。
【００２６】
図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｄ）に示すように、ベッド層１２は全体が傾斜組成とされていてもよく、図２（ｃ）に示すように、ベッド層１２の下面１２ａ付近および上面１２ｂ付近は一定の組成とされ、厚さ方向での中央部分のみが傾斜組成とされていてもよい。また、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示すように、傾斜組成部分の組成変化は、希土類酸化物の含有率が比例的に増加する（Ａｌ２Ｏ３の含有率が反比例的に減少する）略直線状の変化であっても良く、希土類酸化物の増加率が増減する（Ａｌ２Ｏ３の減少率が増減する）Ｓ字状の変化であっても良い。なお、参考のため、基材１００上に、Ａｌ２Ｏ３よりなる拡散防止層１０２とＹ２Ｏ３よりなるシード層１０３からなる２層構成の従来のベッド層１０１を備えた超電導導体用基材の断面模式図を図１０（ａ）に示し、同基材のベッド層１０１の組成分布を図１０（ｂ）に示す。
【００２７】
このようなベッド層１２において、基材１１からの元素拡散を防止する機能には、特に下面１２ａ付近に存在するＡｌ２Ｏ３が大きく寄与し、その上に配される中間層等に配向性を付与する機能には、特に上面１２ｂ付近に存在する希土類酸化物が大きく寄与する。したがって、これらの機能をより大きく得るには、下面１２ａ付近および上面１２ｂ付近におけるＡｌ２Ｏ３および希土類酸化物の含有率が重要となる。
【００２８】
具体的には、ベッド層１２の下面１２ａ付近でのＡｌ２Ｏ３含有率は、４５ｍｏｌ％以上であるのが好ましい。ベッド層１２の上面１２ｂ付近での希土類酸化物の含有率は、５０ｍｏｌ％以上であるのが好ましく、６５ｍｏｌ％以上であるのがより好ましい。下面１２ａ付近でのＡｌ２Ｏ３含有率が４５ｍｏｌ％未満であると、基材１１からの元素拡散を十分に防止できない虞がある。また、上面１２ｂ付近での希土類酸化物の含有率が５０ｍｏｌ％未満であると、その上に形成される中間層の配向性が不十分となる可能性がある。
【００２９】
ベッド層１２の膜厚は、５０〜３００ｎｍの範囲であることが好ましく、１００〜２６０ｎｍの範囲であることがより好ましい。ベッド層１２の厚さが、５０ｎｍ未満になると、基板１１からの構成元素の拡散を十分に防止できない虞があり、また、その上に形成される中間層の配向性が不十分となる可能性がある。一方、ベッド層１２の厚さが３００ｎｍを超えると、ベッド層１２の内部応力が増大し、これにより、ベッド層１２が基材１１から剥離しやすくなる虞がある。また、ベッド層１２の成膜に時間を要することとなり、製造コスト、製造効率の面で不利となる。
【００３０】
このように構成された超電導導体用基材１０は、ベッド層１２の１層で、拡散防止層としての機能とシード層としての機能を兼ねるため、ベッド層の他に、別途、拡散防止層またはベッド層を設けて２層構成とする必要がない。このため、後述の超電導導体用基材の製造方法で説明するように、２層構成のベッド層を形成する場合に必要なターゲット交換、ターゲット交換に伴う成膜チャンバ内の大気導入および排気、成膜チャンバの開閉を不要にできる。したがって、超電導導体用基材１０の製造時間を大幅に短縮することができ、その製造効率の向上を図ることが可能となる。
また、Ａｌ２Ｏ３と希土類酸化物の傾斜組成膜では、Ａｌ２Ｏ３及び希土類酸化物を別々の層として形成した場合のような、明確な界面がない。このため、このような傾斜組成膜によってベッド層１２を構成することにより、ベッド層１２における剥離強度が向上し、高い歩留まりを得ることが可能となる。
【００３１】
［超電導導体用基材の製造方法］
次に、本発明に係る超電導導体用基材の製造方法を、図１に示す超電導導体用基材を製造する場合を例にして説明する。
まず、超電導導体用基材のベッド層を形成するためのイオンビームスパッタ装置について説明する。
【００３２】
図３は、本発明に係る酸化物超電導導体用基材の製造方法に使用されるイオンビームスパッタ装置を示す概略斜視図、図４は、図３に示すイオンビームスパッタ装置が備えるターゲットの配置状態を示し、図４（ａ）は部分拡大斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるターゲットの配置状態を左側から見た側面図である。なお、図４（ｂ）においては、図面を見やすくするため、複数列レーンの一部を省略して描いており、実際には図４（ａ）の複数列レーンの本数と同一である。
【００３３】
図３に示すイオンビームスパッタ装置２０は、イオンビームＢによってターゲット３０Ａから叩き出されたスパッタ粒子を長尺テープ状の基材１１上に堆積させ、このスパッタ粒子による薄膜を基材１１上に形成する、イオンビームスパッタ法による成膜装置である。なお、以下の説明において、成膜領域２７とはイオンビームＢの照射によりターゲット３０Ａから叩き出されたターゲット３０Ａの構成粒子（スパッタ粒子）が飛散した領域（堆積領域）を意味する。
【００３４】
図３に示すイオンビームスパッタ装置２０は、長尺テープ状の基材１１を巻回するリールなどの巻回部材を複数個同軸的に配列してなり、離間して対向配置されて基材１１の移動方向を転向する一対の転向部材群２３、２４と、転向部材群２３の外側に配置された基材１１を送り出すための送出リール２１と、転向部材群２４の外側に配置された基材１１を巻き取るための巻取リール２２と、転向部材群２３、２４間を走行する基材１１と対向配置されたターゲット３０Ａと、ターゲット３０ＡにイオンビームＢを照射するイオンビーム照射装置２８とを備えて構成されている。転向部材群２３、２４、送出リール２１および巻取リール２２を駆動装置（図示略）により互いに同期して駆動させることにより、送出リール２１から送り出された基材１１が転向部材群２３、２４を周回し、巻取リール２２に巻き取られるようになっている。
【００３５】
長尺状の基材１１は、成膜面が外側となるように一対の転向部材群２３、２４に巻回されており、これらの転向部材群２３、２４を周回することにより、図４に示す如くターゲット３０Ａからのスパッタ粒子の堆積領域（成膜領域）２７にて複数列レーンＬ１〜Ｌｎを構成するように配置されている。
【００３６】
この複数列レーンＬ１〜Ｌｎを構成する基材１１は、転向部材群２３、２４、送出リール２１および巻取リール２２が回転駆動されることによって、各レーンに沿って走行し、転向部材群２３、２４を周回する度に、順次、巻取リール２２側の隣り合うレーンに移動する。
なお、以下の説明では、最も送出リール２１に近い周回開始のレーン（図３及び図４（ａ）中、紙面奥行き側のレーン）を第１レーンＬ１、最も巻取リール２２に近い周回終了のレーン（図３及び図４（ａ）中、紙面手前側のレーン）を最終レーンＬｎと言う。また、複数列レーンＬ１〜Ｌｎが走行するレーン走行領域Ａのうち、レーン走行領域Ａの走行方向に沿った中央線よりも第１レーンＬ１側を「第１走行領域Ａ１」と言い、中央線よりも最終レーンＬｎ側を「第２走行領域Ａ２」と言う。
複数列レーンＬ１〜Ｌｎの本数ｎは、特に限定されないが、本数ｎが多い程、より精密な傾斜組成を有するベッド層１２を形成することができる。
【００３７】
このようなイオンビームスパッタ装置２０は、イオンビームＢをターゲット３０Ａの表面に照射し、ターゲット３０Ａから叩き出されたスパッタ粒子を、ターゲット３０Ａに対向する領域である成膜領域２７を走行する基材１１の表面に向けて、基材１１上にスパッタ粒子を堆積させることができる。また、基材１１が成膜領域２７にて複数列レーンを構成するように配置されていることにより、ターゲット３０Ａからのスパッタ粒子を良好な収率で基材１１上に堆積させることができ、ターゲット３０Ａを有効利用することができる。
【００３８】
ターゲット３０Ａは、図示しないターゲットホルダにより保持され、その表面が、複数列レーンＬ１〜Ｌｎを構成する基材１１の表面と対峙するように配置されている。
ターゲット３０Ａは、その平面視での全体の幅（基材１１の幅方向に対応する方向での長さ）がレーン走行領域Ａの幅よりも若干広い寸法とされた板体であり、互いに隣接して配置された第１ターゲット３１および第２ターゲット３２を備えている。
【００３９】
第１ターゲット３１は、Ａｌ２Ｏ３より構成された長方形状の板体であり、第２ターゲット３２は、希土類酸化物より構成された長方形状の板体である。ここで、希土類酸化物は、目的とするベッド層１２に含有させる希土類酸化物に対応する組成の希土類酸化物である。
第１ターゲット３１と第２ターゲット３２とは、それらの長辺同士が隣接部３０ａで連続的に接している。ターゲット３０Ａは、この隣接部３０ａが基材１１の走行方向に沿うように、第１ターゲット３１を第１走行領域Ａ１側、第２ターゲット３２を第２走行領域Ａ２側として、各ターゲット３１、３２の表面が基材１１の表面と対向するように配置されている。
【００４０】
第１ターゲット３１および第２ターゲット３２の厚さおよび長さは、それぞれ略同一とされている。一方、第１ターゲット３１および第２ターゲット３２の各幅Ｘ、Ｙ、及び、その比率（Ｘ：Ｙ）は、目的とするベッド層１２の傾斜組成に応じて適宜選択される。例えば、第１ターゲット３１の幅Ｘを比較的広くした場合には、形成されるベッド層１２の下面１２ａ付近でのＡｌ２Ｏ３含有率をより高くすることができ、第２ターゲット３２の幅Ｙを比較的広くした場合には、ベッド層１２の上面１２ｂ付近での希土類酸化物の含有率をより高くすることができる。なお、本実施形態では、第１ターゲット３１および第２ターゲット３２の各幅Ｘ、Ｙは、略同一とされている。
【００４１】
以上のような、基材１１、基材１１の移動方向を転向させる転向部材群２３、２４、送出リール２１、巻取リール２２、ターゲット３０Ａは、図示しない真空チャンバ内に収容されている。
本実施形態で用いる真空チャンバは、外部と成膜空間とを仕切る容器であり、気密性を有するとともに、内部が高真空状態とされるため耐圧性を有するものとされる。この真空チャンバには、真空チャンバ内にキャリアガスおよび反応ガスを導入するガス供給手段と、真空チャンバ内のガスを排気する排気手段が接続されているが、図３ではこれら供給手段と排気手段を略し、各装置の配置関係のみを示している。
【００４２】
イオンビーム照射装置２８は、ターゲット３０Ａに対して斜め方向に対峙するように配置されている。このように、成膜領域２７の基材１１と、ターゲット３０Ａと、イオンビーム照射装置２８とを配置することにより、ターゲット３０ＡにイオンビームＢを照射するときに、イオンビームＢが転向部材２３、２４や手前側の基材１１によって遮られることがなく、ターゲット３０Ａの奥側である第２ターゲット３２に届くので、ターゲット３０Ａ表面の広い領域にイオンビームＢを照射でき、ターゲット３０Ａをより有効に利用できる。
【００４３】
イオンビーム照射装置２８は、ターゲット３０Ａに対してイオンビームＢを照射してターゲット３０Ａの構成粒子を叩き出すことができるものである。
イオンビーム照射装置２８としては、例えば、筒状の容器の内部に、引出電極とフィラメントとＡｒガス等の導入管とを備えて構成され、容器の先端からイオンをビーム状に平行に照射できるイオンガンを使用できる。
【００４４】
イオンビーム照射装置２８は、図３に示すようにその中心軸をターゲット３０Ａの上面の法線に対して傾斜角度θでもってイオンビームＢを照射できるように傾斜させて対向されている。この傾斜角度θは適宜調整可能であり、例えば、４０〜５０°の範囲とすることができる。
イオンビーム照射装置２８によってターゲット３０Ａに照射するイオンは、Ｈｅ＋、Ｎｅ＋、Ａｒ＋、Ｘｅ＋、Ｋｒ＋等の希ガスのイオン等で良い。
なお、図３では、イオンビーム照射装置２８は、転向部材群２３、２４に対して左側（送出リール２１側）に配されているが、右側（巻取リール２２側）に配されていても構わない。
【００４５】
以上のような構成のイオンビームスパッタ装置２０を用いて、以下のようにしてベッド層１２を形成する。
まず、ターゲット３０Ａを準備する。そして、図４に示すように、ターゲット３０Ａを、その隣接部３０ａが基材１１の走行方向に沿うように、第１ターゲット３１を第１走行領域Ａ１側、第２ターゲット３２を第２走行領域Ａ２側として配置する。
【００４６】
次いで、図３に示すように、送出リール２１に巻回されている基材１１を引き出しながら、転向部材群２３、２４に成膜面が外側となるように順次巻回し、その後、基材１１の先端側を巻取リール２２に巻き取り可能に取り付ける。
これによって、一対の転向部材群２３、２４に巻回された基材１１が、これらの転向部材群２３、２４を周回し、ターゲット３０Ａに対向する位置に複数列並んで配置される。
【００４７】
次に、角度調整機構（図示略）を調節してイオンビーム照射装置２８から照射されるイオンビームＢを、水平に配置されたターゲットホルダ５にセットされたターゲット３０Ａの中央板部３の法線に対して傾斜角度θで照射できるようにする。
【００４８】
続いて、基材１１が収納された真空チャンバ内を図示略のガス排出手段により所定の圧力に減圧した後、真空チャンバに接続された図示略のガス供給手段により、真空チャンバ内にＡｒ等のイオンソースガスや雰囲気ガスを導入する。
次に、基材１１の温度を、所定の温度に設定する。成膜される基材１１の温度は、形成しようとする薄膜の材質などに合わせて適宜調整すればよい。
【００４９】
続いて、送出リール２１から基材１１を送り出す。
これにより、複数列レーンＬ１〜Ｌｎを構成する基材１１は、それぞれ、レーンに沿って走行するとともに、転向部材群２３、２４を周回する度に、順次、最終レーンＬｎ側の隣り合うレーンに移動する。
【００５０】
また、イオンビーム照射装置２８を作動させ、イオンビームＢをターゲット３０Ａに照射する。イオンビームＢがターゲット３０Ａに照射されることによって、ターゲット３０Ａから構成粒子（スパッタ粒子）が叩き出される。ターゲット３０Ａから叩き出されたスパッタ粒子は、ターゲット３０Ａの外形よりも広がって基材１１側に飛散し、成膜領域２７を構成する。このため、この成膜領域２７では、Ａｌ２Ｏ３のスパッタ粒子と希土類酸化物のスパッタ粒子とが混ざり合い、第１レーンＬ１側から最終レーンＬｎ側に向うにつれて、希土類酸化物のスパッタ粒子の割合が徐々に増加する（Ａｌ２Ｏ３のスパッタ粒子の割合が徐々に減少する）傾斜分布が形成される。
【００５１】
これにより、第１レーンＬ１を走行する基材１１には、Ａｌ２Ｏ３の含有率が比較的高いスパッタ膜が堆積し、周回レーン数を経る毎に堆積するスパッタ膜の希土類酸化物の含有率が高くなる（Ａｌ２Ｏ３の含有率が低くなる）。そして、最終レーンＬｎを走行する基材１１には、希土類酸化物の含有率が最も高いスパッタ膜が堆積する。その結果、下面１２ａ付近においてＡｌ２Ｏ３含有率が最も高く、下面１２ａ側（基材との界面側）から上面１２ｂ側（基材と反対側の表面側）に向うにつれて、希土類酸化物の含有率が厚さ方向で徐々に増加する（Ａｌ２Ｏ３の含有率が厚さ方向で徐々に減少する）傾斜組成膜（ベッド層１２）が形成される。
以上の工程により、図１に示す超電導導体用基材１０が製造される。
【００５２】
このような超電導導体用基材の製造方法によれば、途中でターゲット３０Ａを交換することなく、拡散防止層としての機能とシード層としての機能を有するベッド層１２を備えた超電導導体用基材１０を製造することができる。
このような製造方法では、ターゲット交換、および、ターゲット交換に伴う、真空チャンバ（成膜チャンバ）内への大気導入および排気、真空チャンバの開閉を行わないため、その分、超電導導体用基材１０の製造時間を大幅に短縮することができ、超電導導体用基材１０の製造効率の向上を図ることが可能である。また、成膜装置にかかる負荷が軽減するとともに、真空チャンバの開閉に伴うチャンバ内へのホコリ混入を回避できる点でも有利となる。
【００５３】
以上、本発明に係る超電導導体用基材の製造方法について説明したが、本発明の構成はこれに限るものではなく、種々の変更が可能である。例えば、ベッド層１２を形成するためのイオンビームスパッタ装置２０に用いるターゲットは、以下の変形例１〜変形例４のような構成であっても良い。
図５〜図８は、図３に示すイオンビームスパッタ装置で用いられるターゲットの変形例１〜変形例４を示す側面図である。なお、図５〜図８においては、図面を見やすくするため、複数列レーンの一部を省略して描いており、実際には図４（ａ）の複数列レーンの本数と同一である。
【００５４】
図５に示すターゲット（変形例１）３０Ｂは、図４に示す第１ターゲット３１と第２ターゲット３２との間に、Ａｌ２Ｏ３と希土類酸化物との混合物から構成された第３ターゲット（混合ターゲット）３３が設けられた構成である。第３ターゲット３３におけるＡｌ２Ｏ３と希土類酸化物との含有比は、目的とするベッド層１２の傾斜組成に応じて適宜選択される。
【００５５】
第３ターゲット３３は、長方形板状をなし、その一方の長辺が第１ターゲット３１の長辺と隣接しており、他方の長辺が第２ターゲット３２の長辺と隣接している。
第３ターゲット３３の厚さおよび長さは、第１ターゲット３１および第２ターゲット３２と略同一とされている。一方、第３ターゲット３３の幅Ｚは、目的とするベッド層１２の傾斜組成に応じて適宜選択される。
【００５６】
このようなターゲット３０Ｂを用いる超電導導体用基材の製造方法によれば、形成されるベッド層１２の傾斜組成を、第３ターゲット３３におけるＡｌ２Ｏ３と希土類酸化物との含有比と、第１ターゲット３１〜第３ターゲット３３の各幅Ｘ、Ｙ、Ｚの比率（Ｘ：Ｚ：Ｙ）によって制御することができる。このため、形成されるベッド層１２において、より多様な傾斜組成を実現できるという効果が得られる。
また、図５で示すターゲット３０Ｂでは、混合ターゲットを１種のみ用いているが、Ａｌ２Ｏ３と希土類酸化物の含有比が異なる、複数種の混合ターゲットを用いるようにしても構わない。これにより、形成されるベッド層１２において、より多様な傾斜組成を実現することが可能となる。
【００５７】
図６に示すターゲット（変形例２）３０Ｃは、第１ターゲット３１および第２ターゲット３２が、それぞれ複数の板部によって構成されている。
第１ターゲット３１は、その表面が各レーンを走行する基材１１の表面と対向するように配置された中央板部３１ａと、中央板部３１ａの両側に隣接して配置された第１側板部３１ｂおよび第２側板部３１ｃを備えてなる。第１側板部３１ｂおよび第２側板部３１ｃは、中央板部３１ａと反対側の辺縁が、中央板部３１ａの表面の高さ位置よりも高くなるように、傾斜して配置されている。
【００５８】
中央板部３１ａ、第１側板部３１ｂおよび第２側板部３１ｃは、いずれもＡｌ２Ｏ３よりなる長方形状の板体である。そして、中央板部３１ａと第１側板部３１ｂはそれらの長辺同士が隣接しており、中央板部３１ａの第１側板部３１ｂとは接していない側の長辺は、第２側板部３１ｃの長辺と隣接している。
【００５９】
中央板部３１ａ、第１側板部３１ｂおよび第２側板部３１ｃの厚さおよび長さは、それぞれ略同一とされている。一方、各板部３１ａ、３１ｂ、３１ｃの幅、及び、第１側板部３１ｂおよび第２側板部３１ｃの傾斜角度（中央板部３１ａの表面を基準面としたときの各側板部３１ｂ、３１ｃの表面の傾斜角度）θ１、θ２は、目的とするベッド層１２の傾斜組成に応じて適宜選択される。
【００６０】
このように、第１ターゲット３１の各側板部３１ｂ、３１ｃを傾斜させることにより、第１ターゲット３１からのスパッタ粒子の飛散領域を適度に狭く絞って、第１走行領域Ａ１におけるスパッタ粒子の密度を高くすることができる。その結果、形成されるベッド層１２において、厚さ方向における中央部より下面側のＡｌ２Ｏ３含有率を高めることが可能となり、拡散防止機能に優れたベッド層１２を得ることができる。
なお、図６に示す構成では、第１側板部３１ｂおよび第２側板部３１ｃの傾斜角度θ１、θ２は異なる角度とされているが、同一の角度であっても構わない。また、傾斜角度θ１、θ２は、イオンビーム照射装置２８から照射されるビームＢの傾斜角度θに応じて適宜調整するのが好ましい。
【００６１】
中央板部３１ａ、第１側板部３１ｂおよび第２側板部３１ｃは、３枚の板状ターゲットから構成されていてもよいし、１枚のターゲットから構成されていてもよいが、３枚の板状ターゲットから構成されている方が、１枚のターゲットから構成する場合と比較して製造が簡便であり、傾斜角度θ１、θ２の調節も容易になるので好ましい。
【００６２】
次に、図６に示すターゲット３０Ｃにおける第２ターゲット３２について説明する。
第２ターゲット３２は、隣接して配置された第３板部３２ａおよび第４板部３２ｂを備えてなる。第３板部３２ａは、その表面が中央板部３１ａの表面と略等しい高さとなるように配置され、第４板部３２ｂは、第３板部３２ａと反対側の辺縁が、第３板部３２ａの表面の高さ位置よりも高くなるように、傾斜して配置されている。
【００６３】
第３板部３２ａおよび第４板部３２ｂは、いずれも希土類酸化物よりなる長方形状の板体である。第３板部３２ａと第４板部３２ｂはそれらの長辺同士が隣接しており、第３板部３２ａの第４板部３２ｂとは接していない側の長辺は、第２側板部３１ｃの長辺と隣接している。
【００６４】
第３板部３２ａおよび第４板部３２ｂの厚さおよび長さは、それぞれ略同一とされている。一方、各板部３２a、３２ｂの幅および、第４板部３２ｂの傾斜角度（第３板部の表面を基準面としたときの第４板部表面の傾斜角度）θ３は、目的とするベッド層１２の傾斜組成に応じて適宜選択される。
【００６５】
このように、第２ターゲット３の第４板部３２ｂを傾斜させることにより、第２ターゲット３２からのスパッタ粒子の飛散領域を適度に狭く絞って、第２走行領域Ａ２におけるスパッタ粒子の密度を高くすることができる。その結果、形成されるベッド層１２において、厚さ方向における中央部より上面側の希土類酸化物の含有率を高めることが可能となり、配向性を付与する機能に優れたベッド層１２を得ることができる。なお、傾斜角度θ３は、イオンビーム照射装置２８から照射されるビームＢの傾斜角度θに応じて適宜調整するのが好ましい。
【００６６】
また、第３板部３２ａおよび第４板部３２ｂは、２枚の板状ターゲットから構成されていてもよいし、１枚のターゲットから構成されていてもよいが、第１ターゲット３１の場合と同様の理由から、２枚の板状ターゲットから構成されているのが好ましい。
【００６７】
このようなターゲット３０Ｃを用いる超電導導体用基材の製造方法によれば、形成されるベッド層１２の傾斜組成を、第１ターゲット３１の平面視における幅Ｘと第２ターゲット３２の平面視における幅Ｙの比率（Ｘ：Ｙ）と、各側板部３１ｂ、３１ｃ、３２ｂの傾斜角度θ１、θ２、θ３によって制御することができる。このため、形成されるベッド層１２において、より多様な傾斜組成を実現することが可能である。
【００６８】
また、各ターゲット３１、３２からのスパッタ粒子の飛散領域を適度に狭く絞って、その領域におけるスパッタ粒子の密度を高くすることができるため、スパッタ粒子を効率良く（高収率で）基材１１上に堆積させることが可能である。従って、ターゲットの利用効率および成膜スピードの向上を図ることができるという効果も得られる。
【００６９】
図７に示すターゲット（変形例３）３０Ｄでは、第１ターゲット３１は、変形例２（ターゲット３０Ｃ）における第１ターゲット３１と同様の構成とされている。
第２ターゲット３２は、希土類酸化物よりなる長方形状の板体であり、その表面が、第１ターゲット３１の中央板部３１ａの表面よりも上方に位置して該表面に対して略平行となるように配置されている。この第２ターゲット３２は、その一方の長辺が第２側板部３１ｃの中央板部３１ａとは接していない側の長辺と隣接している。
【００７０】
第２ターゲット３２の厚さおよび長さは、第１ターゲット３１の各板部と略同一とされている。一方、第２ターゲット３２の幅、および、その表面の中央板部３１ａの表面に対する高さｈは、目的とするベッド層１２の傾斜組成に応じて適宜選択される。ここで、第２ターゲット３２の表面の高さｈを、比較的高い位置、すなわち基材１１により近い位置とすることにより、希土類酸化物のスパッタ粒子を、第２走行領域Ａ２に効率良く到達させることができる。その結果、形成されるベッド層１２において、厚さ方向における中央部より上面側の希土類酸化物の含有率を高めることが可能となり、配向性を付与する機能に優れたベッド層１２を得ることができる。
【００７１】
このようなターゲット３０Ｄを用いる超電導導体用基材の製造方法によれば、形成されるベッド層１２の傾斜組成を、第１ターゲット３１の平面視における幅Ｘと第２ターゲット３２の幅Ｙの比率（Ｘ：Ｙ）と、各側板部３１ｂ、３１ｃの傾斜角度θ１、θ２と、第２ターゲット３２の高さｈによって制御することができる。このため、形成されるベッド層１２において、より多様な傾斜組成を実現することが可能である。
【００７２】
また、第１ターゲット３１からのスパッタ粒子の飛散領域を適度に狭く絞って、その領域におけるスパッタ粒子の密度を高くすることができるとともに、第２ターゲット３２の表面の高さｈを、高い位置とすることによって、希土類酸化物のスパッタ粒子を、第２走行領域Ａ２に効率良く到達させることができるため、スパッタ粒子を効率良く（高収率で）基材１１上に堆積させることが可能である。従って、ターゲットの利用効率および成膜スピードの向上を図ることができるという効果も得られる。
【００７３】
図８に示すターゲット（変形例４）３０Ｅは、第１ターゲット３１の第２ターゲット３２とは反対側の辺縁が、第２ターゲット３２の表面の高さ位置よりも低くなるように傾斜して配置されている以外は、図４に示すターゲット３０Ａと同様の構成とされている。
【００７４】
第１ターゲット３１の傾斜角度（第２ターゲット３２の表面を基準面としたときの第１ターゲット表面３１の傾斜角度）θ４は、目的とするベッド層１２の傾斜組成に応じて適宜選択される。このように、第１ターゲット３１を傾斜させることにより、第１ターゲット３１からのスパッタ粒子の利用効率を十分に確保しつつ、第１ターゲット３１からのスパッタ粒子が第２走行領域Ａ２に飛散するのを抑制することができる。これにより、形成されるベッド層１２において、厚さ方向における中央部より上面側の希土類酸化物の含有率を高めることが可能となり、配向性を付与する機能に優れたベッド層１２を得ることができる。
【００７５】
このようなターゲット３０Ｅを用いる超電導導体用基材の製造方法によれば、形成されるベッド層１２の傾斜組成を、第１ターゲット３１の平面視における幅Ｘと第２ターゲット３２の幅Ｙの比率（Ｘ：Ｙ）、及び、第１ターゲット３１の傾斜角度θ４によって制御することができる。このため、形成されるベッド層１２において、より多様な傾斜組成を実現できるという効果が得られる。
【００７６】
［超電導導体］
次に、本発明に係る超電導導体用基材を適用した超電導導体（本発明の超電導導体）の実施形態について説明する。
図９は、本発明に係る超電導導体用基材の実施形態を示す断面模式図である。
図９に示す超電導導体１は、超電導導体用基材１０の上面（ベッド層１２の上面）側に、中間層１５が積層され、この中間層１５の上にキャップ層１６が積層され、さらに、その上に酸化物超電導層１７と安定化層１８とが積層されて構成されている。
【００７７】
超電導導体用基材１０は、図１に示す超電導導体用基材（本実施形態に係る超電導導体用基材）１０であり、基材１１、および、前述のようなＡｌ２Ｏ３と希土類酸化物の傾斜組成膜よりなるベッド層１２とによって構成されている。
【００７８】
中間層１５は、単層構造あるいは複層構造のいずれでも良く、その上に積層されるキャップ層１６の結晶配向性を制御するために２軸配向する物質から選択される。中間層１５の好ましい材質として具体的には、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物を例示することができる。
この中間層１５をＩＢＡＤ（Ion-Beam-Assisted Deposition）法により良好な結晶配向性（例えば結晶配向度１５゜以下）で成膜するならば、その上に形成するキャップ層１６の結晶配向性を良好な値（例えば結晶配向度５゜前後）とすることができ、これによりキャップ層１６の上に成膜する酸化物超電導層１７の結晶配向性を良好なものとして優れた超電導特性を発揮できる酸化物超電導層１７を得ることができる。
例えば、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ又はＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）からなる中間層１５は、ＩＢＡＤ法における結晶配向度を表す指標であるΔφ（ＦＷＨＭ：半値全幅）の値を小さくできるため、特に好適である。
中間層１５の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、０．００５〜２μｍの範囲である。
【００７９】
キャップ層１６は、上述のように面内結晶軸が配向した中間層１５の表面に成膜されることによってエピタキシャル成長し、その後、横方向に粒成長して、結晶粒が面内方向に自己配向し得る材料であれば特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、ＬａＭｎＯ３等が例示できる。キャップ層１６の材質がＣｅＯ２である場合、キャップ層１６は、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。
例えばＣｅＯ２によって構成されるキャップ層１６は、上述のように自己配向していることにより、中間層１５よりも更に高い面内配向度、例えばΔφ＝４〜６゜程度を得ることができる。
キャップ層１６は、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）、スパッタリング法等で成膜することができ、大きな成膜速度を得られる点でＰＬＤ法を用いることが好ましい。キャップ層１６の膜厚は、十分な配向性を得るには１００ｎｍ以上が好ましいが、厚すぎると結晶配向性が悪くなるので、５０〜５０００ｎｍの範囲とすることができる。
【００８０】
酸化物超電導層１７は通常知られている組成の酸化物超電導体からなるものを広く適用することができ、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥ１２３系の酸化物超電導体；ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表し、６．５＜ｙ＜７．１を満たす。）なる材質のもの、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）を例示することができる。
酸化物超電導層１７は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法等の物理的蒸着法；化学気相成長法（ＣＶＤ法）；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）等で積層でき、なかでもレーザ蒸着法が好ましい。
酸化物超電導層１７の厚みは、０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。
【００８１】
酸化物超電導層１７の上に積層される安定化層１８は、酸化物超電導層１７の一部領域が常電導状態に遷移しようとした場合に、電流のバイパス路として機能することで、酸化物超電導層１７を安定化させて焼損に至らないようにする、主たる構成要素である。
安定化層１８は、導電性が良好な金属からなるものが好ましく、具体的には、銀又は銀合金、銅などからなるものが例示できる。安定化層１８は１層構造でも良いし、２層以上の積層構造であってもよい。
安定化層１８は、公知の方法で積層できる。安定化層１８が１層構造の場合は、銀層をメッキやスパッタ法で形成する方法が挙げられる。また、安定化層１８が２層構造の場合は、銀層をメッキやスパッタ法で形成し、その上に銅テープなどを貼り合わせるなどの方法を採用できる。安定化層１８の厚さは、３〜３００μｍの範囲とすることができる。
図９に示す超電導導体１は、安定化層１８が銀層の１層構造の場合の例を示している。
【００８２】
このように構成された超電導導体１では、ベッド層１２に、特にＡｌ２Ｏ３が含まれていることによって、基材１１の構成元素が酸化物超電導層等へ拡散するのが効果的に抑制される。また、ベッド層１２の上面付近に比較的多く含まれる希土類酸化物がシード層として機能し、この結晶方位に倣うように中間層１５が結晶成長する。このため、中間層１５が高度な配向性を有するとともに、その上に形成されるキャップ層１６および酸化物超電導層１７も、中間層１５の結晶方位を承継して高度な配向性を有している。このため、この超電導導体１は、優れた超電導特性を発揮する。
また、この超電導導体１によれば、前述のように超電導導体用基材１０の製造効率が高いため、これを反映して超電導導体１自体の製造効率も向上し、その製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００８３】
以上、本発明の超電導導体用基材、超電導導体用基材の製造方法および超電導導体の一実施形態について説明したが、上記実施形態において、超電導導体用基材および超電導導体を構成する各部、超電導導体用基材の製造方法の各工程は一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【実施例】
【００８４】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８５】
＜超電導導体用基材の作製＞
「実施例１」
図４に示すターゲットと、幅５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社製商品名）製のテープ状の長尺基材を用意し、図３に示すイオンビームスパッタ装置にセットした。ここで、ターゲットにおいて、第１ターゲットはＡｌ２Ｏ３ターゲット（幅２０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、厚さ５ｍｍ）、第２ターゲットはＹ２Ｏ３ターゲット（幅１０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、厚さ５ｍｍ）とした。また、複数列レーンの本数は１５本とした。
そして、イオンビームスパッタ装置により、長尺状基材上に、Ａｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３よりなる組成傾斜膜（膜厚１５０ｎｍ）を成膜することでベッド層を得た。
以上の工程により、超電導導体用基材を作製した。
【００８６】
「実施例２〜実施例９」
Ａｌ２Ｏ３ターゲットおよびＹ２Ｏ３ターゲットの各幅を表１に示すように変えた以外は、前記実施例１と同様にして超電導導体用基材を得た。
【００８７】
「実施例１０」
ターゲットとして、図５に示すターゲット（変形例１のターゲット）を用いる以外は、前記実施例１と同様にして超電導導体用基材を得た。
なお、このターゲットの第３ターゲットは、Ａｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３の含有比が１：１の混合ターゲットを用いた。また、Ａｌ２Ｏ３ターゲット（第１ターゲット）、混合ターゲット（第３ターゲット）およびＹ２Ｏ３ターゲット（第２ターゲット）の各幅Ｘ、Ｚ、Ｙを表２に示す。
【００８８】
「実施例１１」
ターゲットとして、図５に示すターゲット（変形例１のターゲット）を用いる以外は、前記実施例１と同様にして超電導導体用基材を得た。
なお、このターゲットの第３ターゲットは、Ａｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３の含有比が１：２の混合ターゲットを用いた。また、Ａｌ２Ｏ３ターゲット（第１ターゲット）、混合ターゲット（第３ターゲット）およびＹ２Ｏ３ターゲット（第２ターゲット）の各幅Ｘ、Ｚ、Ｙを表２に示す。
【００８９】
「比較例１」
ターゲットとしてＡｌ２Ｏ３ターゲットを用い、前記実施例１と同様の条件でＡｌ２Ｏ３よりなる拡散防止層（膜厚１２０ｎｍ）を形成した後、Ａｌ２Ｏ３ターゲットをＹ２Ｏ３ターゲットに交換し、前記実施例１と同様の条件でＹ２Ｏ３よりなるシード層（膜厚３０ｎｍ）を形成し、図１０（ａ）に示す構成の超電導導体用基材を得た。
【００９０】
「比較例２」
ターゲットとしてＡｌ２Ｏ３ターゲット（幅３０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、厚さ５ｍｍ）のみを用い、前記実施例１と同様の条件でＡｌ２Ｏ３よりなるベッド層（膜厚１５０ｎｍ）を形成し、超電導導体用基材を得た。
【００９１】
「比較例３」
ターゲットとしてＹ２Ｏ３ターゲット（幅３０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、厚さ５ｍｍ）のみを用い、前記実施例１と同様の条件でＹ２Ｏ３よりなるベッド層（膜厚１５０ｎｍ）を形成し、超電導導体用基材を得た。
【００９２】
【表１】
0005723736.tif 000002
【００９３】
【表２】
0005723736.tif 000003
【００９４】
＜評価１＞
各実施例および各比較例で作成した超電導導体用基材について、ベッド層の形成時間、ベッド層の組成を評価した。評価の条件は以下に示したとおりである。
【００９５】
（１−１）ベッド層の形成時間
（i）成膜チャンバ内の排気、（ii）イオンビーム照射、（iii）成膜プロセス、（iv）大気導入の一連の工程に要する時間を測定した。なお、成膜プロセスでは、１０００ｍの線材に対してベッド層を形成した。また、比較例１では、ターゲット交換時間（３０分と換算）もベッド層の形成時間に含むこととする。
【００９６】
（１−２）ベッド層の組成
二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）を用い、ベッド層におけるＡｌ２Ｏ３含有率（ｍｏｌ％）およびＹ２Ｏ３含有率（ｍｏｌ％）を、ベッド層の上面付近、厚さ方向での中央付近、下面付近について測定した。
以上の評価結果を表３に示す。
【００９７】
＜評価２＞
また、各実施例および各比較例で作成した超電導導体用基材を用い、以下のようにして超電導導体を作製した。
まず、超電導導体用基材の上に、イオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ法）により厚さ５〜１０ｎｍのＭｇＯ中間層を形成した。続いて、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）により厚さ４００ｎｍのＣｅＯ２キャップ層を形成した。さらに、このキャップ層上に、パルスレーザー蒸着法により厚さ２μｍのＧｄＢＣＯ（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）超電導層を形成した。以上の工程により、超電導導体を作製した。
作製した各超電導導体について、ＣｅＯ２キャップ層の面内配向度（Δφ）および臨界電流（Ｉｃ）を評価した。評価の条件は以下に示したとおりである。
【００９８】
（２−１）ＣｅＯ２キャップ層の面内配向度Δφ
面内配向度Δφは、Ｘ線極点図の測定を行い、４回対称性を示すφスキャンピークの半値幅（Δφ）の平均値をとって評価した。なお、この面内配向度が小さい値である程、面内配向性に優れることを意味する。
【００９９】
（２−２）臨界電流Ｉｃ
臨界電流Ｉｃは、直流四端子法を用い、超電導導体を７７Ｋに冷却し、ゼロ磁場（０Ｔ）中で測定した。
なお、臨界電流Ｉｃの評価は、３００Ａ以上の場合を超電導特性が良好、比較例１の臨界電流Ｉｃ（約５２９Ａ）を基準としてこの臨界電流Ｉｃから１００Ａを差し引いた値（４２９Ａ）より臨界電流Ｉｃが大きい場合を、特に超電導特性が優れるものとして評価した。
以上の評価結果を表４に示す。
【０１００】
【表３】
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【０１０１】
【表４】
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【０１０２】
表３に示すように、各実施例の超電導導体用基材は、ベッド層の形成工程でターゲットの交換が不要であるため、ベッド層が２層構成の比較例１に比べて、ベッド層の作成時間が大幅に短縮された。
また、各実施例の超電導導体は、いずれもＣｅＯ２キャップ層の面内配向度Δφが小さく、結晶配向性が良好であった。さらに、実施例１〜７の超電導導体は、ＣｅＯ２キャップ層の面内配向度Δφが小さいだけでなく、臨界電流Ｉｃが良好であった。
これに対して、ベッド層としてＡｌ２Ｏ３膜のみを設けた比較例２の超電導導体は、面内配向度Δφが大きく、ＣｅＯ２キャップ層の結晶配向性が低いために、臨界電流Ｉｃが小さくなっていた。一方、ベッド層としてＹ２Ｏ３膜のみを設けた比較例３の超電導導体は、臨界電流Ｉｃが０であり、超電導特性が得られなかった。これは、基材から拡散した構成元素が酸化物超電導層まで到達し、酸化物超電導層の特性に悪影響を及ぼしたからと考えられる。
【０１０３】
次に、各実施例を比較すると、ベッド層において、下面付近でのＡｌ２Ｏ３含有率が４５ｍｏｌ％以上の超電導導体（実施例１〜７）は臨界電流Ｉｃが良好である。また、ベッド層の表面付近でのＹ２Ｏ３含有率が５０ｍｏｌ％以上の超電導導体（実施例３〜７）は、面内配向度Δφが小さく、臨界電流Ｉｃが基準値（４２９Ａ）より高くなっていた。さらに、ベッド層の表面付近でのＹ２Ｏ３含有率が６５ｍｏｌ％以上の超電導導体（実施例５〜実施例７）は、面内配向度Δφおよび臨界電流Ｉｃがともに特に良好な値となっていた。
以上の結果から、ベッド層において、基材との界面付近でのＡｌ２Ｏ３含有率は４５ｍｏｌ％以上であるのが好ましいこと、及び、表面付近でのＹ２Ｏ３含有率は５０ｍｏｌ％以上であるのが好ましく、６５ｍｏｌ％以上であるのがより好ましいことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、例えば超電導モータ、限流器など、各種超電導機器に用いられる酸化物超電導線材に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１…超電導導体、１０…超電導導体用基材、１１…基材、１２…ベッド層、１５…中間層、１６…キャップ層、１７…酸化物超電導層、１８…安定化層、２０…イオンビームスパッタ装置、２１…送出リール、２２…巻取リール、２３、２４…転向部材、２７…成膜領域、２８…イオンビーム照射装置、３０…ターゲット、３１…第１ターゲット、３１ａ…中央板部、３１ｂ…第１側板部、３１ｃ…第２側板部、３２…第２ターゲット、３２ａ…第３板部、３２ｂ…第４板部、３３…第３ターゲット、Ａ…レーン走行領域、Ａ１…第１走行領域、Ａ２…第２走行領域、Ｂ…イオンビーム、Ｘ、Ｙ、Ｚ…幅、θ１、θ２、θ３、θ４…傾斜角度。
【図１】
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【図２】
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【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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