(57)【要約】【課題】臨界電流を向上できる酸化物超電導導体の提供を課題とする。【解決手段】テープ状の基材２１の少なくとも一方の面上に、多数の結晶粒が結合されてなる配向制御多結晶中間層２２を介して酸化物超電導層２３が形成され、さらに該酸化物超電導層２３上に配向制御多結晶中間層２２と酸化物超電導層２３とか交互に形成されてなる酸化物超電導導体２０。【選択図】　　　　図１
2004022505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の基材の少なくとも一方の面上に、多数の結晶粒が結合されてなる配向制御多結晶中間層を介して酸化物超電導層が形成され、さらに該酸化物超電導層上に配向制御多結晶中間層と酸化物超電導層とか交互に形成されてなることを特徴とする酸化物超電導導体。
【請求項２】
前記配向制御多結晶中間層を形成する多数の結晶粒のそれぞれの粒界傾角が３０度以下であることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導導体。
【請求項３】
前記酸化物超電導層間に介在された配向制御多結晶中間層の厚みは、前記基材と前記酸化物超電導層との間に介在された配向制御多結晶中間層の厚みより薄くされていることを特徴とする請求項１又は２記載の酸化物超電導導体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導電力ケーブル、超電導マグネット、超電導エネルギー貯蔵装置、超電導発電装置、医療用ＭＲＩ装置、超電導電流リード等の分野で利用できる酸化物超電導導体に係わり、特に、高臨界電流の酸化物超電導導体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物超電導体を導電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膜と大きく異なるために、結晶配向性の良好な酸化物超電導膜を形成させることはできなかった。
そこで図７に示すようにハステロイテープなどの金属テープからなる基材１０１の上に結晶配向性に優れたイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などの配向制御多結晶中間層１０２を形成し、この配向制御多結晶中間層１０２上に、酸化物超電導体の中でも臨界温度が約９０Ｋであり、液体窒素（７７Ｋ）中で用いることができる安定性に優れたＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系の酸化物超電導層１０３を形成し、さらにこの上にＡｇからなる安定化層１０４を形成することで超電導特性を向上させた酸化物超電導導体１００が知られている。
【０００３】
上記のような配向制御多結晶中間層１０２の形成方法は、基材上１０１にスパッタ装置により多結晶中間層を形成する際に、スパッタリングと同時に基材成膜面の斜め方向からイオンビームを照射しながら多結晶中間層を成膜することにより、結晶配向性に優れた配向制御多結晶中間層１０２を形成することができるものである。この方法によれば、多結晶中間層を形成する多数の結晶粒のそれぞれの結晶格子のａ軸あるいはｂ軸で形成する粒界傾角を３０度以下に揃えることができ、結晶配向性に優れた多結晶中間層を形成することができる。
そして更に、この配向性に優れた配向制御多結晶中間層１０２上にＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系の酸化物超電導層をレーザー蒸着法等により成膜するならば、酸化物超電導層の結晶配向性も優れたものになり、これにより、結晶配向性に優れ、７７Ｋで臨界電流密度が１０５Ａ／　ｃｍ２以上と高い酸化物超電導層１０３を形成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図７に示したような従来の酸化物超電導導体においては、酸化物超電導層１０３の層厚が厚くなるに従ってこの酸化物超電導層の結晶配向性が乱れるため、臨界電流を高くするのが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、臨界電流を向上できる酸化物超電導導体を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、以下の構成を採用した。
本発明の酸化物超電導導体は、テープ状の基材の少なくとも一方の面上に、多数の結晶粒が結合されてなる配向制御多結晶中間層を介して酸化物超電導層が形成され、さらに該酸化物超電導層上に配向制御多結晶中間層と酸化物超電導層とか交互に形成されてなることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体において、上記配向制御多結晶中間層を形成する多数の結晶粒のそれぞれの粒界傾角は３０度以下であることが好ましい。
また、本発明の酸化物超電導導体において、上記酸化物超電導層間に介在された配向制御多結晶中間層の厚みは、上記基材と上記酸化物超電導層との間に介在された配向制御多結晶中間層の厚みより薄くされていることが好ましい。
また、本発明の酸化物超電導導体において、上記配向制御多結晶中間層がイットリウム安定化ジルコニア又はパイロクロア型の複合酸化物であることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る酸化物超電導導体の実施形態を示すものであり、この例の酸化物超電導導体２０は、テープ状の基材２１の上面上に、多数の結晶粒が結合されてなる配向制御多結晶中間層２２を介して酸化物超電導層２３が形成され、さらに該酸化物超電導層２３上に配向制御多結晶中間層２２と酸化物超電導層２３とか交互に形成され、さらに最上層に安定化層２４が形成されている。　従ってこの酸化物超電導導体２０は、基材２１上に複数（図面では３層）の配向制御多結晶中間層２２と、複数（図面では３層）の酸化物超電導層２３）を有している。なお、基材２１上に形成された３層の配向制御多結晶中間層２２は、基材２２に近い側から第１の配向制御多結晶中間層、第２の配向制御多結晶中間層、第３の配向制御多結晶中間層と呼ぶこともある。また、基材２１上に形成された３層の酸化物超電導層２３は、基材２１に近い側から第１の酸化物超電導層２３、第２の酸化物超電導層２３、第３の酸化物超電導層と呼ぶこともある。
【０００８】
基材２１の構成材料としては、ステンレス鋼、銅、または、ハステロイなどのニッケル合金などの合金各種金属材料から適宜選択される長尺の金属テープを用いることができる。この基材２１の厚みは、０．０１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０２〜０．１５ｍｍとされる。
基材２１の厚みが０．５ｍｍを超えると、後述する複数の酸化物超電導層２３の合計の厚さに比べて厚く、オーバーオール（酸化物超電導導体全断面積）あたりの臨界電流密度としては低下してしまう恐れがある。一方、基材２１の厚みが０．０１ｍｍ未満であると、著しく基材の強度が低下し、超電導体の補強効果を消失てしまう恐れがある。
【０００９】
各配向制御多結晶中間層２２は、立方晶系の結晶構造を有する微細な結晶の集合体の結晶粒が多数相互に結晶粒界を介して接合一体化されてなり、各結晶粒の結晶軸のｃ軸は基材２１の上面（成膜面）に対してほぼ直角に向けられ、各結晶粒の結晶軸のａ軸どうしおよびｂ軸どうしは、互いに同一方向に向けられて面内配向されている。各結晶粒の結晶のａ軸（あるいはｂ軸）どうしは、それらのなす角度（粒界傾角Ｋ）を３０度以内にして接合一体化されているのが好ましい。この配向制御多結晶中間層２２を構成する上記結晶粒としては、ＹＳＺ、パイロクロア型の複合酸化物等を用いることができる。パイロクロア型の複合酸化物としては、Ｓｍ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｃｅ２Ｚｒ２Ｏ７、　Ｐｒ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｇｄ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｓｍ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｌａ２Ｈｆ２Ｏ７の組成の複合酸化物を適用することができる。また、Ｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙｂ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｔｍ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｅｒ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｈｏ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｄｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｅｕ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｎｄ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｙｂ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｔｍ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｅｒ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｈｏ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｄｙ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｅｕ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｎｄ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｐｒ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｃｅ２Ｈｆ２Ｏ７のいずれかの組成式で示されるパイロクロア型の複合酸化物を採用しても良い。
【００１０】
上記の複数の配向制御多結晶中間層２２のうち基材２１と酸化物超電導層２３との間に介在される配向制御多結晶中間層２２の厚みは、０．１〜２．０μｍ、好ましくは０．５〜１．５μｍ、さらに好ましくは１μｍ程度とされる。ここでの各配向制御多結晶中間層２２の厚みは、上記の範囲であれば、同じ厚みであっても異なる厚みであってもよい。
基材２１と酸化物超電導層２３の間の配向制御多結晶中間層２２の厚みを２．０μｍを超えて厚くしてももはや効果の増大は期待できず、経済的にも不利となる。一方、配向制御多結晶中間層２２の厚みが０．１μｍ未満であると、多結晶中間層を構成する多数の結晶粒の結晶配向性が不充分であり、また、熱処理時に酸化物超電導層２３の元素を基材２１側に拡散させてしまう恐れがあり、酸化物超電導層２３の成分組成が崩れる恐れがあり、また、基材２１を充分支持できず、後述する酸化物超電導層２３の蒸着時に高温雰囲気によって基材に歪みが生じる恐れがあるからである。
【００１１】
また、酸化物超電導層２３、２３間に介在された配向制御多結晶中間層（第２の配向制御多結晶中間層、第３の配向制御多結晶中間層）２２の厚みは、基材２１と酸化物超電導層２３との間に介在された配向制御多結晶中間層２２の厚みより薄くされている。それは、配向制御多結晶中間層２２によって結晶配向性が制御された酸化物超電導層２３上に配向制御多結晶中間層２２を形成する方が、結晶配向性が制御されていない基材２１上に配向制御多結晶中間層２２直接を形成する場合に比べて、多結晶中間層を構成する多数の結晶粒の結晶配向性が揃い易いために、その分、層厚を薄くできるからである。また、基材２１はその上面に直接形成された層厚の厚い配向制御多結晶中間層２２により支持されているので、酸化物超電導層２３、２３間に形成される配向制御多結晶中間層２２は基材２１の支持性能は考慮しなくてもよいからである。酸化物超電導層２３、２３間の配向制御多結晶中間層２２の厚みは、０．０５μｍ〜１．０μｍ、好ましくは０．１〜０．５μｍ程度とされる。
【００１２】
各酸化物超電導層２３は、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３ＯＸなる組成、Ｙ２Ｂａ４Ｃｕ８ＯＸなる組成、Ｙ３Ｂａ３Ｃｕ６ＯＸなる組成、あるいは（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｃａ２Ｓｒ２Ｃｕ３ＯＸなる組成、（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｃａ２Ｓｒ３Ｃｕ４ＯＸなる組成、あるいはＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３ＯＸなる組成、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３ＯＸなる組成、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ３Ｃｕ４ＯＸなる組成などに代表される臨界温度の高い超電導材料からなるものである。
各酸化物超電導層２３の厚みは０．５〜１μｍ程度とされる。酸化物超電導層２３の厚みが１μｍを越えると、表面に凹凸が生じたり、結晶配向性が乱れはじめるため超電導特性が低下してしまう。酸化物超電導層２３の厚みが０．５μｍ未満であると、薄すぎて臨界電流が小さくなるからである。
各酸化物超電導層２３の厚みは、上記の範囲であれば、同じ厚みであっても異なる厚みであってもよい。
【００１３】
次に、配向制御多結晶中間層２２を成膜する装置と、配向制御多結晶中間層２２の成膜方法について説明する。
図２は、配向制御多結晶中間層２２を成膜するイオンビームアシストスパッタ装置の一例を示すものであり、この例の装置は、イオンビームスパッタ装置にイオンビームアシスト用のイオンガンを設けた構成となっている。
本例の装置は、基材２１を保持する基材ホルダ４５と、この基材ホルダ４５の斜め上方に所定間隔をもって対向配置された板状のターゲット４６と、基材ホルダ４５の斜め上方に所定間隔をもって対向され、かつ、ターゲット４６と離間して配置されたイオンガン４７と、ターゲット４６の斜め下方においてターゲット４６の下面に向けて配置されたスパッタビーム照射装置４８を主体として構成されている。また、図中符号４９は、ターゲット４６を保持したターゲットホルダを示している。また、図中符号５５は、テープ状の基材２１の送出装置、５６は基材２１の巻取装置を示し、この送出装置５５から連続的に基材ホルダ４５上に基材２１を送り出し、続いて巻取装置５６で巻き取ることで基材２１上に連続成膜することができるようになっている。
【００１４】
また、本の例の装置は真空容器４０に収納されていて、基材２１の周囲を真空雰囲気に保持できるようになっている。更に真空容器４０には、ガスボンベなどの雰囲気ガス供給源が接続されていて、真空容器４０の内部を真空などの低圧状態で、かつ、アルゴンガスあるいはその他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不活性ガス雰囲気にすることができるようになっている。
【００１５】
基材ホルダ４５は内部に加熱ヒータを備え、基材ホルダ４５の上に位置された基材２１を必要に応じて所望の温度に加熱できるようになっている。また、基材ホルダ４５の底部には角度調整機構Ｄが付設されている。この角度調整機構Ｄは、基材ホルダ４５の底部に接合された上部支持板６０と、この上部支持板６０にピン結合された下部支持板６１と、この下部支持板６１を支持する基台６２を主体として構成されている。上部支持板６０と下部支持板６１とはピン結合部分を介して互いに回動自在に構成されており、基材ホルダ４５の傾斜角度を調整できるようになっている。
【００１６】
ターゲット４６は、目的とする配向制御多結晶中間層を形成するためのものであり、目的の組成の配向制御多結晶中間層と同一組成あるいは近似組成のものなどを用いる。ターゲット４６として具体的には、ＭｇＯあるいはＹ２Ｏ３で安定化したジルコニア（ＹＳＺ）、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ３などを用いるがこれに限るものではなく、形成しようとする配向制御多結晶中間層に見合うターゲッを適宜用いれば良い。また、ターゲット４６としては、上記のもの以外に、Ｓｍ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｃｅ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｐｒ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｇｄ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｓｍ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｌａ２Ｈｆ２Ｏ７のいずれかの組成式で示される複合酸化物のターゲット、あるいは、これら個々の３つの構成元素のうち、配向制御多結晶中間層とした場合に飛散し易い元素を予め多めに含有した組成のターゲットも使用できる。このようなターゲット４６は、ピン等により回動自在に保持されたターゲット支持体３６ａに取り付けられており、傾斜角度を調整できるようになっている。
なお、前記組成の外に、Ｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙｂ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｔｍ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｅｒ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｈｏ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｄｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｅｕ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｎｄ２Ｚｒ２Ｏ７、　Ｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｙｂ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｔｍ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｅｒ２Ｈｆ２Ｏ７、　Ｈｏ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｄｙ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｅｕ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｎｄ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｐｒ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｃｅ２Ｈｆ２Ｏ７のいずれかの組成式で示されるパイロクロア型の複合酸化物のターゲットを採用しても良い。
【００１７】
イオンガン４７は、容器の内部に、蒸発源を収納し、蒸発源の近傍に引き出し電極を備えて構成されている。そして、前記蒸発源から発生した原子または分子の一部をイオン化し、そのイオン化した粒子を引き出し電極で発生させた電界で制御してイオンビームとして照射する装置である。粒子をイオン化するには直流放電方式、高周波励起方式、フィラメント式、クラスタイオンビーム方式などの種々のものがある。
本例においては、図３に示す構成の内部構造のイオンガン４７を用いる。このイオンガン４７は、筒状の容器６５の内部に、引出電極６６とフィラメント６７とＡｒガスなどの導入管６８とを備えて構成され、容器６５の先端からイオンをビーム状に平行に照射できるものである。
【００１８】
イオンガン４７は、図３に示すようにその中心軸線Ｓを基材２１の上面（成膜面）に対して入射角度θ（基材２１）の垂線（法線）Ｈと上記中心軸線Ｓとのなす角度）でもって傾斜させて対向されている。この入射角度θは５０〜６０度の範囲が好ましいが、５５〜６０度の範囲が最も好ましい。従ってイオンガン４７は基材２１の上面に対して入射角度θでもってイオンビームを照射できるように配置されている。
なお、イオンガン４７によって基材２１に照射するイオンビームは、Ｈｅ＋、Ｎｅ＋、Ａｒ＋、Ｘｅ＋、Ｋｒ＋などの希ガスのイオンビーム、あるいは、それらと酸素イオンの混合イオンビームなどで良い。だだし、形成しようとする配向制御多結晶中間層の結晶構造を整えるためには、ある程度の原子量が必要であり、あまりに軽量のイオンでは効果が薄くなることを考慮すると、Ａｒ＋、Ｋｒ＋などのイオンを用いることが好ましい。
【００１９】
スパッタビーム照射装置４８は、イオンガン４７と同等の構成をなし、ターゲット４６に対してイオンビームを照射してターゲット４６の構成粒子を基材２１に向けて叩き出すことができるものである。
【００２０】
次に図２に示したイオンビームアシストスパッタ装置を用いてテープ状の基材２１の上面（一方の面）上にＹＳＺの配向制御多結晶中間層２２を成膜する方法（イオンビームアシストスパッタリング法）の一例を説明する。
テープ状の基材２１の上面上に配向制御多結晶中間層２２を形成するには、上述したターゲット４６を用いるとともに、角度調整機構Ｄを調節してイオンガン４７から照射されるイオンビームを基材２１の上面に５０〜６０度の範囲の角度で照射できるようにする。次にテープ状の基材２１を収納している容器４０の内部を真空引きして減圧雰囲気とする。そして、イオンガン４７とスパッタビーム照射装置４８を作動させる。
【００２１】
スパッタビーム照射装置４８からターゲット４６にイオンビームを照射すると、ターゲット４６の構成粒子が叩き出されて基材２１上に飛来する。そして、基材２１上に、ターゲット４６から叩き出した構成粒子を堆積させると同時にイオンガン４７からＡｒイオンと酸素イオンの混合イオンビームを照射して先に述べた厚み範囲の配向制御多結晶中間層２２を形成する。ここで形成する配向制御多結晶中間層２２は、基材２１と後工程で成膜する酸化物超電導層２３の間に介在されるものである。
ここでイオン照射する際の入射角度θは、５０〜６０度の範囲が好ましく、　５５〜６０度の範囲が最も好ましい。ここでθを９０度とすると、多結晶中間層２２のｃ軸は基材２１上の成膜面に対して直角に配向するものの、基材２１の成膜面上に（１１１）面が立つので好ましくない。また、θを３０度とすると、多結晶中間層２２はｃ軸配向すらしなくなる。前記のような好ましい範囲の角度でイオンビーム照射するならば配向制御多結晶中間層２２の結晶の（１００）面が立つようになる。
【００２２】
このような入射角度でイオンビーム照射を行ないながらスパッタリングを行なうことで、基材２１上に形成されるＹＳＺの配向制御多結晶中間層２２の結晶軸のａ軸とｂ軸とを配向させることができるが、これは、堆積されている途中のスパッタ粒子に対して適切な角度でイオンビーム照射されたことによるものと思われる。
なお、この配向制御多結晶中間層２２の結晶配向性が整う要因として本発明らは、以下のことを想定している。
配向制御多結晶中間層２２の結晶の単位格子は、図４に示すように立方晶系であり、この結晶格子においては、基板法線方向が＜１００＞軸であり、他の＜０１０＞軸と＜００１＞軸はいずれも図４に示す方向となる。これらの方向に対し、基板法線に対して斜め方向から入射するイオンビームを考慮すると、図４の原点Ｏに対して単位格子の対角線方向、即ち、＜１１１＞軸に沿って入射する場合は５４．７度の入射角度となる。
【００２３】
ここで、前記のように入射角度θを５０〜６０度の範囲内でイオンビームを照射する際に最も良好な結晶配向性を示すということは、イオンビームの入射角度が前記５４．７度と一致するかその前後になった場合、イオンチャンネリングが最も　効果的に起こり、基材２１上に堆積しつつある結晶において、基材２１の上面で前記角度に一致する配置関係になった原子のみが選択的に残り易くなり、その他の乱れた原子配列のものは斜め方向からのイオンビームのスパッタ効果によりスパッタされて除去される結果、配向性の良好な原子の集合した結晶のみが選択的に残って堆積してゆくことによるものと推定している。
ただし、このように堆積された結晶のうち、乱れた原子配列のものをイオンビームで除去しながら成膜するので、成膜レートは悪くなり、成膜速度は通常のスパッタリングで成膜するよりも遅くなる。
【００２４】
このようにして第１の配向制御多結晶中間層２２が形成されたテープ状の基材２１は、この第１の配向制御多結晶中間層２２の上面に酸化物超電導層２３を形成する。基材２１の上面上には、配向制御多結晶中間層２２が形成されているので、この配向制御多結晶中間層２２の上面上に成膜される酸化物超電導層２３は結晶配向性に優れたものとなる。テープ状の基材２１の上面上に第１の配向制御多結晶中間層２２が形成されたものを積層体２５と呼ぶことにする。
図５に、上記のような方法により基材２１の表面に配向制御多結晶中間層２２が形成された積層体２５を示す。なお、図５では結晶粒２７が１層のみ形成された状態を示しているが、結晶粒２７を多層構造としても差し支えないのは勿論である。
【００２５】
次に酸化物超電導層２３を成膜する装置と、酸化物超電導層２３の成膜方法について説明する。
図６は酸化物超電導層２３を成膜するレーザ蒸着装置の一例を示すものである。
この例のレーザ蒸着装置７０は、処理容器７１を有し、この処理容器７１の内部の蒸着処理室７２に積層体２５とターゲット７３を設置できるようになっている。即ち、蒸着処理室７２の底部には基台７４が設けられ、この基台７４の上面に積層体２５を設置できるようになっているとともに、基台７４の斜め上方に支持ホルダ７３ａによって支持されたターゲット７３が傾斜状態で設けられている。また、図中符号７５は層積層体２５の送出装置、７６は層積層体２５の巻取装置を示し、この送出装置７５から連続的に基台７４上に積層体２５を送り出し、続いて巻取装置７６で巻き取ることで積層体２５上に連続成膜することができるようになっている。また、処理容器７１は、排気孔７７ａを介して真空排気装置７７に接続されて蒸着処理室７２を所定の圧力に減圧できるようになっている。
【００２６】
ターゲット７３は、形成しようとする酸化物超電導層と同等または近似した組成、あるいは、成膜中に逃避しやすい成分を多く含有させた複合酸化物の焼結体あるいは酸化物超電導体などの板体からなっている。
従ってターゲット７３は、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３ＯＸなる組成、Ｙ２Ｂａ４Ｃｕ８ＯＸなる組成、Ｙ３Ｂａ３Ｃｕ６ＯＸなる組成、（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｃａ２Ｓｒ２Ｃｕ３ＯＸなる組成、（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｃａ２Ｓｒ３　Ｃｕ４ＯＸなる組成、あるいはＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３ＯＸなる組成、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３ＯＸなる組成、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ３Ｃｕ４ＯＸなる組成などに代表される臨界温度の高い酸化物超電導層を形成するために使用するので、これと同一の組成か近似した組成のものを用いることが好ましい。
基台７４は加熱ヒータを内蔵したもので、積層体２５を必要に応じて所望の温度に加熱できるようになっている。
【００２７】
一方、処理容器７１の側方には、レーザ発光装置７８と第１反射鏡７９と集光レンズ８０と第２反射鏡８１とが設けられ、レーザ発光装置７８が発生させたレーザビームを処理容器７１の側壁に取り付けられた透明窓８２を介してターゲット７３に集光照射できるようになっている。レーザ発光装置７８はターゲット７３から構成粒子を叩き出すことができるものであれば、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、エキシマレーザなどのいずれのものを用いても良い。
【００２８】
次に配向制御多結晶中間層２２の上に、酸化物超電導層２３を形成する方法について説明する。
まず、積層体２５を第１の配向制御多結晶中間層２２側を上にして図６に示すレーザ蒸着装置７０の基台７４上に設置し、蒸着処理室７２を真空排気装置７７で減圧する。ここで必要に応じて蒸着処理室７２に酸素ガスを導入して蒸着処理室７２を酸素雰囲気としても良い。また、基台７４の加熱ヒータを作動させて層積層体２５を所望の温度に加熱しても良い。
【００２９】
次にレーザ発光装置７８から発生させたレーザビームを蒸着処理室７２のターゲット７３に集光照射する。これによってターゲット７３の構成粒子がえぐり出されるか蒸発されてその粒子が配向制御多結晶中間層２２上に堆積して、先に述べた厚み範囲の第１の酸化物超電導層２３を形成する。ここでは配向制御多結晶中間層２２は予めｃ軸配向し、ａ軸とｂ軸でも配向しているので、ターゲット７３の構成粒子の堆積の際に配向制御多結晶中間層２２上に形成される酸化物超電導層２３の結晶のｃ軸とａ軸とｂ軸も配向制御多結晶中間層２２に整合するようにエピタキシャル成長して結晶化する。これにより結晶配向性の良好な酸化物超電導層２３が得られる。
配向制御多結晶中間層２２上に形成された酸化物超電導層２３は、多結晶状態となるが、この酸化物超電導層２３の結晶粒の１つ１つにおいては、基材２１の厚さ方向に電気を流しにくいｃ軸が配向し、基材２１の面方向にａ軸どうしあるいはｂ軸どうしが配向した結晶配向性が優れたものとなる。従って得られた酸化物超電導層２３は結晶粒界における量子的結合性に優れ、結晶粒界における超電導特性の劣化が少ないので、基材２１の面方向に電気を流し易く、臨界電流密度の優れたものが得られる。
【００３０】
次に、積層体２５上に形成した酸化物超電導層２３の上面上に先に述べた方法と同様にして配向制御多結晶中間層２２と酸化物超電導層２３を交互に形成した後、高周波スパッタリング法等の成膜法により安定化層２４を形成すると、図１に示すような酸化物超電導導体２０が得られる。なお、ここで形成す第２と第３の配向制御多結晶中間層２２は、先に述べたように第１の配向制御多結晶中間層２２の厚みよりも薄く形成する。
なお、成膜後に必要に応じて各酸化物超電導層２３の結晶構造を整えるための熱処理を施しても良い。
【００３１】
本実施形態の酸化物超電導導体２０にあっては、上記の構成としたことにより、各酸化物超電導層２３は基材２１の面方向に沿った方向に電気を流し易いような結晶配向が優れた状態を維持できるまでの厚さとされているので臨界電流密度等の超電導特性が優れており、また、このように超電導特性が優れた酸化物超電導層２３が複数層設けられることで、酸化物超電導導体２０の厚みに占める酸化物超電導層の厚みを増やすことができるので、高臨界電流のものが得られる。
また、酸化物超電導層２３、２３間に形成される配向制御多結晶中間層（第２と第３の配向制御多結晶中間層）２２は、結晶配向性が優れた酸化物超電導層２３上に形成されているので、基材２１と配向制御多結晶中間層２２の形成される配向制御多結晶中間層（第１の配向制御多結晶中間層）２２より層厚を薄くても結晶配向性が優れたものが得られる。また、このように基材２１上に形成された配向制御多結晶中間層（第１の配向制御多結晶中間層）２２よりも酸化物超電導層２３上に形成された配向制御多結晶中間層（第２と第３の配向制御多結晶中間層）２２の方が結晶配向性が優れているので、第１の配向制御多結晶中間層２２上に形成した第１の酸化物超電導層２３より第２や第３の配向制御多結晶中間層２２上に形成した第２や第３の酸化物超電導層２３の方が結晶配向性が優れ、超電導特性が優れる。
このように本発明では配向制御多結晶中間層２２を多層設けても、各配向制御多結晶中間層２２は層厚が薄いので、酸化物超電導導体２０のオーバーオール（酸化物超電導導体全断面積）あたりの臨界電流密度に対する影響は小さく、従って臨界電流密度が優れた酸化物超電導層２３を複数層有するので、高臨界電流密度のものが得られる。
なお、従来の酸化物超電導導体は、基材上に形成した１層の配向制御多結晶中間層上に臨界電流を大きくするために厚みの厚い１層の酸化物超電導層を設けているが、この酸化物超電導層は厚みが厚くなるに従って結晶配向が乱れてしまいてしまうため臨界電流の向上効果はそれほど期待できず、例えば、酸化物超電導層の厚みを３倍にしても臨界電流は２倍以下しか得られない。
【００３２】
なお、上記実施の形態においては、基材２１の一方の面上に配向制御多結晶中間層２２と酸化物超電導層２３を交互に形成した場合について説明したが、基材２１の両面上に配向制御多結晶中間層２２と酸化物超電導層２３を交互に形成ししたものも本発明の効果が得られる。
【００３３】
【実施例】
（実施例１）
図２に示す構成のイオンビームアシストスパッタ装置を使用し、この装置を収納した真空容器４０の内部を真空ポンプで真空引きして３．０×１０−４トール（３９９×１０−４Ｐａ）に減圧した。基材２１として、幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１０ｃｍのハステロイＣ２７６テープを使用した。ターゲット４６はＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７製のものを用い、スパッタ電圧１０００Ｖ、スパッタ電流１００ｍＡ、イオンガン４７のビームの入射角度θを５５度に各々設定し、イオンガン４７のアシスト電圧を３００Ｖに、イオンビームの電流密度を２０μＡ／ｃｍ２にそれぞれ設定して基材２１の上面上にスパッタリングと　同時にイオン照射を行なって４時間成膜処理することで厚さ１μｍのＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７の配向制御多結晶中間層（第１の配向制御多結晶中間層）を形成し、図１と同様の積層体２５を得た。なお、前記イオンビームの電流密度とは、試料近くに接地した電流密度計測装置の計測数値によるものである。
【００３４】
次に、配向制御多結晶中間層上に図６に示す構成のレーザ蒸着装置を使用し、蒸着処理室７２の内部を１×１０−６トール（１３３×１０−６Ｐａ）に減圧した後、内部に酸素を導入し２×１０−３トール（２６６×１０−３Ｐａ）とした後、レーザ蒸着を行なって上記積層体上に厚さ１．０μｍのＹ１Ｂａ２Ｃｕ３ＯＸなる組成の酸化物超電導層（第１の酸化物超電導層）を成膜した。ここでのターゲットとして、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３ＯＸなる組成の酸化物超電導体からなるターゲットを用いた。ターゲット蒸発用のレーザとして波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザを用いた。
次に、積層体２５上に形成したＹ１Ｂａ２Ｃｕ３ＯＸなる組成の第１の酸化物超電導層２３の上面上に先に述べた方法と同様にしてイオンビームアシストスパッタリング法により厚さ０．１μｍのＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７の第２の配向制御多結晶中間層２２と、この第２の配向制御多結晶中間層２２上にレーザ蒸着法により厚さ１．０μｍのＹ１Ｂａ２Ｃｕ３ＯＸなる組成の第２の酸化物超電導層２３を形成し、更にこの第２の酸化物超電導層２３の上面上に先に述べた方法と同様にしてイオンビームアシストスパッタリング法により厚さ０．１μｍのＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７の第３の配向制御多結晶中間層２２と、この第３の配向制御多結晶中間層２２上にレーザ蒸着法により厚さ１．０μｍのＹ１Ｂａ２Ｃｕ３ＯＸなる組成の第３の酸化物超電導層２３を形成した後、この第３の酸化物超電導２３上に高周波スパッタリング法により厚さ３０μｍのＡｇ安定化層２４を形成した。
次いで、５００゜Ｃで２時間、酸素雰囲気中において酸化物超電導層を熱処理し、実施例１の酸化物超電導導体を得た。得られた酸化物超電導導体中の酸化物超電導層の厚みの合計は３μｍであった。
【００３５】
実施例１の酸化物超電導導体を冷却し、臨界電流の測定を行なった結果、３００Ａ（７７Ｋ、０Ｔ）を示し、高い超電導特性を発揮することを確認できた。
【００３６】
（比較例１）
第２、第３の配向制御多結晶中間層及び第２、第３の酸化物超電導層を形成せず、第１の酸化物超電導層の厚みを３．０μｍとした以外は上記実施例１と同様にして比較例１の酸化物超電導導体を得た。
比較例１の酸化物超電導導体を冷却し、臨界電流の測定を行なった結果、１５０Ａ（７７Ｋ、０Ｔ）以下であった。この比較例１の酸化物超電導層の結晶配向性について調べたところ厚さ１μｍまでは良好な結晶配向性は維持できていたが、１μｍを越えると結晶配向性が乱れていることが分かった。
以上の結果から実施例１の酸化物超電導導体と比較例１の酸化物超電導導体は共に導体中に占める酸化物超電導層の合計の厚みが３μｍであるが、テープ状の基材の表面上に配向制御多結晶中間層を介して酸化物超電導層を形成し、さらに該酸化物超電導層上に配向制御多結晶中間層と酸化物超電導層とか交互に形成した実施例１の方が、テープ状の基材の表面上に配向制御多結晶中間層を介して厚みの厚い１層の酸化物超電導層を形成した比較例１の酸化物超電導導体に比べて高臨界電流のものが得られることわかる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の酸化物超電導導体によれば、臨界電流を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る酸化物超電導導体の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る酸化物超電導導体の配向制御多結晶中間層の成膜に用いられるイオンビームアシストスパッタ装置の一例を示す構成図である。
【図３】図２に示す装置に用いられるイオンガンの一例を示す構成図である。
【図４】イオンビーム照射とともに成膜処理を行う場合に、イオンビームの入射角度と立方晶系の結晶格子との角度関係を示す説明図である。
【図５】本発明に係る酸化物超電導導体の積層体を示す構成図である。
【図６】本発明に係る酸化物超電導導体の酸化物超電導層の成膜に用いられるレーザ蒸着装置の一例を示す構成図である。
【図７】従来の酸化物超電導導体の例を示す断面図である。
【符号の説明】
２０…酸化物超電導導体、２１…テープ状の基材、２２…配向制御多結晶中間層、２３…酸化物超電導層。
【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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