(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の基材上にイオンビームアシスト法により、Ａ２Ｚｒ２Ｏ７あるいはＡ２Ｈｆ２Ｏ７のいずれかの組成式（ただし、前記組成式においてＡは、Ｙ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａの中から選択される１種を示す。）で示される複合酸化物あるいはイットリア安定化ジルコニアからなる第一の多結晶薄膜を形成し、該第一の多結晶薄膜上に、圧力を１０〜３０ｍＴｏｒｒの範囲とした窒素ガス雰囲気又は窒素ガス＋酸素ガス雰囲気中、パルスレーザ蒸着法により第一の多結晶薄膜と同じ材料からなる第二の多結晶薄膜を形成して多結晶配向中間薄膜を形成し、次いで該多結晶配向中間薄膜上に酸化物超電導薄膜を形成して酸化物超電導導体を製造することを特徴とする酸化物超電導導体の製造方法。
【請求項２】
前記第二の多結晶薄膜上に、反応抑止膜として第三の多結晶薄膜を形成して多結晶配向中間薄膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導導体の製造方法。
【請求項３】
前記第一の多結晶薄膜上に、パルスレーザ蒸着法により前記第二の多結晶薄膜と第三の多結晶薄膜を交互に、それぞれ２層以上積層して多結晶配向中間薄膜を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化物超電導導体の製造方法。
【請求項４】
前記第二の多結晶薄膜を窒素ガス＋酸素ガス雰囲気中、パルスレーザ蒸着法により形成し、前記第三の多結晶薄膜を酸素ガス雰囲気中、パルスレーザ蒸着法により形成することを特徴とする請求項２又は３に記載の酸化物超電導導体の製造方法。
【請求項５】
前記窒素ガス＋酸素ガス雰囲気の窒素と酸素ガスの流量比が５：１または３：２であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化物超電導導体の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の酸化物超電導導体の製造方法により製造された酸化物超電導導体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材上に酸化物超電導薄膜を有する酸化物超電導導体の中間層として好適な多結晶配向中間薄膜とその製造方法及び該多結晶配向中間薄膜を中間層として用いた酸化物超電導導体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年になって発見された酸化物超電導体は、液体窒素温度を超える臨界温度を示す優れた超電導体である。このような酸化物超電導体を超電導導体として実用化するためには、金属製のテープ基材（以下、「金属テープ基材」とも言う。）上に、結晶配向性の良好な酸化物超電導薄膜を形成する必要がある。
一般に金属テープ基材は多結晶質であり、その結晶構造が酸化物超電導体と大きく異なっている。そのため、金属テープ基材上に、結晶配向性の良好な酸化物超電導薄膜を直に形成することは難しい。
そこで、ハステロイテープなどの金属テープ基材上に、中間層として結晶配向性に優れたＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７などの多結晶薄膜を形成した後、この多結晶薄膜上にＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系の酸化物超電導薄膜を形成した酸化物超電導導体が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この多結晶薄膜は、その結晶が予めｃ軸配向し、ａ軸およびｂ軸においても配向するように、イオンビームアシスト（Ion Beam Assisted Deposition：略称ＩＢＡＤ。）法により形成される。
Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系の酸化物超電導薄膜を形成するには、多結晶薄膜上に均質に薄膜を形成することができるパルスレーザ蒸着（Pulsed Laser Deposition：略称ＰＬＤ。）法などが用いられる。
そして、この多結晶薄膜上にＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系の酸化物超電導薄膜を形成すると、その結晶のｃ軸，ａ軸およびｂ軸が多結晶薄膜の結晶に整合するようにエピタキシャル成長して結晶化し、これにより結晶配向性の良好なＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系の酸化物超電導薄膜が得られる。
【０００４】
このように、酸化物超電導導体の作製において、基材上に結晶配向性を制御した多結晶薄膜を形成し、この上に結晶配向性の良好なＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系の酸化物超電導薄膜を形成することで、超電導導体の超電導特性（臨界電流（Ｉｃ）、臨界電流密度（Ｊｃ）など）を改善することができる。
【０００５】
さらに、本発明者らが研究を重ねた結果、ＩＢＡＤ法により形成された多結晶薄膜上に、ＰＬＤ法などにより同一材料からなる第二の多結晶薄膜を形成すると、ＩＢＡＤ法により形成された多結晶薄膜の結晶配向性が改善されることが分かった。また、基材上に第一の多結晶薄膜と第二の多結晶薄膜とからなる多結晶配向中間薄膜を形成し、この第二の多結晶薄膜上にＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系の酸化物超電導薄膜を形成することによって、得られる超電導導体の超電導特性を更に向上させることが可能である。
【特許文献１】特開平１１−８６６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したように、ＩＢＡＤ法により形成された第一の多結晶薄膜上に、ＰＬＤ法により同一材質からなる第二の多結晶薄膜を形成し、結晶配向性を改善するためには、数ｍＴｏｒｒの低酸素雰囲気中で成膜を行うことが望ましい。
【０００７】
しかしながら、このような低酸素雰囲気中で長時間蒸着を行うと、真空装置内部にレーザ光を導光するウィンドウにターゲットからの蒸発粒子が付着してしまい、ウィンドウが汚れ、ウィンドウを透過してターゲットに照射される透過光強度が低下してしまうため、成膜速度が遅くなり、所望の配向性が得られる膜厚を得るために時間がかかってしまう問題がある。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みてなされ、長時間蒸着によるウィンドウの汚れを低減でき、長時間安定して成膜することで良好な配向性を持った多結晶配向中間薄膜の形成方法とそれを含む酸化物超電導導体を製造する方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明は、金属製の基材上にイオンビームアシスト法により、Ａ２Ｚｒ２Ｏ７あるいはＡ２Ｈｆ２Ｏ７のいずれかの組成式（ただし、前記組成式においてＡは、Ｙ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａの中から選択される１種を示す。）で示される複合酸化物あるいはイットリア安定化ジルコニアからなる第一の多結晶薄膜を形成し、該第一の多結晶薄膜上に、圧力を１０〜３０ｍＴｏｒｒの範囲とした窒素ガス雰囲気又は窒素ガス＋酸素ガス雰囲気中、パルスレーザ蒸着法により第一の多結晶薄膜と同じ材料からなる第二の多結晶薄膜を形成して多結晶配向中間薄膜を形成し、次いで該多結晶配向中間薄膜上に酸化物超電導薄膜を形成して酸化物超電導導体を製造することを特徴とする酸化物超電導導体の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明の酸化物超電導導体の製造方法において、前記第二の多結晶薄膜上に、反応抑止膜として第三の多結晶薄膜を形成して多結晶配向中間薄膜を形成することが好ましい。
本発明の酸化物超電導導体の製造方法において、前記第一の多結晶薄膜上に、パルスレーザ蒸着法により前記第二の多結晶薄膜と第三の多結晶薄膜を交互に、それぞれ２層以上積層して多結晶配向中間薄膜を形成することもできる。
前記第二の多結晶薄膜を窒素ガス＋酸素ガス雰囲気中、パルスレーザ蒸着法により形成し、前記第三の多結晶薄膜を酸素ガス雰囲気中、パルスレーザ蒸着法により形成することが好ましい。
本発明の酸化物超電導導体の製造方法において、前記多結晶薄膜が、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｓｍ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｃｅ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｐｒ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｇｄ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｓｍ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｌａ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙｂ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｔｍ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｅｒ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｈｏ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｄｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｅｕ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｎｄ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｙｂ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｔｍ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｅｒ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｈｏ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｄｙ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｅｕ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｎｄ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｐｒ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｃｅ２Ｈｆ２Ｏ７のいずれかの組成式で示される複合酸化物の１種、あるいはイットリア安定化ジルコニアであることが好ましい。
本発明の酸化物超電導導体の製造方法において、前記窒素ガス＋酸素ガス雰囲気の窒素と酸素ガスの流量比が５：１または３：２であることが好ましい。
【００１１】
また本発明は、前記酸化物超電導導体の製造方法により形成された酸化物超電導導体を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、ＩＢＡＤ法により金属製の基材上に形成されたＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７等からなる第一の多結晶薄膜上に、同一材料をＰＬＤ法によりホモエピタキシャル成長させる際に、窒素ガス雰囲気中、あるいは窒素ガス中に少量の酸素ガスを流入させた混合ガス雰囲気中で成膜を行うことにより、雰囲気圧力を高くしても低酸素雰囲気状態を維持することができ、結晶配向性の良好な第二の多結晶薄膜を形成することが可能となる。
雰囲気圧力が高くなることにより、ウィンドウに到達する蒸着粒子が低減され、長時間蒸着におけるウィンドウの汚れによる成膜速度の低下を抑えることが可能となる。
また、第二の多結晶薄膜上に、反応抑止膜として第三の多結晶薄膜を形成して多結晶配向中間薄膜を形成することによって、多結晶配向中間薄膜上に形成される酸化物超電導薄膜の臨界電流密度などの超電導特性を向上させることができる。
また、第一の多結晶薄膜上に、パルスレーザ蒸着法により前記第二の多結晶薄膜と第三の多結晶薄膜を交互に、それぞれ２層以上積層して多結晶配向中間薄膜を形成することによって結晶配向性の良好な多結晶配向中間薄膜を形成することができ、さらにこの多結晶配向中間薄膜上に酸化物超電導薄膜を形成すると、各結晶軸が結晶配向性の良好な多結晶配向中間薄膜の結晶に整合するようにエピタキシャル成長して結晶化し、結晶配向性が良好で超電導特性の高い酸化物超電導導体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の多結晶配向中間薄膜とその製造方法、並びに酸化物超電導導体とその製造方法について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の酸化物超電導導体の第１実施形態を示す模式図である。図１中、符号１Ａは多結晶配向中間薄膜、２Ａは酸化物超電導導体、３は基材、４は第一の多結晶薄膜、５は第二の多結晶薄膜、６は酸化物超電導薄膜をそれぞれ示している。
本実施形態の酸化物超電導導体２Ａは、金属製の基材３上に設けられた多結晶配向中間薄膜１Ａと、この多結晶配向中間薄膜１Ａ上に設けられた酸化物超電導薄膜６とから構成されている。
まず、多結晶配向中間薄膜１Ａについて、以下に説明する。
【００１７】
本実施形態の多結晶配向中間薄膜１Ａは、金属製の基材３上にＩＢＡＤ法によって成膜された第一の多結晶薄膜４と、この第一の多結晶薄膜４と同じ組成からなり、窒素ガス雰囲気又は窒素ガス＋酸素ガス雰囲気中でＰＬＤ法により成膜された第二の多結晶薄膜５とを備えて構成されている。
前記基材３としては、例えば、銀、白金、ステンレス鋼、銅、ハステロイなどのニッケル合金などの金属材料からなる板材、線材、テープ材などの種々の形状のものを用いることができる。
【００１８】
第一の多結晶薄膜４は、ＩＢＡＤ法により形成され、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７などの組成式で示される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接合一体化されてなり、各結晶粒の結晶軸のｃ軸は基材３の上面（被成膜面）に対して直角に向けられ、各結晶粒の結晶軸のａ軸同士およびｂ軸同士は、互いに同一方向に向けられて面内配向されている。第一の多結晶薄膜４の厚さは限定されないが、通常は０．５〜２．０μｍの範囲、好ましくは１．０〜１．５μｍ程度とされる。
【００１９】
第一の多結晶薄膜４を構成する複合酸化物としては、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７の他に、Ｓｍ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｃｅ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｐｒ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｇｄ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｓｍ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｌａ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙｂ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｔｍ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｅｒ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｈｏ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｄｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｅｕ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｎｄ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｙｂ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｔｍ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｅｒ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｈｏ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｄｙ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｅｕ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｎｄ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｐｒ２Ｈｆ２Ｏ７、Ｃｅ２Ｈｆ２Ｏ７の組成のＡＺｒＯあるいはＡＨｆＯのいずれかの組成式（ただし、前記組成式においてＡは、Ｙ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａの中から選択される１種を示す。）で示される複合酸化物や、イットリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺと略記。）などを適用することができる。
なお、前記組成（ＡＺｒＯあるいはＡＨｆＯ）の希土類元素どうしの相対比が１：１のものに限らず、０.１：０.９〜０.９：０.１の範囲で任意の相対比のものも採用することができる。
【００２０】
第一の多結晶薄膜４の各結晶粒のａ軸（あるいはｂ軸）同士は、それらのなす角度（粒界斜角）を１０度以内にして接合一体化されていることが好ましい。これにより、第一の多結晶薄膜４上に第二の多結晶薄膜５を形成すると、非常に結晶配向性の良好な第二の多結晶薄膜５を得ることができる。
【００２１】
第二の多結晶薄膜５は、第一の多結晶薄膜４の表面上に、第一の多結晶薄膜４と同一材料を窒素ガス雰囲気又は窒素ガス＋酸素ガス雰囲気中、ＰＬＤ法によりエピタキシャル成長させて形成されたものである。第二の多結晶薄膜５は、第一の多結晶薄膜４と同一の材質からなり、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７などの組成式で示される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接合一体化されてなり、各結晶粒の結晶軸のｃ軸は第一の多結晶薄膜４の上面（被成膜面）に対してほぼ直角に向けられ、各結晶粒の結晶軸のａ軸同士およびｂ軸同士は、互いに同一方向に向けられて面内配向されている。この第二の多結晶薄膜５の厚さは限定されないが、通常は０．２〜５μｍの範囲、好ましくは０．５〜１．５μｍ程度とされる。
【００２２】
この多結晶配向中間薄膜１Ａは、第一の多結晶薄膜４と第二の多結晶薄膜５とが、前述したＡＺｒＯ、あるいはＡＨｆＯのいずれかの組成式（ただし、前記組成式においてＡは、Ｙ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａの中から選択される１種を示す。）で示される複合酸化物、又はＹＳＺなどから構成されており、複合酸化物の最近接原子間距離は、例えばＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７では３.７２Å、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７では３.８１Å、Ｃｅ２Ｚｒ２Ｏ７では３.７８Å、Ｐｒ２Ｚｒ２Ｏ７では３.７８Å、Ｇｄ２Ｈｆ２Ｏ７では３.７２Å、Ｓｍ２Ｈｆ２Ｏ７では３.７４Å、Ｌａ２Ｈｆ２Ｏ７では３.８１Åであり、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘなる組成の酸化物超電導体の最近接原子間距離の３.８１Åに近い値となる。このため、前記複合酸化物とＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系の酸化物超電導体とは結晶の整合性に優れ、この多結晶配向中間薄膜１上にＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系の酸化物超電導薄膜６を形成すると、その結晶のｃ軸，ａ軸およびｂ軸が多結晶配向中間薄膜１の結晶に整合するようにエピタキシャル成長して結晶化し、これにより結晶配向性の良好なＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系の酸化物超電導薄膜６が得られる。
【００２３】
次に、酸化物超電導薄膜６について説明する。
酸化物超電導薄膜６は、その結晶粒のｃ軸が、前記多結晶配向中間薄膜１の最上層の上面に対して直角に配向され、その結晶粒のａ軸およびｂ軸は、前述した第一、第二の多結晶薄膜４，５と同様に、基材３の上面と平行な面に沿って面内配向されている。
【００２４】
酸化物超電導薄膜６を構成する酸化物超電導体としては、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ、Ｙ２Ｂａ４Ｃｕ８Ｏｘ、Ｙ３Ｂａ３Ｃｕ６Ｏｘなる組成、あるいは（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｃａ２Ｓｒ２Ｃｕ３Ｏｘ、（Ｂｉ,Ｐｂ）２Ｃａ２Ｓｒ３Ｃｕ４Ｏｘなる組成、あるいは、Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ、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体が挙げられるが、これら以外の酸化物系の超電導体を用いてもよい。
【００２５】
本実施形態の酸化物超電導導体２Ａは、前述した多結晶配向中間薄膜１Ａ上に、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系等の酸化物超電導薄膜６が設けられた構造なので、優れた結晶配向性を有する酸化物超電導薄膜６が形成可能となり、これにより、この酸化物超電導導体２Ａは優れた超電導特性が得られ、強磁場発生用のコイルなど種々の超電導応用機器に適用することで、それらの性能向上を図ることができる。
【００２６】
次に、図２および図３を用いて、前記多結晶配向中間薄膜１Ａの製造方法及び前記酸化物超電導導体２Ａの製造方法について説明する。
図２は、前記第一の多結晶薄膜４を形成するために用いられるＩＢＡＤ装置の一例を示す構成図である。
このＩＢＡＤ装置は、テープ状の基材３を支持するとともに所望の温度に加熱することができる基材ホルダ１０と、基材ホルダ１０の斜め上方に所定間隔をおいて対向配置された板状のターゲット２０と、ターゲット２０の斜め上方においてターゲット２０の下面に対向して配置されたスパッタビーム照射装置２２と、基材ホルダ１０の側方に所定間隔をおいて対向され、かつ、ターゲット２０と離間して配置されたイオンソース２３とが真空排気可能な成膜処理容器２５内に収容された概略構成となっている。
【００２７】
前記ターゲット２０としては、目的とする組成の第一の多結晶薄膜４と同一組成あるいは近似組成のものなどを用いる。具体的には、前記第一の多結晶薄膜４を構成する複合酸化物と同一組成あるいは近似組成の複合酸化物が用いられる。
【００２８】
まず、基材３として、ハステロイなどの金属からなるテープ状の基材３を用意する。
次いで、図２に示すＩＢＡＤ装置を用い、ＩＢＡＤ法によりテープ状の基材３上に第一の多結晶薄膜４を形成する。
基材３上に第一の多結晶薄膜４を形成するには、ターゲット２０を用い、基材３を収納している成膜処理容器２５内部を真空引きして減圧雰囲気とするとともに、基材送出ボビン１１から基材ホルダ１０に基材３を所定の速度で送り出し、さらにイオンソース２３とスパッタビーム照射装置２２を作動させる。
【００２９】
スパッタビーム照射装置２２からターゲット２０に、所定の照射角度でイオンのビームを照射すると、ターゲット２０の構成粒子が叩き出されて基材３上に飛来する。そして、基材ホルダ１０上に送り出された基材３上にターゲット２０から叩き出した構成粒子を成膜速度数ｎｍ／ｍｉｎで堆積させると同時にイオンソース２３からアシストイオンビームとして、例えば、Ａｒ＋イオンのイオンビーム、Ｋｒ＋イオンのイオンビーム、Ｘｅ＋イオンのイオンビーム、あるいは、Ｋｒ＋イオンとＸｅ＋イオンの混合イオンビームを照射して、所望の厚みの第一の多結晶薄膜４を成膜し、成膜後の基材３を基材巻取ボビン１２に巻き取る。
【００３０】
また、第一の多結晶薄膜４の成膜の際、基材３を適切な温度に加熱し、イオンソース２３から照射されるアシストイオンビームのエネルギーを適切な範囲内に設定することが望ましい。このように、基材３の温度およびアシストイオンビームのエネルギーを適切な範囲に設定することにより、望ましい結晶配向性を持った第一の多結晶薄膜４を成膜することができる。
【００３１】
次いで、図３に示すようなパルスレーザ蒸着装置を用いて、ＰＬＤ法により、第一の多結晶薄膜４上に第二の多結晶薄膜５を形成する。
図３は、本発明の製造方法において使用されるパルスレーザ蒸着装置の一例を示す構成図である。このパルスレーザ蒸着装置は、パルスレーザ光を入射するためのウィンドウ３６を備えた処理容器３０と、この処理容器３０の内部の蒸着処理室３１に設置されたターゲット支持部３２と、第一の多結晶薄膜４を形成済みの基材３を水平状態に設置できる基台３３と、真空排気装置３４と、レーザ発光装置３５とから概略構成されている。さらに、このパルスレーザ蒸着装置には、図示しない窒素ガスと酸素ガスの供給手段（窒素ガスボンベや酸素ガスボンベ等）が接続されており、処理容器３０内を所定圧力の窒素ガス雰囲気、窒素ガス＋酸素ガス雰囲気又は酸素ガス雰囲気とし、窒素ガス雰囲気又は窒素ガス＋酸素ガス雰囲気中で第二の多結晶薄膜５を成膜し、その後ターゲットを変更し酸素ガス雰囲気中で酸化物超電導薄膜６又は第三の多結晶薄膜７を成膜できるようになっている。
【００３２】
前記レーザ発光装置３５は、ターゲット支持部３２に取り付けられたターゲットから構成粒子を叩き出すことが可能なパルスレーザ光を出力できればよく、特に限定されないが、例えばＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、エキシマレーザなどのレーザ発振手段を備えた装置が好ましい。
前記ターゲット支持部３２としては、２種以上のターゲットを固定でき、かつ回転機構が設けられ、レーザ発光装置３５からのレーザビームの照射位置に、目的とするターゲットがくるように位置調節できるものが適用できる。
【００３３】
ターゲット支持部３２に設置するターゲットとしては、第二の多結晶薄膜５形成用のターゲット、酸化物超電導薄膜６形成用のターゲット及び第三の多結晶薄膜７形成用のターゲットが用いられる。
具体的には、第二の多結晶薄膜５形成用のターゲットとしては、前述の第二の多結晶薄膜５を構成する複合酸化物と同一組成あるいは近似組成の複合酸化物が用いられる。また酸化物超電導薄膜６形成用のターゲットとしては、酸化物超電導薄膜６を構成する酸化物超電導体と同一組成あるいは近似組成の複合酸化物が用いられる。また第三の多結晶薄膜７形成用のターゲットとしてはＹ２Ｏ３、ＣｅＯ２などからなる第三の多結晶薄膜７と同一組成あるいは近似組成の酸化物が用いられる。
【００３４】
このパルスレーザ蒸着装置を用いて第一の多結晶薄膜４上に第二の多結晶薄膜５を形成するには、まず、第一の多結晶薄膜４が形成された基材３を、このレーザ蒸着装置の基台３３上に設置する。
次いで、蒸着処理室３１内を真空ポンプで減圧する。蒸着処理室３１内を真空ポンプで減圧し、室内のガス（空気）を排出した後、図示しない窒素ガスと酸素ガスの供給手段から、蒸着処理室３１内に窒素ガス又は窒素ガスと酸素ガスの混合ガスを所定圧力となるように供給する。蒸着処理室３１内の窒素ガス雰囲気又は窒素ガス＋酸素ガス雰囲気の圧力は、１０〜３０ｍＴｏｒｒの範囲とすることが好ましい。この圧力が１０ｍＴｏｒｒ未満であると、これらのガスによって、ＰＬＤ法による成膜時にターゲットから生じた微粒子がウィンドウ３６に付着するのを防ぐ効果が十分に得られなくなる。一方、この圧力が３０ｍＴｏｒｒを超えると、第二の多結晶薄膜５の構成元素の組成比が変化したり、望ましい結晶配向性が得られなくなる可能性がある。蒸着処理室３１内のガス雰囲気及び圧力を維持するために、蒸着処理室３１内を真空ポンプで減圧しつつ、蒸着処理室３１内に窒素ガス又は窒素ガスと酸素ガスの混合ガスを所定圧力となるように連続的に供給してもよい。
また、蒸着を開始するまでに、基台３３に設けられた加熱ヒータを作動させ、基材３を所定の温度に加熱しておく。
【００３５】
次いで、レーザ発光装置３５から発生させたレーザビームを、ウィンドウ３６を通して蒸着処理室３１に導入し、該室内の第二の多結晶薄膜形成用のターゲットに集光照射する。これにより、ターゲットの構成粒子がえぐり出されるか蒸発されて、その粒子が第一の多結晶薄膜４上に堆積し、第二の多結晶薄膜５が形成される。
この際、レーザビームの射出強度は１００ｍＪ〜４００ｍＪ、パルス周波数は１０Ｈｚ〜２５０Ｈｚの範囲とすることが好ましい。また、基材３の温度は、５００〜１０００℃程度とするのが好ましく、基材３の線速を１ｍ／ｈ〜１０ｍ／ｈとして、基材３を移動させながら数回堆積し、所望の膜厚の第二の多結晶薄膜５を形成することが好ましい。
【００３６】
この第二の多結晶薄膜５の形成において、その構成粒子の堆積の際に、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７等からなる第一の多結晶薄膜４が予めｃ軸配向し、ａ軸とｂ軸でも配向しているので、第一の多結晶薄膜４上に形成される第二の多結晶薄膜５の結晶のｃ軸とａ軸とｂ軸も、第一の多結晶薄膜４に整合するようにエピタキシャル成長して結晶化する。
【００３７】
以上により、金属製の基材３上に、本実施形態の多結晶配向中間薄膜１Ａを形成することができる。
通常、ＩＢＡＤ法により多結晶薄膜を形成する場合、その成膜速度は数ｎｍ／ｍｉｎ程度である。これに対して、ＰＬＤ法により多結晶薄膜を形成する場合、その成膜速度は数１００ｎｍ／ｍｉｎ程度と格段に大きい。このため、本実施形態の多結晶配向中間薄膜１Ａの製造方法によると、ＰＬＤ法により第二の多結晶薄膜５を形成することによって、従来のＩＢＡＤ法のみにより多結晶薄膜を形成する場合に比べて、成膜時間を大幅に短縮でき、生産効率に優れ、かつ優れた結晶配向性を有する多結晶配向中間薄膜１Ａを製造できる。
【００３８】
この多結晶配向中間薄膜１Ａの製造方法は、ＩＢＡＤ法により金属製の基材３上に形成されたＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７等からなる第一の多結晶薄膜４上に、同一材料をＰＬＤ法によりホモエピタキシャル成長させる際に、窒素ガス雰囲気中、あるいは窒素ガス中に少量の酸素ガスを流入させた雰囲気中で成膜を行うことにより、雰囲気圧力を高くしても低酸素雰囲気状態を維持することができ、結晶配向性の良好な第二の多結晶薄膜５を形成することができる。
そして、ＰＬＤ法により第二の多結晶薄膜５を形成する際、雰囲気圧力が高くなることにより、ウィンドウ３６に到達する蒸着粒子が低減され、長時間蒸着におけるウィンドウ３６の汚れによる成膜速度の低下を抑えることができ、安定して効率よく多結晶配向中間薄膜１Ａを形成することができる。
【００３９】
次に、前記多結晶配向中間薄膜１Ａ上に酸化物超電導薄膜６を形成する方法について説明する。
図３に示すパルスレーザ蒸着装置を用い、ターゲットを変更し、ＰＬＤ法によって前記多結晶配向中間薄膜１Ａ上に酸化物超電導薄膜６を形成する。
酸化物超電導薄膜６の形成においては、ターゲットとして、酸化物超電導薄膜６を構成する酸化物超電導体と同一組成あるいは近似組成の酸化物超電導体が用いられる。
【００４０】
酸化物超電導薄膜６を形成するには、まず、前記多結晶配向中間薄膜１Ａが形成された基材３を、このパルスレーザ蒸着装置の基台３３上に設置する。
次いで、蒸着処理室３１を一旦減圧排気した後、酸素ガス又は酸素ガスと窒素ガスの混合ガスを導入し、蒸着処理室３１を適当な圧力の酸素ガス雰囲気とする。また、基台３３に設けられた加熱ヒータを作動させて基材３を所定の温度に加熱する。
【００４１】
次いで、レーザ発光装置３５から発生させたレーザビームを、蒸着処理室３１のターゲットに集光照射する。これにより、ターゲットの構成粒子がえぐり出されるか蒸発されて、その粒子が第二の多結晶薄膜５上に堆積し、酸化物超電導薄膜６が形成されて、酸化物超電導導体２Ａが得られる。
【００４２】
酸化物超電導体の構成粒子が前記多結晶配向中間薄膜１Ａ上に堆積する際、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７等からなる第二の多結晶薄膜５が予めｃ軸配向し、ａ軸とｂ軸でも配向しているので、第二の多結晶薄膜５上に形成される酸化物超電導薄膜６の結晶のｃ軸とａ軸とｂ軸も、第二の多結晶薄膜５に整合するようにエピタキシャル成長して結晶化する。
【００４３】
Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる酸化物超電導薄膜６を形成する場合、数百ｍＴｏｒｒ程度の圧力の酸素雰囲気にすることで、ターゲットから蒸発した粒子の酸化を促進させることができる。これにより、酸素欠陥のないＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系酸化物超電導薄膜を形成することができる。
【００４４】
一方、ＰＬＤ法によって第二の多結晶薄膜５を形成する場合は、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系酸化物超電導薄膜よりも結晶構造が単純であり、ＰＬＤ法による成膜時に酸素雰囲気としなくとも、ターゲット中に含まれている酸素のみで十分である。しかし、本発明では、第二の多結晶薄膜５を形成する際に、１０〜３０ｍＴｏｒｒ程度の圧力の窒素ガス雰囲気中又は窒素ガス＋酸素ガス雰囲気中で成膜することで、配向性が高くなる最適圧力条件が高くなるため、第二の多結晶薄膜５の結晶配向性を良好に保ったまま、ウィンドウ３６に到達する蒸着粒子が低減され、長時間蒸着におけるウィンドウ３６の汚れによる成膜速度の低下を抑えることができ、安定して効率よく多結晶配向中間薄膜１Ａを形成することができる。
【００４５】
図４は、本発明の酸化物超電導導体の第２実施形態を示す模式図である。図４において、前述した第１実施形態による酸化物超電導導体２Ａと同一の構成要素には同一符号を付してある。図４中、符号１Ｂは多結晶配向中間薄膜、２Ｂは酸化物超電導導体、７は第三の多結晶薄膜をそれぞれ示している。
【００４６】
本実施形態の酸化物超電導導体２Ｂは、金属製の基材３上に設けられた多結晶配向中間薄膜１Ｂと、この多結晶配向中間薄膜１Ｂ上に設けられた酸化物超電導薄膜６とから構成されている。この多結晶配向中間薄膜２Ｂは、基材３上に形成された第一の多結晶薄膜４と、該第一の多結晶薄膜４上に形成された第二の多結晶薄膜５と、該第二の多結晶薄膜５上に形成された反応抑止膜としての第三の多結晶薄膜７とから構成されている。基材３、第一の多結晶薄膜４、第二の多結晶薄膜５及び酸化物超電導薄膜６の各層は、前述した第１実施形態において記載したそれぞれの層と同様である。
【００４７】
前記第三の多結晶薄膜７は、特開平１１−８６６４７号公報にて開示された拡散防止膜（反応抑止膜）であり、第二の多結晶薄膜５上に、第二の多結晶薄膜５と同様にエピタキシャル成長されてなるものである。
前記反応抑止膜、すなわち第三の多結晶薄膜７を構成する酸化物としては、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２などが挙げられる。
第三の多結晶薄膜７は、第二の多結晶薄膜５上にエピタキシャル成長されて形成されるため、第二の多結晶薄膜５の結晶配向性と同等の結晶配向性を有することになる。
【００４８】
第三の多結晶薄膜７は、第二の多結晶薄膜５の形成に用いられる図３に示すパルスレーザ蒸着装置を用い、ターゲットをＹ２Ｏ３、ＣｅＯ２などの第三の多結晶薄膜７形成用の材料に切り替えて、ＰＬＤ法によって形成することが好ましい。第二の多結晶薄膜５の形成と同じく、レーザ発光装置３５から発生させたレーザビームを、ウィンドウ３６を通して蒸着処理室３１に導入し、該室内の第三の多結晶薄膜形成用のターゲットに集光照射する。これにより、ターゲットの構成粒子がえぐり出されるか蒸発されて、その粒子が第二の多結晶薄膜５上に堆積し、第三の多結晶薄膜７が形成される。
【００４９】
前記第三の多結晶薄膜７の膜厚は、第二の多結晶薄膜５の膜厚と同等かそれ以下であることが好ましい。第二の多結晶薄膜５の結晶配向性は、第三の多結晶薄膜７の結晶配向性に比べて、膜厚依存性が大きいため、多結晶薄膜の全体の膜厚に対して、第二の多結晶薄膜５の膜厚の比率を第三の多結晶薄膜７の膜厚の比率と同等かそれ以上とすることによって、効率良く結晶配向性を高めることができる。
前記第三の多結晶薄膜７の膜厚は、具体的には０．１μｍ〜０．３μｍが好ましく、これにより第二の多結晶薄膜５の結晶配向性と同等の結晶配向性を有する第三の多結晶薄膜７が実現できる。
第三の多結晶薄膜７の膜厚が０．１μｍ未満の場合、結晶がほとんど成長せず、良好な結晶配向性が得られず、好ましくない。第三の多結晶薄膜７の膜厚が０．３μｍよりも厚い場合、成膜に長時間を要するため非効率的であり、結果として製造コストが嵩むため、好ましくない。
【００５０】
本実施形態の酸化物超電導導体２Ｂは、前述した第１実施形態と同様に、図３に示すパルスレーザ蒸着装置を用い、ターゲットを変更し、ＰＬＤ法によって前記多結晶配向中間薄膜１Ｂ上に酸化物超電導薄膜６を形成することにより製造される。
酸化物超電導薄膜６の形成においては、ターゲットとして、酸化物超電導薄膜６を構成する酸化物超電導体と同一組成あるいは近似組成の酸化物超電導体が用いられる。
【００５１】
酸化物超電導薄膜６を形成するには、まず、前記多結晶配向中間薄膜１Ｂが形成された基材３を、このパルスレーザ蒸着装置の基台３３上に設置する。
次いで、蒸着処理室３１を一旦減圧排気した後、酸素ガス又は酸素ガスと窒素ガスの混合ガスを導入し、蒸着処理室３１を適当な圧力の酸素ガス雰囲気とする。また、基台３３に設けられた加熱ヒータを作動させて基材３を所定の温度に加熱する。
【００５２】
次いで、レーザ発光装置３５から発生させたレーザビームを、蒸着処理室３１のターゲットに集光照射する。これにより、ターゲットの構成粒子がえぐり出されるか蒸発されて、その粒子が第三の多結晶薄膜７上に堆積し、酸化物超電導薄膜６が形成されて、酸化物超電導導体２Ｂが得られる。ここで、第三の多結晶薄膜７は、第二の多結晶薄膜５上にエピタキシャル成長されて形成されるため、第二の多結晶薄膜５の結晶配向性と同等の結晶配向性を有することから、酸化物超電導体の構成粒子が前記多結晶配向中間薄膜１Ｂ上に堆積する際、第三の多結晶薄膜７上に形成される酸化物超電導薄膜６の結晶のｃ軸とａ軸とｂ軸も、第三の多結晶薄膜７に整合するようにエピタキシャル成長して結晶化する。
【００５３】
本実施形態の酸化物超電導導体２Ｂは、前記多結晶配向中間薄膜１Ｂ上に、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系等の酸化物超電導薄膜６が設けられた構造なので、優れた結晶配向性を有する酸化物超電導薄膜６が形成可能となり、これにより、この酸化物超電導導体２Ｂは優れた超電導特性が得られ、強磁場発生用のコイルなど種々の超電導応用機器に適用することで、それらの性能向上を図ることができる。
また、第三の多結晶薄膜７が反応抑止膜として作用し、多結晶配向中間薄膜１Ｂ上に形成される酸化物超電導薄膜６の臨界電流密度などの超電導特性を向上させることができる。
【００５４】
図５は、本発明の酸化物超電導導体の第３実施形態を示す模式図である。図５において、前述した第１、第２実施形態による酸化物超電導導体２Ａ、２Ｂと同一の構成要素には同一符号を付してある。図５中、符号１Ｃは多結晶配向中間薄膜、２Ｃは酸化物超電導導体をそれぞれ示している。
【００５５】
本実施形態の酸化物超電導導体２Ｃは、金属製の基材３上に設けられた多結晶配向中間薄膜１Ｃと、この多結晶配向中間薄膜１Ｃ上に設けられた酸化物超電導薄膜６とから構成されている。この多結晶配向中間薄膜１Ｃは、基材３上に形成された第一の多結晶薄膜４上に、ＰＬＤ法により第二の多結晶薄膜５と第三の多結晶薄膜７を交互に、それぞれ２層以上積層した構成になっている。基材３、第一の多結晶薄膜４、第二の多結晶薄膜５及び酸化物超電導薄膜６の各層の材料は、前述した第１、第２実施形態において記載したそれぞれの層と同様である。
【００５６】
本実施形態の酸化物超電導導体２Ｃは、例えば次のような工程によって製造される。
（１）ハステロイテープなどの金属テープからなる基材３上に、図２に示す装置を用い、ＩＢＡＤ法によって結晶配向性に優れたＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７などからなるターゲットから蒸発する粒子を成膜速度数ｎｍ／ｍｉｎで堆積させ、基材３上に第一の多結晶薄膜４を成膜する。
【００５７】
（２）次に、第一の多結晶薄膜４を形成した基材３を、図３に示すパルスレーザ蒸着装置の基台３３上に設置し、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７などからなるターゲットにパルスレーザ光を照射し、窒素ガス＋酸素ガス雰囲気中、第一の多結晶薄膜４上に第二の多結晶薄膜５を堆積させる。この第二の多結晶薄膜５の成膜条件は、レーザエネルギー１００〜３００ｍＪ、周波数１０〜２５０Ｈｚ、基材加熱温度５００〜１０００℃、窒素ガス＋酸素ガスの雰囲気圧力１０〜５０ｍＴｏｒｒ、基材線速１〜１０ｍ／ｈ程度とするのが好ましい。この第二の多結晶薄膜５の膜厚０．３〜１μｍ程度が好ましい。この第二の多結晶薄膜５の成膜において、窒素ガス＋酸素ガス雰囲気中で成膜を行うことで、酸素雰囲気の場合よりも雰囲気圧力が高いため、ウィンドウ３６が汚れにくくなり、長時間成膜を行っても成膜速度が低下し難くなる。
【００５８】
（３）次に、パルスレーザ蒸着装置内のターゲットを第三の多結晶薄膜７形成用の材料に切り替え、ＰＬＤ法によって第二の多結晶薄膜５と格子定数の近いＹ２Ｏ３、ＣｅＯ２などのターゲットから蒸発する粒子を酸素ガス雰囲気中で堆積させ、第二の多結晶薄膜５上に第三の多結晶薄膜７を成膜する。この時の酸素ガス雰囲気圧力は１０〜５０ｍＴｏｒｒの範囲が好ましい。この第三の多結晶薄膜７の膜厚は０．１〜０．３μｍ程度とするのが好ましい。
【００５９】
（４）前記（２）と（３）の薄膜形成を少なくとも２回以上繰り返し行い第二の多結晶薄膜５と第三の多結晶薄膜７とを交互に多数積層し、多結晶配向中間薄膜１Ｃを形成する。この多結晶配向中間薄膜１Ｃは、格子定数の近い材料からなる第二の多結晶薄膜５と第三の多結晶薄膜７とを交互に多数積層していくことにより、薄膜を構成する結晶が大きく成長し、結晶配向性が改善される。したがって、結晶配向性の良好な多結晶配向中間薄膜１Ｃを形成することができる。また、ＩＢＡＤ法とＰＬＤ法それぞれの成膜速度を比較すると、ＰＬＤ法は数十倍成膜速度が速い。そのため、ＩＢＡＤ法のみで同様の多結晶配向中間薄膜を形成するよりも、ＩＢＡＤ法とＰＬＤ法とを組み合わせる前記方法では、短時間で結晶配向性の良好な多結晶配向中間薄膜１Ｃを形成することができる。
【００６０】
（５）次に、前記（４）で形成された多結晶配向中間薄膜１Ｃ上に、ＰＬＤ法によってＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系等の酸化物超電導薄膜６を成膜する。多結晶配向中間薄膜１Ｃ上に酸化物超電導薄膜６を成膜すると、各結晶軸（テープ面に垂直な方向のｃ軸、テープ面内のａ軸及びｂ軸）が結晶配向性の良好な多結晶配向中間薄膜１Ｃの結晶に整合するようにエピタキシャル成長して結晶化し、結晶配向性が良好で超電導特性に優れた酸化物超電導導体２Ｃが製造できる。          
【実施例】
【００６１】
［比較例］      
ハステロイテープ基材上にＩＢＡＤ法により膜厚１μｍ、面内配向性１０度のＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる第一の多結晶薄膜を形成し、この第一の多結晶薄膜上に、低酸素雰囲気中、ＰＬＤ法により膜厚１．５μｍのＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる第二の多結晶薄膜を形成した。第二の多結晶薄膜の成膜に用いたＰＬＤ法の蒸着条件は、エキシマレーザパルス光の射出強度１００〜３００ｍＪ、パルス周波数１０〜２５０Ｈｚ、酸素雰囲気圧力２ｍＴｏｒｒ、基材加熱温度６００〜１０００℃、テープ基材の線速４ｍ／ｈとし、この条件で２０ｍ長の基材上に第二の多結晶薄膜を形成した。
この条件で蒸着を行った場合、蒸着処理室のウィンドウに多結晶薄膜の材料が次第に付着し、ウィンドウが曇ったために、３０時間後に成膜速度が２割低下した。そのため膜厚を１．５μｍとするための積層回数が１０回となった。この時の第二の多結晶薄膜の面内配向性は約５度であった。
第二の多結晶薄膜の形成後、蒸着処理室内のターゲットを変更し、第二の多結晶薄膜上に、ＰＬＤ法によってＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる酸化物超電導薄膜を形成し酸化物超電導導体を形成した。その結果、酸化物超電導薄膜の膜厚が０．４μｍで臨界電流密度（Ｊｃ）値が１．５ＭＡ／ｃｍ２の酸化物超電導導体が得られた。
なお、前記「面内配向性」とは、Ｘ線回折法により各多結晶薄膜の極点計測により極図形を測定し、その半値幅［単位：度］である。
【００６２】
［実施例１］
ハステロイテープ基材上にＩＢＡＤ法により膜厚１μｍ、面内配向性１０度のＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる第一の多結晶薄膜を形成し、この第一の多結晶薄膜上に、窒素ガス＋酸素ガス（Ｎ２：Ｏ２のガス流量比５：１）雰囲気中、ＰＬＤ法により膜厚１．５μｍのＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる第二の多結晶薄膜を形成した。第二の多結晶薄膜の成膜に用いたＰＬＤ法の蒸着条件は、エキシマレーザパルス光の射出強度１００〜３００ｍＪ、パルス周波数１０〜２５０Ｈｚ、ガス雰囲気圧力２０ｍＴｏｒｒ、基材加熱温度６００〜１０００℃、テープ基材の線速４ｍ／ｈとし、この条件で２０ｍ長の基材上に第二の多結晶薄膜を形成した。
この条件で蒸着を行った場合、１５時間後の成膜速度は成膜開始時より１割低下した。そのため、第二の多結晶薄膜の膜厚を１．５μｍとするための積層回数は８回であった。この時の第二の多結晶薄膜の面内配向性は約５度であった。
第二の多結晶薄膜の形成後、蒸着処理室内のターゲットを変更し、第二の多結晶薄膜上に、ＰＬＤ法によってＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる酸化物超電導薄膜を形成し酸化物超電導導体を形成した。その結果、酸化物超電導薄膜の膜厚が０．４μｍで臨界電流密度（Ｊｃ）値が１．５ＭＡ／ｃｍ２の酸化物超電導導体が得られた。
【００６３】
［実施例２］
ハステロイテープ基材上にＩＢＡＤ法により膜厚１μｍ、面内配向性１０度のＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる第一の多結晶薄膜を形成し、この第一の多結晶薄膜上に、窒素ガス雰囲気中、ＰＬＤ法により膜厚１．５μｍのＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる第二の多結晶薄膜を形成した。第二の多結晶薄膜の成膜に用いたＰＬＤ法の蒸着条件は、エキシマレーザパルス光の射出強度１００〜３００ｍＪ、パルス周波数１０〜２５０Ｈｚ、窒素ガス雰囲気圧力２０ｍＴｏｒｒ、基材加熱温度６００〜１０００℃、テープ基材の線速４ｍ／ｈとし、この条件で２０ｍ長の基材上に第二の多結晶薄膜を形成した。
この条件で蒸着を行った場合、１５時間後の成膜速度は成膜開始時と同程度であった。そのため、膜厚を１．５μｍとするための積層回数は６回であった。この時の第二の多結晶薄膜の面内配向性は約５度であった。
第二の多結晶薄膜の形成後、蒸着処理室内のターゲットを変更し、第二の多結晶薄膜上に、ＰＬＤ法によってＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる酸化物超電導薄膜を形成し酸化物超電導導体を形成した。その結果、酸化物超電導薄膜の膜厚が０．４μｍで臨界電流密度（Ｊｃ）値が１．５ＭＡ／ｃｍ２の酸化物超電導導体が得られた。
【００６４】
［実施例３］
実施例１と同様の条件下、ハステロイテープ基材上にＩＢＡＤ法により膜厚約１μｍ、面内配向性１０度のＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる第一の多結晶薄膜を形成し、この第一の多結晶薄膜上にＰＬＤ法により膜厚約１μｍのＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる第二の多結晶薄膜を形成した後、蒸着処理室内のターゲットを変更し、第二の多結晶薄膜上に、ＰＬＤ法により膜厚約０．３μｍのＹ２Ｏ３からなる第三の多結晶薄膜を形成した。
第三の多結晶薄膜の形成後、蒸着処理室内のターゲットを変更し、第三の多結晶薄膜上に、ＰＬＤ法によってＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる酸化物超電導薄膜を実施例１の場合よりも厚く形成した。その結果、酸化物超電導薄膜の膜厚が約１μｍで臨界電流密度（Ｊｃ）値が１．５ＭＡ／ｃｍ２の酸化物超電導導体が得られた。
一方、前記第二の多結晶薄膜の形成後、第三の多結晶薄膜を形成せず、第二の多結晶薄膜上に直接Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる膜厚約１μｍの酸化物超電導薄膜を形成した。得られた酸化物超電導導体の臨界電流密度（Ｊｃ）値は１．２ＭＡ／ｃｍ２であり、第二の多結晶薄膜上にＹ２Ｏ３からなる第三の多結晶薄膜を設けることで、得られる酸化物超電導導体のＪｃ値を向上できることが分かった。
【００６５】
［実施例４］
実施例１と同様の条件下、ハステロイテープ基材上にＩＢＡＤ法により膜厚約１μｍ、面内配向性１０度のＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる第一の多結晶薄膜を形成した。この第一の多結晶薄膜上に、ＰＬＤ法により膜厚０．３μｍのＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる第二の多結晶薄膜を、エキシマレーザパルス光の射出強度３００ｍＪ、パルス周波数２５０Ｈｚ、窒素ガス＋酸素ガス雰囲気圧力１０ｍＴｏｒｒ、窒素と酸素ガスの流量比３：２、温度８００℃、線速４．５ｍ／ｈの成膜条件で一回成膜し、さらにＰＬＤ法により膜厚０．３μｍのＹ２Ｏ３からなる第三の多結晶薄膜を、エキシマレーザパルス光の射出強度３００ｍＪ、パルス周波数２５０Ｈｚ、酸素雰囲気圧力２６ｍＴｏｒｒ、温度８００℃、線速４．５ｍ／ｈの成膜条件で一回成膜した。さらに第二の多結晶薄膜と第三の多結晶薄膜を交互に積層し、全体の膜厚の和が２．２μｍの多結晶配向中間薄膜を形成した。次に、この多結晶配向中間薄膜上にＰＬＤ法によってＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる酸化物超電導薄膜を形成した場合、膜厚０．５μｍの短尺試料でＪｃ値が１．２ＭＡ／ｃｍ２であった。
一方、基材上にＩＢＡＤ法により膜厚２．２μｍのＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる多結晶配向中間薄膜を形成し、その中間薄膜上にＰＬＤ法によって膜厚０．５μｍのＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる酸化物超電導薄膜を形成した場合、短尺試料でＪｃ値が１．０ＭＡ／ｃｍ２であった。
これらの酸化物超電導薄膜は、ほぼ同程度のＪｃ値が得られるものの、多結晶配向中間薄膜の形成時間は、ＰＬＤ法の成膜時間がＩＢＡＤ法に比べ数十倍速いため、ＩＢＤＡ法のみで多結晶配向中間薄膜を形成するよりも、ＩＢＡＤ法とＰＬＤ法とを組み合わせた方が多結晶配向中間薄膜の形成時間が短く効率的であった。
【００６６】
長時間成膜時において、ＩＢＡＤ法によりハステロイテープ基材上に形成した膜厚１μｍのＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる第一の多結晶薄膜上に、ＰＬＤ法によりＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる第二の多結晶薄膜を酸素雰囲気圧力２ｍＴｏｒｒ下で形成した場合、ウィンドウに蒸着粒子が付着することにより３０時間後に成膜速度が２％低下した。
一方、第二の多結晶薄膜を窒素ガス＋酸素ガス雰囲気圧力２０ｍＴｏｒｒ下で形成した場合、３０時間後の成膜速度の低下は０．５％程度に抑えることができた。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る酸化物超電導導体の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の方法において使用されるＩＢＡＤ装置の一例を示す構成図である。
【図３】本発明の方法において使用されるＰＬＤ装置の一例を示す構成図である。
【図４】本発明に係る酸化物超電導導体の第２実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明に係る酸化物超電導導体の第３実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…多結晶配向中間薄膜、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…酸化物超電導導体、３…基材、４…第一の多結晶薄膜、５…第二の多結晶薄膜、６…酸化物超電導薄膜、７…第三の多結晶薄膜。
【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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