(57)【要約】【課題】  基板上の超電導膜中に電気の流れる方向に沿って連続し、かつ該膜表面に垂直な界面（結晶粒界面）を存在させた酸化物超電導体膜からなる高臨界電流超電導素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の高臨界電流超電導素子は、単結晶のａｂ−面内が電流の流れる方向である酸化物超電導体の基板上の薄膜であって、該薄膜が前記基板面に垂直にｃ−軸配向した単結晶膜からなる複数のｃ−軸配向領域と、前記薄膜が前記ｃ−軸配向領域の電流の流れる方向に垂直にｃ−軸配向した単結晶膜からなる複数のｃ−軸面内配列領域とを有し、該ｃ−軸面内配列領域が前記ｃ−軸配向領域に隣接し、かつ両領域の界面が電流の流れる方向に沿って延びていることを特徴とし、前記電流の流れる方向が、ｃ−軸配向領域およびｃ−軸面内配列領域共にそれらを形成する単結晶膜のｂ−軸方向であり、かつ平行している。【選択図】  図１
2005079350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶のａｂ−面内が電流の流れる方向である酸化物超電導体の基板上の薄膜であって、該薄膜が前記基板面に垂直にｃ−軸配向した単結晶膜からなる複数のｃ−軸配向領域と、前記薄膜が前記ｃ−軸配向領域の電流の流れる方向に垂直にｃ−軸配向した単結晶膜からなる複数のｃ−軸面内配列領域とを有し、該ｃ−軸面内配列領域が前記ｃ−軸配向領域に隣接し、かつ両領域の界面が電流の流れる方向に沿って延びていることを特徴とする高臨界電流超電導素子。
【請求項２】
前記電流の流れる方向が、ｃ−軸配向領域およびｃ−軸面内配列領域共にそれらを形成する単結晶膜のｂ−軸方向であり、かつ平行している請求項１に記載の高臨界電流超電導素子。
【請求項３】
酸化物超電導体が、化学式（１）
ＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ・・・・・・・（１）
（式中、ＬｎはＹ元素またはランタニド元素から選択される１種または２種以上の元素を表し、６．５＜ｘ＜７．１である）で表される銅酸化物系高温超電導体である請求項１に記載の高臨界電流超電導素子。
【請求項４】
前記基板が、前記酸化物超電導体結晶のｃ−軸が基板面に垂直に配向した酸化物超電導体単結晶膜が選択的に形成される第１の表面特性を有する領域と、前記ｃ−軸が基板面に平行に配向した酸化物超電導体膜が選択的に形成される第２の表面特性を有する領域とを表面に並列して存在させた基板である請求項１に記載の高臨界電流超電導素子。
【請求項５】
前記基板の第１の表面特性を有する領域が、前記酸化物超電導体結晶のｂ−軸長またはａ−軸長と格子整合性のあるｂ−軸長またはａ−軸長と、該ｂ−軸長またはａ−軸長の３倍かつ前記酸化物超電導体結晶のｃ−軸長よりも大きなｃ−軸長とを有する単結晶の該当面であり、前記第２の表面特性を有する領域が、前記酸化物超電導体結晶のｃ−軸長と格子整合性を有する軸とａ−またはｂ−軸長のいずれかと格子整合性を有する軸とを有する単結晶の該当面である請求項１または４に記載の高臨界電流超電導素子。
【請求項６】
前記第１の表面特性を有する単結晶表面が、Ｋ２ＮｉＦ４型単結晶の（１００）面であり、前記第２の表面特性を有するＬｎ２ＣｕＯ４単結晶（式中、Ｌｎは前記定義した通りの意味を表す）の（１００）面である請求項１、４または５のいずれかに記載の高臨界電流超電導素子。
【請求項７】
前記基板がＫ２ＮｉＦ４型単結晶基板または単結晶基板上にＫ２ＮｉＦ４型単結晶層を積層した複合基板の前記第１の表面特性を有する面上に、前記第２の表面特性を有する単結晶からなる中間層を積層した基板である請求項１、４、５または６のいずれかに記載の高臨界電流超電導素子。
【請求項８】
前記ｃ−軸配向領域が前記基板の第１の表面特性を有する領域上の単結晶膜であり、前記ｃ−軸面内配列領域が前記基板の第２の表面特性を有する領域上の単結晶膜である請求項１ないし７のいずれかに記載の高臨界電流超電導素子。
【請求項９】
単結晶のａｂ−面内が電流の流れる方向である酸化物超電導体の単結晶のｂ−軸長および／またはａ−軸長と格子整合性がありｃ−軸長と格子整合性のない第１の表面特性を有する単結晶基板上に、前記酸化物超電導体単結晶のｃ−軸長またはｃ−軸長およびｂ−軸長と格子整合性がありａ−軸長と格子整合性のない、もしくはｃ−軸長またはｃ−軸長およびａ−軸長と格子整合性がありｂ−軸長と格子整合性のない第２の表面特性を有する単結晶膜からなる複数の中間層を、前記単結晶基板のｂ−軸またはａ−軸方向に沿って配列する工程、
および
前記基板表面上および前記中間層表面上に前記酸化物超電導体をエピタキシャル成長させる工程、
を含み、前記基板表面上に該基板面に垂直にｃ−軸配向した前記酸化物超電導体の単結晶膜からなるｃ−軸配向領域を、前記中間層表面上に該中間層と前記基板との境界線に垂直にｃ−軸配向し、かつ前記中間層面に垂直にａ−軸またはｂ−軸が配向した単結晶膜からなるｃ−軸面内配列領域を形成することを特徴とする高臨界電流超電導素子の製造方法。
【請求項１０】
前記基板上に中間層を配列する工程が、前記基板上の全面に前記中間層を構成する単結晶膜を真空蒸着法によりエピタキシャル成長させる工程、得られた単結晶膜の全面にエッチングレジストを付与し、リソグラフィによりｃ−軸配向領域を形成する部分のエッチングレジストを除去する工程、およびｃ−軸配向領域を形成する部分の前記単結晶膜をエッチングして除去する工程を含む請求項９に記載の高臨界電流超電導素子の製造方法。
【請求項１１】
前記酸化物超電導体のエピタキシャル成長工程が、真空蒸着法または塗布法である請求項９に記載の高臨界電流超電導素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高臨界電流超電導素子に係り、さらに詳しくは、基板上に結晶の配向方向が異なるが同一の組成を有する酸化物超電導体の単結晶膜からなる少なくとも２つの領域を並列して形成した高臨界電流超電導素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導体に下部臨界磁場Ｈｃｌ以上の磁場がかかると量子化磁束が形成され（φ０＝２．０７×１０−１５Ｗｂ）超電導体中に侵入し、この状態で電流を流すと量子化磁束にローレンツ力が働き、これらが動き出すと電圧発生して超電導状態が壊れることが知られている。
【０００３】
超電導体、たとえば酸化物高温超電導体ＹＢａ２Ｃｕ３ＯＸ（以下「ＹＢＣＯ」と記す）からなる超電導膜中の欠陥、たとえば酸素欠損、微細な不純物などの点状欠陥、転位などの線状欠陥、結晶粒界などの面状欠陥は、前記量子化磁束の移動を制限するピン止めセンターとして作用することが知られており、ＹＢＣＯ膜では前記結晶欠陥が膜面に垂直に、すなわち、ＹＢＣＯ結晶のｃ−軸に平行に入っているとき、磁場が膜面に垂直に印加された場合に臨界電流密度Ｊｃが向上する。
【０００４】
ＹＢＣＯ成膜時の成膜条件を種々変えることにより自然に導入される転位の単位面積当りの密度が１０／μｍ２〜１００／μｍ２であったこと、膜が基板上で成長する過程で微細析出物が存在すると、そこで膜成長の連続性が崩れ、結晶欠陥、転位、結晶粒界などが生じること、およびＹＢＣＯ膜の臨界電流密度Ｊｃが膜中の転位密度とともに増大することが報告されている（非特許文献１参照）。このことは転位が量子化磁束のピン止めセンターとして作用することを教示するが、成膜時に成膜条件を変えるだけで自然に導入される転位の密度を制御することは極めて困難である。
【０００５】
一方、結晶粒界はピン止めセンターとしても作用するが、超電導電流の障壁としても作用することが知られている。ＹＢＣＯなどの高温超電導膜では傾角の大きな結晶粒界におけるＪｃは大変小さいが、傾角の小さな結晶粒界では大きなＪｃが維持されるので小傾角粒界は転位列とみなすことができる。転位は絶縁体であるので、転位の間隔が大きい小傾角粒界では転位間に強い超電導部分が存在し電流が流れるが、結晶粒界の傾角が大きくなって転位の歪みが重なりだすと電流が流れ難くなる。これらの結晶粒界面が超電導膜の膜面に垂直であれば、極めて有効なピン止めセンターになる。しかしながら、一般には結晶粒界はランダムに存在するため結晶粒界の傾角を制御することによってＪｃを制御するのは極めて難しい。
【０００６】
超電導バルクマグネットでは、ＹＢＣＯに高融点材料であるＹ２ＢａＣｕＯＸを微細に粉砕して混合し、ＹＢＣＯ中にピン止めセンターを導入している（非特許文献２参照）。一方、ＹＢＣＯ膜の場合、膜内の一部のみの組成が異なり、他の部分は超電導ＹＢＣＯ組成であるＹ：Ｂａ：Ｃｕ比率を１：２：３に維持することは極めて困難である。たとえば、膜内の一部に高融点材料であるＹ２ＢａＣｕＯＸを導入するように、成膜材料の組成を超電導ＹＢＣＯ組成からずらすと、膜全体の組成が膜内の一部にＹ２ＢａＣｕＯＸが導入されることはなく、膜全体の組成が超電導ＹＢＣＯ組成からずれてしまい超電導特性が劣化する。
【０００７】
【非特許文献１】「ＹＢａ３Ｃｕ３Ｏｘ中の結晶欠陥と臨界電流（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｅｆｅｃｔｓ  ａｎｄ  ｃｉｒｉｔｉｃａｌ  ｃｕｒｒｅｎｔｓ  ｉｎ  ＹＢａ３Ｃｕ３Ｏｘ）」（ディー  シ（D. Shi）等，超電導科学技術（Supercond. Sci. Technol.）, Vol. 3, No. 9, p. 457-463, (1990)）
【非特許文献２】「溶融調製されたＹｂＢａ２Ｃｕ３Ｏ７―ｄ中の細かく分散されたＹｂ２ＢａＣｕＯ５包含物のピニング特性（Pinning properties in melt-processed YbBa2Cu3O7-d with finely dispersed Yb2BaCu3O5 inclusion）」（持田  等，物理化学（Physica. C.），Vol. 366, No. 4, p. 229-237, (2002)）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記したように、超電導膜の表面に垂直な結晶粒界面が超電導膜の電流の流れる方向に沿って存在すれば、ピン止めセンターとして最も有効と考えられている。しかしながら、超電導膜中にピン止めセンターとして作用し得る転位、結晶粒界、結晶欠陥を制御して導入することは極めて困難である。特に超電導膜のマトリックス部分の組成を維持しながら、組成の全く異なる材料を膜内に分散させることは、実質的に不可能である。
【０００９】
本発明は、結晶のｃ−軸の配向方向が異なる同一の組成を有する酸化物超電導体の単結晶膜からなる２つの領域が隣接し、前記２つの領域の界面が超電導膜中に電気の流れる方向に沿って連続して存在する高臨界電流超電導素子およびその製造方法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】
【００１０】
上記課題を解決するために鋭意研究した結果、酸化物超電導体結晶の異方性を利用し、基板表面の格子整合性を選択することにより、該基板上にｃ−軸の配向方向が異なるが同一組成を有する酸化物超電導体の単結晶膜を隣接して形成できることを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
本発明の高臨界電流超電導素子は、単結晶のａｂ−面内が電流の流れる方向である酸化物超電導体の基板上の薄膜であって、該薄膜が前記基板面に垂直にｃ−軸配向した単結晶膜からなる複数のｃ−軸配向領域と、前記薄膜が前記ｃ−軸配向領域の電流の流れる方向に垂直にｃ−軸配向した単結晶膜からなる複数のｃ−軸面内配列領域とを有し、該ｃ−軸面内配列領域が前記ｃ−軸配向領域に隣接し、かつ両領域の界面が電流の流れる方向に沿って延びていることを特徴とし、前記電流の流れる方向が、ｃ−軸配向領域およびｃ−軸面内配列領域共にそれらを形成する単結晶膜のｂ−軸方向であり、かつ平行している。
【００１２】
本発明の高臨界電流超電導素子の製造方法は、単結晶のａｂ−面内が電流の流れる方向である酸化物超電導体の単結晶のｂ−軸長および／またはａ−軸長と格子整合性がありｃ−軸長と格子整合性のない第１の表面特性を有する単結晶基板上に、前記酸化物超電導体単結晶のｃ−軸長またはｃ−軸長およびｂ−軸長と格子整合性がありａ−軸長と格子整合性のない、もしくはｃ−軸長またはｃ−軸長およびａ−軸長と格子整合性がありｂ−軸長と格子整合性のない第２の表面特性を有する単結晶膜からなる複数の中間層を、前記単結晶基板のｂ−軸またはａ−軸方向に沿って配列する工程、および前記基板表面上および前記中間層表面上に前記酸化物超電導体をエピタキシャル成長させる工程、を含み、前記基板表面上に該基板面に垂直にｃ−軸配向した前記酸化物超電導体の単結晶膜からなるｃ−軸配向領域を、前記中間層表面上に該中間層と前記基板との境界線に垂直にｃ−軸配向し、かつ前記中間層面に垂直にａ−軸またはｂ−軸が配向した単結晶膜からなるｃ−軸面内配列領域を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高臨界電流超電導素子においては、前記ｃ−軸配向領域と前記ｃ−軸面内配列領域との界面には波動関数の大きな変化があることから、量子化磁束は他領域に容易に移動することはできないため、前記界面は酸化物超電導体膜の表面に垂直方向の量子化磁束の良好なピン止めセンターとして作用する。その結果、超電導素子の両領域においてそれらの界面に沿って高臨界電流密度で超電導電流を流すことができる。
【００１４】
本発明の高臨界電流超電導素子の製造方法においては、表面特性の異なる領域が並列している基板上に、酸化物超電導体の結晶膜をエピタキシャル成長させることにより、結晶の配向方向が異なるが同一の組成を有する酸化物超電導体の単結晶膜からなる前記ｃ−軸配向領域と前記ｃ−軸面内配列領域とが相互に並列している前記高臨界電流超電導素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明において、前記単結晶のａｂ−面内が電流の流れる方向である酸化物超電導体は、下記化学式（１）
ＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ・・・・・・・（１）
で表され、式中のＬｎがＹ元素またはランタニド元素から選択される１種または２種以上の元素からなり、かつ、６．５＜ｘ＜７．１である銅酸化物系高温超電導体である。これらの酸化物超電導体の多くは液体窒素温度７７Ｋよりも高い臨界温度が得られたことが確認されており、前記酸化物超電導体の単結晶膜からなるｃ−軸配向領域およびｃ−軸面内配列領域は、これらの銅酸化物系高温超電導体のいずれかで構成される。中でも好ましい酸化物超電導体は、前記式中のＬｎがＹおよびＬｕ元素から選択される１種または２種以上からなる銅酸化物系高温超電導体である。
【００１６】
前記酸化物超電導体のｃ−軸配向領域およびｃ−軸面内配列領域のそれぞれを選択的に形成させる基板は、該基板上に前記酸化物超電導体をエピタキシャル成長させたとき、該酸化物超電導体結晶の異方性によりｃ−軸が基板表面に垂直に配向した単結晶層が形成される第１の表面特性を有する領域と、ｃ−軸が基板面に平行に配向した単結晶層が形成される第２の表面特性を有する領域とが並列して存在する基板である。
【００１７】
前記基板の第１の表面特性を有する領域は、前記酸化物超電導体結晶のｂ−軸長またはａ−軸長とｃ−軸長とに格子整合性のある表面特性を有する単結晶表面である。より具体的には第１の表面特性は、前記酸化物超電導体結晶のｂ−軸長またはａ−軸長と格子整合性のあるｂ−軸長またはａ−軸長と、該ｂ−軸長またはａ−軸長の３倍かつ前記酸化物超電導体結晶のｃ−軸長よりも大きなｃ−軸長とを有する単結晶の該当面である。このような第１の表面特性を有する単結晶表面は、Ｋ２ＮｉＦ４型単結晶、たとえばＳｒＬａＧａＯ４単結晶の（１００）面である。
【００１８】
一方、前記基板の第２の表面特性は、前記酸化物超電導体結晶のｃ−軸長と格子整合性を有する軸とａ−またはｂ−軸長のいずれかと格子整合性を有する軸とを有する単結晶の表面である。このような表面特性は、Ｌｎ２ＣｕＯ４単結晶（式中、Ｌｎは前記定義した通りの意味を表す）のａｃ面またはｂｃ面、たとえば、Ｇｄ２ＣｕＯ４単結晶の（１００）面の表面特性に相当する。
【００１９】
前記第１の表面特性を有する領域と第２の表面特性を有する領域とを並列して表面に存在させた基板は、前記第１の表面特性を有する単結晶基板面上に、前記第２の表面特性を有する単結晶膜からなる中間層を、逆に前記第２の表面特性を有する単結晶基板面上に、前記第１の表面特性を有する単結晶膜なる中間層を、または、ペロブスカイト型単結晶からなる共通基板上に、前記第１の表面特性を有する単結晶膜からなる中間層および第２の表面特性を有する単結晶膜からなる中間層を並列させて形成した基板である。
【００２０】
前記基板において、前記第１の表面特性を有する領域の単結晶のｃ−軸方向に平行に前記第２の表面特性を有する領域の単結晶との境界が形成され、該境界に直角に前記第２の表面特性を有する単結晶の酸化物超電導体結晶のｃ−軸長に格子整合性を有する軸が配向している。
【００２１】
前記基板は、以下の方法で製造することができる。
（ａ）第１の表面特性を有する単結晶基板上に、第２の表面特性を有する単結晶層をエピタキシャル成長させるか、もしくは第２の表面特性を有する単結晶基板上に、第１の表面特性を有する単結晶層をエピタキシャル成長させる工程、
（ｂ）前工程で形成された単結晶層上の全面にエッチングレジストを付与する工程、
（ｃ）第１の表面特性を有する領域または第２の表面特性を有する領域を形成する部分の前記エッチングレジストをリソグラフィにより除去する工程、
（ｄ）前記エッチングレジストが除去された部分の前記単結晶膜をエッチングにより除去し、前記基板面を露出させる工程、および
（ｅ）前記単結晶膜上の残りのエッチングレジストを除去し、単結晶膜からなる中間層の表面を露出させる工程、
を実施することにより、第１の表面特性を有する領域と第２の表面特性を有する領域とを並列して形成させた基板を製造することができる。
【００２２】
別法として、
（ａ）第１の表面特性を有する単結晶基板面または第２の表面特性を有する単結晶基板面に第２の表面特性を有する領域または第１の表面特性を有する領域を形成するための溝をリソグラフィまたは機械的方法により形成する工程、
（ｂ）溝を形成した基板上に第２の表面特性を有する単結晶層または第１の表面特性を有する単結晶層をエピタキシャル成長させる工程、
（ｃ）前工程で形成された単結晶層上の全面にエッチングレジストを付与する工程、
（ｄ）前記溝上に形成された単結晶層以外の部分の前記エッチングレジストをリソグラフィにより除去する工程、および
（ｅ）前記エッチングレジストが除去された部分の前記単結晶膜をエッチングにより除去し、前記基板面を露出させる工程、
を実施することによって、第１の表面特性を有する領域と第２の表面特性を有する領域とを並列して形成させた基板を製造することができる。
【００２３】
さらに別法として
（ａ）共通基板上に第１の表面特性を有する単結晶層または第２の表面特性を有する単結晶層をエピタキシャル成長させる工程、
（ｂ）前工程で形成された単結晶層上の全面にエッチングレジストを付与する工程、
（ｃ）第１の表面特性を有する領域または第２の表面特性を有する領域を形成する部分の前記エッチングレジストをリソグラフィにより除去する工程、
（ｄ）前記エッチングレジストが除去された部分の前記単結晶膜をエッチングにより除去し、前記基板面を露出させる工程、
（ｅ）前記単結晶膜上の残りのエッチングレジストを除去し、単結晶膜からなる中間層の表面を露出させる工程、
（ｆ）前記露出させた基板面および中間層表面上に、第２の表面特性を有する単結晶層または第１の表面特性を有する単結晶層をエピタキシャル成長させる工程、
（ｇ）前工程で形成された単結晶層上の全面にエッチングレジストを付与する工程、
（ｈ）前記中間層表面上に形成された単結晶上の前記エッチングレジストをリソグラフィにより除去する工程、
（ｉ）前記エッチングレジストが除去された部分の前記単結晶膜をエッチングにより除去し、前記中間層表面を露出させる工程、および
（ｊ）前記単結晶膜上の残りのエッチングレジストを除去し、単結晶膜からなる中間層の表面を露出させる工程、
を実施することによっても、共通基板上に第１の表面特性を有する領域と第２の表面特性を有する領域とを並列して形成させた基板を製造することができる。
【００２４】
本発明において、前記第１の表面特性を有する領域と第２の表面特性を有する領域とを表面に有する基板上に、前記酸化物超電導体の結晶をエピタキシャル成長させることにより、前記第１の表面特性を有する領域上には、前記酸化物超電導体結晶のｃ−軸が基板面に垂直に配向した前記酸化物超電導体の単結晶膜からなるｃ−軸配向領域が、前記第２の表面特性を有する領域上には、前記酸化物超電導体結晶のｃ−軸が基板面に平行にかつ前記第１の表面特性を有する単結晶のｃ−軸に直角に配向した前記酸化物超電導体の単結晶膜からなるｃ−軸面内配列領域が形成され、目的とする超電導素子を製造することができる。
【００２５】
前記基板上に中間層を形成するための単結晶膜の形成方法には特に制限はなく、たとえば、ＰＬＤ法、真空蒸着法、塗布法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＭＯＤ法などのいずれをも採用することができる。
【００２６】
また、前記基板の表面上に酸化物超電導体をエピタキシャル成長させる方法にも特に制限はなく、前記例示した方法のいずれをも採用することができる。
【００２７】
前記エッチングレジストとして、紫外線またはそれより短い波長の放射線で硬化するエッチグレジストが好適に使用される。
【００２８】
図１〜図４に本発明の方法で製造される超電導素子の態様を示す。
これらの各図において、共通した符号を用いている。
１は基板の第１の表面特性を有する領域を構成する単結晶層、２は基板の第２の表面特性を有する領域を構成する単結晶層からなる中間層、３は酸化物超電導体結晶のｃ−軸配向領域、４は酸化物超電導体結晶のｃ−軸面内配列領域、５は電流の流れる方向を示す矢印である。また、図１中のａ、ｂ、ｃは、ｃ−軸配向領域を構成する単結晶層のａ−、ｂ−、ｃ−各軸の配向方向を示す矢印、ａ´、ｂ´、ｃ´は、ｃ−軸面内配列領域を構成する単結晶層のａ−、ｂ−、ｃ−各軸の配向方向を示す矢印である。
【００２９】
図１において、単結晶層１は基板の前記第１の表面特性を有する領域を、中間層２は基板の前記第２の表面特性を有する領域を構成する。
【００３０】
前記ｃ−軸配向領域３は、前記単結晶層１上にエピタキシャル成長した前記酸化物超電導体の単結晶膜であり、ｃ−軸が単結晶１の表面に垂直に、ａ−軸およびｂ−軸が単結晶層１の表面に平行に配向した領域である。一方、ｃ−軸面内配列領域４は、前記中間層上にエピタキシャル成長した前記酸化物超電導体の単結晶膜であり、ａ−軸が中間層２の表面に垂直に、ｃ−軸およびｂ−軸が中間層２の表面に平行に配向し、かつｃ−軸が前記ｃ−軸配向領域との界面に直角に配向しているか、もしくはｂ−軸が中間層２の表面に垂直に、ｃ−軸およびａ−軸が中間層２の表面に平行に、かつｃ−軸が前記ｃ−軸配向領域との界面に直角に配向している領域である。
【００３１】
ｃ−軸配向領域３と複数のｃ−軸面内配列領域４とは相互に隣接しており、それらの界面は電流の流れる方向５に沿って延びている。前記ｃ−軸配向領域３を構成する酸化物超電導体単結晶膜は、膜厚１００ｎｍ以上、幅５０μｍ以下である。一方、前記ｃ−軸面内配列領域４の酸化物超電導体単結晶膜も、膜厚１００ｎｍ以上、幅５０μｍ以下である。
【００３２】
前記ｃ−軸配向領域３とｃ−軸面内配列領域４との界面が量子化磁束のピン止めセンターとして作用するためには、印加する磁場の大きさにより異なるが、両領域の幅は好ましくはそれぞれ１〜２５０ｎｍの範囲であり、さらに好ましくは１０〜１００ｎｍの範囲である。
【００３３】
前記ｃ−軸配向領域３と前記ｃ−軸面内配列領域４との界面は、図１に示すように電気の流れる方向５に沿って連続していることが好ましいが、図２および図３に示すように中断されていてもよく、図４に示すように前記ｃ−軸配向領域３と前記ｃ−軸面内配列領域４との界面は、ジグザグに形成されていてもよい。前記ｃ−軸配向領域３と前記ｃ−軸面内配列領域４との界面が中断される場合は、前記ｃ−軸配向領域３は連続させ、前記ｃ−軸面内配列領域４を不連続とすることが好ましい。図２の場合、中断の間隔は５００ｎｍ以下であることが好ましく、２５０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３４】
また、図３に示すようにｃ−軸配向領域内にｃ−軸面内配列領域が千鳥状に配置されていてもよく、この場合には、何等かの障害でｃ−軸面内配列領域に電流が流れ難くなったとき、ｃ−軸配向領域に電流を迂回させることができる。この場合、電気の流れる方向に沿って、隣接するｃ−軸面内配列領域が少なくとも５００ｎｍ重なっていることが望ましい。
【００３５】
また、前記ｃ−軸配向領域には、超電導特性を損なわない範囲であれば、成膜時に自然発生した転移や結晶粒界が存在していてもよい。
【００３６】
本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。
【実施例１】
【００３７】
前記第１の方法により、図１において、単結晶層１がＫ２ＮｉＦ４型単結晶層、中間層２がＹ２ＣｕＯ４単結晶層からなる基板を製造し、該基板上にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７結晶をエピタキシャル成長させｃ−軸配向領域３がｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７単結晶膜およびｃ−軸面内配列領域４がａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７単結晶膜からなる超電導素子を製造した。
【００３８】
該超電導素子において、ｃ−軸配向領域３の膜厚は１００ｎｍ、および幅は５０ｎｍであり、ｃ−軸面内配列領域４の膜厚は１００ｎｍ、および幅は５０ｎｍであり、中間層２の厚さは２０ｎｍであり、液体窒素温度７７Ｋにおいてｃ−軸配向領域３とｃ−軸面内配列領域４との界面に沿って超電導電流を流すことができた。
【実施例２】
【００３９】
（１００）ＳｒＬａＧａＯ４単結晶基板上の全面に、Ｇｄ２ＣｕＯ４を７５０℃で蒸着させ、Ｇｄ２ＣｕＯ４中間層を形成し、該中間層上の全面にエッチングレジストを塗布し、リソグラフィによりｃ−軸配向領域を形成する部分のレジストを除去した。レジストが除去されたｃ−軸配向領域を形成する部分の中間層をエッチングし、ｃ−軸配向領域を形成する部分の基板表面を露出させた後、中間層上に残ったレジストを除去し、ｃ−軸面内配列領域を形成する中間層表面を露出させ、基板を製造した。
【００４０】
露出した基板表面上および露出した中間層表面上に、蒸着法により７００℃でＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７の単結晶をエピタキシャル成長させ、図１に示す構造と同様の構造を有する超電導素子を作成した。
【００４１】
得られた超電導素子は、液体窒素温度７７Ｋにおいてｃ−軸配向領域３とｃ−軸面内配列領域４との界面に沿って超電導電流を流すことができた。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の超電導素子の製造方法によれば、電流の流れる方向に沿って、酸化物超電導体単結晶のｃ−軸配向領域とｃ−軸面内配列領域との界面が形成されている超電導素子を製造することができ、該超電導素子はそれに形成された前記界面が量子化磁束のピン止めセンターとして極めて有効に作用する結果、前記両領域に極めて高い臨界電流密度で超電導電流を流すことができる。
【００４３】
また、本発明の超電導素子の製造方法においては、ｃ−軸配向領域とｃ−軸面内配列領域の超電導体組成が同じであることから、それらを１の工程で形成できるばかりでなく、超電導体組成が維持される結果、高い臨界電流密度を示す超電導素子を製造することができる。
【００４４】
本発明は、極めて高い臨界電流密度を示す超電導素子の製造方法を提供するものであり、その超電導素子の製造分野はもとより利用分野における産業的意義は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の方法で製造される超電導素子の一態様を説明する図面である。
【図２】本発明の方法で製造される超電導素子において、ｃ−軸面内配列領域の別の配列を示す図面である。
【図３】本発明の方法で製造される超電導素子において、ｃ−軸面内配列領域のさらに別の配列を示す図面である。
【図４】本発明の方法で製造される超電導素子において、ｃ−軸面内配列領域のさらに別の配列を示す図面である。
【符号の説明】
【００４６】
１  基板の第１の表面特性を有する領域を構成する単結晶層
２  基板の第２の表特性を有する領域を構成する単結晶層からなる中間層
３  酸化物超電導体単結晶のｃ−軸配向領域
４  酸化物超電導体単結晶のｃ−軸面内配列領域
５  電流の流れる方向を示す矢印
ａ、ｂ、ｃ  それぞれｃ−軸配向領域の結晶軸方向を示す矢印
ａ´、ｂ´、ｃ´  それぞれｃ−軸面内配列領域の結晶軸方向を示す矢印
【図１】
2005079350.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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