СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
SUPERCONDUCTING THIN-FILM MATERIAL AND METHOD OF MAKING SAID MATERIAL

Область техники
[0001] Изобретение относится к сверхпроводящему тонкопленочному материалу и способу его изготовления, а более конкретно к сверхпроводящему тонкопленочному материалу, имеющему сформированную на подложке сверхпроводниковую пленку, и способу его изготовления.
Предшествующий уровень техники
c
[0002] В последние годы были разработаны сверхпроводящие тонкопленочные материалы, такие как сверхпроводящий ленточный провод, имеющий сверхпроводниковую пленку, сформированную на металлической подложке методом физического осаждения из паровой фазы (PVD, Physical Vapor Deposition), таким как импульсное лазерное осаждение (PLD, Pulsed Laser Deposition), а также методом осаждения металлоорганических соединений (MOD, Metal Organic Deposition), таким как метод осаждения трифторацетатных металлоорганических соединений (TFA-MOD, Trifluoroacetate-Metal Organic Deposition). Например, предложен способ эффективного производства оксидного сверхпроводящего провода с большой плотностью критического тока (J). Оксидный сверхпроводящий провод производят путем установки скорости перемещения металлической ленты, а также расстояния между металлической лентой и мишенью для генерирования оксида соответственно на заданные значения при формировании на этой металлической ленте оксидного сверхпроводникового слоя методом PLD или тому подобным (Японская патентная публикация № 2005-38632 (Патентный документ 1)).
Патентный Документ 1: Japanese Patent Laying-Open No. 2005-38632
Раскрытие изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
c
c
[0003] Когда сверхпроводниковую пленку формируют, используя метод PVD, особенно метод PLD, есть преимущество в том, что может быть получен сверхпроводящий тонкопленочный материал с составом сверхпроводниковой пленки, близким к составу мишени, и с высокой плотностью критического тока (J) и высоким критическим током (I). Однако, если используют метод PVD, то требуется формировать эту пленку при пониженном давлении. Поэтому, эффективное массовое производство является трудным, а затраты на изготовление увеличиваются. Когда сверхпроводниковую пленку формируют, используя метод PVD, также имеется проблема в том, что увеличенная толщина пленки приводит к уменьшению гладкости поверхности пленки.
[0004] С другой стороны, когда сверхпроводниковую пленку формируют, используя метод MOD, это позволяет относительно легко упростить производственное оборудование. Поэтому, по сравнению со случаем, когда используют метод PVD, имеется преимущество в том, что затраты, связанные с производственным оборудованием, могут быть уменьшены с относительной легкостью и может быть произведен недорогой сверхпроводящий тонкопленочный материал. У сверхпроводниковой пленки, сформированной методом MOD, есть также преимущество наличия превосходной гладкости поверхности. Однако, например, в методе TFA-MOD, кристаллы сверхпроводниковой пленки растут в то время, как фтор выделяется внутри сверхпроводниковой пленки в процессе формирования пленки. Поэтому, скорость роста кристаллов сверхпроводниковой пленки является медленной, и совсем не просто улучшить эффективность производства. Кроме того, трудно изготовить, например, широкий сверхпроводящий тонкопленочный материал, потому что вышеописанное выделение фтора должно происходить равномерно, и улучшение эффективности производства сдерживается. Кроме того, в методе TFA-MOD, во время процесса образуется фтороводород, который требует осторожного обращения. Поэтому, требуются затраты на переработку фтороводорода, что вызывает увеличение затрат на производство сверхпроводящего тонкопленочного материала.
[0005] Вышеописанные проблемы метода TFA-MOD могут быть решены использованием метода осаждения не содержащих фтора металлоорганических соединений (бесфтористый метод MOD), в котором не используется раствор фторсодержащей металлоорганической соли. Тем не менее, бесфтористый метод MOD имеет проблему в том, что рост зародышей сверхпроводниковой пленки из подложки и промежуточного слоя, сформированного на этой подложке, не происходит легко.
c
c
[0006] Как описано выше, традиционно трудно одновременно реализовать достижение превосходного свойства, такого как высокая J и высокий I, и уменьшение затрат на сверхпроводящий тонкопленочный материал.
c
c
[0007] Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить сверхпроводящий тонкопленочный материал, который позволяет одновременно реализовать достижение превосходного свойства, такого как высокая J и высокий I, и уменьшение затрат, а также способ его изготовления.
Средства для решения проблем
[0008] Сверхпроводящий тонкопленочный материал согласно настоящему изобретению включает в себя подложку и сверхпроводниковую пленку, сформированную на этой подложке. Сверхпроводниковая пленка включает в себя слой физического осаждения из паровой фазы, сформированный методом физического осаждения из паровой фазы, и слой осаждения металлоорганических соединений, сформированный на этом слое физического осаждения из паровой фазы методом осаждения металлоорганических соединений.
c
c
c
c
c
c
[0009] Для того чтобы обеспечить превосходное свойство сверхпроводящего тонкопленочного материала, такое как высокая J и высокий I, важно сформировать сверхпроводниковую пленку с достаточной толщиной пленки при том, что в сверхпроводниковой пленке обеспечены высокая гладкость поверхности и высокая ориентация. Автор настоящего изобретения провел тщательное изучение сверхпроводящего тонкопленочного материала, который позволяет достичь вышеуказанного при малой стоимости, и способа его изготовления. В результате автор изобретения выяснил, что сначала методом физического осаждения из паровой фазы (PVD) формируют пленку физического осаждения из паровой фазы в качестве сверхпроводниковой пленки с ее составом, близким к составу мишени, и с высокой ориентацией, а затем на пленке физического осаждения из паровой фазы методом осаждения металлоорганических соединений (метод MOD) формируют слой осаждения металлоорганических соединений в качестве сверхпроводниковой пленки, и таким образом сверхпроводниковая пленка, имеющая высокую ориентацию и высокую гладкость поверхности, может быть получена при низкой стоимости. В соответствии с этим способом изготовления может быть произведен сверхпроводящий тонкопленочный материал с низкой стоимостью, имеющий превосходные свойства, такие как высокая J и высокий I. Таким образом, если сверхпроводниковую пленку формируют только методом PVD, как описано выше, то гладкость поверхности имеет тенденцию к уменьшению по мере того, как сверхпроводниковая пленка становится толще. Формирование всей сверхпроводниковой пленки методом PVD в комбинации с методом MOD, обеспечивающим превосходную гладкость поверхности, а не только методом PVD, ведет к улучшению гладкости поверхности сверхпроводниковой пленки. Если слой осаждения металлоорганических соединений формируют, используя слой физического осаждения из паровой фазы как затравочную пленку, то рост зародышей слоя осаждения металлоорганических соединений происходит более легко. Таким образом, в соответствии со сверхпроводящим тонкопленочным материалом по настоящему изобретению может быть предоставлен сверхпроводящий тонкопленочный материал, который позволяет одновременно реализовать достижение превосходных свойств, таких как высокая J и высокий I, и снижение затрат, потому что соответствующие недостатки метода PVD и метода MOD скомпенсированы друг другом, а их преимущества максимально увеличены.
[0010] "Ориентация" здесь означает, до какой степени выровнена кристаллическая ориентация кристаллических зерен. "Гладкость поверхности" означает плоскостность поверхности пленки.
[0011] Предпочтительно, вышеописанный сверхпроводящий тонкопленочный материал дополнительно включает в себя промежуточный слой между подложкой и сверхпроводниковой пленкой. Так как промежуточный слой проложен между подложкой и сверхпроводниковой пленкой, ориентация сверхпроводниковой пленки может быть улучшена. Кроме того, диффузия и реакция атомов между подложкой и сверхпроводниковой пленкой могут быть подавлены. В результате свойство сверхпроводящего тонкопленочного материала может быть улучшено, а диапазон вариантов выбора подложки может быть расширен.
c
c
[0012] Предпочтительно, в вышеописанном сверхпроводящем тонкопленочном материале сверхпроводниковые пленки сформированы на обеих главных поверхностях подложки. По мере того, как увеличивается толщина пленки, условия формирования пленки нуждаются в точном контроле, потому что становится трудно гарантировать гладкость поверхности и подавлять внутренние дефекты, такие как пустоты, в сверхпроводниковой пленке. Для того чтобы исправить это, так как сверхпроводниковые пленки формируют на обеих главных поверхностях подложки, толщина сверхпроводниковой пленки на каждой главной поверхности, требуемая для гарантирования желаемого I по всему сверхпроводящему тонкопленочному материалу, может быть уменьшена. В результате, в сверхпроводниковой пленке на каждой главной поверхности легко гарантировать гладкость поверхности и подавление внутренних дефектов, таких как пустоты, и можно гарантировать достаточный I за счет сверхпроводниковых пленок на обеих главных поверхностях.
c
c
[0013] Предпочтительно, в вышеописанном сверхпроводящем тонкопленочном материале в сверхпроводниковой пленке друг на друга наложено множество структур, состоящих из комбинации слоя физического осаждения из паровой фазы и слоя осаждения металлоорганических соединений. Как описано выше, в сформированном методом PVD слое физического осаждения из паровой фазы становится трудно гарантировать гладкость поверхности по мере увеличения толщины пленки. В сформированном методом MOD слое осаждения металлоорганических соединений по мере увеличения толщины пленки становится трудно подавить внутренние дефекты, таких как пустоты. Для того чтобы исправить это, сначала формируют слой физического осаждения из паровой фазы, а потом на этом слое физического осаждения из паровой фазы формируют слой осаждения металлоорганических соединений, при этом гладкость поверхности может быть улучшена. Кроме того, так как толщина пленки слоя осаждения металлоорганических соединений ограничена до такой степени, что легко подавить внутренние дефекты, такие как пустоты, слой физического осаждения из паровой фазы опять формируют на сверхпроводниковой пленке, имеющей улучшенную гладкость поверхности, а на этом слое физического осаждения из паровой фазы формируют дополнительный слой осаждения металлоорганических соединений, при этом толщина сверхпроводниковой пленки может быть увеличена и гладкость поверхности сверхпроводниковой пленки опять улучшается. Таким образом, так как друг на друга наслаивают множество структур, состоящих из комбинации слоя физического осаждения из паровой фазы и слоя осаждения металлоорганических соединений, может быть обеспечен сверхпроводящий тонкопленочный материал, в котором легко гарантировать гладкость поверхности и подавить внутренние дефекты, такие как пустоты, формируется сверхпроводниковая пленка, имеющая достаточную толщину пленки, и желаемые сверхпроводящие свойства, такие как I и J, могут быть гарантированы.
[0014] В вышеописанном сверхпроводящем тонкопленочном материале слой осаждения металлоорганических соединений предпочтительно имеет толщину не более чем 1 мкм. В сформированном методом MOD слое осаждения металлоорганических соединений по мере увеличения толщины пленки вероятно создание внутренних дефектов, таких как пустоты. Если слой осаждения металлоорганических соединений имеет толщину не более чем 1 мкм, создание внутренних дефектов, таких как пустоты, может быть подавлено с относительной простотой.
[0015] В вышеописанном сверхпроводящем тонкопленочном материале слой физического осаждения из паровой фазы предпочтительно имеет толщину не больше чем 2 мкм. В сформированном методом PVD слое физического осаждения из паровой фазы по мере увеличения толщины пленки становится трудно гарантировать гладкость поверхности. Если слой физического осаждения из паровой фазы имеет толщину не больше чем 2 мкм, хорошая гладкость поверхности может быть обеспечена с относительной простотой.
[0016] Предпочтительно, в вышеописанном сверхпроводящем тонкопленочном материале вышеописанный метод физического осаждения из паровой фазы является любым методом физического осаждения из паровой фазы, выбранным из группы, состоящей из метода импульсного лазерного осаждения, метода распыления и электронно-лучевого метода.
[0017] Среди методов физического осаждения из паровой фазы (PVD), метод импульсного лазерного осаждения, метод распыления и электронно-лучевой метод подходят для формирования сверхпроводниковой пленки, имеющей высокую ориентацию, и они являются подходящими для формирования пленки физического осаждения из паровой фазы по настоящему изобретению.
[0018] Предпочтительно, в вышеописанном сверхпроводящем тонкопленочном материале метод осаждения металлоорганических соединений является методом осаждения не содержащих фтора металлоорганических соединений, в котором не используется раствор фторсодержащей металлоорганической соли. В отличие от метода TFA-MOD, который является типичным методом осаждения из методов осаждения металлоорганических соединений (MOD), метод осаждения не содержащих фтора металлоорганических соединений не является методом осаждения, в котором кристаллы сверхпроводниковой пленки растут в то время, как фтор выделяется внутри сверхпроводниковой пленки в процессе формирования пленки. Поэтому, скорость роста кристаллов сверхпроводниковой пленки высока и эффективность производства может быть улучшена. Так как вышеописанное выделение фтора не должно происходить равномерно, может быть легко изготовлен, например, широкий сверхпроводящий тонкопленочный материал, который также может вносить вклад в улучшение эффективности производства. К тому же, не нужны затраты на переработку фтороводорода, потому что фтороводород, который требует осторожного обращения, не образуется во время процесса формирования пленки. Более того, так как этот процесс можно выполнять, используя нейтральный раствор, слой осаждения металлоорганических соединений может быть сформирован без повреждения слоя физического осаждения из паровой фазы, который был сформирован ранее, когда метод осаждения не содержащих фтора металлоорганических соединений применен к сверхпроводящему тонкопленочному материалу по настоящему изобретению. В результате, затраты на производство могут быть уменьшены, а свойство сверхпроводящего тонкопленочного материала по настоящему изобретению может быть дополнительно улучшено.
[0019] Метод осаждения не содержащих фтора металлоорганических соединений является методом осаждения металлоорганических соединений, в котором не используется раствор фторсодержащей металлоорганической соли. Раствор, используемый в методе осаждения металлоорганических соединений, включает, например, раствор, содержащий ацетилацетонаты металлов (Ho:Ba:Cu=1:2:3), раствор, содержащий нафтеновую кислоту, или им подобный.
[0020] Способ изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала согласно настоящему изобретению включает в себя стадию подготовки подложки для подготовки подложки и стадию формирования сверхпроводниковой пленки для формирования сверхпроводниковой пленки на этой подложке. Стадия формирования сверхпроводниковой пленки включает в себя стадию физического осаждения из паровой фазы для формирования слоя физического осаждения из паровой фазы методом физического осаждения из паровой фазы и стадию осаждения металлоорганических соединений для формирования слоя осаждения металлоорганических соединений на слое физического осаждения из паровой фазы методом осаждения металлоорганических соединений.
c
c
[0021] В соответствии со способом изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по настоящему изобретению, как описано выше, может быть изготовлен сверхпроводящий тонкопленочный материал, который позволяет одновременно реализовать достижение превосходного свойства, такого как высокая J и высокий I, и уменьшение затрат, потому что соответствующие недостатки метода PVD и метода MOD скомпенсированы друг другом, а их преимущества максимально увеличены.
[0022] Способ изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по настоящему изобретению дополнительно включает в себя стадию формирования промежуточного слоя для формирования промежуточного слоя между подложкой и сверхпроводниковой пленкой после стадии подготовки подложки и перед стадией формирования сверхпроводниковой пленки.
[0023] Так как промежуточный слой проложен между подложкой и сверхпроводниковой пленкой, ориентация сверхпроводниковой пленки может быть улучшена, и диффузия и реакция атомов между подложкой и сверхпроводниковой пленкой может быть подавлена.
[0024] Предпочтительно, в способе изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по настоящему изобретению на стадии физического осаждения из паровой фазы слои физического осаждения из паровой фазы формируют на обеих главных поверхностях подложки, а слои осаждения металлоорганических соединений формируют на слоях физического осаждения из паровой фазы на обеих главных поверхностях подложки.
c
[0025] Следовательно, толщина сверхпроводниковой пленки на каждой главной поверхности уменьшена, и таким образом легко гарантировать гладкость поверхности и подавить внутренние дефекты, такие как пустоты. Кроме того, можно гарантировать достаточный I за счет сверхпроводниковых пленок на обеих главных поверхностях.
[0026] Предпочтительно, в способе изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по настоящему изобретению стадию физического осаждения из паровой фазы и стадию осаждения металлоорганических соединений выполняют поочередно более одного раза.
c
c
[0027] Следовательно, так как множество структур, состоящих из комбинации слоя физического осаждения из паровой фазы и слоя осаждения металлоорганических соединений наложены друг на друга, легко гарантировать гладкость поверхности и подавить внутренние дефекты, такие как пустоты, и можно сформировать сверхпроводниковую пленку, имеющую достаточную толщину пленки. В результате может быть легко изготовлен сверхпроводящий тонкопленочный материал, который позволяет гарантировать желаемое сверхпроводящее свойство, такое как I и J.
[0028] Предпочтительно, в способе изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по настоящему изобретению на стадии осаждения металлоорганических соединений формируют слой осаждения металлоорганических соединений, имеющий толщину не более чем 1 мкм. Следовательно, создание внутренних дефектов, таких как пустоты, в пленке осаждения металлоорганических соединений может быть подавлено с относительной простотой.
[0029] Предпочтительно, в способе изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по настоящему изобретению на стадии физического осаждения из паровой фазы формируют слой физического осаждения из паровой фазы, имеющий толщину не более чем 2 мкм. Следовательно, хорошая гладкость поверхности слоя физического осаждения из паровой фазы может быть обеспечена с относительной простотой.
[0030] Предпочтительно, в способе изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по настоящему изобретению вышеописанный метод физического осаждения из паровой фазы является любым методом осаждения из паровой фазы, выбранным из группы, состоящей из метода импульсного лазерного осаждения, метода распыления и электронно-лучевого метода.
[0031] Среди методов физического осаждения из паровой фазы (PVD), метод импульсного лазерного осаждения, метод распыления и электронно-лучевой метод подходят для формирования сверхпроводниковой пленки, имеющей высокую ориентацию, и они являются подходящими для формирования пленки физического осаждения из паровой фазы в способе изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по настоящему изобретению.
[0032] Предпочтительно, в способе изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по настоящему изобретению вышеописанный метод осаждения металлоорганических соединений является методом осаждения не содержащих фтора металлоорганических соединений, в котором не используется раствор фторсодержащей металлоорганической соли.
[0033] Следовательно, в отличие от метода TFA-MOD, который является типичным методом осаждения из методов осаждения металлоорганических соединений (MOD), скорость роста кристаллов сверхпроводниковой пленки является быстрой и эффективность производства может быть улучшена. Вышеописанное отделение фтора не должно происходить равномерно, что может вносить вклад в улучшение эффективности производства. Кроме того, не нужны затраты на переработку фтороводорода, потому что фтороводород, который требует осторожного обращения, не образуется во время процесса формирования пленки. Кроме того, так как этот процесс можно выполнять, используя нейтральный раствор, слой осаждения металлоорганических соединений может быть сформирован без повреждения слоя физического осаждения из паровой фазы, который был сформирован ранее, когда метод осаждения не содержащих фтора металлоорганических соединений применен к сверхпроводящему тонкопленочному материалу по настоящему изобретению. В результате, производственные затраты могут быть снижены, а свойство сверхпроводящего тонкопленочного материала по настоящему изобретению может быть дополнительно улучшено.
Эффекты изобретения
c
c
[0034] Как видно из вышеизложенного описания, в соответствии со сверхпроводящим тонкопленочным материалом по настоящему изобретению и способом его изготовления, может быть предоставлен сверхпроводящий тонкопленочный материал, который позволяет одновременно реализовать достижение превосходного свойства, такого как высокая J и высокий I, и снижение затрат.
Краткое описание чертежей
[0035] Фиг. 1 - схематичный поперечный разрез конфигурации сверхпроводящего тонкопленочного материала по первому варианту осуществления.
Фиг. 2 - блок-схема, показывающая план технологических стадий в способе изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по первому варианту осуществления.
Фиг. 3 - блок-схема, показывающая подробности стадии осаждения металлоорганических соединений в технологических стадиях по Фиг. 2.
Фиг. 4 - схематичный поперечный разрез для объяснения способа изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по первому варианту осуществления.
Фиг. 5 - схематичный поперечный разрез для объяснения способа изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по первому варианту осуществления.
Фиг. 6 - схематичный поперечный разрез для объяснения способа изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по первому варианту осуществления.
Фиг. 7 - схематичный поперечный разрез конфигурации сверхпроводящего тонкопленочного материала по второму варианту осуществления.
Фиг. 8 - схематичный поперечный разрез для объяснения способа изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по второму варианту осуществления.
Фиг. 9 - схематичный поперечный разрез для объяснения способа изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по второму варианту осуществления.
Фиг. 10 - схематичный поперечный разрез конфигурации сверхпроводящего тонкопленочного материала по третьему варианту осуществления.
Фиг. 11 - блок-схема, показывающая план технологических стадий в способе изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по третьему варианту осуществления.
Фиг. 12 - схематичный поперечный разрез для объяснения способа изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по третьему варианту осуществления.
Фиг. 13 - схематичный поперечный разрез для объяснения способа изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по третьему варианту осуществления.
Фиг. 14 - схематичный поперечный разрез для объяснения способа изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по третьему варианту осуществления.
c
Фиг. 15 - график, показывающий зависимость между толщиной пленки MOD и I в сверхпроводящем тонкопленочном материале из Примера 1.
Фиг. 16 - (103) полюсная фигура слоя MOD в сверхпроводящем тонкопленочном материале из Примера 1.
Фиг. 17 - сделанная при помощи атомно-силового микроскопа (АСМ) фотография поверхности слоя MOD в сверхпроводящем тонкопленочном материале из Примера 1.
Фиг. 18 - сделанная при помощи сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) фотография поперечного сечения изготовленного сверхпроводящего тонкопленочного материала в направлении его толщины.
Фиг. 19 - СЭМ-фотография поперечного сечения изготовленного сверхпроводящего тонкопленочного материала в направлении его толщины.
Фиг. 20 - СЭМ-фотография поперечного сечения изготовленного сверхпроводящего тонкопленочного материала в направлении его толщины.
Фиг. 21 - СЭМ-фотография поперечного сечения изготовленного сверхпроводящего тонкопленочного материала в направлении его толщины.
c
Фиг. 22 - график, показывающий зависимости между толщинами сверхпроводниковых пленок и критическими токами (I) в сверхпроводящем тонкопленочном материале из примера настоящего изобретения и из сравнительного примера, который находится вне рамок настоящего изобретения.
Описание ссылочных обозначений
2
2
[0036] 1 - сверхпроводящий тонкопленочный материал, 10 - ориентированная металлическая подложка, 10A - главная поверхность, 20 - промежуточный слой, 21 - первый слой CeO, 22 - слой YSZ, 23 - второй слой CeO, 30 - оксидная сверхпроводниковая пленка, 30A - поверхность сверхпроводниковой пленки, 30B - слоистая структура, 31 - слой HoBCO физического осаждения из паровой фазы, 31A - поверхность слоя HoBCO физического осаждения из паровой фазы, 32 - слой HoBCO осаждения металлоорганических соединений, 32A - поверхность слоя HoBCO осаждения металлоорганических соединений, 40 - стабилизирующий слой серебра (Ag).
Лучшие варианты осуществления изобретения
[0037] Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на чертежи. Те же самые или соответствующие части обозначены теми же самыми ссылочными номерами на нижеследующих чертежах, и их описание не будет повторяться.
Первый вариант осуществления
()
[0038] Конфигурация сверхпроводящего тонкопленочного материала по первому варианту осуществления настоящего изобретения будет описана со ссылкой на Фиг. 1.
2
3
X
[0039] Обращаясь к Фиг. 1, сверхпроводящий тонкопленочный материал 1 по первому варианту осуществления включает в себя ориентированную металлическую подложку 10 в качестве подложки, промежуточный слой 20, сформированный на ориентированной металлической подложке 10, оксидную сверхпроводниковую пленку 30 в качестве сверхпроводниковой пленки, сформированную на промежуточном слое 20, и стабилизирующий слой 40 Ag в качестве стабилизирующего слоя, сформированный на оксидной сверхпроводниковой пленке 30 для того, чтобы защитить оксидную сверхпроводниковую пленку 30. В качестве материала оксидной сверхпроводниковой пленки 30 может быть выбран содержащий редкоземельные элементы оксидный сверхпроводящий материал, такой как HoBCO (гольмийсодержащий высокотемпературный сверхпроводящий материал, HoBaCuO). Оксидная сверхпроводниковая пленка 30 включает в себя слой 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы в качестве слоя физического осаждения из паровой фазы, сформированного методом физического осаждения из паровой фазы, и слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений в качестве слоя осаждения металлоорганических соединений, сформированного на слое 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы методом осаждения металлоорганических соединений.
2
2
2
2
[0040] В качестве ориентированной металлической подложки 10 может быть выбрана, например, ориентированная никелевая (Ni) подложка, содержащая никелевый сплав ориентированная подложка или тому подобное. Промежуточный слой 20 может включать в себя по меньшей мере один, например, из CeO (оксида церия) и YSZ (стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония), более конкретно, первый слой 21 CeO, слой 22 YSZ, сформированный на первом слое 21 CeO, и второй слой 23 CeO, сформированный на слое 22 YSZ. Стабилизирующий слой не ограничен вышеописанным стабилизирующим слоем 40 Ag. Например, вместо стабилизирующего слоя 40 Ag может быть использован медный стабилизирующий слой, выполненный из меди (Cu).
[0041] Описание способа изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по первому варианту осуществления будет следовать со ссылкой на Фиг. 1-6.
2
2
2
2
2
2
[0042] Обращаясь к Фиг. 2, первой выполняют стадию подготовки подложки. А именно, готовят ориентированную металлическую подложку 10, такую как подложка в форме ленты, выполненной из ориентированного никелевого сплава. Затем выполняют стадию формирования промежуточного слоя для формирования промежуточного слоя 20 на ориентированной металлической подложке 10, как показано на Фиг. 2. А именно, обращаясь к Фиг. 2 и 4, по очереди выполняют стадию формирования первого слоя CeO, стадию формирования слоя YSZ и стадию формирования второго слоя CeO, так что на ориентированной металлической подложке 10 по очереди формируют первый слой 21 CeO, слой 22 YSZ и второй слой 23 CeO. Несмотря на то, что эти стадия формирования первого слоя CeO, стадия формирования слоя YSZ и стадия формирования второго слоя CeO могут быть выполнены методом физического осаждения из паровой фазы, например, методом PLD или ему подобным, они могут быть выполнены методом MOD.
c
c
[0043] Затем выполняют стадию формирования сверхпроводниковой пленки для формирования оксидной сверхпроводниковой пленки 30 на промежуточном слое 20, как показано на Фиг. 2. А именно, первой выполняют стадию физического осаждения из паровой фазы для формирования слоя 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы на промежуточном слое 20 методом физического осаждения из паровой фазы, как показано на Фиг. 2 и 5. На этой стадии физического осаждения из паровой фазы предпочтительно использовать любой метод осаждения из паровой фазы, выбранный из группы, состоящей из метода импульсного лазерного осаждения (PLD), метода распыления и электронно-лучевого метода. В частности, используя метод PLD, состав слоя 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы, образующего оксидную сверхпроводниковую пленку 30, может быть близок к составу мишени, и может быть обеспечена высокая ориентация, которая может внести вклад в улучшение J и I сверхпроводящего тонкопленочного материала 1.
[0044] Кроме того, выполняют стадию осаждения металлоорганических соединений для формирования слоя 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений на слое 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы методом осаждения металлоорганических соединений, как показано на Фиг. 2 и 6. На этой стадии осаждения металлоорганических соединений первой выполняют стадию нанесения не содержащего фтора раствора для нанесения раствора не содержащей фтора металлоорганической соли гольмия (Ho), бария (Ва) и меди (Cu), такого как раствор, содержащий ацетилацетонат металлов (Ho:Ba:Cu=1:2:3), или раствор, содержащий нафтеновую кислоту, на поверхность слоя 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы, как показано на Фиг. 3. В качестве метода нанесения раствора металлоорганической соли на этой стадии нанесения не содержащего фтора раствора могут быть выбраны метод окунания, метод нанесения покрытия головкой или им подобные.
2
2
2
[0045] Затем выполняют стадию предварительного прокаливания для удаления компонента растворителя или тому подобного из нанесенного раствора металлоорганической соли, как показано на Фиг. 3. В частности, ориентированную металлическую подложку 10, на которую был нанесен раствор металлоорганической соли, нагревают на воздухе с температурой в диапазоне не менее чем 400°C и не более чем 600°C, например, 500°C. В результате нанесенный раствор металлоорганической соли подвергается термическому разложению. При этом из нанесенного раствора металлоорганической соли выделяются CO (углекислый газ) и HO (вода) и удаляется компонент растворителя или тому подобное. После того как вышеописанная стадия предварительного прокаливания выполнена, выполняют стадию основного прокаливания, как показано на Фиг. 3. А именно, ориентированную металлическую подложку 10, на которую был нанесен раствор металлоорганической соли, нагревают в смешанной атмосфере аргона (Ar) и кислорода (O) с температурой в диапазоне от не менее чем 600°C и не более чем 800°C, например, 750°C. В результате формируют слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений в качестве желательного слоя осаждения металлоорганических соединений.
c
c
[0046] Ссылаясь теперь на Фиг. 5 и 6, в слое 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы, сформированном методом физического осаждения из паровой фазы, как описано выше, гладкость поверхности 31А слоя HoBCO физического осаждения из паровой фазы имеет тенденцию к уменьшению по мере того, как увеличивается толщина пленки. Для того чтобы исправить это, так как на слое 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы формируют слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений, имеющий отличную гладкость поверхности, как описано ранее, поверхность 32А слоя HoBCO, которая является поверхностью слоя 32 осаждения металлоорганических соединений, имеющей высокую гладкость поверхности, образовывает поверхность 30А сверхпроводниковой пленки, которая является поверхностью оксидной сверхпроводниковой пленки 30. В результате формируется оксидная сверхпроводниковая пленка 30, имеющая отличную гладкость поверхности, и I, J или тому подобное сверхпроводящего тонкопленочного материала 1 улучшаются. Кроме того, используя в качестве затравочной пленки слой 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы с его составом, близким к составу мишени, и с высокой ориентацией для выполнения стадии осаждения металлоорганических соединений, рост зародышей слоя 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений происходит более легко.
[0047] Как показано на Фиг. 2, затем выполняют стадию формирования стабилизирующего слоя Ag для формирования стабилизирующего слоя 40 Ag в качестве стабилизирующего слоя. Стабилизирующий слой 40 Ag может быть сформирован, например, методом осаждения из паровой фазы. Выполняя вышеописанные стадии, изготавливают сверхпроводящий тонкопленочный материал 1 по первому варианту осуществления.
c
c
[0048] В соответствии со сверхпроводящим тонкопленочным материалом 1 по данному первому варианту осуществления и способом его изготовления может быть предоставлен сверхпроводящий тонкопленочный материал 1, который позволяет одновременно реализовать достижение превосходного свойства, такого как высокая J и высокий I, и уменьшение затрат, потому что соответствующие недостатки метода PLD и бесфтористого метода MOD скомпенсированы друг другом, а их преимущества максимально увеличены.
[0049] В данном первом варианте осуществления является предпочтительным, чтобы слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений имел толщину не более чем 1 мкм. В сформированном методом MOD слое 32 HoBCO вероятно создание внутренних дефектов, таких как пустоты, по мере увеличения толщины пленки. Если слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений имеет толщину не более чем 1 мкм, создание внутренних дефектов, таких как пустоты, может быть подавлено с относительной простотой.
[0050] В данном первом варианте осуществления является предпочтительным, чтобы слой 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы имел толщину не более чем 2 мкм. В сформированном методом PLD слое 31 HoBCO трудно гарантировать гладкость поверхности по мере увеличения толщины пленки. Если слой 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы имеет толщину не более чем 2 мкм, то хорошая гладкость поверхности может быть обеспечена с относительной простотой.
Второй вариант осуществления
()
[0051] Конфигурация сверхпроводящего тонкопленочного материала по второму варианту осуществления, который является вариантом осуществления настоящего изобретения, будет описана со ссылкой на Фиг. 7.
c
c
[0052] Обращаясь к Фиг. 7, сверхпроводящий тонкопленочный материал 1 по второму варианту осуществления имеет конфигурацию, в основном подобную конфигурации сверхпроводящего тонкопленочного материала 1 по описанному выше первому варианту осуществления. Однако, сверхпроводящий тонкопленочный материал 1 по второму варианту осуществления отличается от сверхпроводящего тонкопленочного материала 1 по первому варианту осуществления тем, что промежуточные слои 20, оксидные сверхпроводниковые пленки 30 и стабилизирующие слои 40 Ag сформированы на обеих главных поверхностях ориентированной металлической подложки 10. В оксидной сверхпроводниковой пленке 30 по мере увеличения толщины пленки условие формирования пленки нуждается в точном контроле, потому что становится трудно гарантировать гладкость поверхности и подавлять внутренние дефекты, такие как пустоты. Для того чтобы исправить это в данном втором варианте осуществления, так как оксидные сверхпроводниковые пленки 30 сформированы на обеих главных поверхностях 10А ориентированной металлической подложки 10, требуемая для гарантирования желаемого I толщина оксидной сверхпроводниковой пленки 30 на каждой главной поверхности 10А может быть уменьшена. В результате, легко гарантировать гладкость поверхности и подавление внутренних дефектов, таких как пустоты, в оксидной сверхпроводниковой пленке 30 на каждой главной поверхности 10А и возможно гарантировать достаточный I за счет оксидных сверхпроводниковых пленок 30 на обеих главных поверхностях 10А.
[0053] Описание способа изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по второму варианту осуществления последует со ссылкой на Фиг. 7-9.
2
2
[0054] Способ изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по второму варианту осуществления имеет конфигурацию, в основном подобную конфигурации способа изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по первому варианту осуществления, как описано на основе Фиг. 1-6. Обращаясь к Фиг. 2, тем не менее, второй вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что промежуточные слои 20, оксидные сверхпроводниковые пленки 30 и стабилизирующие слои 40 Ag формируют на обеих главных поверхностях 10A ориентированной металлической подложки 10 соответственно на стадии формирования промежуточных слоев, стадии формирования сверхпроводниковых пленок и стадии формирования стабилизирующих слоев Ag. В частности, на стадии формирования промежуточных слоев на обеих главных поверхностях 10А ориентированной металлической подложки 10 формируют промежуточные слои 20, состоящие из первых слоев 21 CeO, слоев 22 YSZ и вторых слоев 23 CeO, как показано на Фиг. 8. Затем, на стадии формирования сверхпроводниковых пленок на обоих промежуточных слоях 20 формируют соответственно оксидные сверхпроводниковые пленки 30, как показано на Фиг. 9. Затем, на стадии формирования стабилизирующих слоев Ag на обеих оксидных сверхпроводниковых пленках 30 формируют соответственно стабилизирующие слои 40 Ag. В результате завершают показанный на Фиг. 7 сверхпроводящий тонкопленочный материал 1 по второму варианту осуществления.
[0055] Следует заметить, что на стадии формирования промежуточных слоев, стадии формирования сверхпроводниковых пленок и стадии формирования стабилизирующих слоев Ag промежуточные слои 20, оксидные сверхпроводниковые пленки 30 и стабилизирующие слои 40 Ag на обеих главных поверхностях 10A ориентированной металлической подложки 10 могут быть сформированы отдельно на каждой стороне или могут быть сформированы одновременно на обеих сторонах. В случае, когда слои 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы формируют одновременно на обеих главных поверхностях 10A методом физического осаждения из паровой фазы, они могут быть сформированы, например, с обеих сторон ориентированной металлической подложки 10 методом лазерного осаждения. В случае, когда слои 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений формируют одновременно на обоих слоях 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы методом осаждения не содержащих фтора металлоорганических соединений, они могут быть сформированы погружением ориентированной металлической подложки 10, на которой были сформированы слои 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы, в раствор металлоорганической соли, например, методом окунания.
Третий вариант осуществления
()
[0056] Конфигурация сверхпроводящего тонкопленочного материала по третьему варианту осуществления, который является вариантом осуществления настоящего изобретения, будет описана со ссылкой на Фиг. 10.
[0057] Обращаясь к Фиг. 10, сверхпроводящий тонкопленочный материал 1 по третьему варианту осуществления имеет конфигурацию, в основном подобную конфигурации сверхпроводящего тонкопленочного материала 1 по описанному выше первому варианту осуществления. Однако, сверхпроводящий тонкопленочный материал 1 по третьему варианту осуществления отличается от сверхпроводящего тонкопленочного материала 1 по первому варианту осуществления тем, что в оксидной сверхпроводниковой пленке 30 друг на друга наложено множество структур, состоящих из комбинации слоя 31 HoBCO физического осаждения паровой фазы и слоя 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений. В частности, множество слоистых структур 30B, имеющих слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений, сформированный на слое 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы, наложены друг на друга и сформирована оксидная сверхпроводниковая пленка 30. Хотя Фиг. 10 показывает конфигурацию, в которой друг на друга наложены две такие слоистые структуры, друг на друга могут быть наложены три или более таких слоистых структуры 30В так, чтобы была достигнута желаемая толщина оксидной сверхпроводниковой пленки 30.
c
c
[0058] Как описано выше, в сформированном методом PVD слое 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы становится трудно гарантировать гладкость поверхности по мере увеличения толщины пленки. В сформированном методом MOD слое 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений по мере увеличения толщины пленки становится трудным подавлять внутренние дефекты, такие как пустоты. Для того чтобы исправить это, так как первым формируют слой 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы, а затем на слое 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы формируют слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений, гладкость поверхности может быть улучшена. Кроме того, так как толщина пленки слоя 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений ограничена до такой степени, что легко подавить внутренние дефекты, такие как полости, слой 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы опять формируют на сверхпроводниковой пленке, имеющей улучшенную гладкость поверхности, и на этом слое 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы формируют дополнительный слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений, при этом гладкость поверхности оксидной сверхпроводниковой пленки 30 опять улучшается. Таким образом, так как друг на друга наложено множество структур, состоящих из комбинации слоя 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы и слоя 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений, легко гарантировать гладкость поверхности и подавить внутренние дефекты, такие как пустоты, и можно сформировать оксидную сверхпроводниковую пленку 30, имеющую достаточную толщину пленки. В результате, может быть легко получен сверхпроводящий тонкопленочный материал 1, который позволяет гарантировать желаемые сверхпроводящие свойства, такие как I и J.
[0059] Описание способа изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по третьему варианту осуществления последует со ссылкой на Фиг. 11-14.
2
2
[0060] Способ изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по третьему варианту осуществления имеет конфигурацию, в основном подобную конфигурации способа изготовления сверхпроводящего тонкопленочного материала по первому варианту осуществления, описанному на основе Фиг. 1-6. Обращаясь к Фиг. 11, тем не менее, третий вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что на стадии формирования сверхпроводниковой пленки стадию физического осаждения из паровой фазы и стадию осаждения металлоорганических соединений выполняют поочередно более чем один раз. В частности, на стадии формирования сверхпроводниковой пленки на ориентированной металлической подложке 10 формируют промежуточный слой 20, состоящий из первого слоя 21 CeO, слоя 22 YSZ и второго слоя 23 CeO, как показано на Фиг. 12. Затем, на промежуточном слое 20 формируют слоистую структуру 30B, имеющую слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений, сформированный на слое 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы, как показано на Фиг. 13. Метод формирования слоя 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы и слоя 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений похож на тот же метод из первого варианта осуществления. Кроме того, на слоистой структуре 30B формируют дополнительную слоистую структуру 30B, как показано на Фиг. 14. Формирование этих слоистых структур 30B повторяют до тех пор, пока не будет достигнута желаемая толщина оксидной сверхпроводниковой пленки 30. Затем, на оксидной сверхпроводниковой пленке 30 формируют стабилизирующий слой 40 Ag. В результате завершают показанный на Фиг. 10 сверхпроводящий тонкопленочный материал 1 по третьему варианту осуществления.
[0061] В третьем варианте осуществления является предпочтительным, чтобы каждый слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений имел толщину не более чем 1 мкм. Если каждый слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений имеет толщину не более чем 1 мкм, создание внутренних дефектов, таких как пустоты, может быть подавлено с относительной легкостью. Кроме того, в третьем варианте осуществления является предпочтительным, чтобы каждый слой 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы имел толщину не более чем 2 мкм. Если каждый слой 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы имеет толщину не более чем 2 мкм, хорошая гладкость поверхности может быть гарантирована с относительной легкостью.
[0062] Хотя сверхпроводящие тонкопленочные материалы 1 по описанным выше вариантам осуществления настоящего изобретения с первого по третий представляют собой, например, провода в форме ленты, они могут быть в форме листа или могут иметь полую или сплошную цилиндрическую форму.
Пример 1
()
[0063] Ниже будет описан пример 1 настоящего изобретения. Был фактически изготовлен сверхпроводящий тонкопленочный материал по настоящему изобретению и было проведено испытание с тем, чтобы оценить его свойства. Процедура испытания была следующей.
2
2
c
[0064] Сначала будет описан способ изготовления подлежащего испытанию образца. Образец был изготовлен способом изготовления, показанным на Фиг. 2. В частности, промежуточный слой с трехслойной структурой (слой CeO/слой YSZ/слой CeO; эти слои имеют толщину 0,3 мкм, 1,0 мкм и 0,1 мкм соответственно) был сформирован на ориентированной металлической ленте, содержащей никелевый (Ni) сплав и имеющей толщину 100 мкм и ширину 10 мм, а затем на этом промежуточном слое методом PLD был сформирован слой HoBCO физического осаждения из паровой фазы, имеющий толщину пленки 1,0 мкм. Затем, на слое физического осаждения из паровой фазы бесфтористым методом MOD был эпитаксиально выращен слой HoBCO осаждения металлоорганических соединений, имеющий толщину пленки 0,2-3,0 мкм. Затем, на слое HoBCO осаждения металлоорганических соединений был сформирован стабилизирующий слой Ag, имеющий толщину 10 мкм. В результате, был изготовлен провод, имеющий ширину 10 мм и длину 1 м. Из этого провода был взят короткий образец, имеющий ширину 10 мм и длину 10 см, и было проведено испытание для исследования зависимости между толщиной пленки слоя HoBCO осаждения металлоорганических соединений (толщиной пленки MOD) и I. Кроме того, было проведено испытание с тем, чтобы создать полюсную фигуру слоя HoBCO осаждения металлоорганических соединений, используя дифракцию рентгеновских лучей, и исследовать плоскостную ориентацию. Кроме того, поверхность слоя HoBCO осаждения металлоорганических соединений перед тем, как был сформирован стабилизирующий слой Ag, была исследована с использованием атомно-силового микроскопа (АСМ).
c
c
[0065] Результаты испытаний будут описаны со ссылкой на Фиг. 15. На Фиг. 15 горизонтальная ось указывает толщину пленки слоя HoBCO осаждения металлоорганических соединений, сформированного на слое HoBCO физического осаждения из паровой фазы (толщина пленки MOD), а вертикальная ось указывает критический ток (I). Следует отметить, что в этом примере 1 эксперименты проводились относительно случая, где слой HoBCO осаждения металлоорганических соединений (слой MOD) был сформирован методом нанесения покрытия головкой, и случая, где слой HoBCO осаждения металлоорганических соединений (слой MOD) был сформирован методом окунания. Метод окунания представляет собой метод прилипания раствора металлоорганической соли на содержащую никелевый сплав ориентированную металлическую ленту путем погружения этой содержащей никелевый сплав ориентированной металлической ленты в раствор металлоорганической соли в методе MOD. Метод нанесения покрытия головкой представляет собой метод прилипания раствора металлоорганической соли на содержащую никелевый сплав ориентированную металлическую ленту путем покрытия содержащей никелевый сплав ориентированной металлической ленты раствором металлоорганической соли, подаваемым из бака с раствором, в методе MOD. На Фиг. 15 результат, полученный методом нанесения покрытия головкой, представлен не заштрихованным ромбом, а результат, полученный методом окунания, представлен черным квадратом. Обращаясь к Фиг. 15, будет описана зависимость между толщиной пленки MOD и I в сверхпроводящем тонкопленочном материале из этого примера 1.
c
[0066] Обращаясь к Фиг. 15, для толщины пленки MOD вплоть до примерно 1 мкм, I составляет примерно 35-80 A/см ширины независимо от метода формирования слоя MOD. Поэтому видно, что слой MOD, имеющий хорошее свойство, может быть сформирован, если толщина пленки MOD находится в диапазоне вплоть до примерно 1 мкм.
[0067] Рост кристаллов слоя MOD в сверхпроводящем тонкопленочном материале из примера 1 будет описан со ссылкой на Фиг. 16 и 17.
[0068] Обращаясь к Фиг. 16, пик, соответствующий поверхности (103) слоя MOD, имеет полуширину 6,5-6,9°. Это показывает, что слой MOD в сверхпроводящем тонкопленочном материале из примера 1 имеет хорошую плоскостную ориентацию. Обращаясь к Фиг. 17, кристаллические зерна поверхности слоя MOD в сверхпроводящем тонкопленочном материале из примера 1 имеют диаметр 0,5-1 мкм. Как описано выше, видно, что в слое MOD в сверхпроводящем тонкопленочном материале по настоящему изобретению реализован рост кристаллов хорошего качества.
c
c
[0069] Кроме того, в способе изготовления, подобном вышеописанному способу изготовления, в качестве прототипа длинный провод изготовили, используя устройство непрерывного нанесения и прокаливания, которое может непрерывно наносить и прокаливать раствор металлоорганической соли на стадии осаждения металлоорганических соединений, наматывая сверхпроводящий тонкопленочный материал по настоящему изобретению методом непрерывного наматывания на барабан. В результате мог быть изготовлен длинный провод, имеющий свойство, подобное свойству вышеописанного провода. Это показывает, что может быть предоставлен длинный сверхпроводящий провод, имеющий превосходные сверхпроводящие свойства, например, высокую J и высокий I, как описано выше согласно сверхпроводящему тонкопленочному материалу по настоящему изобретению.
Пример 2
()
c
[0070] Ниже будет описан пример 2 настоящего изобретения. Был фактически изготовлен сверхпроводящий тонкопленочный материал по настоящему изобретению и проведен эксперимент для исследования зависимости между состоянием при формировании слоя MOD и I. Процедура эксперимента была следующей.
[0071] Сначала методом PLD был сформирован промежуточный слой, подобный слою из примера 1, на ориентированной ленте из никелевого сплава, имеющей ширину 3 см и толщину 100 мкм, а затем на этом промежуточном слое методом PLD был сформирован слой HoBCO (слой HoBCO физического осаждения из паровой фазы), имеющий толщину 1,5 мкм. Кроме того, на слое HoBCO физического осаждения из паровой фазы бесфтористым методом MOD был сформирован еще один слой HoBCO (слой HoBCO осаждения металлоорганических соединений), имеющий толщину 0,3-3,0 мкм. Затем, на слое HoBCO осаждения металлоорганических соединений был сформирован стабилизирующий слой Ag, имеющий толщину 10 мкм. В результате был изготовлен сверхпроводящий тонкопленочный материал по настоящему изобретению.
c
[0072] Был измерен I для изготовленного сверхпроводящего тонкопленочного материала и был исследован поперечный разрез сверхпроводящего тонкопленочного материала в направлении его толщины при помощи сканирующего электронного микроскопа (СЭМ).
c
c
[0073] Зависимость между состоянием при формировании слоя HoBCO осаждения металлоорганических соединений и I будет описана со ссылкой на Фиг. 18-21. Следует отметить, что на Фиг. 18-21 указаны измеренные значения I и толщины пленок MOD.
c
c
c
2
[0074] Как показано на Фиг. 18, когда слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений, сформированный на слое 31 HoBCO физического осаждения из паровой фазы, имел толщину 0,3 мкм, слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений был плотным. Измеренный I составил 81 A/см ширины (J составила 2,5 MA/см), и были получены превосходные сверхпроводящие свойства. Как показано на Фиг. 19, когда слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений имел толщину 0,9 мкм, очень мало пустот и других фаз наблюдалось в слое 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений, а измеренный I был 74 A/см ширины, и были получены превосходные сверхпроводящие свойства.
c
c
[0075] С другой стороны, как показано на Фиг. 20, когда слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений имел толщину 1,8 мкм, пустоты и другие фазы явно наблюдались в слое 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений. Измеренный I составлял 39 A/см ширины, и сверхпроводящие свойства были явно уменьшены по сравнению со свойствами на вышеописанных Фиг. 18 и 19, на которых слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений имел толщину не больше чем 1 мкм. Как показано на Фиг. 21, когда слой 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений имел толщину 3,0 мкм, много пустот и других фаз явно наблюдалось в слое 32 HoBCO осаждения металлоорганических соединений. Измеренный I составлял 1 A/см ширины, а сверхпроводящие свойства были существенно уменьшены.
[0076] Самым большим преимуществом бесфтористого метода MOD является то, что может быть легко сформирована пленка большой площади. Как описано выше, было замечено, что промежуточный слой, сверхпроводниковая пленка и стабилизирующий слой Ag были сформированы на широкой ориентированной ленте из никелевого сплава, и толщина слоя MOD была установлена на уровне не более чем 1 мкм, и таким образом мог быть изготовлен сверхпроводящий тонкопленочный материал большой площади, имеющий хорошие сверхпроводящие свойства.
Пример 3
()
[0077] Ниже будет описан пример 3 настоящего изобретения. Были изготовлены сверхпроводящий тонкопленочный материал в качестве примера настоящего изобретения, включающий сверхпроводниковую пленку со слоем осаждения металлоорганических соединений, сформированным на слое физического осаждения из паровой фазы, и сверхпроводящий тонкопленочный материал в качестве сравнительного примера, включающий сверхпроводниковую пленку, сформированную только из слоя физического осаждения из паровой фазы, и было проведено испытание для сравнения их сверхпроводящих свойств.
[0078] Сначала, в качестве примера настоящего изобретения был изготовлен сверхпроводящий тонкопленочный материал, подобный материалу из примера 1, аналогичным примеру 1 способом изготовления, показанным на Фиг. 2. Толщина слоя HoBCO физического осаждения из паровой фазы была установлена на 0,8 мкм, а на слой HoBCO физического осаждения из паровой фазы был осажден слой HoBCO осаждения металлоорганических соединений, имеющий толщину не больше чем 1 мкм, так что была сформирована сверхпроводниковая пленка. С другой стороны, в качестве сравнительного примера был изготовлен сверхпроводящий тонкопленочный материал, у которого только сверхпроводниковая пленка была отлична от этой пленки у сверхпроводящего тонкопленочного материала из примера. В сравнительном примере сверхпроводниковая пленка была сформирована только из слоя HoBCO физического осаждения из паровой фазы, как описано выше.
c
c
[0079] На изготовленном таким образом сверхпроводящем тонкопленочном материале было проведено испытание, чтобы измерить I и J при условии, что температура составляла 77 К, а магнитное поле составляло 0 Т.
c
c
[0080] Зависимости между толщинами сверхпроводниковых пленок и критическими токами I в сверхпроводящих тонкопленочных материалах в качестве примера настоящего изобретения и в качестве сравнительного примера, который выходит за рамки настоящего изобретения, будут описаны со ссылками на Фиг. 22. Следует отметить, что на Фиг. 22 горизонтальная ось указывает толщину сверхпроводниковой пленки, а вертикальная ось указывает критический ток I. Квадратные точки указывают измеренные значения для примера, а круглые точки указывают измеренные значения для сравнительного примера.
c
c
c
c
c
c
c
2
[0081] Обращаясь к фиг. 22, в сверхпроводящем тонкопленочном материале из сравнительного примера, в котором сверхпроводниковая пленка сформирована только слоем HoBCO физического осаждения из паровой фазы, для толщины пленки вплоть до примерно 1 мкм критический ток I повышается приблизительно пропорционально увеличению толщины пленки. Однако повышение критического тока I относительно увеличения толщины пленки имеет тенденцию становиться меньше по мере того, как толщина пленки увеличивается, и для толщины пленки не менее чем 2 мкм повышение критического тока I является явно небольшим. Предполагается, что это происходит из-за того, что по мере увеличения толщины пленки гладкость поверхности становится хуже, когда сверхпроводниковая пленка сформирована методом PLD, как описано выше. По сравнению с этим, в сверхпроводящем тонкопленочном материале из примера настоящего изобретения, включающем сверхпроводниковую пленку со слоем осаждения металлоорганических соединений, сформированным на слое физического осаждения из паровой фазы, I повышается приблизительно пропорционально увеличению толщины пленки даже тогда, когда толщина пленки превышает 1 мкм. Критический ток I составляет 196 A/см ширины, а плотность критического тока J составляет 1,5 MA/см максимум. Как описано выше, по сверхпроводящему тонкопленочному материалу по настоящему изобретению видно, что толщина сверхпроводниковой пленки увеличена, и таким образом критический ток I может быть эффективно улучшен по сравнению со сверхпроводящим тонкопленочным материалом, имеющим сверхпроводниковую пленку, сформированную только слоем физического осаждения из паровой фазы.
[0082] Основываясь на вышеописанных результатах испытаний относительно сравнительного примера, предположено, что в сверхпроводящем тонкопленочном материале по настоящему изобретению слой физического осаждения из паровой фазы также предпочтительно имеет толщину не более чем 2 мкм, а более предпочтительно - не более чем 1 мкм, чтобы подавить ухудшение гладкости поверхности слоя физического осаждения из паровой фазы.
Пример 4
()
c
[0083] Ниже будет описан пример 4 настоящего изобретения. Был изготовлен сверхпроводящий тонкопленочный материал по настоящему изобретению, имеющий сверхпроводниковые пленки, сформированные на обеих главных поверхностях подложки из никелевого сплава, и было проведено испытание по определению критического тока I.
c
[0084] Сначала, в качестве примера настоящего изобретения сверхпроводящий тонкопленочный материал был изготовлен аналогично примеру 1 способом изготовления, показанным на Фиг. 2. В сверхпроводниковых пленках, однако, слои HoBCO физического осаждения из паровой фазы, имеющие толщины 0,4 мкм, и слои HoBCO осаждения металлоорганических соединений, имеющие толщины 0,4 мкм, были сформированы на промежуточных слоях, сформированных на обеих главных поверхностях подложки из никелевого сплава соответственно. Затем был измерен I сверхпроводящего тонкопленочного материала при условиях, аналогичных условиям примера 3.
c
c
c
c
[0085] Результатом было то, что в сверхпроводящем тонкопленочном материале из настоящего примера I составил 82 A/см ширины на одной стороне поверхности подложки из никелевого сплава и 109 A/см ширины на другой стороне этой поверхности. Поэтому, когда обе поверхности были суммированы, I сверхпроводящего тонкопленочного материала из настоящего примера составил 191 A/см ширины. Так как сверхпроводниковые пленки сформированы на обеих главных поверхностях подложки из никелевого сплава, как в настоящем примере, возможно уменьшить толщину сверхпроводниковой пленки на каждой главной поверхности, требуемую для гарантирования желаемого I, и легко гарантировать гладкость поверхности и подавить внутренние дефекты, такие как пустоты, в сверхпроводниковой пленке на каждой главной поверхности. Из вышеописанного результата испытания видно, что можно гарантировать достаточный I за счет сверхпроводниковых пленок на обеих главных поверхностях.
Пример 5
()
c
[0086] Ниже будет описан пример 5 настоящего изобретения. Сверхпроводящий тонкопленочный материал по настоящему изобретению был изготовлен в форме широкого провода в качестве прототипа. В частности, сверхпроводящий тонкопленочный материал по настоящему изобретению изготовили способом, подобным способу в примере 1, используя в качестве подложки ленту из никелевого сплава, имеющую ширину 5 см. Затем измерили Jсверхпроводящего тонкопленочного материала при условиях, подобных условиям примера 3.
c
2
[0087] Из результатов было видно, что по всему сверхпроводящему тонкопленочному материалу шириной 5 см было получено равномерное распределение J в 1,4 МА/см ± 14%. В настоящем примере слой HoBCO осаждения металлоорганических соединений сформировали, используя метод нанесения покрытия головкой. Таким образом, было подтверждено, что сверхпроводящий тонкопленочный материал по настоящему изобретению может быть расширен при использовании широкой головки в методе нанесения покрытия головкой.
[0088] Следует понимать, что раскрытые здесь варианты осуществления и примеры являются иллюстративными, а не ограничительными в любом отношении. Рамки настоящего изобретения определены терминами формулы изобретения, а не приведенными выше вариантами осуществления и примерами, и предназначены охватывать любые модификации в пределах объема и смыслового значения, эквивалентных терминам формулы изобретения.
Промышленная применимость
[0089] Сверхпроводящий тонкопленочный материал по настоящему изобретению и способ его изготовления могут быть особенно выгодно применены в сверхпроводящем тонкопленочном материале, имеющем сформированную на подложке сверхпроводниковую пленку, и в способе его изготовления.