專利名稱：超導(dǎo)薄膜用基材、超導(dǎo)薄膜以及超導(dǎo)薄膜的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)薄膜用基材、超導(dǎo)薄膜以及超導(dǎo)薄膜的制造方法。
背景技術(shù)：
正在利用下述方法來制造超導(dǎo)線將中間層形成于基材之上，進(jìn)一步在中間層的上面形成由在液氮溫度(77K)以上顯示超導(dǎo)現(xiàn)象的氧化物超導(dǎo)體構(gòu)成的超導(dǎo)層，由此得到超導(dǎo)線。這種超導(dǎo)線的超導(dǎo)特性很大程度地依賴于氧化物超導(dǎo)體的結(jié)晶方位、特別是雙軸取向性。另外，為了得到具有高雙軸取向性的超導(dǎo)層，需要提高作為基底的中間層的表面的晶體取向性。因此，專利文獻(xiàn)1(日本特開2011-9106號公報(bào))中公開了下述內(nèi)容為了提高中間層表面的晶體取向性，首先在金屬基材上形成被稱為基礎(chǔ)層的下層，接著通過例如離子束輔助沉積法(IBAD法Ion Beam Assisted Deposition)對MgO等材料進(jìn)行成膜,從而形成具有高c軸取向性和a軸面內(nèi)取向性(這兩個(gè)取向性統(tǒng)稱為雙軸取向性)的強(qiáng)制取向?qū)?。另外，得到了該?qiáng)制取向?qū)雍螅瑸榱诉M(jìn)一步提高中間層表面的雙軸取向性，在強(qiáng)制取向?qū)由闲纬捎蒀eO2或PrO2等構(gòu)成的覆蓋層。并且，通過在該覆蓋層上形成超導(dǎo)層，能夠得到具有良好的超導(dǎo)特性的超導(dǎo)線。

此時(shí)，對于基礎(chǔ)層所要求的是具有能夠抑制金屬元素從金屬基材擴(kuò)散的功能、以及提高利用IBAD法而形成的強(qiáng)制取向?qū)拥娜∠蛐缘墓δ?。為了?shí)現(xiàn)這些功能，一般采用Al2O3A2O3或GZO作為基礎(chǔ)層。另外，專利文獻(xiàn)2(日本特許第2641865號公報(bào))中公開了下述內(nèi)容在硅單晶基材上，通過外延擴(kuò)散成長對MgAl2O3等尖晶石化合物進(jìn)行成膜，進(jìn)一步通過外延擴(kuò)散成長形成MgO膜之后，形成超導(dǎo)層。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-9106號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特許第2641865號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題但是，Al2O3的擴(kuò)散防止功能高，因此膜厚可以很薄，但提高強(qiáng)制取向?qū)拥娜∠蛐缘墓δ艿?，因此需要進(jìn)行能夠提高該取向性的Y2O3層的成膜。另外，GZO為I層的情況下，具有防止擴(kuò)散和提高強(qiáng)制取向?qū)拥娜∠蛐缘哪芰?，但防止擴(kuò)散的功能低，因此需要加厚膜厚。Al2O3A2O3和GZO均是成本增加的原因。另外，專利文獻(xiàn)I中公開有將Zr02/Y203用于基礎(chǔ)層的方法，但其沒有防止擴(kuò)散的能力，因此必須要在下層進(jìn)行具有擴(kuò)散防止能力的物質(zhì)的成膜。
另外，專利文獻(xiàn)2的構(gòu)成中，使用單晶基板，通過外延擴(kuò)散成長對尖晶石化合物進(jìn)行成膜，因此MgO膜的基底為由尖晶石化合物構(gòu)成的進(jìn)行了取向的層，作為對MgO膜進(jìn)行成膜的手段無法使用IBAD法。并且，若使用IBAD法以外的其他手段(例如外延擴(kuò)散成長)，則進(jìn)行成膜的MgO膜無法為具有雙軸取向性的層。本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的是提供一種超導(dǎo)薄膜用基材、超導(dǎo)薄膜以及超導(dǎo)薄膜的制造方法，其中，所述超導(dǎo)薄膜用基材具有抑制金屬元素從基材擴(kuò)散的效果高且能夠提高強(qiáng)制取向?qū)拥娜∠蛐赃@樣的構(gòu)成。用于解決問題的手段本發(fā)明的上述課題通過下述手段來解決。<1> 一種超導(dǎo)薄膜用基材，其具備含有金屬兀素的基材；基礎(chǔ)層，其形成于所述基材的表面上，并且以具有尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)的由至少一種過渡金屬元素、Mg和氧構(gòu)成的非取向的尖晶石化合物作為主體；和具有雙軸取向性的強(qiáng)制取向?qū)樱湫纬捎谒龌A(chǔ)層的表面上，并且以含有Mg的巖鹽型晶體結(jié)構(gòu)的巖鹽型化合物作為主體。<2> 一種超導(dǎo)薄膜用基材，其具備含有金屬元素的基材；基礎(chǔ)層，其形成于所述基材的表面上，并且以具有尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)的由至少一種過渡金屬元素、Ba和氧構(gòu)成 的非取向的尖晶石化合物作為主體；和具有雙軸取向性的強(qiáng)制取向?qū)?，其形成于所述基礎(chǔ)層的表面上，并且以含有Ba的巖鹽型晶體結(jié)構(gòu)的巖鹽型化合物作為主體。<3>如上述〈1>所述的超導(dǎo)薄膜用基材，其中，所述尖晶石化合物為MgAl204、MgCr204、MgY2O4、MgLa2O4 以及 MgGd2O4 的至少一種。<4>如上述〈1> 〈3>任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)薄膜用基材，其中，所述基礎(chǔ)層的厚度為IOnm以上且小于等于500nm。<5>如上述〈1> 〈4>任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)薄膜用基材，其中，所述基材的金屬元素為Ni或Fe。<6> 一種超導(dǎo)薄膜,其具備上述〈1> 〈5>任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)薄膜用基材、和超導(dǎo)層，該超導(dǎo)層形成于所述超導(dǎo)薄膜用基材的強(qiáng)制取向?qū)拥谋砻嫔锨矣裳趸锍瑢?dǎo)體構(gòu)成。<7> 一種超導(dǎo)薄膜用基材的制造方法，其具有在含有金屬元素的基材的表面上形成基礎(chǔ)層的工序，所述基礎(chǔ)層由具有尖晶石晶體結(jié)構(gòu)并含有I種過渡金屬和Mg的非取向的尖晶石化合物構(gòu)成；利用離子束輔助沉積法，在所述基礎(chǔ)層的表面上形成具有雙軸取向性的強(qiáng)制取向?qū)拥墓ば?，所述?qiáng)制取向?qū)右院蠱g的巖鹽型晶體結(jié)構(gòu)的巖鹽型化合物作為主體。<8> 一種超導(dǎo)薄膜用基材的制造方法，其具有在含有金屬元素的基材的表面上形成基礎(chǔ)層的工序，所述基礎(chǔ)層由具有尖晶石晶體結(jié)構(gòu)并含有I種過渡金屬和Ba的非取向的尖晶石化合物構(gòu)成；利用離子束輔助沉積法，在所述基礎(chǔ)層的表面上形成具有雙軸取向性的強(qiáng)制取向?qū)拥墓ば颍鰪?qiáng)制取向?qū)右院蠦a的巖鹽型晶體結(jié)構(gòu)的巖鹽型化合物作為主體。
發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種超導(dǎo)薄膜用基材、超導(dǎo)薄膜以及超導(dǎo)薄膜的制造方法，其中，所述超導(dǎo)薄膜用基材具有抑制金屬元素從基材擴(kuò)散的效果高且能夠提高強(qiáng)制取向?qū)拥娜∠蛐赃@樣的構(gòu)成。


圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的超導(dǎo)薄膜的層積結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的超導(dǎo)線用基材的詳細(xì)構(gòu)成的截面圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式的超導(dǎo)薄膜用基材、超導(dǎo)薄膜以及超導(dǎo)薄膜的制造方法進(jìn)行具體地說明。需要說明的是，圖中，對具有相同或?qū)?yīng)功能的部件(構(gòu)成要素)標(biāo)注相同的符號，并省略適當(dāng)?shù)恼f明。<超導(dǎo)薄膜的示意性構(gòu)成>圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的超導(dǎo)薄膜I的層積結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，超導(dǎo)薄膜I·具有在基材10上依次形成了中間層20、超導(dǎo)層30、保護(hù)層40這樣的層積結(jié)構(gòu)。并且，圖1中的帶狀的基材10和中間層20構(gòu)成了本發(fā)明的實(shí)施方式的超導(dǎo)線用基材2?；?0是含有向擴(kuò)散抑制層20側(cè)擴(kuò)散的金屬元素的基材?；?0中可以含有其他構(gòu)成元素，但優(yōu)選為僅由一種或2種以上的金屬元素構(gòu)成的低磁性的無取向金屬基材。作為基材10的材料，能夠使用例如強(qiáng)度以及耐熱性優(yōu)異的Cu、N1、T1、Mo、Nb、Ta、W、Mn、Fe、Ag等金屬或它們的合金。其中，從耐腐蝕性高這一觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用Fe和Ni金屬或它們的合金。并且，特別優(yōu)選的是在耐腐蝕性以及耐熱性方面優(yōu)異的不銹鋼、Hastelloy(注冊商標(biāo))等鎳系合金。另外，也可在所述各種金屬材料上搭配各種陶瓷。對于基材10的形狀沒有特別限定，能夠使用板材、線材、條體等各種各樣的形狀。例如若使用長條形的基材，則能夠?qū)⒊瑢?dǎo)薄膜I適用作超導(dǎo)線；若使用帶狀基材則能夠作為超導(dǎo)帶而適用。中間層20是為了在超導(dǎo)層30實(shí)現(xiàn)高的面內(nèi)取向性而在基材10上形成的層，其熱膨脹率和晶格常數(shù)等物理特性值表現(xiàn)為基材10和構(gòu)成超導(dǎo)層30的氧化物超導(dǎo)體的中間值。另外，關(guān)于具體的層構(gòu)成在后面敘述。超導(dǎo)層30優(yōu)選形成于中間層20上且由氧化物超導(dǎo)體構(gòu)成，具體是由銅氧化物超導(dǎo)體構(gòu)成。作為該銅氧化物超導(dǎo)體，能夠使用以REBa2Cu307_ s (稱為RE-123)、Bi2Sr2CaCu2O8+s (也包括Bi位點(diǎn)參雜有Pb的情況)、Bi2Sr2Ca2Cu3O10^ (也包括Bi位點(diǎn)參雜有Pb的情況)、(La，Ba)2Cu04_s、(Ca, Sr) Cu02_5 [Ca位點(diǎn)也可以為Ba]、(Nd, Ce)2CuO“、(Cu, Mo) Sr2 (Ce, Y) sCu20[稱為(Cu, Mo)_12s2，s=l、2、3、4]、Ba(Pb, Bi) O3 或Tl2Ba2CalriCunO2l^4 (n為2以上的整數(shù))等組成式表示的晶體材料。另外，銅氧化物超導(dǎo)體也能夠通過組合這些晶體材料來構(gòu)成。以上的晶體材料中，出于超導(dǎo)特性好且晶體結(jié)構(gòu)單純的理由，優(yōu)選使用REBa2Cu307_δ。另夕卜，晶體材料可以是多晶材料也可以是單晶材料。上述REBa2Cu3O"中的 RE 為 Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 或 Lu 等中的一
種稀土元素或2種以上的稀土元素，這些之中，出于不會(huì)與Ba位點(diǎn)發(fā)生取代等理由，優(yōu)選為Y。另外，δ為氧的不定比量，例如為O以上且小于等于1，從超導(dǎo)轉(zhuǎn)移溫度高這一觀點(diǎn)出發(fā)，越接近0，越是優(yōu)選的。需要說明的是，對于氧的不定比量，若使用高壓釜(autoclave)等設(shè)備進(jìn)行高壓氧退火等，則有時(shí)δ為小于O、即為負(fù)值。另外，REBa2Cu307_s以外的晶體材料的S也表示氧的不定比量，例如為O以上且小
于等于I。對于超導(dǎo)層30的膜厚沒有特別限定，例如為500nm以上且小于等于3000nm。作為超導(dǎo)層30的形成(成膜)方法，可以舉出例如TFA-MOD (Metal OrganicDeposition using TriFIuoroAcetates)法、PLD(Pulse Laser Deposition)法、CVD (Chemical Vapor Deposition)法、MOCVD(Metal Organic Chemical VaporDeposition)法、或派射法等。在這些成膜方法中，出于無需高真空、能夠在大面積且復(fù)雜形狀的基材10上進(jìn)行成膜、量產(chǎn)性 優(yōu)異這樣的理由，優(yōu)選使用MOCVD法。在如上述的超導(dǎo)層30的上面，通過例如濺射法成膜有由銀構(gòu)成的保護(hù)層40。另夕卜，成膜出保護(hù)層40而制造了超導(dǎo)薄膜I后，可以對超導(dǎo)薄膜I實(shí)施熱處理。<超導(dǎo)薄膜用基材及其制造方法>圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的超導(dǎo)線用基材2的詳細(xì)構(gòu)成的截面圖。如圖2所示，超導(dǎo)線用基材2的中間層20為依次層積有基礎(chǔ)層22、強(qiáng)制取向?qū)?4、LMO層26、覆蓋層28的構(gòu)成?；A(chǔ)層22形成于基材10上(基材10的表面)，其是用于抑制基材10的金屬兀素?cái)U(kuò)散并且使強(qiáng)制取向?qū)?4的雙軸取向性提高的層。并且，本實(shí)施方式中，所述基礎(chǔ)層22具有特征，該基礎(chǔ)層22是以具有尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)且由至少I種過渡金屬元素、Mg或Ba、以及氧構(gòu)成的非取向尖晶石化合物為主體的層。通過使基礎(chǔ)層22為這種構(gòu)成，從而抑制金屬元素從基材10擴(kuò)散的效果高，強(qiáng)制取向?qū)?4的取向性得以提高。需要說明的是，“非取向”意味著基礎(chǔ)層22超過50%的尖晶石化合物的各軸并未進(jìn)行取向。另外，“主體”表不基礎(chǔ)層22中所含有的構(gòu)成成分中含量最多的物質(zhì)。尖晶石化合物是以組成式AB2O4表示的氧化物，晶體中具有A位點(diǎn)和B位點(diǎn)這兩個(gè)位點(diǎn)。對于占據(jù)尖晶石結(jié)構(gòu)的氧化物的A位點(diǎn)和B位點(diǎn)的各金屬元素，A位點(diǎn)選自Mg以及Ba，B位點(diǎn)選自過渡金屬中的至少I種。需要說明的是，關(guān)于用于B位點(diǎn)的過渡金屬中的“至少I種”意味著也包含在B位點(diǎn)取代有其他過渡金屬元素。需要說明的是，為了抑制基礎(chǔ)層22和強(qiáng)制取向?qū)?4的反應(yīng)，強(qiáng)制取向?qū)?4的巖鹽型化合物含有與尖晶石化合物的A位點(diǎn)相同的金屬兀素。具體而言，作為尖晶石化合物可以舉出MgAl204、MgCr2O4, MgY2O4, MgLa2O4, MgGd2O4,BaAl2O4的至少I種。其中，將MgO用于強(qiáng)制取向?qū)?4的情況時(shí)，具有與尖晶石化合物的A位點(diǎn)同樣的Mg，從而基礎(chǔ)層22與強(qiáng)制取向?qū)?4難以反應(yīng)，能夠作為化合物穩(wěn)定存在，因此優(yōu)選MgAl204、MgCr204、MgY204、MgLa204、MgGd204的至少！種。進(jìn)一步，從實(shí)用的觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選為MgAl2O4。對于基礎(chǔ)層22的厚度沒有特別限定，但從抑制該基礎(chǔ)層22的功能(抑制金屬元素從基材10擴(kuò)散的功能和提高強(qiáng)制取向?qū)拥娜∠蛐缘墓δ?的下降的這一觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為IOnm以上；從抑制基材10的翹曲這一觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選500nm以下。特別是從因成本等要求而需使厚度變薄這一觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選為IOOnm以下。作為基礎(chǔ)層22的形成(成膜)方法，可以舉出例如TFA-MOD法、PLD法、CVD法、MOCVD法或?yàn)R射法等。其中，從制造容易這一觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用濺射法。使用濺射法的情況時(shí)，使由等離子體放電產(chǎn)生的惰性氣體離子(例如Ar+)與沉積源(尖晶石化合物)碰撞，使彈出的沉積顆粒在成膜面上堆積成膜。此時(shí)的成膜條件可以根據(jù)基礎(chǔ)層22的構(gòu)成材料或膜厚等來適當(dāng)設(shè)定，例如設(shè)定為RF濺射功率為100W以上且小于等于500W、線材傳送速度為10m/h以上且小于等于100m/h、成膜溫度為20°C以上且小于等于500°C。強(qiáng)制取向?qū)?4形成于基礎(chǔ)層22的正上方(基礎(chǔ)層22的表面)，其是以巖鹽型晶體結(jié)構(gòu)的巖鹽型化合物為主體且具有雙軸取向性的層。需要說明的是，“具有雙軸取向性”是指c軸取向性和a軸面內(nèi)取向性高，并不僅是所有的巖鹽型化合物的a軸和c軸進(jìn)行取向的情況，也包含基礎(chǔ)層22的90%以上的巖鹽型化合物的a軸和c軸進(jìn)行取向的情況。另夕卜，并不僅是c軸彼此間以及a軸彼此間統(tǒng)一在完全相同的方向上的情況，也指c軸彼此間以及a軸彼此間具有±5度以內(nèi)的角度的情況下也具有取向性。另外，“主體”表示強(qiáng)制取向?qū)?4中含有的構(gòu)成成分中含量最多的成分。該強(qiáng)制取向?qū)?4的巖鹽型化合物需要在強(qiáng)制取向?qū)?4的巖鹽型化合物和基礎(chǔ)層22的尖晶石化合物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的金屬元素中取舍選擇，因此從確實(shí)地抑制該化學(xué)反應(yīng)這一觀點(diǎn)出發(fā)，包含基礎(chǔ)層22的尖晶石化合物所含有的Mg或Ba。

具體而言，可以舉出MgO和BaO的至少I種作為巖鹽型化合物。從實(shí)用這一觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選為MgO。另外，例如也可以如(Mg，Ni)0等那樣，將陽離子位點(diǎn)的部分取代為其他金屬元素。對于強(qiáng)制取向?qū)?4的膜厚沒有特別限定，例如為Inm以上且小于等于20nm。強(qiáng)制取向?qū)?4的形成(成膜)方法使用例如在氬、氧、或氬與氧的混合氣體氣氛中利用IBAD法進(jìn)行成膜的方法。IBAD法中，從斜向?qū)Τ赡っ嬲丈漭o助離子束，同時(shí)通過RF濺射(或離子束濺射)使從沉積源(MgO等)彈出的沉積顆粒在成膜面上堆積成膜。此時(shí)的成膜條件可以根據(jù)強(qiáng)制取向?qū)?4的構(gòu)成材料或膜厚等適當(dāng)設(shè)定，例如可以將輔助離子束電壓設(shè)定為800V以上且小于等于1500V、將輔助離子束電流設(shè)定為80mA以上且小于等于350mA、將輔助離子束加速電壓設(shè)定為200V、將RF濺射功率設(shè)定為800W以上且小于等于1500W、將線材傳送速度設(shè)定為40m/h以上且小于等于500m/h、將成膜溫度設(shè)定為5°C以上且小于等于350°C。需要說明的是，“強(qiáng)制取向?qū)印边@一用語是指通過IBAD法形成的具有雙軸取向性的層，是否為通過IBAD法形成的強(qiáng)制取向?qū)涌梢酝ㄟ^下述方法來特定利用X射線衍射測定等來分析基礎(chǔ)層22是否為非取向、并且成為強(qiáng)制取向?qū)?4的層是否具有雙軸取向性，從而確定是否為通過IBAD法形成的強(qiáng)制取向?qū)?。LMO層26配置在強(qiáng)制取向?qū)?4和覆蓋層28之間，并具有使覆蓋層28的晶格匹配性提高的功能。這種LMO層26是由以組成式為LaMnM03+s ( δ為氧的不定比量)表示的晶體材料構(gòu)成的氧化物層。需要說明的是，對于δ值沒有特別限定，例如為-1〈δ〈I。另外，從能夠降低LMO的晶格成為立方晶的相轉(zhuǎn)移溫度這一觀點(diǎn)出發(fā)，LMO層26優(yōu)選為由以組成式為Laz(MrvxMx)wCVs (M=選自Cr、Al、Co以及Ti中的至少I種，δ為氧的不定比量，0〈ζ/w<2,0<x ^ I)表示的晶體材料構(gòu)成的氧化物層。對于LMO層26的厚度沒有特別限定，從抑制LMO層26的表面粗糙度這一觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為IOOnm以下；從制造方面的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為4nm以上。作為具體值，可以舉出30nmo作為LMO層26的形成(成膜)方法，可以舉出一邊對基材10進(jìn)行加熱一邊通過PLD法或RF濺射法進(jìn)行成膜。利用RF濺射法的成膜條件可以根據(jù)作為LMO層26的構(gòu)成材料的Laz(MrvxMx)wCVs中的M取代量x或LMO層26的膜厚等適當(dāng)設(shè)定。例如可以將濺射功率設(shè)定為100W以上且小于等于300W、線材傳送速度設(shè)定為20m/h以上且小于等于200m/h、成膜溫度(基材加熱溫度)設(shè)定為800°C以下、成膜氣氛設(shè)定為O.1Pa以上且小于等于1.5Pa的Ar氣體氣氛。覆蓋層28形成于LMO層26上，其是用于保護(hù)LMO層26的同時(shí)進(jìn)一步提高與超導(dǎo)層30的晶格匹配性的層。具體而言，其含有稀土元素，并且由具有自取向性的螢石型晶體結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。該螢石型晶體結(jié)構(gòu)體為例如選自CeO2以及PrO2中的至少I種。另外，只要覆蓋層28主要具備螢石型晶體結(jié)構(gòu)體即可，除此之外也可以含有雜質(zhì)。對于覆蓋層28的膜厚的沒有特別限定，為了得到充分的取向性，優(yōu)選為50nm以上，進(jìn)一步優(yōu)選為300nm以上。但是，若超過600nm則成膜時(shí)間增大，因此優(yōu)選600nm以下。作為該覆蓋層28的形成(成膜)方法可以舉出基于PLD法或RF濺射法進(jìn)行的成膜。利用RF濺射法的成膜條件可以根據(jù)覆蓋層28的構(gòu)成材料和膜厚等適當(dāng)設(shè)定。例如，可以將RF濺射功率設(shè)定為200W以上且小于等于1000W、將線材傳送速度設(shè)定為2m/h以上且小于等于50m/h、成膜溫度設(shè)定為450°C以上且小于等于800°C。< 效果 >
本實(shí)施方式中，如上所述，作為由巖鹽型晶體結(jié)構(gòu)的巖鹽型化合物構(gòu)成的具有雙軸取向性的強(qiáng)制取向?qū)?4的基底，具有由至少I種過渡金屬元素、Mg或Ba、和氧構(gòu)成且具有尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)的尖晶石化合物構(gòu)成的基礎(chǔ)層22，并且尖晶石化合物和巖鹽型化合物含有相同的金屬元素(Mg或Ba)，從而因尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)的晶體的穩(wěn)定性而抑制與巖鹽型化合物的反應(yīng)，同時(shí)強(qiáng)制取向?qū)?4的巖鹽型化合物和基礎(chǔ)層22的尖晶石化合物不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此能夠提高強(qiáng)制取向?qū)?4的取向性。并且，只要能夠提高強(qiáng)制取向?qū)?4的取向性，則能夠提高作為上層而形成的超導(dǎo)層30的取向性，因而能夠提高超導(dǎo)薄膜I的臨界電流特性。<變形例>需要說明的是，雖然就特定的實(shí)施方式已經(jīng)詳細(xì)地說明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于這些實(shí)施方式，在本發(fā)明的范圍內(nèi)其他各種實(shí)施方式均為可能，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，例如可以適當(dāng)?shù)亟M合上述幾種實(shí)施方式來實(shí)施。另外，也可以適當(dāng)?shù)亟M合以下的變形例。例如，能夠省略LMO層26、覆蓋層28或保護(hù)層40。另外，也能夠在中間層20中追加其他層來代替LMO層26。另外，本實(shí)施方式中，對于基礎(chǔ)層22是通過以尖晶石化合物作為靶材進(jìn)行成膜來形成的情況進(jìn)行了說明，但也可以通過例如對Al2O3進(jìn)行成膜后，于適當(dāng)?shù)臈l件下在Al2O3上對MgO進(jìn)行成膜則也能夠形成尖晶石化合物的基礎(chǔ)層22。除此之外，即使通過進(jìn)行高溫?zé)崽幚砘螂x子束的照射也能夠形成尖晶石化合物的基礎(chǔ)層22。另外，本實(shí)施方式中對超導(dǎo)薄膜I進(jìn)行了說明，但該超導(dǎo)薄膜I能夠應(yīng)用于其他各種各樣的機(jī)器中。例如能夠應(yīng)用于超導(dǎo)限流器、SMES(Superconducting Magnetic EnergyStorage)、超導(dǎo)變壓器、NMR(核磁共振)分析裝置、單晶提拉(引務(wù)上(f )裝置、磁懸浮列車、磁分離裝置等機(jī)器。需要說明的是，日本申請2011-162331的公開內(nèi)容以其全部通過參考的方式引入本說明書。本說明書中記載的全部文獻(xiàn)、專利申請、以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)通過參考的方式引入本說明書中，各文獻(xiàn)、專利申請以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以參考方式引入的程度與其詳細(xì)并各自記載的情況的程度相同。實(shí)施例以下利用實(shí)施例對本發(fā)明涉及的超導(dǎo)薄膜用基材、超導(dǎo)薄膜以及超導(dǎo)薄膜的制造方法進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不受這些實(shí)施例的任何限定。對于本發(fā)明的實(shí)施例以及比較例的超導(dǎo)薄膜，準(zhǔn)備帶狀的Hastelloy基板作為基材，利用機(jī)械研磨或電場研磨對該Hastelloy基板上的一面實(shí)施表面研磨。然后，使用濺射裝置在表面研磨后的Hastelloy基板上，按照每個(gè)實(shí)施例以及比較例改變材料，由此來形成厚度為20nm 120nm的基礎(chǔ)層。然后，在該基礎(chǔ)層上利用IBAD法在常溫下形成Inm 20nm的由MgO構(gòu)成的強(qiáng)制取向?qū)?IBAD-MgO層)。利用派射法在強(qiáng)制取向?qū)由闲纬?00nm的由LMO構(gòu)成的LMO層。利用濺射法在該LMO層上于650°C形成200nm的由CeOjQ成的覆蓋層 。在覆蓋層上，通過MOCVD法于845°C形成I μ m厚的由YBCO構(gòu)成的超導(dǎo)層，從而形成超導(dǎo)薄膜(超導(dǎo)線)。<實(shí)施例>對于各超導(dǎo)薄膜的實(shí)施例，具體而言，實(shí)施例中以MgAl2O4作為基礎(chǔ)層的材料；實(shí)施例2中以MgCr2O4作為基礎(chǔ)層的材料；實(shí)施例3中以MgY2O4作為基礎(chǔ)層的材料；實(shí)施例4中以MgLa2O4作為基礎(chǔ)層的材料；實(shí)施例5中以MgGd2O4作為基礎(chǔ)層的材料。<比較例>對于各超導(dǎo)薄膜的比較例，具體而言，比較例I為未形成基礎(chǔ)層的示例；比較例2中以GZO作為基礎(chǔ)層材料。比較例3中以Y2O3作為基礎(chǔ)層的材料；比較例4中以Al2O3作為基礎(chǔ)層的材料。另外，比較例5中以Y2O3和Al2O3的2層結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)層；比較例6中以含有Zr-O的Y2O3和Al2O3的2層結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)層。<評價(jià)方法>以下，對實(shí)施例1 5、比較例I 6中制作的超導(dǎo)薄膜的評價(jià)方法以及評價(jià)結(jié)果進(jìn)行敘述。(I)取向性對于各實(shí)施例以及比較例的超導(dǎo)薄膜的超導(dǎo)層，使用Rigaku公司生產(chǎn)的X-射線衍射裝置RINT-ULTIMAIII進(jìn)行取向率的計(jì)算。具體而言，在使用CuKa線、管電壓為40kV、管電流為40mA、掃描速度為2. Odeg/min、受光縫隙O. 15mm、作為掃描范圍的2 Θ為5° 135°的條件下使用上述X-射線衍射裝置進(jìn)行測定，得到各超導(dǎo)線材的X射線衍射圖案。使用以下的公式，由得到的衍射圖案求出取向率。[數(shù)I]
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)薄膜用基材，其具備 含有金屬兀素的基材； 基礎(chǔ)層，其形成于所述基材的表面上，并且以具有尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)的由至少一種過渡金屬元素、Mg和氧構(gòu)成的非取向的尖晶石化合物作為主體；和 具有雙軸取向性的強(qiáng)制取向?qū)?，其形成于所述基礎(chǔ)層的表面上，并且以含有Mg的巖鹽型晶體結(jié)構(gòu)的巖鹽型化合物作為主體。
2.一種超導(dǎo)薄膜用基材，其具備 含有金屬兀素的基材； 基礎(chǔ)層，其形成于所述基材的表面上，并且以具有尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)的由至少一種過渡金屬元素、Ba和氧構(gòu)成的非取向的尖晶石化合物作為主體；和 具有雙軸取向性的強(qiáng)制取向?qū)樱湫纬捎谒龌A(chǔ)層的表面上，并且以含有Ba的巖鹽型晶體結(jié)構(gòu)的巖鹽型化合物作為主體。
3.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)薄膜用基材，其中，所述尖晶石化合物為MgAl204、MgCr204、MgY2O4^MgLa2O4 以及 MgGd2O4 的至少一種。
4.如權(quán)利要求1 權(quán)利要求3任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)薄膜用基材，其中，所述基礎(chǔ)層的厚度為10nm以上且小于等于500nm。
5.如權(quán)利要求1 權(quán)利要求4任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)薄膜用基材，其中，所述基材的金屬元素為Ni或Fe。
6.一種超導(dǎo)薄膜，其具備權(quán)利要求1 權(quán)利要求5任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)薄膜用基材、和超導(dǎo)層，該超導(dǎo)層形成于所述超導(dǎo)薄膜用基材的強(qiáng)制取向?qū)拥谋砻嫔喜⑶沂怯裳趸锍瑢?dǎo)體構(gòu)成的。
7.一種超導(dǎo)薄膜用基材的制造方法，其具有 在含有金屬元素的基材的表面上形成基礎(chǔ)層的工序，所述基礎(chǔ)層由具有尖晶石晶體結(jié)構(gòu)并含有I種過渡金屬和Mg的非取向的尖晶石化合物構(gòu)成；和 利用離子束輔助法，在所述基礎(chǔ)層的表面上形成具有雙軸取向性的強(qiáng)制取向?qū)拥墓ば?，所述?qiáng)制取向?qū)右院蠱g的巖鹽型晶體結(jié)構(gòu)的巖鹽型化合物作為主體。
8.一種超導(dǎo)薄膜用基材的制造方法，其具有 在含有金屬元素的基材的正上方形成基礎(chǔ)層的工序，所述基礎(chǔ)層由具有尖晶石晶體結(jié)構(gòu)并含有I種過渡金屬和Ba的非取向的尖晶石化合物構(gòu)成；和 利用離子束輔助法，在所述基礎(chǔ)層的表面上形成具有雙軸取向性的強(qiáng)制取向?qū)拥墓ば?，所述?qiáng)制取向?qū)右院蠦a的巖鹽型晶體結(jié)構(gòu)的巖鹽型化合物作為主體。
全文摘要
本發(fā)明涉及超導(dǎo)薄膜用基材、超導(dǎo)薄膜以及超導(dǎo)薄膜的制造方法，所述超導(dǎo)薄膜用基材的抑制金屬元素從基材擴(kuò)散的效果高且能夠提高強(qiáng)制取向?qū)拥娜∠蛐?。超?dǎo)薄膜用基材(2)具備含有金屬元素的基材(10)；基礎(chǔ)層(22)，其形成于該基材(10)的表面上，并且以具有尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)的由至少一種過渡金屬元素、Mg和氧構(gòu)成的非取向的尖晶石化合物作為主體；具有雙軸取向性的強(qiáng)制取向?qū)?24)，其形成于該基礎(chǔ)層(22)的表面上，并且以含有Mg的巖鹽型晶體結(jié)構(gòu)的巖鹽型化合物作為主體。
文檔編號H01B13/00GK103069509SQ201280002350
公開日2013年4月24日 申請日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者早瀨裕子, 福島弘之, 奧野良和, 小島映二, 坂本久樹 申請人:古河電氣工業(yè)株式會(huì)社