Сверхпроводящий тонкопленочный материал и способ его изготовления

Сверхпроводящий тонкопленочный материал и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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

[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_c). 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

[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_c) и высоким критическим током (I_c). 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.

[0006] Как описано выше, традиционно трудно одновременно реализовать достижение превосходного свойства, такого как высокая J_c и высокий I_c, и уменьшение затрат на сверхпроводящий тонкопленочный материал.

[0007] Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить сверхпроводящий тонкопленочный материал, который позволяет одновременно реализовать достижение превосходного свойства, такого как высокая J_c и высокий I_c, 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.

[0009] Для того чтобы обеспечить превосходное свойство сверхпроводящего тонкопленочного материала, такое как высокая J_c и высокий I_c, 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_c и высокий I_c. 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_c и высокий I_c, 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.

[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_c 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_c за счет сверхпроводниковых пленок на обеих главных поверхностях.

[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_c и J_c, 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.

[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_c и высокий I_c, 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.

[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_c 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.

[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_c и J_c.

[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

[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_c и высокий I_c, 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.

Фиг. 15 - график, показывающий зависимость между толщиной пленки MOD и I_c 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.

Фиг. 22 - график, показывающий зависимости между толщинами сверхпроводниковых пленок и критическими токами (I_c) в сверхпроводящем тонкопленочном материале из примера настоящего изобретения и из сравнительного примера, который находится вне рамок настоящего изобретения.

Описание ссылочных обозначений

[0036] 1 - сверхпроводящий тонкопленочный материал, 10 - ориентированная металлическая подложка, 10A - главная поверхность, 20 - промежуточный слой, 21 - первый слой CeO₂, 22 - слой YSZ, 23 - второй слой CeO₂, 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.

[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, HoBa₂Cu₃O_X). 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.

[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 CeO₂ (оксида церия) и YSZ (стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония), более конкретно, первый слой 21 CeO₂, слой 22 YSZ, сформированный на первом слое 21 CeO₂, и второй слой 23 CeO₂, 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.

[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 CeO₂, стадию формирования слоя YSZ и стадию формирования второго слоя CeO₂, так что на ориентированной металлической подложке 10 по очереди формируют первый слой 21 CeO₂, слой 22 YSZ и второй слой 23 CeO₂. Несмотря на то, что эти стадия формирования первого слоя CeO₂, стадия формирования слоя YSZ и стадия формирования второго слоя CeO₂ могут быть выполнены методом физического осаждения из паровой фазы, например, методом PLD или ему подобным, они могут быть выполнены методом MOD.

[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_c и I_c 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.

[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 CO₂ (углекислый газ) и H₂O (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 (O₂) 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.

[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_c, J_c 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.

[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_c и высокий I_c, 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 HoB