專利名稱：超導(dǎo)薄膜材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)薄膜材料及其制造方法，更具體地，本發(fā)明涉及 具有在襯底上形成的超導(dǎo)膜的超導(dǎo)薄膜材料和制造所述超導(dǎo)薄膜材料 的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，已開(kāi)發(fā)了多種超導(dǎo)薄膜材料，如具有在金屬襯底上形成 的超導(dǎo)膜的超導(dǎo)帶狀線材，其中形成所述超導(dǎo)膜的方法為物理氣相沉 積(PVD)法例如脈沖激光沉積(PLD)法，以及有機(jī)金屬沉積(MOD)法如 三氟醋酸鹽-有機(jī)金屬沉積法(TFA-MOD)法。例如，提出了有效制造具 有很大臨界電流密度(Jc)的氧化物超導(dǎo)線材的方法。氧化物超導(dǎo)線材通 過(guò)如下來(lái)制造當(dāng)用PLD法等在金屬帶上形成氧化物超導(dǎo)層時(shí)，將金 屬帶的傳遞速度以及在金屬帶和用于產(chǎn)生氧化物的靶之間的距離分別 設(shè)定為指定值(日本專利公開(kāi)2005-38632號(hào)(專利文獻(xiàn)l))。
專利文獻(xiàn)l:日本專利公開(kāi)2005-38632號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題
當(dāng)使用PVD法、尤其是PLD法來(lái)形成超導(dǎo)膜時(shí)，具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)， 即可得到如下超導(dǎo)薄膜材料，其具有接近于靶組成的超導(dǎo)膜組成，并 具有高的Jc和高的臨界電流(Ic)。然而，如果使用PVD法，需要在減 壓條件下形成所述膜。因此，很難進(jìn)行有效的大規(guī)模生產(chǎn)，且增加了 制造成本。當(dāng)使用PVD法來(lái)形成超導(dǎo)膜時(shí)，還有一個(gè)問(wèn)題，即膜厚度 的增加導(dǎo)致薄膜表面平滑度的降低。另一方面，當(dāng)使用MOD法形成超導(dǎo)膜時(shí)，可相對(duì)容易地簡(jiǎn)化生 產(chǎn)設(shè)備。因此，與使用PVD法的情況相比，有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即能夠相對(duì) 容易地降低涉及生產(chǎn)設(shè)備的成本，并能制造出便宜的超導(dǎo)薄膜材料。 通過(guò)MOD法形成的超導(dǎo)膜還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即具有優(yōu)良的表面平滑度。 然而，例如在TFA-MOD法中，在成膜過(guò)程中，當(dāng)超導(dǎo)膜晶體生長(zhǎng)時(shí)， 氟會(huì)從超導(dǎo)膜內(nèi)分離。因此，超導(dǎo)膜的晶體生長(zhǎng)速度很慢，必然不易 提高生產(chǎn)效率。另外，很難制造例如寬的超導(dǎo)薄膜材料，這是因?yàn)樾?要均勻促進(jìn)上述的氟分離，抑制了生產(chǎn)效率的提高。而且，在TFA-MOD 法中，在制造過(guò)程中產(chǎn)生需要謹(jǐn)慎處理的氟化氫。因此，需要處理所 述氟化氫的費(fèi)用，這會(huì)增加超導(dǎo)薄膜材料的生產(chǎn)成本。
通過(guò)使用在其中不使用含氟有機(jī)金屬鹽溶液的無(wú)氟MOD法能夠 解決TFA-MOD法的上述問(wèn)題。然而，所述無(wú)氟MOD法有一個(gè)問(wèn)題， 即源于襯底的超導(dǎo)膜的晶核生長(zhǎng)和在襯底上形成的中間層很難完成。
如上所述，在超導(dǎo)薄膜材料中，通常很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)如高Jc和高Ic 的優(yōu)良性能以及成本的降低。
因此，本發(fā)明的目的是，提供一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)如高Jc和高Ic的優(yōu) 良性能以及成本降低的超導(dǎo)薄膜材料和制造所述超導(dǎo)薄膜材料的方 法。
解決所述問(wèn)題的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的超導(dǎo)薄膜材料包括襯底和在所述襯底上形成的超導(dǎo)膜。 所述超導(dǎo)膜包括用物理氣相沉積法形成的物理氣相沉積層，和用有 機(jī)金屬沉積法在所述物理氣相沉積層上形成的有機(jī)金屬沉積層。
為了給超導(dǎo)薄膜材料提供優(yōu)良性能如高Jc和高Ic，很重要的是， 形成具有足夠膜厚度的超導(dǎo)膜，同時(shí)確保超導(dǎo)膜中的高表面平滑度和 高取向。本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)能以低成本實(shí)現(xiàn)前述性能要求的超導(dǎo)薄膜材料及其制造方法進(jìn)行了仔細(xì)研究。結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，首先，通
過(guò)物理氣相沉積法(PVD法)形成具有接近靶組成的組成且具有高取向 的物理氣相沉積膜作為超導(dǎo)膜，然后，通過(guò)有機(jī)金屬沉積法(MOD法) 在所述物理氣相沉積膜上形成作為超導(dǎo)膜的有機(jī)金屬沉積層，由此能 夠以低成本形成具有高取向和高表面平滑度的超導(dǎo)膜。根據(jù)該制造方 法，能夠制造具有優(yōu)良性能如高Jc和高Ic的低成本超導(dǎo)薄膜材料。也 就是，如果僅通過(guò)如上所述的PVD法形成超導(dǎo)膜，則表面平滑度傾向 于隨著超導(dǎo)膜變厚而降低。采用能提供優(yōu)良表面平滑度的MOD法結(jié)合 PVD法(而不是僅采用PVD法)形成的整個(gè)超導(dǎo)膜，改進(jìn)了超導(dǎo)膜的表 面平滑度。如果通過(guò)使用物理氣相沉積層作為種膜(seed film)來(lái)形成有 機(jī)金屬沉積層，則有機(jī)金屬沉積層的晶核生長(zhǎng)更易于完成。因此，本 發(fā)明能提供一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)如高Jc和高Ic的優(yōu)良性能和成本降低的超 導(dǎo)薄膜材料，這是因?yàn)镻VD法和MOD法各自的缺點(diǎn)可相互彌補(bǔ)且將 它們的優(yōu)點(diǎn)最大化。
這里，"取向"是指晶粒的晶體取向?qū)?zhǔn)程度。"表面平滑度" 是指膜表面的平整度。
優(yōu)選地，上述超導(dǎo)薄膜材料還包括在襯底和超導(dǎo)膜之間的中間層。 因?yàn)橹虚g層被插入到襯底和超導(dǎo)膜之間，所以能改善超導(dǎo)膜的取向。 另外，能抑制襯底和超導(dǎo)膜之間原子的擴(kuò)散和反應(yīng)。因此，能夠提高 超導(dǎo)薄膜材料的性能，并能擴(kuò)大關(guān)于襯底的選擇范圍。
優(yōu)選地，在上述超導(dǎo)薄膜材料中，在襯底的兩個(gè)主面上都形成超 導(dǎo)膜。隨著膜厚度增加，需要嚴(yán)格控制成膜條件，這是因?yàn)槌瑢?dǎo)膜的 表面平滑度變得難以保證，且超導(dǎo)膜中的內(nèi)部缺陷如空隙(void)也變得 難以抑制。為了解決該問(wèn)題，因?yàn)樵谝r底的兩個(gè)主面上都形成了超導(dǎo) 膜，所以能降低每個(gè)主面上所要求的超導(dǎo)膜的膜厚度，所述膜厚度被 要求能保證穿過(guò)超導(dǎo)薄膜材料的所需電流Ic。因此，在每個(gè)主面上的
超導(dǎo)膜中，易于確保表面平滑度并抑制內(nèi)部缺陷如空隙，而且，通過(guò)兩個(gè)主面上的超導(dǎo)膜可確保足夠的Ic。
優(yōu)選地，在上述超導(dǎo)薄膜材料中，多個(gè)由物理氣相沉積層和有機(jī) 金屬沉積層的組合構(gòu)成的結(jié)構(gòu)在超導(dǎo)膜中堆疊。如上所述，在用PVD
法形成的物理氣相沉積層中，隨著膜厚度增加，變得難以保證表面平
滑度。在用MOD法形成的有機(jī)金屬沉積層中，隨著膜厚度增加，變得 難以抑制內(nèi)部缺陷如空隙。為了解決該問(wèn)題，因?yàn)槭紫刃纬晌锢須庀?沉積層，然后在所述物理氣相沉積層上形成有機(jī)金屬沉積層，所以能 夠提高表面平滑度。而且，因?yàn)閷⒂袡C(jī)金屬沉積層的膜厚度限制到這 樣的程度，使得易于抑制內(nèi)部缺陷如空隙，再在具有改進(jìn)的表面平滑 度的超導(dǎo)膜上形成物理氣相沉積層，然后在物理氣相沉積層上形成另 外的有機(jī)金屬沉積層，所以能增加超導(dǎo)膜的膜厚度，且再次提高了超 導(dǎo)膜的表面平滑度。這樣，因?yàn)槎鄠€(gè)由物理氣相沉積層和有機(jī)金屬沉 積層的組合構(gòu)成的結(jié)構(gòu)被堆疊，所以能夠提供一種超導(dǎo)薄膜材料，其 中能確保表面平滑度并抑制內(nèi)部缺陷如空隙，形成了具有足夠膜厚度 的超導(dǎo)膜，并能確保所需的超導(dǎo)性能如Ic;和Jc。
在上述超導(dǎo)薄膜材料中，所述有機(jī)金屬沉積層的厚度優(yōu)選不超過(guò)
1 pm。在通過(guò)MOD法形成的有機(jī)金屬沉積層中，隨著膜厚度增加，容 易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷如空隙。如果有機(jī)金屬沉積層的厚度不超過(guò)1 pm，就 能夠相對(duì)容易地抑制內(nèi)部缺陷如空隙的產(chǎn)生。
在上述超導(dǎo)薄膜材料中，所述物理氣相沉積層的厚度優(yōu)選不超過(guò) 2pm。在通過(guò)PVD法形成的物理氣相沉積層中，隨著膜厚度增加，變 得難以確保表面平滑度。如果物理氣相沉積層的厚度不超過(guò)2 ^m，則 能相對(duì)容易地確保良好的表面平滑度。
優(yōu)選地，在上述超導(dǎo)薄膜材料中，上述物理氣相沉積方法為選自 如下的任何一種氣相沉積方法脈沖激光沉積法、濺射法和電子束法。在物理氣相沉積(PVD)方法中，脈沖激光沉積法、濺射法和電子束 法適于形成高取向的超導(dǎo)薄膜，而且它們適于形成本發(fā)明的物理氣相 沉積膜。
優(yōu)選地，在上述超導(dǎo)薄膜材料中，有機(jī)金屬沉積法為在其中不使 用含氟有機(jī)金屬鹽溶液的無(wú)氟有機(jī)金屬沉積法。與有機(jī)金屬沉積(MOD) 法的典型沉積方法TFA-MOD法不同，所述無(wú)氟有機(jī)金屬沉積法不是 一種如下所述的沉積方法在成膜過(guò)程中，在氟從超導(dǎo)膜內(nèi)分離的同 時(shí)，超導(dǎo)膜的晶體仍然生長(zhǎng)。因此，超導(dǎo)膜晶體的生長(zhǎng)速度很快，且 能提高生產(chǎn)效率。因?yàn)椴恍枰鶆虻卮龠M(jìn)上述氟的分離，所以能夠容 易地制造例如寬的超導(dǎo)薄膜材料，這也能幫助提高生產(chǎn)效率。另外， 不需要處理氟化氫的費(fèi)用，因?yàn)樵诔赡み^(guò)程中，不產(chǎn)生需要謹(jǐn)慎處理 的氟化氫。而且，因?yàn)槟軌蚴褂弥行匀芤哼M(jìn)行所述過(guò)程，所以當(dāng)將無(wú) 氟有機(jī)金屬沉積法應(yīng)用到本發(fā)明的超導(dǎo)薄膜材料時(shí)，能夠形成有機(jī)金 屬沉積層而不損害先前形成的物理氣相沉積層。因此，能節(jié)省制造成 本，還能提高本發(fā)明超導(dǎo)薄膜材料的性能。
無(wú)氟有機(jī)金屬沉積法是一種不使用含氟有機(jī)金屬鹽溶液的有機(jī)金 屬沉積法。用于所述有機(jī)金屬沉積法中的溶液包括例如含金屬乙酰 丙酮化物的溶液(Ho:Ba:Cu-l:2:3)、含環(huán)烷酸的溶液等。
本發(fā)明的制造超導(dǎo)薄膜材料的方法包括制備襯底的襯底制備步 驟，和在所述襯底上形成超導(dǎo)膜的超導(dǎo)膜形成步驟。所述超導(dǎo)膜形成
步驟包括通過(guò)物理氣相沉積方法形成物理氣相沉積層的物理氣相沉
積步驟，和通過(guò)有機(jī)金屬沉積方法在物理氣相沉積層上形成有機(jī)金屬 沉積層的有機(jī)金屬沉積步驟。
如上所述，按照本發(fā)明的制造超導(dǎo)薄膜材料的方法，能夠制造出
能同時(shí)實(shí)現(xiàn)如高Jc和高Ic的優(yōu)良性能和成本降低的超導(dǎo)薄膜材料，因 為PVD法和MOD法各自的缺點(diǎn)可以相互彌補(bǔ)，且它們的優(yōu)點(diǎn)被最大化。
本發(fā)明的制造超導(dǎo)薄膜材料的方法還包括用于形成在襯底和超 導(dǎo)膜之間的中間層的中間層形成步驟，所述中間層形成步驟在襯底制 備步驟之后，并在超導(dǎo)膜形成步驟之前。
因?yàn)橹虚g層被插入到襯底和超導(dǎo)膜之間，所以能夠改善超導(dǎo)膜的 取向，并能抑制在襯底和超導(dǎo)膜之間原子的擴(kuò)散和反應(yīng)。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的制造超導(dǎo)薄膜材料的方法中，在物理氣相沉 積步驟中，在襯底的兩個(gè)主面上都形成物理氣相沉積層，且在襯底的 兩個(gè)主面上的物理氣相沉積層上形成有機(jī)金屬沉積層。
由此，降低了各個(gè)主面上超導(dǎo)膜的膜厚度，因此可容易地確保表 面平滑度并抑制內(nèi)部缺陷如空隙。另外，通過(guò)兩個(gè)主面上的超導(dǎo)膜可 確保足夠的Ie。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的制造超導(dǎo)薄膜材料的方法中，將物理氣相沉 積步驟和有機(jī)金屬沉積步驟交替進(jìn)行多次。
由此，因?yàn)槎鄠€(gè)由物理氣相沉積層和有機(jī)金屬沉積層的組合構(gòu)成 的結(jié)構(gòu)被堆疊，所以可容易地確保表面平滑度并抑制內(nèi)部缺陷如空隙， 并能形成具有足夠膜厚度的超導(dǎo)膜。因此，能夠容易地制造能確保所
需性能如Ic:和Jc的超導(dǎo)薄膜材料。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的制造超導(dǎo)薄膜材料的方法中，在有機(jī)金屬沉 積步驟中形成厚度不超過(guò)1 pm的有機(jī)金屬沉積層。由此，能夠相對(duì)容 易地抑制有機(jī)金屬沉積層中內(nèi)部缺陷如空隙的產(chǎn)生。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的制造超導(dǎo)薄膜材料的方法中，在物理氣相沉積步驟中形成厚度不超過(guò)2pm的物理氣相沉積層。由此，能夠相對(duì)容 易地確保所述物理氣相沉積層的良好的表面平滑度。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的制造超導(dǎo)薄膜材料的方法中，上述物理氣相 沉積法為選自脈沖激光沉積法、濺射法和電子束法中的任一種氣相沉 積方法。
在物理氣相沉積(PVD)方法中，脈沖激光沉積法、濺射法和電子束 法適于形成具有高取向的超導(dǎo)膜，且它們適于在本發(fā)明的制造超導(dǎo)薄 膜材料的方法中形成物理氣相沉積薄膜。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的制造超導(dǎo)薄膜材料的方法中，上述有機(jī)金屬 沉積方法為其中不使用含氟有機(jī)金屬鹽溶液的無(wú)氟有機(jī)金屬沉積方 法。
由此，與有機(jī)金屬沉積(MOD)法的典型沉積方法TFA-MOD法不 同，超導(dǎo)膜的晶體生長(zhǎng)速度很快，且能夠提高生產(chǎn)效率。不需要均勻 促進(jìn)上述氟分離，這能夠有助于提高生產(chǎn)效率。另外，不需要處理氟 化氫的費(fèi)用，因?yàn)樵诔赡み^(guò)程中未生成需要謹(jǐn)慎處理的氟化氫。而且， 因?yàn)槟軌蚴褂弥行匀芤哼M(jìn)行所述過(guò)程，所以當(dāng)將無(wú)氟有機(jī)金屬沉積法 應(yīng)用到本發(fā)明的超導(dǎo)薄膜材料時(shí)，能夠形成有機(jī)金屬沉積層而不損害 先前形成的物理氣相沉積膜。因此，能夠節(jié)省制造成本，并能夠進(jìn)一 步提高本發(fā)明超導(dǎo)薄膜材料的性能。
發(fā)明效果
從上述說(shuō)明可明顯看出，根據(jù)本發(fā)明的超導(dǎo)薄膜材料及其制造方 法，能夠提供一種能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)如高Jc:和高Ic的優(yōu)良性能和成本降低 的超導(dǎo)薄膜材料，以及能夠提供一種制造所述超導(dǎo)薄膜材料的方法。
附圖簡(jiǎn)述

圖1為第一實(shí)施方案超導(dǎo)薄膜材料構(gòu)型的示意性橫斷面視圖。 圖2概述了在制造第一實(shí)施方案超導(dǎo)薄膜材料的方法中的制造步驟。
圖3顯示了在圖2的制造步驟中有機(jī)金屬沉積步驟的細(xì)節(jié)。 圖4為示意性橫斷面視圖，用于說(shuō)明制造第一實(shí)施方案超導(dǎo)薄膜 材料的方法。
圖5為示意性橫斷面視圖，用于說(shuō)明制造第一實(shí)施方案的超導(dǎo)薄 膜材料的方法。
圖6為示意性橫斷面視圖，用于說(shuō)明制造第一實(shí)施方案的超導(dǎo)薄 膜材料的方法。
圖7為第二實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料構(gòu)型的示意性橫斷面視圖。 圖8為示意性橫斷面視圖，用于說(shuō)明制造第二實(shí)施方案的超導(dǎo)薄 膜材料的方法。
圖9為示意性橫斷面視圖，用于說(shuō)明制造第二實(shí)施方案的超導(dǎo)薄 膜材料的方法。圖IO為第三實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料構(gòu)型的示意性橫斷面視圖。 圖11概述了在制造第三實(shí)施方案超導(dǎo)薄膜材料的方法中的制造步驟。
圖12為示意性橫斷面視圖，用于說(shuō)明制造第三實(shí)施方案的超導(dǎo)薄 膜材料的方法。
圖13為示意性橫斷面視圖，用于說(shuō)明制造第三實(shí)施方案的超導(dǎo)薄 膜材料的方法。
圖14為示意性橫斷面視圖，用于說(shuō)明制造第三實(shí)施方案的超導(dǎo)薄 膜材料的方法。
圖15顯示了在實(shí)施例1的超導(dǎo)薄膜材料中MOD膜厚度與Ic之間 的關(guān)系。
圖16為實(shí)施例1的超導(dǎo)薄膜材料中MOD層的(103)極圖。 圖17為實(shí)施例1的超導(dǎo)薄膜材料中MOD層表面的AFM照片。 圖18為制得的超導(dǎo)薄膜材料在厚度方向上的橫截面的SEM照片。 圖19為制得的超導(dǎo)薄膜材料在厚度方向上的橫截面的SEM照片。圖20為制得的超導(dǎo)薄膜材料在厚度方向上的橫截面的SEM照片。 圖21為制得的超導(dǎo)薄膜材料在厚度方向上的橫截面的SEM照片。 圖22顯示了本發(fā)明實(shí)施例的超導(dǎo)薄膜材料和本發(fā)明范圍之外的 比較例的超導(dǎo)薄膜材料中超導(dǎo)膜的膜厚度與Ic之間的關(guān)系。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
1:超導(dǎo)薄膜材料；10:取向金屬襯底；10A:主面；20:中間層；
21:第一Ce02層；22: YSZ層；23:第二Ce02層；30:氧化物超導(dǎo) 膜；30A:超導(dǎo)膜表面；30B:堆疊結(jié)構(gòu)；31:物理氣相沉積HoBCO
層；31A:物理氣相沉積HoBCO層表面；32:有機(jī)金屬沉積HoBCO 層；32A:有機(jī)金屬沉積HoBCO層表面；40: Ag穩(wěn)定層。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方式
下面將參考附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案。在下面的附圖中用相 同的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的部分，且不重復(fù)對(duì)其說(shuō)明。
第一實(shí)施方案
參考圖1對(duì)本發(fā)明第一實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料的構(gòu)型進(jìn)行說(shuō)明。
參考圖1，第一實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料1包括作為襯底的取 向金屬襯底IO、在取向金屬襯底10上形成的中間層20、在中間層20 上形成的作為超導(dǎo)膜的氧化物超導(dǎo)膜30、以及為了保護(hù)氧化物超導(dǎo)膜 30而在氧化物超導(dǎo)膜30上形成的作為穩(wěn)定層的Ag(銀)穩(wěn)定層40。能 夠選擇含稀土元素的氧化物超導(dǎo)材料如HoBCO(含鈥的高溫超導(dǎo)材料； HoBa2Cii3Ox)作為氧化物超導(dǎo)膜30的材料。氧化物超導(dǎo)膜30包括通 過(guò)物理氣相沉積法形成的作為物理氣相沉積層的物理氣相沉積HoBCO 層31，和通過(guò)有機(jī)金屬沉積法在物理氣相沉積HoBCO層31上形成的 作為有機(jī)金屬沉積層的有機(jī)金屬沉積HoBCQ層32。例如，能夠選擇取向的Ni(鎳)襯底、含Ni合金的取向襯底等作為 取向金屬襯底10。中間層20能夠包括如下物質(zhì)中的至少一種例如 CeO"二氧化鈰)和YSZ(用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)，更具體地包括第一 Ce02層21、在第一Ce02層21上形成的YSZ層22、以及在YSZ層22 上形成的第二 "02層23。不能將穩(wěn)定層限定為上述的Ag穩(wěn)定層40。 例如，可以使用由Cu(銅)構(gòu)成的Cu穩(wěn)定層來(lái)代替Ag穩(wěn)定層40。
下面將參考圖1 6對(duì)制造第一實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料的方法 進(jìn)行說(shuō)明。
參考圖2，首先進(jìn)行襯底制備步驟。具體地，制備取向金屬襯底 10，如由取向鎳合金構(gòu)成的帶狀襯底。然后，如圖2中所示，進(jìn)行用 于中間層形成步驟，用于在取向金屬襯底10上形成中間層20。具體地， 參考圖2和圖4，依次進(jìn)行第一Ce02層形成步驟、YSZ層形成步驟和 第二Ce02層形成步驟，以便在取向金屬襯底10上依次形成第一CeO2 層21、 YSZ層22和第二Ce02層23。盡管通過(guò)物理氣相沉積法如PLD 法等能夠完成這些第一 Ce02層形成步驟、YSZ層形成步驟和第二 Ce02 層形成步驟，但是它們可通過(guò)MOD法完成的。
然后，如圖2中所示，進(jìn)行超導(dǎo)膜形成步驟，用于在中間層20上 形成氧化物超導(dǎo)膜30。具體地，如圖2和圖5中所示，首先進(jìn)行物理 氣相沉積步驟，其通過(guò)物理氣相沉積法在中間層20上形成物理氣相沉 積HoBCO層31。在該物理氣相沉積步驟中，優(yōu)選使用選自如下的任 何一種氣相沉積方法脈沖激光沉積(PLD)法、濺射法和電子束法。特 別地，通過(guò)使用PLD法，能夠使得形成氧化物超導(dǎo)膜30的物理氣相沉 積HoBCO層31的組成接近于靶的組成，且能確保高取向，這能夠有 助于提高超導(dǎo)薄膜材料1的Jc和Ic。
此外，如圖2和6中所示，進(jìn)行了有機(jī)金屬沉積步驟，其通過(guò)有 機(jī)金屬沉積法在物理氣相沉積HoBCO層31上形成有機(jī)金屬沉積HoBCO層32。在該有機(jī)金屬沉積步驟中，如圖3中所示，首先進(jìn)行無(wú) 氟溶液涂覆步驟，其將無(wú)氟Ho(鈥)、Ba(鋇)和Cu(銅)的有機(jī)金屬鹽溶 液如含金屬乙酰丙酮化物的溶液(Ho:Ba:Ci^l:2:3)或含環(huán)垸酸的溶液涂 覆到物理氣相沉積HoBCO層31的表面上。在該無(wú)氟溶液涂覆步驟中， 能夠選擇浸漬法、模涂法(die coating method)等作為涂覆有機(jī)金屬鹽溶 液的方法。
然后，如圖3中所示，進(jìn)行預(yù)焙燒(preliminary firmg)步驟，用于
將溶劑成分等從涂覆的有機(jī)金屬鹽溶液中除去。具體地，在溫度范圍 為不低于40(TC且不超過(guò)600°C，例如50(TC下的空氣中，對(duì)已經(jīng)涂覆 了有機(jī)金屬鹽溶液的取向金屬襯底IO進(jìn)行加熱。由此，使涂覆的有機(jī) 金屬鹽溶液發(fā)生熱分解。此時(shí)，C02(二氧化碳)和H20(水)分離，且溶 劑成分等從涂覆的有機(jī)金屬鹽溶液中除去。在完成上述預(yù)焙燒步驟以 后，進(jìn)行如圖3中所示的主焙燒步驟。具體地，在溫度范圍為不低于 60(TC且不高于80(TC，例如75(TC下的Ar(氬)和02(氧)的混合氣氛中， 對(duì)已經(jīng)涂覆了有機(jī)金屬鹽溶液的取向金屬襯底IO進(jìn)行加熱。由此，形 成作為所需有機(jī)金屬沉積層的有機(jī)金屬沉積HoBCO層32。
現(xiàn)在參考圖5和6，在上述通過(guò)物理氣相沉積形成的物理氣相沉 積HoBCO層31中，作為物理氣相沉積HoBCO層31表面的物理氣相 沉積HoBCO層表面31A的表面平滑度傾向于隨著膜厚度的增加而降 低。為了解決該問(wèn)題，因?yàn)樵谌缟纤龅奈锢須庀喑练eHoBCO層31 上形成了具有優(yōu)良表面平滑度的有機(jī)金屬沉積HoBCO層32，因而用 有機(jī)金屬沉積HoBCO層表面32A形成超導(dǎo)膜表面30A，所述有機(jī)金屬 沉積HoBCO層表面32A為具有高表面平滑度的有機(jī)金屬沉積HoBCO 層32的表面，所述超導(dǎo)膜表面30A為氧化物超導(dǎo)膜30的表面。由此， 形成了具有優(yōu)良表面平滑度的氧化物超導(dǎo)膜30，且改進(jìn)了超導(dǎo)薄膜材 料1的Ic、 Jc等。此外，通過(guò)使用其組成接近于靶的組成且具有高取 向的物理氣相沉積HoBCO層31作為種膜以進(jìn)行有機(jī)金屬沉積步驟， 有機(jī)金屬沉積HoBCO層32的晶核生長(zhǎng)更加易于完成。如圖2中所示，然后進(jìn)行Ag穩(wěn)定層形成步驟，用于形成作為穩(wěn)定
層的Ag穩(wěn)定層40。例如，Ag穩(wěn)定層40能夠通過(guò)氣相沉積方法形成。 通過(guò)進(jìn)行上述步驟，制造了第一實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料1。
根據(jù)本第一實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料1及其制造方法，能夠提供 同時(shí)實(shí)現(xiàn)如高Jc和高Ic的優(yōu)良性能和成本降低的超導(dǎo)薄膜材料1，這 是因?yàn)镻LD法和無(wú)氟MOD法各自的缺點(diǎn)相互彌補(bǔ)，且它們的優(yōu)點(diǎn)被 最大化。
在本第一實(shí)施方案中，優(yōu)選的是，有機(jī)金屬沉積HoBCO層32的 厚度不超過(guò)1 pm。在通過(guò)MOD法形成的有機(jī)金屬沉積HoBCO層32 中，隨著膜厚度的增加，易于產(chǎn)生內(nèi)部缺陷如空隙。如果有機(jī)金屬沉 積HoBCO層32的厚度不超過(guò)1 nm，則能夠相對(duì)容易地抑制內(nèi)部缺陷 如空隙的產(chǎn)生。
在本第一實(shí)施方案中，優(yōu)選的是，物理氣相沉積HoBCO層31的 厚度不超過(guò)2 pm。在通過(guò)PLD法形成的物理氣相沉積HoBCO層31 中，隨著膜厚度增加，很難保證表面平滑度。如果物理氣相沉積HoBCO 層31的厚度不超過(guò)2pm，則能夠相對(duì)容易地確保良好的表面平滑度。
第二實(shí)施方案
參考圖7，對(duì)本發(fā)明第二實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料的構(gòu)型進(jìn)行說(shuō)明。
參考圖7，第二實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料1的構(gòu)型基本上與上述 第一實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料1的構(gòu)型相同。然而，第二實(shí)施方案的 超導(dǎo)薄膜材料1與第一實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料1的不同之處在于， 在取向金屬襯底10的兩個(gè)主面上都形成中間層20、氧化物超導(dǎo)膜30 和Ag穩(wěn)定層40。在氧化物超導(dǎo)膜30中，隨著膜厚度增加，需要嚴(yán)格控制成膜條件，這是因?yàn)楹茈y保證表面平滑度，且很難抑制內(nèi)部缺陷 如空隙。為了解決該問(wèn)題，在本第二實(shí)施方案中，由于在取向金屬襯
底10的兩個(gè)主面IOA上都形成了氧化物超導(dǎo)膜30，因而能夠降低要 求確保所需Ic的各個(gè)主面10A上的氧化物超導(dǎo)膜30的膜厚度。因此， 易于確保表面平滑度，并易于抑制各個(gè)主面10A上的氧化物超導(dǎo)膜30 中的內(nèi)部缺陷如空隙，可通過(guò)兩個(gè)主面10A上的氧化物超導(dǎo)膜30而確 保足夠的Ic。
下面參考圖7 9，對(duì)制造第二實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料的方法進(jìn) 行描述。
制造第二實(shí)施方案超導(dǎo)薄膜材料的方法與基于圖1 6所述的制 造第一實(shí)施方案超導(dǎo)薄膜材料的方法基本相似。然而，參考圖2，第二 實(shí)施方案與第一實(shí)施方案的不同之處在于，分別在中間層形成步驟、 超導(dǎo)膜形成步驟和Ag穩(wěn)定層形成步驟中，在取向金屬襯底10的兩個(gè) 主面10A上都形成了中間層20、氧化物超導(dǎo)膜30和Ag穩(wěn)定層40。具 體地，在中間層形成步驟中，如圖8中所示，在取向金屬襯底10的兩 個(gè)主面IOA上都形成了由第一 Ce02層21、 YSZ層22和第二 Ce02層 23構(gòu)成的中間層20。然后，在超導(dǎo)膜形成步驟中，如圖9中所示，在 兩個(gè)中間層20上分別形成了氧化物超導(dǎo)膜30。然后，在Ag穩(wěn)定層形 成步驟中，在兩個(gè)氧化物超導(dǎo)膜30上分別形成了 Ag穩(wěn)定層40。由此， 完成了如圖7中所示的第二實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料1。
應(yīng)當(dāng)注意，在中間層形成步驟、超導(dǎo)膜形成步驟和Ag穩(wěn)定層形成 步驟中，可以在取向金屬襯底10的兩個(gè)主面IOA上，單獨(dú)在每一側(cè)或 同時(shí)在兩側(cè)上形成中間層20、氧化物超導(dǎo)膜30和Ag穩(wěn)定層40。如果 通過(guò)物理氣相沉積法在兩個(gè)主面10A上同時(shí)形成物理氣相沉積HoBCO 層31，例如，它們能夠通過(guò)激光沉積法從取向金屬襯底10的兩側(cè)形成。 如果通過(guò)無(wú)氟有機(jī)金屬沉積法在兩個(gè)物理氣相沉積HoBCO層31上同 時(shí)形成有機(jī)金屬沉積HoBCO層32，它們能夠通過(guò)例如浸漬法將已經(jīng)形成了物理氣相沉積HoBCO層31的取向金屬襯底IO浸入有機(jī)金屬鹽 溶液中而形成。
第三實(shí)施方案
下面參考圖10，對(duì)本發(fā)明第三實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料的構(gòu)型進(jìn) 行說(shuō)明。
參考圖10，第三實(shí)施方案超導(dǎo)薄膜材料1的構(gòu)型與上述第一實(shí)施 方案超導(dǎo)薄膜材料基本相似。然而，第三實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料1 與第一實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料1的不同之處在于，多個(gè)由物理氣相 沉積HoBCO層31和有機(jī)金屬沉積HoBCO層32組合構(gòu)成的結(jié)構(gòu)在氧 化物超導(dǎo)膜30中堆疊。具體地，多個(gè)具有在物理氣相沉積HoBCO層 31上形成的有機(jī)金屬沉積HoBCO層32的堆疊結(jié)構(gòu)30B被堆疊，形成 了氧化物超導(dǎo)膜30。盡管圖10顯示了其中堆疊兩個(gè)堆疊結(jié)構(gòu)30的構(gòu) 型，但是可堆疊三個(gè)以上的堆疊結(jié)構(gòu)30B，從而實(shí)現(xiàn)氧化物超導(dǎo)膜30 的所需膜厚度。
如上所述，在通過(guò)PVD法形成的物理氣相沉積HoBCO層31中， 隨著膜厚度增加，變得很難保證表面平滑度。在通過(guò)MOD法形成的有 機(jī)金屬沉積HoBCO層32中，隨著膜厚度增加，變得很難抑制內(nèi)部缺 陷如空隙。為了解決該問(wèn)題，因?yàn)槭紫刃纬晌锢須庀喑练eHoBCO層 31，然后在物理氣相沉積HoBCO層31上形成有機(jī)金屬沉積HoBCO 層32，因而能夠提高表面平滑度。此外，由于將有機(jī)金屬沉積HoBCO 層32的膜厚度限制在易于抑制內(nèi)部缺陷如空隙的程度，在具有提高的 表面平滑度的超導(dǎo)膜上再形成物理氣相沉積HoBCO層31，并在物理 氣相沉積HoBCO層31上形成另外的有機(jī)金屬沉積HoBCO層32，因 而再次提高了氧化物超導(dǎo)膜30的表面平滑度。因此，由于多個(gè)由物理 氣相沉積HoBCO層31和有機(jī)金屬沉積HoBCO層32構(gòu)成的結(jié)構(gòu)被堆 疊，因而易于確保表面平滑度，并易于抑制內(nèi)部缺陷如空隙，而且可 形成具有足夠膜厚度的氧化物超導(dǎo)膜30。因此，能夠容易地獲得能確保所需超導(dǎo)性能如Ic和Jc的超導(dǎo)薄膜材料1。
下面參考圖11 14，對(duì)制造第三實(shí)施方案超導(dǎo)薄膜材料的方法進(jìn) 行說(shuō)明。
制造第三實(shí)施方案超導(dǎo)薄膜材料的方法與基于圖1 6描述的制
造第一實(shí)施方案超導(dǎo)薄膜材料的方法基本相似。然而，參考圖11，第 三實(shí)施方案與第一實(shí)施方案的不同之處在于，在超導(dǎo)膜形成步驟中， 物理氣相沉積步驟和有機(jī)金屬沉積步驟交替進(jìn)行多次。具體地，在超
導(dǎo)膜形成步驟中，如圖12中所示，在取向金屬襯底IO上形成由第一 CeOz層21、 YSZ層22和第二Ce02層23構(gòu)成的中間層20。然后，如 圖13中所示，在中間層20上形成了堆疊結(jié)構(gòu)30B，所述堆疊結(jié)構(gòu)30B 具有在物理氣相沉積HoBCO層31上形成的有機(jī)金屬沉積HoBCO層 32。形成物理氣相沉積HoBCO層31與有機(jī)金屬沉積HoBCO層32的 方法類似于第一實(shí)施方案中的形成方法。此外，在如圖14中所示的堆 疊結(jié)構(gòu)30B上形成另外的堆疊結(jié)構(gòu)30B。重復(fù)形成這些堆疊結(jié)構(gòu)30B， 直至實(shí)現(xiàn)氧化物超導(dǎo)膜30的所需膜厚度。然后，在氧化物超導(dǎo)膜30 上形成Ag穩(wěn)定層40。因此，完成了圖IO中所示的第三實(shí)施方案的超 導(dǎo)薄膜材料1。
在第三實(shí)施方案中，優(yōu)選的是，各個(gè)有機(jī)金屬沉積HoBCO層32 的厚度不超過(guò)1 pm。如果各個(gè)有機(jī)金屬沉積HoBCO層32的厚度不超 過(guò)ljim，則能夠相對(duì)容易地抑制內(nèi)部缺陷如空隙的產(chǎn)生。此外，在第 三實(shí)施方案中，優(yōu)選的是，各個(gè)物理氣相沉積HoBCO層31的厚度不 超過(guò)2 pm。如果各個(gè)物理氣相沉積HoBCO層31的厚度不超過(guò)2 (im， 則能夠相對(duì)容易地確保良好的表面平滑度。
盡管上述的本發(fā)明第一實(shí)施方案至第三實(shí)施方案的超導(dǎo)薄膜材料 1為例如帶狀形式的線材，但是它們可為片狀，或可為空心或?qū)嵭膱A筒 形。實(shí)施例1
下面將描述本發(fā)明的實(shí)施例1。實(shí)際制造了本發(fā)明的超導(dǎo)薄膜材 料，并進(jìn)行了試驗(yàn)以評(píng)價(jià)其性能。試驗(yàn)步驟如下。
首先，對(duì)制造待測(cè)樣品的方法進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)圖2中所示的制造 方法制造了樣品。具體地，在100(im厚、10mm寬的含鎳合金的取向 金屬帶上形成具有三層結(jié)構(gòu)(Ce02層/YSZ層/Ce02層，這些層的厚度分 別為0.3 (im、 1.0 jim和O.l nm)的中間層，然后，利用PLD法在中間 層上形成膜厚度為1.0 pm的物理氣相沉積HoBCO層。接著，通過(guò)無(wú) 氟MOD法，在物理氣相沉積HoBCO層上外延生長(zhǎng)膜厚度為0.2 3.0 (im的有機(jī)金屬沉積HoBCO層。接著，在有機(jī)金屬沉積HoBCO層上 形成膜厚度為10pm的Ag穩(wěn)定層。由此，制得10mm寬、lm長(zhǎng)的線 材。從該線材上取出一塊10 mm寬、10cm長(zhǎng)的短樣品，并進(jìn)行試驗(yàn) 以研究有機(jī)金屬沉積HoBCO層的膜厚度(MOD膜厚度)與Ic之間的關(guān) 系。而且，通過(guò)使用X-射線衍射進(jìn)行試驗(yàn)以產(chǎn)生有機(jī)金屬沉積HoBCO 層的極圖，并檢測(cè)面內(nèi)取向。另外，用原子力顯微鏡(AFM)觀察在Ag 穩(wěn)定層形成以前的有機(jī)金屬沉積HoBCO層的表面。
將參考圖15對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。在圖15中，橫軸表示在物理 氣相沉積HoBCO層上形成的有機(jī)金屬沉積HoBCO層的膜厚度(MOD 膜厚度)，縱軸表示臨界電流(Ic)。應(yīng)當(dāng)注意，在該實(shí)施例l中，對(duì)如下 兩種情況進(jìn)行了試驗(yàn)， 一種是關(guān)于用模涂法形成有機(jī)金屬沉積HoBCO 層(MOD層)的情況，另一種是用浸漬法形成有機(jī)金屬沉積HoBCO層 (MOD層)的情況。浸漬法是一種如下方法在MOD法中通過(guò)將含鎳 合金的取向金屬帶浸入到有機(jī)金屬鹽溶液中，從而將有機(jī)金屬鹽溶液 附著到含鎳合金的取向金屬帶上。模涂法是一種如下方法在MOD法 中通過(guò)用由溶液罐供應(yīng)的有機(jī)金屬鹽溶液涂覆含鎳合金取向金屬帶， 從而將有機(jī)金屬鹽溶液附著到含鎳合金的取向金屬帶上。在圖15中， 用空心的菱形顯示模涂法給出的結(jié)果，用實(shí)心的方形顯示浸漬法給出的結(jié)果。參考圖15，將描述該實(shí)施例1的超導(dǎo)薄膜材料中MOD膜厚 度和Ic之間的關(guān)系。
參考圖15，對(duì)于高達(dá)約1 pm的MOD膜厚度，不管是何種方法形 成的MOD層，其Ic為約35 80 A/cm寬。由此可以看出，如果MOD 膜厚度在高達(dá)約1 pm的范圍內(nèi)，能夠形成具有良好性能的MOD層。
參考倒16和圖17，對(duì)實(shí)施例1的超導(dǎo)薄膜材料中MOD層的晶體 生長(zhǎng)進(jìn)行說(shuō)明。
參考圖16，對(duì)應(yīng)MOD層(103)面的峰的半峰寬為6.5 6.9°。這表 明，實(shí)施例l超導(dǎo)薄膜材料中的MOD層具有良好的面內(nèi)取向。參考圖 17，實(shí)施例1超導(dǎo)薄膜材料中MOD層表面的晶粒直徑為0.5 1 Hm。 如上所述，可以看出，在本發(fā)明的超導(dǎo)薄膜材料中的MOD層中實(shí)現(xiàn)了
高品質(zhì)的晶體生長(zhǎng)。
另外，在類似于上述制造方法的制造方法中，通過(guò)在有機(jī)金屬沉 積步驟中使用能連續(xù)涂覆和焙燒有機(jī)金屬鹽溶液的連續(xù)涂覆和焙燒裝 置，利用連續(xù)巻軸巻取法(contirmous reel take-up method)來(lái)巻取本發(fā)明 的超導(dǎo)薄膜材料，從而制得作為原型的長(zhǎng)線材。由此，能夠制造具有 類似于上述線材的性能的長(zhǎng)線材。這表明，根據(jù)本發(fā)明的超導(dǎo)薄膜材 料，能提供如下長(zhǎng)超導(dǎo)線材，其具有如上所述的優(yōu)良超導(dǎo)性能如高Jc 禾口咼Ic。
實(shí)施例2
下面將描述本發(fā)明的實(shí)施例2。實(shí)際制造了本發(fā)明的超導(dǎo)薄膜材 料，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以評(píng)價(jià)對(duì)MOD層的形成狀態(tài)和Ic之間的關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)步驟如下。
首先，利用PLD法在3cm寬、100 pm厚的取向鎳合金帶上形成與實(shí)施例1相類似的中間層，然后，利用PLD法在中間層上形成1.5 pm 厚的HoBCO層(物理氣相沉積HoBCO層)。而且，利用無(wú)氟MOD法 在物理氣相沉積HoBCO層上形成0.3 3.0 jam厚的HoBCO層(有機(jī)金 屬沉積HoBCO層)。然后，在有機(jī)金屬沉積HoBCO層上形成10 厚 的Ag穩(wěn)定層。由此，制得本發(fā)明的超導(dǎo)薄膜材料。
測(cè)量所制得的超導(dǎo)薄膜材料的Ic，并在厚度方向上用掃描電子顯 微鏡(SEM)觀察超導(dǎo)薄膜材料的橫截面。
參考圖18 21，對(duì)有機(jī)金屬沉積HoBCO層的形成狀態(tài)和Ic之間 的關(guān)系進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)注意，圖18 21中顯示了 Ic的測(cè)量值和MOD 膜厚度。
如圖18中所示，當(dāng)在物理氣相沉積HoBCO層31上形成的有機(jī)金 屬沉積HoBCO層32的厚度為0.3 時(shí)，有機(jī)金屬沉積HoBCO層32 是致密的。測(cè)得的Ic為81 A/cm寬(Jc為2.5 MA/cm2)，且獲得了優(yōu)良 的超導(dǎo)性能。如圖19中所示，當(dāng)有機(jī)金屬沉積HoBCO層32的厚度為 0.9 pn時(shí)，在有機(jī)金屬沉積HoBCO層32中觀察到了非常少的空隙和 不同的相，但是測(cè)得的Ic為74A/cm寬，且獲得了優(yōu)良的超導(dǎo)性能。
另一方面，如圖20中所示，當(dāng)有機(jī)金屬沉積HoBCO層32的厚度 為1.8 )im時(shí)，在有機(jī)金屬沉積HoBCO層32中清楚地觀察到空隙和不 同的相。測(cè)得的Ic為39 A/cm寬，且超導(dǎo)性能與上述圖1S和圖19的 超導(dǎo)性能相比發(fā)生了明顯降低，在圖18和19中有機(jī)金屬沉積HoBCO 層32的厚度不超過(guò)1 ^m。如圖21中所示，當(dāng)有機(jī)金屬沉積HoBCO 層32的厚度為3.0 pm時(shí)，在有機(jī)金屬沉積HoBCO層32中清楚地觀 察到了很多空隙和不同的相。測(cè)得的Ic為1 AZcm寬，且超導(dǎo)性能大大 降低。
無(wú)氟MOD法的最大優(yōu)點(diǎn)為能夠容易地形成大面積膜。如上所述，可以看出，在寬的取向鎳合金帶上形成中間層、超導(dǎo)膜和Ag穩(wěn)定層， 并將MOD層的厚度設(shè)為不超過(guò)1 nm，由此能夠制得具有良好超導(dǎo)性 能的大面積超導(dǎo)薄膜材料。
實(shí)施例3
下面將描述本發(fā)明的實(shí)施例3。制備了作為本發(fā)明實(shí)施例的超導(dǎo) 薄膜材料和作為比較例的超導(dǎo)薄膜材料，其中所述本發(fā)明實(shí)施例的超 導(dǎo)薄膜材料包含具有在物理氣相沉積層上形成的有機(jī)金屬沉積層的超 導(dǎo)膜，所述比較例的超導(dǎo)薄膜材料包含僅由物理氣相沉積層形成的超 導(dǎo)膜；并進(jìn)行了試驗(yàn)以比較它們的超導(dǎo)性能。
首先，作為本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)圖2中所示的制造方法，以類 似于實(shí)施例1的方式制造了與實(shí)施例1相類似的超導(dǎo)薄膜材料。將物 理氣相沉積HoBCO層的厚度設(shè)定為0.8 nm，并在物理氣相沉積HoBCO 層上厚度沉積不超過(guò)1 pm的有機(jī)金屬沉積HoBCO層，從而形成超導(dǎo) 膜。另一方面，作為比較例，制備了僅有其超導(dǎo)膜與實(shí)施例的超導(dǎo)薄 膜材料不同的超導(dǎo)薄膜材料。在比較例中，超導(dǎo)膜僅通過(guò)如上所述的 物理氣相沉積HoBCO層形成。
對(duì)以此方式制得的超導(dǎo)薄膜材料進(jìn)行試驗(yàn)，以在溫度為77K且磁 場(chǎng)為0 T的條件下測(cè)量Ic;和Jc。
參考圖22，對(duì)作為本發(fā)明的實(shí)施例和在本發(fā)明范圍之外的比較例 的超導(dǎo)薄膜材料中超導(dǎo)膜的膜厚度與Ic之間的關(guān)系進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)注 意，在圖22中，橫軸表示超導(dǎo)膜的膜厚度，縱軸表示Ic。方形點(diǎn)表示 實(shí)施例的測(cè)量值，圓點(diǎn)表示比較例的測(cè)量值。
參考圖22，在其中超導(dǎo)膜僅由物理氣相沉積HoBCO層形成的比 較例的超導(dǎo)薄膜材料中，對(duì)于最大約1 pm的膜厚度，Ic的升高近似與 膜厚度的增加成比例。然而，相對(duì)于膜厚度增加的Ic增加，隨著膜厚
22度增加而變小，對(duì)于不小于2pm的膜厚度，Ic的增加明顯變小。推測(cè) 這是因?yàn)楫?dāng)通過(guò)如上所述的PLD法制得超導(dǎo)膜時(shí)，隨著膜厚度增加， 表面平滑度變差。相比而言，在本發(fā)明實(shí)施例的超導(dǎo)薄膜材料(其包含 具有在物理氣相沉積層上形成的有機(jī)金屬沉積層的超導(dǎo)膜)中，Ic近似 隨膜厚度的增加而成比例地增加，即使膜厚度超過(guò)1 pm時(shí)也是如此。 在最大值處，Ic為196A/cm寬，Jc為1.5 MA/cm2。如上所述，與具有 僅由物理氣相沉積層形成的超導(dǎo)膜的超導(dǎo)薄膜材料相比，對(duì)于本發(fā)明 的超導(dǎo)薄膜材料，可看出，超導(dǎo)膜的膜厚度增加，由此能有效提高Ic。
根據(jù)關(guān)于比較例的上述試驗(yàn)結(jié)果，推測(cè)在本發(fā)明的超導(dǎo)薄膜材料 中，物理氣相沉積層的厚度優(yōu)選不超過(guò)2pm，更優(yōu)選不超過(guò)l(im,也 是為了抑制物理氣相沉積層的表面平滑度的惡化。
實(shí)施例4
下面將描述本發(fā)明的實(shí)施例4。制備了在鎳合金襯底的兩個(gè)主面 上都形成超導(dǎo)膜的本發(fā)明超導(dǎo)薄膜材料，并進(jìn)行了試驗(yàn)以檢測(cè)Ic。
首先，作為本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)圖2中所示的制造方法以類似 于實(shí)施例1的方式制造了超導(dǎo)薄膜材料。然而，在超導(dǎo)膜中，分別在 鎳合金襯底的兩個(gè)主面上形成的中間層上形成了 0.4 ^m厚的物理氣相 沉積HoBCO層和0.4 pm厚的有機(jī)金屬沉積HoBCO層。然后，在類似 于實(shí)施例3的條件下測(cè)量了超導(dǎo)薄膜材料的Ic。
結(jié)果如下在本實(shí)施例的超導(dǎo)薄膜材料中，在鎳合金襯底一個(gè)表 面?zhèn)壬系腎c為82 A/cm寬，在另一個(gè)表面?zhèn)壬系腎c為109A/cm寬。因 而，當(dāng)將兩個(gè)表面組合在一起時(shí)，本實(shí)施例超導(dǎo)薄膜材料的Ic為191 A/cm寬。由于在本實(shí)施例中在鎳合金襯底的兩個(gè)主面上都形成了超導(dǎo) 膜，因此可降低在各個(gè)主面上所要求的確保所需Ic:的超導(dǎo)膜的厚度， 且可容易地確保表面平滑度并抑制在每個(gè)主面上的超導(dǎo)膜中的缺陷如 空隙。從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，可通過(guò)在兩個(gè)主面上的超導(dǎo)膜而確200780018363.6
保足夠的Ic;。 實(shí)施例5
下面將描述本發(fā)明的實(shí)施例5。以寬的線材形式作為原型制造了 本發(fā)明的超導(dǎo)薄膜材料。具體地，通過(guò)使用5cm寬的鎳合金帶作為襯 底，采用與實(shí)施例1類似的方法制造了本發(fā)明的超導(dǎo)薄膜材料。然后， 在與實(shí)施例3相類似的條件下，測(cè)量了超導(dǎo)薄膜材料的Jo
從結(jié)果看出，在5cm寬的整個(gè)超導(dǎo)薄膜材料上，得到了Jc為1.4 MA/cm2 ±14%的均勻分布。在本實(shí)施例中，通過(guò)使用模涂法形成了有 機(jī)金屬沉積HoBCO層。也就是，證實(shí)了通過(guò)在模涂法中使用寬的模具 能將本發(fā)明的超導(dǎo)薄膜材料變寬。
應(yīng)當(dāng)理解，在此公開(kāi)的實(shí)施方案和實(shí)施例在任何方面都是示例性 的，而不是限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書的條款限定，而不 是由上述的實(shí)施方案和實(shí)施例限定，而且，本發(fā)明的范圍旨在包括與 權(quán)利要求書的條款等價(jià)的范圍和含義內(nèi)的任何修改。
工業(yè)應(yīng)用性
本發(fā)明的超導(dǎo)薄膜材料及其制造方法能夠特別有利地應(yīng)用到具有 在襯底上形成的超導(dǎo)膜的超導(dǎo)薄膜材料及其制造方法上。
2權(quán)利要求
1. 一種超導(dǎo)薄膜材料(1)，包括襯底(10)；和在所述襯底(10)上形成的超導(dǎo)膜(30)；所述超導(dǎo)膜(30)包括通過(guò)物理氣相沉積法形成的物理氣相沉積層(31)，以及通過(guò)有機(jī)金屬沉積法在所述物理氣相沉積層上形成的有機(jī)金屬沉積層(32)。
2. 如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)薄膜材料(l)，還包括在所述襯底(IO) 和所述超導(dǎo)膜(30)之間的中間層(20)。
3. 如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)薄膜材料(l)，其中在所述襯底(10)的 兩個(gè)主面中的各個(gè)面上形成所述超導(dǎo)膜(30)。
4. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)薄膜材料(l)，其中多個(gè)由所述物理氣 相沉積層(31)和所述有機(jī)金屬沉積層(32)的組合構(gòu)成的結(jié)構(gòu)在所述超導(dǎo) 膜(30)中堆疊。
5. 如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)薄膜材料(l),其中所述有機(jī)金屬沉積 層(32)的厚度不超過(guò)1 pm。
6. 如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)薄膜材料(l)，其中所述物理氣相沉積 層(31)的厚度不超過(guò)2)am。
7. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)薄膜材料(l)，其中所述有機(jī)金屬沉積 法為不使用含氟有機(jī)金屬鹽溶液的無(wú)氟有機(jī)金屬沉積法。
8. —種制造超導(dǎo)薄膜材料的方法，包括襯底制備步驟，其用于制備襯底cio:h和超導(dǎo)膜形成步驟，其用于在所述襯底(10)上形成超導(dǎo)膜(30)，所述超導(dǎo)膜形成步驟包括物理氣相沉積步驟，其通過(guò)物理氣相沉積法形成物理氣相沉積層(31)，和有機(jī)金屬沉積步驟，其通過(guò)有機(jī)金屬沉積法在所述物理氣相沉積層(31)上形成有機(jī)金屬沉積層(32)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種能夠同時(shí)獲得如高J_C和高I_C的優(yōu)良性能并降低成本的超導(dǎo)薄膜材料(1)，所述超導(dǎo)薄膜材料(1)包括取向金屬襯底(10)和在該取向金屬襯底(10)上形成的氧化物超導(dǎo)膜(30)。所述氧化物超導(dǎo)膜(30)包括通過(guò)物理氣相沉積法形成的物理氣相沉積HoBCO層(31)和通過(guò)有機(jī)金屬沉積法在所述物理氣相沉積HoBCO層(31)上形成的有機(jī)金屬沉積HoBCO層(32)。
文檔編號(hào)H01B12/06GK101449341SQ20078001836
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者上山宗譜, 大松一也, 母?jìng)}修司, 長(zhǎng)谷川勝哉 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社