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特開2023-121293酸化物超電導線材、接続構造体、酸化物超電導線材の製造方法、及び接続構造体の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023121293
(43)【公開日】2023-08-31
(54)【発明の名称】酸化物超電導線材、接続構造体、酸化物超電導線材の製造方法、及び接続構造体の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01B 12/06 20060101AFI20230824BHJP
H01B 13/00 20060101ALI20230824BHJP
H01R 4/68 20060101ALI20230824BHJP
C23C 28/00 20060101ALI20230824BHJP
【ＦＩ】
H01B12/06
H01B13/00 565D
H01R4/68
C23C28/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022024549
(22)【出願日】2022-02-21
(71)【出願人】
【識別番号】000005186
【氏名又は名称】株式会社フジクラ
(74)【代理人】
【識別番号】100141139
【弁理士】
【氏名又は名称】及川 周
(74)【代理人】
【識別番号】100169764
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100206081
【弁理士】
【氏名又は名称】片岡 央
(74)【代理人】
【識別番号】100188891
【弁理士】
【氏名又は名称】丹野 拓人
(72)【発明者】
【氏名】羽生 智
【テーマコード（参考）】
4K044
5G321
【Ｆターム（参考）】
4K044AA03
4K044AA06
4K044AB02
4K044BA08
4K044BA12
4K044BB05
4K044BB06
4K044BC14
4K044CA13
4K044CA18
4K044CA44
4K044CA62
5G321AA02
5G321AA04
5G321CA18
5G321CA21
5G321CA24
5G321CA41
5G321CA50
5G321DB44
(57)【要約】
【課題】超電導層と保護層との間の界面抵抗を低減する酸化物超電導線材と、この酸化物超電導線材を備えた接続構造体とを提供する。この酸化物超電導線材を製造する方法と、この酸化物超電導線材を備えた接続構造体を製造する方法を提供する。
【解決手段】酸化物超電導線材は、基材１０と、超電導層１２と、保護層１３と、を備える。保護層１３は、超電導層１２に接するとともに銀を含有する。超電導層１２は、第１領域１２Ｆと、第２領域１２Ｓと、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】酸化物超電導線材は、基材１０と、超電導層１２と、保護層１３と、を備える。保護層１３は、超電導層１２に接するとともに銀を含有する。超電導層１２は、第１領域１２Ｆと、第２領域１２Ｓと、を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
テープ状の基材と、
前記基材の上方に設けられ、酸化物超電導体によって構成された超電導層と、
前記超電導層上に設けられ、前記超電導層に接するとともに銀を含有する保護層と、
を備え、
前記超電導層は、厚さ方向において前記基材の側に形成された第２領域と、前記保護層の側に形成された第１領域とから構成され、
前記第２領域の酸化物超電導体は所定の酸素濃度を有し、
前記第１領域の酸化物超電導体は前記第２領域の酸化物超電導体の酸素濃度よりも低い酸素濃度を有し、
前記第１領域の厚さは１００ｎｍ以下である、
酸化物超電導線材。
前記基材の上方に設けられ、酸化物超電導体によって構成された超電導層と、
前記超電導層上に設けられ、前記超電導層に接するとともに銀を含有する保護層と、
を備え、
前記超電導層は、厚さ方向において前記基材の側に形成された第２領域と、前記保護層の側に形成された第１領域とから構成され、
前記第２領域の酸化物超電導体は所定の酸素濃度を有し、
前記第１領域の酸化物超電導体は前記第２領域の酸化物超電導体の酸素濃度よりも低い酸素濃度を有し、
前記第１領域の厚さは１００ｎｍ以下である、
酸化物超電導線材。
【請求項2】
前記第２領域の酸化物超電導体は酸素濃度の分布が一様であり、前記第１領域の酸化物超電導体は前記基材から前記保護層に向かう方向において酸素濃度が減少する濃度勾配を有する、
請求項１に記載の酸化物超電導線材。
請求項１に記載の酸化物超電導線材。
【請求項3】
前記超電導層と前記保護層との間の界面抵抗は、１×１０－１１Ωｃｍ２～１×１０－９Ωｃｍ２の範囲内である、
請求項１又は請求項２に記載の酸化物超電導線材。
請求項１又は請求項２に記載の酸化物超電導線材。
【請求項4】
前記保護層は、酸化銀を含有する、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の酸化物超電導線材。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の酸化物超電導線材。
【請求項5】
前記保護層は、酸化銀層と、銀層とを有し、
前記酸化銀層は、前記銀層と前記超電導層との間に位置する、
請求項４に記載の酸化物超電導線材。
前記酸化銀層は、前記銀層と前記超電導層との間に位置する、
請求項４に記載の酸化物超電導線材。
【請求項6】
第１酸化物超電導線材と、接続対象物とが接続された接続構造体であって、
前記第１酸化物超電導線材の厚さ方向において前記第１酸化物超電導線材及び前記接続対象物が部分的に重なる重なり部を有し、
前記第１酸化物超電導線材は、
テープ状の基材と、
前記基材の上方に設けられ、酸化物超電導体によって構成された超電導層と、
前記超電導層上に設けられ、前記超電導層に接するとともに銀を含有する保護層と、
を備え、
前記超電導層は、
厚さ方向において前記基材の側に形成された第２領域と、前記保護層の側に形成された第１領域とから構成され、
前記第２領域の酸化物超電導体は所定の酸素濃度を有し、
前記第１領域の酸化物超電導体は前記第２領域の酸化物超電導体の酸素濃度よりも低い酸素濃度を有し、
前記第１領域の厚さは１００ｎｍ以下である、
接続構造体。
前記第１酸化物超電導線材の厚さ方向において前記第１酸化物超電導線材及び前記接続対象物が部分的に重なる重なり部を有し、
前記第１酸化物超電導線材は、
テープ状の基材と、
前記基材の上方に設けられ、酸化物超電導体によって構成された超電導層と、
前記超電導層上に設けられ、前記超電導層に接するとともに銀を含有する保護層と、
を備え、
前記超電導層は、
厚さ方向において前記基材の側に形成された第２領域と、前記保護層の側に形成された第１領域とから構成され、
前記第２領域の酸化物超電導体は所定の酸素濃度を有し、
前記第１領域の酸化物超電導体は前記第２領域の酸化物超電導体の酸素濃度よりも低い酸素濃度を有し、
前記第１領域の厚さは１００ｎｍ以下である、
接続構造体。
【請求項7】
前記第２領域の酸化物超電導体は酸素濃度の分布が一様であり、前記第１領域の酸化物超電導体は、前記基材から前記保護層に向かう方向において酸素濃度が減少する濃度勾配を有する、
請求項６に記載の接続構造体。
請求項６に記載の接続構造体。
【請求項8】
前記超電導層と前記保護層との間の界面抵抗は、１×１０－１１Ωｃｍ２～１×１０－９Ωｃｍ２の範囲内である、
請求項６又は請求項７に記載の接続構造体。
請求項６又は請求項７に記載の接続構造体。
【請求項9】
前記保護層は、酸化銀を含有する、
請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の接続構造体。
請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の接続構造体。
【請求項10】
前記保護層は、酸化銀層と、銀層とを有し、前記酸化銀層は、前記銀層と前記超電導層との間に位置する、
請求項９に記載の接続構造体。
請求項９に記載の接続構造体。
【請求項11】
酸化物超電導体によって構成された超電導層を基材の上方に形成し、酸化銀を含有する保護層を前記超電導層の直上に形成し、前記超電導層及び前記保護層を加熱することによって、前記保護層に含まれる前記酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する、
酸化物超電導線材の製造方法。
酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項12】
前記酸化銀を含有する前記保護層を前記超電導層の直上に形成する際には、前記保護層の一部を構成する酸化銀層を前記超電導層の直上に形成し、その後、前記保護層の一部を構成する銀層を前記酸化銀層上に形成し、
前記超電導層及び前記保護層を加熱することによって、前記保護層に含まれる前記酸化銀層を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する、
請求項１１に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
前記超電導層及び前記保護層を加熱することによって、前記保護層に含まれる前記酸化銀層を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する、
請求項１１に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項13】
前記酸化銀を含有する前記保護層を前記超電導層の直上に形成する際には、前記保護層の一部を構成する銀層を前記超電導層の直上に形成し、その後、前記保護層の一部を構成する酸化銀層を前記銀層上に形成し、
前記超電導層及び前記保護層を加熱することによって、前記保護層に含まれる前記酸化銀層を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する、
請求項１１に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
前記超電導層及び前記保護層を加熱することによって、前記保護層に含まれる前記酸化銀層を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する、
請求項１１に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項14】
酸化物超電導体によって構成された超電導層を基材の上方に形成し、かつ、酸化銀を含有する保護層を前記超電導層の直上に形成することによって形成された酸化物超電導線材を準備し、
前記酸化物超電導線材に接続される接続対象物を準備し、
前記保護層と前記接続対象物を部分的に重ね合わせ、
前記酸化物超電導線材及び前記接続対象物を加熱することによって、前記酸化物超電導線材の厚さ方向に見て前記保護層と前記接続対象物との重なり部に対応する位置において、前記保護層に含まれる前記酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する、
接続構造体の製造方法。
前記酸化物超電導線材に接続される接続対象物を準備し、
前記保護層と前記接続対象物を部分的に重ね合わせ、
前記酸化物超電導線材及び前記接続対象物を加熱することによって、前記酸化物超電導線材の厚さ方向に見て前記保護層と前記接続対象物との重なり部に対応する位置において、前記保護層に含まれる前記酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する、
接続構造体の製造方法。
【請求項15】
前記超電導層の表面において、前記重なり部に相当する第１部分を規定し、
前記酸化銀を含有する前記保護層を前記超電導層の直上に形成する際には、前記保護層の一部を構成する酸化銀層を前記超電導層の前記第１部分上に形成し、
その後、前記保護層の一部を構成する銀層を前記酸化銀層上に形成し、
前記厚さ方向に見て前記第１部分上に形成された前記銀層と前記接続対象物とを重ね合わせ、
前記酸化物超電導線材及び前記接続対象物を加熱することによって、前記保護層の前記酸化銀層に含まれる前記酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する、
請求項１４に記載の接続構造体の製造方法。
前記酸化銀を含有する前記保護層を前記超電導層の直上に形成する際には、前記保護層の一部を構成する酸化銀層を前記超電導層の前記第１部分上に形成し、
その後、前記保護層の一部を構成する銀層を前記酸化銀層上に形成し、
前記厚さ方向に見て前記第１部分上に形成された前記銀層と前記接続対象物とを重ね合わせ、
前記酸化物超電導線材及び前記接続対象物を加熱することによって、前記保護層の前記酸化銀層に含まれる前記酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する、
請求項１４に記載の接続構造体の製造方法。
【請求項16】
前記超電導層の表面において、前記重なり部に相当する第１部分を規定し、
前記酸化銀を含有する前記保護層を前記超電導層の直上に形成する際には、前記保護層の一部を構成する銀層を前記超電導層の前記第１部分上に形成し、
その後、前記保護層の一部を構成する酸化銀層を前記銀層上に形成し、
前記厚さ方向に見て前記第１部分上に形成された前記銀層と前記接続対象物とを重ね合わせ、
前記酸化物超電導線材及び前記接続対象物を加熱することによって、前記保護層の前記酸化銀層に含まれる前記酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する、
請求項１４に記載の接続構造体の製造方法。
前記酸化銀を含有する前記保護層を前記超電導層の直上に形成する際には、前記保護層の一部を構成する銀層を前記超電導層の前記第１部分上に形成し、
その後、前記保護層の一部を構成する酸化銀層を前記銀層上に形成し、
前記厚さ方向に見て前記第１部分上に形成された前記銀層と前記接続対象物とを重ね合わせ、
前記酸化物超電導線材及び前記接続対象物を加熱することによって、前記保護層の前記酸化銀層に含まれる前記酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する、
請求項１４に記載の接続構造体の製造方法。
【請求項17】
前記超電導層の表面において、前記重なり部に相当する第１部分を規定し、前記酸化銀を含有する前記保護層を前記超電導層の直上に形成する際には、前記保護層の一部を構成する銀層を前記超電導層の前記第１部分上に形成し、その後、前記保護層の一部を構成する酸化銀層を前記第１部分における前記銀層上に形成し、前記厚さ方向に見て前記第１部分上に形成された前記酸化銀層と前記接続対象物とを重ね合わせ、前記酸化物超電導線材及び前記接続対象物を加熱することによって、前記保護層の前記酸化銀層に含まれる前記酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する、
請求項１４に記載の接続構造体の製造方法。
請求項１４に記載の接続構造体の製造方法。
【請求項18】
前記厚さ方向において、はんだを介在させて、前記酸化物超電導線材と前記接続対象物とを重ね合わせて接合する、
請求項１４から請求項１７のいずれか一項に記載の接続構造体の製造方法。
請求項１４から請求項１７のいずれか一項に記載の接続構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、酸化物超電導線材、接続構造体、酸化物超電導線材の製造方法、及び接続構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、基板と、中間層と、酸化物超電導体により形成された超電導層と、銀により形成された保護層と、を備えたテープ状の酸化物超電導線材が開示されている。保護層は、超電導層上に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１７－０１０８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の構成では、超電導層と保護層との間の界面では、互いに異なる種類の材質である酸化物超電導体と銀とが接合されている。この場合、超電導層と保護層との間の界面抵抗が高いという問題がある。超電導層と保護層との間の界面抵抗が高い場合、２つの酸化物超電導線材が接続された接続構造体における接続抵抗が高くなるという問題がある。
【0005】
特許文献１に記載のテープ状の酸化物超電導線材の製造方法においては、基材の上方に超電導層をＰＬＤ法により形成した後、超電導層上に銀をスパッタ法により直接形成している。保護層を形成した後、酸素雰囲気中にて熱処理（酸素アニール処理）を行い、超電導層に酸素を導入している。
【0006】
このような製造方法により製造された酸化物超電導線材を鋭意検討した結果、本発明者は、以下の知見を得た。酸素アニール処理に起因して、超電導層を構成する酸化物超電導体から酸素が抜けてしまい、超電導層に高抵抗層が形成され、この結果、超電導層と保護層との間の界面抵抗が高くなる。
【0007】
さらに、本発明者は、テープ状の酸化物超電導線材同士を接続した接続構造体においても、超電導層と保護層との間の界面抵抗が高くなることに着目した。
具体的に、テープ状の酸化物超電導線材同士を接続した接続構造体を製造するには、一般的に、２つ酸化物超電導線材の端部同士を酸化物超電導線材の厚さ方向に重ね合わせ、はんだを介して接続している。酸化物超電導線材同士の接続構造体においては、一方の酸化物超電導線材の超電導層と、一方の酸化物超電導線材の銀保護層と、はんだと、他方の酸化物超電導線材の銀保護層と、他方の酸化物超電導線材の超電導層とが順に積層されている。
具体的に、テープ状の酸化物超電導線材同士を接続した接続構造体を製造するには、一般的に、２つ酸化物超電導線材の端部同士を酸化物超電導線材の厚さ方向に重ね合わせ、はんだを介して接続している。酸化物超電導線材同士の接続構造体においては、一方の酸化物超電導線材の超電導層と、一方の酸化物超電導線材の銀保護層と、はんだと、他方の酸化物超電導線材の銀保護層と、他方の酸化物超電導線材の超電導層とが順に積層されている。
【0008】
このような接続構造体の製造に関し、本発明者は、２つの酸化物超電導線材の間における接続面積やはんだの厚さ等の条件を変えずに、はんだを溶融させる熱処理（接続加熱処理）の温度を変えて接続抵抗値を測定した。この結果、本発明者は、接続加熱処理の温度に応じて接続抵抗値が変動することを確認した。本発明者は、接続構造体を製造する接続加熱処理の温度に起因して、超電導層と保護層との間の界面抵抗が変動する可能性があるという知見を得た。
【0009】
本発明は、このような事情を考慮してなされ、超電導層と保護層との間の界面抵抗を低減する酸化物超電導線材と、この酸化物超電導線材を備えた接続構造体とを提供することを目的とする。さらに、本発明は、この酸化物超電導線材を製造する方法と、この酸化物超電導線材を備えた接続構造体を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る酸化物超電導線材は、テープ状の基材と、前記基材の上方に設けられ、酸化物超電導体によって構成された超電導層と、前記超電導層上に設けられ、前記超電導層に接するとともに銀を含有する保護層と、を備え、前記超電導層は、厚さ方向において前記基材の側に形成された第２領域と、前記保護層の側に形成された第１領域とから構成され、前記第２領域の酸化物超電導体は所定の酸素濃度を有し、前記第１領域の酸化物超電導体は前記第２領域の酸化物超電導体の酸素濃度よりも低い酸素濃度を有し、前記第１領域の厚さは１００ｎｍ以下である。
【0011】
本発明の一態様に係る酸化物超電導線材によれば、超電導層は、厚さ方向において基材の側に形成された第２領域と、保護層の側に形成された第１領域とから構成され、第２領域の酸化物超電導体は所定の酸素濃度を有し、第１領域の酸化物超電導体は第２領域の酸化物超電導体の酸素濃度よりも低い酸素濃度を有し、第１領域の厚さは１００ｎｍ以下である。
これにより、酸素濃度の低い第１領域の厚さが小さくなる。すなわち、超電導層に形成される高抵抗層の厚さが小さくなる。したがって、超電導層と保護層との間の界面抵抗を小さくし、酸化物超電導線材における問題点を解決することができる。
これにより、酸素濃度の低い第１領域の厚さが小さくなる。すなわち、超電導層に形成される高抵抗層の厚さが小さくなる。したがって、超電導層と保護層との間の界面抵抗を小さくし、酸化物超電導線材における問題点を解決することができる。
【0012】
本発明の一態様に係る酸化物超電導線材は、前記第２領域の酸化物超電導体は酸素濃度の分布が一様であり、前記第１領域の酸化物超電導体は、前記基材から前記保護層に向かう方向において酸素濃度が減少する濃度勾配を有する。
【0013】
本発明の一態様に係る酸化物超電導線材は、前記超電導層と前記保護層との間の界面抵抗は、１×１０－１１Ωｃｍ２～１×１０－９Ωｃｍ２の範囲内であってもよい。
【0014】
本発明の一態様に係る酸化物超電導線材は、前記保護層は、酸化銀を含有してもよい。
【0015】
本発明の一態様に係る酸化物超電導線材においては、前記保護層は、酸化銀層と、銀層とを有し、前記酸化銀層は、前記銀層と前記超電導層との間に位置してもよい。
【0016】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る接続構造体は、第１酸化物超電導線材と、接続対象物とが接続された接続構造体であって、前記第１酸化物超電導線材の厚さ方向において前記第１酸化物超電導線材及び前記接続対象物が部分的に重なる重なり部を有し、前記第１酸化物超電導線材は、テープ状の基材と、前記基材の上方に設けられ、酸化物超電導体によって構成された超電導層と、前記超電導層上に設けられ、前記超電導層に接するとともに銀を含有する保護層と、を備え、前記超電導層は、厚さ方向において前記基材の側に形成された第２領域と、前記保護層の側に形成された第１領域とから構成され、前記第２領域の酸化物超電導体は所定の酸素濃度を有し、前記第１領域の酸化物超電導体は前記第２領域の酸化物超電導体の酸素濃度よりも低い酸素濃度を有し、前記第１領域の厚さは１００ｎｍ以下である。
【0017】
本発明の一態様に係る接続構造体によれば、超電導層は、厚さ方向において基材の側に形成された第２領域と、保護層の側に形成された第１領域とから構成され、第２領域の酸化物超電導体は所定の酸素濃度を有し、第１領域の酸化物超電導体は第２領域の酸化物超電導体の酸素濃度よりも低い酸素濃度を有し、第１領域の厚さは１００ｎｍ以下である。
これにより、酸素濃度の低い第１領域の厚さが小さくなる。すなわち、超電導層に形成される高抵抗層の厚さが小さくなる。したがって、超電導層と保護層との間の界面抵抗を小さくし、接続構造体における問題点を解決することができる。
これにより、酸素濃度の低い第１領域の厚さが小さくなる。すなわち、超電導層に形成される高抵抗層の厚さが小さくなる。したがって、超電導層と保護層との間の界面抵抗を小さくし、接続構造体における問題点を解決することができる。
【0018】
本発明の一態様に係る接続構造体は、前記第１領域の酸化物超電導体は、前記基材から前記保護層に向かう方向において酸素濃度が減少する濃度勾配を有する。
【0019】
本発明の一態様に係る接続構造体は、前記超電導層と前記保護層との間の界面抵抗は、１×１０－１１Ωｃｍ２～１×１０－９Ωｃｍ２の範囲内であってもよい。
【0020】
本発明の一態様に係る接続構造体においては、前記保護層は、酸化銀を含有してもよい。
【0021】
本発明の一態様に係る接続構造体においては、前記保護層は、酸化銀層と、銀層とを有し、前記酸化銀層は、前記銀層と前記超電導層との間に位置してもよい。
【0022】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る酸化物超電導線材の製造方法は、酸化物超電導体によって構成された超電導層を基材の上方に形成し、酸化銀を含有する保護層を前記超電導層の直上に形成し、前記超電導層及び前記保護層を加熱することによって、前記保護層に含まれる前記酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する。
【0023】
本発明の一態様に係る酸化物超電導線材の製造方法によれば、酸化銀を含有する保護層及び超電導層を加熱することによって、酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を超電導層に導入する。このため、酸素アニール処理によって超電導層から酸素が抜けたとしても、酸素が抜けた部分は、還元によって生じた酸素によって補完される。したがって高抵抗層の厚さが小さくなり、超電導層と保護層との間の界面抵抗が高くなる問題を解決することができる。
【0024】
本発明の一態様に係る酸化物超電導線材の製造方法は、前記酸化銀を含有する前記保護層を前記超電導層の直上に形成する際には、前記保護層の一部を構成する酸化銀層を前記超電導層の直上に形成し、その後、前記保護層の一部を構成する銀層を前記酸化銀層上に形成し、前記超電導層及び前記保護層を加熱することによって、前記保護層に含まれる前記酸化銀層を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入してもよい。
【0025】
本発明の一態様に係る酸化物超電導線材の製造方法は、前記酸化銀を含有する前記保護層を前記超電導層の直上に形成する際には、前記保護層の一部を構成する銀層を前記超電導層の直上に形成し、その後、前記保護層の一部を構成する酸化銀層を前記銀層上に形成し、前記超電導層及び前記保護層を加熱することによって、前記保護層に含まれる前記酸化銀層を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入してもよい。
【0026】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る接続構造体の製造方法は、酸化物超電導体によって構成された超電導層を基材の上方に形成し、かつ、酸化銀を含有する保護層を前記超電導層の直上に形成することによって形成された酸化物超電導線材を準備し、前記酸化物超電導線材に接続される接続対象物を準備し、前記保護層と前記接続対象物とを部分的に重ね合わせ、前記酸化物超電導線材及び前記接続対象物を加熱することによって、前記酸化物超電導線材の厚さ方向に見て前記保護層と前記接続対象物との重なり部に対応する位置において、前記保護層に含まれる前記酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する。
【0027】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る接続構造体の製造方法は、酸化物超電導体によって構成された超電導層を基材の上方に形成し、かつ、酸化銀を含有する保護層を前記超電導層の直上に形成することによって形成された酸化物超電導線材を準備し、前記酸化物超電導線材に接続される接続対象物を準備し、前記保護層と前記接続対象物を部分的に重ね合わせ、前記酸化物超電導線材及び前記接続対象物を加熱することによって、前記酸化物超電導線材の厚さ方向に見て前記保護層と前記接続対象物との重なり部に対応する位置において、前記保護層に含まれる前記酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入する。
【0028】
本発明の一態様に係る接続構造体の製造方法によれば、酸化銀を含有する保護層及び超電導層を加熱することによって、酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を超電導層に導入する。このため、接続加熱処理によって超電導層から酸素が抜けたとしても、酸素が抜けた部分は、還元によって生じた酸素によって補完される。したがって高抵抗層の厚さが小さくなり、超電導層と保護層との間の界面抵抗が高くなる問題を解決することができる。
【0029】
本発明の一態様に係る接続構造体の製造方法は、前記超電導層の表面において、前記重なり部に相当する第１部分を規定し、前記酸化銀を含有する前記保護層を前記超電導層の直上に形成する際には、前記保護層の一部を構成する酸化銀層を前記超電導層の前記第１部分上に形成し、前記厚さ方向に見て前記第１部分上に形成された前記酸化銀層と前記接続対象物とを重ね合わせ、前記酸化物超電導線材及び前記接続対象物を加熱することによって、前記保護層の前記酸化銀層に含まれる前記酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入してもよい。
【0030】
本発明の一態様に係る接続構造体の製造方法は、前記超電導層の表面において、前記重なり部に相当する第１部分を規定し、前記酸化銀を含有する前記保護層を前記超電導層の直上に形成する際には、前記保護層の一部を構成する酸化銀層を前記超電導層の前記第１部分上に形成し、その後、前記保護層の一部を構成する銀層を前記酸化銀層上に形成し、前記厚さ方向に見て前記第１部分上に形成された前記銀層と前記接続対象物とを重ね合わせ、前記酸化物超電導線材及び前記接続対象物を加熱することによって、前記保護層の前記酸化銀層に含まれる前記酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入してもよい。
【0031】
本発明の一態様に係る接続構造体の製造方法は、前記超電導層の表面において、前記重なり部に相当する第１部分を規定し、前記酸化銀を含有する前記保護層を前記超電導層の直上に形成する際には、前記保護層の一部を構成する銀層を前記超電導層の前記第１部分上に形成し、その後、前記保護層の一部を構成する酸化銀層を前記第１部分における前記銀層上に形成し、前記厚さ方向に見て前記第１部分上に形成された前記酸化銀層と前記接続対象物とを重ね合わせ、前記酸化物超電導線材及び前記接続対象物を加熱することによって、前記保護層の前記酸化銀層に含まれる前記酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を前記超電導層に導入してもよい。
【0032】
本発明の一態様に係る接続構造体の製造方法は、前記厚さ方向において、はんだを介在させて、前記酸化物超電導線材と前記接続対象物とを重ね合わせて接合してもよい。
【発明の効果】
【0033】
本発明の上記態様によれば、超電導層と保護層との間の界面抵抗を低減する酸化物超電導線材と、この酸化物超電導線材を備えた接続構造体とを提供することができる。本発明の上記態様によれば、この酸化物超電導線材を製造する方法と、この酸化物超電導線材を備えた接続構造体を製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明の第１実施形態に係る酸化物超電導線材を模式的に示す拡大断面図である。
【図2】本発明の第１実施形態の変形例に係る酸化物超電導線材を示す拡大断面図である。
【図3】本発明の第２実施形態に係る接続構造体を模式的に示す拡大断面図である。
【図4】本発明の第２実施形態の変形例に係る接続構造体を模式的に示す拡大断面図である。
【図5】本発明の第２実施形態に係る接続構造体を模式的に示す拡大断面図であって、接続構造体の製造方法を説明する図である。
【図6】本発明の第３実施形態に係る接続構造体を模式的に示す拡大断面図であって、接続構造体の製造方法を説明する図である。
【図7】本発明の第４実施形態に係る接続構造体を模式的に示す拡大断面図であって、接続構造体の製造方法を説明する図である。
【図8】本発明の第５実施形態に係る接続構造体を模式的に示す拡大断面図であって、接続構造体の製造方法を説明する図である。
【図9】比較例を説明するグラフである。
【図10】本発明の実施例を説明するグラフである。
【図11】本発明の実施例を説明するための図であって、酸化物超電導線材がブリッジ接続された構造グラフである。
【発明を実施するための形態】
【0035】
以下、本発明の実施形態に係る酸化物超電導線材、接続構造体、酸化物超電導線材の製造方法、及び接続構造体の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。説明で用いる図面は、本発明の特徴を分かりやすくするため、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【0036】
以下の説明において参照される図面においては、３次元直交座標系に相当するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向が示されている（符号Ｘ、Ｙ、Ｚ）。Ｘ方向は、酸化物超電導線材の幅方向に対応している。Ｙ方向は、酸化物超電導線材が延在する延在方向に対応している。Ｚ方向は、酸化物超電導線材の厚さ方向又は接続構造体の厚さ方向に対応している。
【0037】
（第１実施形態）
（酸化物超電導線材１の構成）
第１実施形態に係る酸化物超電導線材について図１を参照して説明する。
本実施形態に係る酸化物超電導線材１は、基材１０と、基材１０上に設けられた中間層１１と、中間層１１上に設けられた超電導層１２と、超電導層１２上に設けられた保護層１３と、保護層１３上に設けられた安定化層１４とを備える。酸化物超電導線材１は、基材１０、中間層１１、超電導層１２、保護層１３、及び安定化層１４を覆う絶縁被覆層を備えてもよい。
（酸化物超電導線材１の構成）
第１実施形態に係る酸化物超電導線材について図１を参照して説明する。
本実施形態に係る酸化物超電導線材１は、基材１０と、基材１０上に設けられた中間層１１と、中間層１１上に設けられた超電導層１２と、超電導層１２上に設けられた保護層１３と、保護層１３上に設けられた安定化層１４とを備える。酸化物超電導線材１は、基材１０、中間層１１、超電導層１２、保護層１３、及び安定化層１４を覆う絶縁被覆層を備えてもよい。
【0038】
酸化物超電導線材１の高さ、すなわち、基材１０の下面から保護層１３の上面までの長さ（図１のＺ方向における長さ）は、例えば、８０μｍである。
酸化物超電導線材１の幅、すなわち、酸化物超電導線材１の左端から右端までの長さ（図１のＸ方向における長さ）は、例えば、１２ｍｍである。
酸化物超電導線材１の幅、すなわち、酸化物超電導線材１の左端から右端までの長さ（図１のＸ方向における長さ）は、例えば、１２ｍｍである。
【0039】
（基材１０）
基材１０は、テープ状の金属基板である。金属基板を構成する金属の具体例として、ハステロイ（登録商標）に代表されるニッケル合金、ステンレス鋼、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ－Ｗ合金などが挙げられる。
基材１０は、テープ状の金属基板である。金属基板を構成する金属の具体例として、ハステロイ（登録商標）に代表されるニッケル合金、ステンレス鋼、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ－Ｗ合金などが挙げられる。
【0040】
（中間層１１）
中間層１１は、多層構成を有してよく、例えば、基材１０から超電導層１２に向かう順で、拡散防止層、ベッド層、配向層、キャップ層等を有してもよい。これら複数の層が中間層１１に設けられている構造において、各層の数は、１つに限定されない。中間層１１を構成するこれら複数の層のうちの一部の層が省略されてもよい。さらに、同種の層が２以上繰り返して積層された構造が採用されてもよい。中間層１１は、金属酸化物であってもよい。配向性に優れた中間層１１の上に超電導層１２を成膜することにより、配向性に優れた超電導層１２を得ることが容易になる。
中間層１１は、多層構成を有してよく、例えば、基材１０から超電導層１２に向かう順で、拡散防止層、ベッド層、配向層、キャップ層等を有してもよい。これら複数の層が中間層１１に設けられている構造において、各層の数は、１つに限定されない。中間層１１を構成するこれら複数の層のうちの一部の層が省略されてもよい。さらに、同種の層が２以上繰り返して積層された構造が採用されてもよい。中間層１１は、金属酸化物であってもよい。配向性に優れた中間層１１の上に超電導層１２を成膜することにより、配向性に優れた超電導層１２を得ることが容易になる。
【0041】
（超電導層１２）
超電導層１２は、超電導状態の時に電流を流す機能を有する。
超電導層１２は、酸化物超電導体によって構成され、保護層１３と接するように設けられている。
具体的に、超電導層１２に用いられる材料としては、特に限定されないが、例えば、一般式ＲＥＢａ２Ｃｕ３ＯＸ（ＲＥ１２３）で表されるＲＥ－Ｂａ－Ｃｕ－Ｏ系酸化物超電導体（ＲＥＢＣＯ系酸化物超電導体）が挙げられる。希土類元素ＲＥとしては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの１種又は２種以上が挙げられる。中でも、Ｙ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍの１種か、又はこれら元素の２種以上の組み合わせが好ましい。一般に、Ｘは、７－ｘ（酸素欠損量ｘ：約０～１程度）である。
超電導層１２は、超電導状態の時に電流を流す機能を有する。
超電導層１２は、酸化物超電導体によって構成され、保護層１３と接するように設けられている。
具体的に、超電導層１２に用いられる材料としては、特に限定されないが、例えば、一般式ＲＥＢａ２Ｃｕ３ＯＸ（ＲＥ１２３）で表されるＲＥ－Ｂａ－Ｃｕ－Ｏ系酸化物超電導体（ＲＥＢＣＯ系酸化物超電導体）が挙げられる。希土類元素ＲＥとしては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの１種又は２種以上が挙げられる。中でも、Ｙ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍの１種か、又はこれら元素の２種以上の組み合わせが好ましい。一般に、Ｘは、７－ｘ（酸素欠損量ｘ：約０～１程度）である。
【0042】
この酸化物超電導体の母物質は絶縁体であるが、酸素アニール処理により酸素を取り込むことで酸化物超電導体となり、超電導特性を示す性質を持つ。
【0043】
超電導層１２は、超電導層１２の厚さ方向において、基材１０の側に形成された第２領域１２Ｓと、前記保護層の側に形成された第１領域１２Ｆとの２つの層から構成される。第２領域１２Ｓの酸化物超電導体および第１領域１２Ｆの酸化物超電導体は、それぞれ固有の酸素濃度を有しており、第２領域１２Ｓの酸化物超電導体は所定の酸素濃度である。他方、第１領域１２Ｆの酸化物超電導体の酸素濃度は、第２領域１２Ｓの酸化物超電導体の酸素濃度よりも低い。
【0044】
超電導層１２の厚さ方向の酸素濃度プロファイルにおいて、第２領域１２Ｓの酸化物超電導体は厚さ方向の位置によらず均一で一様な酸素濃度分布を持つ。一方、第１領域１２Ｆの酸化物超電導体は、基材１０の側から超電導層１２と保護層１３との界面ＢＦにかけて酸素濃度が漸減する濃度勾配を有する。例えば、第２領域１２Ｓにおける酸素の濃度を１００％とすると、第１領域１２Ｆの厚さ方向において第２領域１２Ｓとの境界における酸素濃度は第２領域１２Ｓの酸素濃度と略同一（≒１００％）であり、保護層１３との界面ＢＦ近傍における酸素濃度は約２０％である。第１領域ＳＦの厚さは、例えば、１００ｎｍ以下であると良く、５０ｎｍ、２０ｎｍ、であってもよい。超電導層１２と保護層１３との間の界面ＢＦにおける界面抵抗は、１×１０－１１Ωｃｍ２～１×１０－９Ωｃｍ２の範囲内であるとよい。
【0045】
（保護層１３）
保護層１３は、超電導層１２上に設けられ、超電導層１２に接している。
保護層１３は、酸化物超電導線材１への通電時において、何らかの事故により発生する過電流が流れるバイパス経路として機能する電流路となる。保護層１３は、銀（Ａｇ）または銀合金から構成される。
保護層１３は、超電導層１２上に設けられ、超電導層１２に接している。
保護層１３は、酸化物超電導線材１への通電時において、何らかの事故により発生する過電流が流れるバイパス経路として機能する電流路となる。保護層１３は、銀（Ａｇ）または銀合金から構成される。
【0046】
保護層１３の構成に関し、酸素雰囲気中において酸化物超電導線材１に対して酸素アニール処理（酸素雰囲気における熱処理）を行う前と後では、保護層１３における酸化銀の含有量が変化している。
具体的に述べると、本実施形態では、酸化物超電導線材１の製造方法においては、基材１０の上方に超電導層１２を形成した後、酸化銀を含む保護層１３をスパッタ法により超電導層１２上に直接形成している。その後、酸素雰囲気中において酸化物超電導線材１に対して酸素アニール処理を行い、超電導層１２に酸素を導入している。
具体的に述べると、本実施形態では、酸化物超電導線材１の製造方法においては、基材１０の上方に超電導層１２を形成した後、酸化銀を含む保護層１３をスパッタ法により超電導層１２上に直接形成している。その後、酸素雰囲気中において酸化物超電導線材１に対して酸素アニール処理を行い、超電導層１２に酸素を導入している。
【0047】
このとき、酸素アニール処理前の状態における保護層１３の酸化銀が銀に還元されるという還元反応が生じる。還元反応によって生じた酸素の一部又は全てが、酸素アニール処理に伴って超電導層１２に導入される。つまり、酸素アニール処理後の状態において、保護層１３の酸化銀の全てが銀に還元されず、保護層１３に酸化銀が残留してもよい。その一方、酸素アニール処理後の状態において、保護層１３の酸化銀の全てが銀に還元されることで、保護層１３に酸化銀が残留していなくてもよい。
【0048】
（安定化層１４）
安定化層１４の材料としては、銅、Ｃｕ－Ｚｎ合金（黄銅）、Ｃｕ－Ｎｉ合金等の銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等の材質が選択される。
安定化層１４は、複数の層から構成されてもよい。また、安定化層１４は、金属めっきにより形成されてもよいし、基材１０から保護層１３までの層を含む積層体の全体をめっき層で覆う構造を有してもよい。
安定化層１４の材料としては、銅、Ｃｕ－Ｚｎ合金（黄銅）、Ｃｕ－Ｎｉ合金等の銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等の材質が選択される。
安定化層１４は、複数の層から構成されてもよい。また、安定化層１４は、金属めっきにより形成されてもよいし、基材１０から保護層１３までの層を含む積層体の全体をめっき層で覆う構造を有してもよい。
【0049】
（酸化物超電導線材１の製造方法）
まず、テープ状の金属基板である基材１０を準備する。次に、基材１０上に中間層１１を形成する。中間層１１を形成する方法としては、例えば、ＩＢＡＤ成膜法が用いられる。
さらに、酸化物超電導体によって構成された超電導層１２を中間層１１上に形成する。超電導層１２を形成する方法としては、例えば、ＰＬＤ法が用いられる。
まず、テープ状の金属基板である基材１０を準備する。次に、基材１０上に中間層１１を形成する。中間層１１を形成する方法としては、例えば、ＩＢＡＤ成膜法が用いられる。
さらに、酸化物超電導体によって構成された超電導層１２を中間層１１上に形成する。超電導層１２を形成する方法としては、例えば、ＰＬＤ法が用いられる。
【0050】
次に、保護層１３を超電導層１２の直上に形成する。本発明においては、保護層１３を形成する方法としては、酸化銀のターゲットを用いたスパッタ法が用いられる。ここで、酸化銀としては、例えば、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、ＡｇＯ及びＡｇ２Ｏの混合物が挙げられる。本実施形態では、Ａｇ２Ｏが用いられている。保護層１３に含まれる酸化銀の含有量（濃度）の調整は、複数種類の酸化銀ターゲットの中から選択することで行われる。
【0051】
その後、酸素雰囲気中において、基材１０上に積層された中間層１１、超電導層１２、及び保護層１３に対して酸素アニール処理を施す（酸素雰囲気における熱処理）。酸素アニール処理を施すことによって、酸素が保護層１３を透過し、超電導層１２に酸素が導入される。この他、酸素アニール処理において保護層１３の酸化銀が銀に還元され、還元によって生じた酸素も超電導層１２に導入される。上述した製造方法を経て、図１に示す酸化物超電導線材１が得られる。酸素アニール処理は、酸素雰囲気または大気中において３００～１０００℃の加熱を行うことで実施できる。
【0052】
酸素アニール処理においては、酸化銀から銀への還元反応に関しては、保護層１３の酸化銀の全てが銀に還元されてもよいし、保護層１３の酸化銀の一部が銀に還元されてもよい。酸化銀から超電導層１２への酸素の導入に関しては、保護層１３の酸化銀の酸素の全てが超電導層１２に導入されてもよいし、保護層１３の酸化銀の酸素の一部が超電導層１２に導入されてもよい。
【0053】
このような酸化銀から超電導層１２への酸素の導入量の調整、及び、酸化銀から銀への還元反応の制御は、例えば、保護層１３における酸化銀の含有量を調整や酸素アニール処理条件を調整することで行われる。また、保護層１３の層構成として、酸化銀の含有量が低い或いは酸化銀を含有しない銀層と、酸化銀を含有する酸化銀層との積層構造を採用することで、酸化銀から超電導層１２への酸素の導入量を調整したり、酸化銀から銀への還元反応を制御したりすることができる。
【0054】
このような酸化物超電導線材１の製造方法により、超電導層１２の第２領域１２Ｓにおける酸素の濃度に対して、第１領域１２Ｆにおける酸素の濃度が低く、第１領域１２Ｆの厚さが１００ｎｍ以下となる。また、第１領域１２Ｆにおいては、基材１０の側から超電導層１２と保護層１３との界面ＢＦにかけて酸素濃度が漸減するという酸素濃度プロファイルが得られる。界面ＢＦにおける界面抵抗は、１×１０－１１Ωｃｍ２～１×１０－９Ωｃｍ２の範囲内となる。
【0055】
次に、以上のように構成された酸化物超電導線材１の作用及び効果について説明する。
本実施形態によれば、保護層１３を構成する銀層を単に超電導層１２に積層して酸素アニール処理を施すのではなく、酸化銀を含有する保護層１３を超電導層１２に積層して酸素アニール処理を施している。これにより、酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を超電導層１２に導入することができる。このため、酸素アニール処理によって超電導層から酸素が抜けたとしても、酸素が抜けた部分は、酸化銀の還元によって生じた酸素によって補完される。さらに、第１領域１２Ｆは、厚さが１００ｎｍ以下となるため、高抵抗層の厚さが小さくなり、超電導層１２と保護層１３との間の界面抵抗の低減に寄与する。
本実施形態によれば、保護層１３を構成する銀層を単に超電導層１２に積層して酸素アニール処理を施すのではなく、酸化銀を含有する保護層１３を超電導層１２に積層して酸素アニール処理を施している。これにより、酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を超電導層１２に導入することができる。このため、酸素アニール処理によって超電導層から酸素が抜けたとしても、酸素が抜けた部分は、酸化銀の還元によって生じた酸素によって補完される。さらに、第１領域１２Ｆは、厚さが１００ｎｍ以下となるため、高抵抗層の厚さが小さくなり、超電導層１２と保護層１３との間の界面抵抗の低減に寄与する。
【0056】
本実施形態に係る酸化物超電導線材１においては、超電導層１２と保護層１３との間の界面抵抗は、１×１０－１１Ωｃｍ２～１×１０－９Ωｃｍ２の範囲内であるので、低抵抗な酸化物超電導線材１を実現することができる。
【0057】
（第１実施形態の変形例）
以下、第１実施形態の複数の変形例については、第１実施形態の説明に用いた同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、第１実施形態において説明した製造工程と同一の工程については、その説明は省略または簡略化する。
以下、第１実施形態の複数の変形例については、第１実施形態の説明に用いた同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、第１実施形態において説明した製造工程と同一の工程については、その説明は省略または簡略化する。
【0058】
（第１実施形態の変形例１）
第１実施形態の変形例１に係る酸化物超電導線材について図２を参照して説明する。図２に示す酸化物超電導線材１Ａは、酸化物超電導線材１を構成する基材１０、中間層１１、超電導層１２、及び安定化層１４と同じ構成を有する。酸化物超電導線材１Ａは、保護層１３の構造の点において、酸化物超電導線材１と異なる。
第１実施形態の変形例１に係る酸化物超電導線材について図２を参照して説明する。図２に示す酸化物超電導線材１Ａは、酸化物超電導線材１を構成する基材１０、中間層１１、超電導層１２、及び安定化層１４と同じ構成を有する。酸化物超電導線材１Ａは、保護層１３の構造の点において、酸化物超電導線材１と異なる。
【0059】
図２に示す保護層１３は、酸化銀を含有している。言い換えると、保護層１３は、上述した酸化物超電導線材１の製造方法により、酸化銀が残留した構造を有する。具体的に、保護層１３は、酸化銀層１３Ｆと、銀層１３Ｓとを有する。酸化銀層１３Ｆは、銀層１３Ｓと超電導層１２との間に位置している。言い換えると、銀層１３Ｓよりも酸化銀の含有量が高い酸化銀層１３Ｆが超電導層１２の界面ＢＦを介して隣接している。
【0060】
ここで、銀層１３Ｓは、表面酸化膜といった自然酸化によって形成された酸化銀を含んでもよい。
【0061】
つまり、図２においては、酸化物超電導線材１に対する酸素アニール処理前の状態における保護層１３の酸化銀の酸素の一部が酸素アニール処理に伴って超電導層１２に導入され、酸化銀から銀への還元反応が部分的に生じ、酸素アニール処理後の状態において保護層１３に酸化銀が残留している。
このような構成を有する酸化物超電導線材１Ａにおいても、上述した第１実施形態に係る酸化物超電導線材１と同様の効果を得ることができる。
このような構成を有する酸化物超電導線材１Ａにおいても、上述した第１実施形態に係る酸化物超電導線材１と同様の効果を得ることができる。
【0062】
（第１実施形態の変形例２）
上述した酸化物超電導線材１の製造方法においては、酸化銀を含有する保護層１３を超電導層１２の直上に形成した後に酸素アニール処理を施すことによって、酸化銀から超電導層１２へ酸素を導入し、酸化銀を銀に還元していた。以下に説明する第１実施形態の変形例２は、保護層１３の形成の点で、上述した製造方法とは異なる。
上述した酸化物超電導線材１の製造方法においては、酸化銀を含有する保護層１３を超電導層１２の直上に形成した後に酸素アニール処理を施すことによって、酸化銀から超電導層１２へ酸素を導入し、酸化銀を銀に還元していた。以下に説明する第１実施形態の変形例２は、保護層１３の形成の点で、上述した製造方法とは異なる。
【0063】
最初に、基材１０上に、中間層１１と超電導層１２とを順に積層する。次に、超電導層１２の直上に酸化銀を含有する保護層１３を形成する。ここで、保護層１３を形成する際には、まず、第１工程として保護層１３の一部を構成するとともに酸化銀を含有する酸化銀層を超電導層１２の直上に形成する。その後、第２工程として保護層１３の一部を構成する銀層を酸化銀層上に形成する。
次に、超電導層１２及び保護層１３を加熱することによって、保護層１３の酸化銀の酸素を超電導層１２に導入し、保護層１３の酸化銀を銀に還元する。
次に、超電導層１２及び保護層１３を加熱することによって、保護層１３の酸化銀の酸素を超電導層１２に導入し、保護層１３の酸化銀を銀に還元する。
【0064】
酸化銀を含有する酸化銀層を超電導層１２の直上に形成する第１工程では、超電導層１２の全面に酸化銀層を形成した後、酸化銀層を超電導層１２から部分的に剥がすことによって、超電導層１２上に酸化銀層が部分的に残留するようにパターニングを行ってもよい。これによって、所望のパターンを有する酸化銀層が超電導層１２上に形成される。第２工程においては、銀は、パターニングされた酸化銀層の直上の位置と、超電導層１２の直上の位置とに、形成される。
なお、開口パターンを有する公知のマスクを用いることによって、開口パターンに対応した超電導層１２上の位置に酸化銀層が残留するようにパターニングを行ってもよい。
なお、開口パターンを有する公知のマスクを用いることによって、開口パターンに対応した超電導層１２上の位置に酸化銀層が残留するようにパターニングを行ってもよい。
【0065】
このような第１実施形態の変形例２に係る酸化物超電導線材の製造方法においても、上述した酸化物超電導線材１と同様の効果を得ることができる。さらに、所望のパターンを有する酸化銀層を超電導層１２上に形成することができる。
【0066】
（第１実施形態の変形例３）
以下に説明する第１実施形態の変形例３は、保護層１３の形成の点で、上述した第１実施形態に係る製造方法とは異なる。
以下に説明する第１実施形態の変形例３は、保護層１３の形成の点で、上述した第１実施形態に係る製造方法とは異なる。
【0067】
最初に、基材１０上に、中間層１１と超電導層１２とを順に積層する。次に、超電導層１２の直上に酸化銀を含有する保護層１３を形成する。ここで、保護層１３を形成する際には、まず、第１工程として保護層１３の一部を構成する銀層を超電導層１２の直上に形成する。その後、第２工程として保護層１３の一部を構成する酸化銀層を銀層上に形成する。
次に、超電導層１２及び保護層１３を加熱することによって、保護層１３の酸化銀の酸素を超電導層１２に導入し、保護層１３の酸化銀を銀に還元する。
次に、超電導層１２及び保護層１３を加熱することによって、保護層１３の酸化銀の酸素を超電導層１２に導入し、保護層１３の酸化銀を銀に還元する。
【0068】
酸化銀層よりも酸化銀の含有量が低い銀層を超電導層１２の直上に形成する第１工程では、超電導層１２の全面に銀層を形成した後、銀層を超電導層１２から部分的に剥がすことによって、超電導層１２上に銀層が部分的に残留するようにパターニングを行ってもよい。これによって、所望のパターンを有する銀層が超電導層１２上に形成される。第２工程においては、酸化銀層は、パターニングされた銀層の直上の位置と、超電導層１２の直上の位置とに、形成される。
なお、開口パターンを有する公知のマスクを用いることによって、開口パターンに対応した超電導層１２上の位置に銀層が残留するようにパターニングを行ってもよい。
なお、開口パターンを有する公知のマスクを用いることによって、開口パターンに対応した超電導層１２上の位置に銀層が残留するようにパターニングを行ってもよい。
【0069】
このような第１実施形態の変形例３に係る酸化物超電導線材の製造方法においても、上述した酸化物超電導線材１と同様の効果を得ることができる。さらに、所望のパターンを有する銀層を超電導層１２上に形成することができる。
【0070】
（第２実施形態）
（接続構造体３の構成）
次に、第２実施形態に係る酸化物超電導線材について図３を参照して説明する。
図３において、第１実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
（接続構造体３の構成）
次に、第２実施形態に係る酸化物超電導線材について図３を参照して説明する。
図３において、第１実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
【0071】
本実施形態に係る接続構造体３は、第１酸化物超電導線材１（酸化物超電導線材）と第２酸化物超電導線材２（接続対象物）とが接続された構造を有する。接続構造体３は、Ｚ方向において第１酸化物超電導線材１及び第２酸化物超電導線材２が部分的に重なる重なり部１６を有する。言い換えると、第１酸化物超電導線材１の延在方向（Ｙ方向）における端部から第２酸化物超電導線材２が突出するように、第１酸化物超電導線材１の一部と及び第２酸化物超電導線材２の一部とが重なっている。
本実施形態では、重なり部１６において、第１酸化物超電導線材１と第２酸化物超電導線材２とがはんだ１５を介して接続されている。
本実施形態では、重なり部１６において、第１酸化物超電導線材１と第２酸化物超電導線材２とがはんだ１５を介して接続されている。
【0072】
（第１酸化物超電導線材１の構成）
第１酸化物超電導線材１は、基材１０Ａと、基材１０Ａ上に設けられた中間層１１Ａと、中間層１１Ａ上に設けられた超電導層１２Ａと、超電導層１２Ａ上に設けられた保護層１３Ａとを備える。
第１酸化物超電導線材１を構成する基材１０Ａ及び中間層１１Ａの各々は、例えば、上述した第１実施形態において説明した基材１０及び中間層１１と同じである。
第１酸化物超電導線材１は、基材１０Ａと、基材１０Ａ上に設けられた中間層１１Ａと、中間層１１Ａ上に設けられた超電導層１２Ａと、超電導層１２Ａ上に設けられた保護層１３Ａとを備える。
第１酸化物超電導線材１を構成する基材１０Ａ及び中間層１１Ａの各々は、例えば、上述した第１実施形態において説明した基材１０及び中間層１１と同じである。
【0073】
（超電導層１２Ａ）
超電導層１２Ａは、Ｚ方向において重なり部１６に重なる超電導部５２を有する。
超電導部５２は、超電導部５２と保護層１３Ａとの間の界面ＢＦ１から基材１０Ａに向かう方向において超電導部５２に含まれる酸素の濃度が減少する濃度勾配を有する第１領域１２Ｆを有する。超電導部５２は、界面ＢＦ１から基材１０Ａに向かう方向において第１領域１２Ｆから離間し、かつ、超電導部５２に含まれる酸素の濃度が略一定である第２領域１２Ｓを有する。
超電導層１２Ａは、Ｚ方向において重なり部１６に重なる超電導部５２を有する。
超電導部５２は、超電導部５２と保護層１３Ａとの間の界面ＢＦ１から基材１０Ａに向かう方向において超電導部５２に含まれる酸素の濃度が減少する濃度勾配を有する第１領域１２Ｆを有する。超電導部５２は、界面ＢＦ１から基材１０Ａに向かう方向において第１領域１２Ｆから離間し、かつ、超電導部５２に含まれる酸素の濃度が略一定である第２領域１２Ｓを有する。
【0074】
超電導部５２の厚さ方向の酸素濃度プロファイルにおいて、第２領域１２Ｓの酸化物超電導体は厚さ方向の位置によらず均一で一様な酸素濃度分布を持つ。一方、第１領域１２Ｆの酸化物超電導体は、基材１０Ａの側から超電導部５２と保護層１３Ａとの界面ＢＦ１にかけて酸素濃度が漸減する濃度勾配を有する。例えば、第２領域１２Ｓにおける酸素の濃度を１００％とすると、第１領域１２Ｆの厚さ方向において第２領域１２Ｓとの境界における酸素濃度は第２領域１２Ｓの酸素濃度と略同一（≒１００％）であり、保護層１３Ａとの界面ＢＦ１近傍における酸素濃度は約２０％である。第１領域ＳＦの厚さは、例えば、１００ｎｍ以下であると良く、５０ｎｍ、２０ｎｍ、であってもよい。超電導部５２と保護層１３Ａとの間の界面ＢＦ１における界面抵抗は、１×１０－１１Ωｃｍ２～１×１０－９Ωｃｍ２の範囲内であるとよい。
【0075】
（保護層１３Ａ）
保護層１３Ａは、超電導層１２Ａ上に設けられ、超電導層１２Ａに接しており、銀を含有する。保護層１３Ａは、上述した第１実施形態に係る保護層１３と同様の構成を有する。保護層１３Ａは、重なり部１６において第２酸化物超電導線材２の保護層２３に対向している。本実施形態では、保護層１３Ａは、はんだ１５に接触している。
保護層１３Ａは、超電導層１２Ａ上に設けられ、超電導層１２Ａに接しており、銀を含有する。保護層１３Ａは、上述した第１実施形態に係る保護層１３と同様の構成を有する。保護層１３Ａは、重なり部１６において第２酸化物超電導線材２の保護層２３に対向している。本実施形態では、保護層１３Ａは、はんだ１５に接触している。
【0076】
（第２酸化物超電導線材２の構成）
第２酸化物超電導線材２は、基材２０と、基材２０上に設けられた中間層２１と、中間層２１上に設けられた超電導層２２と、超電導層２２上に設けられた保護層２３とを備える。
第２酸化物超電導線材２を構成する基材２０及び中間層２１、超電導層２２、保護層２３の各々は従来公知の構成を備える。又は、上述した第１実施形態において説明した酸化物超電導線材と同じ構成を備えていてもよい。
第２酸化物超電導線材２は、基材２０と、基材２０上に設けられた中間層２１と、中間層２１上に設けられた超電導層２２と、超電導層２２上に設けられた保護層２３とを備える。
第２酸化物超電導線材２を構成する基材２０及び中間層２１、超電導層２２、保護層２３の各々は従来公知の構成を備える。又は、上述した第１実施形態において説明した酸化物超電導線材と同じ構成を備えていてもよい。
【0077】
（接続構造体３の製造方法）
図５を参照して、第２実施形態に係る接続構造体３の製造方法を説明する。
まず、接続構造体３を構成する第１酸化物超電導線材１と第２酸化物超電導線材２とを準備する。第１酸化物超電導線材１は、上述した第１実施形態と同様に、酸化物超電導体によって構成された超電導層１２Ａを基材１０Ａの上方に形成し、かつ、酸化銀を含有する保護層１３Ａを超電導層１２Ａの直上に形成する。その後、酸素雰囲気中において、酸素アニール処理を施すことによって第１酸化物超電導線材１が形成される。同様の方法により、第２酸化物超電導線材２が形成される。
図５を参照して、第２実施形態に係る接続構造体３の製造方法を説明する。
まず、接続構造体３を構成する第１酸化物超電導線材１と第２酸化物超電導線材２とを準備する。第１酸化物超電導線材１は、上述した第１実施形態と同様に、酸化物超電導体によって構成された超電導層１２Ａを基材１０Ａの上方に形成し、かつ、酸化銀を含有する保護層１３Ａを超電導層１２Ａの直上に形成する。その後、酸素雰囲気中において、酸素アニール処理を施すことによって第１酸化物超電導線材１が形成される。同様の方法により、第２酸化物超電導線材２が形成される。
【0078】
第１酸化物超電導線材１の作成の際に、保護層１３Ａが形成される超電導層１２Ａの表面の領域が規定される。具体的に、超電導層１２Ａの表面において、重なり部１６に相当する第１部分１２Ｐと、第１部分１２Ｐ以外の部分に相当する第２部分１２Ｑとを規定する。第１部分１２Ｐは、第１酸化物超電導線材１の延在方向における端部を含む領域である。第１部分１２Ｐは、第２酸化物超電導線材２の延在方向における端部を含む領域に対向する部分である。
【0079】
次に、酸化銀を含有する保護層１３Ａを超電導層１２Ａの直上に形成する。この際に、保護層１３Ａの一部を構成するとともに高い濃度で酸化銀を含有する酸化銀層１３Ｈが超電導層１２Ａの第１部分１２Ｐ上に形成される。保護層１３Ａの一部を構成するとともに酸化銀層１３Ｈよりも酸化銀の含有量が低い銀層１３Ｌが第２部分１２Ｑ上に形成される。
【0080】
酸化銀層１３Ｈ及び銀層１３Ｌの形成方法について、具体的に説明する。
まず、スパッタ法により超電導層１２Ａの全面に酸化銀層１３Ｈを形成する。次に、第１部分１２Ｐに形成されている酸化銀層１３Ｈを残留させつつ、第２部分１２Ｑに形成されている酸化銀層１３Ｈを剥がす。これにより、超電導層１２Ａの第２部分１２Ｑが露出する。次に、第２部分１２Ｑに銀層１３Ｌを形成する。これにより、図５に示すように、超電導層１２Ａの上面に酸化銀層１３Ｈと銀層１３Ｌとが形成される。
まず、スパッタ法により超電導層１２Ａの全面に酸化銀層１３Ｈを形成する。次に、第１部分１２Ｐに形成されている酸化銀層１３Ｈを残留させつつ、第２部分１２Ｑに形成されている酸化銀層１３Ｈを剥がす。これにより、超電導層１２Ａの第２部分１２Ｑが露出する。次に、第２部分１２Ｑに銀層１３Ｌを形成する。これにより、図５に示すように、超電導層１２Ａの上面に酸化銀層１３Ｈと銀層１３Ｌとが形成される。
【0081】
このように超電導層１２Ａの上面に酸化銀層１３Ｈと銀層１３Ｌが形成された後、第１酸化物超電導線材１の保護層１３Ａと第２酸化物超電導線材２とを部分的に重ね合わせる。具体的に、Ｚ方向に見て第１部分１２Ｐ上に形成された酸化銀層１３Ｈと第２酸化物超電導線材２とを重ね合わせる。本実施形態では、第１酸化物超電導線材１（保護層１３Ａ）と第２酸化物超電導線材２（保護層２３）との間にはんだ１５を介在させている。
さらに、はんだ１５を用いた接続構造を得るには、例えば、約２００℃の接続加熱処理を施すことではんだが溶融し、第１酸化物超電導線材１と第２酸化物超電導線材２とが接続される。
さらに、はんだ１５を用いた接続構造を得るには、例えば、約２００℃の接続加熱処理を施すことではんだが溶融し、第１酸化物超電導線材１と第２酸化物超電導線材２とが接続される。
【0082】
このような接続加熱処理を行うことによって、Ｚ方向に見て保護層１３Ａと第２酸化物超電導線材２との重なり部１６に対応する位置、すなわち、第１部分１２Ｐに形成されている酸化銀層１３Ｈにおいて、保護層１３Ａの酸化銀層１３Ｈに含まれる酸化銀は、銀に還元される。還元によって生じた酸素は、超電導層１２Ａに導入される。上述した製造方法を経て、図３又は図４に示す接続構造体３が得られる。
【0083】
酸化銀から超電導層１２Ａへの酸素の導入に関しては、酸化銀層１３Ｈの酸化銀の酸素の全てが超電導層１２Ａに導入されてもよいし、酸化銀層１３Ｈの酸化銀の酸素の一部が超電導層１２Ａに導入されてもよい。酸化銀から銀への還元反応に関しては、酸化銀層１３Ｈの酸化銀の全てが銀に還元されてもよいし、酸化銀層１３Ｈの酸化銀の一部が銀に還元されてもよい。
【0084】
このような酸化銀から超電導層１２Ａへの酸素の導入量の調整、及び、酸化銀から銀への還元反応の制御は、例えば、酸化銀層１３Ｈにおける酸化銀の含有量を調整や接続加熱処理条件を調整することで行われる。
【0085】
このような接続構造体３の製造方法により、超電導層１２Ａの第２領域１２Ｓにおける酸素の濃度に対して、第１領域１２Ｆにおける酸素の濃度が低く、第１領域１２Ｆの厚さが１００ｎｍ以下となる。また、第１領域１２Ｆにおいては、基材１０Ａの側から超電導層１２Ａと保護層１３Ａとの界面ＢＦ１にかけて酸素濃度が漸減するという酸素濃度プロファイルが得られる。界面ＢＦ１における界面抵抗は、１×１０－１１Ωｃｍ２～１×１０－９Ωｃｍ２の範囲内となる。
【0086】
次に、以上のように構成された接続構造体３の作用及び効果について説明する。
本実施形態によれば、酸化銀層１３Ｈに含まれる酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を超電導層１２Ａに導入することができる。このため、接続加熱処理によって超電導層から酸素が抜けたとしても、酸素が抜けた部分は、酸化銀の還元によって生じた酸素によって補完される。これにより、超電導層１２Ａから酸素が抜けた部分の厚さ（界面からの深さ）を小さくすることができる。したがって、超電導層１２Ａに形成される高抵抗層の大きさが小さくなり、超電導層１２Ａと保護層１３Ａとの間の界面抵抗の低減に寄与する。
本実施形態によれば、酸化銀層１３Ｈに含まれる酸化銀を銀に還元し、還元によって生じた酸素を超電導層１２Ａに導入することができる。このため、接続加熱処理によって超電導層から酸素が抜けたとしても、酸素が抜けた部分は、酸化銀の還元によって生じた酸素によって補完される。これにより、超電導層１２Ａから酸素が抜けた部分の厚さ（界面からの深さ）を小さくすることができる。したがって、超電導層１２Ａに形成される高抵抗層の大きさが小さくなり、超電導層１２Ａと保護層１３Ａとの間の界面抵抗の低減に寄与する。
【0087】
本実施形態に係る接続構造体３においては、超電導層１２Ａと保護層１３Ａとの間の界面抵抗は、１×１０－１１Ωｃｍ２～１×１０－９Ωｃｍ２の範囲内であるので、低抵抗な酸化物超電導線材１を備える接続構造体３を実現することができる。
【0088】
なお、上述した接続構造体３の製造方法において、酸化銀層１３Ｈ及び銀層１３Ｌを形成する順番は、上記の方法に限定されない。例えば、次の方法が採用されてもよい。まず、スパッタ法により超電導層１２Ａの全面に銀層１３Ｌを形成する。次に、第２部分１２Ｑに形成されている銀層１３Ｌを残留させつつ、第１部分１２Ｐに形成されている銀層１３Ｌを剥がす。これにより、超電導層１２Ａの第１部分１２Ｐが露出する。次に、第１部分１２Ｐに酸化銀層１３Ｈを形成する。これにより、図５に示すように、超電導層１２Ａの上面に酸化銀層１３Ｈと銀層１３Ｌとが形成される。
【0089】
また、第１部分１２Ｐに対応する開口パターンを有する公知のマスクを用いることによって、第１部分１２Ｐに対応した超電導層１２上の位置に酸化銀層１３Ｈを形成してもよい。同様に、第２部分１２Ｑに対応する開口パターンを有する公知のマスクを用いることによって、第２部分１２Ｑに対応した超電導層１２上の位置に銀層１３Ｌを形成してもよい。
【0090】
（第２実施形態の変形例）
以下、第２実施形態の変形例に係る接続構造体３について図４を参照して説明する。
第２実施形態の変形例については、第１実施形態及び第２実施形態の説明に用いた同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、第１実施形態及び第２実施形態において説明した製造工程と同一の工程については、その説明は省略または簡略化する。
以下、第２実施形態の変形例に係る接続構造体３について図４を参照して説明する。
第２実施形態の変形例については、第１実施形態及び第２実施形態の説明に用いた同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、第１実施形態及び第２実施形態において説明した製造工程と同一の工程については、その説明は省略または簡略化する。
【0091】
図４に示す接続構造体３、保護層１３Ａの構造の点において、第２実施形態と異なる。
図４に示す保護層１３Ａは、酸化銀を含有している。言い換えると、保護層１３Ａは、上述した接続構造体３の製造方法により、酸化銀が残留した構造を有する。具体的に、保護層１３Ａは、酸化銀層１３Ｆと、酸化銀層１３Ｆよりも酸化銀の含有量が低い銀層１３Ｓとを有する。酸化銀層１３Ｆは、銀層１３Ｓと超電導層１２Ａとの間に位置している。言い換えると、銀層１３Ｓよりも酸化銀の含有量が高い酸化銀層１３Ｆが超電導層１２Ａの界面ＢＦ１を介して隣接している。
図４に示す保護層１３Ａは、酸化銀を含有している。言い換えると、保護層１３Ａは、上述した接続構造体３の製造方法により、酸化銀が残留した構造を有する。具体的に、保護層１３Ａは、酸化銀層１３Ｆと、酸化銀層１３Ｆよりも酸化銀の含有量が低い銀層１３Ｓとを有する。酸化銀層１３Ｆは、銀層１３Ｓと超電導層１２Ａとの間に位置している。言い換えると、銀層１３Ｓよりも酸化銀の含有量が高い酸化銀層１３Ｆが超電導層１２Ａの界面ＢＦ１を介して隣接している。
【0092】
つまり、図４においては、酸化物超電導線材１に対する接続加熱処理前の状態における保護層１３Ａの酸化銀層１３Ｈに含まれる酸化銀の酸素の一部が接続加熱処理に伴って超電導層１２Ａに導入され、酸化銀から銀への還元反応が部分的に生じ、接続加熱処理後の状態において保護層１３Ａに酸化銀が残留している。
このような構成を有する接続構造体３においても、上述した第２実施形態に係る接続構造体３と同様の効果を得ることができる。
このような構成を有する接続構造体３においても、上述した第２実施形態に係る接続構造体３と同様の効果を得ることができる。
【0093】
（第３実施形態）
（接続構造体３の製造方法）
図６を参照して、第３実施形態に係る接続構造体３の製造方法を説明する。
以下の説明では、第３実施形態と第２実施形態との相違点を説明し、第１実施形態及び第２実施形態の説明に用いた同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、第１実施形態及び第２実施形態において説明した製造工程と同一の工程については、その説明は省略または簡略化する。
（接続構造体３の製造方法）
図６を参照して、第３実施形態に係る接続構造体３の製造方法を説明する。
以下の説明では、第３実施形態と第２実施形態との相違点を説明し、第１実施形態及び第２実施形態の説明に用いた同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、第１実施形態及び第２実施形態において説明した製造工程と同一の工程については、その説明は省略または簡略化する。
【0094】
まず、上述した第２実施形態と同様に、超電導層１２Ａの表面において、第１部分１２Ｐ及び第２部分１２Ｑを規定する。
次に、酸化銀を含有する保護層１３Ａを超電導層１２Ａの直上に形成する。この際に、最初に、酸化銀層１３Ｈを超電導層１２Ａの第１部分１２Ｐ上に形成する。その後、酸化銀層１３Ｈ上及び超電導層１２Ａの第２部分１２Ｑ上に、銀層１３Ｌを形成する。つまり、図５に示す方法とは異なり、第１部分１２Ｐ上において、酸化銀層１３Ｈと銀層１３Ｌとが順に積層されている。
次に、酸化銀を含有する保護層１３Ａを超電導層１２Ａの直上に形成する。この際に、最初に、酸化銀層１３Ｈを超電導層１２Ａの第１部分１２Ｐ上に形成する。その後、酸化銀層１３Ｈ上及び超電導層１２Ａの第２部分１２Ｑ上に、銀層１３Ｌを形成する。つまり、図５に示す方法とは異なり、第１部分１２Ｐ上において、酸化銀層１３Ｈと銀層１３Ｌとが順に積層されている。
【0095】
酸化銀層１３Ｈを超電導層１２Ａの第１部分１２Ｐに形成する方法としては、スパッタ法により超電導層１２Ａの全面に酸化銀層１３Ｈを形成した後に、第１部分１２Ｐに形成されている酸化銀層１３Ｈを残留させつつ、第２部分１２Ｑに形成されている酸化銀層１３Ｈを剥がす方法が用いられる。また、第１部分１２Ｐに対応する開口パターンを有する公知のマスクを用いることによって、第１部分１２Ｐに対応した超電導層１２上の位置に酸化銀層１３Ｈを形成してもよい。
【0096】
このように超電導層１２Ａの上面に酸化銀層１３Ｈと銀層１３Ｌが形成された後、第１酸化物超電導線材１の保護層１３Ａと第２酸化物超電導線材２とを部分的に重ね合わせる。具体的に、Ｚ方向に見て第１部分１２Ｐ上に形成された銀層１３Ｌと第２酸化物超電導線材２とを重ね合わせる。本実施形態では、第１酸化物超電導線材１（保護層１３Ａ）と第２酸化物超電導線材２（保護層２３）との間にはんだ１５を介在させている。さらに、第２実施形態と同様に、接続加熱処理を施すことで、第１酸化物超電導線材１と第２酸化物超電導線材２とが接続される。
【0097】
このような接続加熱処理を行うことによって、Ｚ方向に見て保護層１３Ａと第２酸化物超電導線材２との重なり部１６に対応する位置、すなわち、第１部分１２Ｐに形成されている酸化銀層１３Ｈにおいて、保護層１３Ａの酸化銀層１３Ｈに含まれる酸化銀は、銀に還元される。還元によって生じた酸素は、超電導層１２Ａに導入される。上述した製造方法を経て、図３又は図４に示す接続構造体３が得られる。
【0098】
上述したように、第３実施形態においても、上述した第２実施形態に係る接続構造体３と同様の効果を得ることができる。つまり、接続加熱処理の前において超電導層１２Ａの第１部分１２Ｐに酸化銀層１３Ｈ及び銀層１３Ｌが順に積層されている構成を有する第１酸化物超電導線材１を用いたとしても、超電導層１２Ａと保護層１３Ａとの間の界面ＢＦ１における界面抵抗の低下を実現することができる。
【0099】
（第４実施形態）
（接続構造体３の製造方法）
図７を参照して、第４実施形態に係る接続構造体３の製造方法を説明する。
以下の説明では、第４実施形態と第２実施形態との相違点を説明し、第１実施形態及び第２実施形態の説明に用いた同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、第１実施形態及び第２実施形態において説明した製造工程と同一の工程については、その説明は省略または簡略化する。
（接続構造体３の製造方法）
図７を参照して、第４実施形態に係る接続構造体３の製造方法を説明する。
以下の説明では、第４実施形態と第２実施形態との相違点を説明し、第１実施形態及び第２実施形態の説明に用いた同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、第１実施形態及び第２実施形態において説明した製造工程と同一の工程については、その説明は省略または簡略化する。
【0100】
まず、上述した第２実施形態と同様に、超電導層１２Ａの表面において、第１部分１２Ｐ及び第２部分１２Ｑを規定する。
次に、酸化銀を含有する保護層１３Ａを超電導層１２Ａの直上に形成する。この際に、最初に、超電導層１２Ａの第１部分１２Ｐ及び第２部分１２Ｑ上に、銀層１３Ｌを形成する。その後、第１部分１２Ｐにおける銀層１３Ｌ上に、酸化銀層１３Ｈを形成する。つまり、図５に示す方法とは異なり、第１部分１２Ｐ上において、銀層１３Ｌと酸化銀層１３Ｈとが順に積層されている。
次に、酸化銀を含有する保護層１３Ａを超電導層１２Ａの直上に形成する。この際に、最初に、超電導層１２Ａの第１部分１２Ｐ及び第２部分１２Ｑ上に、銀層１３Ｌを形成する。その後、第１部分１２Ｐにおける銀層１３Ｌ上に、酸化銀層１３Ｈを形成する。つまり、図５に示す方法とは異なり、第１部分１２Ｐ上において、銀層１３Ｌと酸化銀層１３Ｈとが順に積層されている。
【0101】
酸化銀層１３Ｈを超電導層１２Ａの第１部分１２Ｐに形成する方法としては、スパッタ法により超電導層１２Ａの全面に銀層１３Ｌを形成した後に、第１部分１２Ｐにおいて酸化銀層１３Ｈを銀層１３Ｌに積層させる方法が用いられる。また、第１部分１２Ｐに対応する開口パターンを有する公知のマスクを用いることによって、第１部分１２Ｐに対応した超電導層１２上の位置に酸化銀層１３Ｈを形成してもよい。
【0102】
このように超電導層１２Ａの上面に酸化銀層１３Ｈと銀層１３Ｌが形成された後、第１酸化物超電導線材１の保護層１３Ａと第２酸化物超電導線材２とを部分的に重ね合わせる。具体的に、Ｚ方向に見て第１部分１２Ｐ上に形成された酸化銀層１３Ｈと第２酸化物超電導線材２とを重ね合わせる。本実施形態では、第１酸化物超電導線材１（保護層１３Ａ）と第２酸化物超電導線材２（保護層２３）との間にはんだ１５を介在させている。さらに、第２実施形態と同様に、接続加熱処理を施すことで、第１酸化物超電導線材１と第２酸化物超電導線材２とが接続される。
【0103】
このような接続加熱処理を行うことによって、Ｚ方向に見て保護層１３Ａと第２酸化物超電導線材２との重なり部１６に対応する位置、すなわち、第１部分１２Ｐに形成されている酸化銀層１３Ｈにおいて、保護層１３Ａの酸化銀層１３Ｈに含まれる酸化銀は、銀に還元される。還元によって生じた酸素は、超電導層１２Ａに導入される。上述した製造方法を経て、図３又は図４に示す接続構造体３が得られる。
【0104】
上述したように、第４実施形態においても、上述した第２実施形態に係る接続構造体３と同様の効果を得ることができる。つまり、接続加熱処理の前において超電導層１２Ａの第１部分１２Ｐに銀層１３Ｌ及び酸化銀層１３Ｈが順に積層されている構成を有する第１酸化物超電導線材１を用いたとしても、超電導層１２Ａと保護層１３Ａとの間の界面ＢＦ１における界面抵抗の低下を実現することができる。
【0105】
（第５実施形態）
（接続構造体の製造方法）
図８を参照して、第５実施形態に係る接続構造体の製造方法を説明する。
以下の説明では、第５実施形態と第２実施形態との相違点を説明し、第１実施形態及び第２実施形態の説明に用いた同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、第１実施形態及び第２実施形態において説明した製造工程と同一の工程については、その説明は省略または簡略化する。
（接続構造体の製造方法）
図８を参照して、第５実施形態に係る接続構造体の製造方法を説明する。
以下の説明では、第５実施形態と第２実施形態との相違点を説明し、第１実施形態及び第２実施形態の説明に用いた同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、第１実施形態及び第２実施形態において説明した製造工程と同一の工程については、その説明は省略または簡略化する。
【0106】
図８に示すように、第５実施形態に係る接続構造体は、はんだ１５を用いずに、第１酸化物超電導線材１と第２酸化物超電導線材２とを接合している。
具体的には、図５を参照して説明したように、超電導層１２Ａの表面において、第１部分１２Ｐに酸化銀層１３Ｈを形成し、第２部分１２Ｑに銀層１３Ｌを形成する。次に、第２酸化物超電導線材２の保護層２３と酸化銀層１３Ｈとを重ね合わせる。この状態で、第１酸化物超電導線材１及び第２酸化物超電導線材２に対して接続加熱処理を施す。接続加熱処理の温度は、例えば、約２００℃である。これにより、銀を含む酸化銀層１３Ｈと、銀を含む保護層２３とが結合される。
具体的には、図５を参照して説明したように、超電導層１２Ａの表面において、第１部分１２Ｐに酸化銀層１３Ｈを形成し、第２部分１２Ｑに銀層１３Ｌを形成する。次に、第２酸化物超電導線材２の保護層２３と酸化銀層１３Ｈとを重ね合わせる。この状態で、第１酸化物超電導線材１及び第２酸化物超電導線材２に対して接続加熱処理を施す。接続加熱処理の温度は、例えば、約２００℃である。これにより、銀を含む酸化銀層１３Ｈと、銀を含む保護層２３とが結合される。
【0107】
このような接続加熱処理を行うことによって、Ｚ方向に見て保護層１３Ａと第２酸化物超電導線材２との重なり部１６に対応する位置、すなわち、第１部分１２Ｐに形成されている酸化銀層１３Ｈにおいて、保護層１３Ａの酸化銀層１３Ｈに含まれる酸化銀は、銀に還元される。還元によって生じた酸素は、超電導層１２Ａに導入される。
【0108】
上述したように、第５実施形態においても、上述した第２実施形態に係る接続構造体３と同様の効果を得ることができる。はんだ１５を用いなくても、超電導層１２Ａと保護層１３Ａとの間の界面ＢＦ１における界面抵抗の低下を実現することができる。
【0109】
なお、図３～図８には示されていないが、２つの酸化物超電導線材１、２の各々の端部には、別の酸化物超電導線材が接続されている。つまり、酸化物超電導線材の延在方向に沿って、複数の酸化物超電導線材がはんだ接続された長尺の酸化物超電導線材が得られる。この構成によれば、接続抵抗が低減された長尺の酸化物超電導線材を製造することができる。
【0110】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明し、上記で説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、請求の範囲によって制限されている。
【0111】
上述した実施形態では、基材と超電導層との間に中間層が配置されている構造について説明した。本発明においては、基材の上方に超電導層が設けられていればよく、基材上に超電導層が設けられてもよいし、基材上に超電導層１２が直接的に接触してもよい。
【0112】
上述した実施形態においては、接続対象物として第２酸化物超電導線材２を用いた例について説明したが、接続対象物して電極が採用されてもよい。
【実施例0113】
次に、本発明の実施例と比較例とを比較し、本発明の実施例を具体的に説明する。
【0114】
（超電導層と銀保護層との界面における酸素濃度プロファイル）
図９及び図１０は、酸化物超電導線材を構成する超電導層（ＲＥＢＣＯ層）と銀保護層（Ａｇ層）との間の界面付近の領域における酸素濃度プロファイルを示している。図９は、比較例を説明するグラフであって、銀保護層に酸化銀が含まれていない場合の実験結果を示している。図１０は、実施例を説明するグラフであって、銀保護層に酸化銀が含まれている場合の実験結果を示している。
測定器として、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）が用いた。
図９及び図１０は、酸化物超電導線材を構成する超電導層（ＲＥＢＣＯ層）と銀保護層（Ａｇ層）との間の界面付近の領域における酸素濃度プロファイルを示している。図９は、比較例を説明するグラフであって、銀保護層に酸化銀が含まれていない場合の実験結果を示している。図１０は、実施例を説明するグラフであって、銀保護層に酸化銀が含まれている場合の実験結果を示している。
測定器として、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）が用いた。
【0115】
比較例では、公知の銀ターゲットを用いたスパッタ法により、銀保護層を超電導層の直上に形成した。なお、銀保護層は、表面酸化膜といった自然酸化によって形成された酸化銀を含む場合がある。このため、比較例において、「銀保護層に酸化銀が含まれていない場合」とは、酸化銀を保護層に意図的に導入していないことを意味している。
実施例では、酸化銀ターゲットを用いたスパッタ法により、銀保護層を超電導層の直上に形成した。また、比較例及び実施例においては、同じ組成を有する超電導層を用いた。以下の説明では、「超電導層と銀保護層との間の界面」を単に「界面」と称する場合がある。
実施例では、酸化銀ターゲットを用いたスパッタ法により、銀保護層を超電導層の直上に形成した。また、比較例及び実施例においては、同じ組成を有する超電導層を用いた。以下の説明では、「超電導層と銀保護層との間の界面」を単に「界面」と称する場合がある。
【0116】
図９及び図１０の各々において、横軸は、界面から超電導層に向かう方向の深さを示している。横軸に示されている「０」は、界面の位置を示している。横軸に示されている「０～－７００」の範囲、すなわち、図９及び図１０において「０」から左側に示されている範囲は、界面を起点とした超電導層の内部における深さの位置を示している。逆に、横軸に示されている「０～１００」の範囲、すなわち、図９及び図１０において「０」から右側に示されている範囲は、界面を起点とした銀保護層の内部における深さの位置を示している。縦軸は、エネルギー分散型Ｘ線分光器によって測定されたエネルギー強度を示している。
【0117】
図９及び図１０が示す実験結果から次の点が明らかとなった。
［１］比較例に示すように、超電導層の内部における界面からの深さが０～２８０ｎｍの範囲内においては緩やかに酸素濃度が上昇した。２８０ｎｍ以上の深さでは、酸素濃度は増加せず、一定となり、安定した。深さが０～２８０ｎｍの範囲においては、酸素濃度が低い低酸素領域が超電導層に形成されていることが明らかとなった。この低酸素領域では、超電導特性が低く、超電導層と銀保護層との間の界面抵抗が上昇する。
［２］実施例に示すように、超電導層の内部における界面からの深さが０～５０ｎｍの範囲内においては酸素濃度が上昇した。５０ｎｍ以上の深さでは、酸素濃度は増加せず、一定となり、安定した。深さが０～５０ｎｍの範囲においては、酸素濃度が低い低酸素領域が超電導層に形成されていることが明らかとなった。
なお、実施例における低酸素領域、つまり、界面からの深さが０～５０ｎｍの範囲は、基材の側から界面にかけて酸素の濃度が減少する濃度勾配が生じる領域であり、本発明の「第１領域」に相当する。
また、実施例において、酸素濃度が略一定に安定した領域、つまり、深さ５０ｎｍ以上の領域は、酸素濃度安定領域であり、本発明の「第２領域」に相当する。
［３］比較例と実施例とを比較すると、比較例では界面から酸素濃度が緩やかに上昇した。その一方、実施例では、界面から酸素濃度が急峻に上昇した。比較例の低酸素領域の深さが２８０ｎｍであるのに対し、実施例の低酸素領域の深さが５０ｎｍであり、実施例の低酸素領域の深さが比較例よりも小さい（厚さが薄い）ことが明らかとなった。したがって、比較例に対して、実施例の場合では、超電導層と銀保護層との間の界面抵抗を低減させることができる。
［４］さらに、実施例を詳細に分析すると、酸素濃度安定領域における酸素の濃度（強度５８０程度）に対して、低酸素領域における酸素の濃度が５０％になる地点（強度２９０程度）は、界面から１００ｎｍ以内に位置している。
また、実施例の低酸素領域は、界面から２８０ｎｍだけ離れた地点と界面との間に位置している。実施例の低酸素領域は、界面から１００ｎｍだけ離れた地点と界面との間に位置している。実施例の低酸素領域は、界面から５０ｎｍだけ離れた地点と界面との間に位置している。
［１］比較例に示すように、超電導層の内部における界面からの深さが０～２８０ｎｍの範囲内においては緩やかに酸素濃度が上昇した。２８０ｎｍ以上の深さでは、酸素濃度は増加せず、一定となり、安定した。深さが０～２８０ｎｍの範囲においては、酸素濃度が低い低酸素領域が超電導層に形成されていることが明らかとなった。この低酸素領域では、超電導特性が低く、超電導層と銀保護層との間の界面抵抗が上昇する。
［２］実施例に示すように、超電導層の内部における界面からの深さが０～５０ｎｍの範囲内においては酸素濃度が上昇した。５０ｎｍ以上の深さでは、酸素濃度は増加せず、一定となり、安定した。深さが０～５０ｎｍの範囲においては、酸素濃度が低い低酸素領域が超電導層に形成されていることが明らかとなった。
なお、実施例における低酸素領域、つまり、界面からの深さが０～５０ｎｍの範囲は、基材の側から界面にかけて酸素の濃度が減少する濃度勾配が生じる領域であり、本発明の「第１領域」に相当する。
また、実施例において、酸素濃度が略一定に安定した領域、つまり、深さ５０ｎｍ以上の領域は、酸素濃度安定領域であり、本発明の「第２領域」に相当する。
［３］比較例と実施例とを比較すると、比較例では界面から酸素濃度が緩やかに上昇した。その一方、実施例では、界面から酸素濃度が急峻に上昇した。比較例の低酸素領域の深さが２８０ｎｍであるのに対し、実施例の低酸素領域の深さが５０ｎｍであり、実施例の低酸素領域の深さが比較例よりも小さい（厚さが薄い）ことが明らかとなった。したがって、比較例に対して、実施例の場合では、超電導層と銀保護層との間の界面抵抗を低減させることができる。
［４］さらに、実施例を詳細に分析すると、酸素濃度安定領域における酸素の濃度（強度５８０程度）に対して、低酸素領域における酸素の濃度が５０％になる地点（強度２９０程度）は、界面から１００ｎｍ以内に位置している。
また、実施例の低酸素領域は、界面から２８０ｎｍだけ離れた地点と界面との間に位置している。実施例の低酸素領域は、界面から１００ｎｍだけ離れた地点と界面との間に位置している。実施例の低酸素領域は、界面から５０ｎｍだけ離れた地点と界面との間に位置している。
【0118】
（接続構造体における酸化銀膜厚と接続抵抗との関係）
銀保護層４００に含まれる酸化銀の膜厚が０ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１０００ｎｍである酸化物超電導線材１００、２００を用意した。図１１に示すように、ブリッジ部３００を用いて２つの酸化物超電導線材１００、２００をブリッジ接続によりを繋ぎ合わせて７種類の接続構造体（接続構造体Ａ～Ｇ）を準備した。
銀保護層４００に含まれる酸化銀の膜厚が０ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１０００ｎｍである酸化物超電導線材１００、２００を用意した。図１１に示すように、ブリッジ部３００を用いて２つの酸化物超電導線材１００、２００をブリッジ接続によりを繋ぎ合わせて７種類の接続構造体（接続構造体Ａ～Ｇ）を準備した。
【0119】
２つの酸化物超電導線材１００、２００の各々とブリッジ部３００との間には、はんだ５００が介在されている。約２００℃の接続加熱処理を施すことではんだ５００を溶融させ、２つの酸化物超電導線材１００、２００の各々とブリッジ部３００とを接続した。
その後、７種類の接続構造体の各々の接続抵抗を測定した。実験結果は、以下の通りとなった。表１に記載の評価結果に関し、「不可」は接続抵抗が１０－８Ωｃｍ２台である場合を示しており、「可」は接続抵抗が１０－９Ωｃｍ２台である場合を示しており、「良」は接続抵抗が１０－９Ωｃｍ２以下である場合を示している。
その後、７種類の接続構造体の各々の接続抵抗を測定した。実験結果は、以下の通りとなった。表１に記載の評価結果に関し、「不可」は接続抵抗が１０－８Ωｃｍ２台である場合を示しており、「可」は接続抵抗が１０－９Ωｃｍ２台である場合を示しており、「良」は接続抵抗が１０－９Ωｃｍ２以下である場合を示している。
【0120】
【表1】
【0121】
表１に示す結果から、酸化銀の膜厚が０ｎｍである場合（銀保護層が酸化銀を含まない場合）に、接続抵抗が悪化することが明らかとなった（評価結果「不可」）。
酸化銀の膜厚が５ｎｍ～１０００ｎｍの場合では、評価結果が「可」又は「良」であることが明らかとなった。
さらに、酸化銀の膜厚が１０ｎｍ～５００ｎｍの場合では、評価結果が「良」であることが明らかとなった。
酸化銀の膜厚が５ｎｍ～１０００ｎｍの場合では、評価結果が「可」又は「良」であることが明らかとなった。
さらに、酸化銀の膜厚が１０ｎｍ～５００ｎｍの場合では、評価結果が「良」であることが明らかとなった。
【符号の説明】
【0122】
１…酸化物超電導線材（第１酸化物超電導線材）、１Ａ…酸化物超電導線材、２…酸化物超電導線材（第２酸化物超電導線材）、３…接続構造体、１０、１０Ａ、２０…基材、１１、１１Ａ、２１…中間層、１２、１２Ａ、２２…超電導層、１２Ｆ…第１領域、１２Ｐ…第１部分、１２Ｑ…第２部分、１２Ｓ…第２領域、１３、１３Ａ、２３…保護層、１３Ｆ、１３Ｈ…酸化銀層、１３Ｌ、１３Ｓ…銀層、１４…安定化層、１５…はんだ、１６…重なり部、５２、６２…超電導部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】