(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-20
(45)【発行日】2023-04-28
(54)【発明の名称】超電導線の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01B 13/00 20060101AFI20230421BHJP
【ＦＩ】
H01B13/00 565D
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2021566546
(86)(22)【出願日】2019-05-21
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-22
(86)【国際出願番号】 JP2019020130
(87)【国際公開番号】W WO2020235005
(87)【国際公開日】2020-11-26
【審査請求日】2022-02-25
(73)【特許権者】
【識別番号】516070601
【氏名又は名称】Ｆａｒａｄａｙ Ｆａｃｔｏｒｙ Ｊａｐａｎ合同会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002583
【氏名又は名称】弁理士法人平田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ペトリキン，ヴァレリー
(72)【発明者】
【氏名】リー，セルゲイ
【審査官】鈴木 大輔
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１４３５１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１０４４４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／００２４１０（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｂ １２／００－１２／１６
Ｈ０１Ｂ １３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上にバッファ層を形成し、前記バッファ層がＡｌ２Ｏ３層を含み、前記Ａｌ２Ｏ３層が、反応性ガスとしての第１の酸素ガスとアルミニウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられる反応性マグネトロンスパッタリングによって形成され、前記Ａｌ２Ｏ３層が、第１の濃度の前記第１の酸素ガスを供給しながら形成され、前記第１の濃度が、前記スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＡｌの発光強度が第１の基準値の２５％以上８０％以下となる前記第１の酸素ガスの濃度であり、前記第１の基準値が、前記第１の酸素ガスの濃度がゼロであるときのＡｌの発光強度であり、前記バッファ層上に超電導層を形成する、
ことを含む、
超電導線の製造方法。
【請求項2】
前記第１の濃度が、前記Ａｌの発光強度が前記第１の基準値の３０％以上８０％以下であるときの前記第１の酸素ガスの濃度である、請求項１に記載の超電導線の製造方法。
【請求項3】
前記バッファ層が前記Ａｌ２Ｏ３層上にＹ２Ｏ３層を含み、前記Ｙ２Ｏ３層が、反応性ガスとしての第２の酸素ガスとイットリウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられる反応性マグネトロンスパッタリングによって形成され、前記Ｙ２Ｏ３層が、第２の濃度の前記第２の酸素ガスを供給しながら形成され、前記第２の濃度が、前記スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＹの発光強度が第２の基準値の１５％以上９０％以下であるときの前記第２の酸素ガスの濃度であり、前記第２の基準値が、前記第２の酸素ガスの濃度がゼロであるときのＹの発光強度である、請求項１又は２に記載の超電導線の製造方法。
【請求項4】
前記第２の濃度が、前記Ｙの発光強度が前記第２の基準値の３０％以上８０％以下であるときの前記第２の酸素ガスの濃度である、請求項３に記載の超電導線の製造方法。
【請求項5】
前記バッファ層が前記Ｙ２Ｏ３層上に二軸配向構造を有するＭｇＯ層を含み、前記ＭｇＯ層が、反応性ガスとしての第３の酸素ガスとマグネシウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられ、アシストＡｒイオンビームが適用された反応性マグネトロンスパッタリングによって形成され、前記ＭｇＯ層が、第３の濃度の前記第３の酸素ガスを供給しながら形成され、前記第３の濃度が、前記スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＭｇの発光強度が第３の基準値の５０％未満であるときの前記第３の酸素ガスの濃度であり、前記第３の基準値が、前記第３の酸素ガスの濃度がゼロであるときのＭｇの発光強度である、請求項３又は４に記載の超電導線の製造方法。
【請求項6】
前記バッファ層が前記Ｙ２Ｏ３層上に二軸配向構造を有するＭｇＯ層を含み、前記ＭｇＯ層が、ＭｇＯからなるスパッタリングターゲットが用いられ、アシストＡｒイオンビームが適用されたマグネトロンスパッタリングによって形成される、請求項３又は４に記載の超電導線の製造方法。
【請求項7】
基板上にバッファ層を形成し、前記バッファ層がＹ２Ｏ３層を含み、前記Ｙ２Ｏ３層が、反応性ガスとしての第２の酸素ガスとイットリウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられる反応性マグネトロンスパッタリングによって形成され、前記Ｙ２Ｏ３層が、第２の濃度の前記第２の酸素ガスを供給しながら形成され、前記第２の濃度が、前記スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＹの発光強度が第２の基準値の１５％以上９０％以下であるときの前記第２の酸素ガスの濃度であり、前記第２の基準値が、前記第２の酸素ガスの濃度がゼロであるときのＹの発光強度であり、前記バッファ層上に超電導層を形成する、
ことを含む、
超電導線の製造方法。
【請求項8】
前記第２の濃度が、前記Ｙの発光強度が前記第２の基準値の３０％以上８０％以下であるときの前記第２の酸素ガスの濃度である、請求項７に記載の超電導線の製造方法。
【請求項9】
前記バッファ層が前記Ｙ２Ｏ３層上に二軸配向構造を有するＭｇＯ層を含み、前記ＭｇＯ層が、反応性ガスとしての第３の酸素ガスとマグネシウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられ、アシストＡｒイオンビームが適用された反応性マグネトロンスパッタリングによって形成され、前記ＭｇＯ層が、第３の濃度の前記第３の酸素ガスを供給しながら形成され、前記第３の濃度が、前記スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＭｇの発光強度が第３の基準値の５０％未満であるときの前記第３の酸素ガスの濃度であり、前記第３の基準値が、前記第３の酸素ガスの濃度がゼロであうときのＭｇの発光強度である、請求項７又は８に記載の超電導線の製造方法。
【請求項10】
前記バッファ層が前記Ｙ２Ｏ３層上に二軸配向構造を有するＭｇＯ層を含み、前記ＭｇＯ層が、ＭｇＯからなるスパッタリングターゲットが用いられ、アシストＡｒイオンビームが適用されたマグネトロンスパッタリングによって形成される、請求項７又は８に記載の超電導線の製造方法。
【請求項11】
基板上にバッファ層を形成し、前記バッファ層がＭｇＯ層を含み、前記ＭｇＯ層が、反応性ガスとしての第３の酸素ガスとマグネシウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられ、イオンビームアシスト堆積が適用された反応性マグネトロンスパッタリングによって形成され、前記ＭｇＯ層が、第３の濃度の前記第３の酸素ガスを供給しながら形成され、前記第３の濃度が、前記スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＭｇの発光強度が第３の基準値の５０％未満であるときの前記第３の酸素ガスの濃度であり、前記第３の基準値が、前記第３の酸素ガスの濃度がゼロであるときのＭｇの発光強度であり、前記バッファ層上に超電導層を形成する、
ことを含む、
超電導線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超電導線に関する。
【背景技術】
【0002】
第２世代の超電導線（被覆導体）は多層構造を有する。その典型的な構造は図１に示されるが、各ワイヤメーカーは、バッファ層の組み合わせとそれらの化学組成に独自の変更を加えている。従来、酸素欠乏雰囲気中での反応性マグネトロンスパッタリングによって形成されたＡｌｘＯ層を含む超電導線が知られている（例えば、特許文献１を参照）。ここで、ＡｌｘＯはアルミニウムリッチのアルミナである。
【0003】
また、イオンビームアシスト堆積（Ion Beam Assisted Deposition：ＩＢＡＤ）が適用された反応性マグネトロンスパッタリングによって形成されたＭｇＯ膜を含む超電導線が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【0004】
通常のマグネトロンスパッタリングで使用されるスパッタリングターゲットは、形成される膜と同じ材料からなる。そのため、通常のマグネトロンスパッタリングによって金属酸化物膜を形成するためには、金属酸化物からなるスパッタリングターゲットが用いられる。
【0005】
一方、反応性マグネトロンスパッタリングにより金属酸化物膜を形成する場合、堆積工程におけるマグネトロンプラズマ中の金属原子のその場酸化（in situ oxidation）のための反応性ガスとしての酸素ガスの追加とともに、目的の金属酸化物膜に含まれる金属からなるスパッタリングターゲットを用いることができる。
【0006】
金属は金属を含む金属酸化物よりも結晶格子エネルギーが低いため、両方のマグネトロン出力が等しい場合でも、金属スパッタリングターゲットを使用する反応性マグネトロンスパッタリングの方が、金属酸化物スパッタリングターゲットを使用する通常のマグネトロンスパッタリングよりも堆積速度が大きい。
【0007】
また、金属酸化物スパッタリングターゲットは、通常、金属スパッタリングターゲットよりも高価である。このため、反応性マグネトロンスパッタリングを用いることにより、金属酸化物膜の製造コストを削減することができる。
【0008】
これらの理由から、超電導線製造用の一連の金属酸化物膜を含むバッファ層の製造に反応性マグネトロンスパッタリングを用いることにより、最終製品の製造速度の向上および製造コストの低減を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】国際公開第２０１５／０３３３８０号
【文献】特許第５８３０２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
反応性マグネトロンスパッタリングでは、導入する反応性ガスの流量に応じて、薄膜の堆積速度と組成が大きく変化することが知られている。反応性ガスとしての酸素ガスの流量が少ない場合、金属スパッタリングターゲットから弾き出された金属原子が酸素ガスと反応することなく堆積し、金属膜が形成される（メタルモード）。このため、メタルモードでは純粋な金属酸化物膜を得ることはできない。
【0011】
一方、反応性ガスとしての酸素ガスの流量が多い場合、金属スパッタリングターゲットの表面が酸化する。そのため、金属酸化物が表面から弾き出されて堆積し、金属酸化物膜が形成される（酸化物モード）。しかしながら、酸化物モードでの堆積速度は小さく、金属酸化物スパッタリングターゲットを用いる通常のマグネトロンスパッタリングでの堆積速度とあまり変わらない。
【0012】
また、メタルモードと酸化物モードの間には、ヒステリシス特性を示す遷移領域が存在する。遷移領域では、金属スパッタリングターゲットの表面の酸化量が、酸化物モードよりも少なく、金属酸化物と金属原子の両方が金属スパッタリングターゲットから弾き出される。理想的なケースでは、金属原子の酸化はマグネトロンプラズマ中で行われるべきであるが、ターゲット表面は純金属で構成されていなければならない。 そのため、遷移領域でのスパッタリング速度は、酸化物モードでのスパッタリング速度よりも大きい。また、金属原子がプラズマ中で酸化され、固体材料が金属酸化物の形で堆積され、それによって、目的の金属酸化物膜が得られる。
【0013】
しかしながら、金属原子と酸素ガスの間の反応は定常状態のプロセスであり、金属、酸素、金属酸化物の間の動的平衡を表すため、遷移領域では不安定であり、遷移領域を利用した金属酸化物膜の形成は、従来の被覆導体のためのバッファの製造の技術では行われていなかった。
【0014】
本発明の目的は、超電導線のバッファ層の製造速度を向上させることにある。この目的のために、反応性マグネトロンスパッタリングの遷移領域における反応を制御することにより、超電導線の金属酸化物膜を高速で安定して形成する。
【課題を解決するための手段】
【0015】
［１］上記の目的を達成するために、本発明は、基板上にバッファ層を形成し、前記バッファ層がＡｌ２Ｏ３層を含み、前記Ａｌ２Ｏ３層が、反応性ガスとしての第１の酸素ガスとアルミニウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられる反応性マグネトロンスパッタリングによって形成され、前記Ａｌ２Ｏ３層が、第１の濃度の前記第１の酸素ガスを供給しながら形成され、前記第１の濃度が、前記スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＡｌの発光強度が第１の基準値の２５％以上８０％以下となる前記第１の酸素ガスの濃度であり、前記第１の基準値が、前記第１の酸素ガスの濃度がゼロであるときのＡｌの発光強度であり、前記バッファ層上に超電導層を形成する、ことを含む、超電導線の製造方法を提供する。
【0016】
［２］上記［１］に記載の超電導線の製造方法において、前記第１の濃度が、前記Ａｌの発光強度が前記第１の基準値の３０％以上８０％以下であるときの前記第１の酸素ガスの濃度である。
【0017】
［３］上記［１］又は［２］に記載の超電導線の製造方法において、前記バッファ層が前記Ａｌ２Ｏ３層上にＹ２Ｏ３層を含み、前記Ｙ２Ｏ３層が、反応性ガスとしての第２の酸素ガスとイットリウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられる反応性マグネトロンスパッタリングによって形成され、前記Ｙ２Ｏ３層が、第２の濃度の前記第２の酸素ガスを供給しながら形成され、前記第２の濃度が、前記スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＹの発光強度が第２の基準値の１５％以上９０％以下であるときの前記第２の酸素ガスの濃度であり、前記第２の基準値が、前記第２の酸素ガスの濃度がゼロであるときのＹの発光強度である。
【0018】
［４］上記［３］に記載の超電導線の製造方法において、前記第２の濃度が、前記Ｙの発光強度が前記第２の基準値の３０％以上８０％以下であるときの前記第２の酸素ガスの濃度である。
【0019】
［５］上記［３］又は［４］に記載の超電導線の製造方法において、前記バッファ層が前記Ｙ２Ｏ３層上に二軸配向構造を有するＭｇＯ層を含み、前記ＭｇＯ層が、反応性ガスとしての第３の酸素ガスとマグネシウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられ、アシストＡｒイオンビームが適用された反応性マグネトロンスパッタリングによって形成され、前記ＭｇＯ層が、第３の濃度の前記第３の酸素ガスを供給しながら形成され、前記第３の濃度が、前記スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＭｇの発光強度が第３の基準値の５０％未満であるときの前記第３の酸素ガスの濃度であり、前記第３の基準値が、前記第３の酸素ガスの濃度がゼロであるときのＭｇの発光強度である。
【0020】
［６］上記［３］又は［４］に記載の超電導線の製造方法において、前記バッファ層が前記Ｙ２Ｏ３層上に二軸配向構造を有するＭｇＯ層を含み、前記ＭｇＯ層が、ＭｇＯからなるスパッタリングターゲットが用いられ、アシストＡｒイオンビームが適用されたマグネトロンスパッタリングによって形成される。
【0021】
［７］上記の目的を達成するために、本発明は、基板上にバッファ層を形成し、前記バッファ層がＹ２Ｏ３層を含み、前記Ｙ２Ｏ３層が、反応性ガスとしての第２の酸素ガスとイットリウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられる反応性マグネトロンスパッタリングによって形成され、前記Ｙ２Ｏ３層が、第２の濃度の前記第２の酸素ガスを供給しながら形成され、前記第２の濃度が、前記スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＹの発光強度が第２の基準値の１５％以上９０％以下であるときの前記第２の酸素ガスの濃度であり、前記第２の基準値が、前記第２の酸素ガスの濃度がゼロであるときのＹの発光強度であり、前記バッファ層上に超電導層を形成する、ことを含む、超電導線の製造方法を提供する。
【0022】
［８］上記［７］に記載の超電導線の製造方法において、前記第２の濃度が、前記Ｙの発光強度が前記第２の基準値の３０％以上８０％以下であるときの前記第２の酸素ガスの濃度である。
【0023】
［９］上記［７］又は［８］に記載の超電導線の製造方法において、前記バッファ層が前記Ｙ２Ｏ３層上に二軸配向構造を有するＭｇＯ層を含み、前記ＭｇＯ層が、反応性ガスとしての第３の酸素ガスとマグネシウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられ、アシストＡｒイオンビームが適用された反応性マグネトロンスパッタリングによって形成され、前記ＭｇＯ層が、第３の濃度の前記第３の酸素ガスを供給しながら形成され、前記第３の濃度が、前記スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＭｇの発光強度が第３の基準値の５０％未満であるときの前記第３の酸素ガスの濃度であり、前記第３の基準値が、前記第３の酸素ガスの濃度がゼロであうときのＭｇの発光強度である。
【0024】
［１０］上記［７］又は［８］に記載の超電導線の製造方法において、前記バッファ層が前記Ｙ２Ｏ３層上に二軸配向構造を有するＭｇＯ層を含み、前記ＭｇＯ層が、ＭｇＯからなるスパッタリングターゲットが用いられ、アシストＡｒイオンビームが適用されたマグネトロンスパッタリングによって形成される。
【0025】
［１１］上記の目的を達成するために、本発明は、基板上にバッファ層を形成し、前記バッファ層がＭｇＯ層を含み、前記ＭｇＯ層が、反応性ガスとしての第３の酸素ガスとマグネシウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられ、イオンビームアシスト堆積が適用された反応性マグネトロンスパッタリングによって形成され、前記ＭｇＯ層が、第３の濃度の前記第３の酸素ガスを供給しながら形成され、前記第３の濃度が、前記スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＭｇの発光強度が第３の基準値の５０％未満であるときの前記第３の酸素ガスの濃度であり、前記第３の基準値が、前記第３の酸素ガスの濃度がゼロであるときのＭｇの発光強度であり、前記バッファ層上に超電導層を形成する、ことを含む、超電導線の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、超電導線を高い生産速度および低コストで製造することができる超電導線の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図5】図５は、実施例１に係る曲線Ａと曲線Ｂを示す。曲線Ａは、反応性ガスとしての酸素ガスの濃度と、スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＡｌの発光強度との関係を示す。曲線Ｂは、酸素ガスの濃度と、Ａｌ２Ｏ３とＡｌの両方又は一方を含むＡｌ含有膜の堆積速度との関係を示す。
【図8】図８は、実施例２に係る曲線Ｃと曲線Ｄを示す。曲線Ｃは、反応性ガスとしての酸素ガスの濃度と、スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＹの発光強度との関係を示す。曲線Ｄは、酸素ガスの濃度と、Ｙ２Ｏ３とＹの両方又は一方を含むＹ含有膜の堆積速度との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【0028】
（超電導線の構成）
図１は、超電導線１の垂直断面図である。超電導線１は、金属基板１０と、基板１０上に形成されたバッファ層２０と、バッファ層２０上に形成されたＣｅＯ２層３０と、ＣｅＯ２層３０上に形成された超電導層４０と、超電導層４０上に形成された保護層５０とを含む。
図１は、超電導線１の垂直断面図である。超電導線１は、金属基板１０と、基板１０上に形成されたバッファ層２０と、バッファ層２０上に形成されたＣｅＯ２層３０と、ＣｅＯ２層３０上に形成された超電導層４０と、超電導層４０上に形成された保護層５０とを含む。
【0029】
バッファ層２０は、Ａｌ２Ｏ３層２１、Ｙ２Ｏ３層２２、及びＭｇＯ層２３からなる群から選択される少なくとも１つの層を含む。さらに、バッファ層２０は、好ましくは、この群から選択される２つ又は３つの層を含む。バッファ層２０は、例えば、２０～１８０ｎｍの範囲の厚さを有する。
【0030】
Ａｌ２Ｏ３層２１とＹ２Ｏ３層２２がバッファ層２０に含まれる場合、Ｙ２Ｏ３層２２がＡｌ２Ｏ３層２１上に形成される。Ｙ２Ｏ３層２２とＭｇＯ層２３がバッファ層２０に含まれる場合、ＭｇＯ層２３がＹ２Ｏ３層２２上に形成される。Ａｌ２Ｏ３層２１とＭｇＯ層２３がバッファ層２０に含まれる場合、ＭｇＯ層２３がＡｌ２Ｏ３層２１の上側に形成される。Ａｌ２Ｏ３層２１、Ｙ２Ｏ３層２２、及びＭｇＯ層２３がバッファ層２０に含まれる場合、Ｙ２Ｏ３層２２がＡｌ２Ｏ３層２１上に形成され、ＭｇＯ層２３がＹ２Ｏ３層２２上に形成される。
【0031】
図１に示される例では、バッファ層２０は、Ａｌ２Ｏ３層２１と、Ａｌ２Ｏ３層２１上に形成されたＹ２Ｏ３層２２と、Ｙ２Ｏ３層２２上に形成されたＭｇＯ層２３と、ＭｇＯ層２３上に形成されたＬａＭｎＯ３層２４と、を含む。
【0032】
Ａｌ２Ｏ３層２１は、反応性ガスとしての酸素ガスとアルミニウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられる反応性マグネトロンスパッタリングによって形成される。Ｙ２Ｏ３層２２は、反応性ガスとしての酸素ガスとイットリウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられる反応性マグネトロンスパッタリングによって形成される。
【0033】
ＭｇＯ層２３は、反応性ガスとしての酸素ガスとマグネシウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられ、イオンビームアシスト堆積（Ion Beam Assisted Deposition：ＩＢＡＤ）法において用いられるアシストＡｒイオンビームが適用された反応性マグネトロンスパッタリングによって形成される。また、ＭｇＯ層２３の代わりに、ＭｇＯからなるスパッタリングターゲットが用いられ、アシストＡｒイオンビームが適用されたマグネトロンスパッタリングによって形成された他のＭｇＯ層を用いてもよい。
【0034】
Ａｌ２Ｏ３層２１、Ｙ２Ｏ３層２２、及びＭｇＯ層２３以外のバッファ層２０内の１つ又は複数の層は、例えば、物理蒸着法または溶液堆積法によって形成される。
【0035】
Ａｌ２Ｏ３層２１は、例えば、２０～８０ｎｍの範囲の厚さを有する。Ｙ２Ｏ３層２２は、例えば、７～３５ｎｍの範囲の厚さを有する。
【0036】
ＭｇＯ層２３は、二軸配向構造を有する。ＭｇＯ層２３は、Ｃａ、Ｓｒ又はＣｕなどのドーパントを含んでもよい。ＭｇＯ層２３は、例えば、５～２０ｎｍの範囲の厚さを有する。また、ＭｇＯ層２３の代わりに、ＭｇＯ以外の岩塩型構造を有する材料からなる二軸配向構造を有する他の層を用いてもよい。
【0037】
ＬａＭｎＯ３層２４のようなＭｇＯ層２３上に直接形成される層がペロブスカイト構造を有する場合、その層は、ＭｇＯ層２３と格子整合する。
【0038】
基板１０はテープ状の基板であり、金属又はハステロイ（商標）などの金属合金を主成分とする。また、ステンレス鋼テープ、又は溶液堆積平坦化プロセスによって調製されたＹ２Ｏ３層を有するテープを基板１０として用いてもよい。基板１０は、例えば、２０～１００μｍの範囲の厚さを有する。
【0039】
ＬａＭｎＯ３層２４は、ＭｇＯ層２３と超電導層４０との間の化学反応を抑制するキャップ層として機能することができる。また、ＬａＭｎＯ３層２４は、超電導層４０のエピタキシャル成長のために格子整合を向上させる。ＬａＭｎＯ３層２４は、例えば、２０～５０ｎｍの範囲の厚さを有する。
【0040】
ＣｅＯ２層３０は、ＬａＭｎＯ３層２４と超電導層４０との間のバッファ層である。ＣｅＯ２層３０は、ＣｅＯ２層３０の配向を改善し、また、酸素アニール工程の間の酸素拡散を促進するために、Ｇｄなどの希土類元素がドーピングされていてもよい。ＣｅＯ２層３０中の酸素イオンが超電導層４０に拡散するとき、超電導層４０中の酸素イオンの均一な分布をより短い時間で達成することができる。
【0041】
ＣｅＯ２層３０は、ペロブスカイト構造を有するＬａＭｎＯ３層２４上に格子整合して形成される。ＣｅＯ２層３０は、例えば、１００～５００ｎｍの範囲の厚さを有する。
【0042】
なお、ＣｅＯ２層３０は超電導線１に含まれなくてもよい。すなわち、超電導層４０は、バッファ層２０上に直接または間接的に形成される。言い換えると、超電導層４０は、バッファ層２０の上に形成される。
【0043】
超電導層４０は、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｘなどの高温超電導体を主成分とすることが好ましい。ここで、ＲＥは、Ｙ、Ｎｄ、Ｅｕ、又はＧｄなどの希土類元素である。また、超電導層４０は、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｘ、ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｘ、又はこれらの組み合わせを主成分とすることがより好ましい。超電導層４０は、磁場中での超電導特性を向上させるために、非導電性ナノ粒子を含んでもよい。超電導層４０は、例えば、１～６μｍの範囲の厚さを有する。
【0044】
保護層５０は、超電導層４０を周囲の雰囲気及び機械的損傷から保護し、良好な電気的接触を提供する。保護層５０は、Ａｇなどを含む。保護層５０は、例えば、０．５～１０．０μｍの範囲の厚さを有する。
【0045】
（超電導線の製造）
以下に、超電導線１の製造工程の例を説明する。
以下に、超電導線１の製造工程の例を説明する。
【0046】
図２は、超電導線１の製造工程を示すフローチャートである。まず、基板１０の表面に電解研磨を施す（ステップＳ１）。
【0047】
次に、Ａｌ２Ｏ３層２１を基板１０上に形成する（ステップＳ２）。Ａｌ２Ｏ３層２１は、反応性ガスとしての酸素ガスとアルミニウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられる反応性マグネトロンスパッタリングによって形成される。Ａｌ２Ｏ３層２１は、第１の濃度の酸素ガスを供給しながら形成される。第１の濃度は、金属酸化物スパッタリングターゲットを用いる通常のマグネトロンスパッタリングよりも十分に高い堆積速度を提供するために、スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＡｌの発光強度が第１の基準値の２５％以上８０％以下となる酸素ガス濃度に設定される。ここで、“スパッタリングターゲットの表面近傍”は、例えば、“スパッタリングターゲットの表面から０～３ｃｍの範囲”である。第１の基準値は、酸素ガスの濃度がゼロであるときのＡｌの発光強度である。この反応性マグネトロンスパッタリングは、主に遷移領域で達成され、おそらく遷移領域でのみ達成される。
【0048】
次に、Ｙ２Ｏ３層２２をＡｌ２Ｏ３層２１上に形成する（ステップＳ３）。Ｙ２Ｏ３層２２は、反応性ガスとして酸素ガスとイットリウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられる反応性マグネトロンスパッタリングによって形成される。Ｙ２Ｏ３層２２は、第２の濃度の酸素ガスを供給しながら形成される。第２の濃度は、金属酸化物スパッタリングターゲットが用いられる通常のマグネトロンスパッタリングよりも十分に高い堆積速度を提供するために、スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＹの発光強度が第２の基準値の１５％以上９０％以下となる酸素濃度に設定される。ここで、“スパッタリングターゲットの表面近傍”は、例えば、“スパッタリングターゲットの表面から０～３ｃｍの範囲”である。第２の基準値は、酸素ガスの濃度がゼロであるときのＹの発光強度である。この反応性マグネトロンスパッタリングは、主に遷移領域で達成され、おそらく遷移領域でのみ達成される。
【0049】
第１の濃度は、Ａｌの発光強度が第１の基準値の３０％以上６５％以下であるときの酸素ガスの濃度であってもよい。第２の濃度は、Ｙの発光強度が第２の基準値の３５％以上６５％以下であるときの酸素ガスの濃度であってもよい。
【0050】
次に、ＭｇＯ層２３をＹ２Ｏ３層２２上に形成する（ステップＳ４）。ＭｇＯ層２３は、反応性ガスとしての酸素ガスとマグネシウム金属からなるスパッタリングターゲットが用いられ、アシストＡｒイオンビームが適用された反応性マグネトロンスパッタリングによって形成される。ＭｇＯ層２３は、第３の濃度の酸素ガスを供給しながら形成される。マグネシウム金属からなるスパッタリングターゲットを用いる場合、第３の濃度は、金属酸化物スパッタリングターゲットが用いられる通常のマグネトロンスパッタリングよりも十分に高い堆積速度を提供するため、スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＭｇの発光強度が第３の基準値の５０％未満となる酸素濃度に設定される。ここで、“スパッタリングターゲットの表面近傍”は、例えば、“スパッタリングターゲットの表面から０～３ｃｍの範囲”である。第３の基準値は、酸素ガスの濃度がゼロであるときのＭｇの発光強度である。この反応性マグネトロンスパッタリングは、主に遷移領域で達成され、おそらく遷移領域でのみ達成される。
【0051】
このアシストＡｒイオンビームが適用された反応性マグネトロンスパッタリングにおいては、アシストイオンとしてのＡｒイオンを照射しながら反応性マグネトロンスパッタリングによりＭｇＯを堆積させて、ＭｇＯ層２３を形成する。
【0052】
次に、ＲＦマグネトロンスパッタリング、ＤＣマグネトロンスパッタリング、又はＰＬＤ法によって、ＬａＭｎＯ３層２４をＭｇＯ層２３上に形成する（ステップＳ５）。
【0053】
次に、ＰＬＤ法又はＲＦマグネトロンスパッタリングによって、ＣｅＯ２層３０をＬａＭｎＯ３層２４上に形成する（ステップＳ６）。
【0054】
次に、ＰＬＤ法により、超電導層４０をＣｅＯ２層３０上に形成する（ステップＳ７）。また、酸素アニールにより、酸素を超電導層４０に導入するべきである。超電導層４０中の酸素濃度は、超電導層４０の臨界温度や臨界電流などの超電導特性にとって重要である。
【0055】
次に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、保護層５０を超電導層４０上に形成する（ステップＳ８）。
【0056】
次に、酸素アニールにより、超電導層４０中の酸素の量を適切に調整する（ステップＳ９）。
【0057】
図３は、バッファ層２０を形成するために用いられる反応性マグネトロンスパッタリング装置６０の概略図である。
【0058】
反応性マグネトロンスパッタリング装置６０は、テープ７０を供給するための供給リール６１と、供給リール６１によって供給されたテープ７０を巻くためのガイドリール６２及び６３と、ガイドリール６２及び６３によって巻かれたテープ７０上のＡｌ２Ｏ３層２１、Ｙ２Ｏ３層２２、又はＭｇＯ層２３などの金属酸化物膜を形成するためのマグネトロンヘッドを備えたスパッタリングターゲット６４と、及び金属酸化物膜を有するテープ７０を巻き取るための受容リール６６とを含む。また、図３に示されるように、反応性マグネトロンスパッタリング装置６０は、供給リール６１とガイドリール６２との間、及びガイドリール６３と受容リール６６との間にガイドローラー６８を含んでもよい。
【0059】
また、ＭｇＯ層２３などの配向層を形成する場合には、アシストＡｒイオンビームを照射するアシストイオンガン６７が反応性マグネトロンスパッタリング装置６０において用いられる。
【0060】
テープ７０は、基板１０、又は基板１０と基板１０上に既に形成されている層から構成される。
【0061】
スパッタリングターゲット６４の表面近傍のプラズマ中のＡｌ、Ｙ、又はＭｇなどの金属の発光強度は、光電子増倍管（Photomultiplier Tube：ＰＭＴ）ユニット７１に接続されたプラズマ発光制御装置などによって測定される。コリメーター７２に入るプラズマ光は、光ファイバ７３を通って伝播し、ＰＭＴユニット７１によって検出される。
【0062】
ここで、Ａｌ、Ｙ、Ｍｇの発光強度を測定するために、３９６．５ｎｍ、４０７．５ｎｍ、２８５．０ｎｍ付近の波長におけるプラズマ光の強度がそれぞれ検出される。
【実施例1】
【0063】
反応性マグネトロンスパッタリングによるＡｌ２Ｏ３層２１の好ましい形成条件を実験により求めた。
【0064】
実施例１においては、プラズマ発光制御装置として、堀場製作所製のプラズマエミッションコントローラーＲＵ－１０００を用いた。また、基板１０として、厚さが６０μｍ（マイクロメートル）、表面粗さが１ｎｍ未満、幅が１２ｍｍの電解研磨されたハステロイテープを用いた。また、Ａｌ２Ｏ３層２１を形成するためのスパッタリングターゲット６４として、アルミニウム金属からなるスパッタリングターゲットを用いた。
【0065】
【0066】
まず、マグネトロンの電力密度が１５Ｗ／ｃｍ２以下、Ａｒガスの圧力が０．３５Ｐａ以上４．０Ｐａ以下であるときに、安定したプラズマが得られることを見出した。マグネトロンの電力密度が１５Ｗ／ｃｍ２を超えると、アーク放電が発生した。Ａｒガスの圧力が０．３５～４．０Ｐａの範囲外になると、プラズマが不安定になり、消滅することが多かった。また、Ａｒガスの圧力が０．５Ｐａ以下であるときに、より高い堆積速度が得られた。さらに、反応チャンバー内の温度が８０℃以上１７０℃以下であるときに、高品質のＡｌ含有膜が得られた。
【0067】
図５は、曲線Ａと曲線Ｂを示す。曲線Ａは、反応性ガスとしての酸素ガスの濃度と、スパッタリングターゲット６４の表面近傍のプラズマ中のＡｌの発光強度との関係を示す。曲線Ｂは、酸素ガスの濃度と、Ａｌ２Ｏ３とＡｌの両方又は一方を含むＡｌ含有膜の堆積速度との関係を示す。
【0068】
図５の横軸は、反応チャンバー内の酸素ガスの濃度を示す。左軸は、ＰＭＴユニット７１によって測定された、スパッタリングターゲット６４の表面から０～３ｃｍの範囲のプラズマ中のＡｌの発光強度を示し、発光強度は、酸素ガスの濃度がゼロであるときのＡｌの発光強度である第１の基準値に対するパーセンテージで表される。右軸は、基板表面近傍に配置された水晶振動子マイクロバランス（quartz crystal microbalance：ＱＣＭ）センサーによって測定されたＡｌ含有膜の堆積速度（Å／ｓ、オングストローム／ｓ）を示す。
【0069】
図５のＡｌ含有膜の堆積速度は、ガイドリール６２とガイドリール６３との間のテープ７０の１巻目部分７０ａにおいて測定された。
【0070】
曲線Ａは、酸素ガスの濃度が増加するのに伴い、Ａｌの発光強度が低下することを示している。これは、酸素ガス濃度の増加に伴い、スパッタリングターゲット６４の表面の酸化の度合いが大きくなることによる。このため、酸素ガスの濃度が低いときのＡｌ含有膜はほぼ純粋なＡｌからなり（メタルモード）、酸素ガスの濃度が高いときのＡｌ含有膜はほぼ純粋なＡｌ２Ｏ３からなる（酸化物モード）。メタルモードと酸化物モードの間の遷移領域は、図５に大まかに示されている。
【0071】
曲線Ｂは、Ａｌ含有膜の堆積速度が酸化物モード近傍で急速に低下することを示している。これは、スパッタリングターゲット６４の表面が酸化され、Ａｌ酸化物がＡｌよりも高い結晶格子エネルギーを有するために、スパッタリング速度が低下することによる。
【0072】
図６は、Ａｌの発光強度が３７．５％、５０．０％、６２．５％、７５．０％、又は８７．５％であるときの、テープ７０の１巻目部分７０ａから７巻目部分７０ｇの各々におけるＡｌ含有膜の堆積速度を示す。
【0073】
図７は、マルチパス堆積システムにおける１巻目部分７０ａから７巻目部分７０ｇ上のＡｌ含有膜の堆積速度の平均値と、Ａｌの発光強度との関係を示す。
【0074】
Ａｌ含有膜の堆積速度が大きければ、所定の厚さを有するＡｌ含有膜を形成するためのテープ７０の供給速度を大きくすることができる。
【0075】
表１は、Ａｌの発光強度が３７．５％、５０．０％、６２．５％、７５．０％、又は８７．５％であるときの、６８ｎｍの厚さを有するＡｌ含有膜を形成するためのテープ７０の供給速度と、対応する最終製品としての超電導線の臨界電流を示す。
【0076】
【表1】
【0077】
超電導線は、Ａｌ含有膜上にＹ２Ｏ３膜、ＭｇＯ膜、ＬａＭｎＯ３膜、ＣｅＯ２膜、ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７膜、Ａｇ膜を順に形成する工程を経て得られた。Ｙ２Ｏ３膜とＬａＭｎＯ３膜は、通常のＲＦマグネトロンスパッタリングによって形成した。ＭｇＯ膜は、アシストＡｒイオンビームが適用されたマグネトロンスパッタリングによって形成した。ＣｅＯ２膜とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７膜はＰＬＤ法によって形成した。Ａｇ膜は、通常のＤＣマグネトロンスパッタリングによって形成した。
【0078】
また、表１は、参考用データとして、通常のＲＦマグネトロンスパッタリングによって６８ｎｍの厚さを有するＡｌ２Ｏ３膜を形成するためのテープ７０の供給速度、及びＡｌ２Ｏ３膜をＡｌ含有膜の代わりに有する超電導線の臨界電流を示す。
【0079】
Ａｌの発光強度がおよそ３０％以上８０％以下であるときに、テープ７０の供給速度が参考用データよりも大きく、超電導線が超電導特性を示した。さらに、Ａｌの発光強度がおよそ５０％以上６５％以下であるときに、超電導線の臨界電流が参考用データとほぼ同じであった。また、Ａｌの発光強度が３０％以上８０％以下であるときには、Ａｌ含有膜の組成は、ほぼ純粋なＡｌ２Ｏ３から構成されていた。
【0080】
したがって、Ａｌ２Ｏ３層２１を形成するための酸素ガスの濃度（第１の濃度）は、スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＡｌの発光強度が第１基準値の３０％以上８０％以下となる濃度であることが好ましく、スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＡｌの発光強度が第１基準値の５０％以上６５％以下となる濃度であることがより好ましい。
【実施例2】
【0081】
反応性マグネトロンスパッタリングによるＹ２Ｏ３層２２の好ましい形成条件を実験により求めた。
【0082】
実施例２においては、実施例１と同様に、プラズマ発光制御装置として、堀場製作所製のプラズマエミッションコントローラーＲＵ－１０００を用いた。また、実施例２におけるテープ７０は、基板１０としての幅１２ｍｍの電解研磨されたハステロイテープと、通常のＲＦマグネトロンスパッタリングによりハステロイテープ上に形成されたＡｌ２Ｏ３膜とから構成される。また、Ｙ２Ｏ３層２２を形成するためのスパッタリングターゲット６４として、イットリウム金属からなるスパッタリングターゲットを用いた。
【0083】
図４に示されるように、ワインダー６２及び６３によるテープ７０の巻き数は７とした。
【0084】
まず、マグネトロンの電力密度が１３Ｗ／ｃｍ２以下、Ａｒガスの圧力が０．２５Ｐａ以上１．５Ｐａ以下であるときに、安定したプラズマが得られることを見出した。マグネトロンの電力密度が１３Ｗ／ｃｍ２を超えると、アーク放電が発生した。Ａｒガスの圧力が０．２５～１．５Ｐａの範囲外になると、プラズマが不安定になり、消滅することが多かった。さらに、Ａｒガスの圧力が０．７５Ｐａ以上０．８５Ｐａ以下であるときに、より高い堆積速度が得られた。Ｙ２Ｏ３層２２の結晶化を回避するために、Ｙ２Ｏ３層２２は室温で形成された。
【0085】
図８は、曲線Ｃと曲線Ｄを示す。曲線Ｃは、反応性ガスとしての酸素ガスの濃度と、スパッタリングターゲット６４の表面近傍のプラズマ中のＹの発光強度との関係を示す。曲線Ｄは、酸素ガスの濃度と、Ｙ２Ｏ３とＹの両方又は一方を含むＹ含有膜の堆積速度との関係を示す。
【0086】
図８の横軸は、反応チャンバー内の酸素ガスの濃度を示す。左軸は、ＰＭＴユニット７１によって測定された、スパッタリングターゲット６４の表面から０～３ｃｍの範囲のプラズマ中のＹの発光強度を示し、発光強度は、酸素ガスの濃度がゼロであるときのＹの発光強度である第２の基準値に対するパーセンテージで表される。右軸は、ＱＣＭセンサーによって測定されたＹ含有膜の堆積速度（Å／ｓ、オングストローム／ｓ）を示す。
【0087】
図８のＹ含有膜の堆積速度は、ワインダー６２とワインダー６３との間のテープ７０の１巻目部分７０ａにおいて測定された。
【0088】
曲線Ｃは、酸素ガスの濃度が増加するのに伴い、Ｙの発光強度が低下することを示している。これは、酸素ガス濃度の増加に伴い、スパッタリングターゲット６４の表面の酸化の度合いが大きくなることによる。このため、酸素ガスの濃度が低いときのＹ含有膜はほぼ純粋なＹからなり（メタルモード）、酸素ガスの濃度が高いときのＹ含有膜はほぼ純粋なＹ２Ｏ３からなる（酸化物モード）。メタルモードと酸化物モードの間の遷移領域は、図８に大まかに示されている。
【0089】
さらに、Ｙの発光強度が３５％以下であるとき、スパッタリングターゲット６４の表面の酸化が急速に進行したため、プラズマ発光制御装置の動作速度がＹ含有膜の堆積条件を安定して制御するのに十分ではなかった。また、曲線Ｄは、Ｙの発光強度が３０％以下になるとき、Ｙ含有膜の堆積速度が急激に低下することを示している。これは、堆積速度がＱＣＭセンサーの測定可能な範囲から外れたことが原因である可能性がある。
【0090】
図９は、Ｙの発光強度が３７．６％、５０．２％、６２．３％、７５．３％、又は８７．８％であるときの、テープ７０の１巻目部分７０ａから７巻目部分７０ｇの各々におけるＹ含有膜の堆積速度を示す。
【0091】
図１０は、１巻目部分７０ａから７巻目部分７０ｇ上のＹ含有膜の堆積速度の平均値とＹの発光強度との関係を示す。
【0092】
Ｙ含有膜の堆積速度が大きければ、所定の厚さを有するＹ含有膜を形成するためのテープ７０の供給速度を大きくすることができる。
【0093】
表２は、Ｙの発光強度が３７．６％、５０．２％、６２．３％、７５．３％、又は８７．８％であるときの、４５ｎｍの厚さを有するＹ含有膜を形成するためのテープ７０の供給速度と、最終製品としての超電導線の臨界電流を示す。
【0094】
【表2】
【0095】
超電導線は、Y含有膜上にＭｇＯ膜、ＬａＭｎＯ３膜、ＣｅＯ２膜、ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７膜、Ａｇ膜を順に形成する工程を経て得られた。ＬａＭｎＯ３膜は、通常のＲＦマグネトロンスパッタリングによって形成した。ＭｇＯ膜は、アシストＡｒイオンビームが適用されたＲＦマグネトロンスパッタリングによって形成した。ＣｅＯ２膜とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７膜はＰＬＤ法によって形成した。Ａｇ膜は、通常のＤＣマグネトロンスパッタリングによって形成した。
【0096】
また、表２は、参考用データとして、通常のＲＦマグネトロンスパッタリングによって４５ｎｍの厚さを有するＹ２Ｏ３膜を形成するためのテープ７０の供給速度、及びＹ２Ｏ３膜をＹ含有膜の代わりに有する超電導線の臨界電流を示す。
【0097】
Ｙの発光強度がおよそ３０％以上９０％以下であるときに、テープ７０の供給速度が参考用データよりも大きく、超電導線の臨界電流が参考用データとほぼ同じであった。一方、図８によれば、８０％はＹの発光強度の急激な低下の開始点であり、これは金属がプラズマ中で急速に酸化して、良質のＹ２Ｏ３が得られることを意味している。
また、Ｙの発光強度がおよそ３０％以上６５％以下であるときに、臨界電流のばらつきを抑えることができた。また、Ｙの発光強度が３０％以上９０％以下であるときには、Ｙ含有膜の組成は、ほぼ純粋なＹ２Ｏ３から構成されていた。
また、Ｙの発光強度がおよそ３０％以上６５％以下であるときに、臨界電流のばらつきを抑えることができた。また、Ｙの発光強度が３０％以上９０％以下であるときには、Ｙ含有膜の組成は、ほぼ純粋なＹ２Ｏ３から構成されていた。
【0098】
したがって、Ｙ２Ｏ３層２２を形成するための酸素ガスの濃度（第２の濃度）は、スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＹの発光強度が第２の基準値の３０％以上８０％以下となる濃度であることが好ましく、スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＹの発光強度が第１の基準値の３０％以上６５％以下となる濃度であることがより好ましい。
【実施例3】
【0099】
反応性マグネトロンスパッタリングによるＭｇＯ層２３の好ましい形成条件を実験により求めた。
【0100】
実施例３においては、実施例１と同様に、プラズマ発光制御装置として、堀場製作所製のプラズマエミッションコントローラーＲＵ－１０００を用いた。また、実施例３におけるテープ７０は、基板１０としての幅１２ｍｍの電解研磨されたハステロイテープと、通常のＲＦマグネトロンスパッタリングによりハステロイテープ上に形成されたＡｌ２Ｏ３膜と、通常のＲＦマグネトロンスパッタリングによってＡｌ２Ｏ３膜上に形成されたＹ２Ｏ３膜とから構成される。また、ＭｇＯ層２３を形成するためのスパッタリングターゲット６４として、マグネシウム金属からなるスパッタリングターゲットを用いた。
【0101】
図４に示されるように、ワインダー６２及び６３によるテープ７０の巻き数は７とした。
【0102】
まず、マグネトロンの電力密度が１２．５Ｗ／ｃｍ２以下、Ａｒガスの圧力が０．１３Ｐａ以上０．３０Ｐａ以下であるときに、安定したプラズマが得られることを見出した。マグネトロンの電力密度が１２．５Ｗ／ｃｍ２を超えると、アーク放電が発生した。Ａｒガスの圧力が０．１３～０．３０Ｐａの範囲外になると、プラズマが不安定になり、消滅することが多かった。さらに、ＩＢＡＤの適用には、Ａｒガスの圧力が０．３０Ｐａ以下であることが必要であった。加熱がＭｇＯ層２３の配向に悪影響を及ぼしたため、ＭｇＯ層２３は室温で形成された。
【0103】
図１１は、曲線Ｅと曲線Ｆを示している。曲線Ｅは、反応性ガスとしての酸素ガスの濃度と、スパッタリングターゲット６４の表面近傍のプラズマ中のＭｇの発光強度との関係を示す。曲線Ｆは、酸素ガスの濃度と、ＭｇＯとＭｇの両方又は一方を含むＭｇ含有膜の堆積速度との関係を示す。
【0104】
図１１の横軸は、反応チャンバー内の酸素ガスの濃度を示す。左軸は、ＰＭＴユニット７１によって測定された、スパッタリングターゲット６４の表面から０～３ｃｍの範囲のプラズマ中のＭｇの発光強度を示し、発光強度は、酸素ガスの濃度がゼロであるときのＭｇの発光強度である第３の基準値に対するパーセンテージで表される。右軸は、ＱＣＭセンサーによって測定されたＭｇ含有膜の堆積速度（Å／ｓ、オングストローム／ｓ）を示す。
【0105】
図１１のＭｇ含有膜の堆積速度は、ワインダー６２とワインダー６３との間のテープ７０の１巻目部分７０ａにおいて測定された。
【0106】
曲線Ｅは、酸素ガスの濃度が増加するのに伴い、Ｍｇの発光強度が低下することを示している。これは、酸素ガス濃度の増加に伴い、スパッタリングターゲット６４の表面の酸化の度合いが大きくなることによる。このため、酸素ガスの濃度が低いときのＭｇ含有膜は多量のＭｇ金属を含み（メタルモード）、酸素ガスの濃度が高いときのＭｇ含有膜はほぼ純粋なＭｇＯからなる（酸化物モード）。メタルモードと酸化物モードの間の遷移領域は、図１１に大まかに示されている。
【0107】
また、曲線Ｅは、Ｍｇ含有膜の形成における遷移領域が非常に狭いことを示している。さらに、曲線Ｅの、Ｍｇの発光強度が第３の基準値のおよそ４５％である遷移領域中の点において、異常がみられる。これは、プラズマ発光制御装置のフィードバックアルゴリズムが、異常点付近の酸素分圧を制御できないことを示している。
【0108】
したがって、ＭｇＯ層２３を形成するための酸素ガスの濃度（第３の濃度）は、スパッタリングターゲットの表面近傍のプラズマ中のＭｇの発光強度が第３の基準値の４５％未満となる濃度であることが求められる。なお、Ｍｇの発光強度が第３の基準値の４５％未満であるときには、Ｍｇ含有膜はほぼ純粋なＭｇＯから構成されていた。
【0109】
次に、Ｍｇ含有膜上にＬａＭｎＯ３膜、ＣｅＯ２膜、ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７膜、Ａｇ膜を順に形成する工程を経て、最終製品としての超電導線を得た。ＬａＭｎＯ３膜は、通常のＲＦマグネトロンスパッタリングによって形成した。ＣｅＯ２膜とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７膜はＰＬＤ法によって形成した。Ａｇ膜は、通常のＤＣマグネトロンスパッタリングによって形成した。
【0110】
図１２は、最終製品としての超電導線の臨界電流Ｉｃ対長さの測定データである。
図１２に係る超電導線におけるＭｇ含有膜は、ＩＢＡＤ条件と臨界電流との関係を測定するために、異なるＩＢＡＤ条件下で形成された複数の領域を有する。約０ｍｍと約２５０００ｍｍの間の場所、約３８０００ｍｍと約５４０００ｍｍの間の場所、及び約７０００ｍｍと約７７０００ｍｍの間の場所は、異なるＩＢＡＤ条件下で形成された３つの領域に対応する。ＩＢＡＤ条件には、イオン加速エネルギーとイオン電流が含まれる。図１２の横軸は、超電導線の長さ方向の位置を示す。縦軸は、超電導線の臨界電流を示す。
図１２に係る超電導線におけるＭｇ含有膜は、ＩＢＡＤ条件と臨界電流との関係を測定するために、異なるＩＢＡＤ条件下で形成された複数の領域を有する。約０ｍｍと約２５０００ｍｍの間の場所、約３８０００ｍｍと約５４０００ｍｍの間の場所、及び約７０００ｍｍと約７７０００ｍｍの間の場所は、異なるＩＢＡＤ条件下で形成された３つの領域に対応する。ＩＢＡＤ条件には、イオン加速エネルギーとイオン電流が含まれる。図１２の横軸は、超電導線の長さ方向の位置を示す。縦軸は、超電導線の臨界電流を示す。
【0111】
図１２の測定データにおいて、超電導線の長さ方向の位置が約３８０００ｍｍ～約５４０００ｍｍの部分で臨界電流が２００Ａを超えている。この部分に対応するＭｇ含有膜は、アシストＡｒイオンビームのエネルギーが１０００ｅＶ、イオン電流が２００ｍＡ、第３の濃度がＭｇの発光強度が第３の基準値の３１％となる酸素ガス濃度であるＩＢＡＤ条件下で形成した。
【0112】
また、超電導線の長さ方向の位置が約０ｍｍ～約２５０００ｍｍである部分に対応するＭｇ含有膜は、アシストＡｒイオンビームのエネルギーが１０００ｅＶ、イオン電流が１８０ｍＡ、第３の濃度がＭｇの発光強度が第３の基準値の２６％になる酸素ガス濃度であるＩＢＡＤ条件下で形成した。また、超電導線の長さ方向の位置が約７０００ｍｍ～約７７０００ｍｍの部分に対応するＭｇ含有膜は、アシストＡｒイオンビームのエネルギーが１０００ｅＶ、イオン電流が１８０ｍＡ、第３の濃度がＭｇの発光強度が第３の基準値の３５％になる酸素ガス濃度であるＩＢＡＤ条件下で形成した。
【実施例4】
【0113】
反応性マグネトロンスパッタリングによって形成されたＭｇＯ層２３をバッファ層２０中に含む超電導線１である第１の試料の臨界電流と、ＭｇＯ層２３の代わりに通常のマグネトロンスパッタリングによって形成されたＭｇＯ層をバッファ層２０中に含む超電導線１である第２の試料の臨界電流とを比較した。
【0114】
第１の試料は、電解研磨されたハステロイテープで作られた基板１０と、バッファ層２０と、ＣｅＯ２層３０と、ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７からなる超電導層４０と、Ａｇからなる保護層５０とを含む。このバッファ層２０は、Ａｌ２Ｏ３層２１、Ｙ２Ｏ３層２２、ＭｇＯ層２３、及びＬａＭｎＯ３層２４から構成される。
【0115】
第１の試料のＡｌ２Ｏ３層２１及びＹ２Ｏ３層２２は、上記の実施形態に係る反応性マグネトロンスパッタリングによって形成した。第１の試料のＭｇＯ層２３は、上記の実施形態に係るアシストＡｒイオンビームが適用された反応性マグネトロンスパッタリングによって形成した。次に、ＬａＭｎＯ３層２４は、ＲＦマグネトロンスパッタリングによって堆積した。第１の試料のＣｅＯ２層３０及び超電導層４０は、ＰＬＤ法によって形成した。第１の試料の保護層５０は、通常のＤＣマグネトロンスパッタリングによって形成した。
【0116】
第２の試料は、第１の試料のＭｇＯ層２３の代わりに、ＭｇＯからなるスパッタリングターゲットが用いられ、アシストＡｒイオンビームが適用されたマグネトロンスパッタリングによって形成されたＭｇＯ層を含む。
【0117】
【0118】
【0119】
図１３と図１４とを比較すると、第２の試料は、第１の試料よりも臨界電流が大きい。一方、ＭｇＯ層２３が反応性マグネトロンスパッタリングにより短時間で形成されるため、第１の試料の製造コストは第２の試料の製造コストよりも低い。このため、第１の試料と第２の試料は、異なる用途に用いることができる。なお、反応性マグネトロンスパッタリングなどのより高速なプロセスが、第１の試料と第２の試料のバッファ層の形成に用いられるため、第１の試料の製造コストと第２の試料の製造コストは、通常のマグネトロンスパッタリングによってバッファ層が形成される従来の超電導線の製造コストよりも低い。
【0120】
本発明において、本発明の主旨又は変更技術を逸脱しなければ、上述の実施の形態及び実施例に限定されない範囲で様々な変更が可能である。
【0121】
本発明は、完全かつ明瞭な開示のために特定の実施の形態及び実施例に関して記載されたが、添付の特許請求の範囲はこれらに限定されず、本明細書の開示の範囲内で当業者の想到し得るすべての変更と代替構造を具体化するものと解釈される。
【産業上の利用可能性】
【0122】
本発明によれば、超電導線を高い生産速度および低コストで製造することができる超電導線の製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【0123】
１ 超電導線
１０ 基板
２０ バッファ層
２１ Ａｌ２Ｏ３層
２２ Ｙ２Ｏ３層
２３ ＭｇＯ層
４０ 超電導層
１０ 基板
２０ バッファ層
２１ Ａｌ２Ｏ３層
２２ Ｙ２Ｏ３層
２３ ＭｇＯ層
４０ 超電導層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】