[发明专利]氧化物超导薄膜及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有高临界电流值Ic的氧化物超导薄膜和制造所述氧化物超导薄膜的方法。

背景技术

由于在液氮温度下具有超导电性的高温超导体的发现，对旨在应用于诸如电缆、电流限制器和磁铁的电力设备的高温超导线的研发正在积极进行。其中，通过在衬底上形成氧化物超导薄膜获得的氧化物超导薄膜线正备受关注。

制造所述氧化物超导体的方法之一为涂布-热解方法(金属有机沉积，缩写为MOD方法)(参见，例如日本特开2007-165153号公报(PTD1)。

该方法包括：将通过使RE(稀土元素)如Y(钇)、Ba(钡)和Cu(铜)的相应有机金属化合物溶解在溶剂中制造的原料溶液(MOD溶液)施用到衬底上以形成涂布膜，随后在约500℃下进行煅烧热处理，例如使有机金属化合物热分解。将热分解的有机成分除去，由此制造了煅烧的薄膜，其为氧化物超导薄膜的前体。随后，所制造的煅烧薄膜在更高温度(例如，约750℃～800℃)下被烧结热处理以晶体化，由此制造由REBa₂Cu₃O_7-x表示的超导薄膜层。该方法由于其特性而被广泛使用，例如与气相方法相比需要简单的生产设备，该气相方法的制造主要在真空中进行(诸如，气相沉积、溅射和脉冲激光气相沉积)且易于适应大面积或复杂的形状。

所述MOD方法包括TFA-MOD方法(使用三氟乙酸盐的金属有机沉积)，其中将含有氟化物的有机金属化合物用作原料溶液；和无氟的MOD方法，其中将无氟的有机金属化合物用作源材料。

借助于该TFA-MOD方法，可获得具有有良好面内取向的氧化物超导薄膜。然而，利用该方法在煅烧时会产生氟化物BaF₂(氟化钡)，并且该BaF₂在烧结时热解产生危险的氟化氢气体。因此，用于处理所述氟化氢气体的装置或设备是必需的。

相比之下，所述FF-MOD方法的优势在于未生成诸如氟化氢气体的危险气体，其环保且不需要处理设备。

在所述FF-MOD方法中，为了获得具有较高临界电流值Ic的氧化物超导薄膜，堆叠通过重复原料溶液的上述施用、煅烧热处理和烧结热处理制造的氧化物超导薄膜层，由此增加薄膜厚度。

然而，当例如用常规FF-MOD方法制造Y123氧化物超导薄膜时，问题在于即使薄膜厚度增加，但由于超导临界电流密度Jc低，Ic不会变得足够高。

引用列表

专利文献

PTD 1：日本特开2007-165153号公报

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供用FF-MOD方法制造其中能够获得足够高Ic的厚氧化物超导薄膜，及制造所述氧化物超导薄膜的方法。

解决问题的技术方案

本申请的发明人研究了用常规FF-MOD方法，即使通过层压氧化物超导层来增加薄膜厚度，Ic也不会变得足够高的原因，并且获得以下发现。

具体地，在常规制造方法中，在如上所述的衬底上重复施用MOD溶液、进行煅烧热处理并进行烧结热处理以堆叠超导层，由此增加薄膜厚度。然而，因为该氧化物超导层具有高结晶度，所以几乎不形成充当磁通钉(flux pin)以大大影响Jc和Ic改善的瑕疵或非均质相，因此钉扎点对于整个厚氧化物超导薄膜来说是不足的。

因此，已经显示出在用常规制造方法制造的厚氧化物超导薄膜中没有完全展示出钉扎效应，因此Jc和Ic不能彻底改善。

因此，本申请的发明人尽力研究了在厚氧化物超导薄膜内形成适当分散的磁通钉的方法。

形成上述磁通钉的方法包括在堆叠氧化物超导层期间形成如堆垛层错或外来物质的瑕疵以获得磁通钉的方法，然而，这在技术上并不容易，因为在FF-MOD方法中，氧化物超导层在热平衡状态中生长且从衬底侧有规律地堆叠。

因此，本申请的发明人进行实验，假定在厚氧化物超导薄膜制造期间引入纳米离子，特别是大约几十纳米的纳米离子，并将它们适当地分散，这些纳米离子可完全充当在堆叠的氧化物超导层内的磁通钉以改善Jc和Ic，并且证实了能够过分散纳米离子获得具有改善的Jc和Ic的氧化物超导薄膜。

作为制造这种氧化物超导薄膜的具体方法，将大约几十纳米的纳米粒子的溶液添加到FF-MOD溶液中，所述FF-MOD溶液为原料溶液；并且使用其作为原料溶液，与通常的FF-MOD方法类似地对其应用进行煅烧热处理和烧结热处理，从而纳米粒子可分散在加厚的氧化物超导薄膜中。

随后，通过适当地调节纳米粒子的量，可提供对应于工作温度，例如对应于77K的钉扎点。