Title:
Supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht und Verfahren zu seiner Herstellung
Kind Code:
T5


Abstract:

Ein supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht enthält ein Metallsubstrat, ein Laminat und eine Cu-Stabilisierungsschicht. Das Metallsubstrat enthält ein stützendes Basismaterial und eine leitfähige Schicht, die sich auf dem stützenden Basismaterial befindet. Die leitfähige Schicht enthält eine Cu-Schicht, die als eine innere Schicht und eine biaxial orientierte Oberflächenschicht dient. Das Laminat enthält eine Pufferschicht, eine supraleitende Oxidschicht und eine Ag-Stabilisierungsschicht, die in dieser Reihenfolge – von dem Metallsubstrat aus – auf dem Metallsubstrat gestapelt sind. Die Cu-Stabilisierungsschicht ist so ausgebildet, dass sie das Laminat und das Metallsubstrat umgibt. Mindestens eine der Cu-Stabilisierungsschicht und der Ag-Stabilisierungsschicht ist so ausgebildet, dass sie in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist.




Inventors:
Yamaguchi, Takashi (Osaka-shi, JP)
Nagaishi, Tatsuoki (Osaka-shi, JP)
Konishi, Masaya (Osaki-shi, JP)
Ohki, Kotaro (Osaka-shi, JP)
Honda, Genki (Osaka-shi, JP)
Application Number:
DE112015001146T
Publication Date:
11/17/2016
Filing Date:
03/04/2015
Assignee:
Sumitomo Electric Industries, Ltd. (Osaka-shi, JP)



Attorney, Agent or Firm:
CBDL Patentanwälte, 47051, Duisburg, DE
Claims:
1. Supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht, der ein Metallsubstrat, ein Laminat und eine Cu-Stabilisierungsschicht umfasst,
wobei das Metallsubstrat ein stützendes Basismaterial und eine leitfähige Schicht, die sich auf dem stützenden Basismaterial befindet, enthält,
die leitfähige Schicht eine Cu-Schicht enthält, die als eine innere Schicht und eine biaxial orientierte Oberflächenschicht dient,
das Laminat eine Pufferschicht, eine supraleitende Oxidschicht und eine Ag-Stabilisierungsschicht enthält, die in dieser Reihenfolge von dem Metallsubstrat aus auf dem Metallsubstrat gestapelt sind,
die Cu-Stabilisierungsschicht so ausgebildet ist, dass sie das Laminat und das Metallsubstrat umgibt, und
mindestens eine der Cu-Stabilisierungsschicht und der Ag-Stabilisierungsschicht so ausgebildet ist, dass sie in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist.

2. Supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Durchgangsloch so ausgebildet ist, dass es sich von einer Oberfläche des Laminats zu der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats erstreckt, und die Cu-Stabilisierungsschicht so ausgebildet ist, dass sie über das Durchgangsloch in Kontakt mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist.

3. Supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht nach Anspruch 1, wobei die Cu-Stabilisierungsschicht in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt einer seitlichen Endfläche der Cu-Schicht des Metallsubstrats steht und mit der Cu-Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist.

4. Supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Durchgangsloch so ausgebildet ist, dass es sich von einer Oberfläche des Laminats zu der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats erstreckt, und die Ag-Stabilisierungsschicht so ausgebildet ist, dass sie über das Durchgangsloch in Kontakt mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist.

5. Supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht nach Anspruch 1, wobei die Ag-Stabilisierungsschicht in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt einer seitlichen Endfläche der Cu-Schicht des Metallsubstrats steht und mit der Cu-Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist.

6. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes, wobei das Verfahren umfasst:
einen Laminatbildungsschritt des Bildens eines Laminats durch Bilden einer Pufferschicht, einer supraleitenden Oxidschicht und einer Ag-Stabilisierungsschicht auf einem breiten Metallsubstrat in dieser Reihenfolge von dem Metallsubstrat aus, wobei das Metallsubstrat ein stützendes Basismaterial und eine leitfähige Schicht, die sich auf dem stützenden Basismaterial befindet, enthält, und eine Cu-Schicht enthält, die als eine innere Schicht und eine biaxial orientierte Oberflächenschicht dient,
einen Schlitzschritt des Schneidens des Metallsubstrats und des Laminats auf eine zuvor festgelegte Breite,
einen Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt des Freilegens eines Abschnitts der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats aus dem geschlitzten Metallsubstrat und Laminat, und
einen Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Cu-Stabilisierungsschicht dergestalt, dass die Cu-Stabilisierungsschicht das Laminat und das Metallsubstrat umgibt,
wobei in dem Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt die Cu-Stabilisierungsschicht so ausgebildet ist, dass sie in Kontakt mit dem frei liegenden Abschnitt der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht elektrisch leitfähig ist.

7. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes nach Anspruch 6, wobei der Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt ein Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt des Bildens mindestens eines Durchgangslochs ist, das sich von einer Oberfläche des geschlitzen Laminats zu der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats erstreckt, und in dem Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt die Cu-Stabilisierungsschicht so ausgebildet wird, dass sie über das Durchgangsloch in Kontakt mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes nach Anspruch 6, wobei der Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt ein Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt des Freilegens mindestens eines Abschnitts der Cu-Schicht des Metallsubstrats von seitlichen Endflächen des geschlitzten Laminats und Metallsubstrats her ist, und der Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt ein Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens der Cu-Stabilisierungsschicht ist, dergestalt, dass die Cu-Stabilisierungsschicht das Laminat und das Metallsubstrat umgibt, um ein elektrisches Leiten zwischen dem frei liegenden Abschnitt der Cu-Schicht des Metallsubstrats und der Cu-Stabilisierungsschicht zu erreichen.

9. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes nach Anspruch 8, wobei in dem Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt seitliche Endflächen des geschlitzten Laminats und Metallsubstrats poliert werden, um mindestens einen Abschnitt der Cu-Schicht des Metallsubstrats frei zu legen.

10. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes, wobei das Verfahren umfasst:
einen Laminatbildungsschritt des Bildens eines Laminats durch Bilden einer Pufferschicht und einer supraleitenden Oxidschicht auf einem breiten Metallsubstrat in dieser Reihenfolge von dem Metallsubstrat aus, wobei das Metallsubstrat ein stützendes Basismaterial und eine leitfähige Schicht, die sich auf dem stützenden Basismaterial befindet, enthält, und eine Cu-Schicht enthält, die als eine innere Schicht und eine biaxial orientierte Oberflächenschicht dient,
einen Schlitzschritt des Schneidens des Metallsubstrats und des Laminats auf eine zuvor festgelegte Breite,
einen Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt des Bildens mindestens eines Durchgangslochs, das sich von einer Oberfläche des geschlitzen Laminats zu der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats erstreckt,
einen Ag-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Ag-Stabilisierungsschicht auf dem Laminat, und
einen Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Cu-Stabilisierungsschicht dergestalt, dass die Cu-Stabilisierungsschicht das Metallsubstrat und das Laminat, auf dem die Ag-Stabilisierungsschicht gebildet wurde, umgibt,
wobei in dem Ag-Stabilisierungsschichtbildungsschritt die Ag-Stabilisierungsschicht so ausgebildet wird, dass sie über das Durchgangsloch in Kontakt mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist.

11. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes, wobei das Verfahren umfasst:
einen Laminatbildungsschritt des Bildens eines Laminats durch Bilden einer Pufferschicht und einer supraleitenden Oxidschicht auf einem breiten Metallsubstrat in dieser Reihenfolge von dem Metallsubstrat aus, wobei das Metallsubstrat ein stützendes Basismaterial und eine leitfähige Schicht, die sich auf dem stützenden Basismaterial befindet, enthält, und eine Cu-Schicht enthält, die als eine innere Schicht und eine biaxial orientierte Oberflächenschicht dient,
einen Schlitzschritt des Schneidens des Metallsubstrats und des Laminats auf eine zuvor festgelegte Breite,
einen Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt des Freilegens mindestens eines Abschnitts der Cu-Schicht des Metallsubstrats von seitlichen Endflächen des geschlitzten Laminats und Metallsubstrats her,
einen Ag-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Ag-Stabilisierungsschicht auf dem Laminat und dem Metallsubstrat, und
einen Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Cu-Stabilisierungsschicht dergestalt, dass die Cu-Stabilisierungsschicht ferner das Laminat und das Metallsubstrat, auf dem die Ag-Stabilisierungsschicht gebildet wurde, umgibt,
wobei in dem Ag-Stabilisierungsschichtbildungsschritt die Ag-Stabilisierungsschicht so ausgebildet wird, dass die Ag-Stabilisierungsschicht das Laminat und das Metallsubstrat umgibt, um ein elektrisches Leiten zwischen dem frei liegenden Abschnitt der Cu-Schicht des Metallsubstrats und der Ag-Stabilisierungsschicht zu erreichen.

12. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes nach Anspruch 11, wobei in dem Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt seitliche Endflächen des geschlitzten Laminats und Metallsubstrats poliert werden, um mindestens einen Abschnitt der Cu-Schicht des Metallsubstrats frei zu legen.

Description:
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft einen supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht und ein Verfahren zum Herstellen des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes.

STAND DER TECHNIK

Seit der Entdeckung von supraleitenden Hochtemperaturmaterialien, die Supraleitfähigkeit bei einer Temperatur von flüssigem Stickstoff aufweisen, werden supraleitende Hochtemperaturdrähte, die für Anwendungen in elektrischen Leistungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Kabel, Strombegrenzer und Magnete, gedacht sind, aktiv entwickelt. Dabei wurde insbesondere supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrähten, bei denen eine dünne Schicht aus einem seltenerdenbasierten supraleitenden Oxidmaterial (im Weiteren auch als eine "supraleitende Oxidschicht" bezeichnet) auf einem Substrat ausgebildet ist, Aufmerksamkeit geschenkt.

Ein solcher supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht wird allgemein hergestellt, indem man eine supraleitende Oxidschicht, die zum Beispiel aus einem supraleitenden Oxidmaterial besteht, das durch REBCO (REBa2Cu3O7-δ: RE meint "Rare Earth" (Seltenerde)) dargestellt wird, auf einem breiten Metallsubstrat mit biaxialer Ausrichtung ausbildet und dann das Substrat auf eine zuvor festgelegte Breite schneidet (schlitzt) (zum Beispiel PTL 1 bis PTL 4).

Insbesondere wird zuerst eine Oxidschicht aus Y2O3 (Yttriumoxid), YSZ (Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkonoxid), CeO2 (Cerdioxid) oder dergleichen auf einem breiten Metallsubstrat als eine Pufferschicht zum Beispiel durch ein Sputterverfahren ausgebildet.

Dann wird eine supraleitende Oxidschicht durch ein physikalisches Aufdampfungsverfahren (PVD-Verfahren), wie zum Beispiel ein Impulslaserabscheidungsverfahren (PLD-Verfahren), ein Sputterverfahren oder ein Ionenplattierungsverfahren, oder ein chemisches Aufdampfungsverfahren (CVD-Verfahren), wie zum Beispiel ein metallorganisches Zersetzungsverfahren (MOD-Verfahren), auf der Pufferschicht ausgebildet.

Dann wird eine Silber(Ag)-Stabilisierungsschicht auf der supraleitenden Oxidschicht durch ein Sputterverfahren oder dergleichen ausgebildet. Durch diese Prozesse wird ein breiter supraleitender Oxiddraht gebildet.

Dann wird der breite supraleitende Oxiddraht unter Verwendung einer mechanischen Schlitzvorrichtung, einer Laser-Schlitzvorrichtung oder dergleichen einem Schlitzen auf eine zuvor festgelegte Breite unterzogen.

4 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein Beispiel einer Struktur des auf diese Weise geschlitzten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes veranschaulicht. Ein supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht 1 enthält ein Metallsubstrat B, eine Pufferschicht 14, eine supraleitende Oxidschicht 15 und eine Ag-Stabilisierungsschicht 16. Wie in 4 veranschaulicht, wird ein plattiertes Substrat, das eine Edelstahl(SUS)-Schicht 11, die als ein stützendes Basismaterial dient, eine Kupfer(Cu)-Schicht 12, die als eine orientierte Schicht dient, und eine Nickel(Ni)-Schicht 13, die als eine Oxidationsverhinderungsschicht dient, enthält, weithin als das Metallsubstrat B verwendet. Hier bilden die Cu-Schicht 12 und die Ni-Schicht 13 eine leitfähige Schicht des Metallsubstrats B.

Zitierungsliste Patentliteratur

  • PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungspublikation Nr. 07-037444
  • PTL 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungspublikation Nr. 2003-308745
  • PTL 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungspublikation Nr. 2007-287629
  • PTL 4: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungspublikation Nr. 2013-12406

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Technisches Problem

Wenn ein elektrischer Strom höher als der kritische Strom (Ic) durch die supraleitende Oxidschicht 15 fließt, so wird die supraleitende Oxidschicht 15 nicht in dem supraleitenden Zustand gehalten und wird in den normalen leitenden Zustand geändert. Infolge dessen entsteht ein hoher Widerstand in der supraleitenden Oxidschicht 15, wodurch Wärme erzeugt wird, und schließlich kann die supraleitende Oxidschicht 15 zerstört werden (ausbrennen).

Daher muss, wenn vorübergehend ein elektrischer Strom (Überstrom) höher als Ic fließt, verhindert werden, dass der Überstrom durch die supraleitende Oxidschicht fließt. Somit wird durch Abscheiden nicht nur der Ag-Stabilisierungsschicht 16, sondern auch einer Cu-Stabilisierungsschicht 17 ein in 4 veranschaulichter supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht 1 bereitgestellt.

In diesen Stabilisierungsschichten sinkt mit zunehmender Dicke der elektrische Widerstand. Darum wird ein Anstieg der Temperatur aufgrund des Überstroms unterdrückt, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Eintretens eines Ausbrennens verringert und eine rasche Rückkehr zu einem supraleitenden Zustand erreicht wird.

Jedoch wird es umso schwieriger, einen supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht zu biegen, je größer die Dicke der Stabilisierungsschicht wird. Infolge dessen geht das Merkmal des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes verloren, und die Produktionskosten steigen.

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht, der einem großen Überstrom ausreichend widerstehen kann, während die Leichtigkeit des Biegens des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes hinreichend erhalten bleibt, und ein Verfahren zum Herstellen des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes bereitzustellen.

Lösung des Problems

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht, der ein Metallsubstrat, ein Laminat und eine Cu-Stabilisierungsschicht enthält,
wobei das Metallsubstrat ein stützendes Basismaterial und eine leitfähige Schicht, die sich auf dem stützenden Basismaterial befindet, enthält,
die leitfähige Schicht eine Cu-Schicht enthält, die als eine innere Schicht und eine biaxial orientierte Oberflächenschicht dient,
das Laminat eine Pufferschicht, eine supraleitende Oxidschicht und eine Ag-Stabilisierungsschicht enthält, die in dieser Reihenfolge – von dem Metallsubstrat aus – auf dem Metallsubstrat gestapelt sind,
die Cu-Stabilisierungsschicht so ausgebildet ist, dass sie das Laminat und das Metallsubstrat umgibt, und
mindestens eine der Cu-Stabilisierungsschicht und der Ag-Stabilisierungsschicht so ausgebildet ist, dass sie in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes, wobei das Verfahren enthält:
einen Laminatbildungsschritt des Bildens eines Laminats durch Bilden einer Pufferschicht, einer supraleitenden Oxidschicht und einer Ag-Stabilisierungsschicht auf einem breiten Metallsubstrat in dieser Reihenfolge von dem Metallsubstrat aus,
wobei das Metallsubstrat ein stützendes Basismaterial und eine leitfähige Schicht, die sich auf dem stützenden Basismaterial befindet, enthält, und eine Cu-Schicht enthält, die als eine innere Schicht und eine biaxial orientierte Oberflächenschicht dient,
einen Schlitzschritt des Schneidens des Metallsubstrats und des Laminats auf eine zuvor festgelegte Breite,
einen Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt des Freilegens eines Abschnitts der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats aus dem geschlitzten Metallsubstrat und Laminat, und
einen Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Cu-Stabilisierungsschicht dergestalt, dass die Cu-Stabilisierungsschicht das Laminat und das Metallsubstrat umgibt,
wobei in dem Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt die Cu-Stabilisierungsschicht so ausgebildet wird, dass sie in Kontakt mit dem frei liegenden Abschnitt der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht elektrisch leitfähig ist.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes, wobei das Verfahren enthält:
einen Laminatbildungsschritt des Bildens eines Laminats durch Bilden einer Pufferschicht und einer supraleitenden Oxidschicht auf einem breiten Metallsubstrat in dieser Reihenfolge von dem Metallsubstrat aus, wobei das Metallsubstrat ein stützendes Basismaterial und eine leitfähige Schicht, die sich auf dem stützenden Basismaterial befindet, enthält, und eine Cu-Schicht enthält, die als eine innere Schicht und eine biaxial orientierte Oberflächenschicht dient,
einen Schlitzschritt des Schneidens des Metallsubstrats und des Laminats auf eine zuvor festgelegte Breite,
einen Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt des Bildens mindestens eines Durchgangslochs, das sich von einer Oberfläche des geschlitzen Laminats zu der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats erstreckt,
einen Ag-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Ag-Stabilisierungsschicht auf dem Laminat, und
einen Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Cu-Stabilisierungsschicht dergestalt, dass die Cu-Stabilisierungsschicht das Metallsubstrat und das Laminat, auf dem die Ag-Stabilisierungsschicht gebildet wurde, umgibt,
wobei in dem Ag-Stabilisierungsschichtbildungsschritt die Ag-Stabilisierungsschicht so ausgebildet wird, dass sie über das Durchgangsloch in Kontakt mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes, wobei das Verfahren enthält:
einen Laminatbildungsschritt des Bildens eines Laminats durch Bilden einer Pufferschicht und einer supraleitenden Oxidschicht auf einem breiten Metallsubstrat in dieser Reihenfolge von dem Metallsubstrat aus, wobei das Metallsubstrat ein stützendes Basismaterial und eine leitfähige Schicht, die sich auf dem stützenden Basismaterial befindet, enthält, und eine Cu-Schicht enthält, die als eine innere Schicht und eine biaxial orientierte Oberflächenschicht dient,
einen Schlitzschritt des Schneidens des Metallsubstrats und des Laminats auf eine zuvor festgelegte Breite,
einen Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt des Freilegens mindestens eines Abschnitts der Cu-Schicht des Metallsubstrats von seitlichen Endflächen des geschlitzten Laminats und Metallsubstrats her,
einen Ag-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Ag-Stabilisierungsschicht auf dem Laminat und dem Metallsubstrat, und
einen Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Cu-Stabilisierungsschicht dergestalt, dass die Cu-Stabilisierungsschicht ferner das Laminat und das Metallsubstrat, auf dem die Ag-Stabilisierungsschicht gebildet wurde, umgibt,
wobei in dem Ag-Stabilisierungsschichtbildungsschritt die Ag-Stabilisierungsschicht so ausgebildet wird, dass die Ag-Stabilisierungsschicht das Laminat und das Metallsubstrat umgibt, um ein elektrisches Leiten zwischen dem frei liegenden Abschnitt der Cu-Schicht des Metallsubstrats und der Ag-Stabilisierungsschicht zu erreichen.

VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht, der einem großen Überstrom ausreichend widerstehen kann, während die Leichtigkeit des Biegens des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes hinreichend erhalten bleibt, und ein Verfahren zum Herstellen des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes bereitgestellt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Zustand eines geschnittenen Endabschnitts eines geschlitzten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes veranschaulicht.

2A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel einer Struktur eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

2B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel einer Struktur eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

2C ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel einer Struktur eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

3A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel einer Struktur eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

3B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel einer Struktur eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

3C ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel einer Struktur eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

4 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein Beispiel einer Struktur eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes veranschaulicht.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN Beschreibung von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung

Zuerst wird der Inhalt von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung aufgelistet und beschrieben.

  • (1) Ein supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Metallsubstrat, ein Laminat und eine Cu-Stabilisierungsschicht. Das Metallsubstrat enthält ein stützendes Basismaterial und eine leitfähige Schicht, die sich auf dem stützenden Basismaterial befindet. Die leitfähige Schicht enthält eine Cu-Schicht, die als eine innere Schicht und eine biaxial orientierte Oberflächenschicht dient. Das Laminat enthält eine Pufferschicht, eine supraleitende Oxidschicht und eine Ag-Stabilisierungsschicht, die in dieser Reihenfolge – von dem Metallsubstrat aus – auf dem Metallsubstrat gestapelt sind. Die Cu-Stabilisierungsschicht ist so ausgebildet, dass sie das Laminat und das Metallsubstrat umgibt. Mindestens eine der Cu-Stabilisierungsschicht und der Ag-Stabilisierungsschicht ist so ausgebildet, dass sie in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist.

Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, haben die hier benannten Erfinder die Struktur bekannter supraleitender Oxid-Dünnfilmdrähte im Detail untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass, wie in 1 veranschaulicht, eine Cu-Schicht 12 und eine Ni-Schicht 13 eines Metallsubstrats B und eine Ag-Stabilisierungsschicht 16 mit einer Pufferschicht 14 bedeckt werden, die als ein Isolator in einem geschnittenen Endabschnitt eines geschlitzten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 dient, und eine Cu-Stabilisierungsschicht 17 gebildet wird, während dieser Zustand beibehalten wird. Der Grund dafür kann sein, dass in einem Schlitzprozess aufgrund des Kontakts eines Messers in dem Substrat ein Verziehen entsteht, wenn eine mechanische Schlitzvorrichtung verwendet wird, oder infolge der Bildung einer Legierung an einer Schnittfläche Schlacke gebildet wird, wenn eine Laser-Schlitzvorrichtung verwendet wird, und dadurch das Freilegen der Cu-Schicht 12 und der Ni-Schicht 13 in dem geschnittenen Endabschnitt verhindert wird.

Die Erfinder haben erwogen, dass, falls die Cu-Schicht 12 und die Ni-Schicht 13, die die leitfähige Schicht des Metallsubstrats B bilden, mit einer Stabilisierungsschicht, wie zum Beispiel der Cu-Stabilisierungsschicht 17 oder der Ag-Stabilisierungsschicht 16, elektrisch leitfähig sind, die Cu-Schicht 12 und die Ni-Schicht 13 auch als Stabilisierungsschichten fungieren könnten. Anders ausgedrückt: Ihnen ist bewusst geworden, dass, falls die Cu-Schicht 12 und die Ni-Schicht 13, die in bekannten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrähten einfach nur verwendet wurden, um eine biaxial orientierte Schicht und eine Oxidationsverhinderungsschicht zu bilden, die Funktion eines stromführenden Pfades für einen Überstrom in einem supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht übernehmen würden, ein großer Überstrom hinreichend ertragen werden kann, ohne die Dicke der Stabilisierungsschicht zu vergrößern. Genauer gesagt wird mindestens eine der Cu-Stabilisierungsschicht und der Ag-Stabilisierungsschicht so ausgebildet, dass sie in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist, wodurch veranlasst wird, dass ein Überstrom auch zu dem Metallsubstrat fließt, so dass die Entstehung von Wärme hinreichend unterdrückt werden kann.

  • (2) In dem supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht wird bevorzugt mindestens ein Durchgangsloch so ausgebildet, dass es sich von einer Oberfläche des Laminats zu der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats erstreckt, und die Cu-Stabilisierungsschicht wird so ausgebildet, dass sie über das Durchgangsloch in Kontakt mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist. Ein Durchgangsloch, das sich zu der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats erstreckt, wird in dem Laminat ausgebildet, das durch Stapeln der Pufferschicht, der supraleitenden Oxidschicht und der Ag-Stabilisierungsschicht erhalten wird, und die Cu-Stabilisierungsschicht wird so ausgebildet, dass sie über das Durchgangsloch in Kontakt mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht elektrisch leitfähig ist. Darum kann ein elektrisches Leiten zwischen der Cu-Schicht des Metallsubstrats und der Cu-Stabilisierungsschicht erreicht werden, und es kann bewirkt werden, dass ein Überstrom mit einem kleineren elektrischen Widerstand fließen kann. Die Cu-Stabilisierungsschicht kann in Kontakt mit einer Oberflächenschicht der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats stehen, oder kann in Kontakt mit der Cu-Schicht stehen, die als eine innere Schicht dient. Wenn die Cu-Stabilisierungsschicht in Kontakt mit der Oberflächenschicht der leitfähigen Schicht steht, so wird ein elektrisches Leiten zwischen der Cu-Stabilisierungsschicht und der Cu-Schicht, die als eine innere Schicht dient, über die Oberflächenschicht mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand erreicht.
  • (3) In dem supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht kann die Cu-Stabilisierungsschicht in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt einer seitlichen Endfläche der Cu-Schicht des Metallsubstrats stehen und kann mit der Cu-Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig sein. Mindestens ein Teil einer seitlichen Endfläche der Cu-Schicht des Metallsubstrats liegt frei, und die Cu-Stabilisierungsschicht wird so ausgebildet, dass ein elektrisches Leiten zwischen der Cu-Schicht des Metallsubstrats und der Cu-Stabilisierungsschicht über den frei liegenden Abschnitt erreicht wird. Dadurch kann ebenfalls bewirkt werden, dass ein Überstrom zu dem Metallsubstrat fließt, so dass die Entstehung von Wärme hinreichend unterdrückt werden kann.
  • (4) In dem supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht kann mindestens ein Durchgangsloch so ausgebildet werden, dass es sich von einer Oberfläche des Laminats zu der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats erstreckt, und die Ag-Stabilisierungsschicht kann so ausgebildet werden, dass sie über das Durchgangsloch in Kontakt mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist. Das Durchgangsloch erstreckt sich zu der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats, und die Ag-Stabilisierungsschicht mit hoher Leitfähigkeit wird so ausgebildet, dass sie über das Durchgangsloch in Kontakt mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht elektrisch leitfähig ist. Darum kann ein elektrisches Leiten zwischen der Cu-Schicht des Metallsubstrats und der Ag-Stabilisierungsschicht erreicht werden, und es kann bewirkt werden, dass ein Überstrom mit einem kleineren elektrischen Widerstand fließen kann. Die Ag-Stabilisierungsschicht kann in Kontakt mit einer Oberflächenschicht der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats stehen, oder kann in Kontakt mit der Cu-Schicht stehen, die als eine innere Schicht dient. Wenn die Ag-Stabilisierungsschicht in Kontakt mit der Oberflächenschicht der leitfähigen Schicht steht, so wird ein elektrisches Leiten zwischen der Ag-Stabilisierungsschicht und der Cu-Schicht, die als eine innere Schicht dient, über die Oberflächenschicht mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand erreicht.
  • (5) In dem supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht kann die Ag-Stabilisierungsschicht in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt einer seitlichen Endfläche der Cu-Schicht des Metallsubstrats stehen und kann mit der Cu-Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig sein. Mindestens ein Teil einer seitlichen Endfläche der Cu-Schicht des Metallsubstrats liegt frei, und die Ag-Stabilisierungsschicht wird so ausgebildet, dass ein elektrisches Leiten zwischen der Cu-Schicht des Metallsubstrats und der Ag-Stabilisierungsschicht über den frei liegenden Abschnitt erreicht wird. Dadurch kann ebenfalls bewirkt werden, dass ein Überstrom zu dem Metallsubstrat fließt, so dass die Entstehung von Wärme hinreichend unterdrückt werden kann.
  • (6) Ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält: einen Laminatbildungsschritt des Bildens eines Laminats durch Bilden einer Pufferschicht, einer supraleitenden Oxidschicht und einer Ag-Stabilisierungsschicht auf einem breiten Metallsubstrat in dieser Reihenfolge von dem Metallsubstrat aus, wobei das Metallsubstrat ein stützendes Basismaterial und eine leitfähige Schicht, die sich auf dem stützenden Basismaterial befindet, enthält, und eine Cu-Schicht enthält, die als eine innere Schicht und eine biaxial orientierte Oberflächenschicht dient, einen Schlitzschritt des Schneidens des Metallsubstrats und des Laminats auf eine zuvor festgelegte Breite, einen Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt des Freilegens eines Abschnitts der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats aus dem geschlitzten Metallsubstrat und Laminat, und einen Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Cu-Stabilisierungsschicht dergestalt, dass die Cu-Stabilisierungsschicht das Laminat und das Metallsubstrat umgibt. In dem Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt wird die Cu-Stabilisierungsschicht so ausgebildet, dass sie in Kontakt mit dem frei liegenden Abschnitt der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht elektrisch leitfähig ist.

Dadurch kann ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes bereitgestellt werden, in dem die supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrähte gemäß (1) bis (3) effizient zu niedrigen Kosten mit hoher Qualität hergestellt werden können.

  • (7) In dem Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes kann der Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt ein Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt des Bildens mindestens eines Durchgangslochs sein, das sich von einer Oberfläche des geschlitzen Laminats zu der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats erstreckt, und in dem Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt kann die Cu-Stabilisierungsschicht so ausgebildet werden, dass sie über das Durchgangsloch in Kontakt mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist. Durch Bilden des Durchgangslochs in dem Laminat kann die leitfähige Schicht des Metallsubstrats mit Gewissheit frei gelegt werden. Dadurch wird ein elektrisches Leiten zwischen der Cu-Stabilisierungsschicht und der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand erreicht. Die Cu-Stabilisierungsschicht kann durch Bilden eines Durchgangsloch, das sich zu der Oberflächenschicht erstreckt, in Kontakt mit der Oberflächenschicht des Metallsubstrats gebracht werden, oder kann durch Bilden eines Durchgangslochs, das sich zu der Cu-Schicht erstreckt, in Kontakt mit der Cu-Schicht des Metallsubstrats gebracht werden.
  • (8) In dem Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes kann der Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt ein Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt des Freilegens mindestens eines Abschnitts der Cu-Schicht des Metallsubstrats von seitlichen Endflächen des geschlitzten Laminats und Metallsubstrats her sein, und der Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt kann ein Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens der Cu-Stabilisierungsschicht sein, so dass die Cu-Stabilisierungsschicht das Laminat und das Metallsubstrat umgibt, um ein elektrisches Leiten zwischen dem frei liegenden Abschnitt der Cu-Schicht des Metallsubstrats und der Cu-Stabilisierungsschicht zu erreichen. Die seitliche Endfläche der Cu-Schicht des Metallsubstrats kann durch ein einfaches Verfahren frei gelegt werden, und dadurch kann ein elektrisches Leiten zwischen der Cu-Stabilisierungsschicht und der Cu-Schicht des Metallsubstrats mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand erreicht werden.
  • (9) In dem Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes ist der Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt bevorzugt ein Cu-Schicht-Freilegungsschritt des Polierens seitlicher Endflächen des geschlitzten Laminats und Metallsubstrats, um mindestens einen Abschnitt der Cu-Schicht des Metallsubstrats frei zu legen. Das konkrete Verfahren zum Freilegen der Cu-Schicht ist nicht besonders beschränkt, solange ein Isolator, der die Cu-Schicht des Metallsubstrats bedeckt, mit Gewissheit entfernt werden kann. Polieren ist bevorzugt, weil die Cu-Schicht durch einen einfachen Prozess mit Gewissheit frei gelegt werden kann.
  • (10) Ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält: einen Laminatbildungsschritt des Bildens eines Laminats durch Bilden einer Pufferschicht und einer supraleitenden Oxidschicht auf einem breiten Metallsubstrat in dieser Reihenfolge von dem Metallsubstrat aus, wobei das Metallsubstrat ein stützendes Basismaterial und eine leitfähige Schicht, die sich auf dem stützenden Basismaterial befindet, enthält, und eine Cu-Schicht enthält, die als eine innere Schicht und eine biaxial orientierte Oberflächenschicht dient, einen Schlitzschritt des Schneidens des Metallsubstrats und des Laminats auf eine zuvor festgelegte Breite, einen Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt des Bildens mindestens eines Durchgangslochs, das sich von einer Oberfläche des geschlitzen Laminats zu der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats erstreckt, einen Ag-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Ag-Stabilisierungsschicht auf dem Laminat, und einen Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Cu-Stabilisierungsschicht dergestalt, dass die Cu-Stabilisierungsschicht das Metallsubstrat und das Laminat, auf dem die Ag-Stabilisierungsschicht gebildet wurde, umgibt. In dem Ag-Stabilisierungsschichtbildungsschritt wird die Ag-Stabilisierungsschicht so ausgebildet, dass sie über das Durchgangsloch in Kontakt mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht und mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist.

In diesem Herstellungsverfahren wird die Ag-Stabilisierungsschicht mit hoher Leitfähigkeit über das Durchgangsloch in Kontakt mit der Oberflächenschicht oder der Cu-Schicht der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats gebracht, wodurch ein elektrisches Leiten zwischen der Oberflächenschicht oder der Cu-Schicht des Metallsubstrats und der Ag-Stabilisierungsschicht mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand erreicht werden kann. In dem Fall, wo die Cu-Stabilisierungsschicht durch Plattieren gebildet wird, kann die Degradation der supraleitenden Oxidschicht aufgrund einer Plattierungslösung verhindert werden, indem man die Endfläche der supraleitenden Oxidschicht, die in dem Durchgangsloch frei liegt, mit der Ag-Stabilisierungsschicht bedeckt, bevor die Cu-Stabilisierungsschicht gebildet wird. Dadurch kann ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes bereitgestellt werden, in dem die supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrähte gemäß (1) und (4) effizient zu niedrigen Kosten mit hoher Qualität hergestellt werden können.

  • (11) Ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält: einen Laminatbildungsschritt des Bildens eines Laminats durch Bilden einer Pufferschicht und einer supraleitenden Oxidschicht auf einem breiten Metallsubstrat in dieser Reihenfolge von dem Metallsubstrat aus, wobei das Metallsubstrat ein stützendes Basismaterial und eine leitfähige Schicht, die sich auf dem stützenden Basismaterial befindet, enthält, und eine Cu-Schicht enthält, die als eine innere Schicht und eine biaxial orientierte Oberflächenschicht dient, einen Schlitzschritt des Schneidens des Metallsubstrats und des Laminats auf eine zuvor festgelegte Breite, einen Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt des Freilegens mindestens eines Abschnitts der Cu-Schicht des Metallsubstrats von seitlichen Endflächen des geschlitzten Laminats und Metallsubstrats her, einen Ag-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Ag-Stabilisierungsschicht auf dem Laminat und dem Metallsubstrat, und einen Cu-Stabilisierungsschichtbildungsschritt des Bildens einer Cu-Stabilisierungsschicht dergestalt, dass die Cu-Stabilisierungsschicht ferner das Laminat und das Metallsubstrat, auf dem die Ag-Stabilisierungsschicht gebildet wurde, umgibt. In dem Ag-Stabilisierungsschichtbildungsschritt wird die Ag-Stabilisierungsschicht so ausgebildet, dass die Ag-Stabilisierungsschicht das Laminat und das Metallsubstrat umgibt, um ein elektrisches Leiten zwischen dem frei liegenden Abschnitt der Cu-Schicht des Metallsubstrats und der Ag-Stabilisierungsschicht zu erreichen.

In diesem Herstellungsverfahren wird die Ag-Stabilisierungsschicht mit hoher Leitfähigkeit in Kontakt mit der frei liegenden Cu-Schicht des Metallsubstrats gebracht, wodurch ein elektrisches Leiten zwischen der Cu-Schicht des Metallsubstrats und der Ag-Stabilisierungsschicht mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand erreicht werden kann. In dem Fall, wo die Cu-Stabilisierungsschicht durch Plattieren gebildet wird, kann die Degradation der supraleitenden Oxidschicht aufgrund einer Plattierungslösung verhindert werden, indem man die Endfläche der supraleitenden Oxidschicht, die an der seitlichen Endfläche des Metallsubstrats frei liegt, mit der Ag-Stabilisierungsschicht bedeckt, bevor die Cu-Stabilisierungsschicht gebildet wird. Dadurch kann ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes bereitgestellt werden, in dem die supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrähte gemäß (1) und (5) effizient zu niedrigen Kosten mit hoher Qualität hergestellt werden können.

  • (12) In dem Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes ist der Leitfähige-Schicht-Freilegungsschritt bevorzugt ein Cu-Schicht-Freilegungsschritt des Polierens seitlicher Endflächen des geschlitzten Laminats und Metallsubstrats, um mindestens einen Abschnitt der Cu-Schicht des Metallsubstrats frei zu legen. Das konkrete Verfahren zum Freilegen der Cu-Schicht ist nicht besonders beschränkt, solange ein Isolator, der die Cu-Schicht des Metallsubstrats bedeckt, mit Gewissheit entfernt werden kann. Polieren ist bevorzugt, weil die Cu-Schicht durch einen einfachen Prozess mit Gewissheit frei gelegt werden kann.

Details von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung

Im Weiteren wird eine Ausführungsform des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen werden die gleichen oder entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und auf ihre wiederholte Beschreibung wird verzichtet. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt und wird durch den Schutzumfang der Ansprüche definiert. Die vorliegende Erfindung soll Äquivalente des Schutzumfangs der Ansprüche sowie alle Modifizierungen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche umfassen.

1. Struktur des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes

Zuerst wird die Struktur eines supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes beschrieben. Die Grundstruktur des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes gemäß dieser Ausführungsform ist die gleiche wie die des in 4 veranschaulichten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes, außer dass mindestens eine der Cu-Stabilisierungsschicht und der Ag-Stabilisierungsschicht in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats steht, so dass sie mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats elektrisch leitfähig ist.

Ein supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht gemäß dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf 2A beschrieben. In dem in 2A veranschaulichten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht 1 bezeichnet 17a einen Teil der Cu-Stabilisierungsschicht, 18 bezeichnet ein Durchgangsloch, und S bezeichnet ein Laminat, das durch Stapeln einer Pufferschicht 14, einer supraleitenden Oxidschicht 15 und einer Ag-Stabilisierungsschicht 16 erhalten wird. In diesem supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht 1 durchdringt das Durchgangsloch 18 das Laminat S, und der Teil 17a der Cu-Stabilisierungsschicht steht mit einer Oberflächenschicht (genauer gesagt, einer Ni-Schicht 13) der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats B über das Durchgangsloch 18 in Kontakt. Wie in 2A veranschaulicht, steht der Teil 17a der Cu-Stabilisierungsschicht mit der Oberflächenschicht (genauer gesagt, der Ni-Schicht 13) der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats B in Kontakt, und dadurch ist eine Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats B mit der Cu-Stabilisierungsschicht 17 mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand über die Ni-Schicht 13 elektrisch leitfähig. Dadurch kann die Cu-Schicht 12, die kaum als ein stromführender Pfad für einen Überstrom fungiert hat, nun hinreichend als ein stromführender Pfad fungieren. Folglich kann selbst dann, wenn die Dicke der Stabilisierungsschicht nicht vergrößert wird, einem großen Überstrom widerstanden werden.

(Modifizierung 1)

Die Cu-Stabilisierungsschicht 17 kann in Kontakt mit der Cu-Schicht 12 der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats B stehen. Der in 2B veranschaulichte supraleitende Oxid-Dünnfilmdraht 1 unterscheidet sich von dem supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht 1 in 2A darin, dass das Durchgangsloch 18 die Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats B erreicht und der Teil 17a der Cu-Stabilisierungsschicht 17 in direktem Kontakt mit der Cu-Schicht 12 steht. Wenn die Cu-Stabilisierungsschicht 17 in direktem Kontakt mit der Cu-Schicht 12 steht, so ist die Cu-Schicht 12 mit der Cu-Stabilisierungsschicht mit einem noch hinreichend kleineren elektrischen Widerstandelektrisch leitfähig. Dadurch kann die Cu-Schicht 12, die kaum als ein stromführender Pfad für einen Überstrom fungiert hat, nun hinreichend als ein stromführender Pfad fungieren. Folglich kann selbst dann, wenn die Dicke der Stabilisierungsschicht nicht vergrößert wird, einem großen Überstrom widerstanden werden.

Anders ausgedrückt: Da die Cu-Schicht 12 mit der Pufferschicht 14, die ein Isolator ist, bedeckt ist, wie in 1 veranschaulicht, ist die Cu-Schicht 12 nicht elektrisch mit der supraleitenden Oxidschicht 15 verbunden. Wie oben beschrieben, liegt da daran, dass in einem Schlitzprozess aufgrund des Kontakts eines Messers in dem Substrat ein Verziehen entsteht, wenn eine mechanische Schlitzvorrichtung verwendet wird, oder infolge der Bildung einer Legierung an einer Schnittfläche Schlacke gebildet wird, wenn eine Laser-Schlitzvorrichtung verwendet wird, und dadurch die Cu-Schicht 12 nicht an dem geschnittenen Endabschnitt frei gelegt wird. Wenn also das Durchgangsloch 18 nicht ausgebildet wird, so ist die Cu-Schicht 12 mit der Cu-Stabilisierungsschicht 17 durch die SUS-Schicht 11, die keine so hohe Leitfähigkeit aufweist, elektrisch leitfähig, und ist mit der supraleitenden Oxidschicht 15 auf indirekte Weise elektrisch leitfähig. Das macht es schwierig, die Cu-Schicht 12 als einen stromführenden Pfad für einen Überstrom fungieren zu lassen. Wenn im Gegensatz dazu das Durchgangsloch 18 so wie in 2A und 2B veranschaulicht ausgebildet wird, so ist die Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats mit der Cu-Stabilisierungsschicht 17 mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand elektrisch leitfähig, wie oben beschrieben. Dadurch kann die Cu-Schicht 12 nun hinreichend als ein stromführender Pfad fungieren.

Die Anzahl von Durchgangslöchern 18 ist nicht besonders beschränkt. Mehrere Durchgangslöcher 18 können in der Längsrichtung und der Breitenrichtung des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes ausgebildet sein. In dem Fall, wo eine Durchgangsnut, die beim Blick von oben eine rechteckige Form aufweist, als das Durchgangsloch 18 ausgebildet wird, ist die Länge der Nut nicht besonders beschränkt. Die Breite des Durchgangslochs 18, das beim Blick von oben eine rechteckige Form aufweist, oder der Durchmesser des Durchgangslochs 18, das beim Blick von oben eine Kreisform aufweist, wird zweckmäßig unter Berücksichtigung der Breite des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes, der Anzahl der Durchgangslöcher, des angenommenen Wertes eines Überstroms und der Bildung von Cu im Inneren des Durchgangslochs 18 so bestimmt, dass man einen hinreichend großen elektrischen Strom fließen lassen kann und eine Abnahme von Ic hinreichend unterdrückt wird. Im Allgemeinen beträgt die Breite oder der Durchmesser des Durchgangslochs 18 bevorzugt 0,1 bis 0,5 mm und besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4 mm.

(Modifizierung 2)

Ein in 2C veranschaulichter supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht 1 unterscheidet sich von den supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrähten 1 in 2A und 2B darin, dass die Cu-Stabilisierungsschicht 17 in Kontakt mit seitlichen Endflächen 19 der Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats B steht. In dem supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht 1 gemäß dieser Ausführungsform liegt die Cu-Schicht 12 an den seitlichen Endabschnitten des Metallsubstrats B frei, und die Cu-Stabilisierungsschicht 17 steht in Kontakt mit den seitlichen Endflächen 19 der Cu-Schicht 12. Dadurch ist die Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats B mit der Cu-Stabilisierungsschicht 17 mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand elektrisch leitfähig. Wenn die Cu-Schicht 12 mit der Cu-Stabilisierungsschicht 17 mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand elektrisch leitfähig ist, so kann die Cu-Schicht 12, die kaum als ein stromführender Pfad für einen Überstrom fungiert hat, nun hinreichend als ein stromführender Pfad fungieren. Folglich kann selbst dann, wenn die Dicke der Stabilisierungsschicht nicht vergrößert wird, einem großen Überstrom widerstanden werden.

Da, wie oben beschrieben, die Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats B mit der Pufferschicht 14, die ein Isolator ist, bedeckt ist und nicht an den seitlichen Endabschnitten nach dem Schlitzprozess frei liegt, ist die Cu-Schicht 12 nicht mit der supraleitenden Oxidschicht 15 elektrisch verbunden. Wenn also die Cu-Schicht 12 nicht an den seitlichen Endabschnitten des Metallsubstrats B frei liegt, so ist die Cu-Schicht 12 mit der Cu-Stabilisierungsschicht 17 durch die SUS-Schicht 11, die keine so hohe Leitfähigkeit aufweist, elektrisch leitfähig, und ist mit der supraleitenden Oxidschicht 15 auf indirekte Weise elektrisch leitfähig. Das macht es schwierig, die Cu-Schicht 12 als einen stromführenden Pfad für einen Überstrom fungieren zu lassen. Wenn im Gegensatz dazu die Cu-Schicht 12 wie in 2C veranschaulicht frei liegt, so ist die Cu-Schicht 12 mit der Cu-Stabilisierungsschicht 17 mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand elektrisch leitfähig, wie oben beschrieben. Dadurch kann die Cu-Schicht 12 nun hinreichend als ein stromführender Pfad fungieren.

Die Position und Anzahl frei liegender Abschnitte der Cu-Schicht 12 sind nicht besonders beschränkt. Der frei liegende Abschnitt kann auf einer der Seiten der Cu-Schicht 12 oder auf beiden Seiten der Cu-Schicht 12 angeordnet sein, wie in 2C veranschaulicht. Die Größe (Fläche) und Anzahl der frei liegenden Abschnitte kann zum Beispiel gemäß dem angenommenen Wert eines Überstroms eingestellt werden.

(Modifizierung 3)

Ein in 3A veranschaulichter supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht 1 unterscheidet sich von dem supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht 1 in 2A darin, dass ein Teil 16a der Ag-Stabilisierungsschicht über das Durchgangsloch 18 in Kontakt mit einer Oberflächenschicht (genauer gesagt, der Ni-Schicht 13) der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats B steht. In dem Durchgangsloch wird der Teil 16a der Ag-Stabilisierungsschicht so ausgebildet, dass er in Kontakt mit der Ni-Schicht 13 steht, und eine Cu-Stabilisierungsschicht 17 wird darauf ausgebildet. Wenn die Ag-Stabilisierungsschicht 16 mit hoher Leitfähigkeit in Kontakt mit der Oberflächenschicht (genauer gesagt, der Ni-Schicht 13) des Metallsubstrats B steht, wobei die Oberflächenschicht in dem Durchgangsloch frei liegt, so ist die Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats B mit der Ag-Stabilisierungsschicht 16 über die Ni-Schicht 13 mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand elektrisch leitfähig. Dadurch kann die Cu-Schicht 12, die kaum als ein stromführender Pfad für einen Überstrom fungiert hat, nun hinreichend als ein stromführender Pfad fungieren. Folglich kann selbst dann, wenn die Dicke der Stabilisierungsschicht nicht vergrößert wird, einem großen Überstrom widerstanden werden.

(Modifizierung 4)

Die Ag-Stabilisierungsschicht kann in direktem Kontakt mit der Cu-Schicht der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats B stehen. Ein in 3B veranschaulichter supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht 1 unterscheidet sich von dem supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht 1 in 3A darin, dass das Durchgangsloch 18 die Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats B erreicht, und der Teil 16a der Ag-Stabilisierungsschicht 16 in direktem Kontakt mit der Cu-Schicht 12 steht. In dem Durchgangsloch wird der Teil 16a der Ag-Stabilisierungsschicht so ausgebildet, dass er in Kontakt mit der Cu-Schicht 12 steht, und eine Cu-Stabilisierungsschicht 17 wird darauf ausgebildet. Wenn die Ag-Stabilisierungsschicht 16 mit hoher Leitfähigkeit in direktem Kontakt mit der Cu-Schicht 12 steht, so ist die Cu-Schicht 12 mit der Ag-Stabilisierungsschicht 16 mit einem noch hinreichend kleineren elektrischen Widerstand elektrisch leitfähig. Dadurch kann die Cu-Schicht 12, die kaum als ein stromführender Pfad für einen Überstrom fungiert hat, nun hinreichend als ein stromführender Pfad fungieren. Folglich kann selbst dann, wenn die Dicke der Stabilisierungsschicht nicht vergrößert wird, einem großen Überstrom widerstanden werden.

Da, wie oben beschrieben, die Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats B mit der Pufferschicht 14, die ein Isolator ist, bedeckt ist und nicht an den seitlichen Endabschnitten nach dem Schlitzprozess frei liegt, ist die Cu-Schicht 12 nicht mit der supraleitenden Oxidschicht 15 elektrisch verbunden. Wenn also das Durchgangsloch 18 nicht ausgebildet wird, so ist die Cu-Schicht 12 mit der Cu-Stabilisierungsschicht 17 und der Ag-Stabilisierungsschicht 16 durch die SUS-Schicht 11, die keine so hohe Leitfähigkeit aufweist, elektrisch leitfähig, und ist mit der supraleitenden Oxidschicht 15 auf indirekte Weise elektrisch leitfähig. Das macht es schwierig, die Cu-Schicht 12 als einen stromführenden Pfad für einen Überstrom fungieren zu lassen. Wenn im Gegensatz dazu das Durchgangsloch 18 so wie in 3A und 3B veranschaulicht ausgebildet wird, so ist die Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats mit der Ag-Stabilisierungsschicht 16 mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand elektrisch leitfähig, wie oben beschrieben. Dadurch kann die Cu-Schicht 12 nun hinreichend als ein stromführender Pfad fungieren.

Die Anzahl von Durchgangslöchern 18 ist nicht besonders beschränkt. Mehrere Durchgangslöcher 18 können in der Längsrichtung und der Breitenrichtung des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes ausgebildet sein. In dem Fall, wo eine Durchgangsnut, die beim Blick von oben eine rechteckige Form aufweist, als das Durchgangsloch 18 ausgebildet wird, ist die Länge der Nut nicht besonders beschränkt. Die Breite des Durchgangslochs 18, das beim Blick von oben eine rechteckige Form aufweist, oder der Durchmesser des Durchgangslochs 18, das beim Blick von oben eine Kreisform aufweist, wird zweckmäßig unter Berücksichtigung der Breite des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes, der Anzahl der Durchgangslöcher, des angenommenen Wertes eines Überstroms und der Bildung von Ag im Inneren des Durchgangslochs 18 so bestimmt, dass man einen hinreichend großen elektrischen Strom fließen lassen kann und eine Abnahme von Ic hinreichend unterdrückt wird. Im Allgemeinen beträgt die Breite oder der Durchmesser des Durchgangslochs 18 bevorzugt 0,1 bis 0,5 mm und besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4 mm.

(Modifizierung 5)

Ein in 3C veranschaulichter supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht 1 unterscheidet sich von den supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrähten 1 in 3A und 3B darin, dass die Ag-Stabilisierungsschicht 16 in Kontakt mit den seitlichen Endflächen 19 der Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats B steht. In dem supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht 1 gemäß dieser Ausführungsform liegt die Cu-Schicht 12 an den seitlichen Endabschnitten des Metallsubstrats B frei, und die Ag-Stabilisierungsschicht 16 mit hoher Leitfähigkeit steht in Kontakt mit den seitlichen Endflächen 19 der Cu-Schicht 12. Darum ist die Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats B mit der Ag-Stabilisierungsschicht 16 mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand elektrisch leitfähig. Dadurch kann die Cu-Schicht 12, die kaum als ein stromführender Pfad für einen Überstrom fungiert hat, nun hinreichend als ein stromführender Pfad fungieren. Folglich kann selbst dann, wenn die Dicke der Stabilisierungsschicht nicht vergrößert wird, einem großen Überstrom widerstanden werden.

Da, wie oben beschrieben, die Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats B mit der Pufferschicht 14, die ein Isolator ist, bedeckt ist und nicht an den seitlichen Endabschnitten nach dem Schlitzprozess frei liegt, ist die Cu-Schicht 12 nicht mit der supraleitenden Oxidschicht 15 elektrisch verbunden. Wenn also die Cu-Schicht 12 nicht an den seitlichen Endabschnitten des Metallsubstrats B frei liegt, so ist die Cu-Schicht 12 mit der Cu-Stabilisierungsschicht 17 und der Ag-Stabilisierungsschicht 16 durch die SUS-Schicht 11, die keine so hohe Leitfähigkeit aufweist, elektrisch leitfähig und ist mit der supraleitenden Oxidschicht 15 auf indirekte Weise elektrisch leitfähig. Das macht es schwierig, die Cu-Schicht 12 als einen stromführenden Pfad für einen Überstrom fungieren zu lassen. Wenn im Gegensatz dazu die Cu-Schicht 12 wie in 3C veranschaulicht frei liegt, so ist die Cu-Schicht 12 mit der Ag-Stabilisierungsschicht 16 mit einem hinreichend kleinen elektrischen Widerstand elektrisch leitfähig, wie oben beschrieben. Dadurch kann die Cu-Schicht 12 nun hinreichend als ein stromführender Pfad fungieren.

Die Position und Anzahl frei liegender Abschnitte der Cu-Schicht 12 sind nicht besonders beschränkt. Der frei liegende Abschnitt kann auf einer der Seiten der Cu-Schicht 12 oder auf beiden Seiten der Cu-Schicht 12 angeordnet sein, wie in 3C veranschaulicht. Die Größe (Fläche) und Anzahl der frei liegenden Abschnitte kann zum Beispiel gemäß dem angenommenen Wert eines Überstroms eingestellt werden.

2. Elemente für supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht (1) Metallsubstrat

Das Metallsubstrat B enthält ein stützendes Basismaterial und eine leitfähige Schicht, die sich auf dem stützenden Basismaterial befindet. Das Metallsubstrat B ist ein biaxial orientiertes Metallsubstrat mit einer Cu-Schicht 12 und besteht zum Beispiel aus einem SUS/Cu/Ni-plattierten Material. Zum Beispiel wird ein Metallsubstrat, das eine SUS-Schicht 11 mit einer Dicke von etwa 100 µm, eine Cu-Schicht 12 mit einer Dicke von 20 bis 50 µm und eine Ni-Schicht 13 mit einer Dicke von 2 bis 3 µm enthält, bevorzugt verwendet. Hier ist die SUS-Schicht ein stützendes Basismaterial, und die leitfähige Schicht enthält die Cu-Schicht 12, die als eine innere Schicht dient, und die Ni-Schicht 13, die als eine Oberflächenschicht dient. Die Cu-Schicht 12 und die Ni-Schicht 13 der leitfähigen Schicht haben eine höhere Leitfähigkeit als die SUS-Schicht 11. Ein solches Metallsubstrat B wird zum Beispiel durch Laminieren von Cu auf die SUS-Schicht 11 durch Walzen und anschließendes Ni-Plattieren der Oberfläche der Cu-Schicht 12 ausgebildet.

(2) Pufferschicht

Die Pufferschicht 14 hat eine Mehrschichtstruktur, die – nacheinander von dem Metallsubstrat B aus – Folgendes enthält: eine Keimschicht für epitaxiales Züchten einer Pufferschicht, während die Ausrichtung des Metallsubstrats beibehalten bleibt, eine Sperrschicht (Diffusionsverhinderungsschicht) zum Verhindern, dass ein Element, wie zum Beispiel Ni des Metallsubstrats B, in Richtung der supraleitenden Oxidschicht 15 diffundiert, und eine Kappschicht (gitterabgeglichene Schicht), die einen Gitterabgleich mit der supraleitenden Oxidschicht 15 aufweist und zum epitaxialen Züchten der supraleitenden Oxidschicht verwendet. Zum Beispiel hat die Pufferschicht 14 bevorzugt eine Dreischichtstruktur, die Y2O3 mit einer Dicke von 0,1 bis 0,2 µm, YSZ mit einer Dicke von 0,2 bis 0,4 µm und CeO2 mit einer Dicke von etwa 0,1 µm enthält.

(3) Supraleitende Oxidschicht

Die supraleitende Oxidschicht 15 wird aus einem seltenerdenbasierten supraleitenden Oxidmaterial gebildet, das durch epitaxiales Züchten biaxial orientiert wird. Insbesondere wird beispielsweise GdBCO (GdBa2Cu3O7-δ) bevorzugt verwendet. Die Dicke der Schicht ist nicht besonders beschränkt und wird zweckmäßig gemäß der benötigten Leistung bestimmt. Die Dicke beträgt zum Beispiel 1 bis 5 µm. Das Material für die supraleitende Oxidschicht 15 ist nicht auf GdBCO beschränkt, sondern kann auch ein supraleitendes Oxidmaterial sein, das durch REBCO dargestellt wird (REBa2Cu3O7-δ: RE meint "Rare Earth Element" (Seltenerdenelement)).

(4) Stabilisierungsschicht

Die Stabilisierungsschicht wird durch eine Ag-Stabilisierungsschicht 16 und eine Cu-Stabilisierungsschicht 17 gebildet.

Die Ag-Stabilisierungsschicht 16 wird auf der supraleitenden Oxidschicht 15 angeordnet, oder wird so angeordnet, dass die Umfangsflächen des Metallsubstrats B und das Laminat mit einer Dicke von beispielsweise 5 bis 10 µm bedeckt werden. Silber hat eine hohe Leitfähigkeit und ist ein Metall, das eine gute Adhäsion an dem supraleitenden Oxidmaterial und dem Kupfer aufweist. Darum wird Silber zweckmäßig als ein Material für eine Stabilisierungsschicht verwendet, die die supraleitende Oxidschicht 15 oder die Umfangsflächen des geschlitzten Metallsubstrats und Laminats bedeckt und durch das Durchgangsloch 18 verläuft.

Die Cu-Stabilisierungsschicht 17 wird außerhalb der Ag-Stabilisierungsschicht 16 so angeordnet, dass die gesamte Umfangsfläche des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes mit einer Dicke von beispielsweise 10 bis 50 µm bedeckt wird. Kupfer hat eine hohe Leitfähigkeit und ist billiger als Silber. Darum wird Kupfer zweckmäßig als ein Material für eine Stabilisierungsschicht verwendet, die die Umfangsflächen des geschlitzten Metallsubstrats und Laminats bedeckt und durch das Durchgangsloch 18 verläuft.

Wie oben beschrieben, steht in dem supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Cu-Stabilisierungsschicht 17 oder die Ag-Stabilisierungsschicht 16 in Kontakt mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats B. Genauer gesagt, steht – wie in 2A, 2B, 3A und 3B veranschaulicht – der Teil 17a der Cu-Stabilisierungsschicht 17 oder der Teil 16a der Ag-Stabilisierungsschicht 16 über das Durchgangsloch 18 in Kontakt mit der Oberflächenschicht (genauer gesagt, der Ni-Schicht 13) oder der Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats B. Alternativ kann, wie in 2C und 3C veranschaulicht, die Cu-Stabilisierungsschicht 17 oder die Ag-Stabilisierungsschicht 16 in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt der seitlichen Endfläche 19 der Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats B stehen.

3. Verfahren zum Herstellen von supraleitendem Oxid-Dünnfilmdraht

Als Nächstes wird nachfolgend ein Verfahren zum Herstellen des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 gemäß dieser Ausführungsform unter Verwendung des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 in 2A als ein Beispiel in der Prozessreihenfolge beschrieben.

(1) Bildung der Pufferschicht

Zuerst wird eine Pufferschicht 14 auf einem Metallsubstrat B ausgebildet. Genauer gesagt, wird ein Metallsubstrat B, das eine Breite von beispielsweise 10 mm oder mehr aufweist, verwendet, und eine Y2O3-Schicht, eine YSZ-Schicht und eine CeO2-Schicht werden in dieser Reihenfolge auf einer Ni-Schicht 13 ausgebildet. Die Pufferschicht 14 wird normalerweise durch ein PVD-Verfahren, wie zum Beispiel ein Sputterverfahren, gebildet.

(2) Bildung der supraleitenden Oxidschicht

Dann wird eine supraleitende Oxidschicht 15 auf der Pufferschicht 14 durch epitaxiales Züchten ausgebildet. Die supraleitende Oxidschicht 15 kann durch ein PVD-Verfahren, ein MOD-Verfahren oder dergleichen gebildet werden, wie oben beschrieben. Zu Beispielen des PVD-Verfahren gehören ein PLD(Impulslaserabscheidungs)-Verfahren, ein Sputterverfahren, ein Vakuumabscheidungsverfahren und ein Ionenplattierungsverfahren. Ein PLD-Verfahren wird bevorzugt verwendet, weil ein Dünnfilm mit dem gleichen Zusammensetzungsverhältnis wie das Ziel leicht gebildet werden kann.

Nach der Filmbildung wird in einer zuvor festgelegten Atmosphäre auf einer zuvor festgelegten Temperatur über eine zuvor festgelegte Zeit ein Ausheilen ausgeführt, um eine supraleitende Oxidschicht 15 zu bilden. Genauer gesagt, wird zum Beispiel ein Ausheilen bei hoher Temperatur in sauerstoffarmer Atmosphäre mit einer O2-Konzentration von 100 ppm bei 800°C über 120 Minuten ausgeführt, und dann wird ein Sauerstoffausheilen in einer Atmosphäre mit einer O2-Konzentration von 98 % bei 550°C über 120 Minuten ausgeführt.

(3) Bildung der Ag-Stabilisierungsschicht

Dann wird eine Ag-Stabilisierungsschicht 16 auf der supraleitenden Oxidschicht 15 durch ein Sputterverfahren, wie zum Beispiel ein Gleichstrom-Sputterverfahren, ausgebildet. Nach der Bildung der Ag-Stabilisierungsschicht 16 wird erforderlichenfalls eine Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre ausgeführt.

(4) Schlitzen

Dann wird ein Schlitzen ausgeführt, indem das Laminat S, das durch Stapeln der Pufferschicht 14, der supraleitenden Oxidschicht 15 und der Ag-Stabilisierungsschicht 16 und des Metallsubstrats B erhalten wurde, unter Verwendung der oben beschriebenen mechanischen Schlitzvorrichtung, Laser-Schlitzvorrichtung oder dergleichen auf eine zuvor festgelegte Breite geschnitten wird.

(5) Freilegungsprozess für die leitfähige Schicht

Dann wird ein Abschnitt der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats B aus dem geschlitzten Metallsubstrat B und Laminat S freigelegt. In dem in 2A veranschaulichten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht 1 wird eine zuvor festgelegte Anzahl von Durchgangslöchern 18, die eine zuvor festgelegte Größe haben und die das Laminat S, einschließlich der Ag-Stabilisierungsschicht 16, der supraleitenden Oxidschicht 15 und der Pufferschicht 14, bis zu einer Oberflächenschicht (genauer gesagt, der Ni-Schicht 13) des Metallsubstrats B durchdringen, an zuvor festgelegten Positionen durch Laserbearbeitung oder dergleichen ausgebildet.

(6) Bildung der Cu-Stabilisierungsschicht

Dann wird eine Cu-Stabilisierungsschicht 17 durch Plattieren auf einer Umfangsfläche des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes, in dem das Schlitzen vorgenommen wurde und die Durchgangslöcher 18 gebildet wurden, ausgebildet. Hier wird ein Cu-Plattieren auch in den Durchgangslöchern 18 vorgenommen, die in (5) Freilegungsprozess für die leitfähige Schicht, wie oben beschrieben, gebildet wurden, und folglich entsteht ein Teil 17a der Cu-Stabilisierungsschicht 17, der jedes der Durchgangslöcher 18 durchdringt.

Das Plattieren wird zum Beispiel unter den folgenden Bedingungen ausgeführt.

Plattierungslösung: Kupfersulfatpentahydrat (CuSO4·5H2O) 75 g/l Schwefelsäure (H2SO4) 190 g/l Kaliumchlorid (KCl) 75 g/l Aufheller 0,001 g/l Stromdichte: 5 A/dm2

(Herstellungsverfahren für Modifizierung 1)

Das Verfahren zum Herstellen des in 2B veranschaulichten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 (Modifizierung 1) unterscheidet sich von dem Verfahren zum Herstellen des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 in 2A darin, dass Durchgangslöcher 18, die die Ni-Schicht 13 zusammen mit dem Laminat S bis zur Cu-Schicht 12 durchdringen, in (5) Freilegungsprozess für die leitfähige Schicht in dem Verfahren zum Herstellen des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 in 2A ausgebildet werden. Die übrigen Prozesse sind die gleichen, und auf ihre Beschreibungen wird verzichtet. Wie oben beschrieben, betragen die Dicken der Cu-Schicht 12 und der Ni-Schicht 13 der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats B zum Beispiel 20 bis 50 µm bzw. 2 bis 3 µm. Da die Dicke der Cu-Schicht 12 hinreichend größer ist als die der Ni-Schicht 13, werden die Durchgangslöcher leicht bis zur Cu-Schicht 12 gebildet.

(Herstellungsverfahren für Modifizierung 2)

Das Verfahren zum Herstellen des in 2C veranschaulichten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 (Modifizierung 2) unterscheidet sich von dem Verfahren zum Herstellen des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 in 2A darin, dass die seitlichen Endflächen 19 der Cu-Schicht 12 des Metallsubstrats B frei liegen, ohne dass die Durchgangslöcher in (5) Freilegungsprozess für die leitfähige Schicht in dem Verfahren zum Herstellen des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 in 2A gebildet werden. In dem Freilegungsprozess für die Cu-Schicht 12 wird an den seitlichen Endflächen des Metallsubstrats B ein Überzugsmaterial, wie zum Beispiel Schlacke, das die seitlichen Endflächen des Metallsubstrats B bedeckt, entfernt, um die Cu-Schicht 12 an den seitlichen Endflächen des Metallsubstrats B frei zu legen.

Der Freilegeprozess kann durch ein Verfahren ausgeführt werden, bei dem die seitlichen Endabschnitte des Laminats S unter Verwendung einer speziellen Schneidmaschine abgeschnitten werden, die mit einem Messer ausgestattet ist, das in der Lage ist, die seitlichen Endabschnitte des Laminats S zu schneiden, ohne das Substrat zu verziehen. Jedoch wird bevorzugt ein Verfahren zum Entfernen nur des Überzugsmaterials mittels Polieren verwendet, weil das Überzugsmaterial mit Gewissheit entfernt werden kann, ohne die Qualität des Drahtes zu mindern, um die Cu-Schicht frei zu legen. Konkrete Beispiele des Polierverfahrens sind Schleifen mit Schleifkörnern, chemisch-mechanisches Polieren und Polieren mit Sandpapier oder einem Polierband, wie oben beschrieben.

(Herstellungsverfahren für Modifizierung 3)

Als Nächstes wird unten ein Verfahren zum Herstellen des in 3A veranschaulichten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 (Modifizierung 3) in der Prozessreihenfolge beschrieben.

(1) Bildung der Pufferschicht und (2) Bildung der supraleitenden Oxidschicht

Eine Pufferschicht 14 und eine supraleitende Oxidschicht 15 werden – zum Bilden eines Laminats – auf dem Metallsubstrat B in der gleichen Weise ausgebildet wie im Fall des Verfahrens zum Herstellen des in 2A veranschaulichten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1. Nach der Bildung der supraleitenden Oxidschicht 15 kann eine Ag-Stabilisierungsschicht 16 darauf ausgebildet werden, um ein Laminat zu bilden, aber die Ag-Stabilisierungsschicht 16 wird nicht unbedingt ausgebildet.

(3) Schlitzen

Dann wird ein Schlitzen ausgeführt, indem das Laminat und das Metallsubstrat B unter Verwendung der oben beschriebenen mechanischen Schlitzvorrichtung, Laser-Schlitzvorrichtung oder dergleichen auf eine zuvor festgelegte Breite geschnitten werden.

(4) Freilegungsprozess für die leitfähige Schicht

Dann wird ein Abschnitt der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats B aus dem geschlitzten Laminat und Metallsubstrat B freigelegt. In dem Verfahren zum Herstellen des in 3A veranschaulichten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 wird eine zuvor festgelegte Anzahl von Durchgangslöchern 18, die eine zuvor festgelegte Größe haben und die das Laminat bis zu der Oberflächenschicht des Metallsubstrats B durchdringen, an zuvor festgelegten Positionen durch Laserbearbeitung oder dergleichen ausgebildet.

(5) Bildung der Ag-Stabilisierungsschicht

Dann wird eine Ag-Stabilisierungsschicht 16 auf dem Laminat durch ein Sputterverfahren, wie zum Beispiel ein Gleichstrom-Sputterverfahren, ausgebildet. Dadurch wird die Ag-Stabilisierungsschicht auf der supraleitenden Oxidschicht 15 gebildet, während gleichzeitig eine Ag-Schicht in den Durchgangslöchern 18 gebildet wird, die in (4) Freilegungsprozess für die leitfähige Schicht, wie oben beschrieben, gebildet wurden. Folglich wird ein Teil 16a der Ag-Stabilisierungsschicht 16 durch jedes der Durchgangslöcher 18 ausgebildet.

(6) Bildung der Cu-Stabilisierungsschicht

Dann wird eine Cu-Stabilisierungsschicht 17 durch Plattieren auf einer Umfangsfläche des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 ausgebildet. Dabei wird die Cu-Stabilisierungsschicht 17 so ausgebildet, dass sie das Laminat S und das Metallsubstrat B umgibt. Hier wird die Cu-Stabilisierungsschicht 17 auch auf dem Teil 16a der Ag-Stabilisierungsschicht gebildet, der in dem Durchgangsloch gebildet wird. In diesem Herstellungsverfahren wird die Endfläche der supraleitenden Oxidschicht 15, die in dem Durchgangsloch frei liegt, mit der Ag-Stabilisierungsschicht 16 bedeckt. Darum kann die Degradation der supraleitenden Oxidschicht 15 aufgrund einer Plattierungslösung während der Bildung der Cu-Stabilisierungsschicht verhindert werden. Die Plattierungsbedingungen sind die gleichen wie die, die in dem Verfahren zum Herstellen des in 2A veranschaulichten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 beschrieben wurden.

(Herstellungsverfahren für Modifizierung 4)

Das Verfahren zum Herstellen des in 3B veranschaulichten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 (Modifizierung 4) unterscheidet sich von dem Verfahren zum Herstellen des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 (Modifizierung 3) in 3A darin, dass Durchgangslöcher 18, die die Ni-Schicht 13 zusammen mit dem Laminat bis zur Cu-Schicht 12 durchdringen, in (4) Freilegungsprozess für die leitfähige Schicht in dem Herstellungsverfahren für Modifizierung 3 ausgebildet werden. Die übrigen Prozesse sind die gleichen, und auf ihre Beschreibungen wird verzichtet. Wie oben beschrieben, betragen die Dicken der Cu-Schicht 12 und der Ni-Schicht 13 der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats B zum Beispiel 20 bis 50 µm bzw. 2 bis 3 µm. Da die Dicke der Cu-Schicht 12 hinreichend größer ist als die der Ni-Schicht 13, werden die Durchgangslöcher leicht bis zur Cu-Schicht 12 gebildet.

(Herstellungsverfahren für Modifizierung 5)

Als Nächstes wird unten ein Verfahren zum Herstellen des in 3C veranschaulichten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 (Modifizierung 5) in der Prozessreihenfolge beschrieben.

(1) Bildung der Pufferschicht und (2) Bildung der supraleitenden Oxidschicht

Eine Pufferschicht 14 und eine supraleitende Oxidschicht 15 werden – zum Bilden eines Laminats – auf dem Metallsubstrat B in der gleichen Weise ausgebildet wie im Fall des Verfahrens zum Herstellen des in 3A veranschaulichten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1. Nach der Bildung der supraleitenden Oxidschicht 15 kann eine Ag-Stabilisierungsschicht 16 darauf ausgebildet werden, um ein Laminat zu bilden, aber die Ag-Stabilisierungsschicht 16 wird nicht unbedingt ausgebildet.

(3) Schlitzen

Dann wird ein Schlitzen ausgeführt, indem das Laminat und das Metallsubstrat B unter Verwendung der oben beschriebenen mechanischen Schlitzvorrichtung, Laser-Schlitzvorrichtung oder dergleichen auf eine zuvor festgelegte Breite geschnitten werden.

(4) Freilegungsprozess für die leitfähige Schicht

Dann wird ein Abschnitt der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats B aus dem geschlitzten Laminat und Metallsubstrat B freigelegt. In dem Verfahren zum Herstellen des in 3C veranschaulichten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 (Modifizierung 5) wird ein Überzugsmaterial, wie zum Beispiel Schlacke, das die seitlichen Endabschnitte des Metallsubstrats B bedeckt, entfernt, um die Cu-Schicht 12 an den seitlichen Endabschnitten des Metallsubstrats B frei zu legen. Der Freilegeprozess kann durch ein Verfahren ausgeführt werden, bei dem die seitlichen Endabschnitte des Laminats unter Verwendung einer speziellen Schneidmaschine abgeschnitten werden, die mit einem Messer ausgestattet ist, das in der Lage ist, die seitlichen Endabschnitte des Laminats zu schneiden, ohne das Substrat zu verziehen. Jedoch wird bevorzugt ein Verfahren zum Entfernen nur des Überzugsmaterials mittels Polieren verwendet, weil das Überzugsmaterial mit Gewissheit entfernt werden kann, ohne die Qualität des Drahtes zu mindern, um die Cu-Schicht frei zu legen. Konkrete Beispiele des Polierverfahrens sind Schleifen mit Schleifkörnern, chemisch-mechanisches Polieren und Polieren mit Sandpapier oder einem Polierband, wie oben beschrieben.

(5) Bildung der Ag-Stabilisierungsschicht

Dann wird eine Ag-Stabilisierungsschicht 16 durch ein Sputterverfahren, wie zum Beispiel ein Gleichstrom-Sputterverfahren, so ausgebildet, dass sie das Laminat und das Metallsubstrat B umgibt. Dadurch wird die Ag-Stabilisierungsschicht auf der supraleitenden Oxidschicht 15 gebildet, während gleichzeitig die Ag-Stabilisierungsschicht 16 auch auf den seitlichen Endflächen 19 der Cu-Schicht 12 gebildet wird, die an den seitlichen Endabschnitten des Metallsubstrats B in (4) Freilegungsprozess für die leitfähige Schicht, wie oben beschrieben, frei gelegt wurden.

(6) Bildung der Cu-Stabilisierungsschicht

Dann wird eine Cu-Stabilisierungsschicht 17 durch Plattieren auf einer Umfangsfläche des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1, an der die Ag-Stabilisierungsschicht gebildet wurde, ausgebildet. Hier werden die Endflächen der supraleitenden Oxidschicht 15, die an den seitlichen Endflächen 19 des Metallsubstrats B frei liegen, mit der Ag-Stabilisierungsschicht 16 bedeckt. Darum kann die Degradation der supraleitenden Oxidschicht 15 aufgrund einer Plattierungslösung während der Bildung der Cu-Stabilisierungsschicht verhindert werden. Die Plattierungsbedingungen sind die gleichen wie die, die in dem Verfahren zum Herstellen des in 2A veranschaulichten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes 1 beschrieben wurden.

Tabelle 1 zeigt zusammen die bevorzugte Struktur (Material, Dicke), Filmbildungs(Produktions)-Verfahren und Rolle (Funktion) jeder der Komponenten. Tabelle 1

Material Dicke (µm) Filmbildung das Verfahren Funktion Stabilisierungsschicht Cu 10 bis 50 Plattieren Verhindern der Beschädigung der supraleitenden Oxidschicht Ag5 bis 10SputternSupraleitende Oxidschicht GdBCO 1 bis 5 PLD-Verfahren Pufferschicht CeO20,1 HF-Sputtern Gitterabgleich mit supraleitender Oxidschicht YSZ0,2 bis 0,4Verhindern der DiffusionY2O30,1 bis 0,2Keimschicht Plattiertes Substrat Ni 2 bis 3 Plattieren Verhindern der Oxidation Cu20 bis 50RollenderOrientierte SchichtSUS100Stützendes Basismaterial

Experimentalbeispiele

Als Nächstes wird die vorliegende Erfindung auf der Basis von Experimentalbeispielen genauer beschrieben.

1. Produktion des supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes

Zuerst wurde ein SUS/Cu/Ni-plattiertes Material (SUS-Schicht: 100 µm, Cu-Schicht: 48 µm und Ni-Schicht: 2 µm), das eine Dicke von 150 µm, eine Breite von 30 mm und eine Länge von 1 m aufwies, für ein Metallsubstrat hergestellt. Dann wurde eine Pufferschicht (Y2O3: 0,1 µm, YSZ: 0,3 µm und CeO2: 0,1 µm), die eine Dreischichtstruktur mit einer Dicke von 0,5 µm aufwies, auf dem Metallsubstrat durch ein Sputterverfahren gebildet.

Anschließend wurde eine supraleitende GdBCO-Oxidschicht (Dicke: 4 µm) durch ein PLD-Verfahren gebildet, und dann wurde eine Ag-Stabilisierungsschicht (Dicke: 5 µm) durch ein Sputterverfahren gebildet, um ein Laminat zu bilden. Dadurch wurde ein breiter supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht hergestellt. Der breite supraleitende Oxid-Dünnfilmdraht wurde einem Schlitzen unterzogen, so dass eine Breite von 4 mm entstand.

Anschließend wurden zwei Durchgangsnuten (Breite: 0,2 mm), die das Laminat von der Oberfläche der Ag-Stabilisierungsschicht des geschlitzten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes zu der Cu-Schicht des Metallsubstrats durchdrang, durch Laserbearbeitung gebildet.

Anschließend wurde eine Plattierungsbehandlung bei einer Stromdichte von 5 A/dm2 10 Minuten lang unter Verwendung der Plattierungslösung mit der oben beschriebenen Formel ausgeführt, um eine Cu-Stabilisierungsschicht zu bilden, die eine Dicke von 50 µm aufwies. Dadurch wurde ein supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht von Experimentalbeispiel 1 hergestellt. Hier wurden infolge der Plattierungsbehandlung auch die Durchgangsnuten mit Cu gefüllt.

Ein supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht von Experimentalbeispiel 2 wurde in der gleichen Weise wie oben hergestellt, außer dass die seitlichen Endflächen des geschlitzten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrahtes mit einem Sandpapier #200 poliert wurden, um die Cu-Schicht des Metallsubstrats frei zu legen.

Ein supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht von Experimentalbeispiel 3 wurde in der gleichen Weise wie oben hergestellt, außer dass keine Durchgangsnuten in dem geschlitzten supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht ausgebildet wurden und die seitlichen Endflächen nicht poliert wurden.

Der Ic-Wert eines jeden der hergestellten Drähte betrug 200 A.

2. Auswertung

Dann wurde ein elektrischer Strom mit einer Rechteckwelle von 13 ms in den supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht eines jeden der Experimentalbeispiele eingespeist. Es wurde ein elektrischer Strom gemessen, bei dem der supraleitende Oxid-Dünnfilmdraht brach (ausbrannte). Infolge dessen wurde Folgendes bestätigt. Ein Ausbrennen fand in Experimentalbeispiel 3 bei 350 A statt, während in den Experimentalbeispielen 1 und 2 kein Ausbrennen bis zu 500 A stattfand, selbst wenn die supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrähte die gleiche Größe und Struktur hatten. Das zeigt, dass die supraleitenden Oxid-Dünnfilmdrähte in den Experimentalbeispielen 1 und 2 einem Überstrom von mindestens dem 1,4-fachen des Überstroms in Experimentalbeispiel 3 widerstehen konnten.

Das gleiche Resultat wurde auch erhalten, wenn die Stabilisierungsschicht, die in Kontakt mit der leitfähigen Schicht des Metallsubstrats gebracht wurde, von der Cu-Stabilisierungsschicht zu der Ag-Stabilisierungsschicht geändert wurde. Ferner wurde auch das gleiche Resultat erhalten, wenn die supraleitende Oxidschicht von der supraleitenden GdBCO-Oxidschicht zu der supraleitenden YBCO-Oxidschicht geändert wurde.

Industrielle Anwendbarkeit

Die vorliegende Erfindung ist in der Lage, einen supraleitenden Dünnfilmdraht bereitzustellen, der zum Beispiel eine seltenerdenbasierte supraleitende Oxidschicht enthält und der einem größeren Überstrom widerstehen kann, ohne Merkmale des supraleitenden Dünnfilmdrahtes zu verlieren (zum Beispiel ohne es zu erschweren, den supraleitenden Dünnfilmdraht zu biegen). Die vorliegende Erfindung erweitert die Möglichkeiten der praktischen Verwendung des supraleitenden Drahtes.

Bezugszeichenliste

1
supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht
11
SUS-Schicht
12
Cu-Schicht
13
Ni-Schicht
14
Pufferschicht
15
supraleitende Oxidschicht
16
Ag-Stabilisierungsschicht
16a
Teil der Ag-Stabilisierungsschicht
17
Cu-Stabilisierungsschicht
17a
Teil der Cu-Stabilisierungsschicht
18
Durchgangsloch
19
seitliche Endfläche
B
Metallsubstrat
S
Laminat