ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК B32B7/00 H01B12/06 C30B29/16 C23C14/06 

Область техники

Настоящее изобретение относится к тонкопленочному материалу и способу изготовления этого тонкопленочного материала. Более конкретно изобретение относится к тонкопленочному материалу с монокристаллическим тонкопленочным слоем, обладающим превосходной степенью кристалличности, а также к способу изготовления такого тонкопленочного материала.

Уровень техники

Известны традиционные тонкопленочные материалы, например такие, как сверхпроводящий тонкопленочный провод, содержащий в качестве примера монокристаллического тонкопленочного слоя сверхпроводящий слой, сформированный непосредственно на подложке (смотри, например, выложенные японские патенты №№6-31604 (патентный документ 1), 6-68727 (патентный документ 2) и 6-68728 (патентный документ 3)), а также сверхпроводящий тонкопленочный провод, имеющий промежуточный тонкопленочный слой и сверхпроводящий слой, которые сформированы на подложке (смотри, например, "Development of High-Temperature Superconducting Thin Film Tape Using the ISD Method", Fujino and six other authors, SEI Technical Review, September 1999, Vol.155, pp.131-135 (непатентный документ 1)).

Что касается таких сверхпроводящих тонкопленочных проводов, как рассмотренные выше, предполагалось предварительно шлифовать поверхность подложки с целью формирования такого монокристаллического тонкопленочного слоя, как сверхпроводящий слой, который имеет отличные свойства (например, высокую плотность критического тока) (смотри патентные документы с 1 по 3).

Патентный документ 1: выложенный японский патент No. 6-31604

Патентный документ 2: выложенный японский патент No. 6-68727

Патентный документ 3: выложенный японский патент No. 6-68728

Непатентный документ 1: "Development of High-Temperature Superconducting Thin Film Tape Using the ISD Method," Fujino and six other authors, SEI Technical Review, September 1999, Vol.155, pp.131-135.

Раскрытие изобретения

Проблемы, решаемые изобретением

Что касается описанного выше сверхпроводящего тонкопленочного провода, имеющего сформированные на подложке промежуточный тонкопленочный слой и сверхпроводящий слой, то в случае когда промежуточный тонкопленочный слой формируют на поверхности подложки, которая была отшлифована, и после этого на этом промежуточном тонкопленочном слое формируют сверхпроводящий слой, трудно в достаточной степени улучшить плоскостную ориентацию сверхпроводящего слоя, сформированного в качестве примера монокристаллического тонкопленочного слоя, так как поверхность промежуточного тонкопленочного слоя не была специально подвергнута такому процессу, как обеспечивание плоскостности (сглаживание поверхности). Следовательно, остается проблема, связанная с тем, что свойства сформированного таким образом монокристаллического тонкопленочного слоя (например, если сформированный монокристаллический тонкопленочный слой является сверхпроводящим слоем, то такое свойство, как плотность критического тока сверхпроводящего слоя) не достаточно улучшены.

Настоящее изобретение создано для решения такой проблемы, которая описана выше. Целью настоящего изобретения является создание тонкопленочного материала и способа изготовления этого тонкопленочного материала, в котором свойства монокристаллического тонкопленочного слоя, сформированного на подложке, могут быть улучшены.

Средства для решения проблем

Тонкопленочный материал согласно настоящему изобретению включает в себя подложку, промежуточный тонкопленочный слой, сформированный на этой подложке и состоящий из одного слоя или по меньшей мере двух слоев, и монокристаллический тонкопленочный слой, сформированный на промежуточном тонкопленочном слое. Верхняя поверхность, которая представляет собой верхнюю поверхность по меньшей мере одного слоя промежуточного тонкопленочного слоя и которая обращена к монокристаллическому тонкопленочному слою, является отшлифованной.

Таким образом, верхняя поверхность промежуточного тонкопленочного слоя, которая обращена к вышележащему тонкопленочному слою, отшлифована до сглаженной, и соответственно могут быть улучшены такие свойства, как гладкость поверхности и плоскостная ориентация (ориентация в одной плоскости) монокристаллического тонкопленочного слоя, сформированного на отшлифованной верхней поверхности.

Сверхпроводящий тонкопленочный материал согласно настоящему изобретению включает в себя подложку, промежуточный тонкопленочный слой, сформированный на этой подложке и состоящий из одного слоя или по меньшей мере двух слоев, и монокристаллический тонкопленочный слой, сформированный на промежуточном тонкопленочном слое. Поверхность (верхняя поверхность), которая представляет собой поверхность промежуточного тонкопленочного слоя и которая находится в контакте с монокристаллическим тонкопленочным слоем, является отшлифованной.

Таким образом, поверхность промежуточного тонкопленочного слоя, которая находится в контакте с монокристаллическим тонкопленочным слоем, отшлифована до сглаженной, и соответственно могут быть улучшены такие свойства, как гладкость поверхности и плоскостная ориентация монокристаллического тонкопленочного слоя, сформированного на отшлифованной поверхности. В случае когда, например, сверхпроводящий тонкопленочный слой формируют в качестве монокристаллического тонкопленочного слоя, улучшенные гладкость поверхности и плоскостная ориентация монокристаллического тонкопленочного слоя (сверхпроводящего тонкопленочного слоя) могут обеспечить улучшения таких свойств, как величина критического тока и плотность критического тока сверхпроводящего тонкопленочного слоя.

Сверхпроводящий тонкопленочный материал согласно настоящему изобретению включает в себя подложку, промежуточный тонкопленочный слой и монокристаллический тонкопленочный слой, сформированной на этом промежуточном тонкопленочном слое. Промежуточный тонкопленочный слой включает в себя нижний промежуточный тонкопленочный слой, сформированный на подложке и состоящий из одного слоя или по меньшей мере двух слоев, и верхний промежуточный тонкопленочный слой, сформированный на нижнем промежуточном тонкопленочном слое и состоящий из одного слоя или по меньшей мере двух слоев. Поверхность (верхняя поверхность), которая представляет собой поверхность нижнего промежуточного тонкопленочного слоя и которая находится в контакте с верхним промежуточным тонкопленочным слоем, является отшлифованной.

Таким образом, верхняя поверхность нижнего промежуточного тонкопленочного слоя отшлифована до планаризованной, и соответственно планарность верхней поверхности верхнего промежуточного тонкопленочного слоя (верхней поверхности, обращенной к монокристаллическому тонкопленочному слою) также улучшена. Вследствие этого могут быть улучшены такие свойства, как гладкость поверхности и плоскостная ориентация монокристаллического тонкопленочного слоя, сформированного на верхнем промежуточном тонкопленочном слое. В случае когда, например, сверхпроводящий тонкопленочный слой формируют в качестве монокристаллического тонкопленочного слоя, улучшенные гладкость поверхности и плоскостная ориентация сверхпроводящего тонкопленочного слоя могут обеспечить улучшения таких свойств, как величина критического тока и плотность критического тока сверхпроводящего тонкопленочного слоя.

Способ изготовления тонкопленочного материала согласно настоящему изобретению включает в себя стадии приготовления (получения) подложки, формирования промежуточного тонкопленочного слоя, состоящего из одного слоя или по меньшей мере двух слоев, на подложке, обработки шлифованием самой верхней поверхности промежуточного тонкопленочного слоя и формирования монокристаллического тонкопленочного слоя на самой верхней поверхности промежуточного тонкопленочного слоя, которая отшлифована на стадии обработки.

Таким образом, тонкопленочный материал согласно настоящему изобретению может быть легко изготовлен. Кроме того, так как монокристаллический тонкопленочный слой может быть сформирован на самой верхней поверхности промежуточного тонкопленочного слоя, которая была отшлифована до появления высокой степени планарности, могут быть улучшены гладкость поверхности и плоскостная ориентация монокристаллического тонкопленочного слоя.

Способ изготовления тонкопленочного материала согласно настоящему изобретению включает в себя стадии приготовления подложки, формирования нижнего промежуточного тонкопленочного слоя, состоящего из одного слоя или по меньшей мере двух слоев, на подложке, обработки шлифованием самой верхней поверхности нижнего промежуточного тонкопленочного слоя, формирования верхнего промежуточного тонкопленочного слоя, состоящего из одного слоя или по меньшей мере двух слоев, на самой верхней поверхности нижнего промежуточного тонкопленочного слоя, которая отшлифована на стадии обработки, и формирования монокристаллического тонкопленочного слоя на верхнем промежуточном тонкопленочном слое.

Таким образом, тонкопленочный материал согласно настоящему изобретению может быть легко изготовлен. Кроме того, так как самую верхнюю поверхность (верхнюю поверхность) нижнего промежуточного тонкопленочного слоя шлифуют до планаризованной, также улучшается планарность верхней поверхности верхнего промежуточного тонкопленочного слоя (поверхности, обращенной к монокристаллическому тонкопленочному слою). Соответственно могут быть улучшены такие свойства, как гладкость поверхности и плоскостная ориентация монокристаллического тонкопленочного слоя, сформированного на верхнем промежуточном тонкопленочном слое.

Результаты изобретения

Как рассмотрено выше, согласно настоящему изобретению может быть получен тонкопленочный материал с монокристаллическим тонкопленочным слоем, обладающим превосходными гладкостью поверхности и плоскостной ориентацией.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 приведен частичный поперечный разрез, демонстрирующий первый вариант реализации сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению.

На Фиг.2 приведена блок-схема, иллюстрирующая способ изготовления сверхпроводящего провода, показанного на Фиг.1.

На Фиг.3 приведен частичный поперечный разрез, демонстрирующий модифицикацию первого варианта реализации сверхпроводящего провода, показанного на Фиг.1.

На Фиг.4 приведена блок-схема, иллюстрирующая способ изготовления сверхпроводящего провода, показанного на Фиг.3.

На Фиг.5 приведен частичный поперечный разрез, демонстрирующий второй вариант реализации сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению.

На Фиг.6 приведена блок-схема, иллюстрирующая способ изготовления сверхпроводящего провода, показанного на Фиг.5.

На Фиг.7 приведен частичный поперечный разрез, демонстрирующий третий вариант реализации сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению.

На Фиг.8 приведена блок-схема, иллюстрирующая способ изготовления сверхпроводящего провода, показанного на Фиг.7.

На Фиг.9 приведен частичный поперечный разрез, демонстрирующий модифицикацию третьего варианта реализации сверхпроводящего провода, показанного на Фиг.7.

На Фиг.10 приведен частичный поперечный разрез, демонстрирующий пример 2 сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению.

Описание ссылочных обозначений

1 - сверхпроводящий провод, 2 - подложка, 3, 3a-3f - промежуточный слой, 4 - сверхпроводящий слой, 10, 20 отшлифованная поверхность, 30, 40 - верхняя поверхность.

Наилучшие варианты осуществления изобретения

Со ссылкой на чертежи описаны ниже варианты реализации настоящего изобретения. На приведенных далее фигурах подобные или соответствующие конструктивные элементы обозначены подобными ссылочными позициями, а их описание не повторяется.

Первый вариант реализации

Со ссылкой на Фиг.1 и 2 описывается первый вариант реализации сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению.

Как показано на Фиг.1, сверхпроводящий провод 1 состоит из подложки 2, промежуточного слоя 3 и сверхпроводящего слоя 4. Подложка 2 имеет форму удлиненной полосы. Верхняя поверхность промежуточного слоя 3 является поверхностью, подвергнутой процессу шлифования, то есть отшлифованной поверхностью 10. Таким образом, сверхпроводящий слой 4 сформирован на верхней поверхности (отшлифованной поверхности 10) промежуточного слоя 3, которая является превосходной по гладкости поверхности, и соответственно сверхпроводящий слой 4 является улучшенным по гладкости поверхности и плоскостной ориентации. Следовательно, может быть получен сверхпроводящий провод 1, который обладает превосходными сверхпроводящими свойствами (величиной критического тока и плотностью критического тока).

Со ссылкой на Фиг.2 описывается способ изготовления сверхпроводящего провода 1, изображенного на Фиг.1. Согласно способу изготовления сверхпроводящего провода 1, изображенного на Фиг.1, первой осуществляют стадию приготовления подложки, как показано на Фиг.2 (S10). В частности, приготавливают подложку 2, служащую в качестве основания для сверхпроводящего провода 1. В качестве этой подложки 2 может быть использована имеющая форму полосы металлическая лента, выполненная из такого металла, как никель.

Затем осуществляют стадию формирования промежуточного слоя (S20). На этой стадии формирования промежуточного слоя (S20) на приготовленной подложке 2 формируют промежуточный слой 3, выполненный из оксида. Для этого промежуточного слоя 3 может быть использован оксид, имеющий такую кристаллическую структуру, как, например, структура типа каменной соли, типа флюорита, типа перовскита или типа пирохлора. В качестве способа осаждения пленки, используемого на стадии формирования промежуточного слоя 3 (S20), может быть использован любой способ осаждения пленки. Например, может быть использован такой способ физического осаждения (конденсации) из паровой фазы, как импульсное лазерное осаждение (PLD).

Далее осуществляют стадию сглаживания поверхности (S30). На этой стадии сглаживания поверхности (S30) используют химико-механическое полирование (ХМП) для удаления верхнего поверхностного слоя указанного выше промежуточного слоя 3 на предварительно заданную толщину таким образом, чтобы достигнуть сглаживания. В качестве способа, используемого для сглаживания вместо указанного выше ХМП, может быть использован любой подходящий способ, такой как жидкостное травление или механическое полирование.

При этом поверхностная шероховатость (Ra) отшлифованной поверхности 10 (смотри Фиг.1) сглаженного промежуточного слоя 3 составляет самое большее 20 нм, а более предпочтительно - самое большее 5 нм.

После этого осуществляют стадию формирования сверхпроводящего слоя на промежуточном слое 3 со сглаженной верхней поверхностью (S40). В качестве способа осаждения пленки, используемого на стадии формирования сверхпроводящего слоя 4 (S40), может быть использован любой подходящий способ осаждения пленки. Как использовано при формировании промежуточного слоя 3, может быть использован такой способ физического осаждения из паровой фазы, как импульсное лазерное осаждение. Кроме того, на стадии формирования сверхпроводящего слоя 4 могут быть использованы указанные выше способы PLD или ISD (осаждение на наклонную подложку, от англ. Inclined-Substrate Deposition).

Таким образом может быть получен сверхпроводящий провод, изображенный на Фиг.1.

Со ссылкой на Фиг.3 описывается модифицикация первого варианта реализации сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению.

Сверхпроводящий провод 1, изображенный на Фиг.3, в основном имеет конструкцию, подобную сверхпроводящему проводу 1, изображенному на Фиг.1, за исключением конструкции промежуточного слоя 3. В частности, в изображенном на Фиг.3 сверхпроводящем проводе 1 промежуточный слой 3 состоит из двух слоев, то есть нижнего промежуточного слоя 3а и верхнего промежуточного слоя 3b. Верхняя поверхность верхнего промежуточного слоя 3b является отшлифованной поверхностью 10, которая была подвергнута шлифованию, подобно верхней поверхности промежуточного слоя 3, изображенного на Фиг.1. Этот сверхпроводящий провод 1, выполненный с описанной выше конструкцией, также может обеспечить результаты, сходные с результатами сверхпроводящего провода, изображенного на Фиг.1.

Со ссылкой на Фиг.4 и 2, показывающие блок-схемы, иллюстрирующие способ изготовления такого сверхпроводящего провода, описывается способ изготовления сверхпроводящего провода 1, изображенного на Фиг.3. В данном случае Фиг.4 иллюстрирует способ формирования промежуточного слоя 3 сверхпроводящего провода 1, изображенного на Фиг.3.

Во-первых, осуществляют стадию приготовления подложки, изображенной на Фиг.2 (S10). После этого в качестве стадии формирования промежуточного слоя осуществляют стадию формирования нижнего промежуточного слоя, изображенного на Фиг.4 (S21). На этой стадии формирования нижнего промежуточного слоя 3а (S21) может быть использован любой способ осаждения пленки, такой как, например, способ, использованный на стадии формирования промежуточного слоя, изображенного на Фиг.2 (S20).

Во-вторых, осуществляют стадию формирования верхнего промежуточного слоя (S22). На этой стадии формирования верхнего промежуточного слоя 3b (S22) с таким же успехом может быть использован любой способ осаждения пленки.

Далее, может быть осуществлена стадия сглаживания для обеспечения плоскостности верхней поверхности верхнего промежуточного слоя 3b (S30) (смотри Фиг.2) и стадия формирования сверхпроводящего слоя (S40) (смотри Фиг.2). Таким образом может быть получен сверхпроводящий провод, изображенный на Фиг.3.

Второй вариант реализации

Со ссылкой на Фиг.5 описывается второй вариант реализации сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению.

Как показано на Фиг.5, сверхпроводящий провод 1 в основном имеет конструкцию, подобную сверхпроводящему проводу 1, изображенному на Фиг.1, за исключением того, что верхняя поверхность подложки 2 является отшлифованной поверхностью 20, которая отшлифована до планарности. Таким образом, с таким же успехом могут быть обеспечены результаты, сходные с результатами сверхпроводящего провода, изображенного на Фиг.1. Кроме того, так как верхняя поверхность подложки 2 также была планаризована, может быть дополнительно улучшена плоскостная ориентация сверхпроводящего слоя 4, который сформирован на самом верхнем уровне. Следовательно, могут быть дополнительно увеличены величина критического тока, так же как и плотность критического тока сверхпроводящего слоя 4.

Со ссылкой на Фиг.6 описывается способ изготовления сверхпроводящего провода, изображенного на Фиг.5.

Согласно изображенному на Фиг.6 способу изготовления сверхпроводящего провода первой осуществляют стадию приготовления подложки (S10), как это сделано в способе изготовления сверхпроводящего провода, изображенном на Фиг.2. Затем осуществляют стадию сглаживания для обеспечения плоскостности поверхности подложки (S50). На этой стадии сглаживания (S50) может быть использован любой способ сглаживания. Например, могут быть использованы любые из таких способов, как, например, ХМП, жидкостное травление и механическое полирование.

В данном случае отшлифованная поверхность 20 подложки 2 в выровненном состоянии имеет поверхностную шероховатость (Ra) самое большее 20 нм, более предпочтительно - самое большее 5 нм.

После этого подобно способу изготовления сверхпроводящего провода, изображенному на Фиг.2, осуществляют стадию формирования промежуточного слоя (S20), стадию сглаживания шлифованием для обеспечения плоскостности верхней поверхности промежуточного слоя (S30) и стадию формирования сверхпроводящего слоя (S40). Таким образом может быть получен сверхпроводящий провод 1, изображенный на Фиг.5.

Третий вариант реализации

Со ссылкой на Фиг.7 описывается третий вариант реализации сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению.

Сверхпроводящий провод 1, изображенный на Фиг.7, в основном имеет конструкцию, подобную сверхпроводящему проводу 1, изображенному на Фиг.3, за исключением того, что отшлифованная поверхность 10 образована на верхней поверхности нижнего промежуточного слоя 3а в промежуточном слое 3 вместо верхней поверхности верхнего промежуточного слоя 3b в промежуточном слое 3 и что верхняя поверхность подложки 2 отшлифована с образованием отшлифованной поверхности 20. Сверхпроводящий провод 1, выполненный с описанной выше конструкцией, также обеспечивает результаты, сходные с результатами сверхпроводящего провода 1, изображенного на Фиг.3. Кроме того, так как верхняя поверхность подложки 2 является также сглаженной отшлифованной поверхностью 20, планарность верхней поверхности промежуточного слоя 3 может быть дополнительно улучшена. Следовательно, плоскостная ориентация сверхпроводящего слоя 4 может быть дополнительно улучшена. Соответственно могут быть дополнительно улучшены такие свойства, как величина критического тока и плотность критического тока сверхпроводящего слоя 4.

Со ссылкой на Фиг.8 описывается способ изготовления сверхпроводящего провода 1, изображенного на Фиг.7.

Как показано на Фиг.8, согласно этому способу изготовления сверхпроводящего провода первой осуществляют стадию приготовления подложки (S10) подобно способу изготовления сверхпроводящего провода, изображенному на Фиг.2. Затем, как и в изображенном на Фиг.6 способе изготовления сверхпроводящего провода, осуществляют стадию сглаживания поверхности подложки (S50). На этой стадии сглаживания (S50) может быть использован любой способ сглаживания. Например, может быть использован способ ХМП для удаления поверхностного слоя подложки 2 на предварительно заданную толщину.

После этого осуществляют стадию формирования нижнего промежуточного слоя на отшлифованной поверхности 20 подложки 2 (S21). Таким образом формируют нижний промежуточный слой 3а (см. Фиг.7).

В дальнейшем осуществляют стадию сглаживания (S30) путем использования, например, полирования для того, чтобы частично удалить верхнюю поверхность нижнего промежуточного слоя и, тем самым, достичь сглаживания. На этой стадии сглаживания (S30) может быть использован, например, способ ХМП. Таким образом, на верхней поверхности нижнего промежуточного слоя 3а формируют отшлифованную поверхность 10 (см. Фиг.7).

После этого осуществляют стадию формирования верхнего промежуточного слоя 3b на отшлифованной поверхности 10 нижнего промежуточного слоя 3а (S22). В данном случае на стадии формирования нижнего промежуточного слоя (S21) и стадии формирования верхнего промежуточного слоя (S22) может быть использован любой способ осаждения пленки. Например, может быть использован такой способ физического осаждения из паровой фазы, как импульсное лазерное осаждение.

Затем осуществляют стадию формирования сверхпроводящего слоя 4 на верхнем промежуточном слое 3b (S40). Таким образом может быть получен сверхпроводящий провод, изображенный на Фиг.7.

Следует отметить, что, как показано на Фиг.9, каждый из нижнего промежуточного слоя 3а и верхнего промежуточного слоя 3b может состоять из множества слоев (двух слоев на Фиг.9). Со ссылкой на Фиг.9 описывается модифицикация сверхпроводящего провода 1, изображенного на Фиг.7.

Как показано на Фиг.9, сверхпроводящий провод 1 в основном имеет конструкцию, подобную сверхпроводящему проводу 1, изображенному на Фиг.7, за исключением конструкции нижнего промежуточного слоя 3а и верхнего промежуточного слоя 3b. В частности, в сверхпроводящем проводе 1, изображенном на Фиг.9, нижний промежуточный слой 3а состоит из первого промежуточного слоя 3с, сформированного на отшлифованной поверхности 20 подложки 2, и второго промежуточного слоя 3d, сформированного на этом первом промежуточном слое 3с. Кроме того, верхняя поверхность второго промежуточного слоя 3d является отшлифованной поверхностью 10. К тому же верхний промежуточный слой 3b, изображенный на Фиг.9, состоит из третьего промежуточного слоя 3е, сформированного на втором промежуточном слое 3d, и четвертого промежуточного слоя 3f, сформированного на третьем промежуточном слое 3е.

Сверхпроводящий провод 1, выполненный с описанной выше конструкцией, также обеспечивает результаты, подобные результатам сверхпроводящего провода 1, изображенного на Фиг.7.

Несмотря на то что верхний промежуточный слой 3b и нижний промежуточный слой 3а, изображенные на Фиг.9, каждый состоят из множества слоев (двух слоев на Фиг.9, однако верхний промежуточный слой 3b и нижний промежуточный слой 3а, каждый, могут состоять из любого числа слоев, то есть по меньшей мере трех), нижний промежуточный слой 3а может состоять из множества слоев, в то время как верхний промежуточный слой 3b может быть единственным слоем, как показано на Фиг.7. Наоборот, верхний промежуточный слой 3b может состоять из множества слоев, а нижний промежуточный слой 3а может быть единственным слоем, как показано на Фиг.7.

Описанные выше характерные конструкции сверхпроводящего провода как примера тонкопленочного материала согласно изобретению обобщаются следующим образом. Сверхпроводящий провод 1, показанный на Фиг.1, 3, 5, 7 и 9 в качестве тонкопленочного материала, включает в себя подложку 2, промежуточный тонкопленочный слой (промежуточный слой 3), сформированный на этой подложке и состоящий из одного слоя или по меньшей мере двух слоев, и монокристаллический тонкопленочный слой (сверхпроводящий слой 4), сформированный на этом промежуточном тонкопленочном слое (промежуточном слое 3). Верхняя поверхность (отшлифованная поверхность 10, как показано, например, на Фиг.1, 3 и 5), которая представляет собой верхнюю поверхность по меньшей мере одного слоя этого промежуточного тонкопленочного слоя (промежуточного слоя 3) и которая обращена к монокристаллическому тонкопленочному слою (сверхпроводящему слою 4), является отшлифованной. Таким образом, верхняя поверхность промежуточного слоя 3, которая обращена к сверхпроводящему слою 4, отшлифована до сглаженной, и поэтому могут быть улучшены такие свойства, как гладкость поверхности и плоскостная ориентация сверхпроводящего слоя 4, сформированного на отшлифованной верхней поверхности (отшлифованной поверхности 10).

Сверхпроводящий провод 1 в качестве тонкопленочного материала согласно настоящему изобретению включает в себя, как показано, например, на Фиг.1, 3 и 5, подложку 2, промежуточный тонкопленочный слой (промежуточный слой 3), сформированный на этой подложке и состоящий из одного слоя или по меньшей мере двух слоев, и монокристаллический тонкопленочный слой (сверхпроводящий слой 4), сформированный на этом промежуточном тонкопленочном слое (промежуточном слое 3). Поверхность (отшлифованная поверхность 10), которая представляет собой поверхность промежуточного тонкопленочного слоя (промежуточного слоя 3) и которая находится в 'контакте с монокристаллическим тонкопленочным слоем (сверхпроводящим слоем 4), является отшлифованной.

Таким образом, верхняя поверхность (отшлифованная поверхность 10) промежуточного тонкопленочного слоя (промежуточного слоя 3), которая обращена к сверхпроводящему слою 4, отшлифована до сглаженной, и поэтому могут быть улучшены такие свойства, как гладкость поверхности и плоскостная ориентация монокристаллического тонкопленочного слоя (сверхпроводящего слоя 4), сформированного на этой отшлифованной верхней поверхности (отшлифованной поверхности 10). Соответственно улучшенные гладкость поверхности и плоскостная ориентация сверхпроводящего слоя 4 могут обеспечить улучшения таких свойств, как величина критического тока и плотность критического тока сверхпроводящего провода 1.

Сверхпроводящий провод 1 в качестве тонкопленочного материала согласно настоящему изобретению включает в себя, как показано на Фиг.7 и 9, подложку 2, промежуточный тонкопленочный слой (промежуточный слой 3) и монокристаллический тонкопленочный слой (сверхпроводящий слой 4), сформированный на промежуточном слое 3. Промежуточный слой 3 включает в себя нижний промежуточный тонкопленочный слой, сформированный на подложке 2 и состоящий из одного слоя или по меньшей мере двух слоев (нижнего промежуточного слоя 3а, изображенного на Фиг.7, или нижнего промежуточного слоя 3а, состоящего из первого и второго промежуточных слоев 3с, 3d, изображенных на Фиг.9), и верхний промежуточный тонкопленочный слой, сформированный на этом нижнем промежуточном тонкопленочном слое (нижнем промежуточном слое 3а) и состоящий из одного слоя или по меньшей мере двух слоев (верхнего промежуточного слоя 3b, изображенного на Фиг.7, или нижнего промежуточного слоя 3b, состоящего из третьего и четверного промежуточных слоев 3е, 3f, изображенных на Фиг.9). Верхняя поверхность (отшлифованная поверхность 10), которая представляет собой верхнюю поверхность нижнего промежуточного тонкопленочного слоя (нижнего промежуточного слоя 3а) и которая находится в контакте с верхним промежуточным тонкопленочным слоем (верхним промежуточным слоем 3b), является отшлифованной.

Таким образом, верхняя поверхность нижнего промежуточного слоя 3а отшлифована до планарности, и соответственно верхняя поверхность (поверхность, обращенная к сверхпроводящему слою 4) верхнего промежуточного слоя 3b может быть улучшена по планарности. Поэтому такие свойства, как гладкость поверхности и плоскостная ориентация монокристаллического тонкопленочного слоя (сверхпроводящего слоя 4), сформированного на этом верхнем промежуточном слое 3b, могут быть улучшены. Улучшенные гладкость поверхности и плоскостная ориентация сверхпроводящего слоя 4 могут обеспечить улучшение таких свойств, как величина критического тока и плотность критического тока сверхпроводящего слоя 4.

Что касается описанного выше сверхпроводящего провода 1, как показано, например, на Фиг.5, 7 и 9, то та верхняя поверхность (отшлифованная поверхность 20) подложки 2, которая обращена к промежуточному тонкопленочному слою (промежуточному слою 3), может быть отшлифована. В этом случае, так как верхняя поверхность подложки 2 предварительно отшлифована, могут быть улучшены по планарности верхняя поверхность (обращенная к сверхпроводящему слою 4) промежуточного слоя 3, сформированного на отшлифованной поверхности (отшлифованной поверхность 20), или верхняя поверхность нижнего промежуточного слоя 3а, который является компонентом промежуточного слоя 3, как показано на Фиг.7. Таким образом, в случае когда стадию шлифования (стадию сглаживания (S30), изображенную на Фиг.6) осуществляют на верхней поверхности промежуточного слоя 3, которая обращена к сверхпроводящему слою 4, или стадию шлифования (стадию сглаживания (S30), изображенную на Фиг.8) осуществляют на верхней поверхности нижнего промежуточного слоя 3а, может быть достигнута достаточная планарность, несмотря на то что степень шлифования (количество сошлифованного вещества) поддерживается небольшой. Таким образом, время, затраченное на процесс изготовления сверхпроводящего провода 1, может быть сокращено, и следовательно, могут быть снижены затраты на изготовление сверхпроводящего провода 1.

Кроме того, когда шлифованию подлежит верхняя поверхность промежуточного слоя 3 или верхняя поверхность нижнего промежуточного слоя 3а, которые шлифуются в случае, когда поверхность подложки 2 не отшлифована, в некоторой степени гарантируется планарность верхней поверхности промежуточного слоя 3 (или верхней поверхности нижнего промежуточного слоя 3а) уже до того, как шлифуется верхняя поверхность промежуточного или нижнего промежуточного слоя. Вследствие этого планарность верхней поверхности промежуточного слоя 3 (или верхней поверхности нижнего промежуточного слоя 3а) и ориентация промежуточного слоя 3 могут быть дополнительно улучшены. Соответственно могут быть дополнительно улучшены такие свойства, как гладкость поверхности и плоскостная ориентация монокристаллического тонкопленочного слоя (сверхпроводящего слоя 4), сформированного на этом промежуточном тонкопленочном слое (промежуточном слое 3).

Что касается описанного выше тонкопленочного материала (сверхпроводящего провода 1), то монокристаллический тонкопленочный слой (сверхпроводящий слой 4) является сверхпроводящим тонкопленочным слоем. В этом случае, когда в качестве тонкопленочного материала предложена конструкция сверхпроводящего провода 1, может быть использована структура тонкопленочного материала согласно настоящему изобретению. Вследствие этого сверхпроводящий тонкопленочный слой (сверхпроводящий слой 4) может быть сформирован в виде монокристаллического тонкопленочного слоя, как показано, например, на Фиг.1 и 3, так чтобы получить сверхпроводящий тонкопленочный слой (сверхпроводящий слой 4), который обладает превосходными гладкостью поверхности и плоскостной ориентации. Соответственно может быть получен сверхпроводящий тонкопленочный слой (сверхпроводящий слой 4), который обладает такими превосходными свойствами, как величина критического тока и плотность критического тока.

Что касается описанного выше сверхпроводящего провода 1, то подложка 2 может быть выполнена из металла. Кроме того, подложка 2 по форме может быть длинной полосой. Промежуточный слой 3 может быть выполнен из оксида, имеющего кристаллическую структуру одного из следующих типов: типа каменной соли, типа флюорита, типа перовскита и типа пирохлора. Например, промежуточный слой 3 может быть выполнен из YSZ (стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония), оксида редкоземельного элемента, подобного, например, CeO₂, BZO (BaZrO₃), STO (SrTiO₃) или Al₂О₃. Как показано на Фиг.3, 7 и 9, в случае когда промежуточный слой 3 состоит из множества слоев, промежуточные слои от 3а до 3f, составляющие промежуточный слой 3, могут быть выполнены из соответствующих материалов, отличающихся друг от друга. Сверхпроводящий слой 4 может быть выполнен из сверхпроводника RE-123, т.е. сверхпроводника формулы REBa₂Cu₃O_y (где RE - редкоземельные элементы). Таким образом, так как промежуточный слой 3 и сверхпроводящий слой 4 сформированы на подложке 2, выполненной из гибкого металла, то может быть реализован сверхпроводящий провод 1, который легко деформировать, например изогнуть, и который служит в качестве сверхпроводящего тонкопленочного материала, имеющего большую величину критического тока и плотности критического тока.

В качестве способа изготовления тонкопленочного материала согласно настоящему изобретению способ изготовления сверхпроводящего провода 1 включает в себя стадии приготовления подложки (S10), формирования на этой подложке промежуточного слоя 3 в виде промежуточного тонкопленочного слоя 3, состоящего из одного слоя или по меньшей мере двух слоев (S20, S21, S22), обработки шлифованием самой верхней поверхности промежуточного слоя 3 (стадию S30 сглаживания на Фиг.2 и 6), и формирования монокристаллического тонкопленочного слоя на самой верхней поверхности (отшлифованной поверхности 10) промежуточного слоя 3, которая отшлифована на стадии обработки, а именно - стадию формирования сверхпроводящего слоя 4 в виде сверхпроводящего тонкопленочного слоя (стадию формирования сверхпроводящего слоя на Фиг.2 и 6) (S40). Таким образом, может быть легко изготовлен сверхпроводящий провод 1 в качестве тонкопленочного материала согласно настоящему изобретению. Кроме того, так как монокристаллический тонкопленочный слой (сверхпроводящий слой 4) может быть сформирован на самой верхней поверхности промежуточного слоя 3, которая отшлифована до достижения высокой степени планарности, то может быть улучшена гладкость поверхности и плоскостная ориентация сверхпроводящего слоя 4. Соответственно могут быть улучшены такие характеристики, как величина критического тока и плотность критического тока сверхпроводящего слоя 4.

В качестве способа изготовления тонкопленочного материала согласно настоящему изобретению способ изготовления сверхпроводящего провода 1 включает в себя стадии приготовления подложки (S10), формирования на этой подложке нижнего промежуточного слоя 3а в виде нижнего промежуточного тонкопленочного слоя, состоящего из одного слоя или по меньшей мере двух слоев (стадия S21 на Фиг.8), обработки шлифованием самой верхней поверхности нижнего промежуточного слоя 3а (стадию S30 сглаживания на Фиг.8), формирования верхнего промежуточного тонкопленочного слоя (верхнего промежуточного слоя 3b), состоящего из одного слоя или по меньшей мере двух слоев, на самой верхней поверхности нижнего промежуточного слоя 3а, которая отшлифована на стадии обработки (стадию S22 на Фиг.8), и формирования монокристаллического тонкопленочного слоя (сверхпроводящего слоя 4) на верхнем промежуточном слое 3b, а именно - формирования сверхпроводящего тонкопленочного слоя (стадию S40 формирования сверхпроводящего слоя на Фиг.8). Таким образом может быть легко изготовлен сверхпроводящий провод 1 согласно настоящему изобретению. Кроме того, так как самую верхнюю поверхность (верхнюю поверхность) нижнего промежуточного слоя 3а шлифуют до планарности, также улучшается планарность верхней поверхности (поверхности, обращенной к сверхпроводящему слою 4) верхнего промежуточного слоя 3b. Таким образом, могут быть улучшены такие свойства, как гладкость поверхности и плоскостная ориентация сверхпроводящего слоя 4, сформированного на этом верхнем промежуточном слое 3b. Соответственно могут быть улучшены такие свойства, как величина критического тока и плотность критического тока сверхпроводящего слоя 4.

Рассмотренный выше способ изготовления сверхпроводящего провода 1 дополнительно включает в себя стадию обработки подложки для шлифования поверхности подложки 2 (стадию S50 сглаживания поверхности подложки, показанную на Фиг.6 и 8). В этом случае, так как поверхность подложки 2 предварительно шлифуют, может быть улучшена планарность поверхности (обращенной к сверхпроводящему слою 4) промежуточного слоя 3, который формируют на отшлифованной поверхности (отшлифованной поверхности 20), или планарность верхней поверхности нижнего промежуточного слоя 3а в качестве компонента промежуточного слоя 3. Таким образом, в случае когда шлифуют верхнюю поверхность промежуточного слоя 3, которая обращена к сверхпроводящему слою 4. или шлифуют верхнюю поверхность нижнего промежуточного слоя 3а, достаточная планарность может быть достигнута при сохранении количества сошлифованного вещества небольшим. Кроме того, когда шлифованию подлежит верхняя поверхность промежуточного слоя 3 или верхняя поверхность нижнего промежуточного слоя 3а, которые шлифуются в случае, когда поверхность подложки 2 не отшлифована, поскольку планарность верхней поверхности промежуточного слоя 3 (или верхней поверхности нижнего промежуточного слоя 3а) в некоторой степени гарантируется уже до того, как шлифуют верхнюю поверхность промежуточного или нижнего промежуточного слоя, могут быть дополнительно улучшены планарность верхней поверхности промежуточного слоя 3 (или верхней поверхности нижнего промежуточного слоя 3а), а также ориентация промежуточного тонкопленочного слоя.

Пример 1

С целью подтверждения достижения результатов настоящего изобретения был проведен следующий эксперимент. В частности, приготовили образец согласно сравнительному примеру, а также образцы согласно примерам 1 и 2 и измерили плотность критического тока сверхпроводящего слоя каждого образца, как указано ниже. В таблице 1 приведены часть свойств и значение измеренной плотности критического тока каждого образца.

Таблица 1   Сравнительный пример Пример 1 Пример 2 Шлифование подложки не осуществляли не осуществляли не осуществляли Шлифование промежуточного слоя не осуществляли осуществляли осуществляли Шероховатость поверхности подложки (нм) 98 98 2,5 Шероховатость поверхности промежуточного слоя (нм) 112 8,5 2,1 Полная ширина на полувысоте максимума для промежуточных слоев ΔФ (°) 12,8 10,1 8,1 Плотности критического тока сверхпроводящего слоя (МА/см²) 0 0,7 2,1

В сравнительном примере и примерах 1 и 2 подложка, промежуточный слой, сформированный на этой подложке, и сверхпроводящий слой, сформированный на этом промежуточном слое, образуют трехслойную структуру, как показано на Фиг.1. В качестве подложки использовали подложку из сплава никеля (Ni). Эта подложка из сплава Ni имела шероховатость поверхности (Ra) в 98 нм. В качестве промежуточного слоя на эту подложку из сплава Ni осаждали стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония (YSZ) с помощью импульсного лазерного осаждения. Слой YSZ имел толщину 1 мкм. Кроме того, в качестве сверхпроводящего слоя использовали оксидный сверхпроводник НоВа₂Cu₃О_у (у составляет приблизительно от 6 до 7, более предпочтительно - приблизительно 7). Этот материал в дальнейшем обозначен просто как НоВСО. Этот сверхпроводящий слой осаждали с помощью импульсного лазерного осаждения до толщины пленки 0,25 мкм в каждом из сравнительного примера и примеров 1 и 2.

Структура каждого образца была подтверждена. Что касается образца согласно сравнительному примеру, то на подложку из сплава Ni, как указано выше, осаждали непосредственно YSZ в качестве промежуточного слоя до толщины 1 мкм без использования такой обработки, как шлифование поверхности подложки. Затем, без использования такой обработки, как шлифование верхней поверхности промежуточного слоя YSZ, на промежуточный слой осаждали сверхпроводящий слой НоВСО с помощью импульсного лазерного осаждения до толщины 0,25 мкм.

В качестве образца согласно примеру 1 на подложку из сплава Ni осаждали YSZ в качестве промежуточного слоя с помощью импульсного лазерного осаждения до толщины 1 мкм, как это было сделано в случае образца согласно сравнительному примеру. Затем верхнюю поверхность этого промежуточного слоя шлифовали способом ХМП для удаления верхней поверхности на толщину 0,25 мкм. Этот процесс шлифования может быть двухстадийным процессом шлифования. В частности, на первой стадии применяют способ ХМП, используя обычную суспензию для удаления верхней поверхности промежуточного слой на заданную толщину, а на последующей второй стадии выполняют шлифование верхней поверхности промежуточного слоя, используя вместо суспензии абразивное полотно (шлифовальную шкурку) вместе с водой (механическое шлифование). Согласно этой технологии сначала используют обычную суспензию для осуществления обычного ХМП так, чтобы осуществить шлифование с определенной скоростью шлифования (удаленная шлифованием толщина в единицу времени), а после этого осуществляют механическое шлифование, используя вместо суспензии воду, и, таким образом, точность управления толщиной удаленной шлифованием пленки может быть улучшена, при этом скорость шлифования уменьшается. Соответственно одновременно в некоторой степени могут быть достигнуты как сокращение времени обработки, требуемого для шлифования, так и улучшение точности управления толщиной удаляемой пленки. Кроме того, для этого шлифования вместо ХМП может быть использован любой способ механического шлифования или какой-либо другой способ (например, жидкостное травление). На этот промежуточный слой, подвергнутым такому шлифованию, осаждали сверхпроводящий слой НоВСО с помощью импульсного лазерного осаждения до толщины пленки 0,25 мкм, как это делали и в сравнительном примере.

Что касается образца согласно примеру 2, то поверхность подложки из сплава Ni шлифовали способом ХМП для шлифования поверхности подложки. Для этого процесса шлифования поверхности подложки из сплава Ni может быть использован любой подходящий способ шлифования, который применим в рассмотренном выше процессе шлифования промежуточного слоя. Кроме того, в процессе шлифования поверхности подложки эту поверхность подложки шлифовали с удалением поверхности на толщину 5 мкм. В результате поверхность подложки имела поверхностную шероховатость (Ra) 2,5 нм. На поверхность подложки, подвергнутую такому процессу шлифования, в качестве промежуточного слоя осаждали YSZ с помощью импульсного лазерного осаждения до толщины 1 мкм. Затем верхнюю поверхность YSZ в качестве промежуточного слоя шлифовали способом ХМП для удаления поверхности на толщину 0,25 мкм. Затем на YSZ в качестве подвергнутого шлифованию промежуточного слоя осаждали сверхпроводящий слой НоВСО с помощью импульсного лазерного осаждения до толщины 0,25 мкм.

Как показано в таблице 1, значение шероховатости поверхности YSZ, служащего в качестве промежуточного слоя, является меньшим в примерах 1 и 2 по сравнению с шероховатостью поверхности в сравнительном примере. Кроме того, сравнение шероховатости поверхности YSZ, служащего в качестве промежуточного слоя, в случае примера 1 и примера 2 показывает, что это значение в примере 2 меньше, чем соответствующее значение в примере 1. Причиной для этого, как представляется, является то, что благодаря шлифованию поверхности подложки величина шероховатости поверхности подложки, служащей в качестве нижележащего слоя, в примере 2 могла быть сделана меньшей, чем у подложки в примере 1.

Из таблицы 1 также видно, что значение полной ширины на полувысоте максимума для слоя YSZ, служащего в качестве промежуточного слоя, в примерах 1 и 2 является меньшим, чем соответствующее значение в сравнительном примере. Помимо этого значение полуширины для слоя YSZ, служащего в качестве промежуточного слоя, меньше в примере 2, чем в примере 1. Другими словами, видно, что образец согласно примеру 2 обладает лучшей ориентацией кристаллов (или кристаллитов) в слое YSZ. В данном описании полуширина (АФ) относится к характеристическому значению, измеренному с помощью исследования рентгенографической полюсной фигуры, которое является характеристическим значением, указывающим на ориентацию кристаллов в слое YSZ.

Кроме того, для каждого из сравнительного примера и примеров 1 и 2 была измерена плотность критического тока сверхпроводящего слоя. Как показано в таблице 1, в результате установлено, что плотность критического тока сверхпроводящего слоя в сравнительном примере равна 0, в то время как плотность критического тока равна 0,7 в примере 1 и 2,1 - в примере 2. Другими словами, установлено, что плотность критического тока больше в примере 2, чем плотность критического тока в примере 1.

Пример 2

В качестве предпочтительного примера тонкопленочного материала согласно настоящему изобретению получали сверхпроводящий провод 1, который показан на Фиг.10. Со ссылкой на Фиг.10 проведено описание сверхпроводящего провода 1 согласно настоящему изобретению.

Как показано на Фиг.10, сверхпроводящий провод 1 по настоящему изобретению имеет первый промежуточный слой 3с, сформированный на подложке 2. На первом промежуточном слое 3с сформирован второй промежуточный слой 3d. Нижний промежуточный сдои 3а состоит из первого промежуточного слоя 3с и второго промежуточного слоя 3d. На втором промежуточном слое 3d сформирован верхний промежуточный слой 3b. На верхнем промежуточном слое 3b сформирован сверхпроводящий слой 4.

Верхняя поверхность подложки 2 является отшлифованной поверхностью 20, которая была отшлифована. Верхняя поверхность второго промежуточного слоя 3d (то есть верхняя поверхность нижнего промежуточного слоя 3а) является отшлифованной поверхностью 10, которая была отшлифована. В качестве способа шлифования используют ХМП, как описано при рассмотрении примера 1. Взамен этого может быть использован любой подходящий способ шлифования.

В качестве подложки 2 используют подложку из сплава Ni в качестве примера металлической подложки. Кроме того, в качестве материала для первого промежуточного слоя 3с используют оксид церия (диоксид церия). Этот первый промежуточный слой 3с является так называемым затравочным слоем для обеспечения хорошей ориентации, например, для второго промежуточного слоя 3d, и для этого первого промежуточного слоя может также быть использован другой материал. Первый промежуточный слой 3с может иметь толщину Т1, например, самое большее 1 мкм.

В качестве материала второго промежуточного слоя 3d используют YSZ. Второй промежуточный слой 3d формируют в качестве антидиффузионного слоя для предотвращения диффузии элементов, которые являются составляющими сформированного выше сверхпроводящего слоя 4, в направлении подложки 2. С целью надежного обеспечения этой антидиффузионного способности толщину Т2 второго промежуточного слоя 3d задают относительно большей, чем соответствующие толщины прочих промежуточных слоев (толщина Т1 первого промежуточного слоя 3с и толщина Т3 верхнего промежуточного слоя 3b). Например, толщина Т2 второго промежуточного слоя 3d может составлять самое большее 4 мкм. В качестве материала для второго промежуточного слоя 3d вместо YSZ может быть использован любой подходящий материал.

В качестве материала для верхнего промежуточного слоя 3b используют, например, оксид церия (диоксид церия). Верхний промежуточный слой 3b является так называемым слоем согласования постоянных кристаллических решеток и предусматривается с целью формирования слоя с постоянной кристаллической решетки, относительно близкой к постоянной кристаллической решетки сверхпроводящего слоя 4, чтобы в результате на верхней поверхности верхнего промежуточного слоя сформировался сверхпроводящий слой 4 с хорошей ориентацией. Толщина Т3 верхнего промежуточного слоя 3b может составлять, например, самое большее 1 мкм. В качестве материала для верхнего промежуточного слоя 3b вместо диоксида церия может быть использован любой подходящий материал.

В качестве сверхпроводящего слоя 4 используют сверхпроводящий слой НоВСО. Этот сверхпроводящий слой НоВСО осаждают с помощью импульсного лазерного осаждения, как это сделано в случае образца согласно примеру 1. Толщина сверхпроводящего слоя НоВСО может составлять, например, 0,25 мкм.

Верхняя поверхность подложки 2 является отшлифованной поверхностью 20, которая была отшлифована с использованием, например, ХМП и которая может иметь поверхностную шероховатость (Ra), например 2,5 нм. Таким образом, верхняя поверхность подложки 2 является отшлифованной поверхностью 20, и соответственно может быть гарантирована планарность верхней поверхности подложки 2, служащей в качестве нижележащего слоя для промежуточного слоя 3 (например, второго промежуточного слоя 3d). В результате первоначальная поверхностная шероховатость подлежащей шлифованию поверхности промежуточного слоя 3 может быть понижена. Поэтому в случае когда (верхнюю) поверхность промежуточного слоя 3 (например, второго промежуточного слоя 3d) шлифуют для достижения заданной шероховатости этой поверхности, количество сошлифованного вещества может быть понижено и, таким образом, может быть сокращено время, требуемое для осуществления процесса изготовления сверхпроводящего провода. Кроме того, так как верхняя поверхность подложки 2, служащая в качестве нижележащего слоя, является отшлифованной поверхностью 20 с хорошей планарностью, то может быть улучшена ориентация промежуточного слоя (в частности, нижнего промежуточного слоя 3а).

К тому же верхняя поверхность второго промежуточного слоя 3d также является отшлифованной поверхностью 10, подвергнутой процессу шлифования с использованием, например, ХМП. Шероховатость (Ra) поверхности второго промежуточного слоя 3d может составлять, например, 2,1 нм. Таким, образом, верхняя поверхность второго промежуточного слоя 3d является отшлифованной поверхностью 10, так что слой, сформированный на этом втором промежуточном слое 3d (верхний промежуточный слой 3b и сверхпроводящий слой 4) могут быть улучшен по ориентации.

В дополнение к этому второй промежуточный слой 3d служит в качестве антидиффузионного слоя и поэтому имеет относительно большую толщину Т2, как описано выше. Таким образом, в случае когда толщины Т2 является большой, планарность верхней поверхности второго промежуточного слоя 3d имеет тенденцию к ухудшению по мере того, как толщина Т2 становиться большей. Другими словами, в условиях, когда соответствующие нижележащие слои первого промежуточного слоя 3с, второго промежуточного слоя 3d и верхнего промежуточного слоя 3b являются одинаковыми, верхняя поверхность второго промежуточного слоя 3d обладает тенденцией иметь большую поверхностную шероховатость. Вследствие этого верхняя поверхность второго промежуточного слоя 3d, которая имеет самую большую поверхностную шероховатость (плохую планарность), может быть подшлифована до достижения отшлифованной поверхности 10 так, чтобы наиболее эффективно получить промежуточный слой 3, имеющий высокую степень планарности.

Более того, верхняя поверхность второго промежуточного слоя 3d (отшлифованная поверхность 10) может накапливать механические напряжения вследствие процесса шлифования. Присутствие такого дефекта, как механическое напряжение, может оказывать влияние на ориентацию, например, сверхпроводящего слоя 4 в случае, когда сверхпроводящий слой 4 формируют непосредственно на этой отшлифованной поверхности 10. Поэтому на отшлифованной поверхности 10 формируют верхний промежуточный слой 3b, a сверхпроводящий слой 4 формируют на этом верхнем промежуточном слое 3b. Таким образом, даже если такой дефект и присутствует в отшлифованной поверхности 10, свойства пленки (такое свойство, как ориентация) сверхпроводящего слоя 4 могут быть защищены от такого влияния.

В сверхпроводящем проводе 1, изображенном на Фиг.10, может быть отшлифована только верхняя поверхность второго промежуточного слоя 3d. Если толщина Т2 второго промежуточного слоя 3d является, например, достаточно небольшой, то может быть отшлифована только верхняя поверхность подложки 2 с образованием отшлифованной поверхности 20.

Помимо этого может быть отшлифована, например, верхняя поверхность 30 первого промежуточного слоя 3с или верхняя поверхность 40 верхнего промежуточного слоя 3b с получением отшлифованной поверхности. Например, верхняя поверхность 30 первого промежуточного слоя 3с может быть отшлифованной поверхностью с целью дополнительного улучшения ориентации второго промежуточного слоя 3d и верхнего промежуточного слоя 3b. Кроме того, может быть улучшена, например, планарность верхней поверхности в исходном состоянии второго промежуточного слоя 3d, сформированного на первом промежуточном слое 3с, так что количество сошлифованного вещества может быть понижено в процессе шлифования при шлифовании верхней поверхности второго промежуточного слоя 3d с целью обеспечения заданной шероховатости поверхности. Более того, когда верхнюю поверхность 40 верхнего промежуточного слоя 3b делают отшлифованной поверхностью, может быть дополнительно улучшена ориентация сверхпроводящего слоя 4.

Следует считать, что варианты реализации и примеры, раскрытые в данном описании, представлены во всех отношениях лишь с целью иллюстрации и приведения примера, а не с целью ограничения. Имеется в виду, что объем настоящего изобретения определяется не этими вариантами реализации, а формулой изобретения и включают в себя все модификации в пределах значения и диапазона эквивалентов формулы изобретения.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение применимо к тонкопленочному материалу, имеющему монокристаллический тонкопленочный слой. В частности, изобретение применимо к тонкопленочному материалу, имеющему такой монокристаллический тонкопленочный слой в качестве сверхпроводящего слоя, для которого требуется наличие таких превосходных свойств, как гладкость поверхности и плоскостная ориентация.

Изобретение относится к тонкопленочному материалу с монокристаллическим тонкопленочным слоем и способу его изготовления. Тонкопленочный материал (1) со сверхпроводящим монокристаллическим тонкопленочным слоем содержит подложку из сплава на основе никеля (2), промежуточный тонкопленочный слой (3), сформированный на упомянутой подложке (2) и состоящий по меньшей мере из одного слоя, и сверхпроводящий монокристаллический тонкопленочный слой (4), сформированный на упомянутом промежуточном тонкопленочном слое (3), в котором верхняя поверхность (10), которая представляет собой верхнюю поверхность по меньшей мере одного слоя упомянутого промежуточного тонкопленочного слоя (3), обращенная к упомянутому сверхпроводящему монокристаллическому тонкопленочному слою (4), является отшлифованной. Тонкопленочный материал и способ его получения обеспечивают получение монокристаллического тонкопленочного слоя, имеющего улучшенные гладкость поверхности, плоскостную ориентацию. 5 н. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Тонкопленочный материал (1) со сверхпроводящим монокристаллическим тонкопленочным слоем, содержащий подложку из сплава на основе никеля (2); промежуточный тонкопленочный слой (3), сформированный на упомянутой подложке (2) и состоящий из по меньшей мере одного слоя; и сверхпроводящий монокристаллический тонкопленочный слой (4), сформированный на упомянутом промежуточном тонкопленочном слое (3), в котором верхняя поверхность (10), которая представляет собой верхнюю поверхность по меньшей мере одного слоя упомянутого промежуточного тонкопленочного слоя (3), обращенная к упомянутому сверхпроводящему монокристаллическому тонкопленочному слою (4), является отшлифованной.

2. Тонкопленочный материал (1) со сверхпроводящим монокристаллическим тонкопленочным слоем, содержащий подложку из сплава на основе никеля (2); промежуточный тонкопленочный слой (3), сформированный на упомянутой подложке (2) и состоящий из по меньшей мере одного слоя; и сверхпроводящий монокристаллический тонкопленочный слой (4), сформированный на упомянутом промежуточном тонкопленочном слое (3), в котором поверхность (10), представляющая собой поверхность упомянутого промежуточного тонкопленочного слоя и находящаяся в контакте с упомянутым сверхпроводящим монокристаллическим тонкопленочным слоем, является отшлифованной.

3. Тонкопленочный материал (1) со сверхпроводящим монокристаллическим тонкопленочным слоем, содержащий подложку из сплава на основе никеля (2); промежуточный тонкопленочный слой (3), включающий нижний промежуточный тонкопленочный слой (3а), сформированный на упомянутой подложке (2) и состоящий из по меньшей мере одного слоя, и верхний промежуточный тонкопленочный слой (3b), сформированный на упомянутом нижнем промежуточном тонкопленочном слое (3а) и состоящий из по меньшей мере одного слоя; и сверхпроводящий монокристаллический тонкопленочный слой (4), сформированный на упомянутом промежуточном тонкопленочном слое (3), в котором поверхность (10), представляющая собой поверхность упомянутого нижнего промежуточного тонкопленочного слоя (3а) и находящаяся в контакте с упомянутым верхним промежуточным тонкопленочным слоем (3b), является отшлифованной.

4. Тонкопленочный материал по любому из пп.1-3, в котором верхняя поверхность (20) упомянутой подложки (2), представляющая собой верхнюю поверхность, обращенную к упомянутому промежуточному тонкопленочному слою (3), является отшлифованной.

5. Тонкопленочный материал по любому из пп.1-3, в котором упомянутая подложка (2) выполнена из сплава на основе никеля, упомянутый промежуточный тонкопленочный слой (3) выполнен из оксида, имеющего кристаллическую структуру одного из следующих типов: типа каменной соли, типа флюорита, типа перовскита и типа пирохлора, и упомянутый сверхпроводящий монокристаллический тонкопленочный слой (4) выполнен из сверхпроводника RE-123.

6. Способ изготовления тонкопленочного материала со сверхпроводящим монокристаллическим тонкопленочным слоем, включающий стадии:
приготовления подложки из сплава на основе никеля (2);
формирования промежуточного тонкопленочного слоя (3), состоящего из по меньшей мере одного слоя, на упомянутой подложке (2);
обработки шлифованием самой верхней поверхности упомянутого промежуточного тонкопленочного слоя (3); и
формирования сверхпроводящего монокристаллического тонкопленочного слоя (4) на самой верхней поверхности упомянутого промежуточного тонкопленочного слоя (3).

7. Способ изготовления тонкопленочного материала со сверхпроводящим монокристаллическим тонкопленочным слоем, включающий стадии:
приготовления подложки из сплава на основе никеля (2);
формирования нижнего промежуточного тонкопленочного слоя (3а), состоящего из по меньшей мере одного слоя, на упомянутой подложке (2);
обработки шлифованием самой верхней поверхности упомянутого нижнего промежуточного тонкопленочного слоя (3а);
формирования верхнего промежуточного тонкопленочного слоя (3b), состоящего из по меньшей мере одного слоя, на самой верхней поверхности упомянутого нижнего промежуточного тонкопленочного слоя (3а); и
формирования сверхпроводящего монокристаллического тонкопленочного слоя (4) на упомянутом верхнем промежуточном тонкопленочном слое (3b).

8. Способ по п.6 или 7, дополнительно включающий в себя стадию обработки подложки шлифованием поверхности упомянутой подложки.