JP2003096563A - Method for forming polycrystalline thin film and oxide superconductor - Google Patents

Method for forming polycrystalline thin film and oxide superconductor

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JP2003096563A
JP2003096563A JP2001288868A JP2001288868A JP2003096563A JP 2003096563 A JP2003096563 A JP 2003096563A JP 2001288868 A JP2001288868 A JP 2001288868A JP 2001288868 A JP2001288868 A JP 2001288868A JP 2003096563 A JP2003096563 A JP 2003096563A
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polycrystalline
thin film
ion beam
polycrystalline thin
forming
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Application number
JP2001288868A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Iijima
康裕 飯島
Kazutomi Kakimoto
一臣 柿本
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Fujikura Ltd
International Superconductivity Technology Center
Original Assignee
Fujikura Ltd
International Superconductivity Technology Center
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for obtaining polycrystalline thin film which aligns c-axis of the crystal grain useful for the formation of oxide superconductor perpendicularly to the film forming surface of substrate, in addition, also aligns a-axis or b-axis of crystal axis of the crystal grain along the surface parallel to the film forming surface and is excellent in crystalline orientation. SOLUTION: This method forms the polycrystalline thin film of multiple oxide having a pyrochlore crystalline structure represented by composition formula of YZrO, GdZrO or EuZrO on the film forming surface of polycrystalline substrate. Therein, the temperature of the polycrystalline substrate is retained to a specified temperature of 90-300 deg.C and the thin film is formed by the ion beam assist method. In this polycrystalline thin film obtained by the method, a grain boundary oblique angle constituted by the same crystalline axis of respective crystal grains along the surface parallel to the film forming surface of the polycrystalline substrate is <=20 deg., Therein, EuZrO is useful, too.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導特性に優れ
た酸化物超電導導体を形成するのに有用な、結晶方位の
整ったパイロクロア型の結晶構造を有する多結晶薄膜の
形成方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a polycrystalline thin film having a pyrochlore type crystal structure with an aligned crystal orientation, which is useful for forming an oxide superconducting conductor having excellent superconducting properties. .

【0002】[0002]

【従来の技術】近年になって発見された酸化物超電導体
は、液体窒素温度を超える臨界温度を示す優れた超電導
体であるが、現在この種の酸化物超電導体を実用的な超
電導体として使用するためには、種々の解決するべき問
題点が存在している。その問題点の1つが、酸化物超電
導体の臨界電流密度が低いという問題である。前記酸化
物超電導体の臨界電流密度が低いという問題は、酸化物
超電導体の結晶自体に電気的な異方性が存在することが
大きな原因となっており、特に酸化物超電導体はその結
晶軸のa軸方向とb軸方向は電気を流し易いが、c軸方
向は電気を流しにくいことが知られている。このような
観点から酸化物超電導体を基材上に形成してこれを超電
導導体として使用するためには、基材上に結晶配向性の
良好な状態の酸化物超電導体を形成し、しかも、電気を
流そうとする方向に酸化物超電導体の結晶のa軸あるい
はb軸を配向させ、その他の方向に酸化物超電導体のc
軸を配向させる必要がある。
2. Description of the Related Art Oxide superconductors discovered in recent years are excellent superconductors exhibiting a critical temperature exceeding liquid nitrogen temperature. Currently, oxide superconductors of this kind are used as practical superconductors. There are various problems to be solved for use. One of the problems is that the oxide superconductor has a low critical current density. The problem that the critical current density of the oxide superconductor is low is largely due to the existence of electrical anisotropy in the crystal itself of the oxide superconductor. It is known that electricity can easily flow in the a-axis direction and b-axis direction, but it is difficult to flow electricity in the c-axis direction. From such a viewpoint, in order to form an oxide superconductor on a substrate and use it as a superconducting conductor, an oxide superconductor in a good crystal orientation is formed on the substrate, and, Orient the a-axis or b-axis of the crystal of the oxide superconductor in the direction in which electricity is to flow, and the c-axis of the oxide superconductor in the other direction.
The axes need to be oriented.

【0003】そこで従来、金属テープなどの基材上に、
スパッタ装置を用いてMgOやSrTiO3 などの結晶
配向性の良好な中間層を被覆し、この中間層上に酸化物
超電導層を形成することが行なわれている。ところがこ
の種の中間層上にスパッタ装置により形成した酸化物超
電導層は、これらの材料からなる単結晶基材上に形成さ
れた酸化物超電導層(例えば、臨界電流密度数10万A
/cm2 )よりもかなり低い臨界電流密度(例えば、1
000〜10000A/cm2 程度)しか示さないとい
う問題があった。これは以下に説明する理由によるもの
と考えられる。
Therefore, conventionally, on a base material such as a metal tape,
A sputtering apparatus is used to coat an intermediate layer having a good crystal orientation such as MgO or SrTiO 3 and an oxide superconducting layer is formed on this intermediate layer. However, the oxide superconducting layer formed on the intermediate layer of this kind by a sputtering apparatus is an oxide superconducting layer (for example, a critical current density of several hundred thousand A) formed on a single crystal substrate made of these materials.
/ Cm 2) much lower critical current density than (e.g., 1
000-10,000 A / cm 2 ). This is considered to be due to the reason explained below.

【0004】図12は、金属テープなどの多結晶基材1
の上にスパッタ装置により、MgOやSrTiO3 など
の中間層5を形成し、この中間層5上にスパッタ装置に
より酸化物超電導層3を形成した酸化物超電導導体の構
造を示す斜視図である。図12に示す構造において、酸
化物超電導層3は多結晶状態であり、多数の結晶粒4が
無秩序に結合した状態となっている。これらの結晶粒4
の1つ1つを個々に見ると各結晶粒4の結晶のc軸は基
材表面に対してある程度垂直に配向しているものの、a
軸とb軸は無秩序な方向を向いているものと考えられ
る。
FIG. 12 shows a polycrystalline substrate 1 such as a metal tape.
3 is a perspective view showing a structure of an oxide superconducting conductor in which an intermediate layer 5 of MgO, SrTiO 3 or the like is formed on the intermediate layer 5 by a sputtering apparatus, and an oxide superconducting layer 3 is formed on the intermediate layer 5 by a sputtering apparatus. In the structure shown in FIG. 12, the oxide superconducting layer 3 is in a polycrystalline state, and a large number of crystal grains 4 are randomly bonded. These crystal grains 4
Looking at each of the above individually, although the c-axis of the crystal of each crystal grain 4 is oriented to be perpendicular to the substrate surface to some extent,
The axes and b-axis are thought to be oriented in random directions.

【0005】このように酸化物超電導層の結晶粒毎にa
軸とb軸の向きが無秩序になると、結晶配向性の乱れた
結晶粒界において超電導状態の量子的結合性が失なわれ
る結果、超電導特性、特に臨界電流密度の低下を引き起
こすものと考えられる。また、前記酸化物超電導体がa
軸配向又はb軸配向していない多結晶状態となるのは、
その下に形成された中間層5がa軸配向又はb軸配向し
ていない多結晶状態であるために、酸化物超電導層3を
成膜する場合に、中間層5の結晶に整合するように酸化
物超電導層3が成長するためであると思われる。
As described above, each crystal grain of the oxide superconducting layer has a
When the directions of the axis and the b-axis become disordered, the quantum coupling property of the superconducting state is lost at the grain boundaries where the crystal orientation is disordered, and as a result, the superconducting property, especially the critical current density, is considered to be lowered. Further, the oxide superconductor is a
The polycrystalline state which is not axially oriented or b-axis oriented is
Since the intermediate layer 5 formed thereunder is in a polycrystalline state without a-axis orientation or b-axis orientation, when the oxide superconducting layer 3 is formed, it should be aligned with the crystal of the intermediate layer 5. This is probably because the oxide superconducting layer 3 grows.

【0006】そこで本発明者らは先に、特殊な方法を用
いて多結晶基材上にa軸とb軸の配向性を良好にしたY
SZ( Yttrium Stabilized Zirconia:イットリウム安
定化ジルコニア、Y23を添加して安定化させた酸化ジ
ルコニウム)の中間層を形成し、この中間層上に酸化物
超電導層を成膜するならば、良好な臨界電流密度を発揮
する酸化物超電導導体を製造可能なことを見出した(特
開平6−145977号公報、特開平9−120719
号公報、特開平10−121238号公報、特開平10
−121239号公報参照)。
Therefore, the present inventors previously used a special method to improve the orientation of the a-axis and the b-axis on the polycrystalline substrate Y.
It is good if an intermediate layer of SZ (Yttrium Stabilized Zirconia: zirconium oxide stabilized by adding Y 2 O 3 ) is formed and an oxide superconducting layer is formed on this intermediate layer. It has been found that it is possible to manufacture an oxide superconducting conductor that exhibits a high critical current density (Japanese Patent Laid-Open Nos. 6-145977 and 9-120719).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-112238, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-212238
(See JP-A-121239).

【0007】これらの特許出願に係る技術は、YSZの
ターゲットを用いて多結晶基材上に成膜する際に、多結
晶基材の被成膜面の法線に対して斜め方向50〜60度
の入射角度でAr+ などのイオンビームを同時照射する
イオンビームアシスト法を行うことで、結晶配向性の悪
いYSZの結晶を選択的に除去し、結晶配向性の良好な
YSZの結晶を選択的に堆積させることができ、これに
より配向性の優れたYSZの中間層を成膜する技術であ
る。本願発明者らが先に特許出願した技術によれば、a
軸又はb軸が良好に配向したYSZの多結晶薄膜を得る
ことができ、この多結晶薄膜上に形成した酸化物超電導
体層は良好な臨界電流密度を発揮することを確認するこ
とができたので、本願発明者らは更に別の材料から、よ
り好ましい多結晶薄膜層を形成する技術の研究に着手し
た。
The techniques according to these patent applications, when forming a film on a polycrystalline substrate using a YSZ target, are in a direction of 50 to 60 oblique with respect to the normal to the film-forming surface of the polycrystalline substrate. The YSZ crystal with poor crystal orientation is selectively removed by performing the ion beam assist method in which an ion beam such as Ar + is simultaneously irradiated at an incident angle of 10 degrees, and a YSZ crystal with good crystal orientation is selected. It is a technique for forming an intermediate layer of YSZ which can be deposited in a desired manner and has excellent orientation. According to the technique previously filed by the inventors of the present application, a
It was possible to obtain a YSZ polycrystalline thin film in which the axis or the b axis was well oriented, and it was confirmed that the oxide superconductor layer formed on this polycrystalline thin film exhibited a good critical current density. Therefore, the inventors of the present application set about researching a technique for forming a more preferable polycrystalline thin film layer from another material.

【0008】その結果、金属テープの基材の上に配向性
の良好な結晶構造を有し、YSZよりも酸化物超電導体
に近い最近接原子間隔を有する物質を追求し、本発明者
らが先に提供しているイオンビームアシスト法を応用
し、基材上に結晶配向性の良好な多結晶薄膜を形成する
方法を提案した(特願2000−159249号明細書
参照)。
As a result, the inventors of the present invention pursued a substance having a crystal structure with a good orientation on the base material of a metal tape and having a closest atomic spacing closer to that of an oxide superconductor than YSZ. By applying the ion beam assist method provided previously, a method for forming a polycrystalline thin film having good crystal orientation on a substrate was proposed (see Japanese Patent Application No. 2000-159249).

【0009】すなわち、AZrOあるいはAHfOのい
ずれかの組成式(ただし、前記組成式においてAは、
Y、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Eu、Gd、S
m、Nd、Pr、Ce、Laの中から選択される1種を
示す。)で示されるパイロクロア型の結晶構造を有する
複合酸化物の結晶粒からなり、多結晶基材の被成膜面と
平行な面に沿う前記結晶粒の同一結晶軸が構成する粒界
傾角が30度以下である多結晶薄膜を、多結晶基材の被
成膜面上に形成する方法であり、スパッタ法により前記
多結晶薄膜の構成元素のターゲットから発生させた構成
粒子を多結晶基材上に堆積させる際に、多結晶基材を3
00℃以下の温度に加熱し、イオンソースが発生させる
イオンビームとして、Ar+のイオンビーム、Kr+のイ
オンビーム、Xe+のイオンビーム、あるいはこれらの
混合イオンビームを用い、前記イオンビームのイオンビ
ームエネルギーを150eV以上、300eV以下の範
囲に調整し、前記イオンビームを基材の被成膜面の法線
に対して50度以上、60度以下の入射角度で照射しな
がら前記構成粒子を基材上に堆積させる方法である。こ
のような結晶配向性の良好な多結晶薄膜上に酸化物超電
導層を形成することで、臨界電流密度の高い安定性に優
れた酸化物超電導導体を得ることができる。
That is, the composition formula of either AZrO or AHfO (where A is
Y, Yb, Tm, Er, Ho, Dy, Eu, Gd, S
One kind selected from m, Nd, Pr, Ce and La is shown. ), Which is composed of crystal grains of a complex oxide having a pyrochlore type crystal structure, and has a grain boundary tilt angle of 30 which is formed by the same crystal axes of the crystal grains along a plane parallel to the film formation surface of the polycrystalline substrate. Is a method for forming a polycrystalline thin film having a degree of less than or equal to a degree on the deposition surface of a polycrystalline base material, and forming the constituent particles generated from the target of the constituent elements of the polycrystalline thin film by the sputtering method on the polycrystalline base material. When depositing on a polycrystalline substrate,
As the ion beam generated by the ion source when heated to a temperature of 00 ° C. or lower, an Ar + ion beam, a Kr + ion beam, a Xe + ion beam, or a mixed ion beam thereof is used. The beam energy is adjusted to be in the range of 150 eV or more and 300 eV or less, and the ion beam is irradiated at an incident angle of 50 ° or more and 60 ° or less with respect to the normal line of the film formation surface of the base material while It is a method of depositing on a material. By forming an oxide superconducting layer on such a polycrystalline thin film having a good crystal orientation, an oxide superconducting conductor having a high critical current density and excellent stability can be obtained.

【0010】多結晶基材上に形成されたパイロクロア型
の多結晶着膜は、その上に酸化物系の超電導層を設けた
場合に、従来のYSZの多結晶薄膜よりも下記の点で有
利であると考えられる。すなわち、YSZの結晶におい
て主体となるZrO2 の格子定数は5.14Åであり、
このZrO2 の面心立方格子において面の中央に位置す
る原子と面のコーナー部分に位置する原子の間隔(最近
接原子間距離)が3.63Åであるとすると、例えばS
2Zr27 複合酸化物結晶の格子定数は10.59Å
であり、最近接原子間距離は3.74Åとなり、これら
に対してY1Ba2Cu37-xなる組成の酸化物超電導体
の最近接原子間距離は3.81Åであることを考慮する
と、YSZの多結晶薄膜よりもSm2Zr27 の複合酸
化物の多結晶薄膜の方が結晶の整合性の面では有利であ
ると考えられる。
A pyrochlore-type polycrystalline deposited film formed on a polycrystalline substrate is advantageous in the following points over a conventional YSZ polycrystalline thin film when an oxide-based superconducting layer is provided thereon. Is considered to be. That is, the lattice constant of ZrO 2 which is the main component in the YSZ crystal is 5.14Å,
In the face-centered cubic lattice of ZrO 2, if the distance between the atoms located at the center of the face and the atoms located at the corners of the face (closest interatomic distance) is 3.63Å, for example, S
The lattice constant of the m 2 Zr 2 O 7 composite oxide crystal is 10.59Å
Considering that the closest interatomic distance is 3.74Å, whereas the closest interatomic distance of the oxide superconductor having a composition of Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x is 3.81Å. Then, it is considered that the polycrystalline thin film of the Sm 2 Zr 2 O 7 composite oxide is more advantageous than the polycrystalline thin film of YSZ in terms of crystal matching.

【0011】即ち、イオンビームアシスト法を実施して
多結晶薄膜の原子を堆積させる際に、最近接原子間の距
離が近いものの方が、原子の正規な堆積がなされ易いも
のと考えている。また、Sm2Zr27 がパイロクロア
型の結晶構造であるので、パイロクロア型の結晶構造に
おいて近似する他の結晶格子のものとして、Gd2Zr2
7(最近接原子間距離3.72Å)、La2Zr2
7(最近接原子間距離3.81Å)、Ce2Zr27(最
近接原子間距離3.78Å)、Pr2Zr27(最近接
原子間距離3.78Å)、Gd2Hf27(最近接原子
間距離3.72Å)、Sm2Hf27(最近接原子間距
離3.74Å)、La2Hf27(最近接原子間距離
3.81Å)のいずれかの組成式で示されるパイロクロ
ア型の結晶構造を有するものも適用できる。
That is, when the atoms of the polycrystalline thin film are deposited by performing the ion beam assist method, it is considered that the closer the distance between the closest atoms is, the easier the regular deposition of the atoms is. In addition, since Sm 2 Zr 2 O 7 has a pyrochlore type crystal structure, another crystal lattice of Gd 2 Zr 2 similar to the pyrochlore type crystal structure is used.
O 7 (closest interatomic distance 3.72Å), La 2 Zr 2 O
7 (closest interatomic distance 3.81Å), Ce 2 Zr 2 O 7 (closest interatomic distance 3.78Å), Pr 2 Zr 2 O 7 (closest interatomic distance 3.78Å), Gd 2 Hf 2 One of O 7 (closest interatomic distance 3.72Å), Sm 2 Hf 2 O 7 (closest interatomic distance 3.74Å), La 2 Hf 2 O 7 (closest interatomic distance 3.81Å) Those having a pyrochlore type crystal structure represented by the composition formula are also applicable.

【0012】また、これらの他のパイロクロア型の結晶
構造を有するものとして、Y2Zr27、Yb2Zr
27、Tm2Zr27、Er2Zr27、Ho2Zr
27、Dy2Zr27、Eu2Zr27、Nd2Zr
27、Y2Hf27、Yb2Hf27、Tm2Hf27
Er2Hf27、Ho2Hf27、Dy2Hf27、Eu2
Hf27、Nd2Hf27、Pr2Hf27、Ce2Hf2
7、のいずれかの組成式で示されるものを採用しても
良い。
なお、更に他のパイロクロア型の結晶構造を有する
ものとして、希土類元素とジルコニウム(Zr)との相
対比が1:1のものに限らず、0.1:0.9〜0.
9:0.1の範囲で任意の相対比のものを採用すること
ができる。なお、この場合結晶構造は必ずしもパイロク
ロア型の結晶構造を有するものとはならず、欠損蛍石型
もしくは希土類C型と呼ばれる酷似構造をとることがあ
る。また、パイロクロアと希土類C型との混合型の結晶
構造をとることもある。その場合でも立法晶が維持され
ていれば、酸化物超電導体層用の下地中間層としての効
果を有している。
As those having other pyrochlore type crystal structures, Y 2 Zr 2 O 7 and Yb 2 Zr are available.
2 O 7 , Tm 2 Zr 2 O 7 , Er 2 Zr 2 O 7 , Ho 2 Zr
2 O 7 , Dy 2 Zr 2 O 7 , Eu 2 Zr 2 O 7 , Nd 2 Zr
2 O 7 , Y 2 Hf 2 O 7 , Yb 2 Hf 2 O 7 , Tm 2 Hf 2 O 7 ,
Er 2 Hf 2 O 7 , Ho 2 Hf 2 O 7 , Dy 2 Hf 2 O 7 , Eu 2
Hf 2 O 7 , Nd 2 Hf 2 O 7 , Pr 2 Hf 2 O 7 , Ce 2 Hf 2
A compound represented by any one of O 7 and the composition formula may be adopted.
In addition, as another thing having a pyrochlore type crystal structure, the relative ratio of the rare earth element and zirconium (Zr) is not limited to 1: 1, but 0.1: 0.9 to 0.
Any relative ratio can be adopted within the range of 9: 0.1. In this case, the crystal structure does not necessarily have a pyrochlore type crystal structure, and may have a very similar structure called a defective fluorite type or a rare earth C type. It may also have a mixed crystal structure of pyrochlore and rare earth C type. Even in that case, if the cubic crystal is maintained, it has an effect as a base intermediate layer for the oxide superconductor layer.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本願発
明者らが先に特許出願した技術によれば、得られたの多
結晶薄膜は、良好な結晶配向性でもって配向しているこ
とが明らかとなったが、CuKα線を用いたθ−2θ法
によるX線回折による極点図から判断すると、多結晶薄
膜の粒界傾角に相当する半値全幅(FWHM)の値の到
達値は、Sm2 Zr27なる組成の複合酸化物の多結晶
薄膜の17.1度に留まっている(図13参照)。酸化
物超電導体層の臨界電流密度を高めるには、中間層とし
ての複合酸化物多結晶薄膜の一層の配向性の向上、すな
わち前記FWHM値のさらなる引き下げが望まれてい
る。本発明は、複合酸化物多結晶薄膜の一層の配向性の
向上を目的とし、複合酸化物多結晶薄膜のFWHM値を
大幅に低下させることを目指してさらに詳細に検討した
結果、結晶構造によって最適成膜条件が異なることが判
明した。そこで各種希土類元素を含む複合酸化物、特に
2Zr27系複合酸化物とGd2Zr27系複合酸化物
多結晶薄膜の成膜条件を明らかにすることを目的とす
る。
However, according to the technique previously filed by the inventors of the present invention, it is clear that the obtained polycrystalline thin film is oriented with good crystal orientation. However, judging from the pole figure by X-ray diffraction by the θ-2θ method using CuKα ray, the reached value of the full width at half maximum (FWHM) corresponding to the grain boundary tilt angle of the polycrystalline thin film is Sm 2 Zr 2 It remains at 17.1 degrees of the polycrystalline thin film of the composite oxide having the composition of O 7 (see FIG. 13). In order to increase the critical current density of the oxide superconductor layer, further improvement of the orientation of the composite oxide polycrystalline thin film as the intermediate layer, that is, further reduction of the FWHM value is desired. The present invention aims at further improving the orientation of the composite oxide polycrystal thin film, and as a result of further detailed study aiming to significantly reduce the FWHM value of the composite oxide polycrystal thin film, the optimum crystal structure is obtained. It was found that the film forming conditions were different. Therefore, it is an object of the present invention to clarify the film forming conditions of a composite oxide containing various rare earth elements, particularly a Y 2 Zr 2 O 7 composite oxide and a Gd 2 Zr 2 O 7 composite oxide polycrystalline thin film.

【0014】ところで、前記酸化物超電導体層の応用分
野以外において、多結晶体の基材上に各種の配向膜を形
成する技術が利用されている。例えば光学薄膜の分野、
光磁気ディスクの分野、配線基板の分野、高周波導波路
や高周波フィルタ、空洞共振器などの分野であるが、い
ずれの技術においても基材上に膜質の安定した配向性の
良好な多結晶薄膜を形成することが課題となっている。
即ち、多結晶薄膜の結晶配向性が良好であるならば、そ
の上に形成される光学薄膜、磁性薄膜、配線用薄膜など
の質が向上するわけであり、更に基材上に結晶配向性の
良好な光学薄膜、磁性薄膜、配線用薄膜などを直接形成
できるならば、なお好ましい。
By the way, in addition to the field of application of the oxide superconductor layer, techniques for forming various alignment films on a polycrystalline base material are used. For example, in the field of optical thin films,
In the fields of magneto-optical discs, wiring boards, high-frequency waveguides, high-frequency filters, and cavity resonators, any technology requires a polycrystalline thin film with stable film quality and good orientation. Forming is a challenge.
That is, if the crystal orientation of the polycrystalline thin film is good, the quality of the optical thin film, the magnetic thin film, the wiring thin film, etc. formed thereon will be improved, and the crystal orientation on the substrate will be improved. It is more preferable if a good optical thin film, magnetic thin film, wiring thin film and the like can be directly formed.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、YZrO系、GdZrO系あるいはEuZrO系の
複合酸化物多結晶薄膜の成膜時の基材温度と配向性との
関係を詳細に検討した。その結果、本発明では組成式が
YZrO系、GdZrO系またはEuZrO系のいずれ
かで示されるパイロクロア型、蛍石型、希土類C型もし
くはパイロクロアと希土類C型との混合型の結晶構造を
有する結晶粒からなり、多結晶基材の被成膜面と平行な
面に沿う前記結晶粒の同一結晶軸が構成する粒界傾角を
30度以下である多結晶薄膜を形成する方法であって、
スパッタ法により前記組成式の構成元素のターゲットか
ら発生させた構成粒子を多結晶基材の被成膜面上に堆積
させる際に、目的とする多結晶薄膜の結晶組成に応じ
て、多結晶基材を90℃〜300℃の最適温度範囲に加
熱し、イオンソースが発生させるイオンビームとして、
Ar+のイオンビーム、Kr+のイオンビーム、Xe+
イオンビーム、あるいはこれらの混合イオンビームを用
い、前記イオンビームのイオンビームエネルギーを15
0eV以上300eV以下の範囲に調整し、前記イオン
ビームを基材の被成膜面の法線に対して50度以上60
度以下の入射角度で照射させながら堆積させる多結晶薄
膜の形成方法を採用した。
In order to solve the above problems, the relationship between the substrate temperature and the orientation during the deposition of a YZrO-based, GdZrO-based or EuZrO-based composite oxide polycrystalline thin film was examined in detail. . As a result, in the present invention, crystal grains having a composition formula of YZrO type, GdZrO type or EuZrO type pyrochlore type, fluorite type, rare earth C type or a mixed type of pyrochlore and rare earth C type crystal grains. A method of forming a polycrystalline thin film having a grain boundary tilt angle of 30 degrees or less formed by the same crystal axis of the crystal grains along a plane parallel to the deposition surface of the polycrystalline substrate,
When depositing the constituent particles generated from the target of the constituent elements of the composition formula by the sputtering method on the film formation surface of the polycrystalline substrate, depending on the crystal composition of the intended polycrystalline thin film, the polycrystalline base As the ion beam generated by the ion source by heating the material to the optimum temperature range of 90 ° C to 300 ° C,
Using an Ar + ion beam, a Kr + ion beam, a Xe + ion beam, or a mixed ion beam thereof, the ion beam energy of the ion beam is set to 15
The ion beam is adjusted to a range of 0 eV to 300 eV, and the ion beam is 50 degrees or more and 60 degrees with respect to the normal line of the film formation surface of the substrate.
A method of forming a polycrystalline thin film, which is deposited while irradiating at an incident angle of less than 10 degrees, was adopted.

【0016】この場合、前記多結晶薄膜の組成式がYZ
rOであり、かつZrO2 とY23との比が2:1であ
る場合には、多結晶基材の加熱温度を150℃〜300
℃、より好ましくは、150℃〜250℃とするのが良
い。このような形成方法を採用することにより、複合酸
化物多結晶薄膜の半値全幅FWHM値を25度以下、最
低15度程度にまで低くすることが可能となる。
In this case, the composition formula of the polycrystalline thin film is YZ.
In the case of rO and the ratio of ZrO 2 and Y 2 O 3 is 2: 1, the heating temperature of the polycrystalline base material is 150 ° C. to 300 ° C.
C., more preferably 150 to 250.degree. By adopting such a forming method, it becomes possible to reduce the full width at half maximum FWHM value of the composite oxide polycrystalline thin film to 25 degrees or less, to at least about 15 degrees.

【0017】また、前記多結晶薄膜の組成式がGdZr
Oであり、かつZrO2とGd23との比が92:8で
ある場合には、多結晶基材の加熱温度を90℃〜250
℃、より好ましくは100℃〜225℃とするのが良
い。さらに、ZrO2 とGd23との比が2:1である
場合には、多結晶基材の加熱温度を90℃〜300℃、
より好ましくは120℃〜250℃とするのが良い。
The composition formula of the polycrystalline thin film is GdZr.
When it is O and the ratio of ZrO 2 and Gd 2 O 3 is 92: 8, the heating temperature of the polycrystalline base material is 90 ° C. to 250 ° C.
C., and more preferably 100 to 225.degree. Further, when the ratio of ZrO 2 and Gd 2 O 3 is 2: 1, the heating temperature of the polycrystalline base material is 90 ° C to 300 ° C,
More preferably, the temperature is set to 120 ° C to 250 ° C.

【0018】さらに、ZrO2 とGd23との比が1:
1である場合には、多結晶基材の加熱温度を100℃〜
290℃とするのが良い。さらに、ZrO2 とGd23
との比が1:2である場合には、多結晶基材の加熱温度
を120℃〜250℃とするのが良い。このような形成
方法を採用することにより、複合酸化物多結晶薄膜のF
WHM値を25度以下、最低12.5度程度にまで低く
することが可能となる。
Further, the ratio of ZrO 2 and Gd 2 O 3 is 1:
In the case of 1, the heating temperature of the polycrystalline base material is 100 ° C to
It is better to set it to 290 ° C. Furthermore, ZrO 2 and Gd 2 O 3
And the heating temperature of the polycrystalline base material is preferably 120 ° C to 250 ° C. By adopting such a forming method, the F of the composite oxide polycrystalline thin film is
It is possible to reduce the WHM value to 25 degrees or less, to at least about 12.5 degrees.

【0019】また、組成式がEuZrOで示されるパイ
ロクロア型の結晶構造を有する多結晶薄膜でも結晶配構
成の良いものが得られる。すなわち、組成式がEuZr
Oで示されるパイロクロア型の結晶構造を有し、かつZ
rO2 とEu23との比が2:1である結晶粒からな
り、多結晶基材の被成膜面と平行な面に沿う前記結晶粒
の同一結晶軸が構成する粒界傾角を30度以下である多
結晶薄膜を形成する方法であって、スパッタ法により前
記組成式の構成元素のターゲットから発生させた構成粒
子を多結晶基材の被成膜面上に堆積させる際に、多結晶
基材を100℃〜300℃、より好ましくは150〜2
50℃の温度に加熱し、イオンソースが発生させるイオ
ンビームとして、Ar+のイオンビーム、Kr+のイオン
ビーム、Xe+のイオンビーム、あるいはこれらの混合
イオンビームを用い、前記イオンビームのイオンビーム
エネルギーを150eV以上300eV以下の範囲に調
整し、前記イオンビームを基材の被成膜面の法線に対し
て50度以上60度以下の入射角度で照射させながら堆
積させる方法を採用した。この方法を採用しても、FW
HM値が13度ないし11度の結晶配向性の良い多結晶
薄膜を形成することができる。上記のようにして得られ
た多結晶薄膜の上に形成した酸化物超電導体は、高い臨
界電流密度を有するものとなる。
Further, even a polycrystalline thin film having a pyrochlore type crystal structure represented by the composition formula EuZrO can have a good crystal configuration. That is, the composition formula is EuZr.
Has a pyrochlore type crystal structure represented by O, and Z
A grain boundary tilt angle formed by crystal grains having a ratio of rO 2 to Eu 2 O 3 of 2: 1 and having the same crystal axis of the crystal grains along a plane parallel to the film formation surface of the polycrystalline substrate is A method of forming a polycrystalline thin film having a temperature of 30 degrees or less, wherein constituent particles generated from a target of constituent elements of the composition formula by a sputtering method are deposited on a deposition surface of a polycrystalline substrate, The polycrystalline substrate is 100 ° C to 300 ° C, more preferably 150 to 2
As an ion beam generated by an ion source when heated to a temperature of 50 ° C., an Ar + ion beam, a Kr + ion beam, a Xe + ion beam, or a mixed ion beam thereof is used. A method was adopted in which energy was adjusted to a range of 150 eV or more and 300 eV or less, and the ion beam was deposited while irradiating the ion beam at an incident angle of 50 degrees or more and 60 degrees or less with respect to the normal line of the deposition surface of the substrate. Even if this method is adopted, FW
It is possible to form a polycrystalline thin film having an HM value of 13 to 11 degrees and good crystal orientation. The oxide superconductor formed on the polycrystalline thin film obtained as described above has a high critical current density.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態について説明する。図1は本発明の多結晶薄膜
を基材上に形成した一実施形態を示すものであり、図1
において1はテープ状の多結晶基材、2は多結晶基材1
の上面に形成された多結晶薄膜を示している。前記多結
晶基材1は、例えば、板材、線材、テープ材などの種々
の形状のものを用いることができ、多結晶基材1は、
銀、白金、ステンレス鋼、銅、ハステロイ等のNi合金
などの金属材料、あるいは、各種ガラスあるいは各種セ
ラミックスなどの耐熱材料からなるもを用いることがで
きる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment in which the polycrystalline thin film of the present invention is formed on a substrate.
1 is a tape-shaped polycrystalline substrate, 2 is a polycrystalline substrate 1
2 shows a polycrystalline thin film formed on the upper surface of the. As the polycrystalline base material 1, for example, various shapes such as a plate material, a wire material, and a tape material can be used.
A metal material such as a Ni alloy such as silver, platinum, stainless steel, copper, or Hastelloy, or a heat resistant material such as various kinds of glass or various kinds of ceramics can be used.

【0021】この実施形態の多結晶薄膜2は、YZr
O、GdZrO又はEuZrOの組成式で示される立方
晶系のパイロクロア型、蛍石型、希土類C型もしくはパ
イロクロアと希土類C型との混合型の結晶構造を有する
微細な結晶の集合体の結晶粒20が、多数、相互に結晶
粒界を介し接合一体化されてなり、各結晶粒20の結晶
軸のc軸は多結晶基材1の上面(被成膜面)に対して垂
直に向けられ、各結晶粒20の結晶軸のa軸同士又はb
軸同士は、互いに同一方向に向けられて面内配向してい
る。また、各結晶粒20のc軸は多結晶基材1の(上
面)被成膜面に対して垂直に配向している。そして、各
結晶粒20のa軸(あるいはb軸)同士は、それらのな
す角度(図2に示す粒界傾角K)を30度以内、例えば
15〜25度の範囲内で接合一体化されている。
The polycrystalline thin film 2 of this embodiment is made of YZr.
Crystal grains 20 of an aggregate of fine crystals having a cubic pyrochlore type, a fluorite type, a rare earth C type, or a mixed type of a pyrochlore and a rare earth C type represented by a composition formula of O, GdZrO, or EuZrO 20. However, a large number of them are joined and integrated with each other through crystal grain boundaries, and the c-axis of the crystal axis of each crystal grain 20 is oriented perpendicularly to the upper surface (deposition surface) of the polycrystalline base material 1, A axes of crystal axes of the respective crystal grains 20 or b
The axes are oriented in the same direction and are in-plane oriented. Further, the c-axis of each crystal grain 20 is oriented perpendicular to the (upper surface) film formation surface of the polycrystalline base material 1. Then, the a-axis (or b-axis) of the respective crystal grains 20 are joined and integrated with each other within an angle (grain boundary inclination angle K shown in FIG. 2) formed by them within 30 degrees, for example, within a range of 15 to 25 degrees. There is.

【0022】前記結晶粒20を構成するパイロクロア型
の複合酸化物としては、YZrO、GdZrO又はEu
ZrOの組成式で示される複合酸化物で構成する。YZ
rO組成の複合酸化物としては、例えば、ZrO2 :Y
23が92:8の蛍石型(YSZ)と、2:1のパイロ
クロア型Y2Zr27(最近接原子間距離3.67Å、格
子定数5.19) がある。 GdZrO組成の複合酸化
物としては、例えば、ZrO2:Gd23が92:8の
蛍石と、2:1のパイロクロア(Gd2Zr27、最近
接原子間距離3.72Å、格子定数10.52)パイロク
ロア+希土類C型、及び1:1のパイロクロア+希土類
C型の複合酸化物がある。
The pyrochlore type composite oxide forming the crystal grains 20 is YZrO, GdZrO or Eu.
It is composed of a composite oxide represented by the composition formula of ZrO. YZ
Examples of the composite oxide having the rO composition include ZrO 2 : Y
2 O 3 has a fluorite type (YSZ) of 92: 8 and a 2: 1 pyrochlore type Y 2 Zr 2 O 7 (closest interatomic distance 3.67Å, lattice constant 5.19). Examples of the complex oxide having the composition of GdZrO include fluorite having 92: 8 of ZrO 2 : Gd 2 O 3 and 2: 1 pyrochlore (Gd 2 Zr 2 O 7 , closest interatomic distance 3.72Å, lattice There is a constant 10.52) pyrochlore + rare earth C type, and a 1: 1 pyrochlore + rare earth C type complex oxide.

【0023】なお、更に外のパイロクロア型の結晶構造
を有するものとして、希土類元素とZrとの相対比が
1:1のものに限らず、0.1:0.9〜0.9:0.
1の範囲で任意の相対比のものを採用することができ
る。なお、この場合結晶構造は必ずしもパイロクロア型
の結晶構造を有するものとはならず、欠損蛍石型もしく
は希土類C型と呼ばれる酷似構造をとることがある。そ
の場合でも立方晶が維持されていれば、酸化物超電導体
用の下地中間層としての効果を有する。
Furthermore, as the one having the other pyrochlore type crystal structure, the relative ratio of the rare earth element and Zr is not limited to 1: 1, but 0.1: 0.9 to 0.9: 0.
Any relative ratio can be adopted within the range of 1. In this case, the crystal structure does not necessarily have a pyrochlore type crystal structure, and may have a very similar structure called a defective fluorite type or a rare earth C type. Even in that case, if the cubic crystal is maintained, it has an effect as a base intermediate layer for an oxide superconductor.

【0024】前記パイロクロア型の複合酸化物の結晶格
子は、立方晶系のCaF2 構造から誘導されるもので、
例えばGd2Zr27 結晶は、図3に示すような面心立
方構造の単位格子が8個、縦横方向および奥行き方向に
積み重ねられた場合に、単位格子の頂点に位置するGd
の原子と単位格子の面心に位置するZrの原子とが構成
する格子隙間に侵入している8個の酸素原子O(図3に
鎖線で描いた丸印の位置に存在する)のうちの1個のみ
が抜けてオクタントが生成され、酸素原子の抜ける位置
に応じてI型オクタントとII型オクタントとが生成さ
れ、これらのI型オクタントとII型オクタントとが規
則正しく配列されたものがパイロクロア型の結晶格子と
なっている。よって先の単位格子が8つ重なった状態に
おいてX線分析の分野では単位胞とみなすので、単位胞
としての格子定数は10.52であるが、単位格子とし
ての格子の幅は5.3Åであり、最近接原子間距離は
3.72Åとなる。
The crystal lattice of the pyrochlore type complex oxide is derived from a cubic CaF 2 structure,
For example, the Gd 2 Zr 2 O 7 crystal has eight unit cells having a face-centered cubic structure as shown in FIG. 3, which are located at the vertices of the unit cells when stacked in the vertical and horizontal directions and the depth direction.
Of the eight oxygen atoms O (existing at the position of the circle drawn by the chain line in FIG. 3) invading the lattice gap formed by the atoms of Zr and the atoms of Zr located at the face center of the unit cell Pyrochlore type is one in which only one is eliminated to generate an octant, I type octant and II type octant are generated according to the position where the oxygen atom is eliminated, and these I type octant and II type octant are regularly arranged. It is a crystal lattice of. Therefore, in the state of X-ray analysis, the unit cell is regarded as a unit cell in the state where eight unit cells are overlapped, so the lattice constant as the unit cell is 10.52, but the width of the lattice as the unit cell is 5.3Å. The closest interatomic distance is 3.72Å.

【0025】上記複合酸化物の単位格子をa軸又はb軸
の方向に揃えて後述するイオンビームアシスト法により
堆積させる際に重要となるのは、最近接原子距離であ
り、この値がY1Ba2Cu37-x組成の酸化物超電導体
の格子定数3.81に近いことが望ましい。この最近接
原子距離においてY1Ba2Cu37-xの組成の酸化物超
電導体層に対する最近接原子距離の差異は、YSZでは
最近接原子距離が3.63Åであるので4.5%とな
る。また、Gd2Zr27(最近接原子間距離3.7
2)及びY2Zr27(最近接原子間距離3.67Å )
の酸化物超電導体層に対する最近接原子距離の差異は、
それぞれ、2.4%、4.9%となる。従って、酸化物
超電導体を形成するための中間層としては、YZrO、
GdZrO又はEuZrOの組成式で示される複合酸化
物も、YSZと同等あるいはそれ以上の結晶配向性向上
の効果が期待できる。
When the unit cell of the complex oxide is aligned in the direction of the a-axis or the b-axis and deposited by the ion beam assist method described later, the closest atomic distance is important, and this value is Y 1. It is desirable that the lattice constant of the oxide superconductor having a composition of Ba 2 Cu 3 O 7-x is close to 3.81. In this closest atomic distance, the difference in the closest atomic distance to the oxide superconductor layer having the composition of Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x is 4.5% because the closest atomic distance in YSZ is 3.63Å. Becomes In addition, Gd 2 Zr 2 O 7 (closest interatomic distance 3.7
2) and Y 2 Zr 2 O 7 (closest interatomic distance 3.67Å)
Of the closest atomic distance to the oxide superconductor layer of
They are 2.4% and 4.9%, respectively. Therefore, as the intermediate layer for forming the oxide superconductor, YZrO,
The composite oxide represented by the composition formula of GdZrO or EuZrO can also be expected to have the effect of improving the crystal orientation, which is equal to or higher than that of YSZ.

【0026】また、前記各組成の複合酸化物において最
近接原子間距離が酸化物超電導体の最近接原子間距離と
多少ずれているものにあっても、他の特性、例えば成膜
時に高速成膜が可能な点を有するものもあるので、前述
の各種組成の複合酸化物を適宜選択して本発明の目的に
用いることができるは勿論である。
In addition, even if the closest interatomic distance in the composite oxide of each composition is slightly different from the closest interatomic distance of the oxide superconductor, other characteristics such as high-speed growth during film formation are obtained. Since there are some films that can be formed, it is needless to say that the complex oxides having various compositions described above can be appropriately selected and used for the purpose of the present invention.

【0027】次に前記多結晶薄膜2を形成する装置と方
法について説明する。図4は前記多結晶薄膜2を形成す
る装置の一例を示すものであり、スパッタ装置にイオン
ビームアシスト用のイオンソースを設けた構成となって
いる。この装置は、テープ状の多結晶基材1を支持する
とともに所望の温度に加熱することができる基材ホルダ
23と、基材ホルダ23上にテープ状の多結晶基材1を
送り出すための基材送出ボビン24と、多結晶薄膜が形
成されたテープ状の多結晶基材1を巻き取るための基材
巻取ボビン25と、前記基材ホルダ23の斜め上方に所
定間隔をもって対向配置された板状のターゲット36
と、このターゲット36の斜め上方においてターゲット
36の下面に向けて配置されたスパッタビーム照射装置
38と、前記基材ホルダ23の側方に所定間隔をもって
対向され、かつ、前記ターゲット36と離間して配置さ
れたイオンソース39とが真空排気可能な成膜処理容器
40内に収容された概略構成となっている。
Next, an apparatus and method for forming the polycrystalline thin film 2 will be described. FIG. 4 shows an example of an apparatus for forming the polycrystalline thin film 2, which has a structure in which a sputtering apparatus is provided with an ion source for ion beam assist. This apparatus supports a tape-shaped polycrystalline base material 1 and can heat the tape-shaped polycrystalline base material 1 to a desired temperature, and a base for feeding the tape-shaped polycrystalline base material 1 onto the base material holder 23. A material feeding bobbin 24, a base material winding bobbin 25 for winding the tape-shaped polycrystalline base material 1 on which a polycrystalline thin film is formed, and a diagonally upper portion of the base material holder 23, which are opposed to each other at a predetermined interval. Plate-shaped target 36
And a sputter beam irradiation device 38 disposed obliquely above the target 36 and directed toward the lower surface of the target 36. The sputter beam irradiation device 38 is opposed to the side of the base material holder 23 at a predetermined interval and separated from the target 36. The arranged ion source 39 and the ion source 39 are housed in a film forming processing container 40 that can be evacuated.

【0028】前記基材ホルダ23は、内部に加熱ヒータ
を備え、基材ホルダ23の上に送り出されたテープ状の
多結晶基材1を必要に応じて所望の温度に加熱できるよ
うになっている。この基材ホルダ23はピン等により支
持体23aに回動自在に取り付けられており、傾斜角度
を調整できるようになっている。このような基材ホルダ
23は、成膜処理容器40内のイオンソース39から照
射されるイオンビームの最適照射領域に配設されてい
る。この例の多結晶薄膜の形成装置においては、前記基
材送出ボビン24から基材ホルダ23上にテープ状の多
結晶基材1を連続的に送り出し、前記最適照射領域で多
結晶薄膜が成膜された多結晶基材1を基材巻取ボビン2
5で巻き取ることで多結晶基材1上に連続成膜すること
ができるようになっている。この基材巻取ボビン25
は、前記最適照射領域の外に配設されている。
The base material holder 23 is provided with a heater inside so that the tape-shaped polycrystalline base material 1 delivered onto the base material holder 23 can be heated to a desired temperature as required. There is. The base material holder 23 is rotatably attached to the support body 23a by a pin or the like, and the tilt angle can be adjusted. The base material holder 23 as described above is arranged in the optimum irradiation region of the ion beam irradiated from the ion source 39 in the film formation processing container 40. In the polycrystalline thin film forming apparatus of this example, the tape-shaped polycrystalline base material 1 is continuously fed from the base material feeding bobbin 24 onto the base material holder 23 to form a polycrystal thin film in the optimum irradiation region. Bobbin 2 for winding base material
By winding the film at 5, it is possible to continuously form a film on the polycrystalline substrate 1. This base material winding bobbin 25
Are arranged outside the optimum irradiation area.

【0029】前記ターゲット36は、目的とする多結晶
薄膜を形成するためのものであり、目的の組成の多結晶
薄膜と同一組成あるいは近似組成のものなどを用いる。
ターゲット36として具体的には、Y2Zr27、Gd2
Zr27又はEu2Zr27の組成式で示される複合酸
化物のターゲット、あるいは、これら個々の3つの構成
元素のうち、膜とした場合に飛散し易い元素を予め多め
に含有した組成のターゲットを用いる。このようなター
ゲット36は、ピン等により回動自在に保持されたター
ゲット支持体36aに取り付けられており、傾斜角度を
調整できるようになっている。
The target 36 is for forming a desired polycrystalline thin film, and has the same or similar composition as the polycrystalline thin film having a desired composition.
As the target 36, specifically, Y 2 Zr 2 O 7 , Gd 2
The target of the composite oxide represented by the composition formula of Zr 2 O 7 or Eu 2 Zr 2 O 7 , or among these three individual constituent elements, a large amount of an element which is easily scattered when formed into a film is contained in advance. A composition target is used. Such a target 36 is attached to a target support 36a that is rotatably held by a pin or the like, and the tilt angle can be adjusted.

【0030】前記スパッタビーム照射装置(スパッタ手
段)38は、ターゲット36に対してイオンビームを照
射してターゲット36の構成粒子を多結晶基材1に向け
て叩き出すことができるものである。前記イオンソース
39は、スパッタビーム照射装置38と略同様の構成の
ものであり、容器の内部に蒸発源を収納し、蒸発源の近
傍に引き出し電圧をかけるためのグリッドを備えて構成
されている。そして、前記蒸発源から発生した原子また
は分子の一部をイオン化し、そのイオン化した粒子をグ
リッドで発生させた電界で制御してイオンビームとして
照射する装置である。粒子をイオン化するには直流放電
方式、高周波励起方式、フィラメント式などの種々のも
のがある。前記フィラメント式はタングステン製のフィ
ラメントに通電加熱して熱電子を発生させ、高真空中で
蒸発粒子と衝突させてイオン化する方法である。
The sputter beam irradiation device (sputtering means) 38 is capable of irradiating the target 36 with an ion beam to knock out the constituent particles of the target 36 toward the polycrystalline base material 1. The ion source 39 has substantially the same configuration as the sputter beam irradiation device 38, and is configured to house an evaporation source inside the container and to provide a grid for applying an extraction voltage in the vicinity of the evaporation source. . Then, a part of the atoms or molecules generated from the evaporation source is ionized, and the ionized particles are controlled by an electric field generated by a grid and irradiated as an ion beam. There are various methods for ionizing particles, such as a DC discharge method, a high frequency excitation method, and a filament method. The filament type is a method in which a tungsten filament is electrically heated to generate thermoelectrons, which are then collided with vaporized particles in a high vacuum to be ionized.

【0031】この形態の多結晶薄膜の形成装置において
は、図5に示す構成の内部構造のイオンソース39を用
いる。このイオンソース39は、筒状のイオン室45の
内部にグリッド46とフィラメント47とArガス、K
rガス、Xeガスなどの導入管48とを備えて構成さ
れ、イオン室45の先端のビーム口49からイオンをビ
ーム状に略平行に放射できるものである。
In the polycrystalline thin film forming apparatus of this embodiment, the ion source 39 having the internal structure shown in FIG. 5 is used. The ion source 39 includes a grid 46, a filament 47, Ar gas, and K inside a cylindrical ion chamber 45.
An ion introducing tube 48 for r gas, Xe gas or the like is provided, and ions can be emitted in a beam shape substantially in parallel from a beam port 49 at the tip of the ion chamber 45.

【0032】前記イオンソース39は、図4に示すよう
に、その中心軸線Sを多結晶基材1の上面(被成膜面)
に対して入射角度θ(多結晶基材1の成膜面(上面)の
垂線(法線)Hと中心線Sとのなす角度)だけ傾斜させ
て対向させてある。この入射角度θは50〜60度の範
囲が好ましいが、より好ましくは55〜60度の範囲、
最も好ましくは55度前後の角度である。従ってイオン
ソース39は多結晶基材1の被成膜面の法線Hに対して
ある入射角度θでもってイオンビームを照射できるよう
に配置されている。このようなイオンビームの入射角度
は、本発明者らが先に特許出願している技術に関する。
なお、前記のイオンソース39によって多結晶基材1に
照射するイオンビームは、Arガスのイオンビーム、K
rガスのイオンビーム、Xeガスのイオンビーム、ある
いは、これらArガスとKrガスとXeガスの2つ以上
の組み合わせの混合イオンビーム、例えば、Arガスと
Krガスの混合イオンビーム等を用いることができる。
As shown in FIG. 4, the ion source 39 has its central axis S on the upper surface (deposition surface) of the polycrystalline substrate 1.
With respect to each other, they are opposed to each other with an angle of incidence θ (an angle formed by a normal line (normal line) H of the film formation surface (upper surface) of the polycrystalline substrate 1 and the center line S). The incident angle θ is preferably in the range of 50 to 60 degrees, more preferably in the range of 55 to 60 degrees,
Most preferably, the angle is around 55 degrees. Therefore, the ion source 39 is arranged so as to be able to irradiate the ion beam at an incident angle θ with respect to the normal line H of the film-forming surface of the polycrystalline substrate 1. The incident angle of such an ion beam is related to the technique that the present inventors have previously applied for a patent.
The ion beam with which the polycrystalline substrate 1 is irradiated by the ion source 39 is an Ar gas ion beam, K
It is possible to use an ion beam of r gas, an ion beam of Xe gas, or a mixed ion beam of a combination of two or more of these Ar gas, Kr gas, and Xe gas, for example, a mixed ion beam of Ar gas and Kr gas. it can.

【0033】再び図4に戻って、前記成膜処理容器40
には、この容器40内を真空などの低圧状態にするため
のロータリーポンプ51およびクライオポンプ52と、
ガスボンベなどの雰囲気ガス供給源(図示省略)がそれ
ぞれ接続されていて、成膜処理容器40の内部を真空な
どの低圧状態で、かつ、アルゴンガスあるいはその他の
不活性ガス雰囲気にすることができるようになってい
る。さらに、前記成膜処理容器40には、この容器40
内のイオンビームの電流密度を測定するための電流密度
計測装置55と、前記容器40内の圧力を測定するため
の圧力計55が取り付けられている。なお、この例の多
結晶薄膜の形成装置においては、基材ホルダ23をピン
等により支持体23aに回動自在に取り付けることによ
り傾斜角度を調整できるようしたが、イオンソース39
の支持部分に角度調整機構を取り付けてイオンソース3
9の傾斜角度を調整し、イオンビームの入射角度を調整
できるようにしても良く、また、角度調整機構はこの例
に限るものではなく、種々の構成のものを採用すること
ができるのは勿論である。
Returning to FIG. 4 again, the film forming container 40
Includes a rotary pump 51 and a cryopump 52 for bringing the inside of the container 40 into a low pressure state such as a vacuum,
Atmosphere gas supply sources (not shown) such as gas cylinders are connected to each other so that the inside of the film formation processing container 40 can be in a low pressure state such as vacuum and can be made to have an argon gas or other inert gas atmosphere. It has become. Further, the film forming processing container 40 includes the container 40
A current density measuring device 55 for measuring the current density of the ion beam inside and a pressure gauge 55 for measuring the pressure inside the container 40 are attached. In the polycrystalline thin film forming apparatus of this example, the tilt angle can be adjusted by rotatably attaching the base material holder 23 to the support body 23a with a pin or the like.
Attach the angle adjustment mechanism to the support part of the ion source 3
The incident angle of the ion beam may be adjusted by adjusting the tilt angle of 9 and the angle adjusting mechanism is not limited to this example, and it is needless to say that various structures can be adopted. Is.

【0034】次に前記構成の装置を用いて多結晶基材1
上にGd2Zr27 等の前述の組成のパイロクロア型の
多結晶薄膜2を形成する場合について説明する。テープ
状の多結晶基材1上に多結晶薄膜を形成するには、前述
の複合酸化物からなるターゲット36を用い、多結晶基
材1を収納している成膜処理容器40の内部を真空引き
して減圧雰囲気とするとともに、基材送出ボビン24か
ら基材ホルダ23に多結晶基材1を所定の速度で送り出
し、さらにイオンソース39とスパッタビーム照射装置
38を作動させる。スパッタビーム照射装置38からタ
ーゲット36にイオンのビームを照射すると、ターゲッ
ト36の構成粒子が叩き出されて多結晶基材1上に飛来
する。そして、基材ホルダ23上に送り出された多結晶
基材1上にターゲット36から叩き出した構成粒子を堆
積させると同時にイオンソース39から、例えば、Ar
+ イオンのイオンビーム、Kr+イオンのイオンビーム、
Xe+ イオンのイオンビーム、あるいは、Kr+とXe+
イオンの混合イオンビームを照射して 所望の厚みの多
結晶薄膜を成膜し、成膜後のテープ状の多結晶基材1を
基材巻取ボビン25に巻き取る。
Next, the polycrystalline substrate 1 is prepared by using the apparatus having the above-mentioned structure.
A case where the pyrochlore type polycrystalline thin film 2 having the above-described composition such as Gd 2 Zr 2 O 7 is formed thereon will be described. In order to form a polycrystalline thin film on the tape-shaped polycrystalline substrate 1, the target 36 made of the complex oxide described above is used, and the inside of the film forming processing container 40 accommodating the polycrystalline substrate 1 is vacuumed. The polycrystalline substrate 1 is sent from the substrate sending bobbin 24 to the substrate holder 23 at a predetermined speed, and the ion source 39 and the sputter beam irradiation device 38 are operated. When the target 36 is irradiated with an ion beam from the sputter beam irradiation device 38, the constituent particles of the target 36 are knocked out and fly onto the polycrystalline base material 1. Then, the constituent particles beaten from the target 36 are deposited on the polycrystalline base material 1 sent to the base material holder 23, and at the same time, from the ion source 39, for example, Ar
+ Ion beam, Kr + ion beam,
Ion beam of Xe + ions, or Kr + and Xe +
A polycrystalline ion thin film having a desired thickness is formed by irradiating a mixed ion beam of ions, and the tape-shaped polycrystalline substrate 1 after film formation is wound on a substrate winding bobbin 25.

【0035】ここでイオンビームを照射する際の入射角
度θは、好ましくは50度以上、60度以下の範囲、最
も好ましくは55度である。ここでθを90度とする
と、前述の複合酸化物の多結晶薄膜のc軸が配向しなく
なる。また、θを30度とすると、前述の複合酸化物の
多結晶薄膜はc軸配向すらしなくなる。前記のような好
ましい範囲の入射角度でイオンビーム照射するならば前
述の複合酸化物の多結晶薄膜の結晶のc軸が立つように
なる。このような入射角度でイオンビーム照射を行ない
ながらスパッタリングを行なうことで、多結晶基材1上
に形成される複合酸化物の多結晶薄膜の結晶軸のa軸同
士及びb軸同士は互いに同一方向に向けられて多結晶基
材1の上面(被成膜面)と平行な面に沿って面内配向さ
せることができる。
Here, the incident angle θ when irradiating the ion beam is preferably in the range of 50 degrees or more and 60 degrees or less, and most preferably 55 degrees. Here, when θ is 90 degrees, the c-axis of the above-mentioned polycrystalline thin film of the composite oxide is not oriented. Further, when θ is 30 degrees, the polycrystalline thin film of the complex oxide described above does not even have c-axis orientation. If the ion beam irradiation is performed at an incident angle within the above-mentioned preferable range, the c-axis of the crystal of the above-mentioned polycrystal thin film of the complex oxide stands. By performing sputtering while irradiating the ion beam at such an incident angle, the a-axes and the b-axes of the crystal axes of the polycrystalline thin film of the complex oxide formed on the polycrystalline substrate 1 are in the same direction. The in-plane orientation can be achieved along the plane parallel to the upper surface (deposition surface) of the polycrystalline substrate 1 facing to.

【0036】また、前述の複合酸化物の多結晶薄膜2の
成膜の際、アシストイオンビームの照射角度以外に、ア
シストイオンビームのイオンビームエネルギーを規定の
範囲内に設定することと、多結晶基材1の温度を最適に
た保つことが好ましい。イオンビームエネルギーは粒界
傾角を30度以下にするためには150eV以上、30
0eV以下が好ましいが、粒界傾角を20度以下にする
ためには175℃以上、225℃以下の範囲が好まし
く、200eVが最も好ましい。
Further, when forming the polycrystalline thin film 2 of the complex oxide, the ion beam energy of the assist ion beam is set within a prescribed range in addition to the irradiation angle of the assist ion beam, and the polycrystalline It is preferable to keep the temperature of the base material 1 at an optimum level. The ion beam energy is 150 eV or more, 30 or more in order to make the grain boundary tilt angle 30 degrees or less.
0 eV or less is preferable, but in order to make the grain boundary tilt angle 20 degrees or less, a range of 175 ° C. or higher and 225 ° C. or lower is preferable, and 200 eV is most preferable.

【0037】多結晶基材1の温度は、300℃以下の適
切な温度に加熱しながら成膜することが好ましく、更
に、後述する実施例の結果から粒界傾角を25度以下に
するためには90℃以上300℃以下が好ましく、この
範囲の中でも確実に粒界傾角を20°以下とするために
は、得ようとする複合酸化物の多結晶薄膜2の組成に従
って、適切な温度に制御して成膜することが必要であ
る。ここで、90℃という温度は、基材を特別に加熱し
なくとも、装置設置環境が常温において、基材に照射す
るイオンビームや装置の余熱などにより、自然に基材加
熱された際の温度である。
The temperature of the polycrystalline base material 1 is preferably heated to a suitable temperature of 300 ° C. or lower to form a film. Further, from the results of Examples described later, the grain boundary tilt angle is set to 25 ° or less. Is preferably 90 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, and in order to ensure that the grain boundary tilt angle is 20 ° or less within this range, the temperature is controlled to an appropriate temperature according to the composition of the polycrystalline thin film 2 of the composite oxide to be obtained. Then, it is necessary to form a film. Here, the temperature of 90 ° C. is the temperature at which the base material is naturally heated by the ion beam irradiating the base material, the residual heat of the equipment, and the like, even if the base material is not specially heated and the equipment installation environment is room temperature. Is.

【0038】すなわち、前記多結晶薄膜の組成式がYZ
rOであり、かつZrO2とY23との比が92:8で
ある場合には、多結晶基材の加熱温度を90℃〜300
℃、より好ましくは90℃〜150℃とするとする。こ
のような形成方法を採用することにより、複合酸化物多
結晶薄膜のFWHM値を25以下、最低15程度にまで
低くすることが可能となる。さらに、ZrO2 とY23
との比が2:1である場合には、多結晶基材の加熱温度
を150℃〜300℃、より好ましくは、150℃〜2
50℃とする。
That is, the composition formula of the polycrystalline thin film is YZ.
In the case of rO and the ratio of ZrO 2 and Y 2 O 3 is 92: 8, the heating temperature of the polycrystalline base material is 90 ° C. to 300 ° C.
C., more preferably 90 to 150.degree. By adopting such a forming method, it becomes possible to lower the FWHM value of the composite oxide polycrystalline thin film to 25 or less, to at least about 15. Furthermore, ZrO 2 and Y 2 O 3
And the heating temperature of the polycrystalline base material is 150 ° C to 300 ° C, more preferably 150 ° C to 2
Set to 50 ° C.

【0039】また、 前記多結晶薄膜の組成が式がGd
ZrOであり、かつZrO2 とY2 3 との比が92:
8である場合には、多結晶基材の加熱温度を90℃〜2
50℃、より好ましくは100℃〜225℃とする。さ
らに、ZrO2とY23との比が2:1である場合に
は、多結晶基材の加熱温度を90℃〜300℃、より好
ましくは120℃〜250℃とするのが良い。さらに、
ZrO2 とY23との比が1:1である場合には、多結
晶基材の加熱温度を100℃〜290℃とする。さら
に、ZrO2 とY23との比が1:2である場合には、
多結晶基材の加熱温度を120℃〜250℃とする。こ
のような形成方法を採用することにより、複合酸化物多
結晶薄膜のFWHM値を25度以下、最低12.5度程
度にまで低くすることが可能となる。
The composition of the polycrystalline thin film is expressed by Gd.
ZrO, and ZrO2And Y2O 3Ratio with 92:
In the case of 8, the heating temperature of the polycrystalline base material is 90 ° C to 2
50 degreeC, More preferably, it is 100 degreeC-225 degreeC. It
ZrO2And Y2O3When the ratio with is 2: 1
Is a heating temperature of the polycrystalline base material of 90 ° C. to 300 ° C., more preferably
More preferably, the temperature is 120 ° C to 250 ° C. further,
ZrO2And Y2O3If the ratio with is 1: 1
The heating temperature of the crystal substrate is 100 ° C to 290 ° C. Furthermore
To ZrO2And Y2O3And the ratio is 1: 2,
The heating temperature of the polycrystalline base material is 120 ° C to 250 ° C. This
By adopting a forming method such as
FWHM value of crystalline thin film is 25 degrees or less, at least about 12.5 degrees
It is possible to lower it all the time.

【0040】また、組成式がEuZrOの場合には、多
結晶基材の温度を100℃〜300℃、好ましくは約2
00℃の温度に加熱する必要がある。EuZrOを使用
してもGdZrOと同等の効果が得られる。
When the composition formula is EuZrO, the temperature of the polycrystalline substrate is 100 ° C. to 300 ° C., preferably about 2 ° C.
It is necessary to heat to a temperature of 00 ° C. Even if EuZrO is used, the same effect as GdZrO can be obtained.

【0041】これらの範囲の多結晶基材温度とイオンビ
ームエネルギー及びイオンビーム入射角度の条件下で、
イオンアシスト法により多結晶基材1上にパイロクロア
型の等の多結晶薄膜2を良好な配向性でもって成膜する
ことができる。図1と図2は、前記の方法で多結晶基材
1の上に堆積された、Gd2Zr27などの前述の複合
酸化物の多結晶薄膜2を示している。なお、図1では結
晶粒20が1層のみ形成された状態を示しているが、結
晶粒20は多層構造でも差し支えないのは勿論である。
Under the conditions of polycrystalline substrate temperature, ion beam energy and ion beam incident angle in these ranges,
By the ion assist method, a polycrystalline thin film 2 of pyrochlore type or the like can be formed on the polycrystalline substrate 1 with good orientation. 1 and 2 show a polycrystalline thin film 2 of the aforementioned complex oxide, such as Gd 2 Zr 2 O 7 , deposited on a polycrystalline substrate 1 by the method described above. Although FIG. 1 shows a state in which only one layer of crystal grains 20 is formed, it goes without saying that the crystal grains 20 may have a multilayer structure.

【0042】なお、この多結晶薄膜2の結晶配向性が整
う要因として、本発明らは以下のことを想定している。
Gd2Zr27 の多結晶薄膜2の結晶の単位格子は、図
6に示すように等軸晶系の面心立方晶系のパイロクロア
型構造であり、この結晶格子においては、基材法線方向
が<100>軸であり、他の<010>軸と<001>
軸はいずれも図6に示す方向となる。これらの方向に対
し、基材法線に対して斜め方向から入射するイオンビー
ムを考慮すると、図6の原点Oに対して単位格子の対角
線方向、即ち、<111>軸に沿って入射する場合は5
4.7度の入射角度となる。ここで前記のように入射角
度50〜60度の範囲で良好な結晶配向性を示すこと
は、イオンビームの入射角度が前記54.7度と一致す
るかその前後になった場合、イオンチャンネリングが最
も効果的に起こり、多結晶基材1上に堆積している結晶
において、多結晶基材1の上面で前記角度に一致する配
置関係になって安定した原子のみが選択的に残り易くな
り、その他の乱れた原子配列で不安定なものはイオンビ
ームのスパッタ効果によりスパッタされて除去される結
果として、配向性の良好な原子の集合した結晶のみが選
択的に残って堆積してゆくものと推定している。
The inventors of the present invention assume the following as a factor for adjusting the crystal orientation of the polycrystalline thin film 2.
The unit cell of the crystal of the polycrystalline thin film 2 of Gd 2 Zr 2 O 7 has an equiaxed face-centered cubic pyrochlore structure as shown in FIG. 6, and in this crystal lattice, the base material method is used. The line direction is the <100> axis and <001> with the other <010> axes.
The axes are all in the directions shown in FIG. Considering an ion beam that is incident obliquely to the normal to the base material with respect to these directions, when incident along the diagonal direction of the unit lattice, that is, along the <111> axis with respect to the origin O in FIG. Is 5
The incident angle is 4.7 degrees. Here, as described above, exhibiting good crystal orientation in the incident angle range of 50 to 60 degrees means that the ion channeling is performed when the incident angle of the ion beam coincides with or before and after the 54.7 degree. Occurs most effectively, and in the crystal deposited on the polycrystalline base material 1, only the stable atoms are likely to remain selectively due to the arrangement relationship on the upper surface of the polycrystalline base material 1 that matches the angle. , Other unstable atomic arrangements that are unstable are removed by being sputtered by the ion beam sputtering effect, and as a result, only crystals in which atoms with good orientation are aggregated selectively remain and are deposited. Is estimated.

【0043】また、以上のような条件でGd2Zr27
の多結晶薄膜2の成膜を行っても、成膜時の多結晶基材
1の温度とイオンビームアシスト時のイオンビームのエ
ネルギーを前述の規定の範囲内に設定しなければ、十分
なイオンビームチェネリング効果が得られない。よっ
て、前述のイオンビームアシスト角度と多結晶基材1の
温度とイオンビームエネルギーの3つの条件を全て規定
の好ましい範囲内に揃えて成膜することが重要である。
Under the above conditions, Gd 2 Zr 2 O 7
Even if the polycrystalline thin film 2 is formed, if the temperature of the polycrystalline substrate 1 at the time of film formation and the energy of the ion beam at the time of ion beam assist are not set within the above-specified range, sufficient ion Beam channeling effect cannot be obtained. Therefore, it is important that the three conditions of the ion beam assist angle, the temperature of the polycrystalline substrate 1 and the ion beam energy described above are all aligned within the prescribed preferable range.

【0044】次に、図7と図8は本発明を利用した酸化
物超電導体の一実施形態示すものであり、酸化物超電導
体22は、テープ状の多結晶基材1と、この多結晶基材
1の上面に形成された多結晶薄膜2と、多結晶薄膜2の
上面に形成された酸化物超電導層3とからなっている。
前記多結晶基材1と多結晶薄膜2は、先に説明した材料
と同等の材料から構成され、多結晶薄膜2の結晶粒20
は、粒界傾角25度以内、好ましくは17〜20度にな
るように配向されている。
Next, FIGS. 7 and 8 show an embodiment of an oxide superconductor utilizing the present invention. The oxide superconductor 22 is a tape-shaped polycrystalline substrate 1 and this polycrystalline superconductor. It is composed of a polycrystalline thin film 2 formed on the upper surface of the base material 1 and an oxide superconducting layer 3 formed on the upper surface of the polycrystalline thin film 2.
The polycrystalline base material 1 and the polycrystalline thin film 2 are made of the same materials as those described above, and the crystal grains 20 of the polycrystalline thin film 2 are included.
Are oriented so that the grain boundary tilt angle is within 25 degrees, preferably 17 to 20 degrees.

【0045】次に、酸化物超電導層3は多結晶薄膜2の
上面に堆積されたものであり、図8に示すようにその結
晶粒21のc軸は多結晶薄膜2の上面に対して垂直に配
向され、その結晶粒21のa軸とb軸は、基材上面と平
行な面に沿って面内配向し、結晶粒21同士が形成する
粒界傾角K’は30度以内となっている。この酸化物超
電導層を構成する酸化物超電導体は、Y1Ba2Cu3
7-x、Y2Ba4Cu8x、Y3Ba3Cu6xなる組成、あ
るいは(Bi,Pb)2Ca2Sr2Cu3x、(Bi,P
b)2Ca2Sr3Cu4xなる組成、あるいは、Ti2
2Ca2Cu3x、Ti1Ba2Ca2Cu3x、Ti1
2Ca3Cu4x なる組成などに代表される臨界温度
の高い酸化物超電導体であるが、こられの例の他の酸化
物系の超電導体を用いても良いのは勿論である。
Next, the oxide superconducting layer 3 is deposited on the upper surface of the polycrystalline thin film 2, and the c-axis of the crystal grain 21 is perpendicular to the upper surface of the polycrystalline thin film 2 as shown in FIG. And the a-axis and the b-axis of the crystal grain 21 are in-plane oriented along a plane parallel to the upper surface of the base material, and the grain boundary tilt angle K ′ formed by the crystal grains 21 is within 30 degrees. There is. The oxide superconductor forming the oxide superconducting layer is Y 1 Ba 2 Cu 3 O.
7-x , Y 2 Ba 4 Cu 8 O x , Y 3 Ba 3 Cu 6 O x , or (Bi, Pb) 2 Ca 2 Sr 2 Cu 3 O x , (Bi, P
b) 2 Ca 2 Sr 3 Cu 4 O x composition or Ti 2 B
a 2 Ca 2 Cu 3 O x , Ti 1 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O x , Ti 1 B
The oxide superconductor has a high critical temperature represented by a composition such as a 2 Ca 3 Cu 4 O x , but it goes without saying that other oxide superconductors of these examples may be used. .

【0046】前記酸化物超電導層3は、例えば、先に説
明した多結晶薄膜2上にスパッタリングやレーザ蒸着法
などの周知の成膜法により形成され、この多結晶薄膜2
上に積層される酸化物超電導層も、Y2Zr27やGd2
Zr27のパイロクロア型の複合酸化物の多結晶薄膜2
の配向性に整合するように堆積するので、多結晶薄膜2
上に形成された酸化物超電導層は、結晶粒界における量
子的結合性に優れ、結晶粒界における超電導特性の劣化
が殆どないので、多結晶基材1の長さ方向に電気を流し
易くなり、十分に高い臨界電流密度が得られる。
The oxide superconducting layer 3 is formed, for example, on the above-mentioned polycrystalline thin film 2 by a well-known film forming method such as sputtering or laser vapor deposition.
The oxide superconducting layer laminated on the upper layer is also made of Y 2 Zr 2 O 7 or Gd 2
Polycrystalline thin film of Zr 2 O 7 pyrochlore type complex oxide 2
The polycrystalline thin film 2 is deposited so as to match the orientation of
The oxide superconducting layer formed on the top has excellent quantum bondability at the crystal grain boundaries and hardly deteriorates the superconducting properties at the crystal grain boundaries. Therefore, it becomes easy to pass electricity in the length direction of the polycrystalline base material 1. A sufficiently high critical current density can be obtained.

【0047】[0047]

【実施例】図4に示す構成の多結晶薄膜の形成装置を使
用し、この形成装置の成膜処理容器内部をロータリーポ
ンプおよびクライオポンプで真空引きして3.0×10
-4トール(399.9×10-4Pa)に減圧した。テー
プ状の基材としては、幅10mm、厚さ0.5mm、長
さ100cmの表面鏡面研磨済みのハステロイC276
テープを使用した。また、ターゲットにはGd2Zr2
7、Y2Zr27、Eu2Zr27 なる組成で希土類元素
とZrの比率を変えた複合酸化物製のものを用いた。成
膜はスパッタ電圧1000V、スパッタ電流100m
A、イオンソースから発生させるAr+のイオンビームの
入射角度を基材の被成膜面の法線に対して55度に設定
し、イオンビームの搬送距離40cmに設定し、イオン
ソースのアシスト電圧を200eVに設定し、基材テー
プの温度を90〜300℃の間で変化させ、雰囲気中に
133.3×10-4Pa(1×10-4トール)の酸素を
流し、基材上にターゲットの構成粒子を堆積させると同
時にイオンビームを照射して厚さ1.0μmの膜状の複
合酸化物多結晶薄膜を形成した。
EXAMPLE A polycrystalline thin film forming apparatus having the structure shown in FIG. 4 was used, and the inside of the film forming processing container of this forming apparatus was evacuated by a rotary pump and a cryopump to obtain 3.0 × 10 5.
The pressure was reduced to −4 Torr (399.9 × 10 −4 Pa). As the tape-shaped substrate, Hastelloy C276 having a width of 10 mm, a thickness of 0.5 mm and a length of 100 cm and having a surface mirror-polished.
Tape was used. Also, the target is Gd 2 Zr 2 O
A composite oxide having a composition of 7 , Y 2 Zr 2 O 7 and Eu 2 Zr 2 O 7 and different ratios of rare earth elements and Zr was used. Sputtering voltage is 1000 V, sputtering current is 100 m
A, the incident angle of the Ar + ion beam generated from the ion source is set to 55 degrees with respect to the normal to the film-forming surface of the substrate, the ion beam transport distance is set to 40 cm, and the assist voltage of the ion source is set. Is set to 200 eV, the temperature of the base tape is changed between 90 and 300 ° C., and oxygen of 133.3 × 10 −4 Pa (1 × 10 −4 Torr) is caused to flow in the atmosphere to apply the base tape onto the base. The constituent particles of the target were deposited and simultaneously irradiated with an ion beam to form a film-shaped composite oxide polycrystalline thin film having a thickness of 1.0 μm.

【0048】得られた複合酸化物の多結晶薄膜につい
て、CuKα線を用いたθ−2θ法によるX線回折を行
って得られた極点図から、各組成の複合酸化物の多結晶
薄膜が良好な配向性でもって配向していることが明らか
となった。極点図から求めた各多結晶薄膜の粒界傾角に
相当する半値全幅の値を図9から図11に示す。
The obtained composite oxide polycrystalline thin film was subjected to X-ray diffraction by the θ-2θ method using CuKα rays, and from the pole figure obtained, the composite oxide polycrystalline thin film of each composition was excellent. It was clarified that they were oriented with various orientations. The full width at half maximum corresponding to the grain boundary tilt angle of each polycrystalline thin film obtained from the pole figure is shown in FIGS. 9 to 11.

【0049】図9は、各種の多結晶薄膜における成膜時
の多結晶基の板温度と半値全幅との関係を示す図であ
る。横軸は成膜時の基材温度、縦軸は結晶の配向性を示
す、粒界傾角に相当する半値全幅(FWHM)の値であ
る。図中曲線(a)はGdZrO系の結晶で、ZrO
2 :Gd23が92:8の蛍石の場合、曲線(b)はY
ZrO系の結晶で、ZrO2 :Y23が92:8の蛍石
型のYSZの場合、曲線(c)はYZrO系の結晶で、
ZrO2 :Y23が2:1のパイロクロア型の場合、曲
線(d)はGdZrO系の結晶で、ZrO2 :Gd23
が2:1のパイロクロアの場合を示す。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the plate temperature and the full width at half maximum of the polycrystalline substrate during the formation of various polycrystalline thin films. The horizontal axis represents the substrate temperature during film formation, and the vertical axis represents the crystal orientation, and the full width at half maximum (FWHM) corresponding to the grain boundary tilt angle. The curve (a) in the figure is a GdZrO-based crystal, and ZrO
In the case of fluorite with 2 : 2 Gd 2 O 3 of 92: 8, the curve (b) is Y
In the case of a ZrO-based crystal in which ZrO 2 : Y 2 O 3 is 92: 8 fluorite-type YSZ, the curve (c) is a YZrO-based crystal.
When ZrO 2 : Y 2 O 3 is a 2: 1 pyrochlore type, the curve (d) is a GdZrO type crystal, and ZrO 2 : Gd 2 O 3
Shows the case of 2: 1 pyrochlore.

【0050】図から明らかなとおり、曲線(a)のZr
2 :Gd23が92:8の蛍石の場合、基材温度が9
0℃〜250℃の間でFWHM値が24度以下となり、
100℃〜225℃の間でFWHM値が20度以下とな
る。また、曲線(b)のZrO2 :Y23が92:8の
蛍石型のYSZの場合、基材温度が90℃〜300℃の
間でFWHM値が24度以下となり、90℃〜150℃
の間でFWHM値が16度以下となる。さらに、曲線
(c)のZrO2 :Y23が2:1のパイロクロア型の
場合、基材温度が150℃〜300℃の間でFWHM値
が18度以下となり、150℃〜250℃でFWHM値
が15度以下となる。また、曲線(d)のZrO2 :G
23が2:1のパイロクロアの場合、基材温度が90
℃〜300℃の間でFWHM値が16度以下となり、1
20℃〜250℃の間でFWHM値が13度以下とな
る。
As is clear from the figure, Zr of the curve (a)
In the case of fluorite with O 2 : Gd 2 O 3 of 92: 8, the base material temperature is 9
The FWHM value becomes 24 degrees or less between 0 ° C and 250 ° C,
The FWHM value becomes 20 degrees or less between 100 ° C and 225 ° C. When ZrO 2 : Y 2 O 3 of the curve (b) is fluorite-type YSZ of 92: 8, the FWHM value becomes 24 ° C. or less when the base material temperature is 90 ° C. to 300 ° C., and the FWHM value is 90 ° C. 150 ° C
The FWHM value becomes 16 degrees or less between. Further, in the case of the pyrochlore type in which the ZrO 2 : Y 2 O 3 of the curve (c) is 2: 1, the FWHM value becomes 18 degrees or less when the substrate temperature is 150 ° C. to 300 ° C., and the FWHM value is 150 ° C. to 250 ° C. The FWHM value becomes 15 degrees or less. In addition, ZrO 2 : G of the curve (d)
In the case of pyrochlore with d 2 O 3 of 2: 1, the substrate temperature is 90
FWHM value is below 16 degrees between 1 ℃ and 300 ℃
The FWHM value becomes 13 degrees or less between 20 ° C and 250 ° C.

【0051】図10は、GdZrO系の結晶において、
ZrO2 :Gd23の比率を変化させた場合の成膜時の
多結晶基の板温度と半値全幅との関係を示す図である。
図9と同様、横軸は成膜時の基材温度、縦軸は結晶の配
向性を示す、粒界傾角に相当する半値全幅(FWHM)
の値を示している。図から明らかなとおり、曲線(a)
のZrO2 :Gd23の比率が92:8の場合、基材温
度が90℃〜250℃の間でFWHM値が24度以下と
なり、100℃〜225℃の間でFWHM値が20度以
下となる。また、曲線(b)のZrO2 :Gd23の比
率が1:2の場合、基材温度が90℃〜300℃でFW
HM値が23度以下となり、120℃〜250℃でFW
HM値が19〜15度となる。さらに、曲線(c)のZ
rO2 :Gd23の比率が1:1の場合は、基材温度が
100℃〜300℃でFWHM値が16〜12度とな
る。また、曲線(d)のZrO2 :Gd23の比率が
2:1の場合は、基材温度が120℃〜250℃でFW
HM値が12〜13度となる。
FIG. 10 shows a GdZrO system crystal.
ZrO 2: is a diagram illustrating the relation between the board temperature and the full width at half maximum of the polycrystalline group during the deposition in the case of changing the ratio of Gd 2 O 3.
As in FIG. 9, the horizontal axis represents the substrate temperature during film formation, the vertical axis represents the crystal orientation, and the full width at half maximum (FWHM) corresponding to the grain boundary tilt angle.
Indicates the value of. As is clear from the figure, the curve (a)
When the ratio of ZrO 2 : Gd 2 O 3 is 92: 8, the FWHM value is 24 degrees or less when the substrate temperature is 90 ° C. to 250 ° C., and the FWHM value is 20 degrees between 100 ° C. and 225 ° C. It becomes the following. When the ratio of ZrO 2 : Gd 2 O 3 in the curve (b) is 1: 2, the substrate temperature is 90 ° C. to 300 ° C. and the FW is
HM value is 23 degrees or less and FW at 120 ° C to 250 ° C
The HM value becomes 19 to 15 degrees. Furthermore, Z of the curve (c)
When the ratio of rO 2 : Gd 2 O 3 is 1: 1, the substrate temperature is 100 ° C. to 300 ° C. and the FWHM value is 16 to 12 degrees. Moreover, when the ratio of ZrO 2 : Gd 2 O 3 in the curve (d) is 2: 1, the substrate temperature is 120 ° C. to 250 ° C. and the FW
The HM value is 12 to 13 degrees.

【0052】また、図11は多結晶薄膜の種類をRE2
Zr27 とし、RE(希土類元素)としてYb,E
r,Ho,Y,Dy,Gd,Eu,Sm,Nd及びPr
を用いて、上記と同じ成膜条件、すなわち、基材温度2
00℃、Ar+ イオンビーム使用、イオンビームエネル
ギー200eV、イオンビーム入射角55度で成膜した
場合のFWHM値を、イオン半径の小さいものから順に
並べたものである。図に示すように、本発明の成膜条件
によってRE2Zr27 の組成式で示されるパイロクロ
ア多結晶薄膜を成膜すれば、FWHM値が18度以下の
良好な配向性でもって配向していることが明らかとなっ
た。特に、RE(希土類元素)としてGd及びEuを採
用した場合には、FWHM値が12となり、非常に優れ
た配向性を有するパイロクロア多結晶薄膜を成膜するこ
とができる。
FIG. 11 shows the type of polycrystalline thin film as RE 2
Zr 2 O 7 and Yb, E as RE (rare earth element)
r, Ho, Y, Dy, Gd, Eu, Sm, Nd and Pr
Using the same film forming conditions as described above, that is, the substrate temperature 2
The FWHM values in the case of forming a film at 00 ° C., using Ar + ion beam, ion beam energy of 200 eV, and ion beam incident angle of 55 degrees are arranged in order from the smallest ionic radius. As shown in the figure, when a pyrochlore polycrystalline thin film represented by the composition formula of RE 2 Zr 2 O 7 is formed under the film forming conditions of the present invention, the FWHM value is oriented with good orientation of 18 degrees or less. It became clear. In particular, when Gd and Eu are adopted as RE (rare earth element), the FWHM value becomes 12, and a pyrochlore polycrystalline thin film having extremely excellent orientation can be formed.

【0053】さらに、上記のような各成膜条件で形成し
た多結晶薄膜の上に、Y1Ba2Cu37-x なる組成の酸
化物超電導体層をレーザ蒸着法により形成して酸化物超
電導導体とした。酸化物超電導体層の形成方法は、蒸着
処理室の内部を26Paに減圧し、基板温度を700℃
に保って蒸着した。得られた酸化物超電導導体を液体窒
素に浸漬し、4端子法で中央部分の幅10mm、長さ1
0mmの部分について臨界電流密度を測定した。
Further, an oxide superconductor layer having a composition of Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x is formed on the polycrystalline thin film formed under the respective film forming conditions as described above by a laser deposition method and is oxidized. As a superconducting conductor. The method for forming the oxide superconductor layer is as follows.
It was kept and vapor deposited. The obtained oxide superconducting conductor was immersed in liquid nitrogen, and the central portion was 10 mm wide and 1 length long by the 4-terminal method.
The critical current density was measured for the 0 mm portion.

【0054】その結果、図9の曲線(a)(=図10の
曲線(a))に示すZrO2 :Gd 23が92:8で基
材温度を150℃にして形成したFWHM値が17度の
多結晶薄膜を使用した酸化物超電導導体の臨界電流密度
は0.5MA/cm2 、図9の曲線(c)に示すZrO
2 :Y23が2:1で基材温度を200℃にして形成し
たFWHM値が13度の多結晶薄膜を使用した酸化物超
電導導体の臨界電流密度は1.0MA/cm2 、また、
図9の曲線(d)(=図10の曲線(d))に示すZr
2 :Gd23が2:1で基材温度を200℃にして形
成したFWHM値が12度の多結晶薄膜を使用した酸化
物超電導導体の臨界電流密度は1.2MA/cm2 であ
った。
As a result, the curve (a) in FIG. 9 (= FIG. 10)
ZrO shown in the curve (a))2 : Gd 2O3Is based on 92: 8
The FWHM value formed with the material temperature of 150 ° C is 17 degrees.
Critical current density of oxide superconductor using polycrystalline thin film
Is 0.5 MA / cm2 , ZrO shown in the curve (c) of FIG.
2 : Y2O3Is 2: 1 and the substrate temperature is 200 ° C.
With FWHM value of 13 degrees
The critical current density of the conductive conductor is 1.0 MA / cm2 ,Also,
Zr shown in the curve (d) of FIG. 9 (= curve (d) of FIG. 10)
O2 : Gd2O3Is 2: 1 and the substrate temperature is 200 ° C.
Oxidation using a polycrystalline thin film with a FWHM value of 12 degrees
Superconducting conductor has a critical current density of 1.2 MA / cm2 And
It was.

【0055】さらに、図10の曲線(b)に示すZrO
2 :Gd23が1:2で基材温度を200℃にして形成
したFWHM値が15度の多結晶薄膜を使用した酸化物
超電導導体の臨界電流密度は0.7MA/cm2 、ま
た、図10の曲線(c)に示すZrO2 :Gd23
1:1で基材温度を200℃にして形成したFWHM値
が12度の多結晶薄膜を使用した酸化物超電導導体の臨
界電流密度は0.9MA/cm2 であった。また、図1
1に示すZrO2 :Eu23が2:1で基材温度を20
0℃にして形成したFWHM値が11.5度の多結晶薄
膜を使用した酸化物超電導導体の臨界電流密度は1.2
MA/cm2 であった。
Further, ZrO shown in the curve (b) of FIG.
2 : Gd 2 O 3 is 1: 2, the critical current density of the oxide superconducting conductor is 0.7 MA / cm 2 using the polycrystalline thin film formed with the substrate temperature of 200 ° C. and the FWHM value of 15 degrees. , The criticality of an oxide superconducting conductor using a polycrystalline thin film having a FWHM value of 12 degrees formed by setting ZrO 2 : Gd 2 O 3 at a ratio of 1: 1 and a substrate temperature of 200 ° C. shown in a curve (c) of FIG. The current density was 0.9 MA / cm 2 . Also, FIG.
ZrO 2 : Eu 2 O 3 shown in 1 is 2: 1 and the substrate temperature is 20.
The critical current density of an oxide superconducting conductor using a polycrystalline thin film having a FWHM value of 11.5 degrees formed at 0 ° C is 1.2.
It was MA / cm 2 .

【0056】以上詳細に説明したとおり、多結晶薄膜の
種類に応じて最適な基材温度を選定し、その上でイオン
ビームとして、Ar+のイオンビーム、Kr+のイオンビ
ーム、Xe+ のイオンビーム、あるいはこれらの混合イ
オンビームを用い、前記イオンビームのイオンビームエ
ネルギーを150eV以上300eV以下の範囲に調整
し、前記イオンビームを基材の被成膜面の法線に対して
50度以上60度以下の入射角度で照射させながら堆積
させる成膜条件で成膜すれば、優れた配向性を有するパ
イロクロア多結晶薄膜を成膜することができる。さら
に、このようにして形成した配向性に優れたパイロクロ
ア多結晶薄膜を下地層として酸化物超電導体層を形成す
れば、臨界電流密度の高い酸化物超電導導体が得られ
る。
As described in detail above, the optimum base material temperature is selected according to the type of the polycrystalline thin film, and then the ion beam of Ar + , Kr + ion beam, Xe + ion is used as the ion beam. Beam or a mixed ion beam of these beams, the ion beam energy of the ion beam is adjusted to a range of 150 eV or more and 300 eV or less, and the ion beam is 50 ° or more and 60 ° or more with respect to the normal to the surface of the substrate on which the film is formed. A pyrochlore polycrystalline thin film having excellent orientation can be formed by forming the film under the film forming condition of depositing while irradiating at an incident angle of not more than 40 degrees. Further, when the oxide superconductor layer is formed by using the pyrochlore polycrystalline thin film having excellent orientation as described above as an underlayer, an oxide superconductor having a high critical current density can be obtained.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上説明したように本発明の多結晶薄膜
の形成方法によれば、粒界傾角が25度以下の結晶配向
性に優れたパイロクロア型の結晶粒からなる多結晶薄膜
を多結晶基材上に形成することが可能となる。また、従
来のYSZに比べ約2倍の成長速度で成膜できるので、
プロセス所要時間を短縮することができる。また、この
ような結晶配向性に優れたパイロクロア型の多結晶薄膜
の上に形成された超電導導体は、臨界電流密度が高く、
安定性に優れた超電導特性を有するものとなる。
As described above, according to the method for forming a polycrystalline thin film of the present invention, a polycrystalline thin film composed of pyrochlore type crystal grains having a grain boundary tilt angle of 25 degrees or less and excellent crystal orientation is polycrystalline. It becomes possible to form it on a base material. In addition, since the film can be formed at a growth rate about twice that of the conventional YSZ,
The process time can be shortened. Further, the superconducting conductor formed on the pyrochlore-type polycrystalline thin film excellent in such crystal orientation has a high critical current density,
It has superconducting characteristics with excellent stability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明方法により形成された複合酸化物多結
晶薄膜の一例を示した斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a complex oxide polycrystalline thin film formed by the method of the present invention.

【図2】 図1に示す多結晶薄膜の結晶粒とその結晶軸
方向および粒界傾角を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing crystal grains of the polycrystalline thin film shown in FIG. 1, crystal grain directions thereof and grain boundary tilt angles.

【図3】 Gd2Zr27なる組成のパイロクロア型の
多結晶薄膜の結晶格子を示す概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a crystal lattice of a pyrochlore type polycrystalline thin film having a composition of Gd 2 Zr 2 O 7 .

【図4】 本発明の多結晶薄膜の形成に使用する装置の
一例を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing an example of an apparatus used for forming a polycrystalline thin film of the present invention.

【図5】 図4に示す装置のイオンソースの一例を示す
構成図である。
5 is a configuration diagram showing an example of an ion source of the apparatus shown in FIG.

【図6】 イオンビーム入射角度を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an ion beam incident angle.

【図7】 多結晶薄膜上に形成された酸化物超電導層を
示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing an oxide superconducting layer formed on a polycrystalline thin film.

【図8】 図7に示す酸化物超電導層の結晶粒と結晶軸
方向及びその粒傾角度を示す図である。
8 is a diagram showing crystal grains, crystal axis directions, and grain tilt angles of the oxide superconducting layer shown in FIG.

【図9】 基材温度と多結晶薄膜の半値全幅の関係を示
す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a substrate temperature and a full width at half maximum of a polycrystalline thin film.

【図10】 多結晶薄膜の組成と多結晶薄膜の半値全幅
の関係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the composition of a polycrystalline thin film and the full width at half maximum of the polycrystalline thin film.

【図11】 各種複合酸化物のイオン半径と多結晶薄膜
の半値全幅との関係を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between an ionic radius of various complex oxides and a full width at half maximum of a polycrystalline thin film.

【図12】 従来の方法でされた複合酸化物多結晶薄膜
を示した斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view showing a complex oxide polycrystalline thin film formed by a conventional method.

【図13】 従来の方法で形成されたSm2Zr27
る組成の多結晶薄膜の基材温度と半値全幅の関係を示す
図である。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a base material temperature and a full width at half maximum of a polycrystalline thin film having a composition of Sm 2 Zr 2 O 7 formed by a conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・多結晶基材、2・・・多結晶薄膜、3・・・酸化物超電
導層、4・・・結晶粒、5・・・中間層、H・・・法線、K・・・粒
界傾角、R・・・結晶粒界、θ・・・入射角度、20・・・結晶
粒、21・・・結晶粒、22・・・酸化物超電導導体、36・・
・ターゲット、39・・・イオンソース。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polycrystalline base material, 2 ... Polycrystalline thin film, 3 ... Oxide superconducting layer, 4 ... Crystal grains, 5 ... Intermediate layer, H ... Normal line, K ... Grain boundary tilt angle, R ... Crystal grain boundary, θ ... Incident angle, 20 ... Crystal grain, 21 ... Crystal grain, 22 ... Oxide superconducting conductor, 36 ...
-Target, 39 ... Ion source.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 39/24 H01L 39/24 B (72)発明者 柿本 一臣 東京都江東区木場1丁目5番1号 株式会 社フジクラ内 Fターム(参考) 4G047 JA04 JB02 JC02 KE02 4G077 AA03 AA07 BC60 DA11 EA02 SB02 4K029 AA02 AA25 BA50 BB08 BC04 CA05 CA15 DC37 EA08 EA09 4M113 AD35 AD68 BA01 BA04 BA29 CA34 CA36 5G321 AA01 BA07 CA04 CA21 CA24 CA27 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 39/24 H01L 39/24 B (72) Inventor Kazumoto Kazuomi 1-5-1 Kiba, Koto-ku, Tokyo No. Stock Company Fujikura F-term (reference) 4G047 JA04 JB02 JC02 KE02 4G077 AA03 AA07 BC60 DA11 EA02 SB02 4K029 AA02 AA25 BA50 BB08 BC04 CA05 CA15 DC37 EA08 EA09 4M113 AD35 AD68 BA01 BA04 CA27 CA21 CA21 CA04 CA36 5

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 組成式がGdZrOまたはYZrOのい
ずれかで示されるパイロクロア型、蛍石型、希土類C型
もしくはパイロクロアと希土類C型の混合型の結晶構造
を有する結晶粒からなり、多結晶基材の被成膜面と平行
な面に沿う前記結晶粒の同一結晶軸が構成する粒界傾角
が30度以下である多結晶薄膜を形成する方法であっ
て、スパッタ法により前記組成式の構成元素のターゲッ
トから発生させた構成粒子を多結晶基材の被成膜面上に
堆積させる際に、多結晶基材を90℃〜300℃の温度
に加熱し、イオンソースが発生させるイオンビームとし
て、Ar+のイオンビーム、Kr+のイオンビーム、Xe
+のイオンビーム、あるいはこれらの混合イオンビーム
を用い、前記イオンビームのイオンビームエネルギーを
150eV以上300eV以下の範囲に調整し、前記イ
オンビームを基材の被成膜面の法線に対して50度以上
60度以下の入射角度で照射させながら堆積させること
を特徴とする多結晶薄膜の形成方法。
1. A polycrystalline substrate comprising crystal grains having a pyrochlore type, a fluorite type, a rare earth C type or a mixed type of pyrochlore and rare earth C type having a composition formula represented by either GdZrO or YZrO. Is a method for forming a polycrystalline thin film having a grain boundary tilt angle of 30 degrees or less formed by the same crystal axis of the crystal grains along a plane parallel to the film-forming surface, which is a constituent element of the composition formula by a sputtering method. When depositing the constituent particles generated from the target of 1) on the film formation surface of the polycrystalline base material, the polycrystalline base material is heated to a temperature of 90 ° C. to 300 ° C., and as an ion beam generated by the ion source, Ar + ion beam, Kr + ion beam, Xe
Using an ion beam of + or a mixed ion beam thereof, the ion beam energy of the ion beam is adjusted to a range of 150 eV or more and 300 eV or less, and the ion beam is adjusted to 50 with respect to the normal line to the film formation surface of the substrate. A method of forming a polycrystalline thin film, which comprises depositing while irradiating at an incident angle of not less than 60 degrees and not more than 60 degrees.
【請求項2】 前記多結晶薄膜の組成式がYZrOであ
り、かつZrO2 とY23との比が2:1であって、多
結晶基材の加熱温度を150℃〜300℃とすることを
特徴とする請求項1に記載の多結晶薄膜の形成方法。
2. The composition formula of the polycrystalline thin film is YZrO, the ratio of ZrO 2 and Y 2 O 3 is 2: 1, and the heating temperature of the polycrystalline substrate is 150 ° C. to 300 ° C. The method for forming a polycrystalline thin film according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記多結晶基材の加熱温度を150℃〜
250℃とすることを特徴とする請求項2に記載の多結
晶薄膜の形成方法。
3. The heating temperature of the polycrystalline base material is 150.degree.
The method for forming a polycrystalline thin film according to claim 2, wherein the temperature is 250 ° C.
【請求項4】 前記多結晶薄膜の組成式がGdZrOで
あり、かつZrO2とGd23との比が92:8であっ
て、多結晶基材の加熱温度を90℃〜250℃とするこ
とを特徴とする請求項1に記載の多結晶薄膜の形成方
法。
4. The composition formula of the polycrystalline thin film is GdZrO, the ratio of ZrO 2 to Gd 2 O 3 is 92: 8, and the heating temperature of the polycrystalline substrate is 90 ° C. to 250 ° C. The method for forming a polycrystalline thin film according to claim 1, wherein:
【請求項5】 前記多結晶基材の加熱温度を100℃〜
225℃とすることを特徴とする請求項4に記載の多結
晶薄膜の形成方法。
5. The heating temperature of the polycrystalline base material is 100.degree.
The method for forming a polycrystalline thin film according to claim 4, wherein the temperature is 225 ° C.
【請求項6】 前記多結晶薄膜の組成式がGdZrOで
あり、かつZrO2とGd23との比が2:1であっ
て、多結晶基材の加熱温度を90℃〜300℃とするこ
とを特徴とする請求項1に記載の多結晶薄膜の形成方
法。
6. The composition formula of the polycrystalline thin film is GdZrO, the ratio of ZrO 2 and Gd 2 O 3 is 2: 1, and the heating temperature of the polycrystalline substrate is 90 ° C. to 300 ° C. The method for forming a polycrystalline thin film according to claim 1, wherein:
【請求項7】 前記多結晶基材の加熱温度を120℃〜
250℃とすることを特徴とする請求項6に記載の多結
晶薄膜の形成方法。
7. The heating temperature of the polycrystalline base material is 120.degree.
The method for forming a polycrystalline thin film according to claim 6, wherein the temperature is 250 ° C.
【請求項8】 前記多結晶薄膜の組成式がGdZrOで
あり、かつZrO2とGd23との比が1:1であっ
て、多結晶基材の加熱温度を100℃〜290℃とする
ことを特徴とする請求項1に記載の多結晶薄膜の形成方
法。
8. The composition formula of the polycrystalline thin film is GdZrO, the ratio of ZrO 2 and Gd 2 O 3 is 1: 1, and the heating temperature of the polycrystalline substrate is 100 ° C. to 290 ° C. The method for forming a polycrystalline thin film according to claim 1, wherein:
【請求項9】 前記多結晶薄膜の組成式がGdZrOで
あり、かつZrO2とGd23との比が1:2であっ
て、多結晶基材の加熱温度を120℃〜250℃とする
ことを特徴とする請求項1に記載の多結晶薄膜の形成方
法。
9. The composition formula of the polycrystalline thin film is GdZrO, the ratio of ZrO 2 and Gd 2 O 3 is 1: 2, and the heating temperature of the polycrystalline substrate is 120 ° C. to 250 ° C. The method for forming a polycrystalline thin film according to claim 1, wherein:
【請求項10】 組成式がEuZrOで示されるパイロ
クロア型の結晶構造を有し、かつZrO2 とEu23
の比が2:1である結晶粒からなり、多結晶基材の被成
膜面と平行な面に沿う前記結晶粒の同一結晶軸が構成す
る粒界傾角を30度以下である多結晶薄膜を形成する方
法であって、スパッタ法により前記組成式の構成元素の
ターゲットから発生させた構成粒子を多結晶基材の被成
膜面上に堆積させる際に、多結晶基材を100℃〜30
0℃の温度に加熱し、イオンソースが発生させるイオン
ビームとして、Ar+のイオンビーム、Kr+のイオンビ
ーム、Xe+のイオンビーム、あるいはこれらの混合イ
オンビームを用い、前記イオンビームのイオンビームエ
ネルギーを150eV以上300eV以下の範囲に調整
し、前記イオンビームを基材の被成膜面の法線に対して
50度以上60度以下の入射角度で照射させながら堆積
させることを特徴とする多結晶薄膜の形成方法。
10. A polycrystal substrate having a pyrochlore type crystal structure represented by EuZrO and a crystal grain having a ratio of ZrO 2 and Eu 2 O 3 of 2: 1. A method for forming a polycrystalline thin film having a grain boundary tilt angle of 30 degrees or less formed by the same crystal axis of the crystal grains along a plane parallel to the film surface, which is obtained by sputtering a target of the constituent elements of the composition formula. When depositing the generated constituent particles on the film formation surface of the polycrystalline base material, the polycrystalline base material is heated to 100 ° C. to 30 ° C.
As an ion beam generated by an ion source when heated to a temperature of 0 ° C., an Ar + ion beam, a Kr + ion beam, a Xe + ion beam, or a mixed ion beam thereof is used. Energy is adjusted to a range of 150 eV or more and 300 eV or less, and deposition is performed while irradiating the ion beam at an incident angle of 50 degrees or more and 60 degrees or less with respect to a normal line of the film formation surface of the base material. Method for forming crystalline thin film.
【請求項11】 前記多結晶基材の加熱温度を150℃
〜250℃とすることを特徴とする請求項10に記載の
多結晶薄膜の形成方法。
11. The heating temperature of the polycrystalline base material is 150 ° C.
The method for forming a polycrystalline thin film according to claim 10, wherein the temperature is set to ˜250 ° C. 11.
【請求項12】 請求項1から請求項11のいずれか1
項に記載の方法によって得られた多結晶薄膜の上に酸化
物超電導体層が形成されてなることを特徴とする酸化物
超電導導体。
12. The method according to any one of claims 1 to 11.
An oxide superconductor comprising an oxide superconductor layer formed on the polycrystalline thin film obtained by the method described in the item 1.
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