JP2003151386A - Polycrystalline thin film and oxide superconductor - Google Patents

Polycrystalline thin film and oxide superconductor

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JP2003151386A
JP2003151386A JP2001343732A JP2001343732A JP2003151386A JP 2003151386 A JP2003151386 A JP 2003151386A JP 2001343732 A JP2001343732 A JP 2001343732A JP 2001343732 A JP2001343732 A JP 2001343732A JP 2003151386 A JP2003151386 A JP 2003151386A
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thin film
polycrystalline
polycrystalline thin
base material
oxide
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JP2001343732A
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Inventor
Yasuhiro Iijima
康裕 飯島
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxide superconductor with high critical current density capable of preventing burning by forming an oxide superconductive layer on a polycrystalline thin film with superior conductivity having a crystalline structure with an aligned crystal orientation. SOLUTION: The oxide superconductor 22 is provided with a polycrystalline base material A having conductivity, the polycrystalline thin film B formed on a film forming face of the polycrystalline base material A and having a pyrochlore type crystalline structure represented by a composition formula of AMO A represents one type selected from Tl, Bi, Pd, Cd, Y and RE (rare earth elements), and M represents one type selected from Tc, Ru, Rh, Pd, Re Os, Ir and Pt}, and the oxide superconductive layer C formed on the polycrystalline thin film B.

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】本発明は結晶方位の整った結
晶構造を有し、導電性に優れた多結晶薄膜と、このよう
に結晶方位の整った結晶構造を有し、導電性に優れた多
結晶薄膜上に形成された酸化物超電導層を有し、超電導
特性に優れた酸化物超電導導体に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polycrystalline thin film having a crystal structure with a well-arranged crystal orientation and excellent conductivity, and a crystal structure with such a well-arranged crystal orientation, and having excellent conductivity. The present invention relates to an oxide superconducting conductor having an oxide superconducting layer formed on a polycrystalline thin film and 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軸方向には電気を流し易いが、c
軸方向に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 The oxide superconductor discovered in recent years is an excellent superconductor exhibiting a critical temperature exceeding the liquid nitrogen temperature. At present, this type of oxide superconductor is a practical superconductor. There are various problems to be solved for use as 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 easy to pass electricity in the a-axis direction and b-axis direction of
It is known that it is difficult to pass electricity in the axial 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,
It is necessary to orient the a-axis or b-axis of the crystal of the oxide superconductor in the direction in which electricity is intended to flow and the c-axis of the oxide superconductor in the other direction.

【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9は、金属テープなどの多結晶体の基材
101上にスパッタ装置により中間層102を形成し、
この中間層102上にスパッタ装置により酸化物超電導
層103を形成した酸化物超電導導体の断面構造を示す
ものである。図9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104が無秩序に
結合した状態となっている。これらの結晶粒104の1
つ1つを個々に見ると各結晶粒104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。
In FIG. 9, an intermediate layer 102 is formed on a polycrystalline base material 101 such as a metal tape by a sputtering device.
The cross-sectional structure of the oxide superconducting conductor in which the oxide superconducting layer 103 is formed on the intermediate layer 102 by a sputtering apparatus is shown. In the structure shown in FIG. 9, the oxide superconducting layer 3 is in a polycrystalline state, and a large number of crystal grains 104 are randomly bonded. One of these grains 104
Looking at each one individually, although the c-axis of the crystal of each crystal grain 104 is oriented to a certain degree perpendicular to the substrate surface,
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
こすものと思われる。また、前記酸化物超電導体がa軸
および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102がa軸および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103
を成膜する場合に、中間層102の結晶に整合するよう
に酸化物超電導層103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 orientations 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 disturbed, and as a result, the superconducting properties, especially the critical current density, are likely to decrease. The oxide superconductor is in a polycrystalline state in which the a-axis and the b-axis are not oriented because the intermediate layer 102 formed thereunder is in the polycrystalline state in which the a-axis and the b-axis are not oriented. In addition, the oxide superconducting layer 103
It is considered that this is because the oxide superconducting layer 103 grows so as to match the crystal of the intermediate layer 102 when the film is deposited.

【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(イットリウム安定化ジルコニア)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、この技術に関して、特願平4−2
93464号明細書、特願平8−214806号明細
書、特願平8−272606号明細書、特願平8−27
2607号明細書などにおいて特許出願を行っている。
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.
If an intermediate layer of SZ (yttrium-stabilized zirconia) is formed and an oxide superconducting layer is formed on this intermediate layer,
It has been found that an oxide superconducting conductor exhibiting a good critical current density can be manufactured, and regarding this technique, Japanese Patent Application No. 4-2
No. 93464, Japanese Patent Application No. 8-214806, Japanese Patent Application No. 8-272606, Japanese Patent Application No. 8-27.
A patent application has been filed in the specification of No. 2607 and the like.

【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、金属
テープからなる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、これにより結果的に配向性の優れた中間層と
してYSZの多結晶薄膜を成膜することができる技術で
あった。このような方法でYSZの多結晶薄膜を成膜す
る際、この多結晶薄膜の表面平滑性を良好にするため、
室温程度の低温で成膜することが好ましいことが分かっ
た。それは、YSZの多結晶薄膜を500℃〜1000
℃の高温で成膜すると、YSZの結晶粒の粗大化がおこ
り、このために多結晶薄膜の表面アラサが大きくなり、
その表面が凹凸状になってしまう。このように多結晶薄
膜の表面状態が悪いと、この多結晶薄膜上に形成される
酸化物超電導層の膜質が低下、つまり、結晶配向性に乱
れを生じることとなり好ましくないからである。
The techniques according to these patent applications are oblique to the normal to the film-forming surface of the polycrystalline base material made of a metal tape when forming a film on the polycrystalline base material using a YSZ target. By performing an ion beam assist method of simultaneously irradiating an ion beam such as Ar + at an incident angle of 50 to 60 degrees, YSZ crystals with poor crystal orientation are selectively removed, and YSZ with good crystal orientation is This is a technique in which crystals can be selectively deposited, and as a result, a polycrystalline thin film of YSZ can be formed as an intermediate layer having excellent orientation. When a YSZ polycrystalline thin film is formed by such a method, in order to improve the surface smoothness of the polycrystalline thin film,
It has been found that it is preferable to form the film at a low temperature of about room temperature. It is a YSZ polycrystalline thin film at 500 ° C to 1000 ° C.
When the film is formed at a high temperature of ℃, the crystal grains of YSZ become coarse, which causes the surface roughness of the polycrystalline thin film to increase.
The surface becomes uneven. This is because if the surface state of the polycrystalline thin film is poor, the film quality of the oxide superconducting layer formed on the polycrystalline thin film deteriorates, that is, the crystal orientation is disturbed, which is not preferable.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで上記の技術に
よれば、a軸および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酸化物超
電導層を形成して得られる酸化物超電導導体は良好な臨
界電流密度を発揮することができるが、上記中間層とし
ての多結晶薄膜はいずれも絶縁体であるため、この多結
晶薄膜の上下に形成された金属テープからなる多結晶基
材と酸化物超電導層は電気的に絶縁されている。このよ
うに多結晶基材と酸化物超電導層が絶縁されている酸化
物超電導導体は、用途によっては有利であるが、大容量
の導体として用いる場合に問題が生じることがある。そ
れは、上記のような酸化物超電導導体に大容量の電流を
通電すると、熱擾乱によって超電導状態が不安定になる
ことがあり、その際に電流を多結晶基材に逃がす必要が
生じる場合があるが、上記のように中間層としての多結
晶薄膜が絶縁体であると、電流を多結晶基材に逃がすこ
とができず、焼損してしまうからである。
By the way, according to the above technique, it is possible to obtain a polycrystalline YSZ thin film in which the a-axis and the b-axis are favorably oriented, and an oxide superconducting layer is formed on this polycrystalline thin film. The oxide superconducting conductor obtained as described above can exhibit a good critical current density, but since the polycrystalline thin film as the intermediate layer is an insulator, the metal formed above and below the polycrystalline thin film is The polycrystalline substrate made of tape and the oxide superconducting layer are electrically insulated. The oxide superconducting conductor in which the polycrystalline base material and the oxide superconducting layer are thus insulated is advantageous in some applications, but may cause a problem when used as a large-capacity conductor. When a large amount of current is passed through the above oxide superconducting conductor, the superconducting state may become unstable due to thermal agitation, in which case it may be necessary to let the current escape to the polycrystalline substrate. However, if the polycrystalline thin film as the intermediate layer is an insulator as described above, the electric current cannot escape to the polycrystalline base material, and the element is burned out.

【0009】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、結晶方位の整った結晶構造を有し、導電性に
優れた多結晶薄膜を得ることを目的とする。また、この
ような結晶方位の整った結晶構造を有し、導電性に優れ
た多結晶薄膜上に酸化物超電導層を形成することで臨界
電流密度が高く、焼損を防止できる酸化物超電導導体を
得ることを目的の1つとする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a polycrystalline thin film having a crystal structure with a well-defined crystal orientation and excellent conductivity. Further, by forming an oxide superconducting layer on a polycrystalline thin film having a crystal structure with such a well-arranged crystal orientation and excellent conductivity, an oxide superconducting conductor having a high critical current density and capable of preventing burnout can be obtained. One of the purposes is to obtain.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の多結晶薄膜は上
記課題を解決するために、導電性を有する多結晶基材の
被成膜面上に形成されたAMOの組成式(ただし、上記
組成式においてAは、Tl、Bi、Pb、Cd、Y、R
E(希土類元素)の中から選択される1種を示し、Mは、
Tc、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt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ことを特徴とする。上記RE(希
土類元素)としては、Sc、La、Ce、Pr、Nd、
Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、T
m、Yb、Luの中から適宜選択して用いられる。
In order to solve the above-mentioned problems, the polycrystalline thin film of the present invention has a composition formula of AMO formed on the film-forming surface of a conductive polycrystalline substrate (provided that In the composition formula, A is Tl, Bi, Pb, Cd, Y, R
One kind selected from E (rare earth element) is shown, and M is
One kind selected from Tc, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir and Pt is shown. ) Has a pyrochlore type crystal structure. As the above RE (rare earth element), Sc, La, Ce, Pr, Nd,
Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, T
It is used by appropriately selecting from m, Yb and Lu.

【0011】上記パイロクロア型の結晶構造は、A22
7の組成式(ただし、上記組成式においてAは、T
l、Bi、Pb、Cd、Y、RE(希土類元素)の中から
選択される1種を示し、Mは、Tc、Ru、Rh、P
d、Re、Os、Ir、Ptの中から選択される1種を
示す。)であることが好ましい。上記構成の多結晶薄膜
は、室温での抵抗率が10-4〜10-6Ω・mであり、か
つdρ/dT>0(ρは抵抗率、Tは温度)であること
が好ましい。また、上記構成の多結晶薄膜は、上記多結
晶基材の被成膜面と平行な面に沿う上記多結晶薄膜の各
結晶粒の同一結晶軸が構成する粒界傾角が、30度以下
にされてなることが好ましい。
The above-mentioned pyrochlore type crystal structure is A 2 M 2
The composition formula of O 7 (where A is T
1, Bi, Pb, Cd, Y, and RE (rare earth elements) are shown as one kind, and M is Tc, Ru, Rh, P.
One kind selected from d, Re, Os, Ir and Pt is shown. ) Is preferable. The polycrystalline thin film having the above structure preferably has a resistivity at room temperature of 10 −4 to 10 −6 Ω · m, and dρ / dT> 0 (ρ is resistivity and T is temperature). In the polycrystalline thin film having the above structure, the grain boundary tilt angle formed by the same crystal axis of each crystal grain of the polycrystalline thin film along a plane parallel to the film formation surface of the polycrystalline base material is 30 degrees or less. Preferably.

【0012】また、本発明の酸化物超電導導体は上記課
題を解決するために、導電性を有する多結晶基材と、こ
の多結晶基材の被成膜面上に形成され、上記AMOの組
成式(ただし、上記組成式においてAは、Tl、Bi、
Pb、Cd、Y、RE(希土類元素)の中から選択される
1種を示し、Mは、Tc、Ru、Rh、Pd、Re、O
s、Ir、Pt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多結晶薄膜
と、この多結晶薄膜上に形成された酸化物超電導層とを
具備してなることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the oxide superconducting conductor of the present invention is formed of a conductive polycrystalline base material and a film-forming surface of the polycrystalline base material. (Where A is Tl, Bi,
One of Pb, Cd, Y and RE (rare earth elements) is selected, and M is Tc, Ru, Rh, Pd, Re and O.
One kind selected from s, Ir, and Pt is shown. ), A polycrystalline thin film having a pyrochlore type crystal structure, and an oxide superconducting layer formed on the polycrystalline thin film.

【0013】多結晶基材上に形成されたパイロクロア型
の多結晶薄膜は、その上に酸化物超電導層を設けた場合
に、従来のYSZの多結晶薄膜よりも種々の点で有利で
あると考えられる。第1に、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Zr
2の面心立方格子において面の中央に位置する原子と
面のコーナ部分に位置する原子の間隔(最近接原子間距
離)は3.63Å(0.363nm)であるとすると、
Ru2Bi27の結晶の格子定数が10.3Å(1.03
nm)であり、最近接原子間距離が3.64Å(0.3
64nm)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が3.8
1Å(0.381nm)であることを考慮すると、YS
Zの多結晶薄膜よりもRu2Bi27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。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、Ru2Bi27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、Bi2Ir27(最
近接原子間距離3.65Å(0.365nm))、Pb
2Os27(最近接原子間距離3.67Å(0.367
nm))、Pb2Re27 (最近接原子間距離3.68
Å(0.368nm))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を適用できる。
The pyrochlore type polycrystal thin film formed on the polycrystal substrate is advantageous in various points over the conventional YSZ polycrystal thin film when the oxide superconducting layer is provided thereon. Conceivable. First, the lattice constant of ZrO 2 , which is the main component in YSZ crystals, is 5.14Å.
In the face-centered cubic lattice of O 2, the distance between the atom located at the center of the face and the atom located at the corner of the face (closest interatomic distance) is 3.63Å (0.363 nm),
The lattice constant of the Ru 2 Bi 2 O 7 crystal is 10.3Å (1.03
nm) and the closest interatomic distance is 3.64Å (0.3
64 nm), for which Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x
The closest interatomic distance of the oxide superconductor with the following composition is 3.8
Considering that it is 1Å (0.381 nm), YS
It is considered that the polycrystalline thin film of the Ru 2 Bi 2 O 7 complex oxide is more advantageous than the polycrystalline thin film of Z in terms of crystal matching. That is, when depositing the atoms of the polycrystalline thin film by carrying out 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. Further, since Ru 2 Bi 2 O 7 has a pyrochlore type crystal structure, another crystal lattice similar to that in the pyrochlore type crystal structure is Bi 2 Ir 2 O 7 (closest interatomic distance 3.65Å ( 0.365 nm)), Pb
2 Os 2 O 7 (closest interatomic distance 3.67Å (0.367
nm)), Pb 2 Re 2 O 7 (closest interatomic distance 3.68)
Å (0.368 nm)) having a pyrochlore type crystal structure represented by any of the composition formulas can be applied.

【0014】また、これらの外のパイロクロア型の結晶
構造を有するものとして、Bi2Rh27、Bi2Os2
7、Bi2Re27 、Pb2Rh27 、Pb2Ru27
、Pb2Ir27、Gd2Rh27、Gd2Ru27
Gd2Ir27、Gd2Os2 7、Gd2Re27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、
更に外のパイロクロア型の結晶構造を有するものとし
て、上記組成式を構成する上記Aと上記M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となら
ず、欠損蛍石型、もしくは希土類C型とよばれる酷似構
造をとることがあるが、その場合でも、立方晶が維持さ
れていれば有効である。
In addition to these, pyrochlore type crystals
Bi having a structure2Rh2O7, Bi2Os2
O7, Bi2Re2O7 , Pb2Rh2O7 , Pb2Ru2O7
  , Pb2Ir2O7, Gd2Rh2O7, Gd2Ru2O7,
Gd2Ir2O7, Gd2Os2O 7, Gd2Re2O7Nozu
You may employ | adopt the thing shown by the composition formula of either. In addition,
Furthermore, it is assumed that it has a pyrochlore type crystal structure.
Then, the relative ratio of the above A and the above M constituting the above composition formula is
Not only 1: 1 but 0.1: 0.9 to 0.9: 0.1
Any relative ratio can be adopted within the range. Na
In this case, if the crystal structure is not always pyrochlore type,
No defect, defective fluorite type or rare earth C type
However, even in that case, the cubic crystal is maintained.
If it is, it is effective.

【0015】さらに、本発明で用いられる多結晶薄膜
は、パイロクロア型の結晶構造を有する以外に導電性を
有することが必要であるため、AMOの組成式(ただ
し、上記組成式においてAは、Tl、Bi、Pb、C
d、Y、RE(希土類元素)の中から選択される1種を示
し、Mは、Tc、Ru、Rh、Pd、Re、Os、I
r、Pt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ものが好適に用いら
れる。このようなAMO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多結晶薄膜は、室温での抵抗率
が10-4〜10-6Ω・m程度であり、かつ概ねdρ/d
T>0(ρは抵抗率、Tは温度)であるために、低温で
さらに抵抗率は下がる。従って、液体窒素温度等の冷却
環境下で使用される酸化物超電導導体の酸化物超電導層
と多結晶基材との間に設ける安定化導電膜として充分に
機能する。上記AMOの組成式において、特に、上記A
としてBi又はPbを選択した場合は、dρ/dT>0
の傾向が顕著であるのでさらに好ましい。一方、従来か
ら一般に知られている導電性酸化物薄膜はInO2−S
23等、半導体的導電性を有する材料が多いが、これ
らの従来の導電性酸化物薄膜は、dρ/dT<0であ
り、低温で抵抗が高くなってしまうために、液体窒素温
度等の冷却環境下で使用される超電導導体の安定化導電
膜として使用は困難である。
Furthermore, since the polycrystalline thin film used in the present invention is required to have conductivity in addition to having a pyrochlore type crystal structure, the composition formula of AMO (where A is Tl , Bi, Pb, C
d represents one selected from Y, RE (rare earth elements), M represents Tc, Ru, Rh, Pd, Re, Os, I
One kind selected from r and Pt is shown. A compound having a pyrochlore type crystal structure represented by (4) is preferably used. A polycrystalline thin film having a pyrochlore type crystal structure represented by such an AMO composition formula has a resistivity at room temperature of about 10 −4 to 10 −6 Ω · m, and generally dρ / d.
Since T> 0 (ρ is resistivity and T is temperature), the resistivity further decreases at low temperature. Therefore, it sufficiently functions as a stabilizing conductive film provided between the oxide superconducting layer of the oxide superconducting conductor used in a cooling environment such as liquid nitrogen temperature and the polycrystalline substrate. In the composition formula of the above AMO, in particular, the above A
When Bi or Pb is selected as, dρ / dT> 0
It is more preferable because the above tendency is remarkable. On the other hand, a conductive oxide thin film which has been generally known from the past is InO 2 --S
Although many materials having semiconducting conductivity, such as n 2 O 3 , have a dρ / dT <0 in these conventional conductive oxide thin films, and the resistance increases at low temperatures, so the liquid nitrogen temperature It is difficult to use as a stabilizing conductive film of a superconducting conductor used in a cooling environment such as.

【0016】[0016]

【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
を導電性を有する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Aは導電性を有するテープ状の
多結晶基材、Bは多結晶基材Aの上面に形成された多結
晶薄膜を示している。上記多結晶基材A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A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などの導電
性を有し、耐熱性を有する材料からなるものである。
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 conductive base material. In FIG. 1, A is a conductive tape-shaped polycrystalline base material, and B is a polycrystalline base material. The polycrystalline thin film formed on the upper surface of the base material A is shown. The polycrystalline base material A can be used in various shapes such as a plate material, a wire material, and a tape material, and the polycrystalline base material A can be silver, platinum, stainless steel,
It is made of a material having conductivity and heat resistance, such as a metal material such as Ni alloy such as copper or hastelloy.

【0017】この実施形態の多結晶薄膜Bは、A22
7の組成式(ただし、上記組成式においてAは、Tl、
Bi、Pb、Cd、Y、RE(希土類元素)の中から選択
される1種を示し、Mは、Tc、Ru、Rh、Pd、R
e、Os、Ir、Ptの中から選択される1種を示
す。)で示される立方晶系のパイロクロア型の結晶構造
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2
0の結晶軸のc軸は基材Aの上面(被成膜面)に対して
直角に向けられ、各結晶粒20の結晶軸のa軸どうしお
よびb軸どうしは、互いに同一方向に向けられて面内配
向されている。また、各結晶粒20のc軸が多結晶基材
Aの(上面)被成膜面に対して直角に配向されている。
そして、各結晶粒20のa軸(あるいはb軸)どうし
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度の範囲内にして接合一体化
されている。
The polycrystalline thin film B of this embodiment is made of A 2 M 2 O.
7 (where A is Tl,
One kind selected from Bi, Pb, Cd, Y, and RE (rare earth elements) is shown, and M is Tc, Ru, Rh, Pd, R.
One kind selected from e, Os, Ir and Pt is shown. ), A large number of crystal grains 20 of an aggregate of fine crystals having a cubic pyrochlore type crystal structure are joined and integrated with each other through crystal grain boundaries.
The c-axis of the crystal axis of 0 is oriented at right angles to the upper surface (deposition surface) of the base material A, and the a-axis and the b-axis of the crystal axes of the respective crystal grains 20 are oriented in the same direction. Are in-plane oriented. Further, the c-axis of each crystal grain 20 is oriented at right angles to the (upper surface) film formation surface of the polycrystalline base material A.
The angle between the a-axis (or b-axis) of each crystal grain 20 is 30 (grain boundary tilt angle K shown in FIG. 2).
It is joined and integrated within a range of, for example, within a range of 15 to 25 degrees.

【0018】また、上記のA227なる組成式で示さ
れるパイロクロア型の結晶構造を有する多結晶薄膜B
は、導電性を有するものである。多結晶薄膜Bを導電性
を有する材料から構成したのは、後述するようにこの多
結晶薄膜B上に酸化物超電導層を形成して超電導導体を
作製し、この酸化物超電導導体に大容量の電流を通電し
たときに熱擾乱によって超電導状態が不安定になった際
に電流をこの多結晶薄膜Bを通って多結晶基材Aに逃が
すことができるようにするためである。
Further, a polycrystalline thin film B having a pyrochlore type crystal structure represented by the above composition formula A 2 M 2 O 7
Is electrically conductive. The polycrystalline thin film B is made of a material having conductivity because an oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film B to form a superconducting conductor as described later, and the oxide superconducting conductor has a large capacity. This is because when the superconducting state becomes unstable due to thermal agitation when an electric current is applied, the electric current can be released to the polycrystalline base material A through the polycrystalline thin film B.

【0019】この多結晶薄膜Bは、室温での抵抗率が1
-4〜10-6Ω・mであり、かつdρ/dT>0(ρは
抵抗率、Tは温度)であることが好ましい。多結晶薄膜
Bの室温での抵抗率が10-4Ω・mを越えると、さらに
低温になったときの導電率不充分のため安定性を失って
しまう。上記AMOなる組成式において、特に、上記A
としてBi又はPbを選択した場合は、dρ/dT>0
の傾向が顕著であるのでさらに好ましい。
The polycrystalline thin film B has a resistivity of 1 at room temperature.
It is preferable that it is 0 −4 to 10 −6 Ω · m and that dρ / dT> 0 (ρ is resistivity and T is temperature). When the resistivity of the polycrystalline thin film B at room temperature exceeds 10 −4 Ω · m, the stability is lost due to insufficient electric conductivity when the temperature is further lowered. In the above composition formula AMO, in particular, the above A
When Bi or Pb is selected as, dρ / dT> 0
It is more preferable because the above tendency is remarkable.

【0020】上記結晶粒20を構成するパイロクロア型
の複合酸化物として、Ru2Bi27の外に、Pb2Bi2
7、Ir2Bi27、Os2Bi27 、Re2Bi2
7 、Ru2Pb27、Os2Pb27、Re2Pb27
Rh2Pb27 、Ir2Pb27の組成の複合酸化物を
適用することができる。Ru2Bi27 なる組成の複合
酸化物の多結晶薄膜Bの室温での抵抗率は7×10-6Ω
・mであり、液体窒素温度の抵抗率は1×10-6Ω・m
であり、Bi2Rh27なる組成の複合酸化物の多結晶薄
膜Bの室温での抵抗率は3×10-5Ω・mであり、液体
窒素温度の抵抗率は4×10-6Ω・mであり、Bi2
27なる組成の複合酸化物の多結晶薄膜Bの室温での
抵抗率は2×10-5Ω・mであり、液体窒素温度の抵抗
率は2×10-6Ω・mであり、Pb2Ru27なる組成
の複合酸化物の多結晶薄膜Bの室温での抵抗率は5×1
-6Ω・mであり、液体窒素温度の抵抗率は8×10-7
Ω・mである。
In addition to Ru 2 Bi 2 O 7 , Pb 2 Bi 2 is used as a pyrochlore type composite oxide constituting the crystal grains 20.
O 7 , Ir 2 Bi 2 O 7 , Os 2 Bi 2 O 7 , Re 2 Bi 2 O
7 , Ru 2 Pb 2 O 7 , Os 2 Pb 2 O 7 , Re 2 Pb 2 O 7 ,
A composite oxide having a composition of Rh 2 Pb 2 O 7 and Ir 2 Pb 2 O 7 can be applied. The resistivity at room temperature of the polycrystalline thin film B of the complex oxide having the composition Ru 2 Bi 2 O 7 is 7 × 10 −6 Ω.
・ M, and the resistivity at liquid nitrogen temperature is 1 × 10 -6 Ω ・ m
The resistivity of the polycrystalline thin film B of the composite oxide having the composition of Bi 2 Rh 2 O 7 at room temperature is 3 × 10 −5 Ω · m, and the resistivity at the liquid nitrogen temperature is 4 × 10 −6. Ω · m and Bi 2 I
The resistivity of the polycrystalline thin film B of the composite oxide having the composition r 2 O 7 at room temperature is 2 × 10 −5 Ω · m, and the resistivity at the liquid nitrogen temperature is 2 × 10 −6 Ω · m. , Pb 2 Ru 2 O 7 has a resistivity of 5 × 1 at room temperature of the polycrystalline thin film B of the composite oxide.
0 -6 Ω · m, liquid nitrogen temperature resistivity is 8 × 10 -7
Ω · m.

【0021】上記パイロクロア型の複合酸化物の結晶格
子は、蛍石構造から酸素イオンが1/8欠損した単位格
子が8個、図3に示すように縦横方向および奥行き方向
に積み重ねられた周期構造を持つ。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10.3であ
るが、単位格子としての格子の幅は5.15Å(0.5
15nm)であり、最近接原子間距離は3.64Å
(0.364nm)となる。
The crystal lattice of the pyrochlore type complex oxide has eight unit lattices in which oxygen ions are ⅛ deficient from the fluorite structure, and has a periodic structure in which the unit lattices are stacked in the vertical and horizontal directions and the depth direction as shown in FIG. have. Therefore, since the unit cell is regarded as a unit cell in the field of X-ray analysis when eight unit cells are overlapped, the lattice constant as the unit cell is 10.3, but the width of the unit cell is 5.15Å ( 0.5
15nm) and the closest interatomic distance is 3.64Å
(0.364 nm).

【0022】 本発明で用いるパイロクロア型の複合酸
化物としては、Ru2Bi27の外に、Ir2Bi2
7(最近接原子間距離3.65Å(0.365nm)、
格子定数10.33)、Os2Pb27(最近接原子間
距離3.67Å(0.367nm)、格子定数10.3
8)、Re2Pb27(最近接原子間距離3.68Å
(0.368nm)、格子定数10.41)、Ru2
27(最近接原子間距離3.62Å(0.362n
m)、格子定数10.25)、Rh2Bi27(最近接
原子間距離3.62Å(0.362nm)、格子定数1
0.24)、Ir2Gd2 7(最近接原子間距離3.6
2Å(0.362nm)、格子定数10.25)のいず
れを用いても良い。
Pyrochlore-type complex acid used in the present invention
As a compound, Ru2Bi2O7Outside of, Ir2Bi2O
7(Closest interatomic distance 3.65Å (0.365nm),
Lattice constant 10.33), Os2Pb2O7(The closest atom
Distance 3.67Å (0.367nm), lattice constant 10.3
8), Re2Pb2O7(The closest interatomic distance is 3.68Å
(0.368 nm), lattice constant 10.41), Ru2P
b2O7(Closest interatomic distance 3.62Å (0.362n
m), lattice constant 10.25), Rh2Bi2O7(Closest
Atomic distance 3.62Å (0.362 nm), lattice constant 1
0.24), Ir2Gd2O 7(Closest interatomic distance 3.6
2Å (0.362nm), lattice constant 10.25)
You may use this.

【0023】先の複合酸化物の単位格子を後述する条件
の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Y1Ba2
37-xの組成の酸化物超電導体の格子定数3.81、
最近接原子距離3.81Å(0.381nm)のうち
の、特に最近接原子距離3.81Å(0.381nm)
にできるだけ近いか、同等であることが望ましい。
When depositing the unit cell of the above complex oxide by the ion beam assisted method under the conditions described later, the closest atomic distance is important, and this value is Y 1 Ba 2 C.
a lattice constant of an oxide superconductor having a composition of u 3 O 7-x 3.81;
Of the closest atomic distance of 3.81Å (0.381 nm), the closest atomic distance is 3.81Å (0.381 nm)
It is desirable to be as close as possible or equivalent to.

【0024】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、Tl、Bi、Pb、Cd、Y、R
E(希土類元素)の中から選択される1種の元素Aと、T
c、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Ptの中か
ら選択される1種の元素M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。
Further, as the one having the other pyrochlore type crystal structure, Tl, Bi, Pb, Cd, Y, R
One kind of element A selected from E (rare earth elements) and T
The relative ratio of one element M selected from among c, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, and Pt is not limited to 1: 1, but is 0.1: 0.9 to 0.9. An arbitrary relative ratio can be adopted within the range of 0.1.

【0025】また、上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のは勿論である。
In addition, even if the closest interatomic distance in the composite oxides of the above compositions 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.

【0026】次に上記多結晶薄膜Bを製造する装置と方
法について説明する。図4は上記多結晶薄膜Bを製造す
る装置の一例を示すものであり、この例の装置は、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。この例の装置は、テープ状の多
結晶基材A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Aを送り出すための基材送出ボビン2
4と、多結晶薄膜が形成されたテープ状の多結晶基材A
を巻き取るための基材巻取ボビン25と、上記基材ホル
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、上記基材ホルダ23の側方
に所定間隔をもって対向され、かつ、上記ターゲット3
6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 manufacturing the above-mentioned polycrystalline thin film B will be described. FIG. 4 shows an example of an apparatus for producing the polycrystalline thin film B, and the apparatus of this example has a structure in which an ion source for ion beam assist is provided in a sputtering apparatus. The apparatus of this example supports the tape-shaped polycrystalline base material A and can feed the tape-shaped polycrystalline base material A onto the base material holder 23 which can be heated to a desired temperature. Base material delivery bobbin 2
4 and a tape-shaped polycrystalline base material A on which a polycrystalline thin film is formed
A base material take-up bobbin 25 for winding up the base material, a plate-like target 36 arranged diagonally above the base material holder 23 at a predetermined interval, and toward the lower surface of the target 36 diagonally above the target 36. The sputter beam irradiation device 38 arranged is opposed to the side of the base material holder 23 at a predetermined interval, and the target 3
6 and the ion source 39 arranged apart from each other are housed in a film forming processing container 40 capable of being evacuated.

【0027】上記基材ホルダ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A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製造装置においては、上記基
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Aを連続的に送り出し、上記最適照射領域で多
結晶薄膜が成膜された多結晶基材Aを基材巻取ボビン2
5で巻き取ることで多結晶基材A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、上記最適照射領域の外に配設されている。
The base material holder 23 has a heater inside so that the tape-shaped polycrystalline base material A fed 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 manufacturing apparatus of this example, the tape-shaped polycrystalline substrate A is continuously fed from the substrate feeding bobbin 24 onto the substrate holder 23, and the polycrystalline thin film is formed in the optimum irradiation region. Bobbin 2 for winding the polycrystalline base material A
By winding the film at 5, it is possible to continuously form a film on the polycrystalline base material A. This base material winding bobbin 25
Are arranged outside the optimum irradiation area.

【0028】上記ターゲット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、Ru2Bi27、Pb
2Bi27、Os2Bi27、Ir2Bi27 、Re2
27のいずれか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3
6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.
Specifically, the target 36 is Ru 2 Bi 2 O 7 , Pb.
2 Bi 2 O 7 , Os 2 Bi 2 O 7 , Ir 2 Bi 2 O 7 , Re 2 B
A target of the composite oxide represented by any one of the composition formulas of i 2 O 7 or a target having a composition containing a large amount of elements among these three constituent elements which are likely to scatter when formed into a film. To use. Such a target 3
Reference numeral 6 is attached to a target support 36a that is rotatably held by a pin or the like, and the tilt angle can be adjusted.

【0029】なお、上記組成の外に、Rh2Pb27
Os2Pb27 、Ir2Pb27 、Ru2Pb27
Re2Pb27のいずれかの組成式で示されるパイロク
ロア型の複合酸化物のターゲットを採用しても良い。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、
Tl、Bi、Pb、Cd、Y、RE(希土類元素)の中か
ら選択される1種の元素Aと、Tc、Ru、Rh、P
d、Re、Os、Ir、Ptの中から選択される1種の
元素M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のターゲッ
トを適宜採用することができる。
In addition to the above composition, Rh 2 Pb 2 O 7 ,
Os 2 Pb 2 O 7 , Ir 2 Pb 2 O 7 , Ru 2 Pb 2 O 7 ,
A target of a pyrochlore type complex oxide represented by any one of the composition formulas of Re 2 Pb 2 O 7 may be adopted. Furthermore, as having a pyrochlore type crystal structure,
One element A selected from Tl, Bi, Pb, Cd, Y and RE (rare earth elements) and Tc, Ru, Rh and P
The relative ratio of one element M selected from d, Re, Os, Ir, and Pt is not limited to 1: 1 but is 0.1: 0.9.
A target having an arbitrary relative ratio in the range of up to 0.9: 0.1 can be appropriately adopted.

【0030】上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Aに向け
て叩き出すことができるものである。上記イオンソース
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、上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。上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。この形
態の多結晶薄膜の製造装置においては、図5(a)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、Kr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4
5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。
The sputter beam irradiation device (sputter 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 A. The ion source 39 has substantially the same structure 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 a drawing 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 evaporated particles in a high vacuum to be ionized. In the polycrystal thin film manufacturing apparatus of this aspect, the ion source 39 having the internal structure shown in FIG. 5A is used. The ion source 39 includes a grid 46, a filament 47, Ar gas, Kr gas, and Xe inside a cylindrical ion chamber 45.
The ion chamber 4 is provided with a gas introduction pipe 48 and the like.
Ions can be emitted from the beam port 49 at the tip of the beam 5 in a beam shape substantially in parallel.

【0031】上記イオンソース39は、図5に示すよう
にその中心軸線Sを多結晶基材Aの上面(被成膜面)に
対して入射角度θ(多結晶基材Aの成膜面(上面)の垂
線(法線)Hと中心線Sとのなす角度)でもって傾斜さ
せて対向されている。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A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、上記のイオンソース39によって多結晶基材
Aに照射するイオンビームは、Arガスのイオンビー
ム、Kr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、A
r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. 5, the ion source 39 has its central axis S incident on the upper surface (deposition surface) of the polycrystalline base material A (deposition surface (formation surface of the polycrystalline base material A)). They are inclined and opposed to each other at an angle formed by a perpendicular line (normal line) H of the upper surface) 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 around 55 degrees. Therefore, the ion source 39 is arranged so as to be able to irradiate the ion beam at a certain incident angle θ with respect to the normal line H of the film formation surface of the polycrystalline base material A. 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 applied to the polycrystalline substrate A by the ion source 39 is an Ar gas ion beam, a Kr gas ion beam, a Xe gas ion beam, or these Ar gas, Kr gas, and Xe gas. A mixed ion beam of two or more combinations, eg A
A mixed ion beam of r gas and Kr gas can be used.

【0032】 また、上記成膜処理容器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、上記成膜処理
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(図示略)と、上
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製造装置
においては、基材ホルダ23をピン等により支持体23
a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39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。
A rotary pump 51 and a cryopump 52 for bringing the inside of the film forming processing container 40 into a low pressure state such as a vacuum, and an atmosphere gas supply source such as a gas cylinder are connected to the film forming processing container 40. A low pressure state such as a vacuum inside the film formation processing container 40, and
Argon gas or other inert gas atmosphere can be used. Further, in the film formation processing container 40, a current density measuring device (not shown) for measuring the current density of the ion beam in the container 40, and a pressure gauge 55 for measuring the pressure in the container 40. Is attached. In the polycrystalline thin film manufacturing apparatus of this example, the base material holder 23 is supported by the support member 23 with pins or the like.
Although the tilt angle can be adjusted by being rotatably attached to a, the angle adjustment mechanism is attached to the support portion of the ion source 39 to adjust the tilt angle of the ion source 39 so that the incident angle of the ion beam can be adjusted. However, the angle adjusting mechanism is not limited to this example, and it goes without saying that various structures can be adopted.

【0033】次に上記構成の装置を用いて多結晶基材A
上にRu2Bi27等の前述の組成のパイロクロア型の多
結晶薄膜B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A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
A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A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A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A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+
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Aを基
材巻取ボビン25に巻き取る。
Next, using the apparatus having the above structure, the polycrystalline substrate A
The case of forming the pyrochlore type polycrystalline thin film B of the above-mentioned composition such as Ru 2 Bi 2 O 7 will be described below. In order to form a polycrystalline thin film on the tape-shaped polycrystalline substrate A, the target 36 made of the complex oxide described above is used, and the inside of the film formation processing container 40 accommodating the polycrystalline substrate A is vacuumed. The polycrystalline substrate A is sent out from the substrate delivery 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 A. Then, the constituent particles struck from the target 36 are deposited on the polycrystalline base material A 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 Xe + ions, or, by irradiating a mixed ion beam of Kr + and Xe + ions forming a polycrystalline thin film having a desired thickness, the substrate tape-shaped polycrystalline substrate A after the film formation, Take up on the take-up bobbin 25.

【0034】ここでイオンビームを照射する際の入射角
度θは、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。上記のような好
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A上
に形成される複合酸化物の多結晶薄膜の結晶軸のa軸ど
うしおよびb軸どうしは互いに同一方向に向けられて多
結晶基材A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。
[0034] The incident angle θ at the time of irradiating wherein ion beam, good Mashiku 50 degrees, 60 degrees or less range, 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 carried out at an incident angle in the above-mentioned preferable range, the c-axis of the crystal of the above-mentioned polycrystalline thin film of the composite oxide stands. By performing the sputtering while irradiating the ion beam at such an incident angle, the a-axis and the b-axis of the crystal axes of the polycrystalline thin film of the complex oxide formed on the polycrystalline base material A are in the same direction. Can be oriented in the plane along a plane parallel to the upper surface (deposition surface) of the polycrystalline substrate A.

【0035】また、前述の複合酸化物の多結晶薄膜Bの
成膜の際、アシストイオンビームの照射角度以外に、多
結晶基材Aの温度と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が好まし
い。多結晶基材Aの温度は、600℃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、500℃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200
℃以上、400℃以下の範囲がより好ましく、300℃
が最も好ましい。ここで、90℃という温度は、基板を
特別に加熱しなくとも、装置設置環境が常温において、
基板に照射するイオンビームや装置の余熱などにより、
自然に基板加熱された際の温度である。
Further, when forming the polycrystalline oxide thin film B of the complex oxide described above, the temperature of the polycrystalline base material A and the ion beam energy of the assisting ion beam are within the specified range in addition to the irradiation angle of the assisting ion beam. It is preferable to set to. It is preferable that the temperature of the polycrystalline base material A is heated to an appropriate temperature of 600 ° C. or lower to form a film, and 90 ° C. is set in order to reduce the grain boundary tilt angle to 25 ° or less from the results of Examples described later. As described above, the temperature is preferably 500 ° C. or less, and is 200 in order to surely set the grain boundary tilt angle to 20 ° or less within this range.
More preferably in the range of ℃ or more and 400 ℃ or less, 300 ℃
Is most preferred. Here, the temperature of 90 ° C. does not require special heating of the substrate, and the device installation environment is at room temperature.
Due to the ion beam irradiating the substrate and the residual heat of the device,
It is the temperature when the substrate is naturally heated.

【0036】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、300eV以下
が好ましいが、粒界傾角を20度以下にするためには1
75e以上、225eV以下の範囲が好ましく、200
eVが最も好ましい。
The ion beam energy has a grain boundary tilt angle of 30.
It is preferably 150 eV or more and 300 eV or less in order to set the grain boundary angle to 20 degrees or less, but 1 to set the grain boundary tilt angle to 20 degrees or less.
A range of 75e or more and 225eV or less is preferable, and 200
eV is most preferred.

【0037】これらの範囲の温度とイオンビームエネル
ギーでイオンアシスト法により多結晶基材A上に成膜す
ることでパイロクロア型の多結晶薄膜Bを良好な配向性
でもって成膜することができる。
By forming a film on the polycrystalline substrate A by the ion assist method with the temperature and the ion beam energy in these ranges, the pyrochlore type polycrystalline thin film B can be formed with good orientation.

【0038】図1と図2に、上記の方法でRu2Bi27
などの前述の複合酸化物の多結晶薄膜Bが堆積された多
結晶基材Aを示す。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。
1 and 2, Ru 2 Bi 2 O 7 was formed by the above method.
3 shows a polycrystalline base material A on which a polycrystalline thin film B of the above-mentioned complex oxide is deposited. 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.

【0039】 なお、この多結晶薄膜Bの結晶配向性が
整う要因として本発明者らは、以下のことを想定してい
る。Ru2Bi27の多結晶薄膜Bの結晶の単位格子は、
図5(b)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、基板
法線方向が<100>軸であり、他の<010>軸と<
001>軸はいずれも図5(b)に示す方向となる。こ
れらの方向に対し、基板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5(b)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54.7度の入射角度となる。ここ
で上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上記
54.7度と一致するかその前後になった場合、イオン
ビームチャンネリングが最も効果的に起こり、多結晶基
材A上に堆積している結晶において、多結晶基材Aの上
面で上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 B. The unit cell of the crystal of the polycrystalline thin film B of Ru 2 Bi 2 O 7 is
As shown in FIG. 5 (b), it has an equiaxed face-centered cubic pyrochlore structure, and in this crystal lattice, the substrate normal direction is the <100> axis and the other <010> axes. And <
The 001> axes are all in the direction shown in FIG. Considering an ion beam that is obliquely incident on these directions with respect to the substrate normal, the incident light is incident on the origin O of FIG. 5B along the diagonal direction of the unit lattice, that is, along the <111> axis. In that case, the incident angle is 54.7 degrees. Here, as described above, having good crystal orientation in the incident angle range of 50 to 60 degrees means that the ion beam channel can be used when the incident angle of the ion beam is at or near the above 54.7 degree. Rings most effectively occur, and in the crystal deposited on the polycrystalline base material A, only stable atoms are likely to remain selectively due to the arrangement relationship on the upper surface of the polycrystalline base material A that matches the above angle. As a result, other disordered atomic arrangements that are unstable are sputtered away by the ion beam sputtering effect, and as a result, only crystals of atoms with good orientation are selectively left and deposited. I presume.

【0040】また、以上のような条件でRu2Bi27
多結晶薄膜Bの成膜を行っても、成膜時の多結晶基材A
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
イオンビームチャン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A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。
Further, even if the polycrystalline thin film B of Ru 2 Bi 2 O 7 is formed under the above conditions, the polycrystalline base material A at the time of film formation
Unless the temperature and the energy of the ion beam at the time of ion beam assist are set within the above-specified range, a 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 base material A, and the ion beam energy described above are all aligned within a prescribed preferable range.

【0041】次に、図6と図7は本発明に係る酸化物超
電導導体の一実施形態を示すものであり、本実形態の酸
化物超電導導体22は、テープ状の多結晶基材Aと、こ
の多結晶基材Aの上面に形成された多結晶薄膜Bと、多
結晶薄膜Bの上面に形成された酸化物超電導層Cとから
なっている。上記多結晶基材Aと多結晶薄膜Bは先の例
において説明した材料と同等の材料から構成され、多結
晶薄膜Bの結晶粒20は、図1と図2に示すように粒界
傾角25度以内、好ましくは17〜20度になるように
結晶配向されている。
Next, FIG. 6 and FIG. 7 show an embodiment of the oxide superconducting conductor according to the present invention. The oxide superconducting conductor 22 of this embodiment has a tape-shaped polycrystalline base material A and The polycrystalline thin film B is formed on the upper surface of the polycrystalline base material A, and the oxide superconducting layer C is formed on the upper surface of the polycrystalline thin film B. The polycrystalline base material A and the polycrystalline thin film B are made of the same material as the material described in the above example, and the crystal grains 20 of the polycrystalline thin film B have the grain boundary tilt angle 25 as shown in FIGS. The crystal orientation is within a degree, preferably 17 to 20 degrees.

【0042】次に、酸化物超電導層Cは、Ru2Bi27
の多結晶薄膜Bの上面に被覆されたものであり、その結
晶粒21のc軸は多結晶薄膜Bの上面に対して直角に配
向され、その結晶粒21…のa軸とb軸は、先に説明し
た多結晶薄膜Bと同様に基材上面と平行な面に沿って面
内配向し、結晶粒21どうしが形成する粒界傾角K’は
30度以内にされている。この酸化物超電導層を構成す
る酸化物超電導体は、Y1Ba2Cu37-x、Y2Ba4
8x、Y3Ba3Cu6xなる組成、あるいは(Bi,
Pb)2Ca2Sr 2Cu3x、(Bi,Pb)2Ca2Sr
3Cu4xなる組成、あるいは、Tl2Ba 2Ca2Cu3
x、Tl1Ba2Ca2Cu3x、Tl1Ba2Ca3Cu4
x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、これら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 C is formed of Ru.2Bi2O7
Of the polycrystal thin film B of FIG.
The c-axis of the crystal grain 21 is arranged at right angles to the upper surface of the polycrystalline thin film B.
The a-axis and the b-axis of the crystal grains 21 ...
As in the case of the polycrystalline thin film B, the surface along the surface parallel to the upper surface of the base material
The grain boundary tilt angle K ′ that is internally oriented and formed by the crystal grains 21 is
It is set within 30 degrees. Constituting this oxide superconducting layer
The oxide superconductor is Y1Ba2Cu3O7-x, Y2BaFourC
u8Ox, Y3Ba3Cu6OxOr (Bi,
Pb)2Ca2Sr 2Cu3Ox, (Bi, Pb)2Ca2Sr
3CuFourOxComposition or Tl2Ba 2Ca2Cu3
Ox, Tl1Ba2Ca2Cu3Ox, Tl1Ba2Ca3CuFour
OxOxides with a high critical temperature represented by
Conductors, but other oxide-based superconductors of these examples
Needless to say, may be used.

【0043】上記酸化物超電導層Cは、例えば、先に説
明した多結晶薄膜B上にスパッタリングやレーザ蒸着法
などの成膜法により形成され、この酸化物超電導層もR
2Bi27等のパイロクロア型の複合酸化物の多結晶薄
膜Bの配向性に整合するように堆積するので、多結晶薄
膜B上に形成された酸化物超電導層C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Aの長さ方向に電気
を流し易くなり、多結晶基材上に設けたYSZ多結晶薄
膜上に形成して得られる酸化物超電導層と同等以上の十
分に高い臨界電流密度が得られる。
The oxide superconducting layer C is formed, for example, on the above-mentioned polycrystalline thin film B by a film forming method such as sputtering or laser vapor deposition.
Since the oxide superconducting layer C formed on the polycrystalline thin film B is formed so as to match the orientation of the polycrystalline thin film B of the pyrochlore type complex oxide such as u 2 Bi 2 O 7, Since it has excellent quantum coupling property and there is almost no deterioration of superconducting property at the grain boundary, it becomes easy to pass electricity in the length direction of the polycrystalline base material A, and the YSZ polycrystalline thin film provided on the polycrystalline base material A sufficiently high critical current density equal to or higher than that of the oxide superconducting layer obtained by forming the above is obtained.

【0044】また、多結晶薄膜Bの構成材料として、絶
縁体であるYSZよりもRu2Bi27などのように導電
性を有する上記A227なる組成式で示されるパイロ
クロア型の複合酸化物の方が好ましく、そのためYSZ
の多結晶薄膜上に酸化物超電導層を設けたものよりも、
Ru2Bi27などの上記A227なる組成式で示され
るパイロクロア型の多結晶薄膜B上に酸化物超電導層を
設けたもののほうが、酸化物超電導導体に大容量の電流
を通電したときに熱擾乱によって超電導状態が不安定に
なった際に電流を多結晶薄膜Bを通って多結晶基材Aに
逃がすことができるからである。また、上記AMO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多結
晶薄膜Bは、金属的輸送特性を有しているので、後述す
るように導電性を有する多結晶基材Aと酸化物超電導層
Cとの間の中間層として設けた場合、低温における中間
層の電気抵抗を小さくすることができる。
As a constituent material of the polycrystalline thin film B, a pyrochlore type represented by the composition formula A 2 M 2 O 7 having conductivity such as Ru 2 Bi 2 O 7 rather than YSZ which is an insulator. Is preferred, and therefore YSZ
Than the one that has an oxide superconducting layer on the polycrystalline thin film of
Towards the Ru 2 Bi 2 O 7, etc. of the A 2 M 2 O 7 becomes pyrochlore-type polycrystalline thin film on a B represented by the composition formula that provided an oxide superconductor layer, a current of a large capacity in the oxide superconductor This is because, when the superconducting state becomes unstable due to thermal agitation when energized, a current can be released to the polycrystalline base material A through the polycrystalline thin film B. Further, since the polycrystalline thin film B having the pyrochlore type crystal structure represented by the above composition formula of AMO has a metallic transport property, the polycrystalline base material A having conductivity and the oxide are described below. When it is provided as an intermediate layer between the superconducting layer C and the superconducting layer C, the electrical resistance of the intermediate layer at low temperatures can be reduced.

【0045】また、上記AMO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多結晶薄膜Bは、室温で
の抵抗率が10-4〜10-6Ω・m程度であり、かつ概ね
dρ/dT>0(ρは抵抗率、Tは温度)を示すものも
有り、従って低温ではさらに抵抗率は下がるため、液体
窒素温度等の冷却環境下で使用される酸化物超電導導体
22の酸化物超電導層Cと多結晶基材Aとの間に設ける
安定化導電膜として充分に機能させることができる。上
記A227なる組成式で示されるパイロクロア型の複
合酸化物からなる多結晶薄膜Bは、耐熱性が高く、表面
が平滑であるので、酸化物超電導層Cと多結晶基材Aと
の間に設けても、酸化物超電導導体の超電導特性が低下
することなく、上記の機能を有することができる。
Further, the polycrystalline thin film B having the pyrochlore type crystal structure represented by the composition formula of AMO has a resistivity at room temperature of about 10 −4 to 10 −6 Ω · m, and generally dρ / Some of them show dT> 0 (ρ is resistivity and T is temperature). Therefore, the resistivity further decreases at low temperature, so that the oxide superconducting conductor 22 of the oxide superconducting conductor 22 used in a cooling environment such as liquid nitrogen temperature is used. It can sufficiently function as a stabilizing conductive film provided between the layer C and the polycrystalline base material A. Since the polycrystalline thin film B made of the pyrochlore type complex oxide represented by the composition formula A 2 M 2 O 7 has high heat resistance and has a smooth surface, the oxide superconducting layer C and the polycrystalline base material A are Even if it is provided between the oxide superconducting conductor and the oxide superconducting conductor, the superconducting property of the oxide superconducting conductor is not deteriorated and the above-mentioned function can be provided.

【0046】次に酸化物超電導層Cを形成する装置につ
いて説明する。図8は酸化物超電導層を成膜法により形
成する装置の一例を示すもので、図8はレーザ蒸着装置
を示している。この例のレーザ蒸着装置60は、処理容
器61を有し、この処理容器61の内部の蒸着処理室6
2にテープ状の多結晶基材Aとターゲット63を設置で
きるようになっている。即ち、蒸着処理室62の底部に
は基台64が設けられ、この基台64の上面に多結晶基
材Aを水平状態で設置できるようになっているととも
に、基台64の斜め上方に支持ホルダ66によって支持
されたターゲット63が傾斜状態で設けられ、多結晶基
材Aをドラム状のテープ送出装置65aから基台64上
に送り出し、これをドラム状のテープ巻取装置65aに
巻き取ることができるように構成されている。処理容器
61は、排気孔67aを介して真空排気装置67に接続
されて内部を所定の圧力に減圧できるようになってい
る。
Next, an apparatus for forming the oxide superconducting layer C will be described. FIG. 8 shows an example of an apparatus for forming an oxide superconducting layer by a film forming method, and FIG. 8 shows a laser vapor deposition apparatus. The laser deposition apparatus 60 of this example has a processing container 61, and the deposition processing chamber 6 inside the processing container 61.
The tape-shaped polycrystalline base material A and the target 63 can be installed on the second substrate 2. That is, a base 64 is provided at the bottom of the vapor deposition processing chamber 62, and the polycrystalline base material A can be installed on the upper surface of the base 64 in a horizontal state and is supported diagonally above the base 64. A target 63 supported by a holder 66 is provided in an inclined state, the polycrystalline base material A is sent from a drum-shaped tape feeding device 65a onto a base 64, and is wound on a drum-shaped tape winding device 65a. It is configured to be able to. The processing container 61 is connected to a vacuum exhaust device 67 through an exhaust hole 67a so that the inside of the processing container 61 can be depressurized to a predetermined pressure.

【0047】上記ターゲット63は、形成しようとする
酸化物超電導層Cと同等または近似した組成、あるい
は、成膜中に逃避しやすい成分を多く含有させた複合酸
化物の焼結体あるいは酸化物超電導体などの板体からな
っている。上記基台64は加熱ヒータを内蔵したもの
で、多結晶基材Aを所望の温度に加熱できるようになっ
ている。一方、処理容器61の側方には、レーザ発光装
置68と第1反射鏡69と集光レンズ70と第2反射鏡
71とが設けられ、レーザ発光装置68が発生させたレ
ーザビームを処理容器61の側壁に取り付けられた透明
窓72を介してターゲット63に集光照射できるように
なっている。レーザ発光装置68は、エキシマレーザな
どの短波長でターゲット表面の光吸収効率が高いものが
よい。
The target 63 has a composition similar to or close to that of the oxide superconducting layer C to be formed, or a sintered body of a complex oxide containing a large amount of components that easily escape during film formation or an oxide superconducting material. It consists of a plate such as a body. The base 64 has a built-in heater so that the polycrystalline base material A can be heated to a desired temperature. On the other hand, a laser emitting device 68, a first reflecting mirror 69, a condenser lens 70, and a second reflecting mirror 71 are provided on the side of the processing container 61, and the laser beam generated by the laser emitting device 68 is processed by the processing container. The target 63 can be focused and irradiated through a transparent window 72 attached to the side wall of 61. The laser emitting device 68 is preferably a device such as an excimer laser having a short wavelength and a high light absorption efficiency on the target surface.

【0048】 次に上記Ru2Bi27などのパイロクロ
ア型の複合酸化物の多結晶薄膜Bの上に、酸化物超電導
層Cを形成する場合について説明する。上記のように多
結晶基材A上にRu2Bi27なる組成の多結晶薄膜Bを
形成したならば、この多結晶薄膜B上に酸化物超電導層
を形成する。酸化物超電導層を多結晶薄膜B上に形成す
る場合、この実施形態では図8に示すレーザ蒸着装置6
0を使用する。多結晶薄膜Bが形成された多結晶基材A
を図8に示すレーザ蒸着装置60の基台64上に設置
し、蒸着処理室62を真空ポンプで減圧する。ここで必
要に応じて蒸着処理室62に酸素ガスを導入して蒸着処
理室62を酸素雰囲気としても良い。また、基台64の
加熱ヒータを作動させて多結晶基材Aを所望の温度に加
熱する。
Next, a case where the oxide superconducting layer C is formed on the polycrystalline thin film B of the pyrochlore type complex oxide such as Ru 2 Bi 2 O 7 will be described. After the polycrystalline thin film B having the composition of Ru 2 Bi 2 O 7 is formed on the polycrystalline base material A as described above, the oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film B. When the oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film B, the laser deposition apparatus 6 shown in FIG. 8 is used in this embodiment.
Use 0. Polycrystalline substrate A on which polycrystalline thin film B is formed
Is installed on the base 64 of the laser vapor deposition apparatus 60 shown in FIG. 8, and the vapor deposition processing chamber 62 is decompressed by a vacuum pump. Here, if necessary, oxygen gas may be introduced into the vapor deposition processing chamber 62 to create an oxygen atmosphere in the vapor deposition processing chamber 62. Further, the heater of the base 64 is operated to heat the polycrystalline base material A to a desired temperature.

【0049】 次にレーザ発光装置68から発生させた
レーザビームを蒸着処理室62のターゲット63に集光
照射する。これによってターゲット63の構成粒子がえ
ぐり出されるか蒸発されてその粒子が多結晶薄膜B上に
堆積する。ここでは基材温度を700〜800℃にする
ことが好ましい。ここで構成粒子の堆積の際にRu2Bi
27の多結晶薄膜Bが予めc軸配向し、a軸とb軸でも
配向しているので、多結晶薄膜B上に形成される酸化物
超電導層Cの結晶のc軸とa軸とb軸も多結晶薄膜Bに
整合するようにエピタキシャル成長して結晶化する。更
に、Ru2Bi27の多結晶薄膜Bの最近接原子間隔は
3.64Å(0.364nm)であり、Y1Ba2Cu3
7-xなる組成の酸化物超電導体の最近接原子間距離3.
81Å(0.381nm)に近いので、エピタキシャル
成長が円滑になされる結果として結晶配向性の良好な酸
化物超電導層Cが得られる。
Next, laser light was generated from the laser light emitting device 68.
Focus the laser beam on the target 63 in the deposition chamber 62.
Irradiate. This makes the constituent particles of the target 63
The particles are unwound or evaporated and the particles are deposited on the polycrystalline thin film B.
accumulate. Here, the substrate temperature is set to 700 to 800 ° C.
It is preferable. Here, when the constituent particles are deposited, Ru2Bi
2O7Even if the polycrystalline thin film B of the
Oxide formed on the polycrystalline thin film B because it is oriented
The c-axis, a-axis, and b-axis of the crystal of the superconducting layer C are also formed in the polycrystalline thin film B.
It is epitaxially grown and crystallized so as to match. Change
To Ru2Bi2O7The closest atomic spacing of the polycrystalline thin film B of
3.64Å (0.364 nm) and Y1Ba2Cu3
O7-xClosest interatomic distance of oxide superconductors of different composition 3.
Since it is close to 81Å (0.381 nm), it is epitaxial.
Acid with good crystal orientation as a result of smooth growth
A compound superconducting layer C is obtained.

【0050】上記多結晶薄膜B上に形成された酸化物超
電導層Cは、多結晶状態となるが、この酸化物超電導層
Cの結晶粒の1つ1つにおいては、図6に示すように多
結晶基材Aの厚さ方向に電気を流しにくいc軸が配向
し、多結晶基材Aの長手方向にa軸どうしあるいはb軸
どうしが配向している。従って得ら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少ないので、多結晶基材Aの面
方向に電気を流し易く、臨界電流密度の優れたものが得
られる。
The oxide superconducting layer C formed on the above-mentioned polycrystalline thin film B is in a polycrystalline state. In each of the crystal grains of the oxide superconducting layer C, as shown in FIG. In the thickness direction of the polycrystalline base material A, the c-axis, which is hard to pass electricity, is oriented, and in the longitudinal direction of the polycrystalline base material A, the a axes or the b axes are oriented. Therefore, the obtained oxide superconducting layer is excellent in the quantum coupling property at the crystal grain boundaries and has little deterioration in the superconducting properties at the crystal grain boundaries. Therefore, it is easy to flow electricity in the plane direction of the polycrystalline base material A, and the critical current density Excellent results are obtained.

【0051】また、本実形態の酸化物超電導導体22
は、導電性を有するテープ状の多結晶基材Aと、この多
結晶基材Aの上面に形成された多結晶薄膜Bと、多結晶
薄膜Bの上面に形成された酸化物超電導層Cとからなる
ものであり、しかも上記多結晶薄膜Bは上記AMO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
であるので、導電性を有しており、従って、この酸化物
超電導導体22を大容量の導体として用いる場合に、こ
の導体22に大容量の電流を通電したときに熱擾乱によ
って超電導状態が不安定になった際に電流を多結晶薄膜
Bを通って多結晶基材Aに逃がすことができるため、焼
損を防止でき、有利である。
Further, the oxide superconducting conductor 22 of this embodiment is used.
Is a conductive tape-shaped polycrystalline base material A, a polycrystalline thin film B formed on the upper surface of the polycrystalline base material A, and an oxide superconducting layer C formed on the upper surface of the polycrystalline thin film B. In addition, since the polycrystalline thin film B has a pyrochlore type crystal structure represented by the composition formula of AMO, it has electrical conductivity, and therefore the oxide superconducting conductor 22 is When used as a large-capacity conductor, when a large-capacity current is passed through the conductor 22, the current is passed through the polycrystalline thin film B to the polycrystalline base material A when the superconducting state becomes unstable due to thermal agitation. Since it can be released, it is advantageous because it can prevent burnout.

【0052】[0052]

【実施例】(実施例)図4に示す構成の多結晶薄膜の製
造装置を使用し、この製造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、ターゲットはRu
2Bi27なる組成の複合酸化物製のものを用い、スパッ
タ電圧1000V、スパッタ電流100mA、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3
00℃に設定し、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Ru2Bi27の多結晶薄膜
を形成した。
(Example) Using a polycrystalline thin film manufacturing apparatus having the structure shown in FIG. 4, the inside of the film forming processing container of this manufacturing apparatus was evacuated by a rotary pump and a cryopump to obtain 3.0 × 10 −. The pressure was reduced to 4 Torr (399.9 × 10 −4 Pa). The tape-shaped substrate has a width of 10 mm and a thickness of 0.
A Hastelloy C276 tape having a surface of 5 mm and a length of 100 cm, which had been mirror-polished, was used. The target is Ru
2 Bi 2 O 7 made of a complex oxide is used, the sputtering voltage is 1000 V, the sputtering current is 100 mA, and the incident angle of the Ar + ion beam generated from the ion source is the normal to the film-forming surface of the substrate. On the other hand, the temperature is set to 55 degrees, the ion beam transport distance is set to 40 cm, the assist voltage of the ion source is set to 200 eV, and the temperature of the base tape is set to 3
Set at 00 ° C, and in the atmosphere 133.3 × 10 -4 Pa
(1 × 10 −4 Torr) of oxygen is flowed to deposit target constituent particles on the base material, and at the same time, is irradiated with an ion beam to form a film-shaped Ru 2 Bi 2 O 7 polycrystal with a thickness of 1.0 μm. A thin film was formed.

【0053】得られたRu2Bi27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、Ru2Bi27の極点図から求めたRu2
Bi27の多結晶薄膜の粒界傾角に相当する半値全幅の
値は15度程度であった。なお、イオンビームの入射角
度を60度に設定して同等の条件でRu2Bi27の多結
晶薄膜を製造してみたが、良好な配向性のRu2Bi27
を得ることができ、50度に設定した場合に得られた試
料においても若干悪化するものの良好な配向性のRu2
Bi27を得ることができた。なお、50度未満と60
度を超える入射角度の試験は行っていないが、先の本発
明者らの特許出願に係る技術の蓄積から、イオンビーム
アシスト法におけるイオンビームの入射角度について、
50度未満と、60度を超える入射角度に設定しても、
良好な配向性の中間層が得られないことは容易に推定で
きる。また、得られたRu2Bi27の多結晶薄膜につい
て、室温での抵抗率を測定したところ7×10-6Ω・m
であり、また、液体窒素温度の抵抗率を測定したところ
1×10-6Ω・mであった。
The obtained polycrystalline thin film of Ru 2 Bi 2 O 7 was subjected to X-ray diffraction by the θ-2θ method using CuKα rays, and was obtained from the pole figure of Ru 2 Bi 2 O 7 . Ru 2
The full width at half maximum corresponding to the grain boundary tilt angle of the Bi 2 O 7 polycrystalline thin film was about 15 degrees. Although it tried to produce a polycrystalline thin film of Ru 2 Bi 2 O 7 in the same conditions by setting the incident angle of the ion beam 60 degrees, good orientation Ru 2 Bi 2 O 7
Of Ru 2 having a good orientation, although it is slightly deteriorated in the sample obtained when it is set to 50 degrees.
Bi 2 O 7 could be obtained. In addition, less than 50 degrees and 60
Although the incident angle exceeding 100 degrees has not been tested, from the accumulation of the technology according to the patent application of the present inventors, the incident angle of the ion beam in the ion beam assist method,
Even if the incident angle is set to less than 50 degrees and more than 60 degrees,
It can be easily estimated that an intermediate layer having good orientation cannot be obtained. The resistivity of the obtained Ru 2 Bi 2 O 7 polycrystalline thin film at room temperature was measured to be 7 × 10 −6 Ω · m.
The resistivity at the liquid nitrogen temperature was measured and found to be 1 × 10 −6 Ω · m.

【0054】次に、上記Ru2Bi27の多結晶薄膜上に
図8に示す構成のレーザ蒸着装置を用いて酸化物超電導
層を形成して酸化物超電導導体を作製した。ここではタ
ーゲットとして、Y1Ba2Cu37-xなる組成の酸化物
超電導体からなるターゲットを用いた。また、蒸着処理
室の内部を26.6Pa(2×10-1トール)に減圧
し、基板温度700℃にてレーザ蒸着を行なった。ター
ゲット蒸発用のレーザとして波長248nmのKrFエ
キシマレーザを用いた。その後、400゜Cで60分
間、酸素雰囲気中において熱処理した。得られた酸化物
超電導導体は幅1.0cm、長さ100cmのものであ
る。この酸化物超電導導体を液体窒素に浸漬し、4端子
法にて中央部分の幅10mm、長さ10mmの部分につ
いて臨界電流密度を求めたところJc=1.0×106
(A/cm2)の優れた値を得ることができた。
Next, an oxide superconducting layer was formed on the polycrystalline thin film of Ru 2 Bi 2 O 7 by using a laser vapor deposition apparatus having the structure shown in FIG. 8 to prepare an oxide superconducting conductor. Here, a target made of an oxide superconductor having a composition of Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x was used as the target. Further, the inside of the vapor deposition processing chamber was depressurized to 26.6 Pa (2 × 10 −1 Torr), and laser vapor deposition was performed at a substrate temperature of 700 ° C. A KrF excimer laser with a wavelength of 248 nm was used as a laser for target evaporation. Then, heat treatment was performed at 400 ° C. for 60 minutes in an oxygen atmosphere. The obtained oxide superconducting conductor has a width of 1.0 cm and a length of 100 cm. This oxide superconducting conductor was immersed in liquid nitrogen, and the critical current density was determined for the central portion of 10 mm in width and 10 mm in length by the 4-terminal method. Jc = 1.0 × 10 6
An excellent value of (A / cm 2 ) could be obtained.

【0055】(比較例)図4に示す構成の多結晶薄膜の
製造装置を使用し、ターゲットとしてYSZ(イットリ
ウム安定化ジルコニア)を用いた以外は上記実施例と同
様にしてハステロイC276テープ上にYSZの多結晶
薄膜を形成した。得られたYSZの多結晶薄膜につい
て、室温での抵抗率を測定したところ10MΩ・mであ
り、また、液体窒素温度の抵抗率を測定したところ20
0MΩ・mであった。次に、図8に示す構成のレーザ蒸
着装置を使用し、上記YSZの多結晶薄膜上に酸化物超
電導層を上記実施例と同様にして形成して酸化物超電導
導体を作製した。比較例で得られた酸化物超電導導体を
液体窒素に浸漬し、4端子法にて中央部分の幅10m
m、長さ10mmの部分について臨界電流密度を求めた
ところJc=0.9×106(A/cm2)の値を得るこ
とができた。
(Comparative Example) YSZ on Hastelloy C276 tape was carried out in the same manner as in the above example except that the polycrystalline thin film manufacturing apparatus having the structure shown in FIG. 4 was used and YSZ (yttrium-stabilized zirconia) was used as the target. Was formed into a polycrystalline thin film. The resistivity of the obtained YSZ polycrystalline thin film was measured at room temperature to be 10 MΩ · m, and the resistivity at liquid nitrogen temperature was measured to be 20.
It was 0 MΩ · m. Next, an oxide superconducting conductor was produced by forming an oxide superconducting layer on the above-mentioned YSZ polycrystalline thin film in the same manner as in the above example, using the laser vapor deposition apparatus having the configuration shown in FIG. The oxide superconducting conductor obtained in the comparative example was immersed in liquid nitrogen, and the width of the central portion was 10 m by the 4-terminal method.
When the critical current density was determined for the part having a length of m and a length of 10 mm, a value of Jc = 0.9 × 10 6 (A / cm 2 ) could be obtained.

【0056】以上の結果から、結晶配向性に優れ、導電
性を有するRu2Bi27の多結晶薄膜上に酸化物超電導
層を形成した実施例の酸化物超電導導体は、YSZの多
結晶薄膜上に酸化物超電導層を形成した比較例の酸化物
超電導導体と同等以上の優れた臨界電流密度が得られて
いることを実証できた。
From the above results, the oxide superconducting conductor of the example in which the oxide superconducting layer was formed on the Ru 2 Bi 2 O 7 polycrystalline thin film having excellent crystal orientation and conductivity was YSZ polycrystalline. It was demonstrated that an excellent critical current density equal to or higher than that of the oxide superconducting conductor of the comparative example in which the oxide superconducting layer was formed on the thin film was 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
は、導電性を有する多結晶基材の被成膜面上に形成され
た上記AMOの組成式(ただし、上記組成式においてA
は、Tl、Bi、Pb、Cd、Y、RE(希土類元素)の
中から選択される1種を示し、Mは、Tc、Ru、R
h、Pd、Re、Os、Ir、Pt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
有するものであるので、結晶方位の整った結晶構造を有
し、導電性が優れる。また、本発明の酸化物超電導導体
は、導電性を有する多結晶基材と、この多結晶基材の被
成膜面上に形成された上記MO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多結晶薄膜と、この多結
晶薄膜上に形成された酸化物超電導層とを具備してなる
ものであるので、臨界電流密度が高い。また、この酸化
物超電導導体を大容量の導体として用いる場合に、この
導体に大容量の電流を通電したときに熱擾乱によって超
電導状態が不安定になった際に電流を上記多結晶薄膜を
通って多結晶基材に逃がすことができるため、焼損を防
止でき、有利である。
As described above, the polycrystalline thin film of the present invention has the composition formula of AMO (where A is the same as the composition formula
Represents one kind selected from Tl, Bi, Pb, Cd, Y and RE (rare earth elements), and M represents Tc, Ru and R
One kind selected from h, Pd, Re, Os, Ir, and Pt is shown. ), It has a pyrochlore type crystal structure, and therefore has a crystal structure with a uniform crystal orientation and excellent conductivity. Further, the oxide superconducting conductor of the present invention has a polycrystalline base material having conductivity and a pyrochlore type crystal structure represented by the composition formula of MO formed on the deposition surface of the polycrystalline base material. Since it has the polycrystalline thin film which it has and the oxide superconducting layer formed on this polycrystalline thin film, it has a high critical current density. Also, when this oxide superconducting conductor is used as a large-capacity conductor, when a large-capacity current is passed through this conductor, the current is passed through the polycrystalline thin film when the superconducting state becomes unstable due to thermal agitation. Since it can be released to the polycrystalline base material, it is advantageous because it can prevent burnout.

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

【図1】 導電性を有する基材上に形成されたパイロク
ロア型の複合酸化物の多結晶薄膜の実施形態例を断面と
した斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a cross section of an embodiment of a polycrystalline thin film of a pyrochlore type complex oxide formed on a conductive substrate.

【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拡大平面図である。
FIG. 2 is an enlarged plan view showing crystal grains of the polycrystalline thin film shown in FIG. 1, crystal grain directions thereof and grain boundary tilt angles.

【図3】 Ru2Bi27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 Ru 2 Bi 2 O 7 .

【図4】 本発明に係る多結晶薄膜を製造する装置の一
例を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing an example of an apparatus for producing a polycrystalline thin film according to the present invention.

【図5】 図5(a)は図4に示す装置のイオンソース
の一例を示す構成図であり、図5(b)はイオンビーム
入射角度についての説明図である。
5A is a configuration diagram showing an example of an ion source of the apparatus shown in FIG. 4, and FIG. 5B is an explanatory diagram of an ion beam incident angle.

【図6】 図1に示す多結晶薄膜の上に形成された酸化
物超電導層を示す構成図である。
6 is a configuration diagram showing an oxide superconducting layer formed on the polycrystalline thin film shown in FIG.

【図7】 図6に示す酸化物超電導層の結晶粒とその結
晶軸方向および粒界傾角を示す拡大平面図である。
7 is an enlarged plan view showing crystal grains of the oxide superconducting layer shown in FIG. 6, the crystal axis direction thereof, and a grain boundary inclination angle.

【図8】 図1に示す多結晶薄膜上に酸化物超電導層を
形成するための装置の一例を示す構成図である。
8 is a configuration diagram showing an example of an apparatus for forming an oxide superconducting layer on the polycrystalline thin film shown in FIG.

【図9】 従来の酸化物超電導導体の一例を示す断面図
である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of a conventional oxide superconducting conductor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A・・・多結晶基材、B・・・多結晶薄膜、C・・・酸化物超電
導層、H…法線、K・・・粒界傾角、20・・・結晶粒、22
・・・酸化物超電導導体。
A ... Polycrystalline base material, B ... Polycrystalline thin film, C ... Oxide superconducting layer, H ... Normal line, K ... Grain boundary tilt angle, 20 ... Crystal grain, 22
... Oxide superconducting conductor.

───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 39/24 H01L 39/24 B

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導電性を有する多結晶基材の被成膜面上
に形成されたAMOの組成式(ただし、前記組成式にお
いてAは、Tl、Bi、Pb、Cd、Y、RE(希土類
元素)の中から選択される1種を示し、Mは、Tc、R
u、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt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
構造を有することを特徴とする多結晶薄膜。
1. A composition formula of AMO formed on a film-forming surface of a polycrystalline base material having conductivity (wherein A is Tl, Bi, Pb, Cd, Y, RE (rare earth). Element) selected from the group consisting of Tc and R
One kind selected from u, Rh, Pd, Re, Os, Ir and Pt is shown. ), Which has a pyrochlore type crystal structure.
【請求項2】 室温での抵抗率が10-4〜10-6Ω・m
であり、かつdρ/dT>0(ρは抵抗率、Tは温度)
であることを特徴とする請求項1記載の多結晶薄膜。
2. The resistivity at room temperature is 10 −4 to 10 −6 Ω · m.
And dρ / dT> 0 (ρ is resistivity, T is temperature)
2. The polycrystalline thin film according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記多結晶基材の被成膜面と平行な面に
沿う前記多結晶薄膜の各結晶粒の同一結晶軸が構成する
粒界傾角が、30度以下にされてなることを特徴とする
請求項1又は2記載の多結晶薄膜。
3. The grain boundary tilt angle formed by the same crystal axis of each crystal grain of the polycrystalline thin film along a plane parallel to the deposition surface of the polycrystalline base material is set to 30 degrees or less. The polycrystalline thin film according to claim 1 or 2, which is characterized.
【請求項4】 導電性を有する多結晶基材と、この多結
晶基材の被成膜面上に形成され、AMOの組成式(ただ
し、前記組成式においてAは、Tl、Bi、Pb、C
d、Y、RE(希土類元素)の中から選択される1種を示
し、Mは、Tc、Ru、Rh、Pd、Re、Os、I
r、Pt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多結晶薄膜と、この
多結晶薄膜上に形成された酸化物超電導層とを具備して
なることを特徴とする酸化物超電導導体。
4. A polycrystalline base material having conductivity, and a composition formula of AMO formed on the film formation surface of the polycrystalline base material (wherein A is Tl, Bi, Pb, C
d represents one selected from Y, RE (rare earth elements), M represents Tc, Ru, Rh, Pd, Re, Os, I
One kind selected from r and Pt is shown. ) A polycrystalline thin film having a pyrochlore type crystal structure and an oxide superconducting layer formed on the polycrystalline thin film, and an oxide superconducting conductor.
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