JP3415888B2 - Apparatus and method for producing polycrystalline thin film and method for producing oxide superconducting conductor - Google Patents

Apparatus and method for producing polycrystalline thin film and method for producing oxide superconducting conductor

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JP3415888B2
JP3415888B2 JP21077793A JP21077793A JP3415888B2 JP 3415888 B2 JP3415888 B2 JP 3415888B2 JP 21077793 A JP21077793 A JP 21077793A JP 21077793 A JP21077793 A JP 21077793A JP 3415888 B2 JP3415888 B2 JP 3415888B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は結晶方位の整った多結晶
薄膜を製造する装置と製造方法および結晶方位の整った
酸化物超電導導体の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for producing a polycrystalline thin film having a uniform crystal orientation and a method for producing an oxide superconducting conductor having a uniform crystal orientation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、基板や金属テープなどの基材上に
結晶配向性の良好な酸化物超電導層を形成する方法が種
々試みられている。その1つの方法として、酸化物超電
導体と結晶構造の類似したMgOあるいはSrTiO3
などの単結晶基材を用い、この単結晶基材上にスパッタ
リングなどの成膜法により酸化物超電導層を形成する方
法がなされている。前記MgOやSrTiO3の単結晶
基材を用い、スパッタリングなどの成膜法を行なえば、
酸化物超電導層の結晶が単結晶基材の結晶を基に結晶成
長するために、その結晶のa軸あるいはb軸配向性を良
好にすることが可能であり、これらの単結晶基材上に形
成された酸化物超電導層は、数万〜10万A/cm2
度の十分に高い臨界電流密度を発揮することが知られて
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, various methods have been tried for forming an oxide superconducting layer having a good crystal orientation on a substrate such as a substrate or a metal tape. As one of the methods, MgO or SrTiO 3 having a crystal structure similar to that of the oxide superconductor is used.
There is a method of forming an oxide superconducting layer on the single crystal substrate by a film forming method such as sputtering. If a film forming method such as sputtering is performed using the single crystal base material of MgO or SrTiO 3 ,
Since the crystal of the oxide superconducting layer grows on the basis of the crystal of the single crystal base material, it is possible to improve the a-axis or b-axis orientation of the crystal. It is known that the formed oxide superconducting layer exhibits a sufficiently high critical current density of about tens of thousands to 100,000 A / cm 2 .

【0003】ところで、酸化物超電導体を導電体として
使用するためには、テープ状などの長尺の基材上に結晶
配向性の良好な酸化物超電導層を形成する必要がある。
ところが、金属テープなどの基材上に酸化物超電導層を
直接形成すると、金属テープ自体が多結晶体であってそ
の結晶構造も酸化物超電導体と大きく異なるために、結
晶配向性の良好な酸化物超電導層を形成できない問題が
ある。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などの多結晶薄膜
からなる中間層を被覆し、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、単結晶基材上に形成された酸化物超電導層よりも
かなり低い臨界電流密度(例えば数1000〜1000
0A/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。
In order to use an oxide superconductor as a conductor, it is necessary to form an oxide superconducting layer having a good crystal orientation on a long base material such as a tape.
However, when an oxide superconducting layer is directly formed on a base material such as a metal tape, the metal tape itself is a polycrystal and its crystal structure is significantly different from that of the oxide superconductor. There is a problem that the superconducting layer cannot be formed. Therefore, conventionally, an intermediate layer made of a polycrystalline thin film such as MgO or SrTiO 3 is coated on a base material such as a metal tape by using a sputtering device, and an oxide superconducting layer is formed on the intermediate layer. ing. However, the oxide superconducting layer formed on the intermediate layer of this type by a sputtering apparatus has a critical current density (e.g., several thousand to 1,000) which is considerably lower than that of the oxide superconducting layer formed on the single crystal substrate.
There was a problem that it showed only 0 A / cm 2 ).
This is considered to be due to the reason explained below.

【0004】まず、図11に示すように金属テープなど
の多結晶体からなる基材1上に、スパッタリングなどの
成膜法により多結晶薄膜の中間層2を形成し、この中間
層2上に酸化物超電導層3を形成して超電導導体A’を
製造した場合、中間層2と酸化物超電導層3はいずれも
多結晶状態となり、酸化物超電導層3は多数の結晶粒4
がそれぞれ無秩序に、また、中間層2は多数の結晶粒5
がそれぞれ無秩序に結合された状態となっている。そし
て、酸化物超電導層3の結晶粒5の1つ1つを個々に見
ると、各結晶粒5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。ところが、酸化物
超電導体は、その結晶自体に電気的な異方性を有してお
り、特に結晶軸の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などのように、結
晶軸の特定の方向に応じて電気的な異方性を有してい
る。
First, as shown in FIG. 11, an intermediate layer 2 of a polycrystalline thin film is formed on a substrate 1 made of a polycrystalline material such as a metal tape by a film forming method such as sputtering, and the intermediate layer 2 is formed on the intermediate layer 2. When the oxide superconducting layer 3 is formed to produce the superconducting conductor A ′, both the intermediate layer 2 and the oxide superconducting layer 3 are in a polycrystalline state, and the oxide superconducting layer 3 has a large number of crystal grains 4.
Are disordered, and the intermediate layer 2 has many crystal grains 5
Are in a chaotically coupled state. Looking at each of the crystal grains 5 of the oxide superconducting layer 3 individually, although the c-axis of the crystal of each crystal grain 5 is oriented to be perpendicular to the substrate surface to some extent, The b-axis is considered to be in a chaotic direction. However, the oxide superconductor has electric anisotropy in the crystal itself, and it is particularly easy for electricity to flow in the a-axis direction and the b-axis direction of the crystal axis, but in the c-axis direction. It has electrical anisotropy depending on the specific direction of the crystal axis, such as difficulty in flowing.

【0005】従って、前記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2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
3の成膜時に、中間層2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。
Therefore, if the directions of the a-axis and the b-axis are disordered for each crystal grain of the oxide superconducting layer as described above, the quantum coupling property of the superconducting state is lost at the crystal grain boundary where the crystal orientation is disturbed. As a result, it seems that superconducting characteristics, especially critical current density, are reduced. The oxide superconductor is in a polycrystalline state in which the a-axis and the b-axis are not oriented because the intermediate layer 2 formed thereunder is in the polycrystalline state in which the a-axis and the b-axis are not oriented. This is probably because the oxide superconducting layer 3 grows so as to match the crystal of the intermediate layer 2 when the oxide superconducting layer 3 is formed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者らは、
金属テープの基材上に結晶配向性の良好なイットリウム
安定化ジルコニア(以下、YSZと略称する)などの多
結晶薄膜を形成し、この多結晶薄膜上に酸化物超電導層
を形成することで、超電導特性の優れた酸化物超電導導
体を製造する試みを種々行っている。そして、このよう
な試みの中から本発明者らは先に、特願平3ー1268
36号、特願平3ー126837号、特願平2ー205
551号、特願平4ー13443号、特願平4ー293
464号、などにおいて、結晶配向性に優れた多結晶薄
膜、およびそれを利用した酸化物超電導導体の特許出願
を行っている。
Therefore, the present inventors have found that
By forming a polycrystalline thin film such as yttrium-stabilized zirconia (hereinafter, abbreviated as YSZ) having good crystal orientation on the base material of the metal tape, and forming an oxide superconducting layer on the polycrystalline thin film, Various attempts have been made to manufacture oxide superconducting conductors with excellent superconducting properties. Then, from such an attempt, the inventors of the present invention first disclosed Japanese Patent Application No. 3-1268.
No. 36, Japanese Patent Application No. 3-126837, Japanese Patent Application No. 2-205
No. 551, Japanese Patent Application No. 4-13443, Japanese Patent Application No. 4-293.
No. 464, etc., have filed patent applications for a polycrystalline thin film having excellent crystal orientation and an oxide superconducting conductor using the polycrystalline thin film.

【0007】これらの特許出願に記載された技術によれ
ば、基材上にスパッタリングあるいはレーザ蒸着などの
成膜法でYSZの粒子を堆積させる際に、基材成膜面の
法線に対して斜め方向から50〜60度の入射角度でイ
オンビームを照射すると、結晶配向性に優れた多結晶薄
膜を形成することができるものであり、この多結晶薄膜
上に酸化物超電導層を形成することで超電導特性の優れ
た酸化物超電導導体が得られるものである。そして本発
明者らは、前記基材上のYSZの多結晶薄膜の結晶配向
性が整う要因として、特願平4ー293464号明細書
に記載したように、以下のことを推定している。
According to the techniques described in these patent applications, when YSZ particles are deposited on a substrate by a film-forming method such as sputtering or laser deposition, the YSZ particles are deposited with respect to the normal line of the film-forming surface of the substrate. By irradiating an ion beam at an incident angle of 50 to 60 degrees from an oblique direction, it is possible to form a polycrystalline thin film having excellent crystal orientation, and to form an oxide superconducting layer on this polycrystalline thin film. Thus, an oxide superconducting conductor having excellent superconducting properties can be obtained. Then, the present inventors presume the following factors, as described in Japanese Patent Application No. 4-293464, as a factor for adjusting the crystal orientation of the YSZ polycrystalline thin film on the base material.

【0008】YSZの中間層2の結晶の単位格子は、図
12に示すように立方晶であり、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12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12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。
The unit cell of the crystal of the YSZ intermediate layer 2 is a cubic crystal as shown in FIG. 12, and in this crystal lattice, the substrate normal direction is the <100> axis and the other <010>.
The> axis and the <001> axis are both in the directions shown in FIG. Considering an ion beam that is incident on these directions obliquely with respect to the substrate normal, when incident on the origin O of FIG. 12 in the diagonal direction of the unit lattice, that is, along the <111> axis, , The incident angle is 54.7 degrees.

【0009】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θ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、基材A上に堆積している結晶において、基材Aの上
で前記角度に一致する配置関係になった原子のみが選択
的に残り易くなり、その他の乱れた原子配列のものはイ
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、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。
Here, as described above, good crystal orientation in the incident angle range of 50 to 60 degrees means that the incident angle θ of the ion beam coincides with the above-mentioned 54.7 degrees or before and after that. , Ion channeling occurs most effectively, and in the crystal deposited on the base material A, only the atoms having a positional relationship matching the angle on the base material A tend to remain selectively. It is presumed that the disordered atomic arrangement of atoms is removed by being sputtered by the ion beam sputtering effect, so that only the crystals of the atoms with good orientation are selectively left and deposited.

【0010】そして、このような背景から本発明者ら
は、レーザ蒸着法を実施して基材上に前記のイオンビー
ム照射を行いながらYSZ粒子の堆積を行うことによ
り、基材上にYSZの中間層を形成し、この中間層の結
晶配向性を測定した。その結果を図13に示す。図13
は、厚さ0.1mm、幅5.0mmのハステロイCー27
6からなる金属テープの基材を真空チャンバの内部で1
時間あたり20〜30cmの割合で移動させるととも
に、真空チャンバ内に設けたYSZターゲットにKr-
Fエキシマレーザを照射し、このYSZターゲットから
発生させた粒子を基材上に堆積させて中間層を形成する
レーザ蒸着法を実施して得られた中間層の(111)極
点図を示すものである。なお、このレーザ蒸着法を実施
するにあたり、基材成膜面の法線に対する入射角度を5
5度に設定して基材の斜め方向からKr++O2混合イオ
ンビームを照射し、粒子の堆積を行なっている。
From such a background, the present inventors have carried out the laser deposition method to deposit the YSZ particles on the base material while performing the above-mentioned ion beam irradiation to thereby deposit the YSZ particles on the base material. An intermediate layer was formed, and the crystal orientation of this intermediate layer was measured. The result is shown in FIG. FIG.
Is a Hastelloy C-27 with a thickness of 0.1 mm and a width of 5.0 mm.
The inside of the vacuum chamber is a metal tape substrate consisting of 6
It is moved at a rate of 20 to 30 cm per hour, and Kr- is applied to the YSZ target provided in the vacuum chamber.
The (111) pole figure of the intermediate layer obtained by carrying out the laser vapor deposition method of irradiating the F excimer laser and depositing the particles generated from this YSZ target on the substrate to form the intermediate layer is shown. is there. In carrying out this laser vapor deposition method, the incident angle with respect to the normal line of the base material film-forming surface was set to 5
Particles are deposited by setting the angle to 5 degrees and irradiating a Kr + + O 2 mixed ion beam from an oblique direction of the substrate.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】図13に示す分析結果
から、このYSZ中間層は、基材の成膜面に垂直に<1
00>配向し、イオンビームの入射方向にひとつの<1
11>軸が配向し、基材の成膜面に平行な面内で結晶軸
が秩序をもっていることが判明した。また、この図13
に示す結果から、イオンビームの入射方向に沿う<11
1>軸の配向性は優秀であるものの、イオンビームの入
射方向に対して直角に向く方向の軸の配向性には多少の
乱れを生じていることが判明した。
From the analysis results shown in FIG. 13, this YSZ intermediate layer is <1 perpendicular to the film forming surface of the substrate.
00> orientation and one <1 in the direction of ion beam incidence.
It was found that the 11> axis was oriented and the crystal axes were ordered in a plane parallel to the film forming surface of the substrate. Also, in FIG.
From the results shown in, <11 along the incident direction of the ion beam
It was found that the orientation of the 1> axis was excellent, but the orientation of the axis in the direction perpendicular to the incident direction of the ion beam was somewhat disturbed.

【0012】このような結晶配向性の乱れが生じる原因
として本発明者らは、以下に説明することを想定してい
る。まず、適当なアシストエネルギーの基では、YSZ
の結晶を基材上に堆積させる場合、自由エネルギーの面
からみてYSZの結晶の<100>軸方向を基材成膜面
の法線方向に向けて結晶成長することが最も安定性が高
く確率が高くなると思われる。そして、それに加えて前
記のようなイオンビームの斜め照射の効果によって図1
2に示す<111>軸を固定した場合、YSZの結晶が
配向性を乱し得るのは、図12の<111>軸周りに回
転して位置をずらそうとした場合であり、また、自由エ
ネルギーによる<100>軸の固定が不十分な場合にお
いても同様な結晶配向性の乱れを生じる可能性があり、
これらの要因が個々に単独で、あるいは、相互に影響し
て図12に示すような若干の配向乱れを生じたものと思
われる。以上のことから本発明者は、この分析結果を基
に、前記中間層の結晶配向性を更に良好にすることを目
的して本発明に到達した。
The present inventors assume that the cause of such disorder of crystal orientation is as follows. First of all, with a suitable assist energy, YSZ
When depositing the above crystal on the substrate, it is the most stable and highly probable that the crystal grows with the <100> axis direction of the YSZ crystal facing the normal to the substrate film formation surface in terms of free energy. Will be higher. In addition to that, the effect of the oblique irradiation of the ion beam as described above causes
When the <111> axis shown in FIG. 2 is fixed, the YSZ crystal may disturb the orientation when the YSZ crystal is rotated around the <111> axis in FIG. 12 to shift the position. Even if the <100> axis is insufficiently fixed by energy, similar crystal orientation disorder may occur,
It is considered that these factors individually or individually affect each other to cause some alignment disorder as shown in FIG. Based on the above, the present inventor arrived at the present invention with the aim of further improving the crystal orientation of the intermediate layer based on the results of this analysis.

【0013】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、基材の成膜面に対して直角向きに結晶軸のc
軸を配向させることができると同時に、成膜面と平行な
面に沿って結晶粒の結晶軸のa軸およびb軸をも揃える
ことができ、結晶配向性に優れた多結晶薄膜を製造でき
る装置と製造する方法を提供すること、および、この時
の合成条件や構成物質に、幅のある選択肢を持たせるこ
と、および、結晶配向性に優れた酸化物超電導層を備え
た酸化物超電導導体を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the crystal axis c is perpendicular to the film forming surface of the substrate.
The axes can be oriented, and at the same time, the a-axis and the b-axis of the crystal axes of the crystal grains can be aligned along a plane parallel to the film formation surface, and a polycrystalline thin film having excellent crystal orientation can be manufactured. An oxide superconducting conductor provided with an oxide superconducting layer excellent in crystal orientation, and providing an apparatus and a manufacturing method, and having a wide range of choices in synthesis conditions and constituent materials at this time. The purpose is to provide.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は前
記課題を解決するために、ターゲットから発生させた粒
子を基材上に堆積させ、基材上に前記粒子からなる多結
晶薄膜を製造する装置において、前記基材を支持する基
材ホルダと、この基材ホルダに対向配置されたターゲッ
トと、このターゲットにエネルギーを付加してターゲッ
トの構成粒子を前記基材に向けて噴出させる発生装置
と、前記基材ホルダに支持された基材の成膜面の法線に
対して斜め方向から50〜60度の入射角度で基材にイ
オンビームを照射するとともに、前記成膜面の法線周り
に90度または180度間隔で配置された複数のイオン
ガンを具備してなるものである。
In order to solve the above-mentioned problems, in order to solve the above-mentioned problems, particles generated from a target are deposited on a substrate, and a polycrystalline thin film made of the particles is formed on the substrate. In a manufacturing apparatus, a base material holder that supports the base material, a target that is arranged opposite to the base material holder, and energy is applied to the target to eject constituent particles of the target toward the base material. The apparatus and the method of forming the film-forming surface while irradiating the substrate with an ion beam at an incident angle of 50 to 60 degrees from an oblique direction with respect to the normal line of the film-forming surface of the substrate supported by the substrate holder. It is provided with a plurality of ion guns arranged at intervals of 90 degrees or 180 degrees around the line.

【0015】請求2記載の発明は前記課題を解決するた
めに、ターゲットから発生させた粒子を基材上に堆積さ
せ、基材上に前記粒子からなる多結晶薄膜を製造する装
置において、前記基材を支持する基材ホルダと、この基
材ホルダに対向配置されたターゲットと、このターゲッ
トにエネルギーを付加してターゲットの構成粒子を前記
基材に向けて噴出させる発生装置と、前記基材ホルダに
支持された基材の成膜面の法線に対して斜め方向から5
0〜60度の入射角度で基材にイオンビームを照射する
とともに、前記成膜面の法線周りに90度または180
度間隔で配置された複数のイオンガンを具備してなるも
のである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 2 is an apparatus for depositing particles generated from a target on a base material to produce a polycrystalline thin film comprising the particles on the base material. A base material holder for supporting the material, a target arranged opposite to the base material holder, a generator for applying energy to the target to eject the constituent particles of the target toward the base material, and the base material holder 5 from an oblique direction with respect to the normal to the film-forming surface of the substrate supported by
The substrate is irradiated with the ion beam at an incident angle of 0 to 60 degrees, and 90 degrees or 180 degrees around the normal to the film formation surface.
It is provided with a plurality of ion guns arranged at intervals.

【0016】請求項3記載の発明は前記課題を解決する
ために、ターゲットから発生させた粒子を基材上に堆積
させ、基材上に前記粒子からなる多結晶薄膜を形成し、
その上に酸化物超電導層を形成して酸化物超電導導体を
製造する方法において、前記粒子を基材上に堆積させる
際に、イオン源が発生させたイオンビームを基材成膜面
の法線に対して斜め方向から50〜60度の範囲の入射
角度で照射しながら前記粒子を基材上に堆積させるとと
もに、前記基材上に照射するイオンビームを前記法線を
中心軸としてその周囲に90度または180度間隔で複
数の方向から照射するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention as set forth in claim 3 deposits particles generated from a target on a base material to form a polycrystalline thin film comprising the particles on the base material.
In a method for producing an oxide superconducting conductor by forming an oxide superconducting layer thereon, when depositing the particles on a substrate, an ion beam generated by an ion source is applied to a normal line of a substrate deposition surface. The particles are deposited on the base material while being irradiated with an incident angle in the range of 50 to 60 degrees from the oblique direction, and the ion beam with which the base material is irradiated is surrounded by the normal line as the central axis. Irradiation is performed from a plurality of directions at intervals of 90 degrees or 180 degrees.

【0017】請求項2記載の発明は前記課題を解決する
ために、ターゲットから発生させた粒子を基材上に堆積
させ、基材上に前記粒子からなる多結晶薄膜を製造する
方法において、前記粒子を基材上に堆積させる際に、イ
オン源が発生させたイオンビームを基材成膜面の法線に
対して斜め方向から50〜60度の範囲の入射角度で照
射しながら前記粒子を基材上に堆積させるとともに、前
記基材上に照射するイオンビームを前記法線を中心軸と
してその周囲に90度または180度間隔で複数の方向
から照射する一方、この多結晶薄膜上に成膜法により酸
化物超電導層を形成するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a second aspect of the present invention is a method for depositing particles generated from a target on a base material to produce a polycrystalline thin film made of the particles on the base material. When depositing the particles on the substrate, the particles are irradiated with the ion beam generated by the ion source at an incident angle in the range of 50 to 60 degrees from the oblique direction with respect to the normal line of the substrate film formation surface. While being deposited on the base material, the ion beam for irradiating the base material is irradiated around the normal line as the central axis from a plurality of directions at intervals of 90 degrees or 180 degrees, while the ion beam is formed on the polycrystalline thin film. The oxide superconducting layer is formed by a film method.

【0018】[0018]

【作用】基材上に堆積されるYSZなどの多結晶薄膜の
立方晶の単位格子においては、基板法線方向が<100
>軸であって単位格子の高さ方向を示し、他の<001
>軸と<010>軸は、いずれも、<100>軸と直交
する方向、例えば、単位格子の幅方向あるいは奥行き方
向を示す。ここで、ある条件におけるYSZの多結晶薄
膜においては、<100>軸を基材成膜面と直交させて
原子の堆積がなされることが自由エネルギー的に安定な
成長となる。更に、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、前記単位格子の対角線
方向、即ち、<111>軸に沿って入射する場合が5
4.7度の入射角度となる。
In the cubic unit cell of a polycrystalline thin film such as YSZ deposited on the substrate, the substrate normal direction is <100.
> Axis indicating the height direction of the unit cell, and other <001
The> axis and the <010> axis both indicate a direction orthogonal to the <100> axis, for example, the width direction or the depth direction of the unit lattice. Here, in the YSZ polycrystalline thin film under a certain condition, the <100> axis is made to be orthogonal to the base material film-forming surface to deposit atoms, which results in stable growth in terms of free energy. Further, in consideration of an ion beam that is incident obliquely to the substrate normal, there are 5 cases where the ion beam is incident along the diagonal direction of the unit lattice, that is, along the <111> axis.
The incident angle is 4.7 degrees.

【0019】前記イオンビームの入射角度を50〜60
度の範囲とすることは、イオンビームの入射角度θ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、基材上に堆積
している結晶において、基材の上で前記角度に一致する
配置関係になっ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の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、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
ゆくものと推定される。また、チャネリングが起こらな
い場合においても、収束衝突やはじき出しエネルギーの
異方性等により選択的スパッタ効果が起こることが考え
られる。
The incident angle of the ion beam is 50-60.
The range of degrees means that ion channeling occurs most effectively when the incident angle θ of the ion beam coincides with or is about 54.7 degrees, and the crystals deposited on the substrate. In the above, only the atoms having a positional relationship matching the angle on the base material are likely to remain selectively, and other disordered atomic arrangements are removed by being sputtered by the ion beam sputtering effect. It is presumed that only the crystals, in which the atoms with good orientation are assembled, selectively remain and are deposited. Even if channeling does not occur, it is considered that the selective sputtering effect occurs due to convergent collision, anisotropy of ejection energy, and the like.

【0020】しかし、この場合、1方向のイオンビーム
のみでは、1方向のイオンビーム周りに単位格子が回転
して原子が堆積しようとするずれを生じる可能性があ
り、加えて、自由エネルギーに起因する安定性に抗して
単位格子の方向をずらして原子が堆積しようとする可能
性がある。そこで、複数のイオンビームを前記の入射角
度で基材成膜面に照射するように、かつ、基材成膜面の
法線まわりに90度おき、あるいは180度おきに照射
するようにするならば、多結晶薄膜の単位格子の少なく
とも2つの軸方向を固定できる。これにより、堆積中の
結晶の単位格子が位置ずれを起こす確率は極めて少なく
なり、結晶配向性が向上した多結晶薄膜が得られる。ま
た、このとき、自由エネルギー的に(100)が基板法
線方向に安定であることが必ずしも必ずしも必要でない
ことになる。というのは、<111>軸が2軸決まって
しまうと、立方晶においては一意に成長が決まってしま
うからである。
However, in this case, with only the ion beam in one direction, there is a possibility that the unit cell may rotate around the ion beam in one direction to cause a shift in which atoms try to be deposited. In addition, due to the free energy. There is a possibility that the atoms may try to deposit by shifting the direction of the unit cell against the stability. Therefore, in order to irradiate a plurality of ion beams onto the substrate film-forming surface at the above-mentioned incident angle and to irradiate the ion beam every 90 degrees or 180 degrees around the normal line of the substrate film-forming surface, For example, at least two axial directions of the unit cell of the polycrystalline thin film can be fixed. As a result, the probability that the unit cell of the crystal being deposited will be displaced is extremely small, and a polycrystalline thin film with improved crystal orientation can be obtained. At this time, it is not always necessary that (100) is stable in the direction of the substrate normal in terms of free energy. This is because if the <111> axis is determined to be biaxial, the growth will be uniquely determined in the cubic crystal.

【0021】よって製造装置においては、基材成膜面に
対してイオンビームを所定の入射角度であって、所定の
複数の方向から放射できるようにイオンガンを設けるこ
とにより、配向性の良好な多結晶薄膜を製造できる。ま
た、製造方法においては、基材成膜面に対して所定の入
射角度で所定の複数の方向からイオンビームを照射する
ことにより配向性の良好な多結晶薄膜を形成できる。更
に、前記配向性に優れた多結晶薄膜上に酸化通超電導層
を成膜するならば、配向性に優れた酸化物超電導層を有
する酸化物超電導導体を製造できる。
Therefore, in the manufacturing apparatus, the ion gun is provided so that the ion beam can be emitted from the plurality of predetermined directions at the predetermined incident angle with respect to the surface of the substrate on which the film is formed, so that the orientation can be improved. A crystalline thin film can be manufactured. Further, in the manufacturing method, a polycrystalline thin film having a good orientation can be formed by irradiating the surface of the base material film with the ion beam from a plurality of predetermined directions at a predetermined incident angle. Furthermore, if an oxidation-conducting superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film having excellent orientation, an oxide superconducting conductor having an oxide superconducting layer having excellent orientation can be manufactured.

【0022】[0022]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図1は本発明の多結晶薄膜を基材上に形成
した一実施例を示すものであり、図1においてAはテー
プ状の基材、Bは基材Aの上面に形成された多結晶薄膜
を示している。前記基材Aは、この例ではテープ状のも
のを用いているが、例えば、板材、線材、条体などの種
々の形状のものを用いることができ、基材Aは、銀、白
金、ステンレス鋼、銅、ハステロイなどのニッケル合金
などの各種金属材料、あるいは、各種ガラスあるいは各
種セラミックスなどからなるものである。
Embodiments 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. In FIG. 1, A is a tape-shaped substrate and B is a polycrystalline thin film formed on the upper surface of the substrate A. Is shown. In this example, the tape-shaped base material is used as the base material A, but various shapes such as a plate material, a wire material, and a strip can be used, and the base material A is made of silver, platinum, or stainless steel. It is made of various metal materials such as steel, copper, nickel alloys such as Hastelloy, or various glasses or various ceramics.

【0023】前記多結晶薄膜Bは、立方晶系の結晶構造
を有するYSZ(イットリウム安定化ジルコニア)、M
gOなどからなり、基材Aの上面全部を覆って設けら
れ、この多結晶薄膜Bは、図2に示すように、微細な結
晶粒20が多数相互に結晶粒界Rを介して接合一体化さ
れてなり、各結晶粒20の結晶軸のc軸は基材Bの上面
(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軸どうしが互いに同一方向に
向けられて面内配向されている。前記多結晶薄膜Bは、
結晶質の立方晶のものであることが必要であり、六方晶
や斜方晶のものは好ましくなく、立方晶のものであれば
化合物でも良い。また、各結晶粒20のc軸が基材Aの
(上面)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
にして接合一体化されている。
The polycrystalline thin film B is YSZ (yttrium-stabilized zirconia), M having a cubic crystal structure.
The polycrystalline thin film B is made of gO or the like and is provided so as to cover the entire upper surface of the substrate A. As shown in FIG. The c-axis of the crystal axis of each crystal grain 20 is oriented at right angles to the upper surface (deposition surface) of the substrate B, and the a-axis and the b-axis of the crystal axis of each crystal grain 20 are mutually They are oriented in the same direction and are in-plane oriented. The polycrystalline thin film B is
It is necessary to be crystalline cubic, and hexagonal and orthorhombic are not preferred, and compounds may be used as long as they are cubic. Further, the c-axis of each crystal grain 20 is oriented at right angles to the (upper surface) film formation surface of the base material A. The a-axis (or the b-axis) of each crystal grain 20 is joined and integrated by making the angle (the grain boundary tilt angle K shown in FIG. 2) between them within 30 degrees.

【0024】次に前記多結晶薄膜Bを製造する装置につ
いて説明する。図3は多結晶薄膜Bを形成するための装
置の一例を示すもので、この例の装置は、レーザ蒸着装
置にイオンビームアシスト用のイオンガンを設けた構成
となっている。この装置は、基材Aを保持するための基
材ホルダ11と、この基材ホルダ11の斜め下方に所定
間隔をもって対向配置された板状のターゲット12と、
前記基材ホルダ11の側方に所定間隔をもって基材ホル
ダ11を挟むように対向配置されたイオンガン13A、
13Bと、前記ターゲット12の側方に設けられてター
ゲット12の上面に向けてレーザビームを照射するため
のレーザ発光装置(発生装置)14を主体として構成さ
れている。
Next, an apparatus for manufacturing the polycrystalline thin film B will be described. FIG. 3 shows an example of an apparatus for forming the polycrystalline thin film B. In this example, the laser vapor deposition apparatus is provided with an ion gun for ion beam assist. This apparatus includes a base material holder 11 for holding a base material A, and plate-shaped targets 12 that are arranged diagonally below the base material holder 11 so as to face each other at a predetermined interval.
An ion gun 13A, which is arranged to face the base material holder 11 so as to sandwich the base material holder 11 at a predetermined interval,
13B and a laser emitting device (generation device) 14 provided on the side of the target 12 for irradiating a laser beam toward the upper surface of the target 12.

【0025】また、この例の装置の要部は、真空容器1
5に収納されていて、基材ホルダ11とターゲット12
の周囲を真空雰囲気に保持できるようになっているとと
もに、真空容器15の周壁にイオンガン13A、13B
が取り付けられている。更に、前記真空容器15には、
図示略のガスボンベなどの雰囲気ガス供給源が接続され
ていて、真空容器15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
または酸素を含む不活性ガス雰囲気に調整することがで
きるようになっている。なお、前記のレーザ発光装置1
4から出されたレーザビームは、第1反射鏡14aと第
2反射鏡14bと集光レンズ14cと真空容器15の側
壁に取り付けられた窓部15aとを介してターゲット1
2の上面に集光照射されるようになっている。
The main part of the apparatus of this example is the vacuum container 1.
5, the base material holder 11 and the target 12 are stored.
Around the circumference of the vacuum container 15 can be maintained in a vacuum atmosphere, and the ion guns 13A and 13B are attached to the peripheral wall of the vacuum container 15.
Is attached. Furthermore, in the vacuum container 15,
An atmosphere gas supply source such as a gas cylinder (not shown) is connected to the inside of the vacuum container 15 in a low pressure state such as vacuum,
At the same time, the atmosphere can be adjusted to an argon gas or other inert gas atmosphere or an inert gas atmosphere containing oxygen. The laser light emitting device 1
The laser beam emitted from the target 4 passes through the first reflecting mirror 14a, the second reflecting mirror 14b, the condensing lens 14c, and the window 15a attached to the side wall of the vacuum container 15 to the target 1
The upper surface of 2 is focused and irradiated.

【0026】一方、基材2としてこの例では、長尺の金
属テープ(ハステロイ製あるいはステンレス製などのテ
ープ)状の基材Aを用いるので、真空容器15の内部に
金属テープの送出装置8と巻取装置9を設け、送出装置
8から連続的に基材ホルダ11にテープ状の基材2を送
り出し、続いて巻取装置9で巻き取ることでテープ状の
基材A上に多結晶薄膜Bを連続成膜することができるよ
うに構されている。前記基材ホルダ11は、内部に加熱
ヒータを備え、基材ホルダ11に送出装置8から供給さ
れた基材Aを所用の温度に加熱できるようになってい
る。前記ターゲット12として具体的には、MgOある
いはY23で安定化したジルコニア(YSZ)、Mg
O、SrTiO3などを用いるがこれに限るものではな
く、形成しようとする多結晶薄膜に見合うターゲットを
用いれば良い。
On the other hand, in this example, as the base material 2, a long metal tape (a tape made of Hastelloy or stainless steel) in the form of a base material A is used. A winding device 9 is provided, and the tape-shaped base material 2 is continuously fed from the delivery device 8 to the base material holder 11 and then wound by the winding device 9 to form a polycrystalline thin film on the tape-shaped base material A. It is configured so that B can be continuously formed. The base material holder 11 has a heater inside so that the base material A supplied from the delivery device 8 to the base material holder 11 can be heated to a desired temperature. Specific examples of the target 12 include zirconia (YSZ) stabilized with MgO or Y 2 O 3 , and Mg.
O, SrTiO 3 or the like is used, but the present invention is not limited to this, and a target suitable for the polycrystalline thin film to be formed may be used.

【0027】前記イオンガン13A、13Bは、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極
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
した粒子を引き出し電極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、クラスタイオンビーム方式などの種々のものがあ
る。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。また、クラスタイ
オンビーム方式は、原料を入れたるつぼの開口部に設け
られたノズルから真空中に出てくる集合分子のクラスタ
を熱電子で衝撃してイオン化して放射するものである。
本実施例においては、図4示す構成の内部構造のイオン
ガン13を用いる。このイオンガン13は、筒状の容器
16の内部に、引出電極17とフィラメント18とAr
ガスなどの導入管19とを備えて構成され、容器16の
先端からイオンをビーム状に平行に照射できるものであ
る。
Each of the ion guns 13A and 13B has an evaporation source housed inside a container and is provided with an extraction electrode near the evaporation source. Then, a part of atoms or molecules generated from the evaporation source is ionized, and the ionized particles are controlled by an electric field generated by an extraction electrode to irradiate as an ion beam. There are various methods for ionizing particles, such as a DC discharge method, a high frequency excitation method, a filament method, and a cluster ion beam method. The filament type is a method in which a tungsten filament is electrically heated to generate thermoelectrons, which are collided with evaporated particles in a high vacuum to be ionized. The cluster ion beam method is a method of bombarding clusters of aggregate molecules that come out in a vacuum from a nozzle provided at an opening of a crucible containing a raw material, bombarded with thermal electrons, ionized, and radiated.
In this embodiment, the ion gun 13 having the internal structure shown in FIG. 4 is used. The ion gun 13 includes an extraction electrode 17, a filament 18 and an Ar inside a cylindrical container 16.
It is configured to include a gas introduction tube 19 and the like, and can ionically irradiate ions from the tip of the container 16 in a beam shape.

【0028】前記イオンガン13A、13Bは、いずれ
も図3に示すようにそれらの中心軸S1あるいはS2を基
材2の上面(成膜面)に対して入射角度θ(基材A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。これらの入射角度θは50〜60
度の範囲が好ましいが、55〜60度の範囲が最も好ま
しい。従ってイオンガン13A、13Bは、いずれも、
基材Aの成膜面の法線に対して入射角θでもってイオン
ビームを入射できるように配置され、かつ、イオンガン
13A、13Bは、基材Aの成膜面の法線まわりに18
0度間隔で配置されている。なお、イオンガン13A、
13Bによるイオンビームの入射角度は等しいことが好
ましいが、多少異なっていても良い。
In each of the ion guns 13A and 13B, as shown in FIG. 3, the central axis S 1 or S 2 of the ion guns 13A and 13B with respect to the upper surface (deposition surface) of the substrate 2 is an incident angle θ (perpendicular to the substrate A). They are opposed to each other with an inclination of (normal line) H and an angle formed by the center line S. These incident angles θ are 50-60
The range of degrees is preferred, but the range of 55-60 degrees is most preferred. Therefore, the ion guns 13A and 13B are
The ion guns 13A and 13B are arranged so that the ion beam can be incident at an incident angle θ with respect to the normal line of the film forming surface of the base material A, and the ion guns 13A and 13B are arranged around the normal line of the film forming surface of the base material A 18
They are arranged at 0 degree intervals. The ion gun 13A,
The incident angles of the ion beams by 13B are preferably the same, but they may be slightly different.

【0029】前記イオンガン13A、13Bにより基材
Aに照射するイオンビームは、He+、Ne+、Ar+
Xe+、Kr+などの希ガスのイオンビーム、あるいは、
それらと酸素イオンの混合イオンビームなどを用いる。
だだし、多結晶薄膜Bの結晶構造を整えるためには、あ
る程度の原子量が必要であり、あまりに軽量のイオンで
は効果が薄くなることを考慮すると、Ar+、Kr+など
のイオンを用いることがより好ましい。前記レーザ発光
装置14は、真空容器15の側壁に取り付けられた透明
窓15aを介してレーザビームをターゲット12に集光
照射し、ターゲット12の構成粒子をえぐり出して基材
A側に噴出させることができるものである。レーザ発光
装置14はターゲット12から粒子を出すことができる
ものであれば、YAGレーザ、CO2レーザ、エキシマ
レーザなどのいずれのものを用いても良い。
The ion beam applied to the substrate A by the ion guns 13A and 13B is He + , Ne + , Ar + ,
Ion beam of rare gas such as Xe + , Kr + , or
A mixed ion beam of them and oxygen ions is used.
However, in order to arrange the crystal structure of the polycrystalline thin film B, a certain amount of atomic weight is required, and considering that the effect becomes too thin with an ion that is too light, it is preferable to use an ion such as Ar + or Kr +. More preferable. The laser emitting device 14 condenses and irradiates a laser beam onto the target 12 through a transparent window 15a attached to the side wall of the vacuum container 15, and scoops out the constituent particles of the target 12 to eject the target 12 toward the substrate A side. Is something that can be done. The laser emitting device 14 may be any one of YAG laser, CO 2 laser, excimer laser, etc. as long as it can emit particles from the target 12.

【0030】次に前記構成の装置を用いて基材A上にY
SZの多結晶薄膜Bを形成する場合について説明する。
基材A上に多結晶薄膜Bを形成するには、YSZのター
ゲットを用い、基材Aを収納している真空容器15の内
部を減圧雰囲気とするとともに、送出装置8から基材ホ
ルダ11に基材Aを所定の速度で送り出し、更にイオン
ガン13A、13Bとレーザ発光装置14を作動させ
る。
Next, using the above-mentioned apparatus, Y
A case of forming the polycrystalline thin film B of SZ will be described.
In order to form the polycrystalline thin film B on the base material A, a YSZ target is used, the inside of the vacuum container 15 accommodating the base material A is decompressed, and the delivery device 8 transfers the base material holder 11 to the base material holder 11. The base material A is sent out at a predetermined speed, and the ion guns 13A and 13B and the laser emitting device 14 are operated.

【0031】レーザ発光装置14からターゲット12に
レーザビームを照射すると、ターゲット12の構成粒子
がえぐり出されて基材A側に飛来する。そして基材A上
に、ターゲット12から発生させた粒子を堆積させると
同時に、イオンガン13A、13Bから、例えば、Kr
+イオンと酸素イオンの混合イオンビームまたはKr+
オンのイオンビームを照射する。このイオンビーム照射
する際の入射角度θは、50〜60度の範囲が最も好ま
しい。以上の処理を行なうことによって基材A上に結晶
配向性の優れたYSZの多結晶薄膜Bを形成することが
できる。
When the target 12 is irradiated with the laser beam from the laser emitting device 14, the constituent particles of the target 12 are dug out and fly to the base material A side. Then, the particles generated from the target 12 are deposited on the base material A, and at the same time, from the ion guns 13A and 13B, for example, Kr
Irradiation is performed with a mixed ion beam of + ions and oxygen ions or an ion beam of Kr + ions. The incident angle θ when irradiating the ion beam is most preferably in the range of 50 to 60 degrees. By performing the above processing, the YSZ polycrystalline thin film B having excellent crystal orientation can be formed on the base material A.

【0032】ここで入射角θを30度とすると、多結晶
薄膜のc軸は基材Aの成膜面に対して直角に配向するも
のの、面内配向性は不十分である。また、入射角θを9
0度とすると多結晶薄膜はc軸配向すらしなくなる。前
記のような好ましい範囲の角度でイオンビーム照射する
ならば多結晶薄膜の結晶の(100)面が立つようにな
る。
Here, when the incident angle θ is 30 degrees, the c-axis of the polycrystalline thin film is oriented at right angles to the film forming surface of the substrate A, but the in-plane orientation is insufficient. Also, the incident angle θ is 9
At 0 degree, the polycrystalline thin film does not even have c-axis orientation. If the ion beam irradiation is carried out at an angle within the above-mentioned preferable range, the (100) plane of the crystal of the polycrystalline thin film will stand.

【0033】前記多結晶薄膜Bの結晶配向性が整う要因
として本発明らは、先に図12を基に説明した通り、堆
積中の原子に対するイオンチャンネリング効果を生み出
すために適切な角度の入射角度でイオンビーム照射を行
なったためであると推定している。ここで本発明では、
図3に示すように180度間隔で配置された2つのイオ
ンガン13A、13Bからそれぞれ50〜60度の範囲
の入射角度θでイオンビームを照射するので、基材A上
に堆積中の原子が構成する立方晶の結晶格子において、
結晶格子の2つの<111>軸を固定することができ
る。即ち、図12に示す結晶格子において1つの<11
1>軸をイオンガン13Aで固定したとすると、この<
111>軸に対して単位格子を180度回転した方向を
向く図12のg方向の軸を固定することができる。従っ
て先に図12を基に説明したように、<111>軸周り
に生じようとする結晶格子の方向ずれを抑制できる。こ
のような理由から、結晶配向性に優れた多結晶薄膜Bを
形成することができる。
As a factor for adjusting the crystal orientation of the polycrystalline thin film B, the inventors of the present invention, as described above with reference to FIG. 12, have an incident angle of an appropriate angle for producing the ion channeling effect on the atoms during deposition. It is estimated that this is because the ion beam irradiation was performed at an angle. Here in the present invention,
As shown in FIG. 3, since the ion beams are irradiated from the two ion guns 13A and 13B arranged at intervals of 180 degrees at an incident angle θ in the range of 50 to 60 degrees, atoms being deposited on the base material A are formed. In the cubic crystal lattice
The two <111> axes of the crystal lattice can be fixed. That is, in the crystal lattice shown in FIG.
If the 1> axis is fixed with the ion gun 13A, this <
It is possible to fix the axis in the g direction in FIG. 12, which is oriented in a direction obtained by rotating the unit cell by 180 degrees with respect to the 111> axis. Therefore, as described above with reference to FIG. 12, it is possible to suppress the misalignment of the crystal lattice that tends to occur around the <111> axis. For this reason, the polycrystalline thin film B having excellent crystal orientation can be formed.

【0034】前記のように形成された多結晶薄膜Bの上
には、それぞれ目的に応じて種々の薄膜を積層すること
ができる。例えば、配向性の優れた多結晶薄膜B上に酸
化物超電導層を成膜法により形成するならば、酸化物超
電導層をエピタキシャル成長させることができ、酸化物
超電導層の結晶配向性も良好にできるので、超電導特性
の優れた酸化物超電導体を得ることができる。また、配
向性の優れた多結晶薄膜B上に磁性薄膜を形成するなら
ば、磁気特性の優れた磁性薄膜を得ることができ、同じ
ように多結晶薄膜B上に光学薄膜、配線用薄膜などを形
成するならば、それらの目的に応じた高性能の薄膜を得
ることができる。
Various thin films can be laminated on the polycrystalline thin film B formed as described above according to the purpose. For example, if the oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film B having excellent orientation by the film forming method, the oxide superconducting layer can be epitaxially grown and the crystal orientation of the oxide superconducting layer can be improved. Therefore, an oxide superconductor having excellent superconducting properties can be obtained. If a magnetic thin film is formed on the polycrystalline thin film B having excellent orientation, a magnetic thin film having excellent magnetic properties can be obtained. Similarly, an optical thin film, a wiring thin film, etc. can be formed on the polycrystalline thin film B. If it is formed, a high-performance thin film suitable for those purposes can be obtained.

【0035】ところで、前記の実施例においては、基材
Aの両側に180度間隔でイオンガン13A、13Bを
配置したが、イオンガンの配置個数はこれに限るもので
はなく、図5に示すようにイオンガン13A、13Bに
加えて90度の角度でもってイオンガン13Cを配置す
ることにより、全部合わせて3つのイオンガンを配置し
ても良く、更に図面では示されていないが、基材Aを中
心として90度おきに4つのイオンガンを配置しても良
い。
By the way, in the above embodiment, the ion guns 13A and 13B are arranged on both sides of the base material A at intervals of 180 degrees, but the number of ion guns arranged is not limited to this, and as shown in FIG. By arranging the ion gun 13C at an angle of 90 degrees in addition to 13A and 13B, a total of three ion guns may be arranged. Further, although not shown in the drawings, the ion gun 13C is 90 degrees around the base material A. You may arrange four ion guns at intervals.

【0036】次に前記多結晶薄膜B上に酸化物超電導層
を成膜して酸化物超電導導体を製造する場合について説
明する。図6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6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30は、処理容器31
を有し、この処理容器31の内部の蒸着処理室32に基
材Aとターゲット33を設置できるようになっている。
即ち、蒸着処理室32の底部に基台34が設けられ、こ
の基台34の上面に基材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34の斜め上方に支持ホル
ダ36によって支持されたターゲット33が傾斜状態で
設けられている。更に、基台34の両側には基材Aの送
出装置8’と基材Aの巻取装置9’が設けられ、送出装
置8’から基台34上に基材Aを送りだし、ついで巻取
装置9’でその基材Aを巻き取ることができるようにな
っている。処理容器31は、排気孔37aを介して真空
排気装置37に接続されてその内部を所定の圧力に減圧
できるようになっている。
Next, the case where an oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film B to manufacture an oxide superconducting conductor will be described. FIG. 6 shows an example of an apparatus for forming an oxide superconducting layer by a film forming method, and FIG. 6 shows a laser vapor deposition apparatus. The laser deposition apparatus 30 of this example includes a processing container 31.
The base material A and the target 33 can be installed in the vapor deposition processing chamber 32 inside the processing container 31.
That is, the base 34 is provided at the bottom of the vapor deposition processing chamber 32, and the base material A can be installed in a horizontal state on the upper surface of the base 34, and the support holder 36 is provided diagonally above the base 34. The supported target 33 is provided in an inclined state. Further, a feeding device 8 ′ for the base material A and a winding device 9 ′ for the base material A are provided on both sides of the base 34. The feeding device 8 ′ sends the base material A onto the base 34, and then the winding device 8 ′. The substrate A can be wound by the device 9 '. The processing container 31 is connected to a vacuum exhaust device 37 via an exhaust hole 37a so that the inside of the processing container 31 can be depressurized to a predetermined pressure.

【0037】前記ターゲット33は、形成しようとする
酸化物超電導層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。前記基台34は加熱ヒータを内蔵したもので、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31の側方には、レーザ発光装置38と第
1反射鏡39と集光レンズ40と第2反射鏡41とが設
けられ、レーザ発光装置38が発生させたレーザビーム
を処理容器31の側壁に取り付けられた透明窓42を介
してターゲット33に集光照射できるようになってい
る。レーザ発光装置38はターゲット33から構成粒子
を叩き出すことができるものであれば、YAGレーザ、
CO2レーザ、エキシマレーザなどのいずれのものを用
いても良い。
The target 33 has a composition similar to or close to that of the oxide superconducting layer to be formed, or
It is composed of a sintered body of a complex oxide or a plate body such as an oxide superconductor containing a large amount of components that easily escape during film formation. The base 34 has a built-in heater so that the base material A can be heated to a desired temperature. On the other hand, a laser emitting device 38, a first reflecting mirror 39, a condenser lens 40, and a second reflecting mirror 41 are provided on the side of the processing container 31, and the laser beam generated by the laser emitting device 38 is supplied to the processing container. The target 33 can be focused and irradiated through a transparent window 42 attached to the side wall of 31. The laser emitting device 38 may be a YAG laser, if it can eject the constituent particles from the target 33.
Any one such as CO 2 laser and excimer laser may be used.

【0038】次に前記多結晶薄膜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。多結晶薄膜B
が形成された基材Aを図6に示すレーザ蒸着装置30の
基台34上に送出装置8’から供給し、蒸着処理室32
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32に酸素ガスを導入して蒸着処理室32を酸素雰囲
気としても良い。また、送出装置8’から基材Aを基台
34上に送り出すとともに基台34の加熱ヒータを作動
させて基材Aを所望の温度に加熱する。
Next, the case of forming the oxide superconducting layer C on the polycrystalline thin film B will be described. Polycrystalline thin film B
The substrate A on which is formed is supplied from the delivery device 8 ′ onto the base 34 of the laser vapor deposition device 30 shown in FIG.
Is depressurized with a vacuum pump. Here, if necessary, an oxygen gas may be introduced into the vapor deposition processing chamber 32 so that the vapor deposition processing chamber 32 has an oxygen atmosphere. Further, the base material A is sent from the delivery device 8 ′ onto the base 34, and the heater of the base 34 is operated to heat the base material A to a desired temperature.

【0039】次にレーザ発光装置38から発生させたレ
ーザビームを蒸着処理室32のターゲット33に集光照
射する。これによってターゲット33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。ここで構成粒子の堆積の際に多結晶薄膜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軸が多結晶薄膜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。これによって結晶配向性の
良好な酸化物超電導層Cが得られる。
Next, the laser beam generated from the laser emitting device 38 is focused and irradiated on the target 33 in the vapor deposition processing chamber 32. As a result, the constituent particles of the target 33 are scooped out or evaporated, and the particles are deposited on the polycrystalline thin film B. Here, since the polycrystalline thin film B is preliminarily oriented along the c-axis and is also oriented along the a-axis and the b-axis during the deposition of the constituent particles, the crystal c of the oxide superconducting layer C formed on the polycrystalline thin film B is c. Crystallization is performed by epitaxial growth so that the axis, the a axis, and the b axis are aligned with the polycrystalline thin film B. As a result, the oxide superconducting layer C having good crystal orientation can be obtained.

【0040】この酸化物超電導層Cは、図7に示すよう
に多結晶薄膜Bの上面に被覆されたものであり、その結
晶粒23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23…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、図8に示すように結晶粒23どうしが形成する
粒界傾角K’は、多結晶薄膜Bの粒界傾角Kに近い値、
例えば、30度以内にされている。前記の酸化物超電導
層Cを構成する酸化物超電導体は、Y1Ba2Cu3Ox、
2Ba4Cu8Ox、Y3Ba3Cu6Oxなる組成、あるいは
(Bi,Pb)2Ca2Sr2Cu3Ox、(Bi,Pb)2
2Sr3Cu4Oxなる組成、あるいは、Tl2Ba2Ca
2Cu3Ox、Tl1Ba2Ca2Cu3Ox、Tl1Ba2Ca
3Cu4Ox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。
The oxide superconducting layer C is coated on the upper surface of the polycrystalline thin film B as shown in FIG. 7, and the c axis of the crystal grain 23 is perpendicular to the upper surface of the polycrystalline thin film B. The a-axis and the b-axis of the crystal grains 23 are oriented in-plane along a plane parallel to the upper surface of the base material as in the polycrystalline thin film B described above, and as shown in FIG. The grain boundary tilt angle K ′ formed between them is a value close to the grain boundary tilt angle K of the polycrystalline thin film B,
For example, it is set within 30 degrees. The oxide superconductor that constitutes the oxide superconducting layer C is Y 1 Ba 2 Cu 3 Ox,
Y 2 Ba 4 Cu 8 Ox, Y 3 Ba 3 Cu 6 Ox a composition, or (Bi, Pb) 2 Ca 2 Sr 2 Cu 3 Ox, (Bi, Pb) 2 C
a 2 Sr 3 Cu 4 Ox composition or Tl 2 Ba 2 Ca
2 Cu 3 Ox, Tl 1 Ba 2 Ca 2 Cu 3 Ox, Tl 1 Ba 2 Ca
It is an oxide superconductor with a high critical temperature represented by a composition such as 3 Cu 4 Ox.

【0041】前記多結晶薄膜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に示すように基
材Aの厚さ方向に電気を流しにくいc軸が配向し、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、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 polycrystalline thin film B is in a polycrystalline state, and each of the crystal grains of the oxide superconducting layer C is as shown in FIG. In the thickness direction of the base material A, the c-axis, which is hard to pass electricity, is oriented, and in the longitudinal direction of the base material A, the a-axis or the b-axis is oriented. Therefore, the obtained oxide superconducting layer has excellent quantum bondability at the crystal grain boundaries and little deterioration of the superconducting properties at the crystal grain boundaries. Therefore, it is easy to pass electricity in the plane direction of the base material A and the critical current density is excellent. Things are obtained.

【0042】次に前記多結晶薄膜Bを製造する装置の他
の例について説明する。図9は前記多結晶薄膜Bを製造
する装置の他の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ガンを
2つ設けた構成となっている。本例の装置は、基材Aを
水平に保持する基材ホルダ51と、この基材ホルダ51
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52と、前記基材ホルダ51の斜め上方に所定
間隔をもって対向され、かつ、ターゲット52と離間し
て配置されたイオンガン53A、53Bと、前記ターゲ
ット52の下方においてターゲット52の下面に向けて
配置されたスパッタビーム照射装置54を主体として構
成されている。また、図中符号55は、ターゲット52
を保持したターゲットホルダを示している。なお、前記
のイオンガン53A、53Bは、いずれも基材ホルダ5
1上に供給される基材Aの成膜面の法線Hに対して50
〜60度の入射角度でイオンビームを照射できるように
配置され、イオンガン53A、53日は、前記法線まわ
りに90度間隔で配置されている。
Next, another example of the apparatus for producing the polycrystalline thin film B will be described. FIG. 9 shows another example of the apparatus for producing the polycrystalline thin film B. The apparatus of this example is
The sputtering system is provided with two ion guns for ion beam assist. The apparatus of this example includes a base material holder 51 for holding the base material A horizontally, and the base material holder 51.
A plate-shaped target 52 diagonally above and opposed to the target holder 52 at a predetermined interval, and ion guns 53A and 53B facing diagonally above the base material holder 51 at a predetermined interval and spaced from the target 52. A sputter beam irradiation device 54 arranged below the target 52 and facing the lower surface of the target 52 is mainly configured. Further, reference numeral 55 in the figure denotes a target 52.
It shows a target holder holding. The ion guns 53A and 53B are both the base holder 5
50 with respect to the normal line H of the film forming surface of the base material A supplied onto
The ion guns 53A and 53A are arranged so that they can be irradiated with an ion beam at an incident angle of -60 degrees, and are arranged at 90-degree intervals around the normal line.

【0043】また、本実施例の装置は図示略の真空容器
に収納されていて、基材Aの周囲を真空雰囲気に保持で
きるようになっている。更に前記真空容器には、ガスボ
ンベなどの雰囲気ガス供給源が接続されていて、真空容
器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または酸素を含む不
活性ガス雰囲気にすることができるようになっている。
The apparatus of this embodiment is housed in a vacuum container (not shown) so that the periphery of the base material A can be kept in a vacuum atmosphere. Further, an atmosphere gas supply source such as a gas cylinder is connected to the vacuum container, the inside of the vacuum container is in a low pressure state such as vacuum, and argon gas or another inert gas atmosphere or an inert gas containing oxygen. It can be made into an atmosphere.

【0044】なお、基材Aは金属テープ状であるので、
図9に示す基材ホルダ51の手前側と後方側に図面では
略した送出装置と巻取装置が設けられ、送出装置から連
続的に基材ホルダ51に基材Aを送り出し、続いて巻取
装置で巻き取ることができるように構成されている。ま
た、基材ホルダ51の底部には角度調整機構Dが付設さ
れている。この角度調整機構Dは、基材ホルダ51の底
部に接合された上部支持板55と、この上部支持板55
にピン結合された下部支持板56と、この下部支持板5
6を支持する基台57を主体として構成されている。前
記上部支持板55と下部支持板56とはピン結合部分を
介して互いに回動自在に構成されており、基材ホルダ5
1の傾斜角度を調整できるようになっている。なお、本
例では基材ホルダ51の角度を調整する角度調整機構D
を設けたが、角度調整機構Dをイオンガン53A、53
Bに取り付けてこれらの傾斜角度を調整し、イオンビー
ムの入射角度を調整するようにしても良い。また、角度
調整機構は本実施例の構成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。
Since the base material A is a metal tape,
A feeding device and a winding device, which are omitted in the drawing, are provided on the front side and the rear side of the base material holder 51 shown in FIG. 9, and the base material A is continuously fed from the sending device to the base material holder 51, and then the winding device is wound. The device is configured so that it can be wound up. An angle adjusting mechanism D is attached to the bottom of the base material holder 51. The angle adjusting mechanism D includes an upper support plate 55 joined to the bottom of the base material holder 51 and the upper support plate 55.
A lower support plate 56 pin-connected to the lower support plate 5 and the lower support plate 5
The base 57 which supports 6 is mainly constituted. The upper support plate 55 and the lower support plate 56 are configured to be rotatable relative to each other via a pin coupling portion, and the base material holder 5
The tilt angle of 1 can be adjusted. In this example, the angle adjusting mechanism D for adjusting the angle of the base material holder 51.
Although the angle adjusting mechanism D is provided with the ion guns 53A, 53
You may make it attach to B and adjust these inclination angles and adjust the incident angle of an ion beam. Further, the angle adjusting mechanism is not limited to the configuration of this embodiment, and it goes without saying that various configurations can be adopted.

【0045】前記スパッタビーム照射装置(発生装置)
54は、イオンガン53と同等の構成をなし、ターゲッ
ト52に対してイオンビームを照射してターゲット52
の構成粒子を叩き出すことができるものである。なお、
本発明で用いる装置では、ターゲット53の構成粒子を
叩き出すことができることが重要であるので、ターゲッ
ト52に高周波コイルなどで電圧を印可してターゲット
52の構成粒子を叩き出し可能なように構成し、スパッ
タビーム照射装置54を省略しても良い。
Sputter beam irradiation device (generation device)
Reference numeral 54 has a configuration similar to that of the ion gun 53, and irradiates the target 52 with an ion beam to target 52.
The constituent particles of can be knocked out. In addition,
In the device used in the present invention, it is important to be able to knock out the constituent particles of the target 53. Therefore, a voltage is applied to the target 52 with a high frequency coil or the like so that the constituent particles of the target 52 can be knocked out. The sputter beam irradiation device 54 may be omitted.

【0046】この例の装置で基材A上に多結晶薄膜Bを
形成するには、YSZなどのターゲットを用いるととも
に、角度調整機構Dを調節してイオンガン53A、53
Bから照射されるイオンビームを基材ホルダ51の成膜
面の法線に対して50〜60度の範囲の角度で照射でき
るようにする。次に基材Aを収納している容器の内部を
真空引きして減圧雰囲気とする。そして、基材Aを基台
51側に送り出すとともにイオンガン13とスパッタビ
ーム照射装置54を作動させる。
In order to form the polycrystalline thin film B on the base material A with the apparatus of this example, a target such as YSZ is used and the angle adjusting mechanism D is adjusted to adjust the ion guns 53A, 53.
The ion beam emitted from B is irradiated at an angle in the range of 50 to 60 degrees with respect to the normal line of the film formation surface of the base material holder 51. Next, the inside of the container accommodating the base material A is evacuated to create a reduced pressure atmosphere. Then, the substrate A is sent to the base 51 side and the ion gun 13 and the sputter beam irradiation device 54 are operated.

【0047】以上の処理によっても先に説明したレーザ
蒸着法の場合と同様に配向性の良好な多結晶薄膜を製造
できるようになる。ここで、先の例で示したようなレー
ザ蒸着法を適用するならば、スパッタリング法を応用し
た斜めイオンビーム照射方法に比較し、より早い成膜速
度で多結晶薄膜を製造できる。具体的には、斜めイオン
ビーム照射するスパッタリング法において、0.002
〜0.003μm/分程度の成膜速度であるものを、レ
ーザ蒸着法においては、斜めイオンビーム照射するレー
ザ蒸着法により、0.05〜0.07μm/分程度の高速
で成膜することができる。ただし、成膜速度を遅くして
も良いのであれば、前記のレーザ蒸着法のかわりに、こ
の例のようなスパッタリングを行い、スパッタリング時
に斜めイオンビーム照射を行なえば良い。
By the above-mentioned processing, it becomes possible to manufacture a polycrystalline thin film having a good orientation as in the case of the laser vapor deposition method described above. Here, if the laser vapor deposition method as shown in the previous example is applied, a polycrystalline thin film can be manufactured at a higher film formation rate as compared with the oblique ion beam irradiation method applying the sputtering method. Specifically, in the sputtering method of oblique ion beam irradiation, 0.002
In the laser deposition method, it is possible to form a film at a high rate of about 0.05 to 0.07 μm / min by a laser deposition method of irradiating an oblique ion beam in a film deposition rate of about −0.003 μm / min. it can. However, if the film forming rate may be slowed down, instead of the laser vapor deposition method, sputtering as in this example may be performed and oblique ion beam irradiation may be performed during sputtering.

【0048】(製造例)図9に示す構成の装置を使用
し、この装置を収納した容器内部を真空ポンプで真空引
きして3.0×10-4トールに減圧した。基材は、幅1
0mm、厚さ0.5mm、長さ10cmのハステロイC
276テープを使用した。ターゲットはYSZ(安定化
ジルコニア:Y233モル%)製のものを用い、スパッ
タ電圧1000V、スパッタ電流100mA、2つのイ
オン源のビームの入射角度を0〜65度に設定し、イオ
ン源のイオンビームエネルギーを200eVに設定して
基材上にスパッタリングと同時にイオン照射を行なって
厚さ0.3μmの膜状のYSZ層を形成した。
(Manufacturing Example) Using the apparatus having the structure shown in FIG. 9, the inside of the container accommodating this apparatus was evacuated by a vacuum pump to reduce the pressure to 3.0 × 10 −4 Torr. Base material is width 1
Hastelloy C with 0 mm, thickness 0.5 mm and length 10 cm
276 tape was used. A target made of YSZ (stabilized zirconia: Y 2 O 3 3 mol%) is used, the sputtering voltage is 1000 V, the sputtering current is 100 mA, and the incident angles of the beams of the two ion sources are set to 0 to 65 degrees. The ion beam energy was set to 200 eV and ion irradiation was performed simultaneously with sputtering on the substrate to form a film-like YSZ layer having a thickness of 0.3 μm.

【0049】図10に、前記の方法により得られた多結
晶薄膜の結晶の(111)方向の分布における入射角度
と半値全幅の関係を示す。なお、この半値全値は、得ら
れた各試料について、極点図に描かれた図形における極
点図中心からの広がり状態の角度、即ち、ピーク比半分
にて求めた。図10に示す結果から、イオンビームの入
射角度が50〜60度の範囲で結晶配向性が良好になる
ことが明らかになった。また、特に、イオンビームの入
射角度を55〜60度にすることで、粒界傾角を25度
程度の極小値にできることも明らかになった。
FIG. 10 shows the relationship between the incident angle and the full width at half maximum in the distribution of crystals in the (111) direction of the polycrystalline thin film obtained by the above method. The full value at half maximum was determined for each of the obtained samples by the angle of the spread state from the center of the pole figure in the figure drawn in the pole figure, that is, the peak ratio half. From the results shown in FIG. 10, it has been clarified that the crystal orientation becomes good in the ion beam incident angle range of 50 to 60 degrees. Further, it was also revealed that the grain boundary tilt angle can be minimized to about 25 degrees by setting the angle of incidence of the ion beam to 55 to 60 degrees.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
材成膜面の法線に対して50〜60度の入射角度であっ
て、法線まわりに90度または180度間隔でイオンビ
ームを照射できるようにイオンガンを設けているので、
ターゲットの粒子を基材上に堆積させる際に、立方晶の
多結晶薄膜の結晶格子の<111>軸を少なくとも2つ
以上固定しながら粒子の堆積を行なうことができる。よ
って基材上に結晶配向性の良好な多結晶薄膜を形成する
ことができる。このように形成された多結晶薄膜の上に
は、それぞれ目的に応じて種々の薄膜を積層することが
できる。例えば、配向性の優れた多結晶薄膜上に酸化物
超電導層を成膜法により形成するならば、酸化物超電導
層をエピタキシャル成長させることができ、酸化物超電
導層の結晶配向性も良好にできるので、超電導特性の優
れた酸化物超電導体を得ることができる。また、配向性
の優れた多結晶薄膜上に磁性薄膜を形成するならば、磁
気特性の優れた磁性薄膜を得ることができ、同じように
多結晶薄膜上に光学薄膜、配線用薄膜などを形成するな
らば、それらの目的に応じた高性能の薄膜を得ることが
できる。
As described above, according to the present invention, the ions are incident at an angle of 50 to 60 degrees with respect to the normal line of the substrate film-forming surface, and the ions are separated by 90 degrees or 180 degrees around the normal line. Since an ion gun is installed to irradiate the beam,
When the target particles are deposited on the substrate, the particles can be deposited while fixing at least two <111> axes of the crystal lattice of the cubic polycrystalline thin film. Therefore, a polycrystalline thin film having a good crystal orientation can be formed on the substrate. Various thin films can be stacked on the polycrystalline thin film thus formed according to the purpose. For example, if the oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film with excellent orientation by the film forming method, the oxide superconducting layer can be epitaxially grown and the crystal orientation of the oxide superconducting layer can be improved. An oxide superconductor having excellent superconducting properties can be obtained. If a magnetic thin film is formed on a polycrystalline thin film with excellent orientation, a magnetic thin film with excellent magnetic properties can be obtained. Similarly, an optical thin film, wiring thin film, etc. can be formed on the polycrystalline thin film. If so, a high-performance thin film suitable for those purposes can be obtained.

【0051】また、結晶配向性に優れた多結晶薄膜上に
成膜法で酸化物超電導層を形成する方法を実施するなら
ば、酸化物超電導層の結晶構造も整えることができるの
で、超電導特性の優れた酸化物超電導導体を得ることが
できる。
If the method of forming the oxide superconducting layer on the polycrystalline thin film having excellent crystal orientation is carried out by the film forming method, the crystal structure of the oxide superconducting layer can be adjusted, so that the superconducting characteristics can be improved. It is possible to obtain an excellent oxide superconducting conductor.

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

【図1】図1は本発明方法を実施して得られた多結晶薄
膜の一例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a polycrystalline thin film obtained by carrying out the method of the present invention.

【図2】図2は図1に示す多結晶薄膜の結晶粒の粒界傾
角を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a grain boundary tilt angle of crystal grains of the polycrystalline thin film shown in FIG.

【図3】図3は本発明方法を実施して多結晶薄膜を形成
するために用いる装置の一例を示す構成図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of an apparatus used for carrying out the method of the present invention to form a polycrystalline thin film.

【図4】図4は図3に示す装置に設けられるイオンガン
の一例を示す構成図である。
4 is a configuration diagram showing an example of an ion gun provided in the device shown in FIG.

【図5】図5は基材とイオンガンの配置関係の好ましい
一例を示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing a preferred example of the positional relationship between the base material and the ion gun.

【図6】図6は本発明方法を実施して多結晶薄膜上に酸
化物超電導層を形成するために用いるレーザ蒸着装置の
一例を示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of a laser vapor deposition apparatus used for carrying out the method of the present invention to form an oxide superconducting layer on a polycrystalline thin film.

【図7】図7は本発明方法を実施して得られた酸化物超
電導導体の一例を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of an oxide superconducting conductor obtained by carrying out the method of the present invention.

【図8】図8は図7に示す酸化物超電導層の結晶粒の粒
界傾角を示す説明図である。
8 is an explanatory view showing a grain boundary tilt angle of crystal grains of the oxide superconducting layer shown in FIG. 7.

【図9】図9は本発明方法を実施する際に用いる装置の
他の例を示す構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram showing another example of an apparatus used when carrying out the method of the present invention.

【図10】図10は本発明方法を実施して得られた多結
晶薄膜のイオンビーム入射角度と半値全幅の関係を示す
図である。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the ion beam incident angle and the full width at half maximum of a polycrystalline thin film obtained by carrying out the method of the present invention.

【図11】図11は基材上の多結晶薄膜上に酸化物超電
導層を形成した従来の酸化物超電導導体を示す構成図で
ある。
FIG. 11 is a configuration diagram showing a conventional oxide superconducting conductor in which an oxide superconducting layer is formed on a polycrystalline thin film on a base material.

【図12】図12は立方晶の結晶格子とイオンビームの
入射方向を示す斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view showing a cubic crystal lattice and an incident direction of an ion beam.

【図13】図13は先に本発明者らが実験により製造し
た多結晶薄膜の(100)極点図である。
FIG. 13 is a (100) pole figure of a polycrystalline thin film previously experimentally manufactured by the present inventors.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A…基材、 B…多結晶薄膜、
C…酸化物超電導層、K、K’…粒界傾角、 θ…入
射角度、 H…法線、11、51…基材ホル
ダ、12、55…ターゲット、13A、13B、13C
…イオンガン、53A、53B…イオンガン、14…レ
ーザ発光装置(発生装置)、20…結晶粒、 2
2…酸化物超電導導体、 23…結晶粒、54…スパッ
タビーム照射装置(発生装置)、
A ... Base material, B ... Polycrystalline thin film,
C ... Oxide superconducting layer, K, K '... Grain boundary tilt angle, θ ... Incident angle, H ... Normal line, 11, 51 ... Substrate holder, 12, 55 ... Target, 13A, 13B, 13C
... ion gun, 53A, 53B ... ion gun, 14 ... laser emission device (generation device), 20 ... crystal grain, 2
2 ... Oxide superconducting conductor, 23 ... Crystal grains, 54 ... Sputter beam irradiation device (generation device),

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/48 H01B 12/00 - 13/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 14/48 H01B 12/00-13/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ターゲットから発生させた粒子を基材上
に堆積させ、基材上に前記粒子からなる多結晶薄膜を製
造する装置において、前記基材を支持する基材ホルダ
と、この基材ホルダに対向配置されたターゲットと、こ
のターゲットにエネルギーを付加してターゲットの構成
粒子を前記基材に向けて噴出させる発生装置と、前記基
材ホルダに支持された基材の成膜面の法線に対して斜め
方向から50〜60度の入射角度で基材にイオンビーム
を照射するとともに、前記成膜面の法線周りに90度ま
たは180度間隔で配置された複数のイオンガンを具備
してなることを特徴とする多結晶薄膜の製造装置。
1. An apparatus for depositing particles generated from a target on a base material to manufacture a polycrystalline thin film comprising the particles on the base material, and a base material holder for supporting the base material, and the base material holder. A target arranged opposite to the holder, a generator for applying energy to the target to eject the constituent particles of the target toward the base material, and a method for forming a film on a base material supported by the base material holder. The substrate is irradiated with an ion beam at an incident angle of 50 to 60 degrees obliquely to the line, and a plurality of ion guns arranged at 90 or 180 degree intervals around the normal to the film-forming surface are provided. An apparatus for producing a polycrystalline thin film, which is characterized in that
【請求項2】 ターゲットから発生させた粒子を基材上
に堆積させ、基材上に前記粒子からなる多結晶薄膜を製
造する方法において、前記粒子を基材上に堆積させる際
に、イオン源が発生させたイオンビームを基材成膜面の
法線に対して斜め方向から50〜60度の範囲の入射角
度で照射しながら前記粒子を基材上に堆積させるととも
に、前記基材上に照射するイオンビームを前記法線を中
心軸としてその周囲に90度または180度間隔で複数
の方向から照射することを特徴とする多結晶薄膜の製造
方法。
2. A method of depositing particles generated from a target on a substrate to produce a polycrystalline thin film comprising the particles on a substrate, wherein an ion source is used when depositing the particles on the substrate. While irradiating the generated ion beam with an incident angle in the range of 50 to 60 degrees from an oblique direction with respect to the normal line of the base material film-forming surface, the particles are deposited on the base material and A method for producing a polycrystalline thin film, which comprises irradiating an ion beam for irradiation from a plurality of directions at 90 ° or 180 ° intervals around the normal line as a central axis.
【請求項3】 ターゲットから発生させた粒子を基材上
に堆積させ、基材上に前記粒子からなる多結晶薄膜を形
成し、その上に酸化物超電導層を形成して酸化物超電導
導体を製造する方法において、前記粒子を基材上に堆積
させる際に、イオン源が発生させたイオンビームを基材
成膜面の法線に対して斜め方向から50〜60度の範囲
の入射角度で照射しながら前記粒子を基材上に堆積させ
るとともに、前記基材上に照射するイオンビームを前記
法線を中心軸としてその周囲に90度または180度間
隔で複数の方向から照射する一方、形成された多結晶薄
膜上に成膜法により酸化物超電導層を形成することを特
徴とする酸化物超電導導体の製造方法。
3. Particles generated from a target are deposited on a substrate, a polycrystalline thin film made of the particles is formed on the substrate, and an oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film to form an oxide superconducting conductor. In the method of manufacturing, when depositing the particles on a substrate, an ion beam generated by an ion source is incident at an incident angle in a range of 50 to 60 degrees from an oblique direction with respect to a normal line of a substrate film formation surface. While the particles are deposited on the base material while being irradiated, the ion beam for irradiating the base material is irradiated around the normal line as a central axis at 90 ° or 180 ° intervals from a plurality of directions while being formed. A method for producing an oxide superconducting conductor, comprising forming an oxide superconducting layer on the formed polycrystalline thin film by a film forming method.
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