JP4809700B2 - YBCO high temperature superconductor film-forming substrate and YBCO high temperature superconductor film production method - Google Patents

YBCO high temperature superconductor film-forming substrate and YBCO high temperature superconductor film production method Download PDF

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Description

本発明は、YBCO系高温超電導体成膜用基材に関し、特に、YBCO系高温超電導体を膜状の形態で応用する電子デバイスや線材等の製品を製造する際に有用な、配向再現性に優れた高温超電導体成膜用基材に関するものである。また、本発明は、YBCO系高温超電導体膜の作製方法に関し、特に、上記高温超電導体成膜用基材を用いて、配向性に優れたYBCO系高温超電導体膜を作製する作製方法に関するものである。   The present invention relates to a YBCO-based high-temperature superconductor film-forming substrate, and particularly useful for producing products such as electronic devices and wires that apply the YBCO-based high-temperature superconductor in the form of a film. The present invention relates to an excellent base material for forming a high-temperature superconductor. The present invention also relates to a method for producing a YBCO-based high-temperature superconductor film, and more particularly to a method for producing a YBCO-based high-temperature superconductor film excellent in orientation using the above-described substrate for forming a high-temperature superconductor. It is.

超電導体は、1) 電気抵抗がゼロである、2) 完全反磁性である、3) ジョセフソン効果があるなど、他の物質にない特異な特性を持っており、電力輸送、発電機、核融合プラズマ閉じ込め、磁気浮上列車、磁気シールド、高速コンピュータなどへの幅広い応用が期待されている。   Superconductors have unique characteristics not found in other materials, such as 1) zero electrical resistance, 2) complete diamagnetism, 3) Josephson effect, etc. A wide range of applications such as fusion plasma confinement, magnetic levitation trains, magnetic shields, and high-speed computers are expected.

1986年に、ベドノルツ (Bednorz) とミュラー (Mueller) により、約 30 Kの超電導転移温度T をもつ銅酸化物超電導体 (La1-xBax)2CuO4 が発見された。それ以後、 YBa2Cu3O7-δ (T = 90 K)、Bi2Sr2Ca2Cu3Oy (T = 110 K)、Tl2Ba2Ca2Cu3Oy (T = 125 K)、HgBa2Ca2Cu3Oy (T = 135 K) などの銅酸化物で、相次いで、高い温度での超電導転移が報告された。 In 1986, Bednorz and Mueller discovered a copper oxide superconductor (La 1-x Ba x ) 2 CuO 4 with a superconducting transition temperature T c of about 30 K. Thereafter, YBa 2 Cu 3 O 7-δ (T c = 90 K), Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O y (T c = 110 K), Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O y (T c = 125 K), copper oxides such as HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O y (T c = 135 K), etc., one after another, superconducting transition at high temperatures was reported.

現在、これらの物質の作製方法、物性、応用などに関して多くの研究がなされている。なかでも YBa2Cu3O7-δ 超電導体は、Yを希土類元素(La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)に置換しても、90K級の超電導を示すことが知られている(非特許文献1、参照)。YBa2Cu3O7-δ 超電導体において、Yの全部または一部を、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luで置換した超電導体や、YやBaの一部を、La、Nd、Sm、Eu、Sr、Ca で置換した超電導体など、基本的に、YBa2Cu3O7-δ と同様の結晶構造を有する超電導体(以下「YBCO系超電導体」という。)は、 Tl や Hg のような有害元素を含まず、比較的異方性の小さい超電導体であることから、電子デバイスや線材の実用材料として最も有望視されている。 Currently, many studies have been conducted on the production methods, physical properties, and applications of these substances. Above all, YBa 2 Cu 3 O 7-δ superconductor is 90K class even if Y is replaced with rare earth elements (La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu). It is known to exhibit superconductivity (see Non-Patent Document 1). In YBa 2 Cu 3 O 7-δ superconductor, all or part of Y is replaced with La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y, A superconductor having a crystal structure similar to YBa 2 Cu 3 O 7-δ (hereinafter referred to as “YBCO series”), such as a superconductor in which a part of Ba is replaced with La, Nd, Sm, Eu, Sr, Ca. Superconductors ”) are the most promising materials for practical use in electronic devices and wires because they do not contain harmful elements such as Tl and Hg and are relatively low anisotropy.

ここで、YBCO系超電導体の実用化を考える場合、該超電導体に、用途に応じた形状を付与しなければならないから、電子デバイスや線材等の実用化のためには、適切な成膜技術の開発が必要不可欠である。そして、成膜手法として、原料粉末を基材上に付着させる手法、化学的な手法で緻密に並べる手法、さらには、物理的な手法で擬似単結晶を成長させる手法など、目的に応じて種々の手法が検討されている(非特許文献2、参照)。   Here, when considering the practical application of YBCO-based superconductors, it is necessary to give the superconductor a shape according to the application. Development is essential. Various film forming methods can be used depending on the purpose, such as a method of depositing raw material powder on a substrate, a method of densely arranging chemical methods, and a method of growing pseudo single crystals by physical methods. (See Non-Patent Document 2).

しかしながら、信頼性の高い電子デバイスや線材への応用を実現するためには、スパッタ法やレーザー蒸着法という物理的な手法による、高度な材料制御が必要不可欠である。スパッタ法やレーザー蒸着法は、原料であるターゲット材を、プラズマまたはレーザーに曝すことでエネルギーを付与し、飛び出して来た粒子を基材上に堆積させる成膜手法である。ターゲット材としては、目的組成のセラミックス材料を用いることが、一般的である。そして、雰囲気ガス、基板温度、付与するエネルギー、ターゲット−基板間の距離などの条件を変化させて、所望の膜が得られる成膜条件を探しだす。   However, in order to realize application to highly reliable electronic devices and wires, advanced material control by a physical method such as sputtering or laser deposition is indispensable. The sputtering method and the laser vapor deposition method are film forming methods in which energy is applied by exposing a target material, which is a raw material, to plasma or laser, and the particles that have jumped out are deposited on a substrate. As the target material, it is common to use a ceramic material having a target composition. Then, conditions such as the atmospheric gas, the substrate temperature, the energy to be applied, and the target-substrate distance are changed to find a film forming condition for obtaining a desired film.

実用化の観点から特に重要なのは、結晶方位の揃ったc軸配向膜を再現性良く作製する技術である。通常、結晶方位の揃った表面を有する基材が超電導膜の下地材料として用いられる。基材表面には、該表面の結晶方位を反映して配向した超電導体膜が成長することになる。基材としては、単結晶が用いられることが多い。また、配向性に優れた超電導体が直接成長し難い基材の場合には、基材表面に、配向性を確保するのに適切なバッファ層や中間層と呼ばれる層を形成し、該層の上に、超電導体を成膜することもよく行われている(特許文献1〜7、参照)。   Particularly important from the viewpoint of practical use is a technique for producing a c-axis oriented film having a uniform crystal orientation with good reproducibility. Usually, a substrate having a surface with a uniform crystal orientation is used as a base material for a superconducting film. A superconductor film oriented reflecting the crystal orientation of the surface grows on the surface of the base material. A single crystal is often used as the substrate. Further, in the case of a substrate in which a superconductor excellent in orientation is difficult to grow directly, a layer called a buffer layer or an intermediate layer suitable for ensuring orientation is formed on the surface of the substrate, A superconductor film is often formed on top (see Patent Documents 1 to 7).

基材表面に成膜される超電導体膜の配向性を決定する要因は多くあるが、中でも、成膜初期に起きる結晶成長が、配向性の良し悪しに極めて重要な役割を果たしていることが解っている。超電導体膜の成長時に、何らかの原因で、結晶方位の乱れた部分が生じると、その上には、その乱れた部分を起点として、結晶配向の乱れた超電導体膜が成長してしまうからである。超電導体膜における結晶配向の乱れは、異なる物質同士の界面を形成する成膜初期に起き易い。   There are many factors that determine the orientation of the superconductor film deposited on the surface of the substrate, but it is clear that the crystal growth that occurs in the initial stage of film formation plays an extremely important role in whether the orientation is good or bad. ing. This is because, when a superconducting film is grown, if a part with a disordered crystal orientation is generated for some reason, a superconducting film with a disordered crystal orientation will grow on the part. . The disorder of crystal orientation in the superconductor film is likely to occur at the initial stage of film formation in which an interface between different substances is formed.

基材とその上に成膜する超電導体は、同じ物質ではないので、その界面に、結晶整合性の悪い部分が存在すると、該部分は、超電導体膜の結晶方位に乱れを引き起こす要因となる。また、基材表面の欠陥や異物等も、超電導体膜の結晶方位を乱す要因となる。超電導体膜に生じる単一配向性の欠如は、デバイスや線材等の製品の性能に悪影響を与えてしまう。   Since the base material and the superconductor film deposited thereon are not the same material, if there is a portion with poor crystal matching at the interface, this portion will cause disturbance in the crystal orientation of the superconductor film. . In addition, defects on the surface of the base material, foreign matter, and the like are factors that disturb the crystal orientation of the superconductor film. The lack of single orientation that occurs in the superconductor film adversely affects the performance of products such as devices and wires.

さらに、たとえ、成膜時に、配向性が最も良好となるように成膜条件を最適化しても、ターゲットの損耗や成膜チャンバー内壁からのガス放出等の成膜環境の変化によって、成膜条件は徐々に変化してしまう。この成膜条件の微妙な変化も、また、単一配向性の欠如をもたらす要因となる。   Furthermore, even if the film formation conditions are optimized so that the orientation is the best during film formation, the film formation conditions vary depending on the film formation environment such as target wear and gas release from the inner wall of the film formation chamber. Changes gradually. This subtle change in the film forming conditions also causes a lack of single orientation.

これまで、超電導体膜の配向性欠如を回避する有効な対処方法が確立されておらず、当業者の間で、超電導体膜の配向性欠如を有効に回避する手法の開発が期待されているのが実情である。
特開平11-53967号公報 特開2000-86239号公報 特開2001-110255号公報 特開2002-150855号公報 特開2003-36743号公報 特開2005-1935号公報 特開2005-5089号公報 J.M. Tarascon et al.、 Phys. Rev. B 36(1987)226. 内藤方夫、「高温超伝導体(上)-物質と物理-」(JSAP Catalog Number: AP042312; 応用物理学会 超伝導分科会スクールテキスト、2004) p.101.
Until now, an effective coping method for avoiding the lack of orientation of the superconductor film has not been established, and the development of a method for effectively avoiding the lack of orientation of the superconductor film is expected among those skilled in the art. Is the actual situation.
JP-A-11-53967 JP 2000-86239 A JP 2001-110255 A JP 2002-150855 A JP 2003-36743 A Japanese Patent Laid-Open No. 2005-1935 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-5089 JM Tarascon et al., Phys. Rev. B 36 (1987) 226. Naito, H., "High-Temperature Superconductors (above)-Materials and Physics" (JSAP Catalog Number: AP042312; Superconductivity Subcommittee School Text, 2004) p.101.

そこで、本発明は、上記実情を踏まえ、(i)成膜条件の変化に依存せずに、配向性に優れるYBCO系高温超電導体膜を成膜することができる、配向再現性に優れたYBCO系高温超電導体成膜用基材を提供するとともに、(ii)優れた配向性を有するYBCO系高温超電導体膜の作製方法を提供することを課題とする。   Therefore, the present invention is based on the above circumstances. (I) YBCO-based high-temperature superconductor film having excellent orientation can be formed without depending on changes in film forming conditions, and YBCO having excellent orientation reproducibility. An object of the present invention is to provide a base material for forming a high-temperature superconductor film and to provide a method for producing a YBCO-based high-temperature superconductor film having excellent orientation.

本発明者は、YBCO系高温超電導体のc軸配向膜を物理的手法により作製する研究を鋭意行っている過程で、結晶方位が揃い、かつ、その表面にZr またはZr酸化物が存在する基材を用いると、YBCO系高温超電導体膜のc軸配向再現性が飛躍的に向上することを見いだした。尚、ここで、c軸とは結晶の長軸方向のことであり、YBCOの結晶を直方体に見立てたとき、一番長い方向のことである。   The present inventor is a group in which the crystal orientation is uniform and Zr or Zr oxide is present on the surface in the process of making a research on producing a c-axis oriented film of a YBCO high temperature superconductor by a physical technique. It was found that the reproducibility of the c-axis orientation of the YBCO-based high-temperature superconductor film was dramatically improved when the material was used. Here, the c-axis is the long axis direction of the crystal, and is the longest direction when the YBCO crystal is regarded as a rectangular parallelepiped.

即ち、上記課題を解決する本発明のYBCO系高温超電導体成膜用基材(以下「本発明基材」ということがある。)は、上記知見に基づいてなされたものであり、結晶方位の揃った結晶相と、その結晶相に属さないZrまたはZr酸化物とが、表面に露出していることを特徴としている。 That is, the YBCO-based high-temperature superconductor film-forming substrate of the present invention that solves the above problems (hereinafter sometimes referred to as “the substrate of the present invention”) has been made based on the above knowledge, and has a crystal orientation. a uniform crystalline phase, and Zr or Zr oxide which does not belong to its crystalline phase is characterized that you have exposed on the surface.

なお、本明細書においては、YBCO系高温超電導体を、Yの全部または一部を、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luで置換した超電導体や、YやBaの一部を、La、Nd、Sm、Eu、Sr、Ca で置換した超電導体など、基本的にYBaCuO7-δと同様の結晶構造を有する超電導体として定義する。 In this specification, a YBCO-based high-temperature superconductor, a superconductor obtained by replacing all or a part of Y with La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu , Y and Ba are defined as superconductors having basically the same crystal structure as YBa 2 Cu 3 O 7-δ , such as superconductors in which a part of Y, Ba is replaced by La, Nd, Sm, Eu, Sr, Ca .

本発明基材の一実施形態においては、該結晶相が、単結晶である。 In one embodiment of the substrate of the present invention, the crystal phase is a single crystal.

また、本発明基材の一実施形態においては、該結晶相が、基板および基板上の薄膜で構成されている。 In one embodiment of the substrate of the present invention, the crystal phase is composed of a substrate and a thin film on the substrate.

また、本発明基材の一実施形態においては、上記薄膜が、ZrまたはZr酸化物を含む酸化物複合体である。   In one embodiment of the substrate of the present invention, the thin film is an oxide composite containing Zr or a Zr oxide.

また、本発明基材の一実施形態においては、該結晶相の表面に、MgO、SrTiO3、LaAlO3、Sr2AlTaO6、YSZ、LaGaO3、NdGaO3、PrGaO3、YAlO3、BaSnO3、BaZrO3、Ba2NdTaO6、SrSnO3、CaSnO3、LaSrGaO4、LaSrAlO4 および CeO2 のいずれか一つまたは二つ以上からなる複合酸化物が露出している。 Further, in an embodiment of the present invention the substrate, on the surface of the crystal phase, MgO, SrTiO 3, LaAlO 3 , Sr 2 AlTaO 6, YSZ, LaGaO 3, NdGaO 3, PrGaO 3, YAlO 3, BaSnO 3, A composite oxide composed of one or more of BaZrO 3 , Ba 2 NdTaO 6 , SrSnO 3 , CaSnO 3 , LaSrGaO 4 , LaSrAlO 4 and CeO 2 is exposed.

また、本発明基材の一実施形態においては、該結晶相の表面に、BaSnO3、BaZrO3 および Ba2NdTaO6 のいずれか一つまたは二つ以上からなる複合酸化物が露出している。 In one embodiment of the substrate of the present invention, a complex oxide composed of one or more of BaSnO 3 , BaZrO 3 and Ba 2 NdTaO 6 is exposed on the surface of the crystal phase .

さらに、本発明基材においては、上記薄膜が BaZrO3 とZr酸化物との複合体であり、かつ、下記組成比を満たしている。
0.65 ≦ Ba/Zr ≦ 0.98
Furthermore, in the substrate of the present invention, the thin film is a composite of BaZrO 3 and a Zr oxide and satisfies the following composition ratio.
0.65 ≤ Ba / Zr ≤ 0.98

次に、上記課題を解決する本発明のYBCO系高温超電導体膜の作製方法(以下「本発明作製方法」ということがる)は、本発明基材を用いて超電導体膜を作製することを特徴とする。   Next, the YBCO-based high-temperature superconductor film manufacturing method of the present invention that solves the above-mentioned problems (hereinafter referred to as “the present invention manufacturing method”) uses a base material of the present invention to manufacture a superconductor film. Features.

本発明基材を用いて作製したYBCO系高温超電導体膜は、優れた配向性を有しているので、電子デバイスや線材等の製品を製造に好適な超電導体膜とである。   Since the YBCO high temperature superconductor film produced using the substrate of the present invention has excellent orientation, it is a superconductor film suitable for manufacturing products such as electronic devices and wires.

本発明は、配向性に優れたYBCO系高温超電導体膜を再現性よく成膜できる基材を提供するものである。YBCO系高温超電導体膜の成膜初期に、ZrまたはZr酸化物が、結晶成長に介在することにより、c軸配向粒子の成長が促進される。また、本発明によれば、配向粒子の基材表面に沿った横方向の結晶成長も促進されるので、基材の結晶方位と揃った縦方向の膜成長に好都合な土台となる高温超電導体の結晶基盤を形成できる。   The present invention provides a substrate on which a YBCO-based high-temperature superconductor film excellent in orientation can be formed with good reproducibility. In the initial stage of the formation of the YBCO high-temperature superconductor film, Zr or Zr oxide intervenes in crystal growth, thereby promoting the growth of c-axis oriented particles. In addition, according to the present invention, lateral crystal growth along the substrate surface of oriented particles is also promoted, so that the high-temperature superconductor can be a convenient foundation for film growth in the vertical direction aligned with the crystal orientation of the substrate. Can form a crystal base.

したがって、本発明によれば、a軸配向粒子の混在がほとんどなく、略c軸配向粒子のみからなるとともに、基材の結晶方位に揃った結晶方位を有する配向性に優れたYBCO系高温超電導体膜を再現性良く作製することができる。   Therefore, according to the present invention, there is almost no mixture of a-axis oriented particles, and the YBCO-based high-temperature superconductor is composed of substantially c-axis oriented particles and has excellent orientation with a crystal orientation aligned with the crystal orientation of the substrate. A film can be produced with good reproducibility.

また、本発明においては、膜成長初期に、Zr の介在によって、基材表面で起きる反応を積極的に利用することにより、上記効果を得ることができるので、本発明は、YBCO系高温超電導体と結晶格子の整合性が多少悪い材料からなる基材にも適用することができる。さらに、本発明においては、実際のYBCO系高温超電導体膜の作製において、成膜条件が多少ズレでも、該ズレに影響されず、配向の再現性を極めて良好に維持することができるので、多種多様な基材材料を用いて、高品質のYBCO系高温超電導体膜を確実に製造することができる。   In the present invention, since the above effect can be obtained by positively utilizing the reaction that occurs on the surface of the substrate due to the presence of Zr in the initial stage of film growth, the present invention provides a YBCO-based high-temperature superconductor. It can also be applied to a substrate made of a material with a somewhat poor crystal lattice matching. Furthermore, in the present invention, in the production of an actual YBCO-based high-temperature superconductor film, even if the film formation conditions are somewhat shifted, the reproducibility of the orientation can be maintained very well without being affected by the shift. Using various base materials, high quality YBCO high temperature superconductor film can be reliably manufactured.

初めに、本発明の特徴を理解し易くするために、従来の高温超電導体膜の成膜について、模式図を用いて説明し、問題点を明確にする。   First, in order to make it easy to understand the characteristics of the present invention, the conventional film formation of a high-temperature superconductor film will be described with reference to a schematic diagram to clarify the problems.

一般に、YBCO系高温超電導体の成膜において、結晶粒の配向は、マイグレーションモデルで定性的に理解できる(H. Izumi et al.、 Jpn. J. Appl. Phys. 30(1991)1956.、参照)。基本的な配向は、降り積もった粒子が、基材表面で十分に移動できるだけのエネルギーを持っているかどうかで決定される。   In general, in the deposition of YBCO-based high-temperature superconductors, the orientation of crystal grains can be qualitatively understood by a migration model (see H. Izumi et al., Jpn. J. Appl. Phys. 30 (1991) 1956.). ). The basic orientation is determined by whether the deposited particles have sufficient energy to move on the substrate surface.

基材上に降り積もった粒子が十分な運動エネルギーを持ち、基材表面上を長い距離運動することができる場合には、表面エネルギーを下げるために、膜は、a軸配向膜よりもc軸配向膜となる。しかしながら、運動エネルギーが不足している場合は、移動距離が短くて済むa軸配向粒子が形成されるので、膜は、a軸配向膜となる。   If the particles deposited on the substrate have sufficient kinetic energy and can move over a long distance on the surface of the substrate, the film is oriented more in the c-axis than in the a-axis oriented film in order to reduce the surface energy. Become a film. However, when the kinetic energy is insufficient, a-axis oriented particles that require a short moving distance are formed, so the film becomes an a-axis oriented film.

このように、降り積もった粒子の移動距離の長短が膜の配向性に大きく影響するが、降り積もった粒子の移動を妨げる要因として、下地結晶の欠陥や乱れも挙げることができる。特に、膜成長の初期段階において、下地結晶の欠陥や乱れは、降り積もった粒子の移動を大きく妨げ、膜の配向性を左右する。したがって、膜成長の初期段階は、膜の配向性を高める上で、特に重要なステップである。   Thus, although the length of the moving distance of the deposited particles greatly affects the orientation of the film, defects and disturbance of the underlying crystal can be cited as factors that hinder the movement of the deposited particles. In particular, in the initial stage of film growth, defects and disturbances in the underlying crystal greatly hinder the movement of accumulated particles and affect the orientation of the film. Therefore, the initial stage of film growth is a particularly important step in improving the orientation of the film.

図11A〜図11Eに、従来基材の上に超電導体膜を形成する場合の結晶粒子の成長態様を示す。   11A to 11E show growth modes of crystal grains when a superconductor film is formed on a conventional base material.

図11Aに、表面に欠陥部位101がある単結晶基材100を示すが、この単結晶基材100の表面に膜を形成すると、図11Bに示すように、欠陥部位101がない基材表面の上には、該表面の結晶方位に揃った超電導体のc軸配向粒子105が生成する。   FIG. 11A shows a single crystal base material 100 having a defect site 101 on the surface. When a film is formed on the surface of the single crystal base material 100, as shown in FIG. On the top, c-axis oriented particles 105 of a superconductor aligned with the crystal orientation of the surface are generated.

しかしながら、図11B〜図11Dに示すように、欠陥部位101では、該欠陥により堆積粒子の移動が妨げられ、配向の異なる結晶粒子が生成し(図11B、参照)、成膜が続行されるに従って、この配向の異なる結晶粒子が、途中で方向を変えることなく次第に成長し続け(図11Cと図11D、参照)、結局、図11Eに示すように、アウトグロースと呼ばれる配向の揃っていない結晶粒104が残留する。   However, as shown in FIGS. 11B to 11D, at the defect portion 101, the movement of the deposited particles is hindered by the defects, and crystal grains having different orientations are generated (see FIG. 11B), and the film formation is continued The crystal grains having different orientations continue to grow without changing the direction in the middle (see FIGS. 11C and 11D). As a result, as shown in FIG. 104 remains.

高温超電導体は、電気輸送特性に強い異方性を有しており、c軸と垂直方向に超電導電流が流れることによって、良好な超電導特性が得られるものであるが、高温超電導体膜中に、上記のアウトグロース結晶粒が残留すると、超電導の臨界電流密度が低下して、超電導特性が低下する。このことは、高温超電導体膜において優れた超電導特性を確保する上で、当業者間で大きな問題として認識されている。   High-temperature superconductors have strong anisotropy in electrical transport properties, and superconducting currents flow in a direction perpendicular to the c-axis to obtain good superconducting properties. If the above-mentioned outgrowth crystal grains remain, the superconducting critical current density decreases, and the superconducting characteristics deteriorate. This is recognized as a major problem by those skilled in the art in securing excellent superconducting properties in the high-temperature superconductor film.

基材表面における堆積粒子の移動(マイグレーション)を疎害するのは、結晶欠陥だけではない。例え、基材表面の結晶が完全であっても、基材とその上に成膜する超電導体とは同じ物質ではないことに起因して、その界面には、結晶の整合性の悪い部分が生じてしまう。この不整合が、膜の結晶方位に乱れを引き起こす場合もある。   It is not only crystal defects that impair the movement (migration) of deposited particles on the substrate surface. For example, even if the crystal on the surface of the base material is perfect, the base material and the superconductor film deposited thereon are not the same substance, and therefore, there is a portion of poor crystal matching at the interface. It will occur. This mismatch may cause disturbance in the crystal orientation of the film.

実際の高温超電導体の成膜においては、初めに予備実験を行い、配向性が最も良好となる成膜条件を探りだし、成膜条件の最適化を行うが、ターゲットの損耗や成膜チャンバー内壁からのガス放出等の成膜環境の変化により成膜条件は徐々に変化する。この成膜条件の微妙な変化も、結晶粒子の単一配向性の欠如を引き起こす要因になる。   In actual high-temperature superconductor film formation, preliminary experiments are conducted first to find out the film formation conditions that provide the best orientation, and the film formation conditions are optimized. The film forming conditions gradually change due to changes in the film forming environment such as gas release from the gas. This subtle change in film forming conditions also causes a lack of single orientation of crystal grains.

上記のように発生した超電導膜の単一配向性の欠如は、超電導体膜において、臨界電流密度の低下を招き、結果として、デバイスや線材等の製品の性能に悪影響を与えることとなる。このように、超電導膜の単一配向性の欠如が、従来の高温超電導体膜における問題点であり、より一層の超電導特性の向上を目指すには、上記単一配向性の欠如を解消する手法を開発する必要がある。   The lack of single orientation of the superconducting film generated as described above causes a decrease in critical current density in the superconducting film, and as a result, adversely affects the performance of products such as devices and wires. Thus, the lack of single orientation of the superconducting film is a problem in the conventional high-temperature superconducting film, and in order to further improve the superconducting characteristics, a technique for eliminating the lack of the above single orientation. Need to develop.

次に、上記単一配向性の欠如を解消する本発明を、模式図に基づいて詳細に説明する。   Next, the present invention that eliminates the lack of single orientation will be described in detail with reference to schematic diagrams.

本発明者は、YBCO系高温超電導体のc軸配向膜をスパッタ法やレーザー蒸着法などの物理的手法により作製する研究を鋭意行っている過程で、超電導膜を成膜する基材として、結晶方位が揃い、かつ、その表面にZrまたはZr酸化物が存在する基材を用いると、成膜される超電導体膜の配向再現性が飛躍的に向上することを見いだした。   The present inventor has made a crystal as a base material on which a superconducting film is formed in the process of making a c-axis oriented film of a YBCO high temperature superconductor by a physical method such as sputtering or laser vapor deposition. It has been found that the reproducibility of the orientation of the superconductor film to be formed is dramatically improved by using a base material having a uniform orientation and having Zr or Zr oxide on the surface thereof.

詳細には、本発明者は、基材表面にZr またはZr酸化物が存在させると、成膜初期に降り積もった粒子の移動動を促進することができ、多少の下地結晶の乱れや、結晶格子の不整合性や、さらには、成膜条件のズレにも敏感に影響されることなく、長期にわたって、安定的に再現性良く、配向性に優れたYBCO系高温超電導体膜を作製することができることを見いだした。   Specifically, the present inventor can promote the movement of particles that have accumulated in the initial stage of film formation when Zr or a Zr oxide is present on the surface of the substrate. It is possible to produce a YBCO-based high-temperature superconductor film that is stable and reproducible over a long period of time and is excellent in orientation without being sensitively affected by inconsistencies in the film formation, or even by deviations in film formation conditions. I found what I could do.

即ち、本発明者は、YBCO系高温超電導体膜の成膜初期において、ZrまたはZr酸化物の存在によって生じる液相を、結晶粒子の成長過程に導入すれば、成膜される超電導体膜の配向性を格段に高めることができることを突き止めた。   That is, the present inventor can introduce a liquid phase generated by the presence of Zr or Zr oxide into the crystal grain growth process at the initial stage of the formation of the YBCO-based high-temperature superconductor film. It has been found that the orientation can be remarkably improved.

ZrまたはZr酸化物の存在によって生じる液相を、結晶粒子の成長過程に導入すると、成膜される超電導体膜の配向性が格段に向上する理由は、現時点で明確ではないが、一応、次のように推測される。   The reason why the orientation of the superconductor film formed when the liquid phase produced by the presence of Zr or Zr oxide is introduced into the crystal grain growth process is not clear at present, is not clear at this time. Is guessed.

多結晶試料を使った研究により、YBCO系高温超電導体とZrまたはZr酸化物が接した状態で温度が上昇すると、超電導体の融点よりも低い温度で分解反応が起こり、CuO、Y2Cu2O5、BaZrO3 等が生成することが知られている(S.W. Filipczuk、 Physica C 173(1991)1.、T. Oka et al.、 Jpn. J. Appl. Phys. 31(1992)1760.)。 According to research using polycrystalline samples, when the temperature rises when the YBCO high-temperature superconductor is in contact with Zr or Zr oxide, a decomposition reaction occurs at a temperature lower than the melting point of the superconductor, CuO, Y 2 Cu 2 O 5 , BaZrO 3 and the like are known to be produced (SW Filipzuk, Physica C 173 (1991) 1., T. Oka et al., Jpn. J. Appl. Phys. 31 (1992) 1760.) .

この反応は、単純な固体反応のみで完結するのではなく、中間生成物として、Ba-Cu-O 系の液相を生じて進行する。一般に、液相を介した物質移動は非常に速く進行する。また、Ba-Cu-O 系の液相は、YBCO単結晶を育成する際のフラックスとしても使われる(Y. Hidaka et al.、 J. Cryst. Growth 85(1987)581.)。本発明は、ZrまたはZr酸化物の存在によって生じる液相を、YBCO系高温超電導体膜の成長初期において積極的に利用するものであると推測される。   This reaction does not complete with only a simple solid reaction, but proceeds as an intermediate product with a Ba—Cu—O 2 liquid phase. In general, mass transfer through the liquid phase proceeds very quickly. The Ba-Cu-O based liquid phase is also used as a flux for growing YBCO single crystals (Y. Hidaka et al., J. Cryst. Growth 85 (1987) 581.). In the present invention, it is presumed that the liquid phase generated by the presence of Zr or Zr oxide is actively used in the early stage of growth of the YBCO-based high-temperature superconductor film.

図1A〜図1Eは、本発明基材を使用した超電導体膜の成膜過程を説明する模式図である。以下に、図1A〜図1Eを使用して、本発明作成方法について説明する。   FIG. 1A to FIG. 1E are schematic views for explaining a film formation process of a superconductor film using the substrate of the present invention. Hereinafter, the production method of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1E.

まず、表面に欠陥部位1が存在する単結晶基材2の表面に、Zr またはZr酸化物3を付着させて、図1Aに示す本発明基材の一実施形態の基材4を形成する。   First, Zr or Zr oxide 3 is attached to the surface of a single crystal substrate 2 having a defect site 1 on the surface to form a substrate 4 of an embodiment of the substrate of the present invention shown in FIG. 1A.

次に、図1Bに示すように、ZrまたはZr酸化物3が付着した基材4の表面5に、超電導体膜を成膜する。詳しくは、先ず、表面5に、この表面5の結晶方位に揃った超電導体のc軸配向粒子8を形成する。ここで、図1Bに示すように、表面5のZまたはZr酸化物3が存在する箇所においては、Zrの存在により超電導相の分解反応が進行して、Ba-Cu-O 系の液相10が生じる。   Next, as shown in FIG. 1B, a superconductor film is formed on the surface 5 of the substrate 4 to which Zr or Zr oxide 3 is adhered. Specifically, first, c-axis oriented particles 8 of a superconductor aligned with the crystal orientation of the surface 5 are formed on the surface 5. Here, as shown in FIG. 1B, the superconducting phase decomposition reaction proceeds in the presence of Zr or Zr oxide 3 on the surface 5 due to the presence of Zr, and the Ba—Cu—O 2 -based liquid phase 10. Occurs.

この液相10は、図1Cに示すように、基材4の表面5の結晶方位に揃って粒成長した超電導体膜のc軸配向粒子8と接触するが、この接触は、基材4の表面5に次々に堆積する粒子の移動(マイグレーション)を助け、図1Dに示すように、c軸配向粒子の横方向の成長を促進する。   As shown in FIG. 1C, the liquid phase 10 comes into contact with the c-axis oriented particles 8 of the superconductor film that has grown in line with the crystal orientation of the surface 5 of the base material 4. It aids in the migration of particles that are successively deposited on the surface 5 and promotes the lateral growth of c-axis oriented particles, as shown in FIG. 1D.

その結果、超電導体の扁平なc軸配向粒子が基材表面上に成長し、図1Eに示すように、基材表面上に、極めて高度にc軸配向した超電導体膜11を形成することができる。ここで、液相10によるマイグレーション促進効果により、表面5に欠陥1が多少存在しても、この欠陥1は、アウトグロース結晶粒の生成の原因にならないことが確かめられた。   As a result, the flat c-axis oriented particles of the superconductor grow on the surface of the base material, and as shown in FIG. 1E, the superconductor film 11 having a very highly c-axis orientation can be formed on the surface of the base material. it can. Here, due to the effect of promoting migration by the liquid phase 10, it was confirmed that even if some defects 1 exist on the surface 5, the defects 1 do not cause generation of outgrowth crystal grains.

図2は、極めて高度にc軸配向した超電導体膜の表面組織を模式的に示す図である。詳細には、図2(A)は、表面にZrまたはZr酸化物が存在しない単結晶基材に超電導体膜を成膜した場合におけるc軸配向超電導体膜の表面組織を模式的に示す図である。また、図2(B)は、表面にZrまたはZr酸化物を付着させた単結晶基材(本発明基材)に、図2(A)に示す表面組織を得た成膜条件と同じ成膜条件で、超電導体膜を成膜した場合におけるc軸配向超電導体膜の表面組織を模式的に示す図である。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the surface texture of a superconductor film with an extremely high c-axis orientation. Specifically, FIG. 2A schematically shows a surface structure of a c-axis oriented superconductor film when a superconductor film is formed on a single crystal substrate on which Zr or Zr oxide is not present. It is. FIG. 2B shows the same film formation conditions as those for obtaining the surface structure shown in FIG. 2A on the single crystal substrate (the substrate of the present invention) having Zr or Zr oxide adhered on the surface. It is a figure which shows typically the surface texture of the c-axis oriented superconductor film when a superconductor film is formed under film conditions.

図2(A)において、21は、超電導体結晶粒を示し、図2(B)において、24は、超電導体結晶粒を示している。なお、図2は、後述する実施例(調査)におけるデータに基づいて作成したものである(図10、参照)。   In FIG. 2 (A), 21 indicates a superconductor crystal grain, and in FIG. 2 (B), 24 indicates a superconductor crystal grain. Note that FIG. 2 is created based on data in an example (investigation) described later (see FIG. 10).

図2(A)と図2(B)に示すように、いずれの場合の表面組織も、YBCO系高温超電導体が有する正方晶系の結晶格子を反映して、方向の揃った略四角形の結晶粒で敷きつめられた表面構造になっている。しかし、両図を詳細に比較すると、(i)図2(B)に示す超電導体結晶粒24の粒子サイズは、図2(A)に示す超電導体結晶粒21の粒子サイズよりも大きく、かつ、(ii)図2(B)に示す超電導体結晶粒24の粒子形状は、図2(A)に示す超電導体結晶粒21の粒子形状よりも、より角状となっていることが解る。   As shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), the surface texture in each case reflects the tetragonal crystal lattice of the YBCO high-temperature superconductor, and is a substantially square crystal with a uniform orientation. The surface structure is covered with grains. However, when both figures are compared in detail, (i) the particle size of the superconductor crystal grain 24 shown in FIG. 2 (B) is larger than the particle size of the superconductor crystal grain 21 shown in FIG. 2 (A), and (Ii) It is understood that the particle shape of the superconductor crystal grain 24 shown in FIG. 2 (B) is more angular than the particle shape of the superconductor crystal grain 21 shown in FIG. 2 (A).

図2(A)と図2(B)の比較から、図2(B)に示す本発明基材を用いた場合の方が、表面に存在するZrまたはZr酸化物により生成する液相に起因する横方向(基材表面に沿う方向)の結晶粒成長が顕著に発現したことが解る。このことから、ZrまたはZr酸化物が表面に存在する基材を使用すれば、横方向(基材表面に沿う方向)における超電導体結晶の粒成長を促進することができ、基材表面に、略均一な大きさの結晶粒を有し、かつ、極めて高度にc軸配向した超電導体膜を形成することができる。   From the comparison between FIG. 2 (A) and FIG. 2 (B), the case where the substrate of the present invention shown in FIG. 2 (B) is used is due to the liquid phase generated by Zr or Zr oxide existing on the surface. It can be seen that crystal grain growth in the lateral direction (direction along the surface of the base material) is remarkably exhibited. From this, if a substrate on which Zr or Zr oxide is present on the surface is used, grain growth of the superconductor crystal in the lateral direction (direction along the substrate surface) can be promoted. It is possible to form a superconductor film having crystal grains having a substantially uniform size and having a very high c-axis orientation.

図3は、図2に示すc軸配向超電導体膜を横方向から見た場合の膜断面組織を模式的に示す図である。詳細には、図3(A)は、図2(A)に示すc軸配向超電導体膜を横方向から見た場合の膜断面組織を模式的に示す図であり、図3(B)は、図2(B)に示すc軸配向超電導体膜を横方向から見た場合の膜断面組織を模式的に示す図である。   FIG. 3 is a diagram schematically showing a film cross-sectional structure when the c-axis oriented superconductor film shown in FIG. 2 is viewed from the lateral direction. Specifically, FIG. 3 (A) is a diagram schematically showing a film cross-sectional structure when the c-axis oriented superconductor film shown in FIG. 2 (A) is viewed from the lateral direction, and FIG. FIG. 3 is a diagram schematically showing a film cross-sectional structure when the c-axis oriented superconductor film shown in FIG. 2B is viewed from the lateral direction.

なお、図3(A)において、30は基材を示し、図3(B)において、31は基材を示す。また、図3(A)と図3(B)において、矢印9は、それぞれの結晶粒のc軸方向を示す。矢印9の同一方向性の良し悪しは、主に、基材と超電導体膜の界面における格子不整合や格子欠陥等に影響される。   In FIG. 3A, 30 indicates a base material, and in FIG. 3B, 31 indicates a base material. 3A and 3B, an arrow 9 indicates the c-axis direction of each crystal grain. The goodness or badness of the same direction of the arrow 9 is mainly affected by lattice mismatch or lattice defect at the interface between the base material and the superconductor film.

超電導体膜の作製において、優れたc軸配向性を実現しさらに再現するためには、基材と超電導体膜の界面近傍において形成され、c軸方向の結晶成長の土台となる結晶基盤において、c軸配向性を乱す不結晶整合や格子欠陥等の影響を、極力緩和する必要があるが、そのためには、横方向に結晶成長を促進して結晶基盤を形成することは極めて好都合である。以下、このことについて説明する。   In the production of the superconductor film, in order to realize and further reproduce the excellent c-axis orientation, in the crystal substrate that is formed in the vicinity of the interface between the base material and the superconductor film and serves as a foundation for crystal growth in the c-axis direction, It is necessary to alleviate the influence of non-crystal matching and lattice defects that disturb the c-axis orientation as much as possible. For this purpose, it is very advantageous to promote crystal growth in the lateral direction to form a crystal substrate. This will be described below.

図4(A)および図4(B)は、基材表面の結晶方位の揃った部分に、原子層レベルの段差41,42が存在し、その段差41,42が、超電導体結晶粒43,44のc軸方向における原子層間隔よりも大きい場合の超電導体膜47,48と基材45,46の界面近傍の態様を模式的に示す図である。   4 (A) and 4 (B), there are steps 41 and 42 at the atomic layer level in portions where the crystal orientations of the substrate surface are aligned, and these steps 41 and 42 are formed of superconductor crystal grains 43, FIG. 4 is a diagram schematically showing an aspect in the vicinity of the interface between superconductor films 47 and 48 and base materials 45 and 46 when the distance is larger than the atomic layer spacing of 44 in the c-axis direction.

図4(A)に示すように、超電導体結晶粒43の粒子サイズが小さい場合、超電導体結晶粒43が基材45における原子層レベルの段差41に接した部分は、縦方向に引き延ばされて歪んでしまうが、一方、該段差に接していない側面は、超電導体結晶粒43の本来の原子層間隔を維持しようとする。この結果、超電導体結晶粒43のc軸方向が、基材45の表面の法線から傾くことになる。   As shown in FIG. 4A, when the particle size of the superconductor crystal grain 43 is small, the portion where the superconductor crystal grain 43 is in contact with the step 41 at the atomic layer level in the substrate 45 is elongated in the vertical direction. On the other hand, the side surface that is not in contact with the level difference tends to maintain the original atomic layer spacing of the superconductor crystal grains 43. As a result, the c-axis direction of the superconductor crystal grains 43 is inclined from the normal line of the surface of the substrate 45.

図4(B)に示すように、超電導体結晶粒44の粒子サイズが大きい場合、超電導体結晶粒44が基材46の原子層レベルの段差42に接した部分には、図4(A)に示した場合と同様に歪みが生じるが、図4(B)に示すように、該段差42から十分離れた部分においては、基材46の上記段差42による影響を受けずに、超電導体結晶本来の原子層間隔を有するので、c軸方向が、基材46の表面の法線から傾くことがない。そして、このc軸が傾いていない部分は、上記段差42に近い部分における歪みに起因する結晶粒子の傾きを矯正する役割を果たす。   As shown in FIG. 4 (B), when the particle size of the superconductor crystal grains 44 is large, the portion where the superconductor crystal grains 44 are in contact with the step 42 at the atomic layer level of the base 46 is shown in FIG. However, as shown in FIG. 4B, in a portion sufficiently away from the step 42, the superconductor crystal is not affected by the step 42 of the base material 46, as shown in FIG. Since it has the original atomic layer spacing, the c-axis direction does not tilt from the normal of the surface of the substrate 46. The portion where the c-axis is not inclined serves to correct the inclination of the crystal grains caused by the distortion in the portion close to the step 42.

したがって、結晶粒が横方向(基材表面に沿う方向)に成長した結晶基盤が、基材表面に形成されると、超電導体膜48のc軸が極めて高度に一方向に揃い、超電導体膜48のc軸配向性が極めて優れたものとなる。   Therefore, when the crystal base on which the crystal grains grow in the lateral direction (the direction along the surface of the base material) is formed on the surface of the base material, the c-axis of the superconductor film 48 is extremely highly aligned in one direction. The c-axis orientation of 48 is extremely excellent.

以上、説明したように、超電導膜の成膜初期における結晶基盤の形成は、最終的に得られる超電導膜のc軸配向性の良否を決定する大きな要因となる。そして、基材表面で生成したc軸配向超電導体結晶粒の横方向の成長を促進することにより、c軸配向性に優れた超電導体膜を作製することができる。   As described above, the formation of the crystal base in the initial stage of the formation of the superconducting film is a major factor that determines the quality of the c-axis orientation of the finally obtained superconducting film. And the superconductor film excellent in c-axis orientation can be produced by accelerating the lateral growth of c-axis oriented superconductor crystal grains generated on the substrate surface.

結晶方位の揃った基材表面に存在し、超電導体膜の成膜初期に、超電導体との反応で液相を生成するZrまたはZr酸化物は、基材表面に沿う方向における結晶基盤の形成を促進する作用効果を発現し、その結果として、超電導体膜のc軸配向性を乱す格子不整合や格子欠陥等の影響を受けることなく、上記結晶基盤上に、c軸が極めて高度に配向した超電導体膜を作製することができるのである。このZrまたはZr酸化物の作用効果は、本発明者が、初めて見いだしたものである。   Zr or Zr oxide, which exists on the surface of a substrate with uniform crystal orientation and generates a liquid phase by reaction with the superconductor at the beginning of the formation of the superconductor film, forms a crystal base in the direction along the surface of the substrate. As a result, the c-axis is extremely highly oriented on the crystal substrate without being affected by lattice mismatch or lattice defect that disturbs the c-axis orientation of the superconductor film. It is possible to produce a superconductor film. The effect of this Zr or Zr oxide was first found by the present inventors.

以上のように、本発明基材は、結晶方位の揃った基材表面に、ZrまたはZr酸化物が部分的に存在することを特徴としている。なお、図1Aに示す単結晶基材の表面にZrまたはZr酸化物が部分的に付着した基材は、本発明の一実施形態である。   As described above, the base material of the present invention is characterized in that Zr or a Zr oxide partially exists on the surface of the base material with a uniform crystal orientation. In addition, the base material in which Zr or Zr oxide is partially attached to the surface of the single crystal base material shown in FIG. 1A is an embodiment of the present invention.

図5A〜図5Dは、本発明基材の他の実施形態を示す断面図である。 5A to 5D are cross-sectional views showing other embodiments of the substrate of the present invention.

上記実施形態では、表面の結晶方位の揃った単結晶基材の表面に、ZrまたはZr酸化物を付着して本発明基材を形成した。しかし、図5Aに示すように、本発明基材は、基板50および基板50上に形成に形成された結晶方位の略揃った薄膜51で構成されたものでもよい。上記薄膜51の表面にZrまたはZr酸化物52を付着させて成る基材は、本発明の一実施形態である。   In the above embodiment, the substrate of the present invention is formed by attaching Zr or a Zr oxide to the surface of a single crystal substrate having a uniform crystal orientation on the surface. However, as shown in FIG. 5A, the base material of the present invention may be composed of a substrate 50 and a thin film 51 formed on the substrate 50 and having substantially the same crystal orientation. A substrate formed by attaching Zr or Zr oxide 52 to the surface of the thin film 51 is an embodiment of the present invention.

また、図5Bに示すように、本発明基材は、基板53と、基板53上に形成したZrまたはZr酸化物55が分散する酸化物複合体薄膜54から構成されたものでもよい。酸化物複合体薄膜54がZrまたはZr酸化物55を分散して含んでいるので、故意に表面にZrまたはZr酸化物を付着させることなく、表面にZrまたはZr酸化物が露出した表面が得られ、その露出したZrまたはZr酸化物が、YBCO系超電導体の成膜初期に、基材表面に液相を生成し、結晶基盤の形成を促進するように機能する。   As shown in FIG. 5B, the base material of the present invention may be composed of a substrate 53 and an oxide composite thin film 54 in which Zr or Zr oxide 55 formed on the substrate 53 is dispersed. Since the oxide composite thin film 54 contains Zr or Zr oxide 55 in a dispersed manner, a surface where Zr or Zr oxide is exposed on the surface can be obtained without intentionally attaching Zr or Zr oxide to the surface. The exposed Zr or Zr oxide functions to generate a liquid phase on the surface of the substrate and promote the formation of a crystal substrate at the initial stage of film formation of the YBCO-based superconductor.

また、図5Cに示すように、本発明基材は、基板56と、基板56上に形成したZrまたはZr酸化物が析出した粒界57を有する酸化物複合体薄膜58から構成してもよい。酸化物複合体薄膜58が、ZrまたはZr酸化物が析出した粒界57を含んでいるので、故意に表面にZrまたはZr酸化物を付着させることなく、表面にZrまたはZr酸化物が露出した形態が得られ、その露出したZrまたはZr酸化物が、YBCO系超電導体の成膜初期に、基材表面に液相を生成し、結晶基盤の形成を促進するように機能する。   As shown in FIG. 5C, the base material of the present invention may be composed of a substrate 56 and an oxide composite thin film 58 having a grain boundary 57 on which Zr or Zr oxide formed on the substrate 56 is deposited. . Since the oxide composite thin film 58 includes the grain boundary 57 on which Zr or Zr oxide is deposited, the Zr or Zr oxide is exposed on the surface without intentionally attaching the Zr or Zr oxide to the surface. A morphology is obtained, and the exposed Zr or Zr oxide functions to generate a liquid phase on the surface of the substrate and promote the formation of a crystal substrate at the initial stage of film formation of the YBCO-based superconductor.

また、図5Dに示すように、本発明基材は、無配向材料から成る基板59と、この基板59上に形成した配向性を有する中間層60と、配向性を有する中間層60上に形成した酸化物複合体薄膜61とから構成してもよい。   Further, as shown in FIG. 5D, the base material of the present invention is formed on a substrate 59 made of a non-oriented material, an intermediate layer 60 having an orientation formed on the substrate 59, and an intermediate layer 60 having an orientation. The oxide composite thin film 61 may be used.

図5Dに示すように、中間層60上に形成した酸化物複合体薄膜61が、ZrまたはZr酸化物が析出した粒界62を含んでいるので、故意に表面にZrまたはZr酸化物を付着させることなく、表面にZrまたはZr酸化物が露出した形態が得られ、その露出したZrまたはZr酸化物が、YBCO系超電導体の成膜初期に、基材表面に液相を生成し、結晶基盤の形成を促進するように機能する。   As shown in FIG. 5D, the oxide composite thin film 61 formed on the intermediate layer 60 includes grain boundaries 62 on which Zr or Zr oxide is deposited, so that Zr or Zr oxide is intentionally attached to the surface. Without exposing the surface, Zr or Zr oxide is exposed on the surface, and the exposed Zr or Zr oxide forms a liquid phase on the surface of the substrate in the initial stage of film formation of the YBCO-based superconductor. It functions to promote the formation of the foundation.

ここで、上記中間層60は、例えば、イオンビームアシスト堆積法(Ion-Beam-Assisted Deposition Method)等により無配向材料の上に形成したものでよい。また、無配向材料から成る基板を用いる場合、酸化物複合体薄膜61は、図5Cに示す酸化物複合体薄膜58と同様に、ZrまたはZr酸化物が析出した粒界を有しているが、図5Bに示す酸化物複合体薄膜54と同様に、ZrまたはZr酸化物が分散した形態を併用していてもよい。   Here, the intermediate layer 60 may be formed on a non-oriented material by, for example, an ion beam-assisted deposition method (Ion-Beam-Assisted Deposition Method) or the like. Further, when a substrate made of a non-oriented material is used, the oxide composite thin film 61 has grain boundaries where Zr or Zr oxide is precipitated, like the oxide composite thin film 58 shown in FIG. 5C. Similarly to the oxide composite thin film 54 shown in FIG. 5B, a form in which Zr or a Zr oxide is dispersed may be used in combination.

本発明基材は、超電導体膜の成膜初期において、c軸配向した超電導体の結晶が生成し易いものが好適である。これを実現するために、結晶学的に類似した構造を有し、かつ、格子整合性の良い物質、例えば、複合酸化物が、基材表面に存在するか、または、露出していることが望ましい。   The base material of the present invention is preferably one in which c-axis oriented superconductor crystals are easily formed at the initial stage of the formation of the superconductor film. In order to realize this, a material having a crystallographically similar structure and good lattice matching, for example, a composite oxide, is present on the substrate surface or exposed. desirable.

具体的には、MgO、SrTiO、LaAlO、SrAlTaO、YSZ、LaGaO、NdGaO、PrGaO、YAlO、BaSnO、BaZrO、BaNdTaO、SrSnO、CaSnO、LaSrGaO、LaSrAlO および CeOのいずれか一つまたは二つ以上から成る複合酸化物が、基材表面に存在するか、または、露出していることが望ましい。特に、BaSnO、BaZrO および BaNdTaOは、結晶中に、YBCO系酸化物超電導体と界面において共有できるBa-O から成る原子層があり、両者の馴染みは非常に良い(長谷川勝哉ほか,日本金属学会誌 67(2003)295.参照)ので、ZrまたはZr酸化物と併用する複合酸化物として好ましい。 Specifically, MgO, SrTiO 3, LaAlO 3 , Sr 2 AlTaO 6, YSZ, LaGaO 3, NdGaO 3, PrGaO 3, YAlO 3, BaSnO 3, BaZrO 3, Ba 2 NdTaO 6, SrSnO 3, CaSnO 3, LaSrGaO 4 , a composite oxide composed of one or more of LaSrAlO 4 and CeO 2 is preferably present or exposed on the surface of the substrate. In particular, BaSnO 3 , BaZrO 3 and Ba 2 NdTaO 6 have an atomic layer of Ba-O that can be shared at the interface with the YBCO-based oxide superconductor in the crystal. , Journal of the Japan Institute of Metals 67 (2003) 295.), it is preferable as a composite oxide used in combination with Zr or Zr oxide.

薄膜を有する本発明基材の場合、薄膜を、BaZrO-Zr酸化物複合体で形成することが、超電導体膜の更なる配向性向上の点でさらに好ましい。BaZrO薄膜の成膜時に、その組成を、化学量論組成から少しずれたZr過剰の組成にすることにより、Zr酸化物が粒界等に分散したBaZrO-Zr酸化物複合体の薄膜を成膜することができる。 In the case of the base material of the present invention having a thin film, it is more preferable that the thin film is formed of a BaZrO 3 —Zr oxide composite in terms of further improving the orientation of the superconductor film. When the BaZrO 3 thin film is formed, the composition is Zr-excess composition slightly deviating from the stoichiometric composition, so that the BaZrO 3 -Zr oxide composite thin film in which the Zr oxide is dispersed at the grain boundaries, etc. A film can be formed.

本発明者が、化学量論組成からのZr過剰の程度を種々変えて、本発明基材の配向再現性を調査した結果、BaZrO-Zr酸化物複合体において、Ba/Zrを下記組成比を満足させると、配向再現性が著しく向上することが判明した。
0.65 ≦ Ba/Zr ≦ 0.98
As a result of the present inventors investigating the orientation reproducibility of the base material of the present invention by varying the degree of Zr excess from the stoichiometric composition, Ba / Zr in the BaZrO 3 —Zr oxide composite has the following composition ratio: It was found that the alignment reproducibility is remarkably improved when satisfying.
0.65 ≤ Ba / Zr ≤ 0.98

Ba/Zrが0.65未満、および、Ba/Zrが0.98超のいずれ場合においても、YBCO系超電導体の成膜初期に、結晶基盤の形成を促進する液相を生成するが、Ba/Zrを上記組成比の範囲内に維持すると、c軸配向促進機能の優れた液相を基材表面上に形成することができる。したがって、Ba/Zrは、0.65 以上 0.98以下が好ましい。   In any case where Ba / Zr is less than 0.65 and Ba / Zr is more than 0.98, a liquid phase that promotes the formation of the crystal base is generated at the initial stage of film formation of the YBCO-based superconductor. If maintained within the range of the composition ratio, a liquid phase having an excellent c-axis orientation promoting function can be formed on the substrate surface. Therefore, Ba / Zr is preferably 0.65 or more and 0.98 or less.

なお、BaZrO-Zr酸化物複合体の薄膜を備えた本発明基材は、超電導体の成膜前に表面にZrまたはZr酸化物を部分的に付着する工程を必要としないので、基材作製プロセスを簡略化でき、工業的に有用である。 The base material of the present invention provided with a thin film of BaZrO 3 —Zr oxide composite does not require a step of partially attaching Zr or Zr oxide to the surface before superconductor film formation. The manufacturing process can be simplified and is industrially useful.

本発明者は、本発明基材の超電導体膜の配向性に及ぼす効果、および、超電導体膜の配向再現性の良否について調査した。以下に、その結果について説明する。なお、以下に示す方法で採用した条件は、本発明の実施可能性および再現性を実証するために採用した一条件であり、本発明が、これらの条件により限定されるものではない。   The inventor investigated the effect of the substrate of the present invention on the orientation of the superconductor film and the quality of the reproducibility of the superconductor film. The results will be described below. The conditions employed in the method shown below are one condition employed for demonstrating the feasibility and reproducibility of the present invention, and the present invention is not limited by these conditions.

I.本発明基材の超電導体膜の配向性に及ぼす効果に係る調査
レーザー蒸着法により、La0.3Sr1.7AlTaO(LSAT)(100) 単結晶の基材に、Yb0.9La0.2Ba1.9CuO膜を成膜する。ここで、LSATは、LaAlOとSrAlTaOを3:7で固溶させた材料であり、高温超電導体膜用の基材として開発されたものである(S.C. Tidrow et al.、 IEEE Trans. Appl. Supercond. 7(1997)1766)。
I. Investigation on the effect of the substrate of the present invention on the orientation of the superconductor film By laser vapor deposition, a La 0.3 Sr 1.7 AlTaO 6 (LSAT) (100) single crystal substrate was formed into a Yb 0.9 La A 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film is formed. Here, LSAT is a material in which LaAlO 3 and Sr 2 AlTaO 6 are dissolved in 3: 7, and was developed as a base material for a high-temperature superconductor film (S.C. Tidrow et al. IEEE Trans. Appl. Supercond. 7 (1997) 1766).

成膜装置として、成膜室内に複数のターゲットホルダーを擁したものを使用する。ターゲットホルダーに、ターゲットとして、Yb0.9La0.2Ba1.9CuO焼結体、および、Zr板を設置する。ターゲットホルダーは、回転機構を有しており、適宜必要に応じて成膜室を大気開放することなく換えることができるようになっている。 A film forming apparatus having a plurality of target holders in the film forming chamber is used. In the target holder, a Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 sintered body and a Zr plate are installed as targets. The target holder has a rotation mechanism, and can be changed as necessary without opening the film forming chamber to the atmosphere.

モーターで駆動する光学系ミラーによって、レーザー光は、適宜、ターゲット上を走査し、また、同時に、ターゲットが回転運動するようになっている。それ故、ターゲット上の同じ位置だけにレーザーが照射されることがなく、ターゲット表面に、略均一に、レーザーを照射することができる。   Laser light is appropriately scanned on the target by an optical system mirror driven by a motor, and at the same time, the target rotates. Therefore, the laser is not irradiated only on the same position on the target, and the laser can be irradiated on the target surface substantially uniformly.

成膜室に酸素を導入しながら排気量を制御してチャンバー内圧力を100 mTorr とし、基板温度を650℃まで上げ、基材-ターゲット間距離を80mmとし、Zr板をターゲット材として表面にエネルギー密度1.5 J/cmのKrFレーザーを1 Hzで照射する。照射の回数は、0(照射なし)、10パルス、および、30パルスの三つを選択して実験を行った。 While introducing oxygen into the film formation chamber, the displacement is controlled, the pressure in the chamber is set to 100 mTorr, the substrate temperature is increased to 650 ° C., the distance between the substrate and the target is set to 80 mm, and the Zr plate is used as the target material to energize the surface. Irradiate a KrF laser with a density of 1.5 J / cm 2 at 1 Hz. The experiment was conducted by selecting three irradiations: 0 (no irradiation), 10 pulses, and 30 pulses.

次いで、ターゲットを、Yb0.9La0.2Ba1.9CuO焼結体に換えて、基材−ターゲット間距離を50 mmとし、レーザーを5 Hzで2時間照射した。成膜後は、ヒーターを切り、酸素を300 Torr まで導入して急冷した。 Next, the target was changed to a Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 sintered body, the substrate-target distance was set to 50 mm, and the laser was irradiated at 5 Hz for 2 hours. After the film formation, the heater was turned off, and oxygen was introduced to 300 Torr and quenched.

ここで、予備実験として、Zr板をターゲットとしてレーザー光を30パルス照射した後に、Yb0.9La0.2Ba1.9CuO膜の成膜をせずに、ヒーターを切り、酸素を300 Torr まで導入して急冷した試料を作製した。得られた試料を、大気中に取り出すことなく、その表面構造を反射高速電子線回折で調べたところ、LSATの構造を示す強い回折パターンが観測された。これは、基材表面に結晶方位が揃ったLSATが露出していることを示している。 Here, as a preliminary experiment, after 30 pulses of laser light were irradiated using a Zr plate as a target, the heater was turned off without forming a Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film, Oxygen was introduced to 300 Torr to prepare a rapidly cooled sample. When the surface structure of the obtained sample was examined by reflection high-energy electron diffraction without taking it into the atmosphere, a strong diffraction pattern indicating the structure of LSAT was observed. This indicates that LSAT having a uniform crystal orientation is exposed on the substrate surface.

また、同試料を大気中に取り出して光学顕微鏡で表面を観察したところ、平坦な基材上に、一様に分散した島状の粒が多数観察された。これらの粒は、ZrあるいはZr酸化物である。このようにして、Yb0.9La0.2Ba1.9CuO膜の成膜前に、Zr板をターゲット材として、レーザー光を10または30パルス照射して得られる基材が、結晶方位の揃った基材表面にZrまたはZr酸化物が部分的に存在している基材であることを確認した。 Further, when the sample was taken out into the atmosphere and the surface was observed with an optical microscope, a large number of uniformly dispersed island-like grains were observed on the flat substrate. These grains are Zr or Zr oxide. In this way, before the formation of the Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film, a substrate obtained by irradiating 10 or 30 pulses of laser light using the Zr plate as a target material is obtained. Further, it was confirmed that the substrate was such that Zr or Zr oxide was partially present on the surface of the substrate having the same crystal orientation.

得られた超電導体膜の膜厚は、いずれの試料も180 nm であった。X線回折(Cu-Kα 線を用いた2θ-θ スキャン;XRD)で配向性を調べたところ、基材のLSATからのピークに加えて、c軸配向を示すYBCO系超電導体の00L反射の強いピークを確認することができた。   The thickness of the obtained superconductor film was 180 nm for all samples. When the orientation was examined by X-ray diffraction (2θ-θ scan using Cu-Kα rays; XRD), in addition to the peak from the LSAT of the substrate, the 00L reflection of the YBCO-based superconductor exhibiting c-axis orientation A strong peak could be confirmed.

しかしながら、ZrまたはZr酸化物を付着させていない試料には、僅かながらa軸配向した粒子の混在を示す200と300のピークも見られた。また、これらのピークは、ZrまたはZr酸化物を付着させるためのレーザーのパルス数、即ち、付着量を増すと消失した。このことから、基材の表面にZrまたはZr酸化物を付着させると、優れたc軸配向を有するYBCO系超電導体膜を作製できることが解る。   However, in the sample to which Zr or Zr oxide was not attached, peaks of 200 and 300 showing a slight mixture of a-axis oriented particles were also observed. These peaks disappeared when the number of pulses of the laser for depositing Zr or Zr oxide, that is, the amount of deposition increased. From this, it is understood that when Zr or Zr oxide is attached to the surface of the substrate, a YBCO superconductor film having excellent c-axis orientation can be produced.

図6は、作製した3つのYb0.9La0.2Ba1.9CuO膜のXRDパターンを示す図であり、006と200ピークの部分を拡大したXRDパターンを示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing XRD patterns of the three Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 films produced, and is a diagram showing XRD patterns obtained by enlarging the 006 and 200 peak portions. .

図6に示すように、Yb0.9La0.2Ba1.9CuO膜の006ピークは、LSATの400ピークと部分的に重なっている。一方、200ピークは、3つの曲線で重なりがなく、検出できる。図6に示すように、パルス数がゼロおよび10回の場合は、200ピークが存在する。一方、30パルスの場合には、200ピークが消失している。 As shown in FIG. 6, the 006 peak of the Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film partially overlaps the 400 peak of LSAT. On the other hand, the 200 peak can be detected without overlapping in the three curves. As shown in FIG. 6, there are 200 peaks when the number of pulses is zero and ten. On the other hand, in the case of 30 pulses, 200 peaks disappear.

このことから、結晶方位の揃ったLSAT基材表面に、ZrまたはZr酸化物を部分的に付着させた本発明基材を使用することにより、極めて高度にc軸配向した超電導体膜を作製できることが解る。   From this, it is possible to produce a highly highly c-axis oriented superconductor film by using the base material of the present invention in which Zr or Zr oxide is partially adhered to the surface of the LSAT base material with uniform crystal orientation. I understand.

図7は、作製した3つのYb0.9La0.2Ba1.9CuO膜の電気抵抗率の温度依存性を示す図である。a軸配向した結晶粒子がc軸配向した結晶粒子中に混在すると、超電導電流の流れを疎害し、臨界電流密度を低下させる。図7に示すように、同じ電流を流して測定した電気抵抗率の温度依存性に見られる臨界温度Tは、a軸配向粒子が多い程低下している。 FIG. 7 is a diagram showing the temperature dependence of the electrical resistivity of the three Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 films produced. When a-axis oriented crystal grains are mixed in c-axis oriented crystal grains, the flow of the superconducting current is disturbed and the critical current density is lowered. As shown in FIG. 7, the critical temperature Tc seen in the temperature dependence of the electrical resistivity measured by applying the same current decreases as the number of a-axis oriented particles increases.

これはTよりも少し低い温度領域において、a軸配向粒子が多く混在している試料ほど、臨界電流密度が低下していることを示している。なお、電気抵抗率の温度依存性を調べる測定を、四端子法により行い、臨界温度Tを、3mm幅の超電導膜に0.1mAの電流を流すことにより測定した。 This indicates that the critical current density decreases in the temperature region slightly lower than Tc as the sample contains more a-axis oriented particles. Incidentally, the measurement to examine the temperature dependence of the electrical resistivity was performed by a four-terminal method, the critical temperature T c, was determined by flowing a current of 0.1mA in the superconducting film of 3mm wide.

II.本発明基材と超電導体膜の配向再現性との関係に係る調査1
前記調査で用いた装置と同じ装置を用いて、レーザー蒸着法により、LSAT (100) 単結晶からなる基材に、Yb0.9La0.2Ba1.9CuO膜を成膜する。LSAT基材表面に、ZrまたはZr酸化物を付着させることなく、基板温度を高めの690℃とする。チャンバー内は酸素100mTorr とし、基材-ターゲット間距離は50 mmとし、レーザー照射(ターゲット上のエネルギー密度1.5 J/cm)は5 Hzで2時間とし、膜厚180nmの超電導体膜を形成する。
II. Investigation 1 regarding the relationship between the substrate of the present invention and the reproducibility of superconductor film orientation
Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film is formed on a substrate made of LSAT (100) single crystal by laser vapor deposition using the same apparatus as used in the above investigation. To do. The substrate temperature is raised to 690 ° C. without attaching Zr or Zr oxide to the surface of the LSAT substrate. The chamber is oxygen 100 mTorr, the substrate-target distance is 50 mm, laser irradiation (energy density 1.5 J / cm 2 on the target) is 2 Hz at 5 Hz, and a 180 nm thick superconductor film is formed. Form.

XRDよりc軸配向膜であることを確認する。次に、同じ成膜条件で、Yb0.9La0.2Ba1.9CuO膜を数週間にわたって継続的に作製する。20回目の成膜からa軸配向粒子の混在が認められるようになった。この配向再現性の欠如は、成膜回数が増えていくにつれて、少しずつ成膜条件が変化していくことが原因であると推察される。配向再現性の欠如の要因としては、ターゲット表面の損耗や変質、レーザー導入窓の汚れなどが考えられる。 XRD confirms that it is a c-axis oriented film. Next, a Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film is continuously formed over several weeks under the same film forming conditions. From the 20th film formation, a mixture of a-axis oriented particles was observed. This lack of orientation reproducibility is presumed to be caused by the fact that the film formation conditions change little by little as the number of film formation increases. Possible causes of the lack of orientation reproducibility include wear and deterioration of the target surface and contamination of the laser introduction window.

次に、31回目の成膜から、Yb0.9La0.2Ba1.9CuO膜の成膜前に、基材表面に、ZrまたはZr酸化物を付着させる操作を行った。付着させる条件は、上記調査で行った30パルスの場合と同じ条件である。得られた超電導膜はc軸配向膜であり、a軸配向粒子の混在は認められなかった。このことから、超電導体膜の形成前に、基材の表面に、ZrまたはZr酸化物を付着させる操作を行うと、その基材上に、極めて配向再現性の優れる超電導体膜を形成できることが解る。 Next, from the 31st film formation, before the Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film was formed, an operation of attaching Zr or Zr oxide to the substrate surface was performed. . The conditions for adhesion are the same as those for 30 pulses in the above investigation. The obtained superconducting film was a c-axis oriented film, and a mixture of a-axis oriented particles was not observed. From this, if the operation of attaching Zr or Zr oxide to the surface of the base material before the formation of the superconductor film, it is possible to form a superconductor film with extremely excellent orientation reproducibility on the base material. I understand.

III.本発明基材と超電導膜の配向再現性との関係に係る調査2)
上記調査で用いた装置と同じ装置を用いて、レーザー蒸着法により、LSAT (100) 単結晶からなる基材に、Yb0.9La0.2Ba1.9CuO膜を成膜する。基板温度を650℃とし、チャンバー内は、酸素100mTorr とし、基材−ターゲット間距離を50mmとし、レーザー照射(ターゲット上のエネルギー密度1.5 J/cm)は5Hzで2時間とした。
III. Investigation on the relationship between the substrate of the present invention and the orientation reproducibility of the superconducting film 2)
Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film is formed on a substrate made of LSAT (100) single crystal by laser vapor deposition using the same equipment used in the above survey. To do. The substrate temperature was 650 ° C., the inside of the chamber was oxygen 100 mTorr, the substrate-target distance was 50 mm, and laser irradiation (energy density on the target 1.5 J / cm 2 ) was 5 Hz for 2 hours.

なお、Yb0.9La0.2Ba1.9CuO膜の成膜前には、調査Iで行った30パルスの場合と同じ条件で、基材表面に、ZrまたはZr酸化物を付着させる操作を行った。 In addition, before the film formation of Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film, Zr or Zr oxide was formed on the substrate surface under the same conditions as in the case of 30 pulses performed in Survey I. The operation of adhering was performed.

上記のようにして得られた超電導体膜は、c軸配向膜であり、a軸配向粒子の混在は認められなかった。   The superconductor film obtained as described above was a c-axis oriented film, and a mixture of a-axis oriented particles was not observed.

同じ成膜条件で、Yb0.9La0.2Ba1.9CuO膜を数週間にわたって継続的に作製した。20回目の成膜を過ぎても、a軸配向粒子の混在は認められなかった。a軸配向粒子の混在が認められ始めたのは、50回目の成膜あたりからであり、配向再現性は極めて良好であった。 A Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film was continuously produced over several weeks under the same film forming conditions. Even after the 20th film formation, mixing of a-axis oriented particles was not recognized. The mixture of a-axis oriented particles started to be recognized around the 50th film formation, and the orientation reproducibility was very good.

IV.本発明基材として、単結晶基板およびその上に成膜した酸化物複合体薄膜を使用した場合における超電導体膜の配向再現性に係る調査
MgO (100) 単結晶を基板とし、その上に、スパッタ法により、BaZrO(以下BZO)およびZr酸化物の複合体薄膜を成膜して基材を作製し、その後、SmBaCuO膜を成膜する。
IV. Investigation on orientation reproducibility of superconductor film when single crystal substrate and oxide composite thin film formed thereon are used as the base material of the present invention
A substrate is prepared by forming a composite film of BaZrO 3 (hereinafter referred to as BZO) and Zr oxide on the MgO (100) single crystal as a substrate by sputtering, and then producing SmBa 2 Cu 3 O. Seven films are formed.

成膜装置としては、基材表面の法線とスパッタターゲット表面の法線とが直行するオフアクシス型スパッタ装置を使用する。スパッタターゲットとしては、BaZrO焼結体およびSmBaCuO焼結体を用いる。成膜装置としては、成膜室内に複数のスパッタカソードを擁しているものを使用するが、このような装置においては、適宜、必要に応じて成膜室を大気開放することなく、スパッタターゲットを換えて成膜することができる。 As the film forming apparatus, an off-axis sputtering apparatus in which the normal of the substrate surface and the normal of the sputtering target surface are orthogonal to each other is used. As a sputtering target, a BaZrO 3 sintered body and a SmBa 2 Cu 3 O 7 sintered body are used. As the film forming apparatus, one having a plurality of sputter cathodes in the film forming chamber is used. In such an apparatus, the sputtering target is appropriately opened without opening the film forming chamber to the atmosphere as necessary. Alternatively, a film can be formed.

初めに、BZOおよびZr酸化物の酸化物複合体薄膜を成膜する。詳細には、アルゴンと酸素を9:1の比で混合したガスを成膜室内に導入しながら、排気量を制御して、チャンバー内圧力を70 mTorr とし、基板温度を780℃とし、100Wの高周波プラズマをターゲット表面近傍で発生させる。   First, an oxide composite thin film of BZO and Zr oxide is formed. Specifically, while introducing a gas in which argon and oxygen are mixed at a ratio of 9: 1, the displacement is controlled, the pressure in the chamber is set to 70 mTorr, the substrate temperature is set to 780 ° C., and 100 W is set. A high frequency plasma is generated near the target surface.

また、基材ホルダーとスパッタカソードの位置関係を系統的に変化させて、BaとZrが所望の比で基材上に付着して薄膜が形成される条件を検討した。そして、Ba/Zrを1.10から0.55まで制御して、薄膜が作製できる成膜条件を求めた。このとき、XRD測定から確認できるのは、MgOとBZOのピークであった。   In addition, the positional relationship between the base material holder and the sputter cathode was systematically changed, and the conditions under which Ba and Zr adhered to the base material at a desired ratio to form a thin film were studied. And Ba / Zr was controlled from 1.10 to 0.55, and the film-forming conditions which can produce a thin film were calculated | required. At this time, the peaks of MgO and BZO can be confirmed from the XRD measurement.

BZOについては、MgO基板の方位に揃っていることも、X線回折のφスキャン測定から確認された。BZOは、化学的に非常に安定な物質であり、構成元素の不定比性がない物質である。したがって、膜の組成が化学量論(Ba/Zr=1)からずれている場合には、BaまたはZrの酸化物が、膜中の結晶粒界等に存在する薄膜が得られる。この場合は、BaまたはZrの酸化物の結晶性が非常に悪いことや、微粒で無配向である等の理由で、BaまたはZrの酸化物のXRDピークは、ほとんど検出できない。   Regarding BZO, it was confirmed from φ scan measurement of X-ray diffraction that it was aligned with the orientation of MgO substrate. BZO is a chemically very stable substance and has no non-stoichiometry of constituent elements. Therefore, when the composition of the film deviates from the stoichiometry (Ba / Zr = 1), a thin film in which an oxide of Ba or Zr is present at a crystal grain boundary or the like in the film is obtained. In this case, the XRD peak of the Ba or Zr oxide can hardly be detected because the crystallinity of the Ba or Zr oxide is very poor or the particles are fine and non-oriented.

このようにして、Ba/Zrが、1.00、0.90、および、0.75の3種類のBa-Zr-O薄膜を10nm堆積した。   In this way, three types of Ba—Zr—O thin films with Ba / Zr of 1.00, 0.90, and 0.75 were deposited to a thickness of 10 nm.

次に、SmBaCuO膜を200nm成膜した。詳細には、アルゴン-酸素比を11:1とし、チャンバー内圧力を120 mTorr とし、基板温度を750℃とし、さらに、ターゲットとその周囲に設置したアース電位のシールド材の間に電圧を印加してターゲット表面近傍で直流プラズマを発生させた。電流、電圧の値は、それぞれ0.70A, 140Vとした。成膜後はヒーターを切り、酸素を300 Torr まで導入して急冷した。 Next, an SmBa 2 Cu 3 O 7 film was formed to a thickness of 200 nm. Specifically, the argon-oxygen ratio is set to 11: 1, the pressure in the chamber is set to 120 mTorr, the substrate temperature is set to 750 ° C., and a voltage is applied between the target and a shield material of earth potential installed around the target. DC plasma was generated near the target surface. The values of current and voltage were 0.70 A and 140 V, respectively. After the film formation, the heater was turned off, and oxygen was introduced to 300 Torr for rapid cooling.

図8は、作製した3つのSmBaCuO膜のXRDパターンを示す図である。図8に示すように、化学量論組成(Ba/Zr=1.00)の場合は、強いk00反射ピークが観測され、a軸配向粒子が支配的に成長していることが解る。一方、Zrが過剰の組成では、様相は劇的に変化しており、c軸配向粒子が支配的となっている。そして、Ba/Zr=0.75の場合は、完全にc軸配向膜になっている。このことから、Ba/Zr=0.75に設定すると、超電導体膜を、所望のc軸配向膜にすることができる。 FIG. 8 is a diagram showing XRD patterns of the three SmBa 2 Cu 3 O 7 films produced. As shown in FIG. 8, in the case of the stoichiometric composition (Ba / Zr = 1.00), a strong k00 reflection peak is observed, and it can be seen that the a-axis oriented particles grow dominantly. On the other hand, when the composition is excessive in Zr, the appearance changes dramatically, and c-axis oriented particles are dominant. When Ba / Zr = 0.75, the film is completely a c-axis alignment film. From this, when Ba / Zr = 0.75 is set, the superconductor film can be a desired c-axis alignment film.

図9は、作製した3つのSmBaCuO膜の電気抵抗率の温度依存性を示す図である。a軸配向した粒子の混在は、超電導電流の流れを疎害するので、臨界電流密度を低下させる。したがって、同じ電流を流して測定した電気抵抗率の温度依存性に見られるTは、a軸配向膜においては低くなる。一方、Tは、c軸配向膜においては高くなる。なお、電気温度依存性を調査するにあたって、測定を四端子法により行い、3mm幅の超電導膜に0.1mAの電流を流して測定を行った。 FIG. 9 is a diagram showing the temperature dependence of the electrical resistivity of the three produced SmBa 2 Cu 3 O 7 films. Mixing of a-axis oriented particles detracts from the flow of the superconducting current, and thus reduces the critical current density. Therefore, Tc seen in the temperature dependence of the electrical resistivity measured by applying the same current is low in the a-axis alignment film. On the other hand, Tc is high in the c-axis alignment film. When investigating the electrical temperature dependence, the measurement was carried out by the four-terminal method, and a current of 0.1 mA was passed through a 3 mm wide superconducting film.

Ba/Zr=0.75の膜の厚みを100,10,3 nmと変化させて、同様のSmBaCuO膜を成膜したところ、得られた超電導体膜のXRDパターンにおいて、有為の差は認められなかった。これは、Ba-Zr-O膜の膜厚によらず、表面に露出しているZr酸化物の量が、略一定であることの現れであるといえる。このことから、Zr酸化物は、Ba-Zr-O膜において、膜の厚さ方向に均一に分布していると考えられる。これを実現できる形態としては、例えば、Zr酸化物が膜中に均一分散しているか、または、BZO粒界に析出している場合等が考えられる。 When a similar SmBa 2 Cu 3 O 7 film was formed by changing the thickness of Ba / Zr = 0.75 to 100, 10, 3 nm, the XRD pattern of the obtained superconductor film was No difference was found. This is a manifestation that the amount of Zr oxide exposed on the surface is substantially constant regardless of the film thickness of the Ba—Zr—O film. From this, it is considered that the Zr oxide is uniformly distributed in the thickness direction of the film in the Ba—Zr—O film. As a form capable of realizing this, for example, the case where the Zr oxide is uniformly dispersed in the film or is precipitated at the BZO grain boundary can be considered.

V.本発明基材上に形成した超電導体膜のc軸配向性に係る調査
MgO (100) 単結晶を基板とし、その上に、スパッタ法により、BZO薄膜またはBZOおよびZr酸化物の複合体薄膜を成膜して基材を作製した後に、その基材上に、Y0.9La0.2Ba1.9CuO膜を成膜した。成膜装置には、調査IVと同じオフアクシス型スパッタ装置を使用した。スパッタターゲットとしては、BaZrO焼結体およびY0.9La0.2Ba1.9CuO焼結体を用いた。そして、基板上に堆積するBa-Zr-O薄膜の組成比Ba/Zrが1.00および0.75の2種類の基材を作製した。
V. Investigation on c-axis orientation of superconductor film formed on substrate of the present invention
MgO (100) single crystal as a substrate, thereon by sputtering, after forming the base material by forming a complex film of BZO thin film or BZO and Zr oxides, onto the substrate, Y 0 A .9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film was deposited. The same off-axis sputtering apparatus as used in Survey IV was used as the film forming apparatus. As the sputtering target, BaZrO 3 sintered body and Y 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 sintered body were used. Then, two types of base materials having a composition ratio Ba / Zr of 1.00 and 0.75 of the Ba—Zr—O thin film deposited on the substrate were produced.

上記組成比のBa-Zr-O薄膜を10nm堆積した後に、Y0.9La0.2Ba1.9CuO膜を200nm成膜した。アルゴン-酸素比を12:1とし、チャンバー内圧力を120 mTorr とした。また、基板温度を730℃とし、直流プラズマによってターゲット材をスパッタし、成膜を行った。電流、電圧の値としては、それぞれ、0.70A、125Vを使用した。また、成膜後はヒーターを切り、酸素を300 Torr まで導入して、急冷した。 After depositing a Ba—Zr—O thin film having the above composition ratio to 10 nm, a Y 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film was formed to a thickness of 200 nm. The argon-oxygen ratio was 12: 1 and the pressure in the chamber was 120 mTorr. Further, the substrate temperature was set to 730 ° C., and the target material was sputtered by direct current plasma to form a film. As values of current and voltage, 0.70 A and 125 V were used, respectively. After the film formation, the heater was turned off and oxygen was introduced to 300 Torr, followed by rapid cooling.

XRD回折より作製した超電導体膜は、いずれも、c軸配向膜であることが解った。005回折ピークのロッキングカーブの半値幅を測定したところ、Ba/Zr=1.00および0.75の試料について、それぞれ、0.830°と0.261°であった。この結果は、後者の方が、c軸方向がより揃った結晶粒子で構成されている超電導体膜であることを示している。   It was found that all superconductor films prepared by XRD diffraction were c-axis oriented films. When the half width of the rocking curve of the 005 diffraction peak was measured, the samples of Ba / Zr = 1.00 and 0.75 were 0.830 ° and 0.261 °, respectively. This result shows that the latter is a superconducting film composed of crystal grains having a more uniform c-axis direction.

図10は、上記二つのY0.9La0.2Ba1.9CuO膜の超電導体膜表面の原子間力顕微鏡像を示す図であり、一辺が2μmの領域について得られた像を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing an atomic force microscope image of the surface of the superconductor film of the two Y 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 films, and was obtained for a region having a side of 2 μm. It is a figure which shows an image.

図10に示すように、両者ともに、超電導体が有する正方晶の結晶系を反映した四角い結晶粒が並んだ組織を有している。また、Ba/Zr=1.00の試料よりも、 Ba/Zr=0.75の試料の方が、超電導体の結晶粒のサイズが大きくなっている。これは、Ba/Zr=0.75の試料において、基材表面に存在していたZr酸化物の作用により液相が生成したために、基材上における横方向の結晶成長が促進されたためであると考えられる。   As shown in FIG. 10, both have a structure in which square crystal grains reflecting the tetragonal crystal system of the superconductor are arranged. In addition, the size of the superconductor crystal grains is larger in the Ba / Zr = 0.75 sample than in the Ba / Zr = 1.00 sample. This is because in the sample with Ba / Zr = 0.75, the liquid phase was generated by the action of the Zr oxide existing on the surface of the base material, so that the lateral crystal growth on the base material was promoted. it is conceivable that.

超電導体結晶粒の結晶成長の初期において、基材表面に沿った横方向の粒成長が促進されることは、c軸方向がより一層揃った結晶粒の縦方向の成長に好都合な結晶基盤の形成を促すことになる。この結果、ロッキングカーブの半値幅に見られるような配向性の向上が得られるのである。 In the initial stage of crystal growth of superconductor grains, the lateral grain growth along the substrate surface is promoted, which is advantageous for the longitudinal growth of grains with a more uniform c-axis direction. Encourage formation. As a result, an improvement in orientation as seen in the half width of the rocking curve can be obtained.

これら2つの試料について抵抗率の温度依存性を測定したところ、Tは両者とも88Kであった。また、77Kにおける臨界電流密度Jは、Ba/Zr=1.00およびBa/Zr=0.75の試料で、それぞれ、6.0×10A/cm、および、2.2×10A/cmであり、c軸方向がより揃った結晶粒で構成された超電導体膜である後者の方が、高い値を示した。 When the temperature dependence of the resistivity of these two samples was measured, both Tc were 88K. The critical current density J c at 77K is 6.0 × 10 4 A / cm 2 and 2.2 × 10 for the samples with Ba / Zr = 1.00 and Ba / Zr = 0.75, respectively. The latter, which is a superconductor film composed of crystal grains with 5 A / cm 2 and more aligned in the c-axis direction, showed a higher value.

Ba/Zr=1.00またはBa/Zr=0.75として、同一のスパッタターゲットを使用してY0.9La0.2Ba1.9CuO膜を3ヶ月間にわたって継続的に作製した。Ba/Zr=1.00の場合は、13回目の成膜からa軸配向粒子の混在が認められるようになった。この配向再現性の欠如は、成膜回数が増えていくにつれて、少しずつ成膜条件が変化していくことが原因しているものと考えられる。成膜条件の変化を引き起こす要因としては、ターゲット表面の損耗や変質が第一に考えられる。一方、Ba/Zr=0.75の場合は、20回目を超えても、なお配向再現性の良いc軸配向膜が得られている。 With Ba / Zr = 1.00 or Ba / Zr = 0.75, using the same sputter target, Y 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film was continuously applied for 3 months. Produced. In the case of Ba / Zr = 1.00, a-axis-oriented particles were mixed from the 13th film formation. This lack of orientation reproducibility is considered to be caused by the fact that the film formation conditions gradually change as the number of film formation increases. As a factor that causes a change in the film forming conditions, firstly, wear and deterioration of the target surface are considered. On the other hand, when Ba / Zr = 0.75, a c-axis alignment film with good alignment reproducibility is obtained even after the 20th time.

以下に示す表1は、同一のスパッタターゲットを使用してY0.9La0.2Ba1.9CuO膜を3ヶ月間にわたって継続的に作製した際に得られる超電導体膜の配向性を調べた結果である。使用頻度にもよるが、本発明者が定常的に行っている実験サイクルでは、約3ヶ月で急激に超電導体膜の膜質が低下し、ターゲットを交換している。 Table 1 below shows the superconducting film obtained when a Y 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film is continuously produced over 3 months using the same sputter target. It is the result of investigating the orientation. Although depending on the frequency of use, in the experimental cycle that the present inventor routinely performs, the film quality of the superconductor film suddenly deteriorates in about 3 months, and the target is exchanged.

新品のスパッタターゲットを使用し始めてから1、5、および、10週目に、Ba-Zr-O膜の組成を変えて、Y0.9La0.2Ba1.9CuO膜(膜厚100nm)を成膜し、XRDパターンの200および006ピークの強度比を調べた。 In the first, fifth, and tenth weeks after starting to use a new sputter target, the composition of the Ba-Zr-O film was changed, and Y 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film ( A film thickness of 100 nm) was formed, and the intensity ratio of the 200 and 006 peaks of the XRD pattern was examined.

[表1]
[Table 1]

表1に示すように、Ba/Zrの値が0.65 ≦ Ba/Zr ≦ 0.98の範囲の時、10週目を経過してもなおa軸配向粒子の混在を示す200ピークが観測されなかった。したがって、Ba/Zrの値を0.65 ≦ Ba/Zr ≦ 0.98に設定すると、極めて優れたc軸配向を有する超電導体膜を作製することができる。   As shown in Table 1, when the Ba / Zr value is in the range of 0.65 ≦ Ba / Zr ≦ 0.98, a 200 peak indicating a mixture of a-axis oriented particles is observed even after the 10th week. Was not. Therefore, when the value of Ba / Zr is set to 0.65 ≦ Ba / Zr ≦ 0.98, a superconductor film having an extremely excellent c-axis orientation can be produced.

前述したように、本発明によれば、a軸配向粒子の混在がほとんどなく、略c軸配向粒子のみからなるとともに、基材の結晶方位に揃った結晶方位を有する配向性に優れたYBCO系高温超電導体膜を再現性良く作製することができる。また、本発明は、YBCO系高温超電導体と結晶格子の整合性が多少悪い材料からなる基材にも適用することができる。さらに、本発明においては、多種多様な基材材料を用いて、高品質のYBCO系高温超電導体膜を確実に製造することができる。よって、本発明は、超電導体膜を素材とする産業において、利用可能性が大きいものである。   As described above, according to the present invention, there is almost no mixture of a-axis oriented particles, only a substantially c-axis oriented particle, and a YBCO system excellent in orientation having a crystal orientation aligned with the crystal orientation of the substrate. A high-temperature superconductor film can be produced with good reproducibility. The present invention can also be applied to a substrate made of a material with slightly poor matching between the YBCO high temperature superconductor and the crystal lattice. Furthermore, in the present invention, a high-quality YBCO-based high-temperature superconductor film can be reliably manufactured using a wide variety of base materials. Therefore, the present invention has great applicability in industries using superconducting films.

本発明の一実施形態の配向再現性に優れたYBCO系高温超電導体成膜用基材を使用した成膜過程を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the film-forming process using the base material for YBCO type | system | group high temperature superconductor film-forming excellent in the orientation reproducibility of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の配向再現性に優れたYBCO系高温超電導体成膜用基材を使用した成膜過程を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the film-forming process using the base material for YBCO type | system | group high temperature superconductor film-forming excellent in the orientation reproducibility of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の配向再現性に優れたYBCO系高温超電導体成膜用基材を使用した成膜過程を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the film-forming process using the base material for YBCO type | system | group high temperature superconductor film-forming excellent in the orientation reproducibility of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の配向再現性に優れたYBCO系高温超電導体成膜用基材を使用した成膜過程を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the film-forming process using the base material for YBCO type | system | group high temperature superconductor film-forming excellent in the orientation reproducibility of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の配向再現性に優れたYBCO系高温超電導体成膜用基材を使用した成膜過程を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the film-forming process using the base material for YBCO type | system | group high temperature superconductor film-forming excellent in the orientation reproducibility of one Embodiment of this invention. 超電導体c軸配向膜の表面組織の模式図である。It is a schematic diagram of the surface structure of a superconductor c-axis alignment film. 図2に示す超電導体c軸配向膜を横方向から見た組織の模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the structure of the superconductor c-axis alignment film shown in FIG. 2 viewed from the lateral direction. 基材表面の結晶方位の揃った部分に原子層レベルの段差があり、その段差が超電導体のc軸方向の原子層間隔よりも大きい場合の超電導体膜と基材の界面近傍を示した模式図である。Schematic showing the vicinity of the interface between the superconductor film and the substrate when there is a step at the atomic layer level in the portion where the crystal orientation is aligned on the surface of the substrate, and the step is larger than the atomic layer spacing in the c-axis direction of the superconductor. FIG. 本発明の配向再現性に優れたYBCO系高温超電導体成膜用基材の他の実施形態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of a YBCO-based high-temperature superconductor film-forming substrate excellent in orientation reproducibility of the present invention. 本発明の配向再現性に優れたYBCO系高温超電導体成膜用基材の他の実施形態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of a YBCO-based high-temperature superconductor film-forming substrate excellent in orientation reproducibility of the present invention. 本発明の配向再現性に優れたYBCO系高温超電導体成膜用基材の他の実施形態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of a YBCO-based high-temperature superconductor film-forming substrate excellent in orientation reproducibility of the present invention. 本発明の配向再現性に優れたYBCO系高温超電導体成膜用基材の他の実施形態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of a YBCO-based high-temperature superconductor film-forming substrate excellent in orientation reproducibility of the present invention. 3つのYb0.9La0.2Ba1.9CuO膜のXRDパターンを示す図であり、006と200ピークの部分を拡大したXRDパターンを示す図である。Is a diagram showing three Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film XRD pattern is a view showing an XRD pattern of an enlarged portion of the 006 and 200 peaks. 3つのYb0.9La0.2Ba1.9CuO膜の電気抵抗率の温度依存性を示す図である。It is a graph showing the temperature dependence of the three Yb 0.9 La 0.2 Ba 1.9 Cu 3 O 7 film electrical resistivity. 3つのSmBaCuO膜のXRDパターンを示す図である。It is a diagram showing three SmBa 2 Cu 3 O 7 film XRD pattern. 3つのSmBaCuO膜の電気抵抗率の温度依存性を示す図である。It is a graph showing the temperature dependence of the three SmBa 2 Cu 3 O 7 film electrical resistivity. 2つの試料の超電導体膜表面の原子間力顕微鏡像を示す図であり、一辺が2μmの領域について得られた像を示す図である。It is a figure which shows the atomic force microscope image of the superconductor film | membrane surface of two samples, and is a figure which shows the image acquired about the area | region whose one side is 2 micrometers. 従来の超電導体膜の成膜方法および問題点を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the film-forming method and problem of the conventional superconductor film | membrane. 従来の超電導体膜の成膜方法および問題点を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the film-forming method and problem of the conventional superconductor film | membrane. 従来の超電導体膜の成膜方法および問題点を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the film-forming method and problem of the conventional superconductor film | membrane. 従来の超電導体膜の成膜方法および問題点を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the film-forming method and problem of the conventional superconductor film | membrane. 従来の超電導体膜の成膜方法および問題点を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the film-forming method and problem of the conventional superconductor film | membrane.

1 欠陥部位
2 単結晶基材
3、52、55 ZrまたはZr酸化物
4、30、31、45、46 基材
5 表面
8、105 c軸配向粒子
9 c軸方向
10 液相
11、47、48 超電導体膜
21、24、43、44 超電導体結晶粒
41、42 原子層レベルの段差
50、53、56、59 基板
51 薄膜
54、58、61 酸化物複合体薄膜
57、62 粒界
60 中間層
100 単結晶基材
101 欠陥部位
104 アウトグロース結晶粒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Defect site 2 Single crystal base material 3, 52, 55 Zr or Zr oxide 4, 30, 31, 45, 46 Base material 5 Surface 8, 105 c-axis oriented particle 9 c-axis direction 10 Liquid phase 11, 47, 48 Superconductor film 21, 24, 43, 44 Superconductor crystal grain 41, 42 Steps at atomic layer level 50, 53, 56, 59 Substrate 51 Thin film 54, 58, 61 Oxide composite thin film 57, 62 Grain boundary 60 Intermediate layer 100 Single crystal base material 101 Defect site 104 Outgrowth crystal grain

Claims (8)

結晶方位の揃った結晶相と、その結晶相に属さないZrまたはZr酸化物とが、表面に露出していることを特徴とするYBCO系高温超電導体成膜用基材。 And a uniform crystal orientation crystal phase, the crystalline phase do not belong Zr or Zr oxide, YBCO system characterized that you have exposed on the surface high-temperature superconductor film-forming substrate. 前記結晶相が単結晶であることを特徴とする請求項1に記載のYBCO系高温超電導体成膜用基材。 2. The YBCO-based high-temperature superconductor film-forming substrate according to claim 1, wherein the crystal phase is a single crystal. 前記結晶相が基板および基板上の薄膜で構成されていることを特徴とする請求項1に記載のYBCO系高温超電導体成膜用基材。 2. The YBCO-based high-temperature superconductor film-forming substrate according to claim 1, wherein the crystal phase is composed of a substrate and a thin film on the substrate. 前記薄膜がZrまたはZr酸化物を含む酸化物複合体であることを特徴とする請求項3に記載のYBCO系高温超電導体成膜用基材。   4. The YBCO-based high-temperature superconductor film-forming substrate according to claim 3, wherein the thin film is an oxide composite containing Zr or a Zr oxide. 前記結晶相において MgO、SrTiO3、LaAlO3、Sr2AlTaO6、YSZ、LaGaO3、NdGaO3、PrGaO3、YAlO3、BaSnO3、BaZrO3、Ba2NdTaO6、SrSnO3、CaSnO3、LaSrGaO4、LaSrAlO4 および CeO2 のいずれか一つまたは二つ以上からなる複合酸化物が表面に露出していることを特徴とする請求項1、2、3または4に記載のYBCO系高温超電導体成膜用基材。 MgO in the crystalline phase, SrTiO 3, LaAlO 3, Sr 2 AlTaO 6, YSZ, LaGaO 3, NdGaO 3, PrGaO 3, YAlO 3, BaSnO 3, BaZrO 3, Ba 2 NdTaO 6, SrSnO 3, CaSnO 3, LaSrGaO 4 5. The YBCO-based high-temperature superconductor composition according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein a composite oxide composed of one or more of LaSrAlO 4 and CeO 2 is exposed on the surface. Membrane substrate. 前記結晶相において BaSnO3、BaZrO3 および Ba2NdTaO6 のいずれか一つまたは二つ以上からなる複合酸化物が表面に露出していることを特徴とする請求項1、2、3または4に記載のYBCO系高温超電導体成膜用基材。 The composite oxide comprising any one or more of BaSnO 3 , BaZrO 3 and Ba 2 NdTaO 6 is exposed on the surface in the crystal phase . The base material for YBCO type high temperature superconductor film formation as described. 前記基板上の薄膜がBaZrO3 とZr酸化物との複合体であり、下記組成比を満たすことを特徴とする請求項3又は4に記載のYBCO系高温超電導体成膜用基材。
0.65 ≦ Ba/Zr ≦ 0.98
5. The YBCO-based high-temperature superconductor film-forming substrate according to claim 3, wherein the thin film on the substrate is a composite of BaZrO 3 and a Zr oxide and satisfies the following composition ratio.
0.65 ≤ Ba / Zr ≤ 0.98
請求項1〜7のいずれかに記載のYBCO系高温超電導体成膜用基材を用いて超電導体膜を作製することを特徴とするYBCO系高温超電導体膜の作製方法。   A method for producing a YBCO-based high-temperature superconductor film, comprising producing a superconductor film using the YBCO-based high-temperature superconductor film-forming substrate according to any one of claims 1 to 7.
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