JP5292054B2 - Thin film laminate and manufacturing method thereof, oxide superconducting conductor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film laminate making an intermediate layer thinner and also facilitating the manufacture thereof, while maintaining high crystal orientation properties. <P>SOLUTION: The thin film laminate is formed by laminating: an intermediate layer 12 made of a material capable of forming crystal orientation in a range where a half width (&Delta;&phiv;) of crystal axis dispersion in a direction within a plane formed by an ion beam assist method (IBAD method) on a metal base 11 is from 11&deg; to 13&deg;; and a cap layer 13 having a fluorite crystal structure or the equivalent crystal structure directly formed on the intermediate layer by a film forming method and crystal orientation properties showing a &Delta;&phiv; of 8&deg; or below in a film thickness of 100 nm or above, which is better than the crystal orientation properties of the intermediate layer, and a &Delta;&phiv; of 5&deg; or below in a film thickness of 300 nm or above. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、薄膜積層体とその製造方法及び酸化物超電導導体とその製造方法に係り、より詳細には、積層数を少なくして各層の膜厚を薄くしても良好な結晶配向性を維持しつつ、製造効率化を図ることができる技術に関する。   The present invention relates to a thin film laminate and a manufacturing method thereof, and an oxide superconducting conductor and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention maintains good crystal orientation even if the number of layers is reduced and the thickness of each layer is reduced. In addition, the present invention relates to a technique that can improve manufacturing efficiency.

近年になって発見されたRE−123系酸化物超電導体(REBaCu7−X:REはYを含む希土類元素)は、液体窒素温度以上で超電導性を示すことから実用上極めて有望な素材とされており、これを線材に加工して電力供給用の導体として用いることが強く要望されている。
そして、この種の酸化物超電導体を得るために、金属基板上に熱膨張率や格子定数等の物理的な特性値が基板と超電導体との中間的な値を示すYSZ(イットリア安定化ジルコニア)、SrTiO、MgO等の材料から成る中間層(バッファー層)を形成し、この中間層の上に酸化物超電導層を形成することが行われている。
しかし、一般的な成膜法により基板上に得られた中間層は、その結晶を構成するa軸、b軸、c軸を個別に見ると、基板面に対して直角にc軸は配向するものの、基板面内でa軸(又はb軸)がほぼ同一の方向には面内配向しないため、この上に形成される酸化物超電導層もa軸(又はb軸)がほぼ同一の方向に面内配向せず、結果的に臨界電流密度Jcが向上しないという問題があった。
The RE-123 oxide superconductor discovered recently (REBa 2 Cu 3 O 7-X, where RE is a rare earth element including Y) is extremely promising in practice because it exhibits superconductivity above liquid nitrogen temperature. There is a strong demand for processing this into a wire and using it as a conductor for power supply.
In order to obtain this kind of oxide superconductor, YSZ (yttria-stabilized zirconia) in which physical characteristic values such as thermal expansion coefficient and lattice constant are intermediate values between the substrate and the superconductor on the metal substrate. ), An intermediate layer (buffer layer) made of a material such as SrTiO 3 or MgO is formed, and an oxide superconducting layer is formed on the intermediate layer.
However, in the intermediate layer obtained on the substrate by a general film forming method, when the a-axis, b-axis, and c-axis constituting the crystal are individually viewed, the c-axis is oriented perpendicular to the substrate surface. However, since the a-axis (or b-axis) is not aligned in the same direction in the substrate plane, the oxide superconducting layer formed thereon also has the a-axis (or b-axis) in the same direction. There was a problem that the in-plane orientation was not achieved, and as a result, the critical current density Jc was not improved.

従来から、結晶配向制御を行うための方法として、金属テープを圧延熱処理することにより配向させるRabits法(Rolling Assisted Biaxially textured substrate)とイオンビームアシスト法(IBAD法:Ion Beam Assisted Deposition)が知られている。
イオンビームアシスト法は、結晶配向の問題を解決する有力な技術であり、スパッタリング法によりターゲットから叩き出した構成粒子を基材上に堆積させる際に、イオン銃から発生されたアルゴンイオンと酸素イオン等を同時に斜め方向(例えば基板法線に対し45°や55°方向)から照射しながら粒子堆積させるもので、この方法によれば、基材上の成膜面に対して、高いc軸配向性及びa軸面内配向性を有する中間層が得られる。
図8及び図9は、前記IBAD法により、中間層をなす多結晶薄膜を基材上に形成した一例を示すものであり、図8において100は板状の基材、110は基材100の上面に形成された中間層を示している。
前記中間層110は微細な結晶粒120の集合体であり、各結晶粒120の結晶軸のc軸は基材100の上面(成膜面)に対して直角に向けられ、各結晶粒120の結晶軸のa軸どうしおよびb軸どうしは、互いに同一方向に向けられて面内配向されている。そして、各結晶粒120のa軸(あるいはb軸)どうしは、それらのなす角度(図7に示す粒界傾角K)を30度以内にして配向制御されている。
Conventionally, as a method for controlling crystal orientation, a Rabits method (Rolling Assisted Biaxially textured substrate) and an ion beam assisted method (IBAD method: IBAD method) are known. Yes.
The ion beam assist method is a powerful technique for solving the problem of crystal orientation. Argon ions and oxygen ions generated from an ion gun are deposited when depositing constituent particles knocked out of a target by sputtering. Etc. are simultaneously deposited in an oblique direction (for example, 45 ° or 55 ° with respect to the substrate normal), and according to this method, a high c-axis orientation is formed with respect to the film formation surface on the substrate. And an intermediate layer having a-axis in-plane orientation can be obtained.
8 and 9 show an example in which a polycrystalline thin film forming an intermediate layer is formed on a substrate by the IBAD method. In FIG. 8, 100 is a plate-like substrate, and 110 is a substrate 100. The intermediate | middle layer formed in the upper surface is shown.
The intermediate layer 110 is an aggregate of fine crystal grains 120, and the c-axis of the crystal axis of each crystal grain 120 is oriented perpendicular to the upper surface (film formation surface) of the substrate 100. The crystal axes a-axis and b-axis are oriented in the same direction in the same direction. The orientations of the a-axes (or b-axes) of the crystal grains 120 are controlled so that the angle between them (the grain boundary tilt angle K shown in FIG. 7) is within 30 degrees.

IBAD法は、線材の機械的特性が優れるとともに安定した高特性が得られ易い等、実用性の高い製法であると言われているが、従来、IBAD法によって成膜された中間層(以下、「IBAD中間層」ともいう。)は、1000nm程度の膜厚がないと良好な配向性が得られないとされていた。一方、無配向の金属テープ上でイオンビーム衝撃によって結晶配向制御を行う関係で、IBAD法は成膜速度が3nm/分程度と遅いため、成膜に時間が掛かり、生産性の点で問題があった。
これらの問題を解決する方法として、YSZ、GdZr(以下、GZOと略記する)等の蛍石系結晶構造の酸化物を用いる場合と、MgO等の岩塩系結晶構造の酸化物を用いる場合があり、精力的に開発研究が進められている。更に、これらの中でも岩塩系結晶構造の酸化物は、YSZやGZO等の蛍石系結晶構造の酸化物とは異なり、更に第3の層を介在させて積層した薄膜構造であっても十分な配向性を示すとされ、種々の研究開発がなされている。
The IBAD method is said to be a highly practical production method, such as excellent mechanical properties of the wire and easy to obtain stable high properties. Conventionally, an intermediate layer formed by the IBAD method (hereinafter, referred to as IBAD method) "IBAD intermediate layer") was said to have no good orientation without a film thickness of about 1000 nm. On the other hand, because the crystal orientation is controlled by ion beam bombardment on non-oriented metal tape, the IBAD method has a slow film formation speed of about 3 nm / min. there were.
As a method for solving these problems, an oxide having a fluorite crystal structure such as YSZ or Gd 2 Zr 2 O 7 (hereinafter abbreviated as GZO) or an oxide having a rock salt crystal structure such as MgO is used. Development research is being actively pursued. Further, among these, oxides having a rock salt crystal structure are different from oxides having a fluorite crystal structure such as YSZ and GZO, and even a thin film structure in which a third layer is interposed is sufficient. Various research and developments have been made due to its orientation.

前記GZO等の蛍石系結晶構造の酸化物を用いる場合、IBAD−GZO層/CeO層/超電導層の積層構造が研究され、MgO等の岩塩系結晶構造の酸化物を用いる場合、IBAD−MgO層/エピタキシャル成長MgO層/LaMnO層/超電導層の積層構造、IBAD−MgO層/LaMnO/超電導層の積層構造、IBAD−MgO層/LaMnO層/CeO層/超電導層の積層構造が研究されている。
例えば、特許文献1には、金属基板上に2000nm以下の厚さの中間層を形成後、50nm以上の厚さのCeOのキャップ層を形成することが開示され、特許文献1の実施例にはハステロイ金属基板上にGZO膜とCeO層を積層した構造が開示されている。
特許文献2には、IBAD−MgO層/エピタキシャル成長MgO層上に、HfO層あるいは、CeO、Y、LaO、ScO、CaO、MgOのいずれかを含むHfO層を積層した構造が開示されている。
When an oxide having a fluorite crystal structure such as GZO is used, a laminated structure of IBAD-GZO layer / CeO 2 layer / superconducting layer is studied. When an oxide having a rock salt crystal structure such as MgO is used, IBAD- Laminated structure of MgO layer / epitaxially grown MgO layer / LaMnO 3 layer / superconducting layer, laminated structure of IBAD-MgO layer / LaMnO 3 / superconducting layer, laminated structure of IBAD-MgO layer / LaMnO 3 layer / CeO 2 layer / superconducting layer It has been studied.
For example, Patent Document 1 discloses forming a CeO 2 cap layer having a thickness of 50 nm or more after forming an intermediate layer having a thickness of 2000 nm or less on a metal substrate. Discloses a structure in which a GZO film and a CeO 2 layer are stacked on a Hastelloy metal substrate.
Patent Document 2 discloses a structure in which an HfO layer or an HfO layer containing any one of CeO 2 , Y 2 O 3 , LaO, ScO, CaO, and MgO is stacked on an IBAD-MgO layer / epitaxially grown MgO layer. ing.

特許文献3には、IBAD−MgO層/エピタキシャル成長MgO層の上に、CeO、YSZ、SrTiO、SrRuO、LaMnO、Y、EuCuO、NdCuO、YCuO、RECuO等が並列的に表記されている。
特許文献4には、IBAD−MgO層/YSZ層/CeO層の積層構造が開示され、特許文献5には、IBAD−MgO層/SrRuO層/CeO層の積層構造が開示され、特許文献6、7には、IBAD−MgO層/YSZ層/CeO層の積層構造が開示され、特許文献8には、IBAD−MgO層/Ln層MnO層/CeO層の積層構造が開示されている。
また、非特許文献1には、単結晶MgOの上に、CeO層を生成する場合、MgOとCeO層との間にBaSnO等の膜を介在させた方が、結晶性が良好となると記載され、非特許文献2には、IBAD−MgO層/LaMnO層/CeO層/超電導層の積層構造が開示されている。
特許第3854551号公報 米国特許第7258927号明細書 米国特許第6921741号明細書 米国特許第6843898号明細書 米国特許第6800591号明細書 米国特許第6716545号明細書 米国特許第6312819号明細書 M.Mukaida et al. “Hetero-Epitaxial Growth of CeO2 Film on MgO Substrates ”JJAP vol.44 No.10 (2005) ppL318-321 2008年度春季低温工学学会予稿集 pp.109-112
In Patent Document 3, CeB 2 , YSZ, SrTiO 3 , SrRuO 3 , LaMnO 3 , Y 2 O 3 , Eu 2 CuO 4 , Nd 2 CuO 4 , Y 2 CuO are formed on the IBAD-MgO layer / epitaxially grown MgO layer. 4 , RE 2 CuO 4 and the like are written in parallel.
Patent Document 4 discloses a laminated structure of IBAD-MgO layer / YSZ layer / CeO 2 layer, and Patent Document 5 discloses a laminated structure of IBAD-MgO layer / SrRuO 3 layer / CeO 2 layer. Documents 6 and 7 disclose a laminated structure of IBAD-MgO layer / YSZ layer / CeO 2 layer, and Patent Document 8 discloses a laminated structure of IBAD-MgO layer / Ln layer MnO 3 layer / CeO 2 layer. Has been.
Further, in Non-Patent Document 1, when a CeO 2 layer is formed on a single crystal MgO, the crystallinity is better when a film such as BaSnO 3 is interposed between the MgO and the CeO 2 layer. Non-Patent Document 2 discloses a laminated structure of IBAD-MgO layer / LaMnO 3 layer / CeO 2 layer / superconducting layer.
Japanese Patent No. 3854551 US Pat. No. 7,258,927 US Pat. No. 6,921,741 US Pat. No. 6,843,898 US Pat. No. 6,800,701 US Pat. No. 6,716,545 US Pat. No. 6312819 M.Mukaida et al. “Hetero-Epitaxial Growth of CeO2 Film on MgO Substrates” JJAP vol.44 No.10 (2005) ppL318-321 Proceedings of the 2008 Spring Cryogenic Engineering Society pp.109-112

しかしながら、蛍石系結晶構造の酸化物を用いる前者の技術においては積層の構造が単純で成膜条件が広く、長尺化が先行して進んだが、中間層膜厚を厚くする必要があるために、生産速度が遅くなるほか、膜の内部応力が大きくなって基材が反り返るという問題があった。
また、岩塩系結晶構造の酸化物を用いる後者の方法は、前述の問題を抜本的に解決するものとして期待されているが、これらの方法は、前述の特許文献にも開示されている通り、数10nm以下の非常に薄い膜を多数積層する方法であるため、長尺にわたって同一の狭い成膜条件を維持するために多くのノウハウを要し、生産効率が悪く、生産コストが上昇し易いという問題があった。
However, in the former technique using an oxide having a fluorite crystal structure, the laminated structure is simple, the film forming conditions are wide, and the lengthening has been advanced, but it is necessary to increase the thickness of the intermediate layer. In addition, the production rate is slow, and the internal stress of the film increases, causing the substrate to warp.
In addition, the latter method using an oxide having a rock salt crystal structure is expected to drastically solve the above-mentioned problem, but these methods are disclosed in the above-mentioned patent document, Because it is a method of laminating a number of very thin films of several tens of nanometers or less, it requires a lot of know-how to maintain the same narrow film formation conditions over a long length, resulting in poor production efficiency and high production costs. There was a problem.

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、良好な結晶配向性を維持しつつも中間層を薄膜化し、製造も容易とすることができる薄膜積層体を提供することを1つの目的とする。
また、本発明は、良好な結晶配向性を維持しつつも中間層を薄膜化し、製造も容易として生産性に優れ、結晶配向性が良好で、臨界電流密度が高く超電導特性の良好な酸化物超電導導体を提供することを他の1つの目的とする。
The present invention has been devised in view of such conventional circumstances, and provides a thin film laminate that can be manufactured easily while reducing the thickness of the intermediate layer while maintaining good crystal orientation. This is one purpose.
In addition, the present invention provides an oxide that has a good crystal orientation, a thin intermediate layer, is easy to manufacture, is excellent in productivity, has a good crystal orientation, a high critical current density, and a good superconducting property. Another object is to provide a superconducting conductor.

上記の課題を解決するため本発明は、金属基材上に、イオンビームシスト法(IBAD法)により形成された面内方向の結晶軸分散の半値幅(Δφ)において15°以下に結晶配向された膜厚50nm以下のMgOからなる中間層と、該中間層上に成膜法により直に形成された蛍石系結晶構造の100nm以上600nm以下の膜厚のキャップ層であって、100nm以上300nm未満の膜厚では前記中間層の結晶配向性よりも優れたΔφ=8゜以下となる結晶配向性であり、かつ、300nm以上600nm以下の膜厚でΔφ=5゜以下となる結晶配向性のCeOからなるキャップ層とが積層されてなることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a crystal orientation of 15 ° or less on a half-value width (Δφ) of crystal axis dispersion in an in-plane direction formed by an ion beam cyst method (IBAD method) on a metal substrate. An intermediate layer made of MgO having a film thickness of 50 nm or less, and a cap layer having a film thickness of 100 nm or more and 600 nm or less of a fluorite-based crystal structure formed directly on the intermediate layer by a film forming method. When the film thickness is less than that, the crystal orientation is Δφ = 8 ° or less , which is superior to the crystal orientation of the intermediate layer , and when the film thickness is 300 nm or more and 600 nm or less, Δφ = 5 ° or less. A cap layer made of CeO 2 is laminated.

本発明において、前記キャップ層の膜厚が100nm以上00nm未満の範囲においてΔφ=5゜以下とされてなることを特徴とするものでも良い。
本発明において、前記中間層の膜厚が5〜10nmであることを特徴とするものでも良い。
本発明において、前記中間層のMgO(200)面と前記キャップ層のCeO(200)面とが共有されていることを特徴とするものでも良い。
本発明の酸化物超電導導体は、先のいずれかに記載の薄膜積層体のキャップ層の上に、RE-123系酸化物超電導体(REBaCu7-x:REはY、La、Nd、Sm、Eu、Gdのいずれかの希土類元素)からなる酸化物超電導層が積層されてなることを特徴とする。
In the present invention, it may be characterized in that the thickness of the cap layer is formed by a [Delta] [phi = 5 ° or less in the 3 range of less than 00nm over 100 nm.
In the present invention, the intermediate layer may have a thickness of 5 to 10 nm.
In the present invention, the MgO (200) plane of the intermediate layer and the CeO 2 (200) plane of the cap layer may be shared.
The oxide superconductor of the present invention has a RE-123 oxide superconductor (REBa 2 Cu 3 O 7-x : RE is Y, La, It is characterized in that an oxide superconducting layer made of Nd, Sm, Eu, or Gd) is laminated.

本発明の薄膜積層体の製造方法は、金属基材上に中間層とキャップ層が積層されてなり、該キャップ層上に酸化物超電導層が積層されて酸化物超電導導体とされる薄膜積層体の製造方法において、金属基材上に、イオンビームアシスト法(IBAD法)により面内方向の結晶軸分散の半値幅(Δφ)において15°以下に結晶配向させた膜厚50nm以下のMgOからなる中間層を形成し、この後に、蛍石系結晶構造、100nm以上600nm以下の膜厚のキャップ層であって、100nm以上300nm未満の膜厚では前記中間層の結晶配向性よりも優れたΔφ=8゜以下の結晶配向性となり、かつ、300nm以上600nm以下の膜厚でΔφ=5゜以下の結晶配向性となるように自己配向するCeOからなるキャップ層を前記中間層上に直に成膜法により形成することを特徴とする。 The method for producing a thin film laminate of the present invention is a thin film laminate in which an intermediate layer and a cap layer are laminated on a metal substrate, and an oxide superconducting layer is laminated on the cap layer to form an oxide superconducting conductor. In this manufacturing method, a metal substrate is made of MgO having a film thickness of 50 nm or less that is crystal-oriented to 15 ° or less in the half-value width (Δφ) of crystal axis dispersion in the in-plane direction by an ion beam assist method (IBAD method). An intermediate layer is formed, and thereafter, a cap layer having a fluorite-based crystal structure and having a thickness of 100 nm to 600 nm and having a thickness of 100 nm to less than 300 nm is superior to the crystal orientation of the intermediate layer. = 8 ° or less in crystal orientation becomes and the intermediate cap layer composed of CeO 2 in a self-aligned so that the following crystalline orientation [Delta] [phi = 5 ° in the film thickness of at least 600nm or less 300nm And forming by directly film-forming method above.

本発明の薄膜積層体の製造方法は、前記キャップ層の膜厚を100nm以上00nm未満の範囲においてΔφ=5゜以下とすることを特徴とする。
本発明の薄膜積層体の製造方法は、前記中間層の膜厚を5〜10nmとすることを特徴とする。
本発明の薄膜積層体の製造方法は、前記MgOからなる中間層上に前記CeOからなるキャップ層をMgO(200)面とCeO(200)面を共有させて結晶成長させることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体の製造方法は、先のいずれかに記載の製造方法により薄膜積層体を製造した後、薄膜積層体のキャップ層の上に、RE-123系酸化物超電導体(REBaCu7-x:REはY、La、Nd、Sm、Eu、Gdのいずれかの希土類元素)からなる酸化物超電導層を積層することを特徴とする。
Method of manufacturing a thin film laminate of the present invention is characterized by the following [Delta] [phi = 5 ° in a range thickness of less than 3 00nm or 100nm of the cap layer.
The method for producing a thin film laminate of the present invention is characterized in that the thickness of the intermediate layer is 5 to 10 nm.
The method for producing a thin film laminate of the present invention is characterized in that the CeO 2 cap layer is crystal-grown on the intermediate layer made of MgO while sharing the MgO (200) plane and the CeO 2 (200) plane. To do.
In the method for producing an oxide superconductor of the present invention, a thin film laminate is produced by any one of the production methods described above, and then an RE-123 oxide superconductor (REBa) is formed on the cap layer of the thin film laminate. 2 Cu 3 O 7-x : RE is characterized by stacking an oxide superconducting layer made of a rare earth element of any one of Y, La, Nd, Sm, Eu, and Gd.

金属基材上に、IBAD法による面内方向結晶軸分散半値幅Δφが15°以下の膜厚50nm以下のMgOからなる中間層と、該中間層上に成膜法により直に形成された100nm以上600nm以下の膜厚のキャップ層であって、100nm以上300nm未満の膜厚ではΔφ=8゜以下となる結晶配向性であり、かつ、300nm以上600nm以下の膜厚でΔφ=5゜以下となる蛍石系結晶構造のCeOからなるキャップ層が積層されてなるので、従来提供されていたIBAD法による中間層と、エピタキシャル成長MgO層、LaMnO層などを介して更にキャップ層を設けた3層以上の構造の薄膜積層体に比べ、中間層とキャップ層の2層構造でそれぞれの膜厚範囲に応じたキャップ層のΔφ=8゜以下、またはΔφ=5゜以下となる薄膜積層体を提供できる。
更に、IBAD−GZO層/CeO層の層構造の従来構造比較すると、膜厚50nm以下のMgOからなる中間層と、100nm以上600nm以下、あるいは、300nm以上600nm以下のそれぞれの膜厚範囲でΔφ=8゜以下、あるいは、Δφ=5゜以下のCeO からなるキャップ層との組み合わせの2層構造によって、従来構造より薄い積層構造であっても優れた結晶配向性の薄膜積層体を実現できる。
An intermediate layer made of MgO having a film thickness of 50 nm or less with an in-plane direction crystal axis dispersion half width Δφ of 15 ° or less by a IBAD method on a metal substrate, and 100 nm directly formed on the intermediate layer by a film forming method above 600nm a capping layer of less thickness, the film thickness of less than 100 nm 300nm is less and Do that crystal orientation [Delta] [phi = 8 °, and, [Delta] [phi = 5 DEG at 600nm following thickness above 300nm since it follows and the cap layer composed of CeO 2 fluorite type crystal structure formed are laminated, and the intermediate layer due been provided conventionally IBAD method, an epitaxial growth MgO layer, a further cap layer via a LaMnO 3 layer Compared to the thin film stack with a structure of three or more layers provided, the cap layer Δφ = 8 ° or less, or Δφ = 5 ° or less depending on the film thickness range in the two-layer structure of the intermediate layer and the cap layer A thin film laminate can be provided.
Moreover, when compared with the conventional structure of the layer structure of the IBAD-GZO layer / CeO 2 layer, an intermediate layer consisting of thickness 50nm following MgO, 100 nm or more 600nm or less, or, in the film thickness range of 300nm or more 600nm or less [Delta] [phi = 8 ° or less, or, [Delta] [phi = the two-layer structure of a combination of 5 degrees comprising the following CeO 2 cap layer, realizing a conventional structure a thinner laminated structure excellent crystal orientation of the thin film stack it can.

また、前記のように従来より薄い薄膜積層体のキャップ層の上に、RE-123系酸化物超電導層(REBaCu7-x:REはY、La、Nd、Sm、Eu、Gdのいずれかの希土類元素)を積層し、結晶配向性が良好であって、超電導特性に優れた薄型の酸化物超電導導体を安価に提供できる効果がある。

In addition, as described above, the RE-123 oxide superconducting layer (REBa 2 Cu 3 O 7-x : RE is Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd on the cap layer of the thin film laminated body thinner than the conventional one. stacking one of rare earth elements) of a good crystal orientation, there is an effect that can be provided at low cost thin oxide superconductor having excellent superconducting properties.

<第一の実施形態>
図1は、本発明に係る薄膜積層体10の一実施形態を模式的に示す図である。
この実施形態の薄膜積層体10は、テープ状の金属基材11上に順に、IBAD法により結晶配向制御した中間層12と、その上に直に成膜法により形成されたキャップ層13を積層して構成されている。そして、この構造の薄膜積層体10のキャップ層13上に図2に示す如く酸化物超電導層15を積層することで酸化物超電導導体16が構成されている。
<First embodiment>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an embodiment of a thin film laminate 10 according to the present invention.
In this embodiment, a thin film laminate 10 is formed by sequentially laminating an intermediate layer 12 whose crystal orientation is controlled by an IBAD method and a cap layer 13 formed directly by a film forming method on a tape-like metal substrate 11. Configured. Then, an oxide superconducting conductor 16 is formed by laminating an oxide superconducting layer 15 on the cap layer 13 of the thin film laminate 10 having this structure as shown in FIG.

前記薄膜積層体10において、金属基材11は、本実施形態ではテープ状のものを用いているが、これに限定されず、例えば板材、線材、条体等の種々の形状のものを用いることができ、例えば、銀、白金、ステンレス鋼、銅、ハステロイ等のニッケル合金等の各種金属材料、もしくは各種金属材料上に各種セラミックスを配したもの、等が挙げられる。   In the thin film laminate 10, the metal substrate 11 is a tape-like material in the present embodiment, but is not limited to this, and for example, a metal substrate 11 having various shapes such as a plate material, a wire material, and a strip is used. Examples thereof include various metal materials such as silver, platinum, stainless steel, copper, nickel alloys such as Hastelloy, and various ceramic materials arranged on various metal materials.

本実施形態において適用するIBAD法により配向制御ができる中間層12を構成する材料は、MgO、NiO、CoO、FeO、MnO、CdO、CaO、SrO、BaO、CrN、TiN、HfN、ZrN、YbN、DyN、CeN、LaN、SrN、SnO、TiOのいずれかであることが好ましく、これらの中でもMgOが好ましい。
本実施形態において、蛍石系およびそれに準じる結晶構造とされたキャップ層13を構成する材料は、CeOあるいはPrOであることが好ましく、これらの中でもCeOが好ましい。
Materials constituting the intermediate layer 12 that can be controlled in orientation by the IBAD method applied in the present embodiment are MgO, NiO, CoO, FeO, MnO, CdO, CaO, SrO, BaO, CrN, TiN, HfN, ZrN, YbN, One of DyN, CeN, LaN, SrN, SnO 2 and TiO 2 is preferable, and among these, MgO is preferable.
In the present embodiment, the material constituting the cap layer 13 having a fluorite system and a crystal structure conforming thereto is preferably CeO 2 or PrO 2 , and among these, CeO 2 is preferable.

また、IBAD法により形成される岩塩系結晶構造を有するMgOなどからなる中間層12においては、面内方向の結晶軸分散の半値幅(Δφ)において15°以下、例えば4°〜15°の範囲、一例を示すと11〜13°の範囲に結晶配向が可能なものから構成されている。ここで中間層12の岩塩系結晶構造を構成するa軸、b軸、c軸を個別に見ると、基材11の成膜面に対して直角にc軸は配向し、成膜面内でa軸(又はb軸)がほぼ同一の方向(面内方向結晶軸分散半値幅Δφが15°以下、例えば、11〜13°の範囲)に面内配向されている。
このIBAD法による中間層12の膜厚は、100nm未満、好ましくは、50nm以下、より好ましくは30nm以下である。これは、MgOの中間層12の場合、膜厚20〜30nmを超えると配向性が低下し始めるためである。
そして、中間層12の上に直に形成された蛍石系およびそれに準じる結晶構造とされたキャップ層13は、100nm以上の膜厚で前記中間層の結晶配向性よりも優れたΔφ=8゜以下となり、300nm以上の膜厚〜1300nmの膜厚でΔφ=5゜以下、より好ましくは4°以下となる結晶配向性が得られたものである。
Further, in the intermediate layer 12 made of MgO having a rock salt crystal structure formed by the IBAD method, the half-value width (Δφ) of crystal axis dispersion in the in-plane direction is 15 ° or less, for example, a range of 4 ° to 15 °. As an example, it is made of a material capable of crystal orientation in the range of 11 to 13 °. Here, when the a-axis, b-axis, and c-axis constituting the rock salt-based crystal structure of the intermediate layer 12 are individually viewed, the c-axis is oriented at right angles to the film formation surface of the substrate 11, and within the film formation surface. The a-axis (or b-axis) is oriented in-plane in substantially the same direction (in-plane direction crystal axis dispersion half width Δφ is 15 ° or less, for example, in the range of 11 to 13 °).
The film thickness of the intermediate layer 12 by this IBAD method is less than 100 nm, preferably 50 nm or less, more preferably 30 nm or less. This is because in the case of the MgO intermediate layer 12, the orientation starts to deteriorate when the film thickness exceeds 20 to 30 nm.
The cap layer 13 formed directly on the intermediate layer 12 and having a crystal structure according to the fluorite system has a film thickness of 100 nm or more and is superior to the crystal orientation of the intermediate layer by Δφ = 8 °. The crystal orientation is obtained as follows: Δφ = 5 ° or less, more preferably 4 ° or less, with a film thickness of 300 nm or more to 1300 nm.

このようなΔφ=8゜以下、あるいは、Δφ=5゜以下の結晶配向性のキャップ層13の上に酸化物超電導層(例えば、YBCO)15をレーザ蒸着等の成膜法により形成する場合、酸化物超電導層15において良好な配向性、高特性を得ることができ、安定した歩留りを得ることができる。
前記キャップ層13をCeO層で構成する場合、CeO層は、全てがCeOからなる必要はなく、Ceの一部が他の金属原子又は金属イオンで一部置換されたCe−M−O系酸化物を含んでいてもよい。このCeO層は、PLD法(パルスレーザ蒸着法)、スパッタリング法等で成膜することができるが、大きな成膜速度を得られる点でPLD法を用いることが望ましい。PLD法によるCeO層の成膜条件としては、基材温度約500〜900℃、約0.6〜40Paの酸素ガス雰囲気中で、レーザーエネルギー密度が1〜5J/cmで行うことができる。
When the oxide superconducting layer (for example, YBCO) 15 is formed on the cap layer 13 having a crystal orientation of Δφ = 8 ° or less or Δφ = 5 ° or less by a film forming method such as laser deposition, Good orientation and high characteristics can be obtained in the oxide superconducting layer 15, and a stable yield can be obtained.
When configuring the cap layer 13 in CeO 2 layer, the CeO 2 layer, all need not consist of CeO 2, Ce-M- some Ce has substituted with other metal atoms or metal ions An O-based oxide may be included. The CeO 2 layer can be formed by a PLD method (pulse laser deposition method), a sputtering method, or the like, but it is desirable to use the PLD method from the viewpoint of obtaining a high film formation rate. As conditions for forming the CeO 2 layer by the PLD method, a laser energy density of 1 to 5 J / cm 2 can be performed in an oxygen gas atmosphere at a substrate temperature of about 500 to 900 ° C. and about 0.6 to 40 Pa. .

前記CeO層の膜厚は、50nm以上であればよいが、十分な配向性(例えば、Δφ=8゜以下)を得るには100nm以上が好ましく、300nm以上であれば更に好ましいが、逆に、膜厚を必要以上に厚くし過ぎると成膜時間が増大するので、600nm以下の膜厚とすることが好ましい。 The film thickness of the CeO 2 layer may be 50 nm or more, but is preferably 100 nm or more for obtaining sufficient orientation (for example, Δφ = 8 ° or less), more preferably 300 nm or more. If the film thickness is increased more than necessary, the film formation time will increase, so that the film thickness is preferably 600 nm or less.

酸化物超電導層15の材料としては、RE−123系酸化物超電導体(REBaCu7−X:REはY、La、Nd、Sm、Eu、Gd等の希土類元素)を用いることができる。RE−123系酸化物超電導体として好ましいのは、Y123(YBaCu7−X:以下では「YBCO」という。)又はSm123(SmBaCu7−X、以下では「SmBCO」という。)である。 As a material for the oxide superconducting layer 15, an RE-123 oxide superconductor (REBa 2 Cu 3 O 7-X : RE is a rare earth element such as Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd) is used. it can. Preferred as the RE-123 oxide superconductor is Y123 (YBa 2 Cu 3 O 7-X : hereinafter referred to as “YBCO”) or Sm123 (SmBa 2 Cu 3 O 7-X) and hereinafter referred to as “SmBCO”. .)

酸化物超電導層15は、通常の成膜法によって成膜することができるが、生産性の点から、TFA−MOD法(トリフルオロ酢酸塩を用いた有機金属堆積法、塗布熱分解法)、PLD法又はCVD法を用いることが好ましい。
前記MOD法は、金属有機酸塩を塗布後熱分解させるもので、金属成分の有機化合物を均一に溶解した溶液を基材上に塗布した後、これを加熱して熱分解させることにより基材上に薄膜を形成する方法であり、真空プロセスを必要とせず、低コストで高速成膜が可能であるため長尺のテープ状酸化物超電導導体の製造に適している。
Although the oxide superconducting layer 15 can be formed by a normal film forming method, from the viewpoint of productivity, the TFA-MOD method (organic metal deposition method using trifluoroacetate, coating pyrolysis method), PLD method or CVD method is preferably used.
The MOD method is a method in which a metal organic acid salt is applied and then thermally decomposed. After a solution in which a metal component organic compound is uniformly dissolved is applied on a substrate, the substrate is heated and thermally decomposed. This is a method of forming a thin film on top, and is suitable for the production of a long tape-shaped oxide superconducting conductor because it does not require a vacuum process and enables high-speed film formation at low cost.

ここで前述のように、良好な配向性を有するキャップ層13上に酸化物超電導層15を形成すると、このキャップ層13上に積層される酸化物超電導層15もキャップ層13の結晶配向性に整合し、しかも自己配向整合現象により、より優れた結晶配向度を呈するように結晶化する。よって前記キャップ層13上に形成された酸化物超電導層15は、結晶配向性に乱れが殆どなく、この酸化物超電導層15を構成する結晶粒の1つ1つにおいては、金属基材11の厚さ方向に電気を流しにくいc軸が配向し、金属基材11の長さ方向に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15は、結晶粒界における量子的結合性に優れ、結晶粒界における超電導特性の劣化が殆どないので、金属基材2の長さ方向に電気を流し易くなり、十分に高い臨界電流密度が得られる。   Here, as described above, when the oxide superconducting layer 15 is formed on the cap layer 13 having good orientation, the oxide superconducting layer 15 laminated on the cap layer 13 also has the crystal orientation of the cap layer 13. Crystallization is performed so as to exhibit a higher degree of crystal orientation by matching and self-alignment matching phenomenon. Therefore, the oxide superconducting layer 15 formed on the cap layer 13 is hardly disturbed in crystal orientation, and in each of the crystal grains constituting the oxide superconducting layer 15, The c-axis that hardly allows electricity to flow in the thickness direction is oriented, and the a-axis or the b-axis is oriented in the length direction of the metal substrate 11. Therefore, the obtained oxide superconducting layer 15 is excellent in quantum connectivity at the crystal grain boundary, and hardly deteriorates in the superconducting characteristics at the crystal grain boundary. A sufficiently high critical current density is obtained.

以上説明したように、本実施形態の構造では、薄膜積層体10において、結晶配向度を示すΔφを15°以下、例えば、11〜13゜としたIBAD法の中間層12上に成膜法により100nm以上の膜厚でΔφが8゜以下を示すキャップ層13を積層することによって、配向性の良好なキャップ層13をより薄く形成することができる。
更に、従来では1000nm以上の厚さが必要であった蛍石構造を有するGZOからなる中間層に対し、Δφを11〜13゜とした中間層12と蛍石系結晶構造を有して100nm以上の膜厚でΔφ8゜以下を示すキャップ層13を積層することによって、結晶配向性の良好な薄膜積層体10をより薄く形成できるので、中間層12とキャップ層13を含めた膜の内部応力を低減することができ、金属基材11の反り返りを防止することができる。
As described above, in the structure of the present embodiment, in the thin film stack 10, the Δφ indicating the degree of crystal orientation is set to 15 ° or less, for example, 11 to 13 ° by the film forming method on the intermediate layer 12 of the IBAD method. By laminating the cap layer 13 having a thickness of 100 nm or more and Δφ of 8 ° or less, the cap layer 13 having good orientation can be formed thinner.
Further, in contrast to the intermediate layer made of GZO having a fluorite structure that conventionally required a thickness of 1000 nm or more, the intermediate layer 12 having Δφ of 11 to 13 ° and the fluorite-based crystal structure have a thickness of 100 nm or more. By laminating the cap layer 13 having a thickness of Δφ8 ° or less, the thin film laminate 10 having good crystal orientation can be formed thinner, so that the internal stress of the film including the intermediate layer 12 and the cap layer 13 can be reduced. It can reduce, and the curvature of the metal base material 11 can be prevented.

以上、本実施形態の薄膜積層体及び酸化物超電導導体について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、薄膜積層体10を酸化物超電導導体16に適用した場合について説明したが、これに限定されず、本発明の薄膜積層体10を、光学薄膜、光磁気ディスクの磁性薄膜、集積回路用微細配線用薄膜、高周波導波路や高周波フィルタ及び空洞共振器等に用いられる誘電体薄膜のいずれにも適用することができる。
As mentioned above, although the thin film laminated body and oxide superconducting conductor of this embodiment were demonstrated, this invention is not limited to this, It can change suitably as needed.
For example, in the present embodiment, the case where the thin film stack 10 is applied to the oxide superconductor 16 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the thin film stack 10 of the present invention can be used as an optical thin film or a magnetic thin film of a magneto-optical disk. It can be applied to any of thin films for fine wiring for integrated circuits, dielectric thin films used for high-frequency waveguides, high-frequency filters, cavity resonators, and the like.

即ち、結晶配向性の良好な薄膜積層体10上に、これらの薄膜をスパッタリング、レーザ蒸着、真空蒸着、CVD(化学蒸着)等の成膜法で形成するならば、薄膜積層体10と良好な整合性でこれらの薄膜が堆積または成長するので、配向性が良好になる。
これらの薄膜は、配向性の良好な高品質の薄膜が得られるので、光学薄膜においては光学特性に優れ、磁性薄膜においては磁気特性に優れ、配線用薄膜においてはマイグレーションの生じない、誘電体薄膜においては誘電特性の良好な薄膜が得られる。
That is, if these thin films are formed on the thin film laminate 10 having good crystal orientation by a film forming method such as sputtering, laser vapor deposition, vacuum vapor deposition, CVD (chemical vapor deposition), etc., the thin film laminate 10 is good. Because these thin films are deposited or grown with consistency, the orientation is good.
These thin films provide high-quality thin films with good orientation, so optical films are excellent in optical characteristics, magnetic films are excellent in magnetic characteristics, and wiring thin films are free from migration. Can provide a thin film with good dielectric properties.

まず、本実施例で用いたIBAD法を実施するための成膜装置について説明する。
図3は、IBAD法を実施して薄膜積層体を製造するための装置の一例を示すものであり、この例の装置は、スパッタ装置にイオンビームアシスト用のイオンガンを設けた構成となっている。
この成膜装置は、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53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。
また、前記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、ガスボンベ等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等の低圧状態で、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。
First, a film forming apparatus for carrying out the IBAD method used in this embodiment will be described.
FIG. 3 shows an example of an apparatus for manufacturing a thin film laminate by performing the IBAD method. The apparatus of this example has a configuration in which an ion gun for ion beam assist is provided in a sputtering apparatus. .
The film forming apparatus includes a base material holder 51 that holds the base material A horizontally, a plate-like target 52 that is disposed diagonally above the base material holder 51 at a predetermined interval, and an oblique position of the base material holder 51. It is mainly configured by an ion gun 53 that is opposed to the upper side at a predetermined interval and is spaced apart from the target 52, and a sputter beam irradiation device 54 that is disposed below the target 52 and toward the lower surface of the target 52. Yes. Reference numeral 55 in the drawing denotes a target holder that holds the target 52.
The apparatus is housed in a vacuum container (not shown) so that the periphery of the substrate A can be maintained in a vacuum atmosphere. Further, an atmospheric 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 a vacuum, and an inert gas containing argon gas or other inert gas atmosphere or oxygen The atmosphere can be changed.

なお、基材Aとして長尺の金属テープを用いる場合は、真空容器の内部に金属テープの送出装置と巻取装置を設け、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でテープ状の基材上に多結晶薄膜を連続成膜することができるように構成することが好ましい。
前記基材ホルダ51は内部に加熱ヒータを備え、基材ホルダ51の上に位置された基材Aを所用の温度に加熱できるようになっている。また、基材ホルダ51の底部には、基材ホルダ51の水平角度を調整できる角度調整機構が付設されている。なお、角度調整機構をイオンガン53に取り付けてイオンガン53の傾斜角度を調整し、イオンの照射角度を調整するようにしても良い。
When a long metal tape is used as the base material A, a metal tape feeding device and a winding device are provided inside the vacuum container, and the base material A is continuously fed from the feeding device to the base material holder 51. Subsequently, it is preferable that the polycrystalline thin film be continuously formed on the tape-shaped substrate by winding with a winding device.
The base material holder 51 includes a heater inside, and the base material A positioned on the base material holder 51 can be heated to a desired temperature. In addition, an angle adjustment mechanism that can adjust the horizontal angle of the substrate holder 51 is attached to the bottom of the substrate holder 51. An angle adjustment mechanism may be attached to the ion gun 53 to adjust the tilt angle of the ion gun 53 to adjust the ion irradiation angle.

前記ターゲット52は、目的とする薄膜積層体10を形成するためのものであり、目的の組成の薄膜積層体10の中間層12あるいはキャップ層13と同一組成あるいは近似組成のもの等を用いる。ターゲット52として具体的に、MgOの中間層12を形成する場合はMgOあるいはMg等を用いるがこれに限るものではなく、形成しようとする中間層12に見合うターゲットを用いれば良い。また、キャップ層13としてCeO層を成膜する場合はCeOあるいはCeを用い、必要に応じて成膜雰囲気中に酸素ガスを供給して成膜すればよい。
前記イオンガン53は、容器の内部に、イオン化させるガスを導入し、正面に引き出し電極を備えて構成されている。そして、ガスの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。ガスをイオン化するには高周波励起方式、フィラメント式等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、高真空中でガス分子と衝突させてイオン化する方法である。また、高周波励起方式は、高真空中のガス分子を高周波電界で分極させてイオン化するものである。
本実施例において例えば、図4に示す構成の内部構造のイオンガン53を用いる。このイオンガン53は、筒状の容器56の内部に、引出電極57とフィラメント58とArガス等の導入管59とを備えて構成され、容器56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。
The target 52 is used to form the target thin film stack 10, and has the same composition as the intermediate layer 12 or the cap layer 13 of the target thin film stack 10 or a similar composition. Specifically, when the MgO intermediate layer 12 is formed as the target 52, MgO, Mg, or the like is used. However, the present invention is not limited to this, and a target corresponding to the intermediate layer 12 to be formed may be used. Also, when forming a CeO 2 layer as a cap layer 13 using a CeO 2 or Ce, the oxygen gas may be deposited by supplying a deposition atmosphere as required.
The ion gun 53 is configured such that a gas to be ionized is introduced into a container and a lead electrode is provided on the front surface. And it is an apparatus which ionizes one part of the atom or molecule | numerator of gas, and irradiates the ionized particle | grain as an ion beam controlled by the electric field generated with the extraction electrode. There are various types of ionization of gas, such as a high frequency excitation method and a filament type. The filament type is a method in which a tungsten filament is energized and heated to generate thermoelectrons and collide with gas molecules in a high vacuum to be ionized. The high-frequency excitation method ionizes gas molecules in a high vacuum by polarization with a high-frequency electric field.
In this embodiment, for example, an ion gun 53 having an internal structure shown in FIG. 4 is used. The ion gun 53 includes an extraction electrode 57, a filament 58, and an introduction tube 59 for Ar gas or the like inside a cylindrical container 56, and can irradiate ions in parallel in a beam shape from the tip of the container 56. It is.

前記イオンガン53は、図3に示すようにその中心軸を基材Aの上面(成膜面)に対して傾斜角度θでもって傾斜させて対向されている。この傾斜角度θは30〜60度の範囲が好ましいが、MgOの場合に特に45度前後が好ましい。従ってイオンガン53は基材Aの上面に対して傾斜角θでもってイオンを照射できるように配置されている。なお、イオンガン53によって基材Aに照射するイオンは、He+、Ne+、Ar+、Xe+、Kr+ 等の希ガスのイオン、あるいは、それらと酸素イオンの混合イオン等で良い。
前記スパッタビーム照射装置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に高周波コイル等で電圧を印加してターゲット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。
As shown in FIG. 3, the ion gun 53 is opposed to the upper surface (film formation surface) of the substrate A with an inclination angle θ. The inclination angle θ is preferably in the range of 30 to 60 degrees, but in the case of MgO, around 45 degrees is particularly preferable. Accordingly, the ion gun 53 is arranged so as to irradiate ions with an inclination angle θ with respect to the upper surface of the substrate A. The ions irradiated onto the substrate A by the ion gun 53 may be ions of rare gases such as He + , Ne + , Ar + , Xe + , Kr + , or mixed ions of these and oxygen ions.
The sputter beam irradiation device 54 has the same configuration as that of the ion gun 53, and can irradiate ions on the target 52 to knock out the constituent particles of the target 52. In the device of the present invention, since it is important that the constituent particles of the target 53 can be knocked out, 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.

次に前記構成の装置を用いて基材A上に多結晶薄膜を形成する場合について説明する。
基材A上に多結晶薄膜を形成するには、所定のターゲットを用いるとともに、角度調整機構を調節してイオンガン53から照射されるイオンを基材ホルダ51の上面に45度前後の角度で照射できるようにする。次に基材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、イオンガン53とスパッタビーム照射装置54を作動させる。
Next, the case where a polycrystalline thin film is formed on the base material A using the apparatus having the above configuration will be described.
In order to form a polycrystalline thin film on the substrate A, a predetermined target is used, and the angle adjustment mechanism is adjusted to irradiate the upper surface of the substrate holder 51 with ions irradiated from the ion gun 53 at an angle of about 45 degrees. It can be so. Next, the inside of the container containing the substrate is evacuated to form a reduced pressure atmosphere. Then, the ion gun 53 and the sputter beam irradiation device 54 are operated.

スパッタビーム照射装置54からターゲット52にイオンを照射すると、ターゲット52の構成粒子が叩き出されて基材A上に飛来する。そして、基材A上に、ターゲット52から叩き出した構成粒子を堆積させると同時に、イオンガン53からArイオンと酸素イオンの混合イオンを照射する。このイオン照射する際の照射角度θは、たとえばMgOを形成する際には、約45°が好適である。   When the target 52 is irradiated with ions from the sputter beam irradiation device 54, the constituent particles of the target 52 are knocked out and fly onto the substrate A. Then, the constituent particles knocked out from the target 52 are deposited on the substrate A, and at the same time, a mixed ion of Ar ions and oxygen ions is irradiated from the ion gun 53. For example, when forming MgO, the irradiation angle θ at the time of ion irradiation is preferably about 45 °.

「製造例1」
金属基材として、表面を研磨した10mm幅のハステロイテープを使用した。この金属基材上に、中間層としてIBAD法によってMgO膜(約5〜10nm)を形成した。
このときMgO膜は、200℃以下の基材温度で、Ar等の希ガスイオンビームによるイオンビームアシストを行いながら作製した。
更に、MgO膜上に、PLD法(パルスレーザ蒸着法)によってCeO膜を(膜厚600nm)積層形成した。このようにして得られたMgO膜およびCeO膜について、面内方向の結晶軸分散の半値幅(Δφ)を測定した。その結果を以下の表1に示す。
次に、比較のために、前述と同等の条件で金属基材上に形成したMgO膜上に、LaMnO膜(膜厚100nm)を形成した薄膜積層体試料を作製し、更に、この薄膜積層体試料の上にCeO膜を(膜厚600nm)積層形成した薄膜積層体試料を作製し、各試料におけるMgO膜の面内方向結晶軸分散半値幅Δφと、LaMnO膜の面内方向結晶軸分散半値幅Δφと、CeO膜の面内方向結晶軸分散半値幅Δφを測定した。それらの結果を以下の表1に纏めて示す。
"Production Example 1"
As the metal substrate, a 10 mm wide Hastelloy tape whose surface was polished was used. On this metal substrate, an MgO film (about 5 to 10 nm) was formed as an intermediate layer by the IBAD method.
At this time, the MgO film was produced while performing ion beam assist with a rare gas ion beam of Ar or the like at a substrate temperature of 200 ° C. or lower.
Furthermore, a CeO 2 film (film thickness: 600 nm) was laminated on the MgO film by the PLD method (pulse laser deposition method). The half width (Δφ) of crystal axis dispersion in the in-plane direction was measured for the MgO film and CeO 2 film thus obtained. The results are shown in Table 1 below.
Next, for comparison, a thin film stack sample in which a LaMnO 3 film (film thickness 100 nm) is formed on an MgO film formed on a metal substrate under the same conditions as described above is manufactured. A thin film stack sample in which a CeO 2 film (600 nm in thickness) is formed on a body sample is manufactured, and the in-plane direction crystal axis dispersion half width Δφ of the MgO film and the in-plane direction crystal of the LaMnO 3 film in each sample The axial dispersion half-value width Δφ and the in-plane crystal axis dispersion half-value width Δφ of the CeO 2 film were measured. The results are summarized in Table 1 below.

「表1」
試料 IBAD−MgO(Δφ) LaMnO膜(Δφ) CeO膜(Δφ)
1 11.3〜12.7 12.6〜12.7 −
2 11.3〜12.7 12.6〜12.7 4.9
3 11.3〜12.7 − 4.6
"Table 1"
Sample IBAD-MgO (Δφ) LaMnO 3 film (Δφ) CeO 2 film (Δφ)
1 11.3 to 12.7 12.6 to 12.7-
2 11.3 to 12.7 12.6 to 12.7 4.9
3 11.3 to 12.7-4.6

表1に示す如く、試料1の構造では、LaMnO膜を成膜した時点では、IBAD−MgOの結晶配向性に則したほぼ同等範囲の結晶配向性しか得られていない。従ってこの積層構造では、IBAD−MgO自体の結晶配向性を改善しない限り、LaMnO膜の配向性を良好にすることが不可能であることが判る。
試料2の構造では、LaMnO膜上のCeO膜は自己配向効果が発現され、面内配向性が下地のLaMnO膜よりも良好になっていることが明らかである。
これらに対し、試料3の構造では、LaMnO膜を成膜しなくとも、LaMnO膜上にCeO膜を成膜した場合と同等、あるいは、それ以上に優れた面内配向した結晶配向性が発現されており、自己配向効果が発現されていることが判る。この試料3の構造では、LaMnO膜の成膜工程が無くなる分、製造コストの面で多大なメリットがある。
なお、臨界電流特性などにおいて高特性の酸化物超電導層を得るためには、キャップ層の結晶配向性において、基板に垂直に超電導層のc軸が配向し、しかも、面内結晶軸の半値幅を10度以内とする必要がある。
As shown in Table 1, in the structure of Sample 1, when the LaMnO 3 film was formed, only a crystal orientation in a substantially equivalent range according to the crystal orientation of IBAD-MgO was obtained. Therefore, it can be seen that in this laminated structure, it is impossible to improve the orientation of the LaMnO 3 film unless the crystal orientation of IBAD-MgO itself is improved.
In the structure of Sample 2, it is clear that the CeO 2 film on the LaMnO 3 film exhibits a self-alignment effect, and the in-plane orientation is better than the underlying LaMnO 3 film.
For these, the structure of the sample 3, without forming a LaMnO 3 film, comparable to the case of forming a CeO 2 film is LaMnO 3 film, or more superior plane oriented crystal orientation It can be seen that the self-orientation effect is expressed. The structure of Sample 3 has a great merit in terms of manufacturing cost because the LaMnO 3 film forming step is eliminated.
In order to obtain an oxide superconducting layer having high characteristics in critical current characteristics, etc., in the crystal orientation of the cap layer, the c-axis of the superconducting layer is oriented perpendicular to the substrate, and the half width of the in-plane crystal axis Must be within 10 degrees.

「製造例2」
比較のために、先の例と同等のハステロイテープ上にIBAD法によりGdZr膜(GZO膜)を種々の膜厚で蒸着した基板を複数用意した。この上にPLD法により、CeO層を厚さ500nm蒸着した。PLD法によるCeO層の蒸着は、温度約650℃、約4PaのOガス雰囲気中で、レーザー密度3J/cm、レーザー周波数17Hzの条件で行った。まず、CeOの直径3cmのペレットを真空チャンバーに取り付け、これを真空排気し、その後、上記Oガスを流し、圧力を調整した。KrFエキシマレーザーをペレット上に照射し、それにより、ペレットに対向して設置されたIBAD基板上にCeO層を蒸着した。YBCO超電導体膜は、TFA−MOD法(トリフルオロ酢酸塩を用いた有機金属堆積法、塗布熱分解法)により厚さ250nmで成膜した。
"Production Example 2"
For comparison, a plurality of substrates were prepared by depositing Gd 2 Zr 2 O 7 films (GZO films) with various film thicknesses on the Hastelloy tape equivalent to the previous example by the IBAD method. On top of this, a CeO 2 layer was deposited by a thickness of 500 nm by the PLD method. The CeO 2 layer was deposited by the PLD method in an O 2 gas atmosphere at a temperature of about 650 ° C. and a pressure of about 4 Pa under the conditions of a laser density of 3 J / cm 2 and a laser frequency of 17 Hz. First, a 3 cm diameter pellet of CeO 2 was attached to a vacuum chamber, which was evacuated, and then the O 2 gas was flowed to adjust the pressure. A KrF excimer laser was irradiated onto the pellet, thereby depositing a CeO 2 layer on the IBAD substrate placed opposite the pellet. The YBCO superconductor film was formed with a thickness of 250 nm by the TFA-MOD method (organic metal deposition method using trifluoroacetate, coating pyrolysis method).

図5は、9種類のCeO膜の厚さ20nm、50nm、100nm、300nm、600nm、1000nm、300nm、5000nm、7000nmに対しての各CeO膜のΔΦの値を示したものである。ΔΦの値は小さいほど結晶配向性が良いことを示すが、図5に示された結果によると、7000nmでは(すなわち5000nmを超えると)、結晶配向性がやや悪くなる。厚さ100〜5000nmの間ではΔΦは10度より小さくなる。この試料の上に超電導層のYBCOを実施例1と同様にTFA−MOD法で成膜し、臨界電流を測定したところ、77K、0Tで、CeO膜の厚さ50nm〜7000nmで1MA/cm以上のJcが得られ、特に100nm〜5000nmの間では2MA/cm以上のJcが得られ、最高で3MA/cmの高い臨界電流密度が得られた。
図5に示す結果の如く、GZO膜の上にCeO膜を積層して中間層とキャップ層とした場合、CeO膜の膜厚に応じて配向性が良好であることが分かる。
FIG. 5 shows the value of ΔΦ of each CeO 2 film with respect to the thicknesses of 20 types, 50 nm, 100 nm, 300 nm, 600 nm, 1000 nm, 300 nm, 5000 nm, and 7000 nm of nine types of CeO 2 films. The smaller the value of ΔΦ is, the better the crystal orientation is. However, according to the result shown in FIG. 5, the crystal orientation becomes slightly worse at 7000 nm (that is, exceeding 5000 nm). In the thickness range of 100 to 5000 nm, ΔΦ is smaller than 10 degrees. A YBCO of the superconducting layer was formed on this sample by the TFA-MOD method in the same manner as in Example 1 and the critical current was measured. At 77 K and 0 T, the CeO 2 film thickness was 50 nm to 7000 nm and 1 MA / cm. 2 or more Jc is obtained, especially in between 100nm~5000nm obtained 2 MA / cm 2 or more Jc, high critical current density 3 MA / cm 2 at maximum was obtained.
As can be seen from the results shown in FIG. 5, when a CeO 2 film is laminated on a GZO film to form an intermediate layer and a cap layer, the orientation is good according to the film thickness of the CeO 2 film.

「製造例3」
前記GZO膜を形成した複数の基材に代えて、先の製造例1で用いたMgO膜を用いた複数の基材を用い、この基材上にPLD法によりCeO膜を膜厚、300nm、600nm、900nm、1300nmでそれぞれ形成した複数の薄膜積層体を作製し、MgO膜の面内配向性Δφを測定した結果を図6に示す。また、図6には先の図5に示したGZO膜上のCeO膜の面内配向性と対比して記載した。
更に、MgO膜上のCeO膜の面内配向性について、膜厚の大小に応じた測定した結果を図7に示す。なお、極めて薄い膜厚では、X線の測定において、CeO膜の表面情報を正確に得ることは難しいため、CeO膜上にGdBCO膜(膜厚1000nm)成膜し、その面内配向状態を測定することにより、CeO膜の表面の配向状態を把握することができる。
"Production Example 3"
Instead of the plurality of base materials on which the GZO film was formed, a plurality of base materials using the MgO film used in the previous Production Example 1 were used, and a CeO 2 film was formed on the base material by a PLD method to a thickness of 300 nm. FIG. 6 shows the result of measuring the in-plane orientation Δφ of the MgO film by preparing a plurality of thin film laminates formed at 600 nm, 900 nm, and 1300 nm, respectively. FIG. 6 shows comparison with the in-plane orientation of the CeO 2 film on the GZO film shown in FIG.
Further, FIG. 7 shows the results of measuring the in-plane orientation of the CeO 2 film on the MgO film according to the thickness of the film. In addition, since it is difficult to accurately obtain the surface information of the CeO 2 film in the X-ray measurement at an extremely thin film thickness, a GdBCO film (thickness 1000 nm) is formed on the CeO 2 film, and the in-plane orientation state thereof By measuring the orientation of the surface of the CeO 2 film.

図6と図7に示す結果から、CeO膜/MgOのデータから200nm程度の膜厚でCeO膜の配向が完了していないようにも見受けられるが、CeO膜上に形成したGdBCO膜の配向状態を見ると、膜厚100nm程度で既にCeO膜の結晶配向は終了していることが分かる。
これにより、先の製造例2のデータに比べ、即ち、GZO膜の上にCeO膜を積層して中間層とキャップ層とした場合に比べ、MgO膜の上にCeO膜を積層して中間層とキャップ層とした場合の方が、より薄い膜厚で結晶配向が終了していることが明らかであり、MgO膜の上に直にCeO膜を積層してキャップ層を構成する構造の優位性が明らかである。
From the results shown in FIGS. 6 and 7, it can be seen from the data of CeO 2 film / MgO that the orientation of the CeO 2 film is not completed with a film thickness of about 200 nm, but the GdBCO film formed on the CeO 2 film When the orientation state is observed, it can be seen that the crystal orientation of the CeO 2 film has already been completed at a film thickness of about 100 nm.
Thereby, compared with the data of the previous manufacturing example 2, that is, compared with the case where the CeO 2 film is laminated on the GZO film to form the intermediate layer and the cap layer, the CeO 2 film is laminated on the MgO film. In the case of using the intermediate layer and the cap layer, it is clear that the crystal orientation has been completed with a thinner film thickness, and a structure in which the CeO 2 film is directly laminated on the MgO film constitutes the cap layer. The advantage of is clear.

上述した通り、製造例1、3で作製した多結晶薄膜は、従来より優れたレベルのΔψを従来よりも薄い中間層とキャップ層の積層構造で実現できることが確認された。即ち、本発明の構成によれば、薄膜積層体をなす中間層とキャップ層の積層体を薄型化することができるので、膜の内部応力が低減され、基材の反り返りという従来の問題を解決することができる。更に、中間層とキャップ層の膜厚が薄くなったことで製造速度を飛躍的に高めることができ、また製造コストの低減を図ることもできる。   As described above, it was confirmed that the polycrystalline thin film produced in Production Examples 1 and 3 can achieve a level of Δψ superior to the conventional one with a laminated structure of an intermediate layer and a cap layer thinner than the conventional one. That is, according to the configuration of the present invention, the intermediate layer and the cap layer forming the thin film stack can be thinned, so that the internal stress of the film is reduced and the conventional problem of the substrate warping is solved. can do. Furthermore, since the film thickness of the intermediate layer and the cap layer is reduced, the manufacturing speed can be dramatically increased, and the manufacturing cost can be reduced.

また、先の膜厚400nmのCeO膜上にGdBCO超電導層をPLD法によって1000nmの厚さに形成した。このGdBCO超電導層には、成膜後500℃5時間の酸素雰囲気中熱処理を施している。その特性を評価した結果、液体窒素温度にて、臨界電流密度Jc=3.6MA/cm、臨界電流Ic=360Aの高特性が得られていることが確認された。 Further, a GdBCO superconducting layer was formed to a thickness of 1000 nm by the PLD method on the CeO 2 film having a thickness of 400 nm. This GdBCO superconducting layer is heat-treated in an oxygen atmosphere at 500 ° C. for 5 hours after film formation. As a result of evaluating the characteristics, it was confirmed that high characteristics of critical current density Jc = 3.6 MA / cm 2 and critical current Ic = 360 A were obtained at the liquid nitrogen temperature.

次に、Δφの異なる種々のMgO基板を用意し、それら基板上にCeO膜(膜厚300nm)をPLD法により成膜した場合、MgO基板の配向度Δφに応じて得られるΔφの値を以下の表2に示す。
「表2」
Δφ(MgO基板) Δφ(CeO膜)
試料A 〜20° 〜7°
試料B 〜15° 〜5°
試料C 〜10° 〜4°
試料D 〜 8° 〜3°
試料E 〜 6° 〜2°
試料F 〜 4° 〜1°
表2に示す結果の如く、MgO基板上にCeO膜を成膜する場合の目安として、15°以下とすることを採用することができる。本願発明では優れた酸化物超電導導体を得ることを1つの目的とするので、その場合に下地としてのCeO膜のΔφを5°程度以下とする場合に優れた酸化物超電導層を成膜できるので、その場合はMgO膜のΔφは15°以下とするのが好ましいと考えられる。
Next, when various MgO substrates having different Δφ are prepared and a CeO 2 film (film thickness of 300 nm) is formed on the substrates by the PLD method, the value of Δφ obtained according to the orientation degree Δφ of the MgO substrate is It is shown in Table 2 below.
"Table 2"
Δφ (MgO substrate) Δφ (CeO 2 film)
Sample A -20 ° -7 °
Sample B ~ 15 ° ~ 5 °
Sample C -10 ° to 4 °
Sample D-8 °-3 °
Sample E-6 °-2 °
Sample F -4 ° -1 °
As a result shown in Table 2, it is possible to adopt a value of 15 ° or less as a guide when a CeO 2 film is formed on an MgO substrate. One object of the present invention is to obtain an excellent oxide superconducting conductor. In that case, an excellent oxide superconducting layer can be formed when the Δφ of the CeO 2 film as the base is about 5 ° or less. Therefore, in that case, it is considered that Δφ of the MgO film is preferably 15 ° or less.

なお、本発明で用いるIBAD法MgO膜+CeO膜の積層構造と、従来公知のIBAD法GZO膜+CeO膜の積層構造との対比について考察すると、GZOとCeOに関してはGZO(222)面とCeO(111)面を共有した結晶成長をしており、格子定数のミスマッチが約3.1%である。一方、上述の試料の分析の結果、MgOとCeOに関してはMgO(200)面とCeO(200)面を共有した結晶成長をしており、格子定数は28.5%と非常に離れている。このことが、GZO上のCeOと比較してMgO上のCeOが異なるメカニズムにより結晶成長し、薄膜として高配向を示している原因と思われる。このように、IBAD法による薄いMgO膜の上に直にCeO膜を形成した場合にCeOが自己配合成長して10°以下のΔψを示すことは、今回の試験により始めて見出された結果であって、薄いMgO膜に薄いCeO膜を積層し、その上に酸化物超電導層を積層することにより、優れた酸化物超電導導体を得られることは、長尺の導体を安価に製造する課題がある超電導導体の技術分野において、極めて優れた効果とすることができる。 In addition, considering the contrast between the laminated structure of the IBAD method MgO film + CeO 2 film used in the present invention and the conventionally known IBAD method GZO film + CeO 2 film, the GZO (222) plane is related to GZO and CeO 2. The crystal growth is carried out sharing the CeO 2 (111) plane, and the lattice constant mismatch is about 3.1%. On the other hand, as a result of the analysis of the above-mentioned sample, regarding MgO and CeO 2 , crystal growth sharing the MgO (200) plane and CeO 2 (200) plane is observed, and the lattice constant is very far from 28.5%. Yes. This seems to be the reason why CeO 2 on MgO grows by a different mechanism as compared with CeO 2 on GZO and shows high orientation as a thin film. Thus, when a CeO 2 film was formed directly on a thin MgO film by the IBAD method, it was found for the first time by this test that CeO 2 self-mixed and showed a Δψ of 10 ° or less. The result is that a thin CeO 2 film is laminated on a thin MgO film, and an oxide superconducting layer is laminated thereon, so that an excellent oxide superconducting conductor can be obtained. In the technical field of superconducting conductors that have problems to be solved, it is possible to obtain extremely excellent effects.

本発明に係る薄膜積層体の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the thin film laminated body which concerns on this invention. 本発明に係る酸化物超電導導体の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the oxide superconducting conductor which concerns on this invention. IBAD法による成膜装置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the film-forming apparatus by IBAD method. 図3に示す成膜装置が備えるイオンガンを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the ion gun with which the film-forming apparatus shown in FIG. 3 is provided. 製造例において作製したIBAD法GZO膜上のCeO膜における膜厚に応じた面内配向性を示す図である。Is a diagram showing an in-plane orientation in accordance with the thickness of the IBAD method GZO film of CeO 2 film produced in Production Example. 製造例において作製したIBAD法MgO膜上のCeO膜における膜厚に応じた面内配向性とIBAD法GZO膜上のCeO膜における膜厚に応じた面内配向性を比較して示す図である。Figure comparatively showing fabricated IBAD method MgO film of CeO 2 plane orientation in accordance with the thickness of film and IBAD method GZO film thickness in-plane orientation in accordance with the CeO 2 film on the film in the manufacturing example It is. 製造例において作製したIBAD法MgO膜上のCeO膜における膜厚に応じた面内配向性と、該CeO膜上に更にGdBCO膜を積層した場合のGdBCO膜における膜厚に応じた面内配向性とを比較して示す図である。A plane orientation according to the thickness of the CeO 2 layer on the IBAD method MgO film produced in Production Example, the plane corresponding to the film thickness at GdBCO film when laminated further GdBCO film on the CeO 2 film It is a figure which compares and shows orientation. 基材上にIBAD法により中間層を成膜した場合の中間層の結晶配向性について示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the crystal orientation of an intermediate | middle layer at the time of forming an intermediate | middle layer into a film by the IBAD method on a base material. 図8に示す中間層において面内配向性の指標の粒界傾角を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the grain boundary inclination | tilt angle of the parameter | index of in-plane orientation in the intermediate | middle layer shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10…薄膜積層体、11…金属基材、12…中間層、13…キャップ層、15…酸化物超電導層、16…酸化物超電導導体、A…基材、52…ターゲット、53…イオンガン、54…スパッタビーム照射装置、55…ターゲットホルダ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Thin-film laminated body, 11 ... Metal base material, 12 ... Intermediate | middle layer, 13 ... Cap layer, 15 ... Oxide superconductor layer, 16 ... Oxide superconductor, A ... Base material, 52 ... Target, 53 ... Ion gun, 54 ... Sputter beam irradiation device, 55 ... Target holder.

Claims (10)

金属基材上に、イオンビームシスト法(IBAD法)により形成された面内方向の結晶軸分散の半値幅(Δφ)において15°以下に結晶配向された膜厚50nm以下のMgOからなる中間層と、該中間層上に成膜法により直に形成された蛍石系結晶構造の100nm以上600nm以下の膜厚のキャップ層であって、100nm以上300nm未満の膜厚では前記中間層の結晶配向性よりも優れたΔφ=8゜以下となる結晶配向性であり、かつ、300nm以上600nm以下の膜厚では前記中間層の結晶配向性よりも優れたΔφ=5゜以下となる結晶配向性のCeOからなるキャップ層とが積層されてなることを特徴とする薄膜積層体。 An intermediate layer made of MgO having a film thickness of 50 nm or less and having a crystal orientation of 15 ° or less at a half-value width (Δφ) of crystal axis dispersion in the in-plane direction formed by an ion beam cyst method (IBAD method) on a metal substrate And a cap layer having a thickness of 100 nm to 600 nm of a fluorite-based crystal structure formed directly on the intermediate layer by a film forming method, and a crystal orientation of the intermediate layer at a thickness of 100 nm to less than 300 nm The crystal orientation is such that Δφ = 8 ° or less , which is superior to the crystallinity, and in the film thickness of 300 nm or more and 600 nm or less, the crystal orientation is such that Δφ = 5 ° or less which is superior to the crystal orientation of the intermediate layer . And a cap layer made of CeO 2 . 前記キャップ層の膜厚が100nm以上00nm未満の範囲においてΔφ=5゜以下とされてなることを特徴とする請求項1に記載の薄膜積層体。 Film laminate according to claim 1, wherein a thickness of the cap layer is formed by a [Delta] [phi = 5 ° or less in the 3 range of less than 00nm over 100 nm. 前記中間層の膜厚が5〜10nmであることを特徴とする請求項1または2に記載の薄膜積層体。   The thin film laminate according to claim 1 or 2, wherein the intermediate layer has a thickness of 5 to 10 nm. 前記中間層のMgO(200)面と前記キャップ層のCeO(200)面とが共有されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の薄膜積層体。 Thin film lamination according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said CeO 2 (200) of the MgO intermediate layer (200) plane and the cap layer surface is shared. 請求項1〜4のいずれかに記載の薄膜積層体のキャップ層の上に、RE-123系酸化物超電導体(REBaCu7-x:REはY、La、Nd、Sm、Eu、Gdのいずれかの希土類元素)からなる酸化物超電導層が積層されてなることを特徴とする酸化物超電導導体。 An RE-123-based oxide superconductor (REBa 2 Cu 3 O 7-x : RE is Y, La, Nd, Sm, Eu) on the cap layer of the thin film laminate according to claim 1. And an oxide superconducting layer made of a rare earth element of Gd). 金属基材上に中間層とキャップ層が積層されてなり、該キャップ層上に酸化物超電導層が積層されて酸化物超電導導体とされる薄膜積層体の製造方法において、
金属基材上に、イオンビームアシスト法(IBAD法)により面内方向の結晶軸分散の半値幅(Δφ)において15°以下に結晶配向させた膜厚50nm以下のMgOからなる中間層を形成し、この後に、蛍石系結晶構造、100nm以上600nm以下の膜厚のキャップ層であって、100nm以上300nm未満の膜厚では前記中間層の結晶配向性よりも優れたΔφ=8゜以下の結晶配向性となり、かつ、300nm以上600nm以下の膜厚では前記中間層の結晶配向性よりも優れたΔφ=5゜以下の結晶配向性となるように自己配向するCeOからなるキャップ層を前記中間層上に直に成膜法により形成することを特徴とする薄膜積層体の製造方法。
In the method for producing a thin film laminate in which an intermediate layer and a cap layer are laminated on a metal substrate, and an oxide superconducting layer is laminated on the cap layer to form an oxide superconducting conductor,
An intermediate layer made of MgO having a film thickness of 50 nm or less is formed on a metal substrate by ion beam assist method (IBAD method) and crystallized to 15 ° or less in the half-value width (Δφ) of crystal axis dispersion in the in-plane direction. Thereafter, a cap layer having a fluorite crystal structure and a thickness of 100 nm to 600 nm and having a thickness of 100 nm to less than 300 nm is superior to the crystal orientation of the intermediate layer, and Δφ = 8 ° or less . crystal orientation becomes and the cap layer composed of CeO 2 in a self-aligned such that the superior [Delta] [phi = 5 ° or less of crystalline orientation than the crystalline orientation of the intermediate layer is a thickness of more than 600nm or less 300nm A method for producing a thin film laminate, which is formed directly on the intermediate layer by a film forming method.
前記キャップ層の膜厚を100nm以上00nm未満の範囲においてΔφ=5゜以下とすることを特徴とする請求項6に記載の薄膜積層体の製造方法。 Method of manufacturing a thin film laminate according to claim 6, characterized in that at most [Delta] [phi = 5 ° in a range thickness of less than 3 00nm or 100nm of the cap layer. 前記中間層の膜厚を5〜10nmとすることを特徴とする請求項6または7に記載の薄膜積層体の製造方法。   The method of manufacturing a thin film laminate according to claim 6 or 7, wherein the thickness of the intermediate layer is 5 to 10 nm. 前記MgOからなる中間層上に前記CeOからなるキャップ層をMgO(200)面とCeO(200)面を共有させて結晶成長させることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の薄膜積層体の製造方法。 9. The crystal growth of the cap layer made of CeO 2 on the intermediate layer made of MgO is performed by sharing the MgO (200) plane and the CeO 2 (200) plane. Method for manufacturing a thin film laminate. 請求項6〜9のいずれかに記載の製造方法により薄膜積層体を製造した後、薄膜積層体のキャップ層の上に、RE-123系酸化物超電導体(REBaCu7-x:REはY、La、Nd、Sm、Eu、Gdのいずれかの希土類元素)からなる酸化物超電導層を積層することを特徴とする酸化物超電導導体の製造方法。 After producing the thin film stack by the production method according to any one of claims 6-9, on the cap layer of the thin film stack, RE-123-based oxide superconductor (REBa 2 Cu 3 O 7- x: RE is a method for producing an oxide superconducting conductor comprising stacking an oxide superconducting layer made of RE, a rare earth element of any one of Y, La, Nd, Sm, Eu, and Gd.
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