JP6666655B2 - エピタキシャル成長用積層基材の製造方法 - Google Patents
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Description
前記酸化物層が、前記金属基板の最表層の上に形成される、酸化物から構成される結晶配向性改善層と、前記結晶配向性改善層に対してエピタキシャル成長した酸化物から構成され、前記金属基板の最表層のΔωmに比べて0.5°以上小さいΔωcを有する第2酸化物層とを含み、
最表層のc軸配向率が99%以上である結晶配向した金属基板を準備する工程と、
前記金属基板上に、前記金属基板上の成膜位置における垂線と、前記成膜位置から最短距離にあるターゲット上の垂直方向の磁束密度0地点へ至る線とが成す角度を15°以内にしてRFマグネトロンスパッタリングを行い、前記結晶配向性改善層を形成する第一工程と、
前記第一工程により形成した結晶配向性改善層に対して酸化物をエピタキシャル成長させ、前記第2酸化物層を形成する第二工程と、
を含む、エピタキシャル成長用積層基材の製造方法。
(2)前記第2酸化物層が、前記金属基板の最表層のΔωmに比べて0.5°〜3.0°小さいΔωcを有する、上記(1)に記載のエピタキシャル成長用積層基材の製造方法。
(3)前記結晶配向性改善層が、1単位格子〜7単位格子の酸化物から構成される上記(1)又は(2)に記載のエピタキシャル成長用積層基材の製造方法。
(4)前記結晶配向性改善層の酸化物と、前記第2酸化物層の酸化物とが、同一の酸化物である上記(1)〜(3)のいずれかに記載のエピタキシャル成長用積層基材の製造方法。
(5)前記結晶配向性改善層の酸化物、及び/又は前記第2酸化物層の酸化物が、CeO2である上記(1)〜(4)のいずれかに記載のエピタキシャル成長用積層基材の製造方法。
(6)前記金属基板の最表層が、Ni又はNi合金からなる上記(1)〜(5)のいずれかに記載のエピタキシャル成長用積層基材の製造方法。
本発明のエピタキシャル成長用積層基材の製造方法は、最表層のc軸配向率が99%以上である結晶配向した金属基板上に、その金属基板上の成膜位置における垂線と、成膜位置から最短距離にあるターゲット上の垂直方向の磁束密度0地点へ至る線とが成す角度を15°以内にしてRFマグネトロンスパッタリングを行い、金属基板の最表層の上に結晶配向性改善層を形成する第一工程と、その結晶配向性改善層に対して酸化物をエピタキシャル成長させることによりΔωmに比べて0.5°以上小さいΔωcを有する第2酸化物層を形成する第二工程とを含むことを特徴とする。これにより、上層に超電導層を設けることで超電導線材を製造するための、基板となる超電導線材用積層基材等のエピタキシャル成長用積層基材を得ることができる。以下では、超電導線材用積層基材を製造する場合について主に説明するが、これに限定されるものではない。
硫酸ニッケル 200〜300g/l
塩化ニッケル 30〜60g/l
ホウ酸 30〜40g/l
pH 4〜5
浴温 40〜60℃
スルファミン酸ニッケル 200〜600g/l
塩化ニッケル 0〜15g/l
ホウ酸 30〜40g/l
添加剤 適量
pH 3.5〜4.5
浴温 40〜70℃
非磁性の金属板としてSUS316L(厚さ100μm)を用い、高圧下率金属層として、圧下率96.8%で圧延された銅箔(厚さ48μm)を用いた。SUS316Lと銅箔とを、表面活性化接合装置を用いて常温で表面活性化接合し、SUS316Lと銅箔の積層材を形成した。表面活性化接合においては、スパッタエッチングを、0.1Pa下で、プラズマ出力を200W、接合面へのスパッタ照射時間を20秒の条件で実施し、SUS316L及び銅箔上の吸着物層を完全に除去した。また、圧延ロールでの加圧は600MPaとした。
(スルファミン酸浴)
スルファミン酸ニッケル 450g/l
塩化ニッケル 5g/l
ホウ酸 30g/l
添加剤 5ml/l
(1)面内配向度(Δφ)
EBSD(日本電子株式会社SEM-840及び株式会社TSLソリューションズDigiView、以下同じ)及び結晶方位解析ソフト(EDAX社OIM Data Collection及びOIM Analysis、以下同じ)を用い、「Crystal Direction」の<111>‖NDを用いて以下の方法で解析することにより得た。
1. 結晶座標系において、<111>を試料座標系のND[001]と合わせるような軸の回転操作を行う。
2. その後、試料座標系のND[001]軸に対して、各測定点の結晶座標系の<111>軸がどれくらい傾いているかを測定点毎に算出する。
3. 各点の傾きを積算グラフで表示し、縦軸:Number fractionが0.5のときの傾き:AlignmentをΔφの1/2とする。よって、Δφは得られた値の2倍とする。
EBSD及び結晶方位解析ソフトを用い、「Crystal Direction」の<001>‖NDを用いて以下の方法で解析することにより得た。
1. 試料座標系のND[001]軸に対して、各測定点の結晶座標系の<001>軸がどれくらい傾いているかを測定点毎に算出する。
2. 各点の傾きを積算グラフで表示し、縦軸:Number fractionが0.5のときの傾き:AlignmentをΔωの1/2とする。よって、Δωは得られた値の2倍とする。
EBSD及び結晶方位解析ソフトを用いて解析し、1mm2当たりの結晶方位がずれている面積の割合を求めた。具体的には、金属基板の保護層(Niめっき層)の測定においては結晶方位が(001)[100]から4°以上6°未満ずれている面積の割合、6°以上8°未満ずれている面積の割合、及び8°以上ずれている面積の割合を、第2酸化物層(CeO2層)の測定においては結晶方位が(001)[110]から4°以上6°未満ずれている面積の割合、6°以上8°未満ずれている面積の割合及び8°以上ずれている面積の割合を求めた。
具体的には、「Crystal Orientation」にて、Orientationを金属基板の保護層の測定においては(001)[100]に設定し、第2酸化物層の測定においては(001)[110]に設定し、その方向からの傾きの範囲を指定して、それぞれの範囲での面積率を算出した。
金属基板に対し、最初に図2の位置IIに示す相対位置でCeO2を60秒成膜し(非最適条件)、その後に、基板アダプター30を半回転させ位置Iの状態として840秒成膜した以外は、実施例1と同様にしてエピタキシャル成長用積層基材を製造した。なお、成膜条件はRF出力50W(約7.1nm/min)に設定した。得られたエピタキシャル成長用積層基材について測定した値を表2及び図3に示す。これらの結果から、第2酸化物層の結晶配向性は金属基板の最表層に比べてほとんど改善しないことが分かった。
金属基板に対し、成膜初期から最後まで図2の位置IIに示す相対位置に固定してCeO2を900秒成膜した以外は、実施例1と同様にしてエピタキシャル成長用積層基材を製造した。なお、成膜条件はRF出力50W(約7.1nm/min)に設定した。得られたエピタキシャル成長用積層基材について測定した値を表2及び図3に示す。これらの結果から、酸化物層の結晶配向性は金属基板の最表層に比べてほとんど改善せず、むしろ低下する可能性があることが分かった。
金属基板に対し、CeO2の結晶配向性改善層を図2の位置Iの状態で30秒間成膜し、その後に位置Iの状態のまま870秒間YSZからなる第2酸化物層を形成した以外は、実施例1と同様にしてエピタキシャル成長用積層基材を製造した。なお、第一工程及び第二工程のいずれにおいても、成膜条件はRF出力50Wに設定した。得られたエピタキシャル成長用積層基材について測定した値を図3に示す。この結果から、結晶配向性改善層及び第2酸化物層が異なる酸化物から構成された場合であっても、結晶配向性改善層の結晶配向性を引き継いでYSZが成長し、結晶配向性の改善効果が得られることが分かった。
10a 垂直方向の磁束密度0地点
20 金属基板
20a 成膜位置
30 基板アダプター
Claims (6)
- 金属基板と、前記金属基板の上に形成された酸化物層とを含むエピタキシャル成長用積層基材の製造方法であって、
前記酸化物層が、前記金属基板の最表層の上に形成される、酸化物から構成される結晶配向性改善層と、前記結晶配向性改善層に対してエピタキシャル成長した酸化物から構成され、前記金属基板の最表層のΔωmに比べて0.5°以上小さいΔωcを有する第2酸化物層とを含み、
最表層のc軸配向率が99%以上である結晶配向した金属基板を準備する工程と、
前記金属基板上に、前記金属基板上の成膜位置における垂線と、前記成膜位置から最短距離にあるターゲット上の垂直方向の磁束密度0地点へ至る線とが成す角度を15°以内にしてRFマグネトロンスパッタリングを行い、前記結晶配向性改善層を形成する第一工程と、
前記第一工程により形成した結晶配向性改善層に対して酸化物をエピタキシャル成長させ、前記第2酸化物層を形成する第二工程と、
を含み、
前記第二工程における成膜速度が、前記第一工程における成膜速度よりも大きく、
前記結晶配向性改善層の酸化物と、前記第2酸化物層の酸化物とが、同一の酸化物である、エピタキシャル成長用積層基材の製造方法。 - 前記第二工程では、前記第一工程により形成した結晶配向性改善層に対し、15°を超える前記角度でRFマグネトロンスパッタリングを行い酸化物をエピタキシャル成長させる、請求項1に記載のエピタキシャル成長用積層基材の製造方法。
- 前記第2酸化物層が、前記金属基板の最表層のΔωmに比べて0.5°〜3.0°小さいΔωcを有する、請求項1又は2に記載のエピタキシャル成長用積層基材の製造方法。
- 前記結晶配向性改善層が、1単位格子〜7単位格子の酸化物から構成される請求項1〜3のいずれかに記載のエピタキシャル成長用積層基材の製造方法。
- 前記結晶配向性改善層の酸化物、及び前記第2酸化物層の酸化物が、CeO2である請求項1〜4のいずれかに記載のエピタキシャル成長用積層基材の製造方法。
- 前記金属基板の最表層が、Ni又はNi合金からなる請求項1〜5のいずれかに記載のエピタキシャル成長用積層基材の製造方法。
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