JPH06271393A - Thin-film laminate and oxide superconducting conductor and their production - Google Patents

Thin-film laminate and oxide superconducting conductor and their production

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JPH06271393A
JPH06271393A JP6018893A JP6018893A JPH06271393A JP H06271393 A JPH06271393 A JP H06271393A JP 6018893 A JP6018893 A JP 6018893A JP 6018893 A JP6018893 A JP 6018893A JP H06271393 A JPH06271393 A JP H06271393A
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polycrystalline
orientation
film
rapid
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康裕 飯島
Nobuo Tanabe
信夫 田辺
Takashi Saito
隆 斉藤
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Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
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Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
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Abstract

PURPOSE:To provide a thin film laminate having polycrystallinc thin films for orientation control having excellent crystal orientability and the oxide superconducting conductor formed by utilizing this laminate and to provide a process capable of producing the laminate and the conductor at a high film forming speed. CONSTITUTION:This thin film laminate has a base material A, the rapidly formed polycrystalling thin film B which is formed on the film forming surface of this base material A and is bonded with many crystal grains and the polycrystalling thin film C for orientation control which is formed in this rapidly formed polycrystalling thin film B, is formed thinner than the rapidly formed polycrystalling thin film B and has <=30 deg. grain boundary inclination. Since this laminate has the polycrystalling thin film C for orientation control having <=30 deg. grain boundary inclination on the base material, the crystalline structures of the thin films to be formed thereon are aligned. The oxide superconducting conductor having excellent superconducting characteristics is, therefore, obtd. Since the laminate has the rapidly formed polycrystalling thin film, the thick laminate is obtd. in a short film forming time.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は結晶配向性の優れた配向
制御多結晶薄膜を有する薄膜積層体と超電導特性の優れ
た酸化物超電導層を有する酸化物超電導導体およびそれ
らの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film laminate having an orientation-controlled polycrystalline thin film having excellent crystal orientation, an oxide superconducting conductor having an oxide superconducting layer having excellent superconducting properties, and a method for producing them.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年になって発見された酸化物超電導体
は、液体窒素温度を超える臨界温度を示す優れた超電導
体であるが、現在、この種の酸化物超電導体を実用的な
超電導体として使用するためには、種々の解決するべき
問題点が存在している。その問題点の1つが、酸化物超
電導体の臨界電流密度が低いという問題である。
2. Description of the Related Art The oxide superconductor discovered in recent years is an excellent superconductor exhibiting a critical temperature exceeding the liquid nitrogen temperature. At present, this type of oxide superconductor is a practical superconductor. There are various problems to be solved for use as One of the problems is that the oxide superconductor has a low critical current density.

【0003】前記酸化物超電導体の臨界電流密度が低い
という問題は、酸化物超電導体の結晶自体に電気的な異
方性が存在することが大きな原因となっており、特に酸
化物超電導体はその結晶軸のa軸方向とb軸方向には電
気を流し易いが、c軸方向には電気を流しにくいことが
知られている。このような観点から酸化物超電導体を基
材上に形成してこれを超電導体として使用するために
は、基材上に結晶配向性の良好な状態の酸化物超電導体
を形成し、しかも、電気を流そうとする方向に酸化物超
電導体の結晶のa軸あるいはb軸を配向させ、その他の
方向に酸化物超電導体のc軸を配向させる必要がある。
The problem that the critical current density of the oxide superconductor is low is largely due to the existence of electrical anisotropy in the crystal itself of the oxide superconductor. It is known that electricity easily flows in the a-axis direction and the b-axis direction of the crystal axis, but it hardly flows in the c-axis direction. From such a viewpoint, in order to form an oxide superconductor on a substrate and use it as a superconductor, an oxide superconductor in a good crystal orientation is formed on the substrate, and, It is necessary to orient the a-axis or b-axis of the crystal of the oxide superconductor in the direction in which electricity is intended to flow and the c-axis of the oxide superconductor in the other direction.

【0004】従来、基板や金属テープなどの基材上に結
晶配向性の良好な酸化物超電導層を形成するために種々
の手段が試みられてきた。その1つの方法として、酸化
物超電導体と結晶構造の類似したMgOあるいはSrT
iO3などの単結晶基材を用い、これらの単結晶基材上
にスパッタリングなどの成膜法により酸化物超電導層を
形成する方法が実施されている。前記MgOやSrTi
3の単結晶基材を用いてスパッタリングなどの成膜法
を行なえば、酸化物超電導層の結晶が単結晶基材の結晶
を基に結晶成長するために、その結晶配向性を良好にす
ることが可能であり、これらの単結晶基材上に形成され
た酸化物超電導層は、数万〜数十万A/cm2程度の十
分に高い臨界電流密度を発揮することが知られている。
Conventionally, various means have been tried to form an oxide superconducting layer having a good crystal orientation on a substrate such as a substrate or a metal tape. One of the methods is MgO or SrT, which has a similar crystal structure to that of the oxide superconductor.
A method of forming an oxide superconducting layer on a single crystal substrate such as iO 3 by a film forming method such as sputtering has been carried out. MgO and SrTi
When a film forming method such as sputtering is performed using an O 3 single crystal substrate, the crystal of the oxide superconducting layer grows on the basis of the crystal of the single crystal substrate, so that the crystal orientation is improved. It is known that the oxide superconducting layer formed on these single crystal base materials exhibits a sufficiently high critical current density of about tens of thousands to several hundreds of thousands A / cm 2 . .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、酸化物超電
導体を導電体として使用するためには、テープ状などの
長尺の基材上に結晶配向性の良好な酸化物超電導層を形
成する必要がある。ところが、金属テープなどの基材上
に酸化物超電導層を直接形成すると、金属テープ自体が
多結晶体でその結晶構造も酸化物超電導体と大きく異な
るために、結晶配向性の良好な酸化物超電導層は到底形
成できないものである。しかも、酸化物超電導層を形成
する際に行なう熱処理によって金属テープと酸化物超電
導層との間で拡散反応が生じるために、酸化物超電導層
の結晶構造が崩れ、超電導特性が劣化する問題がある。
In order to use an oxide superconductor as a conductor, it is necessary to form an oxide superconducting layer having good crystal orientation on a long base material such as a tape. There is. However, when an oxide superconducting layer is directly formed on a base material such as a metal tape, the metal tape itself is a polycrystal and its crystal structure is significantly different from that of the oxide superconductor, so that the oxide superconducting material with good crystal orientation is obtained. Layers cannot be formed at all. In addition, since the heat treatment performed when forming the oxide superconducting layer causes a diffusion reaction between the metal tape and the oxide superconducting layer, there is a problem that the crystal structure of the oxide superconducting layer is destroyed and the superconducting characteristics are deteriorated. .

【0006】そこで従来、金属テープなどの基材上に、
スパッタ装置を用いてMgOやSrTiO3などの中間
薄膜を被覆し、この中間薄膜上に酸化物超電導層を形成
することが行なわれている。ところがこの種の中間薄膜
上にスパッタ装置により形成した酸化物超電導層は、単
結晶基材上に形成された酸化物超電導層よりもかなり低
い臨界電流密度(例えば数千A/cm2程度)しか示さ
ないという問題があった。これは、以下に説明する理由
によるものと考えられる。
Therefore, conventionally, on a base material such as a metal tape,
It has been practiced to coat an intermediate thin film of MgO, SrTiO 3 or the like using a sputtering device and form an oxide superconducting layer on this intermediate thin film. However, the oxide superconducting layer formed on the intermediate thin film of this kind by a sputtering apparatus has a critical current density (for example, about several thousand A / cm 2 ) which is considerably lower than that of the oxide superconducting layer formed on the single crystal substrate. There was a problem of not showing. This is considered to be due to the reason explained below.

【0007】図12は、金属テープなどの基材1上にス
パッタ装置により多結晶中間薄膜2を形成し、この多結
晶中間薄膜2上にスパッタ装置により酸化物超電導層3
を形成した酸化物超電導導体の断面構造を示すものであ
る。図12に示す構造において、酸化物超電導層3は多
結晶状態であり、多数の結晶粒4が無秩序に結合した状
態となっている。これらの結晶粒4の1つ1つを個々に
見ると各結晶粒4の結晶のc軸は基材表面に対して垂直
に配向しているものの、a軸とb軸は無秩序な方向を向
いているものと考えられる。
In FIG. 12, a polycrystalline intermediate thin film 2 is formed on a substrate 1 such as a metal tape by a sputtering device, and an oxide superconducting layer 3 is formed on the polycrystalline intermediate thin film 2 by a sputtering device.
3 is a cross-sectional structure of an oxide superconducting conductor formed with. In the structure shown in FIG. 12, the oxide superconducting layer 3 is in a polycrystalline state, and a large number of crystal grains 4 are randomly bonded. Looking at each of these crystal grains 4 individually, the c-axis of the crystal of each crystal grain 4 is oriented perpendicular to the substrate surface, but the a-axis and the b-axis are oriented in a disordered direction. It is considered that

【0008】このように酸化物超電導層の結晶粒毎にa
軸とb軸の向きが無秩序になると、結晶配向性の乱れた
結晶粒界において超電導状態の量子的結合性が失なわれ
る結果、超電導特性、特に臨界電流密度の低下を引き起
こすものと思われる。また、前記酸化物超電導体がa軸
およびb軸配向していない多結晶状態となるのは、その
下に形成された多結晶中間薄膜2が、a軸およびb軸配
向していない状態であるために、酸化物超電導層3を成
膜する場合に、多結晶中間薄膜2の結晶に整合するよう
に酸化物超電導層3が成長するためであると思われる。
In this way, a is obtained for each crystal grain of the oxide superconducting layer.
When the orientations of the axis and the b-axis become disordered, the quantum coupling property of the superconducting state is lost at the grain boundaries where the crystal orientation is disturbed, and as a result, the superconducting properties, especially the critical current density, are likely to decrease. The oxide superconductor is in a polycrystalline state in which the a-axis and b-axis are not oriented when the polycrystalline intermediate thin film 2 formed thereunder is not in the a-axis and b-axis orientation. Therefore, it is considered that when the oxide superconducting layer 3 is formed, the oxide superconducting layer 3 grows so as to match the crystal of the polycrystalline intermediate thin film 2.

【0009】そこで本発明者らは、ハステロイテープな
どの金属テープの上にYSZなどの多結晶中間薄膜を形
成し、この多結晶中間薄膜上に酸化物超電導体の中でも
安定性に優れたYBaCuO系の超電導層を形成するこ
とで超電導特性の優れた超電導導体を製造する試みを種
々行なっている。このような試みの中から本発明者らは
先に、結晶配向性に優れた中間薄膜を形成するために、
あるいは、超電導特性の優れた超電導テープを得るため
に、特願平3ー126836号、特願平3ー12683
7号、特願平3ー205551号、特願平4ー1344
3号、特願平4ー293464号などにおいて特許出願
を行なっている。
Therefore, the present inventors formed a polycrystalline intermediate thin film of YSZ or the like on a metal tape such as Hastelloy tape, and on this polycrystalline intermediate thin film, a YBaCuO-based material having excellent stability among oxide superconductors was formed. Various attempts have been made to manufacture a superconducting conductor having excellent superconducting properties by forming the superconducting layer of. From among these attempts, the present inventors firstly formed an intermediate thin film having excellent crystal orientation,
Alternatively, in order to obtain a superconducting tape having excellent superconducting properties, Japanese Patent Application No. 3-1286836 and Japanese Patent Application No. 3-12683
No. 7, Japanese Patent Application No. 3-2055551, Japanese Patent Application No. 4-1344
Patent applications have been filed in Japanese Patent Application No. 3 and Japanese Patent Application No. 4-293464.

【0010】これらの特許出願に記載された技術によれ
ば、ハステロイテープなどの金属テープの基材上にスパ
ッタ装置により多結晶中間成薄膜を形成する際に、スパ
ッタリングと同時に基材成膜面の斜め方向からイオンビ
ームを照射しながら多結晶速成薄膜を成膜することによ
り、結晶配向性に優れた多結晶速成薄膜を形成すること
ができるものである。この方法によれば、多結晶速成薄
膜を形成する多数の結晶粒のそれぞれの結晶格子のa軸
あるいはb軸で形成する粒界傾角を30度以下に揃える
ことができ、結晶配向性に優れた多結晶速成薄膜を形成
することができる。そして更に、この配向性に優れた中
間薄膜上に酸化物超電導層を成膜するならば、酸化物超
電導層の結晶配向性も優れたものになり、これにより、
結晶配向性に優れた臨界電流密度の高い酸化物超電導層
を形成することができる。
According to the techniques described in these patent applications, when a polycrystalline intermediate thin film is formed on a base material of a metal tape such as Hastelloy tape by a sputtering device, the surface of the base material film is formed simultaneously with sputtering. By forming a polycrystalline rapid-deposited thin film while irradiating an ion beam from an oblique direction, a polycrystalline rapid-deposited thin film having excellent crystal orientation can be formed. According to this method, the grain boundary tilt angle formed by the a-axis or the b-axis of each crystal lattice of a large number of crystal grains forming the polycrystalline rapid-deposited thin film can be made equal to 30 degrees or less, and the crystal orientation is excellent. A polycrystalline rapid-deposited thin film can be formed. And further, if the oxide superconducting layer is formed on the intermediate thin film excellent in the orientation, the crystal orientation of the oxide superconducting layer will be excellent.
It is possible to form an oxide superconducting layer having excellent crystal orientation and high critical current density.

【0011】ところが前記特許出願に係る方法にあって
は、スパッタ粒子の堆積を行なって多結晶中間薄膜を形
成する際に、斜め方向からイオンビームで堆積膜の一部
をスパッタしながらスパッタ粒子の堆積を行なっている
ので、多結晶中間薄膜を成膜する際の成膜速度が遅くな
り、通常のスパッタリングによる成膜よりも成膜速度が
遅くなる問題があった。
However, in the method according to the above patent application, when the sputtered particles are deposited to form a polycrystalline intermediate thin film, the sputtered particles are sputtered by obliquely sputtering a part of the deposited film with an ion beam. Since the deposition is performed, there is a problem that the film formation rate at the time of forming the polycrystalline intermediate thin film becomes slow, and the film formation rate becomes slower than the film formation by ordinary sputtering.

【0012】ところで、前記酸化物超電導体の応用分野
以外において、多結晶体などの基材上に、各種の配向膜
を形成する技術が利用されている。例えば光学薄膜の分
野、光磁気ディスクの分野、配線基板の分野、高周波導
波路や高周波フィルタ、空洞共振器などの分野である
が、いずれの技術においても基材上に膜質の安定した配
向性の良好な多結晶薄膜を形成することが課題となって
いる。即ち、得られる多結晶薄膜の結晶配向性が良好で
あるならば、その上に形成される光学薄膜、磁性薄膜、
配線用薄膜などの膜質が向上するわけであり、基材上に
結晶配向性の良好な光学薄膜、磁性薄膜、配線用薄膜な
どを形成できることが好ましいとされている。
By the way, in addition to the field of application of the oxide superconductor, a technique for forming various alignment films on a substrate such as a polycrystal is used. For example, in the fields of optical thin films, fields of magneto-optical disks, fields of wiring boards, fields of high-frequency waveguides, high-frequency filters, cavity resonators, etc. The problem is to form a good polycrystalline thin film. That is, if the crystal orientation of the obtained polycrystalline thin film is good, an optical thin film, a magnetic thin film formed thereon,
Since the film quality of the wiring thin film and the like is improved, it is said that it is preferable to be able to form an optical thin film, a magnetic thin film, a wiring thin film and the like having good crystal orientation on the substrate.

【0013】なお、高周波数帯域で使用される磁気ヘッ
ドのコア材として高透磁率を有し、熱的にも安定なパー
マロイ、あるいは、センダストなどの磁性薄膜が実用化
されている。これらの磁性薄膜は、従来、蒸着やスパッ
タにより所定の基板上に形成されるが、これらの磁性薄
膜の結晶方位の配向性が低いものであると、磁性薄膜の
磁気異方性の制御が困難になり、膜面内では結晶粒の方
位が無秩序になり、透磁率の高周波特性が損なわれる問
題があった。また、膜面内での結晶軸の軸方向が無秩序
であると、面内磁化にスキューやリップルと呼ばれる局
所的なゆらぎが発生し、前述のように透磁率の高周波特
性が損なわれることになるので、結晶配向性に優れた磁
性薄膜が望まれている。
As a core material of a magnetic head used in a high frequency band, a magnetic thin film such as permalloy or sendust having a high magnetic permeability and being thermally stable has been put into practical use. Conventionally, these magnetic thin films are formed on a predetermined substrate by vapor deposition or sputtering, but if the orientation of the crystal orientation of these magnetic thin films is low, it is difficult to control the magnetic anisotropy of the magnetic thin films. Therefore, there is a problem that the orientation of crystal grains becomes disordered in the film plane, and the high frequency characteristics of magnetic permeability are impaired. Further, if the crystallographic axis in the plane of the film is disordered, local fluctuations called skew and ripple occur in the in-plane magnetization, which impairs the high frequency characteristics of magnetic permeability as described above. Therefore, a magnetic thin film having excellent crystal orientation is desired.

【0014】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、基材の成膜面に対して直角向きに結晶粒の結
晶軸のc軸を配向させることができると同時に、成膜面
と平行な面に沿って結晶粒の結晶軸のa軸およびb軸を
も揃えることができ、結晶配向性に優れた配向制御多結
晶薄膜を有する薄膜積層体とそれを利用した酸化物超電
導導体を提供すること、および、前記薄膜積層体と酸化
物超電導導体を早い成膜速度で製造することができる方
法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to orient the c-axis of the crystal axes of crystal grains at right angles to the film-forming surface of the base material, and at the same time, to form the film-forming surface. A thin film laminate having an orientation-controlled polycrystalline thin film excellent in crystal orientation, in which the a-axis and the b-axis of the crystal grains of the crystal grains can be aligned along a plane parallel to the plane, and an oxide superconducting conductor using the same And a method capable of producing the thin film laminate and the oxide superconducting conductor at a high film-forming rate.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は前
記課題を解決するために、基材と、この基材の成膜面上
に形成されて多数の結晶粒が結合されてなる多結晶速成
薄膜と、この多結晶速成薄膜上に形成されて前記多結晶
速成薄膜よりも薄く形成された粒界傾角30度以下の配
向制御多結晶薄膜を具備してなるものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a multi-layer structure comprising a base material and a large number of crystal grains formed on the film-forming surface of the base material. It comprises a crystallographically accelerated thin film, and an orientation-controlled polycrystalline thin film having a grain boundary tilt angle of 30 degrees or less, which is formed on the polycrystalline rapid-formed thin film and is thinner than the polycrystalline rapid-formed thin film.

【0016】請求項2記載の発明は前記課題を解決する
ために、基材と、この基材の成膜面上に形成されて多数
の結晶粒が結合されてなり粒界傾角30度以下の配向制
御多結晶薄膜と、この配向制御多結晶薄膜上に形成され
て前記配向制御多結晶薄膜よりも厚く形成された多結晶
速成薄膜を具備してなるものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a second aspect of the present invention comprises a base material and a large number of crystal grains formed on the film-forming surface of the base material and bonded to each other. The present invention comprises an orientation-controlled polycrystalline thin film and a polycrystalline rapid-deposited thin film formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film and formed thicker than the orientation-controlled polycrystalline thin film.

【0017】請求項3記載の発明は前記課題を解決する
ために、基材と、この基材の成膜面上に形成されて多数
の結晶粒が結合されてなる多結晶速成薄膜と、この多結
晶速成薄膜上に形成されて前記多結晶速成薄膜よりも薄
く形成された粒界傾角30度以下の配向制御多結晶薄膜
と、この配向制御多結晶薄膜上に形成された酸化物超電
導層を具備してなるものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a third aspect of the present invention includes a base material, and a polycrystalline rapid-deposited thin film formed on a film-forming surface of the base material and having a large number of crystal grains bonded to each other. An orientation-controlled polycrystalline thin film having a grain boundary tilt angle of 30 degrees or less formed on the polycrystalline rapidly-deposited thin film and thinner than the polycrystalline rapidly-deposited thin film, and an oxide superconducting layer formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film. It is equipped with.

【0018】請求項4記載の発明は前記課題を解決する
ために、基材と、この基材の成膜面上に形成されて多数
の結晶粒が結合されてなり粒界傾角30度以下の配向制
御多結晶薄膜と、この配向制御多結晶薄膜上に形成され
て前記配向制御多結晶薄膜よりも厚く形成された多結晶
速成薄膜と、この多結晶速成薄膜上に形成された酸化物
超電導層を具備してなるものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a fourth aspect of the present invention comprises a base material and a large number of crystal grains formed on the film-forming surface of the base material and bonded to each other. Orientation-controlled polycrystalline thin film, polycrystalline quick-deposited thin film formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film and thicker than the orientation-controlled polycrystalline thin film, and oxide superconducting layer formed on the polycrystalline fast-deposited thin film. It is equipped with.

【0019】請求項5記載の発明は前記課題を解決する
ために、基材の成膜面上にスパッタなどの成膜法により
多数の結晶粒を結合させてなる多結晶速成薄膜を形成
し、この多結晶速成薄膜上に前記成膜面に対して斜め方
向から50〜60度の範囲の入射角度でイオンビームを
照射しながら成膜処理を行なって結晶粒の粒界傾角を3
0度以下とした配向制御多結晶薄膜を形成するものであ
る。
In order to solve the above-mentioned problems, a fifth aspect of the present invention is to form a polycrystalline rapid-deposited thin film formed by bonding a large number of crystal grains on a film-forming surface of a substrate by a film-forming method such as sputtering. A film forming process is performed on the polycrystalline rapid-deposited thin film while irradiating an ion beam at an incident angle in a range of 50 to 60 degrees from an oblique direction with respect to the film forming surface, and a grain boundary tilt angle of crystal grains is set to 3.
An orientation-controlled polycrystalline thin film having a temperature of 0 degrees or less is formed.

【0020】請求項6記載の発明は前記課題を解決する
ために、基材の成膜面に対して斜め方向から50〜60
度の範囲の入射角度でイオンビームを照射しながら成膜
処理を行なって基材成膜面上に多数の結晶粒を結合させ
た粒界傾角30度以下の配向制御多結晶薄膜を形成し、
この配向制御多結晶薄膜上にスパッタなどの成膜法によ
り多数の結晶粒を結合させた多結晶速成薄膜を形成する
ものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 6 is 50 to 60 from an oblique direction with respect to the film forming surface of the base material.
Film formation processing is performed while irradiating the ion beam at an incident angle in the range of 10 degrees to form an orientation control polycrystalline thin film having a grain boundary tilt angle of 30 degrees or less in which a large number of crystal grains are bonded on the substrate film formation surface.
On this orientation-controlled polycrystalline thin film, a polycrystalline rapid-deposited thin film in which a large number of crystal grains are combined is formed by a film forming method such as sputtering.

【0021】請求項7記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項5または6記載の薄膜積層体の製造方法
において、イオンビームの入射角度を55〜60度の範
囲に設定して成膜し、配向制御多結晶薄膜の結晶粒の粒
界傾角を25度以内とするものである。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 7 is the method for manufacturing a thin film laminate according to claim 5 or 6, wherein the incident angle of the ion beam is set in the range of 55 to 60 degrees. The film is formed so that the grain boundary tilt angle of the crystal grains of the orientation-controlled polycrystalline thin film is within 25 degrees.

【0022】請求項8記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項5、6または7記載の薄膜積層体の製造
方法において、多結晶速成薄膜を高周波スパッタ法によ
り形成し、配向制御多結晶薄膜をイオンビームスパッタ
法により形成するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 8 is the method for producing a thin film laminate according to claim 5, 6 or 7, wherein a polycrystalline rapid-accelerating thin film is formed by a high frequency sputtering method, and orientation control is performed. The crystal thin film is formed by the ion beam sputtering method.

【0023】請求項9記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項5、6、7または8記載の配向制御多結
晶薄膜上または中間薄膜上に、成膜法により酸化物超電
導層を形成するものである。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 9 provides an oxide superconducting layer on the orientation-controlled polycrystalline thin film or intermediate thin film according to claim 5, 6, 7 or 8 by a film forming method. To form.

【0024】請求項10記載の発明は前記課題を解決す
るために、請求項9記載の酸化物超電導層を配向制御多
結晶薄膜あるいは多結晶速成薄膜上に成膜する場合に、
酸化物超電導層をエピタキシャル成長させるものであ
る。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 10 forms the oxide superconducting layer according to claim 9 on an orientation-controlled polycrystalline thin film or a polycrystalline accelerated thin film,
The oxide superconducting layer is epitaxially grown.

【0025】[0025]

【作用】粒界傾角を30度以下とした配向制御多結晶薄
膜を有するので、この配向制御多結晶薄膜を利用してこ
の上に成膜法により他の薄膜を形成すると、その薄膜の
結晶構造が良好になる。よってこの配向制御多結晶薄膜
を有する薄膜積層体は、結晶構造が整う必要性のある各
種の薄膜積層体の基本部分の構造として広く利用可能に
なる。
Since there is an orientation-controlled polycrystalline thin film having a grain boundary tilt angle of 30 degrees or less, when another thin film is formed on this orientation-controlled polycrystalline thin film by a film forming method, the crystal structure of the thin film is formed. Will be good. Therefore, the thin film laminate having this orientation-controlled polycrystalline thin film can be widely used as the structure of the basic portion of various thin film laminates whose crystal structures need to be aligned.

【0026】粒界傾角を30度以下とした配向制御多結
晶薄膜上に成膜された酸化物超電導層は結晶配向性が良
好になるので、優れた超電導特性を示す。また、配向制
御多結晶薄膜上に形成された多結晶速成薄膜は結晶配向
性が良好になるので、その上に成膜された酸化物超電導
層も結晶配向性が良好になり、優れた超電導特性を示
す。更に、配向制御多結晶薄膜を多結晶速成薄膜よりも
薄く形成すると、成膜に時間のかかる配向制御多結晶薄
膜の部分が少なくなり、成膜速度を早くできる多結晶速
成薄膜部分が多くなるので、成膜時間が短縮される。ま
た、多結晶速成薄膜を形成する方法として高周波スパッ
タを用いることができ、配向制御多結晶薄膜を形成する
方法としてイオンビームスパッタを用いることができ
る。
Since the oxide superconducting layer formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film having the grain boundary tilt angle of 30 degrees or less has a good crystal orientation, it exhibits excellent superconducting properties. In addition, since the polycrystalline rapid-growth thin film formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film has a good crystal orientation, the oxide superconducting layer formed on it also has a good crystal orientation, resulting in excellent superconducting properties. Indicates. Furthermore, if the orientation-controlled polycrystalline thin film is formed thinner than the polycrystalline rapid-deposited thin film, the portion of the orientation-controlled polycrystalline thin film, which takes a long time to form the film, is reduced, and the polycrystalline rapid-deposited thin film portion that can increase the film formation rate is increased. The film forming time is shortened. Also, high frequency sputtering can be used as a method for forming a polycrystalline rapid-deposited thin film, and ion beam sputtering can be used as a method for forming an orientation-controlled polycrystalline thin film.

【0027】一方、成膜法により配向制御多結晶薄膜を
基材成膜面上あるいは多結晶速成薄膜上に堆積させる際
に、基材成膜面の斜め方向50〜60度の範囲からイオ
ンビームを照射するので、成膜時に堆積される多結晶薄
膜構成粒子が効率的に活性化される結果、基材の成膜面
に対してc軸配向性に加えてa軸配向性とb軸配向性も
向上するように配向制御多結晶薄膜が生成する。その結
果、結晶粒界が多数形成された多結晶薄膜であっても、
結晶粒ごとのa軸配向性とb軸配向性とc軸配向性のい
ずれもが良好になり、膜質の向上した配向制御多結晶薄
膜が得られ、この配向制御多結晶薄膜上に形成された酸
化物超電導層もその結晶配向性が良好になるので、超電
導特性の優れた酸化物超電導導体が得られる。
On the other hand, when depositing the orientation-controlled polycrystalline thin film on the substrate film-forming surface or the polycrystalline rapid-deposited thin film by the film-forming method, the ion beam is applied from the range of 50 to 60 degrees in the oblique direction of the substrate film-forming surface. As a result, the polycrystalline thin film constituent particles deposited during film formation are efficiently activated, resulting in a-axis orientation and b-axis orientation in addition to the c-axis orientation with respect to the film formation surface of the substrate. An orientation-controlled polycrystalline thin film is formed so that the property is also improved. As a result, even with a polycrystalline thin film having a large number of grain boundaries,
All of the a-axis orientation, b-axis orientation, and c-axis orientation of each crystal grain were improved, and an orientation-controlled polycrystalline thin film with improved film quality was obtained, and formed on this orientation-controlled polycrystalline thin film. Since the oxide superconducting layer also has a good crystal orientation, an oxide superconducting conductor having excellent superconducting properties can be obtained.

【0028】配向制御多結晶薄膜を成膜する際のイオン
ビームの入射角度を基材成膜面に対して55〜60度に
設定すると、配向制御多結晶薄膜の結晶粒の粒界傾角が
30度よりも更に揃うようになり、25度以下に揃った
配向性の優れたものが得られるようになる。また、多結
晶速成薄膜を高周波スパッタ法により形成し、配向制御
多結晶薄膜をイオンビームスパッタ法により形成する
と、成膜速度の早い高周波スパッタ法を有効に利用して
膜厚の大きな多結晶速成薄膜を形成し、イオンビーム斜
め照射利用の成膜速度の遅いスパッタ法で結晶配向性の
優れた薄い配向制御多結晶薄膜を得るので、薄膜積層体
全体の成膜時間が短縮される。
When the incident angle of the ion beam at the time of forming the orientation-controlled polycrystalline thin film is set to 55 to 60 degrees with respect to the substrate film-forming surface, the grain boundary tilt angle of the crystal grains of the orientation-controlled polycrystalline thin film is 30. The orientation becomes even more uniform than the degree, and it becomes possible to obtain the one having excellent orientation which is equal to or less than 25 degrees. Further, when the polycrystalline rapid-deposited thin film is formed by the high frequency sputtering method and the orientation control polycrystalline thin film is formed by the ion beam sputtering method, the high-frequency sputtered method having a high film formation rate is effectively utilized to make the polycrystalline rapid-deposited thin film having a large thickness And a thin orientation-controlled polycrystalline thin film with excellent crystal orientation is obtained by a sputtering method using oblique ion beam irradiation and a slow film-forming rate, so that the film formation time of the entire thin film stack is shortened.

【0029】なお、前記多結晶薄膜の結晶配向性が整う
要因として本発明者らは、以下のことを想定している。
基板上に形成された立方晶の多結晶薄膜の結晶の単位格
子においては、基板法線方向が<100>軸であり、他
の<010>軸と<001>軸は、いずれも、<100
>軸に直交する方向となる。これらの方向に対し、基板
法線に対して斜め方向から入射するイオンビームを考慮
すると、単位格子の原点に対して単位格子の対角線方
向、即ち、<111>軸に沿って入射する場合は54.
7度の入射角度となる。ここで前記のようにイオンビー
ムの入射角度が50〜60度の範囲、特に55〜60度
の範囲で良好な結晶配向性を示すことは、イオンビーム
の入射角度が前記54.7度と一致するかその前後にな
ることが関連していると思われ、これらの角度が一致す
るか、近似した場合にイオンチャンネリングが最も効果
的に起こり、基材上に堆積している結晶において、基材
の上面で前記角度に一致する配置関係になった原子のみ
が選択的に残り易くなり、その他の乱れた原子配列のも
のは斜めに入射されるイオンビームが発生させるスパッ
タ効果によりスパッタされて除去される結果、配向性の
良好な原子の集合した結晶のみが選択的に残って堆積
し、これが原因となって結晶配向性が整うものと推定し
ている。
The inventors of the present invention assume the following as a factor for adjusting the crystal orientation of the polycrystalline thin film.
In the unit cell of the crystal of the cubic polycrystalline thin film formed on the substrate, the substrate normal direction is the <100> axis, and the other <010> axis and the <001> axis are both <100>.
> The direction is orthogonal to the axis. Considering an ion beam that is incident obliquely to the normal line of the substrate with respect to these directions, it is 54 when incident along the diagonal direction of the unit lattice, that is, along the <111> axis with respect to the origin of the unit lattice. .
The incident angle is 7 degrees. Here, as described above, good crystal orientation is exhibited in the ion beam incident angle range of 50 to 60 degrees, and particularly in the 55 to 60 degree range. This means that the ion beam incident angle is equal to 54.7 degrees. It is considered that the ion channeling occurs most effectively when these angles are matched or approximated, and it is considered that the crystal is deposited in the crystal deposited on the substrate. Only the atoms that have a positional relationship that matches the angle on the upper surface of the material tend to remain selectively, and other disordered atomic arrangements are sputtered and removed by the sputtering effect generated by the obliquely incident ion beam. As a result, it is presumed that only the crystals in which the atoms having a good orientation are gathered and selectively deposited, and this causes the crystal orientation to be adjusted.

【0030】また、前記配向制御多結晶薄膜上に、ある
いは、配向制御多結晶薄膜上の多結晶速成薄膜上に酸化
物超電導層を成膜する際に、これをエピタキシャル成長
させるならば、酸化物超電導層が配向制御多結晶薄膜あ
るいは多結晶速成薄膜の結晶に沿って結晶成長する結
果、酸化物超電導層もa軸配向性とb軸配向性とc軸配
向性の良好なものが得られる。
Further, when an oxide superconducting layer is formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film or on the polycrystalline rapid-deposited thin film on the orientation-controlled polycrystalline thin film, if the oxide superconducting layer is epitaxially grown, the oxide superconducting layer is formed. As a result of the crystal growth of the layer along the crystal of the orientation-controlled polycrystalline thin film or the polycrystalline rapid-deposited thin film, the oxide superconducting layer also has excellent a-axis orientation, b-axis orientation, and c-axis orientation.

【0031】[0031]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図1は、本発明に係る薄膜積層体5の一実
施例を示すものであり、図1においてAは基材、Bはこ
の基材A上に形成された多結晶速成薄膜、Cはこの多結
晶速成薄膜B上に形成された配向制御多結晶薄膜をそれ
ぞれ示している。前記基材Aは、この例では基板状のも
のであるが、その他に例えば、線状、テープ状、ディス
ク状などの種々の形状のものを用いることができ、基材
Aの構成材料として、銀、白金、銅などの各種金属材料
あるいはステンレス、銅合金などの合金、または、ガラ
ス、セラミックスなどの材料から、更には、各種合金や
セラミックスのクラッド板や複合板などから適宜選択さ
れるものを用いることができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a thin film laminate 5 according to the present invention. In FIG. 1, A is a base material, B is a polycrystalline rapid-deposited thin film formed on this base material A, and C is this multi-layered film. The orientation-controlled polycrystalline thin films formed on the rapid-crystallized thin film B are shown. The base material A has a substrate shape in this example, but other various shapes such as a linear shape, a tape shape, and a disk shape can be used, and as the constituent material of the base material A, Various metal materials such as silver, platinum and copper, alloys such as stainless steel and copper alloys, materials such as glass and ceramics, and materials appropriately selected from clad plates and composite plates of various alloys and ceramics. Can be used.

【0032】前記多結晶速成薄膜Bは、立方晶系の結晶
構造を有する結晶の集合した微細な結晶粒6が多数相互
に結晶粒界を介して接合一体化されてなるものである。
この多結晶速成薄膜Bの各結晶粒の結晶軸においてa軸
とb軸は特別には配向されていないが、c軸は基材Aの
上面(成膜面)に対してほぼ直角に向けられていること
が好ましい。
The polycrystalline rapid-deposited thin film B is composed of a large number of fine crystal grains 6 in which crystals having a cubic crystal structure are aggregated and integrated with each other through crystal grain boundaries.
The a-axis and the b-axis are not specially oriented in the crystal axes of each crystal grain of the polycrystalline rapid-deposited thin film B, but the c-axis is oriented almost at right angles to the upper surface (deposition surface) of the base material A. Preferably.

【0033】前記配向制御多結晶薄膜Cは、立方晶系の
結晶構造を有する結晶の集合した微細な結晶粒7が多数
相互に結晶粒界を介して接合一体化されてなり、各結晶
粒7の結晶軸のc軸は基材Aの上面(成膜面)に対して
ほぼ直角に向けられ、各結晶粒7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。そして更に、各結晶粒7の結晶のa軸
(あるいはb軸)どうしは、それらのなす角度(図2に
示す粒界傾角K)を30度以内にして接合一体化されて
いる。
The orientation-controlled polycrystalline thin film C is composed of a large number of fine crystal grains 7 in which crystals having a cubic crystal structure are aggregated and integrated with each other through crystal grain boundaries. The c-axis of the crystal axes of is oriented substantially at right angles to the upper surface (deposition surface) of the base material A, and the a-axis and the b-axis of the crystal axes of the respective crystal grains 7 are oriented in the same direction. It is in-plane oriented. Further, the a-axis (or the b-axis) of the crystals of the respective crystal grains 7 are joined and integrated by setting the angle (the grain boundary tilt angle K shown in FIG. 2) between them to be within 30 degrees.

【0034】次に、前記多結晶速成薄膜Bと配向制御多
結晶薄膜Cを製造する装置と製造方法について説明す
る。図2は、前記多結晶速成薄膜Bを製造する装置の一
例を示すものであり、この例の装置は、高周波スパッタ
装置である。本例の装置は、基材Aを保持する基材ホル
ダ11と、この基材ホルダ11の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12を主体として構
成されている。また、図中符号13は、ターゲット12
を保持したターゲットホルダを示し、このターゲットホ
ルダ13は高周波電源14に接続され、この高周波電源
14と前述の基材ホルダ11はそれぞれ接地されてい
る。
Next, an apparatus and a manufacturing method for manufacturing the polycrystalline rapid-deposited thin film B and the orientation-controlled polycrystalline thin film C will be described. FIG. 2 shows an example of an apparatus for producing the polycrystalline rapid-deposited thin film B, and the apparatus of this example is a high frequency sputtering apparatus. The apparatus of this example is mainly configured by a base material holder 11 that holds a base material A, and a plate-shaped target 12 that is arranged above the base material holder 11 so as to face each other at a predetermined interval. In addition, reference numeral 13 in the drawing denotes a target 12
The target holder 13 holds the target holder 13. The target holder 13 is connected to the high frequency power source 14, and the high frequency power source 14 and the base material holder 11 are grounded.

【0035】また、基材ホルダ11とターゲットホルダ
13は図示略の真空容器に収納されていて、基材ホルダ
11とターゲットホルダ13の周囲を真空雰囲気に保持
できるようになっている。更に前記真空容器には、ガス
ボンベなどの雰囲気ガス供給源が接続されていて、必要
に応じて真空容器の内部を真空などの低圧状態で、か
つ、アルゴンガスあるいはその他の不活性ガス雰囲気ま
たは酸素を含む不活性ガス雰囲気にすることができるよ
うになっている。以上の構成により、真空容器の内部を
減圧してから高周波電源14を作動させることによって
基材Aの上方空間にプラズマを発生させることができ、
このプラズマの作用によりターゲット12の粒子をスパ
ッタして基材A側に向けて飛ばすことができるようにな
っている。
The base material holder 11 and the target holder 13 are housed in a vacuum container (not shown) so that the surroundings of the base material holder 11 and the target holder 13 can be kept in a vacuum atmosphere. Further, an atmosphere gas supply source such as a gas cylinder is connected to the vacuum container, and if necessary, the inside of the vacuum container is in a low pressure state such as vacuum, and an argon gas or other inert gas atmosphere or oxygen is supplied. It can be made to contain an inert gas atmosphere. With the above structure, plasma can be generated in the space above the base material A by operating the high frequency power source 14 after depressurizing the inside of the vacuum container.
By the action of this plasma, the particles of the target 12 can be sputtered and blown toward the base material A side.

【0036】なお、基材Aとして長尺の金属テープ(ハ
ステロイ製あるいはステンレス製などのテープ)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11上
に金属テープを送り出し、続いて巻取装置で巻き取るこ
とで金属テープ上に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。
When a long metal tape (a tape made of Hastelloy or stainless steel) is used as the base material A, a metal tape feeding device and a winding device are provided inside the vacuum container, and the metal tape is continuously fed from the feeding device. It is preferable that the metal tape is sent out onto the base material holder 11 and then wound up by a winding device so that a continuous film can be formed on the metal tape.

【0037】前記基材ホルダ11は内部に加熱ヒータを
備えて構成され、基材ホルダ11上に配置された基材A
を必要に応じて所望の温度に加熱できるようになってい
る。前記ターゲット12は、目的とする多結晶速成薄膜
Bを形成するためのものであって、目的の組成の多結晶
薄膜と同一組成あるいは近似組成のものなどが用いられ
る。ターゲット12として具体的には、MgOあるいは
23で安定化したジルコニア(YSZ)、MgO、S
rTiO3などを用いることができるがこれらに限るも
のではなく、形成しようとする多結晶速成薄膜Bに見合
うターゲッを適宜用いれば良い。
The base material holder 11 is provided with a heater inside thereof, and the base material A is disposed on the base material holder 11.
Can be heated to a desired temperature as needed. The target 12 is for forming a desired polycrystalline rapid-deposited thin film B, and has the same composition as or similar composition to the polycrystalline thin film having a desired composition. Specific examples of the target 12 include zirconia (YSZ) stabilized with MgO or Y 2 O 3 , MgO, and S.
Although rTiO 3 or the like can be used, it is not limited to these, and a target suitable for the polycrystalline rapid-deposited thin film B to be formed may be appropriately used.

【0038】次に前記構成の装置を用いて基材A上にY
SZの多結晶速成薄膜Bを形成する場合について説明す
る。基材A上に多結晶速成薄膜Bを形成するには、YS
Zのターゲットを用いるとともに基材Aを収納している
真空容器の内部を真空引きして減圧雰囲気とする。そし
て、高周波電源14を作動させる。これによりターゲッ
ト12の構成粒子がスパッタされて基材A上に飛来す
る。この粒子を所用時間かけて堆積させるならば、基材
A上に所望の厚さの多結晶速成薄膜Bを形成することが
できる。このようにして得られた多結晶速成薄膜Bを構
成する多数の結晶粒の結晶軸のa軸とb軸とc軸は、い
ずれも任意な方向を向いていても良いし配向性があるも
のでも良い。
Next, using the apparatus having the above-mentioned structure, Y is applied onto the base material A.
A case of forming a polycrystalline rapid-deposited thin film B of SZ will be described. To form the polycrystalline rapid-deposited thin film B on the substrate A, use YS
The inside of the vacuum container in which the base material A is stored is evacuated to a reduced pressure atmosphere while using the Z target. Then, the high frequency power supply 14 is operated. As a result, the constituent particles of the target 12 are sputtered and fly onto the base material A. If these particles are deposited for a required time, the polycrystalline rapid-deposited thin film B having a desired thickness can be formed on the base material A. The a-axis, the b-axis, and the c-axis of the crystal axes of a large number of crystal grains forming the polycrystalline rapid-deposited thin film B thus obtained may all be oriented in any direction or have orientation. But good.

【0039】次に、図4は前述の配向制御多結晶薄膜C
を製造する装置の一例を示すものであり、この例の装置
は、イオンビーム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。
Next, FIG. 4 shows the above-mentioned orientation control polycrystalline thin film C.
This is an example of an apparatus for manufacturing a. The apparatus of this example has a configuration in which an ion beam sputtering apparatus is provided with an ion gun for ion beam assist.

【0040】本例の装置は、基材Aを保持する基材ホル
ダ15と、この基材ホルダ15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16と、前記基
材ホルダ15の斜め上方に所定間隔をもって対向され、
かつ、前記ターゲット16と離間して配置されたイオン
ガン17と、前記ターゲット16の斜め下方においてタ
ーゲット16の下面に向けて配置されたスパッタビーム
照射装置18を主体として構成されている。また、図中
符号19は、ターゲット16を保持したターゲットホル
ダを示している。
The apparatus of this embodiment comprises a base material holder 15 for holding the base material A, a plate-shaped target 16 diagonally above and facing the base material holder 15 at a predetermined interval, and the base material holder 15. Facing diagonally upward with a certain interval,
Further, the main components are an ion gun 17 arranged apart from the target 16 and a sputter beam irradiation device 18 arranged obliquely below the target 16 toward the lower surface of the target 16. Reference numeral 19 in the figure denotes a target holder that holds the target 16.

【0041】また、本実施例の装置は図示略の真空容器
に収納されていて、基材Aの周囲を真空雰囲気に保持で
きるようになっている。更に前記真空容器には、ガスボ
ンベなどの雰囲気ガス供給源が接続されていて、真空容
器の内部を真空などの低圧状態で、かつ、アルゴンガス
あるいはその他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不
活性ガス雰囲気にすることができるようになっている。
The apparatus of this embodiment is housed in a vacuum container (not shown) so that the periphery of the base material A can be maintained in a vacuum atmosphere. Further, an atmosphere gas supply source such as a gas cylinder is connected to the vacuum container, the inside of the vacuum container is in a low pressure state such as vacuum, and argon gas or another inert gas atmosphere or an inert gas containing oxygen. It can be made into an atmosphere.

【0042】前記基材ホルダ15は内部に加熱ヒータを
備え、基材ホルダ15の上に位置された基材Aを必要に
応じて所望の温度に加熱できるようになっている。ま
た、基材ホルダ15の底部には角度調整機構Dが付設さ
れている。この角度調整機構Dは、基材ホルダ15の底
部に接合された上部支持板20と、この上部支持板20
にピン結合された下部支持板21と、この下部支持板2
1を支持する基台22を主体として構成されている。前
記上部支持板20と下部支持板21とはピン結合部分を
介して互いに回動自在に構成されており、基材ホルダ1
5の傾斜角度を調整できるようになっている。なお、本
例の装置では基材ホルダ15の角度を調整する角度調整
機構Dを設けたが、角度調整機構Dをイオンガン17の
支持部分に取り付けてイオンガン17の傾斜角度を調整
し、イオンビームの入射角度を調整するようにしても良
い。また、角度調整機構は本実施例の構成に限るもので
はなく、種々の構成のものを採用することができるのは
勿論である。
The base material holder 15 is provided with a heater inside so that the base material A located on the base material holder 15 can be heated to a desired temperature as needed. An angle adjusting mechanism D is attached to the bottom of the base material holder 15. The angle adjusting mechanism D includes an upper support plate 20 joined to the bottom of the base material holder 15 and the upper support plate 20.
A lower support plate 21 pin-coupled to the lower support plate 2
The base 22 which supports 1 is mainly constituted. The upper support plate 20 and the lower support plate 21 are configured to be rotatable relative to each other via a pin coupling portion, and the base material holder 1
The tilt angle of 5 can be adjusted. Although the apparatus of this example is provided with the angle adjusting mechanism D for adjusting the angle of the base material holder 15, the angle adjusting mechanism D is attached to the supporting portion of the ion gun 17 to adjust the inclination angle of the ion gun 17 to adjust the ion beam. The incident angle may be adjusted. Further, the angle adjusting mechanism is not limited to the configuration of this embodiment, and it goes without saying that various configurations can be adopted.

【0043】前記ターゲット16は、目的とする配向制
御多結晶薄膜を形成するためのものであり、目的の組成
の配向制御多結晶薄膜と同一組成あるいは近似組成のも
のなどを用いる。ターゲット16として具体的には、M
gOあるいはY23で安定化したジルコニア(YS
Z)、MgO、SrTiO3などを用いるがこれに限る
ものではなく、形成しようとする配向制御多結晶薄膜に
見合うターゲッを適宜用いれば良い。
The target 16 is for forming a target orientation-controlled polycrystalline thin film, and has the same composition as or similar composition to the orientation-controlled polycrystalline thin film having a desired composition. Specifically as the target 16, M
Zirconia stabilized with gO or Y 2 O 3 (YS
Z), MgO, SrTiO 3 or the like is used, but the present invention is not limited to this, and a target suitable for the orientation-controlled polycrystalline thin film to be formed may be appropriately used.

【0044】前記イオンガン17は、容器の内部に、蒸
発源を収納し、蒸発源の近傍に引き出し電極を備えて構
成されている。そして、前記蒸発源から発生した原子ま
たは分子の一部をイオン化し、そのイオン化した粒子を
引き出し電極で発生させた電界で制御してイオンビーム
として照射する装置である。粒子をイオン化するには直
流放電方式、高周波励起方式、フィラメント式、クラス
タイオンビーム方式などの種々のものがある。フィラメ
ント式はタングステン製のフィラメントに通電加熱して
熱電子を発生させ、高真空中で蒸発粒子と衝突させてイ
オン化する方法である。また、クラスタイオンビーム方
式は、原料を入れたるつぼの開口部に設けられたノズル
から真空中に出てくる集合分子のクラスタを熱電子で衝
撃してイオン化して放射するものである。本実施例にお
いては、図5に示す構成の内部構造のイオンガン17を
用いる。このイオンガン17は、筒状の容器25の内部
に、引出電極26とフィラメント27とArガスなどの
導入管28とを備えて構成され、容器25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 ion gun 17 is constructed so that an evaporation source is housed inside the container and an extraction electrode is provided near the evaporation source. Then, a part of atoms or molecules generated from the evaporation source is ionized, and the ionized particles are controlled by an electric field generated by an extraction electrode to irradiate as an ion beam. There are various methods for ionizing particles, such as a DC discharge method, a high frequency excitation method, a filament method, and a cluster ion beam method. The filament type is a method in which a tungsten filament is electrically heated to generate thermoelectrons, which are collided with evaporated particles in a high vacuum to be ionized. The cluster ion beam method is a method of bombarding clusters of aggregate molecules that come out in a vacuum from a nozzle provided at an opening of a crucible containing a raw material, bombarded with thermal electrons, ionized, and radiated. In this embodiment, the ion gun 17 having the internal structure shown in FIG. 5 is used. The ion gun 17 is configured to include an extraction electrode 26, a filament 27, and an introduction tube 28 for Ar gas or the like inside a cylindrical container 25, and can ionically irradiate ions from the tip of the container 25 in a beam shape. Is.

【0045】前記イオンガン17は、図4に示すように
その中心軸線Sを基材Aの上面(成膜面)に対して入射
角度θ(基材Aの垂線(法線)と中心線Sとのなす角
度)でもって傾斜させて対向されている。この入射角度
θは50〜60度の範囲が好ましいが、55〜60度の
範囲が最も好ましい。従ってイオンガン17は基材Aの
上面に対して入射角度θでもってイオンビームを照射で
きるように配置されている。なお、前記イオンガン17
によって基材Aに照射するイオンビームは、He+、N
+、Ar+、Xe+、Kr+などの希ガスのイオンビー
ム、あるいは、それらと酸素イオンの混合イオンビーム
などで良い。だだし、形成しようとする配向制御多結晶
薄膜の結晶構造を整えるためには、ある程度の原子量が
必要であり、あまりに軽量のイオンでは効果が薄くなる
ことを考慮すると、Ar+、Kr+などのイオンを用いる
ことが好ましい。前記スパッタビーム照射装置18は、
イオンガン17と同等の構成をなし、ターゲット16に
対してイオンビームを照射してターゲット16の構成粒
子を基材Aに向けて叩き出すことができるものである。
As shown in FIG. 4, the ion gun 17 has its central axis S with respect to the upper surface (film-forming surface) of the base material A at an incident angle θ (the normal line (normal line) of the base material A and the center line S). The angle is made by the angle) and the two are opposed to each other. The incident angle θ is preferably in the range of 50 to 60 degrees, but most preferably in the range of 55 to 60 degrees. Therefore, the ion gun 17 is arranged so that it can irradiate the upper surface of the base material A with an ion beam at an incident angle θ. The ion gun 17
The ion beam for irradiating the base material A with He + , N
An ion beam of a rare gas such as e + , Ar + , Xe + , and Kr + , or a mixed ion beam of these and oxygen ions may be used. However, in order to adjust the crystal structure of the orientation-controlled polycrystalline thin film to be formed, a certain amount of atomic weight is required, and considering that the effect becomes thin with an ion that is too light, Ar + , Kr +, etc. It is preferable to use ions. The sputter beam irradiation device 18 is
The structure is the same as that of the ion gun 17, and the target 16 can be irradiated with an ion beam to knock out the constituent particles of the target 16 toward the base material A.

【0046】次に前記構成の装置を用いて多結晶速成薄
膜B上にYSZの配向制御多結晶薄膜Cを形成する場合
について説明する。多結晶速成薄膜B上に配向制御多結
晶薄膜Cを形成するには、YSZのターゲットを用いる
とともに、角度調整機構Dを調節してイオンガン17か
ら照射されるイオンビームを多結晶速成薄膜Bの上面に
50〜60度の範囲の角度で照射できるようにする。次
に基材Aを収納している容器の内部を真空引きして減圧
雰囲気とする。この際の真空容器内の圧力は、イオンビ
ームを使用する関係から図3に示す高周波スパッタ装置
の真空容器内の圧力よりも低い値となる。そして、イオ
ンガン17とスパッタビーム照射装置18を作動させ
る。
Next, the case of forming the YSZ orientation-controlled polycrystalline thin film C on the polycrystalline rapid-deposited thin film B using the apparatus having the above structure will be described. To form the orientation-controlled polycrystalline thin film C on the polycrystalline rapid-deposited thin film B, a YSZ target is used, and the angle adjusting mechanism D is adjusted so that the ion beam irradiated from the ion gun 17 is irradiated onto the upper surface of the polycrystalline rapid-deposited thin film B. It is possible to irradiate at an angle in the range of 50 to 60 degrees. Next, the inside of the container accommodating the base material A is evacuated to create a reduced pressure atmosphere. At this time, the pressure in the vacuum container is lower than the pressure in the vacuum container of the high frequency sputtering apparatus shown in FIG. 3 because of the use of the ion beam. Then, the ion gun 17 and the sputter beam irradiation device 18 are operated.

【0047】スパッタビーム照射装置18からターゲッ
ト16にイオンビームを照射すると、ターゲット16の
構成粒子が叩き出されて基材A上に飛来する。そして、
多結晶速成薄膜B上に、ターゲット16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17からAr
イオンと酸素イオンの混合イオンビームを照射して配向
制御多結晶薄膜Cを形成する。ただしこの場合に、配向
制御多結晶薄膜Cの膜厚を多結晶速成薄膜Bよりも薄く
形成する。このイオン照射する際の入射角度θは、50
〜60度の範囲が好ましく、55〜60度の範囲が最も
好ましい。ここでθを90度とすると、多結晶薄膜のc
軸は基材A上の成膜面(多結晶速成薄膜Bの上面)に対
して直角に配向するものの、基材Aの成膜面上に(11
1)面が立つので好ましくない。また、θを30度とす
ると、多結晶薄膜はc軸配向すらしなくなる。前記のよ
うな好ましい範囲の角度でイオンビーム照射するならば
多結晶薄膜の結晶の(100)面が立つようになる。
When the target 16 is irradiated with the ion beam from the sputter beam irradiation device 18, the constituent particles of the target 16 are knocked out and fly onto the base material A. And
On the polycrystalline rapid-deposited thin film B, the constituent particles knocked out from the target 16 are deposited and, at the same time, from the ion gun 17 to Ar.
Irradiation with a mixed ion beam of ions and oxygen ions forms an orientation-controlled polycrystalline thin film C. However, in this case, the film thickness of the orientation control polycrystalline thin film C is formed thinner than that of the polycrystalline rapid accelerating thin film B. The incident angle θ when irradiating the ions is 50
The range of 60 to 60 degrees is preferable, and the range of 55 to 60 degrees is the most preferable. Here, if θ is 90 degrees, c of the polycrystalline thin film is
Although the axis is oriented at right angles to the film-forming surface on the base material A (the upper surface of the polycrystalline rapid-deposited thin film B), the axis (11
1) It is not preferable because the surface is raised. When θ is 30 degrees, the polycrystalline thin film does not even have c-axis orientation. If the ion beam irradiation is carried out at an angle within the above-mentioned preferable range, the (100) plane of the crystal of the polycrystalline thin film will stand.

【0048】このような入射角度でイオンビーム照射を
行ないながらスパッタリングを行なうことで、多結晶速
成薄膜B上に形成されるYSZの配向制御多結晶薄膜C
の結晶軸のa軸とb軸とを配向させることができるが、
これは、堆積されている途中のスパッタ粒子に対して適
切な角度でイオンビーム照射されたことによるものと思
われる。
By carrying out sputtering while irradiating the ion beam at such an incident angle, the orientation-controlled polycrystalline thin film C of YSZ formed on the polycrystalline rapid-deposited thin film B is formed.
Although it is possible to orient the a-axis and the b-axis of the crystal axes of
This is probably because the sputtered particles being deposited were irradiated with the ion beam at an appropriate angle.

【0049】なお、この配向制御多結晶薄膜Cの結晶配
向性が整う要因として本発明らは、以下のことを想定し
ている。YSZの配向制御多結晶薄膜Cの結晶の単位格
子は、図6に示すように立方晶系であり、この結晶格子
においては、基板法線方向が<100>軸であり、他の
<010>軸と<001>軸はいずれも図6に示す方向
となる。これらの方向に対し、基板法線に対して斜め方
向から入射するイオンビームを考慮すると、図6の原点
Oに対して単位格子の対角線方向、即ち、<111>軸
に沿って入射する場合は54.7度の入射角度となる。
The inventors of the present invention assume the following as factors for adjusting the crystal orientation of the orientation-controlled polycrystalline thin film C. The unit cell of the crystal of the orientation-controlled polycrystalline thin film C of YSZ is a cubic system as shown in FIG. 6, and in this crystal lattice, the substrate normal direction is the <100> axis and the other <010> Both the axis and the <001> axis are in the directions shown in FIG. Considering an ion beam that is obliquely incident on these directions with respect to the substrate normal, in the case where the ion beam is incident on the origin O of FIG. 6 along the diagonal direction of the unit lattice, that is, along the <111> axis. The incident angle is 54.7 degrees.

【0050】ここで、前記のように入射角度50〜60
度の範囲内でイオンビームを照射する際に最も良好な結
晶配向性を示すということは、イオンビームの入射角度
が前記54.7度と一致するかその前後になった場合、
イオンチャンネリングが最も効果的に起こり、多結晶速
成薄膜B上に堆積しつつある結晶において、多結晶速成
薄膜Bの上面で前記角度に一致する配置関係になった原
子のみが選択的に残り易くなり、その他の乱れた原子配
列のものは斜め方向からのイオンビームのスパッタ効果
によりスパッタされて除去される結果、配向性の良好な
原子の集合した結晶のみが選択的に残って堆積してゆく
ことによるものと推定している。ただし、このように堆
積された結晶のうち、乱れた原子配列のものをイオンビ
ームで除去しながら成膜するので、成膜レートは悪くな
り、成膜速度は通常のスパッタリングで成膜するよりも
遅くなる。
Here, the incident angle is 50 to 60 as described above.
The best crystal orientation when irradiating with an ion beam within a range of degrees means that when the incident angle of the ion beam coincides with or is around 54.7 degrees,
Ion channeling occurs most effectively, and in the crystal that is being deposited on the polycrystalline rapid-deposited thin film B, only the atoms having the positional relationship on the upper surface of the polycrystalline rapid-deposited thin film B that is aligned with the angle tend to remain selectively. Other disordered atomic arrangements are removed by being sputtered by the ion beam sputtering effect from an oblique direction, and as a result, only the crystals of atoms with good orientation are selectively left and deposited. It is presumed to be due to this. However, among the crystals thus deposited, the ones with disordered atomic arrangement are removed while being deposited by the ion beam, so the deposition rate becomes worse and the deposition rate is slower than that of ordinary sputtering. Become slow.

【0051】図1に、前記の方法で基材A上にYSZの
多結晶速成薄膜Bと配向制御多結晶薄膜Cが堆積された
薄膜積層体5を示す。なお、図1では結晶粒7が1層の
み形成された状態を示しているが、結晶粒7を多層構造
としても差し支えないのは勿論である。前記のようにイ
オンビームを斜め方向から照射しながらスパッタリング
することによって配向制御多結晶薄膜Cを形成する場
合、その成膜速度は通常のイオンビームスパッタや高周
波スパッタリングによって多結晶速成薄膜Bを形成する
場合に比べて低下することになる。例えば、高周波スパ
ッタリングによれば、通常、0.5μm/時間程度の速
度で成膜処理できるが、斜め方向からイオンビームを照
射しながらのスパッタリングによれば、0.1μm/時
間程度の速度での成膜処理となる。
FIG. 1 shows a thin film stack 5 in which a polycrystalline rapid-deposited thin film B of YSZ and an orientation-controlled polycrystalline thin film C are deposited on a substrate A by the above method. Although FIG. 1 shows a state in which only one layer of crystal grains 7 is formed, it goes without saying that the crystal grains 7 may have a multilayer structure. When the orientation-controlled polycrystalline thin film C is formed by sputtering while irradiating the ion beam from the oblique direction as described above, the film formation rate is such that the polycrystalline rapid-deposited thin film B is formed by ordinary ion beam sputtering or high frequency sputtering. It will be lower than in the case. For example, by high frequency sputtering, a film can be formed at a rate of about 0.5 μm / hour, but by sputtering while irradiating an ion beam from an oblique direction, a rate of about 0.1 μm / hour can be obtained. This is a film forming process.

【0052】よって、多結晶速成薄膜Bを厚く形成して
膜厚をかせぎ、その上に、結晶配向性を良好にした配向
制御多結晶薄膜Cを薄く形成するならば、多結晶速成薄
膜Bと配向制御多結晶薄膜Cとを合わせた膜厚分を全て
配向制御多結晶薄膜Cとするよりも短時間で成膜処理で
きるようになる。また、多結晶速成薄膜Bと配向制御多
結晶薄膜Cを同一材料から構成すると、両薄膜B、Cの
接合性は良好になり、両者の接合強度も十分に高いもの
となる。
Therefore, if the polycrystalline rapid-deposited thin film B is formed thick to reduce the film thickness, and the orientation-controlled polycrystalline thin film C having good crystal orientation is thinly formed thereon, the polycrystalline rapid-deposited thin film B is obtained. It becomes possible to perform the film forming process in a shorter time than the case where the entire film thickness including the orientation-controlled polycrystalline thin film C is used as the orientation-controlled polycrystalline thin film C. Further, when the polycrystalline rapid-deposited thin film B and the orientation control polycrystalline thin film C are made of the same material, the bondability between the two thin films B and C becomes good, and the bonding strength between them becomes sufficiently high.

【0053】以上のように構成された薄膜積層体5にあ
っては、更にその上に酸化物超電導層、磁性薄膜、光学
薄膜、配線用薄膜などの種々の薄膜を形成することで実
用に供される。そして、薄膜積層体5の最上部には配向
制御多結晶薄膜Cが形成されているので、この上に成膜
される各種薄膜はいずれも結晶配向性に優れたものとな
り、これにより各種薄膜の特性が向上する。
The thin-film laminate 5 having the above-described structure is further provided with various thin films such as an oxide superconducting layer, a magnetic thin film, an optical thin film, and a wiring thin film for practical use. To be done. Further, since the orientation control polycrystalline thin film C is formed on the uppermost part of the thin film stack 5, all the various thin films formed thereon have excellent crystal orientation. The characteristics are improved.

【0054】次に、前記薄膜積層体5の上に酸化物超電
導層を形成して酸化物超電導導体を製造する装置と製造
する方法について説明する。図7は酸化物超電導層を成
膜法により形成する装置の一例を示すもので、図7はレ
ーザ蒸着装置を示している。この例のレーザ蒸着装置3
0は、処理容器31を有し、この処理容器31の内部の
蒸着処理室32に基材Aとターゲット33を設置できる
ようになっている。即ち、蒸着処理室32の底部には基
台34が設けられ、この基台34の上面に基材Aを設置
できるようになっているとともに、基台34の斜め上方
に支持ホルダ36によって支持されたターゲット33が
傾斜状態で設けられている。また、処理容器31は、排
気孔37aを介して真空排気装置37に接続されて蒸着
処理室32を所定の圧力に減圧できるようになってい
る。
Next, an apparatus for producing an oxide superconducting conductor by forming an oxide superconducting layer on the thin film laminate 5 and a method for producing the same will be described. FIG. 7 shows an example of an apparatus for forming an oxide superconducting layer by a film forming method, and FIG. 7 shows a laser vapor deposition apparatus. Laser vapor deposition apparatus 3 of this example
0 has a processing container 31, and the substrate A and the target 33 can be installed in the vapor deposition processing chamber 32 inside the processing container 31. That is, a base 34 is provided at the bottom of the vapor deposition processing chamber 32, the base material A can be installed on the upper surface of the base 34, and the base 34 is supported diagonally above the base 34 by a support holder 36. The target 33 is provided in an inclined state. Further, the processing container 31 is connected to a vacuum exhaust device 37 via an exhaust hole 37a so that the vapor deposition processing chamber 32 can be depressurized to a predetermined pressure.

【0055】前記ターゲット33は、形成しようとする
酸化物超電導層と同等または近似した組成、あるいは、
成膜中に逃避しやすい成分を多く含有させた複合酸化物
の焼結体あるいは酸化物超電導体などの板体からなって
いる。従ってターゲット33は、Y1Ba2Cu3Ox、Y2
Ba4Cu8Ox、Y3Ba3Cu6Oxなる組成、(Bi,P
b)2Ca2Sr2Cu3Ox、(Bi,Pb)2Ca2Sr3
Cu4Oxなる組成、あるいはTl2Ba2Ca2Cu3
x、Tl1Ba2Ca2Cu3Ox、Tl1Ba2Ca3Cu4
xなる組成などに代表される臨界温度の高い酸化物超電
導層を形成するために使用するので、これと同一の組成
か近似した組成のものを用いることが好ましい。
The target 33 has the same or similar composition as the oxide superconducting layer to be formed, or
It is composed of a sintered body of a complex oxide or a plate body such as an oxide superconductor containing a large amount of components that easily escape during film formation. Therefore, the target 33 is Y 1 Ba 2 Cu 3 Ox, Y 2
Ba 4 Cu 8 Ox, Y 3 Ba 3 Cu 6 Ox, (Bi, P
b) 2 Ca 2 Sr 2 Cu 3 Ox, (Bi, Pb) 2 Ca 2 Sr 3
Cu 4 Ox composition or Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O
x, Tl 1 Ba 2 Ca 2 Cu 3 Ox, Tl 1 Ba 2 Ca 3 Cu 4 O
Since it is used for forming an oxide superconducting layer having a high critical temperature represented by the composition x, etc., it is preferable to use the same composition or a similar composition.

【0056】前記基台34は加熱ヒータを内蔵したもの
で、基材Aを必要に応じて所望の温度に加熱できるよう
になっている。なお、基材Aとして長尺の金属テープ
(ハステロイ製あるいはステンレス製などのテープ)を
用いる場合は、真空容器の内部に図7の2点鎖線に示す
ように金属テープの送出装置45と巻取装置46を設
け、送出装置45から連続的に基台34上に金属テープ
47を送り出し、続いて巻取装置46で巻き取ることで
金属テープ上に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。
The base 34 has a built-in heater so that the base material A can be heated to a desired temperature as needed. When a long metal tape (made of Hastelloy or stainless steel) is used as the base material A, the metal tape delivery device 45 and the winding device 45 are wound inside the vacuum container as shown by the chain double-dashed line in FIG. A device 46 is provided so that the metal tape 47 is continuously sent from the sending device 45 onto the base 34, and subsequently wound by the winding device 46 so that a continuous film can be formed on the metal tape. Is preferred.

【0057】一方、処理容器31の側方には、レーザ発
光装置38と第1反射鏡39と集光レンズ40と第2反
射鏡41とが設けられ、レーザ発光装置38が発生させ
たレーザビームを処理容器31の側壁に取り付けられた
透明窓42を介してターゲット33に集光照射できるよ
うになっている。レーザ発光装置38はターゲット33
から構成粒子を叩き出すことができるものであれば、Y
AGレーザ、CO2レーザ、エキシマレーザなどのいず
れのものを用いても良い。
On the other hand, a laser emitting device 38, a first reflecting mirror 39, a condenser lens 40, and a second reflecting mirror 41 are provided on the side of the processing container 31, and the laser beam generated by the laser emitting device 38 is provided. The target 33 can be focused and irradiated through the transparent window 42 attached to the side wall of the processing container 31. The laser emitting device 38 is the target 33.
If it is possible to knock out the constituent particles from
Any of AG laser, CO 2 laser, excimer laser, etc. may be used.

【0058】次に前記YSZの配向制御多結晶薄膜Cの
上に、酸化物超電導層Eを形成する方法について説明す
る。まず、配向制御多結晶薄膜Cが形成された基材Aを
図7に示すレーザ蒸着装置30の基台34上に設置し、
蒸着処理室32を真空排気装置37で減圧する。ここで
必要に応じて蒸着処理室32に酸素ガスを導入して蒸着
処理室32を酸素雰囲気としても良い。また、基台34
の加熱ヒータを作動させて基材Aを所望の温度に加熱し
ても良い。
Next, a method for forming the oxide superconducting layer E on the YSZ orientation control polycrystalline thin film C will be described. First, the base material A on which the orientation-controlled polycrystalline thin film C is formed is placed on the base 34 of the laser deposition apparatus 30 shown in FIG.
The pressure in the vapor deposition processing chamber 32 is reduced by the vacuum exhaust device 37. Here, if necessary, an oxygen gas may be introduced into the vapor deposition processing chamber 32 so that the vapor deposition processing chamber 32 has an oxygen atmosphere. Also, the base 34
The heater A may be operated to heat the base material A to a desired temperature.

【0059】次にレーザ発光装置38から発生させたレ
ーザビームを蒸着処理室32のターゲット33に集光照
射する。これによってターゲット33の構成粒子がえぐ
り出されるか蒸発されてその粒子が配向制御多結晶薄膜
C上に堆積する。ここで構成粒子の堆積の際に配向制御
多結晶薄膜Cが予めc軸配向し、a軸とb軸でも配向し
ているので、配向制御多結晶薄膜C上に形成される酸化
物超電導層Eの結晶のc軸とa軸とb軸も配向制御多結
晶薄膜Cに整合するようにエピタキシャル成長して結晶
化する。これにより結晶配向性の良好な酸化物超電導層
Eが得られる。なお、成膜後に必要に応じて酸化物超電
導層Eの結晶構造を整えるための熱処理を施しても良
い。
Next, the laser beam generated from the laser emitting device 38 is focused and irradiated on the target 33 in the vapor deposition processing chamber 32. As a result, the constituent particles of the target 33 are scooped out or evaporated and the particles are deposited on the orientation-controlled polycrystalline thin film C. Here, since the orientation control polycrystalline thin film C is preliminarily c-axis oriented during the deposition of the constituent particles and is also oriented along the a-axis and the b-axis, the oxide superconducting layer E formed on the orientation control polycrystalline thin film C is formed. The c-axis, a-axis, and b-axis of the crystal are crystallized by epitaxial growth so as to match the orientation-controlled polycrystalline thin film C. As a result, the oxide superconducting layer E having good crystal orientation can be obtained. After the film formation, a heat treatment for adjusting the crystal structure of the oxide superconducting layer E may be performed if necessary.

【0060】図8は、薄膜積層体5の上に前述の方法に
より酸化物超電導層Eが形成されてなる酸化物超電導導
体50を示す。前記配向制御多結晶薄膜C上に形成され
た酸化物超電導層Eは、多結晶状態となるが、この酸化
物超電導層Eの結晶粒の1つ1つにおいては、基材Aの
厚さ方向に電気を流しにくいc軸が配向し、基材Aの面
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Eは結晶粒界における量
子的結合性に優れ、結晶粒界における超電導特性の劣化
が少ないので、基材Aの面方向に電気を流し易く、臨界
電流密度の優れたものが得られる。また、多結晶速成薄
膜Bは、配向制御多結晶薄膜Cよりも十分に厚く形成さ
れているので、前記熱処理の際に耐熱バッファ層となる
効果があり、熱ストレスを解消するために有効である。
更に、基材Aと酸化物超電導層Eとの間に厚い多結晶速
成薄膜Bを設けているので、熱処理時に酸化物超電導層
Eの元素を基材A側に拡散させてしまうおそれが少なく
なり、酸化物超電導層Eの成分組成が崩れるおそれが少
ない。
FIG. 8 shows an oxide superconducting conductor 50 in which the oxide superconducting layer E is formed on the thin film laminate 5 by the method described above. The oxide superconducting layer E formed on the orientation control polycrystalline thin film C is in a polycrystalline state. In each of the crystal grains of the oxide superconducting layer E, the thickness direction of the base material A is increased. The c-axis, which is difficult to apply electricity to, is oriented, and the a-axis or the b-axis is oriented in the surface direction of the base material A.
Therefore, the obtained oxide superconducting layer E is excellent in the quantum bondability at the crystal grain boundaries and has little deterioration in the superconducting properties at the crystal grain boundaries. Therefore, it is easy to pass electricity in the plane direction of the base material A and the critical current density is excellent. You can get what you want. Further, since the polycrystalline rapid-deposited thin film B is formed sufficiently thicker than the orientation-controlled polycrystalline thin film C, it has an effect of becoming a heat-resistant buffer layer during the heat treatment and is effective in eliminating thermal stress. .
Further, since the thick polycrystalline rapid-deposited thin film B is provided between the base material A and the oxide superconducting layer E, the elements of the oxide superconducting layer E are less likely to diffuse to the base material A side during the heat treatment. The composition of the oxide superconducting layer E is unlikely to collapse.

【0061】図9は、本発明に係る酸化物超電導導体の
他の例を示すものである。この例の酸化物超電導導体5
1は、薄膜積層体52上に酸化物超電導層Eを形成した
ものであり、この例の薄膜積層体52は、基材Aと、こ
の基材A上に形成された配向制御多結晶薄膜Cと、この
配向制御多結晶薄膜C上に形成された多結晶速成薄膜
B'を具備して構成されている。この例の配向制御多結
晶薄膜Cは、先に説明した例の配向制御多結晶薄膜Cと
同等に結晶粒の粒界傾角が30度以下のものであり、先
に説明した方法と同等の方法で形成されるが、先の例の
ものと異なっているのは、配向制御多結晶薄膜Cが基材
A上に直接形成されている点である。そして、この配向
制御多結晶薄膜C上に、多結晶速成薄膜B’が形成され
ているが、この多結晶速成薄膜B’は先の例で説明した
多結晶速成薄膜Bとは異なり、多結晶速成薄膜B’を構
成する多数の結晶粒のそれぞれの結晶軸のa軸とb軸が
それらの粒界傾角を小さくして配向され、結晶配向性に
優れている点に特徴がある。
FIG. 9 shows another example of the oxide superconducting conductor according to the present invention. Oxide superconducting conductor 5 of this example
1 is one in which an oxide superconducting layer E is formed on a thin film laminate 52, and the thin film laminate 52 of this example is a substrate A and an orientation control polycrystalline thin film C formed on this substrate A. And a polycrystalline rapid-deposited thin film B ′ formed on this orientation-controlled polycrystalline thin film C. The orientation-controlled polycrystalline thin film C of this example has a grain boundary tilt angle of crystal grains of 30 degrees or less, similarly to the orientation-controlled polycrystalline thin film C of the above-described example, and a method equivalent to the method described above. However, the difference from the previous example is that the orientation control polycrystalline thin film C is formed directly on the base material A. Then, a polycrystalline rapid-deposited thin film B ′ is formed on this orientation-controlled polycrystalline thin film C, but this polycrystalline rapid-deposited thin film B ′ is different from the polycrystalline rapid-deposited thin film B described in the previous example. A characteristic feature is that the a-axis and the b-axis of the respective crystal axes of a large number of crystal grains constituting the rapid-deposited thin film B ′ are oriented with their grain boundary tilt angles reduced and the crystal orientation is excellent.

【0062】これは、配向制御多結晶薄膜C上にスパッ
タリングにより多結晶速成薄膜B’を形成すると、配向
制御多結晶薄膜Cの結晶に整合するように多結晶速成薄
膜B’の結晶をエピタキシャル成長させ得るので、これ
により多結晶速成薄膜B’の結晶配向性を整えることが
できることに起因している。よって、多結晶速成薄膜
B’上に形成した酸化物超電導層Eも前述の例の場合と
同様に結晶配向性に優れさせることができ、臨界電流密
度の高い酸化物超電導導体51を得ることができるよう
になる。なお、この例においても、配向制御多結晶薄膜
Cを薄く、多結晶速成薄膜B’を厚く形成しておくこと
により、成膜速度が遅くなる配向制御多結晶薄膜Cの部
分の処理時間を短縮できるので、多結晶速成薄膜B’と
配向制御多結晶薄膜Cの全てをイオンビームアシストに
よるイオンビームスパッタで製造する場合よりも成膜時
間を短縮できる。
This is because when a polycrystalline accelerated thin film B'is formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film C by sputtering, the crystals of the polycrystalline accelerated thin film B'are epitaxially grown so as to match the crystals of the orientation-controlled polycrystalline thin film C. This is because it is possible to adjust the crystal orientation of the polycrystalline rapid-deposited thin film B ′. Therefore, the oxide superconducting layer E formed on the polycrystalline rapid-deposited thin film B ′ can also be made to have excellent crystal orientation as in the case of the above-mentioned example, and the oxide superconducting conductor 51 having a high critical current density can be obtained. become able to. Also in this example, by forming the orientation-controlled polycrystalline thin film C thin and the polycrystalline rapid-deposited thin film B ′ thick, the processing time of the portion of the orientation-controlled polycrystalline thin film C where the film formation rate becomes slow is shortened. Therefore, the film formation time can be shortened as compared with the case where all of the polycrystalline rapid-deposited thin film B ′ and the orientation control polycrystalline thin film C are manufactured by ion beam sputtering with ion beam assist.

【0063】図10は、本発明に係る酸化物超電導導体
の更に他の例を示すものである。この例の酸化物超電導
導体53は、薄膜積層体54上に酸化物超電導層Eを形
成したものであり、この例の薄膜積層体54は、基材A
と、この基材A上に形成された配向制御多結晶薄膜C
と、この配向制御多結晶薄膜C上に形成された多結晶速
成薄膜B’’を具備して構成されている。この例の配向
制御多結晶薄膜Cは、図9を基に先に説明した例の配向
制御多結晶薄膜Cと同等のものであり、図4に示す装置
を用いて斜め方向からのインビーム照射を行なって形成
された多結晶体であって、配向制御多結晶薄膜Cを構成
する多数の結晶粒のそれぞれが結晶配向性に優れたもの
である。
FIG. 10 shows still another example of the oxide superconducting conductor according to the present invention. The oxide superconducting conductor 53 of this example is obtained by forming an oxide superconducting layer E on a thin film laminate 54, and the thin film laminate 54 of this example has a base material A.
And the orientation control polycrystalline thin film C formed on the base material A.
And a polycrystalline accelerated thin film B ″ formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film C. The orientation-controlled polycrystalline thin film C of this example is equivalent to the orientation-controlled polycrystalline thin film C of the example described above based on FIG. 9, and in-beam irradiation is performed from an oblique direction by using the apparatus shown in FIG. In the polycrystalline body formed by performing the above, each of a large number of crystal grains forming the orientation-controlled polycrystalline thin film C has excellent crystal orientation.

【0064】そして、この配向制御多結晶薄膜C上に、
多結晶速成薄膜B’’が形成されているが、この多結晶
速成薄膜B’’は図9を基に先に説明した例の多結晶速
成薄膜B’と同様に結晶配向性に優れたものである。た
だし、この例の多結晶速成薄膜B’’が先の例の多結晶
速成薄膜B’と異なっているのは、その製造方法であ
る。
On the orientation-controlled polycrystalline thin film C,
A polycrystalline rapid-deposited thin film B ″ is formed, and this polycrystalline rapid-deposited thin film B ″ has an excellent crystal orientation similar to the polycrystalline rapid-deposited thin film B ′ of the example described above with reference to FIG. Is. However, it is the manufacturing method that the polycrystalline rapid-deposited thin film B ″ of this example is different from the polycrystalline rapid-deposited thin film B ′ of the previous example.

【0065】この例の多結晶速成薄膜B’’は、図3に
示す高周波スパッタリング装置を用いて製造されたもの
ではなく、図4に示すイオンビーム照射型のスパッタリ
ング装置で製造されている。即ち、配向制御多結晶薄膜
C上に多結晶速成薄膜B’’を成膜する場合に、図4に
示す装置を用い、その基材ホルダ15に基材Aを設置し
たならば、イオンビーム照射装置18を作動させて成膜
処理するが、この成膜処理の際にイオンガン17は作動
させないでおく。これにより、ターゲット16からイオ
ンビームでスパッタされた粒子は配向制御多結晶薄膜C
上に順次堆積する。ここでイオンガン17を作動させな
いでおくことにより、基材A側に飛来するスパッタ粒子
の全てを堆積させることができるので、成膜レートは良
好になり、成膜速度はイオンガン17を作動させる場合
よりも早くなる。
The polycrystalline rapid-deposited thin film B ″ of this example is not manufactured by using the high frequency sputtering apparatus shown in FIG. 3, but is manufactured by the ion beam irradiation type sputtering apparatus shown in FIG. That is, when the polycrystalline rapid-growth thin film B ″ is formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film C, the apparatus shown in FIG. The device 18 is operated to perform the film forming process, but the ion gun 17 is not operated during the film forming process. As a result, the particles sputtered by the ion beam from the target 16 are oriented control polycrystalline thin film C
Deposit on top. If the ion gun 17 is not operated here, all of the sputtered particles flying to the side of the base material A can be deposited, so that the film formation rate is good and the film formation speed is higher than that when the ion gun 17 is operated. Will be faster.

【0066】ただしこの場合に、配向制御多結晶薄膜C
上にスパッタリングにより多結晶速成薄膜B’’を形成
するので、配向制御多結晶薄膜Cの結晶に整合するよう
に多結晶速成薄膜B’’の結晶をエピタキシャル成長さ
せることができ、これにより多結晶速成薄膜B’’の結
晶配向性を整えることができる。よって、多結晶速成薄
膜B’’上に形成した酸化物超電導層Eも前述の例の場
合と同様に結晶配向性に優れさせることができ、臨界電
流密度の高い酸化物超電導導体53を得ることができる
ようになる。なお、この例においても、配向制御多結晶
薄膜Cを薄く、多結晶速成薄膜B’’を厚く形成してお
くことにより、成膜速度が遅くなる配向制御多結晶薄膜
Cの部分の処理時間を短縮できるので、成膜時間を短縮
できる。
In this case, however, the orientation control polycrystalline thin film C
Since the polycrystalline rapid-deposited thin film B ″ is formed on the upper surface by sputtering, the crystal of the polycrystalline rapid-deposited thin film B ″ can be epitaxially grown so as to match the crystal of the orientation-controlled polycrystalline thin-film C. The crystal orientation of the thin film B ″ can be adjusted. Therefore, the oxide superconducting layer E formed on the polycrystalline rapid-deposited thin film B ″ can also have excellent crystal orientation as in the case of the above-mentioned example, and the oxide superconducting conductor 53 having a high critical current density can be obtained. Will be able to. Also in this example, by forming the orientation-controlled polycrystalline thin film C thin and the polycrystalline rapid-deposited thin film B ″ thick, the processing time of the portion of the orientation-controlled polycrystalline thin film C where the film formation rate becomes slower is reduced. Since it can be shortened, the film formation time can be shortened.

【0067】一方、図11は、多結晶速成薄膜Bと配向
制御多結晶薄膜Cを製造するための装置の他の例を示す
ものである。この例の装置において図4に記載した装置
と同等の構成部分には同一符号を付してそれらの説明を
省略する。この例の装置において図4に示す装置と異な
っているのは、ターゲット16を3個設け、スパッタビ
ーム照射装置18を3個設け、ターゲット16に高周波
電源14を接続した点である。
On the other hand, FIG. 11 shows another example of an apparatus for producing the polycrystalline rapid-deposited thin film B and the orientation-controlled polycrystalline thin film C. In the apparatus of this example, the same components as those of the apparatus shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The apparatus of this example is different from the apparatus shown in FIG. 4 in that three targets 16 are provided, three sputtering beam irradiation devices 18 are provided, and a high-frequency power source 14 is connected to the target 16.

【0068】この例の装置では、3個のターゲット1
6、16、16をそれぞれ別の組成のターゲットとする
ことで各ターゲットから、それぞれ別種の粒子を叩き出
して基材A上に堆積させて多結晶薄膜を形成することが
できるので、より複雑な組成の多結晶薄膜でも製造でき
る特徴がある。また、高周波電源14を作動させてター
ゲット16からスパッタを行ない、多結晶速成薄膜Bを
形成し、この次に高周波電源14を停止させて真空容器
内部の圧力を調整し、次いでイオンビーム照射によるス
パッタリングとイオンビームガンによるイオンビームア
シストを行なって配向制御多結晶薄膜Cを形成すること
もできる。この例の装置を用いて薄膜積層体5を製造す
る場合も先に示した例による場合と同様に配向性に優れ
た配向制御多結晶薄膜を得ることができる。
In the apparatus of this example, three targets 1
By using 6, 16 and 16 as targets having different compositions, different kinds of particles can be ejected from the respective targets and deposited on the substrate A to form a polycrystalline thin film, which is more complicated. There is a feature that even a polycrystalline thin film having a composition can be manufactured. Further, the high frequency power source 14 is operated to perform sputtering from the target 16 to form a polycrystalline rapid-deposited thin film B, and then the high frequency power source 14 is stopped to adjust the pressure inside the vacuum container, and then sputtering by ion beam irradiation. It is also possible to form the orientation-controlled polycrystalline thin film C by performing ion beam assist with an ion beam gun. Also when the thin film laminate 5 is manufactured using the apparatus of this example, an orientation-controlled polycrystalline thin film having excellent orientation can be obtained as in the case of the above-described example.

【0069】なお、前記の例においては多結晶速成薄膜
Bを高周波スパッタとイオンビームスパッタにより形成
したが、他の成膜法、例えば、CVD法、真空蒸着法、
電子ビーム蒸着法などの通常知られている成膜法で多結
晶速成薄膜を形成しても良いのは勿論である。
In the above example, the polycrystalline rapid-deposited thin film B was formed by high frequency sputtering and ion beam sputtering, but other film forming methods such as CVD method, vacuum evaporation method,
It is needless to say that the polycrystalline rapid-deposited thin film may be formed by a commonly known film forming method such as an electron beam evaporation method.

【0070】(製造例1)図3に示す構成の高周波スパ
ッタ装置を使用し、この装置の真空容器の内部を真空ポ
ンプで真空引きして1×10-3トールに減圧した。基材
として、幅10mm、厚さ0.5mm、長さ10cmの
ハステロイC276テープを使用した。ターゲットはY
SZ(安定化ジルコニア)製のものを用い、スパッタ電
圧300V、スパッタ電流100mAに設定し、スパッ
タリングを1時間行なって基材上に厚さ0.5μmの膜
状のYSZの多結晶速成薄膜を形成した。
(Manufacturing Example 1) Using the high frequency sputtering apparatus having the structure shown in FIG. 3, the inside of the vacuum container of this apparatus was evacuated by a vacuum pump to reduce the pressure to 1 × 10 −3 Torr. As a base material, Hastelloy C276 tape having a width of 10 mm, a thickness of 0.5 mm and a length of 10 cm was used. Target is Y
Using SZ (stabilized zirconia), the sputtering voltage is set to 300 V and the sputtering current is set to 100 mA, and sputtering is performed for 1 hour to form a 0.5 μm-thick YSZ polycrystal thin film on the substrate. did.

【0071】次に、図4に示す構成のイオンビームスパ
ッタ装置を使用し、この装置を収納した真空容器内部を
真空ポンプで真空引きして3.0×10-4トールに減圧
した。ターゲットはYSZ(安定化ジルコニア)製のも
のを用い、スパッタ電圧1000V、スパッタ電流10
0mA、イオン源のビームの入射角度を55度に各々設
定し、イオン源のアシスト電圧を300Vに、イオンビ
ームの電流密度を20μA/cm2にそれぞれ設定して
基材上にスパッタリングと同時にイオン照射を行なって
1時間成膜処理することで厚さ0.1μmのYSZ配向
性多結晶薄膜を形成し、薄膜積層体を得た。なお、前記
イオンビームの電流密度とは、試料近くに接地した電流
密度計測装置の計測数値によるものである。ここで前述
の多結晶速成薄膜は、厚さ0.5μmのものを1時間で
成膜したが、配向制御多結晶薄膜は、厚さ0.1μmの
ものを1時間で成膜できたので、高周波スパッタリング
により多結晶速成薄膜を形成する方が、イオンビームア
シストを適用したスパッタリングで配向制御多結晶薄膜
を製造するよりも5倍程度の速度で成膜できることが明
らかになった。
Next, using the ion beam sputtering apparatus having the structure shown in FIG. 4, the inside of the vacuum container accommodating this apparatus was evacuated by a vacuum pump to reduce the pressure to 3.0 × 10 −4 Torr. A target made of YSZ (stabilized zirconia) was used, and the sputtering voltage was 1000 V and the sputtering current was 10
0 mA, the incident angle of the beam of the ion source was set to 55 degrees, the assist voltage of the ion source was set to 300 V, and the current density of the ion beam was set to 20 μA / cm 2 , respectively, and the substrate was simultaneously irradiated with ions by sputtering. Then, a YSZ oriented polycrystalline thin film having a thickness of 0.1 μm was formed by performing a film forming process for 1 hour, and a thin film laminate was obtained. The current density of the ion beam is measured by a current density measuring device grounded near the sample. Here, the above-mentioned polycrystalline rapid-deposited thin film having a thickness of 0.5 μm was deposited in 1 hour, but the orientation-controlled polycrystalline thin film could be deposited at a thickness of 0.1 μm in 1 hour. It has been clarified that a polycrystalline rapid-deposited thin film can be formed at a rate of about 5 times higher than that of an orientation-controlled polycrystalline thin film formed by ion beam-assisted sputtering when a polycrystalline rapid-deposited thin film is formed by high-frequency sputtering.

【0072】得られた各YSZの薄膜積層体試料につい
てCuKα線を用いたθ-2θ法による表面部分のX線
回折試験を行なった。図13は、イオンビーム入射角5
5度、イオンビーム電圧300V、イオンビームの電流
密度を20μA/cm2に測定した試料の回折強さを示
す図である。図13に示す結果から、YSZの(20
0)面あるいは(400)面のピークが認められ、YS
Zの多結晶薄膜の(100)面が基材表面と平行な面に
沿って配向しているものと推定することができ、YSZ
の多結晶薄膜がそのC軸を基材上面に垂直に配向させて
形成されていることが判明した。図14は、前記薄膜積
層体試料における極点図を示すものであるが同等の結果
が得られた。
An X-ray diffraction test of the surface portion of the obtained YSZ thin film laminate sample by the θ-2θ method using CuKα rays was conducted. FIG. 13 shows an ion beam incident angle of 5
It is a figure which shows the diffraction intensity of the sample which measured 5 degree, the ion beam voltage 300V, and the current density of an ion beam at 20 microA / cm < 2 >. From the results shown in FIG. 13, (20
0) or (400) plane peaks are observed, and YS
It can be presumed that the (100) plane of the polycrystalline thin film of Z is oriented along a plane parallel to the surface of the base material.
It was found that the polycrystalline thin film of (1) was formed with its C-axis oriented perpendicular to the upper surface of the substrate. FIG. 14 shows a pole figure of the thin film laminate sample, but similar results were obtained.

【0073】図15は、イオンビームの入射角度90度
でイオンビーム電圧を300V、イオンビーム電流を2
0、40μA/cm2にそれぞれ設定して製造した比較
試料の回折強さを示す図である。図15に示す結果か
ら、イオン源の入射角度を90度に設定してもYSZの
(200)ピークと(400)ピークを認めることがで
き、c軸配向性に関しては十分な配向性が認められた。
FIG. 15 shows an ion beam voltage of 300 V and an ion beam current of 2 at an ion beam incident angle of 90 degrees.
It is a figure which shows the diffraction intensity of the comparative sample manufactured by setting to 0 and 40 microA / cm < 2 >, respectively. From the results shown in FIG. 15, the YSZ (200) peak and (400) peak can be recognized even when the incident angle of the ion source is set to 90 °, and sufficient c-axis orientation is recognized. It was

【0074】次に、前記のようにc軸配向された各試料
において、YSZ多結晶薄膜のa軸あるいはb軸が配向
しているか否かを測定した。その測定のためには、図1
6に示すように、YSZの薄膜試料にX線を角度θで照
射するとともに、入射X線を含む鉛直面において、入射
X線に対して2θ(58.7度)の角度の位置にX線カ
ウンター60を設置し、入射X線を含む鉛直面に対する
水平角度φの値を適宜変更して、即ち、基材Aを図16
において矢印に示すように回転角φだけ回転させること
により得られる回折強さを測定することにより、配向制
御多結晶薄膜のa軸どうしまたはb軸どうしの配向性を
計測した。その結果を図17と図18に示す。
Next, it was measured whether or not the a-axis or the b-axis of the YSZ polycrystalline thin film was oriented in each of the samples having the c-axis oriented as described above. For the measurement, see Figure 1.
As shown in FIG. 6, the YSZ thin film sample is irradiated with X-rays at an angle θ, and X-rays are positioned at an angle of 2θ (58.7 degrees) with respect to the incident X-rays in a vertical plane including the incident X-rays. A counter 60 is installed, and the value of the horizontal angle φ with respect to the vertical plane including the incident X-ray is appropriately changed, that is, the base material A is shown in FIG.
By measuring the diffraction intensity obtained by rotating by the rotation angle φ as indicated by the arrow in FIG. 1, the orientation of the a-axis or the b-axis of the orientation-controlled polycrystalline thin film was measured. The results are shown in FIGS. 17 and 18.

【0075】図17に示すようにイオンビームの入射角
度を55度に設定して製造した試料の場合、φを45度
とした場合は回折ピークが表われず、φを90度と0度
とした場合、即ち、回転角φに対して90度おきにYS
Zの(311)面のピークが現われている。これは、基
材面内におけるYSZの(011)ピークに相当してお
り、YSZ多結晶薄膜のa軸どうしまたはb軸どうしが
配向していることが明らかになった。これに対し、図1
8に示すように、イオンビーム入射角度を90度に設定
して製造した試料の場合、特別なピークが見られず、a
軸とb軸の方向は無秩序になってることが判明した。
As shown in FIG. 17, in the case of the sample manufactured by setting the incident angle of the ion beam to 55 degrees, no diffraction peak appears when φ is 45 degrees, and φ is 90 degrees and 0 degrees. In other words, that is, YS every 90 degrees with respect to the rotation angle φ.
The peak of the (311) plane of Z appears. This corresponds to the (011) peak of YSZ in the substrate surface, and it was revealed that the a-axis or the b-axis of the YSZ polycrystalline thin film was oriented. On the other hand,
As shown in FIG. 8, in the case of the sample manufactured with the ion beam incident angle set to 90 degrees, no special peak was observed, and a
It was found that the directions of the axis and the b axis are disordered.

【0076】以上の結果から、前記装置と前記製造方法
によって得られた試料の配向制御多結晶薄膜は、c軸配
向は勿論、a軸どうし、および、b軸どうしも配向して
いることが明らかになった。よって配向性に優れた多結
晶薄膜を製造できることが明らかになった。
From the above results, it is clear that the orientation-controlled polycrystalline thin film of the sample obtained by the above apparatus and the above-mentioned manufacturing method is oriented not only in the c-axis orientation but also in the a-axis orientation and the b-axis orientation. Became. Therefore, it has been clarified that a polycrystalline thin film having excellent orientation can be manufactured.

【0077】一方、図19は、図17と図18の計測に
用いた配向制御多結晶薄膜試料を用い、この試料の配向
制御多結晶薄膜の各結晶粒における結晶配向性を測定し
た結果を示す。この測定では、図17と図18を基に先
に説明した方法でX線回折を行なう場合、φの角度を−
10度〜45度まで5度刻みの値に設定した際の回折ピ
ークを測定したものである。図19に示す結果から、得
られたYSZの配向制御多結晶薄膜の回折ピークは、3
0度以内、即ち、粒界傾角30度以内では表われるが、
45度では消失していることが明らかである。従って、
得られた多結晶薄膜の結晶粒の粒界傾角は、30度以内
に収まっていることが判明し、良好な配向性を有するこ
とが明らかになった。
On the other hand, FIG. 19 shows the result of measuring the crystal orientation of each crystal grain of the orientation-controlled polycrystalline thin film of this sample, using the orientation-controlled polycrystalline thin film sample used for the measurement of FIGS. 17 and 18. . In this measurement, when X-ray diffraction is performed by the method described above with reference to FIGS. 17 and 18, the angle φ is −
This is a measurement of the diffraction peak when the value is set in steps of 5 degrees from 10 degrees to 45 degrees. From the results shown in FIG. 19, the diffraction peak of the obtained YSZ orientation-controlled polycrystalline thin film was 3
It appears within 0 degree, that is, within 30 degrees of the grain boundary tilt angle,
It is clear that it disappears at 45 degrees. Therefore,
The grain boundary tilt angle of the crystal grains of the obtained polycrystalline thin film was found to be within 30 degrees, and it was revealed that the polycrystalline thin film had a good orientation.

【0078】次に、図20は、イオンビーム電圧を30
0V、イオンビームの電流密度を40μA/cm2、イ
オンビームエネルギーを300eVに設定し、イオンビ
ームの入射角度を0度〜65度まで変更して配向制御多
結晶薄膜を製造した場合、得られた配向制御多結晶薄膜
の結晶の(111)方向の分布におけるイオンビーム入
射角度と半値全幅の関係を示すものである。なお、前記
の半値全値は、得られた各試料について、図14に示す
ような極点図を求め、この極点図の中心から図14に示
すような補助線e、fを引いた場合に、これらの補助線
eとfのなす角度αの半分の角度、即ち、ピーク比半分
にて求めた。図20に示す結果から、イオンビームの入
射角度が50〜60度の範囲で結晶配向性が良好になる
ことが明らかになった。また、特に、イオンビームの入
射角度を55〜60度にすることで、粒界傾角を25度
程度の極小値にできることも明らかになった。
Next, in FIG. 20, the ion beam voltage is set to 30
It was obtained when the orientation control polycrystalline thin film was manufactured by setting 0 V, the ion beam current density to 40 μA / cm 2 , the ion beam energy to 300 eV, and changing the ion beam incident angle from 0 degree to 65 degrees. FIG. 3 shows the relationship between the ion beam incident angle and the full width at half maximum in the distribution of crystals in the orientation-controlled polycrystalline thin film in the (111) direction. Note that the above-mentioned full-width-half-maximum values are obtained by obtaining a pole figure as shown in FIG. 14 for each of the obtained samples and drawing auxiliary lines e and f as shown in FIG. 14 from the center of this pole figure. It was determined at an angle half the angle α formed by these auxiliary lines e and f, that is, at a peak ratio of half. From the results shown in FIG. 20, it has been clarified that the crystal orientation becomes good when the ion beam incidence angle is in the range of 50 to 60 degrees. Further, it was also revealed that the grain boundary tilt angle can be minimized to about 25 degrees by setting the angle of incidence of the ion beam to 55 to 60 degrees.

【0079】次に、前記多結晶薄膜上に図7に示す構成
のレーザ蒸着装置を用いて酸化物超電導層を形成した。
ターゲットとして、Y0.7Ba1.7Cu3.07-xなる組成
の酸化物超電導体からなるターゲットを用いた。蒸着処
理室の内部を1×10-6トールに減圧し、室温にてレー
ザ蒸着を行なった。ターゲット蒸発用のレーザとして波
長193nmのArFレーザを用いた。この成膜後、4
00゜Cで60分間、酸素雰囲気中において薄膜を熱処
理した。以上の処理で得られた酸化物超電導導体は、幅
0.5mm、長さ10cmのものである。
Next, an oxide superconducting layer was formed on the polycrystalline thin film by using a laser vapor deposition apparatus having the structure shown in FIG.
As the target, a target made of an oxide superconductor having a composition of Y 0.7 Ba 1.7 Cu 3.0 O 7-x was used. The inside of the vapor deposition processing chamber was depressurized to 1 × 10 −6 Torr, and laser vapor deposition was performed at room temperature. An ArF laser with a wavelength of 193 nm was used as a laser for target evaporation. After this film formation, 4
The thin film was heat treated in an oxygen atmosphere at 00 ° C for 60 minutes. The oxide superconducting conductor obtained by the above treatment has a width of 0.5 mm and a length of 10 cm.

【0080】この酸化物超電導導体を冷却し、臨界温度
と臨界電流密度の測定を行なった結果、臨界温度=90
K、 臨界電流密度=200000A/cm2を示し、
極めて優秀な超電導特性を発揮することを確認できた。
よって得られた酸化物超電導層は優れた結晶配向性を有
していることが明らかになった。これに対し、前記と同
等の基材上にYSZの多結晶速成薄膜を前記と同等の方
法で形成し、その上に前記と同等の酸化物超電導層を直
接形成した試料にあっては、臨界電流密度が20000
A/cm2を示した。
The oxide superconducting conductor was cooled, and the critical temperature and the critical current density were measured. As a result, the critical temperature = 90.
K, showing critical current density = 200000 A / cm 2 ,
It was confirmed that it exhibited extremely excellent superconducting properties.
Therefore, it was revealed that the obtained oxide superconducting layer has excellent crystal orientation. On the other hand, in a sample in which a polycrystalline rapid-deposited thin film of YSZ was formed on the same base material as the above by the same method as the above, and the oxide superconducting layer equivalent to the above was directly formed on the sample, the critical Current density is 20000
A / cm 2 was shown.

【0081】(製造例2)基材として、前記の製造例と
同等の大きさのハステロイC276テープを使用した。
この基材を図4に示す構成のイオンビームスパッタ装置
に装着し、この装置の真空容器の内部を真空ポンプで真
空引きして3.0×10-4トールに減圧した。ターゲッ
トはYSZ製のものを用い、スパッタ電圧1000V、
スパッタ電流100mA、イオンビームの入射角度を5
5度に設定し、イオン源のアシスト電圧を300V、イ
オンビームの電流密度を100μA/cm2にそれぞれ
設定して基材上にスパッタリングと同時にイオンビーム
照射を行なって厚さ0.1μmのYSZ配向制御多結晶
薄膜を1時間かけて形成し、配向制御多結晶薄膜を得
た。
(Manufacturing Example 2) As a base material, a Hastelloy C276 tape having the same size as in the above manufacturing example was used.
This substrate was attached to the ion beam sputtering apparatus having the structure shown in FIG. 4, and the inside of the vacuum container of this apparatus was evacuated by a vacuum pump to reduce the pressure to 3.0 × 10 −4 Torr. A target made of YSZ is used, the sputtering voltage is 1000V,
Sputtering current 100 mA, ion beam incident angle 5
The angle is set to 5 degrees, the assist voltage of the ion source is set to 300 V, the current density of the ion beam is set to 100 μA / cm 2 , and the ion beam irradiation is performed simultaneously with the sputtering on the substrate to perform YSZ orientation of 0.1 μm thickness. A control polycrystalline thin film was formed over 1 hour to obtain an orientation controlled polycrystalline thin film.

【0082】次に、イオンガンを停止させた状態でスパ
ッタリングを行なって厚さ0.4μmのYSZ配向制御
多結晶薄膜を2時間かけて形成し、薄膜積層体を得た。
ここで前述の多結晶速成薄膜は、厚さ0.1μmのもの
を1時間で成膜したが、配向制御多結晶薄膜は、厚さ
0.4μmのものを2時間で成膜できたので、イオンガ
ンを作動させずに多結晶速成薄膜を形成する方が、イオ
ンビームガンを用いたスパッタリングで配向制御多結晶
薄膜を製造するよりも2倍程度の速度で成膜できること
が明らかになった。
Next, sputtering was performed with the ion gun stopped to form a YSZ orientation control polycrystalline thin film having a thickness of 0.4 μm for 2 hours to obtain a thin film laminate.
Here, the above-mentioned polycrystalline rapid-deposited thin film having a thickness of 0.1 μm was formed in 1 hour, whereas the orientation-controlled polycrystalline thin film having a thickness of 0.4 μm could be formed in 2 hours. It has been clarified that forming a polycrystalline rapid-deposited thin film without operating the ion gun can form a film at about twice as fast as forming an orientation-controlled polycrystalline thin film by sputtering using an ion beam gun.

【0083】続いて前記薄膜積層体に、前記の製造例と
同等のレーザ蒸着法により前記の製造例と同等の酸化物
超電導層を形成して酸化物超電導導体を得た。この酸化
物超電導導体を冷却し、臨界温度と臨界電流密度の測定
を行なった結果、臨界温度=90K、 臨界電流密度=
200000A/cm2を示し、極めて優秀な超電導特
性を発揮することを確認できた。
Subsequently, an oxide superconducting layer equivalent to that in the above-mentioned production example was formed on the above-mentioned thin film laminated body by the laser deposition method equivalent to that in the above-mentioned production example to obtain an oxide superconducting conductor. The oxide superconducting conductor was cooled, and the critical temperature and the critical current density were measured. As a result, the critical temperature = 90K, the critical current density =
It was 200,000 A / cm 2, and it was confirmed that it exhibited extremely excellent superconducting properties.

【0084】(製造例3)基材として、前記の製造例と
同等の大きさのハステロイC276テープを使用し、こ
の基材上に製造例2と同等の条件で厚さ0.1μmの配
向制御多結晶薄膜を形成した。次に、この配向制御多結
晶薄膜上に、製造例1で用いたものと同等の高周波スパ
ッタ装置を用いて厚さ0.4μmの多結晶速成薄膜を形
成し、薄膜積層体を得た。続いてこの薄膜積層体に、前
記の製造例と同等のレーザ蒸着法により前記の製造例と
同等の酸化物超電導層を形成して酸化物超電導導体を得
た。この酸化物超電導導体を冷却し、臨界温度と臨界電
流密度の測定を行なった結果、臨界温度=90K、 臨
界電流密度=200000A/cm2を示し、極めて優
秀な超電導特性を発揮することを確認できた。
(Manufacturing Example 3) As a base material, a Hastelloy C276 tape having the same size as that of the above manufacturing example was used, and on this base material, orientation control of a thickness of 0.1 μm was performed under the same conditions as in Manufacturing Example 2. A polycrystalline thin film was formed. Next, a 0.4 μm-thick polycrystalline rapid-deposited thin film was formed on this orientation-controlled polycrystalline thin film by using the same high-frequency sputtering device as that used in Production Example 1 to obtain a thin film laminate. Subsequently, an oxide superconducting layer equivalent to that in the above-mentioned production example was formed on this thin film laminated body by the laser deposition method equivalent to that in the above-mentioned production example to obtain an oxide superconducting conductor. The oxide superconducting conductor was cooled and the critical temperature and critical current density were measured. As a result, it was confirmed that the critical temperature was 90K and the critical current density was 200,000A / cm 2 and that it exhibited extremely excellent superconducting properties. It was

【0085】[0085]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
材上に、多結晶速成薄膜とそれよりも薄い粒界傾角30
以下の配向制御多結晶薄膜を具備しているので、その上
に形成する薄膜の結晶構造を容易に整えることができ
る。よって配向制御多結晶薄膜上に酸化物超電導層を形
成すると、酸化物超電導層の結晶構造が良好になり、超
電導特性の優れた酸化物超電導導体が得られる。また、
配向制御多結晶薄膜の上に形成されるものが、磁性薄膜
や光学薄膜あるいは配線用薄膜である場合は、それらの
薄膜の結晶構造を整えることができる。更に、配向制御
多結晶薄膜を多結晶速成薄膜よりも薄く形成し、配向制
御多結晶薄膜よりも製造が容易で早く形成できる多結晶
速成薄膜を厚く形成しているので、全体の成膜時間を短
縮できる効果がある。
As described above, according to the present invention, a polycrystalline rapid-deposited thin film and a grain boundary tilt angle 30 thinner than that are formed on a substrate.
Since the following orientation-controlled polycrystalline thin film is provided, the crystal structure of the thin film formed thereon can be easily arranged. Therefore, when the oxide superconducting layer is formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film, the crystal structure of the oxide superconducting layer is improved, and an oxide superconducting conductor having excellent superconducting properties can be obtained. Also,
When what is formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film is a magnetic thin film, an optical thin film, or a wiring thin film, the crystal structure of these thin films can be adjusted. Furthermore, since the orientation-controlled polycrystalline thin film is formed thinner than the polycrystalline rapid-deposited thin film, and the polycrystalline rapid-deposited thin film that is easier and faster to manufacture than the orientation-controlled polycrystalline thin film is formed thicker, the total film formation time is reduced. There is an effect that can be shortened.

【0086】また、粒界傾角30度以下の配向制御多結
晶薄膜上に、厚い多結晶速成薄膜を形成したものは、多
結晶速成薄膜の結晶配向性をも容易に整えることができ
る。よって前記多結晶速成薄膜上に酸化物超電導層を形
成すると、酸化物超電導層の結晶構造が良好になり、超
電導特性の優れた酸化物超電導導体が得られる。また、
配向制御多結晶薄膜の上に形成されるものが、磁性薄膜
や光学薄膜あるいは配線用薄膜である場合は、それらの
薄膜の結晶構造を整えることができる。更に、配向制御
多結晶薄膜を多結晶速成薄膜よりも薄く形成し、配向制
御多結晶薄膜よりも製造が容易で早く形成できる多結晶
速成薄膜を厚く形成しているので、全体の成膜時間を短
縮できる効果がある。
Further, in the case where the thick polycrystalline rapid-deposited thin film is formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film having the grain boundary tilt angle of 30 degrees or less, the crystal orientation of the polycrystalline rapid-deposited thin film can be easily adjusted. Therefore, when the oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline rapid-deposited thin film, the crystal structure of the oxide superconducting layer is improved, and the oxide superconducting conductor having excellent superconducting properties can be obtained. Also,
When what is formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film is a magnetic thin film, an optical thin film, or a wiring thin film, the crystal structure of these thin films can be adjusted. Furthermore, since the orientation-controlled polycrystalline thin film is formed thinner than the polycrystalline rapid-deposited thin film, and the polycrystalline rapid-deposited thin film that is easier and faster to manufacture than the orientation-controlled polycrystalline thin film is formed thicker, the total film formation time is reduced. There is an effect that can be shortened.

【0087】一方、基材上に多結晶速成薄膜を形成した
後に、斜め方向から50〜60度の入射角度でイオンビ
ームを照射しながら成膜処理を行なうことにより、結晶
粒の粒界傾角を30度以下とした配向制御多結晶薄膜を
形成することができ、これにより、膜質の安定した結晶
配向性に優れた多結晶薄膜を有する薄膜積層体を得るこ
とができる。更に、基材上に配向制御多結晶薄膜を形成
した後に多結晶速成薄膜を形成することで多結晶速成薄
膜の結晶を配向制御多結晶薄膜に整合させることが容易
にできるようになる。以上の方法により得られた薄膜積
層体に酸化物超電導層を形成するならば、配向制御多結
晶薄膜の結晶に対して、あるいは、結晶配向性の良好な
多結晶速成薄膜の結晶に対して、酸化物超電導層の結晶
を整合させつつ良質のものを形成できるので、超電導特
性に優れた酸化物超電導導体を得ることができる。
On the other hand, after the polycrystalline rapid-deposited thin film is formed on the substrate, the grain boundary inclination angle of the crystal grains is changed by performing the film forming process while irradiating the ion beam at an incident angle of 50 to 60 degrees from the oblique direction. It is possible to form an orientation-controlled polycrystalline thin film having a degree of 30 ° or less, whereby a thin film laminate having a polycrystalline thin film having stable film quality and excellent crystal orientation can be obtained. Furthermore, by forming the orientation-controlled polycrystalline thin film on the substrate and then forming the polycrystalline accelerated thin film, the crystals of the polycrystalline accelerated thin film can be easily aligned with the orientation-controlled polycrystalline thin film. If an oxide superconducting layer is formed in the thin film laminate obtained by the above method, with respect to the crystal of the orientation-controlled polycrystalline thin film, or with respect to the crystal of the polycrystalline quick-deposited thin film having good crystal orientation, Since it is possible to form a high quality one while matching the crystals of the oxide superconducting layer, it is possible to obtain an oxide superconducting conductor having excellent superconducting properties.

【0088】一方、イオンビームの入射角度を55〜6
0度に設定するならば、配向制御多結晶薄膜の粒界傾角
を25度以内に揃えることができるようになり、より配
向性に優れた多結晶薄膜を得ることができる。また、多
結晶速成薄膜を高周波スパッタで形成し、配向制御多結
晶薄膜をイオンビームスパッタで形成することで、早い
成膜速度で効率良く成膜処理することができる。更に、
酸化物超電導層を薄膜積層体上に形成する際に、酸化物
超電導層をエキタキシャル成長させることにより結晶配
向性を向上させることができ、超電導特性の優れた酸化
物超電導導体を得ることができるようになる。
On the other hand, the incident angle of the ion beam is 55 to 6
If it is set to 0 degree, the grain boundary tilt angle of the orientation-controlled polycrystalline thin film can be made uniform within 25 degrees, and a polycrystalline thin film having more excellent orientation can be obtained. Further, by forming the polycrystalline quick-deposited thin film by high-frequency sputtering and the orientation-controlled polycrystalline thin film by ion beam sputtering, it is possible to perform a film forming process efficiently at a high film forming rate. Furthermore,
When forming the oxide superconducting layer on the thin film laminate, the crystal orientation can be improved by making the oxide superconducting layer grow epitaxially, and an oxide superconducting conductor having excellent superconducting properties can be obtained. Like

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

【図1】図1は本発明方法により形成された薄膜積層体
を示す構成図である。
FIG. 1 is a constitutional view showing a thin film laminate formed by the method of the present invention.

【図2】図2は図1に示す薄膜積層体の結晶粒とその結
晶軸方向および粒界傾角を示す拡大平面図である。
FIG. 2 is an enlarged plan view showing crystal grains of the thin film laminate shown in FIG. 1, crystal axis directions thereof, and grain boundary tilt angles.

【図3】図3は本発明方法を実施して基材上に多結晶速
成薄膜を製造する高周波スパッタ装置の一例を示す構成
図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a high-frequency sputtering apparatus for carrying out the method of the present invention to produce a polycrystalline rapid-deposited thin film on a substrate.

【図4】図4は本発明方法を実施して基材上に配向制御
多結晶薄膜を製造するイオンビームスパッタ装置の一例
を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing an example of an ion beam sputtering apparatus for carrying out the method of the present invention to produce an orientation-controlled polycrystalline thin film on a substrate.

【図5】図5は図4に示す装置に用いられるイオンガン
の一例を示す断面図である。
5 is a cross-sectional view showing an example of an ion gun used in the device shown in FIG.

【図6】図6はイオンビーム照射とともに成膜処理を行
う場合に、イオンビームの入射角度と立方晶系の結晶格
子との角度関係を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an angular relationship between an incident angle of an ion beam and a cubic crystal lattice when a film forming process is performed together with ion beam irradiation.

【図7】図7は配向制御多結晶薄膜上に酸化物超電導層
を形成するための装置の一例を示す構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of an apparatus for forming an oxide superconducting layer on an orientation-controlled polycrystalline thin film.

【図8】図8は本発明に係る酸化物超電導導体の第1の
例を示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a first example of an oxide superconducting conductor according to the present invention.

【図9】図9は本発明に係る酸化物超電導導体の第2の
例を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a second example of an oxide superconducting conductor according to the present invention.

【図10】図10は本発明に係る酸化物超電導導体の第
3の例を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing a third example of an oxide superconducting conductor according to the present invention.

【図11】図11は本発明方法を実施して多結晶速成薄
膜と配向制御多結晶薄膜を製造する場合に用いるスパッ
タ装置の他の例を示す構成図である。
FIG. 11 is a constitutional view showing another example of the sputtering apparatus used for manufacturing the polycrystalline rapid-deposited thin film and the orientation-controlled polycrystalline thin film by carrying out the method of the present invention.

【図12】図12は従来方法で製造された多結晶速成薄
膜の結晶粒ごとの結晶配向性を示す構成図である。
FIG. 12 is a structural diagram showing the crystal orientation of each crystal grain of a polycrystalline rapid-deposited thin film manufactured by a conventional method.

【図13】図13はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧300V、イオンビーム電流密度20μA
/cm2で製造した配向制御多結晶薄膜のX線回折結果
を示すグラフである。
FIG. 13 shows an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 300 V, and an ion beam current density of 20 μA.
3 is a graph showing an X-ray diffraction result of an orientation-controlled polycrystalline thin film manufactured at a film thickness of / cm 2 .

【図14】図14はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧300V、イオンビーム電流密度20μA
/cm2で製造した多結晶薄膜の極点図である。
FIG. 14 is an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 300 V, and an ion beam current density of 20 μA.
FIG. 4 is a pole figure of a polycrystalline thin film manufactured at a rate of / cm 2 .

【図15】図15はイオンビーム入射角度90度、イオ
ンビーム電圧300V、イオンビーム電流20μAと4
0μAで製造した多結晶薄膜のX線回折結果を示すグラ
フである。
FIG. 15 shows an ion beam incident angle of 90 degrees, an ion beam voltage of 300 V, and an ion beam current of 20 μA.
It is a graph which shows the X-ray-diffraction result of the polycrystalline thin film manufactured by 0 microampere.

【図16】図16は配向制御多結晶薄膜のa軸およびb
軸配向性を測定ために行なった試験を説明するための構
成図である。
FIG. 16 is a-axis and b-axis of an orientation-controlled polycrystalline thin film.
It is a block diagram for demonstrating the test performed in order to measure axial orientation.

【図17】図17はイオンビーム入射角55度で製造さ
れた配向制御多結晶薄膜試料の(311)面の回折ピー
クを示すグラフである。
FIG. 17 is a graph showing diffraction peaks of the (311) plane of an orientation-controlled polycrystalline thin film sample manufactured at an ion beam incident angle of 55 degrees.

【図18】図18はイオンビーム入射角90度で製造さ
れた配向制御多結晶薄膜試料の(311)面の回折ピー
クを示すグラフである。
FIG. 18 is a graph showing a diffraction peak of a (311) plane of an orientation-controlled polycrystalline thin film sample manufactured at an ion beam incident angle of 90 degrees.

【図19】図19はイオンビーム入射角55度で製造さ
れた配向制御多結晶薄膜試料の回転角度5度毎の回折ピ
ークを示すグラフである。
FIG. 19 is a graph showing diffraction peaks at every rotation angle of 5 ° of an orientation-controlled polycrystalline thin film sample manufactured at an ion beam incident angle of 55 °.

【図20】図20はイオンビームの入射角度と得られた
配向制御多結晶薄膜試料の半値全幅との関係を示すグラ
フである。
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the incident angle of the ion beam and the full width at half maximum of the obtained orientation-controlled polycrystalline thin film sample.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A…基材、 B、B’、B’’…多結晶速
成薄膜、C…配向制御多結晶薄膜、 E…酸化物超電
導層、 K…粒界傾角、θ…入射角、 φ
…回転角、5 …薄膜積層体 、 6、7…結晶
粒、11、15…基材ホルダ、12、16…ターゲッ
ト、 14…高周波電源、17…イオンガン、 1
8…イオンビーム照射装置、30…レーザ蒸着装置、
33…ターゲット、50、51、53…酸化物超電導導
体、 52、54…薄膜積層体、
A ... Substrate, B, B ', B''... Polycrystalline rapid deposition thin film, C ... Orientation control polycrystalline thin film, E ... Oxide superconducting layer, K ... Grain boundary tilt angle, θ ... Incident angle, φ
... Rotation angle, 5 ... Thin film laminate, 6, 7 ... Crystal grains, 11, 15 ... Base material holder, 12, 16 ... Target, 14 ... High frequency power supply, 17 ... Ion gun, 1
8 ... Ion beam irradiation device, 30 ... Laser vapor deposition device,
33 ... Target, 50, 51, 53 ... Oxide superconducting conductor, 52, 54 ... Thin film laminate,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C30B 29/22 501 M 8216−4G ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location C30B 29/22 501 M 8216-4G

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基材と、この基材の成膜面上に形成され
て多数の結晶粒が結合されてなる多結晶速成薄膜と、こ
の多結晶速成薄膜上に形成されて前記多結晶速成薄膜よ
りも薄く形成された粒界傾角30度以下の配向制御多結
晶薄膜を具備してなることを特徴とする薄膜積層体。
1. A substrate, a polycrystalline rapid-deposited thin film formed on the film-forming surface of the substrate and having a large number of crystal grains bonded to each other, and a polycrystalline rapid-deposited thin film formed on the polycrystalline rapid-deposited thin film. A thin film laminate comprising an orientation-controlled polycrystalline thin film having a grain boundary tilt angle of 30 degrees or less formed thinner than the thin film.
【請求項2】 基材と、この基材の成膜面上に形成され
て多数の結晶粒が結合されてなり粒界傾角30度以下の
配向制御多結晶薄膜と、この配向制御多結晶薄膜上に形
成されて前記配向制御多結晶薄膜よりも厚く形成された
多結晶速成薄膜を具備してなることを特徴とする薄膜積
層体。
2. An orientation-controlled polycrystalline thin film having a grain boundary tilt angle of 30 degrees or less formed by a substrate, a large number of crystal grains bonded to each other on a film-forming surface of the substrate, and the orientation-controlled polycrystalline thin film. A thin film laminate, comprising a polycrystalline rapid-deposited thin film formed above and thicker than the orientation-controlled polycrystalline thin film.
【請求項3】 基材と、この基材の成膜面上に形成され
て多数の結晶粒が結合されてなる多結晶速成薄膜と、こ
の多結晶速成薄膜上に形成されて前記多結晶速成薄膜よ
りも薄く形成された粒界傾角30度以下の配向制御多結
晶薄膜と、この配向制御多結晶薄膜上に形成された酸化
物超電導層を具備してなることを特徴とする酸化物超電
導導体。
3. A substrate, a polycrystalline rapid-deposited thin film formed on a film-forming surface of the substrate and having a large number of crystal grains bonded to each other, and the polycrystalline rapid-deposited formed on the polycrystalline rapid-deposited thin film. An oxide superconducting conductor comprising an orientation-controlled polycrystalline thin film having a grain boundary tilt angle of 30 degrees or less formed thinner than the thin film, and an oxide superconducting layer formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film. .
【請求項4】 基材と、この基材の成膜面上に形成され
て多数の結晶粒が結合されてなり粒界傾角30度以下の
配向制御多結晶薄膜と、この配向制御多結晶薄膜上に形
成されて前記配向制御多結晶薄膜よりも厚く形成された
多結晶速成薄膜と、この多結晶速成薄膜上に形成された
酸化物超電導層を具備してなることを特徴とする酸化物
超電導導体。
4. An orientation-controlled polycrystalline thin film having a grain boundary tilt angle of 30 degrees or less, which is formed of a substrate, a large number of crystal grains bonded to each other on the film-forming surface of the substrate, and the orientation-controlled polycrystalline thin film. An oxide superconducting film, comprising: a polycrystalline rapid-deposited thin film formed above the orientation-controlled polycrystalline thin film; and an oxide superconducting layer formed on the polycrystalline rapid-deposited thin film. conductor.
【請求項5】 基材の成膜面上にスパッタなどの成膜法
により多数の結晶粒を結合させてなる多結晶速成薄膜を
形成し、この多結晶速成薄膜上に前記成膜面に対して斜
め方向から50〜60度の範囲の入射角度でイオンビー
ムを照射しながら成膜処理を行なって結晶粒の粒界傾角
を30度以下とした配向制御多結晶薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜積層体の製造方法。
5. A polycrystalline rapid-deposited thin film formed by combining a large number of crystal grains by a film-forming method such as sputtering is formed on the film-forming surface of a base material, and the polycrystalline rapid-deposited thin film is formed on the polycrystalline film And forming an orientation-controlled polycrystalline thin film having a grain boundary tilt angle of crystal grains of 30 degrees or less by performing a film formation process while irradiating an ion beam at an incident angle of 50 to 60 degrees from an oblique direction. Method for manufacturing thin film laminate.
【請求項6】 基材の成膜面に対して斜め方向から50
〜60度の範囲の入射角度でイオンビームを照射しなが
ら成膜処理を行なって基材成膜面上に多数の結晶粒を結
合させた粒界傾角30度以下の配向制御多結晶薄膜を形
成し、この配向制御多結晶薄膜上にスパッタなどの成膜
法により多数の結晶粒を結合させた多結晶速成薄膜を形
成することを特徴とする薄膜積層体の製造方法。
6. An oblique direction 50 from the film forming surface of the base material.
Film formation is performed while irradiating an ion beam at an incident angle in the range of up to 60 degrees to form an orientation-controlled polycrystalline thin film with a grain boundary tilt angle of 30 degrees or less in which a large number of crystal grains are bonded on the substrate film formation surface. Then, a method for producing a thin film laminated body is characterized in that a polycrystalline rapid-growth thin film in which a large number of crystal grains are bonded is formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film by a film forming method such as sputtering.
【請求項7】 請求項5または6記載の薄膜積層体の製
造方法において、イオンビームの入射角度を55〜60
度の範囲に設定して成膜し、配向制御多結晶薄膜の結晶
粒の粒界傾角を25度以内とすることを特徴とする薄膜
積層体の製造方法。
7. The method of manufacturing a thin film laminate according to claim 5, wherein the ion beam incident angle is 55 to 60.
A method for producing a thin film laminate, wherein the film thickness is set in a range of degrees, and the grain boundary tilt angle of the crystal grains of the orientation-controlled polycrystalline thin film is within 25 degrees.
【請求項8】 請求項5、6または7記載の薄膜積層体
の製造方法において、多結晶速成薄膜を高周波スパッタ
法により形成し、配向制御多結晶薄膜をイオンビームス
パッタ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。
8. The method for producing a thin film laminate according to claim 5, 6 or 7, wherein the polycrystalline rapid-deposited thin film is formed by a high frequency sputtering method, and the orientation-controlled polycrystalline thin film is formed by an ion beam sputtering method. And a method for producing a thin film laminate.
【請求項9】 請求項5、6、7または8記載の製造方
法で得られた配向制御多結晶薄膜上または中間薄膜上
に、成膜法により酸化物超電導層を形成することを特徴
とする酸化物超電導導体の製造方法。
9. An oxide superconducting layer is formed by a film forming method on the orientation-controlled polycrystalline thin film or the intermediate thin film obtained by the manufacturing method according to claim 5, 6, 7 or 8. Method for manufacturing oxide superconducting conductor.
【請求項10】 請求項9記載の酸化物超電導層を配向
制御多結晶薄膜あるいは多結晶速成薄膜上に成膜する場
合に、酸化物超電導層をエピタキシャル成長させること
を特徴とする酸化物超電導層の製造方法。
10. When the oxide superconducting layer according to claim 9 is formed on an orientation-controlled polycrystalline thin film or a polycrystalline rapid-deposited thin film, the oxide superconducting layer is epitaxially grown. Production method.
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