JPH0692787A - Formation of single crystalline thin film - Google Patents

Formation of single crystalline thin film

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JPH0692787A
JPH0692787A JP5111488A JP11148893A JPH0692787A JP H0692787 A JPH0692787 A JP H0692787A JP 5111488 A JP5111488 A JP 5111488A JP 11148893 A JP11148893 A JP 11148893A JP H0692787 A JPH0692787 A JP H0692787A
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thin film
base material
mask
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crystal
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典之 葭田
Satoru Takano
悟 高野
Kozo Fujino
剛三 藤野
Shigeru Okuda
繁 奥田
Chikushi Hara
築志 原
Hideo Ishii
英雄 石井
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Tokyo Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Abstract

PURPOSE:To form the single crystalline thin film having excellent crystallinity on a base material without depending on the material quality and crystallinity of the base material. CONSTITUTION:The base material 1 is provided thereon with a mask 2 which can prevent the sticking of the chemical species in a gaseous phase 3 to the base material. The base material 1 is continuously moved in an arrow A direction, by which the part covered with the mask 2 is successively delivered to the gaseous phase 3 for crystal growth. The thin film is successively deposited from the gaseous phase 3 to the part delivered from below the mask 2 on the base material 1 in such a manner.

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、基材上に単結晶性薄膜
を形成する方法に関し、特に、長尺の基材上に酸化物材
料からなる単結晶性薄膜を形成するための方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a single crystalline thin film on a substrate, and more particularly to a method for forming a single crystalline thin film made of an oxide material on a long substrate. .

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造技術においては、半導
体単結晶の薄膜形成方法として、液相エピタキシー(L
PE)、有機金属化学蒸着(MOCVD)、分子線エピ
タキシー(MBE)、イオンビームエピタキシー(IB
E)など、種々の手法が採用される。これらの方法は、
良質の単結晶薄膜を形成することが可能であり、半導体
装置の製造において不可欠な技術となっている。
2. Description of the Related Art In the manufacturing technology of semiconductor devices, liquid phase epitaxy (L
PE), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), ion beam epitaxy (IB)
Various methods such as E) are adopted. These methods are
It is possible to form a high-quality single crystal thin film, which is an indispensable technique in the manufacture of semiconductor devices.

【0003】超電導の分野では、液体窒素温度(77.
3K)よりも高い臨界温度を示すY系(90K)、Bi
系(108K)、Tl系(125K)酸化物超電導材料
の発見により、これらの材料を電子デバイスに応用する
ため、単結晶薄膜の形成方法が研究されてきた。そし
て、レーザ蒸着法、反応性蒸着法等の手法が、酸化物超
電導材料について良質な単結晶薄膜を形成するため有効
であることが見出されている。
In the field of superconductivity, liquid nitrogen temperature (77.
Y system (90K), which has higher critical temperature than 3K), Bi
With the discovery of the (108K) -based and Tl-based (125K) oxide superconducting materials, methods for forming single crystal thin films have been studied in order to apply these materials to electronic devices. It has been found that methods such as a laser vapor deposition method and a reactive vapor deposition method are effective for forming a high quality single crystal thin film for an oxide superconducting material.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】以上に示した従来の単
結晶薄膜の形成方法は、エピタキシー、すなわち特定の
結晶面上に別種の結晶が一定の方位関係を持って成長す
る現象を利用するものであり、通常、単結晶の基板表面
に薄膜を形成させるものである。
The conventional method for forming a single crystal thin film described above utilizes epitaxy, that is, the phenomenon that another kind of crystal grows on a specific crystal plane with a certain orientation relationship. In general, a thin film is formed on the surface of a single crystal substrate.

【0005】これら従来の方法は、単結晶基板の使用を
前提とするため、良質の単結晶薄膜を形成するには、薄
膜材料の結晶構造と類似し、格子定数の近い単結晶基板
を採用することが極めて重要であった。
Since these conventional methods are premised on the use of a single crystal substrate, in order to form a good quality single crystal thin film, a single crystal substrate having a crystal structure similar to that of the thin film material and having a close lattice constant is adopted. Was extremely important.

【0006】このため、上記従来技術では、単結晶薄膜
は、特定の材料からなる基板にしか形成することができ
ず、また、形成できる単結晶薄膜の大きさも採用できる
基板の大きさで決められ、所望の大きさや長さを有する
単結晶薄膜を自由に形成することはできなかった。
Therefore, in the above-mentioned prior art, the single crystal thin film can be formed only on the substrate made of a specific material, and the size of the single crystal thin film that can be formed is also determined by the size of the substrate that can be adopted. However, it has not been possible to freely form a single crystal thin film having a desired size and length.

【0007】一方、半導体薄膜の分野では、表面に周期
的な溝を刻み込んだアモルファス基板を用い、この溝エ
ッジで選択的な方位に結晶核を発生させることにより、
基板上に堆積する膜の単結晶化を図るグラフォエピタキ
シー技術が存在する。この技術によれば、単結晶基板を
用いなくとも、たとえばSiについて結晶性の優れた単
結晶薄膜を形成することができる。
On the other hand, in the field of semiconductor thin films, an amorphous substrate having periodic grooves engraved on its surface is used, and crystal nuclei are generated in selective orientations at the groove edges.
There is a graphoepitaxy technique for single crystallization of a film deposited on a substrate. According to this technique, a single crystal thin film having excellent crystallinity for Si can be formed without using a single crystal substrate.

【0008】しかしながら、グラフォエピタキシーで
も、周期的な溝を形成できる基板の大きさは制約される
ため、上述したと同様に、所望の大きさや長さを有する
基材上に単結晶薄膜を自在に形成することは困難であっ
た。
However, even in graphoepitaxy, the size of the substrate on which the periodic grooves can be formed is limited. Therefore, as described above, a single crystal thin film can be freely formed on a base material having a desired size and length. Was difficult to form.

【0009】本発明の目的は、基材の材質および結晶性
に依存することなく、基材上に結晶性の優れた単結晶薄
膜を形成できる方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method capable of forming a single crystal thin film having excellent crystallinity on a base material without depending on the material and crystallinity of the base material.

【0010】本発明のさらなる目的は、所望するサイズ
の基材に自由に結晶性の優れた単結晶薄膜を形成できる
方法を提供することにある。
A further object of the present invention is to provide a method capable of freely forming a single crystal thin film having excellent crystallinity on a substrate having a desired size.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に従う単結晶性薄
膜の形成方法は、基材上の連続する領域に、特定の方位
を有する結晶から主として構成される単結晶性薄膜を形
成させるためのものであり、より好ましくは、単一の方
位を有する結晶からなる単結晶薄膜を形成させるための
ものである。本発明に従う方法は、気相中の化学種が基
材に付着することを防止できるマスクを設け、基材をマ
スクに対して相対的に移動させていくことにより、結晶
成長させるべき基材の連続する領域でマスクにより覆わ
れる部分が、結晶成長のための環境に連続的に送り出さ
れていくことを特徴とする。
A method for forming a single crystalline thin film according to the present invention is for forming a single crystalline thin film mainly composed of crystals having a specific orientation in a continuous region on a substrate. More preferably, it is for forming a single crystal thin film made of a crystal having a single orientation. The method according to the present invention provides a mask capable of preventing the chemical species in the gas phase from adhering to the substrate, and moving the substrate relative to the mask, thereby removing the substrate to be crystal-grown. It is characterized in that the portion covered by the mask in the continuous region is continuously sent to the environment for crystal growth.

【0012】本発明において、基材は任意の材質および
形状のものを用いることができる。基材の材質および形
状は、単結晶性薄膜を形成して得られるものの用途や、
成膜条件等に応じて適宜決定すればよいが、本発明の方
法は、特に、テープ状の基材など、より長尺の基材に単
結晶性薄膜を形成するため適用することができる。
In the present invention, the substrate may be of any material and shape. The material and shape of the base material are those obtained by forming a single crystalline thin film,
The method of the present invention can be applied to form a single crystal thin film on a longer substrate, such as a tape-shaped substrate, although it may be appropriately determined depending on the film forming conditions.

【0013】本発明において基材を覆うためのマスク
は、気相成長のための化学種が基材に付着するのを防止
できるものであれば、特に限定されるものではなく、そ
の材質や形状等は、成膜条件等に応じて適宜好ましいも
のを用いればよい。
In the present invention, the mask for covering the base material is not particularly limited as long as it can prevent chemical species for vapor phase growth from adhering to the base material, and its material and shape. As the above, those preferable may be appropriately used depending on the film forming conditions and the like.

【0014】上記マスクは、気相中の化学種が基材上に
飛来するのを効果的に防ぐよう設ける必要がある。した
がって、マスクで基材を覆うに際し、マスクと基材との
隙間に気相成長のための分子や原子等が入り込まないよ
うにする必要がある。このため、気相成長のための条件
にもよるが、たとえば、蒸着法等を用いる場合、基材と
マスクの間の距離は3mm以下とすることが好ましい。
The mask must be provided so as to effectively prevent chemical species in the gas phase from flying onto the substrate. Therefore, when covering the base material with the mask, it is necessary to prevent molecules and atoms for vapor phase growth from entering the gap between the mask and the base material. Therefore, depending on the conditions for vapor phase growth, for example, when using the vapor deposition method or the like, the distance between the substrate and the mask is preferably 3 mm or less.

【0015】本発明において、基材はマスクに対して相
対的に移動させられる。すなわち、マスクを固定した場
合は基材が移動させられ、基材が固定された場合はマス
クが移動させられる。また、マスクおよび基材をともに
移動させてもよい。
In the present invention, the substrate is moved relative to the mask. That is, when the mask is fixed, the base material is moved, and when the base material is fixed, the mask is moved. Further, the mask and the base material may be moved together.

【0016】たとえば、テープ状の基材を用いて基材上
に単結晶性薄膜を形成したい場合、マスクを固定し、テ
ープ状基材をマスクを介して結晶成長させるべき気相中
に連続的に送り出していけばよい。
For example, when a single crystalline thin film is to be formed on a base material using a tape-shaped base material, a mask is fixed and the tape-shaped base material is continuously passed through the mask in a vapor phase for crystal growth. You can send it to.

【0017】テープ状の基材は巻取ることができるた
め、第1のリールからテープ状基材を巻出し、第2のリ
ールでそれを巻取る間に、マスクを介して結晶成長させ
るべき気相中に基材を送り出していき、単結晶性薄膜を
テープ上に順次形成させていくこともできる。
Since the tape-shaped base material can be wound, the tape-shaped base material is unwound from the first reel and, while being wound on the second reel, crystals are to be grown through the mask. It is also possible to feed the base material into the phase and sequentially form the single crystalline thin film on the tape.

【0018】また、スリット等の窓が形成されたマスク
で基材を覆い、窓を通じて気相中の化学種を基材に付着
させることもできる。この場合、窓が基材上を移動する
ように基材またはマスクを移動させれば、基材上で窓が
通った部分に単結晶性薄膜を形成させることができる。
It is also possible to cover the substrate with a mask having a window such as a slit so that the chemical species in the gas phase can be attached to the substrate through the window. In this case, if the base material or the mask is moved so that the window moves on the base material, the single crystalline thin film can be formed on the base material on the portion where the window passes.

【0019】本発明において結晶成長のための環境相は
気相であり、結晶の気相成長のためスパッタリングおよ
び蒸着法等を用いることができる。
In the present invention, the environment phase for crystal growth is a vapor phase, and sputtering and vapor deposition methods can be used for vapor phase growth of crystals.

【0020】この発明において好ましく用いられる気相
成長法には、たとえば、レーザ蒸着法、反応性蒸着法、
有機金属化学堆積法(MOCVD)、分子線エピタキシ
ー(MBE)およびイオンビームエピタキシー(IB
E)等がある。
The vapor phase growth method preferably used in the present invention includes, for example, laser vapor deposition method, reactive vapor deposition method,
Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), Molecular Beam Epitaxy (MBE) and Ion Beam Epitaxy (IB)
E) etc.

【0021】また、本発明において、基板上の連続する
領域に特定の方位を有する結晶から主として構成される
薄膜を、レーザアブレーション法を用いて、気相より形
成することができる。
Further, in the present invention, a thin film mainly composed of crystals having a specific orientation in a continuous region on the substrate can be formed in the vapor phase by the laser ablation method.

【0022】この場合には、基材をマスクに対して相対
的に移動させていくに際して、結晶成長させるべき基材
の連続する領域で、マスクで覆われる部分と結晶成長の
ための環境にさらされる部分との境界領域が、結晶成長
のための環境に1cm/分以上の移動速度で送り出され
ることが好ましい。
In this case, when the base material is moved relative to the mask, in a continuous region of the base material on which the crystal is to be grown, the portion covered by the mask and the environment for crystal growth are exposed. It is preferable that the boundary region with the portion to be formed is sent to the environment for crystal growth at a moving speed of 1 cm / min or more.

【0023】また、この場合には、レーザアブレーショ
ンは、基材温度650〜750℃、酸素ガス圧力30〜
500mTorr、248〜1060nmの波長領域の
レーザを用い、レーザエネルギー密度1.5〜3.3J
/cm2 の条件下で行なわれることがより好ましい。
In this case, the laser ablation is performed at a substrate temperature of 650 to 750 ° C. and an oxygen gas pressure of 30 to.
A laser energy density of 1.5 to 3.3 J is used by using a laser having a wavelength region of 500 mTorr, 248 to 1060 nm.
More preferably, it is carried out under the condition of / cm 2 .

【0024】マスクで覆われる部分と結晶成長のための
環境にさらされる部分との境界領域を結晶成長のための
環境に送り出す速度は、たとえばマスクに対する基材の
相対的な移動速度を変えることで自在に調整することが
できる。
The speed at which the boundary region between the portion covered by the mask and the portion exposed to the environment for crystal growth is sent to the environment for crystal growth is, for example, by changing the moving speed of the substrate relative to the mask. It can be adjusted freely.

【0025】たとえば、テープ状の基材を用いて基材上
に単結晶性薄膜を形成したい場合には、固定したマスク
に対しテープ状の基材を相対的に1cm/分以上の移動
速度で気相中に送り出していくことで、上述のような方
法に従い単結晶性薄膜をテープ状基材上に順次形成させ
ていくことができる。
For example, when it is desired to form a single crystal thin film on a base material using a tape-shaped base material, the tape-shaped base material is moved at a moving speed of 1 cm / min or more relative to the fixed mask. By sending out into the gas phase, the single crystalline thin film can be sequentially formed on the tape-shaped substrate according to the method described above.

【0026】また、本発明において、金属薄膜が予め形
成された基材を用いることもできる。この場合、金属薄
膜は、単結晶性薄膜の形成環境において蒸発させること
ができるものであり、基材上でマスクに覆われる部分と
結晶成長のための環境にさらされる部分との境界領域に
おいて金属薄膜が固液境界を形成するよう、温度勾配が
設けられる。
In the present invention, it is also possible to use a base material on which a metal thin film is formed in advance. In this case, the metal thin film can be evaporated in a single crystal thin film forming environment, and the metal thin film is formed in a boundary region between a portion covered by the mask and a portion exposed to the environment for crystal growth on the base material. A temperature gradient is provided so that the thin film forms a solid-liquid boundary.

【0027】この温度勾配は、結晶成長のための気相か
らマスクが設けられたところに行くに従って温度が低下
していくもので、たとえば、ヒータや冷却手段等による
基板温度の調節などによって設けることができる。この
ような温度勾配は、形成される薄膜の結晶方位を揃える
ことを促進することができる。
This temperature gradient is such that the temperature decreases as it goes from the vapor phase for crystal growth to the place where the mask is provided. For example, it is provided by adjusting the substrate temperature with a heater or cooling means. You can Such a temperature gradient can promote the alignment of crystal orientations of the formed thin film.

【0028】また、本発明において、基材が相対的に移
動される方向にガスを流すことにより、基材においてマ
スクの被覆が解除されて結晶成長のための環境に送り出
される部分に、基材の相対的移動方向と同方向のガス流
を与えることができる。
Further, in the present invention, by flowing a gas in the direction in which the base material is relatively moved, the base material is released to a portion of the base material where the mask is uncovered and sent to the environment for crystal growth. It is possible to provide a gas flow in the same direction as the relative movement direction of.

【0029】このようなガスの流れは、たとえば、マス
クの端部に設けられたスリット状の孔から、結晶成長の
ための環境に向かってガスを放出することにより発生さ
せることができる。
Such a gas flow can be generated, for example, by discharging gas from a slit-shaped hole provided at the end of the mask toward the environment for crystal growth.

【0030】ガス流の方向性は、結晶成長のための雰囲
気によって左右されるが、結晶成長が行なわれる所定の
範囲において保たれることが望ましい。このガス流を用
いれば、特定の結晶方位がガス流方向に揃うように単結
晶性薄膜を成長させることができる。
The direction of the gas flow depends on the atmosphere for crystal growth, but it is desirable to maintain it within a predetermined range in which crystal growth is performed. By using this gas flow, it is possible to grow a single crystalline thin film so that specific crystal orientations are aligned with the gas flow direction.

【0031】また、酸化物結晶で構成される薄膜を形成
したい場合、ガスとして酸素ガスを好ましく用いること
ができる。
When it is desired to form a thin film composed of oxide crystals, oxygen gas can be preferably used as the gas.

【0032】以上に示した本発明の単結晶性薄膜の形成
方法は、特に、基材上に酸化物超電導体の単結晶性薄膜
を形成する方法として適用される。酸化物超電導体に
は、上述したとおり、Y−Ba−Cu−O等のY系、B
i−Sr−Ca−Cu−O等のBi系、Tl−Bi−S
r−Ca−Cu−O等のTl系などが含まれる。
The method for forming a single crystalline thin film of the present invention described above is particularly applied as a method for forming a single crystalline thin film of an oxide superconductor on a substrate. As described above, the oxide superconductor includes a Y-based material such as Y-Ba-Cu-O, B, or the like.
Bi system such as i-Sr-Ca-Cu-O, Tl-Bi-S
Examples include Tl-based compounds such as r-Ca-Cu-O.

【0033】この発明に従って酸化物超電導体からなる
単結晶性薄膜を形成するため、たとえば、反応性蒸着な
ど種々の蒸着法、レーザアブレーション、MBE、CV
D、イオンプレーティング、スプレーパイロリシス、フ
ラッシュプラズマ等の方法を用いることができる。
In order to form a monocrystalline thin film made of an oxide superconductor according to the present invention, for example, various vapor deposition methods such as reactive vapor deposition, laser ablation, MBE, CV, etc.
Methods such as D, ion plating, spray pyrolysis, and flash plasma can be used.

【0034】たとえば、酸化物超電導体の単結晶性薄膜
を形成するためレーザアブレーションを用いる場合、Y
系、Bi系またはTl系の焼結体ターゲットにレーザを
照射することによりプラズマを発生させ、このプラズマ
にマスク下から送り出された基材をさらすことによって
超電導体からなる単結晶性薄膜を形成させることができ
る。
For example, when laser ablation is used to form a single crystalline thin film of an oxide superconductor, Y
Of a system-based, Bi-based or Tl-based sintered body target with a laser to generate plasma, and the base material sent out from under the mask is exposed to this plasma to form a single crystalline thin film made of a superconductor. be able to.

【0035】酸化物超電導材料の薄膜形成には、従来、
基板としてMgO、SrTiO3 、ZrO2 等の単結晶
が用いられてきたが、本発明においては、基材としてこ
れらの材料だけでなく、MgO、SrTiO3 およびZ
rO2 等の多結晶、イットリア安定化ジルコニアシー
ト、ならびに金属テープなどの金属基材等を用いること
ができる。
Conventionally, a thin film of an oxide superconducting material has been formed.
Single crystals of MgO, SrTiO 3 , ZrO 2 and the like have been used as the substrate, but in the present invention, not only these materials but also MgO, SrTiO 3 and Zr are used as the base material.
Polycrystalline such and rO 2, can be used yttria-stabilized zirconia sheet and metal substrates such as metal tape and the like.

【0036】本発明に従って酸化物超電導体の単結晶性
薄膜を形成する場合、上述したように基材の移動方向に
流すガスは酸素ガスが好ましい。また、基材に予め形成
される金属皮膜は、たとえば、銀によるものが好まし
い。
When a single crystalline thin film of an oxide superconductor is formed according to the present invention, oxygen gas is preferred as the gas flowing in the moving direction of the substrate as described above. Further, the metal film formed in advance on the substrate is preferably made of silver, for example.

【0037】[0037]

【作用】図1(a)〜(c)は、本発明に従う薄膜形成
のプロセスを模式的に示す斜視図である。
1 (a) to 1 (c) are perspective views schematically showing a process of forming a thin film according to the present invention.

【0038】本発明に従えば、図1(a)に示すよう
に、基材1がその一端からマスク2を経由して結晶成長
のための気相3に送り出されていく。送り出される方向
は、図に示す矢印Aの方向である。
According to the present invention, as shown in FIG. 1 (a), the base material 1 is sent out from one end thereof through the mask 2 into the vapor phase 3 for crystal growth. The sent-out direction is the direction of arrow A shown in the figure.

【0039】一方、気相3中に存在する化学種は、図の
矢印Bで示すように基材1上に堆積する。図に示すよう
に、基材1においてマスク2で覆われる部分には気相中
の化学種が付着しない一方、マスク2の下から気相中に
送り出される部分には、化学種が付着するようになる。
このようにして、基材1を連続的に矢印Aの方向に送り
出していくと、基材上に連続して薄膜が形成されてい
く。
On the other hand, the chemical species existing in the vapor phase 3 are deposited on the substrate 1 as shown by the arrow B in the figure. As shown in the figure, the chemical species in the vapor phase do not adhere to the portion of the substrate 1 covered with the mask 2, while the chemical species attach to the portion sent out from under the mask 2 into the vapor phase. become.
In this way, when the base material 1 is continuously sent out in the direction of the arrow A, a thin film is continuously formed on the base material.

【0040】次に、基材の移動により、単結晶性薄膜が
形成されていく過程について説明する。まず、説明のた
め、基材の一端が少し気相中に出た状態から基材が送り
出されていくとする。図1(b)は、図1(a)から基
材が送り出されていく際のある時点を示している。基材
1において1aで示される領域は、基材の移動前、気相
中にさらされていたところで、マスクの下から気相への
移動を経験していない領域である。
Next, a process in which a single crystalline thin film is formed by moving the base material will be described. First, for the sake of explanation, it is assumed that the base material is sent out from a state in which one end of the base material is slightly in the gas phase. FIG. 1B shows a point in time when the base material is being sent out from FIG. 1A. The region indicated by 1a in the base material 1 is a region where the base material has been exposed to the gas phase before the movement, and has not experienced the movement from under the mask to the gas phase.

【0041】この領域において、基材表面に形成される
薄膜は、ランダムな方位を有する結晶か、アモルファス
状態である場合が多い。薄膜が自然配向を有する場合で
も、薄膜の結晶は基材表面のノーマル方向に特定の結晶
軸を配向させるが、基材面内において特定の配向を実現
することは少ない。
In this region, the thin film formed on the surface of the base material is often a crystal having a random orientation or an amorphous state. Even when the thin film has a natural orientation, the crystal of the thin film orients a specific crystal axis in the normal direction on the surface of the substrate, but rarely achieves the specific orientation in the plane of the substrate.

【0042】一方、領域1aとマスク2の間にある移動
を経験した領域において、初期の部分1bでは、移動を
受けない領域の影響を受けて種々の方位を有する結晶が
形成されるが、移動に従ってある特定の結晶方位が優勢
になり、その方位が揃った領域1cが形成されるように
なる。図において、このような状態を模式的に示すた
め、結晶方位の分布状態を矢印で表わしている。
On the other hand, in the region which has undergone the movement between the region 1a and the mask 2, crystals having various orientations are formed in the initial portion 1b under the influence of the region which is not moved. Accordingly, a specific crystal orientation becomes dominant, and a region 1c having the same orientation is formed. In the figure, in order to schematically show such a state, the distribution state of the crystal orientation is represented by an arrow.

【0043】これは、基材においてマスクにより覆われ
る部分と気相にさらされる部分の境界領域に結晶の成長
端が形成され、移動によって新たに露出される基材上に
この成長端と同じ方位を有する結晶が成長する傾向によ
るものであると考えられる。したがって、特定の結晶方
位を有する成長端が確実に形成できれば、基材の材質や
結晶配向性に大きく影響されることなく、単結晶性の強
い薄膜を形成していくことができる。
This is because the crystal growth edge is formed in the boundary region between the portion covered by the mask and the portion exposed to the vapor phase in the substrate, and the same orientation as this growth edge is formed on the substrate newly exposed by the movement. It is believed that this is due to the tendency of crystals having Therefore, if a growth edge having a specific crystal orientation can be reliably formed, a thin film having strong single crystallinity can be formed without being significantly affected by the material of the base material and the crystal orientation.

【0044】このようにして、さらに基材を移動させて
いくと、領域1cと同じ方位を有する結晶がさらに成長
するようになる(図1(c))。以上示すように、一
旦、特定の配向粒が形成されれば、基材の材質や結晶配
向性に関係なく、基材の連続移動とマスクの効果によ
り、特定の方位を有する結晶粒が連続して基材上に形成
されることになる。
When the substrate is further moved in this manner, crystals having the same orientation as that of the region 1c will grow (FIG. 1 (c)). As shown above, once the specific oriented grains are formed, the continuous movement of the substrate and the effect of the mask make the crystalline grains having a specific orientation continuous regardless of the material and crystal orientation of the substrate. Will be formed on the substrate.

【0045】以上示した方法において、テープ状の基材
を用い、テープの一端からその長手方向に基材を移動さ
せていけば、基材の長手方向にわたって単結晶性薄膜を
形成させていくことができる。
In the method described above, a tape-shaped substrate is used, and if the substrate is moved in the longitudinal direction from one end of the tape, a monocrystalline thin film can be formed in the longitudinal direction of the substrate. You can

【0046】また、本発明に従い、レーザアブレーショ
ン法を用いて、基材上の連続する領域に特定の方位を有
する結晶から主として構成される薄膜を気相より形成す
るための方法において、基材をマスクに対して相対的に
移動させていくに際して、結晶成長させるべき基材の連
続する領域で、マスクで覆われる部分と結晶成長のため
の環境にさらされる部分との境界領域が、結晶成長のた
めの環境に1cm/分以上の移動速度で送り出されるこ
とで、新たに結晶成長のための環境に露出された基材上
に、マスクと基材との距離の大きさにほとんど影響を受
けることなく、単結晶性の強い薄膜を形成することがで
きる。
Further, according to the present invention, in a method for forming a thin film mainly composed of crystals having a specific orientation in a continuous region on a substrate from a gas phase by using a laser ablation method, the substrate is When moving relative to the mask, the boundary region between the part covered by the mask and the part exposed to the environment for crystal growth is a continuous region of the base material to be crystal-grown. Is sent to the environment for moving at a moving speed of 1 cm / min or more, and is almost affected by the distance between the mask and the substrate on the substrate newly exposed to the environment for crystal growth. It is possible to form a thin film having strong single crystallinity.

【0047】これは、気相成長時にマスクで覆われる部
分と結晶成長のための環境にさらされる部分との境界領
域が結晶成長のための環境に1cm/分以上の移動速度
で送り出されることで、マスクと基材との僅かな空間に
巻き込まれた気相成長のための分子や原子に境界領域が
接触する時間期間がより短縮されて、基材上の境界領域
には特定の結晶方位を有するシャープな結晶の成長端が
より確実に形成されるようになり、その結果として新た
に結晶成長のための環境に露出された基材上には特定の
結晶方位を有する結晶粒がさらに形成されやすくなるた
めと考えられる。
This is because the boundary region between the portion covered with the mask during vapor phase growth and the portion exposed to the environment for crystal growth is sent to the environment for crystal growth at a moving speed of 1 cm / min or more. , The time period of contact of the boundary region with molecules and atoms for vapor phase growth caught in a small space between the mask and the substrate is further shortened, and a specific crystallographic orientation is provided in the boundary region on the substrate. The sharp edges of the crystals are more reliably formed, and as a result, crystal grains having a specific crystal orientation are further formed on the substrate newly exposed to the environment for crystal growth. It is thought to be easier.

【0048】上述の方法に従えば、以下の実施例におい
ても示すように、マスクと基材との距離を3mmより大
きく設定した場合でも、結晶方位の揃った単結晶性薄膜
を基材上に形成させることができるようになる。
According to the above method, as shown in the following examples, even when the distance between the mask and the base material is set to be larger than 3 mm, the single crystal thin film having the uniform crystal orientation is formed on the base material. Can be formed.

【0049】また、図2に示すように、基材11上に窓
12aを形成したマスク12を被せ、その上から蒸着等
を行なうと、基材11において窓12aの部分にのみ薄
膜を形成させることができる。この状態で基材11また
はマスク12を連続的に移動させていけば、窓12aが
移動した領域11a(図1に一点鎖線で示す)に薄膜を
形成させていくことができる。
Further, as shown in FIG. 2, when a mask 12 having a window 12a formed thereon is covered on a base material 11 and vapor deposition or the like is performed on the mask 12, a thin film is formed only on the window 12a of the base material 11. be able to. If the substrate 11 or the mask 12 is continuously moved in this state, a thin film can be formed in the region 11a (shown by the one-dot chain line in FIG. 1) where the window 12a has moved.

【0050】この場合も、上述したような連続的移動と
マスクの効果がもたらされるので、領域11aに単結晶
性薄膜を形成させていくことができる。このようなマス
クを使えば、基材上の任意の領域に単結晶性薄膜を形成
させることができる。
In this case as well, since the above-described continuous movement and the effect of the mask are brought about, a monocrystalline thin film can be formed in the region 11a. By using such a mask, a single crystal thin film can be formed in an arbitrary region on the base material.

【0051】また、図3に示すように、金属薄膜20が
予め形成された基材21を用い、基材21においてマス
ク22で覆われる部分と気相23にさらされる部分との
境界領域(図においてCで示す)に温度勾配を設けて、
単結晶性薄膜を形成させていくことができる。温度勾配
は、たとえば、基材の下に設けられたヒータ24により
設定することができる。
Further, as shown in FIG. 3, a base material 21 on which a metal thin film 20 is formed in advance is used, and a boundary area between a part of the base material 21 covered with the mask 22 and a part exposed to the vapor phase 23 (see FIG. (Indicated by C in FIG.
A single crystalline thin film can be formed. The temperature gradient can be set by, for example, the heater 24 provided below the base material.

【0052】設定された温度勾配により、境界領域Cに
おいて金属薄膜が固液境界を有するようになる。固液境
界の状態を拡大して図4に示す。図に示すように、マス
ク23で覆われる部分21aでは、所定の厚みの金属薄
膜20が残っているが、境界領域Cでは、金属薄膜が溶
融し、固液境界を形成するとともに、温度の高い部分か
ら薄膜を形成する金属が蒸発するようになる。
Due to the set temperature gradient, the metal thin film has a solid-liquid boundary in the boundary region C. The state of the solid-liquid boundary is enlarged and shown in FIG. As shown in the figure, in the portion 21a covered with the mask 23, the metal thin film 20 of a predetermined thickness remains, but in the boundary region C, the metal thin film melts to form a solid-liquid boundary and the temperature is high. The metal forming the thin film comes to evaporate from the portion.

【0053】その結果、境界領域Cにある膜は浸蝕さ
れ、階段形状を有するようになる。このような状態は電
子顕微鏡により観察することができる。たとえば、銀の
薄膜を基材上に形成した場合、温度の等高線に対応した
形に階段が形成され、階段1段の高さが100Å程度、
テラスの幅が1000Å程度であることが電子顕微鏡の
観察により明らかとなった。
As a result, the film in the boundary region C is eroded and has a step shape. Such a state can be observed with an electron microscope. For example, when a thin silver film is formed on a substrate, stairs are formed in a shape corresponding to the contour lines of temperature, and the height of one staircase is about 100Å.
An electron microscope observation revealed that the width of the terrace is about 1000 Å.

【0054】このように階段が形成されている領域で成
膜領域が途切れるように、すなわち結晶の成長端が形成
されるようにマスクを設けると、気相から堆積する化学
種は、階段の角に方位を揃えて核発生するようになる。
そして、基材を図3に示す矢印の方向に連続的に移動さ
せると、温度勾配が設けられた領域に常に金属薄膜の階
段が形成されているので、薄膜はこの階段の角に方位を
揃えて成長するようになる。その結果、単結晶性の薄膜
が連続して形成されるようになる。
When a mask is provided so that the film formation region is interrupted in the region where the steps are formed in this way, that is, the growth end of the crystal is formed, the chemical species deposited from the vapor phase are the corners of the steps. The nucleus will be generated by aligning the directions.
Then, when the base material is continuously moved in the direction of the arrow shown in FIG. 3, since the steps of the metal thin film are always formed in the region where the temperature gradient is provided, the thin film has the orientation aligned with the corner of this step. Will grow up. As a result, a single crystalline thin film is continuously formed.

【0055】このような温度勾配を設けた薄膜形成は、
上述したように、テープ状基材の長手方向に単結晶性薄
膜を形成する場合や、窓を有するマスクを設けて基材の
任意の領域に単結晶性薄膜を形成する場合に適用でき
る。
The formation of a thin film provided with such a temperature gradient is
As described above, the present invention can be applied to a case where a single crystalline thin film is formed in the longitudinal direction of a tape-shaped substrate, or a case where a mask having a window is provided and a single crystalline thin film is formed on an arbitrary region of the substrate.

【0056】また、本発明において、上述したように基
材を移動させるとともに、図5に示すように、マスク3
2の端部32aから、基材31の移動方向(図に矢印D
で示す)にガス34を流すことにより、基材31におい
てガス流の方向性が保持される領域には、その方向に従
って特定の方位を有する結晶を成長させることができ
る。
Further, in the present invention, the base material is moved as described above, and as shown in FIG.
The moving direction of the base material 31 from the end portion 32a of 2 (arrow D in the figure).
The gas having a specific orientation can be grown in the region of the base material 31 where the directionality of the gas flow is maintained by flowing the gas 34 (shown in FIG.

【0057】ガス流の方向性が保持される領域は、ごく
狭い範囲に限られると考えられるが、一旦この部分で方
位の揃った薄膜が形成されれば、ガス流の方向性が崩れ
る領域(たとえばガスの噴出し口から離れた部分)で膜
形成がなされても、ガス流に従って形成された下地膜の
配向に従って膜を形成させていくことができる。このた
め、厚い膜を形成させる場合でも、ガス流により方位が
制御された下地にその方位を揃えさせることにより、特
定の方位を有する結晶を成長させることができる。
The region in which the directionality of the gas flow is maintained is considered to be limited to a very narrow range, but once a thin film with uniform orientation is formed in this region, the region in which the directionality of the gas flow collapses ( For example, even if the film is formed at a portion apart from the gas ejection port), the film can be formed according to the orientation of the base film formed according to the gas flow. Therefore, even in the case of forming a thick film, it is possible to grow a crystal having a specific orientation by aligning the orientation with the underlayer whose orientation is controlled by the gas flow.

【0058】このように、ガス流は、特定の配向性を有
する結晶核を形成させるように作用する。そして、基材
を連続的に移動させることによりマスクで覆われた領域
を順次気相にさらしていけば、上述したようにガス流に
よって配向性が制御された結晶に方位が揃うよう薄膜成
長が進行していく。このようにして、結晶方位の揃った
単結晶性薄膜を基材上に形成させることができる。
Thus, the gas flow acts so as to form crystal nuclei having a specific orientation. Then, by successively moving the base material and exposing the region covered with the mask to the vapor phase in sequence, thin film growth can be performed so that the orientation is aligned with the crystal whose orientation is controlled by the gas flow as described above. I will proceed. In this way, it is possible to form a single crystal thin film having a uniform crystal orientation on the substrate.

【0059】このようなガス流を発生させる薄膜形成
は、上述したように、テープ状基材の長手方向に単結晶
性薄膜を形成する場合や、窓を有するマスクを設けて基
材の任意の領域に単結晶性薄膜を形成する場合に適用で
きる。
As described above, the formation of a thin film for generating such a gas flow is performed when a single crystalline thin film is formed in the longitudinal direction of a tape-shaped substrate or when a mask having a window is provided to form an arbitrary substrate. It can be applied when a single crystalline thin film is formed in a region.

【0060】[0060]

【実施例】【Example】

実施例1 基材として厚さ0.1mm、幅5mmのNi−Cr合金
テープを用い、図6に示すように、マスク42を基材4
1上に0.1mmの隙間(d)を設けて固定した。
Example 1 As a base material, a Ni-Cr alloy tape having a thickness of 0.1 mm and a width of 5 mm was used, and a mask 42 was used as a base material 4 as shown in FIG.
A gap (d) of 0.1 mm was provided on the sheet 1 and fixed.

【0061】Ni合金テープ上にイットリア安定化ジル
コニアの薄膜を形成するため、反応性真空蒸着法を用い
た。反応ガスとして酸素を用い、ガスの圧力を3mTo
rrとした。また、基材の温度は750℃に設定した。
A reactive vacuum deposition method was used to form a thin film of yttria-stabilized zirconia on the Ni alloy tape. Oxygen is used as the reaction gas, and the gas pressure is 3 mTo
rr. The temperature of the base material was set to 750 ° C.

【0062】上述したように、図6において矢印Eの方
向に基材41を2mm/分の速度で連続的に移動させな
がら、イットリア安定化ジルコニアの薄膜を真空蒸着さ
せていった。
As described above, the thin film of yttria-stabilized zirconia was vacuum-deposited while continuously moving the substrate 41 in the direction of arrow E at a speed of 2 mm / min in FIG.

【0063】このとき、テープ先端より5.2cmまで
の部分は無配向のイットリア安定化ジルコニア薄膜が形
成されたが、それに続いて3.8cmにわたる部分は
(100)軸を基材表面に垂直に向けた1軸配向膜とな
り、さらにそれに続いて(010)軸、(001)軸が
基材面内で強く配向し、傾角5°以内で配向の揃ったイ
ットリア安定化ジルコニア薄膜が形成された。この配向
(2軸配向)は、3mの長さにわたって実現できている
ことがX線回折により確認できた。
At this time, a non-oriented yttria-stabilized zirconia thin film was formed in the portion up to 5.2 cm from the tape tip, and subsequently, in the portion extending 3.8 cm, the (100) axis was perpendicular to the substrate surface. The resulting film was a uniaxially oriented film, and subsequently, the (010) axis and the (001) axis were strongly oriented in the plane of the substrate, and an yttria-stabilized zirconia thin film with uniform orientation was formed within an inclination angle of 5 °. It was confirmed by X-ray diffraction that this orientation (biaxial orientation) was realized over a length of 3 m.

【0064】また、これ以上の長さについても、真空蒸
着の条件および基材の連続移動の条件が安定し、かつマ
スクが固定して設けられている限り、2軸配向の強い、
すなわち単結晶性の薄膜が得られると予想された。
For longer lengths, as long as the conditions of vacuum vapor deposition and the conditions of continuous movement of the substrate are stable, and the mask is fixed, the biaxial orientation is strong.
That is, it was expected that a single crystal thin film could be obtained.

【0065】実施例2 実施例1と同じNi−Cr合金テープを基材として用
い、レーザアブレーションによってイットリア安定化ジ
ルコニアの薄膜を形成した。
Example 2 Using the same Ni-Cr alloy tape as in Example 1, as a substrate, a thin film of yttria-stabilized zirconia was formed by laser ablation.

【0066】レーザアブレーションは図7に示すように
して行ない、Y系焼結体ターゲット54にレーザ55を
照射することにより、ターゲット面に垂直な方向に、図
に示すようなプルーム56を発生させ、マスク52上か
ら連続的に送り出される基材51上にプルーム56中の
化学種を付着させていった。レーザアブレーションにお
いて、基材の温度は650〜750℃に設定し、酸素ガ
スの圧力は30〜500mTorrに設定した。また、
レーザとしてKrFエキシマレーザ(波長248nm)
を用い、レーザエネルギ密度は1.5〜3.3J/cm
2 、レーザ繰り返し周波数は1Hz〜100Hzであっ
た。また、基材51とマスク53の隙間(d)は0.1
mmに設定した。
Laser ablation is performed as shown in FIG. 7, and the Y-based sintered body target 54 is irradiated with a laser 55 to generate a plume 56 as shown in the drawing in a direction perpendicular to the target surface. The chemical species in the plume 56 were made to adhere to the base material 51 continuously fed from the mask 52. In laser ablation, the temperature of the base material was set to 650 to 750 ° C., and the pressure of oxygen gas was set to 30 to 500 mTorr. Also,
KrF excimer laser (wavelength 248 nm)
Laser energy density is 1.5 to 3.3 J / cm.
2. The laser repetition frequency was 1 Hz to 100 Hz. The gap (d) between the base material 51 and the mask 53 is 0.1.
It was set to mm.

【0067】このようにレーザアブレーションを用いた
場合も、テープ状の基材先端より12.5cmのところ
から2mの長さにわたって単結晶性の強いイットリア安
定化ジルコニア薄膜を形成することができた。
Even when laser ablation was used in this way, a yttria-stabilized zirconia thin film having strong single crystallinity could be formed over a length of 2 m from 12.5 cm from the tip of the tape-shaped substrate.

【0068】実施例3 実施例1と同じ基材を用い、まず、マスクを設けない状
態で基材上にイットリア安定化ジルコニア薄膜を形成さ
せた。このようにして形成した薄膜は、基材表面に(1
00)軸および(111)軸が混在して垂直に立ったも
のであり、基材面内の方向においてランダムな配向を示
した。
Example 3 Using the same substrate as in Example 1, first, a yttria-stabilized zirconia thin film was formed on the substrate without a mask. The thin film thus formed is (1
The (00) axis and the (111) axis were mixed and stood vertically and showed random orientation in the in-plane direction of the substrate.

【0069】次に、基材上に形成したイットリア安定化
ジルコニア薄膜の上に、図7に示すようなレーザアブレ
ーション法を用い、Y1 Ba2 Cu3 X 薄膜を本発明
に従って形成させた。レーザアブレーション法におい
て、酸素ガスの圧力を200mTorr、基材温度を7
00℃、成膜速度を1.5μm/分に設定した。また、
レーザには実施例2と同様にエキシマレーザを用い、1
8mm/分の速度で基材を連続的に移動させ、Y1 Ba
2 Cu3 X 薄膜を連続的に形成していった。
Then, a Y 1 Ba 2 Cu 3 O x thin film was formed on the yttria-stabilized zirconia thin film formed on the substrate according to the present invention by using the laser ablation method as shown in FIG. 7. In the laser ablation method, the oxygen gas pressure was 200 mTorr and the substrate temperature was 7
The film formation rate was set to 00 ° C. and to 1.5 μm / min. Also,
As the laser, an excimer laser is used as in the second embodiment, and 1
The substrate is continuously moved at a speed of 8 mm / min, and Y 1 Ba
A 2 Cu 3 O x thin film was continuously formed.

【0070】このようにして形成された薄膜は、テープ
全長にわたってc軸配向膜となり、テープ先端より5.
6cmのところからaおよびb軸の配向性が強くなり、
1.4mの長さにわたってその配向性は4°以内である
ことを確認した。
The thin film thus formed becomes a c-axis oriented film over the entire length of the tape, and is 5.
The orientation of the a and b axes becomes stronger from 6 cm,
It was confirmed that the orientation was within 4 ° over a length of 1.4 m.

【0071】実施例4 実施例2で作製された単結晶性の強いイットリア安定化
ジルコニア薄膜を有するテープ状の基材1mを準備し
た。次に、実施例3と同様にマスクを用いてレーザアブ
レーション法により、基材温度700℃、酸素ガスの圧
力200mTorr、成膜速度1.5μm/分、基材の
移動速度18mm/分の条件下で、Y1 Ba2 Cu3
X 薄膜を形成した。
Example 4 A tape-shaped substrate 1 m having the yttria-stabilized zirconia thin film having a strong single crystal prepared in Example 2 was prepared. Next, using a mask as in Example 3, laser ablation was performed under conditions of a substrate temperature of 700 ° C., an oxygen gas pressure of 200 mTorr, a film forming rate of 1.5 μm / min, and a substrate moving speed of 18 mm / min. And Y 1 Ba 2 Cu 3 O
An X thin film was formed.

【0072】この場合、テープ先端より8mmのところ
から単結晶性の強いc軸配向膜が形成され、この膜の基
材面内方向における配向は2°以内と極めて良好であっ
た。
In this case, a c-axis oriented film having a strong single crystal property was formed 8 mm from the tip of the tape, and the orientation of the film in the in-plane direction of the substrate was within 2 °, which was extremely good.

【0073】一方、比較のため、マスクを受けない状態
でレーザアブレーション法によりY 1 Ba2 Cu3 X
を形成させたが、基材面内方向における配向は4°以上
であった。このようにマスクを設けて薄膜を形成するこ
とにより、単結晶性の強い薄膜が得られることが明らか
になった。
On the other hand, for comparison, the mask is not received.
By laser ablation method 1Ba2Cu3OX
Was formed, but the orientation in the in-plane direction of the substrate was 4 ° or more.
Met. In this way, a mask can be provided to form a thin film.
Reveals that a thin film with strong single crystal can be obtained
Became.

【0074】実施例5 実施例4においてテープ状の基材とマスクとの隙間
(d)は0.1mmであったが、この隙間の成膜に対す
る影響を調べるため、隙間の値(d)を0.1mm〜5
mmの間で変化させ、その他の条件は実施例4と同様に
してY1 Ba2 Cu 3 X 薄膜を形成させた。
Example 5 The gap between the tape-shaped substrate and the mask in Example 4
Although (d) was 0.1 mm, it should be noted that
The value (d) of the gap is 0.1 mm to 5
mm, and other conditions are the same as in Example 4.
Then Y1Ba2Cu 3OXA thin film was formed.

【0075】その結果、隙間のそれぞれの値に対して、
表1に示すような基材面内方向における配向性を示す傾
角が得られた。
As a result, for each value of the gap,
The tilt angle showing the orientation in the in-plane direction of the substrate as shown in Table 1 was obtained.

【0076】[0076]

【表1】 [Table 1]

【0077】表1に示されるように、本実施例では隙間
(d)が3mm以下であれば、単結晶性の強い薄膜が得
られることが明らかになった。
As shown in Table 1, it was revealed that in this example, if the gap (d) was 3 mm or less, a thin film having strong single crystallinity could be obtained.

【0078】実施例6 基材として厚さ0.1mm、幅5mmのハステロイと呼
ばれるNi基合金テープを用い、図7に示すようなレー
ザアブレーション法を用いて、イットリア安定化ジルコ
ニアおよび酸化マグネシウムの薄膜を各々個別に形成さ
せた。
Example 6 A thin film of yttria-stabilized zirconia and magnesium oxide was formed by using a Ni-based alloy tape called Hastelloy having a thickness of 0.1 mm and a width of 5 mm as a substrate and using a laser ablation method as shown in FIG. Were individually formed.

【0079】レーザアブレーション法において、基材温
度は650〜750℃に設定し、酸素ガスの圧力は30
〜500mTorrに設定した。また、レーザとしてK
rFエキシマレーザ(波長248nm)を用い、レーザ
エネルギー密度は1.5〜3.3J/cm2 、レーザ繰
返し周波数は1〜100Hzであった。また、基材51
とマスク52の隙間(d)は0.8mmに設定した。
In the laser ablation method, the substrate temperature is set to 650 to 750 ° C., and the oxygen gas pressure is 30.
It was set to ˜500 mTorr. Also, as a laser K
Using an rF excimer laser (wavelength 248 nm), the laser energy density was 1.5 to 3.3 J / cm 2 , and the laser repetition frequency was 1 to 100 Hz. In addition, the base material 51
The gap (d) between the mask 52 and the mask 52 was set to 0.8 mm.

【0080】本実施例では、基材51のマスク52に覆
われる部分と気相成長のための環境にさらされる部分と
の境界領域の移動速度が成膜に対してどのような影響を
与えるかについて調べるため、マスク52に対する基材
51の移動速度を0.1〜1.5cm/分の範囲で変化
させて、基材全体にわたって厚み0.2μmの薄膜を形
成させた。
In this embodiment, how the moving speed of the boundary region between the portion of the base material 51 covered with the mask 52 and the portion exposed to the environment for vapor phase growth has an effect on the film formation. In order to investigate the above, the moving speed of the base material 51 with respect to the mask 52 was changed in the range of 0.1 to 1.5 cm / min to form a thin film having a thickness of 0.2 μm over the entire base material.

【0081】得られたイットリア安定化ジルコニア薄膜
および酸化マグネシウム薄膜の各々における面内配向性
について調査を行なった。
The in-plane orientation of each of the obtained yttria-stabilized zirconia thin film and magnesium oxide thin film was investigated.

【0082】その結果、形成されたどちらの薄膜におい
ても、テープ基材面に対して垂直に(100)軸が配向
し、基材面と平行の方向には薄膜結晶の成長端に沿って
(010)軸が配向していた。
As a result, in each of the formed thin films, the (100) axis is oriented perpendicularly to the tape substrate surface, and along the growth edge of the thin film crystal in the direction parallel to the substrate surface ( The (010) axis was oriented.

【0083】また、各薄膜における(010)面内配向
の程度を比較するため、各結晶粒の相互の傾きが±5°
以内である比率を求め、その結果を表2に示した。
In order to compare the degree of (010) in-plane orientation in each thin film, the mutual inclination of each crystal grain is ± 5 °.
The ratio within the range was determined, and the results are shown in Table 2.

【0084】[0084]

【表2】 [Table 2]

【0085】表2に示されるように、マスクに対するテ
ープ基材の移動速度が1cm/分以上、すなわち、基材
のマスクに覆われる部分と気相成長のための環境にさら
される部分との境界領域の移動速度が1cm/分以上で
あれば、良好な面内配向性を有する薄膜を得られること
が明らかになった。
As shown in Table 2, the moving speed of the tape base material with respect to the mask is 1 cm / min or more, that is, the boundary between the part of the base material covered with the mask and the part exposed to the environment for vapor phase growth. It has been clarified that a thin film having a good in-plane orientation can be obtained when the moving speed of the region is 1 cm / min or more.

【0086】実施例7 実施例6と同様に、基材として厚さ0.1mm、幅5m
mのハステロイと呼ばれるNi基合金テープを用い、ま
ずマスクを設けない状態で基材上にイットリア安定化ジ
ルコニア薄膜を形成させた。このようにして形成させた
薄膜は、基材表面に(100)軸および(111)軸が
混在して垂直に立ったものであり、基材面内の方向にお
いてランダムな配向を示した。
Example 7 As in Example 6, the base material had a thickness of 0.1 mm and a width of 5 m.
First, a yttria-stabilized zirconia thin film was formed on a base material without using a mask by using a Ni-based alloy tape called m. Hastelloy. The thin film thus formed was one in which the (100) axis and the (111) axis were mixed and stood vertically on the surface of the substrate, and showed random orientation in the in-plane direction of the substrate.

【0087】次に、基材上に形成したイットリア安定ジ
ルコニア薄膜の上に、図7に示すようなレーザアブレー
ション法を用いて、Y1 Ba2 Cu3 X 薄膜を本発明
に従って形成させた。レーザアブレーション法におい
て、基材温度は700℃に設定し、酸素ガスの圧力は2
00mTorrに設定した。また、レーザとしてKrF
エキシマレーザ(波長248nm)を用い、レーザエネ
ルギー密度は1.5〜3.3J/cm2 、レーザ繰返し
周波数は1〜100Hzであった。また、基材51とマ
スク52の隙間(d)は1.0mmに設定した。
Then, a Y 1 Ba 2 Cu 3 O x thin film was formed according to the present invention on the yttria-stabilized zirconia thin film formed on the substrate by using the laser ablation method as shown in FIG. 7. In the laser ablation method, the substrate temperature is set to 700 ° C. and the oxygen gas pressure is set to 2
It was set to 00 mTorr. Also, as a laser, KrF
Using an excimer laser (wavelength 248 nm), the laser energy density was 1.5 to 3.3 J / cm 2 , and the laser repetition frequency was 1 to 100 Hz. The gap (d) between the base material 51 and the mask 52 was set to 1.0 mm.

【0088】本実施例では、基材51のマスク52に覆
われる部分と気相成長のための環境にさらされる部分と
の境界領域の移動速度が成膜に対してどのような影響を
与えるかについて調べるため、マスク52に対する基材
51の移動速度を0.1〜2.0cm/分の範囲で変化
させて、基材全体にわたって厚み1.0μmの薄膜を形
成させた。
In this embodiment, how the moving speed of the boundary region between the portion of the base material 51 covered with the mask 52 and the portion exposed to the environment for vapor phase growth has an effect on the film formation. In order to investigate the above, the moving speed of the base material 51 with respect to the mask 52 was changed in the range of 0.1 to 2.0 cm / min to form a thin film having a thickness of 1.0 μm over the entire base material.

【0089】得られたY1 Ba2 Cu3 X 薄膜におけ
る面内配向性について調査を行なった。
The in-plane orientation of the obtained Y 1 Ba 2 Cu 3 O x thin film was investigated.

【0090】その結果、形成された薄膜は、基材表面に
c軸が垂直に立ったものであり、薄膜結晶の成長端に沿
ってa軸およびb軸の配向性を強く示した。
As a result, the thin film thus formed was one in which the c-axis was perpendicular to the surface of the substrate, and the a-axis and the b-axis were strongly oriented along the growth edge of the thin film crystal.

【0091】また、薄膜における(010)面内配向の
程度を比較するため、各結晶粒のa軸の傾きが±5°以
内である比率を求め、その結果を表3に示した。
Further, in order to compare the degree of (010) in-plane orientation in the thin films, a ratio in which the inclination of the a-axis of each crystal grain is within ± 5 ° was obtained, and the results are shown in Table 3.

【0092】[0092]

【表3】 [Table 3]

【0093】表3に示されるように、マスクに対するテ
ープ基材の移動速度が1cm/分以上、すなわち、テー
プ基材のマスクに覆われる部分と気相成長のための環境
にさらされる部分との境界領域の移動速度が1cm/分
以上であれば、比率が90%を上回り、良好な面内配向
性を有する薄膜が得られることが明らかになった。
As shown in Table 3, the moving speed of the tape base material with respect to the mask is 1 cm / min or more, that is, the portion of the tape base material covered with the mask and the portion exposed to the environment for vapor phase growth. When the moving speed of the boundary region was 1 cm / min or more, the ratio exceeded 90%, and it was revealed that a thin film having good in-plane orientation can be obtained.

【0094】上述の実施例6,7からわかるように、基
材のマスクに覆われる部分と気相成長のための環境にさ
らされる部分との境界領域の移動速度を1cm/分以上
とすることでマスクと基材との間隔(d)を3mm以下
に設定しなくても、良好な面内配向性が実現できること
が確認された。
As can be seen from the above Examples 6 and 7, the moving speed of the boundary region between the portion of the base material covered with the mask and the portion exposed to the environment for vapor phase growth should be 1 cm / min or more. It was confirmed that good in-plane orientation can be achieved without setting the distance (d) between the mask and the substrate to 3 mm or less.

【0095】実施例8 基材として厚さ0.1mm、幅5mmのNi−Cr合金
テープを用い、実施例1と同様の製作プロセスにおいて
反応性真空蒸着法により基材上に酸化マグネシウムの薄
膜を形成させた。この場合、テープ先端より3.2cm
のところから単結晶性の強い酸化マグネシウム薄膜が形
成された。
Example 8 Using a Ni-Cr alloy tape having a thickness of 0.1 mm and a width of 5 mm as a base material, a magnesium oxide thin film was formed on the base material by the reactive vacuum deposition method in the same manufacturing process as in the first embodiment. Formed. In this case, 3.2 cm from the tape tip
From this, a magnesium oxide thin film having strong single crystallinity was formed.

【0096】形成された薄膜において、テープ基材面に
対して垂直に(100)軸が配向し、基材面と平行の方
向には(010)軸が角度4°の範囲内で一方向に配向
していた。また、(001)軸も(010)軸と同程度
に配向していた。
In the thin film thus formed, the (100) axis is oriented perpendicularly to the tape substrate surface, and the (010) axis is parallel to the tape substrate surface in one direction within an angle of 4 °. It was oriented. Also, the (001) axis was oriented to the same extent as the (010) axis.

【0097】実施例9 実施例8で作製された酸化マグネシウム薄膜上にBi2
Sr2 Ca2 Cu3 X の薄膜をエキシマレーザアブレ
ーション法により形成させた。レーザアブレーション法
は、基材温度720℃、酸素ガス圧力110mTor
r、基材の連続移動速度1.3mm/分、成膜速度0.
18μm/分の条件下で行なわれた。得られた薄膜は、
テープ先端より3.8cmのところから単結晶性の強い
膜となり、かつc軸配向で、a軸およびb軸の各々の傾
角は全長にわたって3.2°以内であった。
Example 9 Bi was deposited on the magnesium oxide thin film prepared in Example 8.2
Sr2Ca2Cu3O XThe thin film of excimer laser
It was formed by a solution method. Laser ablation method
Is a base material temperature of 720 ° C., oxygen gas pressure of 110 mTorr
r, the continuous moving speed of the substrate is 1.3 mm / min, and the film forming speed is 0.
It was performed under the condition of 18 μm / min. The thin film obtained is
Strong single crystal from 3.8 cm from the tape tip
It becomes a film and has c-axis orientation, and tilts of a-axis and b-axis
The angle was within 3.2 ° over the entire length.

【0098】実施例10 以上実施例1〜実施例9はテープ状の基材に薄膜を形成
するものであったが、実施例10では上述したような窓
を有するマスクを用いて基材上の所定の領域に単結晶性
薄膜を形成させた。
Example 10 In Examples 1 to 9 described above, a thin film was formed on a tape-shaped substrate, but in Example 10, a mask having a window as described above was used to form a thin film on the substrate. A single crystalline thin film was formed in a predetermined area.

【0099】基材としてイットリア安定化ジルコニアの
焼結体シート(50×50mm)を用い、マスクとして
10×10mmの正方形の窓が形成されたステンレス製
マスク(150×150mm)を用いた。実施例3と同
じ成膜条件下においてマスクと基材の隙間を0.2mm
とし、図2に示すようにしてマスクを連続的に移動させ
て基材面にY1 Ba2 Cu3 X 薄膜を形成させた。
A yttria-stabilized zirconia sintered body sheet (50 × 50 mm) was used as a substrate, and a stainless steel mask (150 × 150 mm) having a 10 × 10 mm square window was used as a mask. Under the same film forming conditions as in Example 3, the gap between the mask and the substrate was 0.2 mm.
Then, the mask was continuously moved as shown in FIG. 2 to form a Y 1 Ba 2 Cu 3 O x thin film on the surface of the base material.

【0100】このようにして形成させた膜では、aおよ
びb軸が3°以内の傾角で配向することが明らかとなっ
た。一方、ジルコニア基材は多結晶体であるため、マス
クを用いずに基材上にそのまま薄膜を形成した場合、c
軸のみが配向した膜が得られ、aおよびb軸は無配向で
あった。
In the film thus formed, it was revealed that the a and b axes were oriented at an inclination angle of 3 ° or less. On the other hand, since the zirconia base material is a polycrystalline material, when a thin film is formed as it is on the base material without using a mask, c
A film in which only the axes were oriented was obtained, and the a and b axes were non-oriented.

【0101】実施例11 基材として、厚み0.1mm、幅5mmのNi−Cr合
金テープ上にイットリア安定化ジルコニア薄膜を形成
し、さらにその上に銀の薄膜を0.3μmの厚さで形成
したものを用いた。
Example 11 As a base material, a yttria-stabilized zirconia thin film was formed on a Ni-Cr alloy tape having a thickness of 0.1 mm and a width of 5 mm, and a thin film of silver was formed thereon to a thickness of 0.3 μm. What was done was used.

【0102】このように銀薄膜が形成された基材上に、
図8に示すようにしてY1 Ba2 Cu3 X 薄膜をエキ
シマレーザアブレーション法により形成した。図に示す
ように、銀薄膜60を有する基材61が、薄膜の形成環
境にさらされる領域においてマスク62の先端から1m
mまでの領域(図においてFで示す)は、温度が700
℃に保持された。一方、マスク62の先端より1mmの
ところから30℃/mmの温度勾配が設定された。この
ような温度環境において、銀薄膜は上述したように固液
境界を形成し、基材においてマスクで覆われる部分と薄
膜の形成環境にさらされる部分との境界領域において図
4に示されるような階段形状を有した。
On the base material on which the silver thin film was formed,
As shown in FIG. 8, a Y 1 Ba 2 Cu 3 O x thin film was formed by an excimer laser ablation method. As shown in the figure, the base material 61 having the silver thin film 60 is 1 m from the tip of the mask 62 in the region exposed to the environment for forming the thin film.
The area up to m (indicated by F in the figure) has a temperature of 700
Hold at ° C. On the other hand, a temperature gradient of 30 ° C./mm was set from 1 mm from the tip of the mask 62. In such a temperature environment, the silver thin film forms a solid-liquid boundary as described above, and as shown in FIG. 4, in the boundary region between the portion of the substrate covered with the mask and the portion exposed to the thin film forming environment. It had a staircase shape.

【0103】実施例2と同様にターゲット64としてY
系焼結体を用い、ターゲット64にエキシマレーザ65
を照射することにより、プルーム66を発生させ、プル
ーム66中の化学種を基材61上に堆積させた。基材6
1の移動速度は5mm/分に設定され、成膜速度は0.
41μm/分に設定された。
As in the second embodiment, Y is used as the target 64.
An excimer laser 65 is used as a target 64 by using a system sintered body.
To generate a plume 66 and deposit the chemical species in the plume 66 on the base material 61. Base material 6
The moving speed of No. 1 is set to 5 mm / min, and the film forming speed is set to 0.
It was set to 41 μm / min.

【0104】このようにして形成されたY1 Ba2 Cu
3 X 膜は、テープ先端より3.5cmのところから基
材面内方向にa軸およびb軸が揃い始め、それから2m
の長さにわたって傾角が4°以内であることが確認され
た。
Y 1 Ba 2 Cu thus formed
In the 3 O X film, the a-axis and the b-axis start to align in the in-plane direction of the substrate 3.5 cm from the tape tip, and then 2 m
It was confirmed that the tilt angle was within 4 ° over the length of.

【0105】実施例12 実施例8と同様に、まず、Ni−Cr合金テープ(厚さ
0.1mm、幅5mm)上に酸化マグネシウムの薄膜を
形成した。次に、酸化マグネシウムを形成した合金テー
プ上に実施例11と同様にして銀の薄膜を0.3μmの
厚さで形成した。
Example 12 Similar to Example 8, first, a thin film of magnesium oxide was formed on a Ni—Cr alloy tape (thickness 0.1 mm, width 5 mm). Then, a silver thin film having a thickness of 0.3 μm was formed on the alloy tape formed with magnesium oxide in the same manner as in Example 11.

【0106】次に、実施例11と同様にマスクを用いる
プロセスにおいてエキシマレーザアブレーション法によ
りBi2 Sr2 Ca2 Cu3 X の薄膜を基材に形成さ
れた酸化マグネシウム薄膜上に堆積させていった。形成
されたBi2 Sr2 Ca2 Cu3 X 薄膜は、テープの
先端より4cmのところから基材面内においてaおよび
b軸が揃い始め、2mの長さにわたってその傾角が5°
以内であった。
Next, in the same process as in Example 11, a thin film of Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x was deposited on the magnesium oxide thin film formed on the base material by the excimer laser ablation method in the process using a mask. It was The formed Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x thin film begins to have the a and b axes aligned within the surface of the substrate 4 cm from the tip of the tape, and its inclination angle is 5 ° over a length of 2 m.
It was within.

【0107】実施例13 酸化マグネシウムの焼結基板(サイズ50×50×0.
5mm)を用い、図9に示すように、基板71のマスク
72の下から矢印の方向に移動させていくことにより、
1 Ba2 Cu3 X の薄膜を形成した。薄膜の形成に
あたって、基板には予め厚さ0.5μmの銀皮膜が形成
されていた。また、温度分布および温度分布に対するマ
スクの位置は、実施例11と同様に設定した。実施例1
1と同様の成膜条件および移動条件下で、エキシマレー
ザアブレーション法によりY1 Ba2 Cu3 X 薄膜を
形成した。得られた薄膜は、基板全面にわたってaおよ
びb軸を基板面内において揃えており、その傾角は3°
以内であった。
Example 13 Magnesium oxide sintered substrate (size 50 × 50 × 0.
5 mm), as shown in FIG. 9, by moving from below the mask 72 of the substrate 71 in the direction of the arrow,
A thin film of Y 1 Ba 2 Cu 3 O x was formed. When forming the thin film, a silver film having a thickness of 0.5 μm was previously formed on the substrate. The temperature distribution and the position of the mask with respect to the temperature distribution were set in the same manner as in Example 11. Example 1
Under the same film forming conditions and moving conditions as in No. 1, a Y 1 Ba 2 Cu 3 O x thin film was formed by the excimer laser ablation method. The obtained thin film has the a and b axes aligned in the plane of the substrate over the entire surface, and the tilt angle is 3 °.
It was within.

【0108】実施例14 図10に示すように、Ni−Cr合金(厚み0.1m
m、幅10mm)からなる基材81上に、配管85が接
続され、かつ先端部にスリット82aが形成されたマス
ク82を設けた。マスク82内は空洞になっており、配
管85から供給されるガスが、スリット82aから噴出
されるようになっている。また、スリットの高さは0.
2mm、幅はテープ状の基材と同じ10mmであった。
Example 14 As shown in FIG. 10, a Ni--Cr alloy (thickness 0.1 m
A mask 82, to which a pipe 85 is connected and a slit 82a is formed at the tip, is provided on a base material 81 having a width of 10 mm). The inside of the mask 82 is hollow, and the gas supplied from the pipe 85 is ejected from the slit 82a. The height of the slit is 0.
The width was 2 mm and the width was 10 mm, which is the same as that of the tape-shaped substrate.

【0109】このようにスリットを有するマスクを用
い、上述した実施例と同様に基材を連続的に移動させな
がら、真空蒸着法によりイットリア安定化ジルコニア薄
膜を堆積させた。成膜において、スリット82aからは
酸素ガスが2cc/分の流速で基材の移動方向と同方向
に流された。また、成膜室のガス圧力は4mTorrに
設定された。さらに、基材温度を780℃に設定し、4
mm/分の速度で図10に示す矢印の方向に基材を移動
させながら、0.05μm/分の速度で成膜が行なわれ
た。
A yttria-stabilized zirconia thin film was deposited by the vacuum evaporation method while continuously moving the substrate in the same manner as in the above-mentioned examples using the mask having the slits. In the film formation, oxygen gas was flown from the slit 82a at a flow rate of 2 cc / min in the same direction as the moving direction of the substrate. The gas pressure in the film forming chamber was set to 4 mTorr. Furthermore, the substrate temperature is set to 780 ° C. and 4
Film formation was performed at a speed of 0.05 μm / min while moving the substrate in the direction of the arrow shown in FIG. 10 at a speed of mm / min.

【0110】以上のようにして薄膜を形成した結果、テ
ープの先端より2.8cmのところからは全長1.8m
にわたって(001)配向(テープ面に垂直)となり、
かつテープ上のガス流方向に(110)配向するイット
リア安定化ジルコニア薄膜が得られた。このようにして
軸配向したイットリア安定化ジルコニア薄膜は単結晶薄
膜と言える。
As a result of forming the thin film as described above, the total length of 1.8 m from the point 2.8 cm from the tip of the tape.
(001) orientation (perpendicular to the tape surface)
Moreover, a yttria-stabilized zirconia thin film having a (110) orientation in the gas flow direction on the tape was obtained. It can be said that the yttria-stabilized zirconia thin film axially oriented in this way is a single crystal thin film.

【0111】実施例15 実施例14と同じテープ状の基材を用い、マスクを用い
ずに配向性のないイットリア安定化ジルコニア薄膜を長
さ1.5mにわたって基材上に予め形成した。次に、こ
のようにして形成した薄膜上に、Y1 Ba2 Cu3 X
の薄膜を図10に示すようにして形成させた。薄膜の形
成において、基材温度を700℃、スリットから流す酸
素の流量を20sccm、成膜室のガス圧力を150m
Torrに設定した。また、テープ状の基材は、2.5
cm/分の速度でエキシマレーザアブレーションにより
成膜が行なわれた。
Example 15 Using the same tape-shaped substrate as in Example 14, a non-oriented yttria-stabilized zirconia thin film was preformed on the substrate over a length of 1.5 m without using a mask. Next, on the thin film thus formed, Y 1 Ba 2 Cu 3 O x
Was formed as shown in FIG. In forming a thin film, the substrate temperature is 700 ° C., the flow rate of oxygen flowing from the slit is 20 sccm, and the gas pressure in the film forming chamber is 150 m.
It was set to Torr. Also, the tape-shaped base material is 2.5
The film was formed by excimer laser ablation at a rate of cm / min.

【0112】以上の条件で形成されたY1 Ba2 Cu3
X 薄膜は、テープ先端から25mmまではc軸配向を
示したが、テープ面内方向においてaおよびb軸に関し
ては無配向であった。しかしながら、25mmから1.
475mの全長にわたってa、b軸が特定の方向に流さ
れたガスの向きに揃い、かつその傾角が全長にわたって
3°以内である薄膜が得られた。
Y 1 Ba 2 Cu 3 formed under the above conditions
O X thin film from the tape tip to 25mm showed c-axis orientation was no orientation with respect to a and b axes in the tape plane direction. However, from 25 mm to 1.
A thin film was obtained in which the a and b axes were aligned in the direction of the gas flowed in a specific direction over the entire length of 475 m, and the inclination angle was within 3 ° over the entire length.

【0113】実施例16 実施例14と同様にして、Ni合金テープ上に酸化マグ
ネシウムの薄膜を形成させた。このとき、テープの先端
より2.8cmのところからは全長1.8mにわたって
(001)配向(テープ面に垂直)であり、かつガス流
方向に(100)配向する酸化マグネシウム薄膜が得ら
れた。
Example 16 In the same manner as in Example 14, a thin film of magnesium oxide was formed on the Ni alloy tape. At this time, a magnesium oxide thin film having a (001) orientation (perpendicular to the tape surface) and a (100) orientation in the gas flow direction was obtained over a total length of 1.8 m from 2.8 cm from the tip of the tape.

【0114】実施例17 実施例14と同じテープ状の基材を用い、まず、その上
に配向性のない酸化マグネシウム薄膜を通常の真空蒸着
法で形成させた。
Example 17 Using the same tape-shaped substrate as in Example 14, first, a non-oriented magnesium oxide thin film was formed thereon by a usual vacuum vapor deposition method.

【0115】次に、図10に示すようにして、基材温度
720℃、酸素流量30sccm、ガス圧力110mT
orrの条件下で、エキシマレーザアブレーション法に
より酸化マグネシウム薄膜上にBi2 Sr2 Ca2 Cu
3 X 薄膜を形成した。薄膜形成において、テープ移動
速度は1.8cm/分、成膜速度は1.1μm/分に設
定された。
Then, as shown in FIG. 10, the substrate temperature was 720 ° C., the oxygen flow rate was 30 sccm, and the gas pressure was 110 mT.
under the condition of orr, Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu was formed on the magnesium oxide thin film by the excimer laser ablation method.
3 O X thin film was formed. In thin film formation, the tape moving speed was set to 1.8 cm / min and the film forming speed was set to 1.1 μm / min.

【0116】以上のようにして形成された薄膜におい
て、テープ先端より3.2cmまでの部分はc軸配向
(基材面に垂直)を示したが、テープ面方向において配
向(aおよびb軸)はランダムであった。しかしなが
ら、テープ先端より3.2cmのところから長さ1.2
mにわたる部分に形成された膜は、c軸配向とともにa
およびb軸がガス流方向に一致した配向を示し、その傾
角は4°以内で一定であった。
In the thin film formed as described above, the portion up to 3.2 cm from the tape tip showed c-axis orientation (perpendicular to the substrate surface), but orientation in the tape surface direction (a and b axes). Was random. However, the length is 1.2 cm from the tip of the tape 3.2 cm.
The film formed in the part extending over m is a
The b-axis and the b-axis were oriented in the same direction as the gas flow direction, and the tilt angle was constant within 4 °.

【0117】実施例18 50×50mmの多結晶酸化マグネシウム焼結体を基板
として用い、ガスノズルのスリット幅が50mmである
マスクにより基板を覆いながら、真空蒸着法によりY1
Ba2 Cu3 X 薄膜を形成した。薄膜形成は、基板温
度700℃、酸素ガス流量10sccm、ガス圧力10
mTorr、成膜速度0.05μm/分、基板の移動速
度0.5mm/分の条件下で行なわれた。
Example 18 Using a 50 × 50 mm polycrystalline magnesium oxide sintered body as a substrate and covering the substrate with a mask having a slit width of a gas nozzle of 50 mm, Y 1 was formed by a vacuum deposition method.
A Ba 2 Cu 3 O x thin film was formed. The thin film is formed at a substrate temperature of 700 ° C., an oxygen gas flow rate of 10 sccm and a gas pressure of 10
It was carried out under the conditions of mTorr, film forming speed of 0.05 μm / min, and substrate moving speed of 0.5 mm / min.

【0118】このようにして形成された膜は、50×5
0mmの領域のうち30×50mmの領域において、
a、bおよびc軸が揃った単結晶性の強いものであっ
た。
The film thus formed has a size of 50 × 5.
In the area of 30 × 50 mm in the area of 0 mm,
It had strong single crystallinity with the a, b and c axes aligned.

【0119】実施例19 本発明において、ノズルから特定の方向に流される酸素
ガスの効果を確認するため、ガスノズルを用いて酸素ガ
スを一方向に流した場合とガスノズルを用いずに酸素ガ
スを供給した場合において、他の条件は実施例15と同
一で実験を行なった。ガスノズルを用いて所定の方向に
酸素ガスを用いた場合と、ガスノズルを用いずに任意の
方向に酸素ガスを供給した場合においてそれぞれ5回ず
つ実験を行なった結果を表4に示す。
Example 19 In the present invention, in order to confirm the effect of oxygen gas flown in a specific direction from a nozzle, oxygen gas was supplied in one direction using a gas nozzle and oxygen gas was supplied without using a gas nozzle. In that case, the other conditions were the same as in Example 15, and the experiment was performed. Table 4 shows the results of the experiment conducted five times for each of the case where the oxygen gas was used in a predetermined direction using the gas nozzle and the case where the oxygen gas was supplied in the arbitrary direction without using the gas nozzle.

【0120】[0120]

【表4】 [Table 4]

【0121】この実験結果を比較すると、ガスノズルを
使用して酸素ガスを一方向に流すことにより、aおよび
b軸の傾角は減少し、得られる薄膜の単結晶性が強まっ
たことが明らかになる。また、酸素ガスを一方向に流す
ことによって、ガスノズルを用いない場合よりも臨界電
流密度を2〜5倍に増大させることができ、ガスノズル
流によるさらなる効果が確認された。
Comparing the results of this experiment, it was revealed that the tilt angle of the a and b axes was decreased and the single crystallinity of the obtained thin film was strengthened by flowing the oxygen gas in one direction using the gas nozzle. . Further, by flowing the oxygen gas in one direction, the critical current density can be increased by 2 to 5 times as compared with the case where the gas nozzle is not used, and further effect by the gas nozzle flow was confirmed.

【0122】また、表4においてガスノズルを用いた場
合、a、b軸の平均的な方位は、ガスノズルから供給さ
れたガスの方向、すなわちテープの長手方向とほぼ一致
したのに対し、ガスノズルを用いない場合は、aおよび
b軸の平均的な方位とテープの長手方向はほとんど相関
していなかった。このように本発明において特定の方向
のガス流を用いれば、単結晶性薄膜を形成することがで
きるだけでなく、単結晶性薄膜の結晶方位についても制
御が可能になる。
When the gas nozzle is used in Table 4, the average azimuths of the a and b axes are almost the same as the direction of the gas supplied from the gas nozzle, that is, the longitudinal direction of the tape. Otherwise, the average orientation of the a and b axes and the longitudinal direction of the tape showed little correlation. Thus, in the present invention, when a gas flow in a specific direction is used, not only can a single crystalline thin film be formed, but also the crystal orientation of the single crystalline thin film can be controlled.

【0123】以上に示してきた実施例において、単結晶
性の強い超電導体からなる薄膜を形成させた基材は、そ
のまま超電導線材として利用することができる。多結晶
の酸化物超電導材料は、その粒界による電流の阻止とい
う大きな問題を有しているが、単結晶性の強い膜は、粒
界がより少ないため、より大きな電流容量を有するよう
になる。
In the examples shown above, the substrate on which the thin film made of a superconductor having a strong single crystal property is formed can be used as it is as a superconducting wire. Polycrystalline oxide superconducting materials have the major problem of blocking the current due to their grain boundaries, but films with strong single crystallinity have larger current capacities because they have fewer grain boundaries. .

【0124】たとえば、実施例3、4および9において
形成された超電導薄膜の臨界電流密度は、77.3Kに
おいてそれぞれ7.8×105 A/cm2 、1.95×
10 6 A/cm2 、3.9×105 A/cm2 であっ
た。また、実施例11および12において形成された超
電導薄膜の臨界電流密度は、77.3Kにおいてそれぞ
れ1.70×106 A/cm2 、7.5×105 A/c
2 であった。さらに、実施例15および17において
形成された超電導薄膜の臨界電流密度は、77.3Kに
おいてそれぞれ1.28×106 A/cm2 、7.9×
105 A/cm2であった。これらの値は、多結晶から
なる超電導薄膜の臨界電流密度より1〜2桁大きい値で
ある。
For example, in Examples 3, 4 and 9
The critical current density of the formed superconducting thin film is 77.3K.
7.8 × 10 eachFiveA / cm21.95x
10 6A / cm23.9 x 10FiveA / cm2And
It was In addition, the ultra-fine particles formed in Examples 11 and 12
The critical current density of the conductive thin film is 77.3K
1.70 × 106A / cm2, 7.5 × 10FiveA / c
m2Met. Furthermore, in Examples 15 and 17
The critical current density of the formed superconducting thin film is 77.3K.
Each 1.28 × 106A / cm2, 7.9 ×
10FiveA / cm2Met. These values are
1 to 2 orders of magnitude higher than the critical current density of the superconducting thin film
is there.

【0125】さらに、実施例10、13および18に示
したように、本発明に従えば、大面積を有する領域に単
結晶性薄膜を容易に形成することができる。
Furthermore, as shown in Examples 10, 13 and 18, according to the present invention, a single crystalline thin film can be easily formed in a region having a large area.

【0126】[0126]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基材の材質および結晶性等に依存することなく、基材上
の所望する領域に単結晶性の強い薄膜を形成することが
できる。本発明では、従来用いられていた単結晶基板の
代わりに、より安価でかつ所望の形状を有する基材上に
単結晶性薄膜を形成させることができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to form a thin film having strong single crystallinity in a desired region on the base material without depending on the material and crystallinity of the base material. In the present invention, a single crystalline thin film can be formed on a base material that is cheaper and has a desired shape, instead of the conventionally used single crystal substrate.

【0127】以上のような特質から、本発明は、Y系、
Bi系、Tl系等の酸化物高温超電導体について薄膜を
形成する手法として極めて有用である。たとえば、本発
明に従って、テープ状の金属基材上に単結晶性の強い超
電導体薄膜を形成すれば、上述したように高い臨界電流
密度を示す超電導線材を得ることができる。
From the above characteristics, the present invention provides a Y system,
It is extremely useful as a method for forming a thin film on high-temperature oxide superconductors such as Bi-based and Tl-based oxides. For example, according to the present invention, by forming a superconducting thin film having strong single crystallinity on a tape-shaped metal substrate, a superconducting wire having a high critical current density can be obtained as described above.

【0128】また、本発明によれば、基材上の任意の領
域、特に大面積を有する領域に単結晶性薄膜を容易に形
成することができるため、磁気シールドや高周波用部品
として有効な薄膜を容易に得ることができる。
Further, according to the present invention, a single crystalline thin film can be easily formed in an arbitrary region on a base material, particularly in a region having a large area. Therefore, a thin film effective as a magnetic shield or a high frequency component. Can be easily obtained.

【0129】またさらに、本発明は、たとえばジョセフ
ソン結合を利用した超電導デバイスの薄膜形成に効果的
である。たとえば、テープ状基材または大面積を有する
ウェハ上に本発明に従って単結晶性薄膜を形成すること
ができる。本発明は、上述したように基材上の任意の領
域に、または基材上のより大きな面積を有する領域に超
電導体の単結晶性薄膜を形成できるものであるため、本
発明に従って超電導体薄膜が形成された基材を切断して
チップを得れば、大量の超電導デバイスを効率的に生産
することができる。
Furthermore, the present invention is effective for forming a thin film of a superconducting device utilizing Josephson coupling, for example. For example, a single crystalline thin film can be formed according to the present invention on a tape-shaped substrate or a wafer having a large area. Since the present invention is capable of forming a single crystalline thin film of a superconductor in an arbitrary region on the base material or in a region having a larger area on the base material as described above, the superconductor thin film according to the present invention. By cutting the base material on which is formed to obtain chips, a large amount of superconducting devices can be efficiently produced.

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

【図1】本発明に従う薄膜形成プロセスの一例を模式的
に示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of a thin film forming process according to the present invention.

【図2】本発明に従う薄膜形成プロセスの他の例を示す
平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing another example of the thin film forming process according to the present invention.

【図3】本発明に従って金属薄膜が予め形成された基材
上に単結晶性薄膜を形成させるプロセスを示す模式図で
ある。
FIG. 3 is a schematic view showing a process of forming a single crystalline thin film on a base material on which a metal thin film is previously formed according to the present invention.

【図4】図3に示すプロセスにおいて、基材上に形成さ
れた金属薄膜の状態を拡大して示す断面図である。
4 is an enlarged cross-sectional view showing a state of a metal thin film formed on a base material in the process shown in FIG.

【図5】本発明において、所定の方向にガスを流しなが
ら単結晶性薄膜を形成するプロセスを説明するための斜
視図である。
FIG. 5 is a perspective view for explaining a process of forming a single crystalline thin film while flowing a gas in a predetermined direction in the present invention.

【図6】本発明に従う実施例1において単結晶性薄膜を
形成するプロセス示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a process for forming a single crystalline thin film in Example 1 according to the present invention.

【図7】本発明に従う実施例2においてレーザアブレー
ションにより単結晶薄膜を形成する状態を示す模式図で
ある。
FIG. 7 is a schematic view showing a state in which a single crystal thin film is formed by laser ablation in Example 2 according to the present invention.

【図8】本発明に従う実施例11において単結晶性薄膜
を形成する状態を示す模式図である。
FIG. 8 is a schematic view showing a state in which a single crystalline thin film is formed in Example 11 according to the present invention.

【図9】本発明に従う実施例13において、単結晶性薄
膜の形成プロセスを示すための平面図である。
FIG. 9 is a plan view showing a process for forming a single crystalline thin film in Example 13 according to the present invention.

【図10】本発明に従う実施例14において、単結晶性
薄膜の形成プロセス示すための斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view showing a process for forming a single crystalline thin film in Example 14 according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11、21、31、41、51、61、81 基材 2、12、22、32、42、52、62、72、82
マスク 3 気相 20 金属薄膜 54、64 ターゲット 55、65 レーザ 56、66 プルーム 60 銀皮膜 71 基板 83a スリット 84 酸素ガス 85 配管
1, 11, 21, 31, 41, 51, 61, 81 Base material 2, 12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 82
Mask 3 Gas phase 20 Metal thin film 54, 64 Target 55, 65 Laser 56, 66 Plume 60 Silver film 71 Substrate 83a Slit 84 Oxygen gas 85 Piping

───────────────────────────────────────────────────── 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 H01B 13/00 565 D 7244−5G H01L 39/24 ZAA B 9276−4M // H01B 12/06 ZAA 7244−5G (72)発明者 藤野 剛三 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 奥田 繁 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 原 築志 東京都調布市西つつじケ丘二丁目4番1号 東京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 石井 英雄 東京都調布市西つつじケ丘二丁目4番1号 東京電力株式会社技術研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01B 13/00 565 D 7244-5G H01L 39/24 ZAA B 9276-4M // H01B 12/06 ZAA 7244-5G (72) Inventor Gozo Fujino 1-3-3 Shimaya, Konohana-ku, Osaka City Sumitomo Electric Industries, Ltd. Osaka Plant (72) Inventor Shigeru Okuda 1-3-3 Shimaya, Konohana-ku, Osaka Sumitomo Electric Ki Kogyo Co., Ltd. Osaka Works (72) Inventor Tsukushi Hara 2-4-1 Nishitsujigaoka, Chofu-shi, Tokyo Tokyo Electric Power Co., Inc. Technical Research Institute (72) Hideo Ishii 2-4-1 Nishitsujigaoka, Chofu-shi, Tokyo No. TEPCO Technical Research Institute

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基材上の連続する領域に特定の方位を有
する結晶から主として構成される薄膜を気相より形成す
るための方法であって、 前記気相中の化学種が前記基材に付着することを防止で
きるマスクを設け、 前記基材を前記マスクに対して相対的に移動させていく
ことにより、結晶成長させるべき前記基材の連続する領
域で前記マスクに覆われる部分が、結晶成長のための環
境に連続的に送り出されていくことを特徴とする、単結
晶性薄膜の形成方法。
1. A method for forming from a vapor phase a thin film mainly composed of crystals having a specific orientation in continuous regions on a base material, wherein chemical species in the vapor phase are transferred to the base material. A mask capable of preventing adhesion is provided, and by moving the base material relative to the mask, a portion covered by the mask in a continuous region of the base material to be crystal-grown is a crystal. A method for forming a single crystal thin film, which is characterized in that the single crystal thin film is continuously sent to an environment for growth.
【請求項2】 前記単結晶性薄膜の形成環境において蒸
発させることができる金属薄膜が予め形成された基材を
用い、 前記基材において前記マスクで覆われる部分と結晶成長
のための環境にさらされる部分との境界領域で、前記基
材上の金属薄膜が固液境界を形成するよう、温度勾配が
設けられる、請求項1に記載の単結晶性薄膜の形成方
法。
2. A substrate on which a metal thin film that can be evaporated in the environment for forming the single crystalline thin film is formed in advance is used, and the portion of the substrate covered with the mask and the environment for crystal growth are exposed. The method for forming a single crystalline thin film according to claim 1, wherein a temperature gradient is provided so that the metal thin film on the base material forms a solid-liquid boundary in a boundary region with a portion to be formed.
【請求項3】 前記基材が相対的に移動される方向にガ
スを流すことにより、前記基材において前記マスクの被
覆が解除されて結晶成長のための環境に送り出される部
分に、前記基材の相対的移動方向と同方向のガス流を与
えることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶性薄膜
の形成方法。
3. The base material is applied to a portion of the base material where the mask is uncovered and is sent to an environment for crystal growth by flowing a gas in a direction in which the base material is relatively moved. 2. The method for forming a single crystalline thin film according to claim 1, wherein a gas flow in the same direction as the relative moving direction of is applied.
【請求項4】 前記単結晶性薄膜が酸化物超電導材料よ
り形成される、請求項1に記載の単結晶性薄膜の形成方
法。
4. The method for forming a single crystalline thin film according to claim 1, wherein the single crystalline thin film is formed of an oxide superconducting material.
【請求項5】 基材上の連続する領域に特定の方位を有
する結晶から主として構成される薄膜を、レーザアブレ
ーション法を用いて、気相より形成するための方法であ
って、 前記基材を前記マスクに対して相対的に移動させていく
に際して、前記結晶成長させるべき前記基材の連続する
領域で、前記マスクで覆われる部分と結晶成長のための
環境にさらされる部分との境界領域が、前記結晶成長の
ための環境に1cm/分以上の移動速度で送り出されて
いくことを特徴とする、請求項1に記載の単結晶性薄膜
の形成方法。
5. A method for forming a thin film mainly composed of crystals having a specific orientation in a continuous region on a base material in a vapor phase by using a laser ablation method, the method comprising: When moving relative to the mask, in the continuous region of the base material on which the crystal is to be grown, the boundary region between the part covered by the mask and the part exposed to the environment for crystal growth is The method for forming a single crystalline thin film according to claim 1, wherein the single crystalline thin film is sent to the environment for crystal growth at a moving speed of 1 cm / min or more.
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