JPH1153967A

JPH1153967A - 配向性多結晶基材と酸化物超電導導体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH1153967A
Application number: JP9208104A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Iijima; 康裕飯島; Mariko Hosaka; 真理子保坂; Nobuyuki Sadakata; 伸行定方; Takashi Saito; 隆斉藤; Nobuo Tanabe; 信夫田辺
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 1999-02-26
Anticipated expiration: 2017-08-01
Also published as: JP4033945B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、結晶配向性に優れた多結晶薄膜を
基材上に従来よりも速い成膜速度で堆積させることがで
きることを目的とするとともに、強度や硬度の高い基材
を用いてその上に結晶配向性の高い多結晶薄膜を形成
し、配向性に優れた多結晶薄膜を有すると同時に強度の
高い基材を備えた酸化物超電導導体を製造する技術の提
供を目的とする。【解決手段】本発明は、基材１と配向性多結晶中間層
２を具備してなり、更に配向性機能層３が積層される配
向性多結晶基材３であって、立方晶系の高融点の高硬度
金属からなり、圧延集合組織とされたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、テープ状などの基
材上に結晶配向性に優れた中間層を備えたもの、およ
び、更にその上に超電導特性の優秀な酸化物超電導層な
どの配向性機能層を備えた構造とその製造方法に関す
る。

【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。

【０００３】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。

【０００４】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。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からなる図４に
示すような基材１０の上にイットリウム安定化ジルコニ
ア（ＹＳＺ）などの多結晶薄膜（中間層）１１を形成
し、この多結晶薄膜１１上に、酸化物超電導体の中でも
臨界温度が約９０Ｋであり、液体窒素（７７Ｋ）中で用
いることができる安定性に優れたＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x系の
超電導層１２を形成することで超電導特性の優れた超電
導導体１３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
た多結晶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３−１２６
８３６号、特願平３−１２６８３７号、特願平２−２０
５５５１号、特願平４−１３４４３号、特願平４−２９
３４６４号、特願平５−２１０７７７号などにおいて特
許出願を行なっている。

【０００５】これらの特許出願に記載された技術によれ
ば、成膜処理容器内に設けたターゲットの構成粒子をハ
ステロイテープなどのテープ状の基材上に堆積させる際
に、イオンソースから発生させたイオンビームを基材の
成膜面の法線に対して斜め方向からある特定の入射角度
（５０〜６０度）で照射しつつ堆積させ、基材上に多結
晶薄膜を形成する方法（イオンビームアシスト蒸着法：
ＩＢＡＤ法）により、結晶配向性に優れた多結晶薄膜を
形成することができる。この多結晶薄膜は、立方晶系の
結晶構造を有する微細な結晶粒が、多数、結晶粒界を介
して接合一体化されてなり、各結晶粒の結晶軸のｃ軸は
基材の上面（成膜面）に対して直角に配向されており、
各結晶粒の結晶軸のａ軸どうしおよびｂ軸どうしが互い
に同一方向に向けられて基材の成膜面と平行な面に沿っ
て面内配向されており、また、図６に示すように多結晶
薄膜１１を構成する各結晶粒２０のａ軸（あるいはｂ
軸）どうしは、それらのなす角度（粒界傾角Ｋ）を３０
度程度以下に揃えて配向しているものである。そして更
に、この結晶配向性に優れた多結晶薄膜上にＹＢａＣｕ
Ｏ系の超電導層をレーザー蒸着法等により成膜するなら
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、７７Ｋで臨界電流密度が１０⁵Ａ／ｃｍ²以
上と高い酸化物超電導導体を得ることができる。

【０００６】ところで、先に説明したＩＢＡＤ法を利用
して製造された酸化物超電導導体１３の他に、図５に示
すようなＮｉあるいはＡｇからなる配向性金属テープを
基材１５とし、その上に反応防止中間層１６と酸化物超
電導層１７を積層してなる構造の酸化物超電導導体１８
が知られている。この種の酸化物超電導導体において
は、ＮｉあるいはＡｇからなる金属テープに圧延加工を
施してその組織を集合組織として組織的な配向性を高
め、この配向性金属テープを基に反応防止中間層と酸化
物超電導層の結晶配向性を高めようとした構造である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らが開発した
ＩＢＡＤ法による酸化物超電導導体１３は、優れた臨界
電流密度を示すものとして知られているが、中間層とし
て用いる多結晶薄膜１１を成膜するために時間がかかり
製造効率が悪いという問題があった。これはＩＢＡＤ法
が、イオンビームを斜め方向から照射しながらＹＳＺの
原子の堆積を行う際に、並びの悪い配向性の悪いエネル
ギー的に不安定な原子をイオンビームのスパッタ効果で
弾き飛ばして除去し、並びの良い配向性の良好なエネル
ギー的に安定な原子のみを選択的に残して堆積させるこ
とで配向性の良好な多結晶薄膜を得ようとする技術であ
るので、スパッタによる原子の堆積効率が低下するため
に、通常のスパッタによる成膜に比べて成膜レートが悪
いことに起因している。なおここで、本発明者らが原子
の堆積の状態を観察した結果、ＩＢＡＤ法による原子の
堆積の進行は、初期において特に遅く、ある程度の厚さ
の配向性の良好な原子が堆積した後では比較的速いこと
が判明した。これは、原子の堆積の初期段階においては
特に並びの悪い配向性の悪い状態の原子が堆積しようと
するが、これら多くの並びの悪い原子をイオンビームが
弾きとばす結果、堆積の初期段階において特に成膜レー
トが悪く、ある程度配向性が整った状態で原子堆積が進
行した後は、その後に堆積される原子は良好な配向性で
堆積する確立が高いためであると思われる。今回本発明
者らは、このようなＩＢＡＤ法に基づき、結晶配向性に
優れた多結晶薄膜を基材上に従来よりも速い成膜速度で
堆積させることができることを目的として本願発明に到
達した。

【０００８】次に、図５に示すような配向性金属テープ
の基材１５を用いた従来構造の酸化物超電導導体１８
は、基材１５の圧延による集合組織を利用した構造であ
るために、Ｎｉ、Ａｇなどの比較的柔らかい基材（Ａｇ
はＨv＝２０〜３０、ＮｉはＨv＝８０程度）を用いる必
要があった。ここで、超電導導体の適用技術は超電導磁
石あるいは超電導発電機などのように強大な磁力や大き
な機械力が作用する部材に適用されるので、基材はでき
る限り硬度や強度の高いものが好ましいがＮｉやＡｇで
は強度不足になるおそれがある。また、Ｎｉはそれ自身
強磁性を有するために、磁場応用の基材には適用できな
い問題がある。本発明者らはこのような従来構造の問題
に鑑み、強度や硬度の高い基材を用いてその上に結晶配
向性の高い多結晶薄膜を形成し、配向性に優れた多結晶
薄膜を有すると同時に強度の高い基材を備えた酸化物超
電導導体を製造する技術の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、基材と配向性多結晶中間層とを具備してな
り、配向性機能層が積層される配向性多結晶基材であっ
て、基材が立方晶系の高融点の高硬度金属からなり、圧
延集合組織とされたことを特徴とする。更に本発明は、
立方晶系の高融点の高硬度金属からなり、圧延集合組織
とされた基材と、この基材上に形成された配向性多結晶
中間層と、この配向性多結晶中間層上に形成された酸化
物超電導層とを具備してなる。次に本発明は、立方晶系
の高融点の高硬度金属からなる素材に対し、加工度９０
％以上の圧延加工を施した後に再結晶温度以上の温度に
加熱する熱処理を施して基材を形成し、この基材上に中
間層の構成粒子を堆積させると同時に斜め方向からイオ
ンビームを照射して配向性多結晶中間層を形成するとと
もに、この配向性多結晶中間層上に酸化物超電導層を積
層することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る多結晶基材に
酸化物超電導層を積層してなる酸化物超電導導体の一実
施形態の断面構造を示すもので、この実施形態の酸化物
超電導導体１は、テープ状などの基材１の上面に中間層
（配向性多結晶薄膜）２が積層されて多結晶基材３が構
成され、この多結晶基材３の上面に酸化物超電導層（配
向性機能層）４が積層されてテープ状の酸化物超電導導
体５が構成されている。前記基材１は、Ｎｉ-Ｃｒ系
（具体的には、Ｎｉ-Ｃｒ-Ｆｅ-Ｍｏ系のハステロイ
Ｂ、Ｃ、Ｘ等）、Ｗ-Ｍｏ系、Ｆｅ-Ｃｒ系（例えば、オ
ーステナイト系ステンレス）、Ｆｅ-Ｎｉ系（例えば、
非磁性の組成系のもの）などの材料に代表される立方晶
系のＨv＝１５０以上の非磁性の合金からなることが好
ましく、これらの系の合金に９０％以上の熱間圧延加工
が施され、更にその後に再結晶温度（１２００〜１５０
０℃）以上の温度で数時間、例えば、１５００℃の温度
で５時間の熱処理が施されて再結晶集合組織とされたも
のである。また、基材１の表面は表面粗さ±１０〜２０
ｎｍ、面内配向性を示すＦＷＨＭ（半値全幅）の値が１
０゜程度とされていることが好ましい。

【００１１】前記ハステロイは、Ｃｒ：１〜２３.０
％、Ｆｅ：４〜２０％、Ｍｏ：８〜３０％、Ｃｏ：０.
５〜２.５％、Ｗ：０.２〜４.５％、残部Ｎｉの組成を
主体とすることで知られるもので、Ｈv＝２００〜４０
０の範囲の硬度が高いものである。これらのハステロ
イに代表されるＮｉ-Ｃｒ系の合金は、いずれも、高硬
度の合金であり、９０％以上の強加工後に再結晶温度以
上で熱処理されることで集合組織とされて良好な結晶配
向性を示すようになる。前記中間層（配向性多結晶薄
膜）２は、イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、
酸化セリウム（ＣｅＯ₂）、酸化イットリウム（Ｙ
₂Ｏ₃）などからなり、本発明者らが特許出願している前
述のＩＢＡＤ法により基材１上に成膜したものである。

【００１２】図３は、基材１上に形成される中間層２の
製造に好適に用いられる多結晶薄膜の製造装置の一例を
示す図である。この多結晶薄膜の製造装置は、テープ状
の基材１を支持するとともに所望温度に加熱することが
できる基材ホルダ２３と、基材ホルダ２３上にテープ状
の基材１を送り出すための基材送出ボビン２４と、多結
晶薄膜が形成されたテープ状の基材１を巻き取るための
基材巻取ボビン２５と、前記基材ホルダ２３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３
６と、このターゲット３６の斜め上方においてターゲッ
ト３６の下面に向けて配置されたスパッタビーム照射装
置（スパッタ手段）３８と、前記基材ホルダ２３の側方
に所定間隔をもって対向され、かつ、前記ターゲット３
６と離間して配置されたイオンソース３９とが真空排気
可能な成膜処理容器４０内に収納された概略構成となっ
ている。

【００１３】前記基材ホルダ２３は、内部に加熱ヒータ
を備え、基材ホルダ２３の上に送り出されたテープ状の
基材１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。この基材ホルダ２３はピン等により支持体２
３ａに回動自在に取り付けられており、傾斜角度を調整
できるようになっている。このような基材ホルダ２３
は、成膜処理容器４０内のイオンソース３９から照射さ
れるイオンビームの最適照射領域に配設されている。

【００１４】この例の多結晶薄膜の製造装置において
は、前記基材送出ボビン２４から基材ホルダ２３上にテ
ープ状の基材１を連続的に送り出し、前記最適照射領域
で多結晶薄膜が成膜された基材１を基材巻取ボビン２５
で巻き取ることで基材１上に連続成膜することができる
ようになっている。この基材巻取ボビン２５は、前記最
適照射領域の外に配設されている。

【００１５】前記ターゲット３６は、目的とする多結晶
薄膜を形成するためのものであり、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を用いる。
ターゲット３６として具体的には、ＭｇＯあるいはＹ₂
Ｏ₃で安定化したジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム
（ＣｅＯ₂）、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）などを用い
るがこれらに限るものではなく、形成しようとする多結
晶薄膜に見合うターゲットを適宜用いれば良い。このよ
うなターゲット３６は、ピン等によりターゲット支持体
３６ａに回動自在に取り付けられており、傾斜角度を調
整できるようになっている。前記スパッタビーム照射装
置（スパッタ手段）３８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圧をかけるためのグリ
ッドを備えて構成されているものであり、ターゲット３
６に対してイオンビームを照射してターゲット３６の構
成粒子を基材２２に向けて叩き出すことができるもので
ある。

【００１６】前記イオンソース３９は、スパッタビーム
照射装置３８と略同様の構成のものであり、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圧をかけ
るためのグリッド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グリッドで発生させた電界
で制御してイオンビームとして照射する装置である。前
記イオンソース３９は、図３に示すようにその中心軸線
Ｓを基材ホルダ２３上の基材１の成膜面（表面）に対し
て入射角度θ（基材１の垂線（法線）Ｈ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、より好ま
しくは５５〜６０度の範囲、最も好ましくは５５度前後
である。従ってイオンソース３９は基材２２の成膜面の
法線Ｈに対してある入射角度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。

【００１７】なお、前記イオンソース３９によって基材
２２に照射するイオンビームは、ＹＳＺの中間層２を形
成する場合はＨｅ⁺、Ｎｅ⁺、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が、ＣｅＯ₂を形成す
る場合はＸｅ⁺、Ｋｒ⁺あるいはこれら２元素の混合イオ
ンビームを用いる。また、前記成膜処理容器４０には、
この容器４０内を真空などの低圧状態にするためのロー
タリーポンプ５１およびクライオポンプ５２と、ガスボ
ンベなどの雰囲気ガス供給源がそれぞれ接続されてい
て、成膜処理容器４０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。さらに、前記成膜処理容器４０に
は、この容器４０内のイオンビームの電流密度を測定す
るための電流密度計測装置５５と、前記容器４０内の圧
力を測定するための圧力計５５が取り付けられている。

【００１８】次に前記構成の製造装置を用いてテープ状
の基材１上にＹＳＺの多結晶薄膜を形成する場合につい
て説明する。テープ状の基材２２上に多結晶薄膜を形成
するには、ＹＳＺからなるターゲット３６を用い、基材
２２を収納している成膜処理容器４０の内部を真空引き
して減圧雰囲気とするとともに、基材送出ボビン２４か
ら基材ホルダ２３に基材１を所定の速度で送り出し、さ
らにイオンソース３９とスパッタビーム照射装置３８を
作動させる。

【００１９】スパッタビーム照射装置３８からターゲッ
ト３６に対してイオンビームを照射するとターゲット３
６の構成粒子が叩き出されて基材１上に飛来する。そし
て、基材ホルダ２３上に送り出された基材１上にターゲ
ット３６から叩き出した構成粒子を堆積させると同時に
イオンソース３９から、例えば、Ａｒイオンと酸素イオ
ンの混合イオンビームを照射して所望の厚みの多結晶薄
膜を成膜し、成膜後のテープ状の基材１を基材巻取ボビ
ン２５に巻き取る。

【００２０】ここでイオンビームを照射する際の入射角
度θは、５０〜６０度の範囲が好ましく、より好ましく
は５５度前後である。ここでθを９０度とすると、多結
晶薄膜のｃ軸は基材２２上の成膜面に対して直角に配向
するものの、基材２２の成膜面上に（１１１）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
範囲の入射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。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、基材１上に形成されるＹＳＺの多
結晶薄膜の結晶軸の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基材１の上面（成膜面）と平行
な面に沿って面内配向させることができる。

【００２１】ここで、イオンビームの照射を行いながら
通常の無配向の基材上に原子の堆積を行っていると、原
子の堆積の初期段階においては並びの良い配向性の良好
な原子と並びの悪い配向性の悪い状態の原子の両方が堆
積しようとするが、これら多くの並びの悪い原子をイオ
ンビームが弾きとばす結果、堆積の初期段階において特
に成膜レートが悪くなる。しかし、この形態において用
いるのは、予め再結晶集合組織として配向性を高めた基
材１であるで、この基材１の上に堆積しようとするＹＳ
Ｚの原子は、無配向基材上に堆積しようとする場合より
も良好に配向しようとする結果、配向性の良好な安定な
位置に存在する原子の割合が高くなり、堆積の初期段階
において並びの良い配向性の良好な原子が堆積しやすく
なり、成膜レートが向上するので、配向性の良好な中間
層としての多結晶薄膜２が早く生成する。

【００２２】そして、前述のようにして形成された多結
晶薄膜２上には酸化物超電導層４が積層され、例えば、
前述のようにして粒界傾角が精度良く揃えられた多結晶
薄膜２上にスパッタリングやレーザ蒸着法などの成膜法
により形成するならば、この多結晶薄膜２上に積層され
る酸化物超電導層４も多結晶薄膜２の配向性に整合する
ようにエピタキシャル成長して結晶化する。よって前記
多結晶薄膜２上に形成された酸化物超電導層４は、結晶
配向性に乱れが殆どなく、この酸化物超電導層４を構成
する結晶粒の１つ１つにおいては、基材１の厚さ方向に
電気を流しにくいｃ軸が配向し、基材１の長さ方向にａ
軸どうしあるいはｂ軸どうしが配向している。従って、
得られた酸化物超電導層は、結晶粒界における量子的結
合性に優れ、結晶粒界における超電導特性の劣化が殆ど
ないので、基材１の長さ方向に電気を流し易くなり、Ｍ
ｇＯやＳｒＴＯ₃の単結晶基材上に形成して得られる酸
化物超電導層と同じ程度の十分に高い臨界電流密度が得
られる。

【００２３】ところで、図２に示すように、基材１上に
多結晶薄膜２を成膜した後に、ＩＢＡＤ法ではない通常
のスパッタ法（イオンビームアシストを行わないスパッ
タ法やバイアススパッタ法）により多結晶薄膜２上に更
に同一材料製の多結晶薄膜６を成膜して２層構造の中間
層を形成しても良い。ここで、ＩＢＡＤ法による結晶配
向性の良好な多結晶薄膜２の上に多結晶薄膜６を成膜す
るならば、多結晶薄膜６は多結晶薄膜２に対してエピタ
キシャル成長して容易に成長するので、多結晶薄膜６の
結晶配向性も充分に高いものとすることができる。この
ようにするならば、成膜速度の遅いＩＢＡＤ法の欠点を
補う形で充分な厚さの中間層（多結晶薄膜２と多結晶薄
膜６を合わせた分の層厚のもの）を容易に得ることがで
き、充分な厚さの多結晶薄膜２、６を備えた多結晶基材
３'を得ることができるとともに、その上に酸化物超電
導層４を設けることで図２に示す構造の酸化物超電導導
体を得ることができる。

【００２４】

【実施例】

（実施例１）ハステロイＡ（Ｎｉ５８％、Ｍｏ２０％、
Ｍｎ２.０％、Ｆｅ２０％）からなる厚さ１ｍｍの金属
テープを用い、超硬合金の加圧ロールを用いてこの金属
テープを熱間圧延加工（６００℃）数パスで厚さ８０μ
ｍに強圧延加工した。続いてこの金属テープを再結晶温
度以上の１５００℃に５時間加熱後に冷却する熱処理を
施し、再結晶集合組織を有する金属テープ基材を得た。
この圧延後の金属テープの表面粗さの平均値は±２０ｎ
ｍ以下であった。続いて、図３に示す構成の多結晶薄膜
の製造装置を使用し、この製造装置の成膜処理容器内部
をロータリーポンプおよびクライオポンプで真空引きし
て３.０×１０^-4トールに減圧した。また、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１００ｍＡ、イオンソ
ースから発生させるイオンビームの入射角度を基材の成
膜面の法線に対して５５度に設定し、イオンソースのア
シスト電圧を３００Ｖに、イオンソースの電流を６０ｍ
Ａに設定して、基材上にターゲットの構成粒子を堆積さ
せると同時にイオンビームを照射して厚さ０.５μｍの
膜状のＹＳＺの多結晶薄膜を１時間かけて成膜した。

【００２５】得られたＹＳＺの多結晶薄膜について、Ｃ
ｕＫα線を用いたθ−２θ法によるＸ線回折試験を行っ
た結果、ＹＳＺの（２００）面あるいは（４００）面の
ピークが認められ、ＹＳＺ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
の成膜面に垂直に配向させて形成されていることが判明
した。

【００２６】次に、このＹＳＺの多結晶薄膜においてＹ
ＳＺの多結晶薄膜の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６に示すよう
に、基材１上に形成された多結晶薄膜２にＸ線を角度θ
1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２θ1の角度の位置にＸ線カウン
ター５８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１を図６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多結晶薄膜２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、この例の多結晶薄膜の場合、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ＹＳＺ
の（１１１）面のピークが現われた。これは、基板面内
におけるＹＳＺの（０１１）ピークに相当しており、Ｙ
ＳＺの多結晶薄膜の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。

【００２７】さらに、得られたＹＳＺの多結晶薄膜の多
結晶層の各結晶粒における結晶配向性を測定した。この
測定では図６を基に先に説明した方法でＸ線回折を行な
う場合に、φの角度を−１０度〜＋１０度まで１度刻み
の値に設定した際の回折ピークを測定した。その結果か
ら、得られたＹＳＺの多結晶薄膜の回折ピークは、粒界
傾角±３〜５度以内では表われるが、±８〜１０度では
消失していることが判明した。従って、得られた多結晶
薄膜の結晶粒の粒界傾角は、１０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。

【００２８】次に、前記ＹＳＺの多結晶薄膜上にレーザ
蒸着装置を用いて厚さ１.０μｍの酸化物超電導層を形
成し、酸化物超電導導体を作製した。このレーザ蒸着装
置に備えるターゲットとしては、Ｙ_1.0Ｂａ_2.0Ｃｕ_3.0
Ｏ_7-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。成膜処理室の内部を１×１０^-6トールに減圧し
た後、内部に酸素を導入し２×１０^-3トールとした後、
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、４００゜Ｃで６０分間、酸素雰囲気中において薄膜
を熱処理し、酸化物超電導導体を得た。

【００２９】この酸化物超電導導体を液体窒素で７７Ｋ
に冷却し、外部磁場０Ｔ（テスラ）の条件で４端子法に
て臨界電流密度の測定を行なった結果、臨界電流密度＝
８.２×１０Ａ／ｃｍ²を示し、極めて優秀な超電導特性
を発揮することが確認できた。

【００３０】（比較例）前記実施例の集合組織を有する
配向性金属テープの代わりに、加工を施していない無配
向のハステロイ製金属テープを用いて実施例と全く同じ
処理を施し、基材テープ上に厚さ０.５μｍのＹＳＺの
中間層を形成したが、厚さ０.５μｍの中間層を成膜す
るために前記と同じ条件で５時間を要した。この酸化物
超電導導体を液体窒素で７７Ｋ冷却し、外部磁場０Ｔ
（テスラ）の条件で４端子法で臨界電流密度の測定を行
なった結果、臨界電流密度＝８.０×１０Ａ／ｃｍ²を示
し、先の実施例と同等の優秀な超電導特性を発揮するこ
とを確認できたが、無配向金属テープを用いると中間層
の成膜に５倍の時間を要することが明らかになった。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の配向
性多結晶基材にあっては、基材と配向性多結晶中間層と
を具備してなり、配向性機能層が積層される配向性多結
晶基材であって、立方晶系の高融点の高硬度金属からな
り、圧延集合組織とされたものであるので、圧延集合組
織とされた配向性の良好な基材上に容易に配向性の良好
な多結晶中間層を有するものが得られる。そして、配向
性多結晶中間層上に形成する配向性機能層の結晶配向性
も配向性多結晶中間層に合わせて容易に配向させること
ができるので、結果的に結晶配向性に優れた配向性機能
層を得ることができる。また、基材は立方晶系の高融点
の高硬度金属からなるので、強度が高く、機械的な応力
が作用しやすい用途に対しても適用できる。

【００３２】また、請求項２に記載の超電導導体にあっ
ては、立方晶系の高融点の高硬度金属からなり、圧延集
合組織とされた基材と、この基材上に形成された配向性
多結晶中間層と、この配向性多結晶中間層上に形成され
た酸化物超電導層とを具備してなることを特徴とするの
で、圧延集合組織とされた配向性の良好な基材上に容易
に配向性の良好な多結晶中間層を有するものが得られる
とともに、配向性多結晶中間層上に形成する酸化物超電
導層の結晶配向性も配向性多結晶中間層に合わせて容易
に配向させることができ、結果的に結晶配向性に優れ、
超電導特性の優れた酸化物超電導層を得ることができ
る。また、基材は立方晶系の高融点の高硬度金属からな
るので、強度が高く、機械的な応力が作用しやすい超電
導磁石、超電導発電器等の磁場応用用途に対しても強度
的な問題なく適用することができる。

【００３３】次に、請求項３に記載の発明では、立方晶
系の高融点の高硬度金属からなる素材に対し、加工度９
０％以上の圧延加工を再結晶温度以上の温度で施して基
材を形成することで再結晶集合組織とすることができ、
結晶配向性の良好な基材とすることができる。そして、
この基材上に中間層の構成粒子を堆積させると同時に斜
め方向からイオンビームを照射して配向性多結晶中間層
を形成することで、配向性多結晶薄膜を構成するべき原
子を基材上に堆積させて並びの悪い不安定な位置にある
原子をイオンビームで除去しながら並びの良い結晶配向
性の良好な原子のみを選択的に残して堆積させる際に、
堆積の初期段階で配向性基材の配向性に合わせて原子を
並びの良い配向性の良い状態に優先的に堆積させること
ができるので、基材の配向性に沿うように配向性の良好
な配向性多結晶中間層を従来よりも短い時間で成膜する
ことができる。また、配向性多結晶中間層上に酸化物超
電導層を成膜するならば、配向性多結晶中間層上に良好
な結晶配向性でもって酸化物超電導層を成膜できるの
で、結果的に臨界電流特性の優れた超電導特性の優れた
酸化物超電導導体を従来方法よりも短い時間で製造する
ことができ、製造効率を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多結晶薄膜を備えた酸化物超電
導導体の第１の実施形態を示す断面図である。

【図２】本発明に係る多結晶薄膜を備えた酸化物超電
導導体の第２の実施形態を示す断面図である。

【図３】本発明の多結晶薄膜を製造する際に用いられ
る多結晶薄膜の製造装置の一例を示す概略構成図であ
る。

【図４】従来の多結晶薄膜の製造方法を実施して得ら
れた多結晶薄膜の一例を示す断面図である。

【図５】従来の多結晶薄膜の製造方法を実施して得ら
れた多結晶薄膜の他の例を示す断面図である。

【図６】多結晶薄膜の結晶配向性を測定するための装
置の概念図である。

【図７】多結晶薄膜を構成する結晶粒の結晶配向性を
示す略図である。

【符号の説明】

１・・・基材、２・・・配向性多結晶薄膜（配向性多結晶中間
層）、３、３'・・・多結晶基材、４・・・酸化物超電導層
（配向性機能層）、５、５'・・・酸化物超電導導体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤隆東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者田辺信夫東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材と配向性多結晶中間層とを具備して
なり、更に配向性機能層が積層される配向性多結晶基材
であって、前記基材が立方晶系の高融点の高硬度金属か
らなり、圧延集合組織とされたことを特徴とする配向性
多結晶基材。
【請求項２】立方晶系の高融点の高硬度金属からな
り、圧延集合組織とされた基材と、この基材上に形成さ
れた配向性多結晶中間層と、この配向性多結晶中間層上
に形成された酸化物超電導層とを具備してなることを特
徴とする酸化物超電導導体。
【請求項３】立方晶系の高融点の高硬度金属からなる
素材に対し、加工度９０％以上の圧延加工を施した後に
再結晶温度以上の温度に加熱する熱処理を施して基材を
形成し、この基材上に中間層の構成粒子を堆積させると
同時に斜め方向からイオンビームを照射して配向性多結
晶中間層を形成するとともに、この配向性多結晶中間層
上に酸化物超電導層を積層することを特徴とする酸化物
超電導導体の製造方法。