WO2011043409A1 - 酸化物超電導導体用配向膜下地層およびその成膜方法およびその成膜装置 - Google Patents

酸化物超電導導体用配向膜下地層およびその成膜方法およびその成膜装置 Download PDF

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智 羽生
飯島　康裕
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Definitions

  • the present invention relates to an alignment film underlayer for an oxide superconducting conductor, a film forming method thereof, and a film forming apparatus thereof. More specifically, the present invention relates to an alignment layer underlayer for an oxide superconducting conductor in which two or more kinds of thin films are repeatedly laminated, a film forming method thereof, and a film forming apparatus thereof.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2009-233864 filed in Japan on October 07, 2009, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • an oxide superconductor As a superconductor, it is necessary to form a thin film of an oxide superconductor with good crystal orientation on a long substrate such as a tape.
  • the metal tape itself is a polycrystal, and its crystal structure is significantly different from that of an oxide superconductor. Therefore, an oxide superconductor thin film with good crystal orientation is directly formed on the metal tape. Is difficult.
  • the superconductor since there is a difference in coefficient of thermal expansion and lattice constant between the base material and the superconductor, the superconductor is distorted during the cooling to the superconducting critical temperature, or the oxide superconductor film is removed from the substrate. There is also a problem such as peeling.
  • an intermediate layer is formed on a metal substrate, and an oxide superconductor film is formed on the intermediate layer (alignment film).
  • This intermediate layer (alignment film) is made of MgO, YSZ (yttria-stabilized zirconia), SrTiO 3 or the like whose physical characteristic values such as thermal expansion coefficient and lattice constant indicate intermediate values between the base material and the superconductor. Made of material.
  • the crystal orientation of the intermediate layer (alignment film) greatly affects the crystal orientation of the oxide superconductor film formed on the intermediate layer. Therefore, the present applicants developed an ion beam assisted deposition (IBAD) method as a film forming method for forming an intermediate layer (alignment film) having good crystal orientation.
  • IBAD ion beam assisted deposition
  • argon ions and oxygen ions generated from an ion gun are simultaneously irradiated from an oblique direction (for example, 45 degrees), and the constituent particles knocked out of the target by the sputtering method are deposited on the substrate.
  • an intermediate layer (alignment film) having a good crystal orientation can be formed on the substrate.
  • an oxide superconducting layer oxide superconductor film
  • an oxide superconducting layer having excellent crystal orientation and a high critical current density can be formed. .
  • the present applicants as a method for forming a thin film that can effectively use a film-forming area when forming a diffusion prevention layer or a bed layer on a metal tape wire, deposited a belt-like base material on the deposited particles.
  • a method of forming a thin film by passing the region a plurality of times and depositing the vapor deposition particles on the strip-shaped substrate for each passage is proposed (for example, see Patent Document 3).
  • a method of controlling the operation of the vapor deposition mechanism by providing a shutter or a slit on the top of the target see, for example, Patent Document 4
  • a film forming method in which a plurality of targets are provided under a cylindrical drum, a long base material is spirally wound around the cylindrical drum, and the drum is rotated see, for example, Patent Document 5).
  • a plurality of winding members for winding the belt-like base material are coaxially provided as a method for passing the belt-like base material a plurality of times within the deposition region of the vapor deposition particles.
  • a pair of winding member groups arranged in an array are arranged opposite to each other, and a thin film is formed as a plurality of rows in the deposition region of the vapor deposition particles by rotating the base material wound around the pair of winding member groups. ing.
  • the film formation area can be used effectively, but when two or more types of targets are used, the film formation needs to be performed by two or more processes.
  • a target for the diffusion prevention layer such as Al 2 O 3 is installed to form the diffusion prevention layer.
  • a target for a bed layer such as Y 2 O 3
  • the film forming method described in Patent Document 4 described above as a method of forming a multilayer film having a repetitive structure using a plurality of targets can be applied only to film formation on a plate-like substrate. It cannot be applied as a method for forming a multilayer film on a long substrate.
  • Patent Document 5 it is not assumed that a single crystal state film having good crystal orientation is obtained.
  • the present invention has been made in view of such a conventional situation, and can reduce the production cost.
  • the method for forming the alignment layer underlayer for a superconducting conductor having a high diffusion preventing effect more specifically 2 It is a first object of the present invention to provide a film forming method of an orientation film foundation layer for an oxide superconducting conductor in which thin films of various kinds or more are repeatedly laminated.
  • the second object of the present invention is to provide an alignment film underlayer for an oxide superconducting conductor having a high diffusion preventing effect. Furthermore, the present invention can reduce the production cost, and has a high diffusion preventing effect.
  • the apparatus for manufacturing the alignment layer for the oxide superconducting conductor more specifically, the oxide superconductivity in which two or more kinds of thin films are repeatedly laminated. It is a third object to provide a film forming apparatus for a conductor alignment film underlayer.
  • the present invention adopts the following configuration.
  • a method for forming an alignment layer underlayer for an oxide superconducting conductor wherein two or more types of targets are arranged along the longitudinal direction of the substrate so as to face the surface of the substrate; Irradiating the surfaces of the two or more targets simultaneously with a beam to deposit constituent particles of the two or more targets on the surface of the substrate in the order of arrangement of the two or more targets; The constituent particles are allowed to pass through the deposition region a plurality of times, and the constituent particles of the two or more targets are repeatedly deposited on the surface of the substrate for each passage, and two or more types of particles are deposited on the surface of the substrate.
  • a laminated body in which thin films are repeatedly laminated is formed.
  • the two or more types of targets are a target using a diffusion barrier layer material and a target using a bed layer material; a surface of a bed layer formed by the target using the bed layer material
  • a rock salt structure layer may be formed by an ion beam assist method; the bed layer may adjust the crystal orientation of the rock salt structure layer.
  • the laminate may be formed by repeatedly laminating a diffusion prevention layer and a bed layer.
  • the alignment layer underlayer for oxide superconductor may be formed by the film forming method described in (1) above.
  • the surface of the two or more targets is simultaneously irradiated with an ion beam, and the constituent particles of the two or more targets are deposited on the surface of the base material in the order of the arrangement of the two or more targets, You may form the laminated body by which two or more types of thin films were repeatedly laminated
  • the at least one pair of turning member groups may be arranged such that respective axes are parallel to each other.
  • a plurality of rows of the base materials may be arranged in the accumulation region of the constituent particles of the two or more types of targets by causing the base materials to travel a plurality of times between the turning member groups.
  • the laminate in which the two or more kinds of thin films are repeatedly laminated may include at least a diffusion prevention layer and a bed layer.
  • the surface of two or more targets is simultaneously irradiated with ion beams, and the constituent components of the two or more targets are obtained.
  • two or more kinds of thin films can be repeatedly laminated in one process to form the alignment layer underlayer for the oxide superconducting conductor. Accordingly, it is possible to shorten the film formation time of the alignment layer underlayer for an oxide superconducting conductor having a stacked structure in which two or more kinds of thin films are repeatedly stacked, and to provide a film forming method capable of reducing the production cost. be able to.
  • the oxide superconductor interposed between the base material and the rock salt structure layer formed by the ion beam assist (IBAD) method By providing the conductor alignment film underlayer with a laminate in which two or more kinds of thin films are repeatedly laminated, a trapping effect of a diffusing element at each interface of the laminated thin films can also be provided. Furthermore, since the above laminate is a laminate in which a diffusion prevention layer and a bed layer are repeatedly laminated, the diffusion prevention effect of the diffusion prevention layer alone can be obtained by trapping diffusion elements at each interface of each laminated thin film.
  • an alignment film underlayer for an oxide superconducting conductor having a high diffusion preventing effect can be provided. Furthermore, according to the film forming apparatus for the alignment layer underlayer for an oxide superconducting conductor according to the above aspect of the present invention, facing the surface of the base material traveling between the turning member groups having a plurality of turning members. Two or more types of targets are arranged side by side in the longitudinal direction of the base material, and the surfaces of the two or more types of targets are simultaneously irradiated with two or more types of thin films on the surface of the base material in one process. Can be repeatedly laminated.
  • a film forming apparatus capable of shortening the film formation time of an alignment layer for an oxide superconducting conductor having a laminated structure in which two or more kinds of thin films are repeatedly laminated, and capable of reducing production costs.
  • the base material is allowed to pass through the deposition region of the constituent particles of the target a plurality of times by running the base material a plurality of times between turning member groups arranged so that the respective axes are parallel to each other.
  • a plurality of laminated bodies formed by repeatedly laminating two or more kinds of thin films in one process can be formed on the surface of the base material.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating an example of a film formation apparatus according to one embodiment of the present invention. It is a figure which shows typically the film-forming apparatus by IBAD method.
  • FIG. 5 It is a figure which shows typically an example of the ion gun with which the film-forming apparatus shown in FIG. 5 is provided. It is a figure which shows typically the cross section of the thin film laminated body of the comparative examples 1 and 2. FIG. It is a figure which shows typically the cross section of the superconductor by which the oxide superconducting layer was laminated
  • the alignment layer underlayer for an oxide superconductor according to one embodiment of the present invention has a laminated structure in which two or more kinds of thin films are repeatedly laminated on a base material.
  • FIG. 1 the cross section of an example of embodiment of the alignment film base layer for oxide superconductors of this invention is shown typically.
  • FIG. 1 a diffusion structure in which a diffusion prevention layer 12 and a bed layer 13 are repeatedly laminated five times on a substrate 11 is formed.
  • the alignment film underlayer 10 for an oxide superconducting conductor in which two kinds of thin films are repeatedly stacked five times is exemplified, but the present invention is not limited to this.
  • metals such as Cu, Ni, Ti, Mo, Nb, Ta, W, Mn, Fe, and Ag, which are excellent in strength and heat resistance, or alloys thereof can be used.
  • metals such as Cu, Ni, Ti, Mo, Nb, Ta, W, Mn, Fe, and Ag, which are excellent in strength and heat resistance, or alloys thereof can be used.
  • stainless steel hastelloy, and other nickel-based alloys that are excellent in corrosion resistance and heat resistance.
  • a ceramic substrate, an amorphous alloy, or the like may be used.
  • FIG. 2 shows the structure of an alignment layer underlayer for an oxide superconducting conductor according to another embodiment of the present invention.
  • a rock salt structure layer (hereinafter sometimes referred to as “IBAD-rock salt structure layer” or “rock salt structure layer”) 14 formed by an ion beam assist (IBAD) method, a base material 11 and Between these, a laminated body of the diffusion preventing layer 12 and the bed layer 13 is provided.
  • the thin film constituting the alignment layer underlayer for the oxide superconductor is not particularly limited as long as it is a material that can be used as the underlayer of the IBAD-rock salt structure layer 14, but a laminate of the diffusion prevention layer 12 and the bed layer 13. It is preferable that As shown in FIG. 1 and FIG.
  • the layer on the base material 11 side is the diffusion preventing layer 12 in the repeated laminated structure
  • the layer on the rock salt structure layer 14 side of this laminated structure is the bed layer 13.
  • the diffusion preventing layer 12 on the base material 11 diffusion of the base material constituent elements from the base material 11 toward the surface side of the thin film laminate can be suppressed in a high temperature process or the like.
  • the IBAD-rock salt structure layer 14 is formed on the bed layer 13 so as to be formed in a favorable crystal orientation state.
  • the material of the diffusion preventing layer 12 examples include silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 , also referred to as “alumina”), and rare earth metal oxides such as Gd 2 Zr 2 O 7 .
  • the diffusion prevention layer 12 is provided to prevent the constituent elements of the base material 11 from diffusing.
  • a plurality of diffusion prevention layers 12 are formed on the substrate 11, and the total thickness of the laminated diffusion prevention layers 12 is preferably in the range of 10 to 400 nm. If the total film thickness of the diffusion preventing layer 12 is less than 10 nm, the diffusion of the constituent elements of the substrate 11 may not be sufficiently prevented.
  • each diffusion prevention layer 12 (single diffusion prevention layer) is 2 nm or more.
  • the thickness of each diffusion prevention layer 12 is less than 2 nm, it becomes difficult to form an interface with the thin film laminated on or under the diffusion prevention layer 12, and the trapping effect of the diffusing element at the interface between each thin film appears. become unable.
  • the bed layer 13 has high heat resistance and is intended to further reduce interfacial reactivity, and functions to obtain the orientation of the rock salt structure layer 14 disposed thereon.
  • a bed layer 13 is arranged as necessary, and for example, a rare earth oxide layer can be used.
  • the rare earth oxide include those represented by the composition formula ( ⁇ 1 O 2 ) 2x ( ⁇ 2 O 3 ) (1-X) .
  • ⁇ and ⁇ are rare earth elements belonging to 0 ⁇ x ⁇ 1.
  • Examples of the rare earth oxide include Pr 6 O 11 and Tb 4 O 7 .
  • a plurality of bed layers 13 are formed on the base material 11 and the diffusion preventing layer 12, and the total thickness of the stacked bed layers 13 is preferably in the range of 10 to 100 nm.
  • the alignment layer underlayer for an oxide superconducting conductor has a laminated structure in which two or more kinds of thin films are repeatedly laminated, so that the substrate constituting element heads from the substrate toward the surface side of the thin film laminate. Can be trapped at each interface of each thin film, so that a high diffusion preventing effect can be realized.
  • Base material constituent elements differ in the ease of diffusion depending on the type of thin film, so even if they pass through a relatively easy to diffuse thin film, a thin film that is difficult to diffuse is laminated on this thin film.
  • the stacked interface of each layer functions like a wall, and the diffusing element is trapped at the interface.
  • the diffusion of the constituent elements of the base material preferentially diffuses in the plane direction the interface of different kinds of materials having strains than in a single material.
  • the alignment layer underlayer for an oxide superconducting conductor according to one embodiment of the present invention, two or more kinds of thin films are repeatedly stacked, and thus there are a plurality of interfaces. The more repeating structures, that is, the more interfaces, the higher the diffusion preventing effect.
  • the alignment layer underlayer 10 for oxide superconducting conductors according to one embodiment of the present invention, a particularly high diffusion preventing effect can be obtained when the configuration like the alignment layer underlayer 10 for oxide superconducting conductors is employed.
  • a rock salt structure layer 14 an oxide superconducting layer 15, or a cap layer (not shown) is formed on the bed layer 13, it is inevitably heated or heat-treated. Receive heat history.
  • the alignment layer underlayer 10 for the oxide superconducting conductor has a laminated structure in which the diffusion preventing layer 12 and the bed layer 13 are repeatedly laminated, so that a part of the constituent elements of the base material 11 is oxide superconducting.
  • Diffusion to the oxide superconducting layer 15 side through the conductor alignment film foundation layer 10 can be suppressed.
  • the diffusion preventing effect of the diffusion preventing layer 12 itself can also be imparted with the trapping effect of the diffusing element at each interface between the diffusion preventing layer 12 and the bed layer 13, thereby more effectively suppressing the diffusion of the constituent elements of the base material. be able to.
  • the rock salt structure layer 14 has a crystal salt structure.
  • Examples of the material having such a rock salt structure include those represented by the composition formula ⁇ O.
  • ⁇ is exemplified by any element of Mg, Ni, Sr, Ca, and Ba.
  • MgO or Mg or the like is used as a target, oxygen gas is supplied into the film formation atmosphere as necessary, and ions are generated by a rare gas ion beam of Ar or the like.
  • the film may be formed while the assist beam is incident on the substrate at 40 to 60 degrees.
  • the biaxially oriented MgO layer (rock salt structure layer 14) can be formed in a favorable crystal orientation state.
  • stacked on a MgO layer (rock salt structure layer 14) can be formed in a favorable crystal orientation state.
  • the thickness of the MgO layer (rock salt structure layer 14) is preferably 1 nm or more and 500 nm or less. If it exceeds 500 nm, the surface roughness increases, and the critical current density may decrease.
  • the formation method of the alignment film underlayer for oxide superconductor according to one embodiment of the present invention is not particularly limited as long as it is a conventionally known film formation method. It is preferably formed by a membrane device.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an outline of a film forming apparatus for forming the alignment layer underlayer 10 for an oxide superconductor.
  • a film forming apparatus 100 shown in FIG. 4 is a film forming apparatus provided in a form accommodated in a processing container (not shown). More than one kind of thin film is repeatedly laminated continuously.
  • the film forming apparatus 100 includes a traveling system in which the base material 105 travels a plurality of times along a racetrack-like route, and two types of rectangular plate-like targets 303 a disposed to face the surface of the base material 105, 303b, and an ion beam generation source (ion beam generation mechanism) 304 that simultaneously irradiates the surfaces of these targets 303a and 303b with the ion beam L.
  • the two types of rectangular plate-like targets 303a and 303b are arranged along the longitudinal direction of the base material 105 (the travel direction of the base material).
  • the traveling system in which the base material 105 travels a plurality of times on a racetrack-like route includes a first turning member group 305a and a second turning member group 305b.
  • the first turning member group 305a includes a plurality of (seven in FIG. 4) reel-like turning members arranged coaxially, and turns the traveling direction of the base material 105.
  • the second turning member group 305b includes a plurality of turning members (seven in FIG. 4) having the same structure as the first turning member group 305a, and the plurality of turning members are coaxial. It is arranged. Similar to the first turning member group 305 a, the second turning member group 305 b turns the traveling direction of the base material 105.
  • the first turning member group 305a and the second turning member group 305b are disposed so that their axes are parallel to each other.
  • the traveling system includes a base material feeding mechanism 301 for feeding the base material 105 and a base material winding mechanism 302 for winding the base material 105.
  • the base material delivery mechanism 301 is provided outside the second turning member group 305b.
  • the substrate winding mechanism 302 is provided outside the first turning member group 305a.
  • the turning member groups 305a and 305b, the base material feed mechanism 301, and the base material take-up mechanism 302 are driven in synchronization with each other by a driving device (not shown), so that the base material feed mechanism 301 can be driven at a predetermined speed.
  • the fed base material 105 goes around the turning member groups 305 a and 305 b and is taken up by the base material take-up mechanism 302.
  • the turning member groups 305a and 305b have a configuration in which turning members having the same diameter are arranged coaxially.
  • the base material portion 106 facing the targets 303a and 303b (the portion of the base material facing the targets 303a and 303b to form a laminate) is located at an equal distance from the targets 303a and 303b.
  • Each turning member preferably has a length in the axial direction corresponding to the width of the base material 105, and a plurality of base materials 105 arranged in a row without any gap.
  • the turning members constituting the turning member groups 305a and 305b are curved to smoothly turn the moving direction of the base material 105, such as a columnar shape or a disc shape, a semi-columnar shape or a semicircular shape, an elliptical column shape or an elliptical plate shape. Those having a curved side surface (curved surface) are preferred. “Cylinder shape or disk shape” is not intended to limit the ratio of the diameter of the turning member to the length in the axial direction.
  • the diverting member groups 305a and 305b may be configured to rotate together with the substrate 105 being conveyed, or the diverting member groups 305a and 305b may be configured to slide on the side surface without moving. When rotating the turning member groups 305a and 305b, a drive mechanism (not shown) for rotating the turning member groups 305a and 305b in accordance with the moving speed of the base material 105 may be provided.
  • the targets 303 a and 303 b are arranged side by side in the longitudinal direction of the base material 105 so as to face the surface of the base material portion 106 that travels between the turning member groups 305 a and 305 b. These targets 303 a and 303 b are irradiated with an ion beam L from an ion beam generating mechanism 304.
  • the targets 303a and 303b are used for forming a thin film constituting the alignment layer underlayer for the oxide superconducting conductor, and the materials mentioned as the diffusion preventing layer 12 and the bed layer 13 can be mentioned as preferable ones. As the shapes of these targets 303a and 303b, plate-shaped ones are used.
  • the ion beam generation mechanism 304 that irradiates the target 303a and 303b with the ion beam L only needs to generate an ion beam L that can strike or evaporate the constituent particles from the targets 303a and 303b.
  • the ion species, output, irradiation energy, and the like can be appropriately set according to the materials of the targets 303a and 303b, the film formation speed, and the like.
  • the ion beam generating mechanism 304 of the present embodiment has a width that can simultaneously irradiate the target 303 a and 303 b arranged in the longitudinal direction of the base material 105 with the ion beam.
  • the particle group 307a from the target 303a and the particle group 307b from the target 303b are generated at the same time, and the constituent particles of the targets 303a and 303b are repeated on the surface of the base material portion 106 that travels between the turning member groups 305a and 305b. Can be deposited.
  • the film formation apparatus 100 can also perform film formation while heating with a heating apparatus (not shown) or the like.
  • the heating device may be provided so as to surround at least one of the traveling system of the base material 105 and the entire film forming apparatus 100, or the base material portion 106 that travels in the deposition region of the constituent particles of the targets 303a and 303b. It may be provided on the back side (surface side on which the laminate is not formed).
  • the turning member groups 305a and 305b preferably have a relatively large heat capacity.
  • the film forming apparatus 100 is provided in a processing container (not shown).
  • This processing container is connected to a vacuum exhaust device through an exhaust hole, and has a structure capable of reducing the pressure inside the processing container to a predetermined pressure. Thereby, while the inside of the processing container is reduced to a predetermined pressure, the entire longitudinal direction of the substrate 105 attached to the film forming apparatus 100 is placed under the reduced pressure inside the processing container.
  • the belt-like base material 105 (the base material 11 in FIG. 1) is wound around the rotating member groups 305a and 305b so that the surface side (or the surface side on which the thin film is laminated) is the target 303a and 303b side. Since the alignment layer underlayer 10 for oxide superconducting conductors shown in FIG. 1 is a laminate in which two kinds of thin films are repeatedly laminated five times, the number of rotating members constituting the rotating member groups 305a and 305b is five each. And the number of lanes is 5.
  • a plate-like target made of a diffusion preventing layer material is fixed as the target 303a
  • a plate-like target made of a bed layer material is fixed as the target 303b using a fixing tool.
  • the inside of the processing container (not shown) is depressurized to a predetermined pressure by a vacuum exhaust device.
  • oxygen gas may be introduced into the processing container so that the inside of the processing container has an oxygen atmosphere.
  • the base material feeding mechanism 301, the turning member groups 305a and 305b, and the base material winding mechanism 302 are simultaneously driven, and the base material 105 is moved from the base material feeding mechanism 301 toward the base material winding mechanism 302 at a predetermined speed. Move.
  • the entire film forming apparatus 100 or the substrate 105 is held at a desired temperature by a heating mechanism (not shown).
  • the ion beam L is simultaneously irradiated onto the target 303 a and the target 303 b by the ion beam generation mechanism 304.
  • the constituent particles that are struck or evaporated from the target 303a by the ion beam L become a particle group 307a whose cross-sectional area in the radial direction is enlarged, and covers the deposition region on the substrate portion 106 that travels facing the target 303a.
  • the constituent particles that are struck or evaporated from the target 303b by the ion beam L become a particle group 307b having an enlarged radial sectional area, and are deposited on the base material portion 106 that travels facing the target 303b. Cover.
  • the diffusion prevention layer 12 is formed on the target 303a thereon, and further on the bed layer 13 from the target 303b.
  • the base material 105 since the number of lanes is 5, the base material 105 passes through the particle groups 307a and 307b five times. Each time the particle groups 307a and 307b pass, the diffusion prevention layer 12 and the bed layer 13 are sequentially formed.
  • the alignment layer underlayer 10 for oxide superconducting conductor in which the diffusion preventing layer 12 and the bed layer 13 are repeatedly laminated is formed.
  • the oxide superconducting conductor alignment layer underlayer 10 in which the diffusion prevention layer 12 and the bed layer 13 are repeatedly stacked has been described, but the present embodiment is not limited to this.
  • the film forming apparatus 100 it is possible to repeatedly laminate three or more kinds of thin films by increasing the number of targets arranged in the longitudinal direction of the traveling base material 105.
  • ion beams are simultaneously irradiated on the surfaces of two or more targets, and constituent particles of the targets are knocked out or deposited.
  • the constituent components of the two or more types of targets are sequentially deposited on a band-shaped substrate, whereby two or more types of thin films are repeatedly laminated in one process to form an alignment layer underlayer for an oxide superconducting conductor. it can. Accordingly, it is possible to shorten the film formation time of the alignment layer underlayer for an oxide superconducting conductor having a laminated structure in which two or more kinds of thin films are repeatedly laminated, and to provide a film forming method capable of reducing production costs. Can do.
  • the belt-like base material is circulated around the turning member group arranged so that the respective axes are parallel to each other.
  • Two or more types of targets are arranged side by side in the longitudinal direction of the base material so as to face the surface of the base material traveling between turning member groups, and the surfaces of the two or more types of targets are simultaneously irradiated. Then, by striking or evaporating the constituent particles of the target, the band-shaped substrate is allowed to pass through the deposition region of the constituent particles of the target a plurality of times.
  • two or more types of thin films can be repeatedly laminated in one process on the base material, and therefore the alignment layer underlayer for an oxide superconducting conductor having a laminated structure in which two or more types of thin films are repeatedly laminated.
  • the film formation time can be shortened, and a film formation apparatus capable of reducing the production cost can be provided.
  • FIG. 5 shows an example of an apparatus for manufacturing a polycrystalline thin film, and the apparatus of this example has a configuration in which an ion gun for ion beam assist is provided in a sputtering apparatus.
  • This film forming apparatus is mainly composed of a base material holder 51 that holds the base material A horizontally, a plate-like target 52, an ion gun 53, and a sputter beam irradiation device 54.
  • the plate-like target 52 is disposed obliquely above the substrate holder 51 (for example, obliquely above the left side) so as to face the substrate holder 51 obliquely with a predetermined interval, and is separated from the target 52. Is arranged.
  • the ion gun 53 is disposed obliquely above the substrate holder 51 (for example, obliquely above the right side) so as to face the substrate holder 51 obliquely with a predetermined interval, and is disposed away from the target 52. .
  • the sputter beam irradiation device 54 is disposed below the target 52 toward the lower surface of the target 52 (the surface opposite to the target 52 and the like).
  • Reference numeral 55 in the drawing denotes a target holder that holds the target 52.
  • the film forming apparatus is housed in a vacuum container (not shown), and can hold the periphery of the substrate A in a vacuum atmosphere. Further, an atmospheric gas supply source such as a gas cylinder is connected to the vacuum container, the inside of the vacuum container is in a low pressure state such as a vacuum, and an inert gas containing argon gas or other inert gas atmosphere or oxygen It can be an atmosphere.
  • the base material A the base material 11 used for the oxide superconducting conductor alignment film underlayer 10 produced by the film forming apparatus 100 shown in FIG. 4 was used.
  • a metal tape feeding device and a winding device are provided inside the vacuum vessel, and the substrate A is continuously fed from the feeding device to the substrate holder 51.
  • a polycrystalline thin film can be continuously formed on a tape-shaped substrate by winding with a winding device.
  • a heater is provided inside the substrate holder 51. With this heater, the base material A positioned on the base material holder 51 can be heated to a desired temperature.
  • an angle adjustment mechanism that adjusts the horizontal angle of the substrate holder 51 is installed on the bottom of the substrate holder 51 (the surface opposite to the surface on which the substrate A is formed). The angle adjustment mechanism may be attached to the ion gun 53 to adjust the tilt angle of the ion gun 53 and adjust the ion irradiation angle.
  • the target 52 is for forming an MgO layer that is a target rock salt structure layer. Specifically, MgO or Mg is used, and oxygen gas is supplied into the film formation atmosphere as necessary. A film may be used.
  • the ion gun 53 is configured such that a gas to be ionized is introduced into the container, and a lead electrode is provided in front of the ion gun 53. And it is an apparatus which ionizes one part of the atom or molecule
  • ionization of gas such as a high frequency excitation method and a filament type.
  • the filament type is a method in which a tungsten filament is energized and heated to generate thermoelectrons and collide with gas molecules in a high vacuum to be ionized.
  • the high-frequency excitation method ionizes gas molecules in a high vacuum by polarization with a high-frequency electric field.
  • an ion gun 53 having the internal structure shown in FIG. 6 is used.
  • the ion gun 53 includes a cylindrical container 56, and further includes an extraction electrode 57, a filament 58, and an introduction pipe 59 for Ar gas and the like installed inside the cylindrical container 56. Ions can be irradiated in parallel in the form of a beam.
  • the ion gun 53 is disposed so that its central axis is inclined with an inclination angle ⁇ with respect to the upper surface (film formation surface) of the substrate A.
  • the inclination angle ⁇ is preferably in the range of 30 to 60 degrees, but in the case of MgO, it is particularly preferably around 45 degrees. Therefore, the ion gun 53 is arranged so as to irradiate ions with an inclination angle ⁇ with respect to the upper surface of the substrate A.
  • the ions irradiated to the substrate A by the ion gun 53 may be ions of rare gases such as He + , Ne + , Ar + , Xe + , Kr + , or mixed ions of these and oxygen ions.
  • the sputter beam irradiation device 54 has a configuration equivalent to that of the ion gun 53, and can irradiate the target 52 with ions to knock out the constituent particles of the target 52.
  • the constituent particles of the target 52 can be knocked out by applying a voltage to the target 52 with a high frequency coil or the like.
  • the sputter beam irradiation device 54 may be omitted.
  • a method for forming a polycrystalline thin film on the substrate A using the apparatus having the above-described configuration will be described.
  • a predetermined target is used, and an angle is set so that ions irradiated from the ion gun 53 can be irradiated at an angle of about 45 degrees with respect to the upper surface of the substrate holder 51. Adjust the adjustment mechanism.
  • the inside of the container containing the substrate is evacuated to form a reduced pressure atmosphere. Then, the ion gun 53 and the sputter beam irradiation device 54 are operated.
  • the constituent particles of the target 52 are knocked out and fly onto the substrate A. Then, the constituent particles knocked out from the target 52 are deposited on the substrate A, and at the same time, a mixed ion of Ar ions and oxygen ions is irradiated from the ion gun 53.
  • the irradiation angle ⁇ at the time of ion irradiation is preferably in the range of 40 to 60 degrees, for example, when forming MgO.
  • the Al 2 O 3 layer (10 nm) as the diffusion prevention layer 12 and the Y 2 O 3 layer (2 nm) as the bed layer 13 are formed five times using the film forming apparatus shown in FIG.
  • An alignment film underlayer for the oxide superconducting conductor that is repeatedly laminated is formed.
  • the film forming conditions of the alignment layer underlayer for the oxide superconducting conductor are as follows.
  • Target An Al 2 O 3 plate having a width of 30 cm and a length of 80 cm and a Y 2 O 3 plate having a width of 30 cm and a length of 20 cm are arranged side by side in the longitudinal direction of the metal tape.
  • Number of lanes 5 Ion gun voltage: 1500V Ion gun current: 500 mA
  • An MgO layer (2 to 10 nm; IBAD-MgO layer) constituting the rock salt structure layer 14 is formed by the IBAD method on the oxide superconductor alignment film base layer formed as described above.
  • the IBAD-MgO layer at this time was produced while an ion assist beam by a rare gas ion beam of Ar or the like was incident on the substrate at 45 degrees at room temperature.
  • MgO is epitaxially grown on the IBAD-MgO layer by an ion beam method to stack an MgO layer (about 100 nm), and a thin film stack 20 as shown in FIG. Formed.
  • the MgO layer at this time was produced at 200 ° C.
  • FIG. 9 shows a MgO (220) positive electrode dot diagram of the prepared MgO layer.
  • the rock salt structure layer 14 (or IBAD-rock salt structure layer 14) includes an IBAD-MgO layer or an MgO layer that is epitaxially grown and stacked with an IBAD-MgO layer.
  • the MgO layer is a concept including an IBAD-MgO layer and an MgO layer that is epitaxially grown and stacked.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing a cross section of the thin film laminate 40 created in Production Example 2.
  • a 10 mm wide Hastelloy tape whose surface is polished is used.
  • An Al 2 O 3 layer (100 nm) is formed as a diffusion preventing layer 42 on the metal base 41 by a sputtering method, and a Y 2 O 3 layer (20 nm) is further formed as a bed layer 43 by a sputtering method.
  • only one diffusion prevention layer 42 and bed layer 43 are formed.
  • an IBAD-MgO layer (about 2 to 10 nm) and an epitaxially grown MgO layer (about 100 nm) are stacked to form a thin film stack 40 as shown in FIG.
  • the full width at half maximum ( ⁇ ) of the crystal axis dispersion in the in-plane direction was measured.
  • the results are also shown in Table 1.
  • the MgO layer 44 is a concept of an IBAD-MgO layer or a layer including an IBAD-MgO layer and an epitaxially grown MgO layer, and corresponds to the rock salt structure layer 14 in Production Example 1.
  • the MgO layer formed in Production Example 1 is formed in the same good crystal orientation state as the MgO layer in Production Example 2.
  • the production time is shorter. It can be shortened and the production cost can be reduced.
  • the alignment layer underlayer for the superconducting conductor of Example 1 has a laminated structure in which the diffusion preventing layer and the bed layer are repeatedly laminated, so that the diffusion preventing effect of the Al 2 O 3 layer that is the diffusion preventing layer is achieved.
  • the trapping effect of the diffusion metal at the interface of each laminated film is added, and the base material constituent elements diffusing from the metal base material can be diffused to the MgO layer and the YBCO superconducting layer even in a high temperature process such as 1000 ° C.
  • Comparative Example 1 As a result of diffusion of atoms constituting the substrate from the metal substrate to the MgO layer and the YBCO superconducting layer by a high-temperature process at 1000 ° C., the crystal orientation of the MgO layer and the YBCO superconducting layer is lowered, and the superconducting characteristics are improved. I can no longer express. From the above, it was confirmed that the alignment layer underlayer for superconducting conductors of Example 1 according to the embodiment of the present invention has a high diffusion preventing effect.
  • the alignment film underlayer of the alignment film is formed by forming a laminated structure in which thin films of a diffusion prevention layer and a bed layer are periodically stacked.
  • a high diffusion preventing effect can be obtained without increasing the film thickness.
  • Base material delivery mechanism 302 Base material take-up mechanism 303a, 303b Target 305a, 305b Turning member group 304 Ion beam generation Source (Ion beam generation mechanism) 307a, 307b particle group

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Abstract

　酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法であって、２種以上のターゲットを基材の表面と対向して、前記基材の長手方向に並べて配置し；イオンビームを前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射して、前記２種以上のターゲットの構成粒子を前記基材の表面に前記２種以上のターゲットの配置順に堆積させ；前記基材を前記構成粒子の堆積領域内を複数回通過させて、この通過毎に前記基材の表面に前記２種以上のターゲットの前記構成粒子を繰り返し堆積させて、前記基材の表面に２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体を形成する。

Description

酸化物超電導導体用配向膜下地層およびその成膜方法およびその成膜装置
　本発明は、酸化物超電導導体用配向膜下地層およびその成膜方法およびその成膜装置に関する。より詳細には、２種以上の薄膜が繰り返し積層された酸化物超電導導体用配向膜下地層とその成膜方法およびその成膜装置に関する。
　本願は、２００９年１０月０７日に、日本国に出願された特願２００９－２３３７６４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　酸化物超電導体を超電導導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体の薄膜を形成する必要がある。
　しかしながら、一般には、金属テープ自体が多結晶体であり、その結晶構造は酸化物超電導体と大きく異なるために、金属テープ上に結晶配向性の良好な酸化物超電導体の薄膜を直接形成することは難しい。
　また、基材と超電導体との間には熱膨張率及び格子定数の差があるため、超電導臨界温度までの冷却の過程で、超電導体に歪みが生じ、又は酸化物超電導体膜が基板から剥離する等の問題もある。
　そこで、金属基材上に中間層（配向膜）を形成し、この中間層（配向膜）の上に酸化物超電導体膜を形成することが行われている。この中間層（配向膜）は、熱膨張率や格子定数等の物理的な特性値が基材と超電導体との中間的な値を示すＭｇＯ、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｒＴｉＯ３等の材料からなる。この中間層（配向膜）の結晶配向は、この中間層の上に形成される酸化物超電導体膜の結晶配向性に大きく影響を及ぼす。
　そのため、本出願人らは、結晶配向性が良好な中間層（配向膜）を形成する成膜方法として、イオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ：Ion Beam Assisted Deposition）を開発した。このイオンビームアシスト法は、イオン銃から発生されたアルゴンイオンと酸素イオン等を同時に斜め方向（例えば、４５度）から照射しながら、スパッタリング法によりターゲットから叩き出した構成粒子を基材上に堆積させる技術である。この方法によれば、基材上に良好な結晶配向を有する中間層（配向膜）を形成することができる。
　更に、この中間層（配向膜）上に酸化物超電導層（酸化物超電導体膜）を成膜する場合、結晶配向性の優れた、臨界電流密度が高い酸化物超電導層を形成することができる。
　また、基材上にＡｌ２Ｏ３膜、Ｙ２Ｏ３膜を順に積層し、その上に中間層（配向膜）をＩＢＡＤ法により形成する検討も行われている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。中間層（配向膜）は、Ｙ２Ｏ３膜（ベッド層）上に形成されることにより、その結晶配向状態をさらに良好なものとすることができる。また、Ａｌ２Ｏ３層（拡散防止層）は、酸化物超電導導体の製造時の高温プロセスにおいて、金属基材から酸化物超電導層へ金属基材構成元素が拡散する問題を防ぐために設けられている。
　ところで、本出願人らは、金属テープ線材に拡散防止層やベッド層を成膜する際、成膜エリアを有効に使用することのできる薄膜の形成方法として、帯状の基材を蒸着粒子の堆積領域内を複数回通過させて、この通過毎に前記帯状の基材上に前記蒸着粒子を堆積させて薄膜を成膜する方法を提案している（例えば、特許文献３を参照）。
　また、複数のターゲットを使用して、繰り返し構造を有する多層膜を形成する方法としては、ターゲットの上部にシャッターやスリットを設けて、蒸着機構の動作を制御する方法（例えば、特許文献４を参照）や、円柱状ドラムの下に複数のターゲットを設け、前記円柱状ドラムに長尺の基材を螺旋状に巻き付けてドラムを回転させる成膜方法（例えば、特許文献５を参照）等がある。
米国特許第６９２１７４１号明細書 米国特許第６９３３０６５号明細書 日本国特開２００４－２６３２２７号公報 日本国特許第２５５８８８０号公報 日本国特開平５－６５８６号公報
　このような精力的な研究開発により、中間層（配向膜）を良好な結晶配向状態で薄膜化する技術が実用化されつつある。しかしながら、中間層（配向膜）の薄膜化により、酸化物超電導導体を製造する時の高温プロセスにおいて、金属基材から金属基材構成元素が酸化物超電導層へと拡散するといった問題がある。
　この問題を解決するためには、金属基材と中間層（配向膜）との間に、拡散防止層などの中間層（配向膜）下地層を介挿することは不可欠である。金属基材構成元素の拡散を防止することは、拡散防止層の膜厚を厚くすることで達成することが可能である。しかしながら、厚膜化すると膜の内部応力が大きくなって、基板が反り返る問題があるため、厚膜化以外の方法で、配向膜下地層の拡散防止効果をさらに高めることが求められている。
　前述した特許文献３に記載された従来技術では、帯状の基材を蒸着粒子の堆積領域内を複数回通過させるための方法として、帯状の基材を巻回する巻回部材を複数個同軸上的に配列してなる一対の巻回部材群を対向配置し、これら一対の巻回部材群に巻回された基材を周回させて蒸着粒子の堆積領域内にて複数列として薄膜形成を行っている。この従来方法によれば、成膜エリアを有効に使用することができるが、２種類以上のターゲットを使用する場合、成膜は２以上のプロセスで行う必要がある。この従来方法により、帯状の基材上に拡散防止層とベッド層とを形成するためには、まず、Ａｌ２Ｏ３等の拡散防止層用のターゲットを設置して拡散防止層の成膜を行った後、前記ターゲットをＹ２Ｏ３等のベッド層用のターゲットに交換する必要があり、生産性の点で問題があった。
　また、複数のターゲットを使用して、繰り返し構造を有する多層膜を形成する方法として前述した特許文献４に記載された成膜方法は、板状の基材への成膜にしか適用できず、長尺の基材への多層膜の成膜方法としては適用できない。
　一方、前述した特許文献５に記載された成膜方法では、良好な結晶配向の単結晶状態の膜を得ることなどは想定していない。
　本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、生産コストの低減が可能であり、拡散防止効果の高い超電導導体用配向膜下地層の成膜方法、より詳しくは、２種以上の薄膜が繰り返し積層された酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法を提供することを第一の目的とする。
　また、本発明は、拡散防止効果の高い酸化物超電導導体用配向膜下地層を提供することを第二の目的とする。
　さらに、本発明は、生産コストの低減が可能であり、拡散防止効果の高い酸化物超電導導体用配向膜下地層の製造装置、より詳しくは、２種以上の薄膜が繰り返し積層された酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置を提供することを第三の目的とする。
　上記の課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用している。
　（１）酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法であって、２種以上のターゲットを、基材の表面と対向するように、前記基材の長手方向に沿って配置し；イオンビームを前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射して、前記２種以上のターゲットの構成粒子を、前記基材の表面に、前記２種以上のターゲットの配置順に堆積させ；前記基材を前記構成粒子の堆積領域内を複数回通過させて、この通過毎に前記基材の表面に前記２種以上のターゲットの前記構成粒子を繰り返し堆積させて、前記基材の表面に２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体を形成する。
　（２）前記２種以上のターゲットは、拡散防止層用材料を用いたターゲットと、ベッド層用材料を用いたターゲットであり；前記ベッド層用材料を用いたターゲットにより形成されたベッド層の表面に、イオンビームアシスト法により岩塩構造層を形成し；前記ベッド層は、前記岩塩構造層の結晶配向性を整えてもよい。
　（３）基材と、イオンビームアシスト法により形成された岩塩構造層との間に設けられる酸化物超電導導体用配向膜下地層であって、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体を備える。
　（４）前記積層体は、拡散防止層とベッド層とが繰り返し積層されてなってもよい。
　（５）酸化物超電導導体用配向膜下地層が上記の（１）に記載の成膜方法により成膜されてもよい。
　（６）酸化物超電導導体用配向膜下地層を形成する成膜装置であって、基材を送り出す基材送出機構と；前記基材を巻取る基材巻取機構と；前記基材送出機構と前記基材巻取機構との間を走行する前記基材の移動方向を転向させる転向部材を複数個同軸的に配列してなる少なくとも一対の転向部材群と；前記転向部材群間を走行する前記基材の表面と対向して、前記基材の長手方向に並べて配置された２種以上のターゲットと；前記２種以上のターゲットにイオンビームを同時に照射するイオンビーム発生機構と；を備える。
　（７）イオンビームを前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射して、前記２種以上のターゲットの構成粒子を前記基材の表面に前記２種以上のターゲットの配置順に堆積させて、前記基材の表面に２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体を形成してもよい。
　（８）前記少なくとも一対の転向部材群は、それぞれの軸が互いに平行するように配置されてもよい。
　（９）前記基材を、前記転向部材群間を複数回走行させることにより、前記２種以上のターゲットの構成粒子の堆積領域内に、複数列の前記基材が配列されてもよい。
　（１０）前記２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体が、少なくとも拡散防止層とベッド層とを含んでもよい。
　本発明の上記の態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法によれば、イオンビームを２種以上のターゲットの表面に同時に照射し、前記２種以上のターゲットの構成成分を基材上に順に堆積させることにより、１プロセスで２種以上の薄膜を繰り返し積層させて酸化物超電導導体用配向膜下地層を形成することができる。これにより、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層構造を有する酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜時間を短縮することができ、生産コストの低減が可能な成膜方法を提供することができる。
　また、本発明の上記の態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層によれば、基材とイオンビームアシスト（ＩＢＡＤ）法により形成された岩塩構造層との間に介挿される酸化物超電導導体用配向膜下地層が、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体を備えることにより、積層されている各薄膜の各界面における拡散元素のトラップ効果も付与することができる。さらに、上記の積層体が拡散防止層とベッド層とが繰り返し積層された積層体であることにより、拡散防止層単体の拡散防止効果に、積層されている各薄膜の各界面における拡散元素のトラップ効果も付与することができるため、拡散防止効果の高い酸化物超電導導体用配向膜下地層を提供することができる。
　さらに、本発明の上記の態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置によれば、複数個の転向部材を有する転向部材群間を走行する前記基材の表面と対向して、前記基材の長手方向に２種以上のターゲットを並べて配置させ、イオンビームを前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射して、前記基材の表面に、１プロセスで２種以上の薄膜を繰り返し積層させることができる。従って、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層構造を有する酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜時間を短縮することができ、生産コストの低減が可能な成膜装置を提供することができる。さらに、基材をそれぞれの軸が互いに平行となるように配置された転向部材群間を複数回走行させることによって、前記基材はこのターゲットの構成粒子の堆積領域内を複数回通過させることになり、前記基材の表面に、１プロセスで２種以上の薄膜を繰り返し積層させてなる積層体を複数層形成することができる。
本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層の一例の超電導導体用配向膜下地層の断面を模式的に示す図である。 本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層上にＭｇＯ層が積層された中間層の一例の断面を模式的に示す図である。 本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層を用いた酸化物超電導導体の一例の断面を模式的に示す図である。 本発明の一態様に係る成膜装置の一例を模式的に示す斜視図である。 ＩＢＡＤ法による成膜装置を模式的に示す図である。 図５に示す成膜装置が備えるイオンガンの一例を模式的に示す図である。 比較例１及び２の薄膜積層体の断面を模式的に示す図である。 比較例１の薄膜積層体に酸化物超電導層が積層された超電導体の断面を模式的に示す図である。 酸化物超電導導体用配向膜下地層上に形成したＭｇＯ膜の（２２０）正極点図である。
　本発明の実施の形態について、以下に詳しく説明する。
　＜酸化物超電導導体用配向膜下地層＞
　まず、本発明の一形態に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層について説明する。
　本発明の一形態に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層は、基材上に、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層構造を有する。図１に、本発明の酸化物超電導導体用配向膜下地層の実施形態の一例の断面を模式的に示す。図１では、基材１１上に、拡散防止層１２とベッド層１３とが、５回繰り返して積層された積層構造となっている。本実施形態では、２種類の薄膜が５回繰り返し積層された酸化物超電導導体用配向膜下地層１０を例示するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　基材１１を構成する材料としては、強度及び耐熱性に優れた、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍо、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｇ等の金属又はこれらの合金を用いることができる。特に好ましいのは、耐食性及び耐熱性の点で優れているステンレス、ハステロイ、その他のニッケル系合金である。あるいは、これらに加えてセラミック製の基材、非晶質合金などを用いても良い。
　図２は、本発明の他の形態に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層の構造を示している。図２に示すように、イオンビームアシスト（ＩＢＡＤ）法により形成された岩塩構造層（以下、「ＩＢＡＤ－岩塩構造層」または「岩塩構造層」ということがある。）１４と、基材１１との間に、拡散防止層１２とベッド層１３との積層体が設けられている。この酸化物超電導導体用配向膜下地層を構成する薄膜として、ＩＢＡＤ－岩塩構造層１４の下地として使用することのできる材料であれば特に限定されないが、拡散防止層１２やベッド層１３の積層体であることが好ましい。図１および図２に示すように、繰り返しの積層構造のうち、基材１１側の層が拡散防止層１２であり、この積層構造の岩塩構造層１４側の層がベッド層１３であることが特に好ましい。拡散防止層１２を基材１１上に積層させることにより、高温プロセスなどにおいて、基材１１から薄膜積層体の表面側に向かう基材構成元素の拡散を抑制することができる。また、ＩＢＡＤ－岩塩構造層１４は、ベッド層１３上に形成されることにより、良好な結晶配向状態で成膜される。
　拡散防止層１２の材料として、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、「アルミナ」とも呼ぶ）、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７などの希土類金属酸化物等が挙げられる。拡散防止層１２は、基材１１の構成元素拡散を防止するために設けられている。拡散防止層１２は、基材１１上に複数層成膜されるが、積層された拡散防止層１２のトータルの膜厚は１０～４００ｎｍの範囲とすることが好ましい。拡散防止層１２のトータルの膜厚が１０ｎｍ未満になると、基材１１の構成元素の拡散を十分に防止できない虞がある。また、各拡散防止層１２（単一の拡散防止層）の膜厚は２ｎｍ以上であることが好ましい。各拡散防止層１２の膜厚が２ｎｍ未満になると、拡散防止層１２の上または下に積層されている薄膜との界面が形成されにくくなり、各薄膜間の界面における拡散元素のトラップ効果が発現できなくなる。
　ベッド層１３は、耐熱性が高く、界面反応性をより低減するためのものであり、その上に配される岩塩構造層１４の配向性を得るために機能する。このようなベッド層１３は、必要に応じて配され、例えば、希土類酸化物層を用いることができる。希土類酸化物として、組成式（α１Ｏ２）２ｘ（β２Ｏ３）（１－Ｘ）で示されるものが挙げられる。ここで、α及びβは希土類元素で０≦ｘ≦１に属するものを指す。より具体的には、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３などを例示することができる。さらに、希土類酸化物として、Ｐｒ６Ｏ１１、及びＴｂ４Ｏ７なども挙げられる。ベッド層１３は、基材１１および拡散防止層１２上に複数層成膜されるが、積層されたベッド層１３のトータルの膜厚は１０～１００ｎｍの範囲であることが好ましい。
　本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層は、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層構造であることにより、基材から薄膜積層体の表面側に向かう基材構成元素の拡散を、各薄膜の各界面においてトラップすることができるため、高い拡散防止効果を実現することができる。
　基材構成元素は、薄膜の種類によって、拡散のしやすさが異なるため、比較的拡散しやすい薄膜を通り抜けたとしても、この薄膜上に拡散しにくい薄膜が積層されていることにより、その薄膜の積層された界面が壁のように機能し、拡散元素はその界面にトラップされる。
　また、基材構成元素の拡散は、単一物質内よりもひずみを有する異種物質の界面を平面方向に優先的に拡散する。本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層は、２種以上の薄膜が繰り返しそれぞれ２層以上積層されているため、この界面が複数存在する。繰り返し構造が多いほど、即ち、界面が多いほど、拡散防止効果は高くなる。
　本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層において、特に高い拡散防止効果が得られるのは、酸化物超電導導体用配向膜下地層１０のような構成をとる場合である。
　例えば、図３に示すように、ベッド層１３の上に岩塩構造層１４や酸化物超電導層１５やキャップ層（図示せず）を形成する場合に、必然的に加熱されたり熱処理される結果として熱履歴を受ける。この場合、酸化物超電導導体用配向膜下地層１０は、拡散防止層１２とベッド層１３とが繰り返し積層された積層構造であることにより、基材１１の構成元素の一部が、酸化物超電導導体用配向膜下地層１０（拡散防止層１２やベッド層１３など）を介して、酸化物超電導層１５側に拡散することを抑制することができる。拡散防止層１２自体の拡散防止効果に、拡散防止層１２とベッド層１３との各界面における拡散元素のトラップ効果も付与することができるため、より効果的に基材構成元素の拡散を抑制することができる。
　また、本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層によれば、従来の拡散防止層とベッド層とを１層ずつ積層させた配向膜下地層に比べて、高い拡散防止効果が得られるため、この酸化物超電導用配向膜下地層の膜厚を薄くすることも可能となる。
　岩塩構造層１４は、結晶構造が岩塩構造を有する。このような岩塩構造を有する材料としては、組成式γＯにて表記されるものが挙げられる。ここで、γとしては、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｒ、Ｃａ及びＢａの何れかの元素が例示される。
　岩塩構造層１４としてＭｇＯ層をＩＢＡＤ法で作製するには、ＭｇＯあるいはＭｇ等をターゲットとして用い、必要に応じて成膜雰囲気中に酸素ガスを供給して、Ａｒ等の希ガスイオンビームによるイオンアシストビームを基材に対して４０度～６０度に入射させながら成膜すればよい。ＩＢＡＤ法で成膜することにより、２軸配向されたＭｇＯ層（岩塩構造層１４）を良好な結晶配向状態で成膜することができる。これにより、ＭｇＯ層（岩塩構造層１４）上に積層される酸化物超電導層を良好な結晶配向状態で形成することができる。ＭｇＯ層（岩塩構造層１４）の厚さは１ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが好ましい。５００ｎｍを超えると表面粗さが大きくなり、臨界電流密度が低下する虞がある。
　本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層の形成方法は、従来公知の成膜法であれば特に限定されないが、後述する超電導導体用配向膜下地層の成膜方法および成膜装置により形成されることが好ましい。
　＜酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法および成膜装置＞
　本発明の酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法及び成膜装置の一実施形態について図面に基づき説明する。本実施形態では、酸化物超電導導体用配向膜下地層１０を例に取り説明することとするが、この酸化物超電導導体用配向膜下地層１０は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
　図４は、酸化物超電導導体用配向膜下地層１０を形成するための成膜装置の概略を示す斜視図である。
　図４に示す成膜装置１００は、処理容器（図示せず）に収容される形態で設けられる成膜装置であり、帯状の基材１０５を走行させつつ、この基材１０５の表面に、２種以上の薄膜を繰り返し連続積層させる。
　この成膜装置１００は、基材１０５がレーストラック状の経路で複数周走行する走行系と、基材１０５の表面と対向して配設された２種の長方形状の板状のターゲット３０３ａ、３０３ｂと、これらのターゲット３０３ａ、３０３ｂの表面に同時にイオンビームＬを照射するイオンビーム発生源（イオンビーム発生機構）３０４とを備えている。上記２種の長方形状の板状のターゲット３０３ａ、３０３ｂは、基材１０５の長手方向（基材の走行方向）に沿って、並んでいる。
　基材１０５がレーストラック状の経路で複数周走行する走行系は、第１転向部材群３０５ａと、第２転向部材群３０５ｂとを備える。第１転向部材群３０５ａは、同軸的に配列された複数個（図４では７個）のリール状の転向部材を備え、基材１０５の走行方向を転向する。同じように、第２転向部材群３０５ｂは、第１転向部材群３０５ａと同様の構造の転向部材を複数個（図４では７個）備えており、これらの複数個の転向部材は同軸的に配列されている。第１転向部材群３０５ａと同じように、第２転向部材群３０５ｂは基材１０５の走行方向を転向する。なお、第１転向部材群３０５ａと第２転向部材群３０５ｂとは、それぞれの軸が互いに平行となるように配置されている。
　さらに、上記走行系は、基材１０５を送り出すための基材送出機構３０１と、基材１０５を巻き取るための基材巻取機構３０２とを備えている。基材送出機構３０１は、第２転向部材群３０５ｂの外側に設けられている。基材巻取機構３０２は、第１転向部材群３０５ａの外側に設けられている。これらの転向部材群３０５ａ、３０５ｂ、基材送出機構３０１、及び基材巻取機構３０２を駆動装置（図示せず）により互いに同期して駆動させることにより、基材送出機構３０１から所定の速度で送り出された基材１０５が転向部材群３０５ａ、３０５ｂを周回し、基材巻取機構３０２に巻き取られる。
　図４に示すように、転向部材群３０５ａ、３０５ｂは、同径の転向部材が同軸的に配列されてなる構成である。また、ターゲット３０３ａ、３０３ｂに対向する基材部分１０６（ターゲット３０３ａ、３０３ｂと対向されて、積層体を形成する基材の部分）が、ターゲット３０３ａ、３０３ｂから等距離に位置している。各転向部材は、基材１０５の幅に応じた軸方向の長さを有し、複数列をなす基材１０５が隙間無く配列されるものが好ましい。
　転向部材群３０５ａ、３０５ｂを構成する各転向部材は、円柱状もしくは円板状、半円柱状もしくは半円板状、楕円柱状もしくは楕円板状など、基材１０５の移動方向を滑らかに転向させる湾曲した側面（湾曲面）を有するものが好ましい。なお、「円柱状もしくは円板状」等は、転向部材の径と軸方向の長さとの比を特に限定しない趣旨である。
　転向部材群３０５ａ、３０５ｂは、搬送される基材１０５とともに回転する構成でも良く、転向部材群３０５ａ、３０５ｂは動かずに、その側面上で基材１０５が滑っている構成でも良い。転向部材群３０５ａ、３０５ｂを回転させる場合には、基材１０５の移動速度に合わせて転向部材群３０５ａ、３０５ｂを回転させる駆動機構（図示せず）を設けても良い。
　転向部材群３０５ａ、３０５ｂの間を走行する基材部分１０６の表面と対向して、基材１０５の長手方向にターゲット３０３ａ、３０３ｂが並べて配置されている。これらのターゲット３０３ａ、３０３ｂには、イオンビーム発生機構３０４からイオンビームＬが照射される。
　ターゲット３０３ａ、３０３ｂは、酸化物超電導導体用配向膜下地層を構成する薄膜を形成するために用いるもので、拡散防止層１２及びベッド層１３として挙げられた材料を好ましいものとして挙げる事ができ、これらターゲット３０３ａ、３０３ｂの形状としては、板状のものが用いられる。
　ターゲット３０３ａ及び３０３ｂにイオンビームＬを照射するイオンビーム発生機構３０４は、ターゲット３０３ａ及び３０３ｂからその構成粒子を叩き出し若しくは蒸発させることが出来るイオンビームＬを発生するものであれば良い。イオン種、出力、照射エネルギー等は、ターゲット３０３ａ及び３０３ｂの材質や成膜速度などに応じて、適宜設定することが可能である。
　本実施形態のイオンビーム発生機構３０４は、図４に示すように、基材１０５の長手方向に並んで配設されたターゲット３０３ａ及び３０３ｂに同時にイオンビームを照射できるような幅を持っている。これにより、ターゲット３０３ａより粒子群３０７ａを、ターゲット３０３ｂより粒子群３０７ｂを同時に発生させて、転向部材群３０５ａ、３０５ｂ間を走行する基材部分１０６の表面に、ターゲット３０３ａ及び３０３ｂの構成粒子を繰り返し堆積させることが出来る。その結果、本実施形態の成膜方法及び成膜装置１００では、従来の成膜装置のように積層毎にターゲットを交換する必要がなく、生産性を大幅に向上させることが可能である。
　成膜装置１００は加熱装置（図示せず）などにより、加熱しながら成膜を行うことも可能である。その場合、加熱装置は、基材１０５の走行系および成膜装置１００全体の少なくとも一つを囲むように設けても良いし、ターゲット３０３ａ及び３０３ｂの構成粒子の堆積領域を走行する基材部分１０６の裏側（積層体が形成されてない表面側）に設けられていても良い。加熱しながら成膜する場合、転向部材群３０５ａ及び３０５ｂは、比較的熱容量の大きいものが好ましい。
　成膜装置１００は、処理容器（図示せず）内に設けられている。この処理容器は、排気孔を介して真空排気装置が接続されており、処理容器内を所定の圧力に減圧することができる構造となっている。これにより、処理容器内が所定の圧力に減圧されている間は、成膜装置１００に取り付けられた基材１０５の長手方向全体が、処理容器内の減圧下に置かれる。
　次に、この成膜装置１００を用いて、図１に示す酸化物超電導導体用配向膜下地層１０を形成する方法について図４に基づき説明する。
　帯状の基材１０５（図１では基材１１）を、表面側（または薄膜を積層する面側）がターゲット３０３ａ、３０３ｂ側になるように回転部材群３０５ａ、３０５ｂに巻回する。図１に示す酸化物超電導導体用配向膜下地層１０は、２種の薄膜が繰り返し５回積層させた積層体であるので、回転部材群３０５ａ、３０５ｂを構成する回転部材の数は５個ずつとし、レーン数を５とする。また、ターゲット３０３ａとして拡散防止層材料からなる板状のターゲットを、ターゲット３０３ｂとしてベッド層材料からなる板状のターゲットを、それぞれ固定具を用いて固定する。ターゲット３０３ａ、３０３ｂの長手方向の長さを適宜調整することにより、所望の膜厚の拡散防止層１２及びベッド層１３を形成することができる。ターゲット３０３ａ、３０３ｂの長手方向の長さは、ターゲットの材質や成膜速度、照射するイオンビームＬのイオン種、出力、照射エネルギーなどを考慮し、適宜調整することが可能である。
　次に、不図示の処理容器内を真空排気装置により所定の圧力に減圧する。ここで、必要に応じて処理容器内に酸素ガスを導入して、処理容器内を酸素雰囲気としても良い。
　次いで、基材送出機構３０１、転向部材群３０５ａ、３０５ｂ、基材巻取機構３０２を同時に駆動し、基材１０５を基材送出機構３０１から基材巻取機構３０２に向けて所定の速度にて移動させる。同時に、加熱しながら成膜したい場合は、不図示の加熱機構により、成膜装置１００全体又は基材１０５を所望の温度に保持する。
　次いで、イオンビーム発生機構３０４によりイオンビームＬをターゲット３０３ａ及びターゲット３０３ｂに同時に照射する。イオンビームＬによりターゲット３０３ａから叩き出され若しくは蒸発される構成粒子は、その放射方向の断面積が拡大した粒子群３０７ａとなり、ターゲット３０３ａと対向して走行する基材部分１０６上の堆積領域を覆う。また、イオンビームＬによりターゲット３０３ｂから叩き出され若しくは蒸発される構成粒子は、その放射方向の断面積が拡大した粒子群３０７ｂとなり、ターゲット３０３ｂと対向して走行する基材部分１０６上の堆積領域を覆う。
　これにより、基材１０５は転向部材群３０５ａから転向部材群３０５ｂに向かって周回する間に、その上に、ターゲット３０３ａより拡散防止層１２が成膜され、更にその上にターゲット３０３ｂよりベッド層１３が順次積層される。本実施形態では、レーン数が５であるため、基材１０５は、粒子群３０７ａ、３０７ｂ内を５回通過することになる。粒子群３０７ａ、３０７ｂの通過毎に、拡散防止層１２及びベッド層１３が順次成膜される。その結果、図１に示すような、拡散防止層１２とベッド層１３が繰り返し積層された酸化物超電導導体用配向膜下地層１０が成膜される。
　本実施形態では、拡散防止層１２とベッド層１３が５回繰り返して積層された酸化物超電導導体用配向膜下地層１０について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。成膜装置１００において、走行する基材１０５の長手方向に並んで配置されたターゲットの数を増やすことで、３種以上の薄膜を繰り返し積層することも可能である。
　本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法によれば、イオンビームを２種以上のターゲットの表面に同時に照射し、このターゲットの構成粒子を叩き出し若しくは蒸着させ、前記２種以上のターゲットの構成成分を帯状の基材上に順に堆積させることにより、１プロセスで２種以上の薄膜を繰り返し積層させて酸化物超電導導体用配向膜下地層を形成することができる。これにより、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層構造を有する酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜時間の短縮が可能となり、生産コストの低減が可能な成膜方法を提供することができる。
　さらに、本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置によれば、それぞれの軸が互いに平行となるように配置された転向部材群に、帯状の基材を周回させ、転向部材群間を走行する前記基材の表面と対向して、前記基材の長手方向に２種以上のターゲットを並べて配置させ、イオンビームを前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射して、このターゲットの構成粒子を叩き出し若しくは蒸着させることにより、前記帯状の基材はこのターゲットの構成粒子の堆積領域内を複数回通過させられる。これにより、前記基材上に、１プロセスで２種以上の薄膜を繰り返し積層させることができるため、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層構造を有する酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜時間の短縮が可能となり、生産コストの低減が可能な成膜装置を提供することができる。
　まず、本実施例で用いた、ＩＢＡＤ法による成膜装置について説明する。
　図５は、多結晶薄膜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、スパッタ装置にイオンビームアシスト用のイオンガンを設けた構成となっている。
　この成膜装置は、基材Ａを水平に保持する基材ホルダ５１と、板状のターゲット５２と、イオンガン５３と、スパッタビーム照射装置５４を主体として構成されている。
　板状のターゲット５２は、この基材ホルダ５１の斜め上方（例え、斜め左側の上方）に所定間隔をもって、基材ホルダ５１と斜めに対向するように配置され、かつ、ターゲット５２と離間して配置されている。
　イオンガン５３は、基材ホルダ５１の斜め上方（例え、斜め右側の上方）に所定間隔をもって、基材ホルダ５１と斜めに対向するように配置され、かつ、ターゲット５２と離間して配置されている。
　スパッタビーム照射装置５４は、ターゲット５２の下方において、ターゲット５２の下面（ターゲット５２等とは反対側の面）に向けて配置されている。また、図中符号５５は、ターゲット５２を保持したターゲットホルダを示している。
　また、前記成膜装置は、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。更に前記真空容器には、ガスボンベ等の雰囲気ガス供給源が接続されていて、真空容器の内部を真空等の低圧状態で、かつ、アルゴンガスあるいはその他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不活性ガス雰囲気にすることができる。
　なお、本実施例では、基材Ａとしては、図４に示す成膜装置１００で作成した酸化物超電導導体用配向膜下地層１０に用いられた基材１１を用いた。
　なお、基材Ａとして長尺の金属テープを用いる場合、真空容器の内部に金属テープの送出装置と巻取装置を設け、送出装置から連続的に基材ホルダ５１に基材Ａを送り出し、続いて巻取装置で巻き取ることでテープ状の基材上に多結晶薄膜を連続成膜することができる。
　基材ホルダ５１の内部に加熱ヒータを備えている。この加熱ヒータにより、基材ホルダ５１の上に位置された基材Ａを所用の温度に加熱することができる。また、基材ホルダ５１の底部（基材Ａが形成された面とは反対側の面）には、基材ホルダ５１の水平角度を調整する角度調整機構が設置されている。なお、これのみに限定されず、この角度調整機構をイオンガン５３に取り付けてイオンガン５３の傾斜角度を調整し、イオンの照射角度を調整するようにしても良い。
　ターゲット５２は、目的とする岩塩構造層であるＭｇＯ層を形成するためのものであり、具体的には、ＭｇＯあるいはＭｇを用い、必要に応じて成膜雰囲気中に酸素ガスを供給して成膜すればよい。
　イオンガン５３は、その容器の内部に、イオン化させるガスを導入し、その正面に引き出し電極を備えて構成されている。そして、ガスの原子または分子の一部をイオン化し、そのイオン化した粒子を引き出し電極で発生させた電界で制御してイオンビームとして照射する装置である。ガスをイオン化するには高周波励起方式、フィラメント式等の種々のものがある。フィラメント式はタングステン製のフィラメントに通電加熱して熱電子を発生させ、高真空中でガス分子と衝突させてイオン化する方法である。また、高周波励起方式は、高真空中のガス分子を高周波電界で分極させてイオン化するものである。
　本実施例においては、図６に示す構成の内部構造を有するイオンガン５３を用いる。このイオンガン５３は、筒状の容器５６を備え、さらにこの筒状の容器５６の内部に設置された引出電極５７とフィラメント５８とＡｒガス等の導入管５９とを備え、かつ容器５６の先端からイオンをビーム状に平行に照射することができる。
　イオンガン５３は、図５に示すように、その中心軸が基材Ａの上面（成膜面）に対して傾斜角度θをもって傾斜するように、対向配置されている。この傾斜角度θは３０度～６０度の範囲が好ましいが、ＭｇＯの場合に、特に４５度前後が好ましい。従ってイオンガン５３は、基材Ａの上面に対して傾斜角θでもってイオンを照射することができるように配置されている。なお、イオンガン５３によって基材Ａに照射されるイオンは、Ｈｅ+、Ｎｅ+、Ａｒ+、Ｘｅ+、Ｋｒ+等の希ガスのイオン、あるいは、それらと酸素イオンとの混合イオン等で良い。
　スパッタビーム照射装置５４は、イオンガン５３と同等の構成を形成し、ターゲット５２に対してイオンを照射して、ターゲット５２の構成粒子を叩き出すことができるものである。なお、本実施形態に係る装置では、ターゲット５３の構成粒子を叩き出すことができることが重要であるので、ターゲット５２に高周波コイル等で電圧を印可して、ターゲット５２の構成粒子を叩き出し可能なように構成し、スパッタビーム照射装置５４を省略しても良い。
　次に、前記構成を有する装置を用いて、基材Ａ上に多結晶薄膜を形成する方法について説明する。基材Ａ上に多結晶薄膜を形成するには、所定のターゲットを用いるとともに、イオンガン５３から照射されるイオンが基材ホルダ５１の上面に対して４５度前後の角度で照射できるように、角度調整機構を調節する。次に基材を収納している容器の内部を真空引きして減圧雰囲気とする。そして、イオンガン５３とスパッタビーム照射装置５４とを作動させる。
　スパッタビーム照射装置５４からターゲット５２にイオンを照射すると、ターゲット５２の構成粒子が叩き出されて基材Ａ上に飛来する。そして、基材Ａ上に、ターゲット５２から叩き出した構成粒子を堆積させると同時に、イオンガン５３からＡｒイオンと酸素イオンとの混合イオンを照射する。このイオン照射する際の照射角度θは、たとえばＭｇＯを形成する際には、４０～６０度の範囲が好適である。
　以下、実施例をもって本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
　＜製造例１＞
　製造例１では、図１に示す積層構造の酸化物超電導導体用配向膜下地層を製造する。
　金属基材１１として、表面を研磨した１０ｍｍ幅のハステロイテープを使用する。この金属基材１１上に、図４に示す成膜装置を用いて、拡散防止層１２としてＡｌ２Ｏ３層（１０ｎｍ）を、ベッド層１３としてＹ２Ｏ３層（２ｎｍ）を、５回繰り返して積層した酸化物超電導導体用配向膜下地層を形成する。酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜条件は以下の通りである。
　ターゲット数：２
　ターゲット：幅３０ｃｍ、長さ８０ｃｍのＡｌ２Ｏ３板と、幅３０ｃｍ、長さ２０ｃｍのＹ２Ｏ３板とを金属テープの長手方向に並べて配置
　レーン数：５
　イオンガン電圧：１５００Ｖ
　イオンガン電流：５００ｍＡ
　基材の走行速度：１５０ｍ／ｈ
　成膜温度：室温
　以上に形成された酸化物超電導導体用配向膜下地層上に、ＩＢＡＤ法によって岩塩構造層１４を構成するＭｇＯ層（２～１０ｎｍ；ＩＢＡＤ－ＭｇＯ層）を形成する。このときのＩＢＡＤ－ＭｇＯ層は、室温で、Ａｒ等の希ガスイオンビームによるイオンアシストビームを基材に対して４５度に入射させながら作製されたものである。
　次いで、半値幅（ΔΦ）を測定するために、ＩＢＡＤ－ＭｇＯ層上に、イオンビーム法によりＭｇＯをエピタキシャル成長させてＭｇＯ層（約１００ｎｍ）を積層し、図２に示すような薄膜積層体２０を形成した。このときのＭｇＯ層は２００℃で作製した。このように作製されたＭｇＯ層について、面内方向の結晶軸分散の半値幅（ΔΦ）を測定した。その結果を表１に示す（実施例１～４）。また、作成したＭｇＯ層のＭｇＯ（２２０）正極点図を図９に示す。
　本発明に関する説明において、特に説明がない限り、岩塩構造層１４（又はＩＢＡＤ－岩塩構造層１４）は、ＩＢＡＤ－ＭｇＯ層、又はＩＢＡＤ－ＭｇＯ層とエピタキシャル成長させて積層されたＭｇＯ層とを含む層の概念である。製造例の説明で、特に説明がない限り、ＭｇＯ層とは、ＩＢＡＤ－ＭｇＯ層とエピタキシャル成長させて積層されたＭｇＯ層とを含む概念である。
　＜製造例２＞
　図７は、製造例２で作成した薄膜積層体４０の断面を模式的に示す図である。
　金属基材４１として、表面を研磨した１０ｍｍ幅のハステロイテープを使用する。この金属基材４１上に、拡散防止層４２としてＡｌ２Ｏ３層（１００ｎｍ）をスパッタリング法により形成した後、さらにベッド層４３としてＹ２Ｏ３層（２０ｎｍ）をスパッタリング法により形成する。図７に示したように、拡散防止層４２とベッド層４３とが一層のみ形成されている。
　製造例１と同様にして、ＩＢＡＤ－ＭｇＯ層（約２～１０ｎｍ）とエピタキシャル成長させたＭｇＯ層（約１００ｎｍ）を積層して、図７に示すような薄膜積層体４０を形成し、ＭｇＯ層４４の面内方向の結晶軸分散の半値幅（ΔΦ）を測定した。その結果を表１に併せて示す。
　ここで、ＭｇＯ層４４とは、ＩＢＡＤ－ＭｇＯ層、又はＩＢＡＤ－ＭｇＯ層とエピタキシャル成長させたＭｇＯ層とを含む層の概念であって、製造例１における岩塩構造層１４に対応する概念である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示す結果から分かるように、製造例１で形成されたＭｇＯ層は、製造例２のＭｇＯ層と同程度の良好な結晶配向状態で成膜されている。製造例１では、ターゲットの交換が不要であり、１プロセスで多層膜の成膜が可能であり、製造例２のようにターゲット交換が必要である従来の成膜方法に比べて、製造時間の短縮が可能であり、生産コストを削減することができる。
　また、表１に示されている実施例１で作成したＭｇＯ層上にＹＢＣＯ超電導層（酸化物超導電層１５）（ＹＢＣＯ：ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｘ）をＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）によって、１０００℃で、１０００ｎｍ形成した（積層構造は図３を参照）。その特性を評価した結果、液体窒素温度において、臨界電流密度Ｊｃ＝２．９ＭＡ／ｃｍ２、臨界電流Ｉｃ＝２９０Ａの高特性が得られていることが確認された。一方、表１に示されている比較例１で作成したＭｇＯ層上に、ＹＢＣＯ超電導層をＰＬＤ法によって１０００℃で１０００ｎｍ形成し、その特性を評価したところ、超電導特性は発現しなかった（積層構造は図８を参照）。この結果より、実施例１の超電導導体用配向膜下地層は、拡散防止層とベッド層とが繰り返し積層された積層構造を有することにより、拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の拡散防止効果に加え、さらに、各積層膜の界面における拡散金属のトラップ効果が加わり、１０００℃のような高温プロセスにおいても、金属基材から拡散する基材構成元素をＭｇＯ層およびＹＢＣＯ超電導層へ拡散させること無く、高い拡散防止効果を有している。一方、比較例１では、１０００℃の高温プロセスにより、金属基板から基板構成原子がＭｇＯ層およびＹＢＣＯ超電導層へと拡散した結果、ＭｇＯ層およびＹＢＣＯ超電導層の結晶配向性が低下し、超電導特性を発現できなくなってしまった。以上より、本発明の実施形態に係る実施例１の超電導導体用配向膜下地層は、拡散防止効果が高いことが確認された。
　以上の結果より、本発明の態様に係る超電導導体用配向膜下地層によれば、拡散防止層とベッド層との薄膜を周期的に積層させた積層構造とすることにより、配向膜下地層の膜厚を厚膜化することなく、高い拡散防止効果が得られる。
　また、本発明の態様に係る超電導導体用配向膜下地層の成膜方法および成膜装置によれば、拡散防止効果の高い超電導導体用配向膜下地層を１プロセスで作成することが可能であり、製造時間の短縮により、生産コストを削減することができる。
　１１、４１　　　　　　基材
　１２、４２　　　　　　拡散防止層
　１３、４３　　　　　　ベッド層
　１４、４４　　　　　　岩塩構造層
　１０５　　　　　　　　基材
　３０１　　　　　　　　基材送出機構
　３０２　　　　　　　　基材巻取機構
　３０３ａ、３０３ｂ　　ターゲット
　３０５ａ、３０５ｂ　　転向部材群
　３０４　　　　　　　　イオンビーム発生源（イオンビーム発生機構）
　３０７ａ、３０７ｂ　　粒子群
 

Claims (10)

  1. 　酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法であって、
    　２種以上のターゲットを、基材の表面と対向するように、前記基材の長手方向に沿って配置し；
    　イオンビームを前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射して、前記２種以上のターゲットの構成粒子を、前記基材の表面に、前記２種以上のターゲットの配置順に堆積させ；
    　前記基材を前記構成粒子の堆積領域内を複数回通過させて、この通過毎に前記基材の表面に前記２種以上のターゲットの前記構成粒子を繰り返し堆積させて、前記基材の表面に２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体を形成することを特徴とする酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法。
  2. 　前記２種以上のターゲットは、拡散防止層用材料を用いたターゲットと、ベッド層用材料を用いたターゲットであり；
    　前記ベッド層用材料を用いたターゲットにより形成されたベッド層の表面に、イオンビームアシスト法により岩塩構造層を形成し；
    　前記ベッド層は、前記岩塩構造層の結晶配向性を整えることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法。
  3. 　基材と、イオンビームアシスト法により形成された岩塩構造層との間に設けられる酸化物超電導導体用配向膜下地層であって、
    　２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体を備えることを特徴とする酸化物超電導導体用配向膜下地層。
  4. 　前記積層体は、拡散防止層とベッド層とが繰り返し積層されてなることを特徴とする請求項３に記載の酸化物超電導導体用配向膜下地層。
  5. 　請求項１に記載の成膜方法により成膜された請求項３に記載の酸化物超電導導体用配向膜下地層。
  6. 　酸化物超電導導体用配向膜下地層を形成する成膜装置であって、
    　基材を送り出す基材送出機構と；
    　前記基材を巻取る基材巻取機構と；
    　前記基材送出機構と前記基材巻取機構との間を走行する前記基材の移動方向を転向させる転向部材を複数個同軸的に配列してなる少なくとも一対の転向部材群と；
    　前記転向部材群間を走行する前記基材の表面と対向して、前記基材の長手方向に並べて配置された２種以上のターゲットと；
    　前記２種以上のターゲットにイオンビームを同時に照射するイオンビーム発生機構と；
    を備えることを特徴とする酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置。
  7. 　イオンビームを前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射して、前記２種以上のターゲットの構成粒子を前記基材の表面に前記２種以上のターゲットの配置順に堆積させて、前記基材の表面に２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体を形成することを特徴とする請求項６に記載の酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置。
  8. 　前記少なくとも一対の転向部材群は、それぞれの軸が互いに平行するように配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置。
  9. 　前記基材を、前記転向部材群間を複数回走行させることにより、前記２種以上のターゲットの構成粒子の堆積領域内に、複数列の前記基材が配列されることを特徴とする請求項６又は７に記載の酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置。
  10. 　前記２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体が、少なくとも拡散防止層とベッド層とを含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置。
     
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