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JP2996568B2 - Method for producing polycrystalline thin film and method for producing oxide superconducting conductor - Google Patents
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JP2996568B2 - Method for producing polycrystalline thin film and method for producing oxide superconducting conductor - Google Patents

Method for producing polycrystalline thin film and method for producing oxide superconducting conductor

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JP2996568B2
JP2996568B2 JP4293464A JP29346492A JP2996568B2 JP 2996568 B2 JP2996568 B2 JP 2996568B2 JP 4293464 A JP4293464 A JP 4293464A JP 29346492 A JP29346492 A JP 29346492A JP 2996568 B2 JP2996568 B2 JP 2996568B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は結晶方位の整った多結晶
薄膜の製造方法と結晶方位の整った酸化物超電導導体の
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a polycrystalline thin film having a uniform crystal orientation and a method for producing an oxide superconductor having a uniform crystal orientation.

【0002】[0002]

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

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

【0004】従来、基板や金属テープなどの基材上に結
晶配向性の良好な酸化物超電導層を形成するために種々
の手段が試みられてきた。その1つの方法として、酸化
物超電導体と結晶構造の類似したMgOあるいはSrT
iO3などの単結晶基材を用い、これらの単結晶基材上
にスパッタリングなどの成膜法により酸化物超電導層を
形成する方法が実施されている。
Conventionally, various means have been tried to form an oxide superconducting layer having good crystal orientation on a substrate such as a substrate or a metal tape. As one of the methods, MgO or SrT having a crystal structure similar to that of an oxide superconductor is used.
A method of forming an oxide superconducting layer on a single crystal substrate such as iO 3 by a film formation method such as sputtering using a single crystal substrate such as iO 3 has been practiced.

【0005】前記MgOやSrTiO3の単結晶基材を
用いてスパッタリングなどの成膜法を行なえば、酸化物
超電導層の結晶が単結晶基材の結晶を基に結晶成長する
ために、その結晶配向性を良好にすることが可能であ
り、これらの単結晶基材上に形成された酸化物超電導層
は、数十万〜数百万A/cm2程度の十分に高い臨界電
流密度を発揮することが知られている。
If a film forming method such as sputtering is performed using the single crystal base material of MgO or SrTiO 3 , the crystal of the oxide superconducting layer grows on the basis of the crystal of the single crystal base material. It is possible to improve the orientation, and the oxide superconducting layer formed on these single-crystal substrates exhibits a sufficiently high critical current density of about several hundred thousand to several million A / cm 2. It is known to

【0006】[0006]

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

【0007】そこで従来、金属テープなどの基材上に、
スパッタ装置を用いてMgOやSrTiO3などの中間
層を被覆し、この中間層上に酸化物超電導層を形成する
ことが行なわれている。ところがこの種の中間層上にス
パッタ装置により形成した酸化物超電導層は、単結晶基
材上に形成された酸化物超電導層よりもかなり低い臨界
電流密度(例えば数千〜一万A/cm2程度)しか示さ
ないという問題があった。これは、以下に説明する理由
によるものと考えられる。
Therefore, conventionally, on a base material such as a metal tape,
2. Description of the Related Art An intermediate layer such as MgO or SrTiO 3 is coated by using a sputtering apparatus, and an oxide superconducting layer is formed on the intermediate layer. However, the oxide superconducting layer formed on this kind of intermediate layer by a sputtering apparatus has a critical current density (for example, several thousand to 10,000 A / cm 2) which is much lower than that of an oxide superconducting layer formed on a single crystal substrate. Degree). This is considered to be due to the following reason.

【0008】図9は、金属テープなどの基材1上にスパ
ッタ装置により中間層2を形成し、この中間層2上にス
パッタ装置により酸化物超電導層3を形成した酸化物超
電導導体の断面構造を示すものである。図9に示す構造
において、酸化物超電導層3は多結晶状態であり、多数
の結晶粒4が無秩序に結合した状態となっている。これ
らの結晶粒4の1つ1つを個々に見ると各結晶粒4の結
晶のc軸は基材表面に対して垂直に配向しているもの
の、a軸とb軸は無秩序な方向を向いているものと考え
られる。
FIG. 9 shows a sectional structure of an oxide superconducting conductor in which an intermediate layer 2 is formed on a base material 1 such as a metal tape by a sputtering device, and an oxide superconducting layer 3 is formed on the intermediate layer 2 by a sputtering device. It shows. In the structure shown in FIG. 9, the oxide superconducting layer 3 is in a polycrystalline state, and many crystal grains 4 are in a state of being randomly combined. Looking at each of these crystal grains 4 individually, the c-axis of the crystal of each crystal grain 4 is oriented perpendicular to the substrate surface, but the a-axis and b-axis are oriented in a random direction. It is thought that it is.

【0009】このように酸化物超電導層の結晶粒毎にa
軸とb軸の向きが無秩序になると、結晶配向性の乱れた
結晶粒界において超電導状態の量子的結合性が失なわれ
る結果、超電導特性、特に臨界電流密度の低下を引き起
こすものと思われる。また、前記酸化物超電導体がa軸
およびb軸配向していない多結晶状態となるのは、その
下に形成された中間層2がa軸およびb軸配向していな
い多結晶状態であるために、酸化物超電導層3を成膜す
る場合に、中間層2の結晶に整合するように酸化物超電
導層3が成長するためであると思われる。
As described above, a for each crystal grain of the oxide superconducting layer
When the directions of the axis and the b-axis become disordered, it is considered that the quantum coupling of the superconducting state is lost at the crystal grain boundaries in which the crystal orientation is disordered, resulting in a decrease in superconducting properties, particularly, a critical current density. The oxide superconductor is in a polycrystalline state in which the a-axis and b-axis are not oriented because the intermediate layer 2 formed thereunder is in a polycrystalline state in which the a-axis and the b-axis are not oriented. This is probably because the oxide superconducting layer 3 grows so as to match the crystal of the intermediate layer 2 when the oxide superconducting layer 3 is formed.

【0010】ところで、前記酸化物超電導体の応用分野
以外において、多結晶体の基材上に各種の配向膜を形成
する技術が利用されている。例えば光学薄膜の分野、光
磁気ディスクの分野、配線基板の分野、高周波導波路や
高周波フィルタ、空洞共振器などの分野であるが、いず
れの技術においても基材上に膜質の安定した配向性の良
好な多結晶薄膜を形成することが課題となっている。即
ち、多結晶薄膜の結晶配向性が良好であるならば、その
上に形成される光学薄膜、磁性薄膜、配線用薄膜などの
質が向上するわけであり、更に基材上に結晶配向性の良
好な光学薄膜、磁性薄膜、配線用薄膜などを直接形成で
きるならば、なお好ましい。
By the way, other than the application field of the oxide superconductor, a technique of forming various alignment films on a polycrystalline base material is used. For example, in the field of optical thin films, the field of magneto-optical disks, the field of wiring boards, the fields of high-frequency waveguides, high-frequency filters, and cavity resonators. The problem is to form a good polycrystalline thin film. That is, if the crystal orientation of the polycrystalline thin film is good, the quality of the optical thin film, the magnetic thin film, the wiring thin film, etc. formed thereon is improved, and the crystal orientation is further improved on the base material. It is more preferable if a good optical thin film, magnetic thin film, thin film for wiring, etc. can be directly formed.

【0011】また、高周波数帯域で使用される磁気ヘッ
ドのコア材として、高透磁率を有し、熱的にも安定なパ
ーマロイ、あるいは、センダストなどの磁性薄膜が実用
化されている。これらの磁性薄膜は、従来、蒸着やスパ
ッタにより所定の基板上に形成されるが、これらの磁性
薄膜の結晶方位の配向性が低いものであると、磁性薄膜
の磁気異方性の制御が困難になり、膜面内では結晶粒の
方位が無秩序になり、透磁率の高周波特性が損なわれる
問題があった。また、膜面内での結晶軸の軸方向が無秩
序であると、面内磁化にスキューやリップルと呼ばれる
局所的なゆらぎが発生し、前述のように透磁率の高周波
特性が損なわれることになる。
Further, as a core material of a magnetic head used in a high frequency band, a magnetic thin film such as permalloy or sendust which has high magnetic permeability and is thermally stable has been put to practical use. Conventionally, these magnetic thin films are formed on a predetermined substrate by vapor deposition or sputtering. However, if these magnetic thin films have low crystal orientation, it is difficult to control the magnetic anisotropy of the magnetic thin film. And the orientation of the crystal grains becomes disordered in the film plane, and there is a problem that the high frequency characteristics of the magnetic permeability are impaired. In addition, when the axial direction of the crystal axis in the film plane is disordered, local fluctuation called skew or ripple occurs in the in-plane magnetization, and the high-frequency characteristic of the magnetic permeability is impaired as described above. .

【0012】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、基材の成膜面に対して直角向きに結晶軸のc
軸を配向させることができると同時に、成膜面と平行な
面に沿って結晶粒の結晶軸のa軸およびb軸をも揃える
ことができ、結晶配向性に優れた多結晶薄膜を提供する
こと、および、結晶配向性に優れた酸化物超電導層を備
えた酸化物超電導導体を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has a crystal axis c perpendicular to a film-forming surface of a substrate.
The axis can be oriented, and at the same time, the a-axis and the b-axis of the crystal axes of the crystal grains can be aligned along a plane parallel to the film-forming surface, thereby providing a polycrystalline thin film having excellent crystal orientation. It is another object of the present invention to provide an oxide superconducting conductor including an oxide superconducting layer having excellent crystal orientation.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は前
記課題を解決するために、スパッタリングによりターゲ
ットの構成粒子を叩き出して金属の基材上に堆積させ、
金属の基材上に多結晶薄膜を形成する方法であって、前
記構成粒子を基材上に堆積させる際に、ターゲットから
叩き出して基材上の成膜面に堆積させる構成粒子の外
に、イオン源が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55〜60度の範囲の入射
角度で照射しながら前記構成粒子を基材上に堆積させる
とともに、前記ターゲットとして、安定化ジルコニア、
MgO、SrTiO3のいずれかからなるものを用い、
得られる多結晶薄膜を構成する多数の結晶粒における膜
面方の特定の結晶軸どうしがなす粒界傾角を25度以内
とすることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is characterized in that constituent particles of a target are beaten out by sputtering and deposited on a metal base material,
A method of forming a polycrystalline thin film on a metal substrate, wherein when the constituent particles are deposited on the base material, the constituent particles are beaten out of a target and deposited on a film-forming surface on the base material. Depositing the constituent particles on the substrate while irradiating the ion beam generated by the ion source at an incident angle in the range of 55 to 60 degrees from an oblique direction with respect to the normal to the film forming surface of the substrate, As the target, stabilized zirconia,
Using any one of MgO and SrTiO 3 ,
Film with many crystal grains constituting the obtained polycrystalline thin film
It is characterized in that the grain boundary tilt angle formed between the specific crystal axes of the plane is within 25 degrees.

【0014】請求項2記載の発明は前記課題を解決する
ために、スパッタリングによりターゲットの構成粒子を
叩き出して金属の基材上に堆積させ、金属の基材上に多
結晶薄膜を形成する方法であって、前記構成粒子を基材
上に堆積させる際に、ターゲットから叩き出して基材上
の成膜面に堆積させる構成粒子の外に、イオン源が発生
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55〜60度の範囲の入射角度で照射しながら
前記構成粒子を基材上に堆積させるとともに、前記ター
ゲットとして、安定化ジルコニア、MgO、SrTiO
3のいずれかからなるものを用い、前記イオンビームの
電流密度を20μA/cm2以上、イオンビーム電圧を
150V以上で700V未満として得られる多結晶薄膜
を構成する多数の結晶粒における膜面方向の特定の結晶
軸どうしがなす粒界傾角を25度以内とすることを特徴
とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for forming a polycrystalline thin film on a metal substrate by punching out constituent particles of a target by sputtering and depositing the particles on a metal substrate. a is, the configuration particles when deposited on the substrate, outside the constituent particles to be deposited hammered from the target to the deposition surface on a substrate, the substrate of the ion beam ion source caused The constituent particles are deposited on the base material while irradiating at an incident angle in the range of 55 to 60 degrees from an oblique direction with respect to the normal to the film forming surface, and stabilized zirconia, MgO, SrTiO is used as the target.
3 , a polycrystalline thin film obtained by setting the current density of the ion beam at 20 μA / cm 2 or more and the ion beam voltage at 150 V or more and less than 700 V.
Specific crystal in the direction of the film plane in many crystal grains constituting
The grain boundary inclination angle between the axes is set to be within 25 degrees.

【0015】請求項3記載の発明は前記課題を解決する
ために、先に記載の方法において安定化ジルコニア、M
gO、SrTiO 3 のうちのいずれかからなる立方晶系
の多結晶薄膜の各結晶粒のc軸を基材成膜面に直角に向
け、各結晶粒のa軸どうしあるいはb軸どうしがなす粒
界傾角を25度以下とすることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method as set forth above, wherein the stabilized zirconia, M
cubic system composed of any of gO and SrTiO 3
The c-axis of each crystal grain of the polycrystalline thin film is oriented perpendicular to the substrate deposition surface.
The grains formed by the a-axes or b-axes of each crystal grain
The field inclination angle is set to 25 degrees or less.

【0016】請求項4記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項1、2または記載のイオンとして、不
活性ガスイオン、あるいは、不活性ガスと酸素ガスの混
合イオンを用いるものである。
According to a fourth aspect of the present invention, an inert gas ion or a mixed ion of an inert gas and an oxygen gas is used as the ion according to the first , second or third aspect of the present invention. is there.

【0017】請求項5記載の発明は前記課題を解決する
ために、スパッタリングによりターゲットの構成粒子を
叩き出して金属の基材上に堆積させ、金属の基材上に多
結晶薄膜を形成し、次いでこの多結晶薄膜上に酸化物超
電導層を形成する酸化物超電導導体の製造方法であっ
、前記構成粒子を基材上に堆積させる際に、ターゲッ
トから叩き出して基材上の成膜面に堆積させる構成粒子
の外に、イオン源が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50〜60度の範囲の
入射角度で照射しつつスパッタ粒子を堆積させるととも
に、前記ターゲットとして、安定化ジルコニア、Mg
O、SrTiO3のいずれかからなるものを用いて多数
の結晶粒における膜面方向の特定の結晶軸どうしがなす
粒界傾角を25度以下とした多結晶薄膜を形成し、この
多結晶薄膜上に酸化物超電導層を形成するものである。
[0017] For the invention of claim 5, wherein to solve the above problems, by sputtering and hammered out the constituent particles of the target is deposited on a metal substrate, forming a polycrystalline thin film on a metal substrate, Next, a method for producing an oxide superconducting conductor in which an oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film is described .
Te, when depositing the constituent particles on a substrate, outside the constituent particles to be deposited hammered from the target to the deposition surface on a substrate, the substrate of the ion beam ion source caused deposition While irradiating the sputtered particles while irradiating at an incident angle in the range of 50 to 60 degrees from an oblique direction with respect to the normal to the surface, stabilized zirconia, Mg
O, many with one made of any of the SrTiO 3
Between specific crystallographic axes in the film plane direction
A polycrystalline thin film having a grain boundary inclination angle of 25 degrees or less is formed, and an oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film.

【0018】請求項6記載の発明は前記課題を解決する
ために、スパッタリングによりターゲットの構成粒子を
叩き出して金属の基材上に堆積させ、金属の基材上に多
結晶薄膜を形成し、次いでこの多結晶薄膜上に酸化物超
電導層を形成する酸化物超電導導体の製造方法であっ
、前記構成粒子を基材上に堆積させる際に、ターゲッ
トから叩き出して基材上の成膜面に堆積させる構成粒子
の外に、イオン源が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50〜60度の範囲の
入射角度で照射しつつスパッタ粒子を堆積させるととも
に、前記ターゲットとして、安定化ジルコニア、Mg
O、SrTiO3のいずれかからなるものを用い、前記
イオンビームの電流密度を20μA/cm2以上、イオ
ンビーム電圧を150V以上で700V未満として多数
の結晶粒における膜面方向の特定の結晶軸どうしがなす
粒界傾角を25度以下とした多結晶薄膜を形成し、この
多結晶薄膜上に酸化物超電導層を形成するものである。
[0018] For the invention of claim 6, wherein to solve the above problems, sputtering hammered out the constituent particles of the target is deposited on a metal substrate by, forming a polycrystalline thin film on a metal substrate, Next, a method for producing an oxide superconducting conductor in which an oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film is described .
Te, when depositing the constituent particles on a substrate, outside the constituent particles to be deposited hammered from the target to the deposition surface on a substrate, the substrate of the ion beam ion source caused deposition While irradiating the sputtered particles while irradiating at an incident angle in the range of 50 to 60 degrees from an oblique direction with respect to the normal to the surface, stabilized zirconia, Mg
O, using one made of any one of SrTiO 3, the ion beam current density of 20 .mu.A / cm 2 or more, a number as less than 700V ion beam voltage above 150V
Between specific crystallographic axes in the film plane direction
A polycrystalline thin film having a grain boundary inclination angle of 25 degrees or less is formed, and an oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film.

【0019】[0019]

【0020】請求項記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項5または6記載の多結晶薄膜上に酸化物
超電導層を形成する際に、多結晶薄膜の結晶に対して酸
化物超電導体の結晶をエピタキシャル成長させることを
特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in forming an oxide superconducting layer on the polycrystalline thin film according to the fifth or sixth aspect , the oxide of the polycrystalline thin film is formed with an oxide. It is characterized in that a superconductor crystal is epitaxially grown.

【0021】請求項8に記載の発明は前記課題を解決す
るために、先の請求項に記載のイオンとして、不活性ガ
スイオン、あるいは、不活性ガスと酸素ガスの混合イオ
ンを用いることを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in order to solve the above problems, an inert gas ion or a mixed ion of an inert gas and an oxygen gas is used as the ion according to the first aspect. And

【0022】[0022]

【作用】スパッタリングによりターゲットから叩き出し
たスパッタ粒子を金属の基材上に堆積させる際、金属の
基材の法線に対する斜め方向55〜60度の範囲からイ
オンビームも同時に照射するので、構成粒子が効率的に
活性化される結果、多結晶体の基材の成膜面に対してc
軸配向性に加えてa軸配向性とb軸配向性も向上する。
その結果、結晶粒界が多数形成された多結晶薄膜であっ
ても、金属の基材上において各結晶粒ごとのa軸配向性
とb軸配向性とc軸配向性のいずれもが良好になり、膜
質の向上した多結晶薄膜が金属の基材上に得られる。ま
た、スパッタの際の構成粒子を活性化するには、アルゴ
ンイオンまたはアルゴンイオンと酸素イオンの混合イオ
ンが好ましい。
[Action] When depositing the sputtered particles hammered from a target onto a metal substrate by sputtering, also simultaneously irradiated ion beam obliquely 55-60 ° range with respect to the normal of the metal <br/> substrate since, as a result of the constituent particles is efficiently activated, c with respect to the film formation surface of the base material of the polycrystalline body
The a-axis orientation and the b-axis orientation are also improved in addition to the axis orientation.
As a result, even in a polycrystalline thin film in which many crystal grain boundaries are formed , all of the a-axis orientation, the b-axis orientation, and the c-axis orientation of each crystal grain on the metal base material are satisfactory. Thus, a polycrystalline thin film having improved film quality can be obtained on a metal substrate . In order to activate constituent particles at the time of sputtering, argon ions or mixed ions of argon ions and oxygen ions are preferable.

【0023】なお、前記多結晶薄膜の結晶配向性が整う
要因として本発明らは、以下のことを想定している。
属の基板上に形成された立方晶の多結晶薄膜の結晶の単
位格子においては、基板法線方向が<100>軸であ
り、他の<010>軸と<001>軸は、いずれも、<
100>軸に直交する方向となる。これらの方向に対
し、基板法線に対して斜め方向から入射するイオンビー
ムを考慮すると、単位格子の原点に対して単位格子の対
角線方向、即ち、<111>軸に沿って入射する場合は
54.7度の入射 角度となる。ここで前記のようにイオ
ンビームの入射角度が5〜60度の範囲で良好な結晶
配向性を示すことは、イオンビームの入射角度が前記5
4.7度と一致するかその前後になることが関連してい
ると思われ、これらの角度が一致するか、近似した場合
にイオンチャンネリングが最も効果的に起こり、基材上
に堆積している結晶において、基材の上面で前記角度に
一致する配置関係になった原子のみが選択的に残り易く
なり、その他の乱れた原子配列のものは斜めに入射され
るイオンビームが発生させるスパッタ効果によりスパッ
タされて除去される結果、配向性の良好な原子の集合し
た結晶のみが選択的に残って堆積し、これが原因となっ
て結晶配向性が整うものと推定している。
The inventors of the present invention assume the following as a factor for adjusting the crystal orientation of the polycrystalline thin film. Money
In the unit cell of the crystal of the cubic polycrystalline thin film formed on the substrate of the genus , the substrate normal direction is the <100> axis, and the other <010> and <001> axes are: <
100> direction orthogonal to the axis. Considering the ion beam incident obliquely with respect to the substrate normal with respect to these directions, 54% is incident on the diagonal direction of the unit lattice with respect to the origin of the unit lattice, that is, along the <111> axis. The angle of incidence is .7 degrees. Here exhibit good crystal orientation in a range of the incident angle is 5 5-60 degrees of the ion beam as described above, wherein the incident angle of the ion beam 5
It seems to be related that it coincides with or is around 4.7 degrees, and when these angles coincide or approximate, ion channeling occurs most effectively and deposits on the substrate. In the crystal, only the atoms having the arrangement relationship corresponding to the angle on the upper surface of the base material are apt to remain selectively, and the other disturbed atomic arrangements have the sputtering generated by the obliquely incident ion beam. It is presumed that as a result of the effect of being sputtered and removed, only crystals in which atoms with good orientation are aggregated remain selectively and deposited, and the crystal orientation is adjusted due to this.

【0024】従ってイオンビーム電圧は低過ぎるとイオ
ン照射不足になって前記効果を生じにくくし、高すぎる
と逆にスパッタ効果を生じて結晶配向性を乱してしまう
ことになる。以上のことから、イオンビームの電流密度
は20μA/cm2以上とすることが好ましく、イオン
ビーム電圧は150V以上で700V未満とすることが
好ましい。
Therefore, if the ion beam voltage is too low, the ion irradiation becomes insufficient and the above-mentioned effect is unlikely to be produced. If the ion beam voltage is too high, a sputtering effect is produced to disturb the crystal orientation. From the above, the current density of the ion beam is preferably 20 μA / cm 2 or more, and the ion beam voltage is preferably 150 V or more and less than 700 V.

【0025】また、前記結晶配向性の良好な多結晶薄膜
上に酸化物超電導層をエピタキシャル成長させるなら
ば、酸化物超電導層が多結晶薄膜の結晶に沿って結晶成
長する結果、酸化物超電導層もa軸配向性とb軸配向性
とc軸配向性の良好なものが得られる。
Further, if the oxide superconducting layer is epitaxially grown on the polycrystalline thin film having good crystal orientation, the oxide superconducting layer grows along the crystal of the polycrystalline thin film. Good a-axis orientation, b-axis orientation and c-axis orientation can be obtained.

【0026】[0026]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図1は本発明の多結晶薄膜を基材上に形成
した一実施例を示すものであり、図1においてAは板状
の基材、Bは基材Aの上面に形成された多結晶薄膜を示
している。前記基材Aは、例えば板材、線材、テープ材
などの種々の形状のものを用いることができ、基材A
は、銀、白金、ステンレス鋼、銅などの金属材料や合
らなるものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment in which the polycrystalline thin film of the present invention is formed on a substrate. In FIG. 1, A is a plate-like substrate, and B is a polycrystalline thin film formed on the upper surface of the substrate A. Is shown. As the base material A, various shapes such as a plate material, a wire material, and a tape material can be used.
Silver, platinum, stainless steel, a metallic material or alloy such as copper
Or it is Ranaru thing.

【0027】前記多結晶薄膜Bは、立方晶系の結晶構造
を有する微細な結晶粒20が、多数、相互に結晶粒界を
介して接合一体化されてなり、各結晶粒20の結晶軸の
c軸は基材Aの上面(成膜面)に対して直角に向けら
れ、各結晶粒20の結晶軸のa軸どうしおよびb軸どう
しは、互いに同一方向に向けられて面内配向されてい
る。また、各結晶粒20のc軸が基材Aの(上面)成膜
面に対して直角に配向されている。そして、各結晶粒2
0のa軸(あるいはb軸)どうしは、それらのなす角度
(図2に示す粒界傾角K)を30度以内にして接合一体
化されている。
In the polycrystalline thin film B, a large number of fine crystal grains 20 having a cubic crystal structure are joined and integrated with each other via a crystal grain boundary. The c-axis is oriented at right angles to the upper surface (film-forming surface) of the substrate A, and the a-axis and b-axis of the crystal axes of the crystal grains 20 are oriented in the same direction and are in-plane oriented. I have. The c-axis of each crystal grain 20 is oriented at right angles to the (upper surface) deposition surface of the substrate A. And each crystal grain 2
The 0 a-axis (or b-axis) are joined and integrated with each other at an angle (grain boundary tilt angle K shown in FIG. 2) of 30 degrees or less.

【0028】次に前記多結晶薄膜Bを製造する装置につ
いて説明する。図3は前記多結晶薄膜Bを製造する装置
の一例を示すものであり、この例の装置は、スパッタ装
置にイオンビームアシスト用のイオンガンを設けた構成
となっている。
Next, an apparatus for producing the polycrystalline thin film B will be described. FIG. 3 shows an example of an apparatus for producing the polycrystalline thin film B. The apparatus in this example has a configuration in which an ion gun for ion beam assist is provided in a sputtering apparatus.

【0029】本例の装置は、基材Aを水平に保持する基
材ホルダ11と、この基材ホルダ11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12と、
前記基材ホルダ11の斜め上方に所定間隔をもって対向
され、かつ、ターゲット12と離間して配置されたイオ
ンガン13と、前記ターゲット12の下方においてター
ゲット12の下面に向けて配置されたスパッタビーム照
射装置14を主体として構成されている。また、図中符
号15は、ターゲット12を保持したターゲットホルダ
を示している。
The apparatus of this embodiment comprises a substrate holder 11 for holding the substrate A horizontally, a plate-like target 12 disposed diagonally above the substrate holder 11 at a predetermined interval, and
An ion gun 13 disposed diagonally above the substrate holder 11 at a predetermined interval and spaced apart from the target 12, and a sputter beam irradiation device disposed below the target 12 and toward the lower surface of the target 12. 14 as a main component. Reference numeral 15 in the drawing indicates a target holder holding the target 12.

【0030】また、本実施例の装置は図示略の真空容器
に収納されていて、基材Aの周囲を真空雰囲気に保持で
きるようになっている。更に前記真空容器には、ガスボ
ンベなどの雰囲気ガス供給源が接続されていて、真空容
器の内部を真空などの低圧状態で、かつ、アルゴンガス
あるいはその他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不
活性ガス雰囲気にすることができるようになっている。
The apparatus of the present embodiment is housed in a vacuum vessel (not shown) so that the periphery of the substrate A can be maintained in a vacuum atmosphere. Further, an atmosphere gas supply source such as a gas cylinder is connected to the vacuum vessel, and the inside of the vacuum vessel is kept in a low pressure state such as a vacuum, and an inert gas atmosphere containing argon gas or another inert gas atmosphere or oxygen. The atmosphere can be set.

【0031】なお、基材Aとして長尺の金属テープ(ハ
ステロイ製あるいはステンレス製などのテープ)を用い
る場合は、真空容器の内部に金属テープの送出装置と巻
取装置を設け、送出装置から連続的に基材ホルダ11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
るように構成することが好ましい。前記基材ホルダ11
は内部に加熱ヒータを備え、基材ホルダ11の上に位置
された基材Aを所用の温度に加熱できるようになってい
る。また、基材ホルダ11の底部には角度調整機構Dが
付設されている。この角度調整機構Dは、基材ホルダ1
1の底部に接合された上部支持板5と、この上部支持板
5にピン結合された下部支持板6と、この下部支持板6
を支持する基台7を主体として構成されている。前記上
部支持板5と下部支持板6とはピン結合部分を介して互
いに回動自在に構成されており、基材ホルダ11の水平
角度を調整できるようになっている。なお、本例では基
材ホルダ11の角度を調整する角度調整機構Dを設けた
が、角度調整機構Dをイオンガン13に取り付けてイオ
ンガン13の傾斜角度を調整し、イオンビームの入射角
度を調整するようにしても良い。また、角度調整機構は
本実施例の構成に限るものではなく、種々の構成のもの
を採用することができるのは勿論である。
When a long metal tape (a tape made of Hastelloy or stainless steel) is used as the base material A, a feeding device and a winding device for the metal tape are provided inside the vacuum vessel, and a continuous feeding device is provided from the feeding device. Preferably, the substrate A is preferably sent to the substrate holder 11 and then wound up by a winding device so that a polycrystalline thin film can be continuously formed on the tape-shaped substrate. The base material holder 11
Is provided with a heater therein so that the substrate A positioned on the substrate holder 11 can be heated to a required temperature. An angle adjusting mechanism D is attached to the bottom of the substrate holder 11. The angle adjusting mechanism D is provided with the substrate holder 1
1, a lower support plate 6 pin-connected to the upper support plate 5, and a lower support plate 6
Is mainly constituted by a base 7 that supports. The upper support plate 5 and the lower support plate 6 are configured to be rotatable with respect to each other via a pin connection portion, so that the horizontal angle of the base material holder 11 can be adjusted. In the present embodiment, the angle adjusting mechanism D for adjusting the angle of the substrate holder 11 is provided. However, the angle adjusting mechanism D is attached to the ion gun 13 to adjust the inclination angle of the ion gun 13 and adjust the incident angle of the ion beam. You may do it. Further, the angle adjusting mechanism is not limited to the configuration of the present embodiment, and it is needless to say that various configurations can be employed.

【0032】前記ターゲット12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12として具体的には、MgOあるいはY2
3で安定化したジルコニア(YSZ)、MgO、Sr
TiO3などを用いるがこれに限るものではなく、形成
しようとする多結晶薄膜に見合うターゲッを用いれば良
い。
The target 12 is for forming a target polycrystalline thin film, and has the same composition or an approximate composition as the target polycrystalline thin film.
Specifically, as the target 12, MgO or Y 2
Zirconia (YSZ), MgO, Sr stabilized with O 3
TiO 3 or the like is used, but is not limited to this, and a target suitable for the polycrystalline thin film to be formed may be used.

【0033】前記イオンガン13は、容器の内部に、蒸
発源を収納し、蒸発源の近傍に引き出し電極を備えて構
成されている。そして、前記蒸発源から発生した原子ま
たは分子の一部をイオン化し、そのイオン化した粒子を
引き出し電極で発生させた電界で制御してイオンビーム
として照射する装置である。粒子をイオン化するには直
流放電方式、高周波励起方式、フィラメント式、クラス
タイオンビーム方式などの種々のものがある。フィラメ
ント式はタングステン製のフィラメントに通電加熱して
熱電子を発生させ、高真空中で蒸発粒子と衝突させてイ
オン化する方法である。また、クラスタイオンビーム方
式は、原料を入れたるつぼの開口部に設けられたノズル
から真空中に出てくる集合分子のクラスタを熱電子で衝
撃してイオン化して放射するものである。本実施例にお
いては、図4(a)に示す構成の内部構造のイオンガン
13を用いる。このイオンガン13は、筒状の容器16
の内部に、引出電極17とフィラメント18とArガス
などの導入管19とを備えて構成され、容器16の先端
からイオンをビーム状に平行に照射できるものである。
The ion gun 13 has a structure in which an evaporation source is housed in a container and an extraction electrode is provided near the evaporation source. Then, a part of the atoms or molecules generated from the evaporation source is ionized, and the ionized particles are controlled by an electric field generated by an extraction electrode and irradiated as an ion beam. There are various methods for ionizing particles, such as a DC discharge method, a high-frequency excitation method, a filament method, and a cluster ion beam method. The filament type is a method in which a tungsten filament is energized and heated to generate thermoelectrons, which are collided with evaporated particles in a high vacuum to be ionized. In the cluster ion beam method, clusters of aggregated molecules coming out of vacuum from a nozzle provided at an opening of a crucible containing raw materials are bombarded with thermal electrons to be ionized and emitted. In this embodiment, an ion gun 13 having the internal structure shown in FIG. The ion gun 13 has a cylindrical container 16.
Is provided with an extraction electrode 17, a filament 18, and an introduction tube 19 for Ar gas or the like, so that ions can be irradiated in parallel from the tip of the container 16 in a beam shape.

【0034】前記イオンガン13は、図3に示すように
その中心軸Sを基材Aの上面(成膜面)に対して入射角
度θ(基材Aの垂線(法線)と中心線Sとのなす角度)
でもって傾斜させて対向されている。この入射角度θは
50〜60度の範囲が好ましいが、55〜60度の範囲
が最も好ましい。従ってイオンガン13は基材Aの上面
に対して傾斜角θでもってイオンビームを入射できるよ
うに配置されている。なお、前記イオンガン13によっ
て基材Aに照射するイオンビームは、He+、Ne+、A
+、Xe+、Kr+などの希ガスのイオンビーム、ある
いは、それらと酸素イオンの混合イオンビームなどで良
い。だだし、多結晶薄膜の結晶構造を整えるためには、
ある程度の原子量が必要であり、あまりに軽量のイオン
では効果が薄くなることを考慮すると、Ar+、Kr+
どのイオンを用いることが好ましい。
As shown in FIG. 3, the ion gun 13 has its center axis S incident on the upper surface (film-forming surface) of the substrate A at an incident angle θ (perpendicular line (normal line) and center line S of the substrate A). Angle)
Therefore, they face each other at an angle. Is preferably in the range of 50 to 60 degrees, and most preferably in the range of 55 to 60 degrees. Therefore, the ion gun 13 is arranged so that the ion beam can be incident on the upper surface of the substrate A at an inclination angle θ. The ion beam applied to the base material A by the ion gun 13 is He + , Ne + , A
An ion beam of a rare gas such as r + , Xe + , Kr + , or a mixed ion beam of these and oxygen ions may be used. However, in order to adjust the crystal structure of the polycrystalline thin film,
Considering that a certain amount of atomic weight is required and that the effect is reduced with extremely light ions, it is preferable to use ions such as Ar + and Kr + .

【0035】前記スパッタビーム照射装置14は、イオ
ンガン13と同等の構成をなし、ターゲット12に対し
てイオンビームを照射してターゲット12の構成粒子を
叩き出すことができるものである。なお、本発明装置で
はターゲット13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12に高周波コイルな
どで電圧を印可してターゲット12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14を
省略しても良い。
The sputter beam irradiator 14 has the same structure as the ion gun 13 and can irradiate the target 12 with an ion beam to strike out constituent particles of the target 12. In the apparatus of the present invention, it is important that the constituent particles of the target 13 can be beaten out. Therefore, a voltage is applied to the target 12 with a high-frequency coil or the like so that the constituent particles of the target 12 can be beaten out. The sputter beam irradiation device 14 may be omitted.

【0036】次に前記構成の装置を用いて基材A上にY
SZの多結晶薄膜Bを形成する場合について説明する。
基材A上に多結晶薄膜Bを形成するには、YSZのター
ゲットを用いるとともに、角度調整機構Dを調節してイ
オンガン13から照射されるイオンビームを基材ホルダ
11の上面に50〜60度の範囲の角度で照射できるよ
うにする。次に基材Aを収納している容器の内部を真空
引きして減圧雰囲気とする。そして、イオンガン13と
スパッタビーム照射装置14を作動させる。
Next, using the apparatus having the above structure, Y
The case where the polycrystalline thin film B of SZ is formed will be described.
In order to form the polycrystalline thin film B on the base material A, a target of YSZ is used, and the angle adjustment mechanism D is adjusted so that the ion beam irradiated from the ion gun 13 is applied to the upper surface of the base material holder 50 by 50 to 60 degrees. Irradiation at an angle in the range of Next, the inside of the container storing the substrate A is evacuated to a reduced pressure atmosphere. Then, the ion gun 13 and the sputter beam irradiation device 14 are operated.

【0037】スパッタビーム照射装置14からターゲッ
ト12にイオンビームを照射すると、ターゲット12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12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13からArイオンと
酸素イオンの混合イオンビームを照射する。このイオン
照射する際の入射角度θは、50〜60度が最も好まし
い。ここでθを90度とすると、多結晶薄膜のc軸は基
材Aの成膜面に対して直角に配向するものの、基材A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角度でイオンビ
ーム照射するならば多結晶薄膜の結晶の(100)面が
立つようになる。
When the target 12 is irradiated with an ion beam from the sputtering beam irradiation device 14, the constituent particles of the target 12 are beaten out and fly over the substrate A. And
At the same time as depositing the constituent particles struck out of the target 12 on the base material A, a mixed ion beam of Ar ions and oxygen ions is irradiated from the ion gun 13. The incident angle θ at the time of this ion irradiation is most preferably 50 to 60 degrees. If θ is 90 degrees, the c-axis of the polycrystalline thin film is oriented at right angles to the deposition surface of the substrate A, but the (111) plane stands on the deposition surface of the substrate A, which is not preferable. . When θ is 30 degrees, the polycrystalline thin film does not even have c-axis orientation. If the ion beam is irradiated at an angle in the preferable range as described above, the (100) plane of the crystal of the polycrystalline thin film stands.

【0038】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A上
に形成されるYSZの多結晶薄膜の結晶軸のa軸とb軸
とを配向させることができるが、これは、堆積されてい
る途中のスパッタ粒子に対して適切な角度でイオンビー
ム照射されたことにより効率的に活性化された結果によ
るものと思われる。
By performing sputtering while performing ion beam irradiation at such an incident angle, the a-axis and the b-axis of the crystal axes of the YSZ polycrystalline thin film formed on the substrate A can be oriented. However, this is considered to be due to the result that the sputtered particles being deposited are efficiently activated by being irradiated with the ion beam at an appropriate angle.

【0039】なお、この多結晶薄膜Bの結晶配向性が整
う要因として本発明らは、以下のことを想定している。
YSZの多結晶薄膜Bの結晶の単位格子は、図4(b)
に示すように立方晶であり、この結晶格子においては、
基板法線方向が<100>軸であり、他の<010>軸
と<001>軸はいずれも図4(b)に示す方向とな
る。これらの方向に対し、基板法線に対して斜め方向か
ら入射するイオンビームを考慮すると、図4(b)の原
点Oに対して単位格子の対角線方向、即ち、<111>
軸に沿って入射する場合は54.7度の入射角度とな
る。ここで前記のように入射角度50〜60度の範囲で
良好な結晶配向性を示すことは、イオンビームの入射角
度が前記54.7度と一致するかその前後になった場
合、イオンチャンネリングが最も効果的に起こり、基材
A上に堆積している結晶において、基材Aの上面で前記
角度に一致する配置関係になった原子のみが選択的に残
り易くなり、その他の乱れた原子配列のものはイオンビ
ームのスパッタ効果によりスパッタされて除去される結
果、配向性の良好な原子の集合した結晶のみが選択的に
残って堆積してゆくものと推定している。
The inventors of the present invention assume the following as factors that make the crystal orientation of the polycrystalline thin film B uniform.
The unit cell of the crystal of the YSZ polycrystalline thin film B is shown in FIG.
Is cubic, and in this crystal lattice,
The substrate normal direction is the <100> axis, and the other <010> and <001> axes are all the directions shown in FIG. 4B. Considering the ion beam incident obliquely with respect to the substrate normal with respect to these directions, the diagonal direction of the unit cell with respect to the origin O in FIG.
When incident along the axis, the incident angle is 54.7 degrees. Here, as described above, exhibiting good crystal orientation in the range of the incident angle of 50 to 60 degrees means that when the incident angle of the ion beam coincides with or becomes about 54.7 degrees, ion channeling is performed. Most effectively occurs, and in the crystals deposited on the substrate A, only the atoms having the arrangement relationship corresponding to the angle on the upper surface of the substrate A are likely to remain selectively, and other disordered atoms It is presumed that as a result of the arrangement, as a result of being sputtered and removed by the sputtering effect of the ion beam, only crystals in which atoms with good orientation are collected selectively remain and are deposited.

【0040】以上のことから、イオンビームを照射する
際のイオンビーム電圧は低過ぎるとイオン照射不足にな
って前記効果を生じにくくし、高すぎると逆にスパッタ
効果が高くなって結晶配向性を乱してしまうことにな
る。以上のことから、イオンビームの電流密度は20μ
A/cm2以上とすることが好ましく、イオンビーム電
圧は150V以上で700V未満とすることが好まし
い。
From the above, if the ion beam voltage at the time of irradiating the ion beam is too low, the ion irradiation becomes insufficient and the above-mentioned effect is hardly produced, and if the ion beam voltage is too high, the sputtering effect becomes high and the crystal orientation becomes poor. It will be disturbed. From the above, the current density of the ion beam is 20 μm.
A / cm 2 or more is preferable, and the ion beam voltage is preferably 150 V or more and less than 700 V.

【0041】図1と図2に、前記の方法でYSZの多結
晶薄膜Bが堆積された基材Aを示す。なお、図1では結
晶粒20が1層のみ形成された状態を示しているが、結
晶粒20の多層構造でも差し支えないのは勿論である。
FIGS. 1 and 2 show a substrate A on which a YSZ polycrystalline thin film B is deposited by the above method. Although FIG. 1 shows a state in which only one crystal grain 20 is formed, it is needless to say that a multilayer structure of the crystal grains 20 may be used.

【0042】次に、図5と図6は本発明に係る酸化物超
電導導体の一実施例を示すものであり、本実施例の酸化
物超電導導体23は、板状の基材Aと、この基材Aの上
面に形成された多結晶薄膜Bと、多結晶薄膜Bの上面に
形成された酸化物超電導層Cとからなっている。前記基
材Aと多結晶薄膜Bは先の例において説明した材料と同
等の材料から構成され、多結晶薄膜Bの結晶粒20は、
図1と図2に示すように粒界傾角30度以内になるよう
に結晶配向されている。
Next, FIGS. 5 and 6 show an embodiment of the oxide superconductor according to the present invention. It comprises a polycrystalline thin film B formed on the upper surface of the base material A, and an oxide superconducting layer C formed on the upper surface of the polycrystalline thin film B. The base material A and the polycrystalline thin film B are made of the same material as the material described in the previous example, and the crystal grains 20 of the polycrystalline thin film B are
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the crystal orientation is performed so that the grain boundary inclination angle is within 30 degrees.

【0043】次に、酸化物超電導層Cは、多結晶薄膜B
の上面に被覆されたものであり、その結晶粒23のc軸
は多結晶薄膜Bの上面に対して直角に配向され、その結
晶粒23…のa軸とb軸は先に説明した多結晶薄膜Bと
同様に基材上面と平行な面に沿って面内配向し、結晶粒
23どうしが形成する粒界傾角K’は30度以内にされ
ている。この酸化物超電導層を構成する酸化物超電導体
は、Y1Ba2Cu3Ox、Y2Ba4Cu8Ox、Y3Ba3Cu6
Oxなる組成、あるいは(Bi,Pb)2Ca2Sr2Cu3
Ox、(Bi,Pb)2Ca2Sr3Cu4Oxなる組成、あ
るいは、Tl2Ba2Ca2Cu3Ox、Tl1Ba2Ca2
3Ox、Tl1Ba2Ca3Cu4Oxなる組成などに代表
される臨界温度の高い酸化物超電導体である。
Next, the oxide superconducting layer C is formed of a polycrystalline thin film B
The c-axis of the crystal grains 23 is oriented at right angles to the upper surface of the polycrystalline thin film B, and the a-axis and b-axis of the crystal grains 23. As in the case of the thin film B, it is oriented in-plane along a plane parallel to the upper surface of the base material, and the grain boundary inclination angle K ′ formed by the crystal grains 23 is set within 30 degrees. Oxide superconductor constituting the oxide superconductor layer, Y 1 Ba 2 Cu 3 Ox , Y 2 Ba 4 Cu 8 Ox, Y 3 Ba 3 Cu 6
Ox composition or (Bi, Pb) 2 Ca 2 Sr 2 Cu 3
Ox, (Bi, Pb) 2 Ca 2 Sr 3 Cu 4 Ox having a composition, or, Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 Ox, Tl 1 Ba 2 Ca 2 C
u 3 Ox, a high oxide superconductor critical temperature typified Tl 1 Ba 2 Ca 3 Cu 4 Ox a composition.

【0044】次に酸化物超電導層Cを形成する装置につ
いて説明する。図7は酸化物超電導層を成膜法により形
成する装置の一例を示すもので、図7はレーザ蒸着装置
を示している。この例のレーザ蒸着装置30は、処理容
器31を有し、この処理容器31の内部の蒸着処理室3
2に基材Aとターゲット33を設置できるようになって
いる。即ち、蒸着処理室32の底部には基台34が設け
られ、この基台34の上面に基材Aを水平状態で設置で
きるようになっているとともに、基台34の斜め上方に
支持ホルダ36によって支持されたターゲット33が傾
斜状態で設けられている。 処理容器31は、排気孔3
7を介して図示略の真空排気装置に接続されて内部を所
定の圧力に減圧できるようになっている。
Next, an apparatus for forming the oxide superconducting layer C will be described. FIG. 7 shows an example of an apparatus for forming an oxide superconducting layer by a film forming method, and FIG. 7 shows a laser vapor deposition apparatus. The laser deposition apparatus 30 of this example has a processing vessel 31, and the deposition processing chamber 3 inside the processing vessel 31.
2, a substrate A and a target 33 can be installed. That is, a base 34 is provided at the bottom of the vapor deposition processing chamber 32, and the base material A can be installed horizontally on the upper surface of the base 34, and a support holder 36 is provided diagonally above the base 34. The target 33 supported by is provided in an inclined state. The processing container 31 is provided with the exhaust hole 3
7 is connected to a vacuum evacuation device (not shown) so that the inside can be depressurized to a predetermined pressure.

【0045】前記ターゲット33は、形成しようとする
酸化物超電導層Cと同等または近似した組成、あるい
は、成膜中に逃避しやすい成分を多く含有させた複合酸
化物の焼結体あるいは酸化物超電導体などの板体からな
っている。前記基台34は加熱ヒータを内蔵したもの
で、基材Aを所望の温度に加熱できるようになってい
る。
The target 33 is made of a composite oxide sintered body or oxide superconducting material having a composition equivalent to or close to that of the oxide superconducting layer C to be formed, or containing a large amount of components that easily escape during film formation. It is composed of a plate such as a body. The base 34 has a built-in heater and can heat the substrate A to a desired temperature.

【0046】一方、処理容器31の側方には、レーザ発
光装置38と第1反射鏡39と集光レンズ40と第2反
射鏡41とが設けられ、レーザ発光装置38が発生させ
たレーザビームを処理容器31の側壁に取り付けられた
透明窓42を介してターゲット33に集光照射できるよ
うになっている。レーザ発光装置38はターゲット33
から構成粒子を叩き出すことができるものであれば、Y
AGレーザ、CO2レーザ、エキシマレーザなどのいず
れのものを用いても良い。
On the other hand, a laser light emitting device 38, a first reflecting mirror 39, a condenser lens 40, and a second reflecting mirror 41 are provided on the side of the processing container 31, and a laser beam generated by the laser light emitting device 38 is provided. Can be condensed and radiated onto the target 33 via a transparent window 42 attached to the side wall of the processing container 31. The laser light emitting device 38 is
If it is possible to strike out constituent particles from
Any of an AG laser, a CO 2 laser, an excimer laser and the like may be used.

【0047】次に前記YSZの多結晶薄膜Bの上に、酸
化物超電導層Cを形成する場合について説明する。前記
のように基材A上にYSZの多結晶薄膜Bを形成したな
らば、この多結晶薄膜B上に酸化物超電導層を形成す
る。酸化物超電導層を多結晶薄膜B上に形成する場合、
この例では図7に示すレーザ蒸着装置30を使用する。
Next, the case where the oxide superconducting layer C is formed on the YSZ polycrystalline thin film B will be described. After the YSZ polycrystalline thin film B is formed on the base material A as described above, an oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film B. When forming the oxide superconducting layer on the polycrystalline thin film B,
In this example, a laser vapor deposition device 30 shown in FIG. 7 is used.

【0048】多結晶薄膜Bが形成された基材Aを図7に
示すレーザ蒸着装置30の基台34上に設置し、蒸着処
理室32を真空ポンプで減圧する。ここで必要に応じて
蒸着処理室32に酸素ガスを導入して蒸着処理室32を
酸素雰囲気としても良い。また、基台34の加熱ヒータ
を作動させて基材Aを所望の温度に加熱する。
The substrate A on which the polycrystalline thin film B is formed is placed on a base 34 of a laser vapor deposition device 30 shown in FIG. 7, and the pressure in the vapor deposition chamber 32 is reduced by a vacuum pump. Here, if necessary, an oxygen gas may be introduced into the vapor deposition processing chamber 32 to make the vapor deposition processing chamber 32 have an oxygen atmosphere. Further, the heater of the base 34 is operated to heat the substrate A to a desired temperature.

【0049】次にレーザ発光装置38から発生させたレ
ーザビームを蒸着処理室32のターゲット33に集光照
射する。これによってターゲット33の構成粒子がえぐ
り出されるか蒸発されてその粒子が多結晶薄膜B上に堆
積する。ここで構成粒子の堆積の際に多結晶薄膜Bが予
めc軸配向し、a軸とb軸でも配向しているので、多結
晶薄膜B上に形成される酸化物超電導層Cの結晶のc軸
とa軸とb軸も多結晶薄膜Bに整合するようにエピタキ
シャル成長して結晶化する。これによって結晶配向性の
良好な酸化物超電導層Cが得られる。
Next, the laser beam generated from the laser light emitting device 38 is focused and irradiated on the target 33 in the vapor deposition processing chamber 32. Thereby, the constituent particles of the target 33 are extracted or evaporated, and the particles are deposited on the polycrystalline thin film B. Here, when the constituent particles are deposited, the polycrystalline thin film B is preliminarily oriented in the c-axis and also in the a-axis and the b-axis, so that the crystal c of the oxide superconducting layer C formed on the polycrystalline thin film B The axis, a-axis and b-axis are also epitaxially grown and crystallized so as to match the polycrystalline thin film B. Thereby, the oxide superconducting layer C having good crystal orientation is obtained.

【0050】前記多結晶薄膜B上に形成された酸化物超
電導層Cは、多結晶状態となるが、この酸化物超電導層
Cの結晶粒の1つ1つにおいては、図6に示すように基
材Aの厚さ方向に電気を流しにくいc軸が配向し、基材
Aの長手方向に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
の劣化が少ないので、基材Aの面方向に電気を流し易
く、臨界電流密度の優れたものが得られる。
The oxide superconducting layer C formed on the polycrystalline thin film B is in a polycrystalline state. In each of the crystal grains of the oxide superconducting layer C, as shown in FIG. The c-axis, through which electricity does not easily flow, is oriented in the thickness direction of the substrate A, and the a-axis or the b-axis is oriented in the longitudinal direction of the substrate A. Therefore, the obtained oxide superconducting layer has excellent quantum coupling properties at the crystal grain boundaries and has little deterioration in superconductivity at the crystal grain boundaries, so that it is easy to conduct electricity in the plane direction of the base material A, and the critical current density is excellent. Things are obtained.

【0051】一方、図8は、多結晶薄膜を製造するため
の装置の他の例を示すものである。この例の装置におい
て図3に記載した装置と同等の構成部分には同一符号を
付してそれらの説明を省略する。この例の装置において
図3に示す装置と異っているのは、ターゲット12を3
個設け、スパッタビーム照射装置14を3個設け、基材
Aとターゲット12に高周波電源29を接続した点であ
る。
FIG. 8 shows another example of an apparatus for producing a polycrystalline thin film. In the device of this example, the same components as those of the device shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and their description is omitted. The apparatus of this example is different from the apparatus shown in FIG.
This is a point that three high frequency power supplies 29 are connected to the base material A and the target 12 by providing three sputter beam irradiation devices 14.

【0052】この例の装置では、3個のターゲット1
2、12、12から、それぞれ別種の粒子を叩き出して
基材A上に堆積させて複合膜を形成することができるの
で、より複雑な組成の多結晶膜でも製造できる特徴があ
る。また、高周波電源30を作動させてターゲット12
からスパッタすることもできる。この例の装置を用いて
前記方法を実施する場合も図3に示す装置の場合と同様
に配向性に優れた多結晶薄膜を得ることができる。
In the apparatus of this example, three targets 1
2, 12, and 12, different types of particles can be beaten out and deposited on the base material A to form a composite film, so that a polycrystalline film having a more complicated composition can be manufactured. Further, the high frequency power supply 30 is operated to set the target 12
Can also be sputtered. When the above method is performed using the apparatus of this example, a polycrystalline thin film having excellent orientation can be obtained as in the case of the apparatus shown in FIG.

【0053】(製造例)図3に示す構成の装置を使用
し、この装置を収納した容器内部を真空ポンプで真空引
きして3.0×10-4トールに減圧した。基材は、幅1
0mm、厚さ0.5mm、長さ10cmのハステロイC
276テープを使用した。ターゲットはYSZ(安定化
ジルコニア)製のものを用い、スパッタ電圧1000
V、スパッタ電流100mA、イオン源のビームの入射
角度を55度に設定し、イオン源のアシスト電圧を30
0Vに、イオンビームの電流密度を10〜70μA/c
2にそれぞれ設定して基材上にスパッタリングと同時
にイオン照射を行なって厚さ0.3μmの膜状のYSZ
層を形成した。ここで前記イオンビームの電流密度と
は、試料近くに接地した電流密度計測装置の計測数値に
よるものである。
(Production Example) An apparatus having the structure shown in FIG. 3 was used, and the inside of the container accommodating this apparatus was evacuated to 3.0 × 10 -4 torr by a vacuum pump. Base material is width 1
Hastelloy C, 0mm, 0.5mm thick, 10cm long
276 tape was used. A target made of YSZ (stabilized zirconia) was used, and a sputtering voltage of 1000 was used.
V, sputter current 100 mA, the ion source beam incident angle was set to 55 degrees, and the ion source assist voltage was set to 30.
0V, the current density of the ion beam is 10-70 μA / c
m 2 , and ion irradiation is performed simultaneously with sputtering on the substrate to form a 0.3 μm thick YSZ film.
A layer was formed. Here, the current density of the ion beam is a value measured by a current density measuring device grounded near the sample.

【0054】得られた各YSZの多結晶薄膜試料につい
てCuKα線を用いたθ-2θ法によるX線回折試験を
行なった。図10〜図13は、イオン源の入射角55
度、イオンビーム電圧300Vでイオンビームの電流密
度を10μA/cm2、20μA/cm2、40μA/c
2、70μA/cm2にそれぞれ測定した試料の回折強
さを示す図である。図10〜図13に示す結果から、イ
オンビームの電流密度を20〜70μA/cm2に設定
した試料では、YSZの(200)面あるいは(40
0)面のピークが認められ、YSZの多結晶薄膜の(1
00)面が基材表面と平行な面に沿って配向しているも
のと推定することができ、YSZの多結晶薄膜がそのC
軸を基材上面に垂直に配向させて形成されていることが
判明した。なお、図10に示す結果から、イオンビーム
電流密度を10μA/cm2とした試料にあってはYS
Zのピークが見られない。よってイオンビーム電流密度
が低過ぎると多結晶薄膜の結晶配向性の制御ができない
ことが判明した。
An X-ray diffraction test was performed on each of the obtained YSZ polycrystalline thin film samples by the θ-2θ method using CuKα radiation. 10 to 13 show the angle of incidence 55 of the ion source.
The current density of the ion beam is 10 μA / cm 2 , 20 μA / cm 2 , 40 μA / c at an ion beam voltage of 300 V.
m 2, and shows a diffraction intensity of a sample were measured to 70μA / cm 2. From the results shown in FIGS. 10 to 13, in the sample in which the current density of the ion beam was set to 20 to 70 μA / cm 2 , the (200) plane or (40)
A peak on the (0) plane was observed, indicating that the (1)
00) plane can be presumed to be oriented along a plane parallel to the substrate surface, and the YSZ polycrystalline thin film
It was found that the shaft was oriented with the axis perpendicular to the upper surface of the substrate. From the results shown in FIG. 10, YS was obtained for the sample in which the ion beam current density was 10 μA / cm 2.
No Z peak is observed. Therefore, it was found that if the ion beam current density was too low, the crystal orientation of the polycrystalline thin film could not be controlled.

【0055】続いて図14〜図17は、前記の各試料に
おける極点図を示すものである。これらの図からも明ら
かなように、イオンビームの電流密度を10μA/cm
2とした試料ではc軸配向性が見られず、図10〜図1
3に示す結果と同等の結果が得られた。以上のことか
ら、イオンビームを照射する際の電流密度は20μA/
cm2以上必要であることが明らかになった。
Next, FIGS. 14 to 17 show pole figures of the respective samples. As is clear from these figures, the current density of the ion beam was set to 10 μA / cm.
In the sample of No. 2 , no c-axis orientation was observed, and FIGS.
The result equivalent to the result shown in 3 was obtained. From the above, the current density when irradiating the ion beam is 20 μA /
It was found that more than cm 2 was required.

【0056】図18〜図20は、イオン源の入射角度9
0度でイオンビーム電圧とイオンビーム電流を適宜変更
して測定した試料の回折強さを示す図である。ここで各
図に示すビーム電流とは実験に用いたイオンガンの負荷
用電流を示している。図18〜図20に示す結果から、
イオン源の入射角度を90度に設定してもYSZの(2
00)ピークと(400)ピークを認めることができ、
c軸配向性に関しては十分な配向性が認められた。
FIGS. 18 to 20 show the incident angle 9 of the ion source.
It is a figure which shows the diffraction intensity of the sample measured by changing ion beam voltage and ion beam current suitably at 0 degree. Here, the beam current shown in each figure indicates the load current of the ion gun used in the experiment. From the results shown in FIGS.
Even if the incident angle of the ion source is set to 90 degrees, the YSZ (2)
00) peak and (400) peak,
As for c-axis orientation, sufficient orientation was observed.

【0057】次に、前記のようにc軸配向された各試料
において、YSZ多結晶薄膜のa軸あるいはb軸が配向
しているか否かを測定した。その測定のためには、図2
1に示すように、基材A上に形成されたYSZの多結晶
薄膜にX線を角度θで照射するとともに、入射X線を含
む鉛直面において、入射X線に対して2θ(58.7
度)の角度の位置にX線カウンター25を設置し、入射
X線を含む鉛直面に対する水平角度φの値を適宜変更し
て、即ち、基材Aを図21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Bのa軸どうしまたはb軸
どうしの配向性を計測した。その結果を図22と図23
に示す。
Next, it was measured whether or not the a-axis or the b-axis of the YSZ polycrystalline thin film was oriented in each of the c-axis oriented samples as described above. Figure 2
As shown in FIG. 1, the YSZ polycrystalline thin film formed on the base material A is irradiated with X-rays at an angle θ, and 2θ (58.7) with respect to the incident X-rays in a vertical plane including the incident X-rays.
The X-ray counter 25 is installed at the position of the angle (degrees), and the value of the horizontal angle φ with respect to the vertical plane including the incident X-ray is appropriately changed, that is, the rotation angle of the substrate A is changed as shown by an arrow in FIG. By measuring the diffraction intensity obtained by rotating by φ, the orientation of the a-axis or the b-axis of the polycrystalline thin film B was measured. The results are shown in FIGS.
Shown in

【0058】図22に示すようにイオンビームの入射角
度を55度に設定して製造した試料の場合、回折ピーク
が表われず、φを90度と0度とした場合、即ち、回転
角φに対して90度おきにYSZの(311)面のピー
クが現われている。これは、基板面内におけるYSZの
(011)ピークに相当しており、YSZ多結晶薄膜の
a軸どうしまたはb軸どうしが配向していることが明ら
かになった。これに対し、図23に示すように、イオン
ビーム入射角度を90度に設定して製造した試料の場
合、特別なピークが見られず、a軸とb軸の方向は無秩
序になってることが判明した。
As shown in FIG. 22, in the case of the sample manufactured by setting the incident angle of the ion beam to 55 degrees, the diffraction peak does not appear, and when φ is set to 90 degrees and 0 degrees, that is, the rotation angle φ The peak of the (311) plane of YSZ appears every 90 degrees. This corresponds to the (011) peak of YSZ in the substrate plane, and it became clear that the a-axes or b-axes of the YSZ polycrystalline thin film are oriented. On the other hand, as shown in FIG. 23, in the case of the sample manufactured by setting the ion beam incident angle to 90 degrees, no special peak is observed, and the directions of the a-axis and the b-axis may be disordered. found.

【0059】以上の結果から前記装置によって製造され
た試料の多結晶薄膜は、c軸配向は勿論、a軸どうし、
および、b軸どうしも配向していることが明らかになっ
た。よって配向性に優れたYSZなどの多結晶薄膜を製
造できることが明らかになった。
From the above results, the polycrystalline thin film of the sample manufactured by the above-mentioned apparatus has not only c-axis orientation but also a-axis
Further, it was clarified that the b-axes were aligned. Therefore, it was clarified that a polycrystalline thin film such as YSZ having excellent orientation can be manufactured.

【0060】一方、図24は、図22で用いたYSZ多
結晶薄膜の試料を用い、この試料の多結晶層の各結晶粒
における結晶配向性を試験した結果を示す。この試験で
は、図21を基に先に説明した方法でX線回折を行なう
場合、φの角度を−10度〜45度まで5度刻みの値に
設定した際の回折ピークを測定したものである。図24
に示す結果から、得られたYSZの多結晶薄膜の回折ピ
ークは、粒界傾角30度以内では表われるが、45度で
は消失していることが明らかである。従って、得られた
多結晶薄膜の結晶粒の粒界傾角は、30度以内に収まっ
ていることが判明し、良好な配向性を有することが明ら
かになった。
On the other hand, FIG. 24 shows the results of using the sample of the YSZ polycrystalline thin film used in FIG. 22 and testing the crystal orientation of each crystal grain of the polycrystalline layer of this sample. In this test, when performing X-ray diffraction by the method described above based on FIG. 21, the diffraction peak was measured when the angle of φ was set to a value of −10 degrees to 45 degrees in increments of 5 degrees. is there. FIG.
It is clear from the results shown in that the diffraction peak of the obtained YSZ polycrystalline thin film appears within a grain boundary inclination angle of 30 ° but disappears at 45 °. Therefore, it was found that the grain boundary inclination angle of the crystal grain of the obtained polycrystalline thin film was within 30 degrees, and it was revealed that the thin film had good orientation.

【0061】次に前記の製造条件とほぼ同等の条件でイ
オンビーム電圧を500V、700V、200V、15
0Vのそれぞれの値に設定し、イオンビームの電流密度
を40μA/cm2、50μA/cm2、20μA/cm
2、30μA/cm2のそれぞれの値に設定して製造した
試料についてX線回折試験を行なった。それらの結果を
図25〜図29に示す。
Next, the ion beam voltage was increased to 500 V, 700 V, 200 V, 15
Set the respective values of 0V, 40μA / cm 2 and current density of the ion beam, 50μA / cm 2, 20μA / cm
2. An X-ray diffraction test was performed on samples manufactured with the respective values of 30 μA / cm 2 and 30 μA / cm 2 . The results are shown in FIGS.

【0062】また、図25〜図29に示す試験結果から
得られた前記のようなイオンビーム電圧およびイオンビ
ーム電流密度の関係と、多結晶薄膜の結晶配向性の関連
性を図30に示す。図30に示す結果から、イオンビー
ム電圧とイオンビーム電流密度はいずれも高過ぎても低
過ぎても不適であり、イオンビーム電圧は150V以上
であって700Vよりも少ないことが必要であり、か
つ、イオンビームの電流密度は20μA/cm2以上は
必要であることが判明した。
FIG. 30 shows the relationship between the ion beam voltage and the ion beam current density obtained from the test results shown in FIGS. 25 to 29 and the relationship between the crystal orientation of the polycrystalline thin film. From the results shown in FIG. 30, it is inappropriate that both the ion beam voltage and the ion beam current density are too high or too low, and the ion beam voltage needs to be 150 V or more and less than 700 V, and It was found that the current density of the ion beam was required to be 20 μA / cm 2 or more.

【0063】次に、イオンビーム電圧を300V、イオ
ンビームの電流密度を40μA/cm2、イオンビーム
エネルギーを300eVに設定し、イオンビームの入射
角度を0度〜65度まで変更して多結晶薄膜を製造した
場合、得られた多結晶薄膜の結晶の(111)方向の分
布における入射角度と半値全幅の関係の測定結果を図3
1に示す。なお、前記の半値全は、得られた各試料に
ついて、図16に示すような極点図を求め、この極点図
の中心から極点図内に描かれた図形の端部に図16に
点鎖線で示すような2本の補助線を引いた場合に、これ
2本の補助線のなす角度の半分の角度、即ち、ピー
ク比半分にて求めた。この半値全幅の値は、得られた多
結晶薄膜において大部分の結晶粒が規定の方向に対して
どの程度の方向性を有して存在しているかの指標であ
り、大部分の結晶粒の粒界傾角と見なし得る測定値であ
る。図31に示す結果から、イオンビームの入射角度が
50〜60度の範囲で結晶配向性が良好になることが明
らかになった。また、特に、イオンビームの入射角度を
55〜60度にすることで、半値全幅、換言すると多結
晶薄膜の粒界傾角を25度程度の極小値にできることも
明らかになった。
Next, the ion beam voltage was set to 300 V, the current density of the ion beam was set to 40 μA / cm 2 , the ion beam energy was set to 300 eV, and the angle of incidence of the ion beam was changed from 0 ° to 65 ° to make a polycrystalline thin film. FIG. 3 shows the measurement results of the relationship between the incident angle and the full width at half maximum in the distribution of the crystals of the obtained polycrystalline thin film in the (111) direction .
It is shown in FIG. Incidentally, the half-value full-width for each sample obtained, obtains the pole figure as shown in FIG. 16, 16 to the end portion of the figure drawn in the pole figure from the center of the pole figure 1
When two auxiliary lines were drawn as indicated by the dashed line, the angle was determined at half the angle a formed by these two auxiliary lines, that is, at half the peak ratio. The value of the full width at half maximum is
Most of the crystal grains in the crystal thin film
It is an indicator of the direction of existence.
This is a measured value that can be regarded as the grain boundary tilt angle of most crystal grains.
You. From the results shown in FIG. 31, it has become clear that the crystal orientation becomes good when the angle of incidence of the ion beam is in the range of 50 to 60 degrees. In particular, by setting the incident angle of the ion beam to 55 to 60 degrees, the full width at half maximum, in other words,
It was also clarified that the grain boundary tilt angle of the crystal thin film could be reduced to a minimum value of about 25 degrees.

【0064】次に、前記多結晶薄膜上に図7に示す構成
のレーザ蒸着装置を用いて酸化物超電導層を形成した。
ターゲットとして、Y0.7Ba1.7Cu3.07-xなる組成
の酸化物超電導体からなるターゲットを用いた。また、
蒸着処理室の内部を10-6トールに減圧し、室温にてレ
ーザ蒸着を行なった。ターゲット蒸発用のレーザとして
波長193nmのArFレーザを用いた。その後、40
0゜Cで60分間、酸素雰囲気中において熱処理した。
得られた酸化物超電導体は、幅0.5mm、長さ10c
mのものである。
Next, an oxide superconducting layer was formed on the polycrystalline thin film using a laser vapor deposition apparatus having the structure shown in FIG.
As a target, using a target made of an oxide superconductor of Y 0.7 Ba 1.7 Cu 3.0 O 7 -x a composition. Also,
The inside of the deposition chamber was evacuated to 10 -6 Torr, and laser deposition was performed at room temperature. An ArF laser having a wavelength of 193 nm was used as a laser for target evaporation. Then 40
Heat treatment was performed at 0 ° C. for 60 minutes in an oxygen atmosphere.
The obtained oxide superconductor has a width of 0.5 mm and a length of 10 c.
m.

【0065】この酸化物超電導導体を冷却し、臨界温度
と臨界電流密度の測定を行なった結果、臨界温度=90
K、 臨界電流密度=500000A/cm2を示し、
極めて優秀な超電導特性を発揮することを確認できた。
The oxide superconductor was cooled, and the critical temperature and the critical current density were measured.
K, critical current density = 500000 A / cm 2 ,
It was confirmed that it exhibited extremely excellent superconducting characteristics.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上説明したように本発明の多結晶薄膜
の製造方法によれば、スパッタリングにより安定化ジル
コニア、MgO、SrTiO3のいずれかからなるター
ゲットから叩き出した構成粒子を金属の基材に堆積さ
せる際に、基材成膜面の法線に対して斜め方向55度〜
60度の角度でイオンビームを照射するので、構成粒子
を効率的に活性化できる結果、基材の成膜面に対してc
軸配向性に加えてa軸配向性とb軸配向性をも向上させ
た粒界傾角25度以下の多結晶薄膜を得ることができ
る。 前記の多結晶薄膜は、それを回転させて得られる
X線回折の回折ピークが90度おきに出現するので、多
結晶薄膜を構成する結晶粒のa軸とb軸における面内配
向性が良好であり、また、そのピークの出現範囲は0〜
30度の範囲になるので、粒界傾角が30度以下になっ
ていることも明らかである。更に、イオンビームの入射
角が55〜60度の好ましい範囲であるので、多数の結
晶粒における膜面方向の特定の結晶軸どうしがなす粒界
傾角25度以下とした結晶配向性の良好な多結晶薄膜
を得ることができる。
As described above, according to the method for producing a polycrystalline thin film of the present invention, constituent particles struck out of a target made of stabilized zirconia, MgO, or SrTiO 3 by sputtering are formed on a metal substrate. when deposited on top oblique direction 55 degrees with respect to the normal to the substrate deposition surface -
Since the ion beam is irradiated at an angle of 60 degrees, the constituent particles can be efficiently activated.
It is possible to obtain a polycrystalline thin film having a grain boundary inclination angle of 25 degrees or less in which the a-axis orientation and the b-axis orientation are improved in addition to the axis orientation. In the above-mentioned polycrystalline thin film, diffraction peaks of X-ray diffraction obtained by rotating the polycrystalline thin film appear every 90 degrees, so that the in-plane orientation of the crystal grains constituting the polycrystalline thin film in the a-axis and the b-axis is good. And the range of appearance of the peak is 0 to
Since the range is 30 degrees, it is apparent that the grain boundary inclination angle is 30 degrees or less. Further, since the incident angle of the ion beam is in a preferable range of 55 to 60 degrees, a large number of results are obtained.
The specific grain boundary inclination angle of the crystal axis each other forms the film surface direction can be obtained the crystalline orientation of good polycrystalline thin film was less than 25 degrees in Akiratsubu.

【0067】また、多結晶薄膜の製造時のイオンビーム
の電流密度を20μmA/cm2以上とし、イオンビー
ム電圧を150V以上、かつ、700Vより少なくする
とともに、用いるターゲットとして、安定化ジルコニ
ア、MgO、SrTiO3のいずれかからなるものを用
いることで、金属の基材上に得られる多結晶薄膜の結晶
粒の粒界傾角を25度以内とすることができ、良好な結
晶配向性の多結晶薄膜を基材上に確実に製造することが
できる。なお、イオンビームとして用いるイオンは不活
性ガスイオンあるいは不活性ガスイオンと酸素ガスの混
合イオンが好ましい。
Further, the current density of the ion beam at the time of manufacturing the polycrystalline thin film is set to 20 μmA / cm 2 or more, the ion beam voltage is set to 150 V or more and less than 700 V, and stabilized zirconia, MgO, By using any one of SrTiO 3 , the grain boundary tilt angle of the crystal grains of the polycrystalline thin film obtained on the metal substrate can be kept within 25 degrees, and the polycrystalline thin film having good crystal orientation can be obtained. Can be reliably produced on a substrate . Note that the ion used as the ion beam is preferably an inert gas ion or a mixed ion of an inert gas ion and oxygen gas.

【0068】次に本発明に係る酸化物超電導体の製造方
法によれば、金属の基材上に基材成膜面の法線に対する
イオンビームの入射角度5度〜60度で前記のような
結晶配向性の良好な多結晶薄膜を形成し、その上に酸化
物超電導層を形成する。前記多結晶薄膜は、それを回転
させて得られるX線回折の回折ピークが90度おきに出
現するので、金属の基材上に形成されるものであっても
多結晶薄膜を構成する結晶粒の面内配向性が良好であ
り、その上に酸化物超電導層を生成するので結晶配向性
の良好な酸化物超電導層を形成できる。更に、酸化物超
電導層の結晶粒のa軸どうしあるいはb軸どうしの粒界
傾角も良好に揃えることができるので、臨界電流密度の
高い酸化物超電導導体を得ることができる。更に、イオ
ンビームの入射角度を基材成膜面の法線に対して55〜
60度にすることで良好に結晶配向性を整えることがで
き、膜面方向の特定の結晶軸において粒界傾角25度以
内の良好な結晶配向性の多結晶薄膜を基材上に形成する
ことができるので、その上に積層する酸化物超電導層と
して結晶配向性の優れたものを得ることができ、優れた
臨界電流密度を示す酸化物超電導導体を得ることができ
る。
[0068] Then, according to the method of manufacturing an oxide superconductor according to the present invention, as described above at an incident angle of 5 5 to 60 degrees of the ion beam relative to the normal of the substrate film-forming surface on a metal substrate A polycrystalline thin film having good crystal orientation is formed, and an oxide superconducting layer is formed thereon. Since the X-ray diffraction peak obtained by rotating the polycrystalline thin film appears every 90 degrees, even if the polycrystalline thin film is formed on a metal substrate , The in-plane orientation of the constituting crystal grains is good, and the oxide superconducting layer is formed thereon, so that the oxide superconducting layer with good crystal orientation can be formed. Further, the grain boundaries between the a-axis and the b-axis of the crystal grains of the oxide superconducting layer
Since the inclination angles can be adjusted well, an oxide superconductor having a high critical current density can be obtained. Further, the angle of incidence of the ion beam is set to 55 to 55
By setting the angle to 60 degrees, the crystal orientation can be properly adjusted, and a polycrystalline thin film having a good crystal orientation within a grain boundary inclination angle of 25 degrees at a specific crystal axis in the film plane direction is formed on the substrate.
It is possible, that the oxide superconducting layer to be stacked can be obtained having excellent crystal orientation, it is possible to obtain an oxide superconductor exhibiting excellent critical current density.

【0069】また、金属の基材上に基材成膜面の法線に
対するイオンビームの入射角度50度〜60度で入射し
ながら多結晶薄膜の製造時のイオンビームの電流密度を
20μmA/cm2以上とし、イオンビーム電圧を15
0V以上、かつ、700Vより少なくすることで、多数
の結晶粒において膜面方向の特定の結晶軸の粒界傾角を
25度以下とした良好な結晶配向性を有する多結晶薄膜
基材上に確実に製造することができ、これを基に酸化
物超電導層を形成することで、結晶配向性に優れた臨界
電流密度の高い酸化物超電導導体を確実に得ることがで
きる。また、金属の基材として長尺のものを用いれば、
長尺の超電導導体を得ることができる。なお、前記イオ
ンビームとして用いるイオンは不活性ガスイオンあるい
は不活性ガスイオンと酸素ガスの混合イオンが好まし
い。
Further, the current density of the ion beam during the production of the polycrystalline thin film was set to 20 μmA / cm while the ion beam was incident on the metal substrate at an incident angle of 50 ° to 60 ° with respect to the normal to the substrate deposition surface. 2 or more and the ion beam voltage is 15
More than 0V and less than 700V, many
The grain boundary tilt angle of a specific crystal axis in the film plane direction
A polycrystalline thin film having good crystal orientation at 25 degrees or less can be reliably produced on a substrate, and by forming an oxide superconducting layer based on this, a critical current having excellent crystal orientation can be obtained. An oxide superconducting conductor having a high density can be reliably obtained. Also , if a long metal substrate is used,
A long superconducting conductor can be obtained. The ion used as the ion beam is preferably an inert gas ion or a mixed ion of an inert gas ion and oxygen gas.

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

【図1】図1は本発明方法により形成された多結晶薄膜
を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a polycrystalline thin film formed by the method of the present invention.

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

【図3】図3は本発明方法を実施して基材上に多結晶薄
膜を製造する装置の一例を示す構成図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of an apparatus for producing a polycrystalline thin film on a substrate by performing the method of the present invention.

【図4】図4は図3に示す装置のイオン源の一例を示す
断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing an example of the ion source of the apparatus shown in FIG.

【図5】図5は図1に示す多結晶薄膜の上に形成された
酸化物超電導層を示す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing an oxide superconducting layer formed on the polycrystalline thin film shown in FIG.

【図6】図6は図5に示す酸化物超電導層の結晶粒とそ
の結晶軸方向および粒界傾角を示す拡大平面図である。
6 is an enlarged plan view showing crystal grains of the oxide superconducting layer shown in FIG. 5, the crystal axis direction thereof, and the grain boundary tilt angle.

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

【図8】図8は本発明装置の他の実施例を示す構成図で
ある。
FIG. 8 is a configuration diagram showing another embodiment of the device of the present invention.

【図9】図9は従来の装置で製造された多結晶薄膜を示
す構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram showing a polycrystalline thin film manufactured by a conventional apparatus.

【図10】図10はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧300V、イオンビーム電流密度10μA
/cm2で製造した多結晶薄膜のX線回折結果を示すグ
ラフである。
FIG. 10 shows an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 300 V, and an ion beam current density of 10 μA.
6 is a graph showing the result of X-ray diffraction of a polycrystalline thin film manufactured at a density of / cm 2 .

【図11】図11はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧300V、イオンビーム電流密度20μA
/cm2で製造した多結晶薄膜のX線回折結果を示すグ
ラフである。
FIG. 11 shows an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 300 V, and an ion beam current density of 20 μA.
6 is a graph showing the result of X-ray diffraction of a polycrystalline thin film manufactured at a density of / cm 2 .

【図12】図12はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧300V、イオンビーム電流密度40μA
/cm2で製造した多結晶薄膜のX線回折結果を示すグ
ラフである。
FIG. 12 shows an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 300 V, and an ion beam current density of 40 μA.
6 is a graph showing the result of X-ray diffraction of a polycrystalline thin film manufactured at a density of / cm 2 .

【図13】図13はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧300V、イオンビーム電流密度70μA
/cm2で製造した多結晶薄膜のX線回折結果を示すグ
ラフである。
FIG. 13 shows an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 300 V, and an ion beam current density of 70 μA.
6 is a graph showing the result of X-ray diffraction of a polycrystalline thin film manufactured at a density of / cm 2 .

【図14】図14はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧300V、イオンビーム電流密度10μA
/cm2で製造した多結晶薄膜の極点図である。
FIG. 14 shows an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 300 V, and an ion beam current density of 10 μA.
FIG. 2 is a pole figure of a polycrystalline thin film manufactured at a rate of / cm 2 .

【図15】図15はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧300V、イオンビーム電流密度20μA
/cm2で製造した多結晶薄膜の極点図である。
FIG. 15 shows an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 300 V, and an ion beam current density of 20 μA.
FIG. 2 is a pole figure of a polycrystalline thin film manufactured at a rate of / cm 2 .

【図16】図16はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧300V、イオンビーム電流密度40μA
/cm2で製造した多結晶薄膜の極点図である。
FIG. 16 shows an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 300 V, and an ion beam current density of 40 μA.
FIG. 2 is a pole figure of a polycrystalline thin film manufactured at a rate of / cm 2 .

【図17】図17はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧300V、イオンビーム電流密度70μA
/cm2で製造した多結晶薄膜の極点図である。
FIG. 17 shows an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 300 V, and an ion beam current density of 70 μA.
FIG. 2 is a pole figure of a polycrystalline thin film manufactured at a rate of / cm 2 .

【図18】図18はイオンビーム入射角度90度、イオ
ンビーム電圧300V、イオンビーム電流25mAと4
5mAで製造した多結晶薄膜のX線回折結果を示すグラ
フである。
FIG. 18 shows an ion beam incident angle of 90 degrees, an ion beam voltage of 300 V, an ion beam current of 25 mA and 4
5 is a graph showing an X-ray diffraction result of a polycrystalline thin film manufactured at 5 mA.

【図19】図19はイオンビーム入射角度90度、イオ
ンビーム電圧500V、イオンビーム電流15mA、2
5mA、35mAで製造した多結晶薄膜のX線回折結果
を示すグラフである。
FIG. 19 is an ion beam incident angle of 90 degrees, an ion beam voltage of 500 V, an ion beam current of 15 mA,
It is a graph which shows the X-ray-diffraction result of the polycrystalline thin film manufactured at 5 mA and 35 mA.

【図20】図20はイオンビーム入射角度90度、イオ
ンビーム電圧700V、イオンビーム電流25mAで製
造した多結晶薄膜のX線回折結果を示すグラフである。
FIG. 20 is a graph showing an X-ray diffraction result of a polycrystalline thin film manufactured at an ion beam incident angle of 90 degrees, an ion beam voltage of 700 V, and an ion beam current of 25 mA.

【図21】図21は多結晶薄膜のa軸およびb軸配向性
を調べるために行なった試験を説明するための構成図で
ある。
FIG. 21 is a configuration diagram for describing a test performed for examining a-axis and b-axis orientations of a polycrystalline thin film.

【図22】図22は製造された多結晶薄膜の(311)
面の回折ピークを示すグラフである。
FIG. 22 shows (311) of the produced polycrystalline thin film.
It is a graph which shows the diffraction peak of a surface.

【図23】図23は製造された多結晶薄膜の(311)
面の回折ピークを示すグラフである。
FIG. 23 shows (311) of the produced polycrystalline thin film.
It is a graph which shows the diffraction peak of a surface.

【図24】図24は得られた多結晶薄膜の回転角度5度
毎の回折ピークを示すグラフである。
FIG. 24 is a graph showing diffraction peaks of the obtained polycrystalline thin film at every rotation angle of 5 degrees.

【図25】図25はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧500V、イオンビーム電流密度40μA
/cm2で製造した多結晶薄膜のX線回折結果を示すグ
ラフである。
FIG. 25 shows an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 500 V, and an ion beam current density of 40 μA.
6 is a graph showing the result of X-ray diffraction of a polycrystalline thin film manufactured at a density of / cm 2 .

【図26】図25はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧700V、イオンビーム電流密度40μA
/cm2で製造した多結晶薄膜のX線回折結果を示すグ
ラフである。
FIG. 25 is an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 700 V, and an ion beam current density of 40 μA.
6 is a graph showing the result of X-ray diffraction of a polycrystalline thin film manufactured at a density of / cm 2 .

【図27】図27はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧200V、イオンビーム電流密度50μA
/cm2で製造した多結晶薄膜のX線回折結果を示すグ
ラフである。
FIG. 27 shows an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 200 V, and an ion beam current density of 50 μA.
6 is a graph showing the result of X-ray diffraction of a polycrystalline thin film manufactured at a density of / cm 2 .

【図28】図28はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧200V、イオンビーム電流密度20μA
/cm2で製造した多結晶薄膜のX線回折結果を示すグ
ラフである。
FIG. 28 shows an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 200 V, and an ion beam current density of 20 μA.
6 is a graph showing the result of X-ray diffraction of a polycrystalline thin film manufactured at a density of / cm 2 .

【図29】図29はイオンビーム入射角度55度、イオ
ンビーム電圧150V、イオンビーム電流密度30μA
/cm2で製造した多結晶薄膜のX線回折結果を示すグ
ラフである。
FIG. 29 shows an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 150 V, and an ion beam current density of 30 μA.
6 is a graph showing the result of X-ray diffraction of a polycrystalline thin film manufactured at a density of / cm 2 .

【図30】図30はイオンビーム電圧およびイオンビー
ム電流密度と、製造された多結晶薄膜の結晶配向性の関
係を示す図である。
FIG. 30 is a diagram showing a relationship between an ion beam voltage and an ion beam current density and the crystal orientation of a manufactured polycrystalline thin film.

【図31】図31はイオンビームの入射角度と得られた
多結晶薄膜の半値全幅との関係を示すグラフである。
FIG. 31 is a graph showing the relationship between the angle of incidence of the ion beam and the full width at half maximum of the obtained polycrystalline thin film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A…基材、 B…多結晶薄膜、
C…酸化物超電導層、 K、K’…粒界傾角、 θ…入射角度、
φ…回転角、 11…基材ホルダ、 12…ターゲット、 1
3…イオンガン、 20…結晶粒、 22…酸化物超電導導体、 2
3…結晶粒、
A: substrate, B: polycrystalline thin film,
C: oxide superconducting layer, K, K ': grain boundary tilt angle, θ: incident angle,
φ: rotation angle, 11: substrate holder, 12: target, 1
3: ion gun, 20: crystal grain, 22: oxide superconducting conductor, 2
3 ... crystal grains,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C30B 28/12 C30B 28/12 29/22 501 29/22 501K H01B 13/00 565 H01B 13/00 565D H01L 39/24 ZAA H01L 39/24 ZAAB (56)参考文献 特開 平2−54757(JP,A) 特開 平4−72062(JP,A) 特開 平2−311398(JP,A) 特許2721595(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 C30B 28/12,29/22 C01G 3/00 H01B 13/00 H01L 39/24 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI C30B 28/12 C30B 28/12 29/22 501 29/22 501K H01B 13/00 565 H01B 13/00 565D H01L 39/24 ZAA H01L 39/24 ZAAB (56) Reference JP-A-2-544757 (JP, A) JP-A-4-72062 (JP, A) JP-A-2-311398 (JP, A) Patent 2721595 (JP, B2) ( 58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 14/00-14/58 C30B 28 / 12,29 / 22 C01G 3/00 H01B 13/00 H01L 39/24

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 スパッタリングによりターゲットの構成
粒子を叩き出して金属の基材上に堆積させ、金属の基材
上に多結晶薄膜を形成する方法であって、前記構成粒子
を基材上に堆積させる際に、ターゲットから叩き出して
基材上の成膜面に堆積させる構成粒子の外に、イオン源
が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55〜60度の範囲の入射角度で照射し
ながら前記構成粒子を基材上に堆積させるとともに、前
記ターゲットとして、安定化ジルコニア、MgO、Sr
TiO3のいずれかからなるものを用い、得られる多結
晶薄膜を構成する多数の結晶粒における膜面方向の特定
の結晶軸どうしがなす粒界傾角を25度以内とすること
を特徴とする多結晶薄膜の製造方法。
1. A method of forming a polycrystalline thin film on a metal substrate by punching out constituent particles of a target by sputtering and depositing the constituent particles on a metal substrate, wherein the constituent particles are deposited on the base material. In addition, the ion beam generated by the ion source is placed at an angle of 55 ° from an oblique direction with respect to the normal to the film forming surface of the substrate, in addition to the constituent particles which are beaten from the target and deposited on the film forming surface of the substrate. The constituent particles are deposited on the substrate while irradiating at an incident angle in the range of 6060 °, and stabilized zirconia, MgO, Sr
Using any one of TiO 3 , specifying the film surface direction of many crystal grains constituting the obtained polycrystalline thin film
A polycrystalline thin film, characterized in that the tilt angle of the grain boundary formed by the crystal axes is 25 degrees or less.
【請求項2】 スパッタリングによりターゲットの構成
粒子を叩き出して金属の基材上に堆積させ、金属の基材
上に多結晶薄膜を形成する方法であって、前記構成粒子
を基材上に堆積させる際に、ターゲットから叩き出して
基材上の成膜面に堆積させる構成粒子の外に、イオン源
が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55〜60度の範囲の入射角度で照射し
ながら前記構成粒子を基材上に堆積させるとともに、前
記ターゲットとして、安定化ジルコニア、MgO、Sr
TiO3のいずれかからなるものを用い、前記イオンビ
ームの電流密度を20μA/cm2以上、イオンビーム
電圧を150V以上で700V未満として得られる多結
晶薄膜を構成する多数の結晶粒における膜面方向の特定
の結晶軸どうしがなす粒界傾角を25度以内とすること
を特徴とする多結晶薄膜の製造方法。
2. A sputtering hammered out the constituent particles of the target is deposited on a metal substrate by a method of forming a polycrystalline thin film on a metal substrate, depositing the constituent particles on a substrate In addition, the ion beam generated by the ion source is placed at an angle of 55 ° from an oblique direction with respect to the normal to the film forming surface of the substrate, in addition to the constituent particles which are beaten from the target and deposited on the film forming surface of the substrate. The constituent particles are deposited on the substrate while irradiating at an incident angle in the range of 6060 °, and stabilized zirconia, MgO, Sr
Using any one of TiO 3 , the film surface direction in a large number of crystal grains constituting a polycrystalline thin film obtained by setting the current density of the ion beam to 20 μA / cm 2 or more and the ion beam voltage to 150 V or more and less than 700 V Identification
A polycrystalline thin film, characterized in that the tilt angle of the grain boundary formed by the crystal axes is 25 degrees or less.
【請求項3】 安定化ジルコニア、MgO、SrTiO
3のうちのいずれかからなる立方晶系の多結晶薄膜の各
結晶粒のc軸を基材成膜面に直角に向け、各結晶粒のa
軸どうしあるいはb軸どうしがなす粒界傾角を25度以
下とすることを特徴とする請求項1または2に記載の多
結晶薄膜の製造方法。
3. Stabilized zirconia, MgO, SrTiO
The c-axis of each crystal grain of the cubic polycrystalline thin film made of any one of 3 is oriented perpendicular to the substrate deposition surface, and a
3. The method for producing a polycrystalline thin film according to claim 1, wherein a grain boundary inclination angle between the axes or between the b axes is set to 25 degrees or less.
【請求項4】 請求項1、2または3記載のイオンとし
て、不活性ガスイオン、あるいは、不活性ガスと酸素ガ
スの混合イオンを用いることを特徴とする酸化物超電導
体の製造方法。
4. A method for producing an oxide superconductor, comprising using an inert gas ion or a mixed ion of an inert gas and an oxygen gas as the ion according to claim 1, 2 or 3.
【請求項5】 スパッタリングによりターゲットの構成
粒子を叩き出して 属の基材上に堆積させ、金属の基材
上に多結晶薄膜を形成し、次いでこの多結晶薄膜上に酸
化物超電導層を形成する酸化物超電導導体の製造方法
あって、 前記構成粒子を基材上に堆積させる際に、ターゲットか
ら叩き出して基材上の成膜面に堆積させる構成粒子の外
に、イオン源が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5〜60度の範囲の入射
角度で照射しつつスパッタ粒子を堆積させるとともに、
前記ターゲットとして、安定化ジルコニア、MgO、S
rTiO3のいずれかからなるものを用いて多数の結晶
粒における膜面方向の特定の結晶軸どうしがなす粒界傾
角を25度以下とした多結晶薄膜を形成し、この多結晶
薄膜上に酸化物超電導層を形成することを特徴とする酸
化物超電導導体の製造方法。
5. hammered out the constituent particles of the target are deposited on a substrate of metals by sputtering, a polycrystalline thin film is formed on a metal substrate and then an oxide superconducting layer on the polycrystalline thin film In the manufacturing method of the oxide superconducting conductor to be formed
There, at the time of depositing the constituent particles on a substrate, outside the constituent particles to be deposited hammered from the target to the deposition surface on a substrate, forming an ion beam ion source caused the substrate with depositing sputtered particles while irradiating with an incident angle in the range of 5 5-60 degrees from the oblique direction with respect to the normal line of the film plane,
As the target, stabilized zirconia, MgO, S
Numerous crystals using any one of rTiO 3
Grain boundary tilt between specific crystal axes in the film plane direction in grains
A method for producing an oxide superconducting conductor, comprising: forming a polycrystalline thin film having an angle of 25 degrees or less, and forming an oxide superconducting layer on the polycrystalline thin film.
【請求項6】 スパッタリングによりターゲットの構成
粒子を叩き出して金属の基材上に堆積させ、金属の基材
上に多結晶薄膜を形成し、次いでこの多結晶薄膜上に酸
化物超電導層を形成する酸化物超電導導体の製造方法
あって、前記構成粒子を基材上に堆積させる際に、ター
ゲットから叩き出して基材上の成膜面に堆積させる構成
粒子の外に、イオン源が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5〜60度の範
囲の入射角度で照射しつつスパッタ粒子を堆積させると
ともに、前記ターゲットとして、安定化ジルコニア、M
gO、SrTiO3のいずれかからなるものを用い、前
記イオンビームの電流密度を20μA/cm2以上、イ
オンビーム電圧を150V以上で700V未満として
数の結晶粒における膜面方向の特定の結晶軸どうしがな
す粒界傾角を25度以下とした多結晶薄膜を形成し、こ
の多結晶薄膜上に酸化物超電導層を形成することを特徴
とする酸化物超電導導体の製造方法。
6. sputtering hammered out the constituent particles of the target is deposited on a metal substrate by, forming a polycrystalline thin film on a metal substrate, then forming an oxide superconducting layer on the polycrystalline thin film in oxide superconductor manufacturing method of
There, at the time of depositing the constituent particles on a substrate, outside the constituent particles to be deposited hammered from the target to the deposition surface on a substrate, forming an ion beam ion source caused the substrate with depositing sputtered particles while irradiating with an incident angle in the range of 5 5-60 degrees from the oblique direction with respect to the normal line of the film plane, as the target, stabilized zirconia, M
gO, used made of either of SrTiO 3, the ion beam current density of 20 .mu.A / cm 2 or more, the multi as less than 700V ion beam voltage above 150V
Between certain crystal axes in the film plane direction
A method for producing an oxide superconducting conductor, comprising: forming a polycrystalline thin film having a grain boundary inclination angle of 25 degrees or less, and forming an oxide superconducting layer on the polycrystalline thin film.
【請求項7】 請求項5または6記載の多結晶薄膜上に
酸化物超電導層を形成する際に、多結晶薄膜の結晶に対
して酸化物超電導体の結晶をエピタキシャル成長させる
ことを特徴とする酸化物超電導体の製造方法。
When 7. forming an oxide superconducting layer on a polycrystalline thin film according to claim 5 or 6, wherein, oxide, characterized in that the epitaxial growth of crystals of the oxide superconductor to the crystal of the polycrystalline thin film Of manufacturing superconductors.
【請求項8】 イオンとして、不活性ガスイオン、ある
いは、不活性ガスと酸素ガスの混合イオンを用いること
を特徴とする請求項5、6または7記載の酸化物超電導
体の製造方法。
As 8. ions, inert gas ions or, method of manufacturing an oxide superconductor according to claim 5, 6 or 7, wherein the use of mixed ions of an inert gas and oxygen gas.
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