JP4131771B2 - 多結晶薄膜とその製造方法および酸化物超電導導体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は結晶方位の整った希土類酸化物Ｃ型の結晶構造を有する多結晶薄膜およびその製造方法と、結晶方位の整った希土類酸化物Ｃ型の結晶構造を有する多結晶薄膜と酸化物超電導層を有し、超電導特性に優れた酸化物超電導導体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年になって発見された酸化物超電導体は、液体窒素温度を超える臨界温度を示す優れた超電導体であるが、現在、この種の酸化物超電導体を実用的な超電導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。
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】
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などの結晶配向性の良好な中間層を被覆し、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、これらの材料からなる単結晶基材上に形成された酸化物超電導層（例えば、臨界電流密度数１０万Ａ／ｃｍ²）よりもかなり低い臨界電流密度（例えば、１０００〜１００００Ａ／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。
【０００４】
図１４は、金属テープなどの多結晶体の基材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１４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。
【０００５】
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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明者らは先に、特殊な方法を用いて多結晶基材上にａ軸とｂ軸の配向性を良好にしたＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）の中間層を形成し、この中間層上に酸化物超電導層を成膜するならば、良好な臨界電流密度を発揮する酸化物超電導導体を製造可能なことを見出し、この技術に関し、特願平４−２９３４６４号明細書、特願平８−２１４８０６号明細書、特願平８−２７２６０６号明細書、特願平８−２７２６０７号明細書などにおいて特許出願を行っている。
【０００７】
これらの特許出願に係る技術は、ＹＳＺのターゲットを用いて多結晶基材上に成膜する際に、多結晶基材の被成膜面に対して斜め方向からＡｒ⁺などのイオン ビームを同時照射するイオンビームアシストを行うことで結晶配向性の悪いＹＳＺの結晶を選択的に除去し、結晶配向性の良好なＹＳＺの結晶を選択的に堆積させることができ、これにより結果的に配向性の優れたＹＳＺの中間層を成膜することができる技術であった。
【０００８】
本願発明者らが先に特許出願した技術によれば、ａ軸およびｂ軸が良好に配向したＹＳＺの多結晶薄膜を得ることができ、この多結晶薄膜上に形成した酸化物超電導体は良好な臨界電流密度を発揮することを確認することができたので、本願発明者らは更に別の材料から、より好ましい多結晶薄膜層を製造する技術の研究に着手した。
【０００９】
ここで図１５は、本発明者らが最近において使用している酸化物超電導導体の一例の断面構造を示す。この例の酸化物超電導導体Ｄは、金属テープの基材５の上にＹＳＺあるいはＭｇＯの配向制御中間層６を先に説明した技術を用いて成膜し、次いでＹ₂Ｏ₃の反応防止中間層７を形成し、その上に酸化物超電導層８を形成した４層構造のものである。
【００１０】
このような４層構造を採用したのは、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xなる組成の酸化物超電導層を得るためには、スパッタ等の成膜法により目的の組成の酸化物超電導層を成膜した後、数１００度に加熱する熱処理を行う必要があり、この熱処理時の加熱によってＹＳＺとＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xなる組成の酸化物超電導層との間で元素の拡散反応が進行する場合があり、超電導特性が劣化するおそれを有するのでこの拡散反応を防止するためである。ここで、配向制御中間層６を構成するＹＳＺの結晶は立方晶系の結晶構造を有し、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xなる組成の酸化物超電導層はペロブスカイト型と称される結晶構造を有し、いずれも面心立方構造の１種であり、近似する結晶格子を有するが、両結晶格子の間の格子の大きさには５％程度の差異を有する。例えば、ＹＳＺの立方格子の角部に位置する原子と立方格子の面の中央部に位置する原子との最隣接原子間距離は３.６３Å、Ｙ₂Ｏ₃の同様の最隣接原子間距離は３.７５Å、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xなる組成の酸化物超電導層の同様の最隣接原子間距離は３.８１Åであり、Ｙ₂Ｏ₃がＹＳＺとＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xの中間の値を示すので、格子の大きさの差異を埋めるためにも有利であり、組成も近いので反応防止層としては有利であると考えている。
【００１１】
ところが、図１５に示すような４層構造では、必要な層の数が大きくなり、製造工程が増加する問題がある。
そこで本発明者らは、金属テープの基材５の上に直に配向性の良好なＹ₂Ｏ₃の反応防止中間層７を形成する目的から、本発明者らが先に特許出願したイオンビームアシスト技術を適用して基材５上にＹ₂Ｏ₃の反応防止中間層７を成膜してみたが、従来のイオンビームアシスト技術の成膜条件では配向性の良好なＹ₂Ｏ₃の反応防止中間層７を成膜することができなかった。
【００１２】
ところで、前記酸化物超電導体の応用分野以外において、多結晶体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。
【００１３】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、本発明者らが先に提供しているイオンビームアシスト法を応用し、基材上に配向性の良好なＹ₂Ｏ₃などの希土類酸化物Ｃ型の多結晶層を形成するべく研究を重ねた結果、完成されたもので、基材の被成膜面に対して直角向きに希土類酸化物Ｃ型の酸化物の結晶粒の結晶軸のｃ軸を配向させることができると同時に、被成膜面と平行な面に沿って希土類酸化物Ｃ型の結晶粒の結晶軸のａ軸およびｂ軸を揃えることができ、結晶配向性に優れた希土類酸化物Ｃ型の結晶粒の多結晶薄膜を提供すること、および結晶配向性に優れた希土類酸化物Ｃ型の結晶粒の多結晶薄膜を備え、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の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、耐熱性の金属テープの多結晶基材の被成膜面上に形成されたＹ_２Ｏ_３の組成式で示される希土類酸化物Ｃ型の結晶構造を有する酸化物の結晶粒を主体としてなる多結晶薄膜であって前記多結晶基材の被成膜面と平行な面に沿う前記多結晶薄膜の各結晶粒の同一結晶軸が構成する粒界傾角が、３０度以下にされてなり、前記多結晶薄膜の構成元素のターゲットから発生させた構成粒子を多結晶基材上に堆積させる際に、多結晶基材の温度を２５０℃以上、３５０℃以下の範囲に設定し、イオンソースが発生させるイオンビームとして、Ａｒ^＋のイオンビームを用い、前記イオンビームのイオンビームエネルギーを１００ｅＶ以上、３００ｅＶ以下の範囲に調整し、前記イオンビームを基材の被成膜面の法線に対して５０度以上、６０度以下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てなることを特徴とする。
本発明は前記課題を解決するために前記金属テープをＮｉ合金とすることができる。
本発明は前記課題を解決するために前記金属テープを銀、白金、ステンレス鋼、銅のいずれかから形成することができる。
【００１６】
本発明の多結晶薄膜の製造方法は前記課題を解決するために、耐熱性の金属テープの多結晶基材の被成膜面上に形成されたＹ_２Ｏ_３の組成式で示される希土類酸化物Ｃ型の結晶構造を有する酸化物の結晶粒からなり、前記多結晶基材の被成膜面と平行な面に沿う前記結晶粒の同一結晶軸が構成する粒界傾角を３０度以下にしてなる多結晶薄膜を製造する方法であり、
前記多結晶薄膜の構成元素のターゲットから発生させた構成粒子を金属テープの多結晶基材上に堆積させる際に、多結晶基材の温度を２５０℃以上、３５０℃以下の範囲に設定し、イオンソースが発生させるイオンビームとして、Ａｒ^＋のイオンビームを用い、前記イオンビームのイオンビームエネルギーを１００ｅＶ以上、３００ｅＶ以下の範囲に調整し、前記イオンビームを基材の被成膜面の法線に対して５０度以上、６０度以下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ことを特徴とする。
本発明の多結晶薄膜の製造方法は前記金属テープをＮｉ合金あるいは銀、白金、ステンレス鋼、銅のいずれかから形成することができる。
本発明の酸化物超電導導体は前記課題を解決するために、先のいずれかに記載の多結晶薄膜を耐熱性の金属テープの多結晶基材上に備え、前記多結晶薄膜上に形成された酸化物超電薄層とを具備してなることを特徴とする。
【００１８】
多結晶基材上に形成されたＹ₂Ｏ₃などの希土類酸化物Ｃ型の多結晶着膜は、その上に酸化物系の超電導層を設けた場合に、従来のＹＳＺの多結晶薄膜よりも種々の点で有利であると考えられる。
第１に、ＹＳＺの結晶において主体となるＺｒＯ₂の格子定数は５.１４Åであり、このＺｒＯ₂の面心立方格子において面の中央に位置する原子と面のコーナ部分に位置する原子の間隔（最隣接原子間距離）は３.６３Åであるとすると、Ｙ₂Ｏ₃の結晶の格子定数が５.３Åであり、最隣接原子間距離は３.７５Åとなり、これらに対してＹ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xなる組成の酸化物超電導体の最隣接原子間距離が３.９Åであることを考慮し、３.９Åの２^1/2倍（ルート２倍）が格子定数の５.４〜５.５Åであることを考慮すると、ＹＳＺの多結晶薄膜よりもＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜の方が結晶の整合性の面では有利であると考えられる。即ち、イオンビームアシスト法を実施して多結晶薄膜の原子を堆積させる際に、最隣接原子間の距離が近いものの方が、原子の正規な堆積がなされ易いものと考えている。また、Ｙ₂Ｏ₃が希土類酸化物Ｃ型の結晶構造であるので、希土類酸化物Ｃ型において近似する結晶格子のものとして、Ｓｃ₂Ｏ₃、Ｎｄ₂Ｏ₃、Ｓｍ₂Ｏ₃、Ｅｕ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｔｂ₂Ｏ₃、Ｄｙ₂Ｏ₃、Ｈｏ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、Ｌｕ₂Ｏ₃、Ｐｍ₂Ｏ₃のいずれかの組成式で示される希土類酸化物Ｃ型の結晶構造を有するものを適用できる。
【００１９】
次に、本発明者らの研究により、ＹＳＺの多結晶薄膜とＹ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x酸 化物超電導体層との界面は、製造時の加熱処理あるいは熱処理等の熱拡散によってＢａＺｒＯ₃を生じやすいと考えているが、Ｙ₂Ｏ₃の多結晶薄膜とＹ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x酸化 物超電導体層との界面は７００〜８００℃程度の加熱条件では安定なので、この面においてもＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜が有望である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１は本発明の多結晶薄膜を基材上に形成した一実施形態を示すものであり、図１においてＡはテープ状の多結晶基材、Ｂは多結晶基材Ａの上面に形成された多結晶薄膜を示している。
前記多結晶基材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、多結晶基材Ａは、銀、白金、ステンレス鋼、銅、ハステロイ等のＮｉ合金などの金属材料や合金、あるいは、各種ガラスあるいは各種セラミックスなどの材料からなるものである。
【００２１】
この実施形態の多結晶薄膜Ｂは、等軸晶系の希土類酸化物Ｃ型の結晶構造を有するＹ₂Ｏ₃からなる微細な結晶粒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（被成膜面）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軸が多結晶基材Ａの（上面）被成膜面に対して直角に配向されている。そして、各結晶粒２０のａ軸（あるいはｂ軸）どうしは、それらのなす角度（図２に示す粒界傾角Ｋ）を３０度以内、例えば２５〜３０度の範囲内にして接合一体化されている。
【００２２】
前記結晶粒２０を構成する酸化物は、Ｙ₂Ｏ₃の外にＹ₂Ｏ₃、Ｓｃ₂Ｏ₃、Ｎｄ₂Ｏ₃、Ｓｍ₂Ｏ₃、Ｅｕ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｔｂ₂Ｏ₃、Ｄｙ₂Ｏ₃、Ｈｏ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、Ｌｕ₂Ｏ₃、Ｐｍ₂Ｏ₃などの希土類酸化物Ｃ型の酸化物を適用することができる。
前記Ｙ₂Ｏ₃の結晶格子は、希土類酸化物Ｃ型に属するが、この希土類酸化物Ｃ型は立方晶系の蛍石構造から誘導されるもので、図３に示すような面心立方構造の単位格子が８個、縦横方向および奥行き方向に整列された場合に、Ｙの原子が構成する格子の隙間に侵入している酸素原子Ｏが１個のみ抜ける構造をとる。よってこのＹ₂Ｏ₃の格子が８つ重なった状態においてＸ線分析の分野では単位胞とみなすので単位胞としての格子定数は１０.６であるが、単位格子としての格子の幅は５.３Åであり、最近接原子距離（最隣接原子間距離）は３.７５Åとなる
。
【００２３】
このＹ₂Ｏ₃の単位格子を後述する条件のイオンビームアシスト法により堆積させる際に重要となるのは、最近接原子距離の３.７５Åであり、この値がＹ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xの組成の酸化物超電導体層の格子定数３.８１、最近接原子距離３.８１Åのうちの、特に最近接原子距離３.８１Åに近いことが望ましい。この最近接原子距離においてＹ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xの組成の酸化物超電導体層に対する最近接原子距離の差異は、Ｙ₂Ｏ₃の場合に１.５％であるのに対し、ＹＳＺが最近接原子距離３.６３Åであるので、ＹＳＺの場合に４.５％にも達する。
【００２４】
この他の希土類酸化物Ｃ型の例として、Ｓｃ_２Ｏ_３の格子定数は９.８４、最近接原子距離は３.４８Å、Ｎｄ_２Ｏ_３の格子定数は１１.０８、最近接原子距離は３.９２Å、Ｓｍ_２Ｏ_３の格子定数は１０.９７２、最近接原子距離は３.８６Å、Ｅｕ_２Ｏ_３の格子定数は１０.８６８、最近接原子距離は３.８４Å、Ｇｄ_２Ｏ_３の格子定数は１０.８１３、最近接原子距離は３.８２Å、Ｔｂ_２Ｏ_３の格子定数は１０.７３、最近接原子距離は３.７９Å、Ｄｙ_２Ｏ_３の格子定数は１０.６６５、最近接原子間隔は３.７７Å、Ｈｏ_２Ｏ_３の格子定数は１０.６０６、最近接原子距離は３.７５Å、Ｅｒ_２Ｏ_３、の格子定数は１０.５４８、最近接原子距離は３.７３Å、Ｙｂ_２Ｏ_３の格子定数は１０.４３４７、最近接原子距離は３.６９Å、Ｌｕ_２Ｏ_３の格子定数は１０.３９、最近接原子距離は３.６７Åであるので、これらの酸化物も利用することができる。
【００２５】
次に前記多結晶薄膜Ｂを製造する装置と方法について説明する。
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ソースを設けた構成となっている。
【００２６】
この例の装置は、テープ状の多結晶基材Ａを支持するとともに所望の温度に加熱することができる基材ホルダ２３と、基材ホルダ２３上にテープ状の多結晶基材Ａを送り出すための基材送出ボビン２４と、多結晶薄膜が形成されたテープ状の多結晶基材Ａを巻き取るための基材巻取ボビン２５と、前記基材ホルダ２３の斜め上方に所定間隔をもって対向配置された板状のターゲット３６と、このターゲット３６の斜め上方においてターゲット３６の下面に向けて配置されたスパッタビーム照射装置３８と、前記基材ホルダ２３の側方に所定間隔をもって対向され、かつ、前記ターゲット３６と離間して配置されたイオンソース３９とが真空排気可能な成膜処理容器４０内に収容された概略構成となっている。
【００２７】
前記基材ホルダ２３は、内部に加熱ヒータを備え、基材ホルダ２３の上に送り出されたテープ状の多結晶基材Ａを必要に応じて所望の温度に加熱できるようになっている。この基材ホルダ２３はピン等により支持体２３ａに回動自在に取り付けられており、傾斜角度を調整できるようになっている。このような基材ホルダ２３は、成膜処理容器４０内のイオンソース３９から照射されるイオンビームの最適照射領域に配設されている。
【００２８】
この例の多結晶薄膜の製造装置においては、前記基材送出ボビン２４から基材ホルダ２３上にテープ状の多結晶基材Ａを連続的に送り出し、前記最適照射領域で多結晶薄膜が成膜された多結晶基材Ａを基材巻取ボビン２５で巻き取ることで多結晶基材Ａ上に連続成膜することができるようになっている。この基材巻取ボビン２５は、前記最適照射領域の外に配設されている。
【００２９】
前記ターゲット３６は、目的とする多結晶薄膜を形成するためのものであり、目的の組成の多結晶薄膜と同一組成あるいは近似組成のものなどを用いる。ターゲット３６として具体的には、ＣｅＯ₂を用いる。このようなターゲット３６は、ピン等により回動自在に保持されたターゲット支持体３６ａに取り付けられており、傾斜角度を調整できるようになっている。
【００３０】
前記スパッタビーム照射装置（スパッタ手段）３８は、容器の内部に、蒸発源を収納し、蒸発源の近傍に引き出し電圧をかけるためのグリッドを備えて構成されているものであり、ターゲット３６に対してイオンビームを照射してターゲット３６の構成粒子を多結晶基材Ａに向けて叩き出すことができるものである。
【００３１】
前記イオンソース３９は、スパッタビーム照射装置３８と略同様の構成のものであり、容器の内部に蒸発源を収納し、蒸発源の近傍に引き出し電圧をかけるためのグリッドを備えて構成されている。そして、前記蒸発源から発生した原子または分子の一部をイオン化し、そのイオン化した粒子をグリッドで発生させた電界で制御してイオンビームとして照射する装置である。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。
この形態の多結晶薄膜の製造装置においては、図５（ａ）に示す構成の内部構造のイオンソース３９を用いる。このイオンソース３９は、筒状のイオン室４５の内部にグリッド４６とフィラメント４７とＡｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガスなどの導入管４８とを備えて構成され、イオン室４５の先端のビーム口４９からイオンをビーム状に略平行に放射できるものである。
【００３２】
前記イオンソース３９は、図４に示すようにその中心軸線Ｓを多結晶基材Ａの上面（被成膜面）に対して入射角度θ（多結晶基材Ａの成膜面（上面）の垂線（法線）Ｈと中心線Ｓとのなす角度）でもって傾斜させて対向されている。この入射角度θは５０〜６０度の範囲が好ましいが、より好ましくは５５〜６０度の範囲、最も好ましくは５５度前後の角度である。従ってイオンソース３９は多結晶基材Ａの被成膜面の法線Ｈに対してある入射角度θでもってイオンビームを照射できるように配置されている。このようなイオンビームの入射角度は、本発明者らが先に特許出願している
なお、前記のイオンソース３９によって多結晶基材Ａに照射するイオンビームは、Ａｒガスのイオンビーム、Ｋｒガスのイオンビーム、Ｘｅガスのイオンビーム、あるいは、これらＡｒガスとＫｒガスとＸｅガスの２つ以上の組み合わせの混合イオンビーム、例えば、ＡｒガスとＫｒガスの混合イオンビームを用いることができる。
【００３３】
また、前記成膜処理容器４０には、この容器４０内を真空などの低圧状態にするためのロータリーポンプ５１およびクライオポンプ５２と、ガスボンベなどの雰囲気ガス供給源がそれぞれ接続されていて、成膜処理容器４０の内部を真空などの低圧状態で、かつ、アルゴンガスあるいはその他の不活性ガス雰囲気にすることができるようになっている。
さらに、前記成膜処理容器４０には、この容器４０内のイオンビームの電流密度を測定するための電流密度計測装置５５と、前記容器４０内の圧力を測定するための圧力計５５が取り付けられている。
なお、この例の多結晶薄膜の製造装置においては、基材ホルダ２３をピン等により支持体２３ａに回動自在に取り付けることにより傾斜角度を調整できるようしたが、イオンソース３９の支持部分に角度調整機構を取り付けてイオンソース３９の傾斜角度を調整し、イオンビームの入射角度を調整できるようにしても良く、また、角度調整機構はこの例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。
【００３４】
次に前記構成の装置を用いて多結晶基材Ａ上にＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜Ｂを形成する場合について説明する。
テープ状の多結晶基材Ａ上に多結晶薄膜を形成するには、Ｙ₂Ｏ₃からなるターゲット３６を用い、多結晶基材Ａを収納している成膜処理容器４０の内部を真空引きして減圧雰囲気とするとともに、基材送出ボビン２４から基材ホルダ２３に多結晶基材Ａを所定の速度で送り出し、さらにイオンソース３９とスパッタビーム照射装置３８を作動させる。
【００３５】
スパッタビーム照射装置３８からターゲット３６にイオンのビームを照射すると、ターゲット３６の構成粒子が叩き出されて多結晶基材Ａ上に飛来する。そして、基材ホルダ２３上に送り出された多結晶基材Ａ上にターゲット３６から叩き出した構成粒子を堆積させると同時にイオンソース３９から、例えば、Ｋr⁺イオンのイオンビーム、Ｘｅ⁺イオンのイオンビーム、あるいは、Ｋr⁺とＸｅ⁺イオンの混合イオンビームを照射して 所望の厚みの多結晶薄膜を成膜し、成膜後のテープ状の多結晶基材Ａを基材巻取ボビン２５に巻き取る。
【００３６】
ここでイオンビームを照射する際の入射角度θは、５０度以上、６０度以下の範囲が好ましく、より好ましくは５５度以上、６０度以下の範囲、最も好ましくは５５度である。ここでθを９０度とすると、Ｙ₂Ｏ₃の多結晶薄膜のｃ軸が配向しなくなる。また、θを３０度とすると、Ｙ₂Ｏ₃の多結晶薄膜はｃ軸配向しなくなる。前記のような好ましい範囲の入射角度でイオンビーム照射するならばＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜の結晶のｃ軸が立つようになる。このような入射角度でイオンビーム照射を行ないながらスパッタリングを行なうことで、多結晶基材Ａ上に形成されるＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜の結晶軸のａ軸どうしおよびｂ軸どうしは互いに同一方向に向けられて多結晶基材Ａの上面（被成膜面）と平行な面に沿って面内配向している。
【００３７】
また、Ｙ₂Ｏ₃などの希土類酸化物Ｃ型の多結晶薄膜Ｂの成膜の際、アシストイオンビームの照射角度以外に、多結晶基材Ａの温度とアシストイオンビームのイオンビームエネルギーを規定の範囲内に設定する必要がある。
多結晶基材Ａの温度は２００℃以上、４００℃以下が好ましく、この範囲の中でも２５０℃以上、３５０℃以下の範囲がより好ましく、３００℃が最も好ましい。
【００３８】
イオンビームエネルギーは１００ｅＶ以上、３００ｅＶ以下が好ましく、１２５ｅＶ以上、１７５ｅＶ以下がより好ましく、１５０ｅＶが最も好ましい。
これらの範囲の温度とイオンビームエネルギーでイオンアシスト法により多結晶基材Ａ上に成膜することで初めて希土類酸化物Ｃ型のＹ₂Ｏ₃等の多結晶薄膜Ｂを良好な配向性でもって成膜することができる。
図１と図２に、前記の方法でＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜Ｂが堆積された多結晶基材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は多層構造でも差し支えないのは勿論である。
【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。
Ｙ_２Ｏ_３の多結晶薄膜Ｂの結晶の単位格子は、図５（ｂ）に示すように等軸晶系の面心立方晶系の希土類酸化物Ｃ型構造であり、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５（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５（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、多結晶基材Ａ上に堆積している結晶において、多結晶基材Ａの上面で前記角度に一致する配置関係になって安定し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で不安定な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。ただし、このイオンビームチャネリングに伴うイオンビームスパッタ効果は、形成しようとするＹ_２Ｏ_３の多結晶薄膜に対してＡｒ+イオンのイオンビーム、Ｋｒ^＋イオンのイオンビーム、Ｘｅ^＋イオンのイオンビームあるいは、これらのうちのＡｒ^＋とＫｒ^＋の混合イオンビームが効果的である。
また、以上のような条件でＹ_２Ｏ_３の多結晶薄膜Ｂの成膜を行っても、成膜時の多結晶基材Ａの温度とイオンビームアシスト時のイオンビームのエネルギーを前述の規定の範囲内に設定しなければ、良好なイオンビームチェネリング効果が得られない。よって、前述のイオンビームアシスト角度と多結晶基材Ａの温度とイオンビームエネルギーの３つの条件を全て規定の条件内に揃えて成膜する必要がある。
【００４０】
次に、図６と図７は本発明に係る酸化物超電導導体の一実施形態を示すものであり、本実施例の酸化物超電導導体２２は、板状の多結晶基材Ａと、この多結晶基材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。
前記多結晶基材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、好ましくは２５〜３０度になるように結晶配向されている。
【００４１】
次に、酸化物超電導層Ｃは、Ｙ₂Ｏ₃の多結晶薄膜Ｂの上面に被覆されたものであり、その結晶粒２１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２１…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２１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、Ｙ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x、Ｙ₂Ｂa₄Ｃｕ₈Ｏ_x、Ｙ₃Ｂa₃Ｃｕ₆Ｏ_xなる組成、あるいは（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₂Ｃ ｕ₃Ｏ_x、（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₃Ｃｕ₄Ｏ_xなる組成、あるいは、Ｔｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₃Ｃｕ₄Ｏ_xなる組成な どに代表される臨界温度の高い酸化物超電導体であるが、こられの例の他の酸化物系の超電導体を用いても良いのは勿論である。
【００４２】
前記酸化物超電導層Ｃは、例えば、先に説明した多結晶薄膜Ｂ上にスパッタリングやレーザ蒸着法などの成膜法により形成され、この多結晶薄膜Ｂ上に積層される酸化物超電導層もＹ₂Ｏ₃等の希土類酸化物Ｃ型の多結晶薄膜Ｂの配向性に整合するように堆積するので、多結晶薄膜Ｂ上に形成された酸化物超電導層は、結晶粒界における量子的結合性に優れ、結晶粒界における超電導特性の劣化が殆どないので、多結晶基材Ａの長さ方向に電気を流し易くなり、ＭｇＯやＳｒＴＯ₃の単結晶基材上に形成して得られる酸化物超電導層と同じ程度の十分に高い臨界電流密度が得られる。
【００４３】
ところで、多結晶薄膜Ｂの構成材料として、ＹＳＺよりもＹ₂Ｏ₃の方が好ましく、そのためＹＳＺの多結晶薄膜上に酸化物超電導層を設けたものよりも、Ｙ₂Ｏ₃の多結晶薄膜上に酸化物超電導層を設けたもののほうが高温（７００〜８００℃）での熱処理に強く、しかも、ＹＳＺの多結晶薄膜上に設けた場合と同等の優れた臨界電流密度を示す。特に、膜厚が大きくなった場合に熱処理等の加熱処理を経ても臨界電流密度の低下割合が少なく、臨界電流の高い超電導導体を得ることができる。
【００４４】
その理由は以下に説明することが起因していると考えられる。
第１に、先に記載した如く、ＹＳＺの多結晶薄膜よりも最隣接原子間距離の面で酸化物超電導層に近い最隣接原子間距離を有するＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜の方が結晶の整合性の面では有利である。
次に本発明者らの研究により、ＹＳＺの多結晶薄膜とＹ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x酸化 物超電導体層の界面は製造時の加熱処理や熱処理時等の熱拡散によりＢａＺｒＯ₃を生じやすいことがわかっており、Ｙ₂Ｏ₃の多結晶薄膜とＹ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x 酸化物超電導体層との界面は７００〜８００℃程度の加熱条件では安定なので、元素の相互拡散はほとんど生じることがなく、この面においてもＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜が有望である。
【００４５】
更に、ＹＳＺは温度によって立方晶〜斜方晶の相移転が起こるが、Ｙ₂Ｏ₃の場合は相移転を起こさないので有望であり、また、酸素原子との結合強度を考えても、Ｙ₂Ｏ₃はＹＳＺよりも酸素原子と結合し易いので、成膜時に酸素分圧を少なくしても十分に成膜可能であり、装置に対する負担も少ない特徴があるので有望である。
【００４６】
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８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８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６０は処理容器６１を有し、この処理容器６１の内部の蒸着処理室６２にテープ状の多結晶基材Ａとターゲット６３を設置できるようになっている。即ち、蒸着処理室６２の底部には基台６４が設けられ、この基台６４の上面に多結晶基材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６４の斜め上方に支持ホルダ６６によって支持されたターゲット６３が傾斜状態で設けられ、多結晶基材Ａをドラム状のテープ送出装置６５ａから基台６４上に送り出し、これをドラム状のテープ巻取装置６５ａに巻き取ることができるように構成されている。
処理容器６１は、排気孔６７ａを介して真空排気装置６７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。
【００４７】
前記ターゲット６３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６４は加熱ヒータを内蔵したもので、多結晶基材Ａを所望の温度に加熱できるようになっている。
【００４８】
一方、処理容器６１の側方には、レーザ発光装置６８と第１反射鏡６９と集光レンズ７０と第２反射鏡７１とが設けられ、レーザ発光装置６８が発生させたレーザビームを処理容器６１の側壁に取り付けられた透明窓７２を介してターゲット６３に集光照射できるようになっている。レーザ発光装置６８はターゲット６３から構成粒子を叩き出すことができるものであれば、ＹＡＧ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。
【００４９】
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。
前記のように多結晶基材Ａ上にＹ₂Ｏ₃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、この実施形態では図８に示すレーザ蒸着装置６０を使用する。
【００５０】
多結晶薄膜Ｂが形成された多結晶基材Ａを図８に示すレーザ蒸着装置６０の基台６４上に設置し、蒸着処理室６２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６２に酸素ガスを導入して蒸着処理室６２を酸素雰囲気としても良い。また、基台６４の加熱ヒータを作動させて多結晶基材Ａを所望の温度に加熱する。
【００５１】
次にレーザ発光装置６８から発生させたレーザビームを蒸着処理室６２のターゲット６３に集光照射する。これによってターゲット６３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Ｙ₂Ｏ₃の多結晶薄膜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。
【００５２】
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に示すように多結晶基材Ａの厚さ方向に電気を流しにくいｃ軸が配向し、多結晶基材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、多結晶基材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。なお、更に超電導層Ｃの結晶配向性や膜質を安定化するために、７００〜８００℃に必要時間加熱してから冷却する熱処理を施しておくことが好ましい。
【００５３】
【実施例】
図４に示す構成の多結晶薄膜の製造装置を使用し、この製造装置の成膜処理容器内部をロータリーポンプおよびクライオポンプで真空引きして３.０×１０^-4 トール（３９９.９×１０^-4Ｐａ）に減圧した。テープ状の基材としては、幅１０ｍｍ、厚さ０.５ｍｍ、長さ１００ｃｍの表面鏡面研磨済みのハステロイＣ２７６テープを使用した。また、ターゲットはＹ₂Ｏ₃製のものを用い、スパッタ電圧１０００Ｖ、スパッタ電流１００ｍＡ、イオンソースから発生させるＫr⁺のイオンビームの入射角度を基材の被成膜面の法線に対して５５度に設定し、イオンビームの搬送距離４０ｃｍに設定し、イオンソースのアシスト電圧を１５０ｅＶに、イオンソースの電流密度を１００μＡ／ｃｍ²に設定し、基材テープの温度を３００℃に設定し、雰囲気中に１×１０^-4トール（１３３.３×１０^-4Ｐａ）の酸素を流し、基材上にターゲットの構成粒子を堆積させると同時にイオンビームを照射して厚さ１.０μｍの膜状のＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜を形成した。
【００５４】
得られたＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜について、ＣｕＫα線を用いたθ−２θ法によるＸ線回折試験を行った結果、Ｙ₂Ｏ₃の＜２００＞方向を基にする極点図を求めた結果を図９に示す。図９に示す極点図から、Ｙ₂Ｏ₃の多結晶薄膜が良好な配向性でもって配向していることが明らかであり、図９の極点図から求めたＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜の粒界傾角は２７度である。
【００５５】
次に、Ｙ₂Ｏ₃の多結晶薄膜の成膜条件を確認するために、Ａｒ⁺のイオンビームエネルギーとテープ基材の温度を調整した場合に得られたＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜の配向性について試験した結果を以下に示す。
【００５６】
次に、Ｙ₂Ｏ₃の多結晶薄膜の（４００）ピークの高さを基材温度毎に測定した結果を図１０に示す。
この（４００）ピークの高さが高いならば、Ｙ₂Ｏ₃の多結晶薄膜のＣ軸、即ち垂直軸の配向が確保されていることを意味する。このことから、Ｙ₂Ｏ₃の多結晶薄膜の垂直軸の配向を確保するためには、２００℃以上、かつ、４００℃以下の基材温度、好ましくは２５０℃以上、３５０℃以下、最も好ましくは３００℃とする必要があることがわかる。
【００５７】
次に図１１はＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜の（４００）ピークの高さをイオンビームエネルギー毎に測定した結果を示す。
図１１に示す結果から、イオンビームエネルギーを１００ｅＶ以上、３００ｅＶ以下の範囲にすることでＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜の垂直軸の配向を確保できることが明らかであり、より好ましくは１２５℃以上、１７５℃以下、最も好ましくは１５０℃にすることが必要であることがわかる。なお、図１１に示す（４００）ピークについては、図１２に示すようなＹ₂Ｏ₃の（４００）ピークを試料毎に求め、それらピークをまとめたものを示す。
【００５８】
次に、以下の表１に示すイオンビームエネルギー条件と基材温度条件においてＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜を成膜し、各多結晶薄膜の極点図を求めた場合に、極点図から得られた粒界傾角を示す。

【００５９】
表１に示す結果において、×印は極点図の模様が図９のように収束することなく一様に広がってしまい、粒界傾角を測定不能であったことを示す。この表１に示す結果から、粒界傾角３０°以下のＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜を得るためには、１３５ｅＶ以上、１７５ｅＶ以下のＡｒ⁺エネルギーとする必要があり、基材温度は２５０℃以上、３５０℃以下とする必要があることが判明した。
【００６０】
図１３は前記Ｙ₂Ｏ₃の多結晶薄膜を製造する場合、イオンビーム入射角度以外の条件は先の条件で行い、イオンビーム入射角度のみを変更して試料を製造した場合に、イオンビームの入射角度と得られた多結晶薄膜の結晶配向性の関連性を示すものである。
イオンビームの入射角度については、５０度以上、６０度以下の範囲において結晶配向性が優れることが明らかである。これらの範囲を外れた試料においては極点図の模様が収束する範囲が見られず、半値全幅の値を測定することができなかった。
【００６１】
次に、前記のＹ₂Ｏ₃多結晶薄膜上に図８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、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xなる組成の酸化物超電導体からなるターゲットを用いた。また、蒸着処理室の内部を１×１０^-6トール（１３３.３×１０^-6Ｐａ）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、４００゜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１.０ｃｍ、長さ１００ｃｍのものである。
膜厚（μｍ） １
Ｊｃ（Ａ／ｃｍ²） ４.０×１０⁵
Ｉｃ（Ａ） ４０
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、粒界傾角が３０度以下の結晶配向性に優れたＹ _２ Ｏ _３ の組成式で示される希土類酸化物Ｃ型の結晶粒からなる多結晶薄膜が耐熱性の金属テープ上に形成されたものであるので、その上に形成される種々の薄膜の下地層として好適であり、形成する薄膜が超電導層であるならば、超電導特性に優れたものが得られ、形成する薄膜が光学薄膜であるならば光学特性に優れ、形成する薄膜が磁性薄膜であるならば磁気特性に優れ、形成する薄膜が配線用薄膜であるならば配線抵抗や欠陥の少ない薄膜を得ることができる。
また、前記組成式で示される結晶粒からなる多結晶薄膜であって、前記多結晶薄膜の構成元素のターゲットから発生させた構成粒子を多結晶基材上に堆積させる際に、多結晶基材の温度を２５０℃以上、３５０℃以下の範囲に設定し、イオンソースが発生させるイオンビームとして、Ａｒ^＋のイオンビーム、Ｋｒ^＋のイオンビーム、Ｘｅ^＋のイオンビーム、あるいはＡｒ^＋とＫｒ^＋の混合イオンビームのいずれかを用い、前記イオンビームのイオンビームエネルギーを１００ｅＶ以上、３００ｅＶ以下の範囲に調整し、前記イオンビームを基材の被成膜面の法線に対して５０度以上、６０度以下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てなる多結晶薄膜であるならば、その上に形成される種々の薄膜の下地層として好適であり、形成する薄膜が超電導層であるならば、超電導特性に優れたものが得られ、形成する薄膜が光学薄膜であるならば光学特性に優れ、形成する薄膜が磁性薄膜であるならば磁気特性に優れ、形成する薄膜が配線用薄膜であるならば配線抵抗や欠陥の少ない薄膜を得ることができる。
用いる多結晶基材としてＮｉ合金の耐熱性の金属テープを用いることができ、金属テープ上に前述の希土類酸化物Ｃ型の結晶粒からなる多結晶薄膜を備えたものを得ることができる。また、耐熱性の金属テープとして、銀、白金、ステンレス鋼、銅のいずれかを用いることもできる。
【００６３】
本発明の製造方法において、Ｙ _２ Ｏ _３ の組成式で示される希土類酸化物Ｃ型の結晶構造を有する酸化物の結晶粒からなり、粒界傾角を３０度以下にしてなる多結晶薄膜を製造する方法であり、前記多結晶薄膜の構成元素のターゲットから発生させた構成粒子を多結晶基材上に堆積させる際に、多結晶基材の温度を２５０℃〜３５０℃の範囲に設定し、Ａｒ^＋のイオンビーム、Ｋｒ^＋のイオンビーム、Ｘｅ^＋のイオンビームあるいはＡｒ^＋とＫｒ^＋の混合イオンビームを用い、イオンビームエネルギーを１００〜３００ｅＶに調整し、イオンビームを基材の被成膜面の法線に対して５０度以上、６０度以下の入射角度で照射しながら前記構成粒子を多結晶基材上に堆積させることで、従来技術では耐熱性の金属テープ上に良好な配向性でもって直接成膜不可能であった前述の希土類酸化物Ｃ型の多結晶薄膜を備えた多結晶薄膜を得ることができる。
次に本発明方法においては、耐熱性の金属テープの多結晶基材上にＹ_２Ｏ_３のターゲットの粒子を堆積させる際に同時にＡｒ^＋イオンビームの照射条件として、基材を２５０〜３５０℃、Ａｒ^＋イオンビームエネルギーを１００〜３００ｅＶ、Ａｒ^＋イオンビームの入射角度を被成膜面の法線に対して５０〜６０度とするので、従来技術では耐熱性の金属テープの多結晶基材上に良好な配向性でもって直接成膜不可能であったＹ_２Ｏ_３の多結晶薄膜を備えたものを得ることができる。
耐熱性の金属テープの多結晶基材上に直接Ｙ_２Ｏ_３の多結晶薄膜を得ることができるので、更にＹＳＺ多結晶薄膜と積層する必要はなくなり、耐熱性の金属テープの多結晶基材上に結晶配向性の良好な膜を形成する場合の積層数を削減して工程の簡略化に寄与する。
【００６４】
次に、前記のような結晶配向性に優れたＹ_２Ｏ_３の多結晶薄膜上に酸化物超電導層を成膜するならば、結晶配向性に優れた酸化物超電導層を形成できるので、高い臨界電流密度を示し、臨界電流値の高い酸化物超電導層を得ることができる。これは、Ｙ_２Ｏ_３の多結晶薄膜であるならば、ＹＳＺの多結晶薄膜の場合よりも更に酸化物超電導層との結晶整合性に優れているので、ＹＳＺの多結晶薄膜を用いる場合よりも更に良好な結晶配向性の酸化物超電導層を得ることができる可能性を有するためである。
更に本発明では、Ｙ_２Ｏ_３の多結晶薄膜を耐熱性の金属テープの多結晶基材上に直接形成することができるので、従来技術では酸化物超電導層の形成後の熱処理を勘案してＹＳＺとＹ_２Ｏ_３の２重積層膜にしていたのに対し、本発明では酸化物超電導導体としての積層数を少なくして工程の簡略化を図ることができる。
【００６５】
次に、本発明者らの研究により、ＹＳＺの多結晶薄膜とＹ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x酸 化物超電導体層との界面は製造時の熱処理時等の熱拡散によってＢａＺｒＯ₃を 生じやすいが、Ｙ₂Ｏ₃の多結晶薄膜とＹ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x酸化物超電導体層との界面は７００〜８００℃程度の加熱条件では安定であることが判明しているので、この面においてもＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜が有利であり酸化物超電導層形成後の熱処理を施しても超電導特性の劣化の生じにくい酸化物超電導導体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明方法により形成された多結晶薄膜の一例の一部を断面とした斜視図である。
【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。
【図３】 図３はＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜の結晶格子を示す概念図である。
【図４】 図４は本発明に係る多結晶薄膜を製造する装置の一例を示す構成図である。
【図５】 図５（ａ）は図４に示す装置のイオンソースの一例を示す構成図であり、図５（ｂ）はイオンビーム入射角度についての説明図である。
【図６】 図６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。
【図７】 図７は図６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。
【図８】 図８は図１に示す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。
【図９】 図９は実施例で製造したＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜の極点図である。
【図１０】 図１０は実施例で製造したＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜において基材温度とＹ₂Ｏ₃（４００）ピークの関係を示す図である。
【図１１】 図１１は実施例で製造したＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜においてイオンビームエネルギーとＹ₂Ｏ₃（４００）ピークの関係を示す図である。
【図１２】 図１２は実施例で得られたＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜の（４００）ピークを示すＸ線回折図である。
【図１３】 図１３は実施例で得られたＹ₂Ｏ₃の多結晶薄膜を製造する際のイオンビーム入射角度と結晶配向性の関連性を示す図である。
【図１４】 図１４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。
【図１５】 図１５は従来の酸化物超電導導体の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ・・・多結晶基材、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、２０・・・結晶粒、２１・・・結晶粒、２２・・・酸化物超電導導 体、３６・・・ターゲット、 ３９・・・イオンソース。

Claims (6)

1. 耐熱性の金属テープの多結晶基材の被成膜面上に形成されたＹ_２Ｏ_３の組成式で示される希土類酸化物Ｃ型の結晶構造を有する酸化物の結晶粒を主体としてなる多結晶薄膜であって前記多結晶基材の被成膜面と平行な面に沿う前記多結晶薄膜の各結晶粒の同一結晶軸が構成する粒界傾角が、３０度以下にされてなり、
   前記多結晶薄膜の構成元素のターゲットから発生させた構成粒子を多結晶基材上に堆積させる際に、多結晶基材の温度を２５０℃以上、３５０℃以下の範囲に設定し、イオンソースが発生させるイオンビームとして、Ａｒ^＋のイオンビームを用い、前記イオンビームのイオンビームエネルギーを１００ｅＶ以上、３００ｅＶ以下の範囲に調整し、前記イオンビームを基材の被成膜面の法線に対して５０度以上、６０度以下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てなることを特徴とする多結晶薄膜。
2. 前記金属テープがＮｉ合金からなることを特徴とする請求項１に記載の多結晶薄膜。
3. 前記金属テープが銀、白金、ステンレス鋼、銅のいずれかからなることを特徴とする請求項１に記載の多結晶薄膜。
4. 耐熱性の金属テープの多結晶基材の被成膜面上に形成されたＹ_２Ｏ_３の組成式で示される希土類酸化物Ｃ型の結晶構造を有する酸化物の結晶粒からなり、前記多結晶基材の被成膜面と平行な面に沿う前記結晶粒の同一結晶軸が構成する粒界傾角を３０度以下にしてなる多結晶薄膜を製造する方法であり、
   前記多結晶薄膜の構成元素のターゲットから発生させた構成粒子を多結晶基材上に堆積させる際に、多結晶基材の温度を２５０℃以上、３５０℃以下の範囲に設定し、イオンソースが発生させるイオンビームとして、Ａｒ^＋のイオンビームを用い、前記イオンビームのイオンビームエネルギーを１００ｅＶ以上、３００ｅＶ以下の範囲に調整し、前記イオンビームを基材の被成膜面の法線に対して５０度以上、６０度以下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ことを特徴とする多結晶薄膜の製造方法。
5. 前記金属テープがＮｉ合金あるいは銀、白金、ステンレス鋼、銅のいずれかからなることを特徴とする請求項４に記載の多結晶薄膜の製造方法。
6. 請求項１〜３のいずれかに記載の多結晶薄膜を耐熱性の金属テープの多結晶基材上に備え、前記多結晶薄膜上に形成された酸化物超電薄層とを具備してなることを特徴とする酸化物超電導導体。

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