JPH06271392A - Production of oxide superconducting conductor and target for production of oxide superconducting conductor - Google Patents
Production of oxide superconducting conductor and target for production of oxide superconducting conductorInfo
- Publication number
- JPH06271392A JPH06271392A JP5060189A JP6018993A JPH06271392A JP H06271392 A JPH06271392 A JP H06271392A JP 5060189 A JP5060189 A JP 5060189A JP 6018993 A JP6018993 A JP 6018993A JP H06271392 A JPH06271392 A JP H06271392A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxide superconducting
- thin film
- target
- polycrystalline thin
- base material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は結晶方位の整った酸化物
超電導層を有する酸化物超電導導体の製造方法に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing an oxide superconducting conductor having an oxide superconducting layer 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、種々の解決すべき問
題点が点在している。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 The oxide superconductor discovered in recent years is an excellent superconductor exhibiting a critical temperature exceeding the liquid nitrogen temperature. At present, this type of oxide superconductor is a practical superconductor. There are various problems to be solved in order to be used as. One of the problems is that the oxide superconductor has a low critical current density.
【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
電流を流し易いが、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方向あるいはｂ軸方向を配向させ、
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。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 current easily flows in the a-axis direction and the b-axis direction of the crystal axis, but electricity hardly flows in the c-axis direction. From such a viewpoint, the oxide superconductor is formed on the substrate, and in order to use this as the superconductor, the oxide superconductor in a good crystal orientation is formed on the substrate, and , Orienting the a-direction or the b-axis direction of the crystal of the oxide superconductor in the direction in which electricity flows
It is necessary to orient the c-axis of the oxide superconductor in another 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。その一つの方法として、酸
化物超電導体と結晶構造の類似したＭｇＯあるいはＳｒ
ＴＯ3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 a good crystal orientation on a substrate such as a substrate or a metal tape. As one of the methods, MgO or Sr having a crystal structure similar to that of the oxide superconductor is used.
A method of forming an oxide superconducting layer on a single crystal substrate such as TO 3 by a film forming method such as sputtering has been carried out.
【０００５】前記ＭｇＯやＳｒＴｉＯ3などの単結晶基
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、数千〜数万Ａ／ｃｍ2程度の充分に高い臨界電流
密度を発揮することが知られている。When a film forming method such as sputtering is performed using a single crystal base material such as 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 crystal orientation, and the oxide superconducting layer formed on these single crystal substrates exhibits a sufficiently high critical current density of about several thousand to several tens of thousands A / cm 2. It is known.
【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体層を
形成する必要がある。ところが、金属テープなどの基材
上に酸化物超電導体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。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といった問題が生じる。In order to use an oxide superconductor as a conductor, an oxide superconductor layer having a good crystal orientation is formed on a long base material such as a tape. There is a need. However, when an oxide superconductor layer is directly formed on a base material such as a metal tape, the metal tape itself is a polycrystal and its crystal structure is significantly different from that of the oxide superconductor. The superconducting layer cannot be formed at all. In addition, the heat treatment performed when forming the oxide superconducting layer causes a diffusion reaction between the metal tape and the oxide superconducting layer, destroys 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電
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,
It has been practiced to coat an intermediate layer such as MgO or SrTiO 3 using a sputtering apparatus, and form an oxide superconducting layer on this intermediate layer. However, the oxide superconducting layer formed on the intermediate layer of this kind by a sputtering apparatus has a considerably lower electric field current density (for example, several thousand to 10,000 A / cm 2) than the oxide superconducting layer formed on the single crystal substrate. There was a problem that it only showed about 2 ). This is considered to be due to the reason explained below.
【０００８】図１６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１６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. 16 is a cross-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. Is shown. In the structure shown in FIG. 16, the oxide superconducting layer 3 is in a polycrystalline state,
A large number of crystal grains 4 are randomly bonded.
Looking at each of these crystal grains 4 individually, each crystal grain 4
Although the c-axis of the crystal is oriented perpendicular to the surface of the substrate, it is considered that the a-axis and the b-axis are oriented randomly.
【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。[0009] As described above, each crystal grain of the oxide superconducting layer has a
When the directions of the axis and the b-axis are disordered, the quantum coupling property of the superconducting state is lost at the grain boundaries where the crystal orientation is disturbed, and as a result, the superconducting properties, especially the critical current density, may be lowered. The oxide superconductor is in a polycrystalline state in which the a-axis and the b-axis are not oriented because the intermediate layer 2 formed thereunder is in the polycrystalline state in which the a-axis and the b-axis are not oriented. In addition, it is considered that when the oxide superconducting layer 3 is formed, the oxide superconducting layer 3 grows so as to match the crystal of the intermediate layer 2.
【００１０】そこで、本願発明者らは、図１５に示すよ
うな装置を用い、多結晶体からなるターゲット５の構成
粒子にイオンビームＲを照射し、前記ターゲット１５よ
り構成粒子を叩き出し、これを基材Ａ上に堆積させると
同時に、イオンガン６等によりイオンビームＲ’を照射
することにより、基材Ａ上に多結晶薄膜を形成した後、
図１４に示すようなレーザ蒸着装置を用い、酸化物超導
電体からなるターゲット８に、レーザ発光装置９よりレ
ーザ光照射して、前記ターゲット８より構成粒子を叩き
だして、前記基材Ａ上に形成された多結晶薄膜上に堆積
させ、酸化物超電導層を形成することにより、酸化物超
電導導体を製造する方法を平成４年１０月３０日に特許
出願している。この方法によれば、前記基材上に結晶配
向性の良好な多結晶薄膜を形成することができるととも
に、前記のように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ことにより、
結晶配向性の良好な臨界電流密度の高い酸化物超電導層
を形成することが可能であり、極めて優秀な超電導特性
を発揮する酸化物超電導導体を製造することができた。Therefore, the inventors of the present application used an apparatus as shown in FIG. 15 to irradiate the constituent particles of the target 5 made of a polycrystalline body with the ion beam R and knock out the constituent particles from the target 15. Is simultaneously deposited on the base material A, and at the same time, a polycrystalline thin film is formed on the base material A by irradiating the ion beam R ′ with the ion gun 6 or the like.
Using a laser vapor deposition apparatus as shown in FIG. 14, the target 8 made of an oxide superconductor is irradiated with a laser beam from a laser emitting apparatus 9 to knock out constituent particles from the target 8 to form a particle on the base material A. On October 30, 1992, a patent application was filed for a method for producing an oxide superconducting conductor by depositing it on the polycrystalline thin film formed in 1. to form an oxide superconducting layer. According to this method, a polycrystalline thin film having good crystal orientation can be formed on the base material, and an oxide superconducting layer is epitaxially grown on the polycrystalline thin film having good crystal orientation as described above. By
It was possible to form an oxide superconducting layer having good crystal orientation and a high critical current density, and it was possible to manufacture an oxide superconducting conductor exhibiting extremely excellent superconducting properties.
【００１１】しかし、上記方法による酸化物超電導導体
の製造方法においては、多結晶薄膜の成膜時間が非常に
遅いといった問題を有しており、よって、長尺の酸化物
超電導導体を製作するには、その成膜時間に著しい時間
がかかり、製造効率の低下は避け難いといった問題を有
していた。However, the method for producing an oxide superconducting conductor by the above method has a problem that the film formation time of a polycrystalline thin film is very slow. Therefore, it is difficult to produce a long oxide superconducting conductor. However, there is a problem in that the film formation time is extremely long and a decrease in manufacturing efficiency is unavoidable.
【００１２】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、基材上に多結晶薄膜をレーザ蒸着と同時にイ
オンビーム照射を行なうことにより成膜し、この多結晶
薄膜上にレーザ蒸着法により酸化物超電導層を形成する
ことによって、前記基板上に結晶配向性の良好な多結晶
薄膜が短時間で成膜可能で、かつ前記多結晶薄膜上に結
晶配向性が良好で、臨界電流密度の優れた酸化物超電導
層形成することにより、優れた超電導特性を発揮する酸
化物超電導導体の製造方法の提供を目的とするものであ
る。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a polycrystalline thin film is formed on a substrate by laser beam deposition and ion beam irradiation simultaneously, and a laser deposition method is applied to the polycrystalline thin film. By forming an oxide superconducting layer by using, a polycrystalline thin film with good crystal orientation can be formed on the substrate in a short time, and the crystal orientation on the polycrystalline thin film is good, and the critical current density It is an object of the present invention to provide a method for producing an oxide superconducting conductor that exhibits excellent superconducting properties by forming the excellent oxide superconducting layer of 1.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の酸化物
超電導導体の製造方法は、上記課題を解決するために、
酸化物超電導体あるいはその原料を含むターゲットの表
面にレーザ光を照射して飛散させた微粒子を、基材成膜
面に成膜された多結晶薄膜の表面に堆積させ、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におい
て、多結晶薄膜を構成する材料を含む第一ターゲットに
レーザ光源から出射されたレーザ光を照射し、この第一
ターゲットから飛散された微粒子を基材成膜面に堆積さ
れる際にイオンビームを基材成膜面の斜め方向から照射
することにより、基材表面に多結晶薄膜を形成し、次い
で、酸化物超電導体あるいはその原料を含む第二ターゲ
ットにレーザ光を照射し、この第二ターゲットから飛散
させた微粒子を前記多結晶薄膜の表面に堆積させて酸化
物超電導層を形成することを特徴とするものである。In order to solve the above-mentioned problems, the method for producing an oxide superconducting conductor according to claim 1
Fine particles scattered by irradiating laser light on the surface of the oxide superconductor or the target containing the raw material thereof are deposited on the surface of the polycrystalline thin film formed on the substrate deposition surface to form the oxide superconducting layer. In the method for manufacturing an oxide superconducting conductor, a first target containing a material forming a polycrystalline thin film is irradiated with laser light emitted from a laser light source, and fine particles scattered from the first target are used as a base film forming surface. A polycrystalline thin film is formed on the surface of the base material by irradiating the surface of the base material with an ion beam when it is deposited on the second target containing the oxide superconductor or its raw material. The oxide superconducting layer is formed by irradiating light and depositing fine particles scattered from the second target on the surface of the polycrystalline thin film.
【００１４】請求項２に記載の酸化物超電導導体の製造
方法は、上記課題を解決するために、請求項１に記載の
イオンビームを基材の成膜面に対して斜めか方向から５
０〜６０度の範囲の入射角度で照射し、多結晶薄膜また
は酸化物超電導層を形成することを特徴とするものであ
る。In order to solve the above-mentioned problems, the method for producing an oxide superconducting conductor according to a second aspect is such that the ion beam according to the first aspect is obliquely or obliquely applied to the surface of the substrate on which the film is formed.
Irradiation is performed at an incident angle of 0 to 60 degrees to form a polycrystalline thin film or an oxide superconducting layer.
【００１５】請求項３に記載の酸化物超電導導体の製造
方法は、上記課題を解決するために、請求項１または請
求項２に記載の酸化物超電導導体の製造方法において、
イオンビームのイオン源に不活性ガスイオンあるいは、
不活性ガスイオンと酸素イオンの混合イオンを用いるこ
とを特徴とするものである。In order to solve the above-mentioned problems, the method for producing an oxide superconducting conductor according to claim 3 is the same as the method for producing an oxide superconducting conductor according to claim 1 or 2.
Inert gas ions for the ion beam ion source, or
It is characterized by using a mixed ion of an inert gas ion and an oxygen ion.
【００１６】請求項４に記載の酸化物超電導導体の製造
方法は、上記課題を解決するために、請求項１から請求
項３のいずれかに記載の酸化物超電導導体の製造方法に
おいて、基材表面に形成された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
とを特徴とするものである。The method for producing an oxide superconducting conductor according to claim 4 is the method for producing an oxide superconducting conductor according to any one of claims 1 to 3, in order to solve the above problems. It is characterized in that a crystal of an oxide superconductor is epitaxially grown on a crystal of a polycrystalline thin film formed on the surface.
【００１７】請求項５に記載の酸化物超電導導体製造用
ターゲットは、上記課題を解決するために、請求項１か
ら請求項４のいずれかに記載の酸化物超電導導体の製造
方法に使用されるターゲットであって、このターゲット
が長尺形状であることを特徴とするものである。A target for producing an oxide superconducting conductor according to claim 5 is used in the method for producing an oxide superconducting conductor according to any one of claims 1 to 4, in order to solve the above problems. A target is characterized in that the target has a long shape.
【００１８】請求項６に記載の酸化物超電導導体の製造
方法は、上記課題を解決するために、請求項５に記載の
酸化物超電導導体製造用ターゲットを所定速度で連続的
にあるいは間欠的にその長手方向に移動させ、レーザ光
照射位置を連続的あるいは間欠的に移動させることを特
徴とするものである。In order to solve the above-mentioned problems, a method for producing an oxide superconducting conductor according to a sixth aspect of the present invention is to continuously or intermittently apply the target for producing an oxide superconducting conductor according to the fifth aspect at a predetermined speed. It is characterized in that the laser beam irradiation position is moved continuously or intermittently by moving in the longitudinal direction.
【００１９】[0019]
【作用】以上説明したように、本発明の酸化物超電導導
体の製造方法は、多結晶薄膜を構成する材料を含む第一
ターゲットにレーザ光源から出射されたレーザ光を照射
し、この第一ターゲットから飛散された微粒子を基材成
膜面に堆積させる際に、イオンビームを基材成膜面の斜
め方向から照射することにより、基材表面に多結晶薄膜
を形成し、次いで、酸化物超電導体あるいはその原料を
含む第二ターゲットにレーザ光を照射し、この第二ター
ゲットから飛散させた微粒子を前記多結晶薄膜の表面に
堆積させて酸化物超電導層を形成するものである。よっ
て、本発明方法においては、上記のように斜め方向から
イオンを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、基材の表面に対してｃ軸方向に加えて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、結晶粒毎の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な
多結晶薄膜を得ることができる。As described above, in the method for manufacturing an oxide superconducting conductor of the present invention, the first target containing the material forming the polycrystalline thin film is irradiated with the laser light emitted from the laser light source, and the first target is irradiated. When depositing the fine particles scattered from the substrate on the substrate film formation surface, an ion beam is irradiated from the oblique direction of the substrate film formation surface to form a polycrystalline thin film on the substrate surface. A second target containing a body or its raw material is irradiated with laser light, and fine particles scattered from the second target are deposited on the surface of the polycrystalline thin film to form an oxide superconducting layer. Therefore, in the method of the present invention, since the ions are simultaneously irradiated from the oblique direction as described above, the constituent particles are efficiently activated. As a result, in addition to the c-axis direction with respect to the surface of the substrate, a
Axial orientation and b-axis orientation are also improved. As a result, even for a polycrystalline thin film having a large number of crystal grain boundaries, a
It is possible to obtain a polycrystalline thin film having good axial orientation, b-axis orientation and c-axis orientation.
【００２０】また、本発明の酸化物超電導導体の製造方
法においては、前記多結晶薄膜をレーザ蒸着によって成
膜するために、その成膜速度の著しい向上を図るととも
に、イオンビームを斜め方向から照射することにより、
結晶配向性の良好な多結晶薄膜を形成することができ
る。そして、こうした多結晶薄膜上にレーザ蒸着法によ
って酸化物超電導層を形成することにより、前記酸化物
超電導層をエピタキシャル成長させることができ、結晶
配向性の良好な臨界電流密度の高い酸化物超電導層を形
成することができる。In the method for producing an oxide superconducting conductor according to the present invention, since the polycrystalline thin film is formed by laser vapor deposition, the film forming rate is significantly improved and the ion beam is irradiated from an oblique direction. By doing
A polycrystalline thin film having good crystal orientation can be formed. Then, by forming an oxide superconducting layer on such a polycrystalline thin film by a laser deposition method, it is possible to epitaxially grow the oxide superconducting layer, a high critical current density oxide superconducting layer with good crystal orientation. Can be formed.
【００２１】更に、前記イオンビームの照射角度を５０
〜６０度にすることで、更に良好に結晶配向性を整える
ことができ、粒界傾角２５度以内の結晶配向性の多結晶
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、粒界傾斜角が３０度
になっていることも明らかである。Further, the irradiation angle of the ion beam is set to 50.
By setting it to -60 degrees, the crystal orientation can be adjusted more favorably, and a polycrystalline thin film having crystal orientation with a grain boundary tilt angle of 25 degrees or less can be obtained. In the polycrystalline thin film, diffraction peaks obtained by rotating the polycrystalline thin film appear every 90 degrees, so that the in-plane orientations of the crystal grains constituting the polycrystalline thin film in the a-axis and the b-axis are good, and Since the peak appears in the range of 0 to 30 degrees, it is also clear that the grain boundary tilt angle is 30 degrees.
【００２２】従って、上記のように製造された酸化物超
電導導体においては、極めて優秀な超電導特性を発揮す
ることができるとともに、前記酸化物超電導導体を構成
する多結晶薄膜そして酸化仏超電導層をレーザ蒸着法を
用いて形成することにより、前記酸化物超電導導体の製
造効率の著しい向上を図ることができるものである。Therefore, in the oxide superconducting conductor manufactured as described above, extremely excellent superconducting properties can be exhibited, and the polycrystalline thin film and the oxide superconducting layer constituting the oxide superconducting conductor are formed by laser. By using the vapor deposition method, the production efficiency of the oxide superconducting conductor can be remarkably improved.
【００２３】なお、多結晶薄膜の結晶配向性が整う要因
として本発明者らは、以下のことを想定している。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、基板法線方
向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、
すなわち、＜１１１＞に沿って入射する場合は、５４．
７度の入射角度となる。The inventors of the present invention assume the following as a factor for adjusting the crystal orientation of the polycrystalline thin film. In the unit cell of the crystal of the cubic polycrystal thin film formed on the substrate, the substrate normal direction is the <100> axis, and the other <
Both the 010> axis and the <001> axis are directions orthogonal to the <100> axis. Considering an ion beam that is incident on these directions obliquely to the substrate normal direction, the diagonal direction of the unit lattice with respect to the origin of the unit lattice,
That is, in the case of incidence along <111>, 54.
The incident angle is 7 degrees.
【００２４】ここで、前記のようにイオンビームの入射
角度が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
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。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。Here, as described above, the good crystal orientation in the ion beam incident angle range of 50 to 60 degrees means that the ion beam incident angle coincides with the above-mentioned 54.7 degree. Seems to be related before and after,
Ion channeling occurs most effectively when these angles match or approximate to each other, and in the crystal deposited on the substrate, only the atoms that have a positional relationship that matches the angle on the upper surface of the substrate are , It becomes easier to remain selectively, and other disordered atomic arrangements are removed by being sputtered by the sputter effect generated by the obliquely incident ion beam. As a result, only crystals with well-oriented atoms are collected. Are selectively left and deposited, and it is presumed that the crystal orientation is adjusted due to this. The ions used as the ion beam are preferably inert gas ions or mixed ions of inert gas ions and oxygen gas.
【００２５】そして、前記のように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。If the oxide superconducting layer is epitaxially grown on the polycrystalline thin film having a good crystal orientation as described above, the oxide superconducting layer grows along the crystal of the polycrystalline thin film. The superconducting layer also has a-axis orientation and b
Good axial orientation and c-axis orientation can be obtained.
【００２６】また、上記多結晶薄膜そして酸化物超電導
層を形成する際に用いる第一ターゲット、第二ターゲッ
トに、長尺形状のものを使用し、それら第一ターゲッ
ト、第二ターゲットを図中矢印方向に並進移動させるこ
とにより、ターゲットに照射するレーザ光の照射位置を
代えて、前記レーザ光によるターゲット表面の局部的な
消耗を防止するとともに、ターゲットのレーザ光照射面
に照射されるエネルギー密度を一定に保つことができ、
これにより安定したターゲット粒子の放出を長時間維持
でき、安定した成膜が可能であるとともに、品質の安定
した大きな面積の膜を得ることができる。Further, elongated targets are used as the first target and the second target used in forming the polycrystalline thin film and the oxide superconducting layer, and the first target and the second target are indicated by arrows in the figure. By changing the irradiation position of the laser light for irradiating the target by translating in the direction, the local consumption of the target surface by the laser light is prevented and the energy density irradiated on the laser light irradiation surface of the target is changed. Can be kept constant,
As a result, stable release of target particles can be maintained for a long time, stable film formation is possible, and a film having a large area with stable quality can be obtained.
【００２７】[0027]
【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、本発明の酸化物超電導導体を形成
する際に、基材上面に多結晶薄膜及び酸化物超電導層を
形成するためのレーザ蒸着装置を示す図である。図１に
示すレーザ蒸着装置は、レーザ蒸着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。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a laser vapor deposition apparatus for forming a polycrystalline thin film and an oxide superconducting layer on the upper surface of a substrate when forming the oxide superconducting conductor of the present invention. The laser vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 has a configuration in which an ion gun for ion beam assist is provided in the laser vapor deposition apparatus.
【００２８】図中符号２２はイオンビームアシスト用イ
オンガンであって、図中符号２３は処理容器でこの処理
容器２３の内部の蒸着処理室２３ａには、基板２０を配
置する基材ホルダ２４が設けられ、更に多結晶薄膜を形
成するための第一ターゲット２５ａそして酸化物超電導
層を形成するための第二ターゲット２５ｂが切り替え可
能に取り付けられている。Reference numeral 22 in the drawing is an ion beam assisting ion gun, and reference numeral 23 in the drawing is a processing container. A vapor deposition processing chamber 23a inside the processing container 23 is provided with a substrate holder 24 for placing the substrate 20 therein. Further, a first target 25a for forming a polycrystalline thin film and a second target 25b for forming an oxide superconducting layer are switchably attached.
【００２９】そして、処理容器２３は、排気孔２３ｂを
介して、真空排気装置２６に接続されて内部を真空排気
できるようになっている。なお、基材２０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、処理容器２３の内部に金属テ
ープの送出装置２４ａと巻取装置２４ｂを設け、送出装
置２４ａから連続的に基材ホルダ２４に基材２０を送り
出し、続いて巻取り装置２４ｂで巻取ることで、テープ
状の基材２０上に多結晶薄膜そして酸化物超電導層を連
続成膜することができるような構成となっていることが
好ましい。The processing container 23 is connected to a vacuum exhaust device 26 through an exhaust hole 23b so that the inside of the processing container 23 can be vacuum exhausted. When a long metal tape (made of Hastelloy or stainless steel) is used as the base material 20, a metal tape feeding device 24a and a winding device 24b are provided inside the processing container 23. By continuously sending the base material 20 to the base material holder 24 and then winding it by the winding device 24b, a polycrystalline thin film and an oxide superconducting layer can be continuously formed on the tape-shaped base material 20. It is preferable to have such a configuration.
【００３０】前記基材ホルダ２４は内部に加熱ヒータを
備え、基材ホルダ２４の上に位置された基材２０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２４の底部には角度調節機構Ｄが付設されている。こ
の角度調整機構Ｄは、基材ホルダ２４の底部に接合され
た上部支持板２５ａと、下部支持板２５ｂ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２４の水平角度を調製できるようになっている。な
お、本例では基材ホルダ２４の角度を調製する角度調整
機構Ｄを設けたが、角度調整機構Ｄをイオンガン２２に
取り付けてイオンガン２２の傾斜角度を調製し、イオン
ビームの入射角度θを調節するようにしても良い。ま
た、角度調整機構Ｄ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。The substrate holder 24 has a heater inside so that the substrate 20 located on the substrate holder 24 can be heated to a desired temperature. An angle adjusting mechanism D is attached to the bottom of the base material holder 24. The angle adjusting mechanism D is configured such that the upper support plate 25a and the lower support plate 25b joined to the bottom of the base material holder 24 are rotatable with respect to each other via a pin coupling portion, and The horizontal angle can be adjusted. Although the angle adjusting mechanism D for adjusting the angle of the base material holder 24 is provided in this example, the angle adjusting mechanism D is attached to the ion gun 22 to adjust the inclination angle of the ion gun 22 and adjust the incident angle θ of the ion beam. It may be done. Further, the angle adjusting mechanism D is not limited to the configuration of this embodiment, and needless to say, various configurations can be adopted.
【００３１】そして、前記第一ターゲット２５ａは、目
的とする多結晶薄膜を形成するためのものであって、目
的の組成の多結晶薄膜と同一組成あるいは近似の組成な
どを用いる。第一ターゲット２５ａとして具体的には、
ＭｇＯあるいはＹ2Ｏ3で安定化したジルコニア（ＹＳ
Ｚ）、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3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
ーゲットを用いれば良い。 また、第二ターゲット２５
ｂは、目的とする酸化物超電導層を形成するためのもの
であって、目的の組成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、または、酸化物超電導体のバルクなどか
ら形成されたものを用いる。現在知られている臨界温度
の高い酸化物超電導体として具体的には、Ｙ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系などがあるの
で、第二ターゲット２５ｂとして、これらの系のものな
どを用いることができる。なお、酸化物超電導層を構成
する元素の中で蒸気圧が高く、蒸着の際に飛散しやすい
元素もあるので、このような元素を含むターゲットを使
用する場合は、蒸気圧の高い元素を目的とする所定の割
合よりも多く含むターゲットを用いれば良い。The first target 25a is for forming a desired polycrystalline thin film, and has the same composition as or similar to that of the polycrystalline thin film having a desired composition. Specifically, as the first target 25a,
Zirconia stabilized with MgO or Y 2 O 3 (YS
Z), MgO, SrTiO 3 or the like is used, but the present invention is not limited to this, and a target suitable for the polycrystalline thin film to be formed may be used. In addition, the second target 25
b is for forming a target oxide superconducting layer, and has a composition similar to or close to the target composition, or sintering of a composite oxide containing a large amount of components that easily escape during film formation. A body or a body formed from a bulk of an oxide superconductor is used. Specifically, as a currently known oxide superconductor having a high critical temperature, Y-Ba-C is specifically mentioned.
Since there are u-O type, Bi-Sr-Ca-Cu-O type, etc., those of these types can be used as the second target 25b. Note that, among the elements forming the oxide superconducting layer, the vapor pressure is high, and there are also elements that easily scatter during vapor deposition, so when using a target containing such an element, the element with a high vapor pressure should be used. It suffices to use a target containing more than a predetermined ratio.
【００３２】前記イオンガン２２は、容器の内部に蒸発
源を収納し、蒸発源の近傍に引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、フェラメント式、クラスタイオ
ンビーム式などの種々のものがある。フェラメント式は
タングステン製のフェ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２（ａ）に示す構成の内部構造のイオンガン２２を用
いる。このイオンガン２２は筒状の容器２７の内部に、
引出電極２９とフェラメント３０とＡｒガスなどの導入
管３１とを備えて構成され、容器２７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 22 is constructed so that an evaporation source is housed inside a container and an extraction electrode is provided near the evaporation source. Then, a part of 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 to irradiate as an ion beam. There are various methods for ionizing particles, such as a DC discharge method, a high frequency excitation method, a fermented method, and a cluster ion beam method. The ferment method is a method in which a tungsten ferrule is electrically heated to generate thermoelectrons, which are then collided with vaporized particles in a high vacuum to be ionized. The cluster ion beam method is a method of bombarding clusters of aggregate molecules that come out in a vacuum from a nozzle provided at an opening of a crucible containing a raw material, bombarded with thermal electrons, ionized, and radiated. In this embodiment,
The ion gun 22 having the internal structure shown in FIG. 2A is used. This ion gun 22 is inside a cylindrical container 27,
The extraction electrode 29, the filament 30, and the introduction tube 31 of Ar gas or the like are provided, and ions can be irradiated in parallel in a beam shape from the tip of the container 27.
【００３３】前記イオンガン２２は、図１に示すように
その中心軸Ｓを基材２０の上面（成膜面）に対して入射
角度θ（基材２０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２２は、基材
２０の上面に対して傾斜角度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２２によって基材２０に照射するイオンビームは、Ｈ
ｅ+、Ｎｅ+、Ａｒ+、Ｘｅ+、Ｋｒ+などの希ガスのイオ
ンビーム、あるいは、それらと酸素イオンの混合イオン
ビームなどで良い。但し、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+などのイオンを用いることが好ましい。As shown in FIG. 1, the ion gun 22 has its central axis S with respect to the upper surface (deposition surface) of the substrate 20 with an incident angle θ (a normal line (normal line) of the substrate 20 and a center line S). The angle is made by the angle) and the two are opposed to each other. The incident angle θ is preferably in the range of 50 to 60 degrees, but most preferably in the range of 55 to 60 degrees. Therefore, the ion gun 22 is arranged so that the ion beam can be incident on the upper surface of the base material 20 at an inclination angle θ. The ion beam applied to the substrate 20 by the ion gun 22 is H
An ion beam of a rare gas such as e + , Ne + , Ar + , Xe + , and Kr + , or a mixed ion beam of those and oxygen ions may be used. However, in order to arrange the crystal structure of the polycrystalline thin film, a certain amount of atomic weight is required, and considering that the effect becomes too thin with ions that are too light, Ar is considered.
It is preferable to use ions such as + and Kr + .
【００３４】次に、上記構成の装置２１を用いて、基材
２０上にＹＳＺからなる多結晶薄膜を成膜し、前記多結
晶薄膜上に酸化物超電導層を成膜して酸化物超電導導体
を製造する方法について説明する。基材２０上に多結晶
薄膜を形成するには、ＹＳＺからなる第一ターゲット２
５ａ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２２から照射されるイオンビームを基材ホルダ２
４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２０を収納している蒸着処理室２３ａ
内部を真空排気装置２６を作動させて真空引きし減圧雰
囲気とする。そして、レーザ発光装置３２とイオンガン
２２を作動させる。Next, a polycrystalline thin film made of YSZ is formed on the base material 20 by using the apparatus 21 having the above structure, and an oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film to form an oxide superconducting conductor. A method of manufacturing the will be described. To form a polycrystalline thin film on the substrate 20, the first target 2 made of YSZ is used.
5a is used and the angle adjusting mechanism D is adjusted so that the ion beam emitted from the ion gun 22 is applied to the substrate holder 2
4. Allow irradiation on the upper surface at an angle in the range of 50 to 60 degrees. Next, the vapor deposition processing chamber 23a containing the base material 20
The vacuum exhaust device 26 is operated to evacuate the interior to create a reduced pressure atmosphere. Then, the laser emitting device 32 and the ion gun 22 are operated.
【００３５】レーザ発光装置３２から第一ターゲット２
５ａにレーザ光を照射すると、第一ターゲット２５ａの
構成粒子が叩き出されて基材２０上に飛来する。そし
て、基材２０上に第一ターゲット２５ａから叩き出され
た構成粒子を堆積させると同時に、前記基材２０上堆積
しつつある構成粒子に、イオンガン２２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
ンビーム照射する際のイオンビームの入射角度θは、５
０〜６０度が最も好ましい。ここでθを９０度とする
と、多結晶薄膜４０のｃ軸は基材２０の成膜面に対して
直角に配向するものの、基材２０の成膜面上に（１１
１）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軸方向にすら配向しなくなる。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。From the laser emitting device 32 to the first target 2
When 5a is irradiated with laser light, the constituent particles of the first target 25a are knocked out and fly onto the base material 20. At the same time that the constituent particles knocked out from the first target 25a are deposited on the base material 20, a mixed ion beam of Ar ions and oxygen ions is applied from the ion gun 22 to the constituent particles being deposited on the base material 20. Irradiate. The incident angle θ of the ion beam when irradiating the ion beam is 5
The most preferred range is 0 to 60 degrees. Here, when θ is 90 degrees, the c-axis of the polycrystalline thin film 40 is oriented at right angles to the film forming surface of the base material 20, but (11
1) It is not preferable because the surface is raised. Further, when θ is 30 degrees, the polycrystalline thin film is not oriented even in the c-axis direction. If the ion beam irradiation is carried out at an angle within the above-mentioned preferable range, the (100) plane of the crystal of the polycrystalline thin film will stand.
【００３６】よって、このような入射角度θでイオンビ
ーム照射を行ないながら、レーザ蒸着を行なうことで、
基材２０上に形成されるＹＳＺからなる多結晶薄膜の結
晶軸のａ軸とｂ軸とｃ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構成粒子に対して適
切な角度でイオンビーム照射されたことにより、レーザ
光によって叩き出された構成粒子が効率的に活性化され
た結果によるものと思われる。Therefore, by performing laser deposition while performing ion beam irradiation at such an incident angle θ,
It is possible to orient the a-axis, the b-axis, and the c-axis of the crystal axes of the polycrystalline thin film made of YSZ formed on the substrate 20, which is suitable for the constituent particles being deposited. This is probably because the constituent particles knocked out by the laser beam were efficiently activated by the ion beam irradiation at various angles.
【００３７】続いて、上記基材２０上に形成された多結
晶薄膜４０上に成膜しようとする酸化物超電導層と同等
または近似した組成、あるいは、成膜中に逃避し易い成
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
超電導体等からなる第二ターゲット２５ｂに、レーザ発
光装置３２から発生されるレーザ光の焦点をあわせ、集
光レンズ３３そして透明窓３４を介して集光照射する。
これによって、第二ターゲット２５ｂの構成粒子が、抉
り出されるか蒸発されて、その粒子が多結晶薄膜４０上
に堆積する。ここで構成粒子の堆積の際に多結晶薄膜４
０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４０上に形成される酸化物超電導層の結
晶のｃ軸とａ軸とｂ軸も多結晶薄膜に整合するようにエ
ビ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が得られる。Subsequently, the composition is similar to or close to that of the oxide superconducting layer to be formed on the polycrystalline thin film 40 formed on the base material 20, or contains a large amount of components that easily escape during film formation. The laser beam generated from the laser light emitting device 32 is focused on the second target 25b made of the sintered body of the complex oxide or the oxide superconductor, and is collected through the condenser lens 33 and the transparent window 34. Irradiate with light.
As a result, the constituent particles of the second target 25b are extracted or evaporated, and the particles are deposited on the polycrystalline thin film 40. Here, when the constituent particles are deposited, the polycrystalline thin film 4
Since 0 is preliminarily oriented along the c-axis and is also oriented along the a-axis and the b-axis, the c-axis, the a-axis, and the b-axis of the crystal of the oxide superconducting layer formed on the polycrystalline thin film 40 are also aligned with the polycrystalline thin film. It grows and crystallizes as it does. As a result, an oxide superconducting layer having good crystal orientation can be obtained.
【００３８】以上のように、形成された多結晶薄膜４０
は、図３に示すように結晶粒界を介して接合一体化され
てなり、各結晶粒３５・・・の結晶軸のｃ軸は基材２０
の上面（成膜面）に対して直角に向けられ、各結晶粒３
５・・・の結晶軸ａ軸どうし及び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３５・・・のｃ軸が基材２０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３５・・
・のａ軸（あるいはｂ軸）どうしは、これらのなす角度
を３０度以内に接合一体化されているものである。The polycrystalline thin film 40 formed as described above
As shown in FIG. 3, they are joined and integrated through crystal grain boundaries, and the c-axis of the crystal axis of each crystal grain 35 ... Is the base material 20.
Oriented at right angles to the upper surface (deposition surface) of each crystal grain 3
The crystal axes a and b of 5 ... Are oriented in the same direction and are in-plane oriented. Further, the c-axis of each crystal grain 35 ... Is oriented at right angles to the (upper surface) film formation surface of the base material 20. And each crystal grain 35 ...
The a-axis (or the b-axis) of * are joined and integrated within an angle of 30 degrees.
【００３９】なお、この多結晶薄膜４０の結晶配向性が
整う要因として本発明者らは、以下のことを推定してい
る。ＹＳＺからなる多結晶薄膜４０の結晶の単位格子
は、図２（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２（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
２（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、イオンチャネリグが最も効果的に
起こり、基材２０上に堆積している結晶において、基材
２０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 present inventors presume the following as a factor for adjusting the crystal orientation of the polycrystalline thin film 40. The unit cell of the crystal of the polycrystalline thin film 40 made of YSZ is a cubic crystal as shown in FIG. 2B, and in this crystal lattice, the substrate normal direction is the <100> axis and the other <010>. Both the> axis and the <001> axis are in the directions shown in FIG. Considering an ion beam that is incident obliquely to the normal to the substrate with respect to these directions, it is incident on the origin O of FIG. 2B along the diagonal direction of the unit lattice, that is, along the <111> axis. In that case, the incident angle is 54.7 degrees. Here, as described above, the incident angle is 50
A good crystal orientation in the range of up to 60 degrees means that ion channelig occurs most effectively when the incident angle of the ion beam coincides with or before or after 54.7 degrees, and In the crystal deposited on the material 20, only the atoms having the positional relationship matching the angle on the upper surface of the base material 20 are likely to remain selectively, and other disordered atomic arrangements are ion beam sputtered. It is presumed that, as a result of being sputtered and removed by the effect, only the crystals of the atoms with good orientation are selectively left and deposited.
【００４０】なお、上記方法によって基材２０上に形成
された多結晶薄膜４０の成膜状態を示す図３及び図４に
おいては、その結晶粒３５・・・が１層のみで構成され
たものを示しているが、結晶粒３５・・・が多層構造と
なっているものでも差し支えないのは勿論である。ま
た、上記多結晶薄膜４０を形成する際に使用したターゲ
ットは、１つであったが、多結晶薄膜形成用のターゲッ
トを複数個設け、それぞれ別種の粒子を叩き出して、こ
れを基材２０上に堆積させることにより、より複雑な組
成の多結晶膜を形成しても良い。In FIGS. 3 and 4 showing the film formation state of the polycrystalline thin film 40 formed on the substrate 20 by the above method, the crystal grains 35 ... Are composed of only one layer. However, it is a matter of course that the crystal grains 35 ... Have a multi-layer structure. Although only one target was used when the polycrystalline thin film 40 was formed, a plurality of targets for forming the polycrystalline thin film were provided, and different types of particles were punched out, and this was used as the base material 20. A polycrystalline film having a more complicated composition may be formed by depositing it on top.
【００４１】そしてさらに、上記方法によって得られた
酸化物超電導層５０は、多結晶薄膜４０上に被覆され、
図３に示すように、その結晶粒３６・・・のｃ軸は、多
結晶薄膜４０の上面に対して直角に配向され、その結晶
粒３６・・・のａ軸とｂ軸は先に説明した多結晶薄膜４
０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３６・・・どうしが形成する粒界傾角Ｋは上記多結
晶薄膜と同様に３０度以内に接合一体化されている。Further, the oxide superconducting layer 50 obtained by the above method is coated on the polycrystalline thin film 40,
As shown in FIG. 3, the c-axis of the crystal grains 36 ... Is oriented at right angles to the upper surface of the polycrystalline thin film 40, and the a-axis and the b-axis of the crystal grains 36 ... Polycrystalline thin film 4
As in the case of 0, the grain boundary tilt angle K formed by the crystal grains 36 ..., which are in-plane oriented along the plane parallel to the upper surface of the substrate, is bonded and integrated within 30 degrees like the polycrystalline thin film. There is.
【００４２】そして、多結晶薄膜４０上に形成された酸
化物超電導層５０は、多結晶状態となるが、この酸化物
超電導層５０の結晶粒３６・・・の１つ１つにおいて
は、図３に示すように基材２０の厚さ方向に電流を流し
にくいｃ軸が配向し、基材２０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５０は結晶粒界における量子論的結合性
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、基板２０の面方向に電流を流し易く、臨界電流密度
の優れたものが得られる。The oxide superconducting layer 50 formed on the polycrystalline thin film 40 is in a polycrystalline state, but in each of the crystal grains 36 ... As shown in FIG. 3, the c-axis in which a current hardly flows is oriented in the thickness direction of the base material 20, and the a-axis or the b-axis is oriented in the longitudinal direction of the base material 20. Therefore, the obtained oxide superconducting layer 50 is excellent in the quantum coupling property at the crystal grain boundaries and has little deterioration in the superconducting properties at the crystal grain boundaries. Excellent results are obtained.
【００４３】従って、上記のように製造された酸化物超
電導導体６０は、これを構成する多結晶薄膜４０が、レ
ーザ蒸着と同時にイオンビーム照射を行なうことによっ
て成膜されることにより、成膜速度を速め成膜時間の短
縮を図ることが可能であって、かつ、このような方法に
よって成膜された多結晶薄膜４０は、その結晶配向性が
良好であることから、前記多結晶薄膜４０上に、レーザ
蒸着法によって形成される酸化物超電導層５０をエピタ
キシャル成長させることによって成膜でき、結晶配向性
の優れた、そして臨界電流密度の良好な酸化物超電導導
体６０を製造することができる。そしてまた、上記多結
晶薄膜４０の成膜時間の短縮は、酸化物超電導導体６０
の製造効率の著しい向上を図ることができるものであ
る。Therefore, in the oxide superconducting conductor 60 manufactured as described above, the polycrystalline thin film 40 forming the oxide superconducting conductor 60 is formed by performing ion beam irradiation at the same time as laser deposition, thereby forming a film at a deposition rate. On the polycrystalline thin film 40 because the polycrystalline thin film 40 formed by such a method has a good crystal orientation. In addition, the oxide superconducting layer 50 formed by the laser deposition method can be formed by epitaxial growth, and the oxide superconducting conductor 60 having excellent crystal orientation and good critical current density can be manufactured. Further, the reduction of the film formation time of the polycrystalline thin film 40 is achieved by reducing the oxide superconducting conductor 60.
The manufacturing efficiency of can be remarkably improved.
【００４４】更に、上記方法により長尺の酸化物超電導
導体を製造する場合には、図５に示すような長尺のター
ゲットを用い、このターゲットを図に示す矢印方向に並
進移動させて、レーザ発光装置より発生するレーザ光を
前記ターゲット上の高領域に照射することにより、前記
レーザ光によるターゲット表面の局部的な消耗を防止す
るとともに、ターゲットのレーザ光照射面に照射される
エネルギー密度を一定に保つことができ、これにより安
定したターゲット粒子の放出を長時間維持でき、安定し
た成膜が可能であるとともに、品質の安定した大きな面
積の膜を得ることができるものである。なお、ターゲッ
トを固定してレーザ発光装置を並進移動させた場合にお
いても、上記と同様の効果が得られるのは勿論である。Further, in the case of producing a long oxide superconducting conductor by the above method, a long target as shown in FIG. 5 is used, and this target is translated in the direction of the arrow shown in FIG. By irradiating the laser light generated from the light emitting device to a high region on the target, local consumption of the target surface by the laser light is prevented and the energy density irradiated to the laser light irradiation surface of the target is constant. Therefore, stable release of target particles can be maintained for a long time, stable film formation is possible, and a film having a large area with stable quality can be obtained. Even when the laser light emitting device is moved in translation while the target is fixed, the same effect as above can be obtained.
【００４５】そこで、上記方法により製造された酸化物
超電導導体の製造例について、以下に説明する。 （製造例）図１に示す構成の装置を使用し、蒸着処理室
２３ａ内部を真空ポンプ２６で真空引きして１×１０-4
Ｔｏｒｒに減圧した。基材２０は、幅１０ｍｍ、厚さ
０.１ｍｍ、長さ１ｍのハステロイテープを使用した。
そして、第一ターゲット２５ａはＹＳＺ（安定化ジルコ
ニア）製のものを用い、第一ターゲット蒸着用のレーザ
として波長２４８ｎｍのＫｒ-Ｆエキシマレーザを用い
た。そして、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３００Ｖに、イオンビ
ームの電流密度を５００μＡ／ｃｍ2にそれぞれ設定し
て基材２０上にレーザ蒸着と同時にイオン照射を行なっ
て、厚さ０.５μmの膜状のＹＳＺ層を形成した。ここ
で、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。Therefore, a production example of the oxide superconducting conductor produced by the above method will be described below. (Production Example) Using the apparatus having the configuration shown in FIG. 1, the inside of the vapor deposition processing chamber 23a is evacuated by a vacuum pump 26 to 1 × 10 −4.
The pressure was reduced to Torr. As the base material 20, a Hastelloy tape having a width of 10 mm, a thickness of 0.1 mm and a length of 1 m was used.
Then, the first target 25a was made of YSZ (stabilized zirconia), and a Kr-F excimer laser having a wavelength of 248 nm was used as a laser for vapor deposition of the first target. Then, the incidence angle of the beam of the ion source is set to 55 degrees, the assist voltage of the ion source is set to 300 V, and the current density of the ion beam is set to 500 μA / cm 2 , respectively, and laser deposition is performed on the substrate 20 at the same time as ion deposition. Irradiation was performed to form a film-like YSZ layer having a thickness of 0.5 μm. Here, the current density of the ion beam is measured by a current density measuring device grounded near the sample.
【００４６】上記装置において、基材２０上に形成され
たＹＳＺ層からなる多結晶薄膜は、１時間で５μmの成
膜速度で形成され、前記従来の多結晶薄膜の製造方法に
比較して著しくその成膜速度の向上がなされたものであ
る。従来、スパッタリングと同時にイオン照射を行なう
ことによって多結晶薄膜を製造する際の成膜速度は、そ
の成膜条件を上記と同様にして、イオン源のビーム入射
角度を５５度、イオン源のアシスト電圧を３００Ｖそし
てイオンビームの電流密度を１００μＡ／ｃｍ2とした
場合に、０.１μm／時間であった。In the above apparatus, the polycrystalline thin film composed of the YSZ layer formed on the base material 20 is formed at a film forming rate of 5 μm in 1 hour, which is significantly higher than the conventional method for producing a polycrystalline thin film. The film forming speed has been improved. Conventionally, the film forming rate when a polycrystalline thin film is manufactured by performing ion irradiation simultaneously with sputtering is as follows: the film forming conditions are the same as above, the beam incident angle of the ion source is 55 degrees, and the assist voltage of the ion source is Was 300 V and the current density of the ion beam was 100 μA / cm 2 , it was 0.1 μm / hour.
【００４７】さらに、上記のような方法でそのイオンビ
ーム電流密度を様々に代えて製造された各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６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４０μｍ／ｃｍ2で測定した試料の回折強さを
示す図である。図６に示す結果から、イオンビームの電
流密度を４０μＡ／ｃｍ2に設定した試料では、ＹＳＺ
の（２００）面あるいは（４００）面のピークが認めら
れ、ＹＳＺの多結晶薄膜の（１００）面が基材表面と平
行な面に沿って配向しているものと推定することがで
き、ＹＳＺの多結晶薄膜がそのｃ軸を基材上面に垂直に
配向させて形成されていることが判明した。Further, an X-ray diffraction test by the θ-2θ method using CuKα rays was conducted on the polycrystalline thin film samples of each YSZ produced by changing the ion beam current density by the above method. FIG. 6 is a diagram showing the diffraction intensity of a sample measured with an ion beam current density of 40 μm / cm 2 at an ion source incident angle of 55 ° and an ion beam voltage of 300 V. From the results shown in FIG. 6, in the sample in which the current density of the ion beam was set to 40 μA / cm 2 , the YSZ
It can be presumed that the (200) plane or the (400) plane peak of YSZ is observed, and the (100) plane of the YSZ polycrystalline thin film is oriented along a plane parallel to the substrate surface. It was found that the polycrystalline thin film of 1 was formed with its c-axis oriented perpendicular to the upper surface of the substrate.
【００４８】続いて図７は、前記の試料における極点図
を示すものである。この図からも明らかなように、イオ
ンビームの電流密度を４０μＡ／ｃｍ2とした試料で
は、図７に示す結果と同等の結果が得られた。Subsequently, FIG. 7 shows a pole figure of the above sample. As is clear from this figure, the sample having an ion beam current density of 40 μA / cm 2 gave results similar to those shown in FIG. 7.
【００４９】図８は、イオン源の入射角度９０度で、ビ
ーム電圧３００Ｖ、ビーム電流４０μm／Ａとして測定
した試料の回折強さを示す図である。図８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
（２００）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充分な配向性が認められた。FIG. 8 is a diagram showing the diffraction intensity of the sample measured with a beam voltage of 300 V and a beam current of 40 μm / A at an incident angle of 90 degrees to the ion source. From the results shown in FIG. 8, the YSZ (200) peak and (400) peak can be recognized even when the incident angle of the ion source is set to 90 °, and sufficient c-axis orientation is recognized. It was
【００５０】次に、前記のようにｃ軸に配向された各試
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
９に示すように、基材２０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１０と図１１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 samples oriented in the c-axis as described above. For the measurement, as shown in FIG. 9, the X-ray polycrystalline thin film formed on the base material 20 is irradiated with X-rays at an angle θ, and <incident X-rays are included in a vertical plane including the incident X-rays. For 2θ (58.7
The X-ray counter 25 is installed at a position of (degrees), and the diffraction intensity obtained by rotating the X-ray counter 25 by a horizontal angle φ with respect to the vertical plane including the incident X-rays is measured to measure the a-axis of the polycrystalline thin film B or The orientation of the b-axes was measured. The results are shown in FIGS. 10 and 11.
【００５１】図１０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、回析ピー
クが表れず、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１１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、特別なビークが見られず、ａ軸とｂ軸の方向は無秩
序になっていることが判明した。As shown in FIG. 10, in the case of the sample manufactured by setting the incident angle of the ion beam at 55 degrees, no diffraction peak appears and φ is set to 90 degrees and 0 degrees, that is, the rotation angle. The YSZ (311) plane peak appears every 90 degrees with respect to φ. This corresponds to the (011) peak of YSZ in the substrate plane, and it was revealed that the a-axis or the b-axis of the YSZ polycrystalline thin film was oriented. On the other hand, as shown in FIG. 11, in the case of the sample manufactured with the ion beam incident angle set to 90 degrees, no special beak is observed and the directions of the a-axis and the b-axis are disordered. There was found.
【００５２】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
及び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, it has been clarified that the polycrystalline thin film of the sample manufactured by the above-mentioned apparatus has not only the c-axis orientation but also the a-axis and the b-axis orientations.
Therefore, it was revealed that a polycrystalline thin film such as YSZ having excellent orientation can be manufactured.
【００５３】一方、図１２は図１０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１９を基に説明した方法で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
定した際り回析ピークを測定したものである。図１２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度以内では現れるが、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. 12 shows the result of testing the crystal orientation in each crystal grain of the polycrystalline layer of this sample using the sample of the YSZ polycrystalline thin film used in FIG. In this test, when X-ray diffraction is performed by the method described with reference to FIG. 19, the diffraction peak is measured when the angle of φ is set to a value in steps of 5 degrees from −10 degrees to 45 degrees. . From the results shown in FIG. 12, it is clear that the diffraction peak of the obtained YSZ polycrystalline thin film appears within the grain boundary tilt angle of 30 degrees, but disappears at 45 degrees. Therefore, it was found that the grain boundary tilt angle of the crystal grains of the obtained polycrystalline thin film was within 30 degrees, and it was revealed that the polycrystalline thin film had a good orientation.
【００５４】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
布における入射角と半値全幅の関係を示すものである。
なお、前記の半値全幅は、得られた試料について、図７
に示すような極点図を求め、この極点図の中心から図７
に示すような補助線ｅ、ｆを引いた場合に、これらの補
助線ｅとｆのなす角度αの半分の角度、即ち、ピーク比
半分にて求めた。図１３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、粒界傾角を２
５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 ion beam current density was set to 40 μA / cm 2, the ion beam energy was set to 300 eV, and the incident angle of the ion beam was changed from 0 ° to 65 °. 3 shows 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.
The above full width at half maximum is shown in FIG.
Fig. 7 is obtained from the center of this pole figure.
When the auxiliary lines e and f as shown in (3) are drawn, the angle is determined by half the angle α formed by these auxiliary lines e and f, that is, the peak ratio. From the results shown in FIG. 13, it has been clarified that the crystal orientation becomes good when the incident angle of the ion beam is in the range of 50 to 60 degrees. Further, in particular, by setting the incident angle of the ion beam to 55 to 60 degrees, the grain boundary tilt angle becomes 2
It was also revealed that the minimum value can be set to about 5 degrees.
【００５５】続いて、レーザ発光装置から発生するレー
ザ光の焦点をＹ0.7Ｂａ1.7Ｃｕ3.0Ｏ7-Xからなる組成の
第二ターゲット２５ｂにあわせ、蒸着処理室２３ａ内部
を）２００ｍｍＴｏｒｒに減圧調整して、７００℃にて
レーザ蒸着を行なった。第二ターゲット蒸着用のレーザ
として波長１９３ｎｍのＡｒ-Ｆエキシマレーザを用い
た。これにより厚さ１.０μmの酸化物超電導層を形成し
た。Then, the focus of the laser light generated from the laser emitting device is adjusted to the second target 25b having the composition of Y 0.7 Ba 1.7 Cu 3.0 O 7-X, and the pressure inside the vapor deposition processing chamber 23a is adjusted to 200 mmTorr. Then, laser deposition was performed at 700 ° C. An Ar-F excimer laser having a wavelength of 193 nm was used as a laser for vapor deposition of the second target. As a result, an oxide superconducting layer having a thickness of 1.0 μm was formed.
【００５６】上記のように製造した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＝９０Ｋ、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 superconducting conductor produced as described above was cooled, and the critical temperature and the critical current density were measured. As a result, the critical temperature = 90K and the critical current density = 500,000A.
/ Cm 2, and it was confirmed that extremely excellent superconducting properties were exhibited.
【００５７】なお、上記多結晶薄膜そして酸化物超電導
導を形成する際に用いる第一ターゲット２５ａ、第二タ
ーゲット２５ｂに、図５に示すような長尺形状のものを
使用し、それら第一ターゲット２５ａ、第二ターゲット
２５ｂを図中矢印方向に並進移動させることにより、タ
ーゲットに照射するレーザ光の照射位置を代えて、前記
レーザ光によるターゲット表面の局部的な消耗を防止す
るとともに、ターゲットのレーザ光照射面に照射される
エネルギー密度を一定に保つことができ、これにより安
定したターゲット粒子の放出を長時間維持でき、安定し
た成膜が可能であるとともに、品質の安定した大きな面
積の膜を得ることができる。The first target 25a and the second target 25b used in forming the polycrystalline thin film and the oxide superconducting material have long shapes as shown in FIG. 25a and the second target 25b are moved in translation in the direction of the arrow in the figure to change the irradiation position of the laser light for irradiating the target, thereby preventing local consumption of the target surface by the laser light and laser of the target. The energy density applied to the light irradiation surface can be kept constant, which allows stable release of target particles for a long time, stable film formation, and stable film quality over a large area. Obtainable.
【００５８】[0058]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の酸化物超
電導導体の製造方法は、多結晶薄膜を構成する材料を含
む第一ターゲットにレーザ光源から出射されたレーザ光
を照射し、この第一ターゲットから飛散された微粒子を
基材成膜面に堆積させる際に、イオンビームを基材成膜
面の斜め方向から照射することにより、基材表面に多結
晶薄膜を形成し、次いで、酸化物超電導体あるいはその
原料を含む第二ターゲットにレーザ光を照射し、この第
二ターゲットから飛散させた微粒子を前記多結晶薄膜の
表面に堆積させて酸化物超電導層を形成するものであ
る。よって、本発明方法においては、上記のように斜め
方向からイオンを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、基材の表面に対してｃ軸方向に
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、結晶
粒毎のａ軸配向性とｂ軸配向性とｃ軸配向性のいずれも
が良好な多結晶薄膜を得ることができる。As described above, according to the method for producing an oxide superconducting conductor of the present invention, the first target containing the material forming the polycrystalline thin film is irradiated with the laser light emitted from the laser light source, and the first target is irradiated with the laser light. When depositing the fine particles scattered from one target on the base material film formation surface, by irradiating an ion beam from the oblique direction of the base material film formation surface, a polycrystalline thin film is formed on the base material surface and then oxidized. The second target containing the superconductor or its raw material is irradiated with laser light, and the fine particles scattered from the second target are deposited on the surface of the polycrystalline thin film to form the oxide superconducting layer. Therefore, in the method of the present invention, since the ions are simultaneously irradiated from the oblique direction as described above, the constituent particles are efficiently activated, resulting in the a-axis orientation in addition to the c-axis direction with respect to the surface of the substrate. Property and b-axis orientation are also improved. as a result,
Even with a polycrystalline thin film having a large number of crystal grain boundaries, it is possible to obtain a polycrystalline thin film having good a-axis orientation, b-axis orientation and c-axis orientation for each crystal grain.
【００５９】また、本発明の酸化物超電導導体の製造方
法においては、前記多結晶薄膜をレーザ蒸着によって成
膜するために、その成膜速度の著しい向上を図るととも
に、イオンビームを斜め方向から照射することにより、
結晶配向性の良好な多結晶薄膜を形成することができ
る。そして、こうした多結晶薄膜上にレーザ蒸着法によ
って酸化物超電導層を形成することにより、前記酸化物
超電導層をエピタキシャル成長させることができ、結晶
配向性の良好な臨界電流密度の高い酸化物超電導層を形
成することができる。In the method for producing an oxide superconducting conductor according to the present invention, since the polycrystalline thin film is formed by laser vapor deposition, the film forming rate is significantly improved and the ion beam is obliquely irradiated. By doing
A polycrystalline thin film having good crystal orientation can be formed. Then, by forming an oxide superconducting layer on such a polycrystalline thin film by a laser deposition method, it is possible to epitaxially grow the oxide superconducting layer, a high critical current density oxide superconducting layer with good crystal orientation. Can be formed.
【００６０】更に、前記イオンビームの照射角度を５０
〜６０度にすることで、更に良好に結晶配向性を整える
ことができ、粒界傾角２５度以内の結晶配向性の多結晶
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、粒界傾斜角が３０度
になっていることも明らかである。Further, the irradiation angle of the ion beam is set to 50.
By setting it to -60 degrees, the crystal orientation can be adjusted more favorably, and a polycrystalline thin film having crystal orientation with a grain boundary tilt angle of 25 degrees or less can be obtained. In the polycrystalline thin film, diffraction peaks obtained by rotating the polycrystalline thin film appear every 90 degrees, so that the in-plane orientations of the crystal grains constituting the polycrystalline thin film in the a-axis and the b-axis are good, and Since the peak appears in the range of 0 to 30 degrees, it is also clear that the grain boundary tilt angle is 30 degrees.
【００６１】従って、上記のように製造された酸化物超
電導導体においては、極めて優秀な超電導特性を発揮す
ることができるとともに、前記酸化物超電導導体を構成
する多結晶薄膜そして酸化仏超電導層をレーザ蒸着法を
用いて形成することにより、前記酸化物超電導導体の製
造効率の著しい向上を図ることができるものである。そ
して、前記のように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。Therefore, in the oxide superconducting conductor manufactured as described above, extremely excellent superconducting properties can be exhibited, and the polycrystalline thin film and the oxide superconducting layer constituting the oxide superconducting conductor are formed by laser. By using the vapor deposition method, the production efficiency of the oxide superconducting conductor can be remarkably improved. If the oxide superconducting layer is epitaxially grown on the polycrystalline thin film having good crystal orientation as described above, the oxide superconducting layer grows along the crystal of the polycrystalline thin film, and as a result, the oxide superconducting layer is also formed. Good a-axis orientation, b-axis orientation and c-axis orientation are obtained.
【００６２】また、上記多結晶薄膜そして酸化物超電導
層を形成する際に用いる第一ターゲット、第二ターゲッ
トに、長尺形状のものを使用し、それら第一ターゲッ
ト、第二ターゲットを図中矢印方向に並進移動させるこ
とにより、ターゲットに照射するレーザ光の照射位置を
代えて、前記レーザ光によるターゲット表面の局部的な
消耗を防止するとともに、ターゲットのレーザ光照射面
に照射されるエネルギー密度を一定に保つことができ、
これにより安定したターゲット粒子の放出を長時間維持
でき、安定した成膜が可能であるとともに、品質の安定
した大きな面積の膜を得ることができる。Further, elongated targets are used as the first target and the second target used in forming the polycrystalline thin film and the oxide superconducting layer, and the first target and the second target are indicated by arrows in the figure. By changing the irradiation position of the laser light for irradiating the target by translating in the direction, the local consumption of the target surface by the laser light is prevented and the energy density irradiated on the laser light irradiation surface of the target is changed. Can be kept constant,
As a result, stable release of target particles can be maintained for a long time, stable film formation is possible, and a film having a large area with stable quality can be obtained.
【図１】図１は、本発明における実施例方法に使用する
装置を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an apparatus used for an embodiment method in the present invention.
【図２】図２は、図１に示すイオン源の一例を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing an example of the ion source shown in FIG.
【図３】図３は、本発明における実施例方法により形成
された多結晶薄膜及び酸化物超電導層からなる酸化物超
電導導体を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an oxide superconducting conductor formed of a polycrystalline thin film and an oxide superconducting layer formed by the method according to the embodiment of the present invention.
【図４】図４は、図３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。4 is an enlarged plan view showing crystal grains of the oxide superconducting layer shown in FIG. 3, the crystal axis direction thereof, and a grain boundary tilt angle.
【図５】図５は、本発明における実施例方法に使用する
装置において、そのターゲットに長尺形状のものを使用
した場合の装置例を示す概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example of an apparatus used in the method of the embodiment of the present invention when a target having a long shape is used.
【図６】図６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. 6 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 /
is a chart showing the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline thin film produced in cm 2.
【図７】図７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４０μm／
ｃｍ2で製造した多結晶薄膜の極点図である。FIG. 7 shows an ion beam incident angle of 55 degrees, an ion beam voltage of 300 V, and an ion beam current density of 40 μm /
It is a pole figure of a polycrystalline thin film produced in cm 2.
【図８】図１８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４０μm／ｃ
ｍ2と２０μm／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. 18 shows an ion beam incident angle of 90 degrees, an ion beam voltage of 700 V, and an ion beam current of 40 μm / c.
X-ray diffraction results of the polycrystalline thin film produced in m 2 and 20 [mu] m / cm 2 is a graph showing a.
【図９】図９は、多結晶薄膜のａ軸及び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. 9 is a configuration diagram for explaining a test performed for examining the a-axis and b-axis orientation of a polycrystalline thin film.
【図１０】図１０は、製造された多結晶薄膜の（３１
１）面の回折ピークを示すグラフである。FIG. 10 shows (31) of the produced polycrystalline thin film.
It is a graph which shows the diffraction peak of 1) surface.
【図１１】図１１は、製造された多結晶薄膜の（３１
１）面の回折ピークを示すグラフである。FIG. 11 shows (31) of the manufactured polycrystalline thin film.
It is a graph which shows the diffraction peak of 1) surface.
【図１２】図１２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. 12 is a rotation angle 5 of the obtained polycrystalline thin film.
It is a graph which shows a diffraction peak for every degree.
【図１３】図１３は、イオンビーム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. 13 is a graph showing the relationship between the ion beam incident angle and the full width at half maximum of the obtained polycrystalline thin film.
【図１４】図１４は、レーザ蒸着装置を示す概略構成図
である。FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing a laser vapor deposition apparatus.
【図１５】図１５は、基材上にスパッタリングによりタ
ーケットから叩き出された構成粒子にイオンビーム照射
し、結晶配向性の良好な多結晶薄膜を成膜するための装
置を示す概略構成図である。FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing an apparatus for forming a polycrystalline thin film having good crystal orientation by irradiating the constituent particles punched from the turret by sputtering on the base material with an ion beam. is there.
【図１６】図１６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. 16 is a configuration diagram showing a polycrystalline thin film manufactured by a conventional apparatus.
２０…基材、２２…イオンガン、２４…基材ホルダ、２
５ａ…第一ターゲット、２５ｂ…第二ターゲット、３２
…レーザ発光装置、３５…結晶粒、３６…結晶粒、４０
…多結晶薄膜、５０…酸化物超電導層、Ｋ、Ｋ’…粒界
傾角、θ…入射角度、φ…回転角20 ... Substrate, 22 ... Ion gun, 24 ... Substrate holder, 2
5a ... first target, 25b ... second target, 32
... laser emitting device, 35 ... crystal grain, 36 ... crystal grain, 40
… Polycrystalline thin film, 50… Oxide superconducting layer, K, K ′… Grain boundary tilt angle, θ… Incident angle, φ… Rotation angle
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ３０Ｂ 29/22 ５０１ Ｍ 8216−4Ｇ (72)発明者 尾鍋 和憲 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 二木 直洋 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 定方 伸行 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI Technical indication location C30B 29/22 501 M 8216-4G (72) Inventor Kazunori Onabe 1-5-1 Kiba, Koto-ku, Tokyo Stocks Company Fujikura (72) Inventor Naohiro Futaki 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Stock Company Fujikura (72) Inventor Nobuyuki Tekata 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Stock Company Fujikura
Claims (6)
ターゲットの表面にレーザ光を照射して飛散させた微粒
子を、基材成膜面に成膜された多結晶薄膜の表面に堆積
させ、酸化物超電導層を形成する酸化物超電導導体の製
造方法において、 多結晶薄膜を構成する材料を含む第一ターゲットにレー
ザ光源から出射されたレーザ光を照射し、この第一ター
ゲットから飛散された微粒子を基材成膜面に堆積させる
際に、イオンビームを基材成膜面の斜め方向から照射す
ることにより、基材表面に多結晶薄膜を形成し、次い
で、酸化物超電導体あるいはその原料を含む第二ターゲ
ットにレーザ光を照射し、この第二ターゲットから飛散
させた微粒子を前記多結晶薄膜の表面に堆積させて酸化
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。1. A surface of a target containing an oxide superconductor or a raw material thereof is irradiated with laser light to be scattered, and fine particles are deposited on the surface of a polycrystalline thin film formed on a base material film-forming surface to be oxidized. In the method for manufacturing an oxide superconducting conductor to form a superconducting layer, a first target containing a material forming a polycrystalline thin film is irradiated with laser light emitted from a laser light source, and fine particles scattered from the first target are scattered. When depositing on the base material film formation surface, a polycrystalline thin film is formed on the base material surface by irradiating an ion beam from an oblique direction of the base material film formation surface, and then an oxide superconductor or its raw material is included. A second target is irradiated with laser light, and fine particles scattered from the second target are deposited on the surface of the polycrystalline thin film to form an oxide superconducting layer. Manufacturing method.
成膜面に対して斜めか方向から５０〜６０度の範囲の入
射角度で照射し、多結晶薄膜または酸化物超電導層を形
成することを特徴とする酸化物超導導体の製造方法。2. A polycrystalline thin film or an oxide superconducting layer is formed by irradiating the surface of a substrate on which a film is formed with the ion beam according to claim 1 at an incident angle of 50 to 60 degrees from an oblique direction. A method of manufacturing an oxide superconducting conductor, comprising:
超電導導体の製造方法において、イオンビームのイオン
源に不活性ガスイオンあるいは、不活性ガスイオンと酸
素イオンの混合イオンを用いることを特徴とする酸化物
超電導導体の製造方法。3. The method for producing an oxide superconducting conductor according to claim 1 or 2, wherein an inert gas ion or a mixed ion of an inert gas ion and an oxygen ion is used as an ion beam ion source. A method for producing a characteristic oxide superconducting conductor.
の酸化物超電導導体の製造方法において、基材表面に形
成された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
超電導導体の製造方法。4. The method for producing an oxide superconductor according to claim 1, wherein a crystal of the oxide superconductor is epitaxially grown on a crystal of the polycrystalline thin film formed on the surface of the base material. A method for producing an oxide superconducting conductor, comprising:
の酸化物超電導導体の製造方法に使用されるターゲット
であって、このターゲットが長尺形状であることを特徴
とする酸化物超電導導体製造用ターゲット。5. A target used in the method for producing an oxide superconducting conductor according to claim 1, wherein the target has an elongated shape. Target for conductor production.
用ターゲットを所定速度で連続的にあるいは間欠的にそ
の長手方向に移動させ、レーザ光照射位置を連続的ある
いは間欠的に移動させることを特徴とする酸化物超電導
導体の製造方法。6. The target for producing an oxide superconducting conductor according to claim 5, is moved continuously or intermittently at a predetermined speed in its longitudinal direction, and the laser light irradiation position is moved continuously or intermittently. A method for producing an oxide superconducting conductor, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06018993A JP3415874B2 (en) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | Manufacturing method of oxide superconducting conductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06018993A JP3415874B2 (en) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | Manufacturing method of oxide superconducting conductor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06271392A true JPH06271392A (en) | 1994-09-27 |
| JP3415874B2 JP3415874B2 (en) | 2003-06-09 |
Family
ID=13134974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06018993A Expired - Lifetime JP3415874B2 (en) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | Manufacturing method of oxide superconducting conductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3415874B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013136817A (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Fujikura Ltd | Composite target for laser deposition, and method for producing oxide superconductive wire material using the same |
-
1993
- 1993-03-19 JP JP06018993A patent/JP3415874B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013136817A (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Fujikura Ltd | Composite target for laser deposition, and method for producing oxide superconductive wire material using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3415874B2 (en) | 2003-06-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5650378A (en) | Method of making polycrystalline thin film and superconducting oxide body | |
| US6632539B1 (en) | Polycrystalline thin film and method for preparing thereof, and superconducting oxide and method for preparation thereof | |
| EP0872579A1 (en) | Process for preparing polycrystalline thin film, process for preparing oxide superconductor, and apparatus therefor | |
| JP2996568B2 (en) | Method for producing polycrystalline thin film and method for producing oxide superconducting conductor | |
| JP3447077B2 (en) | Thin film laminate, oxide superconducting conductor, and method for producing the same | |
| JP3771012B2 (en) | Oxide superconducting conductor | |
| JP3415888B2 (en) | Apparatus and method for producing polycrystalline thin film and method for producing oxide superconducting conductor | |
| JP4131771B2 (en) | Polycrystalline thin film, manufacturing method thereof and oxide superconducting conductor | |
| JP2670391B2 (en) | Polycrystalline thin film manufacturing equipment | |
| JP4059963B2 (en) | Manufacturing method of oxide superconductor | |
| JP3634078B2 (en) | Oxide superconducting conductor | |
| JP2721595B2 (en) | Manufacturing method of polycrystalline thin film | |
| JP3856878B2 (en) | Method for producing polycrystalline thin film | |
| JP3251034B2 (en) | Oxide superconductor and method of manufacturing the same | |
| JP3269841B2 (en) | Oxide superconductor and method of manufacturing the same | |
| JP3415874B2 (en) | Manufacturing method of oxide superconducting conductor | |
| EP0591588B1 (en) | Method of making polycrystalline thin film and superconducting oxide body | |
| JP2614948B2 (en) | Polycrystalline thin film | |
| JP3771027B2 (en) | Deposition method and apparatus for depositing orientation-controlled polycrystalline thin film | |
| JPH1149599A (en) | Polycrystal thin film, its production, oxide superconducting conductor and manufacture of the same conductor | |
| JP3459092B2 (en) | Method for producing polycrystalline thin film and method for producing oxide superconducting conductor | |
| JP3444917B2 (en) | Method and apparatus for producing polycrystalline thin film and method for producing oxide superconducting conductor having polycrystalline thin film | |
| JP3532253B2 (en) | Oxide superconductor and method of manufacturing the same | |
| JP4128557B2 (en) | Oxide superconducting conductor | |
| JP3856879B2 (en) | Thin film manufacturing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030318 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090404 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090404 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100404 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110404 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120404 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130404 Year of fee payment: 10 |