JPH1149599A - 多結晶薄膜とその製造方法および酸化物超電導導体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、基材の被成膜面に対して直角向き
にＣｅＯ₂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ＣｅＯ₂
の結晶粒の結晶軸のａ軸およびｂ軸をも揃えることがで
き、結晶配向性に優れた多結晶薄膜を提供すること、お
よび、結晶配向性に優れた酸化物超電導層を備えた酸化
物超電導導体の提供を目的とする。 【解決手段】 本発明は、多結晶基材Ａの被成膜面上に
形成されたＣｅＯ₂を主体とするホタル石型構造の結晶
粒２０が、多数、結晶粒界を介し結合されてなる多結晶
薄膜Ｂであって、多結晶基材Ａの被成膜面と平行な面に
沿うＣｅＯ₂の各結晶粒の同一結晶軸が構成する粒界傾
角Ｋが、２０〜３０度の範囲にされてなることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は結晶方位の整った多
結晶薄膜およびその製造方法と、結晶方位の整った酸化
物超電導層を有し、超電導特性に優れた酸化物超電導導
体およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年になって発見された酸化物超電導体
は、液体窒素温度を超える臨界温度を示す優れた超電導
体であるが、現在、この種の酸化物超電導体を実用的な
超電導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、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。

【０００４】図９は、金属テープなどの基材１上にスパ
ッタ装置により中間層２を形成し、この中間層２上にス
パッタ装置により酸化物超電導層３を形成した酸化物超
電導導体の断面構造を示すものである。図９に示す構造
において、酸化物超電導層３は多結晶状態であり、多数
の結晶粒４が無秩序に結合した状態となっている。これ
らの結晶粒４の１つ１つを個々に見ると各結晶粒４の結
晶のｃ軸は基材表面に対して垂直に配向しているもの
の、ａ軸とｂ軸は無秩序な方向を向いているものと考え
られる。

【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８−２１
４８０６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ことで結晶配向性の悪いＹＳ
Ｚ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、本願発明に到達した。

【０００９】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。

【００１０】また、高周波数帯域で使用される磁気ヘッ
ドのコア材として、高透磁率を有し、熱的にも安定なパ
ーマロイ、あるいは、センダストなどの磁性薄膜が実用
化されている。これらの磁性薄膜は、従来、蒸着やスパ
ッタにより所定の基板上に形成されるが、これらの磁性
薄膜の結晶方位の配向性が低いものであると、磁性薄膜
の磁気異方性の制御が困難になり、膜面内では結晶粒の
方位が無秩序になり、透磁率の高周波特性が損なわれる
問題があった。また、膜面内での結晶軸の軸方向が無秩
序であると、面内磁化にスキューやリップルと呼ばれる
局所的なゆらぎが発生し、前述のように透磁率の高周波
特性が損なわれることになる。

【００１１】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、基材の被成膜面に対して直角向きにＣｅＯ₂
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ＣｅＯ₂の結晶粒の
結晶軸のａ軸およびｂ軸をも揃えることができ、結晶配
向性に優れた多結晶薄膜を提供すること、および結晶配
向性に優れた酸化物超電導層を備えた酸化物超電導導体
の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は前
記課題を解決するために、多結晶基材の被成膜面上に形
成されたＣｅＯ₂を主体とするホタル石型構造の結晶粒
が、多数、結晶粒界を介し結合されてなる多結晶薄膜で
あって、多結晶基材の被成膜面と平行な面に沿うＣｅＯ
₂の各結晶粒の同一結晶軸が構成する粒界傾角が、２０
〜３０度の範囲にされてなることを特徴とする。

【００１３】請求項２記載の発明は前記課題を解決する
ために、ＣｅＯ₂のターゲットの構成粒子を多結晶基材
上に堆積させ、多結晶基材上にＣｅＯ₂を主体とする多
結晶薄膜を形成する方法であって、前記構成粒子を多結
晶基材上に堆積させる際に、イオンソースが発生させる
イオンビームとして、Ｋｒ⁺のイオンビームあるいはＫ
ｒ⁺とＸｅ⁺の混合イオンビームを用い、前記ビームを基
材の被成膜面に対して斜め方向から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。請求項
３記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２記
載のイオンビームを照射しながら多結晶基材上に成膜す
る際の成膜雰囲気中に酸素を供給しないで成膜すること
を特徴とする。

【００１４】請求項４記載の発明は前記課題を解決する
ために、多結晶基材の被成膜面上に形成されたＣｅＯ₂
を主体とするホタル石型構造の結晶粒が多数結晶粒界を
介し結合されてなる多結晶薄膜と、該多結晶薄膜上に形
成された酸化物超電導層とを具備する酸化物超電導導体
であって、前記多結晶基材の被成膜面と平行な面に沿う
ＣｅＯ₂の各結晶粒の同一結晶軸が構成する粒界傾角
が、２０〜３０度の範囲にされてなることを特徴とす
る。

【００１５】請求項５記載の発明は前記課題を解決する
ために、ＣｅＯ₂のターゲットの構成粒子を多結晶基材
上に堆積させ、多結晶基材上にＣｅＯ₂を主体とする多
結晶薄膜を形成し、次いで、この多結晶薄膜上に酸化物
超電導層を形成する酸化物超電導導体の製造方法であっ
て、前記構成粒子を多結晶基材上に堆積させる際に、イ
オンソースが発生させたイオンビームを基材の被成膜面
に対して斜め方向から照射しつつ前記構成粒子を堆積さ
せて多結晶薄膜を形成するとともに、イオンビームを照
射しながら多結晶基材上に成膜する際の成膜雰囲気中に
酸素を供給しないで成膜し、次いで該多結晶薄膜上に酸
化物超電導層を形成することを特徴とする。請求項６記
載の発明は前記課題を解決するために、前記イオンソー
スが発生させるイオンビームとして、Ｋｒ⁺のイオンビ
ームあるいはＸｅ⁺のイオンビームまたはこれらの混合
イオンビームを用いることを特徴とする。

【００１６】多結晶基材上に形成されたＣｅＯ₂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の結晶の格子定数は
５.２Åであり、ＣｅＯ₂の結晶の格子定数が５.４であ
り、Ｙ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xなる組成の酸化物超電導体の格
子定数が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ＣｅＯ₂の多結晶着膜
の方が結晶の整合性の面では有利であると考えられる。

【００１７】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を生じやすいが、ＣｅＯ₂の多結晶薄
膜とＹ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x酸化物超電導体層との界面は７
００〜８００℃程度の加熱条件では安定なので、この面
においてもＣｅＯ₂の多結晶薄膜が有望である。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、ＣｅＯ₂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、ＣｅＯ₂
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。

【００１８】

【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。

【００１９】この形態の多結晶薄膜Ｂは、等軸晶系のホ
タル石型の結晶構造を有するＣｅＯ ₂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、好ましくは２０〜３０
度の範囲内にして接合一体化されている。

【００２０】次に前記多結晶薄膜Ｂを製造する装置につ
いて説明する。図３は前記多結晶薄膜Ｂを製造する装置
の一例を示すものであり、この例の装置は、スパッタ装
置にイオンビームアシスト用のイオンソースを設けた構
成となっている。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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４（Ａ）に示す構成の内部構造のイオンソース３
９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。

【００２７】前記イオンソース３９は、図３に示すよう
にその中心軸線Ｓを多結晶基材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３
９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。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、Ｋｒガスのイオン
ビーム、あるいは、ＫｒガスとＸｅガスの混合イオンビ
ームを用いる。

【００２８】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４
０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。

【００２９】次に前記構成の装置を用いて多結晶基材Ａ
上にＣｅＯ₂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、ＣｅＯ₂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。

【００３０】スパッタビーム照射装置３８からターゲッ
ト３６にイオン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、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。

【００３１】ここでイオンビームを照射する際の入射角
度θは、５０〜６０度の範囲が好ましく、より好ましく
は５５〜６０度の範囲、最も好ましくは５５度前後であ
る。ここでθを９０度とすると、ＣｅＯ₂の多結晶薄膜
のｃ軸は多結晶基材Ａ上の被成膜面に対して直角に配向
するものの、多結晶基材Ａの被成膜面上に（１１１）面
が立つので好ましくない。また、θを３０度とすると、
ＣｅＯ₂の多結晶薄膜はｃ軸配向すらしなくなる。前記
のような好ましい範囲の入射角度でイオンビーム照射す
るならばＣｅＯ₂の多結晶薄膜の結晶の（１００）面が
立つようになる。このような入射角度でイオンビーム照
射を行ないながらスパッタリングを行なうことで、多結
晶基材Ａ上に形成されるＣｅＯ₂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。図１と図２に、前記の方法でＣ
ｅＯ₂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。

【００３２】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。
ＣｅＯ₂の多結晶薄膜Ｂの結晶の単位格子は、図４
（ｂ）に示すように等軸晶系のホタル石型構造であり、
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
４（ｂ）に示す方向となる。これらの方向に対し、基板
法線に対して斜め方向から入射するイオンビームを考慮
すると、図４（ｂ）の原点Ｏに対して単位格子の対角線
方向、即ち、＜１１１＞軸に沿って入射する場合は５
４.７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ＣｅＯ₂の多結晶薄膜に対し
てＫr⁺イオンのイオンビーム、あるいは、Ｋr⁺とＸｅ⁺
の混合イオンビームのみが効果的であり、Ａｒ⁺、Ｎ
ｅ⁺、Ｘｅ⁺などのイオンビームでは効果が得られない。

【００３３】次に、図５と図６は本発明に係る酸化物超
電導導体の一実施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２０〜３０度になるように結晶
配向されている。

【００３４】次に、酸化物超電導層Ｃは、多結晶薄膜Ｂ
の上面に被覆されたものであり、その結晶粒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、Ｙ₃Ｂa₃Ｃ
ｕ₆Ｏ_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、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₂
Ｃｕ₃Ｏ_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。

【００３５】前記酸化物超電導層Ｃは、例えば、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ＣｅＯ₂の多結晶薄膜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。

【００３６】ところで、多結晶薄膜Ｂの構成材料とし
て、ＹＳＺよりもＣｅＯ₂の方が好ましく、そのためＹ
ＳＺの多結晶薄膜上に酸化物超電導層を設けたものより
も、ＣｅＯ₂の多結晶薄膜上に後述の如く酸化物超電導
層を設けたもののほうが臨界電流密度の面で有利な特性
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。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、ＹＳＺの結晶の格子定数は５.２Åであり、ＣｅＯ₂
の結晶の格子定数が５.４であり、Ｙ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xな
る組成の酸化物超電導体の格子定数が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ＣｅＯ₂の多結晶着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Ｂ
ａＺｒＯ ₃を生じやすいことがわかっており、ＣｅＯ₂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ＣｅＯ₂の多結晶薄膜が有望である。

【００３７】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、ＣｅＯ₂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、ＣｅＯ₂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。なお、前記多結晶層Ｂを製造する場合にイオ
ンソース３９のフィラメント４７は、成膜雰囲気中に微
量の酸素を有すると寿命が短くなる問題がある。これは
成膜雰囲気中の酸素分圧が、わずか１×１０^-5〜１×１
０^-4トールであってもフィラメント４７の寿命に大きな
影響があり、ＹＳＺの多結晶薄膜を製造する場合には成
膜雰囲気中に微量の酸素を導入しなくては製造できなか
ったが、ＣｅＯ₂の多結晶中間層Ｂを製造するには、成
膜雰囲気中に酸素を特に導入する必要はない。従って、
酸素の少ない雰囲気中で成膜できるので、イオンソース
３９のフィラメント４７の寿命をＹＳＺの多結晶薄膜を
製造する場合に比べて数倍〜１０倍程度高めることがで
きる。

【００３８】次に酸化物超電導層Ｃを形成する装置につ
いて説明する。図７は酸化物超電導層を成膜法により形
成する装置の一例を示すもので、図７はレーザ蒸着装置
を示している。この例のレーザ蒸着装置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。

【００３９】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。

【００４０】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、Ｙ
ＡＧレーザ、ＣＯ₂レーザ、エキシマレーザなどのいず
れのものを用いても良い。

【００４１】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ＣｅＯ₂の多結晶薄膜Ｂを形
成したならば、この多結晶薄膜Ｂ上に酸化物超電導層を
形成する。酸化物超電導層を多結晶薄膜Ｂ上に形成する
場合、この例では図７に示すレーザ蒸着装置６０を使用
する。

【００４２】多結晶薄膜Ｂが形成された多結晶基材Ａを
図７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。

【００４３】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。

【００４４】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５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。

【００４５】一方、図８は、多結晶薄膜を製造するため
の装置の他の例を示すものである。この例の装置におい
ては、ターゲット３６を３個設け、スパッタビーム照射
装置３８を３個設け、多結晶基材Ａとターゲット３６に
高周波電源２９を接続した点である。

【００４６】この例の装置では、３個のターゲット３
６、３６、３６から、それぞれ別種の粒子を叩き出して
多結晶基材Ａ上に堆積させて複合膜を形成することがで
きるので、より複雑な組成の多結晶膜でも製造できる特
徴がある。また、高周波電源２９を作動させてターゲッ
ト３６からスパッタすることもできる。この例の装置を
用いて前記方法を実施する場合も図３に示す装置の場合
と同様に配向性に優れた多結晶薄膜を得ることができ
る。

【００４７】

【実施例】図３に示す構成の多結晶薄膜の製造装置を使
用し、この製造装置の成膜処理容器内部をロータリーポ
ンプおよびクライオポンプで真空引きして３.０×１０
^-4トールに減圧した。テープ状の基材としては、幅１０
ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、長さ１００ｃｍのハステロイＣ
２７６テープを使用した。また、ターゲットはＣｅＯ₂
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５
５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３００Ｖに、イオン
ソースの電流を６０ｍＡに設定して、基材上にターゲッ
トの構成粒子を堆積させると同時にイオンビームを照射
して室温において厚さ０.５μｍの膜状のＣｅＯ₂の多結
晶薄膜を形成した。なお、成膜中に成膜処理室内に酸素
ガスを一切供給していない雰囲気で成膜した。

【００４８】得られたＣｅＯ₂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、ＣｅＯ₂の（２００）面あるいは（４００）
面のピークが認められ、ＣｅＯ₂の多結晶薄膜の（１０
０）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、ＣｅＯ₂の多結晶薄膜がそのｃ
軸を基材の被成膜面に垂直に配向させて形成されている
ことが判明した。

【００４９】なお、成膜雰囲気中に酸素を供給すること
なく成膜処理したので、イオンソース中に設けられてい
るフィラメントを切らすことなく１２０時間の連続成膜
することが可能であった。なお、これに対して酸素ガス
を１ｘ１０^-5トール程度の分圧で供給した雰囲気中にお
いて成膜したところ、３０時間でイオンソースのフィラ
メントが切れてしまい、３０時間の連続成膜しかできな
かった。従って、長尺の酸化物超電導導体を製造するた
めに連続成膜する場合は、成膜雰囲気中に酸素を導入す
ることなく成膜する方が有利であることが判明した。な
お、酸素分圧を１×１０^-5〜１×１０^-4の範囲で種々の
値に変更してみたが、いずれの酸素分圧であってもフィ
ラメントの寿命は２０〜４０時間程度で終了し、焼き切
れてしまうので、成膜雰囲気中に微量でも酸素ガスを導
入することは長時間成膜の上では好ましくないことが判
明した。

【００５０】次に、前記ＣｅＯ₂の多結晶薄膜上に図７
に示す構成のレーザ蒸着装置を用いて酸化物超電導層を
形成した。ターゲットとして、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０.５ｍｍ、長さ
１００ｃｍのものである。また、レーザ蒸着を行う際
に、成膜時間を３分、６分、９分、１２分にそれぞれ変
更した場合のそれぞれのＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_{7 -x}の組成の酸
化物超電導層の膜厚と臨界電流密度および臨界電流の関
係を測定した。その結果を以下の表１に示す。また、こ
れらの試料とは別に、多結晶基材上にＹＳＺのターゲッ
トを用い、１×１０^-5トールの酸素分圧とした他は先の
例と同等の条件で成膜を行い、ハステロイＣ２７６テー
プの多結晶基材上にＹＳＺの多結晶薄膜を形成し、その
上に前記の方法と同等のレーザ蒸着法でＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃
Ｏ_7-xの組成の酸化物超電導層を成膜して比較試料を得
た。そして、これらの比較試料の酸化物超電導層の膜厚
と臨界電流密度および臨界電流の関係を測定し、その結
果を以下の表１に示す。測定は、酸化物超電導導体を液
体窒素で７７Ｋに冷却し、外部磁場０Ｔ（テスラ）の条
件で４端子法で臨界電流密度の測定を行なった。更に、
これらの結果をまとめて図１０と図１１にも示す。

【００５１】 「表１」 ＣｅＯ₂多結晶薄膜上の酸化物超電導層 成膜時間（分） ３ ６ ９ １２ 膜厚（μｍ） １ ２ ３ ４ Ｊｃ（Ａ／ｃｍ²） ７×１０⁵ ６×１０⁵ ６×１０⁵ ５×１０⁵ Ｉｃ（Ａ） ７０Ａ １２０Ａ １８０Ａ ２００Ａ ＹＳＺ多結晶薄膜上の酸化物超電導層 成膜時間（分） ３ ６ ９ １２ 膜厚（μｍ） １ ２ ３ ４ Ｊｃ（Ａ／ｃｍ²） １×１０⁶ ５×１０⁵ ２×１０⁵ ６×１０⁴ Ｉｃ（Ａ） １００Ａ １００Ａ ６０Ａ ２４Ａ

【００５２】前記表１と図１０と図１１に示す結果から
明らかなように、本願発明に係るＣｅＯ₂の多結晶薄膜
を用いた酸化物超電導導体であるならば、成膜時、ある
いは、熱処理時に加熱された場合であっても、界面反応
が少ないので、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ ₃Ｏ_7-xなる組成の酸化物超
電導層をＣｅＯ₂多結晶薄膜上に長い時間成膜しても臨
界電流密度が低下することがなくなり、Ｉｃ値を高くす
ることができることが明らかである。なお、この実験の
結果、ＹＳＺの多結晶中間層の方がＣｅＯ₂の多結晶薄
膜よりも後述する如く数度程度配向性が良好であったの
で、表１と図１１に示す膜厚１μｍ（成膜時間３分）の
試料にあってはＹＳＺの多結晶薄膜を用いた試料の方が
臨界電流密度が高くなっている。ここで、ＹＳＺの多結
晶薄膜を用いた試料は膜厚が大きくなるにつれて急激に
臨界電流密度、臨界電流ともに減少するが、ＣｅＯ₂の
多結晶薄膜を用いた試料は膜厚が大きくなっても臨界電
流密度、臨界電流ともに低下割合が少なく、膜厚２μｍ
〜４μｍの範囲ではＣｅＯ₂の多結晶薄膜を用いた試料
の方が臨界電流特性が良好になっている。ここで、酸化
物超電導体を電力応用面で利用する上では、膜厚をでき
るだけ大きくして流し得る電流を大きくしたいので、Ｃ
ｅＯ₂の多結晶薄膜を用いた試料においては膜厚を大き
くしても臨界電流特性が低下しないという顕著な効果を
得ることができた。

【００５３】次に、前記の多結晶基材上にＣｅＯ₂の多
結晶薄膜を成膜する場合、Ｋｒ⁺イオンビームに換えて
Ａｒ⁺＋Ｘｅ⁺イオンビームを用いて成膜したところ、先
の例と同様に配向性の良好なＣｅＯ₂の多結晶薄膜を得
ることができた。しかし、Ｘｅ⁺イオンビーム、Ｎｅ⁺イ
オンビーム、Ａｒ⁺イオンビームを用いて成膜した場
合、いずれのイオンビームであっても良好な配向性のＣ
ｅＯ₂の多結晶薄膜を得ることはできなかった。従って
配向性の良好なＣｅＯ₂の多結晶薄膜を多結晶基材上に
成膜するには、Ｋｒ⁺イオンビームあるいはＡｒ⁺＋Ｘｅ
⁺の混合イオンビームを用いる必要があることが明らか
になった。

【００５４】次に図１２に、イオンビーム電圧を３００
Ｖ、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４０度、４５度、５５度、６０度、６５
度にそれぞれ変更して多結晶薄膜を製造した場合、得ら
れた多結晶薄膜の結晶の（１１１）方向の分布における
入射角度と半値全幅の関係を示す。図１２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あるいは６０度にす
ることで、粒界傾角を２６度の極小値にできることも明
らかになった。なお、この粒界傾角で２６度の値は、本
発明者らが先に特許出願している特願平４−２９３４６
４号明細書の第３１図に示すＹＳＺ多結晶薄膜の半値全
幅の２５度に比べると１度程度低い値であるが、ほぼ同
じ粒界傾角を示し、特願平４−２９３４６４号明細書で
開示したＹＳＺの多結晶薄膜と同じように優れた結晶配
向性のＣｅＯ₂の多結晶薄膜を得られることが判明し
た。

【００５５】

【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２０〜３０度の結晶配向性に優れたＣｅＯ₂の
結晶粒からなる多結晶薄膜が多結晶基材上に形成された
ものであり、このような結晶配向性に優れたＣｅＯ₂の
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。

【００５６】次に本発明方法においては、多結晶基材上
にＣｅＯ₂のターゲットの粒子を堆積させる際に同時に
照射するイオンビームとして、Ｋｒ⁺のイオンビームあ
るいはＫｒ⁺とＸｅ⁺の混合イオンビームを用いるので、
ＣｅＯ₂の粒子を堆積させる際のイオンチャネリング効
果を充分に発揮させることができ、結晶の配置の良好な
原子を残し、結晶配置の悪い元素を効率よく除去できる
結果、配向性の良好な粒界傾角の３０度以下のＣｅＯ₂
の多結晶薄膜を多結晶基材上に形成することができる。
ただし、このような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ＣｅＯ
₂の多結晶薄膜に対してＡｒ⁺、Ｎｅ⁺、Ｘｅ⁺などのイオ
ンビームでは効果が得られず、Ｋr⁺イオンのイオンビー
ム、あるいはＫr⁺とＸｅ⁺の混合イオンビームのみが効
果的であるので、これらを選択して用いることが重要で
あり、これにより配向性の良好な粒界傾角の３０度以下
のＣｅＯ₂の多結晶薄膜を多結晶基材上に確実に形成す
ることができる。

【００５７】次に、多結晶基材上にＣｅＯ₂のターゲッ
トの粒子を堆積させる成膜雰囲気中に酸素を導入するこ
となく成膜することにより、イオンビームを発生させる
イオンソースのフィラメントの損傷を防止することがで
き、これによりイオンソースを長寿命化できるので、長
尺の多結晶基材上にＣｅＯ₂の多結晶薄膜を連続成膜す
る場合であっても対応することができる。また、ＣｅＯ
₂はＹＳＺに比べて酸素と結び付きやすいので、成膜雰
囲気中に酸素を導入しなくともターゲットに含まれてい
る酸素成分のみで充分に組成の整ったＣｅＯ₂の多結晶
薄膜を成膜することができる。

【００５８】次に、前記のような結晶配向性に優れたＣ
ｅＯ₂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。 また、ＣｅＯ₂の多結
晶薄膜であるならば、ＹＳＺの多結晶薄膜に比べて、酸
化物超電導層との結晶の整合性も良好でＹＳＺの多結晶
薄膜を用いる場合よりも更に良好な臨界電流特性を得る
ことができる。

【００５９】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ＢａＺｒＯ
₃を生じやすいが、ＣｅＯ₂の多結晶薄膜とＹ₁Ｂa₂Ｃｕ₃
Ｏ_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ＣｅＯ
₂の多結晶薄膜が有利である。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、ＣｅＯ₂の場
合は相移転を起こさないので、ＣｅＯ₂の多結晶薄膜で
あるならば、ＹＳＺの多結晶薄膜に比べて有利であり、
ＹＳＺの多結晶薄膜を用いる場合よりも更に良好な臨界
電流特性を得ることができ、具体的には膜厚を大きくし
ても臨界電流の低下が少ない酸化物超電導導体を得るこ
とができる。

【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４】 図４（ａ）は図３に示す装置のイオンソース
の一例を示す構成図、図４（ｂ）はイオンビーム入射角
度についての説明図である。

【図５】 図５は図１に示す多結晶薄膜の上に形成され
た酸化物超電導層を示す構成図である。

【図６】 図６は図５に示す酸化物超電導層の結晶粒と
その結晶軸方向および粒界傾角を示す拡大平面図であ
る。

【図７】 図７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８】 図８は本発明に係る多結晶薄膜を製造するた
めの装置の他の例を示す構成図である。

【図９】 図９は従来の装置で製造された多結晶薄膜を
示す構成図である。

【図１０】 図１０はＣｅＯ₂の多結晶薄膜上に酸化物
超電導層を形成した超電導導体における臨界電流値およ
び臨界電流密度の値と成膜時間との関係を示す図であ
る。

【図１１】 図１１はＹＳＺの多結晶薄膜上に酸化物超
電導層を形成した超電導導体における臨界電流値および
臨界電流密度の値と成膜時間との関係を示す図である。

【図１２】 図１２はイオンビームの入射角度と得られ
た多結晶薄膜の半値全幅との関係を示すグラフである。

【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、４７・・・フィ
ラメント。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ３０Ｂ 23/00 Ｃ３０Ｂ 23/00 29/22 ５０１ 29/22 ５０１Ｋ Ｈ０１Ｂ 12/06 ＺＡＡ Ｈ０１Ｂ 12/06 ＺＡＡ 13/00 ５６５ 13/00 ５６５Ｄ Ｈ０１Ｌ 39/02 ＺＡＡ Ｈ０１Ｌ 39/02 ＺＡＡＷ 39/24 ＺＡＡ 39/24 ＺＡＡＷ (72)発明者 定方 伸行 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 斉藤 隆 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多結晶基材の被成膜面上に形成されたＣ
   ｅＯ₂を主体とするホタル石型構造の結晶粒が、多数、
   結晶粒界を介し結合されてなる多結晶薄膜であって、多
   結晶基材の被成膜面と平行な面に沿うＣｅＯ₂の各結晶
   粒の同一結晶軸が構成する粒界傾角が、２０〜３０度の
   範囲にされてなることを特徴とする多結晶薄膜。
2. 【請求項２】 ＣｅＯ₂のターゲットの構成粒子を多結
   晶基材上に堆積させ、多結晶基材上にＣｅＯ₂を主体と
   する多結晶薄膜を形成する方法であって、前記構成粒子
   を多結晶基材上に堆積させる際に、イオンソースが発生
   させるイオンビームとして、Ｋｒ⁺のイオンビームある
   いはＫｒ⁺とＸｅ⁺の混合イオンビームを用い、前記ビー
   ムを基材の被成膜面に対して斜め方向から照射しながら
   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。
3. 【請求項３】 前記イオンビームを照射しながら多結晶
   基材上に成膜する際の成膜雰囲気中に酸素を供給しない
   で成膜することを特徴とする請求項２記載の多結晶薄膜
   の製造方法。
4. 【請求項４】 多結晶基材の被成膜面上に形成されたＣ
   ｅＯ₂を主体とするホタル石型構造の結晶粒が多数結晶
   粒界を介し結合されてなる多結晶薄膜と、該多結晶薄膜
   上に形成された酸化物超電導層とを具備する酸化物超電
   導導体であって、前記多結晶基材の被成膜面と平行な面
   に沿うＣｅＯ₂の各結晶粒の同一結晶軸が構成する粒界
   傾角が、２０〜３０度の範囲にされてなることを特徴と
   する酸化物超電導導体。
5. 【請求項５】 ＣｅＯ₂のターゲットの構成粒子を多結
   晶基材上に堆積させ、多結晶基材上にＣｅＯ₂を主体と
   する多結晶薄膜を形成し、次いでこの多結晶薄膜上に酸
   化物超電導層を形成する酸化物超電導導体の製造方法で
   あって、 前記構成粒子を多結晶基材上に堆積させる際に、イオン
   ソースが発生させたイオンビームを基材の被成膜面に対
   して斜め方向から照射しつつ前記構成粒子を堆積させて
   多結晶薄膜を形成するとともに、イオンビームを照射し
   ながら多結晶基材上に成膜する際の成膜雰囲気中に酸素
   を供給しないで成膜し、次いで該多結晶薄膜上に酸化物
   超電導層を形成することを特徴とする酸化物超電導導体
   の製造方法。
6. 【請求項６】 前記イオンソースが発生させるイオンビ
   ームとして、Ｋｒ⁺のイオンビームあるいはＸｅ⁺のイオ
   ンビームまたはこれらの混合イオンビームを用いること
   を特徴とする請求項５記載の酸化物超電導導体の製造方
   法。