專利名稱：多晶薄膜和其制造方法及氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶薄膜和其制造方法及氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體。更詳細(xì)而言，涉及維持良好的晶體取向性且實(shí)現(xiàn)薄膜化的多晶薄膜和其制造方法、及利用了該多晶薄膜的氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體。本申請基于2007年03月29日向日本申請的特愿2007-089479號及2007年11月01日向日本申請的特愿2007-285452號主張優(yōu)先權(quán)，并在此援用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
近年來發(fā)現(xiàn)的RE-123系氧化物超導(dǎo)體(REBa2Cu307_x RE是包括Y的稀土元素)，在液氮溫度以上顯示出超導(dǎo)性，所以成為實(shí)用上極有希望的原材料，強(qiáng)烈希望將其加工成線材而用作電カ供給用的導(dǎo)體。此外，作為用于將氧化物超導(dǎo)體加工成線材的方法，正在研究的方法是將強(qiáng)度高且具有耐熱性并容易加工成線材的金屬加工成長條帶狀，使氧化物超導(dǎo)體在該金屬基材上形成薄膜狀的方法。然而，氧化物超導(dǎo)體具有其晶體自身容易在晶軸的a軸方向和b軸方向形成電流而難以在c軸方向形成電流的電各向異性。因此，當(dāng)在基材上形成氧化物超導(dǎo)體時(shí)，需要使a軸或b軸在電流方向上取向，而使c軸在其他方向上取向。但是，金屬基材自身是非晶體或多晶體，其晶體結(jié)構(gòu)也與氧化物超導(dǎo)體大不相同，所以難以在基材上形成如上所述的晶體取向性良好的氧化物超導(dǎo)體膜。另外，在基材和超導(dǎo)體之間存在熱膨脹率及晶格常數(shù)的差別，所以在冷卻至超導(dǎo)臨界溫度的過程中，也有超導(dǎo)體發(fā)生變形、或氧化物超導(dǎo)體膜從基板剝離等問題。因此，為了解決如上所述的問題，首先進(jìn)行的是，在金屬基板上形成由熱膨脹率、晶格常數(shù)等物理特征值顯示為基板與超導(dǎo)體的中間值的MgO、YSZ (氧化釔穩(wěn)定化鋯)、SrTiO3等材料形成的中間層(緩沖層)，在該中間層上形成氧化物超導(dǎo)體膜。盡管該中間層的c軸相對于基板面以直角進(jìn)行取向，但a軸(或b軸)未在基板面內(nèi)以大致相同的方向進(jìn)行面內(nèi)取向，所以在其上形成的氧化物超導(dǎo)層的a軸(或b軸)也未以大致相同的方向進(jìn)行面內(nèi)取向，存在臨界電流密度Jc不增加之類的問題。離子束輔助法(IBAD法離子束輔助沉積(Ion Beam Assisted Deposition))解決了該問題，當(dāng)利用濺射法使從靶轟擊出的構(gòu)成粒子堆積在基材上時(shí)，邊同時(shí)從斜向(例如45度)照射由離子槍發(fā)生的氬離子和氧離子等，邊使其堆積，根據(jù)該方法，向基材上的成膜面得到具有高c軸取向性及a軸面內(nèi)取向性的中間層。圖6及圖7示出通過上述IBAD法在基材上形成有成為中間層的多晶薄膜的一例，在圖6中，100表示板狀的基材，110表示在基材100的上表面形成的多晶薄膜。、
上述多晶薄膜110由多個(gè)具有立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)的微細(xì)晶粒120通過晶界而接合一體化而成，各晶粒120的晶軸的c軸相對于基材100的上表面(成膜面)成直角，各晶粒120的晶軸的a軸彼此及b軸彼此朝向相同的方向而進(jìn)行面內(nèi)取向。另外，各晶粒120的c軸取向成相對于基材100的上表面(成膜面)為直角。此外，各晶粒120的a軸(或b軸)彼此以它們所成的角度(圖7所示的晶界傾角K)在30度以內(nèi)的方式接合一體化。IBAD法可以說是線材的機(jī)械特性優(yōu)異且容易得到穩(wěn)定的高特性等實(shí)用性高的制法，但以前，就由IBAD法成膜的中間層(以下也稱為“ IBAD中間層”)而言，如果沒有IOOOnm左右的膜厚，則被認(rèn)為不會得到良好的取向性。另ー方面，由于在無取向的金屬帶上通過離子束轟擊進(jìn)行晶體取向控制的關(guān)系，IBAD法的蒸鍍速度較慢為3nm/分鐘左右，所以成膜需要耗費(fèi)時(shí)間，在生產(chǎn)率方面存在問題。 作為解決該問題的方法，有使用YSZ、GdZrO等螢石結(jié)構(gòu)系列的氧化物的情況(例如參照專利文獻(xiàn)I、專利文獻(xiàn)2)、使用MgO等巖鹽結(jié)構(gòu)系列的氧化物的情況(例如參照專利文獻(xiàn)I)，正全力以赴地進(jìn)行開發(fā)研究。但是，就前者而言，層疊的結(jié)構(gòu)簡單而成膜條件寬，長條化優(yōu)先進(jìn)行，但需要使中間層的膜厚增厚，所以除了生產(chǎn)速度減慢之外，膜的內(nèi)部應(yīng)カ増大，存在基材翹曲的問題。另外，關(guān)于后者的方法，期待其能夠徹底解決前述的問題，但問題是，該方法是層疊多層數(shù)IOnm以下的非常薄的膜的方法，所以為了在長條化過程中維持相同的狹窄的成膜條件，需要大量技術(shù)知識。專利文獻(xiàn)I :美國專利第6933065號專利文獻(xiàn)2 :國際公開2001-040536號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述以往的實(shí)際情況而設(shè)計(jì)的發(fā)明，其第一目的在于，提供通過在維持良好的晶體取向性的同時(shí)將中間層薄膜化、從而防止由膜的內(nèi)部應(yīng)カ導(dǎo)致的基板的翹曲的多晶薄膜。另外，本發(fā)明的第二目的在于，提供防止由膜的內(nèi)部應(yīng)カ導(dǎo)致的基板的翹曲、同時(shí)晶體取向性良好、臨界電流密度高且超導(dǎo)特性良好的氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體。本發(fā)明的第一技術(shù)方案記載的多晶薄膜，其特征在于，在金屬基材上形成中間層，所述中間層依次層疊第一層和第二層而成，上述第一層和上述第二層的晶體結(jié)構(gòu)分別為巖鹽結(jié)構(gòu)和螢石結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的第二技術(shù)方案記載的多晶薄膜，其特征在于，在第一技術(shù)方案中，上述第ー層和上述第二層的取向軸不同，該第一層為〈111〉取向，該第二層為〈100〉取向。本發(fā)明的第三技術(shù)方案記載的多晶薄膜，其特征在于，在第二技術(shù)方案中，上述第ニ層由進(jìn)行〈111〉取向的初始部和進(jìn)行〈100〉取向的生長部構(gòu)成。本發(fā)明的第四技術(shù)方案記載的多晶薄膜，其特征在于，在第一技術(shù)方案中，上述第ー層和上述第二層的取向軸相同，均為〈100〉取向。本發(fā)明的第五技術(shù)方案記載的多晶薄膜的制造方法，其特征在于，是如下所述多晶薄膜的制造方法，即在金屬基材上形成中間層，所述中間層依次層疊第一層和第二層而成，上述第一層和上述第二層的晶體結(jié)構(gòu)分別為巖鹽結(jié)構(gòu)和螢石結(jié)構(gòu)；其中，利用離子束輔助法形成上述第一層和上述第二層。本發(fā)明的第六技術(shù)方案記載的氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體，其特征在于，在金屬基材上至少重疊配置有中間層、蓋層、和氧化物超導(dǎo)層，所述中間層依次層疊第一層和第二層而成，上述第一層和上述第二層的晶體結(jié)構(gòu)分別為巖鹽結(jié)構(gòu)和螢石結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，通過使第一層和第二層的晶體結(jié)構(gòu)分別為巖鹽結(jié)構(gòu)和螢石結(jié)構(gòu)，能夠在維持良好的晶體取向性的同時(shí)將中間層薄膜化。由此，可以提供降低膜的內(nèi)部應(yīng)カ而防止了基材的翹曲的多晶薄膜。另外，由于能夠在維持良好的晶體取向性的同時(shí)使中間層較以往薄膜化而制造，所以可以飛躍性地提高制造速度，可以降低成本。進(jìn)而，在本發(fā)明中，通過使成為中間層的第一層和第二層的晶體結(jié)構(gòu)分別為巖鹽結(jié)構(gòu)和螢石結(jié)構(gòu)，能夠在維持良好的晶體取向性的同時(shí)將中間層薄膜化。由此，可以提供降 低膜的內(nèi)部應(yīng)カ而防止基材的翹曲、同時(shí)晶體取向性良好、臨界電流密度高、超導(dǎo)特性良好的氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體。


圖I是表示本發(fā)明涉及的多晶薄膜的一例的模式圖。圖2是表示本發(fā)明涉及的多晶薄膜的一例的模式圖。圖3是表示本發(fā)明涉及的氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體的一例的模式圖。圖4是表示利用IBAD法的成膜裝置的模式圖。圖5是表示圖4所示的成膜裝置所具備的離子槍的模式圖。圖6是表示以往的多晶薄膜的一例的模式圖。圖7是表示以往的多晶薄膜的一例的模式圖。圖8是表示MgO膜的成膜條件和取向軸方向的圖。圖9是表示MgO膜和GZO膜的界面的截面TEM圖像的圖。圖10是表示在進(jìn)行了〈111〉取向的MgO膜上形成的GZO膜的生長部的截面TEM圖像的圖。圖11是表示在進(jìn)行了〈111〉取向的MgO膜上形成的GZO膜的衍射峰的圖。符號說明:10,20,36-多晶薄膜，11、21、3ト金屬基材，12、22、32_床層，13、23、33-第一層，14,24,34-第二層，15、25、35_中間層，30-氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體，37-蓋層，38-氧化物超導(dǎo)層。
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)

本發(fā)明涉及的多晶薄膜及氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體的一個(gè)實(shí)施方式。<第一實(shí)施方式>圖I是表示本發(fā)明涉及的多晶薄膜10的一例的模式圖。本發(fā)明的多晶薄膜10，其特征在于，在金屬基材11上，隔著床層12依次層疊第一層13和第二層14而構(gòu)成中間層15，第一層13和第二層14的晶體結(jié)構(gòu)分別是巖鹽結(jié)構(gòu)和螢石結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，使中間層15為第一層13和第二層14的層疊體，使第一層13和第二層14的晶體結(jié)構(gòu)分別是巖鹽結(jié)構(gòu)和螢石結(jié)構(gòu)，由此能夠在維持良好的晶體取向性的同時(shí)將中間層15薄膜化。由此，可以提供膜的內(nèi)部應(yīng)カ得到降低、防止了金屬基材11的翹曲的多晶薄膜10。作為具有巖鹽結(jié)構(gòu)的第一層13，可以舉出用組成式Y(jié)O表示的氧化物或用δΝ表示的氮化物或用ε C表示的碳化物。在這里，Y表示2價(jià)金屬元素，δ表示3價(jià)金屬元素，ε表示4價(jià)金屬元素,但Y特別優(yōu)選堿土金屬Be、Mg、Ca、Sr、Ba, δ、ε特別優(yōu)選Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta。關(guān)于第一層13，除了含有這些元素中的一個(gè)的構(gòu)成例之外，還可以是含有兩個(gè)以上的構(gòu)成例。作為具有螢石結(jié)構(gòu)的第二層14，可以舉出用組成式(Q1O2)2x(P2O3)aI)表示的物質(zhì)。在這里，是指a為Zr、Hf、Ti或4價(jià)稀土元素(例如Ce等)、β為3價(jià)稀土元素且屬于O彡X彡I的物質(zhì)，但特別優(yōu)選a為Zr、Hf且O. 4彡X彡I. O的物質(zhì)。詳細(xì)而言，通過組合了兩種特征不同的IBAD中間層15而得的結(jié)構(gòu)，可以使取向性良好的中間層15更薄地形成。以往，厚度必須為IOOOnm以上的由具有螢石結(jié)構(gòu)的Gd2Zr2O7(以下簡記為“GZ0”)形成的中間層15(在本方式中為第二層14)，通過與由具有巖鹽結(jié)構(gòu)的MgO形成的中間層15(在本方式中為第一層13)組合，能以300nm以下的厚度使·面內(nèi)方向的晶軸分散的半寬度(Λ Φ)為15度以下。因此，厚度為以往的一半以下，所以可以飛躍性地提高制造速度，降低制造成本成為可能。另外，通過層疊了由具有螢石結(jié)構(gòu)的GZO形成的中間層15(第二層14)，就由MgO形成的中間層15(第一層13)而言，即便是30nm以上的厚度的面內(nèi)半寬度為15度以上左右的品質(zhì)，當(dāng)在該多晶薄膜10上形成氧化物超導(dǎo)層(例如YBC0)時(shí)，氧化物超導(dǎo)層也可以得到良好的取向性、高特性，可以得到穩(wěn)定的收率。金屬基材11在本實(shí)施方式中使用帯狀的材料，但并不限于此，例如可以使用板材、線材、條狀物等各種形狀的材料，例如可以舉出銀、鉬、不銹鋼、銅、哈斯特洛依合金(Hastelloy)等鎳合金等各種金屬材料，或在各種金屬材料上配置有各種陶瓷的材料等。床層12是耐熱性高且用于降低界面反應(yīng)性的層，其功能是為了得到在其上配置的被膜的取向性。這樣的床層12根據(jù)需要而配置，例如由氧化釔(Y2O3)、氮化娃(Si3N4),氧化鋁(Al2O3、也稱為“礬土”)等構(gòu)成。該床層例如由濺射法等形成，其厚度例如是10 IOOnm0中間層15由第一層13和第二層14的層疊體構(gòu)成。第一層13的晶體結(jié)構(gòu)具有巖鹽結(jié)構(gòu)。作為這樣的具有巖鹽結(jié)構(gòu)的材料，例如可以舉出MgO等。第二層14的晶體結(jié)構(gòu)具有螢石結(jié)構(gòu)。作為這樣的具有螢石結(jié)構(gòu)的材料，例如可以舉出YSZ、GZ0等。需要說明的是，如圖I所示，就成為多晶薄膜10的中間層15而言，第一層13和第ニ層14的取向軸不同，第一層13進(jìn)行〈111〉取向，第二層14進(jìn)行〈100〉取向。如此，通過使上述第一層13和上述第二層14的取向軸不同，對于第一層的材料、膜結(jié)構(gòu)的規(guī)格，可以格外增大選擇的自由度。在本實(shí)施例中，即使第一層是進(jìn)行了〈111〉取向的膜，但由于第二層進(jìn)行〈100〉取向，所以通過使用該第二層，可以毫無問題地實(shí)施c軸垂直取向的氧化物超導(dǎo)層的面內(nèi)取向控制。此時(shí)，第一層具有對第二層的面內(nèi)軸進(jìn)行固定的功能，所以可以使第二層的厚度與以往相比極薄。當(dāng)在該多晶薄膜10上形成氧化物超導(dǎo)層(例如YBC0)時(shí)，通過采用進(jìn)行了〈111〉取向的MgO中間層15(第一層13),即便MgO中間層15(第一層13)為30nm以上的厚度,氧化物超導(dǎo)層也可以獲得良好的取向性、高特性，進(jìn)而可以得到穩(wěn)定的收率。此時(shí)，上述第一層13的厚度優(yōu)選為5 200nm的范圍，第二層14的厚度優(yōu)選為100 300nm的范圍。如果第一層的厚度不到5nm，則有可能難以穩(wěn)定維持膜厚而膜厚出現(xiàn)波動(dòng)。另外，當(dāng)在該多晶薄膜10上形成氧化物超導(dǎo)層時(shí)，第二層14的膜厚的下限值也依賴于在其上形成的蓋層IUCeO2層)的膜厚，只要為IOnm以上即可，但優(yōu)選50nm以上，進(jìn)ー步優(yōu)選為IOOnm以上。如果不到10nm，即便在其上蒸鍍CeO2層，取向度也為10度以上，不會有足夠的臨界電流。另ー方面,如果第一層13及第ニ層14的總厚度超過500nm,則第一層13及第ニ、層14的內(nèi)部應(yīng)カ増大，由此整個(gè)多晶薄膜10的內(nèi)部應(yīng)カ増大，多晶薄膜10容易從金屬基材11剝離，所以不優(yōu)選。另外，如果超過500nm，則表面粗糙度増大，臨界電流密度降低，所以不優(yōu)選。第一層13及第ニ層14的膜厚可以通過調(diào)整金屬基材11的輸出速度來使其增減。第二層14優(yōu)選由進(jìn)行〈111〉取向的初始部和進(jìn)行〈100〉取向的生長部構(gòu)成。由此，進(jìn)行了〈111〉取向的第一層13與第二層14的界面穩(wěn)定。因此，在進(jìn)行了〈111〉取向的第一層13上，隔著第二層14的進(jìn)行了〈111〉取向的初始部，能夠再現(xiàn)性良好且以寬的制造條件形成進(jìn)行了〈100〉取向的第二層14。從第二層14的初始部到生長部，在第一層13和第二層14的層疊方向上，軸倒下，逐漸從〈111〉取向變成〈100〉取向。<第二實(shí)施方式>接著，對本發(fā)明的多晶薄膜的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。應(yīng)說明的是，在以下的說明中，主要說明與上述的第一實(shí)施方式不同的部分，省略相同部分的說明。圖2是表示本發(fā)明涉及的多晶薄膜20的一例的模式圖。本發(fā)明的多晶薄膜20，其特征在于，在金屬基材21上，隔著床層22依次層疊第一層23和第二層24而構(gòu)成中間層25，第一層23和第二層24的晶體結(jié)構(gòu)分別是巖鹽結(jié)構(gòu)和螢石結(jié)構(gòu)。使中間層25為第一層23和第二層24的層疊體，使第一層23和第二層24的晶體結(jié)構(gòu)分別是巖鹽結(jié)構(gòu)和螢石結(jié)構(gòu)，由此能夠在維持良好的晶體取向性的同時(shí)將中間層25薄膜化。由此，可以提供膜的內(nèi)部應(yīng)カ得到降低、防止了金屬基材21的翹曲的多晶薄膜10。此外，就成為該多晶薄膜20的中間層25而言，第一層23和第二層24的取向軸相同，均進(jìn)行〈100〉取向。如此，通過使第一層23和第二層24的取向軸相同，即便第一層的取向性有波動(dòng)也會因第二層而變得穩(wěn)定，可以期待得到靈敏的取向性的效果。在經(jīng)c軸垂直取向的氧化物超導(dǎo)層的面內(nèi)取向控制時(shí)，需要進(jìn)行〈100〉取向，所以這種情況要求第一層23和第二層24均進(jìn)行〈100〉取向。與實(shí)施例I 一祥，第一層具有對第二層的面內(nèi)軸進(jìn)行固定的功能，所以可以使第二層的厚度與以往相比極薄。此時(shí),根據(jù)與上述的第一實(shí)施方式相同的理由，第一層23的厚度優(yōu)選5 200nm的范圍，第二層24的厚度優(yōu)選100 300nm的范圍。接著，對使用了這樣的多晶薄膜的氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體進(jìn)行說明。圖3是表示本發(fā)明涉及的氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體的一例的模式圖。本發(fā)明的氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體30，其特征在于，是在金屬基材31上隔著床層32至少重疊配置有中間層35、蓋層37、和氧化物超導(dǎo)層38的氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體，所述中間層35依次層疊第一層33和第二層34而成，第一層33和第二層34的晶體結(jié)構(gòu)分別是巖鹽結(jié)構(gòu)和螢石結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，對于多晶薄膜，通過使成為中間層35的第一層33和第二層34的晶體結(jié)構(gòu)分別是巖鹽結(jié)構(gòu)和螢石結(jié)構(gòu)，能夠在維持良好的晶體取向性的同時(shí)將中間層薄膜化。由此可以提供膜的內(nèi)部應(yīng)カ得到降低、基材的翹曲得到防止且晶體取向性良好、臨界電流密度高且超導(dǎo)特性良好的氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體。
蓋層37由CeO2層構(gòu)成。另外，該CeO2層沒有必要全部由CeO2構(gòu)成，可以含有Ce的一部分被其他金屬原子或金屬離子部分置換的Ce-M-O系氧化物。該CeO2層可以利用PLD法(脈沖激光蒸鍍法)、濺射法等成膜，但從得到較大成膜速度的角度出發(fā)，優(yōu)選使用PLD法。作為利用PLD法的CeO2層的成膜條件，可以在基材溫度約500 800°C、約O. 6 40Pa的氧氣氛圍下，以激光能量密度為I 5J/cm2進(jìn)行。CeO2M的膜厚為50nm以上即可，但為了得到足夠的取向性，優(yōu)選為IOOnm以上，更優(yōu)選為500nm以上。但是，如果過厚，則晶體取向性變差，所以優(yōu)選500 600nm。作為氧化物超導(dǎo)層38的材料，可以使用RE-123系氧化物超導(dǎo)體(REBa2Cu307_x RE是Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd等稀土元素)。作為RE-123系氧化物，優(yōu)選的是Y123 (YBa2Cu3O7^x 以下稱為 “YBC0” )或 Sml23 (SmBa2Cu3O7^x,以下稱為 “SmBCO” )。氧化物超導(dǎo)層38可以利用通常的成膜法成膜，但從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用TFA-MOD法(使用了三氟こ酸鹽的有機(jī)金屬堆積法、涂布熱裂解法)、PLD法或CVD法。該MOD法是在涂布金屬有機(jī)酸鹽之后使其熱裂解的方法，是將均勻溶解了金屬成分的有機(jī)化合物而得的溶液涂布在基材上，然后對其加熱，使其熱裂解，由此在基材上形成薄膜的方法，其不需要真空エ藝，可以以低成本高速成膜，所以適于制造長條帶狀氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體。在這里，如前所述，如果在具有良好取向性的多晶薄膜36上形成氧化物超導(dǎo)層37，則在該多晶薄膜36上層疊的氧化物超導(dǎo)層37也按照與多晶薄膜I的取向性匹配的方式晶體化。由此，在上述多晶薄膜36上形成的氧化物超導(dǎo)層37，其晶體取向性幾乎沒有紊 舌し對于構(gòu)成該氧化物超導(dǎo)層37的晶粒的每ー個(gè)，在金屬基材31的厚度方向上不易形成電流的c軸進(jìn)行取向，在金屬基材2的長度方向上，a軸彼此或b軸彼此進(jìn)行取向。由此得到的氧化物超導(dǎo)層12，其晶界的量子結(jié)合性優(yōu)異，幾乎沒有晶界的超導(dǎo)特性的劣化，所以容易在金屬基材2的長度方向上形成電流，得到足夠高的臨界電流密度。如以上的說明所示，在本發(fā)明中，就多晶薄膜而言，通過組合晶體結(jié)構(gòu)不同的IBAD中間層，可以使取向性良好的中間層更薄地形成。以往需要IOOOnm以上的厚度且由具有螢石結(jié)構(gòu)的GZO形成的中間層(第二層)，通過與具有巖鹽結(jié)構(gòu)的MgO中間層(第一層)組合，可以以300nm以下的厚度使面內(nèi)半寬度為15度以下。由此，可以降低膜的內(nèi)部應(yīng)力，防止金屬基材的翹曲。
以上，對本發(fā)明的多晶薄膜及氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于此，可以根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)變更。例如，在本實(shí)施方式中，對將多晶薄膜應(yīng)用于氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體的情況進(jìn)行了說明，但并不限于此，還可以將本發(fā)明的多晶薄膜用于光學(xué)薄膜、光磁盤的磁性薄膜、集成電路用微細(xì)布線用薄膜、在高頻波導(dǎo)、高頻濾波器及空腔諧振器等中使用的電介質(zhì)薄膜中的任意薄膜。S卩，假使在晶體取向性良好的多晶薄膜上，利用濺射、激光蒸鍍、真空蒸鍍、CVD(化學(xué)蒸鍍)等成膜法形成這些薄膜，這些薄膜以與多晶薄膜良好的匹配性堆積或生長，所以取向性變得良好。關(guān)于這些薄膜，由于得到取向性良好的高品質(zhì)薄膜，所以在光學(xué)薄膜中得到光學(xué)特性優(yōu)異的薄膜，在磁性薄膜中得到磁特性優(yōu)異的薄膜，在布線用薄膜中得到不會發(fā)生遷移的薄膜，在電介質(zhì)薄膜中得到介電特性良好的薄膜。
實(shí)施例首先，對在本實(shí)施例中使用的利用IBAD法的成膜裝置進(jìn)行說明。圖4是表示制造多晶薄膜的裝置的一例的圖，該例的裝置成為在濺射裝置上設(shè)置有離子束輔助用的離子槍的構(gòu)成。該成膜裝置主要由將基材A保持水平的基材托架51、在該基材托架51的斜上方以規(guī)定間隔對向配置的板狀靶52、在上述基材托架51的斜上方以規(guī)定間隔對置且與靶52分開配置的離子槍53、和在上述靶52的下方朝向靶52的下面而配置的濺射束照射裝置54構(gòu)成。另外，圖中符號55表示保持靶52的靶托架。另外，上述裝置收納于圖示省略的真空容器中，以使得能將基材A的周圍保持成真空氛圍。進(jìn)而，上述真空容器與儲氣瓶等氛圍氣體供給源連接，可以使真空容器的內(nèi)部為真空等低壓狀態(tài)且為氬氣或其它惰性氣體氛圍或含氧的惰性氣體氛圍。需要說明的是，在使用長條的金屬帶作為基材A的情況下，優(yōu)選構(gòu)成為在真空容器的內(nèi)部設(shè)置金屬帶的輸出裝置和卷取裝置，從輸出裝置連續(xù)地向基材托架51輸送基材A，接著用卷取裝置進(jìn)行卷取，由此可以使多晶薄膜在帯狀的基材上連續(xù)成膜。上述基材托架51在內(nèi)部具備加熱器，以使得能夠?qū)⑽挥诨耐屑?1上的基材A加熱到需要的溫度。另外，在基材托架51的底部附設(shè)有能夠調(diào)整基材托架51的水平角度的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)。需要說明的是，可以將角度調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在離子槍53上來調(diào)整離子槍53的傾斜角度，調(diào)整離子的照射角度。上述靶52用于形成目標(biāo)多晶薄膜，使用與目標(biāo)組成的多晶薄膜為相同組成或近似組成的靶等。作為靶52，具體使用MgO或GZO等，但并不限于它們，使用與想要形成的多晶薄膜相配的靶即可。上述離子槍53向容器的內(nèi)部導(dǎo)入離子化的氣體，在正面具備引出電極而構(gòu)成。此夕卜，是將氣體的原子或分子部分離子化，并通過在引出電極產(chǎn)生的電場控制該已離子化的粒子，作為離子束進(jìn)行照射的裝置。為了將氣體離子化，有高頻激發(fā)方式、燈絲式等各種方式。燈絲式是對鎢制的燈絲通電加熱而使其產(chǎn)生熱電子，在高真空中與氣體分子碰撞而將其離子化的方法。另外，高頻激發(fā)方式是通過高頻電場使高真空中的氣體分子極化而將其離子化的方法。
在本實(shí)施例中，使用圖5所示構(gòu)成的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的離子槍53。該離子槍53在筒狀容器56的內(nèi)部具備引出電極57、燈絲58和Ar氣等的導(dǎo)入管59而構(gòu)成,能從容器56的前端以束狀平行照射離子。關(guān)于上述離子槍53，如圖4所示，使中心軸S相對于基材A的上表面(成膜面)以傾斜角度Θ傾斜而對置。該傾斜角度Θ優(yōu)選為40 60度的范圍，但特別優(yōu)選45度左右。因此，離子槍53配置 成能相對于基材A的上表面以傾斜角度Θ照射離子。需要說明的是，通過離子槍53向基材A照射的離子可以是He+、Ne+、Ar+、Xe+、Kr+等稀有氣體的離子、或它們與氧離子的混合離子等。上述濺射束照射裝置54成為與離子槍53等同的構(gòu)成，是能夠?qū)Π?2照射離子而轟擊出靶52的構(gòu)成粒子的裝置。需要說明的是，對本發(fā)明裝置來說，重要的是能夠轟擊出革巴53的構(gòu)成粒子,所以構(gòu)成可以利用高頻線圈等向祀52施加電壓而轟擊出祀52的構(gòu)成粒子，也可以省略濺射束照射裝置54。接著，對使用上述構(gòu)成的裝置在基材A上形成多晶薄膜的情況進(jìn)行說明。為了在基材A上形成多晶薄膜，使用規(guī)定的靶，并且調(diào)節(jié)角度調(diào)整機(jī)構(gòu)，以使得能夠?qū)碾x子槍53照射的離子以45度左右的角度向基材托架51的上表面照射。接著，對收納有基材的容器的內(nèi)部進(jìn)行抽真空，使其成為減壓氛圍。此外，使離子槍53和濺射束照射裝置54工作。當(dāng)從濺射束照射裝置54向靶52照射離子時(shí)，靶52的構(gòu)成粒子被轟擊出而向基材A上飛來。此外，在基材A上使從靶52轟擊出的構(gòu)成粒子堆積的同吋，從離子槍53照射Ar離子和氧離子的混合離子。關(guān)于該離子照射時(shí)的照射角度Θ，在形成例如MgO時(shí)，優(yōu)選40 60度的范圍。邊以這樣的照射角度進(jìn)行離子照射邊進(jìn)行濺射，由此可以使在基材A上形成的多晶薄膜的晶軸的a軸和b軸進(jìn)行取向，但認(rèn)為這是由于，在堆積中途的濺射離子被以適當(dāng)?shù)慕嵌冗M(jìn)行了離子照射，由此被高效活化的結(jié)果?！磳?shí)施例1>作為金屬基材,使用對表面進(jìn)行了研磨的IOmm寬的哈斯特洛依合金帶。在該金屬基材上，利用濺射法形成了薄的氧化釔(Y2O3)膜(200nm以下)作為床層，然后利用IBAD法形成了 MgO膜(200nm以下)作為構(gòu)成中間層的第一層。接著，在MgO膜上，利用IBAD法層疊形成厚度為200nm左右的GZO膜作為構(gòu)成中間層的第二層。此時(shí)，關(guān)于MgO膜及GZO膜，在200°C以下的基材溫度下，邊通過Ar等稀有氣體離子束進(jìn)行離子束輔助邊進(jìn)行制作。進(jìn)而，在GZO膜上，通過PLD法層疊形成500nm的CeO2膜。對如此得到的MgO膜及GZO膜、CeO2膜,測定面內(nèi)方向的晶軸分散的半寬度。將其結(jié)果不于表I (試樣I 4)。另外，作為比較例，僅形成GZO膜作為中間層，進(jìn)而利用PLD法在GZO膜上層疊形成500nm的CeO2膜。將此時(shí)的半寬度測定結(jié)果也一并不于表I (試樣5、6)。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種多晶薄膜，其特征在干， 在金屬基材上形成中間層，所述中間層依次層疊第一層和第二層而成， 所述第一層和所述第二層的晶體結(jié)構(gòu)分別為巖鹽結(jié)構(gòu)和螢石結(jié)構(gòu)，所述第一層和所述第二層的取向軸相同，均為〈100〉取向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶薄膜，其特征在干， 所述金屬基材和所述第一層之間存在床層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多晶薄膜，其特征在干， 所述第一層由用組成式Y(jié)O表示的氧化物或用δΝ表示的氮化物或用eC表示的碳化物中的任意化合物構(gòu)成，Y由堿土金屬Be、Mg、Ca、Sr、Ba中的任意元素構(gòu)成，δ、ε由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta中的任意元素構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多晶薄膜，其特征在干， 所述第二層用組成式表示，α為Zr、Hf、Ti或4價(jià)稀土元素，β為3價(jià)稀土元素，且具有O < X < I的關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多晶薄膜，其特征在干， 所述第一層由MgO構(gòu)成,所述第二層由Gd2Zr2O7構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多晶薄膜，其特征在干， 所述床層由氧化釔、氮化硅、氧化鋁中的任ー者構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多晶薄膜，其特征在干， 所述第一層的厚度為5 200nm,所述第二層的厚度為100 300nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多晶薄膜，其特征在干， 所述第二層的面內(nèi)方向的結(jié)晶的半寬度為10度以下。
9.一種多晶薄膜的制造方法，其特征在干， 是制造權(quán)利要求I所述的多晶薄膜的方法， 利用離子束輔助法形成所述第一層和所述第二層。
10.ー種氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體，其特征在干， 至少重疊配置有權(quán)利要求I或2所述的多晶薄膜、蓋層和氧化物超導(dǎo)層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體，其特征在干， 所述蓋層由CeO2構(gòu)成，或者由含有Ce的一部分被金屬M(fèi)的原子或金屬M(fèi)的離子部分置換的Ce-M-O系氧化物的CeO2構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體，其特征在干， 所述氧化物超導(dǎo)層由RE-123系氧化物超導(dǎo)體構(gòu)成，所述RE-123系氧化物超導(dǎo)體為REBa2Cu307_x，其中，RE 是 Y、La, Nd、Sm、Eu、Gd 等稀土元素。
全文摘要
本發(fā)明涉及多晶薄膜和其制造方法及氧化物超導(dǎo)導(dǎo)體，其目的在于，提供通過在維持良好的晶體取向性的同時(shí)將中間層薄膜化、從而防止由膜的內(nèi)部應(yīng)力導(dǎo)致的基板的翹曲的多晶薄膜。本發(fā)明的多晶薄膜，其特征在于，在金屬基材上形成中間層，所述中間層依次層疊第一層和第二層而成，所述第一層和所述第二層的晶體結(jié)構(gòu)分別為巖鹽結(jié)構(gòu)和螢石結(jié)構(gòu)，所述第一層和所述第二層的取向軸相同，均為取向。
文檔編號H01B12/06GK102676993SQ201210082688
公開日2012年9月19日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者羽生智, 飯島康裕 申請人:株式會社藤倉, 財(cái)團(tuán)法人國際超電導(dǎo)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心