[发明专利]离子束辅助溅射装置及离子束辅助溅射方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造氧化物超导体用基材的离子束辅助溅射装置及离子束辅助溅射方法。

本申请主张基于2009年10月8日在日本提出的专利申请第2009-234352号的优先权，并将其内容引入本说明书中。

背景技术

由于RE-123类氧化物超导体(REBa₂Cu₃O_7-x：RE为任何一种含有Y的稀土元素)在液氮温度以上显示优异的超导性，因此，被认为是在实际使用上有希望的材料，非常期待其能够加工成线材，用作电力供给用的导体。作为用于这样的RE-123类氧化物超导体的导体，已知有图7所示的在带状金属基材101上依次层叠通过IBAD(Ion-Beam -Assisted Deposition)法成膜而形成的中间层102、在其上面的覆盖层103和氧化物超导层104而成的结构(例如，可参见下述专利文献1)。

在该氧化物超导体中，中间层102及覆盖层103是为控制氧化物超导层104的结晶取向性而设置的。即，氧化物超导体具有电异向性，容易在结晶轴的a轴方向和b轴方向上通电，而不易在c轴方向上通电。因此，用这种氧化物超导体构成导体时，在氧化物超导层104中，需要使a轴或b轴在通电方向上取向，使c轴在其他方向上取向。

这里，作为形成这种氧化物超导体所用的中间层102的技术，广为人知的有IBAD法。用该IBAD法形成的中间层由以下材料构成：其热膨胀率和晶格常数等物理特性值显示为金属基材101与氧化物超导层104的中间值，例如有MgO、YSZ(钇稳定氧化锆)、SrTiO₃等。这样的中间层102起缓冲层的作用，缓和金属基材101与氧化物超导层104之间的物理特性差异。此外，通过用IBAD法成膜，中间层102的结晶具有高面内取向度，能够起控制覆盖层103取向性的取向控制膜的作用。下面就用IBAD法形成的中间层102的取向机制进行说明。

如图8所示，采用IBAD法的中间层形成装置具有用于使金属基材101在其长度方向上移动的移动系统、其表面与金属基材1表面斜向对置的靶材201、向靶材201照射离子的溅射束照射装置202和从斜向向金属基材101表面照射离子(稀有气体离子与氧离子的混合离子)的离子源203。这些部件被配置在真空容器(图中未示出)内。

用该中间层形成装置在金属基材101上形成中间层102时，需要使真空容器内部为减压环境，启动溅射束照射装置202及离子源203。由此，离子从溅射束照射装置202照射到靶材201上，靶材201的构成粒子被轰出，堆积在金属基材101上。与此同时，从离子源203上放射出稀有气体离子与氧离子的混合离子，以固定的入射角度(θ)入射到金属基材101表面。

以这种方式将靶材201构成粒子堆积在金属基材101表面，并以固定的入射角度进行离子照射，所形成的溅射膜的特定结晶轴被固定在离子的入射方向上。由此，c轴在与金属基材表面垂直的方向上取向，且a轴及b轴在面内在一定方向上取向。这样，用IBAD法形成的中间层102便具有高面内取向度。

另一方面，覆盖层103以膜状形成在面内结晶轴如上所述地取向的中间层102表面上，由会外延生长，然后在横向上晶粒生长，结晶粒可在面内方向上自我取向的材料(例如CeO₂)构成。覆盖层103由于这样地会自我取向，因此，可以得到比中间层102更高的面内取向度。因此，若在金属基材101上借由这种中间层102及覆盖层103以膜状形成氧化物超导层104，则氧化物超导层104会以与面内取向度高的覆盖层103结晶取向一致的方式外延生长。这样，就可以得到面内取向性优异、临界电流密度大的氧化物超导层104。

图9是表示实施前述IBAD法时的具体装置的示意结构例。该例中的IBAD装置300的构成如下。长带状基材301多个来回卷绕在第1轧辊302与第2轧辊303之间。在与第1轧辊302和第2轧辊303之间的多列露出的基材301相对的位置上配置有长方形靶材305。在与该靶材305斜向相对的位置上配置有溅射离子源306。与在第1轧辊302和第2轧辊303之间的多列露出的基材301以规定的角度(例如，与基材301的成膜面的法线为45°或者55°)从斜向上相对的位置上配置有辅助离子源307。