[发明专利]多晶薄膜和其制造方法及氧化物超导导体

说明书

本申请是中国申请号为200880010929.5的发明专利申请的分案申请(原申请的发明名称为“多晶薄膜和其制造方法及氧化物超导导体”，原申请的申请日为2008年3月28日)。

技术领域

本发明涉及多晶薄膜和其制造方法及氧化物超导导体。更详细而言，涉及维持良好的晶体取向性且实现薄膜化的多晶薄膜和其制造方法、及利用了该多晶薄膜的氧化物超导导体。本申请基于2007年03月29日向日本申请的特愿2007-089479号及2007年11月01日向日本申请的特愿2007-285452号主张优先权，并在此援用其内容。

背景技术

近年来发现的RE-123系氧化物超导体(REBa₂Cu₃O_7-X：RE是包括Y的稀土元素)，在液氮温度以上显示出超导性，所以成为实用上极有希望的原材料，强烈希望将其加工成线材而用作电力供给用的导体。

此外，作为用于将氧化物超导体加工成线材的方法，正在研究的方法是将强度高且具有耐热性并容易加工成线材的金属加工成长条带状，使氧化物超导体在该金属基材上形成薄膜状的方法。

然而，氧化物超导体具有其晶体自身容易在晶轴的a轴方向和b轴方向形成电流而难以在c轴方向形成电流的电各向异性。因此，当在基材上形成氧化物超导体时，需要使a轴或b轴在电流方向上取向，而使c轴在其他方向上取向。

但是，金属基材自身是非晶体或多晶体，其晶体结构也与氧化物超导体大不相同，所以难以在基材上形成如上所述的晶体取向性良好的氧化物超导体膜。另外，在基材和超导体之间存在热膨胀率及晶格常数的差别，所以在冷却至超导临界温度的过程中，也有超导体发生变形、或氧化物超导体膜从基板剥离等问题。

因此，为了解决如上所述的问题，首先进行的是，在金属基板上形成由热膨胀率、晶格常数等物理特征值显示为基板与超导体的中间值的MgO、YSZ(氧化钇稳定化锆)、SrTiO₃等材料形成的中间层(缓冲层)，在该中间层上形成氧化物超导体膜。

尽管该中间层的c轴相对于基板面以直角进行取向，但a轴(或b轴)未在基板面内以大致相同的方向进行面内取向，所以在其上形成的氧化物超导层的a轴(或b轴)也未以大致相同的方向进行面内取向，存在临界电流密度Jc不增加之类的问题。

离子束辅助法(IBAD法：离子束辅助沉积(Ion Beam Assisted Deposition))解决了该问题，当利用溅射法使从靶轰击出的构成粒子堆积在基材上时，边同时从斜向(例如45度)照射由离子枪发生的氩离子和氧离子等，边使其堆积，根据该方法，向基材上的成膜面得到具有高c轴取向性及a轴面内取向性的中间层。

图6及图7示出通过上述IBAD法在基材上形成有成为中间层的多晶薄膜的一例，在图6中，100表示板状的基材，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由多个具有立方晶系的晶体结构的微细晶粒120通过晶界而接合一体化而成，各晶粒120的晶轴的c轴相对于基材100的上表面(成膜面)成直角，各晶粒120的晶轴的a轴彼此及b轴彼此朝向相同的方向而进行面内取向。另外，各晶粒120的c轴取向成相对于基材100的上表面(成膜面)为直角。此外，各晶粒120的a轴(或b轴)彼此以它们所成的角度(图7所示的晶界倾角K)在30度以内的方式接合一体化。

IBAD法可以说是线材的机械特性优异且容易得到稳定的高特性等实用性高的制法，但以前，就由IBAD法成膜的中间层(以下也称为“IBAD中间层”)而言，如果没有1000nm左右的膜厚，则被认为不会得到良好的取向性。另一方面，由于在无取向的金属带上通过离子束轰击进行晶体取向控制的关系，IBAD法的蒸镀速度较慢为3nm/分钟左右，所以成膜需要耗费时间，在生产率方面存在问题。

作为解决该问题的方法，有使用YSZ、GdZrO等萤石结构系列的氧化物的情况(例如参照专利文献1、专利文献2)、使用MgO等岩盐结构系列的氧化物的情况(例如参照专利文献1)，正全力以赴地进行开发研究。

但是，就前者而言，层叠的结构简单而成膜条件宽，长条化优先进行，但需要使中间层的膜厚增厚，所以除了生产速度减慢之外，膜的内部应力增大，存在基材翘曲的问题。

另外，关于后者的方法，期待其能够彻底解决前述的问题，但问题是，该方法是层叠多层数10nm以下的非常薄的膜的方法，所以为了在长条化过程中维持相同的狭窄的成膜条件，需要大量技术知识。

专利文献1：美国专利第6933065号