特許 5756405 酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法、酸化物超電導導体用配向膜付き基材の製造方法、酸化物超電導導体用配向膜付き基材、および酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5756405

(24)【登録日】2015年6月5日

(45)【発行日】2015年7月29日

(54)【発明の名称】酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法、酸化物超電導導体用配向膜付き基材の製造方法、酸化物超電導導体用配向膜付き基材、および酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20150709BHJP

   H01B 12/06 20060101ALI20150709BHJP

   H01B 13/00 20060101ALI20150709BHJP

   C01F 5/02 20060101ALI20150709BHJP

   C01G 1/00 20060101ALI20150709BHJP

   C01G 3/00 20060101ALI20150709BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/34 N

   H01B12/06ZAA

   H01B13/00 565D

   C01F5/02

   C01G1/00 S

   C01G3/00

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2011-535444(P2011-535444)

(86)(22)【出願日】2010年10月7日

(86)【国際出願番号】JP2010067624

(87)【国際公開番号】WO2011043409

(87)【国際公開日】20110414

【審査請求日】2013年6月11日

(31)【優先権主張番号】特願2009-233764(P2009-233764)

(32)【優先日】2009年10月7日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】羽生 智

(72)【発明者】

【氏名】飯島 康裕

【審査官】 田中 則充

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１１３２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１５２１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１３７５２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

Ｈ０１Ｂ １２／０６

Ｈ０１Ｂ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法であって、
２種以上のターゲットを、基材の表面と対向するように、前記基材の長手方向に沿って配置し、
イオンビームを、同一のイオンビーム発生機構から前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射して、前記２種以上のターゲットの構成粒子を、前記基材の表面に、前記２種以上のターゲットの配置順に堆積させ、
前記基材を前記構成粒子の堆積領域内を複数回通過させて、この通過毎に前記基材の表面に前記２種以上のターゲットの前記構成粒子を繰り返し堆積させて、前記基材の表面に２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体を形成することを特徴とする酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法。

【請求項2】

酸化物超電導導体用配向膜付き基材の製造方法であって、
拡散防止層用材料を用いたターゲットと、ベッド層用材料を用いたターゲットである、２種以上のターゲットを、基材の表面と対向するように、前記基材の長手方向に沿って配置し、
イオンビームを前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射して、前記２種以上のターゲットの構成粒子を、前記基材の表面に、前記２種以上のターゲットの配置順に堆積させ、
前記基材を前記構成粒子の堆積領域内を複数回通過させて、この通過毎に前記基材の表面に前記２種以上のターゲットの前記構成粒子を繰り返し堆積させて、前記基材の表面に２種以上の薄膜が繰り返し積層され、拡散防止層とベッド層との積層体を形成し、
前記ベッド層用材料を用いたターゲットにより形成されたベッド層の表面に、イオンビームアシスト法により岩塩構造層を形成し、
前記ベッド層は、前記岩塩構造層の結晶配向性を整えることを特徴とする酸化物超電導導体用配向膜付き基材の製造方法。

【請求項3】

前記積層体の形成に際し、前記イオンビームを、同一のイオンビーム発生機構から前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射することを特徴とする請求項２に記載の酸化物超電導導体用配向膜付き基材の製造方法。

【請求項4】

酸化物超電導導体用配向膜付き基材の製造方法であって、
請求項１に記載の酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法により、酸化物超電導導体用配向膜下地層を成膜し、
前記酸化物超電導導体用配向膜下地層上に、イオンビームアシスト法により岩塩構造層を形成することを特徴とする酸化物超電導導体用配向膜付き基材の製造方法。

【請求項5】

基材と、
前記基材上に形成され、拡散防止層とベッド層とが繰り返し積層された積層体と、
前記ベッド層の表面に、イオンビームアシスト法により形成された岩塩構造層と、
を備え、
前記ベッド層の材料は、組成式（α_１Ｏ_２）_２ｘ（β_２Ｏ_３）_{（１−ｘ）}で示される希土類酸化物（ここで、α及びβは希土類元素で０≦ｘ≦１に属する）又はＺｒＯ_２であり、
前記ベッド層は、前記岩塩構造層の結晶配向性を整えることを特徴とする酸化物超電導導体用配向膜付き基材。

【請求項6】

酸化物超電導導体用配向膜下地層を形成する成膜装置であって、
基材を送り出す基材送出機構と、
前記基材を巻取る基材巻取機構と、
前記基材送出機構と前記基材巻取機構との間を走行する前記基材の移動方向を転向させる転向部材を複数個同軸的に配列してなる少なくとも一対の転向部材群と、
前記転向部材群間を走行する前記基材の表面と対向して、前記基材の長手方向に並べて配置された２種以上のターゲットと、
前記２種以上のターゲットにイオンビームを同時に照射するイオンビーム発生機構と、
を備え、
イオンビームを、同一のイオンビーム発生機構から前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射することを特徴とする酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置。

【請求項7】

イオンビームを、同一のイオンビーム発生機構から前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射して、前記２種以上のターゲットの構成粒子を前記基材の表面に前記２種以上のターゲットの配置順に堆積させて、前記基材の表面に２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体を形成することを特徴とする請求項６に記載の酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置。

【請求項8】

前記少なくとも一対の転向部材群は、それぞれの軸が互いに平行するように配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置。

【請求項9】

前記基材を、前記転向部材群間を複数回走行させることにより、前記２種以上のターゲットの構成粒子の堆積領域内に、複数列の前記基材が配列されることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置。

【請求項10】

前記２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体が、少なくとも拡散防止層とベッド層とを含むことを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、酸化物超電導導体用配向膜下地層およびその成膜方法およびその成膜装置に関する。より詳細には、２種以上の薄膜が繰り返し積層された酸化物超電導導体用配向膜下地層とその成膜方法およびその成膜装置に関する。
本願は、２００９年１０月０７日に、日本国に出願された特願２００９−２３３７６４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

酸化物超電導体を超電導導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の薄膜を形成する必要がある。
しかしながら、一般には、金属テープ自体が多結晶体であり、その結晶構造は酸化物超電導体と大きく異なるために、金属テープ上に結晶配向性の良好な酸化物超電導体の薄膜を直接形成することは難しい。
また、基材と超電導体との間には熱膨張率及び格子定数の差があるため、超電導臨界温度までの冷却の過程で、超電導体に歪みが生じ、又は酸化物超電導体膜が基板から剥離する等の問題もある。
そこで、金属基材上に中間層（配向膜）を形成し、この中間層（配向膜）の上に酸化物超電導体膜を形成することが行われている。この中間層（配向膜）は、熱膨張率や格子定数等の物理的な特性値が基材と超電導体との中間的な値を示すＭｇＯ、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｒＴｉＯ_３等の材料からなる。この中間層（配向膜）の結晶配向は、この中間層の上に形成される酸化物超電導体膜の結晶配向性に大きく影響を及ぼす。
そのため、本出願人らは、結晶配向性が良好な中間層（配向膜）を形成する成膜方法として、イオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ：Ion Beam Assisted Deposition）を開発した。このイオンビームアシスト法は、イオン銃から発生されたアルゴンイオンと酸素イオン等を同時に斜め方向（例えば、４５度）から照射しながら、スパッタリング法によりターゲットから叩き出した構成粒子を基材上に堆積させる技術である。この方法によれば、基材上に良好な結晶配向を有する中間層（配向膜）を形成することができる。
更に、この中間層（配向膜）上に酸化物超電導層（酸化物超電導体膜）を成膜する場合、結晶配向性の優れた、臨界電流密度が高い酸化物超電導層を形成することができる。

【0003】

また、基材上にＡｌ_２Ｏ_３膜、Ｙ_２Ｏ_３膜を順に積層し、その上に中間層（配向膜）をＩＢＡＤ法により形成する検討も行われている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。中間層（配向膜）は、Ｙ_２Ｏ_３膜（ベッド層）上に形成されることにより、その結晶配向状態をさらに良好なものとすることができる。また、Ａｌ_２Ｏ_３層（拡散防止層）は、酸化物超電導導体の製造時の高温プロセスにおいて、金属基材から酸化物超電導層へ金属基材構成元素が拡散する問題を防ぐために設けられている。

【0004】

ところで、本出願人らは、金属テープ線材に拡散防止層やベッド層を成膜する際、成膜エリアを有効に使用することのできる薄膜の形成方法として、帯状の基材を蒸着粒子の堆積領域内を複数回通過させて、この通過毎に前記帯状の基材上に前記蒸着粒子を堆積させて薄膜を成膜する方法を提案している（例えば、特許文献３を参照）。
また、複数のターゲットを使用して、繰り返し構造を有する多層膜を形成する方法としては、ターゲットの上部にシャッターやスリットを設けて、蒸着機構の動作を制御する方法（例えば、特許文献４を参照）や、円柱状ドラムの下に複数のターゲットを設け、前記円柱状ドラムに長尺の基材を螺旋状に巻き付けてドラムを回転させる成膜方法（例えば、特許文献５を参照）等がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第６９２１７４１号明細書

【特許文献2】米国特許第６９３３０６５号明細書

【特許文献3】日本国特開２００４−２６３２２７号公報

【特許文献4】日本国特許第２５５８８８０号公報

【特許文献5】日本国特開平５−６５８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

このような精力的な研究開発により、中間層（配向膜）を良好な結晶配向状態で薄膜化する技術が実用化されつつある。しかしながら、中間層（配向膜）の薄膜化により、酸化物超電導導体を製造する時の高温プロセスにおいて、金属基材から金属基材構成元素が酸化物超電導層へと拡散するといった問題がある。
この問題を解決するためには、金属基材と中間層（配向膜）との間に、拡散防止層などの中間層（配向膜）下地層を介挿することは不可欠である。金属基材構成元素の拡散を防止することは、拡散防止層の膜厚を厚くすることで達成することが可能である。しかしながら、厚膜化すると膜の内部応力が大きくなって、基板が反り返る問題があるため、厚膜化以外の方法で、配向膜下地層の拡散防止効果をさらに高めることが求められている。

【0007】

前述した特許文献３に記載された従来技術では、帯状の基材を蒸着粒子の堆積領域内を複数回通過させるための方法として、帯状の基材を巻回する巻回部材を複数個同軸上的に配列してなる一対の巻回部材群を対向配置し、これら一対の巻回部材群に巻回された基材を周回させて蒸着粒子の堆積領域内にて複数列として薄膜形成を行っている。この従来方法によれば、成膜エリアを有効に使用することができるが、２種類以上のターゲットを使用する場合、成膜は２以上のプロセスで行う必要がある。この従来方法により、帯状の基材上に拡散防止層とベッド層とを形成するためには、まず、Ａｌ_２Ｏ_３等の拡散防止層用のターゲットを設置して拡散防止層の成膜を行った後、前記ターゲットをＹ_２Ｏ_３等のベッド層用のターゲットに交換する必要があり、生産性の点で問題があった。
また、複数のターゲットを使用して、繰り返し構造を有する多層膜を形成する方法として前述した特許文献４に記載された成膜方法は、板状の基材への成膜にしか適用できず、長尺の基材への多層膜の成膜方法としては適用できない。
一方、前述した特許文献５に記載された成膜方法では、良好な結晶配向の単結晶状態の膜を得ることなどは想定していない。

【0008】

本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、生産コストの低減が可能であり、拡散防止効果の高い超電導導体用配向膜下地層の成膜方法、より詳しくは、２種以上の薄膜が繰り返し積層された酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法を提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、拡散防止効果の高い酸化物超電導導体用配向膜下地層を提供することを第二の目的とする。
さらに、本発明は、生産コストの低減が可能であり、拡散防止効果の高い酸化物超電導導体用配向膜下地層の製造装置、より詳しくは、２種以上の薄膜が繰り返し積層された酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置を提供することを第三の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用している。
（１）酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法であって、２種以上のターゲットを、基材の表面と対向するように、前記基材の長手方向に沿って配置し；イオンビームを前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射して、前記２種以上のターゲットの構成粒子を、前記基材の表面に、前記２種以上のターゲットの配置順に堆積させ；前記基材を前記構成粒子の堆積領域内を複数回通過させて、この通過毎に前記基材の表面に前記２種以上のターゲットの前記構成粒子を繰り返し堆積させて、前記基材の表面に２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体を形成する。
（２）前記２種以上のターゲットは、拡散防止層用材料を用いたターゲットと、ベッド層用材料を用いたターゲットであり；前記ベッド層用材料を用いたターゲットにより形成されたベッド層の表面に、イオンビームアシスト法により岩塩構造層を形成し；前記ベッド層は、前記岩塩構造層の結晶配向性を整えてもよい。
（３）基材と、イオンビームアシスト法により形成された岩塩構造層との間に設けられる酸化物超電導導体用配向膜下地層であって、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体を備える。
（４）前記積層体は、拡散防止層とベッド層とが繰り返し積層されてなってもよい。
（５）酸化物超電導導体用配向膜下地層が上記の（１）に記載の成膜方法により成膜されてもよい。
（６）酸化物超電導導体用配向膜下地層を形成する成膜装置であって、基材を送り出す基材送出機構と；前記基材を巻取る基材巻取機構と；前記基材送出機構と前記基材巻取機構との間を走行する前記基材の移動方向を転向させる転向部材を複数個同軸的に配列してなる少なくとも一対の転向部材群と；前記転向部材群間を走行する前記基材の表面と対向して、前記基材の長手方向に並べて配置された２種以上のターゲットと；前記２種以上のターゲットにイオンビームを同時に照射するイオンビーム発生機構と；を備える。
（７）イオンビームを前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射して、前記２種以上のターゲットの構成粒子を前記基材の表面に前記２種以上のターゲットの配置順に堆積させて、前記基材の表面に２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体を形成してもよい。
（８）前記少なくとも一対の転向部材群は、それぞれの軸が互いに平行するように配置されてもよい。
（９）前記基材を、前記転向部材群間を複数回走行させることにより、前記２種以上のターゲットの構成粒子の堆積領域内に、複数列の前記基材が配列されてもよい。
（１０）前記２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体が、少なくとも拡散防止層とベッド層とを含んでもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明の上記の態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法によれば、イオンビームを２種以上のターゲットの表面に同時に照射し、前記２種以上のターゲットの構成成分を基材上に順に堆積させることにより、１プロセスで２種以上の薄膜を繰り返し積層させて酸化物超電導導体用配向膜下地層を形成することができる。これにより、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層構造を有する酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜時間を短縮することができ、生産コストの低減が可能な成膜方法を提供することができる。
また、本発明の上記の態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層によれば、基材とイオンビームアシスト（ＩＢＡＤ）法により形成された岩塩構造層との間に介挿される酸化物超電導導体用配向膜下地層が、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層体を備えることにより、積層されている各薄膜の各界面における拡散元素のトラップ効果も付与することができる。さらに、上記の積層体が拡散防止層とベッド層とが繰り返し積層された積層体であることにより、拡散防止層単体の拡散防止効果に、積層されている各薄膜の各界面における拡散元素のトラップ効果も付与することができるため、拡散防止効果の高い酸化物超電導導体用配向膜下地層を提供することができる。
さらに、本発明の上記の態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置によれば、複数個の転向部材を有する転向部材群間を走行する前記基材の表面と対向して、前記基材の長手方向に２種以上のターゲットを並べて配置させ、イオンビームを前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射して、前記基材の表面に、１プロセスで２種以上の薄膜を繰り返し積層させることができる。従って、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層構造を有する酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜時間を短縮することができ、生産コストの低減が可能な成膜装置を提供することができる。さらに、基材をそれぞれの軸が互いに平行となるように配置された転向部材群間を複数回走行させることによって、前記基材はこのターゲットの構成粒子の堆積領域内を複数回通過させることになり、前記基材の表面に、１プロセスで２種以上の薄膜を繰り返し積層させてなる積層体を複数層形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層の一例の超電導導体用配向膜下地層の断面を模式的に示す図である。

【図2】本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層上にＭｇＯ層が積層された中間層の一例の断面を模式的に示す図である。

【図3】本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層を用いた酸化物超電導導体の一例の断面を模式的に示す図である。

【図4】本発明の一態様に係る成膜装置の一例を模式的に示す斜視図である。

【図5】ＩＢＡＤ法による成膜装置を模式的に示す図である。

【図6】図５に示す成膜装置が備えるイオンガンの一例を模式的に示す図である。

【図7】比較例１及び２の薄膜積層体の断面を模式的に示す図である。

【図8】比較例１の薄膜積層体に酸化物超電導層が積層された超電導体の断面を模式的に示す図である。

【図9】酸化物超電導導体用配向膜下地層上に形成したＭｇＯ膜の（２２０）正極点図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施の形態について、以下に詳しく説明する。
＜酸化物超電導導体用配向膜下地層＞
まず、本発明の一形態に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層について説明する。
本発明の一形態に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層は、基材上に、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層構造を有する。図１に、本発明の酸化物超電導導体用配向膜下地層の実施形態の一例の断面を模式的に示す。図１では、基材１１上に、拡散防止層１２とベッド層１３とが、５回繰り返して積層された積層構造となっている。本実施形態では、２種類の薄膜が５回繰り返し積層された酸化物超電導導体用配向膜下地層１０を例示するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0013】

基材１１を構成する材料としては、強度及び耐熱性に優れた、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍо、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｇ等の金属又はこれらの合金を用いることができる。特に好ましいのは、耐食性及び耐熱性の点で優れているステンレス、ハステロイ、その他のニッケル系合金である。あるいは、これらに加えてセラミック製の基材、非晶質合金などを用いても良い。

【0014】

図２は、本発明の他の形態に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層の構造を示している。図２に示すように、イオンビームアシスト（ＩＢＡＤ）法により形成された岩塩構造層（以下、「ＩＢＡＤ−岩塩構造層」または「岩塩構造層」ということがある。）１４と、基材１１との間に、拡散防止層１２とベッド層１３との積層体が設けられている。この酸化物超電導導体用配向膜下地層を構成する薄膜として、ＩＢＡＤ−岩塩構造層１４の下地として使用することのできる材料であれば特に限定されないが、拡散防止層１２やベッド層１３の積層体であることが好ましい。図１および図２に示すように、繰り返しの積層構造のうち、基材１１側の層が拡散防止層１２であり、この積層構造の岩塩構造層１４側の層がベッド層１３であることが特に好ましい。拡散防止層１２を基材１１上に積層させることにより、高温プロセスなどにおいて、基材１１から薄膜積層体の表面側に向かう基材構成元素の拡散を抑制することができる。また、ＩＢＡＤ−岩塩構造層１４は、ベッド層１３上に形成されることにより、良好な結晶配向状態で成膜される。

【0015】

拡散防止層１２の材料として、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）や酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、「アルミナ」とも呼ぶ）、Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７などの希土類金属酸化物等が挙げられる。拡散防止層１２は、基材１１の構成元素拡散を防止するために設けられている。拡散防止層１２は、基材１１上に複数層成膜されるが、積層された拡散防止層１２のトータルの膜厚は１０〜４００ｎｍの範囲とすることが好ましい。拡散防止層１２のトータルの膜厚が１０ｎｍ未満になると、基材１１の構成元素の拡散を十分に防止できない虞がある。また、各拡散防止層１２（単一の拡散防止層）の膜厚は２ｎｍ以上であることが好ましい。各拡散防止層１２の膜厚が２ｎｍ未満になると、拡散防止層１２の上または下に積層されている薄膜との界面が形成されにくくなり、各薄膜間の界面における拡散元素のトラップ効果が発現できなくなる。

【0016】

ベッド層１３は、耐熱性が高く、界面反応性をより低減するためのものであり、その上に配される岩塩構造層１４の配向性を得るために機能する。このようなベッド層１３は、必要に応じて配され、例えば、希土類酸化物層を用いることができる。希土類酸化物として、組成式（α_１Ｏ_２）_２ｘ（β_２Ｏ_３）_{（１−Ｘ）}で示されるものが挙げられる。ここで、α及びβは希土類元素で０≦ｘ≦１に属するものを指す。より具体的には、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｅｕ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｔｍ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３などを例示することができる。さらに、希土類酸化物として、Ｐｒ_６Ｏ_１１、及びＴｂ_４Ｏ_７なども挙げられる。ベッド層１３は、基材１１および拡散防止層１２上に複数層成膜されるが、積層されたベッド層１３のトータルの膜厚は１０〜１００ｎｍの範囲であることが好ましい。

【0017】

本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層は、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層構造であることにより、基材から薄膜積層体の表面側に向かう基材構成元素の拡散を、各薄膜の各界面においてトラップすることができるため、高い拡散防止効果を実現することができる。
基材構成元素は、薄膜の種類によって、拡散のしやすさが異なるため、比較的拡散しやすい薄膜を通り抜けたとしても、この薄膜上に拡散しにくい薄膜が積層されていることにより、その薄膜の積層された界面が壁のように機能し、拡散元素はその界面にトラップされる。
また、基材構成元素の拡散は、単一物質内よりもひずみを有する異種物質の界面を平面方向に優先的に拡散する。本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層は、２種以上の薄膜が繰り返しそれぞれ２層以上積層されているため、この界面が複数存在する。繰り返し構造が多いほど、即ち、界面が多いほど、拡散防止効果は高くなる。

【0018】

本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層において、特に高い拡散防止効果が得られるのは、酸化物超電導導体用配向膜下地層１０のような構成をとる場合である。
例えば、図３に示すように、ベッド層１３の上に岩塩構造層１４や酸化物超電導層１５やキャップ層（図示せず）を形成する場合に、必然的に加熱されたり熱処理される結果として熱履歴を受ける。この場合、酸化物超電導導体用配向膜下地層１０は、拡散防止層１２とベッド層１３とが繰り返し積層された積層構造であることにより、基材１１の構成元素の一部が、酸化物超電導導体用配向膜下地層１０（拡散防止層１２やベッド層１３など）を介して、酸化物超電導層１５側に拡散することを抑制することができる。拡散防止層１２自体の拡散防止効果に、拡散防止層１２とベッド層１３との各界面における拡散元素のトラップ効果も付与することができるため、より効果的に基材構成元素の拡散を抑制することができる。
また、本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層によれば、従来の拡散防止層とベッド層とを１層ずつ積層させた配向膜下地層に比べて、高い拡散防止効果が得られるため、この酸化物超電導用配向膜下地層の膜厚を薄くすることも可能となる。

【0019】

岩塩構造層１４は、結晶構造が岩塩構造を有する。このような岩塩構造を有する材料としては、組成式γＯにて表記されるものが挙げられる。ここで、γとしては、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｒ、Ｃａ及びＢａの何れかの元素が例示される。

【0020】

岩塩構造層１４としてＭｇＯ層をＩＢＡＤ法で作製するには、ＭｇＯあるいはＭｇ等をターゲットとして用い、必要に応じて成膜雰囲気中に酸素ガスを供給して、Ａｒ等の希ガスイオンビームによるイオンアシストビームを基材に対して４０度〜６０度に入射させながら成膜すればよい。ＩＢＡＤ法で成膜することにより、２軸配向されたＭｇＯ層（岩塩構造層１４）を良好な結晶配向状態で成膜することができる。これにより、ＭｇＯ層（岩塩構造層１４）上に積層される酸化物超電導層を良好な結晶配向状態で形成することができる。ＭｇＯ層（岩塩構造層１４）の厚さは１ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが好ましい。５００ｎｍを超えると表面粗さが大きくなり、臨界電流密度が低下する虞がある。

【0021】

本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層の形成方法は、従来公知の成膜法であれば特に限定されないが、後述する超電導導体用配向膜下地層の成膜方法および成膜装置により形成されることが好ましい。

【0022】

＜酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法および成膜装置＞
本発明の酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法及び成膜装置の一実施形態について図面に基づき説明する。本実施形態では、酸化物超電導導体用配向膜下地層１０を例に取り説明することとするが、この酸化物超電導導体用配向膜下地層１０は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。

【0023】

図４は、酸化物超電導導体用配向膜下地層１０を形成するための成膜装置の概略を示す斜視図である。
図４に示す成膜装置１００は、処理容器（図示せず）に収容される形態で設けられる成膜装置であり、帯状の基材１０５を走行させつつ、この基材１０５の表面に、２種以上の薄膜を繰り返し連続積層させる。
この成膜装置１００は、基材１０５がレーストラック状の経路で複数周走行する走行系と、基材１０５の表面と対向して配設された２種の長方形状の板状のターゲット３０３ａ、３０３ｂと、これらのターゲット３０３ａ、３０３ｂの表面に同時にイオンビームＬを照射するイオンビーム発生源（イオンビーム発生機構）３０４とを備えている。上記２種の長方形状の板状のターゲット３０３ａ、３０３ｂは、基材１０５の長手方向（基材の走行方向）に沿って、並んでいる。

【0024】

基材１０５がレーストラック状の経路で複数周走行する走行系は、第１転向部材群３０５ａと、第２転向部材群３０５ｂとを備える。第１転向部材群３０５ａは、同軸的に配列された複数個（図４では７個）のリール状の転向部材を備え、基材１０５の走行方向を転向する。同じように、第２転向部材群３０５ｂは、第１転向部材群３０５ａと同様の構造の転向部材を複数個（図４では７個）備えており、これらの複数個の転向部材は同軸的に配列されている。第１転向部材群３０５ａと同じように、第２転向部材群３０５ｂは基材１０５の走行方向を転向する。なお、第１転向部材群３０５ａと第２転向部材群３０５ｂとは、それぞれの軸が互いに平行となるように配置されている。
さらに、上記走行系は、基材１０５を送り出すための基材送出機構３０１と、基材１０５を巻き取るための基材巻取機構３０２とを備えている。基材送出機構３０１は、第２転向部材群３０５ｂの外側に設けられている。基材巻取機構３０２は、第１転向部材群３０５ａの外側に設けられている。これらの転向部材群３０５ａ、３０５ｂ、基材送出機構３０１、及び基材巻取機構３０２を駆動装置（図示せず）により互いに同期して駆動させることにより、基材送出機構３０１から所定の速度で送り出された基材１０５が転向部材群３０５ａ、３０５ｂを周回し、基材巻取機構３０２に巻き取られる。

【0025】

図４に示すように、転向部材群３０５ａ、３０５ｂは、同径の転向部材が同軸的に配列されてなる構成である。また、ターゲット３０３ａ、３０３ｂに対向する基材部分１０６（ターゲット３０３ａ、３０３ｂと対向されて、積層体を形成する基材の部分）が、ターゲット３０３ａ、３０３ｂから等距離に位置している。各転向部材は、基材１０５の幅に応じた軸方向の長さを有し、複数列をなす基材１０５が隙間無く配列されるものが好ましい。
転向部材群３０５ａ、３０５ｂを構成する各転向部材は、円柱状もしくは円板状、半円柱状もしくは半円板状、楕円柱状もしくは楕円板状など、基材１０５の移動方向を滑らかに転向させる湾曲した側面（湾曲面）を有するものが好ましい。なお、「円柱状もしくは円板状」等は、転向部材の径と軸方向の長さとの比を特に限定しない趣旨である。
転向部材群３０５ａ、３０５ｂは、搬送される基材１０５とともに回転する構成でも良く、転向部材群３０５ａ、３０５ｂは動かずに、その側面上で基材１０５が滑っている構成でも良い。転向部材群３０５ａ、３０５ｂを回転させる場合には、基材１０５の移動速度に合わせて転向部材群３０５ａ、３０５ｂを回転させる駆動機構（図示せず）を設けても良い。

【0026】

転向部材群３０５ａ、３０５ｂの間を走行する基材部分１０６の表面と対向して、基材１０５の長手方向にターゲット３０３ａ、３０３ｂが並べて配置されている。これらのターゲット３０３ａ、３０３ｂには、イオンビーム発生機構３０４からイオンビームＬが照射される。

【0027】

ターゲット３０３ａ、３０３ｂは、酸化物超電導導体用配向膜下地層を構成する薄膜を形成するために用いるもので、拡散防止層１２及びベッド層１３として挙げられた材料を好ましいものとして挙げる事ができ、これらターゲット３０３ａ、３０３ｂの形状としては、板状のものが用いられる。

【0028】

ターゲット３０３ａ及び３０３ｂにイオンビームＬを照射するイオンビーム発生機構３０４は、ターゲット３０３ａ及び３０３ｂからその構成粒子を叩き出し若しくは蒸発させることが出来るイオンビームＬを発生するものであれば良い。イオン種、出力、照射エネルギー等は、ターゲット３０３ａ及び３０３ｂの材質や成膜速度などに応じて、適宜設定することが可能である。

【0029】

本実施形態のイオンビーム発生機構３０４は、図４に示すように、基材１０５の長手方向に並んで配設されたターゲット３０３ａ及び３０３ｂに同時にイオンビームを照射できるような幅を持っている。これにより、ターゲット３０３ａより粒子群３０７ａを、ターゲット３０３ｂより粒子群３０７ｂを同時に発生させて、転向部材群３０５ａ、３０５ｂ間を走行する基材部分１０６の表面に、ターゲット３０３ａ及び３０３ｂの構成粒子を繰り返し堆積させることが出来る。その結果、本実施形態の成膜方法及び成膜装置１００では、従来の成膜装置のように積層毎にターゲットを交換する必要がなく、生産性を大幅に向上させることが可能である。

【0030】

成膜装置１００は加熱装置（図示せず）などにより、加熱しながら成膜を行うことも可能である。その場合、加熱装置は、基材１０５の走行系および成膜装置１００全体の少なくとも一つを囲むように設けても良いし、ターゲット３０３ａ及び３０３ｂの構成粒子の堆積領域を走行する基材部分１０６の裏側（積層体が形成されてない表面側）に設けられていても良い。加熱しながら成膜する場合、転向部材群３０５ａ及び３０５ｂは、比較的熱容量の大きいものが好ましい。

【0031】

成膜装置１００は、処理容器（図示せず）内に設けられている。この処理容器は、排気孔を介して真空排気装置が接続されており、処理容器内を所定の圧力に減圧することができる構造となっている。これにより、処理容器内が所定の圧力に減圧されている間は、成膜装置１００に取り付けられた基材１０５の長手方向全体が、処理容器内の減圧下に置かれる。

【0032】

次に、この成膜装置１００を用いて、図１に示す酸化物超電導導体用配向膜下地層１０を形成する方法について図４に基づき説明する。
帯状の基材１０５（図１では基材１１）を、表面側（または薄膜を積層する面側）がターゲット３０３ａ、３０３ｂ側になるように回転部材群３０５ａ、３０５ｂに巻回する。図１に示す酸化物超電導導体用配向膜下地層１０は、２種の薄膜が繰り返し５回積層させた積層体であるので、回転部材群３０５ａ、３０５ｂを構成する回転部材の数は５個ずつとし、レーン数を５とする。また、ターゲット３０３ａとして拡散防止層材料からなる板状のターゲットを、ターゲット３０３ｂとしてベッド層材料からなる板状のターゲットを、それぞれ固定具を用いて固定する。ターゲット３０３ａ、３０３ｂの長手方向の長さを適宜調整することにより、所望の膜厚の拡散防止層１２及びベッド層１３を形成することができる。ターゲット３０３ａ、３０３ｂの長手方向の長さは、ターゲットの材質や成膜速度、照射するイオンビームＬのイオン種、出力、照射エネルギーなどを考慮し、適宜調整することが可能である。

【0033】

次に、不図示の処理容器内を真空排気装置により所定の圧力に減圧する。ここで、必要に応じて処理容器内に酸素ガスを導入して、処理容器内を酸素雰囲気としても良い。
次いで、基材送出機構３０１、転向部材群３０５ａ、３０５ｂ、基材巻取機構３０２を同時に駆動し、基材１０５を基材送出機構３０１から基材巻取機構３０２に向けて所定の速度にて移動させる。同時に、加熱しながら成膜したい場合は、不図示の加熱機構により、成膜装置１００全体又は基材１０５を所望の温度に保持する。

【0034】

次いで、イオンビーム発生機構３０４によりイオンビームＬをターゲット３０３ａ及びターゲット３０３ｂに同時に照射する。イオンビームＬによりターゲット３０３ａから叩き出され若しくは蒸発される構成粒子は、その放射方向の断面積が拡大した粒子群３０７ａとなり、ターゲット３０３ａと対向して走行する基材部分１０６上の堆積領域を覆う。また、イオンビームＬによりターゲット３０３ｂから叩き出され若しくは蒸発される構成粒子は、その放射方向の断面積が拡大した粒子群３０７ｂとなり、ターゲット３０３ｂと対向して走行する基材部分１０６上の堆積領域を覆う。
これにより、基材１０５は転向部材群３０５ａから転向部材群３０５ｂに向かって周回する間に、その上に、ターゲット３０３ａより拡散防止層１２が成膜され、更にその上にターゲット３０３ｂよりベッド層１３が順次積層される。本実施形態では、レーン数が５であるため、基材１０５は、粒子群３０７ａ、３０７ｂ内を５回通過することになる。粒子群３０７ａ、３０７ｂの通過毎に、拡散防止層１２及びベッド層１３が順次成膜される。その結果、図１に示すような、拡散防止層１２とベッド層１３が繰り返し積層された酸化物超電導導体用配向膜下地層１０が成膜される。

【0035】

本実施形態では、拡散防止層１２とベッド層１３が５回繰り返して積層された酸化物超電導導体用配向膜下地層１０について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。成膜装置１００において、走行する基材１０５の長手方向に並んで配置されたターゲットの数を増やすことで、３種以上の薄膜を繰り返し積層することも可能である。

【0036】

本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜方法によれば、イオンビームを２種以上のターゲットの表面に同時に照射し、このターゲットの構成粒子を叩き出し若しくは蒸着させ、前記２種以上のターゲットの構成成分を帯状の基材上に順に堆積させることにより、１プロセスで２種以上の薄膜を繰り返し積層させて酸化物超電導導体用配向膜下地層を形成することができる。これにより、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層構造を有する酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜時間の短縮が可能となり、生産コストの低減が可能な成膜方法を提供することができる。
さらに、本発明の一態様に係る酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜装置によれば、それぞれの軸が互いに平行となるように配置された転向部材群に、帯状の基材を周回させ、転向部材群間を走行する前記基材の表面と対向して、前記基材の長手方向に２種以上のターゲットを並べて配置させ、イオンビームを前記２種以上のターゲットの表面に同時に照射して、このターゲットの構成粒子を叩き出し若しくは蒸着させることにより、前記帯状の基材はこのターゲットの構成粒子の堆積領域内を複数回通過させられる。これにより、前記基材上に、１プロセスで２種以上の薄膜を繰り返し積層させることができるため、２種以上の薄膜が繰り返し積層された積層構造を有する酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜時間の短縮が可能となり、生産コストの低減が可能な成膜装置を提供することができる。

【実施例】

【0037】

まず、本実施例で用いた、ＩＢＡＤ法による成膜装置について説明する。
図５は、多結晶薄膜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ガンを設けた構成となっている。
この成膜装置は、基材Ａを水平に保持する基材ホルダ５１と、板状のターゲット５２と、イオンガン５３と、スパッタビーム照射装置５４を主体として構成されている。
板状のターゲット５２は、この基材ホルダ５１の斜め上方（例え、斜め左側の上方）に所定間隔をもって、基材ホルダ５１と斜めに対向するように配置され、かつ、ターゲット５２と離間して配置されている。
イオンガン５３は、基材ホルダ５１の斜め上方（例え、斜め右側の上方）に所定間隔をもって、基材ホルダ５１と斜めに対向するように配置され、かつ、ターゲット５２と離間して配置されている。
スパッタビーム照射装置５４は、ターゲット５２の下方において、ターゲット５２の下面（ターゲット５２等とは反対側の面）に向けて配置されている。また、図中符号５５は、ターゲット５２を保持したターゲットホルダを示している。
また、前記成膜装置は、図示略の真空容器に収納されていて、基材Ａの周囲を真空雰囲気に保持できる。更に前記真空容器には、ガスボンベ等の雰囲気ガス供給源が接続されていて、真空容器の内部を真空等の低圧状態で、かつ、アルゴンガスあるいはその他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不活性ガス雰囲気にすることができる。
なお、本実施例では、基材Ａとしては、図４に示す成膜装置１００で作成した酸化物超電導導体用配向膜下地層１０に用いられた基材１１を用いた。

【0038】

なお、基材Ａとして長尺の金属テープを用いる場合、真空容器の内部に金属テープの送出装置と巻取装置を設け、送出装置から連続的に基材ホルダ５１に基材Ａを送り出し、続いて巻取装置で巻き取ることでテープ状の基材上に多結晶薄膜を連続成膜することができる。
基材ホルダ５１の内部に加熱ヒータを備えている。この加熱ヒータにより、基材ホルダ５１の上に位置された基材Ａを所用の温度に加熱することができる。また、基材ホルダ５１の底部（基材Ａが形成された面とは反対側の面）には、基材ホルダ５１の水平角度を調整する角度調整機構が設置されている。なお、これのみに限定されず、この角度調整機構をイオンガン５３に取り付けてイオンガン５３の傾斜角度を調整し、イオンの照射角度を調整するようにしても良い。

【0039】

ターゲット５２は、目的とする岩塩構造層であるＭｇＯ層を形成するためのものであり、具体的には、ＭｇＯあるいはＭｇを用い、必要に応じて成膜雰囲気中に酸素ガスを供給して成膜すればよい。
イオンガン５３は、その容器の内部に、イオン化させるガスを導入し、その正面に引き出し電極を備えて構成されている。そして、ガスの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き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。ガスをイオン化するには高周波励起方式、フィラメント式等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、高真空中でガス分子と衝突させてイオン化する方法である。また、高周波励起方式は、高真空中のガス分子を高周波電界で分極させてイオン化するものである。
本実施例においては、図６に示す構成の内部構造を有するイオンガン５３を用いる。このイオンガン５３は、筒状の容器５６を備え、さらにこの筒状の容器５６の内部に設置された引出電極５７とフィラメント５８とＡｒガス等の導入管５９とを備え、かつ容器５６の先端からイオンをビーム状に平行に照射することができる。

【0040】

イオンガン５３は、図５に示すように、その中心軸が基材Ａの上面（成膜面）に対して傾斜角度θをもって傾斜するように、対向配置されている。この傾斜角度θは３０度〜６０度の範囲が好ましいが、ＭｇＯの場合に、特に４５度前後が好ましい。従ってイオンガン５３は、基材Ａの上面に対して傾斜角θでもってイオンを照射することができるように配置されている。なお、イオンガン５３によって基材Ａに照射されるイオンは、Ｈｅ⁺、Ｎｅ⁺、Ａｒ⁺、Ｘｅ⁺、Ｋｒ⁺等の希ガスのイオン、あるいは、それらと酸素イオンとの混合イオン等で良い。
スパッタビーム照射装置５４は、イオンガン５３と同等の構成を形成し、ターゲット５２に対してイオンを照射して、ターゲット５２の構成粒子を叩き出すことができるものである。なお、本実施形態に係る装置では、ターゲット５３の構成粒子を叩き出すことができることが重要であるので、ターゲット５２に高周波コイル等で電圧を印可して、ターゲット５２の構成粒子を叩き出し可能なように構成し、スパッタビーム照射装置５４を省略しても良い。

【0041】

次に、前記構成を有する装置を用いて、基材Ａ上に多結晶薄膜を形成する方法について説明する。基材Ａ上に多結晶薄膜を形成するには、所定のターゲットを用いるとともに、イオンガン５３から照射されるイオンが基材ホルダ５１の上面に対して４５度前後の角度で照射できるように、角度調整機構を調節する。次に基材を収納している容器の内部を真空引きして減圧雰囲気とする。そして、イオンガン５３とスパッタビーム照射装置５４とを作動させる。

【0042】

スパッタビーム照射装置５４からターゲット５２にイオンを照射すると、ターゲット５２の構成粒子が叩き出されて基材Ａ上に飛来する。そして、基材Ａ上に、ターゲット５２から叩き出した構成粒子を堆積させると同時に、イオンガン５３からＡｒイオンと酸素イオンとの混合イオンを照射する。このイオン照射する際の照射角度θは、たとえばＭｇＯを形成する際には、４０〜６０度の範囲が好適である。

【0043】

以下、実施例をもって本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

【0044】

＜製造例１＞
製造例１では、図１に示す積層構造の酸化物超電導導体用配向膜下地層を製造する。
金属基材１１として、表面を研磨した１０ｍｍ幅のハステロイテープを使用する。この金属基材１１上に、図４に示す成膜装置を用いて、拡散防止層１２としてＡｌ_２Ｏ_３層（１０ｎｍ）を、ベッド層１３としてＹ_２Ｏ_３層（２ｎｍ）を、５回繰り返して積層した酸化物超電導導体用配向膜下地層を形成する。酸化物超電導導体用配向膜下地層の成膜条件は以下の通りである。
ターゲット数：２
ターゲット：幅３０ｃｍ、長さ８０ｃｍのＡｌ_２Ｏ_３板と、幅３０ｃｍ、長さ２０ｃｍのＹ_２Ｏ_３板とを金属テープの長手方向に並べて配置
レーン数：５
イオンガン電圧：１５００Ｖ
イオンガン電流：５００ｍＡ
基材の走行速度：１５０ｍ／ｈ
成膜温度：室温

【0045】

以上に形成された酸化物超電導導体用配向膜下地層上に、ＩＢＡＤ法によって岩塩構造層１４を構成するＭｇＯ層（２〜１０ｎｍ；ＩＢＡＤ−ＭｇＯ層）を形成する。このときのＩＢＡＤ−ＭｇＯ層は、室温で、Ａｒ等の希ガスイオンビームによるイオンアシストビームを基材に対して４５度に入射させながら作製されたものである。
次いで、半値幅（ΔΦ）を測定するために、ＩＢＡＤ−ＭｇＯ層上に、イオンビーム法によりＭｇＯをエピタキシャル成長させてＭｇＯ層（約１００ｎｍ）を積層し、図２に示すような薄膜積層体２０を形成した。このときのＭｇＯ層は２００℃で作製した。このように作製されたＭｇＯ層について、面内方向の結晶軸分散の半値幅（ΔΦ）を測定した。その結果を表１に示す（実施例１〜４）。また、作成したＭｇＯ層のＭｇＯ（２２０）正極点図を図９に示す。
本発明に関する説明において、特に説明がない限り、岩塩構造層１４（又はＩＢＡＤ−岩塩構造層１４）は、ＩＢＡＤ−ＭｇＯ層、又はＩＢＡＤ−ＭｇＯ層とエピタキシャル成長させて積層されたＭｇＯ層とを含む層の概念である。製造例の説明で、特に説明がない限り、ＭｇＯ層とは、ＩＢＡＤ−ＭｇＯ層とエピタキシャル成長させて積層されたＭｇＯ層とを含む概念である。

【0046】

＜製造例２＞
図７は、製造例２で作成した薄膜積層体４０の断面を模式的に示す図である。
金属基材４１として、表面を研磨した１０ｍｍ幅のハステロイテープを使用する。この金属基材４１上に、拡散防止層４２としてＡｌ_２Ｏ_３層（１００ｎｍ）をスパッタリング法により形成した後、さらにベッド層４３としてＹ_２Ｏ_３層（２０ｎｍ）をスパッタリング法により形成する。図７に示したように、拡散防止層４２とベッド層４３とが一層のみ形成されている。
製造例１と同様にして、ＩＢＡＤ−ＭｇＯ層（約２〜１０ｎｍ）とエピタキシャル成長させたＭｇＯ層（約１００ｎｍ）を積層して、図７に示すような薄膜積層体４０を形成し、ＭｇＯ層４４の面内方向の結晶軸分散の半値幅（ΔΦ）を測定した。その結果を表１に併せて示す。
ここで、ＭｇＯ層４４とは、ＩＢＡＤ−ＭｇＯ層、又はＩＢＡＤ−ＭｇＯ層とエピタキシャル成長させたＭｇＯ層とを含む層の概念であって、製造例１における岩塩構造層１４に対応する概念である。

【0047】

【表1】

【0048】

表１に示す結果から分かるように、製造例１で形成されたＭｇＯ層は、製造例２のＭｇＯ層と同程度の良好な結晶配向状態で成膜されている。製造例１では、ターゲットの交換が不要であり、１プロセスで多層膜の成膜が可能であり、製造例２のようにターゲット交換が必要である従来の成膜方法に比べて、製造時間の短縮が可能であり、生産コストを削減することができる。

【0049】

また、表１に示されている実施例１で作成したＭｇＯ層上にＹＢＣＯ超電導層（酸化物超導電層１５）（ＹＢＣＯ：ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘ）をＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）によって、１０００℃で、１０００ｎｍ形成した（積層構造は図３を参照）。その特性を評価した結果、液体窒素温度において、臨界電流密度Ｊｃ＝２．９ＭＡ／ｃｍ^２、臨界電流Ｉｃ＝２９０Ａの高特性が得られていることが確認された。一方、表１に示されている比較例１で作成したＭｇＯ層上に、ＹＢＣＯ超電導層をＰＬＤ法によって１０００℃で１０００ｎｍ形成し、その特性を評価したところ、超電導特性は発現しなかった（積層構造は図８を参照）。この結果より、実施例１の超電導導体用配向膜下地層は、拡散防止層とベッド層とが繰り返し積層された積層構造を有することにより、拡散防止層であるＡｌ_２Ｏ_３層の拡散防止効果に加え、さらに、各積層膜の界面における拡散金属のトラップ効果が加わり、１０００℃のような高温プロセスにおいても、金属基材から拡散する基材構成元素をＭｇＯ層およびＹＢＣＯ超電導層へ拡散させること無く、高い拡散防止効果を有している。一方、比較例１では、１０００℃の高温プロセスにより、金属基板から基板構成原子がＭｇＯ層およびＹＢＣＯ超電導層へと拡散した結果、ＭｇＯ層およびＹＢＣＯ超電導層の結晶配向性が低下し、超電導特性を発現できなくなってしまった。以上より、本発明の実施形態に係る実施例１の超電導導体用配向膜下地層は、拡散防止効果が高いことが確認された。

【0050】

以上の結果より、本発明の態様に係る超電導導体用配向膜下地層によれば、拡散防止層とベッド層との薄膜を周期的に積層させた積層構造とすることにより、配向膜下地層の膜厚を厚膜化することなく、高い拡散防止効果が得られる。
また、本発明の態様に係る超電導導体用配向膜下地層の成膜方法および成膜装置によれば、拡散防止効果の高い超電導導体用配向膜下地層を１プロセスで作成することが可能であり、製造時間の短縮により、生産コストを削減することができる。

【符号の説明】

【0051】

１１、４１ 基材
１２、４２ 拡散防止層
１３、４３ ベッド層
１４、４４ 岩塩構造層
１０５ 基材
３０１ 基材送出機構
３０２ 基材巻取機構
３０３ａ、３０３ｂ ターゲット
３０５ａ、３０５ｂ 転向部材群
３０４ イオンビーム発生源（イオンビーム発生機構）
３０７ａ、３０７ｂ 粒子群

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】