DE69007854T2

DE69007854T2 - Verfahren und Apparatur zur Herstellung eines oxydsupraleitenden Drahtes.

Info

Publication number: DE69007854T2
Application number: DE69007854T
Authority: DE
Inventors: Noriyuki Yoshida
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2010-05-19
Also published as: DE69007854D1; US5206216A; JPH02307808A; EP0398374A2; CA2017082A1; EP0398374B1; CA2017082C; JP2822447B2; EP0398374A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Drahtes, der aus einem supraleitenden Oxidfilm besteht, welcher auf die Oberfläche eines länglichen Materiales (long base material) aufgebracht wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Als Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes ist eine Methode entwickelt worden, gemäß der ein Puder aus einem supraleitenden Oxidmaterial in eine Silberröhre gefüllt und diese als Draht ausgezogen wird, sowie weiterhin ein Verfahren, gemäß dem eine dicke Schicht eines supraleitenden Oxidmateriales auf einem flexiblen Basismaterial mittels Plasmaflammenbeschichtung aufgebracht wird, sowie ähnliche Verfahren (welche im folgenden als erster Stand der Technik bezeichnet werden).
Demgegenüber wurde ein Laserabscheidungsverfahren als Methode vorgeschlagen, um eine dünne Schicht aus einem supraleitenden Oxidmaterial auszubilden, wobei dieses Verfahren noch nicht für die Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes verwendet worden ist. Im Hinblick auf eine derartige Laserabscheidung ist ein Excimerlaser, ein Stickstofflaser, die zweite Harmonische eines YAG-Lasers, ein CO&sub2;-Gaslaser, oder ähnliches eingesetzt worden, um einen supraleitenden Oxidfilm aus Y-Ba-Cu-O, Bi-Sr-Ca-Cu-O oder Tl-Ba-Ca-Cu-O auf einem Basis- bzw. Substratmaterial aus Strontiumtitanat, Magnesiumoxid oder Ähnlichem aufzubringen, wodurch ein Film bzw. eine Schicht mit hoher Qualität erhalten werden konnte (im folgenden als zweiter Stand der Technik bezeichnet). Im Hinblick auf den zweiten Stand der Technik wird beispielsweise auf Appl. Phys. Lett. 53, 1557 (1988) von B. Roas et al. verwiesen.
In dem ersten Stand der Technik gibt es kein Kontrollverfahren, mittels dem die Stromanisotropie des supraleitenden Oxidmateriales in gewünschter Weise longitudinal entlang des Drahtes orientiert werden kann und die kritische Stromdichte, die die wichtigste Größe des Drahtes darstellt, war auf ungefähr 10&sup4; A/cm² bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff beschränkt.
Gemäß dem zweiten Stand der Technik ist demgegenüber der Bereich, auf dem eine Schicht auf einem einkristallinen Basismaterial aus Strontiumtitanat, Magnesiumoxid oder einem ähnlichem Material ausbildbar ist, auf höchstens 2 x 2 [cm²] beschränkt, und dies, obgleich der Film von hoher Qualität ist und eine kritische Stromdichte von 10&sup6; A/cm² bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff erreichbar ist. Demnach war es im wesentlichen unmöglich, einen Film auf einem länglichen Material auszubilden, um einen supraleitenden Draht herzustellen.
Aus der EP-A-0 341 520 ist ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes unter Verwendung von Laser- Ablationstechniken bekannt. Gemäß diesem Lösungsansatz nach dem Stand der Technik wird ein Laserstrahl auf ein Target geführt, das ein supraleitendes Oxidmaterial enthält. Die von dem Target in Antwort auf die Aufbringung des Laserstrahls weggestreuten Partikel werden auf ein Basismaterial aufgebracht. Weiterhin wird erwähnt, daß das Basismaterial gleichfalls ein sich länglich erstreckendes Substrat sein kann, das beispielsweise in der Form eines Bandes vorliegen kann, welches dann für die Herstellung entsprechender Leiter dient.
Unter Berücksichtigung des oben Gesagten liegt daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Ermöglichung der Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes mit hoher Qualität unter Verwendung von Laserabscheidungstechniken.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes gemäß dem Patentanspruch 1 und durch eine Vorrichtung zur Herstellung des supraleitenden Oxiddrahtes gemäß dem Patentanspruch 7 gelöst.
Genauer gesagt umfaßt die vorliegende Erfindung zur Lösung des zuvor genannten technischen Problemes das folgende Verfahren und die folgende Vorrichtung zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes:
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes verwendet die Laserabscheidung, wobei ein Laserstrahl auf ein Target aufgebracht wird, das Komponenten eines supraleitenden Oxidmateriales enthält, und die Atome und/oder Moleküle, die von dem Target weggestreut worden sind, werden auf ein Basismaterial aufgebracht, das beispielsweise durch ein bandähnliches längliches Basismaterial (tape-type long base material) gebildet wird, und dieses längliche Basismaterial wird entlang seiner longitudinalen Richtung bewegt, wodurch sich eine Schicht bzw. ein Film aus dem supraleitenden Material auf der Oberfläche des länglichen Basismaterials bildet.
Gemäß dem zuvor erwähnten Herstellungsverfahren wird eine Maske zwischen dem Target und dem bandähnlichen Basismaterial vorgesehen, um den Film bzw. Schichtbildungsbereich zu begrenzen.
Eine Mehrzahl aus Filmbildungsbereichen, die jeweils mit Targets ausgestattet sind, kann in einer Reihe longitudinal entlang eines länglichen Basismateriales angeordnet werden, um den Schritt der Ausbildung eines Filmes aus einem supraleitenden Oxidmaterial mehrfach bezüglich des länglichen Basismateriales zu wiederholen, das bewegt wird.
Als Laserstrahl wird vorzugsweise ein Laserstrahl verwendet, der von einem Excimerlaser emittiert worden ist, oder einer, der von einem Stickstofflaser emittiert worden ist, oder die vierte oder zweite Harmonische von einem Laserstrahl, der von einem YAG-Laser emittiert worden ist.
Ein keramisches Zirkoniumoxidband oder ein Metallband aus Nickel oder einer Legierung aus der Nickelgruppe wird vorteilhafterweise als längliches Basismaterial eingesetzt, um für ein flexibles Basismaterial zu sorgen.
Weiterhin wird vorzugsweise ein supraleitendes Y-Ba-Cu-O, Bi-Sr-Ca-Cu-O oder Tl-Ba-Ca-Cu-O Material als supraleitendes Oxidmaterial eingesetzt, das das Target bildet.
Die vorliegende Erfindung sorgt weiterhin für eine Vorrichtung zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes, mittels der das zuvor erwähnte Verfahren durchgeführt werden kann. Diese Herstellungsvorrichtung umfaßt:
eine Basismaterial-Haltevorrichtung, die eine Versorgungseinheit und eine Aufnahmeeinheit für ein längliches Basismaterial aufweist, und die das längliche Basismaterial entlang seiner longitudinalen Richtung zwischen der Versorungseinheit und der Aufnahmeeinheit verschieben;
einen Laser zum Emittieren eines Laserstrahles; und
ein Target aus einem supraleitenden Oxidmaterial, das mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, um Atome und/oder Moleküle, welche auf das verschobene längliche Basismaterial aufzubringen sind, durch Bestrahlung durch den Laserstrahl wegzustreuen.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Filmes bzw. einer Schicht aus einem supraleitenden Oxidmaterial durch Laserabscheidung war es lediglich möglich, eine Schicht hoher Qualität auf einen Bereich von ungefähr 2 cm² auf einem einkristallinen Basismaterial aus beispielsweise Strontiumtitanat, Magnasiumoxid oder ähnlichen Materialien aufzubringen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich geworden, einen derartigen Film mit hoher Qualität longitudinal entlang eines länglichen Basismateriales aufzubringen, indem man das Basismaterial entlang seiner longitudinalen Richtung verschiebt bzw. translatorisch bewegt.
Demnach ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich geworden, einen supraleitenden Oxiddraht zu erhalten, der aus einem länglichen Basismaterial gebildet ist, das auf seiner Oberfläche mit einem Film bzw. einer Schicht hoher Qualität aus einem supraleitenden Oxidmaterial versehen ist, und zwar indem man das längliche Basismaterial entlang seiner longitudinalen Richtung bewegt, bzw. translatorisch verschiebt, während vorteilhafterweise die Laserabscheidungstechnik verwendet wird, die in der Lage ist, einen Film bzw. eine Schicht hoher Qualität aus einem supraleitenden Oxidmaterial zu bilden.
Demnach kann ein supraleitender Oxiddraht, der gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, in effektiver Weise beispielsweise für ein supraleitendes Starkstromkabel, einen Magnetdraht oder Ähnliches verwendet werden.
Weiterhin ist die Laserabscheidung im Hinblick auf die Geschwindigkeit der Filmbildung schneller, und zwar verglichen mit der Zerstäubungs- und Vakuumabscheidung. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann daher, wie im folgenden beschrieben werden wird, ein Draht mit einer hohen Geschwindigkeit von beispielsweise ungefähr 5 cm/min bis 50 cm/min hergestellt werden. Demnach kann die vorliegende Erfindung insbesondere in effektiver Weise für die Herstellung eines Drahtes für ein Starkstromkabel dienen, dessen Länge von einigen zehn bis mehreren hundert Kilometern reicht.
Gemäß dem erfinderischen Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes wird vorzugsweise ein Target eingesetzt, das eine flache Oberfläche aufweist. Dies wird gemacht, weil der Oberflächenzustand des Targets die Eigenschaften des derart gebildeten Filmes aus dem supraleitenden Oxidmaterial beeinflußt. Wenn das Target eine rauhe Oberfläche aufweist, wird die von dem Laserstrahl bereitgestellte Energiedichte geringfügig verändert, wodurch die Eigenschaften des Filmes in unerwünschter Weise beeinflußt werden. Daher weist das Target vorzugsweise eine flache Oberfläche auf, um den Film zu bilden, während stabile Verhältnisse aufrechterhalten werden.
Um den Film aus dem supraleitenden Oxidmaterial zu bilden wird eine Maske eingesetzt, um den Filmbildungsbereich zu begrenzen, wodurch der folgende Vorteil erzielt wird: Wie zuvor beschrieben wurde, ist es lediglich möglich, einen Film mit hoher Qualität durch Laserabscheidung in einem Bereich von ungefähr 2 cm² zu bilden. Demnach ist es möglich, wenn die Maske derart eingesetzt wird, daß lediglich ein Film mit hoher Qualität auf einem derartigen beschränkten Bereich auf ein Basismaterial abgeschieden wird, ausschließlich einen Film mit hoher Qualität auf dem Basismaterial innerhalb der Filme zu bilden, die mit Laserabscheidung erhalten werden.
Wenn ein translatorisch verschobenes längliches Basismaterial durch eine Mehrzahl von Filmbildungsstationen geführt wird, ist es möglich, die Geschwindigkeit der Filmbildung proportional zu der Anzahl der Stationen zu erhöhen. In anderen Worten ausgedrückt wird es möglich, die Zeit zu vermindern, die für den Erhalt der gleichen Filmdicke nötig ist. Daher wird es möglich, einen langen supraleitenden Oxiddraht effizient herzustellen.
Wenn ein Laserstrahl eingesetzt wird, der eine hohe Energiedichte hat, dann kann die Temperatur in dem Laserabscheidungsschritt durch photochemische Reaktionen vermindert werden. Beispiele für derartige Laserstrahlen sind Laserstrahlen, die von Excimerlasern wie beispielsweise ArF-, KrF- und XeCl-Lasern emittiert worden sind, die jeweils bei Wellenlängen von 193 nm, 248 nm und 308 nm oszillieren, und ein Laserstrahl, der von einem Stickstofflaser emittiert worden ist, der eine Oszillationswellenlänge von 337 nm aufweist, sowie schließlich die Laserstrahlen der vierten und zweiten Harmonischen eines YAG-Lasers, die jeweils Wellenlängen von 532 nm und 266 nm aufweisen.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detailierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung deutlicher, die in Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung zu sehen ist.
Es zeigt:
Fig. 1 ein erläuterndes Diagramm, in dem eine Vorrichtung zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
Fig. 2 ein erläuterndes Diagramm, in dem eine Vorrichtung zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist; und
Fig. 3 ein erläuterndes Diagramm, in dem eine Vorrichtung zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 ist ein erläuterndes Diagramm, in dem schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein von einer Lasereinheit 1 emittierter Laserstrahl 2 mittels einer Linse 3 konvergiert bzw. fokussiert und auf ein Target 4 aufgebracht, das eine flache Oberfläche aufweist. Die Lasereinheit 1 unterhält eine Pulswiderholung, wenn sie vom gepulsten Betriebstyp ist, oder sie hält einen konstanten optischen Ausgang aufrecht, wenn sie vom kontinuierlichen Betriebstyp ist. Ein Plasma 5 wird in der Nähe eines Teiles des Targets 4 erzeugt, der mit dem Laserstrahl 2 bestrahlt wird.
Demgegenüber wird ein bandähnliches Basismaterial 6 von einer Versorgungsspule 7, die als Versorgungseinheit für das Basismaterial 6 dient, transferiert, und zwar zu einer Aufnahmespule 8, die als Aufnahmeeinheit dient. Das bandähnliche Basismaterial 6 wird entlang seiner longitudinalen Richtung translatorisch bewegt, und zwar zwischen der Versorgungsspule 7 und der Aufnahmespule 8. Der Pfad für eine derartige longitudinale Translation des bandähnlichen Basismateriales 6 ist oberhalb des Targets 4 angeordnet. Eine Wärmequelle 9 zur Erwärmung des Basismaterials wird auf der Normalen des Targets 4 positioniert, um das bandähnliche Basismaterial 6 mit ihrer abgestrahlten Wärme zu erwärmen.
Das Target 4 ist aus einem supraleitenden Oxidmaterial gebildet, so daß ein Film aus dem supraleitenden Oxidmaterial durch Laserabscheidung auf der Oberfläche des bandähnlichen Basismateriales 6 gebildet wird. Um den Bereich der Bildung des Filmes aus dem supraleitenden Oxidmaterial auf den Teil des bandähnlichen Basismateriales 6 zu beschränken, der durch die Basismaterialwärmequelle 9 erwärmt wird, wird eine Maske 10 zwischen dem bandähnlichen Basismaterial 6 und dem Target 4 vorgesehen.
Eine Vakuumkammer (nicht dargestellt), die ein Absauggebläse aufweist, wird bereitgestellt, um wenigstens das Target 4 und den erwärmten Bereich des bandähnlichen Basismateriales 6 zu umschließen.
Fig. 2 ist ein erläuterndes Diagramm, in dem eine Vorrichtung zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung ist dadurch charakterisiert, daß sie aus einer Mehrzahl von Anordnungen besteht, die jeweils die Lasereinheit 1, die Linse 3, das Target 4, die Basismaterialwärmequelle 9 und die Maske 10 aufweisen, die in Fig. 1 dargestellt sind, wobei diese seriell entlang der longitudinalen Richtung des translatorisch verschobenen, bandähnlichen Basismateriales 6 angeordnet sind. Die verbleibende Struktur dieser Ausführungsform ist ähnlich der in Fig. 1 gezeigten, und aus diesem Grund sind entsprechende Teile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um auf ein redundante Beschreibung zu verzichten.
Gemäß der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung wird das bandähnliche Basismaterial 6 einer Mehrzahl von Abscheidungsschritten unterzogen, während es entlang seiner longitudinalen Richtung verschoben wird. Daher wird die Gesamtabscheidungszeit für das bandähnliche Basismaterial 6 proportional zu der Anzahl der zuvor erwähnten Abscheidungsschritte erhöht, wodurch die für jeden Abscheidungsschritt benötigte Zeit zum Erhalt der gleichen Filmdicke umgekehrt proportional zu der Anzahl der Abscheidungsschritte vermindert wird. Daher wird die Geschwindigkeit zur Herstellung des Drahtes proportional zu der Anzahl der Abscheidungsschritte erhöht.
Einige aus der Mehrzahl der Abscheidungsschritte der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung können verwendet werden, um jeweils wenigstens eine stabilisierende Schicht, eine isolierende Schicht und eine Zwischenschicht (Pufferschicht) zu bilden, die als Elemente für einen supraleitenden Draht bekannt sind.
Beispiele, die durch die vorliegende Erfindung erhalten worden sind, werden nun im Detail beschrieben:

Beispiel 1

Die in Fig. 1 gezeigte Laserabscheidungs-Filmbildungsvorrichtung ist eingesetzt worden, um einen supraleitenden Draht herzustellen. Die Lasereinheit 1 wurde durch eine Excimerlasereinheit gebildet, um eine ArF-Oszillation eines Laserstrahles mit einer Wellenlänge von 193 nm auf das Target 4 aufzubringen. Dieser Laserstrahl war vom gepulsten Betriebstyp und die Pulswiderholungsrate war 50 p.p.s. (pulses per second, Pulse pro Sekunde). Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung war in einer Vakuumkammer enthalten, mit Ausnahme der Lasereinheit 1 und der Linse 3. Sauerstoffgas von 1 Torr ist in die Vakuumkammer als Reaktionsgas eingeführt worden. Das bandähnliche Basismaterial 6 wurde durch ein keramisches Zirkoniumoxidband gebildet und seine Oberfläche ist auf eine Temperatur von 600 ºC erwärmt worden. Die Wärmequelle 9 für das Basismaterial ist durch einen Halogenlampenheizer gebildet worden, um das Basismaterial 6 mit der abgestrahlten Wärme zu erwärmen. Das Target 4 bestand aus einem supraleitenden Oxidmaterial der Form Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;Ox. Dieses Target 4 ist in einem Abstand von 30 mm von dem Basismaterial 6 entfernt angeordnet worden und eine perforierte Maske 10 mit 30 mm x 30 mm ist bei einer Position vorgesehen worden, die 1 mm von der Oberfläche des Basismateriales 6 entfernt war.
Weiterhin wurde das bandähnliche Basismaterial 6 entlang seiner longitudinalen Richtung mit einer Rate von 5 cm/Min verschoben, um einen Film aus einem supraleitenden Oxidmaterial zu bilden. Der derart geformte Draht zeigte eine kritische Stromdichte von 4 x 10&sup6; A/cm² bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff, mit einer Streuung von ±5 % in Bereichen über einen 10 m langen Teil des Drahtes. Der auf dem Draht ausgebildete Film aus dem supraleitenden Oxidmaterial wies eine Dicke von 1 um auf.

Beispiel 2

Ein supraleitender Draht ist unter den gleichen Filmbildungsbedingungen hergestellt worden wie im Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß das bandähnliche Basismaterial 6 aus einem Nickelband bestand.
Die kritische Stromdichte des derart gebildeten Drahtstabes betrug 8 x 10&sup5; A/cm² bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff, mit einer Streuung von ±13 % in Bereichen über einen 10 m langen Teil des Drahtes.

Beispiel 3

Die Filmbildungsvorrichtung mittels Laserabscheidung, die in Fig. 2 dargestellt ist, ist eingesetzt worden, um einen Film aus einem supraleitenden Oxidmaterial sequentiell auf ein bandähnliches Basismaterial 6 aufzubringen, das aus einem keramischen Zirkoniumoxidband besteht, und zwar über 10 serielle Abscheidungsschritte hinweg, wobei jeder einzelne mit dem aus den Beispielen 1 und 2 identisch war.
Demgemäß ist möglich geworden, die Fördergeschwindigkeit des bandähnlichen Basismateriales 6 auf 50 cm/min zu erhöhen, um einen Film aus dem supraleitenden Oxidmaterial zu erhalten, der eine Dicke von 1 um hat, ähnlich wie im Beispiel 1.
Die kritische Stromdichte des derart gebildeten supraleitenden Drahtes war 3,2 x 10&sup6; A/cm² bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff, mit einer Streuung von ±7 % in Bereichen über einen 10 m langen Teil des Drahtes. Demgemäß wird deutlich, daß ein supraleitender Draht mit hoher Qualität erhalten werden kann, der im wesentlichen dem Beispiel 1 ähnlich ist.
Ein langsames Herunterkühlen unter vergleichsweise hohen Sauerstoffpartialdrücken ist geeignet, um Sauerstoff in einen Supraleiter einzufügen, wie von den Y-Ba-Cu-O- Oxidsupraleitern bekannt ist. Eine sauerstoffeinfügende Kammer kann demnach hinter einer Filmbildungsstation vorgesehen werden, um einen supraleitenden Film langsam unter einem vergleichsweise hohen Sauerstoffdruck herunterzukühlen, so daß ein supraleitender Draht erhalten werden kann, der vergleichsweise einheitliche Charakterisiken aufweist.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung 11 zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes, die mit einer sauerstoffeinfügenden Kammer ausgestattet ist.
Ein langes flexibles Basismaterial 12 wird aus einem Basismaterialversorgungsteil 14 entlang eines Pfeiles 13 ausgezogen, durch eine Mehrzahl von Filmbildungskammern 15 geführt und nachfolgend durch eine sauerstoffeinfügende Kammer 16, um in einem Basismaterialaufnahmeteil 17 aufgenommen zu werden. Einige der Filmbildungskammern 15 sind in Fig. 3 nicht dargestellt. Diese Ausführungsform ist mit 10 Filmbildungskammern 15 ausgestattet worden.
Targets 18 sind jeweils in den Filmbildungskammern 15 vorgesehen. Laserstrahlen 19 werden jeweils auf die Targets 18 aufgebracht, so daß von den Targets 18 abgestreute Partikel, wie sie durch die Pfeile 20 dargestellt sind, auf dem Basismaterial 12 abgeschieden werden, um einen dünnen supraleitenden Oxidfilm zu bilden.
Gemäß dieser Ausführungsform wird ein geschlossener oder nahezu geschlossener Raum entlang des Basismaterialversorgungsteiles 14, der Filmbildungskammern 15, der sauerstoffeinfügenden Kammer 16 und des Basismaterialaufnahmeteiles 17 definiert. Im allgemeinen ist indessen ein in jeder Filmbildungskammer 15 vorhandener bzw. auf gebauter Druck niedriger als der, der in der sauerstoffeinfügenden Kammer 16 aufgebaut ist. Um einen derartigen Druckunterschied zwischen den Filmbildungskammern 15 und der sauerstoffeinfügenden Kammer 16 zu ermöglichen, wird bevorzugterweise ein Differentialabsauggebläse (nicht dargestellt) zwischen den Filmbildungskammern 15 und der sauerstoffeinfügenden Kammer 16 vorgesehen, wie im Stand der Technik wohlbekannt ist.
Das Basismaterial 12 wird im allgemeinen beispielsweise auf Temperaturen zwischen 500 und 600 ºC erwärmt, und zwar in den Filmbildungskammern 15 und der sauerstoffeinfügenden Kammer 16. Eine derartige Erwärmung kann erreicht werden, indem ein Heizer in der Filmbildungskammer 15 gegen das Basismaterial 12 vorgesehen wird, und indem die interne Atmosphäre der sauerstoffeinfügenden Kammer 16 vollständig erwärmt wird, während das Basismaterial 12 selbst mit Energie versorgt/geheizt werden kann, wenn es aus einem leitenden Metall hergestellt ist.

Beispiel 4

Ein supraleitender Oxiddrahtstab ist unter Verwendung der zuvor erwähnten Vorrichtung 11 hergestellt worden, die 10 Filmbildungskammern 15 und eine sauerstoffeinfügende Kammer 16 aufwies.
In jeder Filmbildungskammer 15 ist ein KrF-Excimerlaserstrahl 19 auf ein Target 18 aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;Ox aufgebracht worden, um einen supraleitenden dünnen Oxidfilm auf einem bandähnlichen Basismaterial 12 aus einkristallinem (100) MgO auszubilden. Die Filmbildungsbedingungen waren eine Substrattemperatur von 650ºC, ein Sauerstoffdruck von 300 mTorr in einem jeden der Filmbildungskammern 15, ein Abstand von 70 mm zwischen dem Basismaterial 12 und jedem Target 18, eine Energiedichte von 2,5 J/cm² und eine Wiederholfrequenz von 5 Hz des Laserstrahls 19.
Die sauerstoffeinfügende Kammer 16 stand unter einem Sauerstoffdruck von 400 mTorr. In der sauerstoffeinfügenden Kammer 16 ist eine Temperatur von 500ºC aufrechterhalten worden, so daß die Temperatur des Basismateriales 12 nicht unterhalb von 500ºC während der Bewegung von der Filmbildungskammer 15 in die nachfolgende sauerstoffeinfügende Kammer 16 vermindert worden ist.
Wenn das Basismaterial 12 mit einer Rate von 20 mm/min geführt wurde, nahm der dünne supraleitende Oxidfilm, der auf dem supraleitenden Draht bereitgestellt worden ist, welcher in dem Basismaterialaufnahmeteil 17 aufgenommen worden ist, eine Dicke von 500 Å an und dieser supraleitende Oxiddraht zeigte eine kritische Temperatur von 88 K und eine kritische Stromdichte von 2 x 10&sup6; A/cm² in flüssigem Stickstoff. Weiterhin wies die kritische Stromdichte eine Streuung innerhalb von ±2 % über einen 10 m langen Teil des Drahtes auf. Demnach ist es möglich, einen Draht mit einer extrem einheitlichen Charakteristik herzustellen.
Um einen supraleitenden Oxiddraht herzustellen, bei dem eine supraleitende Oxidschicht auf ein bandförmiges längliches Basismaterial beispielsweise mittels Laserabscheidung aufgetragen wird, ist es bevorzugt, auf dem bandartigen Basismaterial eine Pufferschicht aufzubringen, um eine Diffusion zwischen dem Basismaterial und der supraleitenden Schicht zu verhindern, dann die supraleitende Schicht, und jeweils eine stabilisierende Schicht, um ein Quenchen zu verhindern das durch die thermische Agitation des supraleitenden Zustandes bedingt wird.
In der folgenden Ausführungsform wird eine supraleitende Oxidschicht durch Laserablation gebildet und wenigstens eine funktionelle Schicht wird gleichfalls durch Laserablation gebildet, wobei sie sich mit der supraleitenden Schicht in Kontakt befindet. Demnach werden die supraleitende Schicht und wenigstens eine funktionelle Schicht über aufeinanderfolgende Schritte des kaskadierenden Systemes hinweg gebildet.
Das Laserablationsverfahren ist für die Bildung von unterschiedlichen Typen von funktionellen Schichten brauchbar, und zwar neben der Bildung der supraleitenden Oxidschicht.
Für einen supraleitenden Oxiddraht, der hergestellt wird, indem man sukzessive beispielsweise eine Pufferschicht, eine supraleitende Oxidschicht und eine Stabilisierungsschicht auf einem bandartigen Basismaterial bildet, kann das Laserablationsverfahren zur Bildung der Pufferschicht oder der stabilisierenden Schicht herangezogen werden, oder auch für sowohl die Puffer- als auch die stabilisierende Schicht, zusätzlich zur Bildung der supraleitenden Oxidschicht.
Für einen supraleitenden Oxiddrahtstab, der hergestellt wird, indem man sukzessive eine erste Pufferschicht, eine supraleitende Oxidschicht, eine zweite Pufferschicht und eine stabilisierende Schicht auf einem bandartigen Basismaterial ausbildet, kann das Laserablationsverfahren zur Bildung der ersten Pufferschicht, der Bildung der zweiten Pufferschicht, der Bildung der ersten und der zweiten Pufferschicht, oder zur Bildung der ersten und zweiten Pufferschichten und der stabilisierenden Schicht herangezogen werden.
Eine Ausführungsform, in der wenigstens eine aus der Mehrzahl der Filmbildungsstationen zur Bildung einer derartigen funktionellen Schicht verwendet wird, kann unter Bezugnahme auf die Fig. 2 erläutert werden.
Ein langes, flexibles, bandartiges Basismaterial 6 wird von einer Spule 7 gezogen, die in einer Versorgungskammer vorgesehen ist, es wird anschließend durch eine erste Filmbildungskammer und eine nachfolgende zweite Filmbildungskammer geführt und auf eine Spule 8 gewunden, die in einer Aufnahmekammer bereitgestellt ist.
Ein Target 4 beispielsweise aus MgO zur Bildung einer Pufferschicht wird in der ersten Filmbildungskammer vorgesehen. Dieses Target 4 wird mit einem Laserstrahl 2 bestrahlt, der von einem Laser 1 emittiert worden ist. Von dem Target 4 dabei weggestreute Partikel werden auf dem bandartigen Basismaterial 6 abgeschieden, um die Pufferschicht zu bilden
Ein weiteres Target 4 beispielsweise aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ wird zur Bildung einer supraleitenden Oxidschicht in der zweiten Filmbildungskammer vorgesehen. Dieses Target 4 wird mit einem Laserstrahl 2 bestrahlt, der von einem Laser 1 emittiert wird. Von dem Target 4 hierbei weggestreute Partikel werden auf der Pufferschicht abgeschieden, die auf dem bandartigen Basismaterial 6 vorhanden ist, um die supraleitende Oxidschicht zu bilden.
In der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung wird ein verschlossener oder im wesentlichen verschlossener Raum entlang der Versorgungskammer, der ersten und zweiten Filmbildungskammer und der Aufnahmekammer vorgesehen, so daß jeweils gewünschte Atmosphären in der ersten und zweiten Filmbildungskammer gebildet werden können.
Obgleich das Target in jedem Beispiel aus Y-Ba-Cu-O besteht, ist bestätigt worden, daß im wesentlichen ähnliche experimentelle Ergebnisse mit einem Target erhalten werden, das aus Bi-Sr-Ca-Cu-O oder Tl-Ba-Ca-Cu-O besteht.
Obgleich die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und illustriert worden ist, wird darauf hingewiesen, daß dies nur aus Gründen der Illustration geschah und beispielhaften Charakter hat, und daß dies nicht beschränkend aufzufassen ist, denn der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt sein.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes unter Verwendung von Laserablation, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

Führen eines länglichen Basismaterials (6; 12) entlang seiner londitudinalen Richtung durch eine Filmbildungsstation (15), in der ein Target (4; 18) vorgesehen ist, das Komponenten eines supraleitenden Oxidmateriales enthält;

Aufbringen eines Laserstrahles (2; 19) auf das Target (4; 18), wodurch Partikel von dem Target (4; 18) weggestreut werden; und

Abscheiden der Partikel auf dem länglichen Basismaterial (6; 12) in einem begrenzten Filmbildungsbereich, der durch eine Maske (10) definiert wird, die zwischen dem Target und dem Basismaterial angeordnet ist, um einen supraleitenden Oxidfilm zu bilden.

2. Ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes nach Anspruch 1, welches desweiteren den Schritt des langsamen Herunterkühlens des supraleitenden Oxidfilmes unter einem Sauerstoffpartialdruck umfaßt, der höher ist als der in der Filmbildungsstation, und zwar nach dem Schritt des Abscheidens des supraleitenden Oxidfilmes.

3. Ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes gemäß einem der vorigen Ansprüche, worin die Filmbildungsstation (15) eine Mehrzahl von Filmbildungsstationen (15) umfaßt, die entlang eines Führungspfades des länglichen Basismateriales (6; 12) verteilt sind.

4. Ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes nach einem der vorigen Ansprüche, worin ein Laserstrahl, der von einem Excimerlaser, ein Laserstrahl, der von einem Stickstofflaser oder die vierte oder die zweite Harmonische eines von einem YAG-Laser emittierten Laserstrahles als der Laserstrahl (2; 19) eingesetzt wird.

5. Ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes nach einem der vorigen Ansprüche, worin ein keramisches Zirkoniumoxidband und ein Metallband aus Nickel, oder eine Legierung der Nickelgruppe als das Basismaterial (6; 12) eingesetzt wird.

6. Ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes nach einem der vorigen Ansprüche, worin das Target (4; 18) eine Zusammensetzung aufweist, die aus der Gruppe Y-Ba-Cu-O, Bi-Sr-Ca-Cu-O und Tl-Ba-Ca-Cu-O ausgewählt worden ist.

7. Eine Vorrichtung zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes, mit:

einer Haltevorrichtung für ein Basismaterial, die eine Versorgungseinheit (7; 14) und eine Aufnahmeeinheit (8; 17) für das längliche Basismaterial (6; 12) aufweist, um das längliche Basismaterial (6; 12) translatorisch entlang seiner longitudinalen Richtung zwischen der Versorgungseinheit (7; 14) und der Aufnahmeeinheit (8; 17) zu verschieben;

einem Laser (1) zum Emittieren eines Laserstrahles (2; 19); und

einem Target (4; 18), das Komponenten eines supraleitenden Oxidmateriales enthält, wobei das Target (4; 18) mit dem Laserstrahl (2; 19) bestrahlt wird, um auf das verschobene längliche Basismaterial (6; 12) abzuscheidende Atome und/oder Moleküle durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl wegzustreuen; und

einer Maske (10), die zwischen dem Target (4; 18) und dem länglichen Basismaterial (6; 12) angeordnet ist, um einen Filmbildungsbereich auf dem länglichen Basismaterial (6; 12) zu begrenzen.

8. Eine Vorrichtung zur Herstellung eines supraleitenden Oxiddrahtes nach Anspruch 7, worin eine Mehrzahl aus Kombinationen aus dem Laser 1 und dem Target (4; 18) seriell entlang der longitudinalen Richtung des verschobenen länglichen Basismateriales (6; 12) angeordnet wird.