JP2006233247A - Thin film deposition system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜形成装置に関し、更に詳しくは、レーザ光をターゲットに照射して、このターゲットから叩き出され若しくは蒸発した蒸着粒子を基材上に堆積させることにより、酸化物超電導体薄膜等の薄膜を形成する際に好適に用いられ、特に、長尺基材を用いた酸化物超電導線材の生産性の効率化及び特性改善を図ることが可能な薄膜形成装置に関する。 The present invention relates to a thin film forming apparatus, and more specifically, by irradiating a target with laser light and depositing vapor deposition particles that have been knocked out or evaporated from the target on a substrate, such as an oxide superconductor thin film or the like. The present invention relates to an apparatus for forming a thin film that can be suitably used for forming a thin film, and that can improve the efficiency and improve the characteristics of an oxide superconducting wire using a long base.
酸化物超電導体を導電体として使用するためには、テープ状基材などの長尺基材上に、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が、一般には、金属テープ自体が多結晶体でその結晶構造も酸化物超電導体と大きく異なるために、金属テープ上に直接、結晶配向性の良好な酸化物超電導体の薄膜を形成させることは難しい。そこで、ハステロイテープなどの金属テープからなる基材の上に、結晶配向性に優れたイットリア安定化ジルコニア(YSZ)などの多結晶中間薄膜を形成し、この多結晶中間薄膜上に、臨界温度が約90Kで、液体窒素(77K)での磁場特性がBi系の酸化物超電導体より優れ、安定性にも優れたY1Ba2Cu3Ox系の酸化物超電導体の薄膜を成膜する試みが行なわれており、この酸化物超電導体の薄膜を成膜するには、レーザ蒸着法による薄膜の形成方法が採用されている。 In order to use an oxide superconductor as a conductor, it is necessary to form a thin film of an oxide superconductor with good crystal orientation on a long substrate such as a tape-shaped substrate. Since the metal tape itself is polycrystalline and its crystal structure is significantly different from that of the oxide superconductor, it is difficult to form a thin film of an oxide superconductor with good crystal orientation directly on the metal tape. Therefore, a polycrystalline intermediate thin film such as yttria-stabilized zirconia (YSZ) excellent in crystal orientation is formed on a base material made of a metal tape such as hastelloy tape, and the critical temperature is set on the polycrystalline intermediate thin film. A thin film of a Y 1 Ba 2 Cu 3 O x oxide superconductor having a magnetic field characteristic in liquid nitrogen (77K) superior to that of a Bi oxide oxide superconductor and excellent in stability is formed at about 90K. In order to form a thin film of this oxide superconductor, a thin film forming method by a laser vapor deposition method is employed.
ところで、従来のレーザ蒸着法による薄膜の形成方法では、レーザ光をターゲットの表面上の同一経路に沿って往復移動させることにより走査するため、長時間成膜を行うと、レーザ光に偏心が生じることとなり、その結果、ターゲットから叩き出された蒸着粒子の飛行する方向が偏ってしまい、蒸着粒子を多結晶中間薄膜上に均一に堆積させることができず、得られる薄膜の厚みや膜質や結晶配向性にバラツキが生じてしまい、臨界電流密度等の超電導特性が低下してしまう等の問題があった。そこで、本出願人は、長尺基材表面に蒸着粒子を均一に堆積させることができるレーザ蒸着法による薄膜の形成方法として、長尺基材(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、この通過毎に前記長尺基材上に前記蒸着粒子を堆積させ、前記長尺基材上に複数層からなる薄膜を成膜する方法を提案している(例えば、特許文献1参照。)。 By the way, in the conventional method for forming a thin film by the laser vapor deposition method, scanning is performed by reciprocating the laser beam along the same path on the surface of the target. As a result, the flying direction of the vapor deposition particles struck from the target is biased, and the vapor deposition particles cannot be uniformly deposited on the polycrystalline intermediate thin film. There has been a problem that the orientation is varied and the superconducting properties such as critical current density are lowered. Therefore, the applicant of the present invention is a method for forming a thin film by laser vapor deposition that can deposit vapor deposition particles uniformly on the surface of a long substrate. A plurality of times, and depositing the vapor deposition particles on the long base material for each passage, and forming a thin film consisting of a plurality of layers on the long base material (for example, (See Patent Document 1).
この特許文献1に記載された従来技術において、前記蒸着粒子の堆積領域内に長尺基材3を複数回通過させるために、図6〜図8に示すように、長尺基材3を巻回する巻回部材4を複数個、ロール受け軸21に同軸的に配列してなる一対の巻回部材群5,6を処理容器2内に対向配置し、これら一対の巻回部材群5,6に巻回された長尺基材3を周回させて複数列とし、これらにターゲット9から噴出した蒸着粒子の流れ(以下、プルーム20と記す。)を当てて複数列の長尺基材3の表面に蒸着粒子を堆積させて薄膜形成を行っている。この従来方法によれば、効率よく基材表面に複数層からなる薄膜を成膜することができる。
しかしながら、前述した従来技術にあっては、図8及び図9に示すように、巻回部材4として、外周面の厚さ方向両側に径方向に突出した鍔部22が設けられ、両方の鍔部22間が長尺基材3を導入するガイド溝23となっている円盤状をなすガイド溝付きのロールを用いていたために、図9に示すように巻回部材4の鍔部22が蒸着粒子の長尺基材面方向への拡散が妨げられ、薄膜が安定して成膜できない場合がある。これは、特に酸化物超電導線材の製造において、得られる線材の超電導特性が劣化する原因となっていることが、本発明者の検討から明らかになった。すなわち、ガイド溝付きのロールを巻回部材4として用い、長尺基材3の表面に酸化物超電導体薄膜を成膜した場合、図9に示すように、長尺基材3の幅方向に蒸着粒子の濃淡が生じ、蒸着粒子が増加した薄膜部分では、超電導特性が他部よりも劣化してしまう問題があった。
However, in the above-described prior art, as shown in FIGS. 8 and 9, the winding member 4 is provided with the
本発明は前記事情に鑑みてなされ、成膜時に超電導特性の劣化を防いで高品質の長尺酸化物超電導線材を製造することができる製造装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus capable of manufacturing a high quality long oxide superconducting wire while preventing deterioration of superconducting characteristics during film formation.
前記目的を達成するため、本発明は、長尺基材を収容する処理容器と、該処理容器内に配置され前記長尺基材を巻回する巻回部材を複数個同軸的に配列してなる少なくとも一対の巻回部材群と、これらの巻回部材群に巻回された長尺基材に近接して設けられたターゲットホルダと、該ターゲットホルダに保持されるターゲットにレーザ光を照射するレーザ光発光手段とを備え、前記レーザ光を前記ターゲットの表面に照射し、該ターゲットから叩き出され若しくは蒸発した蒸着粒子を、前記巻回部材群に巻回されこれらの巻回部材群を周回することによって複数列が接近した状態で平行に並べられた長尺基材の表面に堆積させる薄膜形成装置において、前記巻回部材群は、前記長尺基材が巻回される外周端面が平坦な巻回部材を複数個同軸的に配列して構成されていることを特徴とする薄膜形成装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention comprises a processing container for storing a long base material, and a plurality of winding members that are arranged in the processing container and wind the long base material. A laser beam is irradiated to at least a pair of winding member groups, a target holder provided in the vicinity of the long base material wound around these winding member groups, and a target held by the target holder Laser light emitting means, irradiating the surface of the target with the laser light, and depositing the evaporated particles that have been knocked out or evaporated from the target and wound around the winding member group. In the thin film forming apparatus for depositing on the surface of the long base material arranged in parallel with a plurality of rows approaching each other, the winding member group has a flat outer peripheral end surface on which the long base material is wound Coaxial multiple winding members To provide a thin film forming apparatus characterized by being constructed by arranging.
本発明の薄膜形成装置において、前記巻回部材の近傍に、前記長尺基材の軌道をガイドするガイドローラが設けられたことが好ましい。 In the thin film forming apparatus of the present invention, it is preferable that a guide roller for guiding the track of the long base material is provided in the vicinity of the winding member.
本発明の薄膜形成装置において、前記ターゲットは、酸化物超電導体材料であり、前記薄膜は酸化物超電導体薄膜であることが好ましい。 In the thin film forming apparatus of the present invention, the target is preferably an oxide superconductor material, and the thin film is preferably an oxide superconductor thin film.
本発明の薄膜形成装置は、長尺基材が巻回される外周端面が平坦な巻回部材を複数個同軸的に配列して構成した巻回部材群を用いているので、外周面の厚さ方向両側に径方向に突出した鍔部が設けられた巻回部材を用いた場合と比べ、蒸着粒子が鍔部に堆積することがなく、蒸着粒子の面方向への拡散がスムーズになり、長尺基材の表面に蒸着粒子が均一に付着・堆積するので、幅方向及び長手方向の厚さや特性の変動が少ない均一な薄膜を形成することができる。
特に、長尺基材の表面に酸化物超電導体薄膜を成膜する場合、滑らかな面上にプルームを吹き付ける環境が得られるため、酸化物超電導体薄膜の安定した一定方向への結晶成長が可能となり、超電導特性に優れた酸化物超電導線材を製造することができる。
The thin film forming apparatus of the present invention uses a winding member group configured by coaxially arranging a plurality of winding members having flat outer peripheral end surfaces around which a long base material is wound. Compared to the case of using a winding member provided with ridges projecting in the radial direction on both sides in the vertical direction, the vapor deposition particles do not accumulate on the buttock, and the diffusion of the vapor deposition particles in the surface direction becomes smooth, Since vapor deposition particles uniformly adhere and deposit on the surface of the long base material, a uniform thin film with little variation in thickness and characteristics in the width direction and the longitudinal direction can be formed.
In particular, when an oxide superconductor thin film is formed on the surface of a long substrate, an environment in which a plume is sprayed on a smooth surface is obtained, so that the crystal growth of the oxide superconductor thin film in a stable and constant direction is possible. Thus, an oxide superconducting wire excellent in superconducting characteristics can be manufactured.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1〜図6は、本発明の薄膜形成装置の一実施形態を説明する図であり、図1は薄膜形成装置の要部側面図、図2は図1中のA部の平面図、図3は図2中のC−C’部の断面図、図4は図1中のB部断面図、図5は本発明の薄膜形成装置により製造される酸化物超電導線材の一例を示す断面図、図6は薄膜形成装置の一例を示す構成図である。なお、本実施形態では、図5に示すように、テープ形状の長尺基材3上に酸化物超電導体からなる超電導層33を形成してなる酸化物超電導線材30を製造する場合を例示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 6 are diagrams for explaining an embodiment of a thin film forming apparatus according to the present invention. FIG. 1 is a side view of a main part of the thin film forming apparatus, and FIG. 2 is a plan view of a portion A in FIG. 3 is a cross-sectional view of CC ′ portion in FIG. 2, FIG. 4 is a cross-sectional view of B portion in FIG. 1, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of an oxide superconducting wire manufactured by the thin film forming apparatus of the present invention. FIG. 6 is a block diagram showing an example of a thin film forming apparatus. In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 5, the case where the oxide
本実施形態の薄膜形成装置は、長尺基材3が巻回される外周端面が平坦な巻回部材24を複数個、ロール受け軸21に同軸的に配列して構成された巻回部材群25を用いたこと以外は、特許文献1に開示されている従来公知の薄膜形成装置と同様に構成することができる。図6に示す薄膜形成装置1は、長尺基材3を収容する処理容器2と、処理容器2内に配置され長尺基材3を巻回する巻回部材24を複数個、ロール受け軸21に同軸的に配列してなる一対の巻回部材群25,6と、これらの巻回部材群25,6に巻回された長尺基材3に近接して設けられたターゲットホルダ10と、ターゲットホルダ10に保持されるターゲット9にレーザ光12を照射するレーザ光発光手段11とを備え、レーザ光12をターゲット9の表面に照射し、ターゲットから叩き出され若しくは蒸発した蒸着粒子を、巻回部材群25,6に巻回されこれらの巻回部材群25,6を周回することによって複数列が接近した状態で平行に並べられた長尺基材3の表面に堆積させるように構成されている。
The thin film forming apparatus according to the present embodiment includes a winding member group configured by coaxially arranging a plurality of winding
前記処理容器2には、外部からレーザ光12を容器内に導入するための透明窓13と、容器内部を減圧状態に維持する真空排気装置15が接続された排気口14が設けられている。また、処理容器2内には、長尺基材3の送出リール7と、成膜を終えた酸化物超電導線材を巻き取るための巻取リール8が設けられている。長尺線材3は、送出リール7から引き出されて一対の巻回部材群25,6の間に巻回され、多数の巻回部材24を順次通過した後、巻取リール8に巻き取られるように設けられている。また、これらの巻回部材群25,6の間には、長尺基材3を成膜適温に加熱するためのヒータ内蔵基台19が配置されている。
The
処理容器2内に設けられたターゲットホルダ10は、ターゲット9の中心を軸として回転可能で且つ横移動(往復移動)可能に設けられている。このように、ターゲット9を回転可能且つ横移動可能に設けたことにより、長時間の成膜を継続して実施しても、ターゲット9の表面がほぼ均一に削られ、ターゲット9表面の形状乱れによってプルーム20の方向が変わる不具合を防止でき、長尺基材3の長手方向に均一な膜厚の超電導層33を形成することができる。
The
ターゲットホルダ10に取り付けられたターゲット9は、形成しようとする超電導層33と同等または近似した組成、あるいは、成膜中に逃避しやすい成分を多く含有させた複合酸化物の焼結体あるいは酸化物超電導体などの板体からなっている。従って、酸化物超電導体のターゲット9は、Y1Ba2Cu3Ox、Y2Ba4Cu8Ox、Y3Ba3Cu6Oxなる組成、(Bi,Pb)2Ca2Sr3Cu4Oxなる組成、あるいはTl2Ba2Ca2Cu3Ox、Tl1Ba2Ca2Cu3Ox、Tl1Ba2Ca3Cu4Oxなる組成などに代表される臨界温度の高い超電導層33と同一の組成か近似した組成のものを用いることが好ましい。
The target 9 attached to the
このターゲット9にレーザ光12を照射するレーザ光発光手段11としては、ターゲット9から蒸着粒子を叩き出すことができるレーザ光12を発生するものであれば、Ar−F(193nm)、Kr−F(248nm)などのエキシマレーザ、YAGレーザ、CO2レーザなどのいずれのものを用いても良い。レーザ光発光手段11から照射されるレーザ光12は、反射ミラー16,18や集光レンズ17などの必要な光学系を経て、処理容器2に設けられた透明窓13を通して該容器内に入り、ターゲット9の表面に照射される。
The laser light emitting means 11 for irradiating the target 9 with the
レーザの照射出力の調整は、レーザ光発光手段11に電力を供給する増幅装置(図示略)の出力を調整することにより行うことができる。また、レーザの照射周波数は、1秒間当たりに間欠的に発振されるレーザのパルスの数を示すものであり、この調整は、レーザ光発光手段11に電力を一定の周波数をもって間欠的に供給するか、レーザ光12が通過する経路のどこかに、回転セクタ等の機械的シャッタを設け、この機械的シャッタを一定の周波数をもって作動させることにより、調整することができる。
The adjustment of the laser irradiation output can be performed by adjusting the output of an amplifying device (not shown) that supplies power to the laser light emitting means 11. The laser irradiation frequency indicates the number of laser pulses intermittently oscillated per second. This adjustment supplies power to the laser light emitting means 11 intermittently at a constant frequency. Alternatively, it can be adjusted by providing a mechanical shutter such as a rotating sector somewhere in the path through which the
一対の巻回部材群25,6のうち、少なくとも一方の巻回部材群25は、長尺基材3が巻回される外周端面が平坦な巻回部材24を複数個、ロール受け軸21に同軸的に配列して構成されている。この巻回部材24は、外周端面に鍔部や溝などの凹凸のない円盤状をなしており、図4に示すように、その外周端面に長尺基材3を巻回した状態で、長尺基材3の表面(成膜面)が最外側となる。この巻回部材24に長尺基材3を巻回して成膜する場合、図1に示すようにプルーム20を当てると、巻回部材24の外周端面が平坦であることから、蒸着粒子は図4に示すように長尺基材3の面方向にスムーズに拡散され、均一に堆積される。
Among the pair of winding
この巻回部材24の近傍には、長尺基材3の軌道をガイドするための複数のガイドローラ28が設けられている。本実施形態において、これらのガイドローラ28は、図2及び図3に示すように、長尺基材3の両側に対をなすように設けられ、長尺基材3の両端をガイド溝29によりガイドすることにより、長尺基材3の軌道を確保している。
In the vicinity of the winding
次に、前述したように構成された本実施形態の薄膜形成装置1を用い、長尺基材3の表面に酸化物超電導体からなる超電導層33を成膜し、図5に示す断面構造を有する酸化物超電導線材30を製造する方法を説明する。
Next, using the thin
この長尺基材3は、ハステロイ等の金属テープ状の基材31上にイオンビームアシストスパッタリング法等によってGd2Zr2O7、CeO2、YSZなどからなる1層又は2層以上の多結晶中間薄膜32を形成してなるものである。
This
この基材31の構成材料としては、ステンレス鋼、銅、または、ハステロイなどのニッケル合金などの各種金属材料から適宜選択される長尺の金属テープを用いることができる。この基材31の厚みは、0.01〜0.5mm、好ましくは0.02〜0.15mmとされる。基材31の厚みが0.5mm以上では、後述する超電導層33の膜厚に比べて厚く、オーバーオール(酸化物超電導導体全断面積)あたりの臨界電流密度としては低下してしまう。一方、基材31の厚みが0.01mm未満では、基材31の強度が低下し、超電導層33の補強効果を消失してしまう。
As a constituent material of the
多結晶中間薄膜32は、立方晶系の結晶構造を有する結晶の集合した微細な結晶粒が多数相互に結晶粒界を介して接合一体化されてなるものであり、各結晶粒の結晶軸のc軸は基材1の上面(成膜面)に対してほぼ直角に向けられ、各結晶粒の結晶軸のa軸どうしおよびb軸どうしは、互いに同一方向に向けられて面内配向されている。多結晶中間薄膜32の厚みは、0.1〜1.0μmとされる。多結晶中間薄膜32の厚みを1.0μmを超えて厚くしてももはや効果の増大は期待できず、経済的にも不利となる。一方、多結晶中間薄膜32の厚みが0.1μm未満であると、薄すぎて超電導層33を十分支持できない恐れがある。この多結晶中間薄膜32の構成材料としてはGd2Zr2O7、CeO2、YSZの他に、MgO、SrTiO3等を用いることができる。
The polycrystalline intermediate
成膜後に得られる酸化物超電導体からなる超電導層33は、Y1Ba2Cu3Ox、Y2Ba4Cu8Ox、Y3Ba3Cu6Oxなる組成、(Bi,Pb)2Ca2Sr3Cu4Oxなる組成、あるいはTl2Ba2Ca2Cu3Ox、Tl1Ba2Ca2Cu3Ox、Tl1Ba2Ca3Cu4Oxなる組成などに代表される臨界温度の高い酸化物超電導体からなるものである。この超電導層33の厚みは、0.5〜5μm程度で、かつ均一な厚みとなっている。また、超電導層33の膜質は均一となっており、超電導層33の結晶のc軸とa軸とb軸も多結晶中間薄膜32の結晶に整合するようにエピタキシャル成長して結晶化しており、結晶配向性が優れたものとなっている。
The
図6に示す薄膜形成装置1を用いて長尺基材3の上に超電導層33を成膜するには、送出リール20に巻回されている長尺基材3を引き出しながら、一対の巻回部材群25,6に順次巻回し、その後巻取リール8に巻き取り可能に固定する。これによって、一対の巻回部材群25,6に巻回された長尺基材3がこれらの巻回部材群25,6を周回し、プルーム20が当たる部分に長尺基材3が複数列並んで移動するようになる。また、ターゲットホルダ10にターゲット9を取り付ける。その後、真空排気装置15を駆動し、処理容器2内を減圧する。この際、必要に応じて処理容器2内に酸素ガスを導入して容器内を酸素雰囲気としても良い。
In order to form the
次に、一対の巻回部材群25,6の間に設けられたヒータ内蔵基台19のヒータに通電し、これらの巻回部材群25,6に巻回された長尺基材3が所定の成膜適温になるように加熱しておく。
Next, the heater of the heater built-in
次に、送出リール7から長尺基材3を送り出しつつ、レーザ光発光手段11からレーザ光12を発生させ、透明窓13を通してレーザ光12を処理容器2内に導入し、ターゲット9に照射する。この時、レーザ光11の照射位置をターゲット9の表面上で移動させる走査を行いながらレーザ光12をターゲット9に照射してもよい。また、ターゲット9は、回転及び横方向に往復移動させている。このターゲット9の回転運動によりレーザ光12は円状の軌跡を描くので、ターゲット9表面は円状に削られ、また、前記往復運動によりレーザ光12はターゲット9の径方向に動くことで、ターゲット9の円周側から中心側にかけても削られるので、異なる場所のターゲット9の構成材料が叩き出されるか蒸発する。
Next, the
ターゲット9から叩き出され若しくは蒸発した蒸着粒子は、その放射方向の断面積が拡大したプルーム20となり、一対の巻回部材群25,6に巻回され、多数の巻回部材4間を周回することによって複数列に並んで移動している長尺基材3の表面に付着、堆積される。これによって長尺基材3の表面に酸化物超電導体からなる超電導層33が成膜される。
The vapor deposition particles knocked out or evaporated from the target 9 become a
このレーザ光12の照射エネルギーは200〜400mJの範囲であることが好ましい。レーザ光12の照射エネルギーが200mJ未満であると、ターゲット9に与える熱エネルギーが小さすぎてターゲット9の蒸着粒子を十分に叩き出し若しくは蒸発させることができず、超電導層33の成膜速度が低下してしまい効率的でないからであり、また、レーザ光12の出力が400mJを越えると、ターゲット9に与えるエネルギーが大きすぎてターゲット9に割れ等が生じる虞があるからである。
The irradiation energy of the
さらに、レーザ光12の照射周波数は10〜200Hzの範囲であることが好ましい。レーザ光12の照射周波数が10Hz未満であると、照射出力を400mJとしても、ターゲット9に与えるエネルギーが小さすぎて、ターゲット9の蒸着粒子を十分に叩き出すことができず、超電導層33の成膜速度が低下してしまい効率的でないからであり、また、レーザ光12の照射周波数が200Hzを越えると、照射出力を200mJとしても、ターゲット9に与えるエネルギーが大きすぎてターゲット9に割れ等が生じる虞があるからである。
Furthermore, the irradiation frequency of the
このように、長尺基材3が巻回部材群25,6を周回する間に、長尺基材3はプルーム20と接する領域を複数回通過することになる。長尺基材3がプルーム20と接する領域を通過する毎に、酸化物超電導体からなる薄膜が順次成膜されるので、その結果、多結晶中間薄膜30上に各層の厚みが略一定となるような積層構造の超電導層33が成膜され、図5に示す酸化物超電導線材30が得られる。超電導層33の成膜後、得られた酸化物超電導線材30は、巻取リール8に巻き取られる。
Thus, while the
この薄膜形成装置1は、長尺基材3が巻回される外周端面が平坦な巻回部材24を複数個同軸的に配列して構成した巻回部材群25を用いているので、図9に示すように外周面の厚さ方向両側に径方向に突出した鍔部22が設けられた巻回部材4を用いた場合と比べ、蒸着粒子が鍔部に堆積することがなく、蒸着粒子の面方向への拡散がスムーズになり、長尺基材3の表面に蒸着粒子が均一に付着・堆積するので、幅方向及び長手方向の厚さや特性の変動が少ない均一な薄膜を形成することができる。
Since this thin
また、この巻回部材24の近傍に、長尺基材3の軌道をガイドするガイドローラ28を設けたことで、外周端面が平坦な巻回部材24を用いても長尺基材3の軌道を十分確保できる。また、ガイド部にガイドローラ28を用いることで、このガイド部での摩擦を殆ど無くすことができ、長尺基材3を傷めるおそれがない。
Further, by providing a
本実施形態の薄膜形成装置1によれば、長尺基材3の表面に酸化物超電導体からなる超電導層33を成膜する場合、滑らかな面上にプルーム20を吹き付ける環境が得られるため、超電導層33を安定した一定方向への結晶成長が可能となり、超電導特性に優れた酸化物超電導線材30を製造することができる。
According to the thin
なお、前述した実施形態は本発明の例示に過ぎず、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、各種の変更や修正が可能である。
例えば、前述した実施形態では、薄膜として酸化物超電導体からなる超電導層33を成膜する装置を例示しているが、本発明の薄膜形成装置は、他のレーザ蒸着が可能な材料、例えば、各種のセラミックス材料や金属材料などの成膜用に適用することができる。
また、長尺基材3はテープ状に限定されず、断面円形の線材等であっても良い。
The above-described embodiment is merely an example of the present invention, and the present invention is not limited to the present embodiment, and various changes and modifications can be made.
For example, in the above-described embodiment, an apparatus for forming the
Moreover, the
[比較例]
図6に示す薄膜形成装置において、図9に示すように外周端面に鍔部が設けられた巻回部材4を複数個同軸的に配列してなる巻回部材群5,6を有する従来の薄膜形成装置を用い、テープ状の長尺基材の表面にY1Ba2Cu3Oxからなる超電導層を成膜した。線速を10m/時間とし、約10時間の連続成膜で厚さ1μmのY1Ba2Cu3Oxからなる超電導層を成膜し、全長100mの酸化物超電導線材を製造した。得られた酸化物超電導線材の臨界電流(Ic)は100m全長でIc=250Aであった。成膜開始時の該線材の臨界電流はIc=350Aと高かったものの、成膜後半から徐々に特性低下が見られ、成膜終了時の臨界電流はIc=250Aとなっていた。
このIc特性劣化の原因を調べるため、得られた酸化物超電導線材の超電導層をXRD分析した。その結果、成膜後半から徐々に特性低下が見られた部分の超電導層は、a軸配向粒子が成膜開始時のものよりも増加していることが判明した。
[Comparative example]
In the thin film forming apparatus shown in FIG. 6, a conventional thin film having winding
In order to investigate the cause of this Ic characteristic deterioration, the superconducting layer of the obtained oxide superconducting wire was subjected to XRD analysis. As a result, it was found that in the superconducting layer where the characteristic was gradually lowered from the latter half of the film formation, the number of a-axis oriented particles increased from that at the start of film formation.
[実施例]
一方、図6に示す薄膜形成装置において、図4に示すように外周端面が平坦な巻回部材24を複数個同軸的に配列してなる巻回部材群25を有する本発明に係る薄膜形成装置を作製し、前記比較例と同様にしてテープ状の長尺基材の表面にY1Ba2Cu3Oxからなる超電導層を成膜した。線速を10m/時間とし、約10時間の連続成膜で厚さ1μmのY1Ba2Cu3Oxからなる超電導層を成膜し、全長100mの酸化物超電導線材を製造した。得られた酸化物超電導線材の臨界電流(Ic)は100m全長でIc=400Aであり、比較例よりも高特性の酸化物超電導線材を製造することができた。
また、これよりも長い約50時間連続成膜実験においても、本発明に係る薄膜形成装置により、500m全長でIc=380Aの酸化物超電導線材を製造することができた。
[Example]
On the other hand, in the thin film forming apparatus shown in FIG. 6, as shown in FIG. 4, the thin film forming apparatus according to the present invention has a winding
Also, in the continuous film formation experiment for about 50 hours longer than this, the oxide superconducting wire having Ic = 380A with a total length of 500 m could be produced by the thin film forming apparatus according to the present invention.
1…薄膜形成装置、2…処理容器、3…長尺基材、4…巻回部材、5,6…巻回部材群、7…送出リール、8…巻取リール、9…ターゲット、10…ターゲットホルダ、11…レーザ光発光手段、12…レーザ光、13…透明窓、14…排気口、15…真空排気装置、16,18…反射ミラー、17…集光レンズ、19…ヒータ内蔵基台、20…プルーム、21…ロール受け軸、22…鍔部、23…ガイド溝、24…巻回部材、25…巻回部材群、28…ガイドローラ、29…ガイド溝、30…酸化物超電導線材、31…基材、32…多結晶中間薄膜、33…超電導層(酸化物超電導体薄膜)。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記巻回部材群は、前記長尺基材が巻回される外周端面が平坦な巻回部材を複数個同軸的に配列して構成されていることを特徴とする薄膜形成装置。 A processing container for storing a long base material, at least a pair of winding member groups in which a plurality of winding members that are arranged in the processing container and wind the long base material are coaxially arranged, and these A target holder provided in the vicinity of the long base material wound around the winding member group, and laser light emitting means for irradiating the target held by the target holder with laser light, the laser light Is irradiated on the surface of the target, and the vapor deposition particles struck or evaporated from the target are wound around the winding member group and are rotated around the winding member group so that a plurality of rows approach each other in parallel. In the thin film forming apparatus for depositing on the surface of the long base material arranged in
The winding member group is configured by coaxially arranging a plurality of winding members having flat outer peripheral end surfaces around which the long base material is wound.
The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the target is an oxide superconductor material, and the thin film is an oxide superconductor thin film.
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