JP2006504869A - 被覆材料を蒸着する装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
compounds)を有する被覆の製造のための、真空環境において被覆材料を蒸発させる装置及び方法に関する。
(1989)4903にDavis他により記載されている。該文献の著者は、酸化物超伝導体膜を、各蒸発材料の粉体の細い線(トレース)を電子ビームにより前から後に蒸発させることにより製造しようと試みた。熱い最前部では、個々の粉体粒子は秒の僅かの部分内で連続的に蒸発しなければならない。しかしながら、これらの実験の結果は満足のゆくものではなかった。初期の粉体材料は大きな内部表面を呈し、部分的に吸湿性なので、斯かる粒体は多くの水分を吸収する。強い加熱に際し、水分は瞬間的に蒸発し、粉体粒子の爆発につながり、これは斯かる粉体粒子を気相に転換させる代わりに、蒸発ゾーン外へ放り出すことになる。このような理由で、2段階処理が使用された。最初のステップにおいては、電子ビームを低いパワーレベルで供給し、粉体はガス抜きされ、小さな滴体に融解された。第2ステップにおいては、これら滴体をフラッシュ蒸発により気相に転換するよう試みられた。
situ”)又は大気圧において酸素を有する炉を用いて(“ex situ”)、酸素雰囲気内で被着されたアモルファス材料を再結晶化させることにより、前記フラッシュ蒸発を他の処理ステップとの組合せで使用した。
DyBa2Cu3O7(DyBCO),及びNdBa2Cu3O7(NdBCO)の酸化物高温超伝導体膜が製造された。しかしながら、当該装置及び方法は、導入部で例示した他の被覆を製造するためにも使用することができる。一般的に、高温超伝導体として好ましくはRBa2Cu3O7(R=イットリウム、又は原子番号57〜71の元素、又はこれら元素の混合物)が可能である。僅かに銅が超過した0.1mmなる粒径の粒状材料が、漏斗5により、銅のターンテーブル上に3〜30mm幅で0.1〜1mm厚のトレース4の形で供給され、連続した回転により上記漏斗5の底部から引き出され、電子ビーム2に供給された。酸素は、約680℃の高温基板7において直接供給されたが、該基板は厚さ変動を防止するために移動させることができ、かくして、エピタキシャル超伝導体膜が0.4nm/sの被着速度で被着された。しかしながら、ターンテーブル3の回転速度及び電子ビーム蒸発器2のパワーを調整することにより、2nm/sを超える蒸発速度を問題なく実現することができる。MgO単結晶上に製造される超伝導体膜は、87Kの転移温度及び2MA/cm2を超える臨界電流密度を示し、これは応用に対する優れた品質として評価される。
2 電子ビーム
3 ターンテーブル(回転する)
4 材料トレース(線)
5 再充填装置(漏斗、貯蔵コンテナ)
6 真空チャンバ
7 基板
8 基板ヒータ
9 反応性ガスの供給
10 ガス入口
11 加熱エレメント
12 吸入パイプ
13 粒体
Claims (28)
- 真空(6)中において基板(7)上へ高温超伝導体(13)を連続的に蒸発させる装置であって、
a.高温超伝導体材料(13)の貯えを持つ再充填装置(5)と、
b.前記超伝導体材料(13)を蒸発ゾーンにおいてエネルギ伝達媒体のビーム(2)により蒸発させる蒸発装置(1)と、
c.前記高温超伝導体材料(13)を前記再充填装置(5)から前記蒸発ゾーンへ移送するコンベヤ(3)とを有し、これにより、
d.前記蒸発ゾーンに供給された前記高温超伝導体材料(13)が実質的に残留なしで蒸発されるようにする装置において、
e.前記コンベヤは前記高温超伝導体材料(13)を前記蒸発ゾーンに0.05〜0.5mmの粒径を持つ粒体(13)として移送することを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置において、前記蒸発装置(1)の前記ビーム(2)を前記蒸発ゾーン上で少なくとも1方向に走査する手段を更に有していることを特徴とする装置。
- 請求項2に記載の装置において、前記手段は前記ビーム(2)を50Hzより高い、好ましくは約90Hzの繰り返し周波数で走査することを特徴とする装置。
- 請求項1ないし3の何れか一項に記載の装置において、前記コンベヤ(3)により前記蒸発ゾーンに供給された前記高温超伝導体材料(13)を先ず予備加熱し、次いで蒸発させる手段を更に有していることを特徴とする装置。
- 請求項4に記載の装置において、前記供給された高温超伝導体材料(13)の厚さプロファイルD(x)の直線的勾配を達成するために、前記蒸発装置が前記ビーム(2)に対して、好ましくは第1パワーレベルと第2パワーレベルとの間に狭い遷移幅(Δx)を持つような少なくとも2つのパワーレベル(P1,P2)を有することを特徴とする装置。
- 請求項5に記載の装置において、前記コンベヤ(3)の搬送速度を斜面の角度αが20度より小さくなるように、及び/又は前記蒸発ゾーンの長さが10mmより短くなるように調整することができることを特徴とする装置。
- 請求項5又は請求項6に記載の装置において、前記エネルギ伝達媒体のビーム(2)を、走査の間において該ビームが実質的に斜面の上縁に位置する際に該ビームが最小幅に到達するように収束することができることを特徴とする装置。
- 請求項1ないし7の何れか一項に記載の装置において、前記コンベヤ(3)から蒸発する前記材料の傾斜した指向性パターンを補償するために、前記コンベヤ(3)及び/又は前記基板(7)を傾けることができることを特徴とする装置。
- 請求項1ないし8の何れか一項に記載の装置において、前記蒸発装置(1)が、好ましくは変調することが可能な電子ビーム蒸発器を有していることを特徴とする装置。
- 請求項1ないし9の何れか一項に記載の装置において、前記高温超伝導体材料(13)は前記蒸発ゾーンに、好ましくは3mmと30mmとの間の幅を持つ線の形で搬送されることを特徴とする装置。
- 請求項1ないし10の何れか一項に記載の装置において、前記コンベヤは前記高温超伝導体材料(13)を前記蒸発ゾーンに0.1〜0.2mmの粒径を持つ粒体(13)として移送することを特徴とする装置。
- 請求項1ないし11の何れか一項に記載の装置において、前記コンベヤ(3)は、冷却することができると共に、回転ターンテーブル及び/又は回転ドラム及び/又は振動コンベヤ及び/又はコンベヤベルト及び/又はスクリューコンベヤ若しくはスライドを有することを特徴とする装置。
- 請求項1ないし12の何れか一項に記載の装置において、前記再充填装置は、漏斗(5)として設計され、及び/又は加熱することができることを特徴とする装置。
- 請求項1ないし13の何れか一項に記載の装置において、前記再充填装置(5)は別個のポンプ装置(12)を有していることを特徴とする装置。
- 請求項14に記載の装置において、前記再充填装置(5)は底部を加熱することが可能な漏斗(5)として設計され、前記別個のポンプ装置(12)は前記漏斗(5)の底部に突入する吸入パイプ(12)として設計されていることを特徴とする装置。
- 請求項1ないし15の何れか一項に記載の装置において、前記高温超伝導体材料(13)は異なる化合物の混合物であり、蒸発すると時間平均で前記高温超伝導体材料(13)の所望の組成が被着されることを特徴とする装置。
- 請求項1ないし16の何れか一項に記載の装置において、好ましくは酸素であるガスを前記基板(7)の近傍に供給することを可能にする手段(9,10)を更に有していることを特徴とする装置。
- 請求項1ないし17の何れか一項に記載の装置において、前記基板(7)を加熱し(8)及び/又は前記蒸発ゾーンに対して移動させる手段を更に有していることを特徴とする装置。
- 請求項1ないし18の何れか一項に記載の装置において、蒸発速度を、蒸発する前記高温超伝導体材料の好ましくはCu線の原子吸収分光により測定する手段を更に有することを特徴とする装置。
- 請求項19に記載の装置において、吸収線の飽和を防止するために、前記高温超伝導体材料の蒸気を測定光ビームの位置において部分的に遮蔽する手段を更に有することを特徴とする装置。
- 請求項1ないし20の何れか一項に記載の装置において、高温超伝導体膜の補助層のためのソース材料を備える少なくとも1つの他の再充填装置を更に有することを特徴とする装置。
- 請求項21に記載の装置において、少なくとも1つの他の再充填装置及び高温超伝導体材料(13)の貯えを保持する前記再充填装置(5)を前記コンベヤ(3)に順に接続する手段を更に有することを特徴とする装置。
- 真空(6)中において基板(7)上へ高温超伝被覆を蒸発させる方法であって、
a.高温超伝導体材料の粒体を蒸発ゾーンに連続的に搬送するステップと、
b.供給された前記粒体(13)が前記蒸発ゾーン内で実質的に残留なしで蒸発されるようにエネルギ伝達媒体のビーム(2)を動作させるステップとを有し、
c.前記高温超伝導体材料(13)が前記蒸発ゾーンに0.05〜0.5mmの粒径を持つ粒体(13)として搬送されることを特徴とする方法。 - 請求項23に記載の方法において、前記粒体(13)が前記蒸発ゾーンに線(4)の形で供給されることを特徴とする方法。
- 請求項24に記載の方法において、前記エネルギ伝達媒体のビーム(2)がトレース(4)の一端上で、前記トレース(4)が実質的に該トレースの全幅にわたって且つ搬送運動の方向における小さな区域にわたり走査されるように、案内されることを特徴とする方法。
- 請求項23ないし25の何れか一項に記載の方法において、前記高温超伝導体がRBa2Cu3O7(Rはイットリウム、又は原子番号57〜71の元素、又はこれら元素の混合物である)であることを特徴とする方法。
- 請求項23ないし26の何れか一項に記載の方法において、請求項1ないし22の何れか一項に記載の装置を使用することを特徴とする方法。
- 請求項23ないし27の何れか一項に記載の方法により製造された高温超伝導体被覆。
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