JP2011138689A - Method of manufacturing superconductivity fine wire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流下で用いられる超電導細線の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a superconducting thin wire used under alternating current.
酸化物系等の超電導体は、臨界温度、臨界電流、臨界磁界で規定される条件範囲内において、超電導状態が維持される。一方、超電導体は、その状態によっては、通電中に一部の領域が常電導状態となって発熱し、さらに超電導体全体が常電導状態に移転する、所謂クエンチ現象を引き起こすことが知られている。クエンチ現象が通電時に発生すると、超電導体が焼損してしまう虞がある。そこで、これを防止するために、熱伝導性および導電性が良好な金属からなる安定化層(金属安定化層)を超電導層に接触配置して複合化することがなされている。
安定化層を設ける手法としては、スパッタリングや蒸着により、銀(Ag)からなる安定化層(銀安定化層)を形成する方法(特許文献1参照)や、はんだを介して銀安定化層上に安価な銅(Cu)からなる安定化層(銅安定化層)を形成する方法(特許文献2参照)が開示されている。
A superconductor such as an oxide is maintained in a superconducting state within a condition range defined by a critical temperature, a critical current, and a critical magnetic field. On the other hand, depending on the state of the superconductor, it is known that a part of the region becomes a normal conducting state during energization and generates heat, and further, a so-called quenching phenomenon occurs in which the entire superconductor is transferred to the normal conducting state. Yes. If the quench phenomenon occurs during energization, the superconductor may be burned out. Therefore, in order to prevent this, a stabilization layer (metal stabilization layer) made of a metal having good thermal conductivity and conductivity is placed in contact with the superconducting layer to form a composite.
As a method of providing a stabilization layer, a method of forming a stabilization layer (silver stabilization layer) made of silver (Ag) by sputtering or vapor deposition (see Patent Document 1), or on a silver stabilization layer via solder. Discloses a method of forming a stabilization layer (copper stabilization layer) made of inexpensive copper (Cu) (see Patent Document 2).
一方、超電導体をケーブルや変圧器等の実用に供するには、交流損失を低減することが必要である。これに対して、超電導線材を利用したコイルにおいては、金属基材にまで達する溝を超電導層に形成し、超電導層を複数に分割して細線化することにより、分割数に反比例するように交流損失を低減できることが知られている(特許文献3参照)。細線化の手法としては、レーザ照射、フォトリソグラフィー、エッチング等が通常適用される。
このように、金属安定化層を設けた超電導線材においては、交流損失を低減するために、超電導線材を細線化することが重要な技術となってきてる。
On the other hand, in order to use a superconductor for practical use such as a cable and a transformer, it is necessary to reduce AC loss. On the other hand, in a coil using a superconducting wire, a groove reaching the metal substrate is formed in the superconducting layer, and the superconducting layer is divided into a plurality of thin lines, so that AC is inversely proportional to the number of divisions. It is known that loss can be reduced (see Patent Document 3). Laser irradiation, photolithography, etching, etc. are usually applied as the thinning technique.
As described above, in a superconducting wire provided with a metal stabilizing layer, it has become an important technique to thin the superconducting wire in order to reduce AC loss.
上述の如く超電導線材の交流損失低減のために、超電導線材を細線化する試みがなされている。
ここで酸化物超電導導体は一般に、耐熱金属テープなどの基材上に結晶配向制御、元素拡散抑制などの目的で中間層とキャップ層を積層した上、酸化物超電導層を積層し、その上に更に良導電性の安定化層を設けた構造が一般的とされている。従って、このような積層構造の酸化物超電導導体を細線化するには、酸化物超電導導体の長さ方向に複数本の溝を形成して酸化物超電導層を細分化する必要がある。
図3(A)に細線化する場合の一例構造を示すが、この図の例の酸化物超電導導体100は、耐熱金属製の長尺の基材101の上に、IBAD(Ion-Beam-Assisted Deposition:イオンビームアシスト)法などの配向制御技術により結晶配向性に優れた中間層102を形成し、その上にCeO2などの自己配向化が可能なキャップ層103を形成して単結晶に近い結晶配向性を確保した上に、酸化物超電導層105を成膜し、その上に保護層106を積層した構造とされている。
As described above, attempts have been made to make the superconducting wire thinner in order to reduce the AC loss of the superconducting wire.
Here, the oxide superconducting conductor is generally formed by laminating an intermediate layer and a cap layer on a base material such as a heat-resistant metal tape for the purpose of controlling crystal orientation and suppressing element diffusion, and then laminating an oxide superconducting layer thereon. Further, a structure provided with a highly conductive stabilization layer is generally used. Therefore, in order to thin the oxide superconducting conductor having such a laminated structure, it is necessary to subdivide the oxide superconducting layer by forming a plurality of grooves in the length direction of the oxide superconducting conductor.
FIG. 3A shows an example of the structure in the case of thinning. The oxide
図3(A)に示す積層構造の酸化物超電導導体100を細線化するには、図1(B)に示す如く保護層106から酸化物超電導層105に達するように複数の溝110を形成して酸化物超電導層105を複数の超電導層105Aに分断することにより行うことができ、これにより超電導細線100Aを得ることができる。なお、超電導細線100Aにおいて溝110を介し隣り合う超電導層105Aどうしは相互絶縁されていることが必要となる。
なお、酸化物超電導層105に溝110を形成する場合、図4に示す如く保護層106と酸化物超電導層105に亘ってこれらを分断する溝110を形成することができるが、図5に示す如く保護層106と酸化物超電導層105とキャップ層103と中間層102まで分断して基材101の上面まで達するように溝111を形成することにより細分化することもできる。
In order to thin the oxide
In the case where the
前述の酸化物超電導層105に溝を形成する方法として知られている第1の方法はフォトリソグラフィ技術を用いてエッチングなどの手法により溝を形成する方法、第2の方法は機械式の刃を用いて物理的に溝を形成して分割する方法である。また、その他の方法としてCO2レーザーを照射し、先の溝に相当する位置の酸化物超電導層105に組成変位を生じさせて超電導部分を絶縁物化し、溝に相当する位置に形成した絶縁物によって酸化物超電導層105を複数に分断する方法も知られている。
A first method known as a method of forming a groove in the
しかしながら、前述の第1の方法によるフォトリソグラフィ技術を用いた分断方法では露光のために高価なレチクルと称されるフォトマスクを必要とするなど、高価な装置が必要となる問題がある。また、前述の第2の方法による機械式の刃を用いた分断方法では複数の刃を用いることで一度に複数の溝を加工することが可能であり、溝加工の際のスループットは早いが、加工後に溝の内部に残存物が残り易く、残存物の影響があって、分断形成した超電導層どうしの絶縁抵抗を高くすることができない問題があった。従って、これらの残存物はエッチングなどの手法により除去する必要があるが、機械式の刃で分断した後に更にエッチングを行う必要があり、この際にもフォトレジストを形成するなどして溝の部分以外の酸化物超電導層を保護する必要があるので、工程が複雑となる問題がある。
更に前述の第3のCO2レーザーを用いる方法では、長尺の酸化物超電導線の細線化の場合、絶縁部分を形成するための回数分、リールなどに巻き付けてある超電導線材を巻き返さなくてはならないため、交流損失低減のために分割数を増やす程、スループットが遅くなる問題がある。
However, the dividing method using the photolithography technique according to the first method described above has a problem that an expensive apparatus is required, for example, a photomask called an expensive reticle is required for exposure. Further, in the cutting method using the mechanical blade according to the second method described above, it is possible to process a plurality of grooves at a time by using a plurality of blades, and the throughput at the time of grooving is fast, There was a problem that the residue could easily remain inside the groove after processing, and there was an influence of the residue, so that the insulation resistance between the superconducting layers formed by division could not be increased. Therefore, it is necessary to remove these residues by a technique such as etching, but it is necessary to perform further etching after cutting with a mechanical blade. In this case also, a groove is formed by forming a photoresist. Since it is necessary to protect the oxide superconducting layer other than, there is a problem that the process becomes complicated.
Further, in the method using the third CO 2 laser described above, when thin oxide superconducting wire is thinned, the superconducting wire wound around the reel or the like is not rewound by the number of times for forming the insulating portion. Therefore, there is a problem that throughput increases as the number of divisions is increased in order to reduce AC loss.
本発明は、高価なフォトマスクを要することなくエッチングにより超電導層に溝形成が可能であって超電導線材の細線化を確実に行うことができ、交流用として好ましい超電導細線の製造方法の提供を目的とする。 It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a superconducting thin wire that can be formed in a superconducting layer by etching without requiring an expensive photomask, can be surely thinned of the superconducting wire, and is preferable for alternating current use. And
本発明は、上記課題を解決するために以下の構成を有する。
本発明は、基材上に中間層を介し超電導層が形成され、少なくとも前記超電導層を線材幅方向に複数に分断離間する分離溝を備えてなる超電導線材の製造方法であって、基材上に中間層と超電導層と保護層を備えた超電導導体に対し、前記保護層から少なくとも前記超電導層表面に達する溝部を前記超電導導体の長さ方向に沿って形成する工程と、前記保護層と溝部を覆うようにネガ型の感光性樹脂層を形成する工程と、前記保護層上の感光性樹脂層が残り、前記溝部に対応する位置の感光性樹脂層を除去して前記溝部に連続する接続溝を感光性樹脂層に形成するように露光、現像を行う工程と、前記溝部と前記接続溝を介してそれらの下に位置する酸化物超電導層をエッチングにより除去して酸化物超電導層を分断する分離溝を形成することを特徴とする。
本発明は、前記保護層の少なくとも表面を光反射性の材料から形成するとともに、前記保護層上に形成したネガ型の感光性樹脂層に露光する際、感光性樹脂層が感光する光量よりも低い光量で露光を行い、溝部上の感光性樹脂層を露光不足状態とし、保護層上の感光性樹脂層を感光充足状態としてから現像することを特徴とする。
The present invention has the following configuration in order to solve the above problems.
The present invention is a method for producing a superconducting wire, wherein a superconducting layer is formed on a base material through an intermediate layer, and includes at least a separation groove that divides and separates the superconducting layer into a plurality in the wire width direction. Forming a groove portion that reaches at least the surface of the superconducting layer from the protective layer along the length direction of the superconducting conductor, and a step of forming the groove portion reaching the surface of the superconducting layer from the protective layer. Forming a negative photosensitive resin layer so as to cover the surface, and the photosensitive resin layer on the protective layer remains, and the photosensitive resin layer at a position corresponding to the groove portion is removed to continuously connect the groove portion. Steps of exposing and developing so as to form a groove in the photosensitive resin layer, and removing the oxide superconducting layer located under the groove and the connecting groove by etching to divide the oxide superconducting layer Forming separation grooves The features.
In the present invention, at least the surface of the protective layer is formed from a light-reflective material, and the amount of light that the photosensitive resin layer is exposed to when exposed to a negative photosensitive resin layer formed on the protective layer. The exposure is performed with a low amount of light, the photosensitive resin layer on the groove is in an underexposed state, and the photosensitive resin layer on the protective layer is developed in a photosensitive sufficient state, and then development is performed.
本発明は、前記感光性樹脂が感光する光量よりも低い光量で感光性樹脂層を露光する際、露光時間の短縮を選択するか、光強度の低下を選択するか、露光時間の短縮及び光強度の低下の両方を選択して実施するか、いずれかを実施することを特徴とする。
本発明は、前記保護層に形成する溝部を機械式の刃で形成することを特徴とする。
本発明は、基材上に中間層を介し超電導層が形成され、少なくとも前記超電導層を線材幅方向に複数に分断離間する分離溝を備えてなる超電導線材の製造方法であって、基材上に中間層と超電導層と保護層を備えた超電導導体に対し、前記保護層上に樹脂製の第2の保護層を形成する工程と、前記第2の保護層に溝部を前記超電導導体の長さ方向に沿って機械式の刃により形成する工程と、前記溝部を介してその下に位置する酸化物超電導層をエッチングにより除去して酸化物超電導層を分断する分離溝を形成することを特徴とする。
In the present invention, when the photosensitive resin layer is exposed with a light amount lower than the light amount that the photosensitive resin sensitizes, the exposure time is selected to be shortened, the light intensity is decreased, the exposure time is shortened, and the light is reduced. It is characterized in that both of the reductions in strength are selected and implemented.
The present invention is characterized in that the groove formed in the protective layer is formed with a mechanical blade.
The present invention is a method for producing a superconducting wire, wherein a superconducting layer is formed on a base material through an intermediate layer, and includes at least a separation groove that divides and separates the superconducting layer into a plurality in the wire width direction. Forming a resin-made second protective layer on the protective layer, and forming a groove in the second protective layer with respect to the length of the superconductive conductor. A step of forming with a mechanical blade along the length direction, and an oxide superconducting layer located under the groove is removed by etching to form a separation groove for dividing the oxide superconducting layer. And
本発明によれば、露光用のレチクルなどの高価なフォトマスクを備えた露光装置を用いることなく酸化物超電導層を分断する分離溝の形成を行うことができるので、安価に超電導細線を製造することができる。また、エッチングにより超電導層を分断する分離溝の形成を行うので、機械式の溝加工やレーザーによる溝加工などの場合のように溝の内部側に残留物が生じる問題は、本発明では生じない。
従って分離溝内に残留物などを有していない、絶縁性が確保された分断構造の超電導層を複数備えた超電導細線を製造することができる。
According to the present invention, it is possible to form the separation groove for dividing the oxide superconducting layer without using an exposure apparatus equipped with an expensive photomask such as an exposure reticle, so that a superconducting thin wire is manufactured at low cost. be able to. In addition, since the separation groove for separating the superconducting layer is formed by etching, the problem that a residue is generated on the inner side of the groove as in the case of mechanical groove processing or laser groove processing does not occur in the present invention. .
Therefore, it is possible to manufacture a superconducting thin wire having a plurality of superconducting layers having a divided structure that has no insulating material in the separation groove and in which insulation is ensured.
また、保護層の少なくとも表面を光反射性の材料から構成しておき、感光性樹脂層に露光する際、光量不足状態で露光しても、保護層表面からの反射光を利用して保護層の上に存在する感光性樹脂層を十分に露光することができ、それに対し、保護層に溝部を形成した部分の上の感光性樹脂層では保護層からの反射が無く、露光不足状態のままとすることができるので、この状態の感光性樹脂層を現像するならば、感光性樹脂層の露光不足となった部分のみを除去し、露光完了とした他の部分を残すことが可能となり、この感光性樹脂層の残った部分をマスクとしてエッチングを利用して超電導層を分割する分離溝を形成することができ、高価なフォトマスクやそれを用いた高価な露光装置を用いることなく目的の超電導層の分離溝の加工をエッチングで形成できる。よって、超電導層を細分化した構造の超電導細線を低コストで製造することができる。
前記保護層に溝部を形成する方法は機械式の刃を用いて物理的に行うこともでき、その場合に複数の刃を用いることで一度に複数の溝部を形成して超電導導体の長さ方向に一度の切断加工で複数の溝部を形成することが可能であり、良好な生産効率で超電導層を複数に分割することが可能となる。また、機械式の刃でもって溝部を形成するのは、保護層に対してであり、超電導層自体に対しエッチングにより分離溝を形成するので、超電導層に機械的な負荷が作用するおそれが少なく、超電導層自体を物理的に損傷させることなく分離溝を形成し、超電導細線を製造することができる。また、機械式の刃を用いて形成した溝部には切削くずなどの残留物が残留し易いが、溝部形成後にエッチングを行うので、溝部内の残留物を容易に除去することができる。
In addition, at least the surface of the protective layer is made of a light-reflective material, and when the photosensitive resin layer is exposed, even if it is exposed in a state where the amount of light is insufficient, the protective layer is utilized using reflected light from the surface of the protective layer The photosensitive resin layer present on the substrate can be sufficiently exposed, whereas the photosensitive resin layer on the protective layer where the groove is formed has no reflection from the protective layer and remains underexposed. Therefore, if the photosensitive resin layer in this state is developed, it becomes possible to remove only the portion of the photosensitive resin layer that has become underexposed and leave other portions that have been exposed, By using the remaining portion of the photosensitive resin layer as a mask, a separation groove for dividing the superconducting layer can be formed by etching, and an objective photomask without using an expensive photomask or an expensive exposure apparatus using the same can be formed. Processing of the separation groove of the superconducting layer It can be formed by etching. Therefore, a superconducting thin wire having a structure obtained by subdividing the superconducting layer can be manufactured at low cost.
The method of forming the groove in the protective layer can also be physically performed using a mechanical blade, in which case a plurality of grooves are formed at a time by using a plurality of blades, and the length direction of the superconducting conductor. It is possible to form a plurality of grooves by one cutting process at a time, and it is possible to divide the superconducting layer into a plurality of parts with good production efficiency. Further, the groove portion is formed by the mechanical blade with respect to the protective layer, and the separation groove is formed by etching on the superconducting layer itself, so that there is little possibility that a mechanical load acts on the superconducting layer. A separation groove can be formed without physically damaging the superconducting layer itself, and a superconducting thin wire can be manufactured. In addition, residues such as cutting scraps are likely to remain in the groove formed using the mechanical blade, but since etching is performed after the groove is formed, the residue in the groove can be easily removed.
本発明の実施の形態について、以下説明する。
図1は本発明に係る超電導細線の製造方法の一形態について工程順に説明するためのもので、図1(A)は長尺の基材上に中間層と超電導層と保護層を積層した超電導導体を示す断面図、図1(B)は保護層に溝部を形成した状態を示す断面図、図1(C)は保護層上にレジスト層を形成した状態を示す断面図、図1(D)はレジスト層に露光、現像を行った後の状態を示す断面図、図1(E)はキャップ層表面まで達して超電導層を分断する溝を形成した状態を示す断面図、図1(G)はレジスト層を除去した状態を示す断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a method of manufacturing a superconducting thin wire according to the present invention in the order of steps. FIG. 1A is a superconducting structure in which an intermediate layer, a superconducting layer, and a protective layer are laminated on a long base material. 1B is a cross-sectional view showing a state in which a groove is formed in the protective layer, FIG. 1C is a cross-sectional view showing a state in which a resist layer is formed on the protective layer, and FIG. ) Is a cross-sectional view showing a state after the resist layer is exposed and developed, FIG. 1E is a cross-sectional view showing a state in which grooves reaching the cap layer surface and dividing the superconducting layer are formed, and FIG. ) Is a cross-sectional view showing a state in which the resist layer is removed.
本発明に係る第1の実施形態の製造方法では、図1(G)に示す如く、長尺のテープ状の基材1の上に、中間層2とキャップ層3と超電導分割層5Aと保護分割層6Aとが積層された構造であり、超電導分割層5Aと保護分割層6Aとが基材1の幅方向に複数、所定間隔で形成された分離溝7により複数区画されてなる構造の超電導細線9を製造することを目的の1つとする。なお、超電導細線9は長尺の超電導線材であり、図1(G)ではその横断面の積層構造を示しているので、超電導分割層5Aと保護分割層6Aが積層されてなる分割導体部8も超電導細線9の長さ方向に沿って延在されている。
以上構造の超電導細線9は、図1(A)に示す如く基材1の上に、中間層2とキャップ層3と超電導層5と保護層6とが積層されてなり、細線化されていない状態の酸化物超電導導体Aを後述する方法により細線化することで製造されたものである。
ここで、細線化する方法の説明の前に酸化物超電導導体Aの構造について説明する。
In the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1 (G), an
The superconducting
Here, the structure of the oxide superconducting conductor A will be described before the description of the thinning method.
酸化物超電導導体Aにおいて、基材1を構成する材料として用いるものは、強度及び耐熱性に優れた、Cu、Ni、Ti、Mo、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、非晶質合金の基材などを用いても良いのは勿論である。
In the oxide superconducting conductor A, what is used as a material constituting the
酸化物超電導導体Aにおいて、中間層2は、1層あるいは多層構造のものを選択して適用することができる。中間層2を多層構造とする場合は、基材1上に拡散防止層とベッド層を積層した上に配向制御層を組み合わせた積層構造の中間層2とすることができる。なお、拡散防止層とベッド層については、省略することもできる。
<拡散防止層>
拡散防止層は、基材1の構成元素拡散を防止する目的で形成されるもので、窒化ケイ素(Si3N4)、酸化アルミニウム(Al2O3、「アルミナ」とも呼ぶ)等から構成されることが好ましい。
<ベッド層>
ベッド層は、希土類酸化物の層を適用することができ、例えば、Y2O3から構成することができる。このベッド層を形成することでその上に形成する後述のIBAD−MgOの配向制御層をより高配向性のものとすることができる。
<配向制御層>
配向制御層は、中間層2の主体をなすものであって、例えば、イオンビームアシストスパッタ法(IBAD法)により成膜された蒸着膜であり、基材1と後述する酸化物超電導層との物理的特性(熱膨張率や格子定数等)の差を緩和するバッファー層として機能するとともに、この上に形成されるキャップ層3の結晶配向性を制御する配向制御膜として機能する。この配向制御層を成膜する場合にイオンビームアシストスパッタ装置を用い、イオンビームアシストスパッタ法を実施して結晶配向性を整えることが好ましいが、IBAD法による配向制御層に限るものではなく、他の方法で得られる配向制御層を適用しても差し支えない。
In the oxide superconductor A, the
<Diffusion prevention layer>
The diffusion prevention layer is formed for the purpose of preventing the diffusion of the constituent elements of the
<Bed layer>
As the bed layer, a rare earth oxide layer can be applied, and for example, it can be composed of Y 2 O 3 . By forming this bed layer, a later-described IBAD-MgO orientation control layer formed thereon can be made more highly oriented.
<Orientation control layer>
The orientation control layer is a main component of the
中間層2の主体となる配向制御層を構成する材料としては、これらの物理的特性が基材1と後述の酸化物超電導層との中間的な値を示すものが用いられる。このような配向制御層の材料としては、例えば、MgO、イットリア安定化ジルコニウム(YSZ)、Gd2Zr2O7、CeO2等を挙げることができ、その他、パイロクロア構造、希土類−C構造、ペロブスカイト型構造又は蛍石型構造を有する適宜の化合物を用いることができる。これらの中でも、配向制御層の材料としては、MgO、YSZ、あるいは、Gd2Zr2O7を用いることが好ましい。特に、MgOやGd2Zr2O7は、IBAD法における配向度を表す指標であるΔΦ(FWHM:半値全幅)の値を小さくできるため、配向制御層の材料として特に適している。
As the material constituting the orientation control layer which is the main component of the
<キャップ層>
キャップ層3は、その上に設けられる酸化物超電導層の配向性を制御する機能を有するとともに、酸化物超電導層を構成する元素の拡散や、成膜時に使用するガスと中間層2との反応を抑制する機能などを有する。
キャップ層3としては、特に、中間層2の表面(配向制御層の表面)に対してエピタキシャル成長し、その後、横方向(面方向)に粒成長(オーバーグロース)して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て成膜された膜であるのがより好ましい。このように選択成長しているキャップ層3は、中間層2よりも更に高い面内配向度が得られる。
キャップ層3を構成する材料としては、このような機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、例えば、CeO2、LaMnO3、SrTiO3、Y2O3、Al2O3等を用いることが好ましい。
キャップ層3の構成材料としてCeO2を用いる場合、キャップ層3は、全体がCeO2によって構成されている必要はなく、Ceの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたCe−M−O系酸化物を含んでいてもよい。
<Cap layer>
The
In particular, the
The material constituting the
When CeO 2 is used as the constituent material of the
<酸化物超電導層>
酸化物超電導分割層5Aの材料としては、RE−123系酸化物超電導体(REBa2Cu3O7−n:REはY、La、Nd、Sm、Eu、Gd等の希土類元素)を用いることができる。RE−123系酸化物として好ましいのは、Y123(YBa2Cu3O7−n)又はGd123(GdBa2Cu3O7−n)等である。
なお、この酸化物超電導層5Aの上には超電導特性の安定化などの目的でAgやAg合金などの良電導性金属材料からなる安定化層が別途形成されていても良い。
<保護層>
保護分割層6Aの材料としては、AgあるいはAu、Ptなどの貴金属を例示することができ、良電導性かつ光反射性の高い金属からなることが好ましい。超電導線材において超電導分割層5Aの安定化を行うためには、良電導性のAgを適用することが多いので、Agの保護分割層6Aを用いると、本実施形態で使用する保護分割層6Aをそのまま金属安定化層の基層として流用することが可能となるので好ましい。超電導線導体Aの安定化層としては、Agの基層の上に必要厚さの銅層などを積層して得ることができる。
<Oxide superconducting layer>
As a material for the oxide
A stabilizing layer made of a highly conductive metal material such as Ag or an Ag alloy may be separately formed on the
<Protective layer>
Examples of the material of the
図1(A)に示す積層構造の酸化物超電導導体Aを用意したならば、保護層6の表面に機械式の刃を用いて切り込み形成した溝部6aを酸化物超電導導体Aの幅方向に複数本、酸化物超電導導体Aの長さ方向全長に形成する。ここで形成する溝部6aの本数は、酸化物超電導層5を分割したい数に合わせて形成するので、酸化物超電導導体Aの幅によっても異なるが1本以上、20本程度の範囲で溝部6aを設けることができる。勿論、溝部6aを設ける数はこの範囲に限るものではない。溝部6aを形成することで保護層6は複数の保護分割層6Aに分離される。
溝部6aを形成したならば、脱脂あるいは化学研磨等の手段により保護層6の表面及び溝部6aの内部を洗浄し、次いで溝部6a形成後溝部6aと保護層6の表面を覆うようにネガ型の感光性樹脂層10を形成する。この感光性樹脂層10は、ディップ法、スプレー法、ロールコーター法などの塗布方法により、保護層6上と溝部5に感光性樹脂を塗布した後、温風乾燥機あるいは遠赤外線照射装置などを用い、プリベーク処理などの乾燥工程を行ない、乾燥させることで得ることができる。
ここで用いるネガ型の感光性樹脂10として、日本ペイント(株)、商品名OPTO−ER、Nシリーズ(OPTOは登録商標)、関西ペイント(株)、商品名ゾンネLDIシリーズ等を用いることができる。
If the oxide superconducting conductor A having a laminated structure shown in FIG. 1A is prepared, a plurality of
Once the
As the negative
次に、感光性樹脂層10の上から、超高圧水銀灯あるいはメタルハライド水銀灯などを光源とする露光装置を用いて露光する。この露光の際、光源からの光強度あるいは露光時間を調節して、感光性樹脂層10を完全に露光するために必要な光強度と時間の関係のうち、どちらか一方、あるいは、両方の条件が完全露光のためには不足な条件で露光を行うものとする。光強度を低下する場合は光源からの出力を低下させ、露光時間を短くするには照射時間を削減すれば良い。ここで、光強度×時間=光量の関係として、完全露光に必要な光量の50%以上〜100%未満の露光量とすることが好ましい。即ち、光量か時間のいずれかのパラメータを調整して露光不足状態とする必要がある。
Next, it exposes from the
ここで保護層6はその少なくとも表面が光反射性の金属からなるので、保護層6の上に位置する感光性樹脂層10にあっては、上記の露光不足条件であっても、保護層6が光を反射することによって、保護層6の上に位置する感光性樹脂層10にあっては満足な露光がなされるのに対し、溝部6aの上に位置する感光性樹脂層10は露光不足状態となる。なお、保護層6はその少なくとも表面が光反射性であれば良いので、保護層6を多層構造として最表面層のみを光反射性の低い材料から形成しても良い。
Here, since at least the surface of the
この状態から炭酸ソーダなどの現像液を用いて25℃〜35℃程度の液温度にて30秒〜120秒現像し、次いでリンス液をスプレー塗布して現像完了とする。この現像工程により、感光性樹脂層10において露光不足であった領域のみが除去されて先の感光性樹脂層10の溝部6aに対応した部分に図1(D)に示す如く接続孔10aが形成される結果、感光性樹脂層10は複数の感光性樹脂分割層10Aに分割される。この接続孔10aを形成した後、酸化物超電導導体Aの表面をリンスして清浄化した後、エッチング処理を行う。
清浄化の後、感光性樹脂分割層10Aとその下に存在する保護分割層6Aをマスクとして酸化物超電導層5の湿式エッチングによる分割を行う。ここで用いるエッチング液として、硝酸、またはアンモニア水+過酸化水素水を用いることができる。なお、酸化物超電導層5を物理的エッチングで分割することもできる。
From this state, development is performed for 30 seconds to 120 seconds at a liquid temperature of about 25 ° C. to 35 ° C. using a developer such as sodium carbonate, and then a rinse solution is spray applied to complete the development. By this development process, only the region of the
After cleaning, the
前記のエッチング工程により酸化物超電導層5をエッチングして溝部6aと接続孔10aの部分の下に位置する酸化物超電導層5を部分的に選択除去して酸化物超電導層5に分離溝5aを形成し、この分離溝5aが酸化物超電導層5の下地のキャップ層6に到達したならば、エッチング工程を終了する。このエッチング工程により酸化物超電導層5を分離溝7により分割した構造の酸化物超電導分割層5Aを形成することができる。
エッチング工程の終了後、水酸化ナトリウム水溶液(3〜5%、液温40〜55℃)に60〜90秒程度浸漬することで、感光性樹脂分割層10Aを保護分割層6Aから剥離することで、図1(G)に示す断面構造であり、分離溝7により複数に分割された酸化物超電導分割層5Aを有する超電導細線9を得ることができる。
The
After the etching step is finished, the photosensitive
以上説明の方法により製造した超電導細線9は、分離溝7により超電導層5が複数の超電導分割層5Aに分割されて細線化されているので、交流通電時などにおいて交流損失を少なくすることができる特徴を有する。
また、図1(A)〜(G)を基に説明した本実施形態の製造方法にあっては、保護層6に刃を用いて機械的に形成した溝部6aと、保護分割層6Aの光反射を利用し、保護分割層6Aの上に形成した感光性樹脂分割層10Aが露光完了する条件よりも少ない光強度あるいは露光時間で全体を露光することで、光反射性の保護分割層6Aの上に位置する感光性樹脂層10を露光完了状態に、溝部6aの上の感光性樹脂層10を露光不足状態に仕分けることで、レチクルなどの高価なフォトマスクを要することなく選択的露光処理ができる。そして、この際に形成した露光不足の部分を現像により除去して感光性樹脂層10に接続孔10aを形成し、その下に位置する溝部6aとともに酸化物超電導層5の表面に達する連続孔とすることができ、その他の部分を感光性樹脂分割層10Aと保護分割層6Aで覆う構成とすることができるので、これらをマスクとして酸化物超電導層5の選択的エッチングを行って分離溝7を形成し、酸化物超電導層5を複数の酸化物超電導分割層5Aとすることができる。
即ち、本実施形態の方法によれば、レチクルなどの高価なフォトマスクを要することなく酸化物超電導層5の選択的エッチングができるので、安価に超電導細線9を製造することができる。
In the superconducting
Moreover, in the manufacturing method of this embodiment demonstrated based on FIG. 1 (A)-(G), the
That is, according to the method of the present embodiment, the
次に本発明に係る製造方法では、図1(H)に示す如く、長尺のテープ状の基材1の上に、中間層2Aとキャップ層3Aと超電導分割層5Aと保護分割層6Aとが積層された構造であり、中間層2Aとキャップ層3Aと超電導分割層5Aと保護分割層6Aとが基材1の幅方向に複数、所定間隔で形成された分離溝11により複数に分割された形状の分割導体部12を具備してなる超電導細線13を製造することもできる。なお、超電導細線13は長尺の超電導線材であり、図1(H)ではその横断面の積層構造を示しているので、分割導体部12と分離溝11は、いずれも超電導細線13の長さ方向に延在されている。
Next, in the manufacturing method according to the present invention, as shown in FIG. 1 (H), an
次に本発明に係る第2実施形態の製造方法では、先に説明した第1実施形態で用いたものと同等構造の酸化物超電導導Aを用いて図2に示す工程に従って図2(F)に示す積層構造の酸化物超電導細線22あるいは図2(G)に示す酸化物超電導細線25を製造することができる。
図2(A)に示す酸化物超電導導体Aを用い、保護層6の上に樹脂製の第2の保護層20を積層し、この後、先の第1実施形態で用いたものと同等の刃を用いて機械式にて第2の保護層20に溝部20aを必要幅かつ必要本数、酸化物超電導導体Aの長さ方向に形成し、第2の保護層20を分割保護層20Aとする。
この後、第2の保護層20の溝部20aを介しエッチング液によるエッチングを行い、溝部20aの下に位置する保護層6と酸化物超電導層5とキャップ層6と中間層2を分断する分離溝21を形成し、この後に第2の保護層20Aを剥離して除去することにより図1(F)に示す断面構造の酸化物超電導細線22を得ることができる。
Next, in the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, the oxide superconducting A having the same structure as that used in the first embodiment described above is used, and the process shown in FIG. The
Using the oxide superconducting conductor A shown in FIG. 2 (A), a second
Thereafter, an etching with an etching solution is performed through the
第2実施形態の製造方法において、図2(C)に示す状態から、エッチングにより分離溝24を基材1の表面まで到達するように形成し、保護層6を保護分割層6Aに、酸化物超電導層5を酸化物超電導分割層5Aとした上に、キャップ層3と中間層2をそれぞれ分割構造として超電導細線25を製造することもできる。
In the manufacturing method of the second embodiment, the
以上説明した方法により酸化物超電導細線22、25を製造する工程においても、高価なフォトマスクを要することなく高価な露光装置を使用することなくエッチングによる酸化物超電導層の分割処理ができるので、安価に酸化物超電導細線22、25を製造することができる効果を有する。
Even in the process of manufacturing the oxide superconducting
以下に、本発明の具体的実施例について説明するが、本願発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
長さ10mのテープ状の幅1cmのハステロイ金属基材上にスパッタ法によりAl2O3の拡散防止層を成膜した。Al2O3層の成膜温度は室温、膜厚は100nmとした。
次に、このAl2O3の拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法によりY2O3のベッド層を成膜した。このベッド層の膜厚は20nmとした。
続いてIBAD法によりMgOのターゲットを用いてアシストイオンビームを入射角45゜で照射しながらMgOのターゲットにイオンビームを照射してターゲット粒子を叩き出し、ベッド層上にIBAD−MgOの中間層を成膜した(膜厚5nm)。
次に、IBAD−MgOの中間層上に、パルスレーザー蒸着法(PLD法)により800℃で厚さ500nmのCeO2のキャップ層を形成した。
更に、PLD法(パルスレーザー蒸着法)によりキャップ層上にY123(YBa2Cu3O7−n)なる組成の酸化物超電導層を形成した。(膜厚1μm)
Specific examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
An Al 2 O 3 diffusion-preventing layer was formed by sputtering on a tape-like Hastelloy metal substrate having a length of 10 cm and a length of 10 m. The film formation temperature of the Al 2 O 3 layer was room temperature and the film thickness was 100 nm.
Next, a Y 2 O 3 bed layer was formed on the Al 2 O 3 diffusion prevention layer by ion beam sputtering. The thickness of this bed layer was 20 nm.
Subsequently, an IBAD method was used to irradiate the MgO target with an ion beam while irradiating an assist ion beam at an incident angle of 45 ° using an MgO target, and the target particles were knocked out. An intermediate layer of IBAD-MgO was formed on the bed layer A film was formed (
Next, a CeO 2 cap layer having a thickness of 500 nm was formed at 800 ° C. on the intermediate layer of IBAD-MgO by a pulse laser deposition method (PLD method).
Further, an oxide superconducting layer having a composition of Y123 (YBa 2 Cu 3 O 7-n ) was formed on the cap layer by a PLD method (pulse laser deposition method). (Thickness 1μm)
以上説明の如く得られた酸化物超電導導体に対し、酸化物超電導層上に厚さ5μmのAgの保護層をメッキ法により形成し、Agの保護層とした。
この保護層に対し、幅100μmの分離溝を4本、回転円盤型の刃を有する切断装置により酸化物超電導導体の幅方向に等間隔で酸化物超電導導体の全長に形成し、保護層を5つの保護分離層に分断した。
次いで、ネガ型感光性レジスト(OPTO−ER、N)からなる感光性樹脂層をスプレー塗布により塗布し、これを150℃で1分プリベークしてから超高圧水銀灯により露光量45mJ/cm2とした。この感光樹脂は露光が完全になされる露光量が60mJ/cm2であるので、本実施例では75%の露光量に設定して露光している。
With respect to the oxide superconducting conductor obtained as described above, an Ag protective layer having a thickness of 5 μm was formed on the oxide superconducting layer by plating to form an Ag protective layer.
With respect to this protective layer, four separation grooves with a width of 100 μm and a cutting device having a rotating disk-shaped blade are formed over the entire length of the oxide superconducting conductor at equal intervals in the width direction of the oxide superconducting conductor. Divided into two protective separation layers.
Next, a photosensitive resin layer made of a negative photosensitive resist (OPTO-ER, N) was applied by spray coating, prebaked at 150 ° C. for 1 minute, and then exposed to 45 mJ / cm 2 with an ultrahigh pressure mercury lamp. . Since this photosensitive resin has an exposure amount of 60 mJ / cm 2 that is completely exposed, in this embodiment, the exposure is set to 75%.
次いで、露光後の感光性樹脂層を1%炭酸ソーダ(1:7希釈)を用いて現像し、上記切断装置にて形成した分離溝の下の酸化物超電導層を除去し、5分割した構造の幅2mmの酸化物超電導分割層を備えた酸化物超電導細線を得た。
酸化物超電導細線の幅方向一端部側に位置して溝部により分割した隣接する酸化物超電導分割層どうしの線間絶縁性を調査したところ、1MΩ以上の絶縁抵抗があることを確認することができ、線間絶縁性の優れた酸化物超電導細線を製造できたことを確認することができた。
Next, the exposed photosensitive resin layer is developed using 1% sodium carbonate (1: 7 dilution), and the oxide superconducting layer under the separation groove formed by the cutting device is removed, and the structure is divided into five parts. An oxide superconducting thin wire having an oxide superconducting split layer having a width of 2 mm was obtained.
The inter-line insulation between adjacent oxide superconducting split layers located on one end of the oxide superconducting wire in the width direction and divided by the groove can be confirmed to have an insulation resistance of 1 MΩ or more. It was confirmed that an oxide superconducting thin wire excellent in insulation between lines could be manufactured.
A…酸化物超電導導体、1…基材、2、2A…中間層、3、3A…キャップ層、5…酸化物超電導層、6…保護層、7、11…分離溝、8、12…分割導体部、9、13…超電導細線、 A ... oxide superconducting conductor, 1 ... substrate, 2, 2A ... intermediate layer, 3A ... cap layer, 5 ... oxide superconducting layer, 6 ... protective layer, 7, 11 ... separation groove, 8, 12 ... divided Conductor part, 9, 13 ... superconducting thin wire,
Claims (5)
基材上に中間層と超電導層と保護層を備えた超電導導体に対し、前記保護層から少なくとも前記超電導層表面に達する溝部を前記超電導導体の長さ方向に沿って形成する工程と、
前記保護層と溝部を覆うようにネガ型の感光性樹脂層を形成する工程と、
前記保護層上の感光性樹脂層が残り、前記溝部に対応する位置の感光性樹脂層を除去して前記溝部に連続する接続溝を感光性樹脂層に形成するように露光、現像を行う工程と、
前記溝部と前記接続溝を介してそれらの下に位置する酸化物超電導層をエッチングにより除去して酸化物超電導層を分断する分離溝を形成することを特徴とする超電導細線の製造方法。 A method for producing a superconducting wire comprising a superconducting layer formed on an intermediate layer on a substrate, and comprising a separation groove for dividing and separating at least the superconducting layer into a plurality of wires in the width direction,
For the superconducting conductor provided with an intermediate layer, a superconducting layer, and a protective layer on the substrate, a step of forming a groove from the protective layer to at least the surface of the superconducting layer along the length direction of the superconducting conductor;
Forming a negative photosensitive resin layer so as to cover the protective layer and the groove,
A process of performing exposure and development so that the photosensitive resin layer on the protective layer remains, the photosensitive resin layer at a position corresponding to the groove is removed, and a connection groove continuous to the groove is formed in the photosensitive resin layer. When,
A method for producing a superconducting thin wire, comprising: forming a separation groove for separating the oxide superconducting layer by removing the oxide superconducting layer located under the groove and the connecting groove by etching.
基材上に中間層と超電導層と保護層を備えた超電導導体に対し、前記保護層上に樹脂製の第2の保護層を形成する工程と、
前記第2の保護層に溝部を前記超電導導体の長さ方向に沿って機械式の刃により形成する工程と、
前記溝部を介してその下に位置する酸化物超電導層をエッチングにより除去して酸化物超電導層を分断する分離溝を形成することを特徴とする超電導細線の製造方法。 A method for producing a superconducting wire comprising a superconducting layer formed on an intermediate layer on a substrate, and comprising a separation groove for dividing and separating at least the superconducting layer into a plurality of wires in the width direction,
Forming a second protective layer made of resin on the protective layer for a superconducting conductor having an intermediate layer, a superconducting layer and a protective layer on the substrate;
Forming a groove in the second protective layer with a mechanical blade along the length direction of the superconducting conductor;
A method for producing a superconducting thin wire, wherein the oxide superconducting layer located under the groove is removed by etching to form a separation groove for dividing the oxide superconducting layer.
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