JP3110473B2 - 酸化物超電導薄膜の製造方法 - Google Patents
酸化物超電導薄膜の製造方法Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、レーザアブレーショ
ンによる成膜方法を用いる酸化物超電導薄膜の製造方法
に関するものである。
ンによる成膜方法を用いる酸化物超電導薄膜の製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザビームをターゲットに照射する
と、レーザビームの照射部分においてアブレーションが
生じ、このアブレーションによりターゲットを構成する
物質の粒子が原子および分子の状態で飛散する。飛散し
た粒子は、ターゲットに対向するように配置された基材
上に堆積され、それによって、基材上にターゲットを構
成する物質からなる薄膜が形成される。
と、レーザビームの照射部分においてアブレーションが
生じ、このアブレーションによりターゲットを構成する
物質の粒子が原子および分子の状態で飛散する。飛散し
た粒子は、ターゲットに対向するように配置された基材
上に堆積され、それによって、基材上にターゲットを構
成する物質からなる薄膜が形成される。
【０００３】このようなレーザアブレーションによる成
膜方法が、酸化物超電導薄膜の製造方法として、最近注
目されている。レーザアブレーション法によれば、ター
ゲットと堆積された薄膜との間での組成のずれがないと
いう特徴を有しているとともに、比較的低温かつ高速で
酸化物超電導薄膜を製造することができるという特徴を
有している。したがって、基材として、長尺の可撓性基
材を用いると、長尺の可撓性基材の表面に酸化物超電導
薄膜が形成された酸化物超電導線材を能率的に製造する
ことが可能になる。
膜方法が、酸化物超電導薄膜の製造方法として、最近注
目されている。レーザアブレーション法によれば、ター
ゲットと堆積された薄膜との間での組成のずれがないと
いう特徴を有しているとともに、比較的低温かつ高速で
酸化物超電導薄膜を製造することができるという特徴を
有している。したがって、基材として、長尺の可撓性基
材を用いると、長尺の可撓性基材の表面に酸化物超電導
薄膜が形成された酸化物超電導線材を能率的に製造する
ことが可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したような酸化物
超電導線材を構成するために用いられる長尺の可撓性基
材は、金属またはセラミックスのような材料から構成さ
れるが、金属、セラミックスに関わらず、可撓性を有す
る材料は、一般的に多結晶状態である。したがって、酸
化物超電導線材を製造しようとする場合、多くは、多結
晶状態にある基材を用いなければならないことになる。
超電導線材を構成するために用いられる長尺の可撓性基
材は、金属またはセラミックスのような材料から構成さ
れるが、金属、セラミックスに関わらず、可撓性を有す
る材料は、一般的に多結晶状態である。したがって、酸
化物超電導線材を製造しようとする場合、多くは、多結
晶状態にある基材を用いなければならないことになる。
【０００５】一般に、レーザアブレーションのような気
相法による成膜方法によって酸化物超電導薄膜を製造し
ようとする場合、基材が単結晶であれば、成膜速度を高
速化しても、高品質の酸化物超電導薄膜を得ることが可
能であった。これに対して、基材が多結晶である場合に
は、成膜速度を比較的高速化すると、高品質の酸化物超
電導薄膜を得ることが困難であった。この原因は、基材
が多結晶であれば、基材を構成している個々の結晶粒子
が種々の方向を向いており、その結果、成膜の初期に種
々の方向に向いた析出粒子が成長してしまうためである
と考えられる。
相法による成膜方法によって酸化物超電導薄膜を製造し
ようとする場合、基材が単結晶であれば、成膜速度を高
速化しても、高品質の酸化物超電導薄膜を得ることが可
能であった。これに対して、基材が多結晶である場合に
は、成膜速度を比較的高速化すると、高品質の酸化物超
電導薄膜を得ることが困難であった。この原因は、基材
が多結晶であれば、基材を構成している個々の結晶粒子
が種々の方向を向いており、その結果、成膜の初期に種
々の方向に向いた析出粒子が成長してしまうためである
と考えられる。
【０００６】なお、基材が多結晶の場合であっても、成
膜速度を低くすれば、高品質の酸化物超電導薄膜が得ら
れている。しかしながら、たとえば酸化物超電導線材の
ように、長尺の基材上に酸化物超電導薄膜を形成しなけ
ればならない場合には、成膜速度が高速でなければ、工
業的生産を能率的に行なうことができない。
膜速度を低くすれば、高品質の酸化物超電導薄膜が得ら
れている。しかしながら、たとえば酸化物超電導線材の
ように、長尺の基材上に酸化物超電導薄膜を形成しなけ
ればならない場合には、成膜速度が高速でなければ、工
業的生産を能率的に行なうことができない。
【０００７】それゆえに、この発明の目的は、たとえ多
結晶状態の基材を用いる場合であっても、高品質の酸化
物超電導薄膜を能率的に製造することができる方法を提
供しようとすることである。
結晶状態の基材を用いる場合であっても、高品質の酸化
物超電導薄膜を能率的に製造することができる方法を提
供しようとすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、レーザビー
ムをターゲットに照射し、ターゲットより飛散した粒子
を基材上に堆積させる、レーザアブレーションによる成
膜方法を用いる、酸化物超電導薄膜の製造方法に向けら
れるものであって、上述の技術的課題を解決するため、
堆積の初期には、成膜速度を第１の速度とし、その後、
連続して、成膜速度を第１の速度よりも速い第２の速度
として単層の酸化物超電導薄膜を形成することを特徴と
している。
ムをターゲットに照射し、ターゲットより飛散した粒子
を基材上に堆積させる、レーザアブレーションによる成
膜方法を用いる、酸化物超電導薄膜の製造方法に向けら
れるものであって、上述の技術的課題を解決するため、
堆積の初期には、成膜速度を第１の速度とし、その後、
連続して、成膜速度を第１の速度よりも速い第２の速度
として単層の酸化物超電導薄膜を形成することを特徴と
している。
【０００９】この発明において、基材として、長尺の可
撓性基材が用いられるとき、そのような基材上に酸化物
超電導薄膜が形成された酸化物超電導線材を有利に製造
することができる。可撓性基材としては、部分安定化ジ
ルコニア、安定化ジルコニア、アルミナ、イットリア、
シリカもしくはチタニアのセラミックス、または、白
金、金、銀、アルミニウム、ニッケル、ハステロイ、イ
ンコネル、インコロイもしくはステンレス鋼の金属材料
から構成されたものを用いることができる。
撓性基材が用いられるとき、そのような基材上に酸化物
超電導薄膜が形成された酸化物超電導線材を有利に製造
することができる。可撓性基材としては、部分安定化ジ
ルコニア、安定化ジルコニア、アルミナ、イットリア、
シリカもしくはチタニアのセラミックス、または、白
金、金、銀、アルミニウム、ニッケル、ハステロイ、イ
ンコネル、インコロイもしくはステンレス鋼の金属材料
から構成されたものを用いることができる。
【００１０】
【作用】この発明において、堆積の初期に成膜速度を下
げることによって、たとえ多結晶の基材上であっても、
粒子の方向が揃った成膜が達成される。このような粒子
の方向が揃った成膜が一旦なされると、その後、成膜速
度が高められても、すでに形成された膜と結晶軸が揃っ
た状態で成膜されることができる。
げることによって、たとえ多結晶の基材上であっても、
粒子の方向が揃った成膜が達成される。このような粒子
の方向が揃った成膜が一旦なされると、その後、成膜速
度が高められても、すでに形成された膜と結晶軸が揃っ
た状態で成膜されることができる。
【００１１】
【発明の効果】したがって、この発明によれば、たとえ
多結晶状態の基材上であっても、高品質の酸化物超電導
薄膜を製造することができる。それゆえに、多結晶状態
であることがほとんどである可撓性を有する材料からな
る基材を有利に用いることができる。そのため、長尺の
可撓性基材を用いて構成される酸化物超電導線材の製造
に有利に適用することができる。
多結晶状態の基材上であっても、高品質の酸化物超電導
薄膜を製造することができる。それゆえに、多結晶状態
であることがほとんどである可撓性を有する材料からな
る基材を有利に用いることができる。そのため、長尺の
可撓性基材を用いて構成される酸化物超電導線材の製造
に有利に適用することができる。
【００１２】また、この発明では、堆積の初期において
のみ成膜速度を比較的低速化すれば済むので、所望の厚
みの酸化物超電導薄膜を得るために、それほど長い時間
を必要としない。むしろ、得ようとする酸化物超電導薄
膜の厚み方向での大部分が、比較的高速の成膜速度をも
って形成されるので、全体としては、能率的に酸化物超
電導薄膜を製造することができる。堆積の初期において
低い成膜速度で成膜される薄膜の厚みは、たとえば５０
０オングストローム程度あれば十分である。このような
意味からも、この発明によれば、長尺の基材上に酸化物
超電導薄膜を能率的に形成することができるので、長尺
の基材を用いる酸化物超電導線材の製造を能率的に進め
ることができる。
のみ成膜速度を比較的低速化すれば済むので、所望の厚
みの酸化物超電導薄膜を得るために、それほど長い時間
を必要としない。むしろ、得ようとする酸化物超電導薄
膜の厚み方向での大部分が、比較的高速の成膜速度をも
って形成されるので、全体としては、能率的に酸化物超
電導薄膜を製造することができる。堆積の初期において
低い成膜速度で成膜される薄膜の厚みは、たとえば５０
０オングストローム程度あれば十分である。このような
意味からも、この発明によれば、長尺の基材上に酸化物
超電導薄膜を能率的に形成することができるので、長尺
の基材を用いる酸化物超電導線材の製造を能率的に進め
ることができる。
【００１３】
実験例１ エキシマレーザを用いて、ＹＢａＣｕＯ系酸化物超電導
薄膜の製造を行なった。
薄膜の製造を行なった。
【００１４】より詳細には、レーザビーム源から放出さ
れたレーザビームを、球面レンズを通してターゲット上
に照射した。このとき、球面レンズとして直径６０ｍｍ
のものを用い、この球面レンズに入射されるレーザビー
ムの幅を３０ｍｍとした。球面レンズを通過したレーザ
ビームは、ターゲット上に集光されるが、球面レンズと
ターゲット上の集光点との距離を３００ｍｍとした。ま
た、ターゲットへのレーザビームの入射角度を４５度と
した。また、ターゲット上の集光点から垂線方向に７０
ｍｍ離して、基材を設置した。
れたレーザビームを、球面レンズを通してターゲット上
に照射した。このとき、球面レンズとして直径６０ｍｍ
のものを用い、この球面レンズに入射されるレーザビー
ムの幅を３０ｍｍとした。球面レンズを通過したレーザ
ビームは、ターゲット上に集光されるが、球面レンズと
ターゲット上の集光点との距離を３００ｍｍとした。ま
た、ターゲットへのレーザビームの入射角度を４５度と
した。また、ターゲット上の集光点から垂線方向に７０
ｍｍ離して、基材を設置した。
【００１５】 その他の成膜条件は、以下のとおりである。 レーザ：ＡｒＦ，１９３ｎｍ ターゲット：Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 ＯX 雰囲気ガス：酸素 酸素圧力：５００ｍＴｏｒｒ レーザエネルギ密度：１Ｊ／ｃｍ2 基材：ＭｇＯを片面被覆した銀テープ 基材温度：６５０℃ 成膜開始時に、低速で成膜するため、レーザ周波数１Ｈ
ｚで１０分間成膜し、その後、高速で成膜するため、レ
ーザ周波数１００Ｈｚで１分間成膜した。成膜後、成膜
室よりサンプルを取出し、得られた超導電薄膜の厚みを
調べたところ、１μｍであった。
ｚで１０分間成膜し、その後、高速で成膜するため、レ
ーザ周波数１００Ｈｚで１分間成膜した。成膜後、成膜
室よりサンプルを取出し、得られた超導電薄膜の厚みを
調べたところ、１μｍであった。
【００１６】Ｘ線回折装置で超電導薄膜の結晶配向性を
調べたところ、ｃ軸が、基材に対して垂直に配向してい
ることが確認できた。
調べたところ、ｃ軸が、基材に対して垂直に配向してい
ることが確認できた。
【００１７】４端子法を用いて液体窒素中におけるサン
プルの臨界電流密度を測定した。臨界電流密度は、４１
００００Ａ／ｃｍ2 であった。また、臨界温度を測定し
たところ、８９．５Ｋであった。
プルの臨界電流密度を測定した。臨界電流密度は、４１
００００Ａ／ｃｍ2 であった。また、臨界温度を測定し
たところ、８９．５Ｋであった。
【００１８】基材を１０ｍｍ／分の速度で移動させるこ
と以外は上記と同じ条件で成膜を行なった。得られたサ
ンプルの液体窒素中での臨界電流密度は、３５００００
Ａ／ｃｍ2 であった。
と以外は上記と同じ条件で成膜を行なった。得られたサ
ンプルの液体窒素中での臨界電流密度は、３５００００
Ａ／ｃｍ2 であった。
【００１９】比較例として、成膜時のレーザ周波数を最
初から１００Ｈｚに設定した以外は、上記と同じ条件で
酸化物超電導薄膜の製造を行なった。
初から１００Ｈｚに設定した以外は、上記と同じ条件で
酸化物超電導薄膜の製造を行なった。
【００２０】成膜後、サンプルの酸化物超電導薄膜の厚
みを調べたところ、成膜速度は、上記実施例とほぼ同じ
であった。
みを調べたところ、成膜速度は、上記実施例とほぼ同じ
であった。
【００２１】Ｘ線回折装置で酸化物超電導薄膜の結晶配
向性を調べたところ、ｃ軸が、基材に対して垂直に配向
していることが確認できた。
向性を調べたところ、ｃ軸が、基材に対して垂直に配向
していることが確認できた。
【００２２】４端子法を用いて液体窒素中におけるサン
プルの臨界電流密度を測定した。臨界電流密度は９００
０Ａ／ｃｍ2 であった。また、臨界温度を測定したとこ
ろ、８３．１Ｋであった。
プルの臨界電流密度を測定した。臨界電流密度は９００
０Ａ／ｃｍ2 であった。また、臨界温度を測定したとこ
ろ、８３．１Ｋであった。
【００２３】 実験例２ 基材として、厚み０．２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ１ｍの
銀テープを用いた。この実験例２では、前述した実験例
１と異なり、銀テープにＭｇＯ被覆が施されていない。
銀テープを用いた。この実験例２では、前述した実験例
１と異なり、銀テープにＭｇＯ被覆が施されていない。
【００２４】この銀テープを、実験例１と同じように設
置し、これをテープ面と平行に１ｃｍ／分のスピードで
移動させながら、その上にレーザアブレーション法によ
り成膜を行なった。なお、特に指摘する条件以外の条件
については、前述した実験例１と同様である。
置し、これをテープ面と平行に１ｃｍ／分のスピードで
移動させながら、その上にレーザアブレーション法によ
り成膜を行なった。なお、特に指摘する条件以外の条件
については、前述した実験例１と同様である。
【００２５】まず、レーザ繰返し周波数を１Ｈｚとし
て、１０分の成膜を行ない、銀テープのほぼ全長にわた
って厚み４００オングストローム程度の膜を形成した。
次に、レーザ繰返し周波数を１００Ｈｚとして、５分の
成膜を行ない、上述した膜のさらに上に厚み２μｍ程度
の膜を形成した。
て、１０分の成膜を行ない、銀テープのほぼ全長にわた
って厚み４００オングストローム程度の膜を形成した。
次に、レーザ繰返し周波数を１００Ｈｚとして、５分の
成膜を行ない、上述した膜のさらに上に厚み２μｍ程度
の膜を形成した。
【００２６】このようにして得られたサンプルの臨界温
度は、８８Ｋであり、液体窒素温度における臨界電流密
度は、２７２０００Ａ／ｃｍ2 であった。
度は、８８Ｋであり、液体窒素温度における臨界電流密
度は、２７２０００Ａ／ｃｍ2 であった。
【００２７】他方、上述したサンプルにおいて、第１回
目の低速での成膜を省略した場合に得られたサンプルの
臨界温度は、８７Ｋであり、臨界電流密度は、１１５０
００Ａ／ｃｍ2 であった。
目の低速での成膜を省略した場合に得られたサンプルの
臨界温度は、８７Ｋであり、臨界電流密度は、１１５０
００Ａ／ｃｍ2 であった。
【００２８】したがって、この実験例からもわかるよう
に、堆積の初期において成膜速度を低速化することによ
り、超電導特性が向上される。
に、堆積の初期において成膜速度を低速化することによ
り、超電導特性が向上される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ // Ｈ０１Ｂ 12/06 ＺＡＡ Ｈ０１Ｂ 12/06 ＺＡＡ (72)発明者 奥田 繁 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友 電気工業株式会社 大阪製作所内 (72)発明者 林 憲器 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友 電気工業株式会社 大阪製作所内 (72)発明者 原 築志 東京都調布市西つつじケ丘２−４−１ 東京電力株式会社内 (72)発明者 岡庭 潔 東京都調布市西つつじケ丘２−４−１ 東京電力株式会社内 (72)発明者 山本 隆彦 東京都調布市西つつじケ丘２−４−１ 東京電力株式会社内 審査官 酒井 美知子 (56)参考文献 特開 平１−179474（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−309956（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01B 12/00 - 13/00 C23C 14/06,14/08,14/28 C30B 29/22 H01L 39/24
Claims (3)
- 【請求項１】 レーザビームをターゲットに照射し、タ
ーゲットより飛散した粒子を基材上に堆積させる、レー
ザアブレーションによる成膜方法を用いる、酸化物超電
導薄膜の製造方法において、 堆積の初期には、成膜速度を第１の速度とし、その後、
連続して、成膜速度を前記第１の速度よりも速い第２の
速度として単層の酸化物超電導薄膜を形成することを特
徴とする、酸化物超電導薄膜の製造方法。 - 【請求項２】 前記基材として、長尺の可撓性基材が用
いられる、請求項１に記載の酸化物超電導薄膜の製造方
法。 - 【請求項３】 前記可撓性基材は、部分安定化ジルコニ
ア、安定化ジルコニア、アルミナ、イットリア、シリカ
もしくはチタニアのセラミックス、または、白金、金、
銀、アルミニウム、ニッケル、ハステロイ、インコネ
ル、インコロイもしくはステンレス鋼の金属材料から構
成される、請求項２に記載の酸化物超電導薄膜の製造方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-50667 | 1990-03-01 | ||
| JP5066790 | 1990-03-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04212214A JPH04212214A (ja) | 1992-08-03 |
| JP3110473B2 true JP3110473B2 (ja) | 2000-11-20 |
Family
ID=12865302
Family Applications (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1991
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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