JP3939486B2 - Ｃｖｄ用液体原料供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学気相蒸着法（以下、ＣＶＤ法という）によって酸化物超電導体などの酸化物材料を基材上に成膜する薄膜形成装置に備えられるＣＶＤ用液体原料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、臨界温度（Ｔｃ）が液体窒素温度（約７７Ｋ）よりも高い酸化物超電導体として、Ｙ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏ系、Ｂｉ-Ｓｒ-Ｃａ-Ｃｕ-Ｏ系、Ｔｌ-Ｂａ-Ｃａ-Ｃｕ-Ｏ系などの酸化物超電導体が発見されている。そして、これらの酸化物超電導体は、電力ケーブル、マグネット、エネルギー貯蔵、発電機、医療機器、電流リード等の分野に利用する目的で種々の研究が進められている。
上記の酸化物超電導体の製造方法の１つとして、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）等の薄膜形成手段によって基材表面に酸化物超電導薄膜を成膜する方法が知られている。この種の薄膜形成手段により形成した酸化物超電導薄膜は、臨界電流密度（Ｊｃ）が大きく、優れた超電導特性を発揮することが知られている。またＣＶＤ法のなかでも金属錯体、金属アルコキシドなどの有機金属化合物を原料として行なうＣＶＤ法は、成膜速度が速く、短時間でより厚い膜を形成できる手段として注目されている。
【０００３】
このようなＣＶＤ法による酸化物超電導体の製造方法において通常使用される原料化合物としては、酸化物超電導体を構成する各元素のβ−ジケトン化合物やシクロペンタジエニル化合物などが用いられ、例えば、Ｙ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏ系の酸 化物超電導体の製造用には、Ｙ（ｔｈｄ）3、Ｂａ（ｔｈｄ）2またはＢａ（ｔｈｄ）2・ｐｈｅｎ2、Ｃｕ（ｔｈｄ）2等の有機金属錯体原料（ＭＯ原料）などが 使用されている（ｔｈｄ＝2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン）。
これらの有機金属錯体原料は室温で固体の原料であり、２００〜３００℃に加熱することにより高い昇華特性を示すが、原料の純度や加熱時間に伴う仕込み原料の表面積変化等により昇華効率が大きく左右されるために組成制御が困難とされている。そこで、これらの固体の錯体原料は通常、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、イソプロパノール、トルエン、ジグリム（2,5,8-トリオキソノナン）等の有機溶媒に溶解し、液体原料として用いられていた。
【０００４】
これらの液体原料は、図５に示すようなＣＶＤ用液体原料供給装置１００により加熱気化され、キャリアガスとともに原料ガスとしてＣＶＤ反応装置に送り込まれ、ＣＶＤ法によって反応チャンバ内に設置した基材の表面に反応生成物を堆積させることで目的のＹ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏ系酸化物超電導体が得られる。
【０００５】
図５には、従来のＣＶＤ用液体原料供給装置を示す。このＣＶＤ用液体原料供給装置１００は、液体原料を気化器１５０内に噴霧する液体原料供給器１３０と、噴霧された液体原料を気化させ、原料ガスとするとともにこの原料ガスを図示しないＣＶＤ反応装置内に供給する気化器１５０とから概略構成される。
【０００６】
液体原料供給器１３０は、本願発明者らにより特願平１０−１３０８２８号により提案されているもので、内部に液体原料が供給される毛細管１３１ａと、毛細管１３１ａが着脱自在に挿入される毛細管挿入部１３１と、毛細管挿入部１３１の外周を取り囲んで設けられ、毛細管挿入部１３１との隙間に液体原料を霧化するためのアトマイズガスが供給される筒状で先窄まり状のアトマイズガス供給部１３２と、アトマイズガス供給部１３２の外周を取り囲んで設けられ、アトマイズガス供給部１３２との隙間に毛細管１３１ａとアトマイズガス供給部１３２を冷却ならびにシールドするシールドガスが供給される筒状のシールドガス供給部１３３とから概略構成されるものである。
【０００７】
この液体原料供給器１３０はガラス製であり、該供給器１３０を構成するアトマイズガス供給部１３２とシールドガス供給部１３３は互いに上端部で接合一体化されており、さらにこれらに毛細管供給部１３１が一体的に接合されている。
そして、この液体原料供給器１３０では、アトマイズガス供給部１３２の先端部と毛細管１３１ａの先端部とからノズル１３７が構成されている。
【０００８】
また、アトマイズガス供給部１３２の先端部はシールドガス供給部１３３の先端部及び毛細管挿入部１３１の先端部から僅かに突出している。また、毛細管１３１ａの先端部はアトマイズガス供給部１３２の先端部より僅かに引っ込んでいる。
このように従来の液体原料供給器１３０では、毛細管１３１ａ、毛細管挿入部１３１、アトマイズガス供給部１３２及びシールドガス供給部１３３の各先端部が相互に近接している。
【０００９】
また液体原料供給器１３０には、アトマイズガス供給部１３２にＡｒ等のアトマイズガスを供給するアトマイズガス源１３６と、シールドガス供給部１３３にＡｒ等のシールドガスを供給するシールドガス供給源１３９が接続されている。
更に毛細管１３１ａには接続管１４１が取り付けられ、接続管１４１には加圧ポンプ１３５と液体原料用ＭＦＣ１４１ａが挿入されるとともに液体原料１３４が収納された収納容器１４２が取り付けられている。収納容器１４２には加圧源１４３が取り付けられており、この加圧源１４３からＨｅガス等を収納容器１４２内に供給して加圧することにより、液体原料１３４を接続管１４１を介して毛細管１３１ａに一定の流量で連続供給できるように構成されている。
【００１０】
また気化器１５０は、箱状の気化室１５１と、この気化室１５１の外周に配置されて気化室１５１内部を加熱する加熱ヒータ１５２とから概略構成される。また気化室１５１には液体原料導入部１５１ａが突出して設けられている。
液体原料供給器１３０は、その先端部分が液体原料導入部１５１ａに収納されるとともにＯリング１５３によって気化室１５１を密閉状態とするように気化器１５０に接続されている。
【００１１】
従来のＣＶＤ用液体原料供給装置１００を備えた酸化物超電導体の製造装置を用いて長尺の酸化物超電導体を製造するには、液体原料を液体原料供給器１３０の毛細管１３１ａ内に送液し、毛細管１３１ａ内に送液された液体原料１３４を気化器１５０内に噴霧し、噴霧された液体原料１３４を気化器１５０内で気化させて原料ガスとし、この原料ガスを図示しないＣＶＤ反応装置に供給する。これとともにＣＶＤ反応装置内にテープ状の基材を走行させ、さらに該テープ状の基材を加熱して反応生成物を基材上に堆積させることにより長尺の酸化物超電導体が得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＣＶＤ用液体原料供給装置１００においては、原料ガスが気化室１５１内を対流して液体原料導入部１５１ａ近傍に到達し、アトマイズガス及びシールドガスによって原料ガスが冷却され、図５に示すように毛細管１３１ａの先端部分に原料ガスの再析出物１６０が徐々に析出し、毛細管１３１ａが目詰まりして液体原料の供給を長時間に渡って連続して行うことができなくなるという課題があった。
特に、従来の液体原料供給器１３０は、アトマイズガス供給部１３２及びシールドガス供給部１３３の各先端部が毛細管１３１ａの先端部に近接しているために、長時間の使用により、これらのガスにより冷却されて析出した再析出物１６０が、毛細管１３１ａの先端部分に付着することがあった。
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、液体原料供給器の先端部分における再析出物の付着を防止して、長時間に渡って連続して原料ガスを供給することが可能なＣＶＤ用液体原料供給装置の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、液体原料供給器と、該液体原料供給器に接続されてこの液体原料供給器から供給された液体原料を気化する気化器とを具備してなるＣＶＤ用液体原料供給装置であって、前記液体原料供給器は、内部に液体原料が供給される毛細管と、該毛細管が挿入される毛細管挿入部と、該毛細管挿入部の外周を取り囲んで設けられ、前記毛細管及び前記毛細管挿入部を冷却するための冷却ガスが供給される筒状で先窄まり状の冷却ガス供給部と、該冷却ガス供給部の外周を取り囲んで設けられ、液体原料と混合されて原料ガスを構成するキャリアガスが前記冷却ガス供給部との隙間に供給される筒状のキャリアガス供給部とからなり、前記気化器は、前記液体原料供給器に接続されて前記液体原料を気化する気化室と、前記気化器及び前記キャリアガス供給部を加熱するために該気化器の外周側及び前記液体原料供給器の外周側の一部に配設された加熱ヒータとを具備してなり、前記毛細管が、着脱交換可能に前記毛細管挿入部に挿入されるとともに、その先端部が前記冷却ガス供給部の先端部及び前記キャリアガス供給部の先端部より前記気化器側に突出しており、また前記毛細管が、その先端部において原料ガスが再析出することなく、毛細管が再析出物によって目詰まりすることがないように、かつ、毛細管の先端部から前記気化室の底部に向けて液体原料が移動する間に気化するように、毛細管の先端部から気化室の底部までの間隔をあけて突出していることを特徴とするＣＶＤ用液体原料供給装置を上記課題の解決手段とした。
また、請求項２に記載の発明では、液体原料供給器と、該液体原料供給器に接続されてこの液体原料供給器から供給された液体原料を気化する気化器とを具備してなるＣＶＤ用液体原料供給装置であって、前記液体原料供給器は、内部に液体原料が供給される毛細管と、該毛細管が挿入される毛細管挿入部と、該毛細管挿入部の外周を取り囲んで設けられ、前記毛細管及び前記毛細管挿入部を冷却するための冷却ガスが供給される筒状で先窄まり状の冷却ガス供給部と、該冷却ガス供給部の外周を取り囲んで設けられ、液体原料と混合されて原料ガスを構成するキャリアガスが前記冷却ガス供給部との隙間に供給される筒状のキャリアガス供給部とからなり、前記気化器は、前記液体原料供給器に接続されて前記液体原料を気化する気化室と、前記気化器及び前記キャリアガス供給部を加熱するために該気化器の外周側及び前記液体原料供給器の外周側の一部に配設された加熱ヒータとを具備してなり、前記毛細管が、着脱交換可能に前記毛細管挿入部に挿入されるとともに、その先端部が前記冷却ガス供給部の先端部及び前記キャリアガス供給部の先端部より前記気化器側に２０〜１００ｍｍの範囲で突出していることを特徴とするＣＶＤ用液体原料供給装置を上記課題の解決手段とした。
【００１５】
また、前記毛細管の先端部は、上記の気化室内に位置していることが好ましい。
【００１６】
更に、請求項３に記載の発明では、前記気化室が、前記液体原料が前記毛細管の先端部から該気化室の端部側に向けて移動する間に気化するように、前記毛細管の先端部から前記気化室の端部までの間隔をあけて構成されるとともに、前記気化室の端部に保熱部材が備えられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣＶＤ用液体原料供給装置を上記課題の解決手段とした。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＣＶＤ用液体原料供給装置の一実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明に係るＣＶＤ用液体原料供給装置を備えた酸化物超電導体の製造装置の一例を示すものである。
この酸化物超電導体の製造装置は、本発明に係るＣＶＤ用液体原料供給装置１０と、ＣＶＤ反応装置６０とから概略構成されている。
【００１８】
図２は本発明に係るＣＶＤ用液体原料供給装置１０の要部を示すものである。
本発明のＣＶＤ用液体原料供給装置１０は、図１及び図２に示すように、液体原料供給器３０と原料供給装置４０と気化器５０とから概略構成されている。
この液体原料供給装置１０は、液体原料を原料供給装置４０から液体原料供給器３０を介して気化器５０に供給し、気化器５０によりこの液体原料を気化して原料ガスを生成するというものである。生成された原料ガスはＣＶＤ反応装置６０に供給されてＣＶＤ反応に供される。
【００１９】
図３には本発明に係る液体原料供給器３０の断面模式図を示し、図４には図３のＡ−Ａ’線に沿う断面模式図を示す。
液体原料供給器３０は、図１〜図３に示すように、内部に液体原料が供給される毛細管３１ａと、毛細管３１ａが挿入される毛細管挿入部３１と、毛細管挿入部３１の外周を取り囲んで設けられた筒状で先窄まり状の冷却ガス供給部３２と、冷却ガス供給部３２の外周を取り囲んで設けられた筒状のキャリアガス供給部３３とから概略構成されたものである。
【００２０】
毛細管３１ａは、原料供給装置４０から送り込まれてくる液体原料３４が内部に供給されるものである。毛細管３１ａの寸法の具体例としては、外径が３７５μｍ程度であり、内径が数１０μｍ〜数百μｍ程度、より好ましい内径としては５０μｍ〜１５０μｍ程度である。
【００２１】
上述のような構成の毛細管３１ａは、着脱交換可能に毛細管挿入部３１に挿入され、その先端部３１ｃが毛細管挿入部３１の先端部３１ｂより気化器５０側に突出している。
また毛細管１３１ａの先端部３１ｃは同時に、冷却ガス供給部３２の先端部３２ａ及びキャリアガス供給部３３の先端部３３ａより気化器５０側に突出している。
【００２２】
毛細管挿入部３１は、毛細管３１ａを冷却ガス供給部３２内に案内するためのものである。毛細管挿入部３１の先端部３１ｂの内径は、毛細管３１ａの外径に近い値であることが好ましい。毛細管３１ａの外径が３７５μｍの場合の毛細管挿入部３１の寸法の具体例としては、内径３８０μｍ〜３９０μｍ程度、外径４２５〜４７５μｍ程度とされる。
このような毛細管挿入部３１内に挿入された毛細管３１ａは、後述する原料供給装置４０と接続されている。
【００２３】
この毛細管３１ａの中央部には供給された液体原料３４を一時的に貯留する液だまり（図示略）が設けられていることが好ましい。この液だまりの内径は、毛細管３１ａの上部の液体供給口３１ｄや下部の先端部３１ｃの内径よりも大きくなっており、原料供給装置４０から送り込まれた液体原料３４が溜まりつつ連続的に先端部３１ｃに送り込まれるようになっている。このような液だまりが設けられていると、液体原料３４中に気泡等が混入していても、気泡等は液だまりに溜った液体原料３４の液面に浮き上がるため、先端部３１ｃにまで達するのを防止できる。
【００２４】
上述のような数１０μｍ〜数百μｍ程度の内径を有する毛細管３１ａ内に液体原料３４を送液するためには、数１０ｋｇ／ｃｍ2の送圧力が必要となるため、図１に示すように原料供給装置４０から送り込まれてくる液体原料３４を毛細管３１ａ内に加圧送液するための加圧式液体ポンプ３５が接続管３５ａを介して液体供給口３１ｄに接続されていることが好ましい。このような加圧式液体ポンプ３５が設けられていると、液体原料３４を数１００ｋｇ／ｃｍ2で加圧送液することができる。この加圧式液体ポンプ３５には、後述する原料供給装置４０が接続管４１を介して接続される。
【００２５】
冷却ガス供給部３２は、毛細管３１ａと毛細管挿入部３１を冷却するための冷却ガスが毛細管挿入部３１との隙間に供給されるものである。冷却ガス供給部３２の上部には、図１に示すように冷却ガス用ＭＦＣ３６ａを介して冷却ガス供給源３６が接続され、冷却ガス供給部３２内に冷却ガスを供給できるように構成されている。ここで用いられる冷却ガスの具体例を明示するならば、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどである。
【００２６】
キャリアガス供給部３３は、液体原料３４とともに原料ガスを構成するキャリアガスが冷却ガス供給部３２との隙間に供給されるものである。
図３に示すようにキャリアガス供給部３３の先端部３３ａは、冷却ガス供給部３２の先端部３２ａ側に向けて折曲する折曲部とされ、キャリアガス供給部３３を先窄状にしてキャリアガスの流速を向上できるように構成されている。
また、図１に示すようにキャリアガス供給部３３の上部には、キャリアガス用ＭＦＣ３９ａを介してキャリアガス供給源３９が接続され、キャリアガス供給部３３内にキャリアガスを供給できるように構成されている。ここで用いられるキャリアガスの具体例を明示するならば、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどである。
【００２７】
この液体原料供給器３０は、ガラスなどからなるものであり、該供給器３０を構成する冷却ガス供給部３２とキャリアガス供給部３３は互いに上端部で接合一体化されており、さらにこれらに毛細管挿入部３１が一体的に接合されている。
【００２８】
冷却ガス供給部３２の先端部３２ａ、キャリアガス供給部３３の先端部３３ａ及び毛細管挿入部３１の先端部３１ｂは、毛細管３１ａの長さ方向に対してほぼ同じ位置に位置している。
一方、毛細管３１ａの先端部３１ｃは、冷却ガス供給部３２の先端部３２ａ及びキャリアガス供給部３３の先端部３３ａよりも気化器５０側に大きく突出しており、図３に示すその突出長さＬは、例えば２０〜１００ｍｍの範囲である。突出長さＬは、後述する気化器５０の構造との関係で最適な長さに適宜調整される。
【００２９】
上述のような構成の液体原料供給器３０では、液体原料３４を液体供給口３１ｄから毛細管３１ａ内に一定流量で圧送すると、液体原料３４は毛細管３１ａの先端部３１ｃに達して液滴状の状態で気化器５０に連続的に供給される。そして液滴状の液体原料３４は気化器５０内で加熱されて気化される。
また、これとともに冷却ガスを冷却ガス供給部３３に一定流量で送り込むと、毛細管挿入部３１及び毛細管３１ａが冷却されるので該毛細管３１ａ内を流れる液体原料３４も冷却され、液体原料３４が途中で気化するのを防止できるようになっている。
さらにまた、キャリアガスをキャリアガス供給部３３に一定流量で送り込むと、キャリアガスが気化器５０内で液体原料３４と混合し、原料ガスが生成する。
【００３０】
そして、冷却ガス供給部３２またはキャリアガス供給部３３の各先端部３２ａ、３３ａから吐出された冷却ガスまたはキャリアガスにより原料ガスが冷却され、再析出物が生成した場合でも、毛細管３１ａの先端部３１ｃが、冷却ガス供給部３２の先端部３２ａ及びキャリアガス供給部３３の先端部３３ａよりも気化器５０側に大きく突出しているので、再析出物の付着面積が小さくなり、再析出物によって毛細管３１ａの先端部３１ｃが目詰まりするおそれがない。
【００３１】
また、毛細管３１ａには、液体原料用ＭＦＣ４１ａを備えた接続管４１と、加圧式液体ポンプ３５を備えた接続管３５ａとを介して、原料供給装置４０が接続されている。これら接続管３５ａ、４１は、内面がフッ素樹脂でコートされたパイプなどの耐薬品性に優れたものが使用される。
図１に示すように原料供給装置４０は、収納容器４２と、加圧源４３を具備し、収納容器４２の内部には液体原料３４が収納されている。収納容器４２は、ガラス瓶などの耐薬品性に優れたものが使用される。加圧源４３は、収納容器４２内にＨｅガス等を供給することにより収納容器４２内を加圧して収納容器４２内に満たされた液体原料３４を接続管４１に一定流量で排出できるようになっている。
【００３２】
収納容器４２に収納されている液体原料３４は、成膜するべき目的化合物の構成金属元素の有機金属錯体、金属アルコキシドなどの金属有機化合物を、目的化合物の組成比となるように複数種混合して有機溶媒に溶解したものである。これらの金属有機化合物および有機溶媒の具体例を明示するならば、Ｙ-Ｂａ-Ｃｕ- Ｏ系酸化物超電導体を成膜する場合に用いられるＹ（ｔｈｄ）3、Ｂａ（ｔｈｄ）2またはＢａ（ｔｈｄ）2・ｐｈｅｎ2、Ｃｕ（ｔｈｄ）2等（ｔｈｄ＝2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン）の有機金属錯体、および、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、イソプロパノール、トルエン、ジグリム（2,5,8-トリオキソノナン）などの有機溶媒である。
【００３３】
液体原料供給器３０の下方には気化器５０が配設されている。
図１及び図２に示すように、気化器５０は、箱状の気化室５１と、気化器５０の外周に配置されて気化室５１内部を加熱する加熱ヒータ５２とから概略構成されている。
気化室５１には、液体原料導入部５１ａが液体原料供給器３０側に突出して設けられている。そして液体原料供給器３０は、その先端部分が液体原料導入部５１ａに収納されるとともにＯリング５３によって気化室５１を密閉状態にして気化器５０に接続されている。
そして上記の毛細管３１ａは、その先端部３１ｃが気化室５１内部に位置するように前記の突出長さＬが設定されている。
【００３４】
気化器５０の外周には、気化室５１内部を加熱する加熱ヒータ５２が付設されていて、この加熱ヒータ５２により毛細管３１ａの先端部３１ｃから供給された液体原料３４を所望の温度に加熱して気化させ、更にはキャリアガスと混合させて原料ガスが得られるようになっている。
また加熱ヒータ５２は、気化室５１のみならず、液体原料導入部５１ａ及び液体原料供給器３０の中央より下側を覆うようにも配設されていて、この加熱ヒータ５２により、気化室５１の内部とともに、液体原料導入部５１ａ及び液体原料供給器３０の一部の温度を高く保ち、液体原料導入部５１ａ内部に対流する原料ガスを加熱して液体原料の再析出を防止できるように構成されている。
【００３５】
また、加熱ヒータ５２は、液体原料供給器３０中央より下側を覆うように配設されているので、キャリアガス供給部３３を加熱してキャリアガスを予熱することができ、これにより気化室５１内部の原料ガスの温度を低下させることがなく、原料ガスの再析出をより効果的に防止できる。
また、予熱されたキャリアガスが液体原料導入部５１ａから気化室５１内に供給されるので、液体原料導入部５１ａ内部に対流してきた原料ガスを、再度気化室５１に輸送することができる。
【００３６】
また図１及び図２に示すように、気化室５１内部は仕切板５４により２分割され、２分割された気化室５１の各部分は図２中下側の気化室底部（気化室端部）５１ｂと仕切板５４との間の隙間によって連通している。そして原料ガスは、仕切板５４の図示左側の部分から気化室底部５１ｂ近傍を通過して仕切板５４の図示右側の部分に移動し、更に気化室５１に設けられた原料ガス導出口５１ｃから気化器５１外に輸送される。
気化器５０は、輸送管５３を介してＣＶＤ反応装置６０に接続されており、原料ガス導出口５１ｃから導出された原料ガスが、輸送管５３を介してＣＶＤ反応装置６０に供給されるように構成されている。
【００３７】
毛細管３１ａの先端部３１ｃから気化室５１内に供給された液体原料３４は、図１または図２中下方に移動しながら加熱されるとともにキャリアガスと混合されて原料ガスとなる。
このように本発明の液体原料供給装置１０においては、液体原料３４の霧化を伴わず、加熱及びキャリアガスとの混合のみにより原料ガスを生成するので、液体原料３４の気化に際しては、液体原料３４が原料ガスに気化されるまでの間に気化室５１の内壁に衝突しないように気化室５１を構成することが好ましい。
従って気化室５１は、液滴状の液体原料３４が毛細管３１ａの先端部３１ｃから気化室底部５１ｂに向けて移動する間に加熱されて気化するように、先端部３１ｃから気化室底部５１ｂまでの間隔を広くあけて構成されることが好ましい。
毛細管３１ａの先端部３１ｃから気化室底部５１ｂまでの距離は、液体原料３４の種類、単位時間当たりの液体原料の供給量、気化室５１の内容積、気化室５１内の温度、圧力等に左右されるが、概ね３０〜１００ｃｍの範囲とすることが好ましい。
【００３８】
また、気化室底部５１ｂには保熱部材５５が備えられている。この保熱部材５５は、熱容量の大きな材料であって液体原料３４と反応をしないものであればどのようなものでも良く、特に金属製の厚板等が好ましく、ステンレス板、ハステロイ板、インコネル板等が好ましい。
この保熱部材５５は、気化室５１内で加熱ヒータの役割を果たし、例えば液体原料の一部が気化されずに液体状態のまま気化室底部５１ｂに輸送されてきた場合に、この液体原料を再加熱して気化させ、これにより液体原料を効率よく気化させることができる。
【００３９】
次にＣＶＤ反応装置６０は、石英製の反応チャンバ６１を有し、この反応チャンバ６１は、横長の両端を閉じた筒型のもので、隔壁（図示略）によって図１の左側から順に基材導入部６２と反応生成室６３と基材導出部６４に区画されている。更に、基材導入部６２にはテープ状の基材６５を導入するための導入孔が形成されるとともに、基材導出部６４には基材６５を導出するための導出孔が形成されており、また、導入孔と導出孔の周縁部には、図面では省略されているが基材６５を通過させている状態で各孔の隙間を閉じて基材導入部６２と基材導出部６４を気密状態に保持する封止部材が設けられている。また、反応生成室６３の天井部には、反応生成室６３に連通する三角型のガス拡散部６６が取り付けられている。
【００４０】
一方、ＣＶＤ反応装置６０の外部には、基材導入部６２の反応生成室６３側方の部分から基材導出部６４の反応生成室６３側方の部分を覆う加熱ヒータ４７が設けられ、基材導入部６２が不活性ガス供給源６８に、また、基材導出部６４が酸素ガス供給源６９にそれぞれ接続されている。また、ガス拡散部６６には原料ガスの気化器５０と接続された輸送管５３が接続されている。この輸送管５３の周囲には原料ガスが液体原料３４となって析出するのを防止するための加熱手段（図示略）が設けられている。なお、輸送管５３の途中部分には、酸素ガス供給源５４が分岐接続され、輸送管５３内に酸素ガスを供給できるように構成されている。
【００４１】
また、上記ＣＶＤ反応装置６０の底部に排気管７０が設けられており、真空ポンプ７１を備えた圧力調整装置７２に接続されていて、ＣＶＤ反応装置６０の内部のガスを排気できるようになっている。
更に、ＣＶＤ反応装置６０の基材導出部６４の側方側には、ＣＶＤ反応装置６０内を通過する基材６５を巻き取るためのテンションドラム７３と巻取ドラム７４とからなる基材搬送機構７５が設けられている。また、基材導入部６２の側部側には、基材６５をＣＶＤ反応装置６０に供給するためのテンションドラム７６と送出ドラム７７とからなる基材搬送機構７８が設けられている。
【００４２】
次に上記のように構成された液体原料供給装置１０を備えた酸化物超電導体の製造装置を用いて、液体原料３４を気化させた原料ガスを反応チャンバ６１に送り、反応チャンバ６１においてテープ状の基材６５上に酸化物超電導薄膜を形成し、酸化物超電導体を製造する場合について説明する。
【００４３】
図１に示す製造装置を用いて酸化物超電導体を製造するには、まず、テープ状の基材６５と液体原料３４を用意する。
この基材６５は、長尺のものを用いることができるが、特に、熱膨張係数の低い耐熱性の金属テープの上面にセラミックス製の中間層を被覆してなるものが好ましい。上記耐熱性の金属テープの構成材料としては、銀、白金、ステンレス鋼、銅、ハステロイ（Ｃ２７６等）などの金属材料や合金が好ましい。また、上記金属テープ以外では、各種ガラステープあるいはマイカテープなどの各種セラミックスなどからなるテープを用いても良い。次に、上記中間層を構成する材料は、熱膨張係数が金属よりも酸化物超電導体の熱膨張係数に近い、ＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）、ＳｒＴｉＯ3、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＬａＡｌＯ3、ＬａＧａＯ3、ＹＡｌＯ3、ＺｒＯ2などのセラミックスが好ましく、これらの中でも できる限り結晶配向性の整ったものを用いることが好ましい。
【００４４】
次に酸化物超電導体をＣＶＤ反応により生成させるための液体原料３４は、成膜するべき目的化合物の構成金属元素の有機金属錯体、金属アルコキシドなどの金属有機化合物を、目的化合物の組成比となるように複数種混合し、ＴＨＦなどの有機溶媒に溶解させたものを用いることができる。このような液体原料３４を用意したならば、収納容器４２に満たしておく。
【００４５】
上記のテープ状の基材６５を用意したならば、これを反応チャンバ６１内に基材搬送機構７８により基材導入部６２から所定の移動速度で送り込むとともに基材搬送機構７５の巻取ドラム７４で巻き取り、更に反応生成室６３内の基材６５を加熱ヒータ４７で所定の温度に加熱する。なお、基材６５を送り込む前に、不活性ガス供給源６８から不活性ガスをパージガスとして反応チャンバ６１内に送り込み、同時に圧力調整装置７２を作動させて反応チャンバ６１の内部のガスを抜くことで反応チャンバ６１内の空気等の不用ガスを排除して内部を洗浄しておくことが好ましい。
【００４６】
基材６５を反応チャンバ６１内に送り込んだならば、酸素ガス供給源６９から反応チャンバ６１内に酸素ガスを送り、更に、加圧源４３ならびにＭＦＣ４１ａにより収納容器４２から液体原料３４を接続管４１を経て加圧式液体ポンプ３５に送液し、加圧式液体ポンプ３５により液体原料３４を０．１〜１．０ｍｌ／分程度の速度で毛細管３１ａ内に圧送し、これと同時に冷却ガスを冷却ガス供給部３２に流量２００〜３００ｃｃｍ程度で送り込むとともにキャリアガスをキャリアガス供給部３３に流量２００〜３００ｃｃ程度で送り込む。また、同時に圧力調整装置７２を作動させ反応チャンバ６１の内部のガスを排気する。この際、冷却ガスの温度は室温程度になるように調節しておく。
また、気化室５１の内部温度、液体原料導入部５１ａの内部温度及び液体原料供給器３０の温度が、上記原料のうちの最も気化温度の高い原料の最適温度になるようにヒータ５２により調節しておく。こうすることによりキャリアガスがヒータ５２により予熱されるとともに気化室５１内での原料ガスの再析出が防止される。
また、ここで用いる毛細管３１ａとしては、液体原料３４の供給量に応じた内径を有するものを予め毛細管挿入部３１に挿入しておく。また、液体原料３４の供給量を変更する場合に備えて、内径が異なる数種類の毛細管３１ａを用意しておくことが好ましい。
【００４７】
すると、液体原料３４は毛細管３１ａの先端部３１ｃから気化室５１内に液滴状の状態で供給される、そして、気化器５０の内部に供給された液滴状の液体原料３４は、加熱ヒータ５２により加熱されるとともにキャリアガスと混合されて気化して原料ガスとなり、この原料ガスは輸送管５３を介してガス拡散部６６に連続的に供給される。この時、輸送管５３の内部温度が上記原料のうちの最も気化温度の高い原料の最適温度になるように上記加熱手段により調節しておく。また、この時、酸素ガス供給源５４から酸素ガスを供給して原料ガス中に酸素を混合する操作も行う。
【００４８】
次に、反応チャンバ６１の内部においては、輸送管５３の出口部分からガス拡散部６６に出た原料ガスが、ガス拡散部６６から拡散しながら反応生成室６３側に移動し、反応生成室６３の内部を通り、次いで基材６５の近傍を移動してガス排気管７０に引き込まれるように移動する。
従って、加熱された基材６５の上面側で原料ガスを反応させて酸化物超電導薄膜を生成させることができる。
以上の成膜操作を所定時間継続して行なうことにより、基材６５上に所望の厚さの膜質の安定した酸化物超電導薄膜を備えた酸化物超電導体８０を得ることができる。
【００４９】
また、液体原料３４の供給量を変更する場合、先に取り付けた毛細管３１ａが変更後の供給量に応じた内径を有していないときには、先に取り付けられている毛細管３１ａを毛細管挿入部３１から外し、変更後の供給量に応じた内径を有する毛細管３１ａを毛細管挿入部３１に挿入することにより、毛細管３１ａを容易に交換することができる。このように毛細管３１ａを交換した後は、上述の方法と同様にして酸化物超電導薄膜を成膜することができる。
【００５０】
上記の液体原料供給装置３０にあっては、毛細管３１ａが着脱交換可能に取り付けられたことにより、液体原料３４の供給量を変更する場合、変更後の供給量に応じて毛細管３１ａのみを交換するだけで済み、液体原料供給部の内径が異なる数種類の液体原料供給装置を用意する必要がなく、経済的である。
また、この液体原料供給装置３０によれば、液体原料３４の供給量の変更に応じて交換される部分が毛細管３１ａだけで済み、毛細管挿入部３１ａや冷却ガス供給部３２やキャリアガス供給部３３については同じものを使用できるので、液体原料供給装置ごと交換する場合に比べて、液体原料供給装置の個体差に起因する寸法差異を低減でき、あらゆる供給量に応じて良好な液体原料の供給状況および気化状況が再現性良く得られる。
従って、このような液体原料供給装置３０が備えられた酸化物超電導体の製造装置によれば、良好な酸化物超電導薄膜を再現性良く製造できる。
上記実施形態においては、本発明のＣＶＤ用液体原料供給装置を酸化物超電導体の製造装置に備えた場合について説明したが、超電導体の製造装置に限らず、ＣＶＤ法により薄膜を製造する薄膜製造装置に備えられていてもよい。
【００５１】
またこの液体原料供給装置３０によれば、毛細管３１ａの先端部３１ｃが気化室５１内部に位置しており、先端部３１ｃが液体原料３４を構成する原料のうち最も気化温度の高い原料の最適温度に維持されるので、先端部３１ｃにおいて原料ガスが再析出することがなく、毛細管３１ａが再析出物により目詰まりすることがない。
また、原料ガスが冷却ガスあるいはキャリアガスにより冷却されて再析出物が析出した場合でも、毛細管３１ａの先端部３１ｃが冷却ガス供給部３２の先端部３２ａ及びキャリアガス供給部３３の先端部３３ａよりも気化器５０側に大きく突出しているので、再析出物の付着面積が小さくなり、再析出量を低減することができる。
【００５２】
また、加熱ヒータ５２が、液体原料供給器３０中央より下側を覆うように配設されているので、キャリアガス供給部３３を加熱してキャリアガスを予熱することができ、これにより気化室５１内部の原料ガスの温度を低下させることがなく、原料ガスの再析出をより効果的に防止できる。
また、予熱されたキャリアガスが液体原料導入部５１ａから気化室５１内に供給されるので、液体原料導入部５１ａ内部に対流してきた原料ガスを、再度気化室５１に輸送することができる。
【００５３】
また、気化室５１は、毛細管３１ａの先端部３１ｃから気化室底部５１ｂに向けて液体原料３４が移動する間に気化するように、先端部３１ｃから気化室底部５１ｂまでの間隔を広くあけて構成されるので、液体原料３４が原料ガスに気化されるまでの間に気化室５１の内壁に衝突する確率が小さくなり、効率よく原料ガスを生成することができる。
また、気化室底部５１ｂには、熱容量が大きな保熱部材５５が備えられているので、液体原料３４の一部が気化されずに液体状態のまま気化室底部５１ｂに輸送されてきた場合であっても、この液体原料を再加熱して気化させることができる。
【００５４】
このように上記の液体原料供給装置３０によれば、原料ガスの再析出を効果的に抑制できるので、液体原料の供給量が常に一定に保たれ、長時間に渡り原料ガスを連続して生成できる。
【００５５】
【実施例】
（実施例１）
図２に示した液体原料供給装置が備えられた図１の酸化物超電導体の製造装置を用いてＹ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏ系の酸化物超電導体を以下の ようにして作製した。
液体原料として、Ｙ（ｔｈｄ）3、Ｂａ（ｔｈｄ）2、Ｃｕ（ｔｈｄ）2をモル 比でＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．０：２．７：３．０で混合したものをＴＨＦ溶液に溶解した液体原料を収納容器に貯留した。
この液体原料を加圧源ならびに液体微量ＭＦＣにより加圧式液体ポンプに供給し、さらに該加圧式液体ポンプから液体原料を供給速度０．３ｍｌ／分で毛細管に供給した。
これと同時に冷却ガスとしてＡｒを冷却ガス供給部に流量２００ｃｃｍ程度で送り込むとともにキャリアガスとしてＡｒをキャリアガス供給部に流量２００ｃｃｍ程度で送り込んだ。上記毛細管としては内径が４０μｍ、外径３７５μｍのものを用い、毛細管の先端部からキャリアガス供給部の先端部までの長さを５０ｍｍとした。また、加圧式液体ポンプによる加圧力は７０kg／cm2とした。
更に、気化室内の温度及び液体原料導入部内の温度は２３０℃、圧力は５Ｔｏｒｒとした。
【００５６】
以上の操作により、液体原料を毛細管に良好に圧送することができ、また、毛細管に圧送された液体原料を液滴状の液体原料として気化器内に一定量連続的に供給することができ、さらにこの液体原料が気化して生成した原料ガス（ＣＶＤガス）も反応チャンバに一定量連続して供給することができた。このときの連続供給時間を測定した。
【００５７】
また、反応チャンバ内の基材移動速度１．０ｍ／時間、基材加熱温度８００℃、リアクタ内圧力５Ｔｏｒｒ、酸素ガス供給源からの酸素ガス流量を５０〜１００ｍｌ／分に設定して、基材上に厚さ０．４〜０．５μｍのＹ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏ系の酸化物 超電導薄膜を連続的に形成し、酸化物超電導体を得た。ここでの基材としては、ハステロテープ上にイオンビームアシストスパッタリング法によりＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）面配向中間層を形成したもの（幅１ｃｍ×長さ〜３０ｃｍ×厚さ０．０２ｃｍ）を用いた。
【００５８】
（比較例１）
図１及び図２に示す液体原料供給装置に代えて従来の液体原料供給装置が備えられた酸化物超電導体の製造装置を用いる以外は上記実施例１と同様にしてＹ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏ系の酸化物超電導体を作製した。そして、実施例１と同様にして液体原料の連続供給時間を測定した。
【００５９】
実施例１の本発明の液体原料供給装置の場合は、液体原料の気化による原料ガスの生成を１０時間連続して行うことができた。この原料ガスの生成の間における再析出物の析出は一切認められなかった。
一方、比較例１の従来の液体原料供給装置の場合には、原料ガスの生成を連続して２時間行った時点で、液体原料供給器の先端に再析出物が付着し、毛細管が目詰まりして以後の原料ガスの生成を行うことが出来なくなった。
【００６０】
また、実施例１ならびに比較例１で得られたテープ状の酸化物超電導体を、それぞれ酸化物超電導体の中央部分側に対し、スパッタ装置によりＡｇコーティングを施し、更に両端部側にそれぞれＡｇの電極を形成し、Ａｇコーティング後に純酸素雰囲気中にて５００℃で２時間熱処理を施して測定試料とした。
そして、これら試料を液体窒素で７７Ｋに冷却し、外部磁場０Ｔ（テスラ）の条件で各試料の臨界電流密度（Ｊc）を測定したところ、実施例１で得られた酸 化物超電導体と比較例１で得られた酸化物超電導体は、共に、３．０×１０5Ａ ／ｃｍ2（７７Ｋ、０Ｔ）を確保することができた。
従って、実施例１の液体原料供給装置により得られた酸化物超電導体は、従来の比較例１の液体原料供給装置により得られた酸化物超電導体と同等の臨界電流密度（Ｊc）を示し、液体原料供給装置の違いによる超電導特性の差は見られなかった。
【００６１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のＣＶＤ用液体原料供給装置は、毛細管が着脱交換可能に取り付けられたことにより、液体原料の供給量を変更する場合、変更後の供給量に応じて毛細管のみを交換するだけで済み、毛細管の内径が異なる数種類の液体原料供給装置を用意する必要がなく、経済的である。
また、本発明のＣＶＤ用液体原料供給装置によれば、液体原料の供給量の変更に応じて交換される部分が毛細管だけで済み、毛細管挿入部や冷却ガス供給部やキャリアガス供給部については同じものを使用できるので、液体原料供給装置ごと交換する場合に比べて、液体原料供給装置の個体差に起因する寸法差異を低減でき、あらゆる供給量に応じて良好な液体原料の供給状況および気化状況が再現性良く得られる。
【００６２】
また、上記毛細管は着脱交換可能に取り付けられているので、目的の液体供給量に応じた毛細管を任意に選ぶことができ、選択した毛細管に交換することにより、目的の液体供給量を迅速に得ることができる。また、上記毛細管は着脱交換可能であるので、送液する液体の種類に応じた毛細管を任意に選ぶことができ、従って、あらゆる種類の液体の供給に用いることができ、しかも毛細管は容易に交換できるので、あらゆる種類の液体を迅速に供給することができる。従って、本発明のＣＶＤ用液体原料供給装置が備えられた薄膜の製造装置によれば、良好な薄膜を再現性良く製造できる。
【００６３】
そして本発明のＣＶＤ用液体原料供給装置は、液体原料供給器の毛細管の先端部が、冷却ガス供給部の先端部及びキャリアガス供給部の先端部よりも気化器側に大きく突出しているので、再析出物の付着面積が小さくなり、再析出量を低減することができる。
またこの液体原料供給装置によれば、毛細管の先端部が気化室内部に位置しており、この先端部が液体原料を構成する原料のうち最も気化温度の高い原料の最適温度に維持されるので、先端部において原料ガスが再析出することがなく、毛細管が再析出物により目詰まりすることがない。
【００６４】
また加熱ヒータが、気化室のみならず、液体原料導入部及び液体原料供給器の一部を覆うように配設されているので、冷却ガス供給部の先端部やキャリアガス供給部の先端部付近に対流する原料ガスを加熱して液体原料の再析出を防止できる。
また、加熱ヒータは、液体原料供給器の中央より下側の外周を覆うように配設されているので、キャリアガスを予熱することができ、これにより対流によって液体原料導入部の内部に移動してくる原料ガスの再析出をより効果的に防止できる。
【００６５】
また、気化室は、毛細管の先端部から気化室底部に向けて液体原料が移動する間に液体原料が気化するように、先端部から気化室底部までの間隔を広くあけて構成されるので、液体原料が原料ガスに気化されるまでの間に気化室の内壁に衝突する確率が小さくなり、効率よく原料ガスを生成できる。
また、気化室底部には、熱容量の大きな保熱部材が備えられているので、液体原料の一部が気化されずに液体状態のまま気化室底部に輸送されてきた場合であっても、この液体原料を再加熱して気化させることができ、これにより液体原料を効率よく気化できる。
【００６６】
以上のように本発明の液体原料供給装置によれば、原料ガスの再析出を効果的に抑制できるので、液体原料の供給量が常に一定に保たれ、長時間に渡り原料ガスを連続して生成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るＣＶＤ用液体原料供給装置を備えた酸化物超電導体の製造装置の一例を示す構成図である。
【図２】 図１に示すＣＶＤ用液体原料供給装置の要部を示す構成図である。
【図３】 図１に示すＣＶＤ用液体原料供給装置に備えられた液体原料供給器を示す断面模式図である。
【図４】 図３の液体原料供給器のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】 従来のＣＶＤ用液体原料供給装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ ＣＶＤ用液体原料供給装置
３０ 液体原料供給器
３１ 毛細管挿入部
３１ａ 毛細管
３１ｃ 毛細管の先端部
３２ 冷却ガス供給部
３３ キャリアガス供給部
３４ 液体原料
５０ 気化器
５１ 気化室
５１ｂ 気化室底部（気化室の端部）
５２ 加熱ヒータ
５５ 保熱部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学気相蒸着法（以下、ＣＶＤ法という）によって酸化物超電導体などの酸化物材料を基材上に成膜する薄膜形成装置に備えられるＣＶＤ用液体原料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、臨界温度（Ｔｃ）が液体窒素温度（約７７Ｋ）よりも高い酸化物超電導体として、Ｙ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏ系、Ｂｉ-Ｓｒ-Ｃａ-Ｃｕ-Ｏ系、Ｔｌ-Ｂａ-Ｃａ-Ｃｕ-Ｏ系などの酸化物超電導体が発見されている。そして、これらの酸化物超電導体は、電力ケーブル、マグネット、エネルギー貯蔵、発電機、医療機器、電流リード等の分野に利用する目的で種々の研究が進められている。
上記の酸化物超電導体の製造方法の１つとして、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）等の薄膜形成手段によって基材表面に酸化物超電導薄膜を成膜する方法が知られている。この種の薄膜形成手段により形成した酸化物超電導薄膜は、臨界電流密度（Ｊｃ）が大きく、優れた超電導特性を発揮することが知られている。またＣＶＤ法のなかでも金属錯体、金属アルコキシドなどの有機金属化合物を原料として行なうＣＶＤ法は、成膜速度が速く、短時間でより厚い膜を形成できる手段として注目されている。
【０００３】
このようなＣＶＤ法による酸化物超電導体の製造方法において通常使用される原料化合物としては、酸化物超電導体を構成する各元素のβ−ジケトン化合物やシクロペンタジエニル化合物などが用いられ、例えば、Ｙ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏ系の酸 化物超電導体の製造用には、Ｙ（ｔｈｄ）3、Ｂａ（ｔｈｄ）2またはＢａ（ｔｈｄ）2・ｐｈｅｎ2、Ｃｕ（ｔｈｄ）2等の有機金属錯体原料（ＭＯ原料）などが 使用されている（ｔｈｄ＝2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン）。
これらの有機金属錯体原料は室温で固体の原料であり、２００〜３００℃に加熱することにより高い昇華特性を示すが、原料の純度や加熱時間に伴う仕込み原料の表面積変化等により昇華効率が大きく左右されるために組成制御が困難とされている。そこで、これらの固体の錯体原料は通常、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、イソプロパノール、トルエン、ジグリム（2,5,8-トリオキソノナン）等の有機溶媒に溶解し、液体原料として用いられていた。
【０００４】
これらの液体原料は、図５に示すようなＣＶＤ用液体原料供給装置１００により加熱気化され、キャリアガスとともに原料ガスとしてＣＶＤ反応装置に送り込まれ、ＣＶＤ法によって反応チャンバ内に設置した基材の表面に反応生成物を堆積させることで目的のＹ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏ系酸化物超電導体が得られる。
【０００５】
図５には、従来のＣＶＤ用液体原料供給装置を示す。このＣＶＤ用液体原料供給装置１００は、液体原料を気化器１５０内に噴霧する液体原料供給器１３０と、噴霧された液体原料を気化させ、原料ガスとするとともにこの原料ガスを図示しないＣＶＤ反応装置内に供給する気化器１５０とから概略構成される。
【０００６】
液体原料供給器１３０は、本願発明者らにより特願平１０−１３０８２８号により提案されているもので、内部に液体原料が供給される毛細管１３１ａと、毛細管１３１ａが着脱自在に挿入される毛細管挿入部１３１と、毛細管挿入部１３１の外周を取り囲んで設けられ、毛細管挿入部１３１との隙間に液体原料を霧化するためのアトマイズガスが供給される筒状で先窄まり状のアトマイズガス供給部１３２と、アトマイズガス供給部１３２の外周を取り囲んで設けられ、アトマイズガス供給部１３２との隙間に毛細管１３１ａとアトマイズガス供給部１３２を冷却ならびにシールドするシールドガスが供給される筒状のシールドガス供給部１３３とから概略構成されるものである。
【０００７】
この液体原料供給器１３０はガラス製であり、該供給器１３０を構成するアトマイズガス供給部１３２とシールドガス供給部１３３は互いに上端部で接合一体化されており、さらにこれらに毛細管供給部１３１が一体的に接合されている。
そして、この液体原料供給器１３０では、アトマイズガス供給部１３２の先端部と毛細管１３１ａの先端部とからノズル１３７が構成されている。
【０００８】
また、アトマイズガス供給部１３２の先端部はシールドガス供給部１３３の先端部及び毛細管挿入部１３１の先端部から僅かに突出している。また、毛細管１３１ａの先端部はアトマイズガス供給部１３２の先端部より僅かに引っ込んでいる。
このように従来の液体原料供給器１３０では、毛細管１３１ａ、毛細管挿入部１３１、アトマイズガス供給部１３２及びシールドガス供給部１３３の各先端部が相互に近接している。
【０００９】
また液体原料供給器１３０には、アトマイズガス供給部１３２にＡｒ等のアトマイズガスを供給するアトマイズガス源１３６と、シールドガス供給部１３３にＡｒ等のシールドガスを供給するシールドガス供給源１３９が接続されている。
更に毛細管１３１ａには接続管１４１が取り付けられ、接続管１４１には加圧ポンプ１３５と液体原料用ＭＦＣ１４１ａが挿入されるとともに液体原料１３４が収納された収納容器１４２が取り付けられている。収納容器１４２には加圧源１４３が取り付けられており、この加圧源１４３からＨｅガス等を収納容器１４２内に供給して加圧することにより、液体原料１３４を接続管１４１を介して毛細管１３１ａに一定の流量で連続供給できるように構成されている。
【００１０】
また気化器１５０は、箱状の気化室１５１と、この気化室１５１の外周に配置されて気化室１５１内部を加熱する加熱ヒータ１５２とから概略構成される。また気化室１５１には液体原料導入部１５１ａが突出して設けられている。
液体原料供給器１３０は、その先端部分が液体原料導入部１５１ａに収納されるとともにＯリング１５３によって気化室１５１を密閉状態とするように気化器１５０に接続されている。
【００１１】
従来のＣＶＤ用液体原料供給装置１００を備えた酸化物超電導体の製造装置を用いて長尺の酸化物超電導体を製造するには、液体原料を液体原料供給器１３０の毛細管１３１ａ内に送液し、毛細管１３１ａ内に送液された液体原料１３４を気化器１５０内に噴霧し、噴霧された液体原料１３４を気化器１５０内で気化させて原料ガスとし、この原料ガスを図示しないＣＶＤ反応装置に供給する。これとともにＣＶＤ反応装置内にテープ状の基材を走行させ、さらに該テープ状の基材を加熱して反応生成物を基材上に堆積させることにより長尺の酸化物超電導体が得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＣＶＤ用液体原料供給装置１００においては、原料ガスが気化室１５１内を対流して液体原料導入部１５１ａ近傍に到達し、アトマイズガス及びシールドガスによって原料ガスが冷却され、図５に示すように毛細管１３１ａの先端部分に原料ガスの再析出物１６０が徐々に析出し、毛細管１３１ａが目詰まりして液体原料の供給を長時間に渡って連続して行うことができなくなるという課題があった。
特に、従来の液体原料供給器１３０は、アトマイズガス供給部１３２及びシールドガス供給部１３３の各先端部が毛細管１３１ａの先端部に近接しているために、長時間の使用により、これらのガスにより冷却されて析出した再析出物１６０が、毛細管１３１ａの先端部分に付着することがあった。
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、液体原料供給器の先端部分における再析出物の付着を防止して、長時間に渡って連続して原料ガスを供給することが可能なＣＶＤ用液体原料供給装置の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、液体原料供給器と、該液体原料供給器に接続されてこの液体原料供給器から供給された液体原料を気化する気化器とを具備してなるＣＶＤ用液体原料供給装置であって、前記液体原料供給器は、内部に液体原料が供給される毛細管と、該毛細管が挿入される毛細管挿入部と、該毛細管挿入部の外周を取り囲んで設けられ、前記毛細管及び前記毛細管挿入部を冷却するための冷却ガスが供給される筒状で先窄まり状の冷却ガス供給部と、該冷却ガス供給部の外周を取り囲んで設けられ、液体原料と混合されて原料ガスを構成するキャリアガスが前記冷却ガス供給部との隙間に供給される筒状のキャリアガス供給部とからなり、前記気化器は、前記液体原料供給器に接続されて前記液体原料を気化する気化室と、前記気化器及び前記キャリアガス供給部を加熱するために該気化器の外周側及び前記液体原料供給器の外周側の一部に配設された加熱ヒータとを具備してなり、前記毛細管が、着脱交換可能に前記毛細管挿入部に挿入されるとともに、その先端部が前記冷却ガス供給部の先端部及び前記キャリアガス供給部の先端部より前記気化器側に突出しており、また前記毛細管が、その先端部において原料ガスが再析出することなく、毛細管が再析出物によって目詰まりすることがないように、かつ、毛細管の先端部から前記気化室の底部に向けて液体原料が移動する間に気化するように、毛細管の先端部から気化室の底部までの間隔をあけて突出していることを特徴とするＣＶＤ用液体原料供給装置を上記課題の解決手段とした。
また、請求項２に記載の発明では、液体原料供給器と、該液体原料供給器に接続されてこの液体原料供給器から供給された液体原料を気化する気化器とを具備してなるＣＶＤ用液体原料供給装置であって、前記液体原料供給器は、内部に液体原料が供給される毛細管と、該毛細管が挿入される毛細管挿入部と、該毛細管挿入部の外周を取り囲んで設けられ、前記毛細管及び前記毛細管挿入部を冷却するための冷却ガスが供給される筒状で先窄まり状の冷却ガス供給部と、該冷却ガス供給部の外周を取り囲んで設けられ、液体原料と混合されて原料ガスを構成するキャリアガスが前記冷却ガス供給部との隙間に供給される筒状のキャリアガス供給部とからなり、前記気化器は、前記液体原料供給器に接続されて前記液体原料を気化する気化室と、前記気化器及び前記キャリアガス供給部を加熱するために該気化器の外周側及び前記液体原料供給器の外周側の一部に配設された加熱ヒータとを具備してなり、前記毛細管が、着脱交換可能に前記毛細管挿入部に挿入されるとともに、その先端部が前記冷却ガス供給部の先端部及び前記キャリアガス供給部の先端部より前記気化器側に２０〜１００ｍｍの範囲で突出していることを特徴とするＣＶＤ用液体原料供給装置を上記課題の解決手段とした。
【００１５】
また、前記毛細管の先端部は、上記の気化室内に位置していることが好ましい。
【００１６】
更に、請求項３に記載の発明では、前記気化室が、前記液体原料が前記毛細管の先端部から該気化室の端部側に向けて移動する間に気化するように、前記毛細管の先端部から前記気化室の端部までの間隔をあけて構成されるとともに、前記気化室の端部に保熱部材が備えられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣＶＤ用液体原料供給装置を上記課題の解決手段とした。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＣＶＤ用液体原料供給装置の一実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明に係るＣＶＤ用液体原料供給装置を備えた酸化物超電導体の製造装置の一例を示すものである。
この酸化物超電導体の製造装置は、本発明に係るＣＶＤ用液体原料供給装置１０と、ＣＶＤ反応装置６０とから概略構成されている。
【００１８】
図２は本発明に係るＣＶＤ用液体原料供給装置１０の要部を示すものである。
本発明のＣＶＤ用液体原料供給装置１０は、図１及び図２に示すように、液体原料供給器３０と原料供給装置４０と気化器５０とから概略構成されている。
この液体原料供給装置１０は、液体原料を原料供給装置４０から液体原料供給器３０を介して気化器５０に供給し、気化器５０によりこの液体原料を気化して原料ガスを生成するというものである。生成された原料ガスはＣＶＤ反応装置６０に供給されてＣＶＤ反応に供される。
【００１９】
図３には本発明に係る液体原料供給器３０の断面模式図を示し、図４には図３のＡ−Ａ’線に沿う断面模式図を示す。
液体原料供給器３０は、図１〜図３に示すように、内部に液体原料が供給される毛細管３１ａと、毛細管３１ａが挿入される毛細管挿入部３１と、毛細管挿入部３１の外周を取り囲んで設けられた筒状で先窄まり状の冷却ガス供給部３２と、冷却ガス供給部３２の外周を取り囲んで設けられた筒状のキャリアガス供給部３３とから概略構成されたものである。
【００２０】
毛細管３１ａは、原料供給装置４０から送り込まれてくる液体原料３４が内部に供給されるものである。毛細管３１ａの寸法の具体例としては、外径が３７５μｍ程度であり、内径が数１０μｍ〜数百μｍ程度、より好ましい内径としては５０μｍ〜１５０μｍ程度である。
【００２１】
上述のような構成の毛細管３１ａは、着脱交換可能に毛細管挿入部３１に挿入され、その先端部３１ｃが毛細管挿入部３１の先端部３１ｂより気化器５０側に突出している。
また毛細管１３１ａの先端部３１ｃは同時に、冷却ガス供給部３２の先端部３２ａ及びキャリアガス供給部３３の先端部３３ａより気化器５０側に突出している。
【００２２】
毛細管挿入部３１は、毛細管３１ａを冷却ガス供給部３２内に案内するためのものである。毛細管挿入部３１の先端部３１ｂの内径は、毛細管３１ａの外径に近い値であることが好ましい。毛細管３１ａの外径が３７５μｍの場合の毛細管挿入部３１の寸法の具体例としては、内径３８０μｍ〜３９０μｍ程度、外径４２５〜４７５μｍ程度とされる。
このような毛細管挿入部３１内に挿入された毛細管３１ａは、後述する原料供給装置４０と接続されている。
【００２３】
この毛細管３１ａの中央部には供給された液体原料３４を一時的に貯留する液だまり（図示略）が設けられていることが好ましい。この液だまりの内径は、毛細管３１ａの上部の液体供給口３１ｄや下部の先端部３１ｃの内径よりも大きくなっており、原料供給装置４０から送り込まれた液体原料３４が溜まりつつ連続的に先端部３１ｃに送り込まれるようになっている。このような液だまりが設けられていると、液体原料３４中に気泡等が混入していても、気泡等は液だまりに溜った液体原料３４の液面に浮き上がるため、先端部３１ｃにまで達するのを防止できる。
【００２４】
上述のような数１０μｍ〜数百μｍ程度の内径を有する毛細管３１ａ内に液体原料３４を送液するためには、数１０ｋｇ／ｃｍ2の送圧力が必要となるため、図１に示すように原料供給装置４０から送り込まれてくる液体原料３４を毛細管３１ａ内に加圧送液するための加圧式液体ポンプ３５が接続管３５ａを介して液体供給口３１ｄに接続されていることが好ましい。このような加圧式液体ポンプ３５が設けられていると、液体原料３４を数１００ｋｇ／ｃｍ2で加圧送液することができる。この加圧式液体ポンプ３５には、後述する原料供給装置４０が接続管４１を介して接続される。
【００２５】
冷却ガス供給部３２は、毛細管３１ａと毛細管挿入部３１を冷却するための冷却ガスが毛細管挿入部３１との隙間に供給されるものである。冷却ガス供給部３２の上部には、図１に示すように冷却ガス用ＭＦＣ３６ａを介して冷却ガス供給源３６が接続され、冷却ガス供給部３２内に冷却ガスを供給できるように構成されている。ここで用いられる冷却ガスの具体例を明示するならば、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどである。
【００２６】
キャリアガス供給部３３は、液体原料３４とともに原料ガスを構成するキャリアガスが冷却ガス供給部３２との隙間に供給されるものである。
図３に示すようにキャリアガス供給部３３の先端部３３ａは、冷却ガス供給部３２の先端部３２ａ側に向けて折曲する折曲部とされ、キャリアガス供給部３３を先窄状にしてキャリアガスの流速を向上できるように構成されている。
また、図１に示すようにキャリアガス供給部３３の上部には、キャリアガス用ＭＦＣ３９ａを介してキャリアガス供給源３９が接続され、キャリアガス供給部３３内にキャリアガスを供給できるように構成されている。ここで用いられるキャリアガスの具体例を明示するならば、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどである。
【００２７】
この液体原料供給器３０は、ガラスなどからなるものであり、該供給器３０を構成する冷却ガス供給部３２とキャリアガス供給部３３は互いに上端部で接合一体化されており、さらにこれらに毛細管挿入部３１が一体的に接合されている。
【００２８】
冷却ガス供給部３２の先端部３２ａ、キャリアガス供給部３３の先端部３３ａ及び毛細管挿入部３１の先端部３１ｂは、毛細管３１ａの長さ方向に対してほぼ同じ位置に位置している。
一方、毛細管３１ａの先端部３１ｃは、冷却ガス供給部３２の先端部３２ａ及びキャリアガス供給部３３の先端部３３ａよりも気化器５０側に大きく突出しており、図３に示すその突出長さＬは、例えば２０〜１００ｍｍの範囲である。突出長さＬは、後述する気化器５０の構造との関係で最適な長さに適宜調整される。
【００２９】
上述のような構成の液体原料供給器３０では、液体原料３４を液体供給口３１ｄから毛細管３１ａ内に一定流量で圧送すると、液体原料３４は毛細管３１ａの先端部３１ｃに達して液滴状の状態で気化器５０に連続的に供給される。そして液滴状の液体原料３４は気化器５０内で加熱されて気化される。
また、これとともに冷却ガスを冷却ガス供給部３３に一定流量で送り込むと、毛細管挿入部３１及び毛細管３１ａが冷却されるので該毛細管３１ａ内を流れる液体原料３４も冷却され、液体原料３４が途中で気化するのを防止できるようになっている。
さらにまた、キャリアガスをキャリアガス供給部３３に一定流量で送り込むと、キャリアガスが気化器５０内で液体原料３４と混合し、原料ガスが生成する。
【００３０】
そして、冷却ガス供給部３２またはキャリアガス供給部３３の各先端部３２ａ、３３ａから吐出された冷却ガスまたはキャリアガスにより原料ガスが冷却され、再析出物が生成した場合でも、毛細管３１ａの先端部３１ｃが、冷却ガス供給部３２の先端部３２ａ及びキャリアガス供給部３３の先端部３３ａよりも気化器５０側に大きく突出しているので、再析出物の付着面積が小さくなり、再析出物によって毛細管３１ａの先端部３１ｃが目詰まりするおそれがない。
【００３１】
また、毛細管３１ａには、液体原料用ＭＦＣ４１ａを備えた接続管４１と、加圧式液体ポンプ３５を備えた接続管３５ａとを介して、原料供給装置４０が接続されている。これら接続管３５ａ、４１は、内面がフッ素樹脂でコートされたパイプなどの耐薬品性に優れたものが使用される。
図１に示すように原料供給装置４０は、収納容器４２と、加圧源４３を具備し、収納容器４２の内部には液体原料３４が収納されている。収納容器４２は、ガラス瓶などの耐薬品性に優れたものが使用される。加圧源４３は、収納容器４２内にＨｅガス等を供給することにより収納容器４２内を加圧して収納容器４２内に満たされた液体原料３４を接続管４１に一定流量で排出できるようになっている。
【００３２】
収納容器４２に収納されている液体原料３４は、成膜するべき目的化合物の構成金属元素の有機金属錯体、金属アルコキシドなどの金属有機化合物を、目的化合物の組成比となるように複数種混合して有機溶媒に溶解したものである。これらの金属有機化合物および有機溶媒の具体例を明示するならば、Ｙ-Ｂａ-Ｃｕ- Ｏ系酸化物超電導体を成膜する場合に用いられるＹ（ｔｈｄ）3、Ｂａ（ｔｈｄ）2またはＢａ（ｔｈｄ）2・ｐｈｅｎ2、Ｃｕ（ｔｈｄ）2等（ｔｈｄ＝2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン）の有機金属錯体、および、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、イソプロパノール、トルエン、ジグリム（2,5,8-トリオキソノナン）などの有機溶媒である。
【００３３】
液体原料供給器３０の下方には気化器５０が配設されている。
図１及び図２に示すように、気化器５０は、箱状の気化室５１と、気化器５０の外周に配置されて気化室５１内部を加熱する加熱ヒータ５２とから概略構成されている。
気化室５１には、液体原料導入部５１ａが液体原料供給器３０側に突出して設けられている。そして液体原料供給器３０は、その先端部分が液体原料導入部５１ａに収納されるとともにＯリング５３によって気化室５１を密閉状態にして気化器５０に接続されている。
そして上記の毛細管３１ａは、その先端部３１ｃが気化室５１内部に位置するように前記の突出長さＬが設定されている。
【００３４】
気化器５０の外周には、気化室５１内部を加熱する加熱ヒータ５２が付設されていて、この加熱ヒータ５２により毛細管３１ａの先端部３１ｃから供給された液体原料３４を所望の温度に加熱して気化させ、更にはキャリアガスと混合させて原料ガスが得られるようになっている。
また加熱ヒータ５２は、気化室５１のみならず、液体原料導入部５１ａ及び液体原料供給器３０の中央より下側を覆うようにも配設されていて、この加熱ヒータ５２により、気化室５１の内部とともに、液体原料導入部５１ａ及び液体原料供給器３０の一部の温度を高く保ち、液体原料導入部５１ａ内部に対流する原料ガスを加熱して液体原料の再析出を防止できるように構成されている。
【００３５】
また、加熱ヒータ５２は、液体原料供給器３０中央より下側を覆うように配設されているので、キャリアガス供給部３３を加熱してキャリアガスを予熱することができ、これにより気化室５１内部の原料ガスの温度を低下させることがなく、原料ガスの再析出をより効果的に防止できる。
また、予熱されたキャリアガスが液体原料導入部５１ａから気化室５１内に供給されるので、液体原料導入部５１ａ内部に対流してきた原料ガスを、再度気化室５１に輸送することができる。
【００３６】
また図１及び図２に示すように、気化室５１内部は仕切板５４により２分割され、２分割された気化室５１の各部分は図２中下側の気化室底部（気化室端部）５１ｂと仕切板５４との間の隙間によって連通している。そして原料ガスは、仕切板５４の図示左側の部分から気化室底部５１ｂ近傍を通過して仕切板５４の図示右側の部分に移動し、更に気化室５１に設けられた原料ガス導出口５１ｃから気化器５１外に輸送される。
気化器５０は、輸送管５３を介してＣＶＤ反応装置６０に接続されており、原料ガス導出口５１ｃから導出された原料ガスが、輸送管５３を介してＣＶＤ反応装置６０に供給されるように構成されている。
【００３７】
毛細管３１ａの先端部３１ｃから気化室５１内に供給された液体原料３４は、図１または図２中下方に移動しながら加熱されるとともにキャリアガスと混合されて原料ガスとなる。
このように本発明の液体原料供給装置１０においては、液体原料３４の霧化を伴わず、加熱及びキャリアガスとの混合のみにより原料ガスを生成するので、液体原料３４の気化に際しては、液体原料３４が原料ガスに気化されるまでの間に気化室５１の内壁に衝突しないように気化室５１を構成することが好ましい。
従って気化室５１は、液滴状の液体原料３４が毛細管３１ａの先端部３１ｃから気化室底部５１ｂに向けて移動する間に加熱されて気化するように、先端部３１ｃから気化室底部５１ｂまでの間隔を広くあけて構成されることが好ましい。
毛細管３１ａの先端部３１ｃから気化室底部５１ｂまでの距離は、液体原料３４の種類、単位時間当たりの液体原料の供給量、気化室５１の内容積、気化室５１内の温度、圧力等に左右されるが、概ね３０〜１００ｃｍの範囲とすることが好ましい。
【００３８】
また、気化室底部５１ｂには保熱部材５５が備えられている。この保熱部材５５は、熱容量の大きな材料であって液体原料３４と反応をしないものであればどのようなものでも良く、特に金属製の厚板等が好ましく、ステンレス板、ハステロイ板、インコネル板等が好ましい。
この保熱部材５５は、気化室５１内で加熱ヒータの役割を果たし、例えば液体原料の一部が気化されずに液体状態のまま気化室底部５１ｂに輸送されてきた場合に、この液体原料を再加熱して気化させ、これにより液体原料を効率よく気化させることができる。
【００３９】
次にＣＶＤ反応装置６０は、石英製の反応チャンバ６１を有し、この反応チャンバ６１は、横長の両端を閉じた筒型のもので、隔壁（図示略）によって図１の左側から順に基材導入部６２と反応生成室６３と基材導出部６４に区画されている。更に、基材導入部６２にはテープ状の基材６５を導入するための導入孔が形成されるとともに、基材導出部６４には基材６５を導出するための導出孔が形成されており、また、導入孔と導出孔の周縁部には、図面では省略されているが基材６５を通過させている状態で各孔の隙間を閉じて基材導入部６２と基材導出部６４を気密状態に保持する封止部材が設けられている。また、反応生成室６３の天井部には、反応生成室６３に連通する三角型のガス拡散部６６が取り付けられている。
【００４０】
一方、ＣＶＤ反応装置６０の外部には、基材導入部６２の反応生成室６３側方の部分から基材導出部６４の反応生成室６３側方の部分を覆う加熱ヒータ４７が設けられ、基材導入部６２が不活性ガス供給源６８に、また、基材導出部６４が酸素ガス供給源６９にそれぞれ接続されている。また、ガス拡散部６６には原料ガスの気化器５０と接続された輸送管５３が接続されている。この輸送管５３の周囲には原料ガスが液体原料３４となって析出するのを防止するための加熱手段（図示略）が設けられている。なお、輸送管５３の途中部分には、酸素ガス供給源５４が分岐接続され、輸送管５３内に酸素ガスを供給できるように構成されている。
【００４１】
また、上記ＣＶＤ反応装置６０の底部に排気管７０が設けられており、真空ポンプ７１を備えた圧力調整装置７２に接続されていて、ＣＶＤ反応装置６０の内部のガスを排気できるようになっている。
更に、ＣＶＤ反応装置６０の基材導出部６４の側方側には、ＣＶＤ反応装置６０内を通過する基材６５を巻き取るためのテンションドラム７３と巻取ドラム７４とからなる基材搬送機構７５が設けられている。また、基材導入部６２の側部側には、基材６５をＣＶＤ反応装置６０に供給するためのテンションドラム７６と送出ドラム７７とからなる基材搬送機構７８が設けられている。
【００４２】
次に上記のように構成された液体原料供給装置１０を備えた酸化物超電導体の製造装置を用いて、液体原料３４を気化させた原料ガスを反応チャンバ６１に送り、反応チャンバ６１においてテープ状の基材６５上に酸化物超電導薄膜を形成し、酸化物超電導体を製造する場合について説明する。
【００４３】
図１に示す製造装置を用いて酸化物超電導体を製造するには、まず、テープ状の基材６５と液体原料３４を用意する。
この基材６５は、長尺のものを用いることができるが、特に、熱膨張係数の低い耐熱性の金属テープの上面にセラミックス製の中間層を被覆してなるものが好ましい。上記耐熱性の金属テープの構成材料としては、銀、白金、ステンレス鋼、銅、ハステロイ（Ｃ２７６等）などの金属材料や合金が好ましい。また、上記金属テープ以外では、各種ガラステープあるいはマイカテープなどの各種セラミックスなどからなるテープを用いても良い。次に、上記中間層を構成する材料は、熱膨張係数が金属よりも酸化物超電導体の熱膨張係数に近い、ＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）、ＳｒＴｉＯ3、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＬａＡｌＯ3、ＬａＧａＯ3、ＹＡｌＯ3、ＺｒＯ2などのセラミックスが好ましく、これらの中でも できる限り結晶配向性の整ったものを用いることが好ましい。
【００４４】
次に酸化物超電導体をＣＶＤ反応により生成させるための液体原料３４は、成膜するべき目的化合物の構成金属元素の有機金属錯体、金属アルコキシドなどの金属有機化合物を、目的化合物の組成比となるように複数種混合し、ＴＨＦなどの有機溶媒に溶解させたものを用いることができる。このような液体原料３４を用意したならば、収納容器４２に満たしておく。
【００４５】
上記のテープ状の基材６５を用意したならば、これを反応チャンバ６１内に基材搬送機構７８により基材導入部６２から所定の移動速度で送り込むとともに基材搬送機構７５の巻取ドラム７４で巻き取り、更に反応生成室６３内の基材６５を加熱ヒータ４７で所定の温度に加熱する。なお、基材６５を送り込む前に、不活性ガス供給源６８から不活性ガスをパージガスとして反応チャンバ６１内に送り込み、同時に圧力調整装置７２を作動させて反応チャンバ６１の内部のガスを抜くことで反応チャンバ６１内の空気等の不用ガスを排除して内部を洗浄しておくことが好ましい。
【００４６】
基材６５を反応チャンバ６１内に送り込んだならば、酸素ガス供給源６９から反応チャンバ６１内に酸素ガスを送り、更に、加圧源４３ならびにＭＦＣ４１ａにより収納容器４２から液体原料３４を接続管４１を経て加圧式液体ポンプ３５に送液し、加圧式液体ポンプ３５により液体原料３４を０．１〜１．０ｍｌ／分程度の速度で毛細管３１ａ内に圧送し、これと同時に冷却ガスを冷却ガス供給部３２に流量２００〜３００ｃｃｍ程度で送り込むとともにキャリアガスをキャリアガス供給部３３に流量２００〜３００ｃｃ程度で送り込む。また、同時に圧力調整装置７２を作動させ反応チャンバ６１の内部のガスを排気する。この際、冷却ガスの温度は室温程度になるように調節しておく。
また、気化室５１の内部温度、液体原料導入部５１ａの内部温度及び液体原料供給器３０の温度が、上記原料のうちの最も気化温度の高い原料の最適温度になるようにヒータ５２により調節しておく。こうすることによりキャリアガスがヒータ５２により予熱されるとともに気化室５１内での原料ガスの再析出が防止される。
また、ここで用いる毛細管３１ａとしては、液体原料３４の供給量に応じた内径を有するものを予め毛細管挿入部３１に挿入しておく。また、液体原料３４の供給量を変更する場合に備えて、内径が異なる数種類の毛細管３１ａを用意しておくことが好ましい。
【００４７】
すると、液体原料３４は毛細管３１ａの先端部３１ｃから気化室５１内に液滴状の状態で供給される、そして、気化器５０の内部に供給された液滴状の液体原料３４は、加熱ヒータ５２により加熱されるとともにキャリアガスと混合されて気化して原料ガスとなり、この原料ガスは輸送管５３を介してガス拡散部６６に連続的に供給される。この時、輸送管５３の内部温度が上記原料のうちの最も気化温度の高い原料の最適温度になるように上記加熱手段により調節しておく。また、この時、酸素ガス供給源５４から酸素ガスを供給して原料ガス中に酸素を混合する操作も行う。
【００４８】
次に、反応チャンバ６１の内部においては、輸送管５３の出口部分からガス拡散部６６に出た原料ガスが、ガス拡散部６６から拡散しながら反応生成室６３側に移動し、反応生成室６３の内部を通り、次いで基材６５の近傍を移動してガス排気管７０に引き込まれるように移動する。
従って、加熱された基材６５の上面側で原料ガスを反応させて酸化物超電導薄膜を生成させることができる。
以上の成膜操作を所定時間継続して行なうことにより、基材６５上に所望の厚さの膜質の安定した酸化物超電導薄膜を備えた酸化物超電導体８０を得ることができる。
【００４９】
また、液体原料３４の供給量を変更する場合、先に取り付けた毛細管３１ａが変更後の供給量に応じた内径を有していないときには、先に取り付けられている毛細管３１ａを毛細管挿入部３１から外し、変更後の供給量に応じた内径を有する毛細管３１ａを毛細管挿入部３１に挿入することにより、毛細管３１ａを容易に交換することができる。このように毛細管３１ａを交換した後は、上述の方法と同様にして酸化物超電導薄膜を成膜することができる。
【００５０】
上記の液体原料供給装置３０にあっては、毛細管３１ａが着脱交換可能に取り付けられたことにより、液体原料３４の供給量を変更する場合、変更後の供給量に応じて毛細管３１ａのみを交換するだけで済み、液体原料供給部の内径が異なる数種類の液体原料供給装置を用意する必要がなく、経済的である。
また、この液体原料供給装置３０によれば、液体原料３４の供給量の変更に応じて交換される部分が毛細管３１ａだけで済み、毛細管挿入部３１ａや冷却ガス供給部３２やキャリアガス供給部３３については同じものを使用できるので、液体原料供給装置ごと交換する場合に比べて、液体原料供給装置の個体差に起因する寸法差異を低減でき、あらゆる供給量に応じて良好な液体原料の供給状況および気化状況が再現性良く得られる。
従って、このような液体原料供給装置３０が備えられた酸化物超電導体の製造装置によれば、良好な酸化物超電導薄膜を再現性良く製造できる。
上記実施形態においては、本発明のＣＶＤ用液体原料供給装置を酸化物超電導体の製造装置に備えた場合について説明したが、超電導体の製造装置に限らず、ＣＶＤ法により薄膜を製造する薄膜製造装置に備えられていてもよい。
【００５１】
またこの液体原料供給装置３０によれば、毛細管３１ａの先端部３１ｃが気化室５１内部に位置しており、先端部３１ｃが液体原料３４を構成する原料のうち最も気化温度の高い原料の最適温度に維持されるので、先端部３１ｃにおいて原料ガスが再析出することがなく、毛細管３１ａが再析出物により目詰まりすることがない。
また、原料ガスが冷却ガスあるいはキャリアガスにより冷却されて再析出物が析出した場合でも、毛細管３１ａの先端部３１ｃが冷却ガス供給部３２の先端部３２ａ及びキャリアガス供給部３３の先端部３３ａよりも気化器５０側に大きく突出しているので、再析出物の付着面積が小さくなり、再析出量を低減することができる。
【００５２】
また、加熱ヒータ５２が、液体原料供給器３０中央より下側を覆うように配設されているので、キャリアガス供給部３３を加熱してキャリアガスを予熱することができ、これにより気化室５１内部の原料ガスの温度を低下させることがなく、原料ガスの再析出をより効果的に防止できる。
また、予熱されたキャリアガスが液体原料導入部５１ａから気化室５１内に供給されるので、液体原料導入部５１ａ内部に対流してきた原料ガスを、再度気化室５１に輸送することができる。
【００５３】
また、気化室５１は、毛細管３１ａの先端部３１ｃから気化室底部５１ｂに向けて液体原料３４が移動する間に気化するように、先端部３１ｃから気化室底部５１ｂまでの間隔を広くあけて構成されるので、液体原料３４が原料ガスに気化されるまでの間に気化室５１の内壁に衝突する確率が小さくなり、効率よく原料ガスを生成することができる。
また、気化室底部５１ｂには、熱容量が大きな保熱部材５５が備えられているので、液体原料３４の一部が気化されずに液体状態のまま気化室底部５１ｂに輸送されてきた場合であっても、この液体原料を再加熱して気化させることができる。
【００５４】
このように上記の液体原料供給装置３０によれば、原料ガスの再析出を効果的に抑制できるので、液体原料の供給量が常に一定に保たれ、長時間に渡り原料ガスを連続して生成できる。
【００５５】
【実施例】
（実施例１）
図２に示した液体原料供給装置が備えられた図１の酸化物超電導体の製造装置を用いてＹ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏ系の酸化物超電導体を以下の ようにして作製した。
液体原料として、Ｙ（ｔｈｄ）3、Ｂａ（ｔｈｄ）2、Ｃｕ（ｔｈｄ）2をモル 比でＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．０：２．７：３．０で混合したものをＴＨＦ溶液に溶解した液体原料を収納容器に貯留した。
この液体原料を加圧源ならびに液体微量ＭＦＣにより加圧式液体ポンプに供給し、さらに該加圧式液体ポンプから液体原料を供給速度０．３ｍｌ／分で毛細管に供給した。
これと同時に冷却ガスとしてＡｒを冷却ガス供給部に流量２００ｃｃｍ程度で送り込むとともにキャリアガスとしてＡｒをキャリアガス供給部に流量２００ｃｃｍ程度で送り込んだ。上記毛細管としては内径が４０μｍ、外径３７５μｍのものを用い、毛細管の先端部からキャリアガス供給部の先端部までの長さを５０ｍｍとした。また、加圧式液体ポンプによる加圧力は７０kg／cm2とした。
更に、気化室内の温度及び液体原料導入部内の温度は２３０℃、圧力は５Ｔｏｒｒとした。
【００５６】
以上の操作により、液体原料を毛細管に良好に圧送することができ、また、毛細管に圧送された液体原料を液滴状の液体原料として気化器内に一定量連続的に供給することができ、さらにこの液体原料が気化して生成した原料ガス（ＣＶＤガス）も反応チャンバに一定量連続して供給することができた。このときの連続供給時間を測定した。
【００５７】
また、反応チャンバ内の基材移動速度１．０ｍ／時間、基材加熱温度８００℃、リアクタ内圧力５Ｔｏｒｒ、酸素ガス供給源からの酸素ガス流量を５０〜１００ｍｌ／分に設定して、基材上に厚さ０．４〜０．５μｍのＹ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏ系の酸化物 超電導薄膜を連続的に形成し、酸化物超電導体を得た。ここでの基材としては、ハステロテープ上にイオンビームアシストスパッタリング法によりＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）面配向中間層を形成したもの（幅１ｃｍ×長さ〜３０ｃｍ×厚さ０．０２ｃｍ）を用いた。
【００５８】
（比較例１）
図１及び図２に示す液体原料供給装置に代えて従来の液体原料供給装置が備えられた酸化物超電導体の製造装置を用いる以外は上記実施例１と同様にしてＹ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏ系の酸化物超電導体を作製した。そして、実施例１と同様にして液体原料の連続供給時間を測定した。
【００５９】
実施例１の本発明の液体原料供給装置の場合は、液体原料の気化による原料ガスの生成を１０時間連続して行うことができた。この原料ガスの生成の間における再析出物の析出は一切認められなかった。
一方、比較例１の従来の液体原料供給装置の場合には、原料ガスの生成を連続して２時間行った時点で、液体原料供給器の先端に再析出物が付着し、毛細管が目詰まりして以後の原料ガスの生成を行うことが出来なくなった。
【００６０】
また、実施例１ならびに比較例１で得られたテープ状の酸化物超電導体を、それぞれ酸化物超電導体の中央部分側に対し、スパッタ装置によりＡｇコーティングを施し、更に両端部側にそれぞれＡｇの電極を形成し、Ａｇコーティング後に純酸素雰囲気中にて５００℃で２時間熱処理を施して測定試料とした。
そして、これら試料を液体窒素で７７Ｋに冷却し、外部磁場０Ｔ（テスラ）の条件で各試料の臨界電流密度（Ｊc）を測定したところ、実施例１で得られた酸 化物超電導体と比較例１で得られた酸化物超電導体は、共に、３．０×１０5Ａ ／ｃｍ2（７７Ｋ、０Ｔ）を確保することができた。
従って、実施例１の液体原料供給装置により得られた酸化物超電導体は、従来の比較例１の液体原料供給装置により得られた酸化物超電導体と同等の臨界電流密度（Ｊc）を示し、液体原料供給装置の違いによる超電導特性の差は見られなかった。
【００６１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のＣＶＤ用液体原料供給装置は、毛細管が着脱交換可能に取り付けられたことにより、液体原料の供給量を変更する場合、変更後の供給量に応じて毛細管のみを交換するだけで済み、毛細管の内径が異なる数種類の液体原料供給装置を用意する必要がなく、経済的である。
また、本発明のＣＶＤ用液体原料供給装置によれば、液体原料の供給量の変更に応じて交換される部分が毛細管だけで済み、毛細管挿入部や冷却ガス供給部やキャリアガス供給部については同じものを使用できるので、液体原料供給装置ごと交換する場合に比べて、液体原料供給装置の個体差に起因する寸法差異を低減でき、あらゆる供給量に応じて良好な液体原料の供給状況および気化状況が再現性良く得られる。
【００６２】
また、上記毛細管は着脱交換可能に取り付けられているので、目的の液体供給量に応じた毛細管を任意に選ぶことができ、選択した毛細管に交換することにより、目的の液体供給量を迅速に得ることができる。また、上記毛細管は着脱交換可能であるので、送液する液体の種類に応じた毛細管を任意に選ぶことができ、従って、あらゆる種類の液体の供給に用いることができ、しかも毛細管は容易に交換できるので、あらゆる種類の液体を迅速に供給することができる。従って、本発明のＣＶＤ用液体原料供給装置が備えられた薄膜の製造装置によれば、良好な薄膜を再現性良く製造できる。
【００６３】
そして本発明のＣＶＤ用液体原料供給装置は、液体原料供給器の毛細管の先端部が、冷却ガス供給部の先端部及びキャリアガス供給部の先端部よりも気化器側に大きく突出しているので、再析出物の付着面積が小さくなり、再析出量を低減することができる。
またこの液体原料供給装置によれば、毛細管の先端部が気化室内部に位置しており、この先端部が液体原料を構成する原料のうち最も気化温度の高い原料の最適温度に維持されるので、先端部において原料ガスが再析出することがなく、毛細管が再析出物により目詰まりすることがない。
【００６４】
また加熱ヒータが、気化室のみならず、液体原料導入部及び液体原料供給器の一部を覆うように配設されているので、冷却ガス供給部の先端部やキャリアガス供給部の先端部付近に対流する原料ガスを加熱して液体原料の再析出を防止できる。
また、加熱ヒータは、液体原料供給器の中央より下側の外周を覆うように配設されているので、キャリアガスを予熱することができ、これにより対流によって液体原料導入部の内部に移動してくる原料ガスの再析出をより効果的に防止できる。
【００６５】
また、気化室は、毛細管の先端部から気化室底部に向けて液体原料が移動する間に液体原料が気化するように、先端部から気化室底部までの間隔を広くあけて構成されるので、液体原料が原料ガスに気化されるまでの間に気化室の内壁に衝突する確率が小さくなり、効率よく原料ガスを生成できる。
また、気化室底部には、熱容量の大きな保熱部材が備えられているので、液体原料の一部が気化されずに液体状態のまま気化室底部に輸送されてきた場合であっても、この液体原料を再加熱して気化させることができ、これにより液体原料を効率よく気化できる。
【００６６】
以上のように本発明の液体原料供給装置によれば、原料ガスの再析出を効果的に抑制できるので、液体原料の供給量が常に一定に保たれ、長時間に渡り原料ガスを連続して生成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るＣＶＤ用液体原料供給装置を備えた酸化物超電導体の製造装置の一例を示す構成図である。
【図２】 図１に示すＣＶＤ用液体原料供給装置の要部を示す構成図である。
【図３】 図１に示すＣＶＤ用液体原料供給装置に備えられた液体原料供給器を示す断面模式図である。
【図４】 図３の液体原料供給器のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】 従来のＣＶＤ用液体原料供給装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ ＣＶＤ用液体原料供給装置
３０ 液体原料供給器
３１ 毛細管挿入部
３１ａ 毛細管
３１ｃ 毛細管の先端部
３２ 冷却ガス供給部
３３ キャリアガス供給部
３４ 液体原料
５０ 気化器
５１ 気化室
５１ｂ 気化室底部（気化室の端部）
５２ 加熱ヒータ
５５ 保熱部材
Claims (3)
- 液体原料供給器と、該液体原料供給器に接続されてこの液体原料供給器から供給された液体原料を気化する気化器とを具備してなるＣＶＤ用液体原料供給装置であって、
前記液体原料供給器は、内部に液体原料が供給される毛細管と、該毛細管が挿入される毛細管挿入部と、該毛細管挿入部の外周を取り囲んで設けられ、前記毛細管及び前記毛細管挿入部を冷却するための冷却ガスが供給される筒状で先窄まり状の冷却ガス供給部と、該冷却ガス供給部の外周を取り囲んで設けられ、液体原料と混合されて原料ガスを構成するキャリアガスが前記冷却ガス供給部との隙間に供給される筒状のキャリアガス供給部とからなり、
前記気化器は、前記液体原料供給器に接続されて前記液体原料を気化する気化室と、前記気化器及び前記キャリアガス供給部を加熱するために該気化器の外周側及び前記液体原料供給器の外周側の一部に配設された加熱ヒータとを具備してなり、
前記毛細管が、着脱交換可能に前記毛細管挿入部に挿入されるとともに、その先端部が前記冷却ガス供給部の先端部及び前記キャリアガス供給部の先端部より前記気化器側に突出しており、
また前記毛細管が、その先端部において原料ガスが再析出することなく、毛細管が再析出物によって目詰まりすることがないように、かつ、毛細管の先端部から前記気化室の底部に向けて液体原料が移動する間に気化するように、毛細管の先端部から気化室の底部までの間隔をあけて突出していることを特徴とするＣＶＤ用液体原料供給装置。 - 液体原料供給器と、該液体原料供給器に接続されてこの液体原料供給器から供給された液体原料を気化する気化器とを具備してなるＣＶＤ用液体原料供給装置であって、
前記液体原料供給器は、内部に液体原料が供給される毛細管と、該毛細管が挿入される毛細管挿入部と、該毛細管挿入部の外周を取り囲んで設けられ、前記毛細管及び前記毛細管挿入部を冷却するための冷却ガスが供給される筒状で先窄まり状の冷却ガス供給部と、該冷却ガス供給部の外周を取り囲んで設けられ、液体原料と混合されて原料ガスを構成するキャリアガスが前記冷却ガス供給部との隙間に供給される筒状のキャリアガス供給部とからなり、
前記気化器は、前記液体原料供給器に接続されて前記液体原料を気化する気化室と、前記気化器及び前記キャリアガス供給部を加熱するために該気化器の外周側及び前記液体原料供給器の外周側の一部に配設された加熱ヒータとを具備してなり、
前記毛細管が、着脱交換可能に前記毛細管挿入部に挿入されるとともに、その先端部が前記冷却ガス供給部の先端部及び前記キャリアガス供給部の先端部より前記気化器側に２０〜１００ｍｍの範囲で突出していることを特徴とするＣＶＤ用液体原料供給装置。 - 前記気化室は、前記液体原料が前記毛細管の先端部から該気化室の端部側に向けて移動する間に気化するように、前記毛細管の先端部から前記気化室の端部までの間隔をあけて構成されるとともに、前記気化室の端部に保熱部材が備えられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣＶＤ用液体原料供給装置。
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