JP3995772B2

JP3995772B2 - 酸化物超電導導体の製造装置

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Publication number: JP3995772B2
Application number: JP29139597A
Authority: JP
Inventors: 真理子保坂; 康裕飯島; 隆斉藤; 伸行定方
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2017-10-23
Also published as: JPH11126524A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ蒸着、スパッタリングなどの物理蒸着（ＰＶＤ）法、化学的気相成長（ＣＶＤ）法などの方法のように成膜室内で基材上に結晶化薄膜を順次堆積させ、この結晶化薄膜を熱処理して酸化物超電導層を形成するための酸化物超電導導体の製造装置の改良に係わるもので、加熱領域内の基材の温度を成膜に適切な温度範囲に制御でき、基材の長さ方向および幅方向に沿って均一で、かつ優れた超電導特性を有する酸化物超電導体の製造が可能な酸化物超電導導体の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年になって発見されたＹ系の酸化物超電導体は、ピン止め力が高温まで持続し、液体窒素温度（７７Ｋ）での磁場中での応用に有効であることが知られているが、現在、この種の酸化物超電導体を実用的な超電導体として使用するためには、種々の解決するべき問題点が存在している。その問題点の１つが、強磁場中で酸化物超電導体の臨界電流密度が減少するという問題である。
【０００３】
上記強磁場中で酸化物超電導体の臨界電流密度が減少するという問題は、酸化物超電導体の結晶自体に電気的な異方性が存在することが大きな原因となっており、特に酸化物超電導体はその結晶軸のａ軸方向とｂ軸方向には電気を流し易いが、ｃ軸方向には電気を流しにくいことが知られている。このような観点から酸化物超電導体を基材上に形成してこれを超電導体として使用するためには、基材上に結晶配向性の良好な状態の酸化物超電導体を形成し、しかも、電気を流そうとする方向に酸化物超電導体の結晶のａ軸あるいはｂ軸を配向させ、その他の方向に酸化物超電導体のｃ軸を配向させる必要がある。
【０００４】
ところで、酸化物超電導体を導電体として使用するためには、テープ状などの長尺の基材上に結晶配向性の良好な酸化物超電導層を形成する必要がある。ところが、金属テープなどの基材上に酸化物超電導層を直接形成すると、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、結晶配向性の良好な酸化物超電導層の形成は困難であった。しかも、酸化物超電導層を形成する際に行なう熱処理によって金属テープと酸化物超電導層との間で拡散反応が生じるために、酸化物超電導層の結晶構造が崩れ、超電導特性が劣化する問題があった。
【０００５】
そこで本発明者らは、Ｎｉ基耐熱合金ハステロイテープなどの金属テープからなる長尺のテープ状の基材の上にイットリウム安定化ジルコニア（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、酸化物超電導体の中でも臨界温度が約９０Ｋであり、液体窒素（７７Ｋ）中で用いることができる安定性に優れたＹＢａＣｕＯ系の超電導層（酸化物超電導層）を形成することで超電導特性の優れた酸化物超電導導体を製造する試みを種々行なっている。
このような試みの中から本発明者らは先に、結晶配向性に優れた中間薄膜を形成するために、あるいは、超電導特性の優れた超電導テープを得るために、特願平３ー１２６８３６号、特願平３ー１２６８３７号、特願平３ー２０５５５１号特願平４ー１３４４３号、特願平４ー２９３４６４号などにおいて特許出願を行なっている。
【０００６】
これらの特許出願に記載された技術によれば、ハステロイテープなどの金属テープの基材上にスパッタ装置により多結晶中間薄膜を形成する際に、スパッタリングと同時に基材成膜面の斜め方向からイオンビームを照射しながら多結晶中間薄膜を成膜すること（イオンビームアシストスパッタリング法）により、結晶配向性に優れた多結晶中間薄膜を形成することができるものである。この方法によれば、多結晶中間薄膜を形成する多数の結晶粒のそれぞれの結晶格子のａ軸あるいはｂ軸で形成する粒界傾角を３０度以下に揃えることができ、結晶配向性に優れた多結晶中間薄膜を形成することができる。そして更に、この配向性に優れた中間薄膜上にＹＢａＣｕＯ系の超電導層をスパッタリング法、あるいはレーザ蒸着法などの物理蒸着法などの成膜法により成膜するならば、酸化物超電導層の結晶配向性も良好なものになり、これにより、臨界電流密度が高い酸化物超電導導体を形成することができる。
【０００７】
図８に、従来のレーザ蒸着装置の一例を示した。
このレーザ蒸着装置は、内部を真空排気自在に構成された処理容器１０を有し、この処理容器１０の内部の成膜室１０ａの下部側に長尺のテープ状の基材１が設けられ、該基材１の上方側には酸化物超電導体または酸化物超電導体と近似組成のターゲット１２が設けられる一方、処理容器１０の外部には上記ターゲット１２表面にレーザ光を照射して粒子の噴流（プルーム）１３を発生させるためのレーザ発光装置１４が設けられている。
【０００８】
上記処理容器１０は排気孔１０ｂを介して図示略の真空排気装置に接続されて内部を真空排気できるようになっている。
上記ターゲット１２は、板状のものであり、その下面が基材１上面と平行に向き合うようにターゲットホルダ１２ａによって支持されている。
上記基材１の下方側には、送出装置１８と、巻取装置１９がそれぞれ離間して設けられ、送出装置１８からテープ状の基材１を送り出し、巻取装置１９で巻き取ることができるとともに、基材１をターゲット１２の下方で水平移動できるようになっている。
これら送出装置１８と巻取装置１９との間には、基材１を輻射熱により加熱するためのＰt線などからなる加熱ヒータ２０が設けられている。
上記レーザ発光装置１４と処理容器１０との間には、第１反射鏡２１と集光レンズ２２と第２反射鏡２３が設けられ、レーザ発光装置１４が発生させたレーザビームを処理容器１０の側壁に取り付けられた透明窓２４を介してターゲット１２に集光照射できるようになっている。
【０００９】
また、従来のレーザ蒸着装置においては、基材１上に粒子を堆積させる際、基材１の温度を一定に保ち、さらに基材１の温度分布のバラツキを少なくして、良好な超電導特性を有する超電導テープが得られるようにするために、上記加熱ヒータ２０に一定出力が投入されるようになっているか、あるいは基材１の温度を測定するためのパイロメーター（図示略）が成膜室１０ａ内で基材１の上方に配設され、さらにパイロメーターで測定された測定値に基づいて基材１の温度が一定となるように上記加熱ヒータ２０に投入する出力を変更する制御部（図示略）が備えられている。
【００１０】
上記構成のレーザ蒸着装置を用いて基材１上に酸化物超電導層を形成するには、レーザ発光装置１４からレーザビームを射出し、第１反射鏡２１と集光レンズ２２と第２反射鏡２３と透明窓２４を介してレーザビームをターゲット１２に照射する。一方、多結晶中間薄膜が形成された基材１を多結晶中間薄膜側の面を上にして送出装置１８から所定速度で順次送り出しながら巻取装置１９に巻取り、基材１をターゲット１２の下方を水平移動させるとともに加熱ヒータ２０を作動させて基材１を加熱する。ここでの加熱の際、加熱ヒータ２０に一定出力を投入する（この方法では温度調整は行わない。）か、あるいは上記パイロメーターで結晶中間薄膜が形成された基材１の温度を測定し、この測定値に基づいて上記制御部で加熱ヒータ２０の出力を変更して温度調整を行う。このようにすると、レーザビームが照射されたターゲット１２は表面部分がえぐり取られるか蒸発されて構成粒子が叩き出され、基材１の中間薄膜２上に堆積し結晶化薄膜となる。このとき、基材１は加熱ヒータ２０により加熱されているので結晶化薄膜は堆積と同時に熱処理されて酸化物超電導層が形成される。以上の操作によって基材１の上面に順次粒子を堆積させ、テープ状の基材１の多結晶中間薄膜上に酸化物超電導層を形成することで、酸化物超電導導体を得ることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来の酸化物超電導導体の製造装置を用いて製造を行うと、加熱ヒータ２０に投入する出力を一定にしても、加熱領域内の基材１の温度分布のばらつきが大きくなってしまい、また、結晶化薄膜の成膜中に熱の収支が変化した時に該結晶化薄膜表面の温度を一定にすることが困難であった。また、パイロメーターの測定値に基づいて温度調整を行っても、パイロメーターは膜厚によって干渉を受けるため、正確な温度調整を行うのが困難であった。また、片面にイオンビームアシストスパッタリング法により多結晶中間薄膜が形成された基材１は、多結晶中間薄膜の成膜時の圧縮応力に起因する反りが生じているため、結晶化薄膜を成膜する際に、基材１の幅方向での温度分布のばらつきが大きくなってしまう。従って、従来の酸化物超電導導体の製造装置を用いて製造された酸化物超電導導体の臨界電流（Ｉc）を測定すると、テープ状の基材の長さ方向および幅方向に沿った臨界電流のバラツキが大きく、しかも臨界電流値も低い傾向を示し、超電導特性において不満があった。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、加熱領域内の基材の温度を成膜に適切な温度範囲に制御でき、基材の長さ方向及び幅方向に沿って均一で、かつ優れた超電導特性を有する酸化物超電導体の製造が可能な酸化物超電導導体の製造装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、真空排気可能な成膜室の内部を移動中の可撓性を有するテープ状の基材上に結晶化薄膜を順次堆積させ、この結晶化薄膜を熱処理して酸化物超電導層を形成する酸化物超電導導体の製造装置において、
上記テープ状の基材の裏面に接触させるための湾曲面を有するサセプタと、該サセプタを加熱するための加熱手段を少なくとも具備する加熱治具が備えられ、該加熱治具はテープ状の基材上に結晶化薄膜を堆積する領域の近傍で上記サセプタの湾曲面がテープ状の基材の裏面に接触するように配設されてなり、上記サセプタの湾曲面は上記テープ状の基材の長さ方向に沿った方向と該テープ状の基材の幅方向に沿った方向に湾曲していることを特徴とする酸化物超電導導体の製造装置を上記課題の解決手段とした。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、上記加熱治具に、上記サセプタとは別個に設けられたサセプタホルダが備えられ、上記サセプタはその湾曲面が上記サセプタホルダの上面から突出するようにサセプタホルダに着脱自在に取り付けられてなることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導導体の製造装置を上記課題の解決手段とした。
また、請求項３記載の発明は、上記サセプタの湾曲面のテープ状の基材の長さ方向に沿った方向の曲率半径が３００〜８００ｍｍであり、かつ上記湾曲面のテープ状の基材の幅方向に沿った方向の曲率半径が１００〜８００ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化物超電導導体の製造装置を上記課題の解決手段とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の酸化物超電導導体の製造装置の一実施形態について説明する。
図１〜図２は、本発明の酸化物超電導導体の製造装置をレーザ蒸着装置に適用した第１の実施形態を示すものである。
図１の第１の実施形態のレーザ蒸着装置が、図８に示した従来のレーザ蒸着装置と異るところは、イオンビームアシストスパッタリング法により多結晶中間薄膜が形成されたテープ状の基材１上に結晶化薄膜を堆積する領域の近傍、すなわち送出装置１８と巻取装置１９との間の基材１の下方に加熱治具３０が配設された点である。図２は、この加熱治具３０を説明するための図であり、（Ａ）はテープ状の基材１の上面側から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００１６】
上記テープ状の基材１は、その片面にイオンビームアシストスパッタリング法により多結晶中間薄膜が形成されているため、圧縮応力により歪みが生じ、基材１に反りが生じており、すなわち該基材１を幅方向から見たとき多結晶中間薄膜が形成された側（表面側）が凸状で、多結晶中間薄膜が形成されていない側（裏面側）が凹状になっている。
【００１７】
この加熱治具３０は、サセプタ３２と、該サセプタ３２とは別個に設けられたサセプタホルダ３４と、該サセプタ３２を加熱するためのヒータ（加熱手段）３６から概略構成されている。
上記サセプタ３２は、基材１の長さ方向に沿った断面と、基材１の幅方向に沿った断面がそれぞれ略弓型である板状のものであり、その上面には図３に示すようにテープ状の基材１の裏面に接触させるための凸状の湾曲面３２ａを有している。
このサセプタ３２をなす材料としては、Ｎi８０％−Ｃr１４％−Ｆe６％（商品名インコネル、インターナショナルニッケル社製）などの耐熱合金や、ハステロイなどが好適に用いられる。
サセプタ３２の基材１の長さ方向に沿った方向の長さＬ₁としては、４０〜１００ｍｍ程度、好ましくは６０〜８０ｍｍ程度であり、また、基材１の幅方向に沿った方向の幅Ｗ₁としては、５〜３０ｍｍ程度、好ましくは１０〜２０ｍｍ程度であるが、必ずしもこの限りではなく、基材１上に形成する酸化物超電導層の種類や厚み等によっても異る。
【００１８】
サセプタ３２の湾曲面３２ａの基材１の長さ方向に沿った方向（長さ方向）の曲率半径Ｒ₁としては３００〜８００ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは５００〜７００ｍｍ程度であり、また、湾曲面３２ａの基材１の幅方向に沿った方向（幅方向）の曲率半径Ｒ₂としては、基材１の反りに応じた曲率半径を有しており、１００〜８００ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは２００〜４００ｍｍ程度であるが、必ずしもこの限りではなく、基材１上に形成する酸化物超電導層の種類や厚み等によっても異る。
【００１９】
湾曲面３２ａの長さ方向の曲率半径Ｒ₁が３００ｍｍ未満であるとサセプタ３２と接触する基材１の長さ方向の中央部の接地圧が大きくなり該中央部の温度が上がり、その結果、基材１の長さ方向の温度勾配が大きくなるからであり、一方、曲率半径Ｒが８００ｍｍを越えるとサセプタ３２と接触する基材１の長さ方向の中央部の接地圧が小さくなり、長さ方向の接触状態が不安定になり温度分布が生じるからである。
また、湾曲面３２ａの曲率半径Ｒ₂が１００ｍｍ未満であるとサセプタ３２と接触する基材１の幅方向の中央部の接地圧が大きくなり該中央部の温度が上がり基材１の幅方向の温度勾配が大きくなるからであり、一方、曲率半径Ｒが８００ｍｍを越えるとサセプタ３２と接触する基材１の幅方向の中央部の接地圧が小さくなり、接触状態が不安定になり温度分布が生じるからである。
【００２０】
上記サセプタ３２内には、該サセプタ３２の温度を測定するための熱電対（Ｔ．Ｃ．）３５が配設されている。この熱電対３５は、制御部（図示略）を介して後述するヒータ３６と接続されており、この制御部は上記熱電対３５で測定された測定値に基づいてサセプタ３２の温度が所望温度勾配となるようにヒータ３６に投入する出力を変更できるようになっている。
【００２１】
上記サセプタホルダ３４は、ステンレス鋼などからなる板状のもので、その中央部には上記サセプタ３２を取り付けるための矩形状の取付孔３４ａが形成されている。このサセプタホルダ３４の取付孔３４ａには、上記サセプタ３２がその湾曲面３２ａがこのサセプタホルダ３４の上面３４ｂから突出するように嵌め入れられることにより、着脱自在に取り付けられている。
このサセプタホルダ３４の取付孔３４ａの下方には、ヒータ３６が配設されている。このヒータ３６は、Ｐt線などからなるものであり、サセプタ３２のみを加熱できるものであれば十分である。
【００２２】
また、サセプタホルダ３４の基材１の長さ方向に沿った両端部には、上記テープ状の基材１を支えるとともに該基材１を上記サセプタ３２に案内するための基材支持体３８がそれぞれ設けられている。
また、サセプタホルダ３４の上面３４ｂには、反射防止板４２が２枚配設されている。この反射防止板４２は、ステンレス鋼、インコネル、ハステロイなどの結晶化薄膜を構成する粒子とは不活性で、かつ熱伝導率が小さい材料からなるコ字状の板である。これら２枚の反射防止板４２，４２は、凹部４３と凹部４３を対向させてサセプタホルダ３４の上面３４ｂのサセプタ３２の周辺に配置されている。このような反射防止板４２が配設されていると、酸化物超電導層の形成時にサセプタホルダ３４の上面３４ｂからの照り返しを減らすことができるので、基材１が反射熱などの悪影響を受けることを防止でき、基材１の温度を成膜に最適な温度範囲に制御するのがより容易となるからである。
上述のような加熱治具３０は、送出装置１８から送り出されるとともに巻取装置１９により巻き取られるテープ状の基材１の裏面に上記サセプタ３２の湾曲面３２ａが接触するように配設されている。
【００２３】
このような構成の加熱治具３０においては、ヒータ３６によりサセプタ３２を加熱すると、サセプタ３２の湾曲面３２ａの長さ方向の中央部３３ａはほぼ一定温度範囲に加熱され、この中央部３３ａの両側の端部３３ｂは温度勾配が生じるようになっており、しかも湾曲面３２ａの幅方向はほぼ一定温度範囲に加熱されているので、サセプタ３２の湾曲面３２ａの長さ方向および幅方向の温度分布は安定している。従って、基材１の裏面をサセプタ３２の湾曲面３２ａの中央部３３ａのみに接触するようにすれば、基材１のサセプタ３２への接触状態を安定させることができるとともに基材１を一定温度範囲で加熱することができ、あるいは基材１の裏面を中央部３３ａの両側の端部３３ｂにまで接触するようにすれば、基材１のサセプタ３２への接触状態を安定させることができるとともに基材１に温度勾配をつけながら加熱することができる。また、成膜に不適切な温度分布を生じるサセプタ３２の湾曲面３２ａの部分（不要部分）には基材１を接触させないで、成膜条件に応じた温度分布を生じることができる湾曲面３２ａの部分（良好部分）のみに接触させれば、酸化物超電導層の形成時にこの良好部分のみを基材１の裏面に接触させながら成膜することができるので、基材１を成膜に最適な温度範囲で加熱することができる。
【００２４】
また、この加熱治具３０においては、サセプタ３２がサセプタホルダ３４に着脱自在に取り付けられるようになっているため、成膜条件等を変更したいときには、長さ方向の曲率半径Ｒ₁が異るサセプタ３２に交換することにより、サセプタ３２の湾曲面３２ａの一定温度範囲の長さや端部３３ｂの温度勾配を変更して、湾曲面３２ａの温度分布を変更することができる。
また、幅の異なるあるいは反り量が異なるテープ状の基材１上に結晶化薄膜を形成するときには、幅方向の曲率半径Ｒ₂が異るサセプタ３２に交換するだけで種々の幅あるいは反り量が異なるテープ状の基材１の加熱に対応することができる。
また、上記加熱治具３０においては、サセプタ３２がサセプタホルダ３４とは別個に設けられたものであり、さらにサセプタ３２のみを加熱するだけでよいので、ヒータ３６の出力が小さくて済み、経済的である。
【００２５】
ここでのターゲット１２としては、形成しようとする酸化物超電導層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、または、酸化物超電導体のバルクなどから形成されている。現在知られている臨界温度の高い酸化物超電導体として具体的には、Ｙ−Ｂａ−
Ｃｕ−Ｏ系、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系などがあるので、ターゲット１２としてはこれらの系のものなどを用いることができる。なお、酸化物超電導体を構成する元素の中で蒸気圧が高く、蒸着の際に飛散しやすい元素もあるので、このような元素を含むターゲット１２を使用する場合は、蒸気圧の高い元素を目的とする所定の割合よりも多く含むターゲットを用いればよい。
また、レーザ発光装置１４としては、ターゲット１２から構成粒子を叩きだすことができるものであれば、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザなどのいずれのものを使用してもよい。
【００２６】
次に、上述の実施形態のレーザ蒸着装置を用いて酸化物超電導導体の製造する方法について説明する。
まず、多結晶中間薄膜が形成されたテープ状の基材１を成膜室１０ａ内の送出装置１８にセットし、ターゲット１２をその下面が上記基材１の多結晶中間薄膜側の面と平行に向き合うようにターゲットホルダ１２ａにセットする。一方、サセプタホルダ３４の取付孔３４ａにサセプタ３２を取り付け、さらにこのサセプタ３２の湾曲面３２ａの中央部３３ａおよび端部３３ｂが基材１の裏面に接触するようにセットする。このようにしたならば、成膜室１０ａを真空排気する。
ここで必要に応じて成膜室１０ａに酸素ガスを導入して成膜室１０ａを酸素雰囲気としても良い。また、ヒータ３６に出力を投入してサセプタ３２を加熱し、基材１を間接的に加熱できるようにする。このようにするとサセプタ３２の湾曲面３２ａの長さ方向の中央部３３ａは一定温度範囲に加熱されており、両側の端部３３ｂには温度勾配が生じ、また、湾曲面３２ａの幅方向は一定温度範囲に加熱されている。ここでヒータ３６に投入される出力は、熱電対３５で測定されたサセプタ３２の温度の値に基づいてサセプタ３２の湾曲面３２ａが成膜に適切な温度範囲となるように上記制御部により制御されている。
【００２７】
次に、レーザ発光装置１４から発生させたレーザビームを第１反射鏡２１と集光レンズ２２と第２反射鏡２３と透明窓２４を介して成膜室１０ａ内に導き、ターゲット１２の表面に集光照射する。この際に、集光レンズ２２の位置調節を行ってターゲット１２の表面にレーザビームの焦点を合せる。また、多結晶中間薄膜が形成された基材１を多結晶中間薄膜側の面を上にして送出装置１８から所定速度で順次送り出して巻取装置１９に巻取ることにより、基材１をターゲット１２の下方を水平移動させるとともに基材１の裏面をサセプタ３２の湾曲面３２ａの中央部３３ａおよび両側の端部３３ｂに接触させながら加熱する。このようにすると、湾曲面３２ａの中央部３３ａは一定温度範囲に加熱されており、両側の端部３３ｂには温度勾配が生じており、また、湾曲面３２ａの幅方向は一定温度範囲に加熱されているので、基材１のサセプタ３２への接触状態を安定させることができるとともに基材１に温度勾配をつけながら加熱することができる。
【００２８】
このようにすると、レーザビームが照射されたターゲット１２は表面部分がえぐり取られるか蒸発されて構成粒子が叩き出され、この粒子は基材１の多結晶中間薄膜上に堆積して結晶化薄膜が形成される。このとき、基材１はサセプタ３２の湾曲面３２ａにより加熱されているので結晶化薄膜は堆積と同時に熱処理されて酸化物超電導層が形成される。
以上の操作によって基材１上に順次粒子を堆積させ、テープ状の基材１の多結晶中間薄膜上に酸化物超電導層を形成することで、酸化物超電導導体を得ることができる。このようにして形成された酸化物超電導層は、基材１の長さ方向および幅方向の沿って均質に形成されており、しかも結晶配向性が優れている。
【００２９】
なお、本実施形態のレーザ蒸着装置では、サセプタ３２がサセプタホルダ３４に着脱自在に取り付けられた例を説明したが、サセプタ３２とサセプタホルダ３４が一体のものでもよい。また、サセプタホルダ３４の上面３４ｂに反射防止板４２を配設した例を説明したが、反射防止板４２は必ずしも配設されていなくてもよい。
また、実施形態のレーザ蒸着装置を用いて酸化物超電導導体の製造する例においては、基材１の裏面をサセプタ３２の湾曲面３２ａの中央部３３ａおよび端部３３ｂに接触させながら成膜する場合について説明したが、基材１の裏面をサセプタ３２の湾曲面３２ａの中央部３３ａのみに接触させながら成膜してもよく、その場合には基材１を一定温度範囲で加熱することができる。
また、上述の実施形態においては、本発明の酸化物超電導導体の製造装置をレーザ蒸着装置に適用した場合について説明したが、成膜室内に設けた酸化物超電導体または酸化物超電導体と近似組成のターゲットから発生させた粒子をターゲット近傍を移動中の基材上に順次堆積させて酸化物超電導層を形成する酸化物超電導導体の製造装置や、基材上にＣＶＤ法によって酸化物超電導層を成膜する薄膜形成装置においても同様に適用でき、例えば、スパッタ装置などの物理蒸着装置や、ＣＶＤ装置において同様に適用できる。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
図１に示すレーザ蒸着装置において、ターゲット蒸発用のレーザとして波長２４８ｎｍ、平均出力５０Ｗ、繰返周波数１００Ｈｚ、パルス幅１０ｎｓｅｃのＫｒＦエキシマレーザを用いた。また、基材として、ハステロイ製の幅１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのテープの上面に、厚さ０．５μｍのＹＳＺからなる多結晶中間薄膜をイオンビームアシストスパッタリング法により成膜したものを用いるとともに、ターゲットとしてＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xなる組成の焼結体からなる円板状のターゲットを用いた。また、サセプタとしてインコネル（商品名；インターナショナルニッケル社製）製の長さＬ₁が８０ｍｍ、幅Ｗ₁が１０ｍｍ、湾曲面の長さ方向の曲率半径Ｒ₁が６００ｍｍ、幅方向の曲率半径Ｒ₂が２００ｍｍものを用い、これをサセプタホルダの取付孔に取り付け、さらにこのサセプタの湾曲面の中央部および両側の端部が基材の裏面に接触するようにセットした。さらに、成膜室の内部を１０^-6Ｔｏｒｒに排気し、サセプタの下方のヒータ（加熱手段）に出力を投入して基材をサセプタの湾曲面の中央部及び両側の端部に接触させながら加熱し該基材上に上記ターゲットから移動してくる粒子を堆積しレーザ蒸着を行って酸化物超電導導体を得た。ここでヒータに投入する出力は、熱電対で測定したサセプタの温度の値に基づいてサセプタの湾曲面が成膜に適切な温度範囲となるように制御部により制御した。
【００３１】
実施例で得られた酸化物超電導導体をこの酸化物超電導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、この試料を液体窒素で７７Ｋに冷却し、外部磁場０Ｔ（テスラ）の条件で試料における長さ方向の位置ごとと幅方向の位置ごとの臨界電流（Ｉc）をそれぞれ測定した結果を図４〜図５に示す。図４中、実線▲１▼は実施例で得られた酸化物超電導導体の長さ方向の位置ごとの臨界電流を示すものである。図５中、実線▲２▼は実施例で得られた酸化物超電導導体の幅方向の位置ごとの臨界電流を示すものである。
【００３２】
（比較例１）
図８に示すレーザ蒸着装置を用い、輻射型の加熱ヒータに一定出力３ＫＷを投入し、このヒータにより基材を直接加熱しながら該基材上にターゲットから移動してくる粒子を堆積した以外は上述の実施例と同様にして酸化物超電導導体を得た。
比較例１で得られた酸化物超電導導体の長さ方向の位置ごとと幅方向の位置ごとの臨界電流を上記実施例と同様にして測定した。その結果を図６〜図７に示す。図６中、破線▲３▼は比較例１で得られた酸化物超電導導体の長さ方向の位置ごとの臨界電流を示すものである。図７中、破線▲４▼は比較例１で得られた酸化物超電導導体の幅方向の位置ごとの臨界電流を示すものである。
【００３３】
（比較例２）
輻射型の加熱ヒータに一定出力を投入し、このヒータにより基材を直接加熱しながら該基材上にターゲットから移動してくる粒子を堆積することに代えて、パイロメータにより基材の温度を測定し、この測定値に基づいて加熱ヒータに投入する出力を変更しながら該基材上にターゲットから移動してくる粒子を堆積した以外は上述の比較例１と同様にして酸化物超電導導体を得た。
比較例２で得られた酸化物超電導導体の長さ方向の位置ごとと幅方向の位置ごとの臨界電流を上記実施例と同様にして測定した。その結果を図６〜図７に示す。図６中、実線▲５▼は比較例２で得られた酸化物超電導導体の長さ方向の位置ごとの臨界電流を示すものである。図７中、実線▲６▼は比較例２で得られた酸化物超電導導体の幅方向の位置ごとの臨界電流を示すものである。
【００３４】
図４〜図７に示した結果から明らかなように、比較例１，２で得られた酸化物超電導導体は、実施例で得られた酸化物超電導導体に比べて臨界電流値が低く、また、比較例１，２の酸化物超電導導体は、実施例で得られた酸化物超電導導体に比べて長さ方向および幅方向に沿った臨界電流値のばらつきが大きく、超電導特性が劣ることが確認できた。以上のことから、実施例で得られた酸化物超電導導体は、基材の長さ方向および幅方向に沿って均一で、優れた超電導特性を有することが分る。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の酸化物超電導導体の製造装置は、テープ状の基材の裏面に接触させるための湾曲面を有するサセプタと、該サセプタを加熱するための加熱手段を少なくとも具備する加熱治具が備えられ、該加熱治具はテープ状の基材上に結晶化薄膜を堆積する領域の近傍で上記サセプタの湾曲面がテープ状の基材の裏面に接触するように配設されてなり、上記サセプタの湾曲面は上記テープ状の基材の長さ方向に沿った方向と該テープ状の基材の幅方向に沿った方向に湾曲しているものであるので、加熱手段によりサセプタを加熱することによって基材を間接的に加熱でき、このときサセプタの湾曲面の長さ方向および幅方向の温度分布は安定しており、しかも基材のサセプタへの接触状態が安定しているので、輻射型のヒータにより基材を直接加熱する従来のレーザ蒸着装置のように基材の温度が不安定となることがなく、結晶化薄膜を堆積させる部分（成膜範囲）の基材の温度を成膜に最適な温度範囲に制御することができるので、成膜条件が良好となり、基材の長さ方向および幅方向に沿って均質で、かつ結晶配向性が優れた酸化物超電導層を形成することができ、従って、基材の長さ方向および幅方向に沿って均一で、臨界電流値などの超電導特性が優れた酸化物超電導導体を製造できる。
また、上記加熱治具においては、加熱手段によりサセプタを加熱すると、サセプタの湾曲面の中央部はほぼ一定温度範囲に加熱され、この中央部の両側の端部は温度勾配が生じるようになっているので、基材の裏面をサセプタの湾曲面の中央部の一定温度範囲の部分のみに接触するようにすれば、基材のサセプタへの接触状態を安定させることができるとともに基材を一定温度範囲で加熱することができ、あるいは基材の裏面を中央部の両側の端部にまで接触するようにすれば、基材のサセプタへの接触状態を安定させることができるとともに基材に温度勾配をつけながら加熱することができる。
【００３６】
また、請求項２記載の酸化物超電導導体の製造装置にあっては、特に、上記加熱治具のサセプタがサセプタホルダに着脱自在に取り付けられたものであるため、長さ方向の曲率半径が異る湾曲面を有するサセプタに交換することにより、サセプタの湾曲面の中央部の一定温度範囲の長さや端部の温度勾配を変更して湾曲面の温度分布を変更することができるので、形成する酸化物超電導層の種類や厚み等を変更するときは、成膜条件に応じた温度分布を生じることができる長さ方向の曲率半径を有する湾曲面を備えたサセプタを取り付けることにより、成膜に最適な温度範囲で基材を加熱することができる。また、幅の異なるあるいは反り量が異なるテープ状の基材上に結晶化薄膜を形成するときには、幅方向の曲率半径が異るサセプタに交換するだけで種々の幅あるいは反り量が異なるのテープ状の基材の加熱に対応することができる。さらに、上記加熱治具においては、サセプタがサセプタホルダとは別個に設けられたものであり、そのうえサセプタのみを加熱するだけでよいので、加熱手段の出力が小さくて済み、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸化物超電導導体の製造装置をレーザ蒸着装置に適用した一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１のレーザ蒸着装置に備えられた加熱治具を説明するための図であり、（Ａ）はテープ状の基材側から見たときの図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図ある。
【図３】図１のレーザ蒸着装置に備えられた加熱治具のサセプタを示す斜視図である。
【図４】実施例で得られた酸化物超電導導体の長さ方向の位置ごとの臨界電流を示すグラフである。
【図５】実施例で得られた酸化物超電導導体の幅方向の位置ごとの臨界電流を示すグラフである。
【図６】比較例１、比較例２で得られた酸化物超電導導体の長さ方向の位置ごとの臨界電流を示すグラフである。
【図７】比較例１、比較例２で得られた酸化物超電導導体の幅方向の位置ごとの臨界電流を示すグラフである。
【図８】従来のレーザ蒸着装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・基材、１０ａ・・・成膜室、３０・・・加熱治具、３２・・・サセプタ、
３２ａ・・・湾曲面、３４・・・サセプタホルダ、３４ｂ・・・上面、３６・・・ヒータ（加熱手段）、Ｒ₁・・・曲率半径、Ｒ₂・・・曲率半径。

Claims

真空排気可能な成膜室の内部を移動中の可撓性を有するテープ状の基材上に結晶化薄膜を順次堆積させ、この結晶化薄膜を熱処理して酸化物超電導層を形成する酸化物超電導導体の製造装置において、
前記テープ状の基材の裏面に接触させるための湾曲面を有するサセプタと、該サセプタを加熱するための加熱手段を少なくとも具備する加熱治具が備えられ、該加熱治具はテープ状の基材上に結晶化薄膜を堆積する領域の近傍で前記サセプタの湾曲面がテープ状の基材の裏面に接触するように配設されてなり、前記サセプタの湾曲面は前記テープ状の基材の長さ方向に沿った方向と該テープ状の基材の幅方向に沿った方向に湾曲していることを特徴とする酸化物超電導導体の製造装置。
前記加熱治具に、前記サセプタとは別個に設けられたサセプタホルダが備えられ、前記サセプタはその湾曲面が前記サセプタホルダの上面から突出するようにサセプタホルダに着脱自在に取り付けられてなることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導導体の製造装置。
前記サセプタの湾曲面のテープ状の基材の長さ方向に沿った方向の曲率半径が３００〜８００ｍｍであり、かつ前記湾曲面のテープ状の基材の幅方向に沿った方向の曲率半径が１００〜８００ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化物超電導導体の製造装置。