JP4049772B2 - 超電導テープを製造する方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、金属酸化物素子を製造する方法及び製造装置に関するもので、より詳細には、複製工程を利用してエピタクシー成長された超電導テープ(coated conductor)を製造する方法及び製造装置に関するものである。
１９８６年、高温超電導体の発見以後、超電導テープに関する研究が活発に行われ、１世代線材としてＢｉ−２２２３を利用したＰＩＴ（powder in tube）方法が現在常用化されている。この方法は、工程が単純で制作が容易である長所はあるが、配向性がよくない問題上、粒境界の角度が大きいため、臨界電流が単結晶超電導体での値を有することができないという問題点があった。
このような従来の問題点を解決するための方法がＹＢＣＯなどのＲｅＢＣＯを使用する２世代線材である。２世代線材は、Ｎｉ合金などの金属テープに薄膜を形成する方法で、２軸配向性が優れているため、ほとんど単結晶に近い臨界電流特性を有するという長所がある。
２世代線材技術は、ＹＢＣＯなどの酸化物高温超電導体を薄膜の平面方向に２軸配向を有するように作るのである。このための方法は、大きく二つに分けられる。一つ目は、超電導薄膜形成用基板として使用される母材自体を単結晶のように作り、その上部の多結晶超電導体薄膜が２軸配向を有するようにする技術で、二つ目は、基板として使用される母材とは関係なく、母材上部のtemplate層を単結晶のように調節する技術である。
一つ目の方法が、ＲＡＢｉＴＳ（rolling assisted biaxially textured substrate）で、二つ目の方法が、ＩＢＡＤ（ion beam assisted deposition）方法であり、その他ＩＳＤ（inclined substrate deposition）とＩＴＥＸ（ion beam texture）などの方法が試みされている。
しかし、このような従来の方法で作られた超電導テープの超電導層は、２軸配向を有するもので、単結晶ではなく、単結晶に近い多結晶質で形成されている。従って、結晶粒間の粒境界により臨界電流が単結晶超電導体での値を有することができず、超電導体の長所を十分生かすことができないという問題点があった。
また、従来の技術、特にＩＢＡＤの場合、素子全体を支持する支持層の上部にＭｇＯ，ＹＳＺなどの非電導性薄膜を形成した後、超電導層を形成することになるので、支持層が超電導層と電気的に分離され、過電流を支持層に迂回させることができないという問題点があった。更に、ＲＡＢｉＴＳでは、支持層としてＮｉなどの磁性体を使用するので、Ｎｉ上部に形成された超電導テープが磁気場の中に置かれると、Ｎｉの磁気場により特性が悪くなるという問題点があった。
また、従来の技術によると支持層の厚さが数十から数百μｍ以上でなければならないので、厚さの調節に限界があり、支持層の材質によって超電導薄膜の蒸着が異なることになるので、支持層材質の選択が自由でないという問題点があった。
本発明は、前記のような従来の技術の問題点を解決するために案出されたもので、理想的に整列された基本母材から超電導薄膜を連続的に複製することによって、単結晶に近い水準の超電導テープを製造することのできる方法及び製造装置を提供するためのものである。
本発明の別の目的は、超電導層と金属支持層とを直接接触するようにして、過度電流を迂回させることのできる超電導テープを製造することのできる方法及び製造装置を提供するためのものである。
本発明のまた別の目的は、磁性物質ではない支持層を使用することによって、磁気場による影響を少なく受けることのできる超電導テープを製造することのできる方法及び製造装置を提供するためのものである。
本発明のまた別の目的は、支持層の厚さおよび材質をより自由に選択することのできる超電導テープを製造する方法及び製造方法を提供するためのものである。
前記の目的を達成するための本発明の一実施例による薄膜テープの製造装置は、ループ型に連結された基本母材を回転させるための回転駆動部と、前記基本母材を回転させることによって、基本母材の上部に分離層を連続的に蒸着させるための分離層蒸着チェンバーと、前記分離層の上部に薄膜を蒸着するための、少なくとも一つの薄膜蒸着チェンバーと、前記分離層を除去することによって、前記分離層の上部に蒸着された薄膜を基本母材から分離し、前記薄膜のテープを作るための分離チャンバーとを含む。また、蒸着チェンバーおよび分離チャンバーには、前記ループ型に連結された基本母材が通過してチェンバーの内部に引入られる引入口と、前記基本母材をチェンバーの外部に排出するための排出口とを具備し、蒸着チェンバーおよび分離チェンバーとで構成されたチェンバーの間には、少なくとも一つのバッファチェンバーを更に含むことが可能である。
また、分離チェンバーで基本母材から分離された薄膜テープを巻いて保管するための巻取りロールを具備した巻取りチェンバーを更に含み、前記巻取りチェンバーと分離チェンバーとの間に、少なくとも一つの蒸着チェンバーを更に含むことを特徴とする。
また、本発明の他の実施例による薄膜テープの製造装置は、ループ型に連結された基本母材を上部面に付着して支持するためのシリンダー型支持体と、前記シリンダー型支持体およびその上部面に付着された基本母材を回転させるための回転駆動部と、前記基本母材を回転させることによって、基本母材の上部に溶媒に溶解可能な分離層を連続的に蒸着するための分離層蒸着チェンバーと、前記分離層の上部に薄膜を蒸着するための、少なくとも一つの薄膜蒸着チェンバーと、前記分離層を除去することによって、前記基本母材の上部面に蒸着された薄膜を基本母材から分離し、薄膜のテープを作るための分離チェンバーと、前記分離層蒸着チェンバー、薄膜蒸着チェンバー、分離チェンバーの各々の間に具備された、少なくとも一つのバッファチェンバーとを含み、前記分離層蒸着チェンバー、薄膜蒸着チェンバー、分離チェンバー及びバッファチェンバーは円形に配置され、各々シリンダー型支持体と基本母材が通過することのできる引入口と排出口とを具備することを特徴とする。
前記蒸着チェンバーは、金属酸化物層を蒸着するための酸化物蒸着チェンバーと、前記金属酸化物層を支持するための支持層を蒸着する支持層蒸着チェンバーとを含むことを特徴とする。
これによって、ループ形状の基本母材から超伝導体などの金属酸化物で構成され、長さの長いテープ形状の線材を製造することが可能である。
前記の目的を達成するための本発明の他の実施例による金属酸化物素子の製造方法は、単結晶または配向された表面を有する基本母材上に分離層を形成し、分離層の上部に金属酸化物層を形成し、金属酸化物層の上部に支持層を形成した後、分離層を除去することを特徴とする。これによって、基本母材から分離された単結晶質金属酸化物層と支持層とで構成された多層薄膜テープを製造することができる。
前記基本母材は、円形またはコンベヤー型のループであることが好ましい。これによって、ループ形状の基本母材から超電導体などの金属酸化物で構成され、長さの長いテープ形状の線材を製造するのが可能である。
前記分離層と金属酸化物層との間にバッファ層を追加で構成するのが好ましく、バッファ層は、金属酸化物層が安定して蒸着されるようにする。また、このような工程で作られた支持層、金属酸化物層およびバッファ層とで構成された構造体の上部に金属酸化物層を追加で形成するのが好ましい。
前記分離層は、水などの溶媒により溶解され得る物質であるＢａＯ，ＮａＣｌ、ＫＣｌなどから構成することによって、基本母材から分離層を容易に除去し、分離層の上部に形成された多層薄膜から構成された素子を得ることができる。
前記分離層、前記金属酸化物層および前記バッファ層は、前記基本母材表面の配向性によってエピタクシー成長されることを特徴とする。基本母材の単結晶性がそのまま転写された金属酸化物素子をエピタクシー成長させるのが可能である。
また、本発明のまた他の実施例による金属酸化物素子を製造する方法は、単結晶または配向された表面を有する基本母材上に分離層を形成し、分離層の上部に支持層を形成した後、分離層を除去して基本母材から支持層を分離しながら、支持層の上部に金属酸化物層を形成することを特徴とする。
前記支持層と金属酸化物層の間にバッファ層を追加で形成するのが好ましく、バッファ層は、金属酸化物層が安定して蒸着されるようにする。金属酸化物層の上部には保護層を形成するのが好ましく、保護層は、異物質などから金属酸化物層の特性が変質されるのを防止する。
前記基本母材は、円形またはコンベヤー型のループであることが好ましい。これによって、ループ形状の基本母材から超電導体などの金属酸化物で構成され、長さの長いテープ形状の線材を製造するのが可能である。
前記分離層は、水などの溶媒により溶解され得る物質であるＢａＯ，ＮａＣｌ，ＫＣｌなどから構成することによって、基本母材から分離層を容易に除去し、分離層の上部に形成された多層薄膜から構成された素子を得ることができる。
前記支持層、バッファ層および金属酸化物層は、前記基本母材表面の配向性によってエピタクシー成長されることを特徴とする。基本母材の単結晶性がそのまま転写された金属酸化物素子をエピタクシー成長させるのが可能である。
本発明により作られた金属酸化物素子は、超電導テープを含むが、これに限らず、金属酸化物で構成された強誘電体多層薄膜、光電素子などの多様な応用が可能な素子であることが自明である。
このように、本発明によると、理想的に整列された基本母材から単結晶の超電導薄膜を連続的に複製することによって、単結晶水準の超電導テープを製造することが可能であり、超電導テープの臨界電流密度を単結晶と同一な水準に維持することができる効果がある。
また、本発明によると、素子全体を支持する支持層が超電導層と直接接触するように形成するのが可能であるので、支持層が超電導層と電気的に接触されいて、過電流を支持層に迂回させることのできる超電導テープを得ることができる。
また、本発明によると、磁性物質でない支持層を使用することによって、磁気場による影響を少なく受けることのできる超電導テープを得ることができる。
また、本発明によると、支持層を超電導層の形成後に蒸着するものなので、支持層の厚さを任意通り調節することができ、支持層の材質の選択も従来の技術に比べ自由であるという長所がある。
前記で説明し、図面に図示された本発明の実施例は、本発明の技術的思想を限定するものとして解釈されてはならない。本発明の保護範囲は、請求の範囲に記載された事項によってのみ限定され、本発明の技術分野で通常の知識を有した者は、本発明の技術的思想を多様な形態に改良変更することが可能である。従って、このような改良および変更は、通常の知識を有した者に自明なものである限り、本発明の保護範囲に属することになる。
以下、添付の図面を参照に、本発明による好ましい実施例について説明する。本実施例は、本発明の権利範囲を限定するのではなく、単なる例示として提示されるものである。
図１は、本発明の一実施例による薄膜テープの製造装置１０を概略的に示したものである。
図示されているように、ループ型に連結された基本母材１１の上部面に薄膜を蒸着するための蒸着チェンバー１２ａ，１２ｂ、１２ｃと、前記基本母材の上部面に蒸着された薄膜を基本母材から分離して薄膜テープＴを作るための分離チェンバー１４と、基本母材を回転させるための回転駆動部１７とで構成される。また、必要によって、チェンバーの間に具備されたバッファチェンバー１３ａ，１３ｂ、１３ｃと、分離チェンバーで基本母材から分離された薄膜テープＴを巻いて保管するための巻取りロール１６を具備した巻取りチェンバー１５とを更に具備する。
前記基本母材１１は多様な物質で作られており、好ましくは、Ｎｉ，Ｐｔあるいはその他これらの合金から構成される。模様は、図１のような連続的なループ型である単結晶テープが好ましいが、これに限られるものではなく、ベルトなどの多様な変形が可能である。
このようなテープは多様な方法で制作可能である。一つの例を挙げると、長さが１ｍの長くて単結晶である棒形の金属材を薄く切断し、両端を繋げる方法である。単結晶テープを繋ぐ方法としてはいろいろあるが、金属の融点のすぐ下の温度で加熱することによって、原子がお互い拡散されるようにする原子拡散方法が一例である。図２は、Ｎｉ単結晶テープを１４００℃にて原子拡散法で付けた接触面の結晶性を、Ｘ−線回折（ＸＲＤ）方法で観察した結果である。図示されているように、元来の単結晶の有する結晶性が全く変わらずにあることが分かる。他の例としては、サファイアやシリコンのような大面積の単結晶基板に、ＮｉあるいはＰｔなどを蒸着した後、基板から分離して薄い単結晶テープを得る。また別の一つは、表面が２軸配向されるように作られた金属などから得るのが可能である。このような２軸配向された金属などは、一般的なＲＡＢｉＴＳあるいはＩＢＡＤ方法で得ることができ、ＲＡＢｉＴＳおよびＩＢＡＤ技術は、超電導テープ分野の技術者には自明なものなので、詳しい説明は省略する。
テープの厚さは０．２ｍｍ以上の多少厚いのが好ましく、適切な強度を維持するために複数個のテープが積層されたものも可能である。このように制作された単結晶テープは、それ自体で基本母材１１として使用され、前記回転駆動部１７により支持されるようにする。
蒸着手段１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、スパッタ（sputter）、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition），ＣＶＤ，Ｅ−ビーム蒸着、ゾルーゲルなどの多様な薄膜蒸着装置が可能であり、薄膜の種類および用途によって選択可能である。図１は、スパッタ装置を図示したものである。
バッファチェンバー１３ａ，１３ｂ、１３ｃは、蒸着チェンバーと分離チェンバーの間に設置される。隣接した蒸着チェンバーで形成される薄膜の蒸着方法がお互い異なり、工程ガスおよび圧力が異なる場合、これら蒸着チェンバー間に緩衝装置をおいて、両蒸着チェンバーお互いが影響を受けないようにするためのものである。バッファチェンバーにはガス注入口（未図示）及び真空装置（未図示）が各バッファチェンバーごとに具備され、隣接した蒸着チェンバーの内部圧力とは異なるよう、独立的に圧力が調節できるようにする。図１においては、隣接した蒸着チェンバーと分離チェンバーの間に一つのバッファチェンバーを具備するものを図示しているが、これに限定されず、二つ以上のバッファチェンバーを具備するようにするのも可能である。バッファチェンバーが二つ以上あるならば、二つ以上のバッファチェンバー各々のガス圧力を異なるように調節するようにして、隣接した蒸着チェンバーの工程条件と類似した雰囲気を提供することによって、蒸着チェンバーでの工程がより安定して進行されるようにすることができる。
分離チェンバー１４は、水を貯蔵する水槽１４ａを含み、前記水槽の水を蒸発させ、水蒸気を生成するためのヒーター（未図示）が装着される。ヒーターに連結された電源１４ｂを調節することによって、ヒーターの温度、およびこれによって発生する圧力を調節することができる。水槽１４ａで発生水蒸気を使用して基本母材に蒸着された分離層を溶解させることによって、基本母材から超伝導層の薄膜テープＴを分離することになる。分離層を溶解させて除去するために水蒸気を例に挙げているが、必ずこれに限定されるものではなく、噴水（water jet）あるいは化学物蒸気（chemical vapor）などの多様な手段が可能であろう。
巻取りチェンバー１５は、前記分離チェンバー１４の後端に設置され、分離チェンバーで基本母材から分離された薄膜テープＴを巻いて保管するための巻取りロール１６を具備する。巻取りロール１６は、分離手段で分離された薄膜テープＴを巻くもので、超伝導線材の製造方法で広く使用されているものなので、詳しい説明は省略する。
回転駆動部１７は、基本母材を回転させるためのものである。図１に図示されているように、蒸着チェンバー１２，バッファチェンバー１３または分離チェンバー１４の内部に設置され、回転力を有する駆動手段によって駆動されるガイドリールから構成される。
一方、ループ型に連結された基本母材は、回転駆動部の回転力によってチェンバーの内部に引入られ、外部に排出されなければならないので、チェンバー各々の所定の位置には、引入口と排出口とを具備する。蒸着チェンバーは、隣接したバッファチェンバーの圧力など、工程雰囲気が異なり得るので、お互い影響を少なく受けるために、引入口と排出口は基本母材が通過できる程度のとても小さい大きさの隙間Ｇにするのが好ましい。
図１では、巻取りロール１６を含む巻取りチェンバー１５と分離チェンバー１４の間に他の装置がない構造を説明しているが、分離チェンバー１４から分離された薄膜テープＴ上に、また別の薄膜を蒸着するチェンバーを更に具備することも可能である。つまり、図４に図示されているように、分離チェンバー３４と巻取りチェンバー３５の間に複数の蒸着チェンバー３２ｄ及びバッファチェンバー３３ｄを具備し、薄膜テープＴ上にまた別の薄膜を蒸着することによって、多様に応用することができるようにするのが可能である。
図３は、本発明の他の実施例による薄膜テープの製造装置２０を概略的に示したものである。前記実施例の方法で作られた単結晶テープは、回転駆動部などの外部の力によって容易に変形され得るので、図３に図示されているように、回転駆動部によって回転駆動されるシリンダー型の支持体Ｓを準備し、基本母材用テープ２１をシリンダー型支持体の外周面を包むようにして、テープが変形されないようにするのも可能である。他の構成は図１と同様なので、詳しい説明は省略する。
図５、６及び８は、本発明の製造装置を使用して超電導テープを製造する方法を図示したものである。
図５は、本発明のまた他の実施例による超電導テープの製造方法を示したものである。まず、回転する基本母材１の一側に設置された蒸着装置から分離層１１１を蒸着する。（Ｓ１１）分離層は、単結晶の金属で構成された基本母材の表面にエピタクシャル（Epitaxial）方式で結晶成長され、水などの溶媒に溶解可能な物質である。このような分離層を構成する物質としては、ＢａＯ，ＮａＣｌ，ＫＣｌなどが可能である。
分離層蒸着後、超電導体薄膜１１２を蒸着する。（Ｓ１２）超電導体としてはＹＢＣＯ（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ９）が好ましいが、これに限られず、多様な種類の金属酸化物で構成された薄膜が可能である。
超電導体薄膜の上部に支持層１１３を形成する。（Ｓ１３）支持層は、超電導層を物理的に支持するためのもので、応力があり、高強度である物質から選択されるのが好ましい。このような支持層は、高強度非磁性合金または金属／非金属の組合層を低い温度で蒸着して形成される。Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇなど、あるいはこれらの合金、または、これらの組合層が可能である。支持層は超電導層の形成後に形成されるので、厚さを任意通り調節することができ、材質の選択もやはり従来の技術に比べ自由である長所がある。また、支持層が超電導層と直接接触するように形成することが可能なので、支持層が超電導層と電気的に接触されていて、過電流を支持層に迂回させることができる。
次に、前記の分離層を水などの溶媒に溶解させ、超電導層１１２／支持層１１３の多層薄膜テープ１１０を基本母材から分離させる。（Ｓ１４）一方、図示していないが、このように形成された多層薄膜の上部にまた別の薄膜を形成することも可能である。
以上の方法にて、超電導層／支持層から構成された多層薄膜テープを得ることができ、基本母材を回転させることによって、長さの長い超電導テープ１１０を連続的に得ることができる。作られたテープは、巻取りロール１６に巻かれて保管される。
図６は、本発明のまた他の実施例による超電導テープの製造方法を示したものである。
図５と異なる点は、分離層１２１の蒸着（Ｓ２１）後、バッファ層１２２を追加形成することである。（Ｓ２２）バッファ層は、上部に形成される超電導層が安定した構造で蒸着されることを手伝う役割をする。バッファ層としては、ＣｅＯ２，Ｙ２Ｏ３，ＹＳＺ，ＳｒＴｉＯ３，ＬａＮｉＯ３，Ｒｅ２Ｏ３，ＭｇＯなどの多様な薄膜が可能である。
次に、図５と類似した方法で、超電導層１２３と支持層１２４を形成（Ｓ２３，Ｓ２４）した後、分離層を溶解し、基本母材からバッファ層１２２／超電導層１２３／支持層１２４とで構成された多層薄膜テープ１２０を分離させる。（Ｓ２５）
前記の分離された多層薄膜テープを、そのまま超電導テープとして使用することができ、他の応用としては、前記の分離された多層薄膜テープ１２０の上部面に超電導体薄膜をもう一度追加形成するのである。（Ｓ２６）これによって形成されたバッファ層／超電導層／支持層／超電導層の多層薄膜テープは、単一層の超電導体で構成された多層薄膜テープ１２０より電流輸送能力が優れていることは自明なことである。
前記の分離された多層薄膜テープを、そのまま超電導テープとして使用することができ、他の応用としては、前記の分離された多層薄膜テープ１２０の上部面に超電導体薄膜をもう一度追加形成するのである。（Ｓ２６）これによって形成されたバッファ層／超電導層／支持層／超電導層の多層薄膜テープは、単一層の超電導体で構成された多層薄膜テープ１２０より電流輸送能力が優れていることは自明なことである。
図７は、Ｎｉの上にＢａＯ分離層、ＳｒＴｉＯ３バッファ層、ＹＢＣＯ超電導層およびＰｔ支持層を順次的に形成した後、水に浸してＢａＯを溶かして作られたＳｒＴｉＯ３／ＹＢＣＯ／Ｐｔ多層薄膜のテープに関するＸＲＤ結果である。このような方法で作られた超電導層は、通常の超電導層と同様に良好な結晶性を維持していることが分かる。
図８は、本発明のまた他の実施例による超電導テープの製造方法を示したものである。
基本母材の上部面に分離層１３１と支持層１３２を連続して蒸着（Ｓ３１，Ｓ３２）した後、分離層を除去して（Ｓ３３）、支持層だけで構成されたテープを作る。
その後、バッファ層１３３および超電導層１３４を連続的に蒸着して（Ｓ３４，Ｓ３５）、支持層／バッファ層／超電導層の多層薄膜テープ１３０テープを得る。
このように製造された素子の金属酸化物層の上部には保護層１３５を形成することができ（Ｓ３６）、保護層は異物質などから金属酸化物層の特性が変質または変形されるのを防止する。
一方、段階Ｓ３３で生成された支持層は、その下部面である基本母材の結晶方向に沿って生成されたものなので、それ自体で単結晶またはこれに近いテープである。従って、このように長さの長い単結晶支持層をまた別の基本母材として使用し、その上部に分離層、バッファ層、超伝導層およびまた別の支持層などを蒸着し、分離層を除去することによって、超伝導線材を複製することが可能である。
以上の製造方法で作られた分離層、バッファ層および超電導層などは、下部の結晶構造によってエピタクシー成長される。従って、製造された超電導層は、基本母材の単結晶性がそのまま転写された結晶構造を有するものなので、前記の製造方法は、一種のＤＮＡが複製（Replication）されるのと類似した方法で超電導テープを製造する方法である。
本発明による薄膜テープの製造装置を、このような製造方法に応用するためには、蒸着チェンバー１２として、溶媒に溶解可能な分離層を蒸着する分離層蒸着チェンバーと、超伝導層を蒸着するための超伝導層蒸着チェンバーと、超伝導層を支持するための支持層を蒸着する支持層蒸着チェンバーと、バッファ層を蒸着するためのバッファ層蒸着チェンバーと、保護層を蒸着するための保護層蒸着チェンバーなどが具備されなければならない。これらのチェンバーの並びは、前記の実施例、つまり望みの方法によって適宜選択して順番通り配置するようにする。
以上では、金属酸化物素子として超電導テープだけを説明したが、これに限られず、金属酸化物で構成された強誘電体、光電素子などの多様な応用および変形が可能であることは自明である。
１１，２１，３１，１０１、１ 基本母材
１２ａ，１２ｂ、１２ｃ、２２ａ，２２ｂ、２２ｃ、３２ａ，３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ 蒸着チェンバー
１３ａ，１３ｂ、１３ｃ、２３ａ，２３ｂ、２３ｃ、３３ａ，３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ バッファチェンバー
１４，２４，３４ 分離チェンバー
１４ａ 水槽
１５，２５，３５ 巻取りチェンバー
１６，２６，３６ 巻取りロール
Ｓ 支持体
１１０，１２０，１３０，Ｔ 薄膜テープ
１１１，１２１，１３１ 分離層
１１２，１２２，１３２ 超伝導層
１１３，１２３，１３３ 支持層
１２ａ，１２ｂ、１２ｃ、２２ａ，２２ｂ、２２ｃ、３２ａ，３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ 蒸着チェンバー
１３ａ，１３ｂ、１３ｃ、２３ａ，２３ｂ、２３ｃ、３３ａ，３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ バッファチェンバー
１４，２４，３４ 分離チェンバー
１４ａ 水槽
１５，２５，３５ 巻取りチェンバー
１６，２６，３６ 巻取りロール
Ｓ 支持体
１１０，１２０，１３０，Ｔ 薄膜テープ
１１１，１２１，１３１ 分離層
１１２，１２２，１３２ 超伝導層
１１３，１２３，１３３ 支持層
Claims (30)
- ループ型に連結された基本母材を回転させるための回転駆動部；
前記基本母材を回転させることによって、基本母材の上部に分離層を連続的に蒸着させるための分離層蒸着チェンバー；
前記分離層の上部に薄膜を蒸着するための、少なくとも一つの薄膜蒸着チェンバー；及び
前記分離層を除去することによって、前記分離層の上部に蒸着された薄膜を基本母材から分離し、前記薄膜のテープを作るための分離チャンバーとを含むことを特徴とする薄膜テープの製造装置。 - 前記蒸着チェンバーおよび分離チャンバーには、前記ループ型に連結された基本母材が通過してチェンバーの内部に引入られる引入口と、前記基本母材がチェンバーの外部に排出される排出口とが具備されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜テープの製造装置。
- 前記蒸着チェンバーおよび前記分離チェンバーとで構成されたチェンバーの間には、少なくとも一つのバッファチェンバーを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜テープの製造装置。
- 前記バッファチェンバーは、隣接したチェンバーの内部圧力と異なるよう、独立的に圧力が調節できるように、ガス注入口及び真空装置とを具備することを特徴とする請求項３に記載の薄膜テープの製造装置。
- 前記分離チェンバーは、水を貯蔵する水槽を含み、前記水槽の水を蒸発させて水蒸気を生成するための蒸発装置を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜テープの製造装置。
- 前記蒸発装置にはヒーターが具備され、ヒーターの温度を調節することによって、発生する水蒸気の圧力を調節することを特徴とする請求項５に記載の薄膜テープの製造装置。
- 前記分離チェンバーで基本母材から分離された薄膜テープを巻いて保管するための巻取りロールを具備した巻取りチェンバーを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜テープの製造装置。
- 前記巻取りチェンバーと分離チェンバーとの間に、少なくとも一つの薄膜蒸着チェンバーを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の薄膜テープの製造装置。
- 前記分離層は、溶媒に溶解可能な物質であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜テープの製造装置。
- 前記基本母材は、単結晶または配向された表面を有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜テープの製造装置。
- 前記回転駆動部は、前記蒸着チェンバー、前記バッファチェンバー及び前記分離チェンバーの内部に設置されたローラーを具備することを特徴とする請求項３乃至１０のいずれかに記載の薄膜テープの製造装置。
- ループ型に連結された基本母材を上部面に付着して支持するためのシリンダー型支持体；
前記シリンダー型支持体およびその上部面に付着された基本母材を回転させるための回転駆動部；
前記基本母材を回転させることによって、基本母材の上部に溶媒に溶解可能な分離層を連続的に蒸着するための分離層蒸着チェンバー；
前記分離層の上部に薄膜を蒸着するための、少なくとも一つの薄膜蒸着チェンバー；
前記分離層を除去することによって、前記基本母材の上部面に蒸着された薄膜を基本母材から分離し、前記薄膜のテープを作るための分離チェンバー；及び
前記分離層蒸着チェンバー、薄膜蒸着チェンバー、分離チェンバーの各々の間に具備された、少なくとも一つのバッファチェンバーとを含み；
前記分離層蒸着チェンバー、薄膜蒸着チェンバー、分離チェンバー及びバッファチェンバーは円形に配置され、各々シリンダー型支持体と基本母材が通過することのできる引入口と排出口とを具備することを特徴とする薄膜テープの製造装置。 - 前記薄膜蒸着チェンバーは、金属酸化物層を蒸着するための酸化物蒸着チェンバーと、前記金属酸化物層を支持するための支持層を蒸着する支持層蒸着チェンバーとを含むことを特徴とする請求項１２に記載の薄膜テープの製造装置。
- 前記分離チェンバーで基本母材から分離された薄膜テープを巻いて保管するための巻取りロールを具備した巻取りチェンバー；及び
前記巻取りチェンバーと前記分離チェンバーとの間に、少なくとも一つの薄膜蒸着チェンバーを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の薄膜テープの製造装置。 - 金属酸化物素子を製造する方法において、
（ａ）単結晶または配向された表面を有する基本母材上に分離層を蒸着する段階；
（ｂ）前記分離層上に金属酸化物層を蒸着する段階；
（ｃ）前記金属酸化物層上に支持層を蒸着する段階；及び
（ｄ）前記分離層を除去することによって、前記基本母材から金属酸化物層と支持層とで構成された多層薄膜を分離し、多層薄膜の金属酸化物素子を形成する段階とを含むことを特徴とする金属酸化物素子の製造方法。 - 前記基本母材は、円形またはコンベヤー型のループであることを特徴とする請求項１５に記載の金属酸化物素子の製造方法。
- 前記金属酸化物素子は、超電導テープ（coated conductor）、強誘電体多層薄膜および光電素子とで構成されたグループから選択されることを特徴とする請求項１５に記載の金属酸化物素子の製造方法。
- 前記（ａ）段階と前記（ｂ）段階の間にバッファ層を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の金属酸化物素子の製造方法。
- 前記（ｄ）段階で製造された支持層、金属酸化物層およびバッファ層とから構成された構造体のバッファ層の上部に、金属酸化物層を追加で形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の金属酸化物素子の製造方法。
- 前記分離層は、溶媒により溶解され得る物質から構成されることを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれかに記載の金属酸化物素子の製造方法。
- 前記分離層は、BaO, NaClおよびKClとで構成されたグループから選択された一つであることを特徴とする請求項２０に記載の金属酸化物素子の製造方法。
- 前記分離層および前記金属酸化物層は、前記基本母材の配向性によってエピタクシー成長されることを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれかに記載の金属酸化物素子の製造方法。
- 金属酸化物素子を製造する方法において、
（ａ）単結晶または配向された表面を有する基本母材上に分離層を蒸着する段階；
（ｂ）前記分離層上に支持層を蒸着する段階；
（ｃ）前記分離層を除去することによって、前記基本母材から前記支持層を分離する段階；及び
（ｄ）前記支持層上に金属酸化物層を蒸着し、支持層及び金属酸化物層を含む多層薄膜の金属酸化物素子を形成する段階とを含むことを特徴とする金属酸化物素子の製造方法。 - 前記基本母材は、円形またはコンベヤー型のループであることを特徴とする請求項２３に記載の金属酸化物素子の製造方法。
- 前記金属酸化物素子は、超電導テープ、強誘電体多層薄膜および光電素子とで構成されたグループから選択された一つであることを特徴とする請求項２３に記載の金属酸化物素子の製造方法。
- 前記（ｃ）段階と前記（ｄ）段階の間にバッファ層を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の金属酸化物素子の製造方法。
- 前記金属酸化物層上に保護層を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の金属酸化物素子の製造方法。
- 前記分離層は、溶媒により溶解され得る物質から構成されることを特徴とする請求項２３乃至２７のいずれかに記載の金属酸化物素子の製造方法。
- 前記分離層は、BaO, NaClおよびKClで構成されたグループから選択された一つであることを特徴とする請求項２８に記載の金属酸化物素子の製造方法。
- 前記分離層および前記金属酸化物層は、前記基本母材の配向性によってエピタクシー成長されることを特徴とする請求項２３乃至２７のいずれかに記載の金属酸化物素子の製造方法。
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