JP7473719B1 - 合金ターゲット材料の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大型、異形、成分が固定されない合金ターゲット材料の製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】装置は材料ノズル１、高エネルギーレーザ２及びターゲット材料支持基板３を含み、上記材料ノズル及び高エネルギーレーザはそれぞれ上記ターゲット材料支持基板の上方に設けられ、上記材料ノズルは合金ターゲット材料に必要な材料粉体４を噴射し、その噴射効率を個別に調整し、合金ターゲット材料の成分非固定の目的を実現し、上記材料ノズルの空間位置及び角度は個別に調整し、ターゲット材料の組成及び密度が均一であることを確保し、上記高エネルギーレーザは上記溶射領域の材料粉体を加熱して所望成分のターゲット材料コーティング層５を形成する。【選択図】図１

Description

本発明はターゲット材料技術分野に関し、特に合金ターゲット材料の製造装置及び製造方法に関する。

マグネトロンスパッタ、パルスレーザーデポジション等の真空蒸着プロセスにとって、薄膜の物質はターゲット材料表面から移動してきており、ターゲット材料はその最も核心的な構成要素の一つである。近年、真空蒸着技術の発展と反復は、ターゲット材料の製造技術の進歩を大きく推進している。ターゲット材料の化学成分及び幾何学的外形に基づき、ターゲット材料は異なる分類方法を有する。化学成分によって区別され、ターゲット材料は酸化物ターゲット、セラミックターゲット、合金ターゲット、単体金属ターゲット等に分けられる。幾何学的外形によって区別し、ターゲット材料は平面ターゲット、異形ターゲット等に分けることができる。各種類のターゲット材料において、化学成分及び幾何学的外形が簡単なターゲット材料は、その製造方法が比較的簡単であるが、成分又は幾何学的外形が複雑なターゲット材料は、その製造が依然として困難である。

複雑な成分の合金ターゲット材を例とし、現段階、複雑な成分の合金ターゲット材料の製造方法は主に二種類に分けられる：鋳造法及び粉末冶金法である。鋳造法を採用して合金ターゲット材料を製造し、純度が比較的高いが、合金の均一性が比較的悪く、特に成分の融点又は密度に大きな差がある場合、成分が均一な合金ターゲット材料を取得しにくい。粉末冶金法を採用して合金ターゲット材料を製造し、成分が比較的均一なターゲット材料を得ることができるが、その密度は不均一な現象が発生しやすく、且つサイズが大きく、異形のターゲット材料を製造しにくい。

一方、いくつかの特殊なコーティングのシーンはターゲット材料に新たな要求がなされ、例えばいくつかの応用において、薄膜の成分が徐々に均一に変化し、又は膜層におけるいくつかの特定の位置にドーピングする必要があり、これは合金ターゲット材料の成分が固定ではなく変化することを要求する。従来のターゲット材料の製造方法はこのニーズに応えることができない。そのため、大型、異形、成分が固定されない合金ターゲット材料の生産に用いられる方法を提供することは従来技術の解決すべき問題である。

本発明の目的は、合金ターゲット材料の製造装置及び製造方法を提供することである。本発明の提供する合金ターゲット材料の製造装置は、大寸法、異形、成分非固定の合金ターゲット材料を生産することに用いることができ、異なるコーティングのシーンがターゲット材料に対する特殊な需要を満たす。

上記発明の目的を達成するために、本発明は以下の技術的解決手段を提供する：
本発明は、合金ターゲット材料の製造装置を提供し、材料ノズル、高エネルギーレーザ及びターゲット材料支持基板を含む。
上記材料ノズルは上記ターゲット材料支持基板の上方に設けられ、合金ターゲット材料の製造に必要な材料粉体を噴射するために用いられる。
上記高エネルギーレーザは上記ターゲット材料支持基板の上方に設けられ、高エネルギーレーザビームを生成するために用いられる。
上記ターゲット材料支持基板は、上記材料粉体で形成されたターゲット材料コーティングを支持し、上記ターゲット材料コーティングのサイズ及び形状を制御する。
好ましくは、上記材料ノズルの数は３～５個である。
好ましくは、上記合金ターゲット材料の製造装置はさらにコントローラを含む。上記コントローラは上記材料ノズル、上記高エネルギーレーザ及び上記ターゲット材支持基板に接続される。

本発明はさらに合金ターゲット材料の製造方法を提供し、以下のステップを含む：
（１）製造待ちの合金ターゲット材料の化学元素組成に基づいて必要な材料粉体を準備する。
（２）上記ステップ（１）における材料粉体を上記技術的解決手段に記載の製造装置の材料ノズルに分注し、続いて上記材料ノズルの空間位置及び角度を個別に調整し、上記材料ノズルが上記ターゲット材料支持基板に溶射する位置及び面積を一致させ、同一位置及び同一サイズのフォーカス面を取得する。

製造待ちの合金ターゲット材料の特定位置の各元素の化学量論比に基づいて上記材料ノズルの噴射効率を個別に調整し、高エネルギーレーザをオンにし、上記高エネルギーレーザが発生した高エネルギーレーザビームを利用して上記材料ノズルが上記ターゲット材料支持基板に噴射した材料粉体を同期加熱し、上記材料粉体を融合させてターゲット材料コーティング層を形成する。

上記材料粉体の噴射過程において、上記ターゲット材支持基板を移動し、溶射して所望のサイズ及び形状のターゲット材料コーティングを形成する。

前の層のターゲット材料コーティング層の溶射が完了した後、上記ターゲット材料支持基板を移動し、前の層のターゲット材料コーティング層の上表面に引き続き溶射して次の層の必要なサイズ及び形状のターゲット材コーティング層を形成する。循環的に一層ずつ溶射し、合金ターゲット材料を得る。

好ましくは、上記ステップ（１）において材料粉体は単体又は合金である。上記材料粉体はミクロンサイズ粒子及び／又はナノサイズ粒子である。

好ましくは、前記ステップ（２）におけるフォーカス面の面積は１～１００ｍｍ^２である。上記材料噴射ノズルと上記フォーカス面との重なり率は＞９５％である。

好ましくは、上記合金ターゲット材料が周期的にドープされた合金ターゲット材料である場合、上記ステップ（２）における材料ノズルは上記ターゲット材支持基板に異なるフォーカス面を取得する。異なるフォーカス面における材料ノズルの噴射モードを設定し、異なる噴射モードの動作時間を調整し、周期的ドーピングを実現する。

好ましくは、上記ステップ（２）における材料ノズルの噴射効率は単独で０～１００ｍｍ^３／ｓである。

好ましくは、上記ステップ（２）においてターゲット材料支持基板又は上記材料ノズルと上記高エネルギーレーザは三次元空間で移動する。移動の相対速度は、１～１００ｍｍ／ｓである。

好ましくは、上記ステップ（２）における循環的に一層ずつの溶射が完了した後に、さらに上記循環的に一層ずつの溶射で得られた合金ターゲット材料コーティング層と上記ターゲット材料支持基板を分離し、合金ターゲット材料を得ることを含む。

本発明は合金ターゲット材料の製造装置を提供し、材料ノズル、高エネルギーレーザ及びターゲット材料支持基板を含む。上記材料ノズル及び高エネルギーレーザはそれぞれ上記ターゲット材料支持基板の上方に設けられる。本発明は上記材料ノズルを利用し、製造待ちの合金ターゲット材料に必要な材料粉体を噴射し、且つ上記材料ノズルの数は製造待ちの合金ターゲット材料に必要な材料粉体の種類に基づいて設置される。上記材料ノズルの噴射効率は個別に調整され、且つ製造待ちの合金ターゲット材料の特定位置の各元素の化学量論比に基づいて設置され、コーティングのシーンにおいて膜層におけるある特定位置をドーピングする要求を満たし、合金ターゲット材料の成分非固定の目的を実現する。且つ単層ターゲット材料コーティング層の厚さは材料ノズルの噴射効率を調整することにより制御する。上記材料ノズルの空間位置及び角度は個別に調整し、ターゲット材料の組成及び密度が均一であることを確保する。上記高エネルギーレーザが発生した高エネルギーレーザビームを利用し、上記ターゲット材料支持基板を加熱し、そして上記ターゲット材料支持基板表面に噴射された材料粉体及び／又は上記材料粉体が融合した後に形成されたターゲット材料コーティング層を加熱し、すなわち溶射領域を加熱し、上記溶射領域の材料粉体が十分な能力を備えて成形及び拡散し、合金化に達し、必要な成分のターゲット材料コーティング層を形成する。本発明は上記ターゲット材料支持基板を利用して上記材料粉体で形成されたターゲット材料コーティング層を支持する。ターゲット材料支持基板を移動することにより、ターゲット材料コーティング層のサイズ及び形状の制御を実現する。上記ターゲット材料コーティング層を一層ずつ溶射し、大型サイズ、異形の合金ターゲット材料を生産する。本発明の提供する製造装置は、成分が非固定で、異形で、サイズが大きい合金ターゲット材料を得ることができ、同時に従来ターゲット材料の製造過程における成分と密度の不均一性を克服し、異なるコーティングのシーンがターゲット材料に対する特殊な要求を満たす。

図１は、本発明における合金ターゲット材料の製造装置の構造概略図である。 図２は、本発明におけるフォーカス面の概略図である。 図３は、本発明におけるターゲット材料コーティング層とターゲット材料支持基板との位置関係を示す図である。 図４は、本発明の実施例２で製造されたＢａＨｆがドープされた超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３の微細構造概略図である。

本発明は合金ターゲット材料の製造装置を提供し、材料ノズル１、高エネルギーレーザ２及びターゲット材料支持基板３を含む。

上記材料ノズル１は上記ターゲット材料支持基板３の上方に設けられ、調製待ちの合金ターゲット材料に必要な材料粉体を噴射するために用いられる。

上記高エネルギーレーザ２は上記ターゲット材料支持基板３の上方に設けられ、高エネルギーレーザビームを生成するために用いられる。

上記ターゲット材料支持基板３は上記材料粉体で形成されたターゲット材料コーティング層を支持し、上記ターゲット材料コーティング層のサイズ及び形状を制御する。

図１に示すように、本発明の実施例において、上記合金ターゲット材料の製造装置は材料ノズル１を含む。本発明において、上記材料ノズル１はラバルノズルであることが好ましい。本発明において、上記材料ノズル１の数は、製造待ちの合金ターゲット材料に必要な材料粉体の種類に応じて設定することが好ましく、３～５個であることがより好ましい。本発明において、上記材料ノズル１の噴射効率は、個別に調整されることが好ましい。本発明においては、製造待ちの合金ターゲット材料の特定位置における各元素の化学量論比に応じて、材料ノズル１の噴射効率を設定することが好ましい。本発明においては、上記材料ノズル１の空間位置及び角度は、好ましくは個別に調整される。

本発明は材料ノズル１の空間位置及び角度を個別に調整することにより、且つ製造待ちの合金ターゲット材料の特定位置の各元素の化学量論比に基づいて異なる材料ノズル１の噴射効率を設定し、それによりコーティングのシーンにおいて膜層におけるある特定位置をドーピングする要求を満たし、合金ターゲット材料の成分非固定の目的を実現する。

図１に示すように、本発明の実施例において、上記合金ターゲット材料の製造装置は高エネルギーレーザ２を含む。本発明は上記高エネルギーレーザ２が発生した高エネルギーレーザビームを利用し、上記ターゲット材料支持基板を加熱し、上記ターゲット材料支持基板３の表面に噴射された材料粉体及び／又は上記材料粉体が融合した後に形成されたターゲット材料コーディング層を加熱し、すなわち溶射領域を加熱し、上記溶射領域の材料粉体が十分な能力を備えて成形及び拡散し、合金化に達し、必要な成分のターゲット材料コーディング層を形成する。

図１に示すように、本発明の実施例において、上記合金ターゲット材料の製造装置はターゲット材料支持基板３を含む。本発明は上記ターゲット材料支持基板３を利用して上記材料粉体で形成されたターゲット材料コーディング層を支持し、ターゲット材料支持基板３を移動することにより、ターゲット材料コーディング層のサイズと形状の制御、及び一層ずつ上記ターゲット材料コーディング層を溶射することを実現し、最終的に大サイズ、異形の合金ターゲット材料を生産することができ、異なるコーティングのシーンがターゲット材料に対する特殊な要求を満たす。

本発明において、上記合金ターゲット材料の製造装置は、コントローラをさらに備えることが好ましい。上記コントローラは上記材料ノズル１、上記高エネルギーレーザ２及び上記ターゲット材料支持基板３に接続される。
本発明においては、不活性ガスを含む真空チャンバ内に、上記材料ノズル１、上記高エネルギーレーザ２、及び上記ターゲット材料支持基板３をそれぞれ個別に設置することが好ましい。

本発明はさらに合金ターゲットの製造方法を提供し、以下のステップを含む：
（１）製造待ちの合金ターゲット材料の化学元素組成に応じて必要な材料粉体を準備する。
（２）上記ステップ（１）における材料粉体を上記技術的解決手段の上記製造装置の材料ノズル１に分注し、続いて上記材料ノズル１の空間位置及び角度を個別に調整し、上記材料ノズル１が上記ターゲット材料支持基板３に溶射する位置及び面積を一致させ、同一の位置及び同一のサイズのフォーカス面を取得する。

材料ノズル１の噴射効率は、製造待ちの合金ターゲット材料の特定の位置における各元素の化学量論比に応じて個別に調整される。高エネルギーレーザ２をオンにし、上記高エネルギーレーザ２が生成した高エネルギーレーザビームを利用して上記材料ノズル１が上記ターゲット材料支持基板３に噴射した材料粉体を同期加熱し、上記材料粉体を融合させてターゲット材料コーティング層を形成する。

上記材料粉体の噴射過程において、上記ターゲット材料支持基板３を移動し、溶射して所望のサイズ及び形状のターゲット材料コーティング層を形成する。

前の層のターゲット材料コーティング層の溶射が完了した後、上記ターゲット材料支持基板３を移動し、前の層のターゲット材料コーティング層の上表面に引き続き溶射して次の層の必要なサイズ及び形状のターゲット材料コーティング層を形成し、循環的に一層ずつ溶射し、合金ターゲット材を得る。

本発明は製造待ちの合金ターゲット材料の化学元素組成に基づいて必要な材料粉体を準備する。

本発明において、上記材料粉体は、単体又は合金であることが好ましい。本発明において、上記材料粉体は、ミクロンサイズ粒子及び／又はナノサイズ粒子であることが好ましい。本発明はミクロンサイズ粒子及び／又はナノサイズ粒子を採用して材料粉体とし、元素拡散の道程が短いという利点を有し、同時に補助高エネルギーレーザビームの作用で、十分なエネルギー拡散を得て、最終的に噴射して得られたターゲット材料コーディング層成分及び密度の均一性が高い。

材料粉体を得た後、本発明は上記材料粉体を上記技術的解決手段の上記製造装置の材料ノズル１に分注し、続いて上記材料ノズル１の空間位置と角度を個別に調整し、上記材料ノズル１が上記ターゲット材料支持基板３に溶射する位置と面積を一致させ、同一の位置と同一のサイズのフォーカス面を得る。

本発明において、上記フォーカス面の面積は、１～１００ｍｍ^２であることが好ましい。本発明において、上記材料ノズル１と上記フォーカス面との重なり率は＞９５％である。本発明は材料ノズル１と上記フォーカス面との重なり率を上記範囲に制御し、フォーカス面に、異なる材料ノズル１から吐出された材料粉体が同一位置に噴射されることを保証し、拡散して成分が均一な合金を形成することができ、過大なフォーカス面によるターゲット材料外形解像度及び成分均一性の低下を回避し、同時に過小なフォーカス面によるターゲット材料の製造の効率が低すぎることを回避する。本発明は個別に上記材料ノズル１の空間位置と角度を調整することにより、上記材料ノズル１が上記ターゲット材料支持基板３に溶射する位置と面積を一致させ、同一位置と同一サイズのフォーカス面を取得し、ターゲット材料の成分と密度が均一であることを確保する。

本発明において、上記合金ターゲット材料は周期的にドープされた合金ターゲット材料である場合、上記材料ノズルは上記ターゲット材料支持基板に異なるフォーカス面を取得することが好ましい。上記異なるフォーカス面における材料ノズルの噴射モードを設定し、異なる噴射モードの動作時間を調整し、周期的にドープされた合金ターゲット材料の製造を実現する。

本発明において、上記異なる噴射モードの動作時間は、上記周期的にドープされた合金ターゲット材料を堆積して製造されたターゲット薄膜の超格子構造に基づいて調整されることが好ましい。

本発明において、上記材料ノズル１はラバルノズルであることが好ましい。本発明は上記ラバルノズルの作動ガスの速度を制御することにより、上記材料ノズル１の噴射効率を調整する。本発明は製造待ちの合金ターゲット材料の特定位置の各元素の化学量論比に基づいて上記材料ノズル１の噴射効率を個別に調整し、溶射領域において、異なる材料ノズル１から噴射される材料粉体と製造待ちの合金ターゲット材料の化学元素組成計量比を一致させ、最終的に成分が固定されない目標ターゲット材料コーティング層を得る。

本発明において、材料ノズル１の噴射効率は、単独で、好ましくは、０～１００ｍｍ^３／ｓである。本発明は噴射効率を上記範囲に制御し、ターゲット製造効率を保証する上でターゲット材料の成分の均一性を保証する。高すぎる噴射効率が元素拡散過程を制限するという動力学過程が成分の均一なターゲット材料の製造に適さないことを回避し、同時に、異なる材料ノズル１の噴射効率の変化を調整することにより、成分が均一に変化し又は周期的にドープされたターゲット材料を製造することができる。

本発明は上記高エネルギーレーザ２が生成した高エネルギーレーザビームを利用して上記材料ノズル１が上記ターゲット材料支持基板３に噴射した材料粉体を同期加熱し、上記材料粉体を融合させてターゲット材料コーティング層を形成する。

本発明において、上記ターゲット材料支持基板３又は上記材料ノズル１と上記高エネルギーレーザ２は三次元空間で移動することが好ましい。本発明において、上記移動の相対速度は、１～１００ｍｍ／ｓであることが好ましい。本発明は移動の相対速度を上記範囲に制御し、ターゲット材料の製造効率及び精度を両立させ、高すぎる移動速度はターゲット材料の外形の精度を低下させることを回避し、同時に低すぎる移動速度はターゲット材料の製造の効率を低下させることを回避する。

本発明において、上記移動過程において、好ましくはフォーカス面を上記ターゲット材料支持基板３の平面に保持し、ターゲット材料コーティング層の成分の均一性を保証する。

循環的に一層ずつ溶射が完了した後、本発明は上記循環的に一層ずつ溶射で得られた合金ターゲット材料コーティング層と上記ターゲット材料支持基板３を分離し、合金ターゲット材料を得る。

本発明の提供する合金ターゲット材料の製造方法は、レーザを用いて溶射を補助し、付加製造の方式（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）を採用し、一層ずつターゲット材料コーディング層を溶射し、成分が非固定で、異形で、サイズが大きい合金ターゲット材料を形成することができ、同時に従来ターゲット材料の製造過程における成分と密度の不均一性を克服し、異なるコーティングのシーンがターゲット材料に対する特殊な要求を満たす。

以下は本発明における実施例を参照し、本発明における技術的解決手段を明瞭、完全に説明する。明らかに、説明された実施例は本発明の一部の実施例だけであり、全ての実施例ではない。本発明における実施例に基づき、当業者は創造的な労働をしない前提で得られた全ての他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。

実施例１
図１に示す合金ターゲット材料の製造装置を利用して直径が１５ｃｍで、厚さが１ｃｍの円盤状超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３を製造し、製造方法は以下のとおりである：
（１）円盤状超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３に基づいてそれぞれ単体Ｙ粉末、単体Ｂａ粉末及び単体Ｃｕ粉末を三種類の材料粉体として準備する。
（２）上記ステップ（１）における三種類の材料粉体を上記合金ターゲット材料の製造装置の三つの材料ノズル１に分注し、続いて上記三つの材料ノズル１の空間位置及び角度を個別に調整し、上記三つの材料ノズル１が上記ターゲット材料支持基板３に溶射する位置及び面積を一致させ、同一の位置及び同一のサイズのフォーカス面を取得する。

円盤状超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３（すなわち製造待ちの合金ターゲット材料）の各元素の化学量論比に基づいて単体Ｙ粉末、単体Ｂａ粉末及び単体Ｃｕ粉末を噴射する上記三つの材料ノズル１の噴射効率をそれぞれ１９ｍｍ^３／ｓ、７８ｍｍ^３／ｓ及び２１．５ｍｍ^３／ｓに調整する。高エネルギーレーザ２をオンにし、上記高エネルギーレーザ２が生成した高エネルギーレーザビームを利用して上記三つの材料ノズル１が上記ターゲット材料支持基板３に噴射した材料粉体を同期加熱し、上記材料粉体を融合させてターゲット材料コーティング層を形成させ、且つ十分なエネルギーで良好な均一性を得る。
上記材料粉体の噴射過程において、上記ターゲット材料支持基板３を移動し、溶射して必要な直径が１５ｃｍの円形ターゲット材料コーティング層を形成する。

上記合金ターゲット材料の製造装置はさらにコントローラを含む。上記コントローラは上記材料ノズル１、上記高エネルギーレーザ２及び上記ターゲット材料支持基板３に接続される。

上記材料ノズル１、上記高エネルギーレーザ２、及び上記ターゲット材料支持基板３は、不活性ガスを含む真空チャンバ内に個別に配置される。
前の層のターゲット材料のコーディング層の溶射が完了した後、上記ターゲット材料支持基板３を移動し、前の層のターゲット材料のコーディング層の上表面に引き続き溶射して次の層に必要な直径が１５ｃｍの円形ターゲット材料のコーディング層を形成し、循環的に一層ずつ溶射し、厚さが１ｃｍの円盤状超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３を得る。
上記ターゲット材料支持基板３が上記材料ノズル１に対して移動する相対速度は１ｍｍ／ｓである。

実施例２
図１に示す合金ターゲット材料の製造装置を利用してＢａＨｆがドープされた、直径が１５ｃｍであり、厚さが１ｃｍの円盤状の超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３を製造し、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７＋ＢａＨｆＯ_３超格子薄膜を堆積するために用いられ、製造方法は以下のとおりである：
（１）ＢａＨｆがドープされた円盤状の超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３に基づいてそれぞれ単体Ｙ粉末、単体Ｂａ粉末、単体Ｃｕ粉末及び単体Ｈｆ粉末を準備し、四種類の材料粉体とし、五部の材料粉体に分け、そのうち単体Ｂａ粉末は二部を占める。
（２）上記ステップ（１）における五部の材料粉体を上記合金ターゲット材料の製造装置の五つの材料ノズル１に分注し、続いて上記単体Ｙ粉末、単体Ｂａ粉末及び単体Ｃｕ粉末が取り付けられた三つの材料ノズル１の空間位置及び角度を個別に調整し、上記三つの材料ノズル１が上記ターゲット材料支持基板３に溶射する位置及び面積を一致させ、同一の位置及び同一のサイズのフォーカス面を得る。上記単体Ｂａ粉末と単体Ｈｆ粉末が取り付けられた残りの二つの材料ノズル１の空間位置と角度を個別に調整し、上記二つの材料ノズル１が上記ターゲット材料支持基板３に溶射する位置と面積を一致させ、同一位置と同一サイズの他のフォーカス面を取得する。

また、同一のフォーカス面を得るために、上述した単体Ｙ粉末、単体Ｂａ粉末、単体Ｃｕ粉末を噴射する三つの材料ノズル１の噴射効率を、それぞれ１９ｍｍ^３／ｓ、７８ｍｍ^３／ｓ及び２１．５ｍｍ^３／ｓとなるように、ＢａＨｆがドープされた円盤状の超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３（すなわち、製造待ちの合金ターゲット材料）におけるＹＢａ_２Ｃｕ_３の各元素の化学量論比に応じて調整し、この噴射モードをモードＡとする。上記の他のフォーカス面を得るための単体Ｂａ粉末、単体Ｈｆ粉末を噴射する残りの二つの材料ノズル１の噴射効率を、それぞれ、３．９ｍｍ^３／ｓ及び３．９ｍｍ^３／ｓとなるように、ＢａＨｆがドープされた円盤状の超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３（すなわち、製造待ちの合金ターゲット材料）におけるＢａＨｆの各元素の化学量論比に応じて個別に調整し、この噴射モードをモードＢとする。動作時に、目標薄膜に必要な超格子構造に基づき、モードＡとモードＢの動作時間をそれぞれ１ｓと１ｓに調整し、且つ循環動作する。高エネルギーレーザ２をオンにし、上記高エネルギーレーザ２が生成した高エネルギーレーザビームを利用して上記五つの材料ノズル１が上記ターゲット材料支持基板３に噴射した材料粉体を同期加熱し、異なるモードで動作して噴射された上記材料粉体をそれぞれ融合して成分周期が変化するターゲット材料コーディング層を形成させ、且つ十分なエネルギーで良好な均一性を得る。上記ＢａＨｆがドープされた超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３の微細構造概略図は図４に示す。

上記材料粉体の噴射過程において、上記ターゲット材料支持基板３を移動し、溶射して必要な直径が１５ｃｍの円形ターゲット材料コーティング層を形成する。
上記合金ターゲット材料の製造装置はさらにコントローラを含む。上記コントローラは上記材料ノズル１、上記高エネルギーレーザ２及び上記ターゲット材料支持基板３に接続される。
上記材料ノズル１、上記高エネルギーレーザ２、及び上記ターゲット材料支持基板３は、不活性ガスを含む真空チャンバ内に個別に配置される。
前の層のターゲット材料コーディング層の溶射が完了した後、上記ターゲット材料支持基板３を移動させ、前の層のターゲット材料コーディング層の上表面に引き続き溶射して次の層の必要な直径が１５ｃｍの円形ターゲット材料コーディング層を形成し、循環的に一層ずつ溶射し、ＢａＨｆがドープされた、厚さが１ｃｍの円盤状の超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３を得る。
上記ターゲット材料支持基板３が上記材料ノズル１に対して移動する相対速度は１ｍｍ／ｓである。
製造されたターゲット材料をパルスレーザ堆積プロセスに応用し、堆積過程においてターゲット材料が均一に回転し、周期的にＢａＨｆＯ_３がドープされたＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７の超格子ナノ構造即ちＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７＋ＢａＨｆＯ_３超格子薄膜を得ることができる。

実施例３
図１に示す合金ターゲット材料の製造装置を利用して外径が１５ｃｍであり、内径が１３ｃｍである円環状超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３を製造し、パルスレーザ堆積プロセスにおけるターゲット材料の利用率を向上させ、製造方法は以下のとおりである：
（１）円盤状超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３に基づいてそれぞれ単体Ｙ粉末、単体Ｂａ粉末及び単体Ｃｕ粉末を三種類の材料粉体として準備する。
（２）上記ステップ（１）における三種類の材料粉体を上記合金ターゲット材料の製造装置の三つの材料ノズル１に分注し、続いて上記三つの材料ノズル１の空間位置及び角度を個別に調整し、上記三つの材料ノズル１が上記ターゲット材料支持基板３に溶射する位置及び面積を一致させ、同一の位置及び同一のサイズのフォーカス面を取得する。

円盤状超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３（すなわち製造待ちの合金ターゲット材料）の各元素の化学量論比に応じて単体Ｙ粉末、単体Ｂａ粉末及び単体Ｃｕ粉末を噴射する上記三つの材料ノズル１の噴射効率をそれぞれ１９ｍｍ^３／ｓ、７８ｍｍ^３／ｓ及び２１．５ｍｍ^３／ｓに調整する。高エネルギーレーザ２をオンにし、上記高エネルギーレーザ２が生成した高エネルギーレーザビームを利用して上記三つの材料ノズル１が上記ターゲット材料支持基板３に噴射した材料粉体を同期加熱し、上記材料粉体を融合させてターゲット材料コーティング層を形成させ、且つ十分なエネルギーで良好な均一性を得る。

上記材料粉体の噴射過程において、上記ターゲット材料支持基板３を移動し、溶射して必要な直径が１５ｃｍであり、内径が１３ｃｍである円環状ターゲット材料コーディング層を形成する。
上記合金ターゲット材料の製造装置はさらにコントローラを含む。上記コントローラは上記材料ノズル１、上記高エネルギーレーザ２及び上記ターゲット材料支持基板３に接続される。
材料ノズル１、高エネルギーレーザ２、及びターゲット材料支持基板３は、不活性ガスを含む真空チャンバ内に個別に配置される。
前の層のターゲット材料コーティング層の溶射が完了した後、上記ターゲット材料支持基板３を移動し、前の層のターゲット材料コーティング層の上表面に引き続き溶射して次の層に必要な直径が１５ｃｍで、内径が１３ｃｍの円形ターゲット材料コーティング層を形成する。循環的に一層ずつ溶射し、厚さが１ｃｍの円環状超伝導合金ターゲット材料ＹＢａ_２Ｃｕ_３を得る。
上記ターゲット支持基板３が上記材料ノズル１に対して移動する相対速度は１ｍｍ／ｓである。

以上から分かるように、本発明の提供する合金ターゲット材料の製造方法は、レーザを用いて溶射を補助し、付加製造の方式を採用し、一層ずつターゲット材料コーディング層を溶射し、成分が非固定で、異形で、サイズが大きい合金ターゲット材料を形成することができる。同時に従来ターゲット材料の製造過程における成分及び密度の不均一性を克服し、異なるコーティングのシーンがターゲット材料に対する特殊な需要を満たす。
以上は本発明の好ましい実施形態に過ぎず、なお、本技術分野の当業者にとって、本発明の原理から逸脱しない前提で、さらにいくつかの改善と修飾を行うことができ、これらの改善と修飾も本発明の保護範囲と見なされるべきである。

１材料ノズル、２高エネルギーレーザ、３ターゲット材料支持基板、４材料粉体、５ターゲット材料コーティング層、６フォーカス面、ｘ三次元空間のｘ軸、ｙ三次元空間のｙ軸、ｚ三次元空間のｚ軸

Claims (8)

1. 材料ノズル、高エネルギーレーザ及びターゲット材料支持基板を含み、
   前記材料ノズルは、前記ターゲット材料支持基板の上方に設けられ、製造待ちの合金ターゲット材料に必要な材料粉体を噴射するために用いられ、
   前記高エネルギーレーザは、前記ターゲット材料支持基板の上方に設けられ、高エネルギーレーザビームを生成するために用いられ、
   前記ターゲット材料支持基板は、前記材料粉体で形成されたターゲット材料コーティング層を支持し、前記ターゲット材料コーティング層のサイズ及び形状を制御し、
   前記材料ノズルの数は３～５個であり、各材料ノズルは三次元空間で個別に移動可能であり、
   前記高エネルギーレーザビームが照射される領域は、前記材料粉体が噴射された前記ターゲット材料支持基板の表面、又は前記材料粉体が噴射された前記ターゲット材料コーティング層の表面であることを、
   特徴とする合金ターゲット材料の製造装置。
2. 合金ターゲット材料の製造方法であって、
   製造待ちの合金ターゲット材料の化学元素組成に基づいて必要な材料粉体を準備するステップ（１）と、
   前記ステップ（１）における材料粉体を請求項１に記載の製造装置の材料ノズルに分注し、続いて前記材料ノズルの空間位置及び角度を個別に調整し、前記材料ノズルが前記ターゲット材料支持基板に噴射する位置及び面積を一致させ、同一位置及び同一サイズのフォーカス面を取得するステップ（２）と、を含んでおり、
   製造待ちの合金ターゲット材料の特定位置の各元素の化学量論比に基づいて前記材料ノズルの噴射効率を個別に調整し、高エネルギーレーザをオンにし、前記高エネルギーレーザが発生した高エネルギーレーザビームを利用して前記材料ノズルが前記ターゲット材料支持基板に噴射した材料粉体を同期加熱し、前記材料粉体を融合させてターゲット材料コーティング層を形成し、
   前記材料粉体の噴射過程において、前記ターゲット材料支持基板を移動し、噴射して所望のサイズ及び形状のターゲット材料コーティング層を形成し、
   前の層のターゲット材料コーティング層の噴射が完了した後、前記ターゲット材料支持基板を移動し、前の層のターゲット材料コーティング層の上表面に引き続き噴射して次の層の必要なサイズ及び形状のターゲット材料コーティング層を形成し、一層ずつ噴射し、合金ターゲット材料を得、
   前記ステップ（２）におけるフォーカス面の面積は１～１００ｍｍ^２であり、前記材料ノズルと前記フォーカス面との重なり率は＞９５％であることを、
   特徴とする合金ターゲット材料の製造方法。
3. 前記ステップ（１）において材料粉体は単体又は合金であり、前記材料粉体はミクロンサイズ粒子及び／又はナノサイズ粒子であることを、特徴とする請求項２に記載の製造方法。
4. 前記合金ターゲット材料が面内位置に周期的にドープされた合金ターゲット材料である場合、前記ステップ（２）における材料ノズルは上記ターゲット材料支持基板に異なるフォーカス面を取得し、
   異なるフォーカス面における材料ノズルの噴射モードを設定し、異なる噴射モードの動作時間を調整し、前記面内位置に周期的ドーピングを実現することを、
   特徴とする請求項２に記載の製造方法。
5. 前記ステップ（２）における材料ノズルの噴射効率は単独で０～１００ｍｍ^３／ｓであることを、特徴とする請求項２に記載の製造方法。
6. 前記ステップ（２）における材料ノズルの噴射効率は単独で０～１００ｍｍ^３／ｓであることを、特徴とする請求項４に記載の製造方法。
7. 前記ステップ（２）においてターゲット材料支持基板又は前記材料ノズルと前記高エネルギーレーザは三次元空間で移動し、移動の相対速度は、１～１００ｍｍ／ｓであることを、特徴とする請求項２に記載の製造方法。
8. 前記ステップ（２）において一層ずつの噴射が完了した後に、一層ずつ噴射して得られた合金ターゲット材料コーティング層と前記ターゲット材料支持基板を分離し、合金ターゲット材料を得ることをさらに含むことを、特徴とする請求項２に記載の製造方法。