JPH03174305A - 酸化物超電導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、超電導マグネットの巻線用、超電導送電用
、超電導素子用などとしての応用開発が進められている
酸化物超電導体を製造する方法に関する。

「従来の技術」 従来、酸化物系の超電導体を製造する方法として、真空
蒸着法、スパッタリング法、レーザ蒸着法、ＭＢＥ法（
分子線エピタキシー法）、ＣＶ　ｌ）法（化学気相成長
法）、ＩＶＤｔ（イオン気相成長法）などの成膜法が知
られている。また、これらの各種の成膜方法において、
均質で超電導特性の良好な酸化物超電導膜を製造できる
方法として、真空成膜プロセスを用い、熱あるい（よ高
周波プラズマ、イオンビームなどのエネルギーをターゲ
ットに照射してターゲットから叩き出された粒子を対向
基板上に堆積させる技術が主流となっている。

このような各種の成膜法において、緻密な膜の生成が可
能であって、成膜速度の速い技術として、レーザ蒸着法
が注目されている。このレーザ蒸着法は、目的とする酸
化物超電導体の組成と同一あるいは近似した組成のター
ゲットを用い、このり−ゲットにレーザビームを照射し
てターゲットの表面部分をえぐり取り、この蒸発粒子を
基材上に堆積させることで酸化物超電導体を製造する方
法であり、他の成膜法に比較して以下に説明する利点が
あることで知られている。

■通常のスパッタリング法ではターゲット組成と生成膜
の組成がかなりずれる傾向があるが、レーザ蒸着法にお
いては、用いたターゲットの組成と生成膜の組成とのず
れが少ないので、目的の組成の酸化物超電導膜を得やす
い利点がある。

■通常のスパッタリング法においては、厚さ１μ麿程度
の酸化物超電導膜を製造するために１００時間程の処理
時間を必要とするが、レーザ蒸着法においては厚さ数μ
ｍ程度の酸化物超電導膜を１時間程度で製造できる利点
がある。

■蒸着法やスパッタリング法においては、蒸発源や電極
などを真空雰囲気中に配置する必要があるが、レーザ蒸
着法では、レーザ光を処理ｖｔ置の外部から導くことが
でき、レーザ発行装置などを処理装置の外部に設けるこ
とができるので、処理装置の内部を質の良い真空条件に
保つことか容易であって、種々の気相雰囲気で成膜でき
る利点がある。

「発明が解決しようとする課題」 ところが、前記成膜方法においては、基板温度を室温な
どの低い温度に設定した場合、得られる膜は非晶質のも
のであることが一般的である。従ってこの非晶質の膜を
結晶質？こするために、熱処理を行うことか不可欠であ
る。そこで、従来、具体的には室温で形成した膜を後工
程で熱処理するか、あるいは、成膜中に基板を加熱して
おくことで対処している。

ところが、このような熱処理を行うことは、製造工程が
複雑になるばかりでなく、基板の構成元素と酸化物超電
導体の膜の構成元素との間で加熱による化学反応が生じ
て酸化物超電導体の膜の特性を劣化させる原因になって
いる。即ち、現在知られている酸化物超電導体は、Ｙ　
−Ｂ　ａ−ＣＬｌ−０系、Ｂ　ｉ−Ｓ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−０系、Ｔ　Ｉ−Ｂ　ａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系などに代表
されるものであるが、いずれも、多成分系のものであり
、その組成比が目的の組成かられずかでもずれると超電
導特性が著しく劣化することが知られているので、成Ｈ
後に前記のように化学反応が生じるようでは、目的とす
る超電導特性は望めないのもであった。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、基
板を特別高温に加熱することなく結晶質の酸化物超電導
膜をレーザ蒸着法により製造することができる方法を提
供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本発明Ｃよ前記課題を解決するために、蒸着処理室内に
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
のターゲットにレーザビームを集光照射してターゲット
の表面部分をえぐり取り、発生させた粒子をターゲット
の近傍に設置しｔこ基材上に堆積させて酸化物超電導体
を製造する方法において、レーザビームをターゲットに
照射してターゲットの表面部分から粒子の噴流を発生さ
せるとともに、この噴流の内側に基材を設置して、基材
上に蒸発粒子の堆積を行い、酸化物超電導体の膜を生成
させるものである。

「作用」 ターゲットから生じる粒子の噴流の中に基板を配置する
ことで、ターゲットから発生した活性状態の粒子が活性
状態のまま基板上に衝突し、これによって基板上に結晶
質の酸化物超電導膜が生成する。

「実施例」 第１図は本発明方法を実施するために使用する装置の一
例を示すもので、■は処理容器を示し、この処理容器１
の内部の蒸着処理室１ａにＵ基板２とターゲット３が設
置されている。

処理室ａｔは排気孔！ｂを介して図示時の真空排気装置
に接続されて内部を真空排気できるようになっている。

蒸着処理室！ａの底部には基台４が設けられ、この基台
４の上面に基板（基材）２が水平状態で設置されるとと
もに、基板２の斜め上方側に、支持板５によって支持さ
れたターゲット３が傾斜状態で設けられている。

前記ターゲット３は、形成しようとする酸化物超電導体
の膜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　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系、［３ｉ−
Ｓ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、’Ｉ’　ＩＢ　ａ−Ｃａ−
Ｃｕ−０系などがあるので、ターゲット３としてこれら
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３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
良い。

前記基台４は加熱ヒータを内蔵したもので、基板２を所
望の温度に加熱できるようになっているとともに、基台
４の上面は水平面になっている。

前記支持板５はターゲット３を水平面に対して斜めに支
持できるもので、・傾斜角度を一定にした状態で斜め上
下方向に移動自在に設けられている。

即ち、ターゲット３は、基板２に対して一定角度傾斜し
た状態を維持したままで相互の間隔を調節できるように
なっている。なお、この実施例では基板２の上面中心と
ターゲット３の下面中心との間の距離は４０鵬−以下に
なるように設定されている。この距離が４０＋ａｍより
大きい場合は、基板２上に形成される酸化物超電導膜が
非晶質になるために好ましくない。

一方、処理容器Ｉの側方には、レーザ発光装置７と第１
反射鏡８と集光レンズ９と第１反射鏡８Ｏが設けられ、
レンズ発光装置７が発生させたレーザビームを処理容器
！の側壁に取り付けられた透明窓１１を介してターゲッ
ト３に集光照射できるようになっている。レーザ発光装
置７はターゲット３から構成粒子を叩き出すことができ
るものであれば、ＹＡＧレーザ、ＣＯｔ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良い。

次に第１図に示す装置を用いて本発明方法を実施する場
合について説明する。

基板２とターゲット３を蒸着処理室ｌａ内に第１図に示
すようにセットしたならば、蒸着処理室Ｉａを真空排気
する。ここで必要に応じて蒸着処理室１ａに酸素ガスを
導入して蒸着処理室１ａを酸素雰囲気としても良い。ま
た、基台４の加熱ヒータを作動させて基板２を所望の温
度に加熱する。

次にレーザ発光装置７から発生させたレーザビームを第
１反射鏡８と集光レンズ９と第２反射鏡１０と透明窓１
１を介して蒸着処理室ｌａ内に導き、ターゲット３の表
面に集光照射する。この際に、集光レンズ９の位置調節
を行ってターゲット３の表面にレーザビームの焦点を合
わせる。

レーザビームが照射されたターゲット３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、その
粒子は基板２上に堆積する。粒子が堆積される基板２は
加熱されているので、堆積層は堆積と同時に熱処理され
る。

ターゲット３から発生した粒子は、ターゲット３からプ
ルームとして噴流のように噴き出すので、この粒子の噴
流が基板２の上面に衝突して酸化物超電導体の膜が堆積
される。この場合に生じる噴流はターゲット３から数１
０ｍ５＋程度噴出するのみであるので、基板２とターゲ
ット３の距離はこの噴流の噴出距離よりも小さくするこ
とが必要である。従って本実施例では、基板２とターゲ
ット３の距離を４０ｍ５以下に限定することが好ましい
。

以上の操作によって基板２の上面に順次蒸発粒子を堆積
させ、基板２上に酸化物超電導膜を形成することで酸化
物超電導体を得ることができる。

このように得られた酸化物超電導体はターゲット３から
噴射された蒸発粒子の噴流が衝突して形成され、十分に
活性化された蒸発粒子の堆積により形成されているので
、常温で成膜することで結晶質の膜を製造することがで
きる。

なお、前記のように製造された膜の結晶性をより向上さ
せて均質化するために、成膜後の基板２に熱処理を施し
て酸化物超電導膜とする。ただしこの際に行う熱処理は
、膜がすでに結晶化しているので従来はど高温で行う必
要はない。また、基板２の構成元素との化学反応を回避
するためには、７５０〜８５０℃の低温度で短時間熱処
理することが好ましい。

以上のようにこの例の方法は、ターゲット３から発生さ
せた蒸発粒子を噴流状態で基板上に衝突さＵ゛て堆積さ
せているので、緻密で結晶性の高い酸化物超電導膜が得
られる。また、成膜後に熱処理を行う場合、熱処理温度
を従来よりも低くできるので、酸化物超電導体の膜と高
温で反応する材料であっても基板構成材料として用いる
ことができるようになり、基板２の構成材料の選択の幅
が広がる効果がある。

以上の操作によって基材上に連続的に酸化物超電導体の
模を形成することができ、特性の良好な大面積の酸化物
超電導導体を製造することができる。

なお、第１図の２点鎖線に示すように基台４の左右に送
出ローラ２０と巻取ローラ２１を設け、送出ローラ２０
から送り出したテープ状の基材を基台４に送り、巻取ロ
ーラ２１で巻き取りつつレーザ７Ｘ着を行うようにする
ならば、長尺の基材上に酸、化物超電導体の膜を有する
超電導導体を製造することができる。

前記長尺の超電導導体を製造する場合、前述の場合と同
様に第２反射鏡ＩＯを傾斜させて蒸着することで長尺の
基材の全長にわたり厚さと質の均一な酸化物超電導体の
膜を有する超電導導体を製造することができる。

「製造例」 第１図に示す装置において、基板としてＳｒ１’ｉｏ、
製の縦１０　ｆｆｉ＋１１ｘ横１０ｍｍ、厚さ０．５１
の基板を用いるとともに、ターゲットとして、Ｙｏ、ｄ
Ｊａ＋、７ｃｕｓ、。Ｏｔ　−５なる組成の酸化物超電
導体からなる円形状のターゲットを用いた。また、蒸着
処理室の内部をＩ　０−６Ｔｏｒｒに排気し、室温にて
レーザ蒸着を行った。基板とターゲットの距離（よ４０
■に設定し、ターゲット蒸発用のレーザとして波長１９
３ｎｍのＡｒＦレーザを用いた。その後、８００℃で１
５分間、酸素雰囲気中にて熱処理した。

得られた酸化物超電導体について、液体窒素で冷却し、
臨界温度と臨界電流密度を測定した。

臨界温度　　　　　８１に 臨界電流密度　　数４−Ａ／ｃｍ”（７７Ｋ、　ＯＴ）
また、比較のために、基板とターゲットの距離を５０ａ
＋ｍと６０ｍｍに設定して同等の条件で成膜したが、室
温成膜の場合、いずれも非晶質の膜しか得ろことができ
なかった。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、レーザビームをターゲッ
トに照射して基板上？こ蒸発粒子を堆積させる場合に、
ターゲットから発生する粒子の噴流の中に基板を設置し
て堆積を行うので、熱処理を行わなくとも結晶質の膜を
得ることができる。また、この結晶質の膜を熱処理ケる
ならば、酸化物超電導体の膜を得ることができる。この
場合、すでに結晶質となっている膜を熱処理するので、
熱処理温度を従来より低くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に用いるレーザ蒸着装置を示
す構成図である。 １・・・処理容器、１ａ・・・蒸着処理室、Ｉｂ・・・
排気孔、２・・・基板、３・・・ターゲット、４・・・
基台、５・・・支持板、７」２・・・レーザ発光装置、
８・・・第１反射鏡、９・・・集光レンズ、ＩＯ・・・
第２反射鏡、１１・・透明窓。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 蒸着処理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にレーザビームを集光照射
   してターゲットの表面部分をえぐり取り、発生させた粒
   子をターゲットの近傍に設置した基材上に堆積させて酸
   化物超電導体を製造する方法において、 レーザビームをターゲットに照射してターゲットの表面
   部分から粒子の噴流を発生させるとともに、この噴流の
   内側に基材を設置して基材上に蒸発粒子の堆積を行い、
   酸化物超電導体の膜を生成させることを特徴とする酸化
   物超電導体の製造方法。