JPH0354102A - 酸化物超伝導薄膜の製造方法 - Google Patents
酸化物超伝導薄膜の製造方法Info
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- JPH0354102A JPH0354102A JP1188421A JP18842189A JPH0354102A JP H0354102 A JPH0354102 A JP H0354102A JP 1188421 A JP1188421 A JP 1188421A JP 18842189 A JP18842189 A JP 18842189A JP H0354102 A JPH0354102 A JP H0354102A
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
し産業上の利用分野〕
本発明は酸化物超伝導薄膜の製造方法に関し、詳しくは
、エレクトロニクス分野(特に、ジョセフソン素子、S
QUID、トランジスター、光センサ,スイッチ素子む
と)に有用な酸化物超伝導漣j摸の製造方法に関する。
、エレクトロニクス分野(特に、ジョセフソン素子、S
QUID、トランジスター、光センサ,スイッチ素子む
と)に有用な酸化物超伝導漣j摸の製造方法に関する。
基板上に超伝導薄膜を形成する手段としては、蒸着法,
スパッタ法、CVD法.IC,B法など多くが知られて
いる.しかし、これら従来の製造においては基板加熱温
度が高く、電気炉による高温の熱処理を要し、緻密でし
かもas−grownで臨界温度の高い膜作製が困難で
ある。
スパッタ法、CVD法.IC,B法など多くが知られて
いる.しかし、これら従来の製造においては基板加熱温
度が高く、電気炉による高温の熱処理を要し、緻密でし
かもas−grownで臨界温度の高い膜作製が困難で
ある。
本発明の目的は上記のような欠点を解消し、低基板加熱
温度(500℃以下)、as−grownで臨界温度の
高い超伝導薄膜を形成する方法を提供するものである。
温度(500℃以下)、as−grownで臨界温度の
高い超伝導薄膜を形成する方法を提供するものである。
本発明の酸化物超伝導薄膜の製造方法は、酸素ガスが導
入される真空槽と,この真空槽内にあって蒸着物質を蒸
発させるための蒸発源と、前記真空槽に配置され基板を
前記蒸発源に対向するように保持させる対電極と、前記
の蒸発源と対電極との間に配備され蒸発物質を通過させ
うるグリッドと、このグリッドを前記対電極の電位に対
し正電位とする手段と、前記真空槽内において前記グリ
ッドより蒸発源側に配備される熱電子発生用フィラメン
トとを右する薄膜形成装置を用い、(イ)導入する酸素
ガスの圧力を2X10−2〜1 0Paとし、(口)蒸
発物質として a ) Y−Ba−Cu−0系又はしn−Ba−Cu−
0系超伝導体においては、複数の蒸発源を用いる場合は
YあるいはLn系金属(但し、Ln系金属はLa. C
e.Nd. Sm. Eu. Gd.Tb.Dy.Ho
、Er. Tm. Yb.Luのいずれか1つである)
、Ba, Cuの各金屈を用い,1つの蒸発源を用いる
場合は所定の組或の焼結体を用い、 b ) Bi−Sr−Ca−Cu−0系又はTl−Ba
−Ca−Cu−0系超伝導体においては、複数の蒸発源
を用いる場合は構或元索の各金属単体又は合金を用い、
1つの蒸発源を用いる場合は所定の組成の焼結体を用い
、 (ハ)グリッド印加電圧を50〜300vの範囲とし、
(二)成股速度を1〜50Å/secとし、及び(ホ)
基板加熱温度を700℃以下 として前記いずれかの超伝導体の薄膜を製膜することを
特徴としている。
入される真空槽と,この真空槽内にあって蒸着物質を蒸
発させるための蒸発源と、前記真空槽に配置され基板を
前記蒸発源に対向するように保持させる対電極と、前記
の蒸発源と対電極との間に配備され蒸発物質を通過させ
うるグリッドと、このグリッドを前記対電極の電位に対
し正電位とする手段と、前記真空槽内において前記グリ
ッドより蒸発源側に配備される熱電子発生用フィラメン
トとを右する薄膜形成装置を用い、(イ)導入する酸素
ガスの圧力を2X10−2〜1 0Paとし、(口)蒸
発物質として a ) Y−Ba−Cu−0系又はしn−Ba−Cu−
0系超伝導体においては、複数の蒸発源を用いる場合は
YあるいはLn系金属(但し、Ln系金属はLa. C
e.Nd. Sm. Eu. Gd.Tb.Dy.Ho
、Er. Tm. Yb.Luのいずれか1つである)
、Ba, Cuの各金屈を用い,1つの蒸発源を用いる
場合は所定の組或の焼結体を用い、 b ) Bi−Sr−Ca−Cu−0系又はTl−Ba
−Ca−Cu−0系超伝導体においては、複数の蒸発源
を用いる場合は構或元索の各金属単体又は合金を用い、
1つの蒸発源を用いる場合は所定の組成の焼結体を用い
、 (ハ)グリッド印加電圧を50〜300vの範囲とし、
(二)成股速度を1〜50Å/secとし、及び(ホ)
基板加熱温度を700℃以下 として前記いずれかの超伝導体の薄膜を製膜することを
特徴としている。
ちなみに、本発明者らは、本発明者らの一人である太田
が先に提案した薄膜形成装置(特開昭59−89763
号公報)を用い,ガス圧、グリッド印加電圧,或膜速度
などを規定すれば前記目的が十分達威しうろことを見出
した。本発明方法はこれによりなされたものである. なお、本発明の方法に幾分関連していると思われる従来
技術として反応性同時蒸着法がある.Y系或いはEr系
超伝導薄膜の場合には、Y (Er)、Ba、Cu金属
の三元素を抵抗加熱と電子ビーム加熱により同時に蒸発
させ,酸素ガスを導入し高周波電界によりイオン化を行
ないながら作製する方法(Y.Terashima,
K. Iijima, K. Yamamoto, Y
, Bandoand H. Mazaki : Jp
n. J. Appl. Phys., 27(198
8)L91)であり、また、Bi−Sr−Ca−Cu−
0系超伝導薄膜製法としては, Bi. Sr−Ca合
金、Cu金属を電子ビームにより加熱し同時蒸発させ酸
素ガスを導入しながら作製する方法(T. Yoshi
take, T. Sutoh, Y.Kubo, T
. Manako and H. Igarashi)
である。だが,この酸化物超伝導薄膜の製膜方法は大掛
かりな装置が必要なうえ、大面積の均一な膜を得るのが
困難である。
が先に提案した薄膜形成装置(特開昭59−89763
号公報)を用い,ガス圧、グリッド印加電圧,或膜速度
などを規定すれば前記目的が十分達威しうろことを見出
した。本発明方法はこれによりなされたものである. なお、本発明の方法に幾分関連していると思われる従来
技術として反応性同時蒸着法がある.Y系或いはEr系
超伝導薄膜の場合には、Y (Er)、Ba、Cu金属
の三元素を抵抗加熱と電子ビーム加熱により同時に蒸発
させ,酸素ガスを導入し高周波電界によりイオン化を行
ないながら作製する方法(Y.Terashima,
K. Iijima, K. Yamamoto, Y
, Bandoand H. Mazaki : Jp
n. J. Appl. Phys., 27(198
8)L91)であり、また、Bi−Sr−Ca−Cu−
0系超伝導薄膜製法としては, Bi. Sr−Ca合
金、Cu金属を電子ビームにより加熱し同時蒸発させ酸
素ガスを導入しながら作製する方法(T. Yoshi
take, T. Sutoh, Y.Kubo, T
. Manako and H. Igarashi)
である。だが,この酸化物超伝導薄膜の製膜方法は大掛
かりな装置が必要なうえ、大面積の均一な膜を得るのが
困難である。
以下に,本発明方法を添付の図面に従がいながらさらに
詳細に説明する。
詳細に説明する。
第1図は本発明方法に有用な装置であって、ベースプレ
ートlとベルジャー2とは、パッキング15を介して一
体化され真空槽を形威している。べ一スプレートlは支
持体兼用の電極4,6.8により貫通されているが、こ
れら支持体兼用電極4,6.8等の貫通部はもちろん気
密状態であり、さらに、これら支持体兼用電極4.6.
8とベースプレート1とは電気的に絶縁されている.ま
た、ベースプレートlの中央部に穿設された孔IAは図
示されていない真空排気系へ連結されている。
ートlとベルジャー2とは、パッキング15を介して一
体化され真空槽を形威している。べ一スプレートlは支
持体兼用の電極4,6.8により貫通されているが、こ
れら支持体兼用電極4,6.8等の貫通部はもちろん気
密状態であり、さらに、これら支持体兼用電極4.6.
8とベースプレート1とは電気的に絶縁されている.ま
た、ベースプレートlの中央部に穿設された孔IAは図
示されていない真空排気系へ連結されている。
蒸発源3には電子ビーム蒸発源あるいは抵抗加熱蒸発源
が用いられる。作製する材料が三元素からなる場合は、
例えば、三台の電子ビーム蒸発源を用いたり、一台を抵
抗加熱蒸発源とし他の二台を電子ビーム蒸発源にする等
の方法がある。
が用いられる。作製する材料が三元素からなる場合は、
例えば、三台の電子ビーム蒸発源を用いたり、一台を抵
抗加熱蒸発源とし他の二台を電子ビーム蒸発源にする等
の方法がある。
一対の支持体兼用電極4の間にはタングステン等による
熱電子発生用のフィラメント5が支持されている。この
フィラメント5の形状は複数本のフィラメントを平行に
配列したり、あるいは網目状にしたりするなどして蒸発
した蒸発物質の粒子の拡がりをカバーするように定めら
れている。支持体兼用電極6にはグリソト7が支持され
ている。
熱電子発生用のフィラメント5が支持されている。この
フィラメント5の形状は複数本のフィラメントを平行に
配列したり、あるいは網目状にしたりするなどして蒸発
した蒸発物質の粒子の拡がりをカバーするように定めら
れている。支持体兼用電極6にはグリソト7が支持され
ている。
このグリッドは蒸発物質を通過させうる形状に定められ
ているが、この例では網[1状である。支持体8には対
電極10が支持され,その下位には基板11が保持され
る。
ているが、この例では網[1状である。支持体8には対
電極10が支持され,その下位には基板11が保持され
る。
支持体兼用電極4,6.8は導電体であって、それらの
真空槽外へ突出した端部間は図示したように種々の電源
に接続されている。蒸発源の電源は省略してある。支持
体兼用電極6は直流の正電極に接統され、支持体兼用電
極8は接地されている。
真空槽外へ突出した端部間は図示したように種々の電源
に接続されている。蒸発源の電源は省略してある。支持
体兼用電極6は直流の正電極に接統され、支持体兼用電
極8は接地されている。
真空槽内には活性もしくは不活性ガス,或いは,これら
の混合ガスが導入されるようになっており、基板11は
蒸発源と対向させられている。グリッド7はフィラメン
ト5及び対電極の電位に対し正電位に置かれている。従
って、真空槽内にグリッド7から基板11に向かう電界
と、グリッド7がら蒸発fjX3に向かう電界とが逆向
きに形威される.熱電子発生用のフィラメント5は真空
槽内のグリッド7に関し蒸発源3側に配備され、このフ
ィラメント5により発生する熱電子は蒸発物質の一部を
イオン化するのに供される。
の混合ガスが導入されるようになっており、基板11は
蒸発源と対向させられている。グリッド7はフィラメン
ト5及び対電極の電位に対し正電位に置かれている。従
って、真空槽内にグリッド7から基板11に向かう電界
と、グリッド7がら蒸発fjX3に向かう電界とが逆向
きに形威される.熱電子発生用のフィラメント5は真空
槽内のグリッド7に関し蒸発源3側に配備され、このフ
ィラメント5により発生する熱電子は蒸発物質の一部を
イオン化するのに供される。
蒸発源3からの蒸発物質は、その一部がフィラメント5
からの電子により正イオンにイオン化される。このよう
に一部イオン化された蒸発物質はグリッド7を通過し、
さらにイオン化されたガスにより正イオン化を促進され
、上記電界の作用により基板11の方へと加速される。
からの電子により正イオンにイオン化される。このよう
に一部イオン化された蒸発物質はグリッド7を通過し、
さらにイオン化されたガスにより正イオン化を促進され
、上記電界の作用により基板11の方へと加速される。
なお、フィラメント7からの電子は,フィラメント温度
に相当する運動エネルギーをもってフィラメントから放
射されるので、正電位のグリソド7に直ちに吸収されず
に,これを通過しグリッド7によるクーロン力に引き戻
され、更にグリッド7を通過し、というようにグリッド
7を中心として振動運動を繰返し遂にはグリッド7に吸
収されるので基板11へは達せず、基板11は電子?M
撃を受けないのでそれによる加熱がなく基板l1の温度
上昇が防止できることや膜質への悪影響が小さくなる。
に相当する運動エネルギーをもってフィラメントから放
射されるので、正電位のグリソド7に直ちに吸収されず
に,これを通過しグリッド7によるクーロン力に引き戻
され、更にグリッド7を通過し、というようにグリッド
7を中心として振動運動を繰返し遂にはグリッド7に吸
収されるので基板11へは達せず、基板11は電子?M
撃を受けないのでそれによる加熱がなく基板l1の温度
上昇が防止できることや膜質への悪影響が小さくなる。
第1図に示した装置を用いて酸化物超伝導薄膜を形成す
るには、基板l1を第1図に示した位置にセントし、蒸
着物質として金属Bi、金属Sr,金属Ca、金属Cu
またはBi金属、Sr−Ca合金、Cu金属、場合によ
っては、これらの酸化物を用い保持させ杭 真空檜内は予め、10−3〜10−’ Paの圧力にし
ておき、酸素ガスを導入し10’〜1.0−2Paの圧
力にする。
るには、基板l1を第1図に示した位置にセントし、蒸
着物質として金属Bi、金属Sr,金属Ca、金属Cu
またはBi金属、Sr−Ca合金、Cu金属、場合によ
っては、これらの酸化物を用い保持させ杭 真空檜内は予め、10−3〜10−’ Paの圧力にし
ておき、酸素ガスを導入し10’〜1.0−2Paの圧
力にする。
この状態において、電′rXl4を作動させグリッド7
に正の電位が印加され、対電極10は接地されフィラメ
ント5には電流が流される。ここでは、例えばグリッド
7は網目状でありtoov印加され、フィラメント5は
タングステンワイヤーで400Wの電力がかかっている
。フィラメント5は抵抗加熱により加熱され熱亀子を放
射する。真空槽内の酸素分子は、フィラメント5より放
出された熱電子との衝突によってイオン化される。
に正の電位が印加され、対電極10は接地されフィラメ
ント5には電流が流される。ここでは、例えばグリッド
7は網目状でありtoov印加され、フィラメント5は
タングステンワイヤーで400Wの電力がかかっている
。フィラメント5は抵抗加熱により加熱され熱亀子を放
射する。真空槽内の酸素分子は、フィラメント5より放
出された熱電子との衝突によってイオン化される。
蒸発したBi. Sr. Ca.Cuの粒子は拡がりを
持って基板l1の側へ向かって飛行するが、その一部及
び前記導入ガスはフィラメント5より放出された熱電子
との衝突によってイオン化される。このように一部イオ
ン化させた上記各元素はグリッド7を通過するが、その
際、前記のように、グリッド7近傍において、上下に振
動運動する熱電子及び前記イオン化された導入ガスの衝
突により更にイオン化が促進される。グリッド7を通過
した蒸発物質中いまだイオン化されていない部分は、更
にグリッド7と基板11との間に於いて、前記イオン化
された導入ガスとの衝突によりイオン化される。
持って基板l1の側へ向かって飛行するが、その一部及
び前記導入ガスはフィラメント5より放出された熱電子
との衝突によってイオン化される。このように一部イオ
ン化させた上記各元素はグリッド7を通過するが、その
際、前記のように、グリッド7近傍において、上下に振
動運動する熱電子及び前記イオン化された導入ガスの衝
突により更にイオン化が促進される。グリッド7を通過
した蒸発物質中いまだイオン化されていない部分は、更
にグリッド7と基板11との間に於いて、前記イオン化
された導入ガスとの衝突によりイオン化される。
正イオンにイオン化された各元素は、グリッド7から対
電極10に向かう電界の作用により基板11に向かって
加速され、基板l1に高エネルギーを持って向かう。更
にその途中及び基板表面に於いて酸素と結合し、Bi−
Sr−Ca−Cu−0酸化物が基板11に形成される。
電極10に向かう電界の作用により基板11に向かって
加速され、基板l1に高エネルギーを持って向かう。更
にその途中及び基板表面に於いて酸素と結合し、Bi−
Sr−Ca−Cu−0酸化物が基板11に形成される。
熱電子は最終的にはその大部分がグリッド7に吸収され
一部の熱電子はグリッドを通過するが、グリッド7と基
板11との間で前記電界の作用によって減速されるので
仮に基板1lに達しても基板11を加熱するには到らな
い. 或膜中、対電極10と絶縁されている基板加熱用ヒータ
ー9によってMgO (100)基板を基板加熱温度4
80℃で加熱しながら膜の結晶化を行なわせる。
一部の熱電子はグリッドを通過するが、グリッド7と基
板11との間で前記電界の作用によって減速されるので
仮に基板1lに達しても基板11を加熱するには到らな
い. 或膜中、対電極10と絶縁されている基板加熱用ヒータ
ー9によってMgO (100)基板を基板加熱温度4
80℃で加熱しながら膜の結晶化を行なわせる。
また、組或は各元素の原子比をBi:Sr:Ca:Cu
=2:2:2:3付近になるよう各蒸発源3からの蒸発
速度をコントロールして蒸発させる。このとき、膜厚は
O.■μ〜2−にする。また、酸素圧、グリッド電流電
圧、フィラメント電流電圧を変えながら、基板温度が低
くても十分な超伝導特性が得られるようになる。
=2:2:2:3付近になるよう各蒸発源3からの蒸発
速度をコントロールして蒸発させる。このとき、膜厚は
O.■μ〜2−にする。また、酸素圧、グリッド電流電
圧、フィラメント電流電圧を変えながら、基板温度が低
くても十分な超伝導特性が得られるようになる。
ここで得られたC軸に配向した酸化物超伝導体(Bi−
Sr−Ca−Cu−0)の薄膜の特性は、臨界温度Tc
:95)[ 臨界磁場}1c(77K):約37(C面に磁場を印加
した時)である。
Sr−Ca−Cu−0)の薄膜の特性は、臨界温度Tc
:95)[ 臨界磁場}1c(77K):約37(C面に磁場を印加
した時)である。
また、前記蒸着物質をY金属、Ba金属、Cu金属に代
え、その各元素の原子比をY:Ba:Cu=l:2:3
付近になるように代えた以外は同様にして酸化物超伝導
体(Y−Ba−Cu−0)の薄膜をMgO(100)基
板上につくった.このものの特性は 臨界温度Tc:89K 臨界磁場Hc(77K):約2T (C面に磁場を印加
した時)である。
え、その各元素の原子比をY:Ba:Cu=l:2:3
付近になるように代えた以外は同様にして酸化物超伝導
体(Y−Ba−Cu−0)の薄膜をMgO(100)基
板上につくった.このものの特性は 臨界温度Tc:89K 臨界磁場Hc(77K):約2T (C面に磁場を印加
した時)である。
本発明方法によれば、導入酸素圧、或膜速度、グリッド
電流電圧、フィラメント電流電圧をコントロールする二
とにより、低基板加熱温度でしかもas−gro%lj
lで臨界温度の高い酸化物超伝導薄膜が再現性よく得ら
れる.
電流電圧、フィラメント電流電圧をコントロールする二
とにより、低基板加熱温度でしかもas−gro%lj
lで臨界温度の高い酸化物超伝導薄膜が再現性よく得ら
れる.
第l図は本発明の方法に用いられる薄膜形或装置の概略
図である。 1・・・ベースプレート 2・・・ベルジャー 3・・・蒸発源 4,6.8・・・支持体兼用電極 5・・・フィラメント 7・・・グリッド 9・・・基板加熱用ヒーター 10・・・対電極 11・・・基板
図である。 1・・・ベースプレート 2・・・ベルジャー 3・・・蒸発源 4,6.8・・・支持体兼用電極 5・・・フィラメント 7・・・グリッド 9・・・基板加熱用ヒーター 10・・・対電極 11・・・基板
Claims (1)
- (1)酸素ガスが導入される真空槽と、この真空槽内に
あって蒸着物質を蒸発させるための蒸発源と、前記真空
槽に配置され基板を前記蒸発源に対向するように保持さ
せる対電極と、前記の蒸発源と対電極との間に配備され
蒸発物質を通過させうるグリッドと、このグリッドを前
記対電極の電位に対し正電位とする手段と、前記真空槽
内において前記グリッドより蒸発源側より配備される熱
電子発生用フィラメントとを有する薄膜形成装置を用い
。 (イ)導入する酸素ガスの圧力を2×10^−^2〜1
0Paとし、 (ロ)蒸発物質として a)Y−Ba−Cu−O系又はLn−Ba−Cu−O系
超伝導体においては、複数の蒸発源を用いる場合はYあ
るいはLn系金属(但し、Ln系金属はLa、Ce、N
d、Sm、Fu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm
、Yb、Luのいずれか1つである)、Ba、Cuの各
金属を用い、1つの蒸発源を用いる場合は所定の組成の
焼結体を用い。 b)Bi−Sr−Ca−Cu−O系又はTl−Ba−C
a−Cu−O系超伝導体においては、複数の蒸発源を用
いる場合は構成元素の各金属単体又は合金を用い、1つ
の蒸発源を用いる場合は所定の組成の焼結体を用い、 (ハ)グリッド印加電圧を50〜300Vの範囲とし、 (ニ)成膜速度を1〜50Å/secとし、及び (ホ)基板加熱温度を700℃以下 として前記いずれかの超伝導体の薄膜を製膜することを
特徴とする酸化物超伝導薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1188421A JPH0354102A (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 酸化物超伝導薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1188421A JPH0354102A (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 酸化物超伝導薄膜の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0354102A true JPH0354102A (ja) | 1991-03-08 |
Family
ID=16223371
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1188421A Pending JPH0354102A (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 酸化物超伝導薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0354102A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100417578B1 (ko) * | 2002-04-23 | 2004-02-05 | 캐리어엘지 유한회사 | 제빙기의 얼음 교반장치 |
-
1989
- 1989-07-19 JP JP1188421A patent/JPH0354102A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100417578B1 (ko) * | 2002-04-23 | 2004-02-05 | 캐리어엘지 유한회사 | 제빙기의 얼음 교반장치 |
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