JPH04219302A - 酸化物超電導膜の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザアブレーショ
ン法を用いる酸化物超電導膜の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、エキシマレーザアブレーショ
ン法による酸化物超電導膜の形成は、高品質の膜を実現
できる点で注目を集めている。この場合、レーザ光には
、一般に、パルスレーザ光が用いられる。

【０００３】既に報告されているレーザアブレーション
法を用いる酸化物超電導膜の製造方法においては、レー
ザ光の繰返し周波数が１０Ｈｚ程度以下とされ、それに
よって、成膜速度が２０００オングストローム／分程度
以下とされたとき、高品質の酸化物超電導膜が得られて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】通常のレーザアブレー
ション法によって酸化物超電導膜を形成する場合、レー
ザ光の繰返し周波数を増大させると、成膜速度が増大さ
れるが、たとえば２０００オングストローム／分以上の
成膜速度で酸化物超電導膜を製造すると、得られた酸化
物超電導膜は、１μｍ以下の微細な結晶粒の集合体とな
り、結晶粒界が明瞭に現われ、それによって、臨界温度
および臨界電流密度の低下が認められる。

【０００５】また、通常のレーザアブレーション法を用
いる酸化物超電導膜の製造方法においては、基板上に堆
積された酸化物超電導膜の結晶化を促進するため、基板
を６００℃以上の温度に加熱する必要がある。そのため
、使用可能な基板はこのような高温においても膜成分と
反応しないセラミック材料、単結晶（ＭｇＯ、ＳｒＴｉ
Ｏ３　等）等からなるものに限られており、たとえば金
属からなる基板を使用することができない。

【０００６】それゆえに、この発明の目的は、高速成膜
を行なっても、比較的低い温度の基板上に、微細構造に
おいて平滑で結晶粒界の明瞭でない緻密な酸化物超電導
膜を形成することができる、酸化物超電導膜の製造方法
を提供しようとすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、酸化物超電
導物質の成分を含むターゲットにレーザ光を照射し、そ
れによってターゲットから飛散した粒子を基板上に堆積
させる、レーザアブレーション法を用いる酸化物超電導
膜の製造方法に向けられるものであって、上述した技術
的課題を解決するため、ターゲットと基板との間であっ
て、レーザ光の照射によって発生されるレーザプラズマ
を取囲むように、導電性の筒体を配置するとともに、こ
の導電性の筒体に電圧を印加することにより、放電プラ
ズマを発生させることを特徴とするものである。

【０００８】好ましくは、筒体の内部に酸素ガスを供給
することが行なわれる。

【０００９】また、この発明において、好ましくは、酸
化物超電導膜の成膜速度が２０００オングストローム／
分以上に選ばれる。

【００１０】

【作用】この発明において、レーザアブレーションによ
り発生したプラズマ、すなわちレーザプラズマは、筒体
によって取囲まれる。この筒体は、レーザプラズマ内で
発生している金属原子、酸化金属分子、酸素原子・分子
等の励起種がレーザプラズマの中心軸に垂直な方向に拡
散することを防止する。そのため、筒体の内部における
このような励起種の濃度が増大する。これらの励起種は
、酸化物超電導膜の、低温成膜および高速成膜での高品
質化に有効に作用する。

【００１１】また、上述の筒体が導電性であるので、こ
こにＤＣまたはＲＦ電圧を印加することにより、これを
電極として放電を生じさせることができる。これによっ
て、前述したレーザプラズマに加えて、放電プラズマが
発生される。この放電プラズマは、前述した励起種の濃
度をさらに増大させる作用を果たす。

【００１２】筒体の内部に酸素ガスを積極的に供給する
ようにすれば、低温成膜および高速成膜での酸化物超電
導膜の高品質化に有効な励起種の一層の増大を図ること
ができる。

【００１３】

【発明の効果】このように、この発明は、酸化物超電導
膜の高速成膜かつ低温成膜における高品質化に有効であ
る。したがって、基板として、酸化されやすいが長尺の
ものの入手が容易なテープ状金属基材（ステンレス鋼、
ニッケル等）を用い、その上に連続的に酸化物超電導膜
を成膜することによって得られる酸化物超電導線材の製
造に適用されたとき、特に効果的である。

【００１４】この発明は、２０００オングストローム／
分以上の成膜速度において、特に顕著な効果を発揮する
。すなわち、成膜速度を２０００オングストローム／分
以上としても、得られた酸化物超電導膜の超電導特性が
実質的に低下しない。

【００１５】

【実施例】図１は、この発明の一実施例を実施している
状態を示している。

【００１６】酸化物超電導物質の成分を含むターゲット
１には、たとえばエキシマレーザのようなレーザ源（図
示せず）からレーザ光２が照射される。また、ターゲッ
ト１と対向するように、基板３が配置される。

【００１７】レーザ光２がターゲット１に照射されたと
き、ターゲット１上のレーザ光２の照射スポット４に立
てた法線５を中心として、ターゲット１から原子および
／または分子の状態で粒子が飛散し、法線５を中心軸と
してレーザプラズマが発生する。

【００１８】このレーザプラズマを取囲むように、導電
性の筒体６が、ターゲット１と基板３との間に配置され
る。

【００１９】導電性の筒体６には、投入線７を介して、
電源装置８が接続される。電源装置８は、ＤＣまたはＲ
Ｆ電圧を導電性の筒体６に印加するためのものである。

【００２０】図２は、図１に示した筒体６の代わりとし
て用いることができる筒体９を示している。

【００２１】筒体９を形成する壁１０は、空洞１１を形
成する中空構造とされる。この空洞１１内には、導管１
２を介して酸素ガスが導入される。筒体９の内周面上に
は、複数個の酸素ガス導入口１３が形成される。これら
酸素ガス導入口１３は、筒体９の内周面上において空洞
１１と連通するように設けられた穴によって与えられる
。なお、酸素ガス導入口１３は、筒体９の内周面上にお
いて、均等に分布するように設けられても、不均等に分
布するように設けられてもよい。

【００２２】筒体９は、前述した筒体６と同様、導電性
を有しており、ＤＣまたはＲＦ電圧が投入線１４を介し
て印加されるように構成されている。

【００２３】次に、図１および図２にそれぞれ示した各
実施例に基づき行なった実験例について説明する。

【００２４】実験例１ 図１に示すように、内径５０ｍｍ、外径６０ｍｍ、長さ
３０ｍｍの筒体６を、照射スポット４に立てた法線５上
に中心軸線を位置させた状態で、ターゲット１と基板３
との間に配置した場合と、筒体を配置しない場合との双
方において、レーザアブレーションを行なった。

【００２５】筒体６を配置した場合には、電源装置８か
ら＋３００ＶのＤＣ電圧を印加する場合と、電源装置８
から１５０ＷのＲＦ電圧を印加する場合との双方の条件
の下で、レーザアブレーションを行なった。また、筒体
６を配置しない場合には、もちろん、ＤＣまたはＦＲ電
圧のいずれをも印加しなかった。

【００２６】いずれの場合においても、ターゲット１と
しては、Ｙ１　Ｂａ２　Ｃｕ３　ＯＸ　焼結体を用い、
基板３としては、ＭｇＯ（１００）単結晶を用いた。ま
た、基板３の温度は、いずれの場合も、７００℃とし、
酸素ガス雰囲気圧力を、２００ｍＴｏｒｒとした。

【００２７】以下の表１に示すように、レーザ光２の繰
返し周波数（Ｈｚ）を、１０、２０、３０、４０、５０
と変え、それぞれの場合における成膜速度（オングスト
ローム／分）、７７．３Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃ（
Ａ／ｃｍ２）、および抵抗が零となる臨界温度Ｔｃ（Ｋ
）を測定し、それぞれの結果を同じ表１に示した。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１から、筒体６を配置し、ここにＤＣま
たはＲＦ電圧を印加した場合には、成膜速度が増大され
ても、良好な超電導特性がほぼ維持されていることがわ
かる。特に、成膜速度２０００オングストローム／分以
上における比較によれば、この発明に係る実施例によっ
て得られた試料の超電導特性に改善の効果が認められる
。

【００３０】実験例２ 図１に示した装置を用いて、以下に述べる条件を除いて
、実験例１と同じ条件で酸化物超電導膜を形成した。 実験例１と異なる点は、ターゲット１として、Ｂｉ２　
Ｓｒ２　Ｃａ２　Ｃｕ３　Ｏｘ　焼結体を用いたことと
、表２に示すように、レーザ光２の繰返し周波数（Ｈｚ
）を、さらに７０、１００まで変えたことと、電源装置
８から印加されるＤＣ電圧およびＲＦ電圧を変更したこ
とである。 前掲の表１に示したのと同様の評価方法により得られた
結果が、以下の表２に示されている。

【００３１】

【表２】

【００３２】表２から、成膜速度が２０００オングスト
ローム／分以上に増大されても、良好な超電導特性が維
持されることがわかった。

【００３３】実験例３ 図１に示した装置において、筒体６に代えて、図２に示
した筒体９を用いた。この筒体９は、寸法的には、筒体
６と同様である。筒体９の酸素ガス導入口１３から酸素
ガスを導入し、結果として、上記実験例１と同じ酸素ガ
ス雰囲気となるようにした。

【００３４】その他の条件は、上記実験例１と同様とし
ながら、投入線１４を介して、＋３００ＶのＤＣ電圧を
印加した場合と、１５０ＷのＲＦ電圧を印加した場合と
の双方の条件の下で、レーザアブレーションを行なった
。

【００３５】前掲の表１に示したのと同様の評価方法に
より得られた結果が、以下の表３に示されている。

【００３６】

【表３】

【００３７】表３から明らかなように、筒体９の内周面
に設けられた酸素ガス導入口１３から、レーザプラズマ
および放電プラズマに向かって酸素ガスを積極的に供給
することにより、特に２０００オングストローム／分以
上の成膜速度において、さらに特性が改善されることが
可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を実施している状態を示す
図解的正面図である。

【図２】図１に示した筒体６に代えて用いることができ
る筒体９を単独で示す破断斜視図である。

【符号の説明】

１　　ターゲット ２　　レーザ光 ３　　基板 ４　　照射スポット ６，９　　筒体 ７，１４　　投入線 ８　　電源装置 １３　　酸素ガス導入口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　酸化物超電導物質の成分を含むターゲ
   ットにレーザ光を照射し、それによってターゲットから
   飛散した粒子を基板上に堆積させる、レーザアブレーシ
   ョン法を用いる酸化物超電導膜の製造方法において、前
   記ターゲットと前記基板との間であって、前記レーザ光
   の照射によって発生されるレーザプラズマを取囲むよう
   に、導電性の筒体を配置するとともに、前記導電性の筒
   体に電圧を印加することにより、放電プラズマを発生さ
   せることを特徴とする、酸化物超電導膜の製造方法。
2. 【請求項２】　　前記筒体の内部に酸素ガスを供給する
   、請求項１に記載の酸化物超電導膜の製造方法。
3. 【請求項３】　　酸化物超電導膜の成膜速度が２０００
   オングストローム／分以上に選ばれる、請求項１または
   ２に記載の酸化物超電導膜の製造方法。