JPH06293596A - 整列した高Ｔｃテープ超伝導体用緩衝層の形成装置および高密度コンデンサの形成装置 - Google Patents
整列した高Ｔｃテープ超伝導体用緩衝層の形成装置および高密度コンデンサの形成装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高密度コンデンサまたは超伝導体用の緩衝層
として利用することができるＳｒＴｉＯ3 膜を作る装置
を提供する。 【構成】 膜の（１００）面が基体の表面と平行になる
ように配向した状態で化学蒸着法（ＣＶＤ法）によりチ
タン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3 ）膜を形成する手
段を設ける。
として利用することができるＳｒＴｉＯ3 膜を作る装置
を提供する。 【構成】 膜の（１００）面が基体の表面と平行になる
ように配向した状態で化学蒸着法（ＣＶＤ法）によりチ
タン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3 ）膜を形成する手
段を設ける。
Description
【０００１】
【発明の分野】本発明は、膜の（１００）面が基体の表
面と平行になるように配向した状態で化学蒸着法（ＣＶ
Ｄ法）により形成されたチタン酸ストロンチウム（Ｓｒ
ＴｉＯ 3 ）膜に関するものである。このような結晶構造
を有する結果、蒸着されたＳｒＴｉＯ3 膜は高密度コン
デンサまたは超伝導体用の緩衝層として利用することが
できる。
面と平行になるように配向した状態で化学蒸着法（ＣＶ
Ｄ法）により形成されたチタン酸ストロンチウム（Ｓｒ
ＴｉＯ 3 ）膜に関するものである。このような結晶構造
を有する結果、蒸着されたＳｒＴｉＯ3 膜は高密度コン
デンサまたは超伝導体用の緩衝層として利用することが
できる。
【０００２】
【関連技術の説明】転移温度（すなわち、超伝導材料が
超伝導状態になる温度）の高い超伝導材料（以後は「高
Ｔｃ材料」と呼ぶ）に関しては、特に超伝導材料中にセ
ラミック超伝導体を使用する場合において実際的な制約
が存在する。変成ペロブスカイトは優れた超伝導性を示
すが、それらは脆く、そのためにいかなる引張ひずみに
も耐えられない。かかる引張ひずみは、たとえば、超伝
導材料を巻枠の回りに巻いて磁石用の超伝導巻線を形成
する場合に発生する。それ故、引張ひずみに耐え得るよ
うな金属支持体上に高Ｔｃセラミック超伝導体を固定し
て複合材料を製造することが望ましい。そうすれば、超
伝導巻線のごとき用途において、実質的にひずみの無い
中立軸上に高Ｔｃセラミック超伝導体を保持しながら超
伝導材料を巻くことができるのである。あるいはまた、
高Ｔｃセラミック超伝導体が僅かに圧縮された状態とな
るようにして上記のごとき複合材料を製造しかつ巻くこ
ともできる。
超伝導状態になる温度）の高い超伝導材料（以後は「高
Ｔｃ材料」と呼ぶ）に関しては、特に超伝導材料中にセ
ラミック超伝導体を使用する場合において実際的な制約
が存在する。変成ペロブスカイトは優れた超伝導性を示
すが、それらは脆く、そのためにいかなる引張ひずみに
も耐えられない。かかる引張ひずみは、たとえば、超伝
導材料を巻枠の回りに巻いて磁石用の超伝導巻線を形成
する場合に発生する。それ故、引張ひずみに耐え得るよ
うな金属支持体上に高Ｔｃセラミック超伝導体を固定し
て複合材料を製造することが望ましい。そうすれば、超
伝導巻線のごとき用途において、実質的にひずみの無い
中立軸上に高Ｔｃセラミック超伝導体を保持しながら超
伝導材料を巻くことができるのである。あるいはまた、
高Ｔｃセラミック超伝導体が僅かに圧縮された状態とな
るようにして上記のごとき複合材料を製造しかつ巻くこ
ともできる。
【０００３】本発明以前においては、超伝導体用基体の
形成に際してＳｒＴｉＯ3 のごときペロブスカイト材料
の単結晶を使用することが知られていた。かかる単結晶
は最大４インチもの直径を有するように形成することが
できる。この点に関しては、たとえば、「酸化物セラミ
ック超伝導体の層状組成物の製造方法」と称する発明者
エックバルト・ホーイング(Eckbardt Hoeing) の米国特
許第４９１６１１４号明細書を参照されたい。しかしな
がら、かかる単結晶基体は超伝導巻線用途においては実
用的でない。なぜなら、かかる単結晶は磁石を製造する
のに十分な長さにまで成長させることができないし、ま
た巻枠上に連続的に巻くこともできないからである。更
にまた、かかる単結晶を一列に並べて電気的に連続した
巻線を形成することも容易でない。
形成に際してＳｒＴｉＯ3 のごときペロブスカイト材料
の単結晶を使用することが知られていた。かかる単結晶
は最大４インチもの直径を有するように形成することが
できる。この点に関しては、たとえば、「酸化物セラミ
ック超伝導体の層状組成物の製造方法」と称する発明者
エックバルト・ホーイング(Eckbardt Hoeing) の米国特
許第４９１６１１４号明細書を参照されたい。しかしな
がら、かかる単結晶基体は超伝導巻線用途においては実
用的でない。なぜなら、かかる単結晶は磁石を製造する
のに十分な長さにまで成長させることができないし、ま
た巻枠上に連続的に巻くこともできないからである。更
にまた、かかる単結晶を一列に並べて電気的に連続した
巻線を形成することも容易でない。
【０００４】超伝導巻線上への緩衝層の形成に関する別
の分野においては、金属基体と超伝導体層との間の緩衝
層としてフッ化バリウム（ＢａＦ2 ）の薄膜が使用され
てきた。ＢａＦ2 緩衝層はＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 超伝導
体（以後は「ＹＢＣＯ」と呼ぶ）の超伝導特性を向上さ
せたが、変成ペロブスカイトとして分類することのでき
るＹＢＣＯに対してより良好な適合性を有する材料（好
ましくはペロブスカイト）から成る緩衝層を使用すれば
ＹＢＣＯの超伝導特性は一層向上するはずである。
の分野においては、金属基体と超伝導体層との間の緩衝
層としてフッ化バリウム（ＢａＦ2 ）の薄膜が使用され
てきた。ＢａＦ2 緩衝層はＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 超伝導
体（以後は「ＹＢＣＯ」と呼ぶ）の超伝導特性を向上さ
せたが、変成ペロブスカイトとして分類することのでき
るＹＢＣＯに対してより良好な適合性を有する材料（好
ましくはペロブスカイト）から成る緩衝層を使用すれば
ＹＢＣＯの超伝導特性は一層向上するはずである。
【０００５】最後に、超伝導体用の緩衝層および高密度
コンデンサとして役立つような材料を基体上に蒸着する
ためにＣＶＤ法を使用することはこれまで試みられてい
なかった。更にまた、超伝導体に対して一層良好な適合
性を有する材料を蒸着するためにＣＶＤ法を使用すれ
ば、超伝導体用の比較的純粋な緩衝層および高密度コン
デンサとして役立つ蒸着層を形成することができるので
なお一層有利なはずである。
コンデンサとして役立つような材料を基体上に蒸着する
ためにＣＶＤ法を使用することはこれまで試みられてい
なかった。更にまた、超伝導体に対して一層良好な適合
性を有する材料を蒸着するためにＣＶＤ法を使用すれ
ば、超伝導体用の比較的純粋な緩衝層および高密度コン
デンサとして役立つ蒸着層を形成することができるので
なお一層有利なはずである。
【０００６】上記の説明から明らかなごとく、超伝導巻
線の超伝導性を高めるために役立つと共に、少なくとも
公知の化学蒸着可能な材料と同じ蒸着速度で蒸着するこ
とができ、しかも超伝導体用の緩衝層または高密度コン
デンサを形成することのできる化学蒸着可能な材料が当
業界において要望されているのである。本発明の目的
は、以下の説明から明らかとなるようなやり方で当業界
における上記およびその他の要望を満たすことにある。
線の超伝導性を高めるために役立つと共に、少なくとも
公知の化学蒸着可能な材料と同じ蒸着速度で蒸着するこ
とができ、しかも超伝導体用の緩衝層または高密度コン
デンサを形成することのできる化学蒸着可能な材料が当
業界において要望されているのである。本発明の目的
は、以下の説明から明らかとなるようなやり方で当業界
における上記およびその他の要望を満たすことにある。
【０００７】
【発明の概要】本発明に従って一般的に述べれば、整列
した高Ｔｃテープ超伝導体用の緩衝層を形成するための
装置を提供することによって上記のごとき要望が満たさ
れる。かかる装置は、(a) テープ基体を清浄にしかつ研
磨するための清浄研磨手段、(b) 前記清浄研磨手段に対
し機能的に連結されて、前記テープ基体上にチタン酸ス
トロンチウム層を蒸着するために役立つ化学蒸着手段、
(c) 前記化学蒸着手段に対し機能的に連結されて、前記
テープ基体および前記チタン酸ストロンチウム層を実質
的に冷却するために役立つ冷却手段、および(d) 前記冷
却手段に対し機能的に連結されて、前記チタン酸ストロ
ンチウム層をレーザビームで衝撃することにより整列し
た高Ｔｃテープ超伝導体用の緩衝層を形成するために役
立つレーザ処理手段の諸要素から成ることを特徴とする
ものである。更にまた、上記の緩衝層上に超伝導体を蒸
着することによって超伝導材料が製造される。
した高Ｔｃテープ超伝導体用の緩衝層を形成するための
装置を提供することによって上記のごとき要望が満たさ
れる。かかる装置は、(a) テープ基体を清浄にしかつ研
磨するための清浄研磨手段、(b) 前記清浄研磨手段に対
し機能的に連結されて、前記テープ基体上にチタン酸ス
トロンチウム層を蒸着するために役立つ化学蒸着手段、
(c) 前記化学蒸着手段に対し機能的に連結されて、前記
テープ基体および前記チタン酸ストロンチウム層を実質
的に冷却するために役立つ冷却手段、および(d) 前記冷
却手段に対し機能的に連結されて、前記チタン酸ストロ
ンチウム層をレーザビームで衝撃することにより整列し
た高Ｔｃテープ超伝導体用の緩衝層を形成するために役
立つレーザ処理手段の諸要素から成ることを特徴とする
ものである。更にまた、上記の緩衝層上に超伝導体を蒸
着することによって超伝導材料が製造される。
【０００８】特定の好適な実施の態様においては、基体
はモリブデン、ステンレス鋼または銅のごとき金属から
成り、かつ蒸着膜材料はＳｒＴｉＯ3 から成る。当業者
にとっては自明のごとく、本発明の原理はタンタル酸カ
リウム（ＫＴａＯ3 ）のごとき他の膜材料に対しても適
用することができるが、そのような場合には個々の工程
が変更されることがある。清浄研磨手段は、脱脂浴、電
解研磨浴および複数の超音波洗浄浴から成る。レーザ処
理手段はＣＯ2 レーザから成る。なお、高密度コンデン
サを形成することが所望される場合には、緩衝層にＣＯ
2 レーザビームを照射する工程および緩衝層上に超伝導
体を蒸着する工程は省くことができる。
はモリブデン、ステンレス鋼または銅のごとき金属から
成り、かつ蒸着膜材料はＳｒＴｉＯ3 から成る。当業者
にとっては自明のごとく、本発明の原理はタンタル酸カ
リウム（ＫＴａＯ3 ）のごとき他の膜材料に対しても適
用することができるが、そのような場合には個々の工程
が変更されることがある。清浄研磨手段は、脱脂浴、電
解研磨浴および複数の超音波洗浄浴から成る。レーザ処
理手段はＣＯ2 レーザから成る。なお、高密度コンデン
サを形成することが所望される場合には、緩衝層にＣＯ
2 レーザビームを照射する工程および緩衝層上に超伝導
体を蒸着する工程は省くことができる。
【０００９】一層好適な実施の態様においては、ＣＶＤ
法によってＳｒＴｉＯ3 が基体上に蒸着されるが、その
場合にはＳｒＴｉＯ3 分子の（１００）面が基体の表面
に対して平行になる。その結果、引続いて緩衝層上に蒸
着される超伝導体のｃ軸が正しく配向するようになると
共に、蒸着されたＳｒＴｉＯ3 分子が正しく整列するこ
とによって高密度コンデンサが得られることにもなる。
法によってＳｒＴｉＯ3 が基体上に蒸着されるが、その
場合にはＳｒＴｉＯ3 分子の（１００）面が基体の表面
に対して平行になる。その結果、引続いて緩衝層上に蒸
着される超伝導体のｃ軸が正しく配向するようになると
共に、蒸着されたＳｒＴｉＯ3 分子が正しく整列するこ
とによって高密度コンデンサが得られることにもなる。
【００１０】本発明に基づく整列した高Ｔｃテープ超伝
導体用の緩衝層は、緩衝層に対する超伝導性ペロブスカ
イトの適合性の向上をもたらし、コンデンサに良好な容
量特性を与え、経済性に優れ、安全特性が良好であり、
融通性に優れ、かつ操作が容易であるという利点を有し
ている。実際、多くの好適な実施の態様においては、超
伝導体との適合性、経済性および融通性は従来公知の緩
衝層に比べてかなり高いレベルにまで向上している。
導体用の緩衝層は、緩衝層に対する超伝導性ペロブスカ
イトの適合性の向上をもたらし、コンデンサに良好な容
量特性を与え、経済性に優れ、安全特性が良好であり、
融通性に優れ、かつ操作が容易であるという利点を有し
ている。実際、多くの好適な実施の態様においては、超
伝導体との適合性、経済性および融通性は従来公知の緩
衝層に比べてかなり高いレベルにまで向上している。
【００１１】本発明の上記およびその他の特徴は、添付
の図面を参照しながら以下の詳細な説明を考察すること
によって最も良く理解されよう。なお、図面全体を通じ
て同じ構成要素は同じ参照番号によって表わされてい
る。
の図面を参照しながら以下の詳細な説明を考察すること
によって最も良く理解されよう。なお、図面全体を通じ
て同じ構成要素は同じ参照番号によって表わされてい
る。
【００１２】
【詳しい説明】先ず図１を見ると、基体４上に蒸着され
たＳｒＴｉＯ3 の緩衝層３２およびその上に蒸着された
任意適宜の高温酸化物セラミック超伝導体の層３３が略
示されている。本発明の実施に際して使用するのに適し
た高温酸化物セラミック超伝導体としては、しばしばＹ
ＢＣＯまたは１−２−３系と呼ばれるイットリウム−バ
リウム系化合物、タリウム系化合物（ＴＢＣＣＯ）およ
びビスマス系化合物（ＢＳＣＣＯ）が挙げられる。これ
らの化合物は、１種以上の置換元素（たとえば、鉛、
銀、ストロンチウム、カリウムなど）を含有させること
によって変性することができる。基体表面に対する緩衝
層３２の（１００）面の配向状態はこの図から理解され
よう。すなわち、緩衝層３２の（１００）面はそれが蒸
着された基体表面に平行である。ＣＶＤ法によって基体
４の表面にＳｒＴｉＯ3 を蒸着した場合には、ＳｒＴｉ
Ｏ3 の分子構造に固有の性質に基づいて（１００）面は
このように配向するのである。
たＳｒＴｉＯ3 の緩衝層３２およびその上に蒸着された
任意適宜の高温酸化物セラミック超伝導体の層３３が略
示されている。本発明の実施に際して使用するのに適し
た高温酸化物セラミック超伝導体としては、しばしばＹ
ＢＣＯまたは１−２−３系と呼ばれるイットリウム−バ
リウム系化合物、タリウム系化合物（ＴＢＣＣＯ）およ
びビスマス系化合物（ＢＳＣＣＯ）が挙げられる。これ
らの化合物は、１種以上の置換元素（たとえば、鉛、
銀、ストロンチウム、カリウムなど）を含有させること
によって変性することができる。基体表面に対する緩衝
層３２の（１００）面の配向状態はこの図から理解され
よう。すなわち、緩衝層３２の（１００）面はそれが蒸
着された基体表面に平行である。ＣＶＤ法によって基体
４の表面にＳｒＴｉＯ3 を蒸着した場合には、ＳｒＴｉ
Ｏ3 の分子構造に固有の性質に基づいて（１００）面は
このように配向するのである。
【００１３】超伝導体層３３について述べれば、かかる
超伝導体のｃ軸は基体４の表面から上方に向かって伸び
ている。このようなｃ軸の配置は、適合性のある緩衝層
３２上に超伝導体層３３を蒸着した場合、それに固有の
性質に基づいて得られるものである。超伝導体層３３が
適正な超伝導性を示すためには、互いに隣接した超伝導
体の結晶格子中に含まれる銅（Ｃｕ）原子の平面３５が
超伝導体層３３の長さ方向に沿って整列していなければ
ならないことを認識するのが重要である。ＳｒＴｉＯ3
の（１００）面が正しく整列していれば、緩衝層３２上
に超伝導体層３３を蒸着した場合にＣｕ原子の平面３５
を整列させるような緩衝層が得られることになる。超伝
導体層３３の蒸着に先立ってＣｕ原子の平面３５の整列
精度をなお一層高めるため、緩衝層３２が局部熱源たと
えばＣＯ2 レーザからのレーザビーム（図４）で処理さ
れ、それによって緩衝層３２の（１００）面のより正確
な配向が達成される。とは言え、高容量のコンデンサを
形成することが所望される場合には、超伝導体の蒸着は
省略され、またレーザ処理はコンデンサの所望性能に応
じて随意に実施すればよい。かかるコンデンサおよび緩
衝層３２のレーザ処理に関しては、後記において一層詳
しい説明が行われる。
超伝導体のｃ軸は基体４の表面から上方に向かって伸び
ている。このようなｃ軸の配置は、適合性のある緩衝層
３２上に超伝導体層３３を蒸着した場合、それに固有の
性質に基づいて得られるものである。超伝導体層３３が
適正な超伝導性を示すためには、互いに隣接した超伝導
体の結晶格子中に含まれる銅（Ｃｕ）原子の平面３５が
超伝導体層３３の長さ方向に沿って整列していなければ
ならないことを認識するのが重要である。ＳｒＴｉＯ3
の（１００）面が正しく整列していれば、緩衝層３２上
に超伝導体層３３を蒸着した場合にＣｕ原子の平面３５
を整列させるような緩衝層が得られることになる。超伝
導体層３３の蒸着に先立ってＣｕ原子の平面３５の整列
精度をなお一層高めるため、緩衝層３２が局部熱源たと
えばＣＯ2 レーザからのレーザビーム（図４）で処理さ
れ、それによって緩衝層３２の（１００）面のより正確
な配向が達成される。とは言え、高容量のコンデンサを
形成することが所望される場合には、超伝導体の蒸着は
省略され、またレーザ処理はコンデンサの所望性能に応
じて随意に実施すればよい。かかるコンデンサおよび緩
衝層３２のレーザ処理に関しては、後記において一層詳
しい説明が行われる。
【００１４】最後に高温酸化物セラミック超伝導体につ
いて述べれば、ＳｒＴｉＯ3 が実質的にペロブスカイト
として分類されるのに対し、超伝導体は変成ペロブスカ
イトとして分類することができる。それ故、ＳｒＴｉＯ
3 上に超伝導体を蒸着した場合、両化合物間の界面は比
較的安定に保たれる。その結果、超伝導体中のＣｕ原子
の平面３５は超伝導体の長さ方向に沿って正しく整列し
た状態に保たれるのである。
いて述べれば、ＳｒＴｉＯ3 が実質的にペロブスカイト
として分類されるのに対し、超伝導体は変成ペロブスカ
イトとして分類することができる。それ故、ＳｒＴｉＯ
3 上に超伝導体を蒸着した場合、両化合物間の界面は比
較的安定に保たれる。その結果、超伝導体中のＣｕ原子
の平面３５は超伝導体の長さ方向に沿って正しく整列し
た状態に保たれるのである。
【００１５】次に図２を見ると、基体４上にＳｒＴｉＯ
3 を蒸着するためのＣＶＤ装置２が示されている。先ず
最初に、好ましくは任意適宜の金属（たとえば、ステン
レス鋼またはモリブデン）から成るテープ状の基体４が
コイル６を成して巻かれている。基体４を清浄にするた
め、基体４がコイル６から繰出され、そして常法に従っ
て脱脂浴８内の任意適宜のフレオン溶剤で脱脂される。
次いで、基体４は電解研磨浴１０内に導入され、そこに
おいて基体４の金属材料に適した電解液により電解研磨
される。その際には、基体４上に４５オングストローム
より大きい掻き傷が存在しないようにすることが好まし
い。次に、基体４が超音波洗浄浴１２内に導入され、そ
こにおいて好ましくは脱イオン水により超音波洗浄され
る。超音波洗浄浴１２内における超音波洗浄に続き、も
う１つの超音波洗浄浴１４内において基体４が好ましく
はアセトンにより更に超音波洗浄される。超音波洗浄浴
１４内における超音波洗浄は約２０分間にわたって行う
ことが好ましい。最後に、基体４はもう１つの超音波洗
浄浴１６内に導入され、そこにおいて好ましくはメタノ
ールにより約１０分間にわたって超音波洗浄される。
3 を蒸着するためのＣＶＤ装置２が示されている。先ず
最初に、好ましくは任意適宜の金属（たとえば、ステン
レス鋼またはモリブデン）から成るテープ状の基体４が
コイル６を成して巻かれている。基体４を清浄にするた
め、基体４がコイル６から繰出され、そして常法に従っ
て脱脂浴８内の任意適宜のフレオン溶剤で脱脂される。
次いで、基体４は電解研磨浴１０内に導入され、そこに
おいて基体４の金属材料に適した電解液により電解研磨
される。その際には、基体４上に４５オングストローム
より大きい掻き傷が存在しないようにすることが好まし
い。次に、基体４が超音波洗浄浴１２内に導入され、そ
こにおいて好ましくは脱イオン水により超音波洗浄され
る。超音波洗浄浴１２内における超音波洗浄に続き、も
う１つの超音波洗浄浴１４内において基体４が好ましく
はアセトンにより更に超音波洗浄される。超音波洗浄浴
１４内における超音波洗浄は約２０分間にわたって行う
ことが好ましい。最後に、基体４はもう１つの超音波洗
浄浴１６内に導入され、そこにおいて好ましくはメタノ
ールにより約１０分間にわたって超音波洗浄される。
【００１６】次いで図２および３について説明すれば、
基体４を清浄にした後、基体４が通常の真空シール２６
を通してＣＶＤ室１８内に導入される。ＣＶＤ室１８内
には、好ましくは酸素に富むガス（たとえば、酸素を添
加したアルゴン）から成るガスが通常のガス輸送手段
（図示せず）によって供給される。また、通常のＣＶＤ
法に従ってＣＶＤ材料３１を基体４上に蒸着することに
よって蒸着層３２が形成される。蒸着層３２およびＣＶ
Ｄ材料３１はチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3 ）
から成ることが好ましい。なお、基体４は通常のリード
線３５によって基体４に対し機能的に接続された通常の
電源３９によって加熱し得ることを理解すべきである。
基体４を清浄にした後、基体４が通常の真空シール２６
を通してＣＶＤ室１８内に導入される。ＣＶＤ室１８内
には、好ましくは酸素に富むガス（たとえば、酸素を添
加したアルゴン）から成るガスが通常のガス輸送手段
（図示せず）によって供給される。また、通常のＣＶＤ
法に従ってＣＶＤ材料３１を基体４上に蒸着することに
よって蒸着層３２が形成される。蒸着層３２およびＣＶ
Ｄ材料３１はチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3 ）
から成ることが好ましい。なお、基体４は通常のリード
線３５によって基体４に対し機能的に接続された通常の
電源３９によって加熱し得ることを理解すべきである。
【００１７】基体４上に蒸着層３２が蒸着された後、蒸
着層３２は通常の真空シール２０を通過してレーザ処理
室２２に入る。通常の高出力ＣＯ2 レーザ光源２７から
のレーザビームが通常の鏡２９によって反射され、そし
て蒸着層３２に照射される。レーザ光源２７とＣＶＤ室
１８との間には、ＣＶＤ材料３１の汚染を防止するため
に通常の光線・圧力遮蔽壁３０が設けられている。蒸着
層３２がレーザビーム２８によって衝撃された後、蒸着
層３２は先ず通常の放射冷却器３３によって冷却され
る。最後に、蒸着層３２を有する基体４が通常の高真空
シール３６を通過して通常の真空冷却室３７に入り、そ
こにおいて約５８時間にわたり冷却される。
着層３２は通常の真空シール２０を通過してレーザ処理
室２２に入る。通常の高出力ＣＯ2 レーザ光源２７から
のレーザビームが通常の鏡２９によって反射され、そし
て蒸着層３２に照射される。レーザ光源２７とＣＶＤ室
１８との間には、ＣＶＤ材料３１の汚染を防止するため
に通常の光線・圧力遮蔽壁３０が設けられている。蒸着
層３２がレーザビーム２８によって衝撃された後、蒸着
層３２は先ず通常の放射冷却器３３によって冷却され
る。最後に、蒸着層３２を有する基体４が通常の高真空
シール３６を通過して通常の真空冷却室３７に入り、そ
こにおいて約５８時間にわたり冷却される。
【００１８】基体４が冷却された後、通常の巻取り技術
に従って基体４を巻取ることによってロール３８が形成
される。こうして得られた蒸着層３２は多結晶質のもの
である。かかる蒸着層３２が十分な厚さ（概して１ミク
ロン以上の厚さ）を有する場合には、蒸着層３２の上部
は（基体４に近接した部分の結晶構造にかかわりなく）
柱状の結晶構造を示し、そしてそれの（１００）面は基
体４の表面に対して平行になる。換言すれば、金属基体
上に形成された十分な厚さのＳｒＴｉＯ3 膜は（１０
０）面が基体の表面に対して平行になるように成長する
強い傾向を示すのである。（１００）面が基体４の平坦
な表面に対して平行になるようにして柱状の結晶粒が堆
積するというこのような傾向は、基体表面上における他
のいかなる配向状態よりも好適なものである。このよう
にしてモリブデン基体上に蒸着されたＳｒＴｉＯ3 層の
代表例が図７に示されている。
に従って基体４を巻取ることによってロール３８が形成
される。こうして得られた蒸着層３２は多結晶質のもの
である。かかる蒸着層３２が十分な厚さ（概して１ミク
ロン以上の厚さ）を有する場合には、蒸着層３２の上部
は（基体４に近接した部分の結晶構造にかかわりなく）
柱状の結晶構造を示し、そしてそれの（１００）面は基
体４の表面に対して平行になる。換言すれば、金属基体
上に形成された十分な厚さのＳｒＴｉＯ3 膜は（１０
０）面が基体の表面に対して平行になるように成長する
強い傾向を示すのである。（１００）面が基体４の平坦
な表面に対して平行になるようにして柱状の結晶粒が堆
積するというこのような傾向は、基体表面上における他
のいかなる配向状態よりも好適なものである。このよう
にしてモリブデン基体上に蒸着されたＳｒＴｉＯ3 層の
代表例が図７に示されている。
【００１９】基体４上に蒸着層３２を形成するための方
法は、若干の軽微な変更を加えることによってバッチ生
産にも適用し得ることを理解すべきである。その場合に
は、基体４を適当な長さおよび幅の断片に切断すること
が必要である。また、かかる断片を処理浴８、１０、１
２、１４および１６並びに処理室１８および３７内に順
次に配置することも必要である。最後に、ＣＶＤ室１８
を気密状態に保つ必要がないため、真空シール２６およ
び３６は必要でない場合もある。
法は、若干の軽微な変更を加えることによってバッチ生
産にも適用し得ることを理解すべきである。その場合に
は、基体４を適当な長さおよび幅の断片に切断すること
が必要である。また、かかる断片を処理浴８、１０、１
２、１４および１６並びに処理室１８および３７内に順
次に配置することも必要である。最後に、ＣＶＤ室１８
を気密状態に保つ必要がないため、真空シール２６およ
び３６は必要でない場合もある。
【００２０】次に図４について説明すれば、蒸着層３２
から緩衝層を形成することが所望される場合には、好ま
しくは通常の１０００Ｗ型ＣＯ2 レーザ（図示せず）か
らのレーザビーム４０で蒸着層３２を衝撃しなければな
らない。詳しく述べれば、蒸着層３２を有する基体４が
通常のヒータブロック４２上に固定される。なお、ヒー
タブロック４２は通常のＸ−Ｙ送り台４４上に取付けら
れている。次いで、好ましくは約１０μｍの波長を有す
るレーザビーム４０を蒸着層３２に照射すれば、蒸着層
３２中に含まれる全てのＳｒＴｉＯ3 分子の（１００）
面は基体４に対してより正確に配向する。すなわち、
（１００）面は蒸着層３２が蒸着された基体４の表面に
対してより正確に平行となる。かかるレーザ処理によ
り、蒸着層３２の（１００）面の配向精度は更に向上す
るのである。なお、レーザビーム４０によるレーザ処理
は超伝導体層３３（図１）を一層正しく配向させるため
超伝導体層３３に関しても使用し得ることを理解すべき
である。
から緩衝層を形成することが所望される場合には、好ま
しくは通常の１０００Ｗ型ＣＯ2 レーザ（図示せず）か
らのレーザビーム４０で蒸着層３２を衝撃しなければな
らない。詳しく述べれば、蒸着層３２を有する基体４が
通常のヒータブロック４２上に固定される。なお、ヒー
タブロック４２は通常のＸ−Ｙ送り台４４上に取付けら
れている。次いで、好ましくは約１０μｍの波長を有す
るレーザビーム４０を蒸着層３２に照射すれば、蒸着層
３２中に含まれる全てのＳｒＴｉＯ3 分子の（１００）
面は基体４に対してより正確に配向する。すなわち、
（１００）面は蒸着層３２が蒸着された基体４の表面に
対してより正確に平行となる。かかるレーザ処理によ
り、蒸着層３２の（１００）面の配向精度は更に向上す
るのである。なお、レーザビーム４０によるレーザ処理
は超伝導体層３３（図１）を一層正しく配向させるため
超伝導体層３３に関しても使用し得ることを理解すべき
である。
【００２１】図５は、（２００）ピーク付近におけるＳ
ｒＴｉＯ3 層の標準的なロッキングカーブを示してい
る。このロッキングカーブは強い（２００）ピークの付
近において測定されたものであるが、（１００）ピーク
の挙動もほとんど同じである。図からわかる通り、レー
ザ処理前においては、ＳｒＴｉＯ3 層の大部分は基体表
面に対する配向角（θ）が２２°付近にピークを成して
分布するような格子構造を有している。その結果、蒸着
層３２上に超伝導体を蒸着した場合には、ＳｒＴｉＯ3
層の（１００）面の配向状態がランダムであるために超
伝導体層のｃ軸が整列しないことがある。これは最終的
に超伝導体層の超伝導特性に影響を及ぼすことがある。
ｒＴｉＯ3 層の標準的なロッキングカーブを示してい
る。このロッキングカーブは強い（２００）ピークの付
近において測定されたものであるが、（１００）ピーク
の挙動もほとんど同じである。図からわかる通り、レー
ザ処理前においては、ＳｒＴｉＯ3 層の大部分は基体表
面に対する配向角（θ）が２２°付近にピークを成して
分布するような格子構造を有している。その結果、蒸着
層３２上に超伝導体を蒸着した場合には、ＳｒＴｉＯ3
層の（１００）面の配向状態がランダムであるために超
伝導体層のｃ軸が整列しないことがある。これは最終的
に超伝導体層の超伝導特性に影響を及ぼすことがある。
【００２２】短時間の局部的なレーザ加熱によって蒸着
層３２を再結晶させれば、図６に示されるごとく、（１
００）面のランダムな配向状態は実質的に消失する。な
お、再結晶後の測定はたまたま（１００）ピーク付近に
おいて行ったが、（２００）ピークの挙動も同じであ
る。詳しく述べれば、図６からわかる通り、再結晶後の
ＳｒＴｉＯ3 層に関する（１００）ピーク付近のロッキ
ングカーブは１２°の近傍に集中し、そして非常に狭い
分布を示している。図６に示されるような再結晶済みの
ＳｒＴｉＯ3 層を得るためには、１０．６μｍの出力波
長を有するＣＯ2レーザを局部熱源として使用すること
が好ましい。かかるＣＯ2 レーザは、ＳｒＴｉＯ3 によ
って強く吸収される強力なレーザパターンを制御可能に
発生し得る点で有利である。このような配向状態の改善
の結果、超伝導体層中の超伝導体分子は超伝導体層の長
さ方向に沿ってかなり正確に整列し、従って超伝導体層
の超伝導特性が向上するのである。
層３２を再結晶させれば、図６に示されるごとく、（１
００）面のランダムな配向状態は実質的に消失する。な
お、再結晶後の測定はたまたま（１００）ピーク付近に
おいて行ったが、（２００）ピークの挙動も同じであ
る。詳しく述べれば、図６からわかる通り、再結晶後の
ＳｒＴｉＯ3 層に関する（１００）ピーク付近のロッキ
ングカーブは１２°の近傍に集中し、そして非常に狭い
分布を示している。図６に示されるような再結晶済みの
ＳｒＴｉＯ3 層を得るためには、１０．６μｍの出力波
長を有するＣＯ2レーザを局部熱源として使用すること
が好ましい。かかるＣＯ2 レーザは、ＳｒＴｉＯ3 によ
って強く吸収される強力なレーザパターンを制御可能に
発生し得る点で有利である。このような配向状態の改善
の結果、超伝導体層中の超伝導体分子は超伝導体層の長
さ方向に沿ってかなり正確に整列し、従って超伝導体層
の超伝導特性が向上するのである。
【００２３】他方、高密度コンデンサを形成するために
は、蒸着層３２にレーザ処理を施す必要はない。レーザ
処理前に得られたままの蒸着層３２の容量特性は、高密
度コンデンサを形成するために十分なものである。実
際、ＳｒＴｉＯ3 分子の（１００）面に対して垂直な軸
（本明細書中では簡単にｃ軸と呼ばれる）に平行な方向
の誘電率（２６°Ｋおよび１００KHz の条件下で１９
０）は、他の軸に沿った方向の誘電率（ｃ軸の場合と同
じ条件を加えた場合において８５）の約２倍である。
は、蒸着層３２にレーザ処理を施す必要はない。レーザ
処理前に得られたままの蒸着層３２の容量特性は、高密
度コンデンサを形成するために十分なものである。実
際、ＳｒＴｉＯ3 分子の（１００）面に対して垂直な軸
（本明細書中では簡単にｃ軸と呼ばれる）に平行な方向
の誘電率（２６°Ｋおよび１００KHz の条件下で１９
０）は、他の軸に沿った方向の誘電率（ｃ軸の場合と同
じ条件を加えた場合において８５）の約２倍である。
【００２４】本発明の特徴の１つは、ＳｒＴｉＯ3 の分
子構造に基づき、ＣＶＤ法に従ってそれを蒸着すること
によって緩衝層または高密度コンデンサを形成し得ると
共に、引続いてＣＯ2 レーザビームで処理することによ
って導電性の良い超伝導製品用の基体を形成し得ること
にある。このようなことが可能である理由は、エキシマ
レーザおよびＣＯ2 レーザが動作する波長（それぞれ約
０．２μｍおよび１０．６μｍ）においてＳｒＴｉＯ3
が強い吸収を示すことにある。
子構造に基づき、ＣＶＤ法に従ってそれを蒸着すること
によって緩衝層または高密度コンデンサを形成し得ると
共に、引続いてＣＯ2 レーザビームで処理することによ
って導電性の良い超伝導製品用の基体を形成し得ること
にある。このようなことが可能である理由は、エキシマ
レーザおよびＣＯ2 レーザが動作する波長（それぞれ約
０．２μｍおよび１０．６μｍ）においてＳｒＴｉＯ3
が強い吸収を示すことにある。
【００２５】上記の説明に基づけば、ＫＴａＯ3 のごと
き他のペロブスカイトの使用をはじめとして数多くの変
更態様が可能であることは当業者にとって自明であろ
う。それ故、かかる変更態様もまた本発明の範囲内に含
まれるのであって、本発明の範囲はもっぱら前記特許請
求の範囲によって規定されるものと解すべきである。
き他のペロブスカイトの使用をはじめとして数多くの変
更態様が可能であることは当業者にとって自明であろ
う。それ故、かかる変更態様もまた本発明の範囲内に含
まれるのであって、本発明の範囲はもっぱら前記特許請
求の範囲によって規定されるものと解すべきである。
【図１】（１００）面が基体の表面に対して平行になる
ように蒸着された緩衝層およびｃ軸が基体の表面に対し
て垂直になるように蒸着された超伝導体層を示す略図で
ある。
ように蒸着された緩衝層およびｃ軸が基体の表面に対し
て垂直になるように蒸着された超伝導体層を示す略図で
ある。
【図２】レーザ処理手段および冷却手段を含む本発明の
化学蒸着（ＣＶＤ）装置を示す略図である。
化学蒸着（ＣＶＤ）装置を示す略図である。
【図３】ＣＶＤ室内における蒸着およびそれに続くレー
ザ処理を受けている基体を示す詳細図である。
ザ処理を受けている基体を示す詳細図である。
【図４】本発明に基づく蒸着層のレーザ処理を示す略図
である。
である。
【図５】レーザ処理の前におけるＳｒＴｉＯ3 蒸着層の
（１００）面の配向状態を示すグラフである。
（１００）面の配向状態を示すグラフである。
【図６】レーザ処理の後におけるＳｒＴｉＯ3 蒸着層の
（１００）面の配向状態を示すグラフである。
（１００）面の配向状態を示すグラフである。
【図７】基体上に蒸着されたＳｒＴｉＯ3 層の結晶構造
を表す写真である。
を表す写真である。
２ ＣＶＤ装置 ４ 基体 ６ コイル ８ 脱脂浴 １０ 電解研磨浴 １２ 超音波洗浄浴 １４ 超音波洗浄浴 １６ 超音波洗浄浴 １８ ＣＶＤ室 ２０ 真空シール ２２ レーザ処理室 ２６ 真空シール ２７ レーザ光源 ２８ レーザビーム ２９ 鏡 ３０ 光線・圧力遮蔽壁 ３１ ＣＶＤ材料 ３２ 蒸着層または緩衝層 ３３ 放射冷却器 ３６ 真空シール ３７ 真空冷却室 ３８ ロール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｂ 12/06 ＺＡＡ 7244−5Ｇ 13/00 ５６５ Ｄ 7244−5Ｇ Ｈ０１Ｇ 4/06 １０２ 9375−5Ｅ 4/10 9375−5Ｅ 4/12 ４１８
Claims (19)
- 【請求項１】 (a) テープ基体を清浄にしかつ研磨する
ための清浄研磨手段、(b) 前記清浄研磨手段に対し機能
的に連結されて、前記テープ基体上にチタン酸ストロン
チウム層を蒸着するための化学蒸着手段、(c) 前記化学
蒸着手段に対し機能的に連結されて、前記テープ基体お
よび前記チタン酸ストロンチウム層を実質的に冷却する
ための冷却手段、および(d) 前記冷却手段に対し機能的
に連結されて、前記チタン酸ストロンチウム層をレーザ
ビームで衝撃することにより整列した高Ｔｃテープ超伝
導体用の緩衝層を形成するためのレーザ処理手段を含む
ことを特徴とする、整列した高Ｔｃテープ超伝導体用緩
衝層の形成装置。 - 【請求項２】 前記清浄研磨手段が脱脂手段、電解研磨
手段および少なくとも３種の超音波洗浄手段から成る請
求項１記載の装置。 - 【請求項３】 前記脱脂手段が内部に溶剤を収容した脱
脂浴から成る請求項２記載の装置。 - 【請求項４】 前記電解研磨手段が４５オングストロー
ムより大きい掻き傷を除去する請求項２記載の装置。 - 【請求項５】 前記超音波洗浄手段が脱イオン水洗浄
浴、アセトン洗浄浴およびメタノール洗浄浴から成る請
求項２記載の装置。 - 【請求項６】 前記冷却手段が放射冷却器および冷却室
から成る請求項１記載の装置。 - 【請求項７】 前記レーザ処理手段が、前記チタン酸ス
トロンチウム層の一部をレーザビームで衝撃することに
より前記チタン酸ストロンチウム層の分子面を前記基体
の表面に対して所定の方向に配向させるために役立つＣ
Ｏ2 レーザ光源から成る請求項１記載の装置。 - 【請求項８】 (a) テープ基体を清浄にしかつ研磨する
ための清浄研磨手段、(b) 前記清浄研磨手段に対し機能
的に連結されて、前記テープ基体上にチタン酸ストロン
チウム層を蒸着するための化学蒸着手段、および(c) 前
記化学蒸着手段に対し機能的に連結されて、前記テープ
基体および前記チタン酸ストロンチウム層を実質的に冷
却するための冷却手段を含むことを特徴とする、高密度
コンデンサの形成装置。 - 【請求項９】 前記清浄研磨手段が脱脂手段、電解研磨
手段および少なくとも３種の超音波洗浄手段から成る請
求項８記載の装置。 - 【請求項１０】 前記脱脂手段が内部に溶剤を収容した
脱脂浴から成る請求項８記載の装置。 - 【請求項１１】 前記電解研磨手段が４５オングストロ
ームより大きい掻き傷を除去する請求項８記載の装置。 - 【請求項１２】 前記超音波洗浄手段が脱イオン水洗浄
浴、アセトン洗浄浴およびメタノール洗浄浴から成る請
求項８記載の装置。 - 【請求項１３】 (a) テープ基体を清浄にしかつ研磨す
るための清浄研磨手段、(b) 前記清浄研磨手段に対し機
能的に連結されて、前記テープ基体上にチタン酸ストロ
ンチウム層を蒸着するための化学蒸着手段、(c) 前記化
学蒸着手段に対し機能的に連結されて、前記テープ基体
および前記チタン酸ストロンチウム層を実質的に冷却す
るための冷却手段、(d) 前記冷却手段に対し機能的に連
結されて、前記チタン酸ストロンチウム層をレーザビー
ムで衝撃することにより整列した高Ｔｃテープ超伝導体
用の緩衝層を形成するためのレーザ処理手段、および
(e) 前記レーザ処理手段に対し機能的に連結されて、前
記緩衝層上に高温酸化物セラミック超伝導体を蒸着する
ための超伝導体蒸着手段を含むことを特徴とする、整列
した高Ｔｃテープ超伝導体の形成装置。 - 【請求項１４】 前記清浄研磨手段が脱脂手段、電解研
磨手段および少なくとも３種の超音波洗浄手段から成る
請求項１３記載の装置。 - 【請求項１５】 前記脱脂手段が内部に溶剤を内部に収
容した脱脂浴から成る請求項１４記載の装置。 - 【請求項１６】 前記電解研磨手段が４５オングストロ
ームより大きい掻き傷を除去する請求項１４記載の装
置。 - 【請求項１７】 前記超音波洗浄手段が脱イオン水洗浄
浴、アセトン洗浄浴およびメタノール洗浄浴から成る請
求項１４記載の装置。 - 【請求項１８】 前記冷却手段が放射冷却器および冷却
室から成る請求項１３記載の装置。 - 【請求項１９】 前記レーザ処理手段が、前記チタン酸
ストロンチウム層の一部をレーザビームで衝撃すること
により前記チタン酸ストロンチウム層の分子面を前記基
体の表面に対して所定の方向に配向させるために役立つ
ＣＯ2 レーザ光源から成る請求項１３記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US982526 | 1992-11-27 | ||
| US07/982,526 US5356474A (en) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | Apparatus and method for making aligned Hi-Tc tape superconductors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06293596A true JPH06293596A (ja) | 1994-10-21 |
| JP3490752B2 JP3490752B2 (ja) | 2004-01-26 |
Family
ID=25529255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28969693A Expired - Fee Related JP3490752B2 (ja) | 1992-11-27 | 1993-11-19 | 整列した高Ｔｃテープ超伝導体用緩衝層の形成装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5356474A (ja) |
| JP (1) | JP3490752B2 (ja) |
| GB (1) | GB2272911B (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08144041A (ja) * | 1994-11-17 | 1996-06-04 | Toppan Printing Co Ltd | 巻取り式真空蒸着装置 |
| JP2005534157A (ja) * | 2002-07-26 | 2005-11-10 | メトル、アクサイド、テクナラジズ、インク | テープ基板上の超伝導材料のための方法および装置 |
| JP2006513553A (ja) * | 2002-07-26 | 2006-04-20 | メトル、アクサイド、テクナラジズ、インク | テープ基板上の超伝導材料 |
| JP2007280710A (ja) * | 2006-04-05 | 2007-10-25 | Fujikura Ltd | 酸化物超電導導体 |
| US8124170B1 (en) | 2004-01-23 | 2012-02-28 | Metal Oxide Technologies, Inc | Method for forming superconductor material on a tape substrate |
| JP2012241234A (ja) * | 2011-05-19 | 2012-12-10 | Fujikura Ltd | 超電導線材用基材の製造方法 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5855668A (en) * | 1994-03-25 | 1999-01-05 | Kabushiki Kaisha Shinkosha | Surface treating method of single crystal |
| JP3354747B2 (ja) * | 1995-05-22 | 2002-12-09 | 株式会社フジクラ | Ｃｖｄ反応装置および酸化物超電導導体の製造方法 |
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| WO2003093530A1 (en) * | 2002-05-01 | 2003-11-13 | Danfoss A/S | A method for modifying a metallic surface |
| US20040020430A1 (en) * | 2002-07-26 | 2004-02-05 | Metal Oxide Technologies, Inc. | Method and apparatus for forming a thin film on a tape substrate |
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