JPS63207007A

JPS63207007A - 超電導体

Info

Publication number: JPS63207007A
Application number: JP62041750A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1987-02-24
Filing date: 1987-02-24
Publication date: 1988-08-26
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JP2660280B2

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】「発明の利用分野」本発明はセラミック系超電導材料を用いたもので、基体
上に薄膜化した材料に対し帯状（または線状）にレーザ
光を用いパターンニング（実質的に基体上に書巻または
線巻）を施すものである。

そしてこのセラミック系超電導材料を用いて超電導マグ
ネット用強磁場を発生させんとするものである。

「従来の技術」従来超電導材料はＮｂ−Ｇｅ（例えばＮｂ５Ｇｅ）の金
属材料が用いられている。この材料は金属であるため延
性、展性を高く有し、超電導マグネット用のコイル巻を
行うことが可能であった。

しかし、これらの金属材料を用いた超電導材料はＴｃ（
超電導臨界温度を以下単にＴｃという）が小さく　２３
　”　Ｋまたはそれ以下しがない。これに対し工業上の
応用を考えるならばこのＴｃが３０　’　Ｋ好ましくは
７７°Ｋまたはそれ以上であるとさらに有効である。特
に７７°に以上の温度ににＴｃを有する超電導材料が開
発されるならば、液体窒素温度雰囲気下での動作を可能
とし、工業上の運転維持価格をこれまでの約１７１０ま
たはそれ以下にすることが可能であると期待されている
。

「従来の問題点」このため、Ｔｃの高い材料として金属ではな（セラミッ
ク系材料、特に酸化物セラミック系材料が注目されてい
る。しかしこの注目されているセラミック系超電導材料
はＴｃが高いにもかかわらず。

曲げ性、延性、展性にとぼしく、少し曲げてもわれてし
まう。いわんや線材料として作ることはまったく不可能
である。特にこれを円板状または円筒状の基体の表面に
マグネット用のコイルを構成すべく巻くことはまったく
不可能であった。そしてこのコイルに大電流（大きい電
流密度）を流して結果として強磁場を発生させることは
まった（不可能であった。

「問題を解決すべき手段」本発明はかかるコイル状とし、ここに大電流を流すこと
を可能としたセラミック超電導材料に関する。

本発明は予め所望の形状を有する基体、例えば円筒状ま
たは円板状の基体に対し薄膜状にセラミック材料特に酸
化物セラミック材料をスパッタ法により形成する。この
スパッタ法で形成するとこの薄膜はアモルファスまたは
格子歪および格子欠陥を多量に有する微結晶を有する多
結晶構造を呈する。この構造では一般に半導体性または
超電導性を有さない導電性または絶縁性である。

このためかかる状態の膜に対し、本発明は選択的にレー
ザ光を照射、走査（スキャン）し、一定の巾を有する帯
状に再結晶化する工程を有せしめる。このレーザアニー
ルによりレーザ光の照射された領域のみレーザアニール
工程が行われて結晶化率（結晶粒径を大きく、また超電
導を呈する微結晶構造とさせる）を上げ、この領域内の
み、格子歪、格子欠陥を少なくさせ得る。同時に一度溶
融して再結晶化をさせるため本来超電導を有すべき結晶
構造以外の不純物をある程度照射された表面に偏析させ
、内部の不純物を除去し、高純度化を行い得る。すると
この部分のみ一定のＴｃを有する超電導材料とすること
ができる。このスパッタ法等で形成される薄膜はターゲ
ットを調整しセラミック超電導材料例えば（Ｌａ＋−ｘ
Ｂａｘ）　２ＣｕＯ４（ＢＬＣＯ）　。

ＣＬａｒ−ｘ　５ｒｘ）ｚ（ＳＬＣＯ）、一般的に表現
するならば（Ｌａ＋−ｘ　Ａｘ）ｚｃｕｏ４但しＡはＢ
ａ、Ｓｒその他となり得るターゲット材料を用いた。

本発明のレーザ光源は例えばＹＡＧレーザ（波長１．０
６ｐ）またはエキシマレーザ（ＫｒＦ、ＫｒＣ１等）を
用いた。前者は円状のレーザビームを５〜３０ＫＨｚの
周波数で繰り返して照射することができ、そしてこの照
射された部分のみ一度溶融し、再結晶化させることによ
りこの部分を超電導材料とし得ることが特徴である。ま
た後者のエキシマレーザを用いる場合は面例えば２０　
Ｘ　３０ｍｍ”に対してパルス照射をすることが可能と
なる。他方、これを光学系でしぼることにより線または
帯状（巾５〜１００μｍ）のレーザビームを作ることが
でき１、このレーザビームをセラミック膜に帯状に照射
することが可能である。

本発明はかくの如く基体の表面に形成されたセラミック
材料に対し選択的にレーザ光を照射してその部分のみ超
電導材料とさせることを特徴としている。するとこの周
辺部の残存した領域は実質的に絶縁領域（Ｔｃ以下の湿
度においては超電導を有する部分に比べて理論的には無
限に抵抗が太き（絶縁領域とすることが可能となる。そ
してこの部分を除去することも可能であるが、多層配線
の段差を少なくする場合には凹部のうめこみ材料とする
ことが可能となる。即ち多層巻が可能となる。

「作用」これまでの金属超電導材料を用いる場合、その工程とし
てまず線材とする。そしてこれを所定の基体にまいてゆ
くことによりコイルを構成せしめた。

しかし本発明のセラミック超電導体に関しては最終形状
の基体を設け、この基体上に帯状に超電導を結晶化処理
の後車すべき材料を膜状（そのままでは超電導を呈さな
い）に形成する。そしてこの膜に対し選択的にレーザア
ニールを行うことによりアニールを行った部分のみ結晶
化度を向上せしめる。そしてこのレーザ光を任意に走査
することにより、その表面傾城にのみ任意の線、帯また
は面を導出させることができる。そしてこの領域のみＴ
ｃ以下の温度では抵抗「０」の状態を生ぜしめ得る。そ
の際、その周辺の膜材料は製造工程の筒略化のため、そ
のまま残存させる。するとこの残存領域はＴｃを有さな
いため、またはＴｃが十分結晶化領域に比べて小さいた
め、絶縁材料とみなすことができる。即ち抵抗Ｏの領域
の周辺部には絶縁物を充填させている。かくして曲げ性
、延性、展性のほとんどないセラミックを用いても超電
導マグネットを構成させることを可能とせしめる。

「実施例１」第１図は本発明の製造工程を示す。

第１図（Ａ）において基体（１）はセラミック材料例え
ばアルミナ、ガラスを用いた。金属を用いてもよい。こ
の基体をこの実施例では板状を有する基体上にＢＬＣＯ
をスパッタ法により０．５〜２０μ論例えば２μｍの厚
さに形成した。このスパッタに際しては予めターゲット
に（Ｌａ＋−ｘＢａｘ）ｚｃｕ０４例えばＸ　＝０．０
７５として十分混合したものを用いた。

それをスパッタ法で飛翔化させ、基体（１）上に膜（２
）を形成させた。この際基体は室温〜４００℃例えば２
５０℃に加熱した雰囲気でアルゴンに酸素を若干加えた
。かくして第１図（Ｂ）の形状が作られた後第１図（Ｃ
）に示すごと＜、ＹＡＧレーザの光（波長１，０６μ）
（３）を照射する。これはパルス光であるため、そのパ
ルスが畳上に走査するために１つの円形スポットに次の
円形スポットの６０〜８０％が重なるようにした。即ち
レーザ光の走査速度は２ｍ／分とし、周波数８ＫＨ２％
スポット径５０μｍとした。するとこのレーザ光の照射
された部分のみ選択的に溶融し、レーザ光がまったく照
射されなくなった後再結晶化がなされる。この再結晶化
の速度を余り急峻にしないため、この第１図（Ｃ）の工
程の際、基体全体を２００〜８００℃、例えば６００℃
の温度にハロゲンランプにより加熱した雰囲気でレーザ
アニールを行った。するとレーザ光により照射される部
分は１３００℃またはそれ以上の温度に瞬間的になるた
めそこより室温への急激な除冷によりクランクの発生を
防ぐことができた。そしてこの実施例でのＴｃは２９６
Ｋを得た。

かくしてこのレーザ光を照射して実質的に帯または線状
にＴｃを有する領域を作ることができた。

「実施例２」第２図は本発明の他の実施例を示す。

図面において基体（１）は円筒状ををする。ここに実施
例１と同様に膜状にセラミック材料（２）をスパッタ法
で形成する。

この作製はスパッタ装置でこの円筒基体を矢印（１２）
に示す如くに回転しつつコーティングすればよい。

次にこれら膜の形成された基体にＹＡＧレーザ（３）を
照射しつつこのレーザ光を（１１）の方向に徐々に移す
。同時に円筒を矢印（１２）の方向に回転をする。

するとこの円筒状基体に対し一本の連続した帯状のＴｃ
を有する領域（４）を構成させることができる。

その隣接部（５）はＴｃを有さない領域として残存させ
る。即ちコイル状に熱電荷ワイヤを実質的に形成したこ
とと同じ超電導マグネットコイルを構成させることがで
きた。

第４図はかかる工程を繰り返し行うことにより多層に超
電導ワイヤを形成したものである。

これに第２図におけるＡ−Ａ’　の縦断面図が対応する
。図面の構成を略記する。

基体（１）上に第１のセラミック材料を膜コーティング
（２−１）する、この後レーザ光を（４−１）　、　（
４−２）・・・（４−ｎ）に照射する。これは基体を回
転しつ“つレーザ光を右へ移すことにより成就し得る。

するとこのレーザ光が照射され、かつアニールされた領
域部分のみ超電導材料に変成する。

次にこれら上に第２のセラミック材料を膜コーティング
（２−２）を形成する。さらにレーザアニールを行い、
帯状のＴｃを有する領域（４’−ｎ）、　　・・・（４
”−２）、（４’−１）を作る。この時レーザはその深
さ方向の制御が比較的困難のため下側ににじみ出しやす
い。そのため（４’−１）　、　（４’−２）の位置は
その下側のＴｃを有する領域（４−１）　、　（４−２
）　　・・・の上方を避け、Ｔｃのない領域（５−１）
　、　（５−２）　　・・・上方に配設する。この（４
−１）は１回コイルをまわって（４−２）に電気的に連
携している。これら端部の（４−ｎ）では２層目の（４
“−ｎ）に（１０−１）にて連結している。

さらにこの２Ｎ目の他方の端部（４°−１）は３Ｎ目の
（４”−１）と（１０−２）で連結しており、３層目の
Ｔｃを有する領域を（４゛−１）　、　（４”　−２）
　　・・・（４”−ｎ）として作り得、さらに（１０−
３）にて４層目と連結させる。かくして多層構造（ここ
では４層構造）をしても１本の長い線が繰り返し巻かれ
、実質的にコイルの多層巻と同じ構成とすることができ
る。

この第４図の実施例では（４−１）　、　（４−２）の
巾の約５倍に（５−１）　、　（５−２）を有せしめ、
（４’　−１）　、　（４”　−１）（４゛′”−１）
は（５−１）の上方に形成され、それぞれの層間で互い
のリード線のショートが発生しないようしている。多層
配線はこれを繰り返し、１層〜数十層とし得る。またこ
の際は直列にあたかも１本の導体の如くに連結した。し
かし用途により並列に連結してもよい。そして外部取り
出し電極、リード（３０）　、　（３０′）を設けた。

その他は実施例１と同様である。

「実施例３」第３図は本発明の他の実施例を示す図面である。

図面において、基体（１）は円板状（ディスク状）を有
し、一方の端部（６）より超電導の線状の領域（４）は
円を描きつつ中央部の他の端部（７）と連結すべくレー
ザ光（３）により選択的に再結晶化させている。

この図面では１層のディスク構成を示すが、第４図に示
した実施例と同様に多層構成を有せるこ゛とが可能であ
る。

このレーザアニールを加えた領域のＴｃは２７°Ｋを得
た。

「効果」本発明によりこれまでまったく不可能とされていたセラ
ミック超電導体を実質的にコイル状、ディスク状に線ま
たは帯状に構成させることが可能となった。

そして曲げるとすぐわれでしまうセラミックス超電導を
して金属とまったく同様の超電導マグネ・２トを作るこ
とが可能となった。

さらにこの際、非放電領域はアイソレイション領域とし
て用い、このバターニングに対しフォトリソグラフィー
技術をまったく用いていないことはきわめて多量生産に
優れたものと推定される。

本発明の超導電材料は延性、展性、曲げ性を有さない材
料特にセラミック材料であればなんでもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超電導体の作製工程を示す。第２図、第３図および第４図は本発明の超電導体の実施
例を示す。１・・・基体２・・・セラミック材料３・・・レーザ光４・・・超電導を呈する帯状領域５・・・超電導を呈さない領域

Claims

【特許請求の範囲】１、基体上に設けられたセラミック材料の膜を用いて、
結晶化率を高めた帯状領域のみに超電導現象を有せしめ
、前記帯状領域の周辺部に設けられている結晶化率の高
められていない領域は非超電導状態を有せしめる構造が
設けられたことを特徴とする超電導体。２、特許請求の範囲第１項において、高い結晶化率を有
する帯状領域は５〜１００μの巾を有するともに、この
帯状を有する領域の側周辺には同一主成分材料の非超電
導状態を有する材料が残存されたことを特徴ととする超
電導体。３、特許請求の範囲第１項において、セラミック材料は
（Ｌａ＿１＿−＿ｘＳｒ＿ｘ）＿ｚＣｕＯ＿４又は（Ｌ
ａ＿１＿−＿ｘＢａ＿ｘ）＿ｚＣｕＯ＿４の構造を有す
ることを特徴とする超電導体。４、特許請求の範囲第１項において、基体は円筒状を有
し、帯状領域はコイル状に複数回巻いて設けられたこと
を特徴とする超電導体。