JPS63207009A - 超電導体の作製方法 - 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】 「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（実質的に基体上に幕巻または
線巻）を施す超電導体の作製方法である。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
７７６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Ｉ／１０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くセラミッ
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、少し曲げてもねれてし
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
まったく不可能であった。

「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の作製方法に関する
。

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。この工程によりレ
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
ｄ−ｘＢａｘ）　ｚｃｕ０４（ＢＬＣＯ）　＋　（Ｌａ
ｄ−ｇ　５ｒｘ）　ｚ（ＳＬＣＯ）、一般的に表現する
ならば（Ｌａ１−ｘ　ＡＸ）ＺＣＬ１０４但しＡはＨａ
、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
６　ｐ　）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５〜３０ＫＩ
Ｉ２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５、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
限に抵抗が大きく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、その表面領域にのみ任意の線、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０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存する基体上にＢＬＣＯ
をスパッタ法により０．５〜２０μｍ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＋−ｇＢａｘ）２Ｃｕ０４例えばＸ＝０．０７
５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２ｏ＋／分とし、周波数８Ｋｆ
ｌｚ、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６
００℃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
２９°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）は円筒状を有する。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木の連続した帯状の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２層目の他方の端部（４”−１）は３層目の
（４”−１）と（１０−２）で連結しており、３Ｎ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）（４１°−１）は（
５−１）の上方に形成され、それぞれの眉間で互いのリ
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、ＩＮ〜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、基体り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２７６Ｋ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ットを作ること
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、このパターニングに対しフォトリソグラフィー
技術をまった（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・ツ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。 ｌ・・・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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基体上にスパッタ法によりセラミック材料を形成す
   る工程と、該材料に対し帯状にレーザ光を照射して選択
   的に結晶化率を高めることにより超電導状態を生ぜしめ
   得る材料に変成する工程とを有することを特徴とする超
   電導体の作製方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、円筒状の基体上に
   酸化物セラミック材料を形成する工程と、該材料に対し
   前記円筒上の基板を回転しつつレーザ光を帯状に照射す
   ることによりコイル状に超電導を呈する状態の領域を作
   製することを特徴とする超電導体の作製方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、（Ｌａ＿１＿−＿
   ｘＳｒ＿ｘ）＿２ＣｕＯ＿４または（Ｌａ＿１＿−＿ｘ
   Ｂａ＿ｘ）＿２ＣｕＯ＿４で示される酸化物セラミック
   スを高周波または直流スパッタ法を用いて基体上に膜形
   成することを特徴とする超電導体の作製方法。