JPS63291405A - 超電導コイルの製造方法 - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は、酸化物系超電導体からなるリング状パター
ンを形成して超電導コイルを製造する方法に関する。

「従来の技術」 従来より、超電導コイルとしては、例えばＮｂ−Ｔｉ合
金などの合金系超電導材料からなる細線を常電導体から
なる基体上に巻いて形成したものや、あるいはＮｂ５Ｓ
ｎなどの化合物系超電導材を基体上に半田付けした後、
この化合物系超電導材を機械的に切削してコイル状に加
工する方法などが知られている。

ところで、近時、臨界温度が５０に以上のｌ３ａ−Ｌ　
ａ−Ｃｕ−０系、Ｂ　ａ−Ｙ　−Ｃｕ−０系等のいわゆ
るＡ−Ｂ−Ｃｕ−０系（Ａ　：Ｂ　ａ、　Ｓ　ｒ、　Ｂ
　ｅ−のアルカリ土類金属、Ｂ：Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ・・・
の周期律表第１Ａ族金属元素）の酸化物系超電導体が次
々と見い出されつつある。これら酸化物系超電導体は、
上記の合金系あるいは化合物系超電導体に比べて臨界温
度が高く、液体窒素温９度以上で常電導状態から超電導
状態に遷移するなどの優れた特性を有することにより、
超電導コイルへの適用、実用化が期待されている。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、これら酸化物系超電導体を超電導コイル
に適用するための有効な手段は未だ開発されていない。

「問題点を解決するための手段」 この発明において、その第１の発明では基体の外周面に
酸化物系超電導体からなる薄膜層を均一に形成し、次い
でこの薄膜層の一部を除去してパターン化することを、
また第２の発明では基体の外周面に酸化物系超電導材料
からなる薄膜層を均一に形成し、次いでこの薄膜層の一
部を除去してパターン化し、その後該薄膜屓を焼成酸化
して酸化物系超電導体とすることを上記問題点の解決手
段とした。

以下、本発明の具体例を図面を利用して詳しく説明する
。

本発明の第１の発明では、まず第１図に示すように円筒
状の基体ｌ外周面に前処理を施した後、超電導体を被覆
して薄膜層２を形成する。ここで基体ｌとしては、銅、
ニッケル、鉄等の金属あるいはこれらの合金、酸化アル
ミニウム、酸化ジルコニウム等のセラミックス、テフロ
ン、ＦＲＰ等の合成樹脂、さらには石英ガラス、高ケイ
酸ガラス、ホウケイ酸低アルカリガラス等のガラスなど
が用いられる。また、超電導体としては、例えばＢ　ａ
−Ｌ　ａ−Ｃｕ−０系、Ｓ　ｒ−Ｌ　ａ−Ｃｕ−０系、
Ｃａ−Ｌ　ａ−Ｃｕ−０系などの上述したＡ　−Ｂ　−
Ｃｕ−０系として示される酸化物系超電導体が用いられ
る。

そしてこの場合、基体ｌへの前処理は基体ｌの材質によ
って適宜選択され、例えば基体１に石英チューブを用い
た場合には、その外周面上にアモルファスシリコンを薄
膜状に被覆し、また基体ｌに銅を用いた場合には、その
外表面を逐次酸化法などにより酸化してＣｕＯの単結晶
薄膜を形成する。また、超電導体の基体１への被覆は、
スパッタ法、蒸着法、イオンビーム法、ＣＶＤ法、ＭＯ
ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＭＢＤ法、クラスターイオンビー
ムエピタキシー法等の一般的な薄膜形成法によってなき
れる。

次いで、薄膜層２からその一部を除去し、該薄膜層２を
第２図に示すようにリング状にパターン化して超電導コ
イルとする。この場合、パターン化は周知のホトリソグ
ラフィー・エツチングによってなされる。すなわち、Ｓ
ｉあるいは金属Ｔｉ等をマスクとして用い、ドライある
いはウェットエツチングによりパターン３を形成する。

このような製造方法によれば、基体！として種々の材料
を用いることができ、またこれら材料に対応して超電導
体からなるパターン３を基体ｌ上に容易に形成すること
ができ、さらにこのパターン３の寸法等を精度良く形成
することができる。

本発明の第２の発明では、第３図に示すようにまず円柱
状の基体４外周面に超電導材料を被覆して薄膜層５を形
成する。ここで基体４としては、第１図に示した基体ｌ
と同様のものが用いられる。

また、超電導材料としては、例えばＢ　ａ−Ｌ　ａ−Ｃ
ｕ系、Ｓ　ｒ−Ｌ　ａ−Ｃｕ系、Ｃａ−Ｌａ−Ｃｕ系な
どのＡ−Ｂ−Ｃｕ系（Ａ：Ｒａ、Ｓｒ、Ｂｅ・−のアル
カリ土類金属、Ｂ：Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ・・・の周期律表第
１Ｉ［Ａ族金属元素）として示される合金が用いられる
。そしてこの場合、超電導材料の基体４への被覆は、先
の第１の発明における超電導体の被覆と同様に、スパッ
タ法、蒸着法等の一般的な薄膜形成法によってなされる
。

次いで、薄膜層５からその一部を除去し、該薄膜層５を
第４図に示すようにリング状にパターン化する。ここで
、パターン化も先の第１の発明と同様に周知のホトリソ
グラフィー・エツチングによってなされ、この場合には
ホトレジストを表面に塗布した後、酸でエツチングする
ことによりパターン６が形成される。

その後、このパターン６を形成した基体４を、酸素雰囲
気中で加熱焼成し、これによりパターン６を酸化して第
１の発明におけるパターン３と同様の酸化物系超電導体
とし、超電導コイルを得る。

このような製造方法にあっては、先に示した方法と同様
に基体４として種々の材料を用いることができ、さらに
基体゛４表面に超電導材料を被覆し、これを酸化して超
電導体とすることから、基体４と超電導体との接合を強
固にすることができる。

「実施例」 以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。

（実施例１　） 第１の発明に基づいて超電導コイルを作製した。

まず、外径５（Ｊａｌ、内径４０ＩＩＩＲ＋１長さ１ｏ
Ｏｎａ＋の円筒同軸状石英チューブを用意し、この石英
チューブの外周面上にプラズマＣＶＤ法によってアモル
ファスシリコンを０．２μｍ程度の厚さで被覆した。次
いで、このアモルファスシリコン膜を形成した石英チュ
ーブを、第５図に示した装置７内に配置し、（Ｂ　ａｏ
、ｓＹ　Ｏ，ｔＣＬＩＯＫ）によって示される組成物を
ターゲツト材８としてスパッタリングを行い、石英チュ
ーブ９のアモルファスシリコン上に（Ｂ　ａａ、３Ｙ　
ｏ、７Ｃｕｏ　４）の組成を有する酸化物系超電導体の
薄膜層を厚さ２μｍ程度に被覆形成した。ここで、薄膜
層の形成は、第５図において石英チューブ９を回転軸Ｉ
Ｏにより支持し、かつ高周波を印加して石英チューブ９
周辺をプラズマ雰囲気１１とし、また雰囲気中の酸素濃
度あるいは印加電圧等を適宜調整し、さらに回転軸ｌＯ
を回転して石英チューブ９を適宜な速度で回転させつっ
、スパッタリングを施すことにより行った。このように
して得られた薄膜層は、回転しつつある円筒同軸状の石
英チューブ９上に被覆形成されたことにより、その厚さ
が均一となった。

その後、薄膜層にホトリソグラフィー・酸エツチングを
施して、５０μｍ幅のリング状のパターンを０．５ｍｍ
間隔に形成し超電導コイルとした。

このようにして得られた超電導コイルにおける超電導体
の特性を測定したところ、臨界温度８９に、臨界電流密
度１０００　Ａ／ａｍ”という結果が得られた。

（実施例２　） 上記例と同様に第１の発明に基づいて超電導コイルを作
製した。

まず、外径２５　＋ｎ＋＋、長さ５０ｍｏ＋の円柱状金
属銅を用意し、その外周表面に逐次酸化法を施すことに
より、厚さ２ｍｍ程度のＣｕＯの良好な結晶層を形成し
た。

この場合に逐次酸化法とは、以下の手順による方法とし
た。まず、金属銅を酸素雰囲気中あるいは酸素プラズマ
中などにおいて１０００℃程度に所定時間加熱し、その
表面を酸化してＣｕＯ薄膜を形成する。次いで、このよ
うにして形成したＣｕ−ｏＦｓ＠の表層部を反応性イオ
ンエツチング、イオンシリング、反応性イオンビームエ
ツチング等のドライエツチング、あるいはウェットエツ
チング等の方法を用いて除去する。ここで、この除去操
作１回により、前記酸化操作で形成されたＣｕＯ薄膜の
厚さの８０〜９０％程度を除去することが望ましい。そ
の後、以上の酸化・除去を複数回繰り返し、金属銅表面
に結晶構造の整ったＣｕＯ単結晶薄膜を形成する。

次いで、このＣｕＯ単結晶薄膜の上にスパッタリングに
より、（Ｓ　ｒｏ、ｔｓＬ　ａｏ、７ｓ）ｔＣｕｏ　４
の組成を有する酸化物系超電導体の薄膜層を厚さ１μｍ
程度に被覆形成した。

その後、薄膜層にホトリソグラフィー・ドライエツチン
グを施して、１００μｍ幅のリング状のパターンを０．
５ｍｍ間隔に形成し超電導コイルとした。

このようにして得られた超電導コイルにおける超電導体
の特性を測定したところ、臨界温度３５に１臨界型流密
度４００　Ａ　／　Ｃｔａ”という結果が得られた。

（実施例３　） 第２の発明に基づいて超電導コイルを作製した。

まず、外径３０　ｍｍ、長さ５０１１ＩＩｌの円柱状の
石英の外周面に、スパッタリングにより（Ｂａｏ、ｓ−
Ｌ　ａｏ、ｔｓｃ　ｕ　）の組成を有する合金を厚さ２
μｍ程度に被覆して薄膜層を形成した。次いで、この薄
膜層にホトリソグラフィー・エッチジグにより１００μ
ｍ幅のリング状のパターンを０．５ＩＩＩＩＩ幅で形成
した。その後、この合金薄膜層を形成した石英を拡散炉
中に入れ、０２＝６％、Ａｒ：９４％の組成からなる雰
囲気ガス中にて１０２０℃で約１時間加熱し、上記合金
からなるパターンを焼成酸化して（Ｂ　ａｏ、ｓＬ　ａ
ｏ、７ｓｃ　ｕｏ　４）の組成を有する酸化物系超電導
体とし、これにより超電導コイルを形成した。

このようにして得られた超電導コイルにおける超電導体
の特性を測定したところ、臨界温度３４に１臨界型流密
度３５０Ａ／ｃｍ”という結果が得られた。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明における第１の発明の超電
導コイルの製造方法は、筒状あるいは柱状の基体の外周
面に酸化物系超電導体からなる薄膜層を均一に形成し、
次いでこの薄膜層の一部を除去してパターン化するもの
であるから、基体として種々の材料を用いることができ
るため超電導コイル作製の自由度が大きくなり、またこ
れら材料に対応して超電導体からなるパターンを基体上
に容易に形成することができ、さらにこのパターンの寸
法等を精度良く形成することができることから、得られ
る超電導コイルの特性の均一化を図ることができる。

また、第２の発明は、筒状あるいは柱状の基体の外周面
に酸化物系超電導材料からなる薄膜層を均一に形成し、
次いでこの薄膜層の一部を除去してパターン化し、その
後該薄膜層を焼成酸化して酸化物系超電導体とするもの
であるから、上記第１の発明と同様に基体として種々の
材料を用いることができ、さらに基体表面に超電導材料
を被覆し、これを酸化して超電導体とすることから、基
体と超電導体との接合を強固にすることができ、よって
得られた超電導コイルにあっては実用上例えば急激な冷
却などに際しても、超電導体が基体から剥離する二とが
ないなどの優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の超電導コイルの製造方法
の第１の発明の一具体例を説明するための図であって、
第１図は基体上に薄膜層を形成した状態を示す側断面図
、第２図はこの第１の発明によって得られた超電導コイ
ルの要部断面図、第３図および第４図は本発明の第２の
発明の一具体。 例を説明するための図であって、第３図は基体上に薄膜
層を形成した状態を示す側断面図、第４図はパターンを
形成した状態を示す要部断面図、第５図は第１の発明の
一実施例を説明するための図であって、薄膜層を形成す
る装置の概略構成図である。 １１４・・・・・・基体、２．５・・・・・・薄膜層、
３．６・・・・・・パターン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒状あるいは柱状の基体の外周面に酸化物系超電
   導体からなる薄膜層を均一に形成し、次いでこの薄膜層
   の一部を除去してパターン化することを特徴とする超電
   導コイルの製造方法。
2. （２）筒状あるいは柱状の基体の外周面に酸化物系超電
   導材料からなる薄膜層を均一に形成し、次いでこの薄膜
   層の一部を除去してパターン化し、その後該薄膜層を焼
   成酸化して酸化物系超電導体とすることを特徴とする超
   電導コイルの製造方法。