RU2503096C1 - Apparatus and method of depositing superconducting layers - Google Patents
Apparatus and method of depositing superconducting layers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2503096C1 RU2503096C1 RU2012140190/28A RU2012140190A RU2503096C1 RU 2503096 C1 RU2503096 C1 RU 2503096C1 RU 2012140190/28 A RU2012140190/28 A RU 2012140190/28A RU 2012140190 A RU2012140190 A RU 2012140190A RU 2503096 C1 RU2503096 C1 RU 2503096C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- laser beam
- substrate
- moving
- heating zone
- Prior art date
Links
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области высокотемпературной сверхпроводимости, а именно к устройству и способу нанесения высокотемпературных сверхпроводящих слоев методом импульсной лазерной абляции на протяженную подложку/ленту, и может использоваться для изготовления ленточных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) второго поколения.The group of inventions relates to the field of high-temperature superconductivity, and in particular, to a device and method for applying high-temperature superconducting layers by pulsed laser ablation to an extended substrate / tape, and can be used to manufacture second-generation high-temperature superconductors (HTSCs).
Уровень техникиState of the art
Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) имеют критическую температуру более 11 градусов по Кельвину. Открытие нового класса сверхпроводников, представляющих собой металлическую оксидную керамику, в частности, Y-Ba-Cu-О с критической температурой Тс=90-92 К, которая выше температуры 77 К жидкого азота, стало прорывом в развитии ВТСП. Рекордная температура перехода в сверхпроводящее состояние на настоящий момент составляет 135 К для ртутных (Hg-Ba-Ca-Cu-O) сверхпроводников. В качестве хладагента для этих материалов можно использовать жидкий азот (77 К). Стоимость криооборудования и его энергопотребление для охлаждения ВТСП во много раз меньше, чем для низкотемпературных сверхпроводников. Наряду с высокой плотностью критического тока, достигающей единиц МА/см2 при 77 К, эти материалы демонстрируют рекордную среди всех прочих сверхпроводников устойчивость критического тока в магнитных полях. В этом состоит их принципиальное преимущество по сравнению с проводами первого поколения на основе висмутовых ВТСП. Если в лентах 1-го поколения ВТСП проводники заключены в матрицу из серебра или сплава на его основе, то для создания лент 2-го поколения обычно применяют ленты-подложки, на которых ВТСП проводник - один и представляет из себя тонкое покрытие на поверхности ленты. В последнее десятилетие происходило накопление мирового опыта в технологии ВТСП-лент 2-го поколения, приведшее к появлению лент длиной в сотни метров с токонесущей способностью, достигающей 500 А при 77 К.High-temperature superconductors (HTSC) have a critical temperature of more than 11 degrees Kelvin. The discovery of a new class of superconductors, which are metal oxide ceramics, in particular, Y-Ba-Cu-O with a critical temperature T c = 90-92 K, which is higher than the temperature of 77 K liquid nitrogen, was a breakthrough in the development of HTSC. The record temperature for transition to the superconducting state at the moment is 135 K for mercury (Hg-Ba-Ca-Cu-O) superconductors. Liquid nitrogen (77 K) can be used as a refrigerant for these materials. The cost of cryo equipment and its energy consumption for cooling HTSC are many times less than for low-temperature superconductors. Along with a high critical current density reaching units of MA / cm 2 at 77 K, these materials exhibit record critical magnetic field stability among all other superconductors. This is their fundamental advantage over first-generation wires based on bismuth HTSCs. If in the 1st generation HTSC tapes the conductors are enclosed in a matrix of silver or an alloy based on it, then to create the 2nd generation tapes, substrate tapes are usually used, on which the HTSC conductor is one and is a thin coating on the surface of the tape. In the last decade, there has been an accumulation of world experience in the technology of HTSC tapes of the 2nd generation, which led to the appearance of tapes hundreds of meters long with a current carrying capacity of up to 500 A at 77 K.
В результате отбора ВТСП покрытие промышленно изготавливаемых лент обычно включает в себя такие компоненты, как иттрий, барий, медь и кислород: YBa2Cu3O7-δ (YBCO).As a result of the selection of HTSC, the coating of industrially manufactured tapes usually includes such components as yttrium, barium, copper and oxygen: YBa 2 Cu 3 O 7 -δ (YBCO).
Одним из наиболее высокоэффективных способов получения ВТСП материалов является импульсная лазерная абляции, например, при воздействии в камере осаждения сканирующего лазерного луча эксимерного лазера на плоский торец вращающейся мишени из YBCO [Сверхпроводящие высокотемпературные пленки Y-Ba-Cu-O, полученные импульсным лазерным распылением. В.Ю. Баранов, Е.В. Богданов, В.М. Борисов и др. Сборник научных трудов Института атомной энергии им. И.В. Курчатова, 1988]. Однако данные устройство и способ, применявшиеся для нанесения сверхпроводящих слоев на неподвижную нагреваемую подложку, не предназначены для получения длинных лент с ВТСП покрытием, требуемых для изготовления ВТСП кабелей и других видов электроэнергетического оборудования.One of the most highly efficient methods for producing HTSC materials is pulsed laser ablation, for example, when an excimer laser is exposed on the flat end face of a rotating YBCO target in the deposition of a scanning laser beam [Y-Ba-Cu-O superconducting high-temperature films obtained by pulsed laser spraying. V.Yu. Baranov, E.V. Bogdanov, V.M. Borisov et al. Collection of scientific papers of the Institute of Atomic Energy named after I.V. Kurchatova, 1988]. However, these device and method used for applying superconducting layers to a fixed heated substrate are not intended to produce long HTSC coated tapes required for manufacturing HTSC cables and other types of electric power equipment.
Из ЕР 0469603 А2 известны другие способ и устройство для нанесения сверхпроводящих слоев. В одном из вариантов устройство содержит первое и второе зеркала для двумерного сканирования мишени. Двумя зеркалами можно управлять с помощью электромагнитных приводов таким образом, чтобы лазерный луч сканировал всю площадь мишени. Однако координация двух зеркал сложна и может не обеспечивать равномерное нанесение ВТСП покрытия с одной стороны и равномерную выработку мишени - с другой стороны. Производительность метода также может быть недостаточна высокой.Other methods and apparatus for applying superconducting layers are known from EP 0 469 603 A2. In one embodiment, the device comprises first and second mirrors for two-dimensional scanning of the target. Two mirrors can be controlled using electromagnetic drives so that the laser beam scans the entire target area. However, the coordination of the two mirrors is complex and may not provide uniform HTSC coating on the one hand and uniform target production on the other. The performance of the method may also be insufficiently high.
Частично этих недостатков лишены известные из US Patent 7501145 В2 устройство и метод получения протяженных ВТСП лент методом лазерной абляции нескольких расположенных на одной линии мишеней, облучаемых таким же количеством лазерных лучей, фиксированных в пространстве. Мишени снабжены приводом вращения и механизмом возвратно-поступательного движения для равномерной выработки покрытия мишени и равномерного нанесения покрытия на протяженную подложку, движущуюся через зону нагрева, в которой происходит осаждение сверхпроводящего материала на подложку. Метод нанесения сверхпроводящих слоев предполагает перекрытие потоков испаряемого с мишеней материала, формирующего сверхпроводящие слои на поверхности протяженной подложки. Данные устройство и метод обладают высокой производительностью за счет мультиплицирования количества мишеней и лазерных лучей. Однако фиксация лазерного луча в пространстве может ограничивать частоту следования лазерных импульсов из-за того, что в области фокусировки луча на мишени может происходить накопления паров и продуктов абляции материала мишени, рассеивающих лазерный луч. Это является фактором, ограничивающим производительность метода, не позволяющим использовать лазеры с высокой частотой повторения импульсов. Кроме этого, механизмы и контроль перемещения мишеней достаточно сложны.Partially these drawbacks are deprived of the device and method for producing extended HTSC tapes by laser ablation of several targets located on the same line, irradiated with the same number of laser beams, fixed in space, which are known from US Patent 7501145 B2. Targets are equipped with a rotation drive and a reciprocating mechanism for uniformly coating the target and uniformly coating the extended substrate moving through the heating zone, in which superconducting material is deposited on the substrate. The method of applying superconducting layers involves blocking the flows of material evaporated from the targets, forming superconducting layers on the surface of an extended substrate. These devices and methods have high performance due to the multiplication of the number of targets and laser beams. However, the fixation of the laser beam in space can limit the frequency of the laser pulses due to the fact that in the region of focusing the beam on the target, vapor and ablation products of the target material scattering the laser beam can accumulate. This is a factor limiting the performance of the method and does not allow the use of lasers with a high pulse repetition rate. In addition, the mechanisms and control of target movement are quite complex.
Частично этих недостатков лишены известные из US Patent 7501125 устройство и способ для нанесения сверхпроводящих слоев. Устройство для нанесения сверхпроводящих слоев содержит: камеру осаждения с зоной нагрева, через которую перемещается протяженная подложка, импульсно-периодический лазер, сфокусированный на мишень, характеризующуюся длиной Llas и имеющую покрытие, формирующее сверхпроводящий материал на подложке; механизм для перемещения импульсного лазерного луча в направлении сканирования по поверхности мишени, от которой оделяется материал и ударяет в протяженную подложку, нагреваемую в зоне нагрева; механизм перемещения мишени, и блок управления для контроля последовательных движений лазерного луча и перемещения мишени. Partially these disadvantages are deprived of the device and method for applying superconducting layers known from US Patent 7,501,125. A device for applying superconducting layers comprises: a deposition chamber with a heating zone through which an extended substrate moves, a pulsed-periodic laser focused on a target of length L las and having a coating forming a superconducting material on the substrate; a mechanism for moving the pulsed laser beam in the scanning direction along the surface of the target, from which the material is detached and hits an extended substrate, heated in the heating zone; a mechanism for moving the target, and a control unit for monitoring successive movements of the laser beam and the movement of the target.
Способ нанесения сверхпроводящих слоев, включает: перемещение протяженной подложки через зону нагрева, воздействие импульсного сфокусированного лазерного луча на мишень с покрытием, формирующим сверхпроводящий материал, от которой отделяется материал и вместе с потоком плазмы ударяет в нагретую протяженную подложку в зоне нагрева, обеспечивая равномерное покрытие подложки сверхпроводящим материалом за счет линейного сканирования лучом лазера поверхности мишени по длине мишени и перемещения поверхности мишени поперек направления линейного сканирования лазерного луча.A method of applying superconducting layers includes: moving an extended substrate through a heating zone, exposure to a pulsed focused laser beam on a target with a coating forming a superconducting material, from which the material is detached and, together with the plasma stream, strike a heated extended substrate in the heating zone, providing uniform coverage of the substrate superconducting material due to linear scanning by the laser beam of the target surface along the length of the target and the movement of the target surface across the direction ineynogo scanning laser beam.
В указанных устройстве и способе используется плоская мишень, которую перемещают в плоскости мишени и периодически поворачивают на 180° в плоскости мишени. Механизм для перемещения импульсного лазерного луча в направлении сканирования по поверхности мишени может включать поворотное зеркало с поворотным механизмом и механизм возвратно-поступательного движения зеркала. Способ нанесения сверхпроводящих слоев предусматривает прерывание лазерного луча на время, за которое осуществляют поворот мишени на 180°. Указанные устройство и способ обеспечивают равномерную выработку поверхности мишени и равномерное покрытие подложки сверхпроводящим материалом. Одновременное передвижение как луча, так и мишени позволяет повысить скорость нанесения сверхпроводящих слоев, однако существенные ограничения присутствуют и в этом способе. Дело в том, что для равномерного нанесения сверхпроводящих слоев расстояние между местами фокусировки лазерного луча на поверхности мишени при очередных лазерных импульсах должны отстоять друг от друга на расстоянии около 1 мм. Однако в указанных устройстве и способе достаточно сложно обеспечить высокую постоянную величину скорости перемещения поверхности мишени относительно лазерного луча, которая, в основном, определяется величиной скорости перемещения сканирующего лазерного луча. Это ограничивает возможности повышения производительности нанесения сверхпроводящих слоев. Кроме этого, механизм поступательного движения мишени с ее периодическими поворотами в плоскости мишени достаточно сложен.In the specified device and method uses a flat target, which is moved in the plane of the target and periodically rotated 180 ° in the plane of the target. The mechanism for moving the pulsed laser beam in the scanning direction along the target surface may include a rotary mirror with a rotary mechanism and a reciprocating mechanism of the mirror. The method of applying superconducting layers involves interrupting the laser beam for a time during which the target is rotated through 180 °. The specified device and method provide uniform output of the target surface and uniform coating of the substrate with superconducting material. The simultaneous movement of both the beam and the target can increase the deposition rate of superconducting layers, however, significant limitations are also present in this method. The fact is that for uniform deposition of superconducting layers, the distance between the places of focusing of the laser beam on the target surface at the next laser pulses should be separated from each other at a distance of about 1 mm. However, in the specified device and method it is rather difficult to provide a high constant value of the velocity of the target surface relative to the laser beam, which is mainly determined by the magnitude of the velocity of the scanning laser beam. This limits the ability to increase the deposition rate of superconducting layers. In addition, the mechanism of translational motion of the target with its periodic rotations in the plane of the target is quite complicated.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Настоящее изобретение направлено на упрощение механизма перемещения мишени, значительное увеличение скорости перемещения мишени и обеспечение за счет этого возможности повышения производительности нанесения сверхпроводящих слоев, в частности, увеличением частоты следования лазерных импульсов.The present invention is aimed at simplifying the mechanism of moving the target, a significant increase in the speed of movement of the target and providing due to this the possibility of increasing the productivity of the deposition of superconducting layers, in particular, by increasing the repetition rate of laser pulses.
Техническим результатом изобретения является упрощение устройства при обеспечении возможности повышения скорости нанесения сверхпроводящих слоев.The technical result of the invention is to simplify the device while making it possible to increase the deposition rate of superconducting layers.
Для решения указанных задач предлагается устройство для нанесения сверхпроводящих слоев, содержащее: камеру осаждения с зоной нагрева, через которую перемещается протяженная подложка, импульсно-периодический лазер, сфокусированный на мишень, характеризующуюся длиной Ltag и имеющую покрытие, формирующее сверхпроводящий материал на подложке; механизм для перемещения импульсного лазерного луча в направлении линейного сканирования поверхности мишени, от которой отделяется материал и ударяет в протяженную подложку, нагреваемую в зоне нагрева; механизм перемещения мишени, и блок управления для контроля последовательных движений лазерного луча и перемещения мишени.To solve these problems, a device for applying superconducting layers is proposed, comprising: a deposition chamber with a heating zone through which the extended substrate moves, a pulsed-periodic laser focused on a target of length L tag and having a coating forming a superconducting material on the substrate; a mechanism for moving a pulsed laser beam in the direction of linear scanning of the target surface, from which the material is separated and strikes an extended substrate, heated in the heating zone; a mechanism for moving the target, and a control unit for monitoring successive movements of the laser beam and the movement of the target.
Усовершенствование устройства состоит в том, что механизм перемещения мишени содержит постоянно вращающийся вал с приводом вращения, мишень закреплена на валу вращения, мишень имеет осевую симметрию относительно оси вращения, и ось вращения мишени параллельна направлению перемещения подложки через зону нагрева.An improvement of the device consists in the fact that the target movement mechanism contains a constantly rotating shaft with a rotation drive, the target is mounted on the rotation shaft, the target has axial symmetry relative to the rotation axis, and the axis of rotation of the target is parallel to the direction of movement of the substrate through the heating zone.
Предпочтительно, что мишень имеет наружную поверхность в форме прямого круглого цилиндра.Preferably, the target has an outer surface in the form of a straight circular cylinder.
В другом аспекте изобретение относится к способу нанесения сверхпроводящих слоев, включающему: перемещение протяженной подложки через зону нагрева, воздействие импульсного сфокусированного лазерного луча на мишень с покрытием, формирующим сверхпроводящий материал, от которой отделяется материал и вместе с потоком плазмы ударяет в нагретую протяженную подложку в зоне нагрева, обеспечивая равномерное покрытие подложки сверхпроводящим материалом за счет линейного сканирования лучом лазера поверхности мишени по длине мишени и перемещения поверхности мишени поперек направления линейного сканирования лазерного луча.In another aspect, the invention relates to a method for depositing superconducting layers, including: moving an extended substrate through a heating zone, applying a focused focused laser beam to a target with a coating forming a superconducting material, from which the material is detached and, together with the plasma stream, hits a heated extended substrate in the zone heating, providing uniform coating of the substrate with superconducting material due to linear scanning by the laser beam of the target surface along the length of the target and moving the surface of the target across the direction of linear scanning of the laser beam.
Усовершенствование способа состоит в том, что перемещение поверхности мишени поперек направления линейного сканирования лазерного луча осуществляют непрерывным вращением мишени, которая имеет осевую симметрию относительно оси вращения, причем ось вращения мишени параллельна направлению перемещения подложки через зону нагрева.An improvement of the method consists in the fact that the movement of the target surface across the direction of linear scanning of the laser beam is carried out by continuous rotation of the target, which has axial symmetry relative to the axis of rotation, and the axis of rotation of the target is parallel to the direction of movement of the substrate through the heating zone.
Выполнение устройства и способа нанесения сверхпроводящих слоев в предложенном виде обеспечивает простоту перемещения поверхности мишени в направлении поперек направления линейного сканирования мишени по ее длине. При этом обеспечивается повышение скорости поверхности мишени до значений, многократно превышающих скорость перемещения лазерного луча по поверхности мишени. Это позволяет по сравнению с аналогами и прототипом в несколько раз повысить частоту следования лазерных импульсов и, соответственно, увеличить скорость нанесения сверхпроводящих слоев.The implementation of the device and method of applying superconducting layers in the proposed form provides ease of movement of the target surface in the direction transverse to the direction of linear scanning of the target along its length. This ensures an increase in the speed of the target surface to values many times higher than the speed of movement of the laser beam on the surface of the target. This allows, in comparison with analogues and prototype, to increase the repetition rate of laser pulses several times and, accordingly, increase the deposition rate of superconducting layers.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Существо изобретения поясняется прилагаемым чертежом, на котором схематично показано устройство для нанесения сверхпроводящих слоев.The invention is illustrated by the attached drawing, which schematically shows a device for applying superconducting layers.
Данный чертеж не охватывает и, тем более, не ограничивает весь объем вариантов реализации данного технического решения, а является иллюстрацией частного случая его выполнения.This drawing does not cover and, moreover, does not limit the entire scope of options for implementing this technical solution, but is an illustration of a particular case of its implementation.
Детальное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Устройство для нанесения сверхпроводящих слоев, показанное на фиг.1, содержит предварительно вакуумированную и затем предпочтительно заполненную кислородом камеру осаждения 1 с зоной нагрева 2, через которую перемещается протяженная подложка 3. В состав устройства входит импульсно-периодический лазер 4 с лучом 5, сфокусированным посредством линзы 6 на мишень 7, характеризующуюся длиной Ltag и имеющую покрытие, формирующее сверхпроводящий материал на подложке 3. Мишень предпочтительно имеет наружную поверхность 8 в форме прямого круглого цилиндра. Механизм перемещения мишени 7 содержит постоянно вращающийся вал 9 с приводом вращения 10. Мишень 7 закреплена на валу вращения 8 и имеет осевую симметрию относительно оси вращения 11. Ось вращения 11 мишени 7 параллельна направлению 12 поступательного перемещения подложки 3 через зону нагрева 2. Устройство также содержит механизм 13, для перемещения импульсного лазерного луча в направлении 14 сканирования по поверхности мишени 7, от которой отделяется материал в виде плазмы 15 лазерного факела и ударяет в протяженную подложку 3, нагреваемую в зоне нагрева 2. Блок управления 16 служит для контроля скорости перемещения мишени 7 и последовательных перемещений лазерного луча 5 в направлении 14 линейного сканирования мишени. Лазерный луч 5 проходит в камеру осаждения 1 через ее окно 17. Зона нагрева 2 образована камерой нагрева 18 с протяженным отверстием 19, напротив которого размещена мишень 7. Подложка 3 может быть спирально намотана на трубу 20, которая может вращаться вокруг своей оси 21 и перемещаться в линейном направлении 12.The device for applying superconducting layers, shown in figure 1, contains a pre-evacuated and then preferably oxygen-filled deposition chamber 1 with a heating zone 2 through which the extended substrate 3 moves. The device includes a pulse-periodic laser 4 with a beam 5 focused by lens 6 onto the target 7, characterized by a length L tag and having a coating, forming a superconducting material on the substrate 3. The target preferably has an outer surface 8 in the form of a right circular qi Indra. The mechanism for moving the target 7 contains a constantly rotating shaft 9 with a rotation drive 10. The target 7 is mounted on the rotation shaft 8 and has axial symmetry relative to the axis of rotation 11. The axis of rotation 11 of the target 7 is parallel to the direction 12 of the translational movement of the substrate 3 through the heating zone 2. The device also contains a mechanism 13 for moving the pulsed laser beam in the scanning direction 14 over the surface of the target 7, from which the material in the form of a plasma 15 of the laser torch is separated and strikes an extended substrate 3, heated in the zone heating 2. The control unit 16 is used to control the speed of movement of the target 7 and successive movements of the laser beam 5 in the direction 14 of the linear scanning of the target. The laser beam 5 passes into the deposition chamber 1 through its window 17. The heating zone 2 is formed by the heating chamber 18 with an extended hole 19, opposite which the target 7 is placed. The substrate 3 can be spirally wound on the pipe 20, which can rotate around its axis 21 and move in the linear direction 12.
Способ нанесения сверхпроводящих слоев посредством описанного устройства осуществляют следующим образом. Через вакуумированную и затем предпочтительно заполненную кислородом камеру осаждения 1 с зоной нагрева 2 перемещают протяженную подложку 3. Лучом 5 импульсно-периодического лазера 4, сфокусированным, например, посредством линзы 6 и вводимым в камеру осаждения 1 через окно 17 воздействуют на мишень 7, имеющую наружную поверхность 8 в форме прямого круглого цилиндра. Лазерным лучом 5 производят абляцию мишени с покрытием, формирующим сверхпроводящий материал на подложке 3. Посредством абляции материал отделяют от мишени 7 и вместе с потоком плазмы 15 лазерного факела переносят через отверстие 19 камеры нагрева 18 на нагретую протяженную подложку 3. В процессе нанесения сверхпроводящих слоев с помощью механизма 13 производят линейное сканирование (осциллирующее или однонаправленное) лучом 5 лазера 4 поверхности мишени 7 в направлении 14 по длине мишени Ltag. Одновременно с этим перемещают поверхность мишени 3 поперек направления 14 линейного сканирования лазерного луча 5 за счет непрерывного вращения закрепленной на валу 9 мишени у. Приводом 10 осуществляют вращение мишени 3 относительно оси 11 симметрии мишени, параллельной направлению 12 перемещения подложки 3 через зону нагрева 2. При этом с помощью блока управления 16 осуществляют оптимальный режим последовательных движений лазерного луча 5, перемещения мишени 7 и циклов работы лазера 4. В результате осуществляют равномерное покрытие подложки 3 сверхпроводящим материалом. Подложка 3 может быть спирально намотана на трубу 20, которую вращают вокруг оси трубы 21 и перемещают в линейном направлении 12, что позволяет покрывать сверхпроводящим материалом большую поверхность подложки 3.The method of applying superconducting layers by means of the described device is as follows. Through an evacuated and then preferably oxygen-filled deposition chamber 1 with a heating zone 2, an extended substrate 3 is moved 3. A beam 5 of a repetitively pulsed laser 4, focused, for example, by means of a lens 6 and introduced into the deposition chamber 1 through a window 17, acts on a target 7 having an outer surface 8 in the form of a straight circular cylinder. The laser beam 5 is used to ablate the target with the coating forming the superconducting material on the substrate 3. By ablation, the material is separated from the target 7 and, together with the plasma stream 15 of the laser torch, is transferred through the hole 19 of the heating chamber 18 to the heated extended substrate 3. During the deposition of superconducting layers with using the mechanism 13, a linear scan is performed (oscillating or unidirectional) by the beam 5 of the laser 4 of the target surface 7 in the direction 14 along the length of the target L tag . At the same time, the surface of the target 3 is moved across the direction 14 of linear scanning of the laser beam 5 due to the continuous rotation of the target y fixed on the shaft 9. The drive 10 rotates the target 3 relative to the axis of symmetry 11 of the target, parallel to the direction 12 of the movement of the substrate 3 through the heating zone 2. In this case, using the control unit 16, the optimal mode of successive movements of the laser beam 5, the movement of the target 7 and the cycles of the laser 4. uniformly coating the substrate 3 with a superconducting material. The substrate 3 can be spirally wound on a pipe 20, which is rotated around the axis of the pipe 21 and moved in the linear direction 12, which allows a large surface of the substrate 3 to be coated with superconducting material.
Выполнение механизма перемещения мишени в виде постоянно вращающегося вала с приводом вращения упрощает механизм перемещения мишени и позволяет перемещать поверхность мишени с высокой скоростью. Обеспечивается высокая постоянная величина скорости перемещения поверхности мишени относительно лазерного луча, которая в отличие от прототипа теперь, в основном, определяется величиной скорости перемещения поверхности мишени, а не скоростью перемещения лазерного луча. При непрерывном вращении мишени легко обеспечивается необходимое для равномерного нанесения сверхпроводящих слоев расстояние A (A≈1 мм) между местами фокусировки лазерного луча на поверхности мишени при очередных лазерных импульсах. В сочетании с линейным перемещением луча по поверхности мишени также обеспечивается линейное перемещение в пространстве потока плазмы с поверхности мишени. Все это позволяет повысить частоту следования лазерных импульсов и увеличить скорость нанесения сверхпроводящих слоев на протяженную подложку.The implementation of the target movement mechanism in the form of a constantly rotating shaft with a rotation drive simplifies the target movement mechanism and allows you to move the target surface at high speed. A high constant value of the velocity of the target surface relative to the laser beam is provided, which, unlike the prototype, is now mainly determined by the magnitude of the velocity of the target surface, and not the velocity of the laser beam. With continuous rotation of the target, the distance A (A≈1 mm) between the places of focusing of the laser beam on the surface of the target at the next laser pulses is easily necessary for uniform deposition of superconducting layers. In combination with the linear movement of the beam along the target surface, a linear movement in the space of the plasma flow from the target surface is also provided. All this makes it possible to increase the laser pulse repetition rate and increase the rate of deposition of superconducting layers on an extended substrate.
Выполнение мишени симметричной относительно оси вращения, предпочтительно с цилиндрической поверхностью, и ориентация оси вращения мишени параллельно направлению перемещения подложки через зону нагрева обеспечивает как равномерное нанесения сверхпроводящих слоев на протяженную подложку, так и равномерное по поверхности мишени воздействие лазерного луча.The execution of the target symmetrical with respect to the axis of rotation, preferably with a cylindrical surface, and the orientation of the axis of rotation of the target parallel to the direction of movement of the substrate through the heating zone provides both uniform deposition of superconducting layers on an extended substrate and a uniform laser beam on the surface of the target.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет упростить устройство для нанесения сверхпроводящих слоев и повысить скорость нанесения сверхпроводящих слоев при равномерном покрытии протяженной подложки сверхпроводящим материалом.Thus, the present invention allows to simplify the device for applying superconducting layers and to increase the deposition rate of superconducting layers while uniformly coating an extended substrate with superconducting material.
Claims (3)
механизм перемещения мишени содержит постоянно вращающийся вал с приводом вращения, мишень закреплена на валу вращения, мишень имеет осевую симметрию относительно оси вращения, и ось вращения мишени параллельна направлению перемещения подложки через зону нагрева.1. A device for applying superconducting layers, comprising: a deposition chamber with a heating zone through which the extended substrate moves, a repetitively pulsed laser focused on a target having a length and having a coating forming a superconducting material on the substrate; a mechanism for moving the pulsed laser beam in the direction of linear scanning of the surface of the target, from which the material is detached and hits an extended substrate, heated in the heating zone; a mechanism for moving the target, and a control unit for monitoring successive movements of the laser beam and moving the target, characterized in that
the target movement mechanism contains a constantly rotating shaft with a rotation drive, the target is mounted on the rotation shaft, the target has axial symmetry relative to the axis of rotation, and the axis of rotation of the target is parallel to the direction of movement of the substrate through the heating zone.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012140190/28A RU2503096C1 (en) | 2012-09-20 | 2012-09-20 | Apparatus and method of depositing superconducting layers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012140190/28A RU2503096C1 (en) | 2012-09-20 | 2012-09-20 | Apparatus and method of depositing superconducting layers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2503096C1 true RU2503096C1 (en) | 2013-12-27 |
Family
ID=49817824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012140190/28A RU2503096C1 (en) | 2012-09-20 | 2012-09-20 | Apparatus and method of depositing superconducting layers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2503096C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2561975C1 (en) * | 2014-03-31 | 2015-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Device and method for application of shells of fuel elements |
| RU2707399C1 (en) * | 2019-01-15 | 2019-11-26 | Общество с ограниченной ответственностью "С-Инновации" | Method of producing high-temperature superconducting tape of the second generation, mainly for current-limiting devices, and a method of controlling quality of such tape |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1143536B1 (en) * | 1998-12-15 | 2008-12-03 | Asahi Kasei EMD Corporation | Semiconductor device |
| US7501145B2 (en) * | 2003-06-23 | 2009-03-10 | Superpower, Inc. | High throughput continuous pulsed laser deposition process |
| RU2382440C1 (en) * | 2008-11-01 | 2010-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | METHOD OF MAKING MULTILAYER SUPERCONDUCTING yBaCuO NANOFILMS ON SUBSTRATE |
| MD175Y (en) * | 2008-02-25 | 2010-03-31 | Institutul De Inginerie Electronica Si Tehnologii Industriale Al Academiei De Stiinte A Moldovei | Device for the obtaining of superconducting films |
| RU2443038C1 (en) * | 2010-09-03 | 2012-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова" | Device for high-temperature sedimentation of superconductive layers |
-
2012
- 2012-09-20 RU RU2012140190/28A patent/RU2503096C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1143536B1 (en) * | 1998-12-15 | 2008-12-03 | Asahi Kasei EMD Corporation | Semiconductor device |
| US7501145B2 (en) * | 2003-06-23 | 2009-03-10 | Superpower, Inc. | High throughput continuous pulsed laser deposition process |
| MD175Y (en) * | 2008-02-25 | 2010-03-31 | Institutul De Inginerie Electronica Si Tehnologii Industriale Al Academiei De Stiinte A Moldovei | Device for the obtaining of superconducting films |
| RU2382440C1 (en) * | 2008-11-01 | 2010-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | METHOD OF MAKING MULTILAYER SUPERCONDUCTING yBaCuO NANOFILMS ON SUBSTRATE |
| RU2443038C1 (en) * | 2010-09-03 | 2012-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова" | Device for high-temperature sedimentation of superconductive layers |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2561975C1 (en) * | 2014-03-31 | 2015-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Device and method for application of shells of fuel elements |
| RU2707399C1 (en) * | 2019-01-15 | 2019-11-26 | Общество с ограниченной ответственностью "С-Инновации" | Method of producing high-temperature superconducting tape of the second generation, mainly for current-limiting devices, and a method of controlling quality of such tape |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7501145B2 (en) | High throughput continuous pulsed laser deposition process | |
| CN110607506B (en) | Pulse laser coating device | |
| Usoskin et al. | YBCO-coated conductors manufactured by high-rate pulsed laser deposition | |
| US5624722A (en) | Apparatus and method for depositing films on substrate via on-axis laser ablation | |
| RU2503096C1 (en) | Apparatus and method of depositing superconducting layers | |
| JP4468901B2 (en) | Heat treatment equipment for oxide superconducting wire. | |
| CN108220888A (en) | Heating unit and its pulse laser coating apparatus suitable for pulse laser plated film | |
| CN102409298A (en) | Continuous rapid laser coating method of superconducting layer in second-generation high-temperature superconducting strip | |
| JP4876044B2 (en) | Heat treatment apparatus for oxide superconducting wire and method for manufacturing the same | |
| US8629087B2 (en) | HTS coated conductor with particle inclusions, and method of production of an HTS coated conductor | |
| CN108277457B (en) | Light path device suitable for pulse laser coating and pulse laser coating device thereof | |
| JP2004263227A (en) | Thin film deposition method and deposition system | |
| JP2020139189A (en) | Film deposition apparatus, film deposition method, and manufacturing method of superconducting wire rod using the same | |
| JP2011146234A (en) | Method of manufacturing oxide superconducting film | |
| JP2015090803A (en) | Oxide superconductive wire rod and method of producing oxide superconductive wire rod | |
| JP2004071410A (en) | Forming method and its device of stabilized layer | |
| JPH10226877A (en) | This film forming method and equipment therefor | |
| JP5894907B2 (en) | Oxide superconducting wire and method for producing the same | |
| Pham et al. | Beam steering laser assisted deposition system for high‐T c superconducting thin film devices | |
| JPH09102228A (en) | Manufacture of oxide superconducting wire | |
| JPH06271394A (en) | Target for laser beam vapor deposition device and production of oxide superconductor using the same | |
| JP2017022171A (en) | Oxide superconducting conductor manufacturing method and manufacturing device | |
| Porokhov et al. | The physical basis of the fabrication of the third generation of high-temperature superconducting wires on quartz substrates | |
| JPH01191777A (en) | Device for producing long-sized oxide-based superconductor | |
| RU2529865C2 (en) | Device for application of homogeneous smooth thin films of different materials on solid substrates |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150921 |