JPH03174307A - 酸化物超電導体の製造方法 - 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、超電導マグネット、超電導送電、医療用機
４、超電導エネルギー貯蔵、超電導素子用などとして応
用開発が進められている酸化物超電導体の製造方法に関
する。

「従来の技術」 従来、酸化物系の超電導体を製造する方法として、真空
蒸着法、スパッタリング法、レーザビーム、ＭＢＥ法（
分子線エピタキシー法）、ＣＶＤ法（化学気相成長法）
、ＩＶＤ法（イオン気相成長法）などの成膜法が知られ
ている。また、これらの各種の成膜方法において、均質
で超電導特性の良好な酸化物超電導膜を製造できる方法
として、真空成膜プロセスを用い、熱あるいは高周波プ
ラズマ、イオンビームなどのエネルギーをターゲットに
照射してターゲットから叩き出された粒子を基板上に堆
積させる技術が主流となっている。

このような各種の成膜法において、緻密な膜の生成が可
能であって、成膜速度の速い技術として、レーザ蒸着法
が注目されている。このレーザ蒸着法は、目的とする酸
化物超電導体の組成と同一あるいは近似した組成のター
ゲットを用い、このり−ゲットにレーザビームを照射し
てターゲットの表面部分をえぐり取り、この蒸発粒子を
乱打上に堆積させることで酸化物超電導体を製造する方
法であり、他の成膜性に比較して以下に説明する利点か
あることで知られている。

■述常のスパッタリング法ではターゲット組成と生成膜
の組成がかなりずれる傾向があるが、レーザ蒸着法にお
いては、用いたターゲットの組成と生成膜の組成とのず
れが少ないので、目的の組成の酸化物超電導膜を（すや
すい利点がある。

■ａ常のスパッタリング法においては、厚さ１μ−程度
の酸化物超電導膜を製造するためにＩＯ時間程度の処理
時間を必要とするが、レーザ蒸着法においては厚さ数μ
ｍ程度の酸化物超電導膜を１時間程度で製造できる利点
がある。

■蒸着法やスパッタリング法においては、蒸発源や１！
極などを真空雰囲気中に配置する必要があるが、レーザ
蒸着法では、レーザ光を処理装置の外部から導くことが
でき、レーザ発行装置などを処理装置の外部に設けるこ
とができるので、処理！！２の内部を質の良い真空条件
に保つこと力（容易であって、種々の気相雰囲気で成膜
できる利点がある。

「発明が解決しようとする課題Ｊ ところが、前記レーザ蒸着法で乱打上に酸化物超ｆｆｉ
導体の模を形成する場合、ターゲット表面のレーザビー
ムを照射した部分から構成粒子を叩き出して蒸着を行っ
ている間に、ターゲットの１６射部分が順次えぐり取ら
れて消耗し、その結果、放出されるターゲット粒子と、
基板上に蒸着される模の［と、膜厚が成膜中に経時変化
を起こす問題があった。

本発明は前記課題を解決するためになされたしので、膜
質や膜厚に経時変化を起こすことなく、常に安定した膜
質と膜厚を有する酸化物超電導体を製造する方法を提Ｏ
（することを目的とする。

ｒｓｍを解決するための手段Ｊ 本発明は前記課題を解決するために、蒸着処理室内に酸
化物超電導体または酸化物超電導体と近似組成のターゲ
ットを設置し、このターゲットにレーザビームを照射し
てターゲットの表面部分をえぐり取り、発生させた粒子
をターゲットの近傍に設置した乱打上に堆積させて酸化
物超電導体を製造する方法において、レーザビームを集
光レンズと反射ミラーを介してターゲットに照Ｑ（する
とともに１曲射中に反射ミラーと集光レンズの少なくと
も１つを光軸に対し傾斜させてターゲットの表面の）Ｕ
　ｌ！を部分にレーザビームを照射して蒸着を行うもの
である。

「作用」 ターゲット表面の複数部分から粒子を叩き出すのでター
ゲットの局部的な消耗が防止される。また、ターゲット
表面の複数部分から叩き出した粒子を堆積させるので、
組成の整った均質な酸化物超電導体の膜が得られる。更
に、安定したターゲット粒子の放出を長時間維持できる
ので、安定した成膜ができるとともに、品質の安定した
大きな面積の膜が得られる。また、レーザ蒸着法である
ので、成膜時間が短くなるとともに、緻密な酸化物超電
導体の膜が得られる。

「実施例ｊ 第１図は本発明方法を実施するために使用する装置の一
例を示すもので、■は処理室４を示し、この処理容器！
の内部の蒸着処理室１ａには基板２とターゲット３が設
置されている。

処理容器１は排気孔１ｂを介して図示時の真空排気装置
に接続されて内部を真空排気できる上うになっている。

蒸着処理室１ａの底部には基台４が設けられ、この基台
４の上面に基板（基材）２が水平に設置されるとともに
、基板２の斜め上方側に、支持板５によって支持された
ターゲット３が傾斜状態で設けられている。

前記ターゲット３は、形成しようとする酸化物超電導体
の膜と同等または近似した組成、あるいは、成膜中に逃
避しやすい成分を多く含有させた複合酸化物の焼結体、
または、酸化物超電導体のバルクなどから形成されてい
る。現在知られている臨界温度の高い酸化物超電導体と
して具体的には、Ｙ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系、Ｂ　ｉ−
９ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、Ｔ　ＩＢ　ａ−Ｃａ−Ｃｕ−
０系などがあるので、ターゲット３としてこれらの系の
ものなどを用いることができる。なお、酸化物超電導体
を構成する元素の中で蒸気圧が高く、蒸着の際に飛散し
やすい元素らあるので、このような元素を含むターゲッ
ト３を使用する場合は、蒸気圧の高い元素を目的とする
所定の割合よりも多く含むターゲットを用いれば良い。

前記基台４は加熱ヒータを内蔵したもので、基板２を所
望の温度に加熱できるようになっている。

一方、処理容器ｌの側方には、レーザ発光装置７と第１
反射鏡８と集光レンズ９と第２反射鐙ｌＯが設けられ、
レンズ発光装ｈ！１７が発生させたレーザビームを処理
容器１のＯｐｊ壁に取り付けられた透明窓１１を介して
ターゲット３に集光照射できるようになっている。レー
ザ発光装置７はターゲラ！・３から構成粒子を叩き出す
ことができるものであれば、ＹＡＧレーザ、ＣＯ，レー
ザ、エキシマレーザなどのいずれのものを使用しても良
い。また、第２反射鏡！０はその中心軸１０ａを中心に
所定角度上下左右に回動自在に（即ち、第１反射鏡８Ｏ
の光軸に対する傾斜角度を変更できるように）図示略の
支持機構により支持されていて、例えば、第２反射鏡！
０を第１図の矢印に示す方向に必要角度傾斜させること
ができるようになっている。

また、処理容器！の上方にはレーザ発光装置１２と集光
レンズ１３が設けられ、処理容器Ｉの天井壁に取り付け
られた透明窓１４を介してレーザビームを基板２に集光
照射し、基板２を加熱できるようになっている。

次に第１図に示す装置を用いて本発明方法を実施する場
合について説明する。

基板２とターゲット３を蒸着処理室Ｉａ内に第１図に示
すようにセットしたならば、蒸着処理室Ｉａを真空排気
する。ここで必要に応じて蒸着処理室１ａに酸素ガスを
導入して蒸着処理室１ａを酸素雰囲気としても良い。ま
た、基台４の加熱ヒータを作動させるか、あるいは、レ
ーザ発光装ｙ１１２からレーザビームを基板２に照射し
て基板２を所望の温度に加熱する。

次にレーザ発光装置７から発生させたレーザビームを第
１反射鏡８と集光レンズ９と第１反射鏡８Ｏと透明窓１
１を介して蒸着処理室Ｉａ内に導き、ターゲット３の表
面に集光照射する。この際に、集光レンズ９の位置調節
を行ってターゲット３の表面にレーザビームの焦点を合
わせる。　レーザビームが照射されたターゲット３は表
面部分がえぐり取られるか蒸発されて構成粒子が叩き出
され、その粒子は基板２上に堆積する。粒子が堆積され
る基板２は加熱されているので、堆積層は堆積と同時に
熱処理される。

レーザビームの照射を所定時間続行するとターゲット３
の表面部分の１箇所のみが厚さ方向にえぐり取られるの
で、叩き出される粒子の組成に変動を生じるおそれがあ
る。

そこで、所定時間、レーザビームの照射を行ったならば
、第２反射鏡１０を数°程度動かしてその頷斜角度を変
える。この燥作によりレーザビームはターゲット３の他
の場所にＪ＋、＜１射されるのでターゲット３の他の部
分の表面から再び粒子を叩き出してこの粒子を基板２上
に堆積させることができる。また、この後、所定時間毎
にターゲット３に対するレーザビームの照射位置を変え
て順次粒子の叩き出しを行って基板２上に粒子の堆積を
行う。

このようにレーザビームの照射位置を適宜変えることで
ターゲット３の表面の種々の部分の粒子を叩き出すこと
ができるので、ターゲット３の表面部分から常に均一な
組成の粒子を叩き出すことができる。

このように叩き出された粒子は、十分に活仕化された状
態であるので、基板２上に緻密に堆積する。堆積された
膜は基台４の加熱ヒータあるいはレーザビームによって
加熱されて熱部ｐ１されるので、緻密で結晶構造の整っ
た優れた酸化物超電導膜が得られる。

ところで前記実施例では第１反射鏡８Ｏを傾斜させるこ
とでレーザビームのター゛ゲット３に対する照射位置を
変更したが、第１反射鏡８と集光しンズ９と第２反射鏡
ＩＯの少むくとも１つを光軸に対して傾斜さＵ゛ること
でレーザビームの１（ａ対位置を変更することもできる
。また、ターゲット３にレーザビームを照射する場合、
ターゲット３を一定の周期で振動させてターゲット３の
全面に均一にレーザビームを照射するようにして成膜を
行っても良い。

なお、第１図の２点鎖線に示すように基台４の左右に送
出ローラ２０と巻取ローラ２１を設け、送出ローラ２０
から送り出したテープ状の基材を基台４に送り、巻取ロ
ーラ２Ｉで巻き取りっつレー９′蒸着を行うようにする
ならば、長尺の基材上に酸化物超電導体の膜を有する超
電導導体を製造することができる。

前記長尺の超電導導体を製造する場合、前述の場合と同
様に第２反射鏡ＩＯを傾斜させて蒸着することで長尺の
基材の全長にわたり厚さと質の均一な酸化物超電導体の
膜を有する超電導導体を製造することができる。

「製造例」 第１図に示す構成の蒸着装置を用い、基板として５ｒＴ
ｉＯｓ製の縦１０ＩＩ＋ｍ、　ｆｌ　１０１１１厚さ０
．５１の基板を用いるとともに、ターゲットとしてＹ　
ｏ、ｓ１３　ａ＋、ｍｃ　ｕｓｏ　ｔ−６なる組成の酸
化物超電導体からなる円板状ターゲットを用いた。また
、蒸着処理室の内部を１０″’Ｔｏｒｒ１．：排気し、
基板を６４０℃に加熱しつつレーザ蒸着を行った。ター
ゲット熱射用のレーザビームには波長１９３ｎｍのＡｒ
ｌ；’レーザを用いた。

得られた酸化物超電導体について、臨界温度を測定する
とともに、液体窒素で冷却して臨界電流密度を測定した
。

臨界温度　　　　　　　　８８　Ｋ 臨界電流密度　２　Ｘ　１０　’Ａ／ａｍ”（７７Ｋ、
０　’ｌ’）以上のようｊこ本発明方法を実施すること
で優れた臨界温度と臨界電流密度を示す酸化物超電導体
を得ることができた。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、レーザビームをターゲッ
ト表面の複数部分に照射してターゲットの表面の複数部
分の粒子の叩き出しを行って基材上に酸化物超電導体の
膜の堆積を行うので、ターゲット表面の局部的な消耗を
防止しつつ均一で緻密な酸化物超電導体の膜を形成する
ことができる。

また、ターゲットの複数部分にレーザビームを朋Ｑ（す
るので常に安定的にターゲット粒子を放出させることが
でき、長時間にわたり、安定した成膜処理ができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に用いて好適なレーザ蒸着装
置の一例を示す構成図である。 ■・・・処地容４、Ｉａ・・・蒸着処理室、！ｂ・・・
排気孔、２・・・基板、３・・・ターゲット、４・・・
基台、５・・・支持板、７．１２・・・レーザ発光装置
、８・・・第１反月（鎧、９．１３・・・集光レンズ、
１０・・・第２反射境、Ｉｔ。 ＋４・・・透明窓。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 蒸着処理室内に酸化物超電導体または酸化物超電導体と
   近似組成のターゲットを設置し、このターゲットにレー
   ザビームを照射してターゲットの表面部分をえぐり取り
   、発生させた粒子をターゲットの近傍に設置した基材上
   に堆積させて酸化物超電導体を製造する方法において、 レーザビームを集光レンズと反射ミラーを介してターゲ
   ットに照射するとともに、照射中に反射ミラーと集光レ
   ンズの少なくとも１つを光軸に対し傾斜させてターゲッ
   トの表面の複数部分にレーザビームを照射して蒸着を行
   うことを特徴とする酸化物超電導体の製造方法。