JPH0870144A - 超電導部品の作製方法 - Google Patents

超電導部品の作製方法

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JPH0870144A
JPH0870144A JP6225709A JP22570994A JPH0870144A JP H0870144 A JPH0870144 A JP H0870144A JP 6225709 A JP6225709 A JP 6225709A JP 22570994 A JP22570994 A JP 22570994A JP H0870144 A JPH0870144 A JP H0870144A
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昭浩 本
Ryuki Nagaishi
竜起 永石
Hideo Itozaki
秀夫 糸▲崎▼
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 酸化物超電導薄膜で構成された超電導部材を
有する超電導部品を作製する場合に、チャンバ内でレー
ザアブレーション法で超電導部材の概形をなす酸化物超
電導薄膜を成膜し、連続してチャンバ内の酸化物超電導
薄膜をレーザで加工する。 【効果】 酸化物超電導薄膜を使用した超電導部品が同
一のチャンバ内から、搬出することなく作製可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導部品の作製方法
に関する。より詳細には、本発明は、複合酸化物超電導
体薄膜で構成された超電導部材を含む超電導部品の作製
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜の作製には、各種の方法が使用され
るが、レーザアブレーション法は、組成の制御がやり易
く、成膜速度が高い等の利点がある。また、一切の電磁
場を必要としないので、高品質の薄膜を作製するのに適
した方法と考えられている。一方、酸化物超電導体は多
元系の複合酸化物であり、組成比が僅かでも適正値から
外れると超電導特性が大幅に低下する。上記のように、
レーザアブレーション法では、成膜する薄膜の組成の制
御が容易であるので、レーザアブレーション法を使用し
て特性の優れた酸化物超電導薄膜を作製することが研究
されている。例えば、社団法人電気学会による光・量子
デバイス研究会資料(資料番号OQD−92−53)pp.69-
77(1992年10月28日)には、エキシマレーザを使用した
レーザアブレーション法(レーザ蒸着法)により、高品
質のY−Ba−Cu−O系酸化物超電導薄膜を成膜する方法
が開示されている。
【0003】レーザアブレーション法で薄膜を作製する
場合は、上記の文献に示されているように、内部を高真
空に排気可能で、任意の雰囲気ガスを導入できるチャン
バ内に基板およびターゲットを配置し、チャンバ外部に
配置したレーザ装置の発するレーザ光を光学手段により
誘導し、必要に応じて集光してターゲットに照射してい
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】酸化物超電導薄膜を使
用して、超電導電線路、超電導電極、超電導マイクロ波
部品等の超電導部品を作製する場合には、酸化物超電導
薄膜を成膜後、所定の形状に加工する。加工方法として
は、ウェットエッチング法またはドライエッチング法が
一般に使用される。
【0005】しかしながら、酸化物超電導体は反応性が
高いので、フォトレジスト、剥離剤、水等と反応して劣
化することがある。また、空気中に含まれる水分と反応
することもある。従って、酸化物超電導薄膜を成膜した
ら、なるべくその場で加工することが好ましい。
【0006】そこで、本発明の目的は、レーザアブレー
ション法により成膜した高品質の酸化物超電導薄膜を、
劣化させないで加工して超電導部品を作製する方法を提
供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、酸化物
超電導体薄膜で構成された超電導部材を含む超電導部品
を作製する方法において、チャンバ内でターゲットにレ
ーザ光を照射して、前記ターゲットに対向して配置した
基板上に薄膜を成長させるレーザアブレーション法によ
り成膜した酸化物超電導薄膜で前記超電導部材の概形を
形成し、前記チャンバ内で連続してレーザ光を前記酸化
物超電導薄膜に照射して該酸化物超電導薄膜を該レーザ
光により超電導部材に加工することを特徴とする超電導
部品の作製方法が提供される。
【0008】
【作用】本発明の方法は、レーザアブレーション法によ
り酸化物超電導薄膜を成膜する際に、マスク等を使用し
て超電導部材の概形を形成し、その後、レーザ光をこの
酸化物超電導薄膜に照射して細部の加工を行い、超電導
部材を作製する。レーザアブレーション法では、レーザ
光をターゲットに照射した時に発生する炎状のプルーム
と呼ばれるプラズマの先端部を基板に当てて成膜を行
う。プルームの先端は極めて微小であるので、マスク等
を使用し、さらに基板またはレーザ光を走査することに
より、超電導部材の概形の形状の酸化物超電導薄膜を容
易に成膜することができる。
【0009】一方、レーザアブレーションに使用するレ
ーザ光は、高エネルギであるので酸化物超電導薄膜のト
リミング等の加工にも十分使用可能である。従って、本
発明の方法では、上記の超電導部材の概形をなす酸化物
超電導薄膜をレーザ光を使用して加工する。本発明の方
法によれば、成膜した酸化物超電導薄膜をその場で、フ
ォトレジスト等を使用せずに加工できるので、酸化物超
電導薄膜が劣化することがない。
【0010】上記の加工においては、主に、酸化物超電
導薄膜の不要な部分を除去することを目的とするが、特
にこの部分を物理的に除去する必要がなければ、この部
分に高エネルギのレーザ光を照射して劣化させ、非超電
導体にしてもよい。この方法によれば、不要部分近傍の
酸化物超電導薄膜が加工による影響をあまり受けないの
で、より微細な加工が可能である。
【0011】上記本発明の方法の実施には、例えば基板
の向きを変更できる基板ホルダと、複数のレーザ光入射
窓を備えるチャンバを使用することが好ましい。即ち、
成膜時には、基板はターゲットに対向し、レーザ光はタ
ーゲットに照射される。一方、加工時には、レーザ光は
基板上の酸化物超電導薄膜に照射され、レーザ光または
基板を正確に動かすことが要求される。精密な加工のた
めには、レーザ光は基板の酸化物超電導薄膜が成膜され
ている面に対し、垂直に照射されることが好ましい。従
って、本発明の方法では、成膜時と加工時とで基板の向
きを変更可能で、成膜時にはターゲットに向かって、加
工時には基板成膜面に垂直にレーザ光が入射するよう構
成されていることが好ましい。
【0012】本発明の方法で使用する酸化物超電導薄膜
は、Y1Ba2Cu3O7-X、Bi2Sr2Ca2Cu3Ox 、Tl2Ba2Ca2Cu3
Ox 等の高温酸化物超電導体が好ましく、また、レーザ
としてはエキシマレーザ、CO2レーザ等を使用するこ
とが好ましい。
【0013】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
【0014】
【実施例】図1に、本発明の方法を実施するレーザアブ
レーション装置の一例の概略図を示す。図1のレーザア
ブレーション装置は、レーザ装置1と、チャンバ10と、
レーザ装置1が発振したレーザ光をチャンバ10に誘導す
る光学手段とを具備する。第1の入射窓11および第2の
入射窓12を備えるチャンバ10は、内部の圧力および雰囲
気を任意に変更することが可能である。また、チャンバ
10の内部には、搭載したターゲット7を回転することが
可能なターゲットホルダ13が、入射窓11から入射したレ
ーザ光がターゲット7の回転軸からやや外れた部位に当
たる位置に配置されている。さらに、チャンバ10の内部
の入射窓12の直下には、基板8を搭載する基板ホルダ14
が備えられる。基板ホルダ14には、XYステージ(不図
示)およびヒータ(不図示)が内蔵され、基板8を平行
に移動することが可能であり、且つ加熱することができ
る。また、基板ホルダ14は、水平軸廻りに転回可能に構
成され、搭載した基板8の向きをターゲット7に対向し
た向きと、入射窓12から入射したレーザ光が垂直に入射
する向きとに変更できる。
【0015】レーザ装置1の発振したレーザ光を上記の
チャンバ10内に誘導する光学手段は、ミラー2、3、4
と、レンズ5、6とを備える。ミラー2、3、4は、チ
ャンバ10の入射窓12からレーザ光を入射させる場合に使
用し、入射窓11からレーザ光を入射させる場合には特に
ミラー2を光路を妨げない位置に移動させることができ
る。また、ミラー2、3、4は、それぞれ反射面の角度
を変更可能であり、ミラー2、3、4で反射するレーザ
光を精密に走査することができる。一方、レンズ5およ
び6は、入射したレーザ光をそれぞれターゲット7上お
よび基板8上に集光させる。
【0016】上記レーザアブレーション装置では、成膜
時に、基板8がターゲット7と対向するよう基板ホルダ
14を図示した位置に操作し、ミラー2を移動してレーザ
装置1が発振したレーザ光がレンズ5に入射するように
する。レーザ光はレンズ5を透過し、入射窓11を経てタ
ーゲット7上に集光される。XYステージにより基板8
を走査しながら酸化物超電導薄膜を成膜する。一方、成
膜した酸化物超電導薄膜を加工する際には、基板ホルダ
14を図1の矢印の方向に転回し、基板8の成膜面を入射
窓12に正対させる。ミラー2をレーザ装置1とレンズ5
との間に挿入し、レーザ装置1が発振したレーザ光がミ
ラー2、3、4を経てレンズ6に入射するようにする。
レーザ光はレンズ6を透過し、入射窓12を経て基板8上
に集光される。ミラー2、3、4の反射面の角度を変位
させてレーザ光を走査し、酸化物超電導薄膜を加工す
る。
【0017】上記のレーザアブレーション装置を使用し
て本発明の方法により、酸化物超電導薄膜を使用した超
電導マイクロストリップ線路を作製した。作製したマイ
クロストリップ線路の斜視図を図2に示す。図2のマイ
クロストリップ線路はコプラナー型と呼ばれるもので、
基板8上に配置された超電導導体線路21と、基板8上で
超電導導体線路21の両側にそれぞれ平行に配置された超
電導接地導体22および23とを具備する。超電導導体線路
21の寸法は100μm×12mmで、超電導接地導体22および2
3の寸法は5.9×12mmである。本実施例では、超電導導体
線路21、超電導接地導体22および23にY1Ba2Cu3O7-X酸
化物超電導体を使用した。また、基板8には、MgO単結
晶基板を使用し、ターゲット7には、直径2cmのY1Ba2
Cu3O7-Xの焼結体を使用した。以下、作製工程を説明す
る。
【0018】最初に、ターゲット7をターゲットホルダ
13に、基板8を基板ホルダ14にセットした。チャンバ10
の内部を1×10-6Torrに排気してからO2 を導入し、圧
力を400mTorrに調整した。基板8とターゲット7との
間の距離は7cmとし、基板温度が700℃となるよう加熱
した。レーザ装置1には、波長193nmのエキシマレーザ
を使用し、レーザ出力は3.5J/cm2、レーザ光の照射面
積を2×4mm2とし、パルス周波数を5Hzとした。ター
ゲット7は、1.5回転/秒で回転させながら成膜を行っ
た。
【0019】一方、基板ホルダ14に内蔵されたXYステ
ージにより基板8を走査し、酸化物超電導薄膜が図2に
示したマイクロストリップ線路の概形をなすよう成膜を
行った。酸化物超電導薄膜が500nmまで成長したら、チ
ャンバ10内に酸素を導入し、基板温度が200℃以下にな
るまで放置した。次に、ミラー2をセットし、基板ホル
ダ14を転回してチャンバ10内を1×10-6Torrまで排気
し、再度レーザを発振させて酸化物超電導薄膜の加工を
行った。このとき、20:1の結像光学系により2mm×1
mmのスリットを用いてレーザ出力を1.5J/cm2、レーザ
光の照射面積を100×50μm2とし、パルス周波数を10Hz
とした。1箇所あたりのレーザパルスの照射回数を20回
とし、XYステージで基板を95μmずつ移動させながら
超電導体線路と超電導体接地導体とを分離する加工を行
った。
【0020】上記の本発明の方法で作製したマイクロス
トリップ線路と、従来の方法で作製したマイクロストリ
ップ線路の損失をネットワークアナライザによって測定
した。それぞれのマイクロストリップ線路を液体窒素に
より冷却しながら、77.3Kで測定したところ、下記に示
すように、本発明の方法で作製したマイクロストリップ
線路は、従来の方法で作製したマイクロストリップ線路
よりも低損失であることがわかった。 本発明(<10GHz)0.1 dB 比較例(<10GHz)0.3 dB
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法で作
製した超電導部品は、超電導部材を構成する酸化物超電
導薄膜が高品質であるので、従来の方法で作製した超電
導部品よりも特性が優れている。本発明の方法で作製し
た超電導部品は、高速電子計算機、マイクロ波通信機等
に極めて有利に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施する装置の概略図である。
【図2】超電導マイクロストリップ線路の構成を示す斜
視図である。
【符号の説明】
1 レーザ装置 2、3、4 ミラー 5、6 レンズ 7 ターゲット 8 基板 10 チャンバ 11、12 入射窓 13 ターゲットホルダ 14 基板ホルダ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化物超電導体薄膜で構成された超電導
    部材を含む超電導部品を作製する方法において、チャン
    バ内でターゲットにレーザ光を照射して、前記ターゲッ
    トに対向して配置した基板上に薄膜を成長させるレーザ
    アブレーション法により成膜した酸化物超電導薄膜で前
    記超電導部材の概形を形成し、前記チャンバ内で連続し
    てレーザ光を前記酸化物超電導薄膜に照射して該酸化物
    超電導薄膜を該レーザ光により超電導部材に加工するこ
    とを特徴とする超電導部品の作製方法。
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