JP2895683B2 - 酸化物超電導膜製造装置 - Google Patents
酸化物超電導膜製造装置Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
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- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
-
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
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- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
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- H10N60/0521—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers by pulsed laser deposition, e.g. laser sputtering
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、レーザアブレーショ
ン法を用いる酸化物超電導膜の製造装置に関するもので
ある。
ン法を用いる酸化物超電導膜の製造装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】レーザ光をターゲットに照射すると、レ
ーザ光の照射部分においてアブレーションが生じ、この
アブレーションによりターゲットを構成する物質の粒子
が原子および分子の状態で飛散する。飛散した粒子は、
ターゲットに対向するように配置された基板上に堆積さ
れ、それによって、基板上にターゲットを構成する物質
からなる薄膜が形成される。
ーザ光の照射部分においてアブレーションが生じ、この
アブレーションによりターゲットを構成する物質の粒子
が原子および分子の状態で飛散する。飛散した粒子は、
ターゲットに対向するように配置された基板上に堆積さ
れ、それによって、基板上にターゲットを構成する物質
からなる薄膜が形成される。
【０００３】一般に酸化物超電導膜の成膜において、ス
パッタリング法、ＭＢＥ法等の場合、薄膜形成炉内は高
い真空度を保つ必要がある。それに対し、レーザアブレ
ーション法の場合、高い真空度を保つ必要がなく、高い
酸素ガス圧力の下での成膜が可能である。また、たとえ
ばエキシマレーザを用いたレーザアブレーション法によ
る超電導膜の形成は、飛散粒子の堆積速度が早く、ター
ゲット組成からのずれが少ないため、高品質の超電導膜
を高速成膜できる点で、注目を集めている。
パッタリング法、ＭＢＥ法等の場合、薄膜形成炉内は高
い真空度を保つ必要がある。それに対し、レーザアブレ
ーション法の場合、高い真空度を保つ必要がなく、高い
酸素ガス圧力の下での成膜が可能である。また、たとえ
ばエキシマレーザを用いたレーザアブレーション法によ
る超電導膜の形成は、飛散粒子の堆積速度が早く、ター
ゲット組成からのずれが少ないため、高品質の超電導膜
を高速成膜できる点で、注目を集めている。
【０００４】このレーザアブレーションに際して、従
来、たとえば図４に示すような酸化物超電導膜製造装置
を用いている。図４を参照して、この酸化物超電導膜製
造装置は、レーザ発振装置１と、レーザ入射窓２を有す
る薄膜形成炉３とを備える。このレーザ発振装置１は、
薄膜形成炉３の外部に設置される。薄膜形成炉３内に
は、酸化物超電導体の成分を含むターゲット４と、ター
ゲット４に対向するように基板６が配置される。
来、たとえば図４に示すような酸化物超電導膜製造装置
を用いている。図４を参照して、この酸化物超電導膜製
造装置は、レーザ発振装置１と、レーザ入射窓２を有す
る薄膜形成炉３とを備える。このレーザ発振装置１は、
薄膜形成炉３の外部に設置される。薄膜形成炉３内に
は、酸化物超電導体の成分を含むターゲット４と、ター
ゲット４に対向するように基板６が配置される。
【０００５】レーザ発振装置１より発振されたレーザ光
は、レーザ入射窓２を通して、薄膜形成炉３内に設けら
れたターゲット４に照射される。ターゲット４は、酸化
物超電導体の成分を含んでいる。レーザ光が照射される
と、ターゲット４より構成物質の粒子５が飛散し、ター
ゲット４と対向するように配置された基板６に、ターゲ
ット構成物質が堆積する。このようにして、基板６の上
に、ターゲットを構成する物質からなる薄膜が形成され
る。
は、レーザ入射窓２を通して、薄膜形成炉３内に設けら
れたターゲット４に照射される。ターゲット４は、酸化
物超電導体の成分を含んでいる。レーザ光が照射される
と、ターゲット４より構成物質の粒子５が飛散し、ター
ゲット４と対向するように配置された基板６に、ターゲ
ット構成物質が堆積する。このようにして、基板６の上
に、ターゲットを構成する物質からなる薄膜が形成され
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
アブレーション法においては、成膜中にターゲットより
飛散した粒子がレーザ入射窓に付着し、レーザ入射窓の
レーザ透過率を低減させ、ターゲットに照射されるレー
ザパワーが経時的に低下する、という問題がある。特に
テープ線材のような大面積成膜では、成膜が長時間に及
ぶため、このレーザパワーの低減により、膜質および膜
厚が不均一となり、高特性で特性均一な酸化物超電導膜
が得られないという問題点があった。
アブレーション法においては、成膜中にターゲットより
飛散した粒子がレーザ入射窓に付着し、レーザ入射窓の
レーザ透過率を低減させ、ターゲットに照射されるレー
ザパワーが経時的に低下する、という問題がある。特に
テープ線材のような大面積成膜では、成膜が長時間に及
ぶため、このレーザパワーの低減により、膜質および膜
厚が不均一となり、高特性で特性均一な酸化物超電導膜
が得られないという問題点があった。
【０００７】この発明の目的は、上記の問題点を解決
し、長時間に及ぶ成膜においても、高特性で特性均一で
ある酸化物超電導膜を作製することができる、酸化物超
電導膜製造装置を提供することにある。
し、長時間に及ぶ成膜においても、高特性で特性均一で
ある酸化物超電導膜を作製することができる、酸化物超
電導膜製造装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、レーザアブ
レーション法を用いる酸化物超電導膜の製造装置に向け
られるものであって、レーザ透過性のレーザ入射窓を有
する薄膜形成炉と、薄膜形成炉内に設けられ酸化物超電
導体の成分を含むターゲットと、薄膜形成炉外部からレ
ーザ入射窓を介してターゲットにレーザ光を照射するレ
ーザ光源と、飛散した粒子が入射窓を汚染することによ
るターゲットに照射されるレーザパワーの低減を防止す
るように、ターゲットに照射されるときのレーザパワー
を一定に制御する手段とを備える。
レーション法を用いる酸化物超電導膜の製造装置に向け
られるものであって、レーザ透過性のレーザ入射窓を有
する薄膜形成炉と、薄膜形成炉内に設けられ酸化物超電
導体の成分を含むターゲットと、薄膜形成炉外部からレ
ーザ入射窓を介してターゲットにレーザ光を照射するレ
ーザ光源と、飛散した粒子が入射窓を汚染することによ
るターゲットに照射されるレーザパワーの低減を防止す
るように、ターゲットに照射されるときのレーザパワー
を一定に制御する手段とを備える。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】制御手段の例として、成膜中にターゲット
から飛散されるターゲット飛散粒子の特定の発光種から
の発光強度を検知する第１の検知手段と、第１の検知手
段の発光強度検知出力に応答して発光種からの発光強度
を成膜中一定になるように、レーザ光源から出力される
レーザパワーを制御する手段と、制御手段の制御限界を
検知する第２の検知手段と、第２の検知手段の検知出力
に応答して可動レーザ透過性板材を移動させる手段とを
備えて構成される。可動レーザ透過性板材は、たとえば
直線的に移動されてもよいし、回転されてもよいし、あ
るいはシート状であり巻取りサプライにより移動されて
もよい。
から飛散されるターゲット飛散粒子の特定の発光種から
の発光強度を検知する第１の検知手段と、第１の検知手
段の発光強度検知出力に応答して発光種からの発光強度
を成膜中一定になるように、レーザ光源から出力される
レーザパワーを制御する手段と、制御手段の制御限界を
検知する第２の検知手段と、第２の検知手段の検知出力
に応答して可動レーザ透過性板材を移動させる手段とを
備えて構成される。可動レーザ透過性板材は、たとえば
直線的に移動されてもよいし、回転されてもよいし、あ
るいはシート状であり巻取りサプライにより移動されて
もよい。
【００１３】
【００１４】
【作用】この発明において、成膜中に飛散した粒子が入
射窓を汚染することによるターゲットに照射されるレー
ザパワーの低減を防止するように、ターゲットに照射さ
れるときのレーザパワーは一定に制御される。ターゲッ
トに照射されるときのレーザパワーが成膜中一定となれ
ば、飛散して基板上に堆積する粒子の量も一定となるか
ら、高特性で特性均一な大面積超電導膜の形成が可能と
なる。
射窓を汚染することによるターゲットに照射されるレー
ザパワーの低減を防止するように、ターゲットに照射さ
れるときのレーザパワーは一定に制御される。ターゲッ
トに照射されるときのレーザパワーが成膜中一定となれ
ば、飛散して基板上に堆積する粒子の量も一定となるか
ら、高特性で特性均一な大面積超電導膜の形成が可能と
なる。
【００１５】
実施例１ 図１は、この発明による酸化物超電導膜製造装置の一実
施例を示している。
施例を示している。
【００１６】図１を参照して、この酸化物超電導膜製造
装置は、レーザ発振装置１と、レーザ入射窓２を有する
薄膜形成炉３とを備える。また、薄膜形成炉３内には、
酸化物超電導体の成分を含むターゲット４と、ターゲッ
ト４に対向するように基板６が配置される。さらに、レ
ーザ入射窓２とターゲット４との間には、レーザ透過性
の板材８が設けられる。レーザ透過性の板材８は、長方
形であり、矢印１８の方向へ直線的に移動させることが
できる。
装置は、レーザ発振装置１と、レーザ入射窓２を有する
薄膜形成炉３とを備える。また、薄膜形成炉３内には、
酸化物超電導体の成分を含むターゲット４と、ターゲッ
ト４に対向するように基板６が配置される。さらに、レ
ーザ入射窓２とターゲット４との間には、レーザ透過性
の板材８が設けられる。レーザ透過性の板材８は、長方
形であり、矢印１８の方向へ直線的に移動させることが
できる。
【００１７】レーザ発振装置１より発振されたレーザ光
は、レーザ入射窓２を通して、薄膜形成炉３内に設けら
れたターゲット４に照射される。ターゲット４は、酸化
物超電導体の成分を含んでいる。レーザ光が照射される
と、ターゲット４より構成物質の粒子５が飛散し、ター
ゲット４と対向するように配置された基板６に、ターゲ
ット構成物質が堆積する。このとき、ターゲット構成物
質の粒子は、基板６の方向だけでなく、レーザ入射窓２
の方向にも飛散する。レーザ入射窓２の方向に飛散した
粒子７は、レーザ入射窓２に到着する前に、レーザ透過
性の板材８に付着する。この粒子の付着により、ターゲ
ットに照射されるレーザパワーは、一時的に低下する。
しかし、ここでレーザ透過性の板材８を、矢印１８の方
向に直線的に移動させることにより、レーザ光が通過す
る部分に清浄な面が現われ、レーザパワーは回復する。
このような板材８の移動が、成膜中繰返される。この板
材８の移動の制御は、タイマによって行なわれてもよい
し、あるいはレーザパワーの低減を感知することにより
行なわれてもよい。
は、レーザ入射窓２を通して、薄膜形成炉３内に設けら
れたターゲット４に照射される。ターゲット４は、酸化
物超電導体の成分を含んでいる。レーザ光が照射される
と、ターゲット４より構成物質の粒子５が飛散し、ター
ゲット４と対向するように配置された基板６に、ターゲ
ット構成物質が堆積する。このとき、ターゲット構成物
質の粒子は、基板６の方向だけでなく、レーザ入射窓２
の方向にも飛散する。レーザ入射窓２の方向に飛散した
粒子７は、レーザ入射窓２に到着する前に、レーザ透過
性の板材８に付着する。この粒子の付着により、ターゲ
ットに照射されるレーザパワーは、一時的に低下する。
しかし、ここでレーザ透過性の板材８を、矢印１８の方
向に直線的に移動させることにより、レーザ光が通過す
る部分に清浄な面が現われ、レーザパワーは回復する。
このような板材８の移動が、成膜中繰返される。この板
材８の移動の制御は、タイマによって行なわれてもよい
し、あるいはレーザパワーの低減を感知することにより
行なわれてもよい。
【００１８】なお、上記実施例１において、板材８の移
動は、断続的に行なわれるが、往復運動をさせることに
よって成膜中連続的に行なわれるようにしてもよい。
動は、断続的に行なわれるが、往復運動をさせることに
よって成膜中連続的に行なわれるようにしてもよい。
【００１９】実施例２ 図２は、この発明による酸化物超電導膜製造装置の他の
実施例を示している。
実施例を示している。
【００２０】図２を参照して、この酸化物超電導膜製造
装置は、実施例１と同様に、レーザ発振装置１と、レー
ザ入射窓２を有する薄膜形成炉３とを備え、薄膜形成炉
３内には、ターゲット４と基板６が配置される。さら
に、レーザ入射窓２とターゲット４との間には、レーザ
透過性の板材９が設けられる。レーザ透過性の板材９
は、円盤状であり、矢印１９の方向に回転させることが
できる。
装置は、実施例１と同様に、レーザ発振装置１と、レー
ザ入射窓２を有する薄膜形成炉３とを備え、薄膜形成炉
３内には、ターゲット４と基板６が配置される。さら
に、レーザ入射窓２とターゲット４との間には、レーザ
透過性の板材９が設けられる。レーザ透過性の板材９
は、円盤状であり、矢印１９の方向に回転させることが
できる。
【００２１】実施例１と同様に、レーザ発振装置１より
発振されたレーザ光はターゲット４に照射され、ターゲ
ット４より構成物質の粒子が、基板６の方向だけでな
く、レーザ入射窓２の方向にも飛散する。レーザ入射窓
２の方向に飛散した粒子７は、レーザ入射窓２に到着す
る前に、レーザ透過性の板材９に付着する。この粒子の
付着により、ターゲットに照射されるレーザパワーは、
一時的に低下する。しかし、ここでレーザ透過性の板材
９を、矢印１９の方向に回転させることにより、レーザ
光が通過する部分に清浄な面が現われ、レーザパワーは
回復する。このような板材９の回転が、成膜中断続的に
繰返される。この板材９の回転の制御は、タイマによっ
て行なわれてもよいし、あるいはレーザパワーの低減を
感知することにより行なわれてもよい。
発振されたレーザ光はターゲット４に照射され、ターゲ
ット４より構成物質の粒子が、基板６の方向だけでな
く、レーザ入射窓２の方向にも飛散する。レーザ入射窓
２の方向に飛散した粒子７は、レーザ入射窓２に到着す
る前に、レーザ透過性の板材９に付着する。この粒子の
付着により、ターゲットに照射されるレーザパワーは、
一時的に低下する。しかし、ここでレーザ透過性の板材
９を、矢印１９の方向に回転させることにより、レーザ
光が通過する部分に清浄な面が現われ、レーザパワーは
回復する。このような板材９の回転が、成膜中断続的に
繰返される。この板材９の回転の制御は、タイマによっ
て行なわれてもよいし、あるいはレーザパワーの低減を
感知することにより行なわれてもよい。
【００２２】なお、上記実施例２において、板材９の回
転は、断続的に行なわれるが、成膜中連続的に行なわれ
るようにしてもよい。
転は、断続的に行なわれるが、成膜中連続的に行なわれ
るようにしてもよい。
【００２３】実施例３ 図３は、この発明による酸化物超電導膜製造装置の他の
実施例を示している。
実施例を示している。
【００２４】図３を参照して、この酸化物超電導膜製造
装置は、実施例１と同様に、レーザ発振装置１と、レー
ザ入射窓２を有する薄膜形成炉３とを備え、薄膜形成炉
３内には、ターゲット４と基板６が配置される。さら
に、レーザ入射窓２とターゲット４との間には、レーザ
透過性の板材１０が設けられる。レーザ透過性の板材１
０は、シート状の石英であり、巻取りサプライ２１によ
り矢印２０の方向に移動させることができる。
装置は、実施例１と同様に、レーザ発振装置１と、レー
ザ入射窓２を有する薄膜形成炉３とを備え、薄膜形成炉
３内には、ターゲット４と基板６が配置される。さら
に、レーザ入射窓２とターゲット４との間には、レーザ
透過性の板材１０が設けられる。レーザ透過性の板材１
０は、シート状の石英であり、巻取りサプライ２１によ
り矢印２０の方向に移動させることができる。
【００２５】実施例１と同様に、レーザ発振装置１より
発振されたレーザ光はターゲット４に照射され、ターゲ
ット４より構成物質の粒子が、基板６の方向だけでな
く、レーザ入射窓２の方向にも飛散する。レーザ入射窓
２の方向に飛散した粒子７は、レーザ入射窓２に到着す
る前に、レーザ透過性の板材１０に付着する。この粒子
の付着により、ターゲットに照射されるレーザパワー
は、一時的に低下する。しかし、ここでレーザ透過性の
板材１０を、巻取りサプライ２１により矢印２０の方向
に移動させることにより、レーザ光が通過する部分に清
浄な面が現われ、レーザパワーは回復する。このような
板材１０の移動が、成膜中断続的に繰返される。この板
材１０の移動の制御は、タイマによって行なわれてもよ
いし、あるいはレーザパワーの低減を感知することによ
り行なわれてもよい。
発振されたレーザ光はターゲット４に照射され、ターゲ
ット４より構成物質の粒子が、基板６の方向だけでな
く、レーザ入射窓２の方向にも飛散する。レーザ入射窓
２の方向に飛散した粒子７は、レーザ入射窓２に到着す
る前に、レーザ透過性の板材１０に付着する。この粒子
の付着により、ターゲットに照射されるレーザパワー
は、一時的に低下する。しかし、ここでレーザ透過性の
板材１０を、巻取りサプライ２１により矢印２０の方向
に移動させることにより、レーザ光が通過する部分に清
浄な面が現われ、レーザパワーは回復する。このような
板材１０の移動が、成膜中断続的に繰返される。この板
材１０の移動の制御は、タイマによって行なわれてもよ
いし、あるいはレーザパワーの低減を感知することによ
り行なわれてもよい。
【００２６】なお、上記実施例３において、板材１０の
移動は、断続的に行なわれるが、成膜中連続的に行なわ
れるようにしてもよい。
移動は、断続的に行なわれるが、成膜中連続的に行なわ
れるようにしてもよい。
【００２７】実験例１ 上述の実施例のように、レーザ入射窓とターゲットとの
間にレーザ透過性の板材を備えた酸化物超電導膜製造装
置を用いて、成膜中連続的に板材を移動させながら、超
電導テープサンプルの成膜を行なった。
間にレーザ透過性の板材を備えた酸化物超電導膜製造装
置を用いて、成膜中連続的に板材を移動させながら、超
電導テープサンプルの成膜を行なった。
【００２８】基板材料としては、可撓性のあるＹＳＺ
（イットリア安定化ジルコニア）のテープを使用し、そ
の温度を７００〜７５０℃とした。ターゲットとして
は、Ｙ1Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 焼結体を用いた。レーザはＫ
ｒＦを励起ガスに用いた波長２４８ｎｍのエキシマレー
ザを用い、レーザエネルギーを２．５Ｊ／ｃｍ2 、レー
ザ周波数を４０Ｈｚとした。また、成膜雰囲気は、酸素
２００ｍＴｏｒｒとした。さらに、成膜中は、テープ基
板を搬送させることにより、連続的に成膜を行なった。
（イットリア安定化ジルコニア）のテープを使用し、そ
の温度を７００〜７５０℃とした。ターゲットとして
は、Ｙ1Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 焼結体を用いた。レーザはＫ
ｒＦを励起ガスに用いた波長２４８ｎｍのエキシマレー
ザを用い、レーザエネルギーを２．５Ｊ／ｃｍ2 、レー
ザ周波数を４０Ｈｚとした。また、成膜雰囲気は、酸素
２００ｍＴｏｒｒとした。さらに、成膜中は、テープ基
板を搬送させることにより、連続的に成膜を行なった。
【００２９】図５は、このようにして得られた酸化物超
電導膜の、長手方向の特性分布を示す。図５において、
横軸はテープ先頭からの位置および成膜時間の経過を示
し、縦軸はそれぞれ膜厚、７７．３ＫにおけるＪｃ（臨
界電流密度）およびＩｃ（臨界電流）を示している。
電導膜の、長手方向の特性分布を示す。図５において、
横軸はテープ先頭からの位置および成膜時間の経過を示
し、縦軸はそれぞれ膜厚、７７．３ＫにおけるＪｃ（臨
界電流密度）およびＩｃ（臨界電流）を示している。
【００３０】図５から明らかなように、このようなレー
ザ入射窓の汚染を防止する機構を備えた酸化物超電導膜
製造装置を用いて成膜した超電導テープサンプルは、テ
ープ全長にわたって、膜厚、ＪｃおよびＩｃが安定であ
ることが確認された。
ザ入射窓の汚染を防止する機構を備えた酸化物超電導膜
製造装置を用いて成膜した超電導テープサンプルは、テ
ープ全長にわたって、膜厚、ＪｃおよびＩｃが安定であ
ることが確認された。
【００３１】比較例 比較のために、図４に示すような従来の酸化物超電導膜
製造装置を用いて、超電導テープサンプルの成膜を行な
った。
製造装置を用いて、超電導テープサンプルの成膜を行な
った。
【００３２】その他の成膜条件は、実験例１と同様であ
る。図６は、このようにして得られた酸化物超電導膜
の、長手方向の特性分布を示す。図６において、横軸は
テープ先頭からの位置および成膜時間の経過を示し、縦
軸はそれぞれ膜厚、７７．３ＫにおけるＪｃ（臨界電流
密度）およびＩｃ（臨界電流）を示している。
る。図６は、このようにして得られた酸化物超電導膜
の、長手方向の特性分布を示す。図６において、横軸は
テープ先頭からの位置および成膜時間の経過を示し、縦
軸はそれぞれ膜厚、７７．３ＫにおけるＪｃ（臨界電流
密度）およびＩｃ（臨界電流）を示している。
【００３３】図６から明らかなように、このようなレー
ザ入射窓の汚染を防止する機構を有さない従来法によっ
て得られた超電導テープサンプルは、膜厚、Ｊｃおよび
Ｉｃが、長手方向にいくにつれて減少していくことが確
認された。
ザ入射窓の汚染を防止する機構を有さない従来法によっ
て得られた超電導テープサンプルは、膜厚、Ｊｃおよび
Ｉｃが、長手方向にいくにつれて減少していくことが確
認された。
【００３４】実施例４ 図７は、この発明による酸化物超電導膜製造装置の他の
実施例を示している。
実施例を示している。
【００３５】図７を参照して、この酸化物超電導膜製造
装置は、レーザ発振装置１と、レーザ入射窓２を有する
薄膜形成炉３とを備える。また、薄膜形成炉３内には、
酸化物超電導体の成分を含むターゲット４と、ターゲッ
ト４に対向するように基板６が配置される。さらに、飛
散粒子による発光をとらえるためのカメラ１１、とらえ
た光を分光するための分光器１３、カメラ１１と分光器
１３を接続する光ファイバ１２、分光器からの入力信号
を増幅するための増幅器１５、増幅された信号に基づい
て発光強度が一定となるように制御信号を送るためのコ
ンピュータ１６および送られた制御信号に基づき、レー
ザパワーを制御するためのレーザ制御用コンピュータ１
７を備える。
装置は、レーザ発振装置１と、レーザ入射窓２を有する
薄膜形成炉３とを備える。また、薄膜形成炉３内には、
酸化物超電導体の成分を含むターゲット４と、ターゲッ
ト４に対向するように基板６が配置される。さらに、飛
散粒子による発光をとらえるためのカメラ１１、とらえ
た光を分光するための分光器１３、カメラ１１と分光器
１３を接続する光ファイバ１２、分光器からの入力信号
を増幅するための増幅器１５、増幅された信号に基づい
て発光強度が一定となるように制御信号を送るためのコ
ンピュータ１６および送られた制御信号に基づき、レー
ザパワーを制御するためのレーザ制御用コンピュータ１
７を備える。
【００３６】レーザ発振装置１より発振されたレーザ光
は、レーザ入射窓２を通して、薄膜形成炉３内に設けら
れたターゲット４に照射される。ターゲット４は、酸化
物超電導体の成分を含んでいる。レーザ光が照射される
と、ターゲット４より構成物質の粒子５が飛散し、ター
ゲット４と対向するように配置された基板６に、ターゲ
ット構成物質が堆積する。このとき、ターゲットより飛
散する粒子は、高エネルギーのレーザによって励起さ
れ、ある特定の周波数を持つ光を発する。この発光をカ
メラ１１によってとらえ、光ファイバ１２で分光器１３
に送る。そこで分光された光は、光電素子１４により電
気的信号に変えられ、さらにその信号は増幅器１５を通
して増幅され、コンピュータ１６にそのスペクトルデー
タの信号が送られる。コンピュータ１６には予め、成膜
開始時におけるある決められた発光種からの発光強度Ｉ
0 が登録されており、Ｉ0 ＝１としたとき送られた発光
強度Ｉが０．８≦Ｉ≦１．２となるように制御するため
の信号をレーザ制御用コンピュータ１７に送る。送られ
た信号に基づき、レーザ制御用コンピュータ１７では、
印加する電圧を制御して、レーザ発振装置１より発振さ
れるレーザパワーを調節する。
は、レーザ入射窓２を通して、薄膜形成炉３内に設けら
れたターゲット４に照射される。ターゲット４は、酸化
物超電導体の成分を含んでいる。レーザ光が照射される
と、ターゲット４より構成物質の粒子５が飛散し、ター
ゲット４と対向するように配置された基板６に、ターゲ
ット構成物質が堆積する。このとき、ターゲットより飛
散する粒子は、高エネルギーのレーザによって励起さ
れ、ある特定の周波数を持つ光を発する。この発光をカ
メラ１１によってとらえ、光ファイバ１２で分光器１３
に送る。そこで分光された光は、光電素子１４により電
気的信号に変えられ、さらにその信号は増幅器１５を通
して増幅され、コンピュータ１６にそのスペクトルデー
タの信号が送られる。コンピュータ１６には予め、成膜
開始時におけるある決められた発光種からの発光強度Ｉ
0 が登録されており、Ｉ0 ＝１としたとき送られた発光
強度Ｉが０．８≦Ｉ≦１．２となるように制御するため
の信号をレーザ制御用コンピュータ１７に送る。送られ
た信号に基づき、レーザ制御用コンピュータ１７では、
印加する電圧を制御して、レーザ発振装置１より発振さ
れるレーザパワーを調節する。
【００３７】実験例２ 上述の実施例４のように構成される酸化物超電導膜製造
装置を用いて、超電導テープサンプルの成膜を行なっ
た。
装置を用いて、超電導テープサンプルの成膜を行なっ
た。
【００３８】その他の成膜条件は、実験例１と同様であ
る。なお、観察する発光種には、酸化イットリウムを採
用した。
る。なお、観察する発光種には、酸化イットリウムを採
用した。
【００３９】表１は、このような実施例４のように構成
される装置を用いて成膜を行なった際の、ターゲット飛
散粒子の酸化イットリウムからの発光強度の時間変化を
示している。発光強度は、成膜開始時を１として規格化
している。
される装置を用いて成膜を行なった際の、ターゲット飛
散粒子の酸化イットリウムからの発光強度の時間変化を
示している。発光強度は、成膜開始時を１として規格化
している。
【００４０】
【表１】
【００４１】また、比較のため、図４に示すような従来
の酸化物超電導膜製造装置を用いて成膜を行なった場合
について、同様に、ターゲット飛散粒子の酸化イットリ
ウムからの発光強度の時間変化を、表２に示す。
の酸化物超電導膜製造装置を用いて成膜を行なった場合
について、同様に、ターゲット飛散粒子の酸化イットリ
ウムからの発光強度の時間変化を、表２に示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】表１および表２より、実施例４のように構
成される酸化物超電導膜製造装置を用いた場合、時間の
経過にかかわらず、酸化イットリウムからの発光強度が
安定していることがわかる。これに対して、従来の酸化
物超電導膜製造装置を用いた場合には、時間が経過する
につれて、酸化イットリウムからの発光強度が小さくな
っていることがわかる。
成される酸化物超電導膜製造装置を用いた場合、時間の
経過にかかわらず、酸化イットリウムからの発光強度が
安定していることがわかる。これに対して、従来の酸化
物超電導膜製造装置を用いた場合には、時間が経過する
につれて、酸化イットリウムからの発光強度が小さくな
っていることがわかる。
【００４４】さらに、図８は、実施例４のように構成さ
れる酸化物超電導膜製造装置を用いて成膜された酸化物
超電導膜の、長手方向の特性分布を示す。図８におい
て、横軸はテープ先頭からの位置および成膜時間の経過
を示し、縦軸はそれぞれ膜厚、７７．３ＫにおけるＪｃ
（臨界電流密度）およびＩｃ（臨界電流）を示してい
る。
れる酸化物超電導膜製造装置を用いて成膜された酸化物
超電導膜の、長手方向の特性分布を示す。図８におい
て、横軸はテープ先頭からの位置および成膜時間の経過
を示し、縦軸はそれぞれ膜厚、７７．３ＫにおけるＪｃ
（臨界電流密度）およびＩｃ（臨界電流）を示してい
る。
【００４５】図８から明らかなように、このような実施
例４のように構成される酸化物超電導膜製造装置を用い
て成膜した超電導テープサンプルは、テープ全長にわた
って、膜厚、ＪｃおよびＩｃが安定であることが確認さ
れた。
例４のように構成される酸化物超電導膜製造装置を用い
て成膜した超電導テープサンプルは、テープ全長にわた
って、膜厚、ＪｃおよびＩｃが安定であることが確認さ
れた。
【００４６】実施例５ 図９は、この発明による酸化物超電導膜製造装置の他の
実施例を示している。
実施例を示している。
【００４７】図９を参照して、この酸化物超電導膜製造
装置は、レーザ発振装置１と、レーザ入射窓２を有する
薄膜形成炉３とを備える。薄膜形成炉３内には、酸化物
超電導体の成分を含むターゲット４と、ターゲット４に
対向するように基板６が配置される。また、レーザ入射
窓２とターゲット４との間には、レーザ透過性の板材８
が設けられる。レーザ透過性の板材８は長方形であり、
矢印１８の方向へ直線的に移動させることができる。さ
らに、飛散粒子による発光をとらえるためのカメラ１
１、とらえた光を分光するための分光器１３、カメラ１
１と分光器１３を接続する光ファイバ１２、入力信号を
増幅するための増幅器１５、増幅された信号を処理する
ためのスペクトルデータ処理用コンピュータ２２、処理
されたスペクトルデータを判断しレーザコントロールコ
ンピュータ２４または板材搬送用ドライバ２５へ制御信
号を送るためのメインコンピュータ２３、送られた制御
信号に基づき、レーザパワーを制御するためのレーザコ
ントロールコンピュータ２４および板材を移動させるた
めの板材搬送用ドライバ２５を備える。
装置は、レーザ発振装置１と、レーザ入射窓２を有する
薄膜形成炉３とを備える。薄膜形成炉３内には、酸化物
超電導体の成分を含むターゲット４と、ターゲット４に
対向するように基板６が配置される。また、レーザ入射
窓２とターゲット４との間には、レーザ透過性の板材８
が設けられる。レーザ透過性の板材８は長方形であり、
矢印１８の方向へ直線的に移動させることができる。さ
らに、飛散粒子による発光をとらえるためのカメラ１
１、とらえた光を分光するための分光器１３、カメラ１
１と分光器１３を接続する光ファイバ１２、入力信号を
増幅するための増幅器１５、増幅された信号を処理する
ためのスペクトルデータ処理用コンピュータ２２、処理
されたスペクトルデータを判断しレーザコントロールコ
ンピュータ２４または板材搬送用ドライバ２５へ制御信
号を送るためのメインコンピュータ２３、送られた制御
信号に基づき、レーザパワーを制御するためのレーザコ
ントロールコンピュータ２４および板材を移動させるた
めの板材搬送用ドライバ２５を備える。
【００４８】このように構成される酸化物超電導膜製造
装置において、レーザパワーを一定にするための自動制
御は、以下のように実行される。なお、この自動制御を
実行するフローチャートを図１０に示す。
装置において、レーザパワーを一定にするための自動制
御は、以下のように実行される。なお、この自動制御を
実行するフローチャートを図１０に示す。
【００４９】レーザ発振装置１より発振されたレーザ光
は、レーザ入射窓２を通して、薄膜形成炉３内に設けら
れたターゲット４に照射される。ターゲット４は、酸化
物超電導体の成分を含んでいる。レーザ光が照射される
と、ターゲット４より構成物質の粒子５が飛散し、ター
ゲット４と対向するように配置された基板６に、ターゲ
ット構成物質が堆積する。このとき、ターゲットより飛
散する粒子は、高エネルギーのレーザによって励起さ
れ、ある特定の周波数を持つ光を発する。この発光をカ
メラ１１によってとらえ、光ファイバ１２で分光器１３
に送る。そこで分光された光は、光電素子１４により電
気的信号に変えられ、増幅器１５を通して、スペクトル
データ処理用コンピュータ２２でそのスペクトルデータ
が処理される。続いて、スペクトルデータは、メインコ
ンピュータ２３に送られ、ある発光種からの発光強度Ｉ
の判断が行なわれる。すなわち、成膜開始直後の発光強
度Ｉ 0 ＝１としたとき、発光強度Ｉが０．８≦Ｉ≦１．
２の範囲にあるときには、そのままレーザ発振が続けら
れる。Ｉ＞１．２のときには、スペクトルデータを基
に、レーザコントロールコンピュータ２４は、ある決め
られた発光種からの発光強度Ｉが一定となるようにレー
ザパワーを調節した後、レーザ発振が続けられる。Ｉ＜
０．８のときには、さらにレーザパワーがＭＡＸである
かどうかの判断が行なわれる。レーザパワーがＭＡＸで
ないときには、Ｉ＞１．２のときと同様、レーザコント
ロールコンピュータ２４は、ある決められた発光種から
の発光強度Ｉが一定となるようにレーザパワーを調節し
た後、レーザ発振が続けられる。レーザパワーがＭＡＸ
であるときには、板材搬送用ドライバ２５により、板材
８を直線的に移動させる。これにより、レーザ光が通過
する部分に清浄な面が現われ、レーザパワーが回復した
後、レーザ発振が続けられる。
は、レーザ入射窓２を通して、薄膜形成炉３内に設けら
れたターゲット４に照射される。ターゲット４は、酸化
物超電導体の成分を含んでいる。レーザ光が照射される
と、ターゲット４より構成物質の粒子５が飛散し、ター
ゲット４と対向するように配置された基板６に、ターゲ
ット構成物質が堆積する。このとき、ターゲットより飛
散する粒子は、高エネルギーのレーザによって励起さ
れ、ある特定の周波数を持つ光を発する。この発光をカ
メラ１１によってとらえ、光ファイバ１２で分光器１３
に送る。そこで分光された光は、光電素子１４により電
気的信号に変えられ、増幅器１５を通して、スペクトル
データ処理用コンピュータ２２でそのスペクトルデータ
が処理される。続いて、スペクトルデータは、メインコ
ンピュータ２３に送られ、ある発光種からの発光強度Ｉ
の判断が行なわれる。すなわち、成膜開始直後の発光強
度Ｉ 0 ＝１としたとき、発光強度Ｉが０．８≦Ｉ≦１．
２の範囲にあるときには、そのままレーザ発振が続けら
れる。Ｉ＞１．２のときには、スペクトルデータを基
に、レーザコントロールコンピュータ２４は、ある決め
られた発光種からの発光強度Ｉが一定となるようにレー
ザパワーを調節した後、レーザ発振が続けられる。Ｉ＜
０．８のときには、さらにレーザパワーがＭＡＸである
かどうかの判断が行なわれる。レーザパワーがＭＡＸで
ないときには、Ｉ＞１．２のときと同様、レーザコント
ロールコンピュータ２４は、ある決められた発光種から
の発光強度Ｉが一定となるようにレーザパワーを調節し
た後、レーザ発振が続けられる。レーザパワーがＭＡＸ
であるときには、板材搬送用ドライバ２５により、板材
８を直線的に移動させる。これにより、レーザ光が通過
する部分に清浄な面が現われ、レーザパワーが回復した
後、レーザ発振が続けられる。
【００５０】なお、上記実施例５において、長方形の板
材を直線的に移動させているが、図２に示すような円盤
状の板材を回転させてもよいし、あるいは図３に示すよ
うなシート状の板材を巻取りサプライにより移動させて
もよい。
材を直線的に移動させているが、図２に示すような円盤
状の板材を回転させてもよいし、あるいは図３に示すよ
うなシート状の板材を巻取りサプライにより移動させて
もよい。
【００５１】実施例６ 図１１は、この発明による酸化物超電導膜製造装置の他
の実施例を示している。
の実施例を示している。
【００５２】図１１を参照して、この酸化物超電導膜製
造装置は、レーザ発振装置１と、レーザ入射窓２を有す
る薄膜形成炉３とを備える。薄膜形成炉３内には、酸化
物超電導体の成分を含むターゲット４と、ターゲット４
に対向するように基板６が配置される。また、レーザ入
射窓２とターゲット４との間には、レーザ透過性の板材
８が設けられる。レーザ透過性の板材８は長方形であ
り、矢印２６のように往復運動をさせることができる。
さらに、飛散した粒子による発光をとらえるためのカメ
ラ１１、とらえた光を分光するための分光器１３、カメ
ラ１１と分光器１３を接続する光ファイバ１２、分光器
からの入力信号を増幅するための増幅器１５、増幅され
た信号に基づいて発光強度が一定となるように制御信号
を送るためのコンピュータ１６および送られた制御信号
に基づきレーザパワーを制御するためのレーザ制御用コ
ンピュータ１７を備える。
造装置は、レーザ発振装置１と、レーザ入射窓２を有す
る薄膜形成炉３とを備える。薄膜形成炉３内には、酸化
物超電導体の成分を含むターゲット４と、ターゲット４
に対向するように基板６が配置される。また、レーザ入
射窓２とターゲット４との間には、レーザ透過性の板材
８が設けられる。レーザ透過性の板材８は長方形であ
り、矢印２６のように往復運動をさせることができる。
さらに、飛散した粒子による発光をとらえるためのカメ
ラ１１、とらえた光を分光するための分光器１３、カメ
ラ１１と分光器１３を接続する光ファイバ１２、分光器
からの入力信号を増幅するための増幅器１５、増幅され
た信号に基づいて発光強度が一定となるように制御信号
を送るためのコンピュータ１６および送られた制御信号
に基づきレーザパワーを制御するためのレーザ制御用コ
ンピュータ１７を備える。
【００５３】レーザ発振装置１より発振されたレーザ光
は、レーザ入射窓２を通して、薄膜形成炉３内に設けら
れたターゲット４に照射される。ターゲット４は、酸化
物超電導体の成分を含んでいる。レーザ光が照射される
と、ターゲット４より構成物質の粒子５が飛散し、ター
ゲット４と対向するように配置された基板６にターゲッ
ト構成物質が堆積する。このとき、ターゲットより飛散
する粒子は、高エネルギーのレーザによって励起され、
ある特定の周波数を持つ光を発する。この発光をカメラ
１１によってとらえ、光ファイバ１２で分光器１３に送
る。そこで分光された光は、光電素子１４により電気的
信号に変えられ、さらにその信号は増幅器１５を通して
増幅され、コンピュータ１６にそのスペクトルデータの
信号が送られる。コンピュータ１６には予め、成膜開始
時におけるある決められた発光種からの発光強度Ｉ0 が
登録されており、Ｉ0 ＝１としたとき送られた発光強度
Ｉが０．８≦Ｉ≦１．２となるように制御するための信
号をレーザ制御用コンピュータ１７に送る。送られた信
号に基づき、レーザ制御用コンピュータ１７では、印加
する電圧を制御して、レーザ発振装置１より発振される
レーザパワーを調節する。
は、レーザ入射窓２を通して、薄膜形成炉３内に設けら
れたターゲット４に照射される。ターゲット４は、酸化
物超電導体の成分を含んでいる。レーザ光が照射される
と、ターゲット４より構成物質の粒子５が飛散し、ター
ゲット４と対向するように配置された基板６にターゲッ
ト構成物質が堆積する。このとき、ターゲットより飛散
する粒子は、高エネルギーのレーザによって励起され、
ある特定の周波数を持つ光を発する。この発光をカメラ
１１によってとらえ、光ファイバ１２で分光器１３に送
る。そこで分光された光は、光電素子１４により電気的
信号に変えられ、さらにその信号は増幅器１５を通して
増幅され、コンピュータ１６にそのスペクトルデータの
信号が送られる。コンピュータ１６には予め、成膜開始
時におけるある決められた発光種からの発光強度Ｉ0 が
登録されており、Ｉ0 ＝１としたとき送られた発光強度
Ｉが０．８≦Ｉ≦１．２となるように制御するための信
号をレーザ制御用コンピュータ１７に送る。送られた信
号に基づき、レーザ制御用コンピュータ１７では、印加
する電圧を制御して、レーザ発振装置１より発振される
レーザパワーを調節する。
【００５４】一方、レーザ入射窓２の方向に飛散した粒
子７は、レーザ入射窓２に到着する前に、レーザ透過性
の板材８に付着する。しかし、このレーザ透過性の板材
８を、成膜中連続的に矢印２６のような往復運動をさせ
ることにより、板材８へ粒子が付着する速度は、往復運
動をさせないときに比べ、かなり遅くなる。
子７は、レーザ入射窓２に到着する前に、レーザ透過性
の板材８に付着する。しかし、このレーザ透過性の板材
８を、成膜中連続的に矢印２６のような往復運動をさせ
ることにより、板材８へ粒子が付着する速度は、往復運
動をさせないときに比べ、かなり遅くなる。
【００５５】なお、上記実施例６において、長方形の板
材を直線的に移動させているが、図２に示すような円盤
状の板材を成膜中連続的に移動させてもよいし、あるい
は図３に示すようなシート状の板材を巻取りサプライに
より連続的に移動させてもよい。
材を直線的に移動させているが、図２に示すような円盤
状の板材を成膜中連続的に移動させてもよいし、あるい
は図３に示すようなシート状の板材を巻取りサプライに
より連続的に移動させてもよい。
【００５６】
【発明の効果】このように、この発明によれば、ターゲ
ットに照射されるときのレーザパワーは一定に制御され
ることにより、高特性で特性均一な酸化物超電導膜が得
られる。したがって、この発明は、大面積酸化物超電導
膜の超電導特性の改善に大きな効果がある。
ットに照射されるときのレーザパワーは一定に制御され
ることにより、高特性で特性均一な酸化物超電導膜が得
られる。したがって、この発明は、大面積酸化物超電導
膜の超電導特性の改善に大きな効果がある。
【００５７】特に、この発明は、酸化物超電導膜の高速
成膜における高品質化に有効であるから、基板として、
たとえば長尺のテープ基材を用い、そこに連続的に酸化
物超電導膜を成膜することによって得られる酸化物超電
導線材の製造に適用されたとき、特に効果的である。
成膜における高品質化に有効であるから、基板として、
たとえば長尺のテープ基材を用い、そこに連続的に酸化
物超電導膜を成膜することによって得られる酸化物超電
導線材の製造に適用されたとき、特に効果的である。
【図１】本発明に従う、酸化物超電導膜製造装置の一例
の模式図である。
の模式図である。
【図２】本発明に従う、酸化物超電導膜製造装置の他の
例の模式図である。
例の模式図である。
【図３】本発明に従う、酸化物超電導膜製造装置の他の
例の模式図である。
例の模式図である。
【図４】従来の酸化物超電導膜製造装置の一例の模式図
である。
である。
【図５】本発明に従って製造された酸化物超電導膜の長
手方向の特性分布を示す図である。
手方向の特性分布を示す図である。
【図６】従来の方法により製造された酸化物超電導膜の
長手方向の特性分布を示す図である。
長手方向の特性分布を示す図である。
【図７】本発明に従う、酸化物超電導膜製造装置の他の
例の模式図である。
例の模式図である。
【図８】本発明に従って製造された酸化物超電導膜の長
手方向の特性分布を示す図である。
手方向の特性分布を示す図である。
【図９】本発明に従う、酸化物超電導膜製造装置の他の
例の模式図である。
例の模式図である。
【図１０】図９に示した酸化物超電導膜製造装置の動作
を説明するためのフロー図である。
を説明するためのフロー図である。
【図１１】本発明に従う、酸化物超電導膜製造装置の他
の例の模式図である。
の例の模式図である。
１ レーザ発振装置 ２ レーザ入射窓 ３ 薄膜形成炉 ４ ターゲット ６ 基板 ８ レーザ透過性板材 ９ レーザ透過性板材 １０ レーザ透過性板材 １１ カメラ １２ 光ファイバ １３ 分光器 １４ 光電素子 １５ 増幅器 １６ コンピュータ １７ レーザ制御用コンピュータ ２１ 巻取りサプライ ２２ スペクトルデータ処理用コンピュータ ２３ メインコンピュータ ２４ レーザコントロールコンピュータ ２５ 板材搬送用ドライバ なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 葭田 典之 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友 電気工業株式会社 大阪製作所内 (72)発明者 原 築志 東京都調布市西つつじケ丘二丁目４番１ 号 東京電力株式会社 技術研究所内 (72)発明者 石井 英雄 東京都調布市西つつじケ丘二丁目４番１ 号 東京電力株式会社 技術研究所内 (56)参考文献 特開 平４−59606（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−35425（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−291371（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01B 13/00 565 C01G 1/00 C23C 14/46 C30B 23/08 H01B 12/06 ZAA
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザアブレーション法を用いる酸化物
超電導膜の製造装置であって、 レーザ透過性のレーザ入射窓を有する薄膜形成炉と、 前記薄膜形成炉内に設けられ、酸化物超電導体の成分を
含むターゲットと、 前記薄膜形成炉外部から前記レーザ入射窓を介して前記
ターゲットにレーザ光を照射するレーザ光源と、 成膜中にターゲットから飛散されるターゲット飛散粒子
の特定の発光種からの発光強度を検知する第１の検知手
段と、 前記第１の検知手段の発光強度検知出力に応答して、前
記発光種からの発光強度を成膜中一定になるように、前
記レーザ光源から出力されるレーザパワーを制御する手
段と、 前記制御手段の制御限界を検知する第２の検知手段と、 前記レーザ入射窓と前記ターゲットとの間に設けられ
る、移動可能な可動レーザ透過性板材と、 前記第２の検知手段の検知出力に応答して、前記可動レ
ーザ透過性板材を移動させる手段とを含む、酸化物超電
導膜製造装置。
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