JP4574380B2

JP4574380B2 - Manufacturing method and manufacturing apparatus for oxide superconducting wire

Info

Publication number: JP4574380B2
Application number: JP2005037981A
Authority: JP
Inventors: 泰範須藤; 一臣柿本; 康裕飯島
Original assignee: Fujikura Ltd; International Superconductivity Technology Center
Current assignee: Fujikura Ltd; International Superconductivity Technology Center
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: JP2006228465A

Description

本発明は、酸化物超電導線材の製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing an oxide superconducting wire.

図５は、基材上に酸化物超電導体を成膜するために用いられる従来のレーザ蒸着装置の一例を示す構成図である。このレーザ蒸着装置１１は、処理容器１２を有し、この処理容器１２の内部の蒸着処理室１３に、テープ状の基材に多結晶中間薄膜を形成してなる超電導層成膜用基材（以下、テープ基材と記す。）１４と、ターゲット１５とを設置できるようになっている。即ち、蒸着処理室１３の底部には基台１６が設けられ、この基台１６の上面にテープ基材１４を設置できるようになっているとともに、基台１６の斜め上方に支持ホルダ１７によって支持された酸化物超電導体のターゲット１５が設けられている。また、図中符号１８はテープ基材１４の送出装置、１９はテープ基材１４の巻取装置を示す。 FIG. 5 is a block diagram showing an example of a conventional laser vapor deposition apparatus used for forming an oxide superconductor on a substrate. This laser vapor deposition apparatus 11 has a processing container 12, and a superconducting layer film-forming substrate (in which a polycrystalline intermediate thin film is formed on a tape-shaped substrate in a vapor deposition chamber 13 inside the processing container 12 ( Hereinafter, it is referred to as a tape base material.) 14 and a target 15 can be installed. That is, a base 16 is provided at the bottom of the vapor deposition chamber 13 so that the tape base material 14 can be installed on the upper surface of the base 16 and supported by the support holder 17 diagonally above the base 16. An oxide superconductor target 15 is provided. In the figure, reference numeral 18 denotes a feeding device for the tape base material 14, and 19 denotes a winding device for the tape base material 14.

処理容器１２は、排気孔２０を介して真空排気装置２１に接続されて蒸着処理室１３を所定の圧力に減圧できるようになっている。ターゲット１５としては、成膜しようとする酸化物超電導体の組成と同等か近似する組成のものであって、酸化物超電導体の焼結体等が用いられている。また、ターゲット１５の形状としては、一般に円板状のものが用いられている。ターゲット１５は、後述するレーザ光３０が所定の角度で照射されて、このレーザ光３０によって叩き出されるターゲット１５の構成粒子がテープ基材１４上に均一に堆積できるように所定の角度で傾斜した状態で設けられている。基台１６は加熱ヒータを内蔵したもので、テープ基材１４を必要に応じて加熱できるようになっている。支持ホルダ１７は、モータ等の駆動源（図示略）と接続されている。この支持ホルダ１７は、前記駆動源の作動により回転し、これに伴って該支持ホルダ１７に支持されたターゲット１５も中心軸を中心に回転するようになっている。一方、処理容器１２の側方には、レーザ発光装置２２と第１反射鏡２３と集光レンズ２４と第２反射鏡２５とが設けられ、レーザ発光装置２２からのレーザ光３０を処理容器１２の側壁に取り付けられた透明窓２６を介してターゲット１５に集光照射できるようになっている。レーザ光３０としては、Ａｒ−Ｆ（１９３ｎｍ）、Ｋｒ−Ｆ（２４８ｎｍ）などのエキシマレーザ等が主に用いられている。 The processing container 12 is connected to a vacuum exhaust device 21 through the exhaust hole 20 so that the vapor deposition processing chamber 13 can be depressurized to a predetermined pressure. The target 15 has a composition equivalent to or close to the composition of the oxide superconductor to be formed, and a sintered body of the oxide superconductor or the like is used. Moreover, as a shape of the target 15, a disk-shaped thing is generally used. The target 15 is irradiated with a laser beam 30 to be described later at a predetermined angle, and is inclined at a predetermined angle so that the constituent particles of the target 15 knocked out by the laser beam 30 can be uniformly deposited on the tape substrate 14. It is provided in the state. The base 16 has a built-in heater, so that the tape base 14 can be heated as necessary. The support holder 17 is connected to a drive source (not shown) such as a motor. The support holder 17 is rotated by the operation of the drive source, and the target 15 supported by the support holder 17 is also rotated about the central axis. On the other hand, a laser light emitting device 22, a first reflecting mirror 23, a condenser lens 24, and a second reflecting mirror 25 are provided on the side of the processing container 12, and the laser light 30 from the laser light emitting device 22 is transmitted to the processing container 12. The target 15 can be focused and irradiated through a transparent window 26 attached to the side wall. As the laser beam 30, excimer lasers such as Ar-F (193 nm) and Kr-F (248 nm) are mainly used.

上述のような構成のレーザ蒸着装置１１を用いてテープ基材１４上にＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの酸化物超電導体の薄膜を成膜するには、テープ基材１４をこの多結晶中間薄膜側を上にして基台１６上に設置し、酸化物超電導体のターゲット１５としてＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xのターゲットを設置し、蒸着処理室１３を真空排気装置２１で減圧する。ついで、送出装置１８からテープ基材１４を送り出し、一方、前記駆動源を作動させてターゲット１５を中心軸を中心に回転させながら該ターゲット１５の表面にエキシマレーザ等のレーザ光３０を照射することにより、レーザ光３０の照射位置をターゲット１５の表面上で移動させることで走査しながら、ターゲットの構成粒子を叩き出し若しくは蒸発させて、多結晶中間薄膜上に前記構成粒子を堆積させる。多結晶中間薄膜は、その結晶粒が予めｃ軸配向し、ａ軸とｂ軸でも配向するようにＩＢＡＤ法により形成されているので、酸化物超電導体の薄膜の結晶のｃ軸とａ軸とｂ軸も多結晶中間薄膜の結晶に整合するようにエピタキシャル成長して結晶化する。これにより結晶配向性を制御したＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの酸化物超電導体の薄膜が得られる。 In order to form a thin film of an oxide superconductor of Y ₁ Ba ₂ Cu ₃ O _x on the tape base material 14 using the laser vapor deposition apparatus 11 having the above-described configuration, the tape base material 14 is made of this polycrystalline intermediate. The thin film side is placed on the base 16, a Y ₁ Ba ₂ Cu ₃ O _x target is placed as the oxide superconductor target 15, and the vapor deposition chamber 13 is decompressed by the vacuum exhaust device 21. Next, the tape base material 14 is delivered from the delivery device 18, and on the other hand, the surface of the target 15 is irradiated with a laser beam 30 such as an excimer laser while rotating the target 15 about the central axis by operating the drive source. Thus, while scanning by moving the irradiation position of the laser beam 30 on the surface of the target 15, the constituent particles of the target are knocked out or evaporated to deposit the constituent particles on the polycrystalline intermediate thin film. The polycrystalline intermediate thin film is formed by the IBAD method so that the crystal grains are preliminarily oriented in the c-axis and also in the a-axis and the b-axis, so that the c-axis and a-axis of the oxide superconductor thin film crystal The b-axis is also epitaxially grown and crystallized so as to match the crystal of the polycrystalline intermediate thin film. As a result, a thin film of Y ₁ Ba ₂ Cu ₃ O _x oxide superconductor with controlled crystal orientation can be obtained.

従来の薄膜の形成方法においては、ターゲット１５の構成粒子をテープ基材１４の多結晶中間薄膜上に堆積させる際に、ターゲット１５を中心軸を中心に回転させながら該ターゲット１５の表面に集光したレーザ光３０を照射する方法、すなわち、レーザ光３０をターゲット１５の表面上の同一の円状の経路に沿って複数回往復移動させることにより走査する方法であるので、長時間成膜を行うと、前記経路の部分が深く削られてしまい、底部に凹凸を有する溝ができてしまう。このように局所的に深く削られた溝を有するターゲット１５にレーザ光３０を照射すると、ターゲット１５が所定の角度で傾斜して配置されていても、レーザ光３０は溝３３内の凹凸部分にあたって偏心してしまうため、偏心したレーザ光３０により叩き出された構成粒子はテープ基材１４上に均一に堆積しない。従って、従来の薄膜の形成方法では、上述のようなレーザ光の偏心が起こることにより、超電導特性が優れた酸化物超電導体の薄膜を長尺にわたり均一に形成できないという問題があった。また、レーザ光の偏心が起こると、殆ど削られないまま残存している部分があっても、ターゲットは寿命となり、ターゲット表面の利用効率が悪いという問題があった。 In the conventional thin film forming method, when the constituent particles of the target 15 are deposited on the polycrystalline intermediate thin film of the tape substrate 14, the target 15 is condensed on the surface of the target 15 while rotating around the central axis. In this method, the laser beam 30 is irradiated, that is, the laser beam 30 is scanned by reciprocating the laser beam 30 a plurality of times along the same circular path on the surface of the target 15. Then, the portion of the path is deeply cut, and a groove having irregularities is formed at the bottom. When the laser beam 30 is irradiated onto the target 15 having the groove that is locally deeply cut in this way, the laser beam 30 is applied to the uneven portion in the groove 33 even if the target 15 is inclined at a predetermined angle. Since the particles are decentered, the constituent particles knocked out by the decentered laser beam 30 are not uniformly deposited on the tape substrate 14. Therefore, the conventional thin film forming method has a problem that the oxide superconductor thin film having excellent superconducting properties cannot be uniformly formed over a long length due to the above-described eccentricity of the laser beam. Further, when the laser beam is decentered, there is a problem that even if there is a portion that remains almost uncut, the target has a lifetime and the use efficiency of the target surface is poor.

本発明者らは、上述したようなターゲットの偏心を防止して、ターゲットの寿命を延ばすために、レーザ光３０の照射位置をターゲット１５の表面上で移動させるレーザ光の走査を行いながらレーザ光３０をターゲット１５に照射してレーザ蒸着する際に、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、異なる場所のターゲット１５の構成粒子が叩き出されるか蒸発するようにターゲット１５をその中心軸Ｏを回転させる回転運動とターゲット１５をその中心軸Ｏと交差する面に沿って移動させる並進運動を併用することを特徴とする酸化物超電導体薄膜等の形成方法を提案している（特許文献１参照。）。
特開２０００−３１９０９７号公報 In order to prevent the eccentricity of the target as described above and extend the life of the target, the present inventors perform laser beam scanning while moving the irradiation position of the laser beam 30 on the surface of the target 15. As shown in FIGS. 6A and 6B, when the target 15 is irradiated with the target 15 and laser deposition, the target 15 is centered so that the constituent particles of the target 15 at different locations are knocked out or evaporated. A method of forming an oxide superconductor thin film or the like has been proposed in which a rotary motion for rotating the axis O and a translational motion for moving the target 15 along a plane intersecting the central axis O are used in combination (patent) Reference 1).
JP 2000-319097 A

特許文献１に記載された薄膜の形成方法によれば、ターゲット１５を回転させつつその中心軸Ｏと交差する面に沿って移動させることによって、ターゲット１５の偏心を防止し、ターゲット１５の寿命を延ばすことができる。しかしながら、特許文献１に記載された従来技術においても、次のような問題があった。 According to the method for forming a thin film described in Patent Document 1, the target 15 is prevented from being eccentric by moving the target 15 along the plane intersecting the central axis O while rotating the target 15, thereby extending the life of the target 15. Can be extended. However, the prior art described in Patent Document 1 also has the following problems.

ターゲット１５に照射されるレーザ光３０のビーム強度分布は、ビーム中心が強く、中心からビーム端に向かって漸次弱くなることから、レーザ光３０がターゲット１５の周縁に照射された場合であっても、ターゲット１５の周縁はそれ以外の部分よりも削られ難い。そのため、所定時間レーザ蒸着を継続すると、ターゲット１５の周縁部以外の部分が削られ、ターゲット１５には、図７（Ａ）に示すように周縁部に向けて厚みを増すスロープ部２７が形成される。このターゲット１５が往復移動する際、レーザ光３０が平坦なターゲット１５中央に照射される時には、粒子の噴流（以下、プルーム２８と記す。）が予想されたテープ基材１４方向に流れるが、図７（Ｂ）に示すようにレーザ光３０がスロープ部２７に当たると、プルーム２８が予想された方向に流れず、テープ基材１４に粒子が一時的に堆積されないか又は堆積量が減少するために、テープ基材１４の長手方向の超電導層膜厚分布が不均一になり、酸化物超電導線材の臨界電流（Ｉｃ）などの超電導特性が不均一になるという問題がある。 Since the beam intensity distribution of the laser beam 30 irradiated to the target 15 is strong at the beam center and gradually weakens from the center toward the beam end, even when the laser beam 30 is irradiated to the periphery of the target 15. The peripheral edge of the target 15 is harder to be cut than other portions. Therefore, when laser vapor deposition is continued for a predetermined time, portions other than the peripheral portion of the target 15 are scraped, and a slope portion 27 that increases in thickness toward the peripheral portion is formed on the target 15 as shown in FIG. The When the target 15 reciprocates, when a laser beam 30 is applied to the center of the flat target 15, a particle jet (hereinafter referred to as plume 28) flows in the direction of the expected tape substrate 14. When the laser beam 30 hits the slope portion 27 as shown in FIG. 7B, the plume 28 does not flow in the expected direction, and particles are not temporarily deposited on the tape base material 14 or the deposition amount is reduced. There is a problem that the superconducting layer thickness distribution in the longitudinal direction of the tape substrate 14 becomes non-uniform, and the superconducting characteristics such as the critical current (Ic) of the oxide superconducting wire become non-uniform.

本発明は前記事情に鑑みてなされ、長時間成膜しても長手方向の超電導層膜厚分布が均一となり、超電導特性が長手方向で均一な酸化物超電導線材を製造することができる製造方法及び製造装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a manufacturing method capable of manufacturing an oxide superconducting wire having a uniform superconducting layer thickness distribution in the longitudinal direction and a uniform superconducting characteristic in the longitudinal direction even when film-forming for a long time The purpose is to provide manufacturing equipment.

前記目的を達成するため、本発明は、蒸着処理室内に設けた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にレーザ光を照射して前記ターゲットから発生させた粒子を前記ターゲット近傍を移動中のテープ基材上に堆積させて超電導層を形成する際に、異なる場所のターゲットの構成粒子が叩き出されるか蒸発するように前記ターゲットをその中心軸を中心に回転させる回転運動と前記ターゲットを前記中心軸と交差する面に沿って移動させる並進運動を併用してレーザ蒸着を行い酸化物超電導線材を製造する方法において、前記ターゲットの並進運動の移動範囲をレーザ蒸着に伴ってターゲット周縁部に形成されるスロープ部にレーザ光が照射されないようにレーザ蒸着の経時とともに縮小することを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides an oxide superconductor provided in a vapor deposition chamber or a target having an approximate composition with an oxide superconductor by irradiating a laser beam with particles generated from the target in the vicinity of the target. When forming a superconducting layer by depositing on a moving tape substrate, a rotational motion that rotates the target around its central axis so that constituent particles of the target at different locations are knocked out or evaporated, and In a method for manufacturing an oxide superconducting wire by performing laser deposition using a translational motion in which a target is moved along a plane intersecting the central axis, the range of translational movement of the target is adjusted with laser deposition. oxides than electrostatic laser light in a slope portion formed on the part, characterized in that the shrink with time of laser deposition so as not to be irradiated To provide a method of manufacturing a wire.

本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、前記テープ基材が、テープ状の金属製基材の表面にイオンビームアシスト法によって多結晶中間薄膜が形成されたものであることをが好ましい。 In the method for producing an oxide superconducting wire according to the present invention, it is preferable that the tape base material has a polycrystalline intermediate thin film formed on the surface of a tape-like metal base material by an ion beam assist method.

本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、前記ターゲットの並進運動の移動範囲を７〜１０往復当たり０．５ｍｍ〜１ｍｍ縮小しながらレーザ蒸着を行うことが好ましい。 In the method of manufacturing an oxide superconducting wire according to the present invention, it is preferable to perform laser deposition while reducing the translational movement range of the target by 0.5 mm to 1 mm per 7 to 10 reciprocations.

また本発明は、レーザ光が入射される透明窓を有する処理容器と、該処理容器の蒸着処理室内に設けられた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と、前記蒸着処理室内に前記ターゲットに対向して設けられた基台と、該基台上にテープ基材をその長手方向に沿って移動させる送出装置及び巻取装置と、前記ターゲットを保持し異なる場所のターゲットの構成粒子が叩き出されるか蒸発するように前記ターゲットをその中心軸を中心に回転させる回転運動と前記ターゲットを前記中心軸と交差する面に沿って移動させる並進運動とを併用して前記ターゲットを移動させるターゲット移動機構と、前記透明窓を通して前記ターゲットに向けてレーザ光を照射するレーザ発光装置とを備えた酸化物超電導体の製造装置において、前記ターゲット移動機構が、ターゲットの並進運動の移動範囲をレーザ蒸着に伴ってターゲット周縁部に形成されるスロープ部にレーザ光が照射されないようにレーザ蒸着の経時とともに縮小するように制御されていることを特徴とする酸化物超電導線材の製造装置を提供する。 The present invention also provides a processing vessel having a transparent window into which laser light is incident, an oxide superconductor provided in the vapor deposition chamber of the processing vessel or a target having an approximate composition with the oxide superconductor, and the vapor deposition chamber. A base provided opposite to the target, a feeding device and a winding device for moving the tape base material along the longitudinal direction on the base, and a configuration of targets at different locations holding the target The target is moved by a combination of a rotational movement that rotates the target about its central axis and a translational movement that moves the target along a plane intersecting the central axis so that particles are knocked out or evaporated. An oxide superconductor manufacturing apparatus comprising: a target moving mechanism to be irradiated; and a laser light emitting device that emits laser light toward the target through the transparent window. The target moving mechanism is controlled so that the laser beam on the slope portion formed on the target periphery with a moving range of translational movement of the target to the laser deposition is reduced with time of laser deposition so as not to be irradiated An oxide superconducting wire manufacturing apparatus is provided.

本発明の酸化物超電導線材の製造装置において、前記テープ基材が、テープ状の金属製基材の表面にイオンビームアシスト法によって多結晶中間薄膜が形成されたものであることが好ましい。 In the oxide superconducting wire manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that the tape base material has a polycrystalline intermediate thin film formed on the surface of a tape-like metal base material by an ion beam assist method.

本発明の酸化物超電導線材の製造装置において、前記ターゲットの並進運動の移動範囲を７〜１０往復当たり０．５ｍｍ〜１ｍｍ縮小しながらレーザ蒸着を行うことが好ましい。 In the oxide superconducting wire manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable to perform laser vapor deposition while reducing the translational movement range of the target by 0.5 mm to 1 mm per 7 to 10 reciprocations.

本発明によれば、ターゲットをその中心軸を中心に回転させる回転運動と前記ターゲットを前記中心軸と交差する面に沿って移動させる並進運動を併用してレーザ蒸着を行い酸化物超電導線材を製造する際に、ターゲットの並進運動の移動範囲をレーザ蒸着に伴ってターゲット周縁部に形成されるスロープ部にレーザ光が照射されないようにレーザ蒸着の経時とともに縮小するように制御することによって、ターゲット端部でレーザ光がスロープ部に当たりプルームの方向が変わることによる超電導層の成膜不良が少なくなり、長尺線材を製造する場合でも超電導層の膜厚分布が均一なものとなる。その結果、本発明によれば長手方向の超電導特性が均一な酸化物超電導線材を製造することができる。

According to the present invention, an oxide superconducting wire is manufactured by performing laser vapor deposition using both a rotational movement that rotates a target around its central axis and a translational movement that moves the target along a plane intersecting the central axis. In this case, by controlling the movement range of the translational movement of the target so as to be reduced with the lapse of time of laser deposition so as not to irradiate the laser beam to the slope portion formed at the periphery of the target along with the laser deposition. The superconducting layer is less likely to be deposited due to the laser beam hitting the slope at the part and the plume direction is changed, and the film thickness distribution of the superconducting layer is uniform even when a long wire is manufactured. As a result, according to the present invention, an oxide superconducting wire having uniform superconducting characteristics in the longitudinal direction can be produced.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の酸化物超電導線材の製造方法におけるターゲット１５の移動方式を説明する側面図、図２は本発明の酸化物超電導線材の製造装置の一実施形態であるレーザ蒸着装置３１の構成図である。なお、本実施形態では、図４に示すように、テープ基材１４上に酸化物超電導体からなる超電導層３を形成してなる酸化物超電導線材５を製造する場合を例示している。このテープ基材１４は、ハステロイ等の金属テープ状の基材１上にスパッタ装置により多結晶中間薄膜を形成する際に、スパッタリングと同時に基材成膜面の斜め方向からイオンビームを照射しながら多結晶中間薄膜を形成するイオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ法）等によってＧｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７、ＣｅＯ_２、ＹＳＺなどからなる１層又は２層以上の多結晶中間薄膜２を形成してなるものである。この多結晶中間薄膜２の形成は前記ＩＢＡＤ法に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view for explaining a moving method of a target 15 in the method for manufacturing an oxide superconducting wire according to the present invention, and FIG. FIG. In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the case where the oxide superconducting wire 5 formed by forming the superconducting layer 3 which consists of an oxide superconductor on the tape base material 14 is illustrated. The tape base material 14 is formed by irradiating an ion beam from an oblique direction of the base film forming surface simultaneously with sputtering when a polycrystalline intermediate thin film is formed on a metal tape-like base material 1 such as Hastelloy by a sputtering apparatus. One or two or more layers of polycrystalline intermediate thin film 2 made of Gd ₂ Zr ₂ O ₇ , CeO ₂ , YSZ or the like are formed by an ion beam assist method (IBAD method) or the like for forming a polycrystalline intermediate thin film. is there. The formation of the polycrystalline intermediate thin film 2 is not limited to the IBAD method.

基材１の構成材料としては、ステンレス鋼、または、ハステロイ、インコネルなどのニッケル合金などの合金各種金属材料から適宜選択される長尺の金属テープを用いることができる。この基材１の厚みは、０．０１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０２〜０．１５ｍｍとされる。基材１の厚みが０．５ｍｍ以上では、後述する酸化物超電導体の薄膜３の膜厚に比べて厚く、オーバーオール（酸化物超電導導体全断面積）あたりの臨界電流密度としては低下してしまう。一方、基材１の厚みが０．０１ｍｍ未満では、著しく基材１の強度が低下し、酸化物超電導導体４の補強効果を消失してしまう。 As a constituent material of the base material 1, a long metal tape appropriately selected from various metal materials such as stainless steel or nickel alloys such as Hastelloy and Inconel can be used. The base material 1 has a thickness of 0.01 to 0.5 mm, preferably 0.02 to 0.15 mm. When the thickness of the substrate 1 is 0.5 mm or more, it is thicker than the film thickness of the oxide superconductor thin film 3 described later, and the critical current density per overall (total cross-sectional area of the oxide superconductor) is reduced. . On the other hand, if the thickness of the base material 1 is less than 0.01 mm, the strength of the base material 1 is remarkably lowered, and the reinforcing effect of the oxide superconducting conductor 4 is lost.

多結晶中間薄膜２は、立方晶系の結晶構造を有する結晶の集合した微細な結晶粒が多数相互に結晶粒界を介して接合一体化されてなるものであり、各結晶粒の結晶軸のｃ軸は基材１の上面（成膜面）に対してほぼ直角に向けられ、各結晶粒の結晶軸のａ軸どうしおよびｂ軸どうしは、互いに同一方向に向けられて面内配向されている。多結晶中間薄膜２の厚みは、０．１〜１．０μｍとされる。多結晶中間薄膜２の厚みを１．０μｍを超えて厚くしてももはや効果の増大は期待できず、経済的にも不利となる。一方、多結晶中間薄膜２の厚みが０．１μｍ未満であると、薄すぎて超電導層３を十分支持できない恐れがある。この多結晶中間薄膜２の構成材料としてはＧｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７、ＣｅＯ_２、ＹＳＺの他に、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ₃等を用いることができる。 The polycrystalline intermediate thin film 2 is formed by joining and integrating a large number of fine crystal grains in which crystals having a cubic crystal structure are joined to each other via a grain boundary. The c-axis is oriented substantially perpendicular to the upper surface (deposition surface) of the substrate 1, and the a-axis and the b-axis of each crystal grain are oriented in the same plane in the same direction. Yes. The thickness of the polycrystalline intermediate thin film 2 is 0.1 to 1.0 μm. Even if the thickness of the polycrystalline intermediate thin film 2 exceeds 1.0 μm, an increase in the effect can no longer be expected, which is disadvantageous economically. On the other hand, if the thickness of the polycrystalline intermediate thin film 2 is less than 0.1 μm, the superconducting layer 3 may not be sufficiently supported because it is too thin. As a constituent material of the polycrystalline intermediate thin film 2, MgO, SrTiO ₃ or the like can be used in addition to Gd ₂ Zr ₂ O ₇ , CeO ₂ , YSZ.

酸化物超電導体からなる超電導層３は、Ｙ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｙ₂Ｂa₄Ｃｕ₈Ｏ_x、Ｙ₃Ｂa₃Ｃｕ₆Ｏ_x、Ｇｄ_１Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｙｂ_１Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｈｏ_１Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_xなる組成、（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₃Ｃｕ₄Ｏ_xなる組成、あるいはＴｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₃Ｃｕ₄Ｏ_xなる組成などに代表される臨界温度の高い酸化物超電導体からなるものである。この超電導層３の厚みは、０．５〜５μｍ程度で、かつ均一な厚みとなっている。また、超電導層３の膜質は均一となっており、超電導層３の結晶のｃ軸とａ軸とｂ軸も多結晶中間薄膜２の結晶に整合するようにエピタキシャル成長して結晶化しており、結晶配向性が優れたものとなっている。 Superconducting layer 3 formed of an oxide _{_{_{superconductor, Y 1 Ba 2 Cu 3 O}}} x, Y 2 Ba 4 Cu 8 O x, Y 3 Ba 3 Cu 6 O x, Gd 1 Ba 2 Cu 3 O x, Yb 1 Ba ₂ Cu ₃ O _x , Ho ₁ Ba ₂ Cu ₃ O _x , (Bi, Pb) ₂ Ca ₂ Sr ₂ Cu ₃ O _x , (Bi, Pb) ₂ Ca ₂ Sr ₃ Cu ₄ O _x , or Consisting of a supercritical oxide superconductor represented by the composition of Tl ₂ Ba ₂ Ca ₂ Cu ₃ O _x , Tl ₁ Ba ₂ Ca ₂ Cu ₃ O _x , Tl ₁ Ba ₂ Ca ₃ Cu ₄ O _x It is. The thickness of this superconducting layer 3 is about 0.5 to 5 μm and has a uniform thickness. In addition, the film quality of the superconducting layer 3 is uniform, and the c-axis, a-axis, and b-axis of the crystal of the superconducting layer 3 are epitaxially grown and crystallized so as to match the crystal of the polycrystalline intermediate thin film 2. The orientation is excellent.

本実施形態では、図２に示すレーザ蒸着装置３１にテープ基材１４を移動可能にセットし、ターゲット１５にレーザ光３０を照射し、異なる場所のターゲット１５の構成粒子が叩き出されるか蒸発するようにターゲット１５をその中心軸を中心に回転させる回転運動とターゲット１５を中心軸と交差する面に沿って移動させる並進運動を併用してレーザ蒸着を行い酸化物超電導線材５を製造する際に、図１に示すように、ターゲット１５の並進運動の移動範囲をレーザ蒸着の経時とともに縮小するように制御することを特徴としている。 In this embodiment, the tape base material 14 is set so as to be movable in the laser vapor deposition apparatus 31 shown in FIG. 2, and the target 15 is irradiated with the laser beam 30, and the constituent particles of the target 15 at different locations are knocked out or evaporated. When the oxide superconducting wire 5 is manufactured by performing laser vapor deposition using both the rotational movement of rotating the target 15 about its central axis and the translational movement of moving the target 15 along the plane intersecting the central axis. As shown in FIG. 1, the moving range of the translational movement of the target 15 is controlled to be reduced with the lapse of time of laser deposition.

本実施形態におけるターゲット１５の並進運動の制御方式の一例を、図１に基づいて説明する。なお、このターゲット１５は円板状をなしており、図２に示すようにターゲット移動機構３２のターゲットホルダ３３に固定され、その中心軸を中心に回転運動と、この中心軸と交差する面に沿って所定の移動範囲（図１中、Ｌ_１で示す範囲）を往復する並進運動とを併用して移動可能に設けられている。 An example of the control method of the translational motion of the target 15 in this embodiment will be described with reference to FIG. The target 15 has a disk shape, and is fixed to the target holder 33 of the target moving mechanism 32 as shown in FIG. 2, and rotates on its central axis and on a plane intersecting this central axis. (in Figure 1, the range indicated by L ₁₎ a predetermined range of motion along provided movably in combination with translational movement back and forth.

このターゲット１５は、形成しようとする超電導層３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あるいは酸化物超電導体などの板体からなっている。従って、酸化物超電導体のターゲット１５は、Ｙ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｙ₂Ｂa₄Ｃｕ₈Ｏ_x、Ｙ₃Ｂa₃Ｃｕ₆Ｏ_x、Ｇｄ_１Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｙｂ_１Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｈｏ_１Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_xなる組成、（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₃Ｃｕ₄Ｏ_xなる組成、あるいはＴｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₃Ｃｕ₄Ｏ_xなる組成などに代表される臨界温度の高い超電導層３と同一の組成か近似した組成のものを用いることが好ましい。 This target 15 has a composition equivalent to or close to that of the superconducting layer 3 to be formed, or a plate body such as a sintered body of a complex oxide or an oxide superconductor containing many components that easily escape during film formation. It is made up of. Accordingly, the target 15 of the oxide superconductor is Y ₁ Ba ₂ Cu ₃ O _x , Y ₂ Ba ₄ Cu ₈ O _x , Y ₃ Ba ₃ Cu ₆ O _x , Gd ₁ Ba ₂ Cu ₃ O _x , Yb ₁ Ba. ₂ Cu ₃ O _x , Ho ₁ Ba ₂ Cu ₃ O _x , (Bi, Pb) ₂ Ca ₂ Sr ₂ Cu ₃ O _x , (Bi, Pb) ₂ Ca ₂ Sr ₃ Cu ₄ O _x , or The same composition as the superconducting layer 3 having a high critical temperature represented by the composition of Tl ₂ Ba ₂ Ca ₂ Cu ₃ O _x , Tl ₁ Ba ₂ Ca ₂ Cu ₃ O _x , Tl ₁ Ba ₂ Ca ₃ Cu ₄ O _x It is preferable to use a composition having an approximate composition.

レーザ蒸着開始時のターゲット１５は、図１（ａ）に示すように、レーザ光３０を照射する面が平坦であり、この面にレーザ光３０を照射した場合、ターゲット１５から噴出するプルームの流れ方向は、予め予想されている通りテープ基材１４に向けて流れる。この図１（ａ）に示す蒸着初期の状態では、ターゲット１５の全面が平坦であるので、前述した回転運動及び並進運動を継続してレーザ蒸着を行うことで、テープ基材１４上に均一な膜厚の超電導層３を形成することができる。 As shown in FIG. 1A, the target 15 at the start of laser deposition has a flat surface to which the laser beam 30 is irradiated, and when this surface is irradiated with the laser beam 30, the flow of plumes ejected from the target 15 The direction flows toward the tape substrate 14 as expected in advance. In the initial stage of vapor deposition shown in FIG. 1A, the entire surface of the target 15 is flat. Therefore, by performing laser vapor deposition by continuing the above-described rotational movement and translational movement, the target 15 is uniformly formed on the tape base material 14. The superconducting layer 3 having a thickness can be formed.

ターゲット１５に照射されるレーザ光３０のビーム強度分布は、ビーム中心が強く、中心からビーム端に向かって漸次弱くなることから、レーザ光３０がターゲット１５の周縁に照射された場合であっても、ターゲット１５の周縁はそれ以外の部分よりも削られ難い。そのため、所定時間レーザ蒸着を継続すると、ターゲット１５の周縁部以外の部分が削られ、ターゲット１５には、図１（ｂ）に示すように周縁部に向けて厚みを増すスロープ部２７が形成される。 Since the beam intensity distribution of the laser beam 30 irradiated to the target 15 is strong at the beam center and gradually weakens from the center toward the beam end, even when the laser beam 30 is irradiated to the periphery of the target 15. The peripheral edge of the target 15 is harder to be cut than other portions. Therefore, when laser vapor deposition is continued for a predetermined time, a portion other than the peripheral portion of the target 15 is shaved, and a slope portion 27 that increases in thickness toward the peripheral portion is formed on the target 15 as shown in FIG. The

図１（ｂ）に示すように、ターゲット１５の周縁部にスロープ部２７が形成された場合、レーザ蒸着開始時と同じ移動範囲（Ｌ_１）を並進運動させると、レーザ光３０がスロープ部２７に当たった場合に、プルームの流れ方向が変化してテープ基材１４から逸れて流れるために、レーザ光３０がスロープ部２７に当たっている間は超電導層３がほとんど形成されなくなり、テープ基材１４の長手方向に沿って超電導層３の厚さが不均一になり、得られる酸化物超電導線材５の長手方向の超電導特性が不均一になる可能性がある。 As shown in FIG. 1B, when the slope portion 27 is formed on the peripheral portion of the target 15, the laser beam 30 is converted into the slope portion 27 when the same movement range (L ₁ ) as that at the start of laser deposition is translated. , The flow direction of the plume changes and flows away from the tape base material 14, so that the superconducting layer 3 is hardly formed while the laser beam 30 strikes the slope portion 27. There is a possibility that the thickness of the superconducting layer 3 becomes non-uniform along the longitudinal direction and the superconducting characteristics in the longitudinal direction of the resulting oxide superconducting wire 5 become non-uniform.

本発明では、前述した不具合を防止するため、図１（ｃ）に示すように、ターゲット１５の周縁部にスロープ部２７が形成された場合に該スロープ部２７にレーザ光３０が照射されないよう、レーザ蒸着の経時とともに、ターゲット１５の並進運動の移動距離（Ｌ_２）を縮小する（Ｌ_２＜Ｌ_１）。これにより、ターゲット１５の周縁部にスロープ部２７が形成されたとしても、レーザ光３０がそのスロープ部２７に照射されることがなくなり、ターゲット１５から噴出するプルームの流れ方向は、常にテープ基材１４に向けて流れるようになる。 In the present invention, in order to prevent the above-described problems, as shown in FIG. 1C, when the slope portion 27 is formed on the peripheral portion of the target 15, the laser beam 30 is not irradiated to the slope portion 27. As the laser deposition progresses, the moving distance (L ₂ ) of the translational movement of the target 15 is reduced (L ₂ <L ₁ ). Thereby, even if the slope part 27 is formed in the peripheral part of the target 15, the laser beam 30 is not irradiated to the slope part 27, and the flow direction of the plume ejected from the target 15 is always the tape base material. It begins to flow toward 14.

このように、ターゲット１５を回転させつつ、並進移動させてレーザ蒸着を行う際に、レーザ蒸着の経時とともに、ターゲット１５の並進運動の移動距離を縮小することによって、レーザ光３０がスロープ部２７に照射されるのを防ぎながら、レーザ蒸着を長時間継続することができる。図１（ｄ）は、図１（ｃ）に示す状態から更にレーザ蒸着を継続させた状態を示している。ターゲット１５の並進運動の移動距離（Ｌ_３）は更に縮小されている（Ｌ_３＜Ｌ_２＜Ｌ_１）。このようにターゲット１５の移動を制御することで、ターゲット１５端部でレーザ光３０がスロープ部２７に当たることがなくなり、プルームの方向が変わることによる超電導層３の形成不良が少なくなり、長尺線材を製造する場合でも超電導層３の膜厚分布が均一なものとなるので、長手方向の超電導特性が均一な酸化物超電導線材５を製造することができる。 As described above, when performing laser deposition by rotating the target 15 while performing translation, the laser light 30 is applied to the slope portion 27 by reducing the translational movement distance of the target 15 with the lapse of time of laser deposition. Laser vapor deposition can be continued for a long time while preventing irradiation. FIG. 1D shows a state in which laser deposition is further continued from the state shown in FIG. The movement distance (L ₃ ) of the translational movement of the target 15 is further reduced (L ₃ <L ₂ <L ₁ ). By controlling the movement of the target 15 in this way, the laser beam 30 does not hit the slope portion 27 at the end of the target 15, and the formation failure of the superconducting layer 3 due to the change of the plume direction is reduced, and the long wire rod Since the film thickness distribution of the superconducting layer 3 is uniform even when the oxide superconducting wire 3 is manufactured, the oxide superconducting wire 5 having uniform superconducting characteristics in the longitudinal direction can be manufactured.

図２は、本発明に係る酸化物超電導線材の製造装置として用いられるレーザ蒸着装置の一例を示す図である。この例のレーザ蒸着装置３１は、酸化物超電導体のターゲット１５を、その中心軸を中心に回転させるとともに、この中心軸と交差する面に沿って並進させるターゲット移動機構３２のターゲットホルダ３３に固定している。このターゲット移動機構３２の従来と異なるところは、レーザ蒸着の経時とともに、ターゲット１５の並進運動の移動距離が縮小するように制御可能になっている点である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a laser vapor deposition apparatus used as an apparatus for manufacturing an oxide superconducting wire according to the present invention. The laser deposition apparatus 31 of this example is fixed to a target holder 33 of a target moving mechanism 32 that rotates an oxide superconductor target 15 around its central axis and translates it along a plane intersecting the central axis. is doing. The target moving mechanism 32 is different from the conventional one in that it can be controlled so that the moving distance of the translational movement of the target 15 is reduced with the lapse of time of laser deposition.

ターゲット移動機構３２は、ターゲット１５を支持するターゲットホルダ３３と、該ターゲットホルダ３３の底部に取り付けられたホルダ回転用シャフト３４と、該ホルダ回転用シャフト３４の端部に設けられたシャフト駆動源（図示略）から概略構成されてなるものである。また、このターゲット移動機構３２には、移動手段としてモータ等の駆動源（図示略）が接続されており、ターゲットホルダ３３の位置を回転可能且つ所定方向に沿って往復動可能とすることができるように構成されている。このような構成のターゲット移動機構３２によれば、レーザ光３０をターゲット１５に照射してレーザ蒸着する際に、ターゲット１５をその中心軸を中心に回転させる回転運動と、ターゲット１５を中心軸と直交する面に沿った方向に移動させる並進運動を同時に行うことにより、異なる場所のターゲット１５の構成粒子が叩き出されるようにすることが可能である。 The target moving mechanism 32 includes a target holder 33 that supports the target 15, a holder rotating shaft 34 that is attached to the bottom of the target holder 33, and a shaft drive source ( (Not shown). In addition, a drive source (not shown) such as a motor is connected to the target moving mechanism 32 as a moving means, and the position of the target holder 33 can be rotated and reciprocated along a predetermined direction. It is configured as follows. According to the target moving mechanism 32 having such a configuration, when the target 15 is irradiated with the laser beam 30 and laser deposition is performed, the target 15 is rotated about its central axis, and the target 15 is set as the central axis. By simultaneously performing translational movements that move in directions along orthogonal planes, it is possible to strike out the constituent particles of the target 15 at different locations.

このターゲット移動機構３２は、ターゲット１５の並進運動の移動範囲を７〜１０往復当たり０．５ｍｍ〜１ｍｍ縮小しながらレーザ蒸着を行うように制御されていることが好ましい。ターゲット１５の並進運動を７〜１０往復当たり０．５ｍｍ〜１ｍｍ縮小することで、ターゲット１５のスロープ部２７にレーザ光３０が照射されてプルームの方向が変化することがなく、またターゲット１５の無駄を最小限にすることができる。前記縮小幅が０．５ｍｍ未満であると、ターゲット１５のスロープ部２７にレーザ光３０が照射されてプルームの方向が変化する場合がある。一方、前記縮小幅が１ｍｍを超えると、レーザ光３０が照射されない領域が増加してターゲット１５の寿命が短くなる。 The target moving mechanism 32 is preferably controlled to perform laser deposition while reducing the moving range of the translational movement of the target 15 by 0.5 mm to 1 mm per 7 to 10 reciprocations. By reducing the translational movement of the target 15 by 0.5 mm to 1 mm per 7 to 10 reciprocations, the laser beam 30 is not irradiated onto the slope portion 27 of the target 15 and the direction of the plume does not change. Can be minimized. If the reduction width is less than 0.5 mm, the slope portion 27 of the target 15 may be irradiated with the laser light 30 to change the plume direction. On the other hand, if the reduction width exceeds 1 mm, the area where the laser beam 30 is not irradiated increases and the life of the target 15 is shortened.

このレーザ蒸着装置３１に用いるレーザ発光装置２２としては、ターゲット１５から構成粒子を叩き出すことができるレーザ光３０を発生するものであれば、Ａｒ−Ｆ（１９３ｎｍ）、Ｋｒ−Ｆ（２４８ｎｍ）などのエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ₂レーザなどのいずれのものを用いても良い。 As the laser light emitting device 22 used for the laser vapor deposition device 31, Ar-F (193 nm), Kr-F (248 nm), etc., as long as the laser light 30 that can knock out the constituent particles from the target 15 is generated. Any of excimer laser, YAG laser, CO ₂ laser, etc. may be used.

レーザの照射出力の調整は、レーザ発光装置２２に電力を供給する増幅装置（図示略）の出力を調整することにより行うことができる。また、レーザの照射周波数は、１秒間当たりに間欠的に発振されるレーザのパルスの数を示すものであり、この調整は、レーザ発光装置２２に電力を一定の周波数をもって間欠的に供給するか、レーザ光が通過する経路のどこかに、回転セクタ等の機械的シャッタを設け、この機械的シャッタを一定の周波数をもって作動させることにより、調整することができる。 The adjustment of the laser irradiation output can be performed by adjusting the output of an amplifier (not shown) that supplies power to the laser light emitting device 22. The laser irradiation frequency indicates the number of laser pulses intermittently oscillated per second, and this adjustment is performed by intermittently supplying power to the laser light emitting device 22 at a constant frequency. Adjustment can be made by providing a mechanical shutter such as a rotating sector somewhere in the path through which the laser light passes and operating this mechanical shutter at a constant frequency.

図２に示したレーザ蒸着装置３１を用いてテープ基材１４の上にＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの超電導層３を形成するには、多結晶中間薄膜２が形成されたテープ基材１４をこの多結晶中間薄膜２側を上にして基台１６上に設置し、酸化物超電導体のターゲット１５としてＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xからなる円板状のターゲット１５を支持ホルダ３７の支持部３８に取り付け、蒸着処理室１３を真空排気装置２１で減圧する。ここで必要に応じて蒸着処理室１３に酸素ガスを導入して蒸着処理室１３を酸素雰囲気としても良い。また、基台１６の加熱ヒータを作動させてテープ基材１４を所望の温度に加熱しても良い。 In order to form the superconducting layer 3 of Y ₁ Ba ₂ Cu ₃ O _X on the tape base material 14 using the laser vapor deposition apparatus 31 shown in FIG. 2, the tape base material 14 on which the polycrystalline intermediate thin film 2 is formed. Is placed on the base 16 with the polycrystalline intermediate thin film 2 side up, and a disk-like target 15 made of Y ₁ Ba ₂ Cu ₃ O _X is supported by a support holder 37 as a target 15 of an oxide superconductor. It attaches to the part 38, and the vapor deposition processing chamber 13 is pressure-reduced with the vacuum exhaust apparatus 21. FIG. Here, oxygen gas may be introduced into the vapor deposition chamber 13 as necessary to make the vapor deposition chamber 13 an oxygen atmosphere. Further, the tape base 14 may be heated to a desired temperature by operating the heater of the base 16.

送出装置１８からテープ基材１４を送り出しつつ、レーザ発光装置２２からレーザ光３０を発生させ、透明窓２６を通してレーザ光３０を蒸着処理室１３内に導入し、ターゲット１５に照射する。この時、レーザ光３０の照射位置をターゲット１５の表面上で移動させるレーザ光の走査を行いながらレーザ光をターゲットに照射してもよい。ターゲット１５は、ターゲット移動機構３２によってその中心軸を中心に回転させるとともに中心軸の延長線と直交する面に沿った方向に沿って往復移動させている。ここでのターゲット１５の回転運動によりレーザ光３０は円状の軌跡を描くので、ターゲット１５表面は円状に削られ、また、並進運動によりレーザ光３０はターゲット１５の径方向に動くので、ターゲット１５の円周側から中心側にかけても削れられるので、異なる場所のターゲット１５の構成粒子が叩き出されるか蒸発する。 While feeding the tape base material 14 from the delivery device 18, the laser light 30 is generated from the laser light emitting device 22, the laser light 30 is introduced into the vapor deposition processing chamber 13 through the transparent window 26, and the target 15 is irradiated. At this time, the target may be irradiated with the laser beam while scanning the laser beam that moves the irradiation position of the laser beam 30 on the surface of the target 15. The target 15 is rotated about its central axis by the target moving mechanism 32 and reciprocated along a direction along a plane perpendicular to the extension line of the central axis. Since the laser beam 30 draws a circular locus by the rotational movement of the target 15 here, the surface of the target 15 is cut into a circular shape, and the laser beam 30 moves in the radial direction of the target 15 by the translational movement. 15 is also scraped from the circumferential side to the center side, so that the constituent particles of the target 15 at different locations are knocked out or evaporated.

ここでターゲット１５を回転運動させる際の回転速度は、１回転／ｓｅｃ〜１０回転／ｓｅｃ程度とされる。また、ターゲット１５を並進運動させる際の並進速度は、下記式（１）で示される速度式を満たすものであることが、ターゲット１５の表面にレーザ光３０を照射して、ターゲット１５の構成粒子を叩き出すか蒸発させたときに、ターゲット１５の表面が局所的に深く削られるのを防止し、ターゲット１５の表面全体を均一に削ることができ、ターゲット１５の表面の利用効率を向上できる点で好ましい。 Here, the rotational speed when the target 15 is rotationally moved is about 1 rotation / sec to 10 rotations / sec. In addition, the translation speed when the target 15 is translated is such that it satisfies the speed formula shown by the following formula (1). The surface of the target 15 can be prevented from being locally deeply cut when it is struck or evaporated, and the entire surface of the target 15 can be uniformly cut, and the use efficiency of the surface of the target 15 can be improved. Is preferable.

ｄｘ／ｄｔ＝ａ／｜ｘ｜・・・式（１）
（式中、ｘはターゲットの中心軸からの距離（ｍｍ）、ｔは時間（ｓｅｃ）、ａは定数） dx / dt = a / | x | (1)
(Where x is the distance (mm) from the center axis of the target, t is the time (sec), and a is a constant)

ターゲット１５の並進速度が、前記式（１）を満たさない場合、ターゲット１５の表面にレーザ光３０を照射して、ターゲット１５の構成粒子を叩き出すか蒸発させたときに、ターゲット１５の表面が局所的に深く削られるのを防止する効果が十分でなく、ターゲット１５の表面全体を均一に削るのが困難である。前記式（１）中のａは、大きくなるほど並進速度が速くなる。ａの値の範囲としては、５０ｍｍ²／ｓｅｃ程度以上とするのが好ましい。ａの値が、５０ｍｍ²／ｓｅｃ未満であると、ターゲット１５の表面状態が速く悪くなり、ターゲット１５の寿命の延長効果が低下してしまう。 When the translation speed of the target 15 does not satisfy the above formula (1), when the surface of the target 15 is irradiated with the laser beam 30 and the constituent particles of the target 15 are beaten or evaporated, the surface of the target 15 is The effect of preventing deep local cutting is not sufficient, and it is difficult to uniformly cut the entire surface of the target 15. The translation speed becomes faster as a in the formula (1) becomes larger. The range of the value of a is preferably about 50 mm ² / sec or more. If the value of a is less than 50 mm ² / sec, the surface state of the target 15 is deteriorated quickly, and the effect of extending the life of the target 15 is reduced.

このように、ターゲット１５を回転させつつ、並進移動させてレーザ蒸着を行う際に、レーザ蒸着の経時とともに、ターゲット１５の並進運動の移動距離を縮小することによって、レーザ光３０がスロープ部２７に照射されるのを防ぎながら、レーザ蒸着を長時間継続することができ、プルームの方向が変わることによる超電導層３の成膜不良が少なくなり、長尺線材を製造する場合でも超電導層３の膜厚分布が均一なものとなるので、長手方向の超電導特性が均一な酸化物超電導線材５を製造することができる。 As described above, when performing laser deposition by rotating the target 15 while performing translation, the laser light 30 is applied to the slope portion 27 by reducing the translational movement distance of the target 15 with the lapse of time of laser deposition. Laser deposition can be continued for a long time while preventing the irradiation, and the film formation failure of the superconducting layer 3 due to the change of the plume direction is reduced, and the film of the superconducting layer 3 is produced even when a long wire is manufactured. Since the thickness distribution is uniform, the oxide superconducting wire 5 having uniform superconducting characteristics in the longitudinal direction can be manufactured.

［実施例］
図２に示すレーザ蒸着装置を用い、ハステロイテープの表面にＩＢＡＤにより膜厚１μｍ、配向性１０度のＧｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７からなる多結晶中間薄膜を形成し、さらにＰＬＤ法により配向性５度のＣｅＯ_２からなる多結晶中間薄膜を形成した、長さ１００ｍのテープ基材をこの多結晶中間薄膜側を上にして基台上に設置し、ターゲットとしてＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_X系の円板状のターゲットを支持ホルダの支持部に取り付け、蒸着処理室を真空排気装置で減圧した。送出装置から前記薄膜積層体を１．０ｍ／ｈで送り出しつつ、レーザ発光装置からレーザ光を発生させ、レーザ光をターゲットに照射した。レーザ光の強度を２０Ｗ、照射周波数を１００Ｈｚ、ターゲットの回転速度は２回転／ｓｅｃとした。ターゲットの並進運動の速度は、前記式（１）で示される速度式を満たしており、このときのａの値は５０ｍｍ²／ｓｅｃとした。また、並進運動は８往復毎に移動距離を０．８ｍｍ縮小するように制御した。この条件下でテープ基材の多結晶中間薄膜の表面にターゲットの構成粒子を堆積させて、厚さ１μｍのＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの薄膜を形成し、長尺の酸化物超電導線材を製造した。得られた酸化物超電導線材の臨界電流の長手方向分布を測定し、その結果を図３中の実施例として記載した。 [Example]
Using the laser deposition apparatus shown in FIG. 2, a polycrystalline intermediate thin film made of Gd ₂ Zr ₂ O _{7 having a} film thickness of 1 μm and an orientation of 10 degrees is formed on the surface of the Hastelloy tape by IBAD, and further an orientation of 5 degrees by the PLD method. A tape base material having a length of 100 m, on which a polycrystalline intermediate thin film made of CeO ₂ was formed, was placed on the base with the polycrystalline intermediate thin film side facing up, and a Y ₁ Ba ₂ Cu ₃ O _X- based target was used. A disk-shaped target was attached to the support portion of the support holder, and the vapor deposition processing chamber was depressurized with a vacuum exhaust device. While the thin film laminate was sent out from the delivery device at 1.0 m / h, laser light was generated from the laser light emitting device, and the target was irradiated with the laser light. The intensity of the laser beam was 20 W, the irradiation frequency was 100 Hz, and the target rotation speed was 2 rotations / sec. The speed of the translational movement of the target satisfies the speed formula shown by the formula (1), and the value of a at this time is 50 mm ² / sec. Further, the translational motion was controlled so as to reduce the moving distance by 0.8 mm every 8 reciprocations. Under this condition, target constituent particles are deposited on the surface of the polycrystalline intermediate thin film of the tape substrate to form a 1 μm-thick Y ₁ Ba ₂ Cu ₃ O _x thin film, and a long oxide superconducting wire is formed. Manufactured. The longitudinal distribution of critical current of the obtained oxide superconducting wire was measured, and the result is described as an example in FIG.

［比較例］
ターゲットの並進運動の移動範囲を縮小せずに一定としたままレーザ蒸着を行った以外は、実施例と同様にして酸化物超電導線材を製造した。得られた酸化物超電導線材の臨界電流の長手方向分布を測定し、その結果を図３中の比較例として記載した。 [Comparative example]
An oxide superconducting wire was manufactured in the same manner as in the example except that laser deposition was performed while keeping the range of translational movement of the target constant without reducing it. The longitudinal distribution of the critical current of the obtained oxide superconducting wire was measured, and the result is shown as a comparative example in FIG.

図３の結果から、ターゲットの並進運動の移動範囲を縮小せずに一定としたままレーザ蒸着を行った比較例では、ターゲットに形成されたスロープ部にレーザ光が照射されてプルームの向きが変化したことにより、得られる酸化物超電導線材の長手方向の超電導特性が不均一となった。この比較例において臨界電流の長手方向分布の最大値と最小値との差は約３０％であった。 From the result of FIG. 3, in the comparative example in which laser deposition was performed while keeping the range of translational movement of the target constant without reducing, the direction of the plume was changed by irradiating the slope portion formed on the target with laser light. As a result, the superconducting characteristics in the longitudinal direction of the obtained oxide superconducting wire became non-uniform. In this comparative example, the difference between the maximum value and the minimum value of the longitudinal distribution of the critical current was about 30%.

一方、ターゲットの並進運動の移動範囲を経時とともに縮小してレーザ蒸着を行った実施例では、得られる酸化物超電導線材の長手方向の超電導特性が均一化された。この実施例において臨界電流の長手方向分布の最大値と最小値との差は約１０％になった。 On the other hand, in the example in which the range of translational movement of the target was reduced with time and laser deposition was performed, the superconducting characteristics in the longitudinal direction of the obtained oxide superconducting wire were made uniform. In this example, the difference between the maximum value and the minimum value of the longitudinal distribution of the critical current was about 10%.

本発明の酸化物超電導線材の製造方法におけるターゲットの移動方式を説明する側面図である。It is a side view explaining the moving system of the target in the manufacturing method of the oxide superconducting wire of this invention. 本発明の酸化物超電導線材の製造装置の一実施形態であるレーザ蒸着装置の構成図である。It is a block diagram of the laser vapor deposition apparatus which is one Embodiment of the manufacturing apparatus of the oxide superconducting wire of this invention. 実施例の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of an Example. 酸化物超電導線材の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of an oxide superconducting wire. 従来のレーザ蒸着装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional laser vapor deposition apparatus. 従来のターゲット移動方式を説明する図である。It is a figure explaining the conventional target movement system. 従来のターゲット移動方式におけるプルームの変化を説明する概略図である。It is the schematic explaining the change of the plume in the conventional target movement system.

Explanation of symbols

１…基材、２…多結晶中間薄膜、３…超電導層、５…酸化物超電導線材、１１，３１…レーザ蒸着装置、１２…処理容器、１３…蒸着処理室、１４…テープ基材、１５…ターゲット、１６…基台、１７…支持ホルダ、１８…送出装置、１９…巻取装置、２０…排気孔、２１…真空排気装置、２２…レーザ発光装置、２３…第１反射鏡、２４…集光レンズ、２５…第２反射鏡、２６…透明窓、２７…スロープ部、２８…プルーム、３０…レーザ光、３２…ターゲット移動機構、３３…ターゲットホルダ、３４…ホルダ回転用シャフト。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base material, 2 ... Polycrystalline intermediate | middle thin film, 3 ... Superconducting layer, 5 ... Oxide superconducting wire, 11, 31 ... Laser vapor deposition apparatus, 12 ... Processing container, 13 ... Deposition processing chamber, 14 ... Tape base material, 15 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Target, 16 ... Base, 17 ... Support holder, 18 ... Delivery device, 19 ... Winding device, 20 ... Exhaust hole, 21 ... Vacuum exhaust device, 22 ... Laser light emitting device, 23 ... First reflecting mirror, 24 ... Condensing lens, 25 ... second reflecting mirror, 26 ... transparent window, 27 ... slope portion, 28 ... plume, 30 ... laser light, 32 ... target moving mechanism, 33 ... target holder, 34 ... shaft for rotating the holder.

Claims

An oxide superconductor provided in the vapor deposition chamber or a target having an approximate composition with the oxide superconductor is irradiated with laser light to deposit particles generated from the target on the tape substrate moving in the vicinity of the target. When forming the superconducting layer, the target particles at different locations are struck or evaporated so that the target rotates about its central axis and along the plane intersecting the central axis. In the method of manufacturing the oxide superconducting wire by performing laser vapor deposition together with the translational movement to be moved , the laser beam is applied to the slope portion formed at the periphery of the target in accordance with the laser vapor deposition. A method for producing an oxide superconducting wire, wherein the oxide superconducting wire is reduced with the lapse of time of laser deposition so as not to be irradiated .

The method for producing an oxide superconducting wire according to claim 1, wherein the tape base material is a tape-shaped metal base material on which a polycrystalline intermediate thin film is formed by an ion beam assist method. .

3. The method of manufacturing an oxide superconducting wire according to claim 1, wherein laser vapor deposition is performed while reducing a translation range of the target by 0.5 mm to 1 mm per 7 to 10 reciprocations.

A processing container having a transparent window through which laser light is incident; an oxide superconductor provided in the vapor deposition chamber of the processing container or a target having an approximate composition with the oxide superconductor; and facing the target in the vapor deposition chamber And a delivery device and a winding device for moving the tape base material along the longitudinal direction of the base on the base, and constituent particles of the target at different locations are struck out. A target moving mechanism for moving the target by using both a rotational movement for rotating the target about its central axis so as to evaporate and a translational movement for moving the target along a plane intersecting the central axis; An oxide superconductor manufacturing apparatus comprising: a laser emitting device that irradiates a laser beam toward the target through the transparent window; That bets moving mechanism is controlled so that the laser beam on the slope portion formed on the target periphery with a moving range of translational movement of the target to the laser deposition is reduced with time of laser deposition so as not to be irradiated A device for producing a superconducting oxide wire.

5. The apparatus for producing an oxide superconducting wire according to claim 4, wherein the tape base material has a polycrystalline intermediate thin film formed on the surface of a tape-like metal base material by an ion beam assist method. .

6. The apparatus for manufacturing an oxide superconducting wire according to claim 4, wherein laser vapor deposition is performed while reducing a range of translational movement of the target by 0.5 mm to 1 mm per 7 to 10 reciprocations.