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JP5216699B2 - Laser deposition equipment - Google Patents
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Description

本発明は、レーザー光をターゲットに照射して、このターゲットの蒸着粒子を叩き出し若しくは蒸発させ、この蒸着粒子を基材上に堆積させることにより、酸化物超電導層等の薄膜を形成する際に好適に用いられ、特に、長尺基材を用いた酸化物超電導線材の生産性の効率化を図ることが可能なレーザー蒸着装置に関する。   The present invention irradiates a target with laser light, knocks or evaporates the vapor deposition particles of the target, and deposits the vapor deposition particles on a substrate to form a thin film such as an oxide superconducting layer. More particularly, the present invention relates to a laser vapor deposition apparatus capable of improving the productivity of an oxide superconducting wire using a long base material.

酸化物超電導体を導体として使用するためには、テープ状の長尺基材上に、結晶配向性の良好な酸化物超電導体の薄膜を形成する必要があるが、一般には、金属テープ自体が多結晶体でその結晶構造も酸化物超電導体と大きく異なるために、金属テープ上に直接、結晶配向性の良好な酸化物超電導体の薄膜を形成させることは難しい。そこで、ハステロイテープなどの金属テープからなる長尺基材の上に、結晶配向性に優れたイットリア安定化ジルコニア(YSZ)などの中間層を形成し、この中間層上に、YBaCu系などの希土類系酸化物超電導体の薄膜を成膜する試みが行なわれており、この酸化物超電導体の薄膜を成膜する場合、レーザー蒸着法による薄膜の形成方法が採用されている。 In order to use an oxide superconductor as a conductor, it is necessary to form a thin film of an oxide superconductor with good crystal orientation on a tape-like long base material. It is difficult to form a thin film of an oxide superconductor having a good crystal orientation directly on a metal tape because it is a polycrystal and its crystal structure is significantly different from that of an oxide superconductor. Therefore, an intermediate layer such as yttria-stabilized zirconia (YSZ) excellent in crystal orientation is formed on a long base material made of a metal tape such as hastelloy tape, and Y 1 Ba 2 Cu is formed on the intermediate layer. Attempts have been made to form a thin film of a rare earth oxide superconductor such as 3 O x, and when forming a thin film of this oxide superconductor, a method of forming a thin film by a laser vapor deposition method has been adopted. Yes.

従来のレーザー蒸着法による薄膜の形成方法では、レーザー光をターゲットの表面上の経路に沿って往復移動させることにより走査するため、長時間成膜を行うと、レーザー光に偏心が生じることとなり、その結果、ターゲットから叩き出された蒸着粒子の飛行する方向が偏ってしまい、蒸着粒子を中間層上に均一に堆積させることができず、得られる薄膜の厚みや膜質や結晶配向性にバラツキが生じてしまい、臨界電流密度等の超電導特性が低下してしまう等の問題があった。
そこで、本出願人は、テープ状の基材表面に蒸着粒子を均一に堆積させることができるレーザー蒸着法による薄膜の形成方法として、テープ状の基材を蒸着粒子の堆積領域内を複数回通過させて、堆積領域を通過する度にテープ状の基材上に蒸着粒子を堆積させ、基材上に複数層からなる薄膜を成膜するための装置を提案している(例えば、特許文献1参照。)。
In the conventional method for forming a thin film by laser vapor deposition, scanning is performed by reciprocating the laser beam along the path on the surface of the target. As a result, the flying direction of the vapor deposition particles struck from the target is biased, the vapor deposition particles cannot be deposited uniformly on the intermediate layer, and the thickness, film quality and crystal orientation of the resulting thin film vary. This causes problems such as deterioration of superconducting characteristics such as critical current density.
Therefore, the present applicant has passed the tape-shaped substrate a plurality of times within the deposition particle deposition region as a method of forming a thin film by laser vapor deposition that can uniformly deposit the vapor-deposited particles on the surface of the tape-shaped substrate. Thus, an apparatus for depositing vapor deposition particles on a tape-shaped substrate every time it passes through a deposition region and forming a thin film composed of a plurality of layers on the substrate is proposed (for example, Patent Document 1). reference.).

前述の特許文献1に記載された装置では、テープ状の基材を蒸着粒子の堆積領域内を複数回通過させるための手段として、テープ状の基材を巻回するリール状の巻回部材を複数個同軸的に配列してなる一対の巻回部材群を処理容器内に対向配置し、これら一対の巻回部材群に巻回された基材を周回させて蒸着粒子の堆積領域内に複数列揃える構成として薄膜形成を行っている。この装置によれば、基材表面に複数層からなる薄膜を効率良く成膜することができるが、基材を周回させる際に基材から輻射熱が逃げやすく、基材の温度が不均一になり易いという問題があった。
そこで本出願人は、周回するテープ状の基材を保温用のヒーターボックスで囲み、ヒーターボックスの一部に開口を設け、この開口の下方にターゲットを配置し、このターゲットにレーザー光を照射し、ヒーターボックスの開口を介して蒸着粒子を基材側に飛来させて堆積することができる成膜装置を提案している。(特許文献2参照)
In the apparatus described in Patent Document 1, a reel-shaped winding member that winds the tape-shaped substrate is used as a means for passing the tape-shaped substrate through the deposition particle deposition region a plurality of times. A plurality of coaxially arranged pairs of winding member groups are disposed opposite to each other in the processing container, and a plurality of base members wound around the pair of winding member groups are circulated in the deposition region of the vapor deposition particles. Thin film formation is performed as a configuration in which the rows are aligned. According to this apparatus, a thin film consisting of a plurality of layers can be efficiently formed on the surface of the base material, but when the base material is circulated, the radiant heat easily escapes from the base material, and the temperature of the base material becomes uneven. There was a problem that it was easy.
Therefore, the present applicant encloses the circulating tape-shaped substrate with a heater box for heat insulation, provides an opening in a part of the heater box, places a target below the opening, and irradiates the target with laser light. A film forming apparatus capable of depositing vapor deposition particles by flying to the substrate side through the opening of the heater box is proposed. (See Patent Document 2)

特開2004−263227号公報JP 2004-263227 A 特開2006−233266号公報JP 2006-233266 A

図4に特許文献2に記載されている成膜装置の要部構成を示すが、水平に配置された銅製のバッキングプレート100の上面側にターゲット101が接着されるとともに、ターゲット101の上方にテープ状の基材102が複数配列された状態で往復走向されるようにレーン状に配列されていて、これらの基材102の全体をヒーターボックス103が覆うように配置されている。なお、実際の装置ではリール状の巻回部材を同軸位置に複数配置して巻回部材群を構成し、この巻回部材群を2つ対向配置してこれらの間に基材102を往復走向できるように架け渡すが、図4では往復走向できるように配列されている基材102のターゲット上の位置関係のみを示し、基材102を支持している巻回部材は記載を略している。   FIG. 4 shows a configuration of a main part of the film forming apparatus described in Patent Document 2. A target 101 is bonded to the upper surface side of a copper backing plate 100 arranged horizontally, and a tape is placed above the target 101. The base materials 102 are arranged in a lane shape so as to be reciprocated in a state where a plurality of the base materials 102 are arranged, and the heater boxes 103 are arranged so as to cover the whole of the base materials 102. In an actual apparatus, a plurality of reel-shaped winding members are arranged at a coaxial position to form a winding member group. Two winding member groups are arranged opposite to each other, and the base material 102 is reciprocated between them. In FIG. 4, only the positional relationship on the target of the base material 102 arranged so as to be able to reciprocate is shown, and the winding member supporting the base material 102 is omitted.

図4に示すレーザー蒸着装置では、複数配列されて往復移動している基材102のそれぞれに蒸着粒子を堆積させるために、レーザー光を走査している。例えば、図4に示す如く複数配置されて往復移動している複数の基材102の端から端まで全域にターゲット粒子を飛ばすために、基材102に対向しているターゲット101の表面に対して矢印aに示す範囲に(往復移動している複数の基材102が構成する複数のレーンの端から端まで)レーザー光を走査しながらレーザー蒸着を行っている。レーザー光をターゲット101に照射するとターゲットから構成粒子が噴流となって叩き出されるか蒸発してプルームと称される噴流が生じるが、図4にレーザー光の照射位置に応じて炎型のプルームPが発生している状況を概念的に示す。   In the laser vapor deposition apparatus shown in FIG. 4, a laser beam is scanned in order to deposit vapor deposition particles on each of a plurality of arrayed base materials 102 that are reciprocating. For example, as shown in FIG. 4, in order to fly target particles across the entire area of the plurality of base materials 102 that are arranged and reciprocated, the surface of the target 101 facing the base material 102 is Laser vapor deposition is performed while scanning the laser beam in the range indicated by the arrow a (from the end to the end of the plurality of lanes formed by the plurality of base materials 102 reciprocating). When the target 101 is irradiated with the laser beam, the constituent particles are ejected as a jet from the target or evaporated to generate a jet called a plume. FIG. 4 shows a flame type plume P depending on the irradiation position of the laser beam. A conceptual illustration of the situation where

しかしながら、図4に示すレーザー蒸着装置では、広い面積のターゲット101に対して基材102と対向する狭い領域のみにレーザー光を照射するので、基材102のレーン幅に相当するターゲットの中央部分(図4の矢印aに相当する幅の領域)しか使用しないことになり、ターゲットの大部分が無駄になり、酸化物超電導導体を製造する場合のコストアップの一因となっている。
そこで本発明者は、図5に示す如くレーザー光を照射するべき領域aのみに合わせた横幅のターゲット104を用い、このターゲット104をバッキングプレート100の中央部のみに取り付けてレーザー蒸着を行う試験を行い、酸化物超電導導体を製造したところ、得られた酸化物超電導導体の臨界電流密度が低下するなどの問題を生じた。
However, in the laser vapor deposition apparatus shown in FIG. 4, the laser beam is irradiated only to a narrow area facing the base material 102 with respect to the target 101 having a large area. Only a region having a width corresponding to the arrow a in FIG. 4 is used, and most of the target is wasted, which contributes to an increase in cost when an oxide superconductor is manufactured.
Therefore, the present inventor conducted a test in which laser deposition is performed by using a target 104 having a width corresponding to only the region a to be irradiated with laser light as shown in FIG. 5 and attaching the target 104 only to the central portion of the backing plate 100. When the oxide superconducting conductor was manufactured, problems such as a decrease in the critical current density of the obtained oxide superconducting conductor occurred.

これは、レーザー光をターゲットに集光照射してターゲットの構成粒子を叩き出すか蒸発させる際、レーザー光を照射していない領域にターゲットが存在していると、その位置のターゲットから輻射熱が発生して成膜雰囲気に熱を与え、温度分布を整えるが、レーザー光を照射していない領域にターゲットではなく、バッキングプレート100が存在していると、バッキングプレート100は水冷されていて温度が低いのでターゲットが存在している場合と比べて輻射熱の発生状況が大きく異なることになるので、熱分布のばらつきが大きくなり、これが原因となってテープ状の基材102の表面温度が中央のレーン側と端のレーン側で大きく異なる結果、酸化物超電導層の生成に影響を及ぼしたものと思われる。   This is because when a target is present in a region not irradiated with laser light when the target particle is beaten or evaporated by condensing and irradiating the target with laser light, radiant heat is generated from the target at that position. Then, heat is applied to the film formation atmosphere and the temperature distribution is adjusted. However, if the backing plate 100 is present in the region not irradiated with the laser light but the backing plate 100 exists, the backing plate 100 is cooled with water and the temperature is low. Therefore, since the generation state of radiant heat is significantly different from the case where the target is present, the variation in heat distribution becomes large, and this causes the surface temperature of the tape-like base material 102 to be in the center lane side. As a result, it seems that the generation of the oxide superconducting layer was affected.

本発明は、レーザー蒸着する場合のターゲットの無駄を少なくして成膜コストの低減を図るとともに、成膜領域の熱分布を均等にして安定した膜質の薄膜を成膜することができるレーザー蒸着装置の提供を目的とする。
本発明は、レーザー蒸着により酸化物超電導層を長尺の基材上に成膜する場合、高価なターゲットの無駄を少なくして酸化物超電導層の成膜コストの低減を図るとともに、成膜領域の熱分布を均等にして安定した膜質の超電導層を成膜することができるレーザー蒸着装置の提供を目的とする。
The present invention is directed to a laser vapor deposition apparatus capable of reducing the cost of film formation by reducing the waste of a target in the case of laser vapor deposition, and forming a stable thin film with uniform heat distribution in the film formation region. The purpose is to provide.
In the present invention, when an oxide superconducting layer is formed on a long substrate by laser vapor deposition, the cost of forming the oxide superconducting layer is reduced by reducing waste of an expensive target and the film forming region. An object of the present invention is to provide a laser vapor deposition apparatus capable of forming a superconducting layer having a stable film quality by making the heat distribution uniform.

本発明は、上記課題を解決するために以下の構成を有する。
本発明は、長尺基材を収容する処理容器と、該処理容器内に配置され前記長尺基材を囲んで保温する開口付きヒーターボックスと、該ヒーターボックスの開口に隣接して設けられたターゲットホルダと、該ターゲットホルダに保持されるターゲットにレーザー光を照射するレーザー光発光手段と、前記処理容器内に設けられて前記長尺基材をレーン状に複数列に分けて巻回支持する複数の巻回部材とを備え、前記レーザー光を前記ターゲットの表面に照射し、該ターゲットから叩き出され若しくは蒸発した蒸着粒子を前記ヒーターボックス内において前記巻回部材に支持された長尺基材表面に堆積させるレーザー蒸着装置であって、前記巻回部材間に複数列に分けて支持される長尺基材の幅方向の設置範囲に対応する幅のターゲットが設置され、該ターゲットの裏面側に該ターゲットよりも幅広のバッキングプレートが設置され、該ターゲットの幅方向両側に前記バッキングプレートに支持された耐熱金属製のダミープレートが設置されるとともに、前記ダミープレートの前記バッキングプレート側に酸化物膜が形成されてなることを特徴とする。
The present invention has the following configuration in order to solve the above problems.
The present invention is provided with a processing container that accommodates a long base material, a heater box that is disposed in the processing container and that retains heat around the long base material, and is provided adjacent to the opening of the heater box. A target holder, a laser beam emitting means for irradiating a target held by the target holder with a laser beam, and provided in the processing container to support the winding of the long base material in a plurality of rows in a lane shape. A long base material comprising: a plurality of winding members; and irradiating the surface of the target with the laser light, and vapor deposition particles struck or evaporated from the target and supported by the winding members in the heater box A laser vapor deposition apparatus for depositing on a surface, wherein a target having a width corresponding to an installation range in a width direction of a long base material supported by being divided into a plurality of rows between the winding members is installed. A backing plate wider than the target is installed on the back side of the target, a heat-resistant metal dummy plate supported by the backing plate is installed on both sides in the width direction of the target, and the dummy plate An oxide film is formed on the backing plate side.

本発明は、前記ダミープレートが光反射性の耐熱金属製のダミープレートであることを特徴とする。
本発明は、前記ターゲットが酸化物超電導体用材料であり、前記薄膜が酸化物超電導薄膜であることを特徴とする。
本発明は、前記巻回部材が複数個同軸的に配列されて巻回部材群とされ、この巻回部材群が少なくとも一対前記ヒーターボックス内に対向配置され、前記長尺基材がこれらの巻回部材群を複数周回することにより複数のレーン状に配列されてなることを特徴とする。
The present invention is characterized in that the dummy plate is a light-reflective heat-resistant metal dummy plate.
The present invention is characterized in that the target is an oxide superconductor material and the thin film is an oxide superconducting thin film.
In the present invention, a plurality of the winding members are coaxially arranged to form a winding member group, and the winding member group is disposed so as to face at least one pair in the heater box, and the long base material is wound around these winding members. The rotating member group is arranged in a plurality of lanes by a plurality of turns.

本発明装置によれば、ヒーターボックス内の巻回部材間に複数列に分けて支持される長尺基材の幅方向の設置範囲に対応する幅のターゲットを設置してレーザー蒸着するので、従来よりも幅の狭い小型のターゲットを用いることができ、ターゲットの単価を下げることができるので、成膜コストを削減できる。特に生成するものが酸化物超電導層などのようにターゲットが高価な膜を製造する場合、ターゲットコストの削減は超電導導体の製造時のコストダウンに寄与する。
また、ターゲットの幅方向両側に耐熱金属製のダミープレートを設置するので、ターゲットからの輻射熱とダミープレートからの輻射熱を両方利用し熱バランスを図った上で基材にレーザー蒸着することができるので、複数列に分けて支持した基材のいずれの列においても温度を均等化して温度差の無い状態で均質な膜質で成膜することができる。例えば、レーザー蒸着により成膜するものが酸化物超電導層の場合、臨界電流密度などの超電導特性が劣化していない高特性の酸化物超電導導体の製造を低コストで実現できる。
According to the apparatus of the present invention, since the target having a width corresponding to the installation range in the width direction of the long base material supported by being divided into a plurality of rows between the winding members in the heater box is installed and laser deposited, A smaller target having a narrower width can be used, and the unit price of the target can be lowered, so that the film formation cost can be reduced. In particular, when a film having a high target such as an oxide superconducting layer is produced, the reduction of the target cost contributes to the cost reduction during the production of the superconducting conductor.
In addition, since heat-resistant metal dummy plates are installed on both sides of the target in the width direction, both the radiant heat from the target and the radiant heat from the dummy plate can be used for laser deposition on the substrate after achieving a thermal balance. In any row of the substrates supported by being divided into a plurality of rows, the temperature can be equalized and a film can be formed with a uniform film quality without any temperature difference. For example, in the case where an oxide superconducting layer is formed by laser vapor deposition, it is possible to realize high-quality oxide superconducting conductors in which superconducting characteristics such as critical current density are not deteriorated at a low cost.

また、ダミープレートのバッキングプレート側に酸化物膜を形成しておくことでバッキングプレートを冷却して使用する場合、酸化物膜が熱伝導を抑制し、バッキングプレートによってダミープレートの温度が必要以上に下がることを抑制できるので、ダミープレートが基材側に与える輻射熱をターゲットが基材側に与える輻射熱とバランスさせることができる結果、長尺基材側の熱分布の乱れを抑制することができ、これにより特性を均一化した膜を成膜できる。   In addition, when the backing plate is cooled and used by forming an oxide film on the backing plate side of the dummy plate, the oxide film suppresses heat conduction, and the temperature of the dummy plate is more than necessary due to the backing plate. Since it is possible to suppress the lowering, as a result of being able to balance the radiant heat that the dummy plate gives to the substrate side with the radiant heat that the target gives to the substrate side, it is possible to suppress the disturbance of the heat distribution on the long substrate side, Thereby, a film with uniform characteristics can be formed.

図1は本発明に係る第1実施形態のレーザー蒸着装置の要部を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a main part of a laser deposition apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図2は同レーザー蒸着装置の全体構成を示す構成図。FIG. 2 is a configuration diagram showing the overall configuration of the laser vapor deposition apparatus. 図3は同レーザー蒸着装置の全体構成を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing the overall configuration of the laser deposition apparatus. 図4は従来のレーザー蒸着装置の要部を示す構成図。FIG. 4 is a block diagram showing a main part of a conventional laser vapor deposition apparatus. 図5は従来のレーザー蒸着装置の一部を改良した状態を示す構成図。FIG. 5 is a block diagram showing a state where a part of a conventional laser vapor deposition apparatus is improved.

本発明の実施の形態について、以下説明する。
図1〜図3は、本発明のレーザー蒸着装置の第1実施形態を示す図であり、図1(A)はレーザー蒸着装置の要部構成図、図2はこのレーザー蒸着装置10の側面図、図3はこのレーザー蒸着装置10の斜視図である。
なお、本実施形態では、図1(B)に示すように、テープ形状の金属基材2上に中間層3とキャップ層4を形成してなる長尺基材12に対し、本発明に係るレーザー蒸着装置10により酸化物超電導層6を形成してなる酸化物超電導導体Aを製造する場合を例にして説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.
1 to 3 are views showing a first embodiment of a laser vapor deposition apparatus according to the present invention. FIG. 1 (A) is a configuration diagram of a main part of the laser vapor deposition apparatus, and FIG. FIG. 3 is a perspective view of the laser deposition apparatus 10.
In the present embodiment, as shown in FIG. 1B, the present invention is applied to a long base material 12 in which an intermediate layer 3 and a cap layer 4 are formed on a tape-shaped metal base material 2. The case where the oxide superconducting conductor A formed by forming the oxide superconducting layer 6 with the laser deposition apparatus 10 is described as an example.

<金属基材>
上述の酸化物超電導導体Aの一部を構成する長尺のテープ状の金属基材2を構成する材料としては、強度及び耐熱性に優れた、Cu、Ni、Ti、Mo、Nb、Ta、W、Mn、Fe、Ag等の金属又はこれらの合金を用いることができる。特に、好ましいのは、耐食性及び耐熱性の点で優れているステンレス、ハステロイ、その他のニッケル系合金である。あるいは、これらに加えてセラミック製の基材、非晶質合金の基材などを用いても良い。
<中間層>
中間層3は、IBAD法などによって形成された蒸着膜であり、金属基材2と酸化物超電導層6との物理的特性(熱膨張率や格子定数等)の差を緩和するバッファー層として機能するとともに、この上に形成されるキャップ層4の配向性を制御する配向制御膜として機能する。このような中間層3の材料としては、例えば、イットリア安定化ジルコニウム(YSZ)、MgO、SrTiO、GdZr等を単層あるいは複層化して適用する例を挙げることができる。
<Metal base material>
As a material constituting the long tape-shaped metal substrate 2 constituting a part of the oxide superconductor A described above, Cu, Ni, Ti, Mo, Nb, Ta, excellent in strength and heat resistance, Metals such as W, Mn, Fe, and Ag, or alloys thereof can be used. Particularly preferred are stainless steel, hastelloy, and other nickel-based alloys that are excellent in corrosion resistance and heat resistance. Alternatively, in addition to these, a ceramic substrate, an amorphous alloy substrate, or the like may be used.
<Intermediate layer>
The intermediate layer 3 is a deposited film formed by an IBAD method or the like, and functions as a buffer layer that alleviates the difference in physical characteristics (thermal expansion coefficient, lattice constant, etc.) between the metal substrate 2 and the oxide superconducting layer 6. In addition, it functions as an orientation control film that controls the orientation of the cap layer 4 formed thereon. Examples of the material of the intermediate layer 3 include an example in which yttria-stabilized zirconium (YSZ), MgO, SrTiO 3 , Gd 2 Zr 2 O 7 and the like are applied in a single layer or a multilayer.

<キャップ層>
キャップ層4は、その上に設けられる酸化物超電導層6の配向性を制御する機能を有し、中間層3の表面に対してエピタキシャル成長し、横方向(面方向)に粒成長(オーバーグロース)して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て成膜されたものであるものが好ましく、例えば、CeO、Y、Al等を用いることができる。
<酸化物超電導層>
酸化物超電導層6の材料としては、RE−123系酸化物超電導体(REBaCu7−X:REはY、La、Nd、Sm、Eu、Gd等の希土類元素)を用いることができる。RE−123系酸化物として好ましいのは、Y123(YBaCu7−X)又はGd123(GdBaCu7−X)等であるが、その他の酸化物超電導体を用いることができるのは勿論である。
<Cap layer>
The cap layer 4 has a function of controlling the orientation of the oxide superconducting layer 6 provided thereon, and is epitaxially grown on the surface of the intermediate layer 3 and grain growth (overgrowth) in the lateral direction (plane direction). Thus, it is preferable that the film is formed through a process in which crystal grains are selectively grown in the in-plane direction. For example, CeO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3, or the like can be used.
<Oxide superconducting layer>
As a material for the oxide superconducting layer 6, an RE-123 oxide superconductor (REBa 2 Cu 3 O 7-X : RE is a rare earth element such as Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, etc.) is used. it can. The RE-123-based oxide is preferably Y123 (YBa 2 Cu 3 O 7-X ) or Gd123 (GdBa 2 Cu 3 O 7-X ), but other oxide superconductors can be used. Of course.

<レーザー蒸着装置>
本実施形態のレーザー蒸着装置10は、長尺基材12を収容する処理容器11と、該処理容器11内に配置され長尺基材12を囲んで保温する開口付きのヒーターボックス13と、該ヒーターボックス13の開口14に隣接して設けられたターゲットホルダ16と、該ターゲットホルダ16に保持されるターゲット15にレーザー光18を照射するレーザー光発光手段17とを備えて構成され、レーザー光18をターゲット15の表面に照射し、該ターゲット15から叩き出され若しくは蒸発した蒸着粒子の噴流(以下、プルーム19と記す。)をヒーターボックス13内の長尺基材12の表面に向けて蒸着粒子を堆積させることができる。
<Laser deposition system>
The laser vapor deposition apparatus 10 of the present embodiment includes a processing container 11 that houses a long base 12, a heater box 13 with an opening that is placed in the processing container 11 and that keeps the long base 12 warm, A target holder 16 provided adjacent to the opening 14 of the heater box 13 and a laser light emitting means 17 for irradiating the target 15 held by the target holder 16 with the laser light 18 are configured. Is irradiated on the surface of the target 15, and a jet of evaporated particles struck or evaporated from the target 15 (hereinafter referred to as plume 19) is directed toward the surface of the long base 12 in the heater box 13. Can be deposited.

前記処理容器11内には、長尺基材12が巻回された送出リール20と、酸化物超電導層6の成膜を終えた酸化物超電導導体28を収納する巻取リール21が設けられている。これらの送出リール20と巻取リール21との間に設けられたヒーターボックス13内には、長尺基材12を巻回するリールなどの巻回部材を複数個同軸的に配列してなる一対の巻回部材群22、23が離間して対向配置され、これら一対の巻回部材群22、23に巻回された長尺基材12が、これらの巻回部材群22、23を周回することにより、蒸着粒子の堆積領域内にて複数列レーンを構成するように配置されている。   In the processing container 11, a delivery reel 20 around which the long base material 12 is wound, and a take-up reel 21 that houses the oxide superconducting conductor 28 that has finished forming the oxide superconducting layer 6 are provided. Yes. In the heater box 13 provided between the delivery reel 20 and the take-up reel 21, a pair of a plurality of winding members such as reels for winding the long base material 12 are coaxially arranged. The winding member groups 22 and 23 are spaced apart from each other, and the long base material 12 wound around the pair of winding member groups 22 and 23 circulates around the winding member groups 22 and 23. Thus, the plurality of lanes are arranged in the deposition region of the vapor deposition particles.

これらの巻回部材群22、23を収容しているヒーターボックス13は、内壁面に複数個のヒータ(図示略)が設けられ、これらのヒータに通電することで、長尺基材12を均一に加熱し保温できるようになっている。また、ヒーターボックス13の底面部中央には、ターゲット15の表面で生じたプルーム19をヒーターボックス13内に導入するための開口14が穿設されている。   The heater box 13 that accommodates the winding member groups 22 and 23 has a plurality of heaters (not shown) on the inner wall surface, and the long base 12 is made uniform by energizing these heaters. It can be heated and kept warm. An opening 14 for introducing a plume 19 generated on the surface of the target 15 into the heater box 13 is formed in the center of the bottom surface of the heater box 13.

この開口14の近傍(下方)には、ターゲット15を固定したバッキングプレート16が、ヒーターボックス13の開口14に対し平行な面に沿って往復移動可能に設けられている。なお、バッキングプレート16には水冷のための水路やその他の配管等が付設されてターゲットホルダとして構成されているが、本明細書の図2、図3ではこれらを略記してバッキングプレート16のみを描いている。
このバッキングプレート16は巻回部材群22、23に複数回巻回されてターゲット15上に複数列のレーン(図1(A)では5レーンの場合を例示した)を構成するように配置された長尺基材12に対し、長尺基材12が構成する全レーンの幅bの3倍程度の幅に形成されている。そして、このバッキングプレート16の中央部に、長尺基材12が構成する全レーンの幅bと同程度の幅のターゲット15が装着されるとともに、ターゲット15の幅方向両側のバッキングプレート16上にターゲット15と同程度の幅のダミープレート30が装着されている。
In the vicinity (downward) of the opening 14, a backing plate 16 to which the target 15 is fixed is provided so as to reciprocate along a plane parallel to the opening 14 of the heater box 13. The backing plate 16 is provided with a water channel for water cooling, other piping, etc., and is configured as a target holder. In FIGS. 2 and 3 of this specification, these are abbreviated and only the backing plate 16 is provided. I'm drawing.
The backing plate 16 is wound around the winding member groups 22 and 23 a plurality of times and arranged to form a plurality of rows of lanes (the case of 5 lanes is illustrated in FIG. 1A) on the target 15. With respect to the long base material 12, it is formed in the width | variety about 3 times the width b of all the lanes which the long base material 12 comprises. A target 15 having a width approximately equal to the width b of all the lanes formed by the long base 12 is mounted at the center of the backing plate 16, and on the backing plates 16 on both sides in the width direction of the target 15. A dummy plate 30 having the same width as the target 15 is mounted.

このダミープレート30は、光反射性を有し、紫外線吸収率が低く、レーザー光18の吸収率が低く、レーザー光18によって熱を受け難い耐熱性、耐酸化性の金属材料から構成されている。このような条件を満足する金属材料としてダミープレート30は、例えば、ステンレス鋼、Ni合金のハステロイ、インコネル、銀、金、白金などからなることが好ましい。ダミープレート30はヒーターボックス13側からの加熱を受けるとともに、バッキングプレート16側からの冷却を受けるので、これらから温度差を受けても割れ難い前述の材料からなることが好ましい。
ダミープレート30の厚さはターゲット30と同程度であることが好ましく、例えばターゲット15が5mm厚程度であれば、5mm程度の厚さとすることができる。前述の材料からなり、この程度の厚さがあれば、前述の如く加熱と冷却を受けても割れることがなく、仮にレーザー光が当たっても殆ど紫外線の吸収が無く、表面から粒子が蒸発することもないので、ダミープレート30を構成する粒子が長尺基材12側に飛び出すこともなく、生成しようとする酸化物超電導層側に不要元素の混入を起こすこともない。
The dummy plate 30 is made of a heat-resistant and oxidation-resistant metal material having light reflectivity, low ultraviolet absorption rate, low absorption rate of the laser beam 18, and hardly receiving heat by the laser beam 18. . As a metal material satisfying such conditions, the dummy plate 30 is preferably made of, for example, stainless steel, Ni alloy hastelloy, inconel, silver, gold, platinum, or the like. Since the dummy plate 30 is heated from the heater box 13 side and cooled from the backing plate 16 side, the dummy plate 30 is preferably made of the above-described material that is difficult to crack even if it receives a temperature difference from these.
The thickness of the dummy plate 30 is preferably about the same as that of the target 30. For example, if the target 15 is about 5 mm thick, the thickness can be about 5 mm. If it is made of the above-mentioned material and has a thickness of this level, it will not crack even if it is heated and cooled as described above, and it will absorb almost no ultraviolet light even if it is exposed to laser light, and particles will evaporate from the surface. Therefore, the particles constituting the dummy plate 30 do not jump out to the long substrate 12 side, and unnecessary elements are not mixed into the oxide superconducting layer side to be generated.

また、ダミープレート30の裏面側には、酸化物膜31が形成されている。この酸化物膜31は断熱性を有するものが好ましく、Al層、SiO、ZrOなどからなることが好ましい。この酸化物層31は、バッキングプレート16とダミープレート30との間に介在されて熱伝導を抑制する作用を奏する材料からなることが好ましく、前述の材料からなり、厚さ100μm〜10000μm程度であることが好ましい。 An oxide film 31 is formed on the back side of the dummy plate 30. The oxide film 31 preferably has a heat insulating property, and is preferably made of an Al 2 O 3 layer, SiO 2 , ZrO 2 or the like. The oxide layer 31 is preferably made of a material that is interposed between the backing plate 16 and the dummy plate 30 and has an effect of suppressing heat conduction. The oxide layer 31 is made of the aforementioned material and has a thickness of about 100 μm to 10000 μm. It is preferable.

バッキングプレート16上に設置されたターゲット15は、形成しようとする超電導層6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材からなっている。従って、酸化物超電導体のターゲット15は、GdBaCu、YBaCuなる組成などに代表される目的の酸化物超電導体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。 The target 15 placed on the backing plate 16 has a composition equivalent to or close to that of the superconducting layer 6 to be formed, or a sintered or oxidized complex oxide containing many components that are easily escaped during film formation. It consists of a plate material such as a superconductor. Therefore, the oxide superconductor target 15 has the same composition as the target oxide superconductor represented by Gd 1 Ba 2 Cu 3 O x , Y 1 Ba 2 Cu 3 O x, or the like, or a composition similar to that of the target oxide superconductor. It is preferable to use one.

このターゲット15にレーザー光18を照射するレーザー光発光手段17としては、ターゲット15から蒸着粒子を叩き出すことができるレーザー光18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レーザー、CO2レーザーなどのいずれのものを用いても良い。レーザー光発光手段17から照射されるレーザー光18は、処理容器11の適当な位置に設けられている図示していない透明窓から該容器内に入り、ターゲット15の表面に照射される。レーザー光発光手段17と前記透明窓の間には、必要に応じて図示していない反射ミラーや集光レンズ等の光学系が設けられる。
レーザーの照射出力の調整は、レーザー光発光手段17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、レーザーの照射周波数は、1秒間当たりに間欠的に発振されるレーザーのパルスの数を示すものであり、この調整は、レーザー光発光手段17に電力を一定の周波数をもって間欠的に供給するか、レーザー光18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。
As the laser beam emitting means 17 for irradiating the target 15 with the laser beam 18, Ar-F (193 nm), Kr-F can be used as long as it can generate the laser beam 18 that can knock out the deposited particles from the target 15. Any excimer laser such as (248 nm), YAG laser, CO 2 laser, etc. may be used. Laser light 18 emitted from the laser light emitting means 17 enters the container through a transparent window (not shown) provided at an appropriate position of the processing container 11 and is irradiated onto the surface of the target 15. Between the laser light emitting means 17 and the transparent window, an optical system (not shown) such as a reflection mirror or a condenser lens is provided as necessary.
The adjustment of the laser irradiation output can be performed by adjusting the output of an amplifying device (not shown) that supplies power to the laser light emitting means 17. The laser irradiation frequency indicates the number of laser pulses oscillated intermittently per second, and this adjustment supplies power to the laser light emitting means 17 intermittently at a constant frequency. Alternatively, it can be adjusted by providing a mechanical shutter such as a rotating sector somewhere in the path through which the laser beam 18 passes and operating the mechanical shutter at a constant frequency.

図1〜図3に示す構成のレーザー蒸着装置10を用いて長尺基材12の上に酸化物超電導層6を成膜するには、送出リール20に巻回されている長尺基材12を引き出しながら、ヒーターボックス13内に導入し、その内部に収容されている一対の巻回部材群22、23に順次巻回し、その後先端側をヒーターボックス13から導出し、巻取リール21に巻き取り可能に取り付ける。
これによって、一対の巻回部材群22、23に巻回された長尺基材12がこれらの巻回部材群22、23を周回し、開口14に望む位置において複数列並んで移動するようになる。また、この開口14に隣接したバッキングプレート16上にターゲット15とダミープレート30を設置する。その後、排気装置24を駆動し、処理容器11内を減圧する。この際、必要に応じて処理容器11内に酸素ガスを導入して容器内を酸素雰囲気としても良い。
In order to form the oxide superconducting layer 6 on the long base 12 using the laser vapor deposition apparatus 10 having the configuration shown in FIGS. 1 to 3, the long base 12 wound around the feed reel 20. Is drawn into the heater box 13 and wound around the pair of winding member groups 22 and 23 accommodated therein, and then the leading end is led out from the heater box 13 and wound around the take-up reel 21. Removably attach.
As a result, the long base material 12 wound around the pair of winding member groups 22 and 23 circulates around the winding member groups 22 and 23 so as to move in a plurality of rows at a position desired for the opening 14. Become. Further, the target 15 and the dummy plate 30 are installed on the backing plate 16 adjacent to the opening 14. Thereafter, the exhaust device 24 is driven to depressurize the inside of the processing container 11. At this time, oxygen gas may be introduced into the processing container 11 as necessary to create an oxygen atmosphere in the container.

長尺基材12を前述したようにセットした後、ターゲット15にレーザー光18を照射して成膜を開始するよりも前の適当な時に、ヒーターボックス13の内壁に設けられたヒータに通電してヒーターボックス13内の長尺基板12と一対の巻回部材群22、23を全体的に加熱し、一定温度に保温しておくことが好ましい。ヒーターボックス13内の長尺基材12の温度制御は、ヒーターボックス13内の適所に複数の温度センサを設置しておき、ヒーターボックス13内の長尺基材12の温度が均一になるように複数のヒータを個別にON/OFF制御することなどによって行うことが好ましい。   After the long base 12 is set as described above, the heater provided on the inner wall of the heater box 13 is energized at an appropriate time before the target 15 is irradiated with the laser beam 18 to start film formation. The long substrate 12 and the pair of winding member groups 22 and 23 in the heater box 13 are preferably heated as a whole and kept at a constant temperature. The temperature control of the long base 12 in the heater box 13 is performed by installing a plurality of temperature sensors at appropriate positions in the heater box 13 so that the temperature of the long base 12 in the heater box 13 is uniform. This is preferably performed by individually controlling a plurality of heaters ON / OFF.

次に、送出リール20から長尺基材12を送り出しつつ、レーザー光発光手段17からレーザー光18を発生させ、透明窓を通してレーザー光18を処理容器11内に導入し、ターゲット15に照射する。この時、レーザー光18の照射位置をターゲット15の表面上で移動させる走査を後述の如く行いながらレーザー光18をターゲット15に照射する。また、ターゲット15は、図示していないターゲット移動機構によって、開口4に対して平行な面に沿って往復移動させる。これにより、異なる場所のターゲット15の蒸着粒子が叩き出されるか蒸発する。
ターゲット15から叩き出され若しくは蒸発した蒸着粒子は、その放射方向の断面積が拡大したプルーム19となり、ヒーターボックス13に穿設された開口14からヒーターボックス13内に導入される。この開口14近傍には、長尺基材12が複数列並んで移動している。ヒーターボックス13内にプルーム19を導入することで、開口14近傍を複数列並んで移動している長尺基材12の表面に、蒸着粒子を堆積させることができ、長尺基材12がこれらの巻回部材群22、23を周回する間に、酸化物超電導層6が繰り返し成膜され、必要な厚さに積層される。酸化物超電導層6の成膜後、得られた酸化物超電導導体Aは、ヒーターボックス13から導出され、巻取リール21に巻き取られる。
Next, the laser beam 18 is generated from the laser beam emitting means 17 while feeding the long base material 12 from the delivery reel 20, the laser beam 18 is introduced into the processing container 11 through the transparent window, and the target 15 is irradiated. At this time, the laser beam 18 is irradiated to the target 15 while performing scanning for moving the irradiation position of the laser beam 18 on the surface of the target 15 as described later. The target 15 is reciprocated along a plane parallel to the opening 4 by a target moving mechanism (not shown). Thereby, the vapor deposition particles of the target 15 at different locations are knocked out or evaporated.
Vapor-deposited particles that have been knocked out or evaporated from the target 15 become a plume 19 having an enlarged radial sectional area, and are introduced into the heater box 13 through the opening 14 formed in the heater box 13. In the vicinity of the opening 14, the long base material 12 moves in a plurality of rows. By introducing the plume 19 into the heater box 13, vapor deposition particles can be deposited on the surface of the long base material 12 moving in a plurality of rows in the vicinity of the openings 14. The oxide superconducting layer 6 is repeatedly formed while being wound around the winding member groups 22 and 23 and laminated to a required thickness. After the formation of the oxide superconducting layer 6, the obtained oxide superconducting conductor A is led out from the heater box 13 and taken up on the take-up reel 21.

前述の如くレーザー光18をターゲット30に照射してプルーム19を発生させる際、レーン状に複数配列した長尺基材12の個々に可能な限り均一の酸化物超電導層6を長尺基材12の全長にわたり成膜するために、図1(A)に示す如くレーザー光18をターゲット15の幅方向に全幅にわたり順次走査し、ターゲット15の全幅の複数の部分から順次プルーム19を発生させて成膜し、長尺基材12の全長に対応できるように長時間の成膜を行う。また、ターゲット30をバッキングプレート16とともに図2の矢印方向に往復移動することにより、ターゲット30の幅方向に対し直角方向の全域にもレーザー光18を照射することで、結果的にターゲット30の表面全域から順次プルーム19を発生させてターゲットの粒子を叩き出すか蒸発させることができる。
このレーザー光18の走査とターゲット移動を行っている間、レーザー光18はターゲット15の両端部側においてダミープレート30の近傍側にも照射され、場合によっては走査されたレーザー光18がダミープレート30の端部に到達することもあるが、ダミープレート30は光反射性かつレーザー光18の吸収率が低い金属材料から構成されているので、ダミープレート30の構成粒子が叩き出されることが無く、蒸発されることもない。従って、ダミープレート30の構成元素が酸化物超電導層6に混入することがない。具体例としてステンレス鋼製のダミープレート30であるならばレーザー光の吸収性が低く、レーザー光を照射しても表面から粒子発生などは生じ難い。
As described above, when the plume 19 is generated by irradiating the target 30 with the laser beam 18, the oxide superconducting layers 6 that are as uniform as possible for each of the long substrates 12 arranged in a lane shape are formed as long as possible. In order to form a film over the entire length of the target 15, the laser beam 18 is sequentially scanned over the entire width in the width direction of the target 15 as shown in FIG. Film formation is performed for a long time so that the entire length of the long substrate 12 can be accommodated. Further, by reciprocating the target 30 together with the backing plate 16 in the direction of the arrow in FIG. 2, the laser beam 18 is also irradiated to the entire region perpendicular to the width direction of the target 30, resulting in the surface of the target 30 as a result. Plumes 19 can be generated sequentially from the entire area to knock out or evaporate target particles.
During the scanning of the laser beam 18 and the target movement, the laser beam 18 is also irradiated to the vicinity of the dummy plate 30 on both end sides of the target 15, and the scanned laser beam 18 is sometimes applied to the dummy plate 30. However, since the dummy plate 30 is made of a metal material that is light-reflective and has a low absorption rate of the laser beam 18, the constituent particles of the dummy plate 30 are not knocked out. There is no evaporation. Therefore, the constituent elements of the dummy plate 30 are not mixed into the oxide superconducting layer 6. As a specific example, if the stainless steel dummy plate 30 is used, the laser beam absorbability is low, and even when the laser beam is irradiated, generation of particles or the like hardly occurs from the surface.

また、ダミープレート30はバッキングプレート16側から冷却されるとともに、ヒーターボックス13側から加熱されるが、ダミープレート30は耐熱金属製であるので、割れるおそれはない。更に、バッキングプレート16側からの冷却があっても、ダミープレート30の裏面側に酸化物層31が形成されていて、熱伝達が抑制されているので、ダミープレート30が過剰に冷却されることが無く、ヒーターボックス13側のヒータから加熱されているダミープレート30からの輻射熱はターゲット30と同程度発生するので、開口14近傍において複数列並んで移動している長尺基材12に均等に輻射熱を与える結果、並列移動中の長尺基材12のいずれの部分に対しても輻射熱を均等化できる。これにより、ダミープレート30が無く、バッキングプレート16が露出されている場合よりも長尺基材12に均等に輻射熱を与えることができる結果、均一加熱状態で酸化物超電導層6を成膜できるので、特性の良好な均質な酸化物超電導層6を成膜することができる。   The dummy plate 30 is cooled from the backing plate 16 side and heated from the heater box 13 side. However, since the dummy plate 30 is made of a heat-resistant metal, there is no risk of cracking. Furthermore, even if there is cooling from the backing plate 16 side, since the oxide layer 31 is formed on the back side of the dummy plate 30 and heat transfer is suppressed, the dummy plate 30 is excessively cooled. Since the radiant heat from the dummy plate 30 heated from the heater on the heater box 13 side is generated to the same extent as the target 30, it is evenly distributed on the long base material 12 moving in a plurality of rows in the vicinity of the opening 14. As a result of applying radiant heat, the radiant heat can be equalized for any part of the long base material 12 moving in parallel. As a result, the radiant heat can be applied more uniformly to the long base 12 than when the backing plate 16 is exposed without the dummy plate 30, and as a result, the oxide superconducting layer 6 can be formed in a uniform heating state. A homogeneous oxide superconducting layer 6 with good characteristics can be formed.

幅10mm、厚さ0.1mm、長さ10mのハステロイ製の金属基材の表面にイオンビームアシストスパッタ法とイオンビームスパッタ法により厚さ500μmのMgO中間層を形成後、レーザー蒸着法によりCeOのキャップ層を成膜したものを長尺基材として用いた。
次に、図1〜図3に示す構成のレーザー蒸着装置により、長尺基材の表面にGdBaCuからなる厚さ1μmの酸化物超電導層を成膜した。
An MgO intermediate layer having a thickness of 500 μm is formed by ion beam assisted sputtering and ion beam sputtering on the surface of a Hastelloy metal substrate having a width of 10 mm, a thickness of 0.1 mm, and a length of 10 m, and then CeO 2 by laser deposition. What formed the cap layer of this was used as a long base material.
Next, an oxide superconducting layer having a thickness of 1 μm made of Gd 1 Ba 2 Cu 3 O x was formed on the surface of the long base material by a laser vapor deposition apparatus having the configuration shown in FIGS.

ターゲットはGdBaCuの組成の板状(縦横:150mm×100mm:厚さ5mm)の酸化物ターゲットを用い、この酸化物ターゲットの両脇のバッキングプレート上に同一サイズのステンレス鋼製の厚さ5mmのダミープレートを設置し、レーザー蒸着に供した。ダミープレートの裏面側には、厚さ1μmのAl層を溶着法により被覆したものを用いた。
次に、中央の酸化物ターゲットと両側のダミープレートを配置する構造において、ダミープレートの裏面側に形成するAl層の膜厚を10μm、100μm、1000μm、10000μmとしたダミープレートをそれぞれ作製し、それぞれを使用した場合のレーザー蒸着も行い、酸化物超電導導体を製造した。
As the target, a plate-like oxide target having a composition of Gd 1 Ba 2 Cu 3 O x (length and width: 150 mm × 100 mm: thickness 5 mm) was used, and stainless steel of the same size was formed on the backing plate on both sides of the oxide target. A dummy plate having a thickness of 5 mm was installed and subjected to laser vapor deposition. On the back side of the dummy plate, a 1 μm thick Al 2 O 3 layer coated by a welding method was used.
Next, in the structure in which the central oxide target and the dummy plates on both sides are arranged, dummy plates in which the film thickness of the Al 2 O 3 layer formed on the back side of the dummy plate is 10 μm, 100 μm, 1000 μm, and 10,000 μm are respectively produced. Then, laser vapor deposition was also performed when each was used to produce an oxide superconductor.

また、比較のために、酸化物ターゲットとその両側のダミープレートを含む大きさのGdBaCu組成の板状ターゲットを用いて同様にレーザー蒸着を行った。同様に比較のために、ダミープレートの代わりに同一サイズのGdBaCu組成の板状ターゲットを用いて同様にレーザー蒸着を行い、ダミープレートを略して酸化物ターゲットのみをバッキングプレート中央部に設置してレーザー蒸着を行った。 For comparison, laser deposition was similarly performed using a plate-shaped target having a Gd 1 Ba 2 Cu 3 O x composition having a size including an oxide target and dummy plates on both sides thereof. Similarly, for comparison, laser deposition is similarly performed using a plate target having the same size of Gd 1 Ba 2 Cu 3 O x composition instead of the dummy plate, and the dummy plate is omitted and only the oxide target is backed up. Laser deposition was performed in the center.

以上のレーザー蒸着により成膜時、ヒーターボックス内の長尺基材の表面温度を測定し、温度分布差を測定し、使用限界時間を計測した。また、得られた酸化物超電導導体の臨界電流密度(Jc)を測定した。   During film formation by the above laser vapor deposition, the surface temperature of the long base material in the heater box was measured, the temperature distribution difference was measured, and the use limit time was measured. Further, the critical current density (Jc) of the obtained oxide superconducting conductor was measured.

Figure 0005216699
Figure 0005216699

表1において全部Gd123とは、酸化物ターゲットとその両側のダミープレートを含む大きさのGdBaCu組成の板状ターゲットを用いた場合を示し、両側Gd123とは、ダミープレートの代わりに同一サイズのGdBaCu組成の板状ターゲットをバッキングプレートに接合することなく単に設置した場合を示している。また、各試験においてステンレス鋼製のダミープレートはバッキングプレート上に単に載せているのみである。
表1に示す結果から、バッキングプレート全体にGdBaCu組成の板状ターゲットを接合した場合は、ターゲット割れは問題にならず、使用限界の40時間の成膜が可能となる。また、この場合は温度分布差は少なく高特性の酸化物超電導層を生成することはできるが、コスト高になってしまう。即ち、成膜するものが希土類系酸化物超電導層であり、ターゲットは元々高価であり、この高価なターゲットの中央部分しか消費しないので製造コスト面では不利となる。
これに対して、バッキングプレートの中央部に接合したターゲットの両脇にGdBaCu組成の板状ターゲットを単に設置した場合、ヒートショックにより短時間でダミープレートが割れてしまい、ダミープレートとしての役割を果たさなくなった。更に、バッキングプレートの中央部のみにターゲットを配置し、その両側にバッキングプレートを露出させた場合は、輻射率の違いによりレーン毎の長尺基材の温度分布差が大きくなり、結果的に得られた酸化物超電導導体の臨界電流密度(Jc値)が低くなった。
In Table 1, all Gd123 indicates a case where a plate-shaped target having a Gd 1 Ba 2 Cu 3 O x composition having a size including an oxide target and dummy plates on both sides thereof is used. Instead, a case where a plate-like target having the same size and having a Gd 1 Ba 2 Cu 3 O x composition is simply installed without being bonded to the backing plate is shown. In each test, the stainless steel dummy plate is simply placed on the backing plate.
From the results shown in Table 1, when a plate-like target having a Gd 1 Ba 2 Cu 3 O x composition is bonded to the entire backing plate, target cracks do not become a problem, and film formation can be performed for 40 hours at the limit of use. . Further, in this case, a difference in temperature distribution is small and a high-quality oxide superconducting layer can be produced, but the cost becomes high. That is, what is deposited is a rare earth oxide superconducting layer, and the target is originally expensive, and only the central portion of this expensive target is consumed, which is disadvantageous in terms of manufacturing cost.
On the other hand, when a plate-like target having a Gd 1 Ba 2 Cu 3 O x composition is simply installed on both sides of the target joined to the center of the backing plate, the dummy plate breaks in a short time due to heat shock, No longer serves as a dummy plate. Furthermore, if the target is placed only in the center of the backing plate and the backing plate is exposed on both sides of the target, the difference in the temperature distribution of the long base material for each lane increases due to the difference in emissivity. The critical current density (Jc value) of the resulting oxide superconductor was lowered.

次に、本発明に従い、ステンレスプレートをダミープレートとして設置した試料は、Al層が100μm以上であれば、温度分布差が小さく、Jc値が高く、使用時間も長くなることが判明した。なお、Al層が10μm以下の試料はバッキングプレート間の熱伝導を抑制できず、輻射率が下がり、温度分布が良くならないので、Jc値が低下したものと思われる。
なお、Al層の膜厚については、ヒートショックの影響を受けやすくなり、剥離によってダミープレートとしての役割を果たさなくなるが、10000μm厚の試料であっても全部Gd123の試料よりは使用限界が向上した。なお、Al層が剥離すると、生成する酸化物超電導層側への不要元素の拡散が問題となるおそれがある。
以上の結果から、長尺基材の成膜領域に対応した幅のターゲットを用い、そのターゲットの両側に、酸化物層を裏打ちしたダミープレートを設けた場合の方が、ターゲット単価を安くすることができ、しかも蒸着時間も長くすることができる。また、ダミープレート裏面に設ける酸化物層の厚さを最適化することにより、成膜コストを下げ、レーザー蒸着時間を長くできる上に、超電導特性の低下も生じない超電導導体の製造が可能なレーザー蒸着装置を提供できることが判明した。
Next, according to the present invention, it was found that the sample in which the stainless steel plate was installed as a dummy plate had a small temperature distribution difference, a high Jc value, and a long use time when the Al 2 O 3 layer was 100 μm or more. . A sample having an Al 2 O 3 layer of 10 μm or less cannot suppress heat conduction between the backing plates, the emissivity is lowered, and the temperature distribution is not improved, so the Jc value seems to be lowered.
Note that the film thickness of the Al 2 O 3 layer is easily affected by heat shock and does not serve as a dummy plate due to peeling, but even a 10000 μm thick sample is more limited than the Gd123 sample. Improved. Note that when the Al 2 O 3 layer is peeled off, diffusion of unnecessary elements to the generated oxide superconducting layer may become a problem.
Based on the above results, the target unit price can be reduced if a target with a width corresponding to the film formation region of the long base material is used, and dummy plates lined with an oxide layer are provided on both sides of the target. In addition, the deposition time can be lengthened. In addition, by optimizing the thickness of the oxide layer provided on the back of the dummy plate, the laser can reduce the film formation cost, increase the laser deposition time, and produce a superconducting conductor that does not degrade the superconducting properties. It has been found that a vapor deposition apparatus can be provided.

A…酸化物超電導導体、2…金属基材、3…中間層、4…キャップ層、6…酸化物超電導層、11…処理容器、12…長尺基材、10…レーザー蒸着装置、13…ヒーターボックス、14…開口、15…ターゲット、16…バッキングプレート、17…レーザー発光手段、18…レーザー光、19…プルーム、22、23…巻回部材群、30…ダミープレート、31…酸化物層。   A ... oxide superconducting conductor, 2 ... metal substrate, 3 ... intermediate layer, 4 ... cap layer, 6 ... oxide superconducting layer, 11 ... treatment vessel, 12 ... long substrate, 10 ... laser deposition apparatus, 13 ... Heater box, 14 ... opening, 15 ... target, 16 ... backing plate, 17 ... laser light emitting means, 18 ... laser light, 19 ... plume, 22, 23 ... winding member group, 30 ... dummy plate, 31 ... oxide layer .

Claims (4)

長尺基材を収容する処理容器と、該処理容器内に配置され前記長尺基材を囲んで保温する開口付きヒーターボックスと、該ヒーターボックスの開口に隣接して設けられたターゲットホルダと、該ターゲットホルダに保持されるターゲットにレーザー光を照射するレーザー光発光手段と、前記処理容器内に設けられて前記長尺基材をレーン状に複数列に分けて巻回支持する複数の巻回部材とを備え、
前記レーザー光を前記ターゲットの表面に照射し、該ターゲットから叩き出され若しくは蒸発した蒸着粒子を前記ヒーターボックス内において前記巻回部材に支持された長尺基材表面に堆積させるレーザー蒸着装置であって、
前記巻回部材間に複数列に分けて支持される長尺基材の幅方向の設置範囲に対応する幅のターゲットが設置され、該ターゲットの裏面側に該ターゲットよりも幅広のバッキングプレートが設置され、該ターゲットの幅方向両側のバッキングプレート上に耐熱金属製のダミープレートが設置されるとともに、前記ダミープレートの前記バッキングプレート側に酸化物膜が形成されてなることを特徴とするレーザー蒸着装置。
A processing container that accommodates the long base material, a heater box with an opening that is disposed in the processing container and that keeps warm around the long base material, a target holder provided adjacent to the opening of the heater box, Laser light emitting means for irradiating the target held by the target holder with laser light, and a plurality of windings provided in the processing container and supporting the long base material in a plurality of rows in a lane shape. With members,
A laser vapor deposition apparatus that irradiates the surface of the target with the laser light and deposits vapor particles that have been beaten or evaporated from the target on the surface of a long substrate supported by the winding member in the heater box. And
A target having a width corresponding to the installation range in the width direction of the long base material supported in a plurality of rows between the winding members is installed, and a backing plate wider than the target is installed on the back side of the target A laser vapor deposition apparatus, wherein a dummy plate made of a refractory metal is installed on a backing plate on both sides in the width direction of the target, and an oxide film is formed on the backing plate side of the dummy plate .
前記ダミープレートが光反射性の耐熱金属製のダミープレートであることを特徴とする請求項1に記載のレーザー蒸着装置。   The laser deposition apparatus according to claim 1, wherein the dummy plate is a light-reflective heat-resistant metal dummy plate. 前記ターゲットが酸化物超電導体用材料であり、前記薄膜が酸化物超電導薄膜であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のレーザー蒸着装置。   The laser vapor deposition apparatus according to claim 1 or 2, wherein the target is an oxide superconductor material, and the thin film is an oxide superconducting thin film. 前記巻回部材が複数個同軸的に配列されて巻回部材群とされ、この巻回部材群が少なくとも一対前記ヒーターボックス内に対向配置され、前記長尺基材がこれらの巻回部材群を複数周回することにより複数のレーン状に配列されてなることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載のレーザー蒸着装置。

A plurality of the winding members are coaxially arranged to form a winding member group, and at least a pair of the winding member groups are disposed to face each other in the heater box, and the long base member includes these winding member groups. The laser deposition apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the laser deposition apparatus is arranged in a plurality of lanes by a plurality of rounds.

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