[其他]用光照制造超導圖形的方法

無效

• 申請號: 88101989
• 申請日: 1988-04-07
• 公開（公告）號: CN88101989A
• 公開（公告）日: 1988-10-26
• 發明（設計）人: 山崎舜平
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01B12/02
• 分類號: H01B12/02;H01F5/08;H01L39/24
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 肖掬昌,肖春京

本發明涉及用光照制造超導圖形的方法。已經知道，用Nb₃Ge之類的金屬材料可以繞制一個線圈，形成一個高Tc（臨界溫度）的超導磁體，這是因為金屬材料的延性和展性都高的緣故。但另一方面，這類金屬材料在超導狀態下工作時需要使用液態氦。近幾年來，一些高Tc的超導陶瓷引起了研究人員們的興趣。

但這類超導陶瓷由于延性和展性都低而易碎，因而完全不可能用這類超導陶瓷制成的導線制成超導線圈。

因此本發明的一個目的是提供一種線形或帶形的高Tc超導體。

因此本發明的另一個目的是提供一種適宜大批生產制造導線形或帶形的高T超導體的方法。

根據本發明的一個方面，首先是用濺射法，象絲網印刷之類的印刷法或其它方法將構成超導陶瓷的氧化物（或碳酸鹽）混合料在一襯底上形成薄膜。用濺射法淀積時，薄膜的陶瓷材料具有非結晶結構或其它晶格缺陷多的結構，從而使陶瓷材料的電阻率通常較高。通過熱氧化或燒制可以將淀積出來的陶瓷轉化成所希望的超導陶瓷。

本發明人發現，這類陶瓷型超導薄膜的導熱率較小，因而不難通過伴隨有升華發生的激光劃線法進行加工。陶瓷薄膜在燒制之前或之后可以用激光照射進行加工。舉例說，可將一片陶瓷材料從襯底上除去或使其殘留在襯底上。在本發明中，任何適用這種情況的激光器都可采用，例如YAG（釔鋁石榴石）激光器（1.06微米）、激元激光器（KrF，KrCl等等）、CO₂激光器或N₂激光器等。YAG激光器能在5至100千赫下重復發射出具有圓形橫截面的激光束。采用激元激光器時，用光學系統（進行擴大和）縮減，可以得出圓形橫截面（直徑10-100微米）或線性橫截面（10-40厘米寬5-100微米長）的成形光束。

圖1是根據本發明制造超導陶瓷圖形的方法的透視圖。

圖2是根據本發明制造超導陶瓷方法的另一實施例的透視圖。

現在參看圖1說明本發明的制造方法。在圖1（A）中，襯底是由陶瓷材料制成的，例如，氧化鋁、氧化硅、氮化硅、氮化鋁、鈦酸鍶、氧化鋯、氧化釔或YSZ（氧化釔穩定過的鋯石）或諸如銅或銅合金或玻璃。從熱膨脹系數的觀點看，YSZ、氧化釔或氧化鋯特別適用于這種情況。但材料應這樣選擇，使得下伏的襯底和復蓋它們的陶瓷薄膜之間的熱膨脹系數的差值最好應限制在陶瓷薄膜的50%范圍內。若襯底與陶瓷薄膜的熱膨脹系數實質上不同，則熱退火時應變可能會妨礙陶瓷薄膜再結晶成超導結構。襯底1上用濺射法或絲網印刷之類的印刷法形成有0.1至50厘米厚（例如20微米）的化學式為YBa₂C₃O₆-8的陶瓷薄膜2。

陶瓷薄膜2經在500-1000℃（例如900℃）下燒制15分鐘后轉變成超導結構。用YAG激光器波長為1.06微米的激光束照射超導薄膜2以便在其上形成圖形。在薄膜表面的掃描，如圖1所示的那樣，是從左側邊緣向右方進行的，從而藉升華除去薄膜的一部分，留下槽3。輸出功率約為10⁶至10⁷瓦/秒。照射強度更高時可能會損及下伏的襯底1。不然也可以在燒制工序之前進行激光圖形制作工序，這個工序將陶瓷薄膜轉變成超導結構，使其中的氧原子和銅原子形成層狀結構。

可以用激元激光器代替YAG激光器，激元激光器能發射出，舉例說，一系列20×30平方毫米的矩形橫截面的強激光脈沖。該脈沖應形成10厘米寬50微米厚的線性橫截面。各圓形脈沖照射到薄膜上規定的照射區，這個照射區與上一個脈沖的照射區（也與下一個脈沖的照射區）共用60-80%的面積。掃描速率為2米/分。頻率為5-30千赫，例如10千赫。經此照射，通過升華局部除去了陶瓷薄膜受照射的部分。在激光處理過程中，可用鹵素燈把整個襯底加熱到300-800℃，例如600℃。

圖2是本發明的第二個實施例。在此實施例中，除下面即將談到的以外，實質重復了與上述同樣的程序。

襯底1呈筒形。在襯底1按箭頭12所示的方向轉動的同時令陶瓷薄膜2淀積到襯底上。薄膜經過干燥之后，反復用直徑為50微米的激光束照射襯底。襯底1繞其軸線轉動時令激光束的位置移向右方（圓筒1的軸向）。通過此過程，在圓筒1上形成連續的螺旋形超導體5。藉激光升華除去了的螺旋形槽3將螺旋5-1與毗鄰的螺旋5-2的各部分隔開來。于是形成線圈狀的超導電磁體。