DE10045065A1 - Process for producing a superconducting layer - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erzeugung einer supraleitfähigen Schicht auf einem langgestreckten Substrat (11) angegeben, bei welchem das Substrat (11) durch eine Depositionskammer (1) gezogen und innerhalb derselben in einer Heizzone (2) beheizt wird. Das Substrat (11) wird in der Heizzone (2) mit supraleitfähigem Material beschichtet, das mittels eines gepulsten Laserstrahls (7) von einem in der Depositionskammer (1) befindlichen, supraleitfähiges Material tragenden Target (5) gelöst und als Plasmastrahl (16) auf dem Substrat (11) abgeschieden wird. Der Laserstrahl (7) wird während des Beschichtungsvorgangs in einer gleichbleibenden Ebene so in Schwingungen versetzt, daß er eine größere Fläche des Targets (5) überstreicht. Zur Erhöhung der Beschichtungsrate wird das Target (5) während des Beschichtungsvorgangs periodisch quer zur Schwingungsebene des Laserstrahls (7) bewegt. Das Target (5) wird außerdem während des Beschichtungsvorgangs in der Ebene seiner vom Laserstrahl (7) überstrichenen Fläche zusätzlich periodisch um 180 DEG gedreht.The invention relates to a method for producing a superconductive layer on an elongated substrate (11), in which the substrate (11) is drawn through a deposition chamber (1) and heated therein in a heating zone (2). The substrate (11) is coated in the heating zone (2) with superconductive material, which is released by means of a pulsed laser beam (7) from a target (5) located in the deposition chamber (1) and carries it as a plasma jet (16) the substrate (11) is deposited. The laser beam (7) is made to vibrate in a constant plane during the coating process in such a way that it covers a larger area of the target (5). To increase the coating rate, the target (5) is periodically moved transversely to the plane of oscillation of the laser beam (7) during the coating process. The target (5) is additionally rotated periodically by 180 ° during the coating process in the plane of its surface swept by the laser beam (7).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung einer supraleitfähigen Schicht auf einem langgestreckten Substrat, bei welchem das Substrat durch eine Depositionskammer gezogen und innerhalb derselben in einer Heizzone beheizt wird, bei welchem das Substrat in der Heizzone mit supraleitfähigem Material beschichtet wird, das mittels eines gepulsten Laserstrahls von einem in der Depositionskammer befindlichen, supraleitfähiges Material tragenden Target gelöst und als Plasmastrahl auf dem Substrat abgeschieden wird, und bei welchem der Laserstrahl während des Beschichtungsvorgangs in einer gleichbleibenden Ebene so in Schwingungen versetzt wird, daß er eine größere Fläche des Targets überstreicht (EP 0 469 603 A2).The invention relates to a method for producing a superconducting layer on an elongated substrate, in which the substrate by a The deposition chamber is drawn and heated within a heating zone, in which the substrate in the heating zone is coated with superconducting material, that by means of a pulsed laser beam from one in the deposition chamber located, superconducting material carrying target solved and as a plasma jet the substrate is deposited, and in which the laser beam during the Coating process vibrated in a constant plane is that it covers a larger area of the target (EP 0 469 603 A2).

Der Effekt der Supraleitung ist seit langem bekannt. Im Falle der Supraleitung verschwindet - zumindest für Gleichstrom - unterhalb einer bestimmten kritischen Temperatur der elektrische Widerstand eines metallischen Leiters. Die kritische Temperatur liegt beispielsweise für das Material Nb₃Sn bei 18,2 K. Als Kühlmedium wird üblicherweise Helium verwendet. Elektrischer Strom kann über Supraleiter nahezu verlustlos übertragen werden. Ein Problem ist neben der Erzeugung der tiefen Temperaturen insbesondere deren Aufrechterhaltung in der Umgebung des Leiters. Es wird daher nach supraleitfähigen Materialien gesucht, die bereits bei weniger tiefen Temperaturen supraleitfähig werden. Solche Hochtemperatursupraleiter(HTSL)- Materialien haben kritische Temperaturen von über 77 K. Sie enthalten beispielsweise die Komponenten Yttrium, Barium, Kupfer und Sauerstoff. Die HTSL-Materialien können beispielsweise mittels eines gepulsten Laserstrahls, durch Plasmaverdampfen, thermisches Verdampfen oder chemisch auf ein beheiztes Substrat aufgebracht werden.The effect of superconductivity has been known for a long time. In the case of superconductivity, the electrical resistance of a metallic conductor disappears - at least for direct current - below a certain critical temperature. For example, the critical temperature for the material Nb ₃ Sn is 18.2 K. Helium is usually used as the cooling medium. Electric current can be transmitted almost without loss via superconductors. In addition to the generation of the low temperatures, a problem is in particular their maintenance in the vicinity of the conductor. It is therefore sought for superconductive materials that become superconductive even at lower temperatures. Such high-temperature superconductor (HTSL) materials have critical temperatures of over 77 K. They contain, for example, the components yttrium, barium, copper and oxygen. The HTSL materials can be applied, for example, by means of a pulsed laser beam, by plasma evaporation, thermal evaporation or chemically on a heated substrate.

Mit dem bekannten Verfahren nach der DE 42 28 573 C1 können HTSL-Schichten guter Qualität reproduzierbar erzeugt werden. Die mit einem gepulsten Laserstrahl durchgeführte Beschichtung erfolgt bei diesem Verfahren intermittierend. Es ergeben sich dadurch bei der Beschichtung gleichförmige Temperaturverhältnisse für das Substrat und die aufgepulsten Schichten, wodurch die gute Qualität derselben erreicht wird. Die Stromtragfähigkeit der erzeugten Schicht ist allerdings gering. Das Verfahren ist außerdem wegen der niedrigen Abscheidungsrate nur mit geringer Geschwindigkeit durchführbar.With the known method according to DE 42 28 573 C1, HTSL layers can do better Quality can be generated reproducibly. The one with a pulsed laser beam coating is carried out intermittently in this process. Surrender thereby uniform temperature conditions for the substrate and the puffed-up layers, which ensure their good quality. The However, the current carrying capacity of the layer produced is low. The procedure is moreover, due to the low deposition rate, only at a slow speed feasible.

Zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit der erzeugten HTSL-Schicht wird das Substrat bei dem Verfahren nach der DE 197 27 343 A1 in einer gegenüber dem Einsatz des fertigen Produkts derart anderen geometrischen Form mit dem supraleitfähigen Material beschichtet, daß in der supraleitfähigen Schicht in der im Einsatzfall vorliegenden geometrischen Form des Substrats eine Druckspannung in der Substratebene erzeugt wird. Bei diesem Verfahren wird das supraleitfähige Material so auf das Substrat aufgebracht, daß es zunächst mit dem Substrat eine andere geometrische Form hat und erst in seiner dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechenden Form bzw. Gestalt unter Druckspannung gesetzt wird. Allein durch diese Maßnahme wird die Stromtragfähigkeit des erzeugten HTSL-Materials wesentlich erhöht. Auch dieses in der Praxis bewährte Verfahren arbeitet aber langsam mit einer maximalen Beschichtungsrate von 10 nm × cm²/s. Eine Erhöhung der Wiederholungsrate der Laserpulse mit dem Ziel die Beschichtungsrate zu vergrößern, würde hier zu einer Verschlechterung der HTSL- Parameter in der abgeschiedenen Schicht führen.In order to increase the current carrying capacity of the HTSL layer produced, the substrate in the method according to DE 197 27 343 A1 is coated with the superconductive material in a geometric shape that is different from the use of the finished product in such a way that in the superconductive layer in the case of use geometric shape of the substrate a compressive stress is generated in the substrate plane. In this method, the superconductive material is applied to the substrate in such a way that it first has a different geometric shape with the substrate and is only put under compressive stress in its shape or shape corresponding to the respective intended use. This measure alone significantly increases the current carrying capacity of the HTSL material produced. However, this method, which has been tried and tested in practice, also works slowly with a maximum coating rate of 10 nm × cm ² / s. An increase in the repetition rate of the laser pulses with the aim of increasing the coating rate would lead to a deterioration in the HTSL parameters in the deposited layer.

Bei dem bekannten Verfahren nach der eingangs erwähnten EP 0 469 603 A2 werden zwei voneinander getrennte Spiegel eingesetzt, durch welche der schwingende Laserstrahl auf das supraleitfähiges Material tragende Target umgelenkt wird. Die beiden Spiegel können durch elektromagnetische Antriebe so verstellt werden, daß der Laserstrahl die gesamte, das supraleitfähige Material tragende Oberfläche des Targets überstreichen kann. Dieses bekannte Verfahren ist insgesamt aufwendig und wegen der beiden Spiegel auch störanfällig.In the known method according to EP 0 469 603 A2 mentioned at the beginning two separate mirrors are used, through which the vibrating Laser beam is deflected onto the target carrying the superconducting material. The two Mirrors can be adjusted by electromagnetic drives so that the Laser beam the entire surface of the target carrying the superconducting material  can paint over. This known method is complex overall and because of both mirrors also prone to failure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschilderte Verfahren so weiterzubilden, daß eine schnelle Beschichtung des Substrats mit vermindertem Aufwand und mit stabil erhöhter Beschichtungsrate möglich ist.The invention is based on the object, the method described above to further develop that a quick coating of the substrate with reduced effort and is possible with a steadily increased coating rate.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
According to the invention, this object is achieved by

• - daß das Target während des Beschichtungsvorgangs periodisch quer zur Schwingungsebene des Laserstrahls bewegt wird und- That the target periodically across to the coating process Vibration plane of the laser beam is moved and
• - daß das Target während des Beschichtungsvorgangs in der Ebene seiner vom Laserstrahl überstrichenen Fläche zusätzlich periodisch um 180° gedreht wird.- That the target during the coating process in the plane of its Laser beam swept area is also periodically rotated by 180 °.

Mit diesem Verfahren kann die integrale Beschichtungsrate bei gleichbleibender Qualität der Beschichtung etwa um den Faktor 10 erhöht werden. Ein Grund hierfür ist die Erhöhung der Beschichtungsrate durch schnelles Überstreichen der gesamten, supraleitfähiges Material tragenden Fläche des Targets mit dem in Schwingungen versetzten gepulsten Laserstrahl. Es wird dadurch im gleichen Zeitraum eine wesentlich größere Fläche des Substrats mit supraleitfähigem Material beschichtet. Die auf eine Flächeneinheit der zu beschichtenden Fläche bezogene Beschichtungsrate ist bei diesem Verfahren nicht erhöht. Die Qualität der Beschichtung bleibt daher zumindest erhalten. Das gilt insbesondere auch für die Stromdichte. Erzielt werden diese Vorteile durch eine sehr einfache Verfahrensweise, gemäß der das Target während der Beschichtung einerseits verschoben und andererseits gedreht wird. Das kann mechanisch mit einfachen Mitteln durchgeführt werden. Der Laserstrahl wird dazu nicht gesondert beeinflußt. Durch die periodische Drehung des Targets um 180° ist ein zweiter Grund für eine stabile Erhöhung der Beschichtungsrate gegeben.With this method, the integral coating rate can be kept constant The quality of the coating can be increased by a factor of 10. One reason for this is increasing the coating rate by quickly painting over the entire superconducting material bearing surface of the target with the vibrating offset pulsed laser beam. It becomes essential in the same period larger area of the substrate coated with superconducting material. The one Area unit of the coating rate related to the coating rate is at this Procedure not increased. The quality of the coating is therefore at least maintained. This applies in particular to the current density. These advantages are achieved through a very simple procedure according to which the target during the coating shifted on the one hand and rotated on the other. This can be done mechanically simple means. The laser beam is not separate for this influenced. The periodic rotation of the target by 180 ° is a second reason for given a stable increase in the coating rate.

Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der Zeichnungen in Ausführungsbeispielen erläutert. The method according to the invention is illustrated in the drawings in Exemplary embodiments explained.  

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Fig. 1 shows a schematic representation of an apparatus for performing the method according to the invention.

Fig. 2 einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 im Schnitt. Fig. 2 shows a part of the device of FIG. 1 in section.

Fig. 3 eine Einzelheit aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung. Fig. 3 shows a detail of Fig. 1 in an enlarged view.

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein bei dem Verfahren verwendbares, supraleitfähiges Material tragendes Target. Fig. 4 is a plan view of a target which can be used in the method and carries superconductive material.

In einer Depositionskammer 1 - im folgenden kurz "Kammer 1" genannt - wird beispielsweise ein Vakuum erzeugt und aufrechterhalten, in dem beispielsweise eine Sauerstoffatmosphäre mit einem Druck von 0,5 mbar gehalten wird. In der Kammer 1 sind eine vorzugsweise rohrförmige Heizzone 2, eine dieselbe umgebende Blende 3 mit einer Öffnung 4, ein elektrischer Motor M und ein supraleitfähiges Material tragendes Target 5 angeordnet. Ein von einem gepulsten Laser 6 ausgehender Laserstrahl 7 kann durch ein Fenster 8 in die Kammer 1 eintreten. Der Laserstrahl 7 trifft auf das Target 5. Die rohrförmig ausgebildete Heizzone 2 hat eine Öffnung 9, welche durch die drehbar gelagerte Blende 3 geöffnet und verschlossen werden kann. Die Blende 3 ist dazu durch den Motor M um ihre Achse drehbar. Das Target 5 ist mit Abstand zur Heizzone 2 vorzugsweise symmetrisch zu einer Linie 10 angebracht, die durch die Mitte der Öffnung 9 verläuft.In a deposition chamber 1 - hereinafter referred to as "chamber 1" mentioned - a vacuum is generated and maintained for example, in the example, an oxygen atmosphere is maintained at a pressure of 0.5 mbar. Arranged in the chamber 1 are a preferably tubular heating zone 2 , a panel 3 surrounding the same with an opening 4 , an electric motor M and a target 5 carrying a superconducting material. A laser beam 7 emanating from a pulsed laser 6 can enter the chamber 1 through a window 8 . The laser beam 7 strikes the target 5 . The tubular heating zone 2 has an opening 9 which can be opened and closed by the rotatably mounted panel 3 . The aperture 3 is rotatable about its axis by the motor M. The target 5 is arranged at a distance from the heating zone 2, preferably symmetrically to a line 10 which runs through the center of the opening 9 .

Durch die Kammer 1 wird gemäß der prinzipiellen Darstellung in Fig. 1 ein Substrat 11 aus einem beispielsweise mehrkristallinen Material in Richtung der eingezeichneten Pfeile gezogen. Es tritt durch eine Öffnung 12 in die Kammer 1 ein, durchläuft die Heizzone 2 und verläßt die Kammer 1 durch eine Öffnung 13. Das Substrat 11 kann in den Öffnungen 12 und 13 der Kammer 1 sowie in der Heizzone 2 durch Rollen geführt werden. Die in Fig. 2 als Kästchen eingezeichneten Anordnungen 14 und 15 dienen zur Steuerung des Laserstrahls 7 und zur Synchronisation der Blende 3 mit demselben.According to the basic illustration in FIG. 1, a substrate 11 made of, for example, a multi-crystalline material is drawn through the chamber 1 in the direction of the arrows shown. It enters the chamber 1 through an opening 12 , passes through the heating zone 2 and leaves the chamber 1 through an opening 13 . The substrate 11 can be guided in the openings 12 and 13 of the chamber 1 and in the heating zone 2 by rollers. The arrangements 14 and 15 shown as boxes in FIG. 2 serve to control the laser beam 7 and to synchronize the diaphragm 3 with the same.

Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung mit der aus Fig. 1 ersichtlichen Vorrichtung werden zunächst der Laser 6 und die Heizzone 2 eingeschaltet. Der auf das Target 5 auftreffende Laserstrahl 7 löst aus dessen Oberfläche Partikel des supraleitfähigen Materials, die durch einen gestrichelt angedeuteten Plasmastrahl 16 auf dem Substrat 11 abgeschieden werden. Das durch die Heizzone 2 gezogene Substrat 11 wird dadurch mit supraleitfähigem Material beschichtet.To carry out the method according to the invention with the device shown in FIG. 1, the laser 6 and the heating zone 2 are first switched on. The laser beam 7 impinging on the target 5 releases particles of the superconductive material from its surface, which are deposited on the substrate 11 by a plasma beam 16 indicated by dashed lines. The substrate 11 drawn through the heating zone 2 is thereby coated with superconducting material.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird der Laserstrahl 7 während des Beschichtungsvorgangs so in Schwingungen versetzt, daß er in einer gleichbleibenden Ebene schwingt. Dazu kann ein Strahlablenker 17, in bevorzugter Ausführungsform ein Spiegel, verwendet werden, der entsprechend dem in Fig. 3 eingezeichneten Doppelpfeil 18 um einen einstellbaren Winkel hin- und herschwingt. Der Laserstrahl 7 kann dadurch in seiner Schwingungsebene so abgelenkt werden, daß er die gesamte Länge L des Targets 5 (Fig. 4) überstreicht, so wie es in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet ist. Der Strahlablenker (Spiegel) 17 kann gleichförmig hin- und herbewegt werden. Er kann jedoch auch nach Maßgabe einer symmetrischen oder unsymmetrischen Sägezahnkurve gesteuert werden, so daß der Laserstrahl 7 nach Maßgabe dieser Sägezahnkurve schwingt.In the method according to the invention, the laser beam 7 is vibrated during the coating process so that it vibrates in a constant plane. For this purpose, a beam deflector 17 , in a preferred embodiment a mirror, can be used which swings back and forth according to the double arrow 18 shown in FIG. 3 by an adjustable angle. The laser beam 7 can thereby be deflected in its plane of oscillation so that it covers the entire length L of the target 5 ( FIG. 4), as is shown in broken lines in FIG. 3. The beam deflector (mirror) 17 can be moved back and forth uniformly. However, it can also be controlled in accordance with a symmetrical or asymmetrical sawtooth curve, so that the laser beam 7 oscillates in accordance with this sawtooth curve.

Das Target 5 wird beispielsweise so angeordnet, daß seine Oberfläche mit der größten Abmessung in der durch den Pfeil 19 angedeuteten Abzugsrichtung des zu beschichtenden Substrats 11 und parallel zu derselben verläuft. Während des Beschichtungsvorgangs wird das Target 5 periodisch in Richtung des in Fig. 4 eingezeichneten Pfeils 20 verschoben, also quer - vorzugsweise rechtwinklig - zu der Ebene, in welcher der Laserstrahl 7 schwingt. Die Verschiebung erfolgt immer dann, wenn der Laserstrahl 7 mindestens einmal die ganze Länge L des Targets 5 überstrichen hat. Auf diese Weise wird nach und nach die gesamte, supraleitfähiges Material tragende Fläche des Targets 5 durch den in einer gleichbleibenden Ebene schwingenden Laserstrahl 7 überstrichen.The target 5 is arranged, for example, in such a way that its surface with the largest dimension runs in the pull-off direction of the substrate 11 to be coated, indicated by the arrow 19, and parallel to the same. During the coating process, the target 5 is shifted periodically in the direction of the arrow 20 shown in FIG. 4, that is to say transversely — preferably at right angles — to the plane in which the laser beam 7 oscillates. The shift takes place whenever the laser beam 7 has scanned the entire length L of the target 5 at least once. In this way, the entire surface of the target 5 carrying superconductive material is gradually swept by the laser beam 7 vibrating in a constant plane.

Das Target 5 wird während des Beschichtungsvorgangs außerdem periodisch um 180° gedreht, so wie es in Fig. 4 durch den Pfeil 21 angedeutet ist. Durch diese Maßnahme werden das auf dem Target 5 vorhandene supraleitfähige Material besser ausgenutzt und insbesondere die Beschichtungsrate zusätzlich stabilisiert. Das Target 5 kann jeweils dann um 180° gedreht werden, wenn der Laserstrahl 7 seine ganze Länge L einmal überstrichen hat. Es soll spätestens dann um 180° gedreht werden, wenn es vom Laserstrahl 7 zehnmal überstrichen worden ist. Während der Verstellbewegungen (quer zum Laserstrahl 7 und Drehung um 180°) des Targets 5, wird der Laserstrahl 7 zweckmäßig jeweils kurzzeitig unterbrochen.The target 5 is also periodically rotated through 180 ° during the coating process, as indicated by the arrow 21 in FIG. 4. This measure makes better use of the superconductive material present on the target 5 and, in particular, additionally stabilizes the coating rate. The target 5 can be rotated through 180 ° each time the laser beam 7 has swept its entire length L once. It should be rotated by 180 ° at the latest when it has been swept by laser beam 7 ten times. During the adjustment movements (transverse to the laser beam 7 and rotation by 180 °) of the target 5 , the laser beam 7 is expediently interrupted for a short time.

Die Öffnung 9 der Heizzone 2 und auch die Öffnung 4 der in Fig. 3 nicht eingezeichneten Blende 3 werden in ihrer axialen Länge den Abmessungen des Targets 5 angepaßt. An jeder Stelle, an welcher der gepulste Laserstrahl 7 auf die Oberfläche des Targets 5 auftrifft, werden - so wie es für Fig. 1 grundsätzlich beschrieben ist - Partikel des supraleitfähigen Materials aus der Oberfläche herausgelöst und durch Plasmastrahlen 16 auf dem Substrat 11 abgeschieden. In Fig. 3 sind drei Plasmastrahlen 16 eingezeichnet. Es kann auf diese Weise in gleichbleibender Zeit eine wesentlich größere Fläche des Substrats 11 mit supraleitfähigem Material beschichtet werden. Das Substrat 11 kann gemäß Fig. 3 als Band wendelförmig um ein Rohr 22 herumgewickelt werden, das während des Beschichtungsvorgangs um seine Achse gedreht und/oder linear bewegt werden kann. Die Beschichtungsrate kann dadurch weiter erhöht werden.The opening 9 of the heating zone 2 and also the opening 4 of the diaphragm 3 ( not shown in FIG. 3 ) are adapted in their axial length to the dimensions of the target 5 . At each point at which the pulsed laser beam 7 strikes the surface of the target 5 , as is basically described for FIG. 1, particles of the superconductive material are detached from the surface and deposited on the substrate 11 by plasma beams 16 . In Fig. 3, three plasma jets 16 are located. In this way, a substantially larger area of the substrate 11 can be coated with superconductive material in the same time. According to FIG. 3, the substrate 11 can be wound helically around a tube 22 which can be rotated about its axis and / or moved linearly during the coating process. The coating rate can thereby be increased further.

Das Target 5 wird mit dem Laserstrahl 7 vorzugsweise mit einer Frequenz F1 gemäß folgender Gleichung überstrichen:
The target 5 is scanned with the laser beam 7, preferably at a frequency F1, according to the following equation:

F1 = K × F/(L/A).F1 = K × F / (L / A).

Darin sind K ein Koeffizient, der zwischen den Werten 0,5 und 8,0 liegt, F die Wiederholungsrate der Laserpulse in Hertz, L die Länge des Targets 5 in der Schwingungsebene des Laserstrahls 7 in mm und A eine Konstante, welche 1 mm entspricht.Therein K is a coefficient which lies between the values 0.5 and 8.0, F the repetition rate of the laser pulses in Hertz, L the length of the target 5 in the plane of oscillation of the laser beam 7 in mm and A a constant which corresponds to 1 mm .

Der empirisch ermittelte Koeffizient K bestimmt den zeitlichen Abstand, mit dem die Partikel durch den Laserstrahl 7 aus dem Target 5 gelöst werden. Wenn K kleiner als 0,5 ist, können sich Überlappungen ergeben, so daß Partikel zumindest teilweise auf der gleichen Stelle des Substrats 11 abgeschieden würden. Ein über 8,0 liegender Wert des Koeffizienten K führt zu keiner weiteren Verbesserung des Verfahrens.The empirically determined coefficient K determines the time interval at which the particles are released from the target 5 by the laser beam 7 . If K is less than 0.5, there may be overlaps, so that particles would be deposited at least partially on the same location on the substrate 11 . A value of the coefficient K above 8.0 does not lead to any further improvement of the method.

Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden durch vier Beispiele erläutert: The process according to the invention is illustrated below by four examples:  

Beispiel 1example 1

Als Substrat 11 wird eine 0,1 mm dicke Folie aus Nickel mit einer Länge von 1000 mm, einer Breite von 50 mm und einer biaxial texturierten dielektrischen Zwischenschicht verwendet. Für die Beschichtung mit einem HTSL-Material mit der Zusammensetzung YBa₂CU₃O_7-X wird das Substrat 11 spiralförmig bzw. wendelförmig auf das Rohr 22 aufgewickelt und mit demselben in der mit der Blende 3 versehenen Heizzone 2 fixiert. Während des Auftreffens der Laserpulse auf das Target 5, das eine Länge L von 160 mm und eine Breite von 40 mm hat, rotiert das Rohr 22 um seine Achse und es bewegt sich linear in Richtung derselben. Das Target 5 wird mit dem Laserstrahl 7 mit einer gemäß obiger Gleichung berechneten Frequenz F1 von etwa 5 Hz überstrichen. Der Koeffizient K ist dabei 4,4. Die Wiederholungsrate der Laserpulse (308 nm, 20 ns) entspricht einer Frequenz von F = 180 Hz. Während der Abscheidung des supraleitfähigen Materials wird eine Sauerstoffatmosphäre von 0,3 mbar in der Kammer 1 aufrechterhalten und es wird zusätzlich Sauerstoff im Bereich der Heizzone 2 injiziert. Der Sauerstoff kann vorzugsweise pulsförmig injiziert werden, und zwar insbesondere zwischen den Laserpulsen. Zur Injizierung des Sauerstoffs kann in der Heizzone 2 ein Auslaß 23 angebracht sein, welcher der Öffnung 9 derselben diametral gegenüber liegt. Die integrale Beschichtungsrate entspricht dabei 115 nm × cm²/s. Sie ist damit um das Zehnfache höher als bei den bisher bekannten Verfahren. Die kritische Stromdichte Jc der abgeschiedenen Schicht entspricht 7 kA/mm².A 0.1 mm thick foil made of nickel with a length of 1000 mm, a width of 50 mm and a biaxially textured dielectric intermediate layer is used as the substrate 11 . For the coating with a HTSL material with the composition YBa ₂ CU ₃ O _7-X , the substrate 11 is wound spirally or helically onto the tube 22 and fixed with the same in the heating zone 2 provided with the panel 3 . During the impingement of the laser pulses on the target 5 , which has a length L of 160 mm and a width of 40 mm, the tube 22 rotates about its axis and it moves linearly in the direction thereof. The target 5 is swept with the laser beam 7 with a frequency F1 calculated according to the above equation of approximately 5 Hz. The coefficient K is 4.4. The repetition rate of the laser pulses (308 nm, 20 ns) corresponds to a frequency of F = 180 Hz. During the deposition of the superconducting material, an oxygen atmosphere of 0.3 mbar is maintained in chamber 1 and additional oxygen is injected in the area of heating zone 2 . The oxygen can preferably be injected in pulse form, in particular between the laser pulses. To inject the oxygen, an outlet 23 can be provided in the heating zone 2 , which is diametrically opposite the opening 9 of the same. The integral coating rate corresponds to 115 nm × cm ² / s. It is ten times higher than in the previously known methods. The critical current density Jc of the deposited layer corresponds to 7 kA / mm ² .

Beispiele 2 bis 4Examples 2 to 4

Die Parameter für Target 5 und Beschichtungsmaterial sind die gleichen wie im Beispiel 1. Variiert werden jeweils nur der Koeffizient K und die Wiederholungsrate F der Laserpulse. Die entsprechenden Werte gehen ebenso wie die des Beispiels 1 aus der unten angegebenen Tabelle hervor. In der Tabelle sind auch die jeweilige Schwingfrequenz F1, die Stromdichte Jc und die Beschichtungsrate BR eingetragen.The parameters for target 5 and coating material are the same as in example 1. Only the coefficient K and the repetition rate F of the laser pulses are varied. The corresponding values as well as those of Example 1 are shown in the table below. The respective oscillation frequency F1, the current density Jc and the coating rate BR are also entered in the table.

Claims (12)

1. Verfahren zur Erzeugung einer supraleitfähigen Schicht auf einem langgestreckten Substrat, bei welchem das Substrat durch eine Depositionskammer gezogen und innerhalb derselben in einer Heizzone beheizt wird, bei welchem das Substrat in der Heizzone mit supraleitfähigem Material beschichtet wird, das mittels eines gepulsten Laserstrahls von einem in der Depositionskammer befindlichen, supraleitfähiges Material tragenden Target gelöst und als Plasmastrahl auf dem Substrat abgeschieden wird, und bei welchem der Laserstrahl während des Beschichtungsvorgangs in einer gleichbleibenden Ebene so in Schwingungen versetzt wird, daß er eine größere Fläche des Targets überstreicht, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Target (5) während des Beschichtungsvorgangs periodisch quer zur Schwingungsebene des Laserstrahls (7) bewegt wird und
• - daß das Target (5) während des Beschichtungsvorgangs in der Ebene seiner vom Laserstrahl (7) überstrichenen Fläche zusätzlich periodisch um 180° gedreht wird.

1. A method for producing a superconducting layer on an elongated substrate, in which the substrate is drawn through a deposition chamber and heated therein in a heating zone, in which the substrate in the heating zone is coated with superconducting material, which is emitted by a pulsed laser beam from a the superconducting material-carrying target located in the deposition chamber is released and deposited as a plasma jet on the substrate, and in which the laser beam is set into vibration in a constant plane during the coating process in such a way that it sweeps over a larger area of the target, characterized in that

• - That the target ( 5 ) is periodically moved transversely to the plane of oscillation of the laser beam ( 7 ) during the coating process and
• - That the target ( 5 ) is additionally rotated periodically by 180 ° during the coating process in the plane of its surface swept by the laser beam ( 7 ).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (F1) der Schwingungen des Laserstrahls (7) der Gleichung
F1 = K × F/(L/A)
entspricht, worin K ein Koeffizient, der zwischen den Werten 0,5 und 8,0 liegt, F die Wiederholungsrate der Laserpulse in Hertz, L die Länge des Targets in der Schwingungsebene des Laserstrahls (7) in mm und A eine Konstante sind, welche 1 mm entspricht. 2. The method according to claim 1, characterized in that the frequency (F1) of the vibrations of the laser beam ( 7 ) of the equation
F1 = K × F / (L / A)
where K is a coefficient which lies between the values 0.5 and 8.0, F is the repetition rate of the laser pulses in Hertz, L is the length of the target in the plane of oscillation of the laser beam ( 7 ) in mm and A is a constant which Corresponds to 1 mm. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (5) um 180° gedreht wird, wenn der Laserstrahl (7) seine gesamte Länge (L) mindestens einmal und höchstens zehnmal überstrichen hat.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the target ( 5 ) is rotated by 180 ° when the laser beam ( 7 ) has swept its entire length (L) at least once and at most ten times. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (7) während der periodischen Bewegungen des Targets (5) kurzzeitig unterbrochen wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the laser beam ( 7 ) is briefly interrupted during the periodic movements of the target ( 5 ). 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (7) nach Maßgabe einer Sägezahnkurve in Schwingungen versetzt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the laser beam ( 7 ) is vibrated in accordance with a sawtooth curve. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (11) wendelförmig um ein Rohr (22) herumgewickelt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the substrate ( 11 ) is wound helically around a tube ( 22 ). 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (22) während der Beschichtung um seine Achse gedreht wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the tube ( 22 ) is rotated about its axis during the coating. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (22) während der Beschichtung linear bewegt wird.8. The method according to claim 6, characterized in that the tube ( 22 ) is moved linearly during the coating. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff in den Bereich der Heizzone (2) injiziert wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that oxygen is injected into the area of the heating zone ( 2 ). 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff pulsförmig injiziert wird.10. The method according to claim 9, characterized in that the oxygen is injected in pulses. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff zwischen den Laserpulsen injiziert wird.11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the Oxygen is injected between the laser pulses. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff durch einen Auslaß (23) der Heizzone (2) injiziert wird, welcher der Öffnung (9) derselben diametral gegenüber liegt.12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the oxygen is injected through an outlet ( 23 ) of the heating zone ( 2 ) which is diametrically opposite the opening ( 9 ) thereof.