CN105849888B - 积体超导体装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种积体超导体装置及其制造方法。所述积体超导体装置可包含衬底基底，和安置于所述衬底基底上且包括较佳结晶定向的第一中间层。所述积体超导体装置可进一步包含安置于所述第一中间层上的第一定向超导体层，和安置于所述第一定向超导体层的一部分上的第一导电带。所述第一导电带可在其下方界定所述第一定向超导体层的第一超导体区，和邻近于所述第一超导体区的所述第一定向超导体层的第一暴露区。本申请的积体超导体装置制造的超导体结构类似于带材但直接形成于大面积衬底上，克服与独立式超导体带材的制造相关联的复杂性。

Description

积体超导体装置及其制造方法
技术领域
本实施例涉及超导材料，且更特定来说，涉及积体超导体装置及其制造方法。
背景技术
基于可具有77K以上的临界温度TC的高温超导(high temperaturesuperconducting，HTc)材料已开发出超导导线或带材，从而促进其在通过液氮冷却的低温系统中的使用。在某些应用中(例如用于超导故障限流器(superconducting faultcurrent limiter，SCFCL)中)，高温超导(high temperature superconducting，HTS)带材在故障状况下可遭受到高温漂移，在所述故障中，超导层经历到非超导状态的转变。
HTS带材的合成涉及许多挑战，包含形成构成HTS带材的材料的复合堆叠的需要。通常，超导体带材的超导体层形成于呈带或带材结构的形式的金属衬底上，所述带或带材结构充当用于形成超导体带材的必要的层的生长模板。金属衬底通常是通过经由一系列沉积和处理腔室拉长带材来进行处理的，所述沉积和处理腔室用以使多个层形成于金属带材上。为了在所得超导体带材中提供足够载流能力，晶体超导体材料以一方式生长以促进所得层的特定结晶定向或“纹理”。常规HTS晶体超导体材料是选自一类分层复合氧化物，其中载流铜氧化物层经定向于垂直于结晶单位晶胞的c轴的平面内。因此，期望形成超导体带材的c轴纹理，其中超导体带材的载流层平行于带材的平面。此情形使至少一中间层及通常将金属带材衬底与超导体层分离的若干层的沉积有必要。中间层可起到多个作用，包含用作扩散屏障以防止金属带材材料与超导体层的交互扩散，以及用作可生长高度结晶定向的超导体层的晶体模板。
在形成超导体层之后，金属上覆层可形成于超导体层上以充当导电层，从而在超导体层处于非超导状态的故障条件期间传导电流。一旦形成了构成超导体带材的完整层堆叠，带材便可通过将带材部分紧固在一起以形成一组多个延长的导电路径而组装到限流器中。带材部分安装于模组中，所述模组提供超导体带材的机械强度和便利处置，从而组装到限流器装置中。
鉴于以上内容，可了解，特别是对于限流器应用，超导体带材的形成要求广泛且复杂的处理。就这些和其他考虑来说，本发明的改进是需要的。
发明内容
本发明内容经提供而以简化形式介绍概念的选择，所述概念在下文的具体实施方式中进一步描述。本发明内容既不意欲识别所主张标的物的关键特征或本质特征，也不意欲辅助确定所主张标的物的范围。
在一个实施例中，一种积体超导体装置可包含衬底基底，和安置于所述衬底基底上且包括较佳结晶定向的第一中间层。所述积体超导体装置可进一步包含安置于所述第一中间层上的第一定向超导体层，和安置于所述第一定向超导体层的一部分上的第一导电带。所述第一导电带可在其下方界定所述第一定向超导体层的第一超导体区，和邻近于所述第一超导体区的所述第一定向超导体层的第一暴露区。
在另一实施例中，一种形成积体超导体装置的方法可包含将具有较佳结晶定向的晶体层沉积于衬底基底上；在所述晶体层上形成包括定向超导体材料的第一定向超导体层；沉积具有非线性图案的第一导电带；以及处置所述第一定向超导体层的未由所述第一导电带覆盖的第一暴露区，以将所述经第一暴露区转变成非超导体材料。
附图说明
图1A和图1B描绘与本实施例一致的积体超导体装置100的相应平面图和侧向横截面图；
图2A描绘图1A、1B的积体超导体装置的积体超导体装置变体的平面图；
图2B描绘与本发明的其他实施例一致的额外积体超导体装置的平面图；
图2C描绘与本发明的其他实施例一致的额外积体超导体装置的平面图；
图3A到3E说明用于制造根据本发明的实施例的积体超导体装置的示范性阶段；
图4A描绘衬底包含由玻璃制成的衬底基底的实施例的示范性层堆叠；
图4B描绘衬底包含由单晶硅制成的衬底基底的实施例的另一变体；
图5A、图5B和图5C描绘在积体超导体装置的另一实施例的制造中涉及的其他操作；
图6A和图6B描绘根据另一实施例的积体超导体装置的相对侧的平面图；且
图7呈现用于形成积体超导体装置的示范性处理流程。
附图标记说明：
100、200、210、220、600：积体超导体装置；
102、202、212、400、420：衬底；
110、402、422：衬底基底；
104、204、216、224、606、608：超导体带材；
106、206、218、226：触点；
112：层；
114：超导体层；
116：金属结构；
118：超导体区；
120：非超导体区；
214：硅区：
219：电导体；
222：硅带；
300：顶部表面；
302：暴露区；
304：能量处置；
404：层；
406：层；
408：层；
424：外延缓冲层；
500：平坦化超导体装置；
502：介电涂层材料；
504：平坦化处置；
506：非平坦涂层；
508：平坦化涂层；
602：第一侧；
604：第二侧；
700：示范性制程流程图；
702、704、706、708、710、712、714、716：框；
dM：宽度；
X、Y、Z：方向。
具体实施方式
现将在下文参看随附图示更充分地描述本实施例，在随附图示中示出一些实施例。然而，本发明的标的物可以许多不同形式来具体化，且不应解释为限于本文中所阐述的实施例。确切来说，提供这些实施例，使得本发明将为透彻且完整的，且将使标的物的范围充分传达到所属领域的技术人员。在图示中，类似数字始终指代类似元件。
为了解决前述超导体带材中的缺陷中的一些，本文中描述提供针对超导体带材的改进的结构以及用于形成超导体带材的改进的技术的实施例。这些实施例可特别适宜于用以在布置于紧凑型装置(包含限流装置)内的长电流路径(current path)上传导电流的超导体带材的应用。
为了解决常规超导体带材制造的问题，本实施例特别提供积体超导体装置结构和制造技术以产生超导体带材配置，所述超导体带材配置克服与独立式超导体带材的制造相关联的复杂性。所得积体超导体装置有效地并有超导体结构，所述超导体结构类似于带材但直接形成于大面积衬底上，所述衬底相较于通过超导体结构占用的表面积占用较大表面积。因此，积体超导体装置通过含有越过其表面的超导体区和非超导体区的衬底来表征。尽管未形成为独立式带材，但此些超导体结构因为超导体结构的形态与常规带材的类似性在本文中可被称作“带材”。
此外，术语“超导体”、“超导体元素”或“超导体材料”如本文中所使用指代具有在无电阻情况下传导电流的能力的物质或物体。因此，例如YBa2Cu3O7-x(本文中也被称作“YBCO”)等材料可被称作超导体或超导体材料，即使是在经受其中材料并非超导的室温环境时，这是由于YBCO在低于约91K的温度处变得超导。
另一方面，术语“超导”或“超导层”在本文中用以指代带材或材料的性质。因此，YBCO在某些条件下(例如在91K以下的温度下或当通过YBCO材料传导的电流低于临界电流时)为超导的。此外，术语“非超导”和“非超导状态”如本文中所使用皆指代超导体材料的状态，其中超导体材料并不具有超导性质，例如在超导体材料经受室温周围环境时。
此外，术语“非超导体”如本文中所使用可指代不能够超导的材料。举例来说，非超导体可包含从例如YBCO等超导体材料得到的材料，其中材料以致使材料不能变得超导的方式化学或结构地从母超导体材料变更。因此，超导体材料可视包含温度、正由超导体材料传导的电流的电流密度和施加到材料的磁场等的条件而以超导状态或非传导状态存在。另一方面，非超导体材料可以非超导状态存在而不考虑温度或其他因素。
最终，术语“超导体带材”和“超导体层”如本文中所使用指代其中相应类带材结构或层的至少一部分含有超导体材料的带材、类带材结构或层。因此，“超导体带材”可包含一或多个超导体材料层，且视需要包含一或多个非超导体材料层。类似地，“超导体层”在图案化之后(例如)可含有由超导体材料制成的部分，和材料并非超导体的部分。
图1A和图1B描绘与本实施例一致的积体超导体装置100的相应平面图和侧向横截面图。图2A描绘积体超导体装置100的积体超导体装置200变体的平面图。图1A和图2A的实施例的不同之处在于，一个实施例具有矩形形状且另一实施例具有圆形形状。此外，在两个积体超导体装置100、200中，相应超导体带材104、204积体于相应衬底102、202的表面区上。
图2B和2C描绘与本发明的其他实施例一致的额外积体超导体装置的平面图。在图2B中，使用衬底212来形成积体超导体装置210，所述衬底212含有安置于积体超导体装置210的表面上的四个硅区214。在一个实施方案中，可使用适用于太阳能装置的硅衬底来制造积体超导体装置210。在每一硅区214中，超导体带材216以蜿蜒图案积体地形成于硅区214内，所述硅区214充当超导体带材216的衬底。每一超导体带材216以单一导电路径形成于触点218之间的方式通过电导体219连接到邻近硅区214中的超导体带材216。在一些实施例中，导电路径长度可为1到3米。
在图2C中，使用充当衬底的硅带222形成积体超导体装置220，在所述衬底内，超导体带材224形成于硅带222的表面上。超导体带材224形成蜿蜒图案，所述蜿蜒图案在触点226之间形成连续路径。在一个实例中，硅带222是通过浮区法形成的，且具有200到400mm的宽度和2到4米的长度，从而导致50到100米的导电路径长度。用于形成积体超导体装置的衬底的其他实施例是有可能的。
现特别地转到图1A、1B的实施例，请注意，关于积体超导体装置100论述的其他特征和问题可同样适用于积体超导体装置200、210和220。积体超导体装置100的一个特性特征为，超导体带材104积体到衬底102中。特定来说，通过在衬底基底110上形成多个层且其后在那些层中的至少一些内界定超导体带材的带材结构来制造超导体带材。此制程导致其中超导体带材104为一体式零件的积体超导体装置100的整体结构。
如图1A和2中所说明，超导体带材104、204以蜿蜒结构布置于所示出的笛卡尔坐标系的X-Y平面内，所述X-Y平面位于相应衬底102、202的平面内。相应超导体带材104、204的结构用来界定在安置于相应超导体带材104、204的相对末端处的相应触点106、206之间传导的电流的相对长电流路径。换句话说，与相应积体超导体装置100、200的沿着X方向的宽度相比较，相应触点106、206之间的电流路径长度可长出许多倍。积体超导体装置100、200、210、220可适宜于例如超导故障限流器的限流器等应用。然而，实施例在此上下文中并不受限制。
再次转到图1B，根据各种实施例，衬底基底110可为玻璃材料、多晶体材料或单晶体材料。多晶体材料的实例包含氧化铝，而单一晶体材料的实例包含硅或蓝宝石。实施例在此上下文中并不受限制。在一些实施例中，衬底基底110可呈现低粗糙度表面，例如具有玻璃衬底或单晶体衬底的特性。此外，衬底基底110可在其表面上呈现很少(如果有的话)的晶界，从而促进较平滑层堆叠的生长。在本实施例中，中间层安置于衬底基底与超导体层之间。在图1B中通过层112表示中间层，所述层112安置于衬底基底110上，且可包含多个子层(本文中简称为层)或单一层。特定来说，层112包含显现较佳结晶定向且安置于层112的顶部部分上的至少一个层。术语“较佳结晶定向”指代层的微观结构的品质，其中层的微晶体具有非随机定向分布，使得与随机多晶粉末中微晶体的定向相比较某些结晶方向较佳地垂直于衬底基底110的平面而定向。特定来说，层112的顶部可充当用于生长高品质超导体层114的模板，如下文所详述。
如图1R中进一步所示出，超导体带材104的结构包含顶部金属结构116，其覆盖安置于超导体层114内的超导体区118。如图1A中所示出，金属结构116可形成导电带，所述导电带具有蜿蜒结构，使得超导体区118具有类似蜿蜒结构。经变更的超导体区为非超导体区120，邻近于超导体区118。积体超导体装置100的所得结构包括蜿蜒超导体带材，所述蜿蜒超导体带材包含金属上覆层、金属结构116和超导体下伏层、超导体区118。
如下文所详述，超导体区118和非超导体区120的界定可通过与大批量制造相容的各种方法来实现。因此，用于制造积体超导体装置100的整个制程可使用与大批量制造相容的材料、制程和设备来执行。
图3A到3E说明用于制造根据本发明的实施例的积体超导体装置的示范性阶段。在图3A中，提供衬底基底110以用于沉积一层或数个层的集合以形成积体超导体装置。如所论述，衬底基底110在一些情况下可为单晶体材料，例如硅或蓝宝石。在其他情况下，衬底基底110可为玻璃。衬底基底110可具有与常规沉积设备中的处理相容的尺寸。举例来说，在一个情况下，衬底为300mm直径的Si(100)衬底。然而，实施例在此上下文中并不受限制。
在图3B中，层112沉积于衬底基底110上。在各种实施例中，层112可包括多个层。构成层112的构成层的数目和组合物以及此些层的结构可根据衬底基底110的性质发生变化。在一些实施例中，构成层112的单一层或层群组可根据常规技术形成。
图4A描绘针对其中衬底400包含由玻璃制成的衬底基底402的实施例的构成层112的示范性层堆叠。如所说明，层404可为氮化硅层(SiN)，沉积所述氮化硅层以与玻璃衬底接触。在一个变体中，层404可替代地为Y2O3。在这些变体中的任一者中，层404可通过已知方法(例如溅镀、蒸发、化学气相沉积或其他方法)来沉积。
另一层406(其可为MgO)沉积于层404上。MgO层可充当随后可生长定向超导体层的晶体模板。特定来说，MgO层可通过离子束辅助沉积(ion beam assisted deposition，IBAD)来沉积，所述IBAD可形成具有较佳结晶定向(纹理)的晶体MgO层。术语“定向超导体层”如本文中所使用指代具有较佳结晶定向(例如“c轴”定向)的超导体层。
在图4A的实施例中，另一层408在形成超导体层之前形成于层406上。层408可为外延MgO层，所述外延MgO层在特定条件下生长以向与层406相对的层提供较高程度的晶体定向。在一个情况下，层408可在与用以生长层406的腔室分离的处理腔室中生长。举例来说，层408可在用于化学气相沉积的处理腔室中生长。在一个变体中，可选外延LaMnO3层(图中未示)可(例如)通过反应性溅镀而沉积于层408上。
图4B描绘针对其中衬底420包含由单晶硅制成的衬底基底422的实施例的层112的另一变体。在此实例中，层112可为外延生长于硅衬底上的单一层。此层的实例包含CeO2和CaF2，CeO2和CaF2中的每一者具有面心立方萤石晶体结构，其空间群与硅的空间群直接相关。由于此原因，高度定向或单晶体CaF2或CeO2可生长于硅上。特定来说，CeO2的晶格参数显现与硅的晶格参数的仅0.35％晶格失配，从而产生直接在硅上生长CeO2外延层的能力。
返回图3B，在本实施例中，在形成构成层112的层或数个层之后，层112的顶部表面300呈现用于生长后续超导体层的结晶定向表面。因为下伏衬底基底110可为无晶界的平滑衬底，所以与使用金属带材结构的常规超导体带材技术相反，包含顶部表面300的所得层112可呈现用于生长高度定向超导体层的优异模板。
在图3C中，示出超导体层114在层112上的形成。超导体层114以导致高度定向超导体材料的方式来形成，所述超导体材料使其c轴沿着Z轴对准且垂直于衬底基底110的平面(即，如所示出的X-Y平面)。在各种实施例中，超导体层114由具有化学式ReBa2Cu3O7-x的超导体材料(本文中也被称作“ReBCO”)制成，其中Re代表钇或任何稀土元素。在其他实施例中，超导体层114可为具有通用化学式Bi2Sr2Can-lCunO2n+4+x的铋锶钙铜氧化物(bismuthstrontium calcium copper oxide，BSCCO)；具有通用化学式Tl2Sr2Can-lCunO2n+4+x的铊锶钙铜氧化物(thallium strontium calcium copper oxide，TSCCO)；具有通用化学式HgSr2Can-l CunO2n+2+x的汞锶钙铜氧化物(mercury strontium calcium copper oxide，MSCCO)。实施例在此上下文中并不受限制。
超导体层114可通过用于沉积超导体材料的例如反应性共蒸发等常规制程或通过金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)来沉积。实施例在此上下文中并不受限制。在一些情况下，例如，在超导体114为REBCO材料的状况下，氧合退火制程可在沉积超导体层114之后执行。此情形用来减低ReBCO晶体结构中的“x”的值，使得每单位晶胞中的氧原子的数目逼近7。在此状况下，77K处的临界温度和临界电流可增加，以及超导体层114的临界场增加。
现转到图3D，示出金属结构116在超导体层114的数个部分上的沉积。如图1A和图1B中所示出，金属结构116可为单一连续金属线。在各种实施例中，金属结构116可通过例如网版印刷、挤出印刷(extrusion printing)或溅镀等已知技术来形成。金属结构116可由铜、银、铜合金、银合金形成。在一些实例中，金属结构可为双层结构，其中与超导体114接触的下部层为银或银合金，且上部层为铜或铜合金。实施例在此上下文中并不受限制。超导体层114沿着Z方向的一些示范性厚度的范围为0.5微米到5微米。金属结构116的一些示范性宽度dM的范围为1mm到20mm。如图1A和图1B中所说明，金属结构116可通过具有蜿蜒形状而界定长导电路径。举例来说，在300mm x 300mm正方形衬底中，具有10mm的宽度dM的蜿蜒金属结构在一个情况下可界定4米的导电路径。在形成金属结构116之后，在一些实施例中可执行烧结退火。
如图3D中进一步说明，金属结构116用来界定超导体层114的暴露区302，所述暴露区302并未被金属结构116覆盖。此暴露区302可用以界定如图3E中所说明的最终超导体带材结构。如其中所示出，通过箭头示意性地示出的能量处置304指向衬底基底110。能量处置304选择性地影响暴露区302，以便将超导体层114的暴露区302转变成非超导体区120。同时，超导体层114的位于金属结构116下面的部分保持为超导体区118。
在一个变体中，能量处置304涉及将离子导引到衬底基底110中。将离子作为离子物质且以对于显现超导体层114有效的离子剂量和离子能量提供到暴露区302中的非超导材料中，所述暴露区302并未由金属结构116覆盖。举例来说，针对在300kV到1meV范围内的离子能量，氮、硼或其他低原子量离子可植入达约0.5μm到1μm的深度。对植入有此些离子的超导体材料的伴随损害可延伸到较大深度，例如约1到2μm。因此，对于具有在0.5到2μm的范围内的超导体层厚度的超导体带材，描绘于图3E中的制程在一些实施例中可方便地在中间能量或高能量束线离子植入设备中执行。请注意，对于例如YBa2Cu3O7-x等高温超导体材料，暴露区302中的材料不需要非晶化以便对于那些区显现为非超导材料。这是因为超导性质对于晶体结构的改变和YBCO材料的化学计量法特别敏感。
有利地是，因为金属结构116的厚度可为大约10到20μm，所以遮罩安置于金属结构116下面的超导体区118不受来自离子的任何损害。因此，导电带的相对小的上部部分可通过离子植入702来变更。此外，甚至足以将暴露区302转变成非超导材料的离子剂量可仅使金属结构116的所植入部分中的电阻率略微增加，从而导致金属结构116的总电阻的略微增加。
在能量处置304的另一变体中，呈传导加热、对流加热或辐射加热或其任何组合的形式的热通量指向衬底基底110。在一些实施例中，超导体层114为RBa2Cu3O7-x，其中R为稀土元素。此些材料显现超导性对氧化学计量学的强相依性，使得降低氧含量会使得材料显现较差超导性或无超导性。此外，此些结构中的氧迁移率相对较高，使得某些条件下的加热可产生氧的释放，从而减少晶体结构内的氧含量。因此，可提供热通量以耗尽来自RBa2Cu3O7-x材料的氧，所述RBa2Cu3O7-x材料安置于并未由金属结构116覆盖的暴露区302中。经覆盖部分、超导体区118并未变得耗尽氧，且从而保持为超导体材料。
一旦暴露区302变为非超导体材料，剩余超导体区118便界定积体超导体装置100内的具有金属结构116的尺寸和形状的图案，如图1A、1B和3E中所示出。因此，形成提供呈类带材结构的导电路径的积体超导体装置，所述类带材结构含有正常导体(金属结构116)安置于超导体区118上的层堆叠。然而，不同于独立式超导体带材，类带材结构积体于例如衬底基底110等衬底内。
在形成超导体带材104之后，触点106可形成于超导体带材104的任一末端处，以充当用于将超导体带材104电连接到其他元件(包含其他积体超导体装置)的点。
图5A、图5B和图5C描绘在积体超导体装置的另一实施例的制造中涉及的其他操作。在此实施例中，提供介电涂层以覆盖并平坦化积体超导体装置100的表面特征以形成平坦化超导体装置500，如图5C中所示出。
在图5A中，将介电涂层材料502提供到积体超导体装置100。介电涂层材料502可为例如氧化硅或其他材料等常规介电质，且可通过化学气相沉积制程、湿式化学制程或其他制程来提供。在图5B中，示出介电涂层材料502已经沉积并形成覆盖金属结构116和非超导体区120的非平坦涂层506的情况。此非平坦涂层506经受通过箭头示意性地示出的平坦化处置504。平坦化处置在一些实施例中可选自用于介电材料的已知平坦化处置当中。在图5C中，非平坦涂层506已转变成平坦化涂层508。
平坦化超导体装置500可保护下伏非超导体区120与超导体区118的完整性，使得平坦化超导体装置500可经进一步方便地处置或处理从而组装到例如超导故障限流器装置等其他设备中。特定来说，平坦化超导体装置500呈现模组化元件，所述模组化元件可被方便地组装到含有多个平坦化超导体装置500的设备中。此情形可(例如)通过将多个平坦化超导体装置500堆叠于彼此之上且提供平坦化超导体装置500之间的电连接来实现。此情形允许限流器的电流路径被增加到所要长度以满足给定故障限流器装置的要求。
图6A和图6B描绘根据另一实施例的积体超导体装置的相对侧的平面图。在此实施例中，积体超导体装置600包含第一侧602和与第一侧602相对的第二侧604，其各自包含积体到积体超导体装置600中的相应超导体带材606、608。在一些实施例中，每一侧606、604可使用与针对图3A到5C说明的制程集合相同或类似的制程集合来形成。在一个情况下，第一侧602可首先经处理以形成超导体带材606，之后以类似方式处理第二侧604以形成超导体带材608。
在各种实施例中，第一侧602上的超导体带材606可以不同方式电连接到第二侧604上的超导体带材606。在一个实施例中，第一侧602上的超导体带材606可电连接到第二侧604上的超导体带材606以便形成单一连续电流路径。在另一实施例中，超导体带材606可经双股卷绕，超导体带材608可经双股卷绕且超导体带材606的图案相对于在如图所示的X-Y平面内的超导体带材608的图案可为双股的。以此方式，例如，积体超导体装置600可呈现故障限流器的极低电感元件。
尽管上述实施例已明确地示出了以蜿蜒图案布置以形成超导体带材的导电带的实例，但在其他实施例中，不同图案可用以形成积体超导体装置。举例来说，导电带可以各种非线性图案布置，其中非线性图案指代并未以单一直线布置的带。非线性图案的实例包含螺旋图案或其他复杂图案。
本文中所包含的是表示用于执行所揭示的超导体装置结构的新颖方面的示范性方法的流程图。虽然出于解释简单的目的，本文中(例如)以流程图或流程框图的形式示出的一或多种方法经示出并描述为一系列动作，但应理解并了解，方法不受动作次序限制，这是由于一些动作可根据描述内容以不同次序发生，和/或与不同于本文中所示出并描述的动作的其他动作同时发生。此外，对于新颖实施方案，并非说明于方法中的所有动作可被需要。
图7描绘与各种实施例一致的示范性制程流程图700。在框702中，晶体层堆叠沉积于衬底基底上。晶体层堆叠在不同实施例中可包含一或多个层。晶体层堆叠可(例如)包含非晶体层。然而，晶体层堆叠经配置以使得顶部层为结晶定向层。特定来说，顶部层可经定向以在其上提供超导体层的c轴生长的模板。
在框704处，定向超导体层沉积于晶体层堆叠之上。在各种实施例中，此定向超导体层为HTS材料，例如包含ReBCO、BSSCO、MSSCO或TSSCO的分层氧化物。
在决策框706处，如果超导体层的氧合被需要，那么流程行进到框708，在框708处，执行氧退火制程。流程接着行进到框710。如果氧合不被需要，那么流程直接行进到框710。
在框710处，呈导电带的形式的导电结构沉积于衬底上。特定来说，导电带沉积于超导体层的表面上。导电带可形成导电路径，且可具有任何所要形状，例如蜿蜒形状、螺旋形状或其他形状。导电带材可为例如铜或银等金属，且在不同实施例中可为双层铜和银。此外，导电带可为前述材料的合金。
流程接着行进到其中执行烧结退火的框712。随后，在框714处，以在暴露区中形成超导体层的非超导体区的方式处置超导体层的并未被导电带覆盖的暴露区。此处置的实例包含退火以耗尽具有氧或离子植入的超导体层的暴露区以损害或变更超导体层的暴露区。
在框716处，介电层沉积于衬底上，所述衬底可充当囊封剂以保护导电带以及可为非超导体材料的超导体层的暴露区。此外，如果执行了另一平坦化制程，那么介电层可充当平坦化层。
总的来说，本实施例提供优于其中超导体带材经制造为独立式带材结构的常规超导体带材技术的多个优点。对于一个优点，带材结构到大区域平滑衬底的积体提供用于制造具有可重现性质的超导装置的更强健制程。此部分归因于此些衬底相较于用作常规超导体带材的衬底的金属带材的平滑性。此外，积体超导体装置可以用于大批量制造(例如超导体制造)的常规处理设备制造，且可使用例如硅晶片、蓝宝石晶片、玻璃衬底等常规衬底。另外，超导体装置的设计参数可便利地通过简单地使金属结构的布局发生变化(例如)通过使金属结构的设计图案、金属结构的宽度、邻近金属结构线之间的间距等等发生变化来调整。此外，超导体装置的积体性质允许超导体带材元件容易地受常规钝化制程保护，且允许个别衬底以简单方式连接到总成中而无复杂连接。再者，包含顶部层介电涂层的积体设计使超导体带材结构的机械稳定性增加，包含超导体带材结构到其衬底的粘着。此进一步提供用于调谐超导体带材的金属部分的电阻和超导体层的临界电流的便利系统，此举可导致效能增加。
本发明的范围不应受本文所描述的特定实施例限制。实际上，对于所属领域的技术人员来说，本发明的其他各种实施例和对本发明的修改将变得从前述内容和随附图示显而易见(除本文所描述的那些实施例和修改外)。因此，此些其他实施例和修改意欲属于本发明的范围内。此外，尽管本发明已出于特定目的而在特定实施方案的上下文中在特定环境中描述了本发明，但一般所属领域的技术人员将认识到，本发明的效用不限于此，并且本发明可出于许多目的有利地在许多环境中实施。因此，随文所阐述的权利要求书应鉴于如本文中所描述的本发明的完整广度和精神来解释。

Claims (14)

1.一种积体超导体装置，其包括：
由玻璃制成的衬底基底；
安置于所述衬底基底上的第一中间层，所述第一中间层具有结晶定向，并且所述第一中间层包括：氮化硅层，安置于所述氮化硅层上的第一MgO层，以及安置于所述第一MgO层的不同的第二MgO层，其中所述第二MgO层相对于所述第一MgO层具有较高程度的结晶定向；
安置于所述第一中间层上的第一定向超导体层；以及
第一导电带，其安置于所述第一定向超导体层的一部分上以在其下方界定所述第一定向超导体层的第一超导体区，和邻近于所述第一超导体区的所述第一定向超导体层的第一暴露区。
2.根据权利要求1所述的积体超导体装置，其中所述第一导电带包括蜿蜒图案。
3.根据权利要求1所述的积体超导体装置，其中所述第一定向超导体层的所述第一暴露区包括有缺陷的超导体材料，所述有缺陷的超导体材料为非超导体。
4.根据权利要求1所述的积体超导体装置，其中进一步包括安置于所述第一导电带和所述第一暴露区上的保护性涂层。
5.根据权利要求1所述的积体超导体装置，其中所述衬底基底包括第一侧和第二侧，其中所述第一导电带沉积于所述第一侧上，所述积体超导体装置进一步包括：
安置于所述衬底基底上的所述第二侧上的第二中间层，所述第二中间层包括结晶定向；
安置于所述第二中间层上的第二定向超导体层；以及
第二导电带，其安置于所述第二定向超导体层的一部分上以在其下界定所述第二定向超导体层的第二超导体区，和所述第二定向超导体层的邻近于保护区的所述第二定向超导体层的第二暴露区，其中所述第二导电带电连接到所述第一导电带。
6.根据权利要求5所述的积体超导体装置，其中所述第一导电带和第二导电带包括双股卷绕结构。
7.根据权利要求6所述的积体超导体装置，其中所述第一导电带和第二导电带相对于彼此为双股的。
8.根据权利要求1所述的积体超导体装置，其中所述衬底基底为单晶硅，且其中所述第一中间层包括外延CeO2或CaF2。
9.一种形成积体超导体装置的方法，其包括：
将具有结晶定向的晶体层沉积于由玻璃制成的衬底基底上，所述晶体层包括：氮化硅层，安置于所述氮化硅层上的第一MgO层，以及安置于所述第一MgO层的不同的第二MgO层，其中所述第二MgO层相对于所述第一MgO层具有较高程度的结晶定向；
在所述晶体层上形成包括定向超导体材料的第一定向超导体层；
沉积具有非线性图案的第一导电带；以及
处置所述第一定向超导体层的未由所述第一导电带覆盖的第一暴露区，以将所述第一暴露区转变成非超导体材料。
10.根据权利要求9所述的形成积体超导体装置的方法，其中进一步包括提供呈蜿蜒图案的所述第一导电带。
11.根据权利要求9所述的形成积体超导体装置的方法，其中进一步包括使所述衬底基底退火以在所述第一暴露区中形成非超导体材料。
12.根据权利要求9所述的形成积体超导体装置的方法，其中进一步包括将保护性涂层沉积于所述第一导电带和所述第一暴露区上。
13.根据权利要求9所述的形成积体超导体装置的方法，其中所述衬底基底包括第一侧和第二侧，其中所述第一导电带沉积于所述第一侧上，所述方法进一步包括：
在所述第二侧上将第二中间层沉积于所述衬底基底上，所述第二中间层包括结晶定向；
将第二定向超导体层沉积于所述第二中间层上；
将第二导电带沉积于所述第二定向超导体层的一部分上以在其下界定所述第二定向超导体层的第二保护区，和邻近于保护区的所述第二定向超导体层的第二暴露区；以及
将所述第二导电带电连接到所述第一导电带。
14.根据权利要求13所述的形成积体超导体装置的方法，其中进一步包括提供所述第一导电带和所述第二导电带各自作为双股卷绕导电带。
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