DE10136891B4

DE10136891B4 - Verfahren zum Erzeugen eines flächenhaften Basismaterials aus Metall

Info

Publication number: DE10136891B4
Application number: DE10136891A
Authority: DE
Inventors: Marc de Dipl.-Chem. Vogelaere; Ursus Dr. Krueger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: WO2003012166A2; WO2003012166A3; DE10136891A1

Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines flächenhaften Basismaterials aus Metall zum Aufbringen einer supraleitenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass
– auf einem einkristallinen Substrat (1) eine Metallschicht (3) galvanisch erzeugt wird und
– die Metallschicht (3) unter Gewinnung des Basismaterials von dem Substrat (1) gelöst wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines flächenhaften Basismaterials aus Metall zum Aufbringen einer supraleitenden Schicht.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der Zeitschrift "Supercond. Sci. Technol." Bd. 12 (1999), Seiten 624 bis 632 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein Band aus Metall mit einer Textur versehen, indem Walzprozeduren mit Bändern aus Nickel oder Silber bzw. aus Legierungen mit diesen Metallen in Verbindung mit nachfolgenden Glühungen zur Initiierung von Rekristallisierungsprozessen durchgeführt werden. In der Fachwelt werden solche Bänder als RABITS (Rolling assisted biaxial texturing of substrates) bezeichnet. Solche RABITS bilden das Basismaterial zum Herstellen supraleitender Leiter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen eines flächenhaften Basismaterials zum Aufbringen einer supraleitenden Schicht anzugeben, das sich nicht nur vergleichsweise kostengünstig durchführen lässt, sondern mit dem auch Basismaterial herstellbar ist, mit dem sich supraleitende, insbesondere hochtemperatursupraleitende Bauelemente mit sehr guten Supraleitungseigenschaften schaffen lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß auf einem einkristallinen Substrat eine Metallschicht galvanisch erzeugt und die Metallschicht unter Gewinnung des Basismaterials von dem Substrat gelöst.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass mit einem einkristallinen Substrat als "Matrize" durch jeweils einen einfachen Galvanikprozess und anschließendes Lösen der Metallschicht von der Matrize bzw. von dem Substrat ein flächenhaftes Basismaterial aus Metall, erzeugt werden kann, das zum Aufbringen einer Schicht aus einem supraleitendem Werkstoff, insbesondere aus einem hochtemperatursupraleitenden Werkstoff zur Bildung eines Supraleiters sehr gut geeignet ist, weil dieses Basismaterial die für diesen Zweck günstige Textur des Substrates aufweist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil beruht darin, dass das – teuresubstrat wieder verwendbar ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können unterschiedliche Substrate eingesetzt werden. Als besonders vorteilhaft wird, es aber angesehen, wenn ein Substrat verwendet wird, dessen Gitterstruktur zu der der aufzubringenden supraleitenden Schicht passt, damit ein qualitativ hochwertiger Supraleiter gewonnen werden kann.

Um das Abscheiden der Metallschicht auf dem einkristallinen Substrat zu erleichtern, wird vorteilhafterweise vor dem galvanischen Erzeugen der Metallschicht eine metallische Hilfsschicht auf dem Substrat gebildet, und zumindest die Metallschicht wird unter Gewinnung des Basismaterials von dem Substrat gelöst. Die Hilfsschicht lässt sich in vorteilhafter Weise mittels z. B. PVD (Physical Vapour Deposition) erzeugen. Die Hilfsschicht kann also auf dem Substrat verbleiben; wird sie jeweils mit abgelöst, dann lässt sich die so gebil dete Doppelschicht leichter von dem Substrat ohne Beschädigungen lösen und anschließend weiter bearbeiten.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem galvanischen Erzeugen der Metallschicht eine metallische Hilfsschicht auf dem Substrat gebildet und mindestens eine isolierende Pufferschicht auf die Metallschicht und darauf die supraleitende Schicht aufgebracht und anschließend der so gebildete Schichtverbund mindestens unter Einbeziehung der Metallschicht von dem Substrat gelöst. Aus diesem Schichtenverbund – mit oder ohne Hilfsschicht – lassen sich durch verhältnismäßig einfache mechanische Strukturierung supraleitende Bauelemente gewinnen.

Der Schichtverbund kann in einfacher Weise – entweder vor seiner Ablösung von diesem Substrat oder später – durch eine Metallauflage, z. B. aus einem Edelmetall, ergänzt werden, um ein supraleitendes Bauelement mit einem Shunt herstellen zu können.

Diese Metallauflage kann in unterschiedlicher Weise gebildet werden. Als besonders vorteilhaft wird es erachtet, wenn die Metallauflage mittels PVD (Physical Vapour Deposition) erzeugt wird.

Als supraleitender bzw. hochtemperatursupraleitender Werkstoff ist YBCO (YBa₂Cu₃O₇) bekannt. Soll ein Supraleiter mit diesem Werkstoff hergestellt werden, dann wird vorteilhafterweise Saphir als Substrat verwendet.

Als Hilfsmittel ist bei einem solchen Substrat Titan besonders geeignet, das vorteilhaft mittels PVD aufgebracht wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können Metallschichten aus unterschiedlichen Metallen auf dem Substrat erzeugt werden. Vorteilhaft kann das Aufbringen einer Metallschicht aus Nickel oder einer Nickellegierung sein. Besonders vorteilhaft erscheint es jedoch, wenn eine Metallschicht aus Silber oder Kupfer oder aus einer Silber- oder Kupferlegierung aufgebracht wird, weil bei einem späteren Einsatz in einem magnetischen Wechselfeld – anders als bei Nickel – durch Verluste aufgrund von Paramagnetismus keine störenden Einflüsse auftreten.

Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nachfolgend anhand einer Figur mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in jedem Falle ein einkristallines Substrat erforderlich, das beispielsweise aus Saphir hergestellt sein kann.

Die Darstellung 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem einkristallinen Substrat 1, auf das durch PVD eine Hilfsschicht 2, im Ausführungsbeispiel aus Titan, aufgebracht ist. Anschließend ist – wie die Darstellung 2 zeigt – auf die Hilfsschicht 2 galvanisch eine Metallschicht 3 erzeugt, die die Textur des Substrats 1 übernommen hat.

Der Aufbau aus den beiden Schichten 2 und 3 kann von dem Substrat 1 abgelöst werden, um als Basismaterial für supraleitende Bauelemente weiter verwendet zu werden.

Wie die weiteren Teildarstellungen 3 bis 6 der Figur erkennen lassen, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch so ausgeführt bzw. weitergeführt werden, dass zunächst – gemäß Teildarstellung 3 mittels PVD epitaxiale Pufferschichten 4 und 5 aus CuO₂ und YSZ auf die galvanisch erzeugte Metallschicht 3 aufgebracht werden, auf die dann (vgl. Teildarstellung 4) ebenfalls mittels PVD eine hochtemperatursupraleitende Schicht 6 aus YBCO erzeugt wird. Der insoweit hergestellte Schichtenverbund kann von dem Substrat 1 abgezogen werden und nach mechanischer Strukturierung supraleitende Bauelemente bilden.

Sollen solche Bauelemente integriert einen elektrisch Shunt aufweisen, dann wird gemäß Teildarstellung 5 vor dem Ablösen mittels PVD eine Metallauflage 7, im Ausführungsbeispiel aus Gold, auf die hochtemperatursupraleitende Schicht 6 aufgebracht.

Die Teildarstellung 6 zeigt den Schichtenverbund nach der Ablösung von dem Substrat 1.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines flächenhaften Basismaterials aus Metall zum Aufbringen einer supraleitenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass – auf einem einkristallinen Substrat (1) eine Metallschicht (3) galvanisch erzeugt wird und – die Metallschicht (3) unter Gewinnung des Basismaterials von dem Substrat (1) gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Substrat (1) verwendet wird, dessen Gitterstruktur zu der der aufzubringenden supraleitenden Schicht passt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – vor dem galvanischen Erzeugen der Metallschicht (3) eine metallische Hilfsschicht (2) auf dem Substrat (1) gebildet wird und – zumindest die Metallschicht (3) unter Gewinnung des Basismaterials von dem Substrat (1) gelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – vor dem galvanischen Erzeugen der Metallschicht (3) eine metallische Hilfsschicht (2) auf dem Substrat (1) gebildet wird und mindestens eine isolierende Pufferschicht (4, 5) auf die Metallschicht (3) und darauf eine supraleitende Schicht (6) aufgebracht wird und – anschließend der so gebildete Schichtverbund mindestens unter Einbeziehung der Metallschicht von dem Substrat (1) gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – der Schichtverbund um eine Metallauflage (7) ergänzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallauflage (7) mittels PVD erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – bei einer aufzubringenden hochtemperatursupraleitenden Schicht aus YBCO (YBa₂Cu₃O₇) Saphir als Substrat (1) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass – als Werkstoff für die Hilfsschicht (2) Titan verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass – die Metallauflage (7) mittels PVD (Physical Vapour Deposition) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Metallschicht (3) aus Nickel oder einer Nickellegierung gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass – die Metallschicht (3) aus Silber oder Kupfer oder einer Silber- oder Kupferlegierung gebildet wird.