DE102008040087A1 - Electrically conductive high-temperature superconductor layer structure and method for its production - Google Patents
Electrically conductive high-temperature superconductor layer structure and method for its production Download PDFInfo
- Publication number
- DE102008040087A1 DE102008040087A1 DE102008040087A DE102008040087A DE102008040087A1 DE 102008040087 A1 DE102008040087 A1 DE 102008040087A1 DE 102008040087 A DE102008040087 A DE 102008040087A DE 102008040087 A DE102008040087 A DE 102008040087A DE 102008040087 A1 DE102008040087 A1 DE 102008040087A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electrically conductive
- layer
- temperature superconductor
- superconductor layer
- layer structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000007735 ion beam assisted deposition Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 claims description 28
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 10
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 claims description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 7
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 7
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910004121 SrRuO Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 241000954177 Bangana ariza Species 0.000 claims description 3
- 241000877463 Lanio Species 0.000 claims description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical group [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910001256 stainless steel alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 8
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 2
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- -1 nitrogen ions Chemical class 0.000 description 2
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000002128 reflection high energy electron diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910021521 yttrium barium copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 229910002182 La0.7Sr0.3MnO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000224 chemical solution deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 210000001654 germ layer Anatomy 0.000 description 1
- 238000000097 high energy electron diffraction Methods 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0296—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers
- H10N60/0576—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers characterised by the substrate
- H10N60/0632—Intermediate layers, e.g. for growth control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkstoffwissenschaften und betrifft einen elektrisch leitfähigen Hochtemperatur-Supraleiter-Schichtaufbau, wie sie beispielsweise als hochstromtragender Leiter zur Anwendung kommen kann. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines elektrisch leitfähigen Hochtemperatur-Supraleiter-Schichtaufbaus, bei dem im Falle von Überlast der Strom über den Schichtaufbau und das Substrat abgeleitet werden kann. Gelöst wird die Aufgabe durch einen elektrisch leitfähigen Hochtemperatur-Supraleiter-Schichtaufbau, bestehend aus einem Substrat, mindestens einer darauf befindlichen Keimschicht, auf der mindestens eine mittels des IBAD-Verfahrens aufgebrachte Schicht vorhanden ist, auf der wiederum mindestens eine Barriereschicht und darauf wiederum mindestens eine Hochtemperatur-Supraleiter-Schicht vorhanden sind. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Hochtemperatur-Supraleiter-Sschichtaufbaus, bei dem auf einem Substrat mindestens eine Keimschicht, darauf mittels des IBAD-Verfahrens mindestens eine Schicht aufgebracht wird, auf die nachfolgend mindestens eine Barriereschicht und nachfolgend mindestens eine Hochtemperatur-Supraleiter-Schicht aufgebracht wird.The invention relates to the field of materials science and relates to an electrically conductive high-temperature superconductor layer structure, as it can be used, for example, as a high current-carrying conductor. The object of the present invention is to specify an electrically conductive high-temperature superconductor layer structure in which, in the case of overload, the current can be dissipated via the layer structure and the substrate. The object is achieved by an electrically conductive high-temperature superconductor layer structure consisting of a substrate, at least one seed layer thereon, on which at least one applied by the IBAD method layer is present on the turn at least one barrier layer and then again at least one High-temperature superconductor layer are present. The object is further achieved by a method for producing an electrically conductive high-temperature superconductor layer structure in which at least one seed layer is applied to a substrate, at least one layer thereon by means of the IBAD method, to which at least one barrier layer and subsequently at least one High-temperature superconductor layer is applied.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkstoffwissenschaften und betrifft einen elektrisch leitfähigen Hochtemperatur-Supraleiter-Schichtaufbau, wie sie beispielsweise als hochstromtragender Leiter zur Anwendung kommen kann und ein Verfahren zu seiner Herstellung.The This invention relates to the field of materials science and relates to an electrically conductive high-temperature superconductor layer structure, as used for example as a high current carrying conductor for use can come and a process for its production.
Für die Herstellung hochstromtragender Leiter auf der Basis der Hochtemperatursupraleiter REBa2Cu3O7-x (= REBCO), wobei RE sowohl Y als auch ein Element der Gruppe der seltenen Erden sein kann, werden Schichten mit einer biaxialen Textur auf langen Längen benötigt. Dies kann durch ein epitaktisches Wachstum des REBCO auf texturierten Unterlagen realisiert werden. Im Allgemeinen besteht dabei der Leiter aus einem metallischen Trägerband, auf dem zusätzlich eine oder mehrere Barriereschichten und anschließend der Supraleiter aufgebracht werden. Dies sind die so genannten REBCO-Bandleiter.For the fabrication of high-current superconducting conductors based on the high-temperature superconductors REBa 2 Cu 3 O 7-x (= REBCO), where RE can be both Y and a rare earth element, layers with a biaxial texture over long lengths are required. This can be realized by an epitaxial growth of the REBCO on textured documents. In general, the conductor consists of a metallic carrier tape on which additionally one or more barrier layers and then the superconductor are applied. These are the so-called REBCO band conductors.
Die
gewünschte biaxiale Textur kann bekanntermaßen
entweder direkt im metallischen Trägerband durch starke
Verformung und anschließende Wärmebehandlung realisiert
werden (sogenannte RABiTS – rolling assisted biaxial textured
substrates;
Eine
Möglichkeit zur Herstellung hochtexturierter Barriereschichten
auf beliebigen Unterlagen ist dabei die ionenstrahlunterstützte
Deposition (ion-beam assisted deposition – IBAD;
Es sind jedoch weitere Barriereschichten notwendig, um epitaktische REBCO-Schichten mit hoher Stromtragfähigkeit zu erreichen.It However, more barrier layers are necessary to epitaxial REBCO layers with high current carrying capacity to achieve.
Weiterhin muss im Anwendungsfall ein hochstromtragendes Kabel auf der Basis von REBCO vor der Zerstörung des Supraleiters durch Überlast (z. B. verursacht durch Stromspitzen, lokale Erwärmung etc.) geschützt werden. In diesem Fall muss der Strom über eine elektrische Brücke abgeleitet werden, um eine Zerstörung des REBCO durch zu starke Erwärmung beim plötzlichen Übergang vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand zu verhindern. Um solch eine elektrische Brücke zu realisieren, werden derzeit dicke metallische Schichten (z. B. Ag, Cu usw.) auf dem Supraleiter aufgebracht, die in der Lage sind, im Überlastfall den entsprechenden Strom zu tragen.Farther must in case of application a high current carrying cable on the base by REBCO before the destruction of the superconductor by overload (eg caused by current peaks, local heating etc.) to be protected. In this case the current must be over An electric bridge will be derived to a destruction of the REBCO due to excessive warming during a sudden transition from the superconducting to the normal conducting state. To realize such an electrical bridge, be currently thick metallic layers (eg Ag, Cu, etc.) on the Superconductors are applied that are capable of overloading to carry the corresponding electricity.
Ein alternativer Ansatz dazu ist die Verwendung des metallischen Trägerbandes für diesen Zweck. In diesem Fall sind allerdings elektrisch leitfähige Barriereschichten notwendig, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Trägerband und der supraleitenden Schicht zu realisieren. Die standardmäßig verwendeten Pufferschichten wie Y2O3, YSZ, CeO2, MgO, La2Zr2O7 usw. sind dafür nicht geeignet.An alternative approach to this is the use of the metallic carrier tape for this purpose. In this case, however, electrically conductive barrier layers are necessary to realize an electrical contact between the carrier tape and the superconducting layer. The standard buffer layers used, such as Y 2 O 3 , YSZ, CeO 2 , MgO, La 2 Zr 2 O 7 , etc. are not suitable for this purpose.
Elektrisch
leitfähige Barriereschichtarchitekturen wurden in der Vergangenheit
für REBCO-Bandleiter auf der Basis des RABiTS-Ansatzes
realisiert (
Unter
Verwendung des IBAD-Verfahrens wurde bisher versucht, eine elektrisch
leitfähige Barriereschichtarchitektur durch die Texturierung
von Indiumzinnoxid (ITO) zu erhalten (
Als
alternatives Material für eine Texturierung mit Hilfe des
IBAD-Prozesses ist das elektrisch leitfähige TiN bekannt
(
Unter
anderem sind Ta1-xNix,
Ta1-xFex oder Ta1-xCox als temperaturstabile,
amorphe und elektrisch leitfähige Barriereschichten in
der Mikroelektronik bekannt (
Der Nachteil des Standes der Technik besteht darin, dass es bisher noch nicht gelungen ist, einen leitfähigen Schichtaufbau auf ein metallisches Trägerband mittels des IBAD-Verfahrens herzustellen.Of the Disadvantage of the prior art is that it still has failed to establish a conductive layer structure a metallic carrier tape by the IBAD method manufacture.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines elektrisch leitfähigen Hochtemperatur-Supraleiter-Schichtaufbaus, bei dem im Falle von Überlast der Strom über den Schichtaufbau und das metallische Substrat abgeleitet werden kann und ein einfaches und gut reproduzierbares Verfahren zu seiner Herstellung.The The object of the present invention is to specify an electrical conductive high-temperature superconductor layer structure, in case of overload the current over the Layer structure and the metallic substrate can be derived and a simple and well reproducible method for its production.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The The object is achieved by the invention specified in the claims solved. Advantageous embodiments are the subject of Dependent claims.
Der erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Hochtemperatur-Supraleiter-Schichtaufbau besteht aus einem elektrisch leitfähigen, metallischen Substrat, mindestens einer darauf befindlichen elektrisch leitfähigen Keimschicht mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Struktur, auf der mindestens eine mittels des IBAD-Verfahrens aufgebrachte hochtexturierte, elektrisch leitfähige Schicht vorhanden ist, auf der wiederum mindestens eine hochtexturierte, elektrisch leitfähige Barriereschicht und darauf wiederum mindestens eine Hochtemperatur-Supraleiter-Schicht vorhanden sind.Of the inventive electrically conductive high-temperature superconductor layer structure consists of an electrically conductive, metallic Substrate, at least one electrically conductive thereon Seed layer with an amorphous and / or nanocrystalline structure, on at least one applied by the IBAD method highly textured, electrically conductive layer present is, on the turn, at least one highly textured, electric conductive barrier layer and then again at least a high-temperature superconductor layer are present.
Vorteilhafterweise besteht das elektrisch leitfähige, metallische Substrat aus Ni, Ni-Basislegierungen, Edelstahl, Cu oder Kupferlegierungen.advantageously, consists of the electrically conductive, metallic substrate made of Ni, Ni-base alloys, stainless steel, Cu or copper alloys.
Ebenfalls vorteilhafterweise besteht die elektrisch leitfähige Keimschicht aus einer Legierung, die mindestens Ta und/oder Nb und/oder Ni und/oder Co und/oder Fe enthält, wobei noch vorteilhafterweise die elektrisch leitfähige Keimschicht aus Ta1-xNix, Ta1-xCox, Ta1-xFex, Nb1-xNix, Nb1-xCox oder Nb1-xFex besteht, wobei x im Bereich von 0.1 bis 0.9 liegt.Also advantageously, the electrically conductive seed layer consists of an alloy containing at least Ta and / or Nb and / or Ni and / or Co and / or Fe, wherein advantageously still the electrically conductive seed layer of Ta 1-x Ni x , Ta 1- x Co x , Ta 1-x Fe x , Nb 1-x Ni x , Nb 1-x Co x or Nb 1-x Fe x where x is in the range of 0.1 to 0.9.
Weiterhin vorteilhafterweise besteht die mittels des IBAD-Verfahrens aufgebrachte hochtexturierte, elektrisch leitfähige Schicht aus Nitriden mit einer NaCl-Struktur.Farther Advantageously, the applied by means of the IBAD method highly textured, electrically conductive layer of nitrides with a NaCl structure.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die Schicht aus TiN, NbN, ZrN, HfN, CrN, VN oder Mischungen davon besteht.It is also advantageous if the layer of TiN, NbN, ZrN, HfN, CrN, VN or mixtures thereof.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die hochtexturierte, elektrisch leitfähige Barriereschicht aus Au, Ag, Pt, Ir, Rh, Mo, Nb, Pd oder Legierungen davon besteht.Farther It is advantageous if the hochtexturierte, electrically conductive Barrier layer of Au, Ag, Pt, Ir, Rh, Mo, Nb, Pd or alloys of which consists.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Hochtemperatur-Supraleiter-Schicht aus YBa2Cu3O7-x besteht.It is also advantageous if the high-temperature superconductor layer consists of YBa 2 Cu 3 O 7-x .
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Hochtemperatur-Supraleiter-Schicht aus REBa2Cu3O7-x besteht, wobei RE aus Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb oder Mischungen davon sind.It is also advantageous if the high temperature superconductor layer consists of REBa 2 Cu 3 O 7-x , where RE is of Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb or mixtures thereof.
Und auch vorteilhaft ist es, wenn unter der Hochtemperatur-Supraleiter-Schicht eine elektrisch leitfähige oxidische Deckschicht vorhanden ist, wobei es noch vorteilhafter ist, wenn die elektrisch leitfähige oxidische Deckschicht aus Nb- und/oder La- und/oder Au-dotiertem SrTiO3, SrRuO3, LaNiO3, (La, Sr)MnO3 oder Mischungen davon besteht.It is also advantageous if an electrically conductive oxide covering layer is present under the high-temperature superconductor layer, and it is even more advantageous if the electrically conductive oxide covering layer comprises Nb- and / or La- and / or Au-doped SrTiO 3 , SrRuO 3 , LaNiO 3 , (La, Sr) MnO 3 or mixtures thereof.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Hochtemperatur-Supraleiter-Schichtaufbaus wird auf ein elektrisch leitfähiges, metallisches Substrat mindestens eine Keimschicht aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Struktur aufgebracht und darauf mittels des IBAD-Verfahrens mindestens eine hochtexturierte elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht, auf die nachfolgend mindestens eine hochtexturierte, elektrisch leitfähige Barriereschicht und nachfolgend mindestens ein Hochtemperatur-Supraleiter-Schicht aufgebracht wird.at the process according to the invention for the preparation an electrically conductive high-temperature superconductor layer structure becomes an electrically conductive, metallic substrate at least one seed layer of an electrically conductive material applied with an amorphous and / or nanocrystalline structure and then by means of the IBAD method at least one highly textured electrically conductive layer applied to the following at least a highly textured, electrically conductive barrier layer and subsequently at least one high-temperature superconductor layer is applied.
Vorteilhafterweise wird auf ein elektrisch leitfähiges, metallisches Substrat eine Keimschicht aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Struktur mittels Sputtern, Verdampfen, Elektrodeposition oder Laserablation aufgebracht.advantageously, becomes an electrically conductive, metallic substrate a seed layer of an electrically conductive material with an amorphous and / or nanocrystalline structure by means of sputtering, Evaporation, electrode position or laser ablation applied.
Ebenfalls vorteilhafterweise wird die hochtexturierte elektrisch leitfähige Schicht mittels des IBAD-Verfahrens bei Ionenbeschuss unter einem Winkel von 35° bis 55° zur Substratnormalen und einer Ionenenergie von mehr als 400 eV aufgebracht.Also Advantageously, the highly textured electrically conductive Layer using the IBAD method for ion bombardment at an angle from 35 ° to 55 ° to the substrate normal and one Ion energy of more than 400 eV applied.
Weiterhin vorteilhafterweise wird die hochtexturierte, elektrisch leitfähige Barriereschicht durch das IBAD-Verfahren oder mittels Sputtern, Verdampfen, chemischen Lösungsabscheidung, metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung oder Laserablation aufgebracht.Farther Advantageously, the highly textured, electrically conductive Barrier layer by the IBAD process or by sputtering, Evaporation, chemical solution separation, organometallic chemical vapor deposition or laser ablation applied.
Und auch vorteilhafterweise wird die hochtexturierte Hochtemperatur-Supraleiter-Schicht durch das Verdampfen, die chemischen Lösungsabscheidung, die metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung oder die Laserablation aufgebracht.And Also advantageously, the highly textured high temperature superconductor layer is through vaporizing, chemical solution separation, metalorganic chemical vapor deposition or laser ablation applied.
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es erstmals
möglich, einen durchgehend elektrisch leitfähigen
Hochtemperatur-Supraleiter-Schichtaufbau auf der Basis des IBAD-Verfahrens
zu realisieren, bei dem der hochtexturierte Aufbau der Schichten
ebenfalls durchgehend von der hochtexturierten, elektrisch leitfähigen
Schicht, die mittels des IBAD-Verfahrens aufgebracht worden ist (IBAD-Schicht)
bis mindestens zur supraleitenden Schicht realisiert ist. Der gesamte
erfindungsgemäße, elektrisch leitfähige
Hochtemperatur-Supraleiter-Schichtaufbau ist schematisch in
Bisher
war es nicht möglich, eine hochtexturierte leitfähige
Schicht auf ein elektrisch leitfähiges, metallisches Substrat
(
Erfindungsgemäß ist es gelungen, eine elektrisch leitfähige Keimschicht mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Struktur auf einem Substrat anzugeben und aufzubringen, auf welcher dann die hochtexturierte, leitfähige Schicht mittels des IBAD-Verfahrens aufwachsen kann.According to the invention succeeded in using an electrically conductive seed layer an amorphous and / or nanocrystalline structure on a substrate specify and apply on which then the highly textured, growing conductive layer by the IBAD method can.
Dabei
kann vorteilhafterweise die Dicke der hochtexturierten leitfähigen
Schicht, die durch das IBAD-Verfahren hergestellt wurde, durch das
epitaktische Wachstum weiter erhöht werden. Um eine Hochtemperatur-Supraleiter-Schicht
(
Derartige
Barriereschichten können beispielsweise aus Au, Ag, Ir,
Pt, Rh, Mo, Nb oder Pd oder deren Legierungen bestehen. Da die Hochtemperatur-Supraleiter-Schicht
(
Abschließend
wird die Hochtemperatur-Supraleiter-Schicht (
Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.following The invention will be closer to an embodiment explained.
Dabei zeigt:there shows:
Beispiel 1example 1
Auf
einem elektropolierten Substrat aus 57%Ni, 16%Mo, 15.5%Cr, 5.5%Fe,
4%W, 2.5%Co, 1%Mn (Hastelloy® C-276)
wird durch Sputtern bei Raumtemperatur eine amorphe, elektrisch
leitfähige Ta0.75Ni0.25 als
elektrisch leitfähige Keimschicht mit einer Dicke von 50
nm aufgebracht. Anschließend wird das Substrat mit der
Keimschicht in einer Hochvakuumkammer auf 350°C aufgeheizt,
wobei die amorphe Struktur der Ta0.75Ni0.25-Keimschicht erhalten bleibt. Im nächsten
Schritt wird bei dieser Temperatur die biaxial texturierte TiN-Schicht
(IBAD-Schicht) durch reaktive Laserdeposition von einem Ti-Target
in einer Stickstoffatmosphäre bei gleichzeitigem Ionenbeschuss
(IBAD-Verfahren) mit Argon- und Stickstoffionen mit 800 eV Energie
unter einem Winkel von 45° zur Substratnormalen hergestellt.
Bei einer Schichtdicke zwischen 5 bis 10 nm wird der Ionenbeschuss abgestellt
und das weitere Wachstum der TiN-Schicht erfolgt mittels fortlaufender
reaktiver Laserdeposition bei einer Temperatur von 700°C
bis zu einer Dicke von 40 nm. Im Anschluß werden als Barriereschichten
eine 10 nm dicke Goldschicht und eine 20 nm dicke Iridiumschicht
mittels gepulster Laserdeposition bei einer Temperatur von 600°C
epitaktisch auf die TiN-Schicht aufgebracht. Während der
gesamten Abscheidung wurde das Wachstum an der Oberfläche
mit hochenergetischer Elektronenbeugung (RHEED) beobachtet. Damit
konnte sowohl die amorphe Struktur der Keimschicht als auch das hochtexturierte
Wachstum aller anderen Schichten nachgewiesen werden (
Beispiel 2Example 2
Auf einem elektropolierten nichtmagnetischen Edelstahl mit einer amorphen Keimschicht aus Ta0.5Co0.5 wird eine biaxial texturierte, elektrisch leitfähige TiN-Schicht durch den IBAD-Prozess hergestellt. Dazu wird eine reaktive Abscheidung mittels gepulster Laserdeposition von einem Ti-Target in einer Stickstoffatmosphäre bei gleichzeitigem Ionenbeschuss (Argon- und Stickstoffionen mit einer Energie von 800 eV) unter einem Winkel von 45° zur Substratnormalen bei einer Temperatur von 400°C verwendet. Bei einer Schichtdicke zwischen 5 bis 10 nm wird der Ionenstrahl abgestellt und das weitere Wachstum der TiN-Schicht erfolgt mittels fortlaufender reaktiver Laserdeposition bei einer Temperatur von 700°C bis zu einer Dicke von 40 nm. Im Anschluß werden als Barriereschichten eine 10 nm dicke Goldschicht und eine 20 nm dicke Iridiumschicht mittels gepulster Laserdeposition epitaktisch auf die TiN-Schicht aufgebracht.On a electropolished non-magnetic stainless steel with an amorphous seed layer of Ta 0.5 Co 0.5 , a biaxially textured, electrically conductive TiN layer is produced by the IBAD process. For this purpose, a reactive deposition means pulsed laser deposition of a Ti target in a nitrogen atmosphere with simultaneous ion bombardment (argon and nitrogen ions with an energy of 800 eV) at an angle of 45 ° to the substrate normal at a temperature of 400 ° C. At a layer thickness between 5 to 10 nm, the ion beam is turned off and the further growth of the TiN layer by means of continuous reactive laser deposition at a temperature of 700 ° C to a thickness of 40 nm. Subsequently, as a barrier layers, a 10 nm thick gold layer and a 20 nm thick iridium layer is epitaxially deposited on the TiN layer by pulsed laser deposition.
Im Weiteren wird bei einer Temperatur von 550°C eine 200 nm dicke SrRuO3-Deckschicht mit gepulster Laserdeposition abgeschieden. Im abschließenden Schritt wird eine 300 nm dicke Hochtemperatur-Supraleiter-Schicht (GdBa2Cu3O7-x) mittels gepulster Laserdeposition bei einer Temperatur von 800°C und einem Sauerstoffdruck von 300 Pa hergestellt. Alle Schichten weisen nach der Abscheidung eine gute elektrische Leitfähigkeit auf.Furthermore, a 200 nm thick SrRuO 3 cover layer with pulsed laser deposition is deposited at a temperature of 550 ° C. In the final step, a 300 nm thick high-temperature superconductor layer (GdBa 2 Cu 3 O 7-x ) is produced by means of pulsed laser deposition at a temperature of 800 ° C. and an oxygen pressure of 300 Pa. All layers have a good electrical conductivity after deposition.
- 11
- elektrisch leitfähiges Substratelectrical conductive substrate
- 22
- elektrisch leitfähige Keimschichtelectrical conductive germ layer
- 33
- hochtexturierte elektrisch leitfähige IBAD-Schichthighly-textured electrically conductive IBAD layer
- 44
- hochtexturierte elektrisch leitfähige Barriereschichthighly-textured electrically conductive barrier layer
- 55
- oxidische Deckschichtoxide topcoat
- 66
- Hochtemperatur-Supraleiter-SchichtHigh temperature superconductor layer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - US 6190752 B1 [0004] - US 6190752 B1 [0004]
- - US 2006/0142164 A1 [0004] US 2006/0142164 A1 [0004]
- - US 2003/0211948 A1 [0008] US 2003/0211948 A1 [0008]
- - US 2005/0239658 A1 [0008] US 2005/0239658 A1 [0008]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - Goyal et al. Appl. Phys. Lett. 69 (1996) 1795 [0003] Goyal et al. Appl. Phys. Lett. 69 (1996) 1795 [0003]
- - Iijima et al., Appl. Phys. Lett. 60 (1992) 769 [0004] Iijima et al., Appl. Phys. Lett. 60 (1992) 769 [0004]
- - Iijima et al., Appl. Phys. Lett. 60 (1992) 769 [0004] Iijima et al., Appl. Phys. Lett. 60 (1992) 769 [0004]
- - Wang et al., Appl. Phys. Lett. 71 (1997) 2955 [0004] Wang et al., Appl. Phys. Lett. 71 (1997) 2955 [0004]
- - Iijima et al., Physica C 378 (2002) 960 [0004] - Iijima et al., Physica C 378 (2002) 960 [0004]
- - Aytug et al., Appl. Phys. Lett. 76 (2000) 760 [0008] Aytug et al., Appl. Phys. Lett. 76 (2000) 760 [0008]
- - Aytug et al., Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 2887 [0008] Aytug et al., Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 2887 [0008]
- - Thiele et al. J. Mater. Res. 18 (2003) 442 [0009] Thiele et al. J. Mater. Res. 18 (2003) 442 [0009]
- - Hühne et al., Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 2744 [0010] Hühne et al., Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 2744 [0010]
- - Fang et al., J. Electr. Mater. 36 (2007) 614 [0011] Fang et al., J. Electr. Mater. 36 (2007) 614 [0011]
- - Fang et al., J. Electr. Mater. 35 (2006) 15 [0011] Fang et al., J. Electr. Mater. 35 (2006) 15 [0011]
Claims (16)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102008040087A DE102008040087B4 (en) | 2008-07-02 | 2008-07-02 | Electrically conductive high-temperature superconductor layer structure and method for its production |
PCT/EP2009/058090 WO2010000685A1 (en) | 2008-07-02 | 2009-06-29 | Electrically conductive high-temperature superconductor layered structure and method for the production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102008040087A DE102008040087B4 (en) | 2008-07-02 | 2008-07-02 | Electrically conductive high-temperature superconductor layer structure and method for its production |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102008040087A1 true DE102008040087A1 (en) | 2010-01-14 |
DE102008040087B4 DE102008040087B4 (en) | 2011-12-15 |
Family
ID=41264117
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102008040087A Expired - Fee Related DE102008040087B4 (en) | 2008-07-02 | 2008-07-02 | Electrically conductive high-temperature superconductor layer structure and method for its production |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102008040087B4 (en) |
WO (1) | WO2010000685A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113444948B (en) * | 2021-06-30 | 2022-12-06 | 西北工业大学 | Niobium-nickel metal compound material and preparation method thereof |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6190752B1 (en) | 1997-11-13 | 2001-02-20 | Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Thin films having rock-salt-like structure deposited on amorphous surfaces |
US20030211948A1 (en) | 2001-06-22 | 2003-11-13 | Paranthaman M. Parans | Method of depositing an electrically conductive oxide buffer layer on a textured substrate and articles formed therefrom |
US20050239658A1 (en) | 2004-03-23 | 2005-10-27 | Paranthaman Mariappan P | Superconductors on iridium substrates and buffer layers |
US20060142164A1 (en) | 2004-12-23 | 2006-06-29 | Foltyn Stephen R | Architecture for coated conductors |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1208850C (en) * | 1999-07-23 | 2005-06-29 | 美国超导公司 | Joint high temperature superconducting coated tapes |
US6784139B1 (en) * | 2000-07-10 | 2004-08-31 | Applied Thin Films, Inc. | Conductive and robust nitride buffer layers on biaxially textured substrates |
US6794338B2 (en) * | 2001-11-16 | 2004-09-21 | 3M Innovative Properties Company | Article with thermochemically stable, amorphous layer comprising tantalum or tantalum-containing material |
US7087113B2 (en) * | 2002-07-03 | 2006-08-08 | Ut-Battelle, Llc | Textured substrate tape and devices thereof |
US7338683B2 (en) * | 2004-05-10 | 2008-03-04 | Superpower, Inc. | Superconductor fabrication processes |
-
2008
- 2008-07-02 DE DE102008040087A patent/DE102008040087B4/en not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-06-29 WO PCT/EP2009/058090 patent/WO2010000685A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6190752B1 (en) | 1997-11-13 | 2001-02-20 | Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Thin films having rock-salt-like structure deposited on amorphous surfaces |
US20030211948A1 (en) | 2001-06-22 | 2003-11-13 | Paranthaman M. Parans | Method of depositing an electrically conductive oxide buffer layer on a textured substrate and articles formed therefrom |
US20050239658A1 (en) | 2004-03-23 | 2005-10-27 | Paranthaman Mariappan P | Superconductors on iridium substrates and buffer layers |
US20060142164A1 (en) | 2004-12-23 | 2006-06-29 | Foltyn Stephen R | Architecture for coated conductors |
Non-Patent Citations (10)
Title |
---|
Aytug et al., Appl. Phys. Lett. 76 (2000) 760 |
Aytug et al., Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 2887 |
Fang et al., J. Electr. Mater. 35 (2006) 15 |
Fang et al., J. Electr. Mater. 36 (2007) 614 |
Goyal et al. Appl. Phys. Lett. 69 (1996) 1795 |
Hühne et al., Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 2744 |
Iijima et al., Appl. Phys. Lett. 60 (1992) 769 |
Iijima et al., Physica C 378 (2002) 960 |
Thiele et al. J. Mater. Res. 18 (2003) 442 |
Wang et al., Appl. Phys. Lett. 71 (1997) 2955 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2010000685A1 (en) | 2010-01-07 |
DE102008040087B4 (en) | 2011-12-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0884787B1 (en) | Oxide superconductor wire and method of manufacturing the same | |
Goyal et al. | Epitaxial superconductors on rolling-assisted biaxially-textured substrates (RABiTS): A route towards high critical current density wire | |
CN101911218B (en) | Re-based oxide superconducting rod material and process for producing the re-based oxide superconducting rod material | |
DE69636162T2 (en) | STRUCTURE WITH BIACHSIAL TEXTURE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF | |
DE3877116T2 (en) | BODY WITH SUPER-CONDUCTIVE OXIDE AND THEIR PRODUCTION PROCESS. | |
CN104054143B (en) | Superconducting line and forming method thereof | |
KR20130029801A (en) | Multifilament superconductor having reduced ac losses and method for forming the same | |
US20070015666A1 (en) | Mesh-type stabilizer for filamentary coated superconductors | |
CN104737243A (en) | Superconductive thin oxide film | |
EP1155461B1 (en) | HIGH Tc SUPERCONDUCTOR STRUCTURE PLACED ON A METALLIC SUBSTRATE AND COMPRISING AN INTERMEDIATE LAYER CONSISTING OF MULTIPLE LAYERS | |
DE112009002003T5 (en) | A method of producing a superconducting oxide thin film | |
DE60031784T2 (en) | IMPROVED HIGH TEMPERATURE SUPER PLATE COATED ELEMENTS | |
DE102008040087B4 (en) | Electrically conductive high-temperature superconductor layer structure and method for its production | |
US7445808B2 (en) | Method of forming a superconducting article | |
JP5764492B2 (en) | Tape substrate for superconducting wire and superconducting wire | |
WO2011052552A1 (en) | Tape base material for a superconducting wire rod, and superconducting wire rod | |
DE112016005097T5 (en) | Superconducting oxide thin film wire and process for its production | |
DE69219192T2 (en) | Process for producing a layer structure with at least one thin layer of superconductor oxide | |
WO2014206751A1 (en) | Supraconductive composite conductor and production method | |
EP3175463B1 (en) | Precursor and method for producing a tape-shaped high-temperature superconductor | |
DE19964478B4 (en) | Process for metallically coating high temperature superconductors comprises galvanically applying copper and a metallic copper sample as anode, and partially covering between the anode and the high temperature superconductor | |
DE112017007568T5 (en) | Superconducting wire, superconducting coil, superconducting magnet and superconducting device | |
Matsumoto et al. | Transformation of Bi, Pb-2223 phase from multilayered precursor films | |
CN108140457A (en) | Oxide superconducting wire rod | |
JP3086876B1 (en) | Method for producing thin film of ribbon-shaped oxide high-temperature superconductor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20120316 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |