KR101069080B1 - 초전도 박막 재료 및 초전도 박막 재료의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
원소 확산 반응을 방지하여 양호한 초전도 특성을 수득하는 초전도 박막 재료 및 초전도 박막 재료의 제조방법을 제공한다. 초전도 박막 재료(10)는 기판(11), 기판(11) 상에 형성된 1층 또는 2층 이상의 중간층(12), 및 중간층(12) 상에 형성된 초전도층(13)을 구비하고 있다. 중간층(12)의 두께는 0.4㎛ 이상이다. 중간층(12)을 구성하는 재료는, 암염형, 형석형, 페롭스카이트형, 및 파이로클로어형 중 적어도 어느 하나의 결정 구조를 갖는 산화물인 것이 바람직하다.
Description
본 발명은, 초전도 박막 재료 및 초전도 박막 재료의 제조방법에 관한 것으로, 예컨대 초전도 특성이 우수한 초전도 박막 재료 및 초전도 박막 재료의 제조방법에 관한 것이다.
종래, 초전도 박막 재료는, 도 5에 나타난 바와 같이, 기판(101) 상에 중간층(102)을 적층하고, 중간층(102) 상에 초전도층(103)을 더 성막하여 형성하고 있다. 이와 같은 초전도 박막 재료(100)에 있어서, 양호한 초전도 특성을 얻기 위해, 예컨대 일본 특허 공개 평11-53967호 공보(특허문헌1)에 배향성 다결정 중간층을 구비하는 배향성 다결정 기재가 개시되어 있다. 한편, 도 5는 종래의 초전도 박막 재료를 나타내는 단면도이다.
상기 특허문헌 1에는 초전도층의 배향성을 향상시키기 위해 표면에 결정 배향성을 갖는 기판 상에 중간층을 형성하고, 그 중간층 상에 초전도층을 더 형성하는 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평11-53967호 공보
(발명의 개시)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그러나, 상기 특허문헌 1에 개시된 배향성 다결정 기재에서는, 가열 반응을 수행하여 초전도층을 성막하기 때문에, 초전도층의 구성 원소는 기판측으로 확산되는 동시에, 기판의 구성 원소는 초전도층측으로 확산되는 원소 확산 반응이 생겨 버린다. 기판의 구성 원소가 중간층을 넘어서 초전도층에 도달하면, 초전도층을 구성하고 있는 초전도 원소와 반응을 일으켜 버려, 초전도 특성이 저하된다고 하는 문제가 있다.
그러므로, 본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 원소 확산 반응을 방지하여 양호한 초전도 특성을 수득하는 초전도 박막 재료 및 초전도 박막 재료의 제조방법을 제공하는 것이다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명자는 초전도 박막 재료에 있어서의 원소 확산 반응이 생긴다고 하는 문제는 중간층의 두께에 기인하는 것임을 발견하였다. 중간층의 두께가 충분히 두껍지 않으면, 기판을 구성하는 원소가 중간층을 넘어서 초전도층까지 도달하여, 원소 확산 반응을 일으켜 버린다고 하는 문제가 있다. 본 발명자는, 이와 같은 원소 확산 반응을 방지하기 위해 예의 연구한 결과, 원소 확산 반응을 방지하기 위해 필요한 중간층의 막 두께를 발견했다.
따라서, 본 발명에 따른 초전도 박막 재료는 기판, 중간층 및 초전도층을 구 비하고 있다. 중간층은 기판 상에 형성되고, 1층 또는 2층 이상이며, 두께가 0.4㎛ 이상이다. 초전도층은 중간층 상에 형성되어 있다.
본 발명의 초전도 박막 재료에 따르면, 중간층의 두께를 0.4㎛ 이상으로 하는 것에 의해서 기판과 초전도층과의 원소 확산을 방지할 수 있다. 그 때문에, 형성된 초전도층의 특성 저하를 방지할 수 있으므로, 초전도 박막 재료는 양호한 초전도 특성을 얻을 수 있다.
상기 초전도 박막 재료에 있어서 바람직하게는, 중간층을 구성하는 재료는 암염형, 형석형, 페롭스카이트형 및 파이로클로어(pyrochlore)형 중 적어도 어느 하나의 결정 구조를 갖는 산화물이다.
이들 중간층 재료는 초전도층과의 반응성이 매우 낮기 때문에, 중간층이 초전도층과 접촉하고 있더라도 초전도층과 원소 확산 반응이 보다 발생하기 어렵게 된다.
상기 초전도 박막 재료에 있어서 바람직하게는, 기판을 구성하는 재료는 배향 금속이며, 중간층을 구성하는 재료가 이트리아(yttria) 안정화 지르코니아, 산화세륨, 산화마그네슘 및 티탄산스트론튬 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있다.
이것에 의해, 특성이 우수한 배향 금속을 기판에 이용하는 경우이더라도, 기판과 초전도층과의 사이의 원소 확산 반응을 억제할 수 있다.
본 발명의 초전도 박막 재료의 제조방법은 상기 초전도 박막 재료를 제조하는 방법으로서, 기판을 준비하는 공정, 상기 기판 상에 1층 또는 2층 이상의 중간층을 형성하는 공정 및 초전도층을 형성하는 공정을 구비하고 있다. 초전도층을 형성하는 공정은 기상법 및 액상법 중 적어도 어느 한쪽에 의해 중간층 상에 초전도층을 형성한다.
본 발명의 초전도 박막 재료의 제조방법에 의하면, 초전도층을 형성하는 공정에서는 결정 배향성 및 표면 평활성이 우수한 표면을 갖는 초전도층을 형성할 수 있다. 그 때문에, 큰 임계 전류값 및 큰 임계 전류 밀도가 수득되는 양호한 초전도 특성이 수득되는 초전도 박막 재료를 제조할 수 있다.
(효과)
본 발명의 초전도 박막 재료에 의하면, 중간층의 두께를 0.4㎛ 이상으로 하는 것에 의해서 중간층의 두께가 충분하게 되기 때문에, 원소 확산 반응을 방지하여 양호한 초전도 특성을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 초전도 박막 재료를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 있어서의 초전도 박막 재료의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 있어서의 초전도 박막 재료의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 있어서의 초전도 박막 재료에 대하여 임계전류값 을 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 초전도 박막 재료를 나타내는 단면도이다.
<부호의 설명>
10 초전도 박막 재료, 11 기판, 12 중간층, 12a 제1층, 12b 제2층, 12c 제3층, 13 초전도층.
이하, 도면에 근거하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 한편, 이하의 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 참조부호를 붙이고, 그 설명은 반복하지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 초전도 박막 재료를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하여 본 발명의 실시형태에 있어서의 초전도 박막 재료를 설명한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 실시형태에 있어서의 초전도 박막 재료(10)는 기판(11), 기판(11) 상에 형성된 1층 또는 2층 이상의 중간층(12) 및 중간층(12) 상에 형성된 초전도층(13)을 구비하고 있다. 중간층(12)의 두께는 0.4㎛ 이상이다.
상세하게는, 기판(11)을 구성하는 재료는 금속인 것이 바람직하다. 기판(11)은 배향 금속 기판을 이용하는 것이 더 바람직하다. 한편, 배향 금속 기판이란, 기판 표면의 면내 2축 방향에 대하여 결정 방향이 같게 되어 있는 기판을 의미한다. 배향 금속 기판으로서는, 예컨대 Ni(니켈), Cr(크로뮴), Mn(망간), Co(코발트), Fe(철), Pd(팔라듐), Cu(구리), Ag(은) 및 Au(금) 중 2 이상의 금속으로 이루어지는 합금이 적합하게 사용된다. 이들의 금속을 다른 금속 또는 합금과 적층할 수도 있으며, 예컨대 고강도 재료인 SUS 등의 합금을 이용할 수도 있다. 한편, 기판(11)의 재료는 특별히 이것에 한정되지 않으며, 예컨대 금속 이외의 재료를 사용할 수도 있다.
기판(11)은, 예컨대 두께를 50㎛ 내지 200㎛으로 하여, 장척의 띠 형상을 갖고 있다.
중간층(12)의 두께 x는 0.4㎛ 이상이다. 두께 x는 0.8㎛ 이상이 바람직하고, 더 바람직하게는 1.1㎛ 이상이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 종래의 초전도 박막 재료(100)에 있어서의 중간층(102)의 두께 y가 얇으면, 기판(101)의 구성 원소가 초전도층(103)으로, 초전도층(103)의 구성 원소가 기판(101)으로 이동하여 버리는 원소 확산 반응이 발생한다. 본 발명자는 원소 확산 반응을 방지할 수 있는 중간층(12)의 두께가 0.4㎛ 이상인 것을 발견했다. 즉, 중간층(12)의 두께 x를 0.4㎛ 이상으로 하는 것에 의해서 원소 확산 반응을 방지할 수 있고, 양호한 초전도 특성을 얻을 수 있다. 두께 x를 0.8㎛ 이상으로 하는 것에 의해서 원소 확산 반응을 보다 방지할 수 있으며, 두께 x를 1.1㎛ 이상으로 하는 것에 의해서 원소 확산 반응을 더 한층 방지할 수 있다.
중간층(12)을 구성하는 재료는 암염형, 형석형, 페롭스카이트형 및 파이로클로어형 중 적어도 어느 하나의 결정 구조를 갖는 산화물인 것이 바람직하다. 이와 같은 결정 구조를 갖는 산화물로서, 산화세륨(CeO2), 산화홀뮴(Ho203), 산화이트륨(Y203) 및 산화 이테르븀(Yb203) 등의 희토류 원소 산화물, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 산화마그네슘(Mg0), 티탄산스트론튬(SrTiO3), BZO(BaZrO3), 산화알루미늄(Al203) 및 Ln-M-O 화합물(Ln은 1종 이상의 란타노이드 원소, M은 Sr, Zr 및 Ga 중에서 선택되는 1종 이상의 원소, O는 산소)을 들 수 있다. 특히, 중간층(12)을 구성하는 재료로는 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 산화세륨(Ce02), 산화마그네슘(Mg0) 및 티탄산스트론튬(SrTiO3) 등이 결정 정수(crystal constant) 및 결정 배향의 관점에서 적합하게 사용된다. 이들의 재료는 초전도층(13)과의 반응성이 매우 낮아, 초전도층(13)과 접촉하고 있는 경계면에 있어서도 초전도층(13)의 초전도 특성을 저하시키지 않는다. 특히, 기판(11)을 구성하는 재료로서 금속을 이용하는 경우에는, 표면에 결정 배향성을 갖는 기판(11)과 초전도층(13)과의 차이를 완화하여, 초전도층(13)을 고온으로 형성할 때에 표면에 결정 배향성을 갖는 배향 금속으로 이루어지는 기판(11)으로부터 초전도층(13)으로의 금속 원자의 유출을 방지하는 역활을 해낼 수 있다. 한편, 중간층(12)을 구성하는 재료는 특별히 이것에 한정되지 않는다.
또한, 중간층(12)은 양호한 결정 배향성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 양호한 결정 배향성을 갖는 재료로서는 상기 재료를 들 수 있다.
또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 중간층(12)은 복수의 층에 의해 구성되어 있더라도 좋다. 복수의 층에 의해 구성되어 있는 경우더라도, 각각의 층의 합계가 중간층(12)의 두께 x가 되며, 중간층(12)의 두께 x가 0.4㎛ 이상으로 한다. 한편,도 2는 본 발명의 실시형태에 있어서의 초전도 박막 재료의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
중간층(12)이 복수의 층에 의해 구성되는 경우, 중간층(12)을 구성하는 각각의 층은 서로 다른 재질에 의해 구성되어 있더라도 좋다. 예컨대 도 2에 나타난 바와 같이, 중간층(12)이 제1층(12a), 제2층(12b) 및 제3층(12c)의 3층에 의해 구성될 수 있다. 이 경우, 제1층(12a)은 기판(11) 상에 형성되어, 결정 성장의 핵이 되는 씨결정층(seed crystal layer)으로 하는 것이 바람직하다. 제2층(12b)은 제1층(12a) 상에 형성되어, 원소 확산 반응을 방지하는 확산방지층으로 하는 것이 바람직하다. 제3층(12c)은 그 위에 형성되는 초전도층(13)과의 격자 크기와 매칭되는 격자 정합층으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 씨결정층은 예컨대 산화세륨을 적합하게 이용할 수 있다. 확산방지층은, 예컨대 이트리아 안정화 지르코니아를 적합하게 이용할 수 있다. 격자정합층은 예컨대 산화세륨을 적합하게 이용할 수 있다.
중간층(12)은 특별히 이것에 한정되지 않으며, 임의의 수의 층으로 할 수 있으며, 2층이더라도 4층 이상이더라도 좋고, 도 1에 나타난 바와 같이 1층이더라도 좋다. 1층 또는 2층인 경우는 그 층내에서 씨결정층, 확산방지층 및 격자정합층의 역할을 갖고 있는 것이 바람직하다.
한편, 중간층(12)과 초전도층(13)과의 격자부정합율은 10% 이하, 중간층(12)과 기판(11)과의 격자부정합율은 10% 이하로 하는 것이 바람직하다.
중간층(12)의 초전도층(13)이 형성되는 쪽의 표면은 평탄한 것이 바람직하다. 예컨대, 중간층(12)의 표면 조도는 10nm 이하로 하는 것이 바람직하다.
초전도층(13)을 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 RE-123계의 초전도체로 하는 것이 바람직하다. 한편, RE-123계의 초전도체란, REBa2Cu3Oy(y는 6 내지 8, 보다 바람직하게는 거의 7이고, RE란 이트륨 또는 Gd, Sm, Ho 등의 희토류 원소를 의미한다)로서 표시되는 초전도체를 의미한다. 이와 같이 하면, 플렉서블한 금속으로 이루어지는 기판(11) 상에 중간층(12) 및 초전도층(13)을 형성하기 때문에, 큰 임계 전류값 및 임계 전류 밀도를 나타내는 초전도 박막 재료를 실현할 수 있다. 또한, 초전도층(13)의 두께는 예컨대 0.2㎛ 내지 5㎛로 할 수 있다.
초전도 박막 재료를 예컨대 초전도 선재로 하여 이용하는 경우에는, 초전도층(13)의 표면 보호를 위해, 초전도층(13) 상에 Ag(은) 안정화층이나 Cu(구리) 안정화층 등의 표면보호층이나 안정화층(도시하지 않음)을 마련할 수도 있다.
다음으로, 도 1 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 있어서의 초전도 박막 재료의 제조방법에 대하여 설명한다. 한편, 도 3는 본 발명의 실시형태에 있어서의 초전도 박막 재료의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 우선 기판(11)을 준비하는 공정(S10)을 실시한다. 이 공정(S10)에서는 초전도 박막 재료(10)의 베이스가 되는 기판(11)을 준비한다. 기판(11)으로서는 배향 금속으로 이루어지는 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 예컨대 니켈 등의 금속으로 이루어지는 띠 형상의 금속 테이프를 이용할 수 있다.
다음으로, 중간층(12)을 형성하는 공정(S20)을 실시한다. 이 공정(S20)에서는 준비된 기판(11) 상에 두께가 0.4㎛ 이상이 되도록 중간층(12)을 형성한다. 중간층(12)으로서는, 예컨대 암염형, 형석형, 페롭스카이트형, 파이로클로어형과 같은 결정 구조를 갖는 산화물을 이용할 수 있다. 공정(S20)에 있어서 이용하는 성막 방법으로서는 임의의 성막방법을 이용할 수 있지만, 예컨대 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition: PLD 법) 등의 물리증착법을 이용할 수 있다.
한편, 공정(S20)에 있어서 도 2에 나타난 바와 같이, 중간층(12)이 복수의 층으로 이루어지는 경우더라도 마찬가지로, 기판(11) 상에 제1층(12a)을 예컨대 물리증착법에 의해 형성하고, 제1층(12a) 상에 제2층(12b)을 예컨대 물리증착법에 의해 형성하며, 제2층(12b) 상에 제3층(12c)을 예컨대 물리증착법에 의해 형성한다.
다음으로, 중간층(12)의 표면 상에, 초전도층(13)을 형성하는 공정(S30)을 실시한다. 이 공정(S30)에서는 기상법 및 액상법 중 적어도 어느 한쪽에 의해 초전도층(13)을 형성한다.
구체적으로는, 기상법으로서는, 예컨대 레이저 증착법, 스퍼터링법 및 전자빔 증착법 등을 들 수 있다. 액상법으로서는, 예컨대 유기금속 퇴적법 등을 들 수 있다. 레이저 증착법, 스퍼터링법, 전자빔 법 및 유기금속 퇴적법 중 적어도 하나의 방법에 의해 수행되면, 결정 배향성 및 표면 평활성이 우수한 표면을 갖는 초전도층(13)을 형성할 수 있다.
공정(S30)에서는 초전도층(13)을 형성할 때에 600℃ 내지 900℃로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 고온하에서 초전도층(13)을 형성하더라도 중간층(12)의 두께가 충분하기 때문에, 초전도층(13)과 기판(11)과의 사이에서 원자 확산 반응은 거의 생기지 않는다.
한편, 공정(S10, S20, S30)을 실시한 후에, 기판(11), 중간층(12) 또는 초전도층(13)의 표면을 평탄화하는 평탄화 공정을 실시할 수도 있다. 평탄화 공정은 임의의 평탄화 방법을 이용할 수 있으며, 예컨대 CMP(Chemical Mechanical Polishing)법, 습식 에칭법 또는 기계 연마법 등을 이용할 수 있다.
이상의 공정(S10 내지 S30)을 실시하는 것에 의해 초전도 박막 재료(10)를 제조할 수 있다.
또한, 초전도 박막 재료를 예컨대 초전도 선재로 하여 이용하는 경우에는, 초전도층(13)의 표면 상에 표면보호층(도시하지 않음)을 형성하는 공정을 더 구비하고 있더라도 좋다. 이 공정에서는, 예컨대 초전도층(13) 상에 Ag 안정화층으로 이루어지는 표면보호층을 형성한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 있어서의 초전도 박막 재료(10)에 의하면 중간층(12)의 두께가 0.4㎛ 이상이기 때문에, 기판(11)의 구성 원소가 초전도층(13)으로, 초전도층(13)의 구성 원소가 기판(11)으로 이동하는 원소 확산 반응을 방지할 수 있다. 또한, 실시형태에 있어서의 초전도 박막 재료(10)는 양호한 결정 배향성 및 원소 확산 반응 방지의 양쪽 역활을 하고 있다. 그 때문에, 초전도층(13)의 특성을 저하시키지 않으므로, 초전도 박막 재료(10)는 양호한 초전도 특성을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 초전도 박막 재료의 효과를 확인하기 위해, 이하와 같은 실험을 실시했다. 즉, 표 1에 나타내는 두께의 중간층을 구비하는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2의 초전도 박막 재료를 준비하고, 각각의 초전도 박막 재료에 있어서의 임계 전류값를 측정했다. 각 초전도 박막 재료의 중간층의 막 두께 및 임계 전류값의 측정값을 표 1에 나타낸다.
(실시예 1: 초전도 박막 재료)
실시예 1에서는 기본적으로 실시형태에 있어서의 초전도 박막 재료의 제조방법에 따라서 초전도 박막 재료를 제조했다. 구체적으로는, 우선 기판을 준비하는 공정(S10)에서는 Ni 합금 기판을 준비했다. 다음으로, 중간층을 형성하는 공정(S20)에서는 기상증착법에 의해 기판 상에 금속계 산화물로 이루어지는 중간층을 형성했다. 구체적으로는 중간층은 3층으로 이루어지며, 기판 상에 결정 성장시키기 위한 씨결정층(제1층)으로서 산화세륨을 0.1㎛ 형성했다. 그리고, 씨결정층 상에 확산 방지층(제2층)으로서 YSZ를 0.2㎛ 형성했다. 그리고, 격자정합층(제3층)으로서 산화세륨을 0.1㎛ 형성했다. 다음으로, 초전도층을 형성하는 공정(S30)에서는, 초전도층으로서 HoBa2Cu3Ox(HoBCO)를 레이저 증착법에 의해 0.8㎛의 막 두께가 되도록 형성했다. 이것에 의해 실시예 1에 있어서의 초전도 박막 재료를 수득했다.
한편, 표 1에 있어서의 중간층의 막 두께는 제1층, 제2층 및 제3층의 합계를 나타낸다.
(실시예 2: 초전도 박막 재료)
실시예 2에 있어서의 초전도 박막 재료는 기본적으로는 실시예 1과 같은 구성을 구비하지만, 중간층의 막 두께를 0.8㎛로 한 점에서, 실시예 1에 있어서의 초전도 박막 재료와 다르다. 상세하게는, 실시예 2에 있어서의 초전도 박막 재료의 중간층은 씨결정층(제1층)의 두께를 0.1㎛로, 확산방지층(제2층)의 두께를 0.6㎛로, 격자정합층(제3층)의 두께를 0.1㎛로 했다.
(실시예 3: 초전도 박막 재료)
실시예 3에 있어서의 초전도 박막 재료는 기본적으로는 실시예 1과 같은 구성을 구비하지만, 중간층의 막 두께를 1.1㎛으로 한 점에서, 실시예 1에 있어서의 초전도 박막 재료와 다르다. 상세하게는, 실시예 3에 있어서의 초전도 박막 재료의 중간층은, 씨결정층(제1층)의 두께를 0.1㎛로, 확산방지층(제2층)의 두께를 0.9㎛로, 격자정합층(제3층)의 두께를 0.1㎛로 했다.
(비교예 1: 초전도 박막 재료)
비교예 1에 있어서의 초전도 박막 재료는 기본적으로는 실시예 1과 같은 구성을 구비하지만, 중간층의 막 두께를 0.2㎛으로 한 점에서, 실시예 1에 있어서의 초전도 박막 재료와 다르다. 상세하게는, 비교예 1에 있어서의 초전도 박막 재료의 중간층은, 씨결정층(제1층)의 두께를 0.1㎛로, 확산방지층(제2층)의 두께를 0㎛로, 격자정합층(제3층)의 두께를 O.1㎛로 했다.
(비교예 2: 초전도 박막 재료)
비교예 2에 있어서의 초전도 박막 재료는 기본적으로는 실시예 1과 같은 구성을 구비하지만, 중간층의 막 두께를 0.3㎛로 한 점에서, 실시예 1에 있어서의 초전도 박막 재료와 다르다. 상세하게는, 비교예 2에 있어서의 초전도 박막 재료의 중간층은, 씨결정층(제1층)의 두께를 0.1㎛로, 확산방지층(제2층)의 두께를 0.1㎛로, 격자정합층(제3층)의 두께를 0.1㎛로 했다.
(측정결과)
실시예 1 내지 3, 및 비교예 1, 2의 초전도 박막 재료에 대하여, 상술한 바와 같이 임계 전류값의 값을 측정한 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4에 있어서, 가로축은 중간층막 두께(단위: ㎛)를, 세로축은 초전도층의 임계 전류값(단위: A/cm폭)을 나타내고 있다.
표 1 및 도 4에 나타난 바와 같이, 중간층의 막 두께가 0.4㎛ 이상인 실시예1 내지 3에 있어서의 초전도 박막 재료의 임계 전류값은 128A/cm 폭 이상이 되어 양호한 초전도 특성을 얻을 수 있었다. 한편, 비교예 1, 2에 있어서의 초전도 박막 재료는 중간층의 막 두께가 0.4㎛ 보다도 얇았기 때문에, 초전도층과 기판과의 원소 확산 반응이 생겨 버려, 임계 전류값은 나빴다.
본 발명의 실시예에 의하면, 본 발명의 초전도 박막 재료에 있어서, 중간층을 0.4㎛ 이상으로 하는 것에 의해, 초전도층의 임계 전류값 등의 특성을 향상시킬 수 있는 것을 알았다.
이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태가 아니라 청구의 범위에 의해서 나타내여지고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
Claims (4)
- 기판(11),상기 기판 상에 형성된 1층 또는 2층 이상의 중간층(12), 및상기 중간층(12) 상에 형성된 초전도층(13)을 구비하고,상기 중간층(12)의 두께가 0.4㎛ 이상이고,상기 중간층(12)과 상기 초전도층(13)과의 격자부정합율이 10% 이하이고,상기 중간층(12)과 상기 기판(11)과의 격자부정합율이 10% 이하이고,상기 중간층(12)은, 상기 기판(11) 상에 형성된 씨결정층(12a)과, 상기 씨결정층(12a) 상에 형성된 확산방지층(12b) 및 상기 확산방지층(12b) 상에 형성된 격자정합층(12c)을 포함하고,상기 확산방지층(12b)의 두께가, 상기 씨결정층(12a)의 두께 및 상기 격자정합층(12c)의 두께의 2배 이상인, 초전도 박막 재료(10, 20).
- 제 1 항에 있어서,상기 중간층(12)을 구성하는 재료는, 암염형, 형석형, 페롭스카이트형 및 파이로클로어형 중 적어도 어느 하나의 결정 구조를 갖는 산화물인 초전도 박막 재료(10, 20).
- 제 1 항에 있어서,상기 기판(11)을 구성하는 재료는 배향 금속이고,상기 중간층(12)을 구성하는 재료가 이트리아 안정화 지르코니아, 산화세륨, 산화마그네슘 및 티탄산스트론튬 중 적어도 어느 하나를 포함하는 초전도 박막 재료(10, 20).
- 기판(11)을 준비하는 공정(S10),상기 기판(11)과 중간층(12)과의 격자부정합율이 10% 이하가 되도록 상기 기판(11) 상에 1층 또는 2층 이상의 두께가 0.4㎛ 이상인 중간층(12)을 형성하는 공정(S20), 및상기 중간층(12)과 초전도층(13)과의 격자부정합율이 10% 이하가 되도록 기상법 및 액상법 중 적어도 어느 한 쪽에 의해 상기 중간층(12) 상에 초전도층(13)을 형성하는 공정(S30)을 구비하고,상기 중간층(12)을 형성하는 공정이 기판상에 씨결정층(제1층)을 형성하는 공정, 상기 씨결정층(12a) 상에 확산방지층(제2층)을 형성하는 공정 및 상기 확산방지층(12b) 상에 격자정합층(제3층)을 형성하는 공정을 포함하고,이때, 상기 확산 방지층(12b)의 두께가, 상기 씨결정층(12a)의 두께 및 상기 격자정합층(12c)의 두께의 2배 이상인, 제 1 항에 기재된 초전도 박막 재료(10, 20)의 제조방법.
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