KR101200360B1

KR101200360B1 - 층상 초전도체 필름의 제조방법

Info

Publication number: KR101200360B1
Application number: KR1020067011832A
Authority: KR
Inventors: 벤카트 셀바마닉캄
Original assignee: 수퍼파워, 인크., 어 후루카와 컴패니
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2012-11-13
Also published as: EP1694432A2; KR20060128889A; WO2005060632A3; CA2546839A1; US8227019B2; JP2007515053A; CA2546839C; EP1694432A4; CN1957428A; US20050127133A1; EP1694432B1; WO2005060632A2

Abstract

본 발명은, 희토류-바륨-구리-산화물(REBCO)의 전구체로 피복된, 완충된 금속 기판 테이프를 가열시킴으로써, 길게 연속되어 있는 완충된 금속 기판 테이프 위에 REBCO와 같은 초전도성 박막을 반응계 외에서 형성시키기 위한 대량 제조 시스템을 제공한다. 이들 전구체가 공정 챔버 내에서 가열되고 수증기에 도입되는 경우 분해되어 완충층에 기능성 초전도 박막 에피택셜을 형성한다. 샤워헤드 및 길고 넓은 침착 영역을 형성하도록 설계된 기판 가열기 어셈블리를 갖는 금속 유기 화학적 증착(MOCVD) 반응기와 같은 챔버가 본 발명의 공정에 매우 적합하다. 상기 챔버는 벽이 가열되지 않는 냉각벽 형태이거나 벽이 가열된 고온벽 형태일 수 있다.

초전도성 박막, 필름 성장, 금속 유기 화학적 증착, 반응계외 대량 제조 시스템, 희토류, 바륨, 구리

Description

층상 초전도체 필름의 제조방법 {A process for producing a layered superconductor film}

본 발명은 희토류-바륨-구리-산화물(rare-earth-barium-copper-oxide; REBCO)과 같은 고온 초전도(high-temperature superconducting; HTS) 필름의 반응계외 대량 필름 성장에 관한 것이다.

지난 30년 동안, 전기는 미국의 최종 용도 에너지 소비에서, 25%에서 40%로 상승하였다. 전력에 대한 이러한 수요 증가는 높은 신뢰성 및 고품질의 전력에 대한 중대한 필요성을 증가시킨다. 전력에 대한 요구가 계속 증대됨에 따라, 특히 노후한 도시 전력 시스템은 성능의 한계에 봉착하여, 새로운 해결책이 요구된다.

전선은 변압기, 송전 및 배전 시스템, 및 모터를 포함하는 전 세계의 전력 시스템의 기본 빌딩 블록을 형성한다. 1986년의 혁신적인 HTS 화합물의 발견은 전력 산업을 위한 급진적으로 새로운 종류의 전선의 개발을 이끌었으며, 이러한 발견은 1세기 이상 동안 전선 기술의 가장 근본적인 진보이다.

HTS 피복 전선은 최고 등급의 성능을 제공하며, 동일한 물리적 치수를 갖는 종래의 구리 및 알루미늄 도선보다 100배 이상의 전류를 운반한다. HTS 피복 전선의 우수한 전력 밀도는 전력 산업 기술의 새로운 창출을 가능하게 할 것이다. 이는 대규모의 크기, 중량 및 효율면에서의 이점을 제공한다. HTS 기술은 비용 절감을 유도하고 다양한 방식으로 전력 시스템의 용량과 신뢰도를 증가시킬 것이다. 예를 들면, HTS 피복 전선은 기존 전선망을 통해 2 내지 5배 이상의 전력을 송전할 수 있다. 이러한 새로운 케이블은 전력망의 성능을 개선시키는 동시에 환경에 미치는 영향은 감소시키기 위해 강력한 도구를 제공할 것이다. 그러나, 지금까지, 차세대 HTS 피복 전선의 제조에 사용된 HTS 피복된 테이프는 한정된 종류만 고성능 수준으로 제조되었다. HTS 기술을 발전 및 배전 산업에서 산업적으로 유용하게 사용하기 위해, HTS 피복 테이프를 지속적으로 대량 제조하기 위한 기술을 개발할 필요가 있다.

HTS 피복 테이프의 구조는, 예를 들면, 희토류-바륨-구리-산화물(REBCO)로 형성된 HTS 필름을 보강하는 강도 및 가요성을 제공하는 연마된 금속 기판으로 이루어진다. 하나 이상의 완충층이 연마된 금속 기판과 HTS 필름 사이에 배치되어 기판과 HTS 필름 사이의 반응을 막고 필름의 에픽택셜(epitaxial) 성장을 위한 형판(template)을 제공한다. 상기 완충층은, 예를 들면, 이트륨-안정화 지르코니아(YSZ) 및/또는 산화세륨(CeO₂)으로 형성될 수 있다.

REBCO 피복 테이프의 제조 기술은 동일반응계(in-situ) 또는 반응계외(ex-situ) 방법으로 분류될 수 있다. 동일반응계 방법은, 희토류, 바륨 및 구리 전구체를 함유하는 증기가 가열된 기판 표면에서 산소와 반응하여 REBCO 필름을 형성하는 경우와 같이, 필름 성장이 한 장소에서 완전히 이루어지는 방법을 포함한다. 동일반응계 기술은 스퍼터링, 전자빔(e-빔) 증발, 및 펄싱된 레이저 침착(PLD) 방법을 포함하며, 이들 각각은 진공 챔버와 같은 단일 저압 산소 대기하에 발생한다.

한편, 반응계외 기술은, 전구체가 기판 위에 침착된 후 전구체를 REBCO 필름으로 전환시키는 별도의 후반응이 수행되는 경우와 같이, 한 단계 이상의 단계가 별도의 시간에, 그리고 종종 다른 장소에서 수행되는 침착 방법을 포함한다. 상기 전구체는 초기에 전자빔 증발, 금속 유기 침착(MOD)에서의 침지 피복과 같은 피복 단계, 및 분무 열분해를 포함하는 다수의 자체 공지된 공정을 통해 완충된 기판 위에 침착될 것이다.

반응계외 방법에서 사용된 전자빔 증발법에서, 증발은 희토류, 불소화바륨 및 구리 금속을 함유하는 3개의 별도의 노(furnace)에서 수행된다. MOD 방법에서, 희토류, 바륨 및 구리의 삼불소화아세트산(TFA) 착물을 메틸 알콜과 같은 용매와 혼합하고, 생성된 용액을 주변 조건하에 침지피복 공정에서 완충된 기판에 도포하고, 침지된 기판을 후속적으로 베이크아웃(bake-out) 공정으로 처리하여, 유기물을 기판으로부터 베이킹에 의해 제거한다. 침지공정 및 베이크아웃 단계는 이후 목적하는 필름 두께가 달성될 때까지 여러번 반복된다.

분무 열분해법에서, 희토류, 바륨 및 구리의 질산염이 수성 전구체 용액을 형성한 후 원자화(atomize)되어 가열된 완충된 기판 위에 분무된다. 분무 열분해법에서, 분무 및 베이크아웃 단계는 중간 온도, 예를 들면, 초전도성 REBCO 상태를 형성할 정도로 충분히 높지는 않은 500℃에서 기판을 가열함으로써 동시에 수행된다.

그로스(Gross) 등의 미국 특허 제5,416,063호[허여일: 1995년 5월 16일; 발명의 명칭: "초전도성 산화물 층의 제조방법(Method of producing a layer of superconductive oxide")]는, 전구체 용액이 기판에 도포되어 금속 함유 층이 표면 위에 형성됨을 포함하는, 완충된 기판 위에 초전도층을 형성시키는 방법을 제공한다. 미국 특허 제5,416,063호에 기재된 전구체 용액은 희토류, 바륨 및 구리 함유 화합물을 아세트산 및 물에 용해시켜 형성한다. 그러나, 모든 반응계외 HTS 필름 성장 기술에서와 같이, 완충된 기판 위의 금속 함유층을 초전도성 필름으로 전환시키기 위해 후공정이 요구된다.

후공정은, 기판이 가열되고 수증기가 기판에 적용되어 기판 위에 함유된 희토류, 불소화바륨 및 구리 금속과 반응하여 REBCO 필름을 형성하는, 수증기 반응일 수 있다. 그러나, 후반응은 PLD법에서는, 분당 1 내지 5㎛ 정도의 비율로 필름이 형성되는 동일반응계 REBCO 필름 성장 기술에 비해 1초당 겨우 1Å 정도로 매우 서서히 필름이 성장한다. 비용 효율이 좋은 생산 및 이에 따른 송전/배전 산업에서 HTS 재료의 광범위한 적용을 위해 필요한 대량 제조에 매우 적합한 반응계외 REBCO 필름 성장 시스템 제공이 과제로 남아 있다. 결과적으로, 미국 특허 제5,416,063호에 기술된 방법은 길이가 긴 HTS 테이프의 제조에 그다지 적합하지 않다.

현재 기술의 한계 중의 하나는, 보다 두꺼운 REBCO 필름을 성장시키려는 시도가 이루어짐에 따라, 수증기를 희토류, 바륨 및 구리의 전구체로 이루어진 조밀하게 침착된 층으로 침투시키기가 점점 더 어려워진다는 점이다.

REBCO 필름이 완충층에 에피택셜(epitaxial)하게 성장하여 목적하는 텍스쳐를 획득하도록, 필름 성장이 침착된 전구체 층의 바닥으로부터 위로 이루어지도록 하기 위해 수증기가 침착된 전구체 층 깊숙이 침투하는 것은 고품질 HTS 테이프를 수득하는 데 불가결하다. REBCO 필름 성장이 침착된 전구체 층의 위로부터 아래로 진행되는 경우, 높은 전류 운반 능력을 보장하는 이축 텍스쳐와는 반대로 HTS 필름의 전류 운반 능력을 크게 상쇄시키는 고도의 입자 경계 부정합을 수반하고, 핵 형성 및 REBCO 필름을 포함하는 다결정질 입자의 후속 성장이 불규칙적으로 발생한다.

또한, 반응 온도를 제한하고 REBCO 필름 성장을 억제하는 REBCO 필름 제조방법의 반응 부산물을 효율적으로 배출시키는 것이 과제이다.

그러므로, 본 발명의 목적은 두꺼운 고품질 REBCO 필름의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 반응 속도를 제한하고 REBCO 필름 성장을 억제하고 반응 부산물을 제거하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은 반응계외 대량 제조 REBCO 필름 성장 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 상술한 양태 및 이점과 기타 양태 및 이점은 다음 발명의 상세한 설명을 첨부할 도면을 참조해서 읽는다면 보다 잘 이해될 것이다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 도면 전체에 걸쳐서 동일한 부품을 나타낸다.

도 1은 REBCO 피복 테이프의 반응계외 대량 제조를 위한 본 발명에 따르는 시스템을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 시스템의 샤워헤드의 저면도이다.

[발명의 요약]

본 발명은 길게 연속되어 있는 완충된 금속 기판 테이프 위에 REBCO와 같은 초전도성 박막을 반응계외에서 형성시키기 위한 대량 제조 시스템을 제공한다. 완충된 금속 기판 테이프 위에 화학식 REBa₂Cu₃O₇(여기서, RE는 희토류이다)의 희토류, 바륨 및 구리의 금속 유기 전구체가 전자빔 증발 및 MOD와 같은 다수의 기술 중의 어느 하나를 통해 침착된다. 상기 전구체의 피복 단계 동안의 온도는 24 내지 500℃이다. 이들 전구체는 공정 챔버 내에서 가열되어 수증기에 도입되는 경우 완충층에 기능적 초전도성 박막 에피택셜을 형성한다. 샤워헤드 및 길고 넓은 침착 영역을 형성하도록 설계된 기판 가열기 어셈블리를 갖는 금속 유기 화학적 증착(MOCVD) 반응기와 같은 챔버가 이 공정에 매우 적합하다. 상기 챔버는 반응 부산물을 효율적으로 펌핑시켜 제거하도록 배치된 배출 포트를 포함한다. 상기 챔버는 벽이 가열되지 않은 냉각벽 형태이거나 벽이 가열된 고온벽 형태일 수 있다.

도 1은 REBCO 피복 테이프를 반응계외에서 대량 제조하기 위한 본 발명에 따르는 시스템(100)을 도시한 것이다. 상기 시스템(100)은 복수 개의 테이프(112)를 복수 개의 송출 스풀(110)로부터 챔버(114)를 통해 복수 개의 권취 스풀(116)로 이동시키는 작용을 하는 전동식 오픈릴식 스풀링 시스템을 포함한다. 상기 오픈릴식 스풀링 시스템은 당해 분야에서 널리 공지되어 있으며, 각각의 송출 스풀(110)과 각각의 권취 스풀(116)에 기능적으로 접속된 구동 모터(도시되지 않음)를 포함할 뿐만 아니라, 상기 시스템(100)의 적합한 부재에 대하여 테이프(112)를 정확하게 배치하기 위해 각각의 테이프(112)와 접촉하는 일련의 아이들러(도시되지 않음)를 포함한다. 또 다른 양태에서, 테이프(112)는 폭이 넓은 단일 테이프일 수 있다.

테이프(112)는 각종 금속(예: 스테인레스 강) 또는 니켈 합금(예: 인코넬(Inconel))으로부터 형성된 가변적인 길이의 복수 개의 기판이며, 상기 기판 위에는 YSZ, CeO₂, MgO, SrTiO₃, LaMnO₃, SrRuO₃, Y₂O₃, Gd₂O₃, LaSrMnO₃ 또는 이들의 조합과 같은 완충층이 이온빔-지지된 침착(IBAD)과 같은 침착 기술을 통해 미리 침착되어 있다. 테이프(112)는 또한 RABiTS와 같은 당해 분야에 널리 공지된 방법에 의해 이축-텍스쳐링될 수 있다. 이 경우, 완충층은 스퍼터링, 증발, MOD, 금속 유기 화학적 증착(MOCVD) 및 PLD를 포함하나 이에 제한되지는 않는 방법을 사용하여 에피택셜적으로 성장한다. 추가로, 완충층 위에, 희토류, 바륨 및 구리의 전구체를 당해 분야에 익히 공지된 전자빔 증발, MOD 또는 분무 열분해와 같은 기술을 통해 미리 침착시켰다.

테이프(112)는 목적하는 가공품 및 시스템 제한을 충족시키도록 가변적인 치수를 갖는다. 예를 들면, 테이프(112)는 두께가 25 내지 100㎛이고, 너비가 1 내지 50cm이며, 길이가 100 내지 1,000m일 수 있다. 챔버(114)는, 예를 들면, 유속이 1 내지 100slm의 범위인 유동 기체 조건하에 압력이 약 0.1 내지 760Torr, 바람직하게는 약 1 내지 약 760Torr으로 유지되는 냉각벽 반응기와 같은 진공 밀봉된 침착 챔버이다.

챔버(114) 내부에 샤워헤드(120) 및 기판 가열기(122)가 하우징되며, 이들은 이들 사이의 공간 영역에 필름 성장 영역이 바로 형성되도록 서로 배치된다. 도 2에 상세히 도시된 바와 같이, 샤워헤드(120)는 소정 영역에서 산소 및 수증기를 함유하는 불활성 캐리어 기체의 균일한 분포를 가능하게 하며, 복수 개의 볼트와 함께 클램핑된 상부 및 하부 플랜지와 그 내부에 가스킷에 의해 형성된 밀봉부로 구성된 스테인레스 강 형태로 추정할 수 있다. 복수 개의 오리피스(210)가 하부 플랜지를 통해 기계 성형되며, 균등한 간격으로 배열된 미세 개구로서 배열된다. 공정 챔버 속의 수증기의 분압은 1 내지 50Torr이고, 캐리어 가스에 함유된 산소 분획은 10ppm 내지 10%이다.

샤워헤드(120) 및 기판 가열기(122)의 치수에 의해 한정되는 필름 형성 영역은 길이가 약 10m에 달하고, 예를 들면, 약 2mm 간격으로 균등하게 배치된 10 내지 20개의 이동 테이프(112) 상에서 동시에 희토류, 바륨 및 구리로 이루어진 필름을 REBCO 필름으로 전환시킬 수 있다. 또 다른 양태에서, 상기 전환 공정은 너비가 50cm인 단일 테이프에 미리 침착된 전구체 상에서 수행될 수 있다.

기판 가열기(122)는, 복사 가열 부재(예: 램프)를 통해 테이프(112)를 약 700 내지 약 850℃의 범위로 가열하는 익히 공지된 단일 또는 다중 영역 기판 가열기이다. 또는, 기판 가열기(122)는 칸탈(Kanthal) 또는 MoSi₂와 같은 가열 부재를 사용하는 저항 가열기이다. 또는, 고온벽 챔버에서, 기판 가열기(122)가 상기 챔버벽을 통해 기판을 가열하는 노일 수 있다.

튜브 또는 파이프 형태로 추정되는 수증기 라인(118)은 주변 온도에서 샤워헤드(120)와 연결되어 샤워헤드(120)에 수증기를 공급한다. 수증기는 이슬점(DP)이 약 40 내지 약 80℃이고 수압 P(H₂O)이 약 1 내지 50Torr이도록 약 10ppm 내지 10%의 소량의 산소를 함유하는 불활성 캐리어 기체(예: 아르곤 또는 질소)를 통해 샤워헤드(120)에 도입된다.

상기 이슬점을 달성하기 위해, 산소를 약 10ppm 내지 10% 범위의 양으로 함유하는 불활성 기체 약 1 내지 약 100 표준 리터/분(slm)을, 목표 이슬점으로 조절된 온도로 유지되는 소정 용적(예를 들면, 5리터)의 물로 충전된 물병(도시되지 않음)으로 통과시킨다. 물병 속의 물의 양은, 수위 측정기(도시되지 않음)와 연결된 송수 펌프와 같은 통상적인 수단을 통해 유지된다.

또는, 적합한 양의 물을 100℃ 이상으로 유지된 수증기 발생기(128)를 통해 펌핑하는데, 펌핑 속도는, 이슬점(DP) 약 40 내지 약 80℃ 및 수압 P(H₂O) 약 1 내지 50Torr를 제공하도록 산소 약 10ppm 내지 10%를 불활성 기체에 맞게 선택된다. 이때, 산소 함유 불활성 기체는 약 1 내지 100slm의 유량으로 수증기 발생기(128)를 통과한다.

상기 공정에서 중요한 인자는 펌핑 시스템의 위치이다. 펌프(124)는, 챔버(114)의 바닥을 통해 직접 배치된 하나 이상의 펌프 포트(도시되지 않음)에서 종결하는 하나 이상의 펌프 라인(126)을 통해 챔버(114)에 기능적으로 접속된다. 이러한 펌핑 시스템은 본 발명의 반응기 형태 설계를 사용하여 배치할 수 있다. 상기 펌핑 시스템은 전구체 전환 및 필름 성장 영역에 근접하게 배치된다. 이로써 반응 부산물이 효율적으로 제거된다.

추가로, 이러한 펌핑 시스템의 배치로 인해 전환공정에서 사용된 다량의 기체를 보다 잘 취급할 수 있다. 이 공정의 증대된 효율성에 있어 두 번째로 중요한 인자는 치수가 큰 샤워헤드를 사용하는 것이다. 수증기 및 산소를 주입하기 위한 대형 샤워헤드의 사용과 필름 성장 영역과 근접한 펌핑 시스템의 사용을 조합하면 수증기와 산소의 유동 패턴이 균일해질 수 있는데, 다른 방법으로는 넓은 면적에 걸쳐 균일한 필름 성장을 달성할 수 없다.

선행 기술은, 전구체 전환 및 필름 성장 영역으로부터 멀리 떨어진 배출 포트의 위치를 제한하는 통상적인 방법을 위한 통상적인 노를 사용하였다. 이로 인해 반응 부산물의 제거가 비효율적인 결과가 초래되었다. 추가로, 선행 기술의 설계는 넓은 면적에 걸쳐 수증기와 산소를 균일하게 분포시킬 수 없을 뿐만 아니라 다량의 기체를 잘 취급할 수도 없다.

임의로, 증압 펌프(도시되지 않음)가 펌프(124)와 병용될 수 있다. 펌프(124)는 REBCO의 성장률을 둔화시킬 수 있는 반응 부산물(예: 플루오르화수소산)을 필름 성장 영역으로부터 챔버(114)의 바닥을 통해 배출한다. 한 양태에서, 펌프(124)는 에드워드 모델 EH500과 같은 통상적인 진공 펌핑 장치를 포함한다.

추가로, 당해 분야의 숙련가들은, 시스템(100)이, 간략화를 위해 도 1에는 도시하지 않은 각종 감지 및 제어 장치(예: 압력 게이지 및 열전쌍)를 추가로 포함함을 인지할 것이다.

작동시, 테이프(112)는 송출 스풀(110)로부터 배출되어, 챔버(114)의 벽을 통해 배치된 좁은 슬릿 세트(도시되지 않음)를 통해 이동한 다음, 샤워헤드(120)와 기판 가열기(122) 사이로 전진하며, 챔버(114)의 마주보는 벽을 통해 배치된 별도의 좁은 슬릿을 통해 이동하여 권취 스풀(116)에 권취된다. 테이프(112)가 샤워헤드(120)와 기판 가열기(122)의 치수에 의해 한정되는 전구체 전환 및 필름 성장 영역을 통해 이동함에 따라, 기판 가열기(122)는 테이프(112)의 온도를 약 700 내지 약 850℃의 온도 범위로 승온시키는 한편, 수증기 라인(118)과 수증기 발생기(128)를 통해 분배된 샤워헤드(120)로부터의 산소 및 수증기를 함유하는 불활성 캐리어 기체가 희토류, 바륨 및 구리의 전구체로 이루어진 필름에 균일하게 사출된다. 기판 가열기(122)에 의해 부여된 열과 샤워헤드(120)로부터 사출된 수증기는, 챔버(114)의 저압 산소 대기와 함께, 희토류, 바륨 및 구리의 전구체로 이루어진 필름을 분해시키고 산소와 반응시켜 REBCO 필름을 형성시킨다. 기판 가열기(122)에 의해 테이프(112)에 전달되는 지속적인 가열과 함께 샤워헤드(120)에 의해 제공된, 전구체 분해 및 필름 성장 영역 전체에 걸쳐서 일정한 증기압[P(H₂O) 및 P(O₂)]을 갖는 산소 및 수증기를 함유하는 캐리어 기체의 균일한 분포는 고도로 균일한 REBCO 필름의 성장에 있어 중요하다.

샤워헤드(120)와 기판 가열기(122)에 의해 제공된 전구체 전환 및 필름 성장 영역의 거대 치수는 REBCO 필름 성장이 넓은 면적에 걸쳐 이루어지게 할 수 있다. REBCO의 성장이 대기압하에서 1초당 1Å의 다소 느린 속도로 이루어지는 경우, 필름 성장 영역의 길이는, 복수 개의 테이프(112)가 REBCO 필름 성장을 겪을 때 HTS 피복 테이프의 반응계외 대량 제조에 적합한 속도로 테이프(112)가 이동할 수 있게 한다. 또는, 폭이 넓은 단일 테이프는 보다 좁은 테이프로 균일하게 갈라지게 가공될 수 있다. 희토류, 바륨 및 구리의 전구체로 이루어진 1㎛ 두께의 필름의 REBCO로의 전환 속도와 기판 가열기의 길이에 따라, 테이프(112)는 대기압하에 1시간당 약 1 내지 약 10m의 속도로 시스템(100)을 통해 이동할 것이다. 감압하에, 테이프(112)는 1시간당 약 10 내지 약 400m의 속도로 시스템(100)을 통해 이동할 것이다. 추가로, 희토류, 바륨 및 구리 필름의 전구체의 REBCO로의 전환 방법은, 테이프(112)를 시스템(100) 사이로 이동시킨 다음, 그 위에 희토류, 불소화바륨 및 구리 필름을 재침착시키고, 계속 상기 테이프를 시스템(100) 사이로 재이동시킴으로써 복수 회 반복할 수 있다.

Claims

화학식 REBa₂Cu₃O₇의 금속 유기 전구체(여기서, RE는 희토류이다)로 피복된, 완충된 금속 기판 테이프를 제공하는 단계로서, 이때 상기 전구체의 피복이 금속 유기 침착(MOD) 공정으로 수행된 것인 단계,

상기 피복 테이프를 공정 챔버 속의 전구체 전환 및 필름 성장 영역을 통해이동시키는 단계로서, 이때 상기 전구체 전환 및 필름 성장 영역이 상기 공정 챔버 내부에 위치한 샤워헤드와 기판 가열기 사이의 공간에 형성된 것인 단계,

상기 피복 테이프를 이동시키는 동안, 산소 및 수증기를 상기 샤워헤드를 통해 상기 전구체 전환 및 필름 성장 영역 속으로 도입하는 단계,

상기 피복 테이프를 상기 기판 가열기로 700 내지 850℃의 온도 범위로 가열하는 단계 및

상기 전구체 전환 및 필름 성장 영역으로부터 상기 전구체 전환 및 필름 성장 영역에 근접하게 배치된 포트를 통해 반응 부산물을 제거하는 단계를 포함하며,

상기 공정 챔버 내의 압력이 1 내지 760Torr의 범위이고,

상기 피복 테이프를 이동시키는 동안, 상기 금속 유기 전구체가 상기 피복 테이프의 완충층에 초전도 피막 에피택셜(epitaxial)로 전환되는 시간 동안 상기 피복 테이프가 상기 전구체 전환 및 필름 성장 영역에 체류함을 특징으로 하는, 층상 초전도체 필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 기판이 스테인레스 강 및 니켈 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는, 층상 초전도체 필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 기판이 이축 텍스쳐링됨을 특징으로 하는, 층상 초전도체 필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 금속 기판 테이프 상의 완충층이 YSZ, CeO₂, MgO, SrTiO₃, LaMnO₃, SrRuO₃, Y₂O₃, Gd₂O₃, LaSrMnO₃ 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는, 층상 초전도체 필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 공정 챔버 속의 압력이 10 내지 760Torr의 범위임을 특징으로 하는, 층상 초전도체 필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 전구체의 피복 단계 동안의 온도가 24 내지 500℃의 범위임을 특징으로 하는, 층상 초전도체 필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 공정 챔버 속의 대기의 이슬점이 40 내지 80℃의 범위임을 특징으로 하는, 층상 초전도체 필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 공정 챔버 속의 수증기의 분압이 1 내지 50Torr의 범위임을 특징으로 하는, 층상 초전도체 필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 캐리어 가스에 함유된 산소 분획이 10ppm 내지 10%의 범위임을 특징으로 하는, 층상 초전도체 필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 산소와 수증기의 분압이 상기 전구체 전환 및 필름 성장 영역 전체에 걸쳐서 실질적으로 일정하게 유지됨을 특징으로 하는, 층상 초전도체 필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 산소 및 수증기 함유 캐리어 기체가 상기 전구체 전환 및 필름 성장 영역 전체에 걸쳐서 균일하게 분포함을 특징으로 하는, 층상 초전도체 필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 산소와 수증기가 샤워헤드를 통해 상기 전구체 전환 및 필름 성장 영역 속으로 도입되며, 이때 샤워헤드는 이동하는 테이프들의 너비의 합과 각각의 이동하는 테이프들 사이의 거리의 합을 합한 것 이상의 너비와 이러한 너비 이상의 길이를 가짐을 특징으로 하는, 층상 초전도체 필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 반응 부산물이 상기 전구체 전환 및 필름 성장 영역에 근접하게 배치된 펌핑 시스템에 의해 상기 공정 챔버로부터 제거됨을 특징으로 하는, 층상 초전도체 필름의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 공정 챔버가 냉각벽 챔버임을 특징으로 하는, 층상 초전도체 필름의 제조방법.
삭제