KR101289999B1 - 초전도 박막 재료의 제조 방법 및 초전도 기기 - Google Patents

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Abstract

초전도 박막 재료의 제조 방법은 기상법에 의해 초전도층(3)을 형성하는 기상 공정과, 초전도층(3)에 접하도록 액상법에 의해 초전도층(4)을 형성하는 액상 공정을 구비하고 있다. 초전도층(3)과 금속 기판(1) 사이에 중간층(2)을 형성하는 공정이 더 구비되어 있는 것이 바람직하다. 금속 기판(1)은 금속으로 이루어져 있고, 또한 중간층(2)은 암석형, 페로브스카이트형 또는 파이로클로어형 중 어느 하나의 결정 구조를 갖는 산화물로 이루어져 있고, 또한 초전도층(3) 및 초전도층(4)은 모두 RE123계의 조성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 임계 전류치를 향상할 수 있다.

Description

초전도 박막 재료의 제조 방법 및 초전도 기기{PROCESS FOR PRODUCING SUPERCONDUCTING THIN-FILM MATERIAL AND SUPERCONDUCTING EQUIPMENT}
본 발명은 초전도 박막 재료의 제조 방법, 초전도 기기 및 초전도 박막 재료에 관한 것이고, 보다 특정적으로는 RE123계의 조성을 갖는 초전도 박막 재료의 제조 방법, 초전도 기기 및 초전도 박막 재료에 관한 것이다.
현재, 비스무트계의 초전도체를 이용한 초전도 선재와, RE123계의 초전도체를 이용한 초전도 선재의 두 가지의 초전도 선재의 개발이 특별히 진행되고 있다. 그 중 RE123계의 초전도 선재는 액체 질소 온도(77.3K)에서의 임계 전류 밀도가 비스무트계의 초전도 선재보다 높다고 하는 이점을 갖고 있다. 또한, 저온하 및 일정 자장하에서의 임계 전류치가 높다고 하는 이점을 갖고 있다. 이 때문에, RE123계의 초전도 선재는 차세대의 고온 초전도 선재로서 기대되고 있다.
한편으로, RE123계의 초전도체는 비스무트계의 초전도체와 같이 은 쉬스(sheath)로 피복할 수 없기 때문에, 배향 금속 기판상에 기상법에 의해서만 또는 액상법에 의해서만 초전도체(초전도 박막 재료)를 성막하는 방법으로 제조된다.
여기서, 종래의 RE123계의 초전도 박막 재료의 제조 방법이, 예컨대 일본 특허 공개 2003-323822호 공보(특허 문헌 1)에 개시되어 있다. 특허 문헌 1에는 레이저 증착법(PLD 법)을 이용하여 금속 테이프 기판 상에 중간층을 형성하고, 다음으로 PLD 법을 이용하여 RE123계의 조성을 갖는 제 1 초전도층을 중간층 상에 형성하며, 다음으로 레이저 증착법을 이용하여 RE123계의 조성을 갖는 제 2 초전도층을 제 1 초전도층상에 형성하는 기술이 개시되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 2003-323822호 공보
초전도 선재의 임계 전류치를 증가시키기 위해서는, 초전도 박막 재료의 막 두께를 두껍게 하여, 전류가 흐르는 부분의 단면적을 크게 하면 좋다. 그러나 종래의 초전도 선재는 초전도 박막 재료의 막 두께의 증가에 따라, 임계 전류 밀도가 저하되어 임계 전류치의 증가가 서서히 둔화되는 성질이 있었다. 이 때문에, 임계 전류 밀도 및 임계 전류치를 향상시킬 수 없다는 문제가 있었다.
또한, 배향 금속 기판 상에 액상법에 의해서만 초전도 박막 재료를 성막하는 방법으로서는 초전도 박막 재료가 결정 성장하기 어렵다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 한 목적은 임계 전류 밀도 및 임계 전류치를 향상할 수 있는 초전도 박막 재료의 제조 방법, 초전도 기기 및 초전도 박막 재료를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 초전도 박막 재료가 결정 성장하기 쉬운 초전도 박막 재료의 제조 방법, 초전도 기기 및 초전도 박막 재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 국면에 따르는 초전도 박막 재료의 제조 방법은 기상법에 의해 기상 성장 초전도층을 형성하는 기상 공정과, 기상 성장 초전도층에 접하도록 액상법에 의해 액상 성장 초전도층을 형성하는 액상 공정을 구비하고 있다.
본 발명의 다른 국면에 따르는 초전도 박막 재료의 제조 방법은 기상법에 의해 기상 성장 초전도층을 형성하는 n(n은 2 이상의 정수)회의 기상 공정과, 액상법에 의해 액상 성장 초전도층을 형성하는 n회의 액상 공정을 구비하고 있다. n회의 기상 공정 중 제 1 기상 공정에서 제 1 기상 성장 초전도층을 형성하고, n회의 액상 공정 중 제 1 액상 공정에서 제 1 기상 성장 초전도층에 접하도록 제 1 액상 성장 초전도층을 형성한다. n회의 기상 공정 중 제 k(k는 n≥k≥2을 만족시키는 정수) 기상 공정에서, 제 k-1 액상 성장 초전도층에 접하도록 제 k 기상 성장 초전도층을 형성하고, n회의 액상 공정 중 제 k 액상 공정에서 제 k 기상 성장 초전도층에 접하도록 제 k 액상 성장 초전도층을 형성한다.
본원 발명자들은 막 두께의 증가에 따르는 임계 전류 밀도의 저하를 억지하기 위해서는 초전도 박막 재료의 표면의 평활성 및 초전도 박막 재료의 결정의 치밀성이 중요한 요인이 되는 것을 발견했다. 기상법으로서는, 형성되는 막의 막 두께가 두꺼워짐에 따라서 막이 형성되는 표면의 온도가 저하되고, 이에 따라서 a축 배향 입자(oriented particles)가 많아지는 현상이 나타난다. 이 때문에, 기상법에 의해서만 성막된 종래의 초전도 박막 재료에서는 막 두께가 두껍게 됨에 따라서 표면 평활성이 나빠진다. 또한, 액상법으로서는 형성되는 막의 막 두께가 두껍게 됨에 따라서(특히 1㎛을 초과하는 막 두께가 되면), 초전도 박막 재료의 결정의 치밀성이 저하된다. 이 때문에, 종래에 있어서는 초전도 박막 재료의 막 두께가 증가하더라도 원하는 임계 전류 밀도 및 임계 전류치가 얻어지지 않았다.
그래서, 본 발명의 초전도 박막 재료의 제조 방법에 있어서는 기상법에 의해 기상 성장 초전도층이 형성되고, 기상 성장 초전도층에 접하도록 액상법에 의해 액상 성장 초전도층이 형성된다. 이로써, 액상 성장 초전도층을 형성할 때는 기상 성장 초전도층의 표면의 요철에 액체가 들어가고, 기상 성장 초전도층의 표면을 핵으로 해서 액상 성장 초전도층의 결정 성장이 일어나기 때문에 기상 성장 초전도층의 표면의 요철이 평활화된다. 또한, 기상 성장 초전도층과 액상 성장 초전도층 양쪽에 의해서 초전도 박막 재료가 구성되기 때문에, 기상 성장 초전도층 또는 액상 성장 초전도 층 중 어느 한쪽에 의해서만 초전도 박막 재료가 구성되는 경우에 비해서, 기상 성장 초전도층 및 액상 성장 초전도층 각각의 막 두께를 얇게 할 수 있다. 이로써, 초전도 박막 재료의 표면의 요철이 평활화되어, 초전도 박막 재료의 결정의 치밀성의 저하를 억지할 수 있다. 그 결과, 초전도 박막 재료의 표면의 평활성 및 초전도 박막 재료의 결정의 치밀성이 양호한 상태로 초전도 박막 재료의 막 두께를 두껍게 할 수 있기 때문에, 막 두께의 증가에 따르는 임계 전류 밀도의 저하를 억지할 수 있어, 임계 전류 밀도 및 임계 전류치를 향상할 수 있다.
또한, 액상법에 의한 액상 성장 초전도층의 성장의 초기 단계에서는 결정 성장의 핵이 되는 층이 필요하다. 종래의 액상법에 의해서만 초전도 박막 재료를 성막하는 방법으로서는 결정 성장의 핵이 되는 층이 없기 때문에, 결정이 성장하기 어려웠다. 이에 대해서, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 기상 성장 초전도층이 액상법에 있어서의 결정 성장의 핵이 되기 때문에, 초전도 박막 재료가 결정 성장하기 쉽다.
더해서, 본 발명의 다른 국면에 따른 초전도 박막 재료의 제조 방법에 의하면, 기상 성장 초전도층 및 액상 성장 초전도층을 복수회 교대로 형성함으로써 초전도 박막 재료를 제조하기 때문에, 기상 성장 초전도층 및 액상 성장 초전도층 각각의 막 두께가 엷은 상태로 초전도층의 총 막 두께를 두껍게 할 수 있다. 이로써, 임계 전류치를 한층 더 증가시킬 수 있다.
본 발명의 한 국면에 따른 초전도 박막 재료의 제조 방법에 있어서 바람직하게는 기상 공정에서 기판의 표면측에 기상 성장 초전도층을 형성한다. 기판의 이면측에 기상법에 의해 이면측 기상 성장 초전도층을 형성하는 이면측 기상 공정과, 이면측 기상 성장 초전도층에 접하도록 액상법에 의해 이면측 액상 성장 초전도층을 형성하는 이면측 액상 공정이 더 구비되어 있다.
이로써, 기판의 양면에 초전도 박막 재료를 형성할 수 있기 때문에, 초전도 선재의 전류의 경로를 증가시킬 수 있어, 임계 전류 밀도 및 임계 전류치를 한층 더 향상할 수 있다.
한편, 「기판의 표면」, 「기판의 이면」이란 기판에 있어서의 2개의 주면을 구별하고 있는 것에 지나지 않으며, 2개의 주면 중 어느 주면이 표면이여도 된다.
본 발명의 한 국면에 따른 초전도 박막 재료의 제조 방법에 있어서 바람직하게는 기상 공정에서 기판의 표면측에 기상 성장 초전도층을 형성한다. 기상 성장 초전도층과 기판 사이에 중간층을 형성하는 공정이 더 구비되어 있다. 기판은 금속으로 이루어져 있고, 또한 중간층은 암석형, 페로브스카이트형 또는 파이로클로어형 중 하나의 결정 구조를 갖는 산화물로 이루어져 있고, 또한 기상 성장 초전도층 및 액상 성장 초전도층은 모두 RE123계의 조성을 갖고 있다.
본 발명의 다른 국면에 따르는 초전도 박막 재료의 제조 방법에 있어서 바람직하게는 제 1 기상 공정에서 기판의 표면측에 제 1 기상 성장 초전도층을 형성한다. 제 1 기상 성장 초전도층과 기판 사이에 중간층을 형성하는 공정이 더 구비되어 있다. 기판은 금속으로 이루어져 있고, 또한 중간층은 암석형, 페로브스카이트형 또는 파이로클로어형 중 하나의 결정 구조를 갖는 산화물로 이루어져 있고, 또한 제 1~제 n 기상 성장 초전도층 및 제 1~제 n 액상 성장 초전도층은 모두 RE123계의 조성을 갖고 있다.
이로써, 결정 배향성 및 표면 평활성이 우수한 초전도 박막 재료가 얻어져서, 임계 전류 밀도 및 임계 전류치를 향상할 수 있다.
본 발명의 한 국면에 따른 초전도 박막 재료의 제조 방법에 있어서 바람직하게는 액상 공정 후에, 액상 성장 초전도층에 접하도록 초전도층을 형성하는 공정이 더 구비되어 있다.
본 발명의 다른 국면에 따른 초전도 박막 재료의 제조 방법에 있어서 바람직하게는 제 n 액상 공정의 후에, 제 n 액상 성장 초전도층에 접하도록 초전도층을 형성하는 공정이 더 구비되어 있다.
액상법에 의해서 성장된 초전도층은 기상법에 의해서 성장된 초전도층에 비해서 표면 평활성이 우수하기 때문에, 이것에 의해 표면 평활성이 우수한 초전도층 위에 초전도층을 형성할 수 있다.
상기 제조 방법에 있어서 바람직하게는 기상법이 레이저 증착법, 스퍼터링법 또는 전자빔 증착법 중 어느 하나다.
상기 제조 방법에 있어서 바람직하게는 액상법이 유기 금속퇴적법(MOD 법)이다.
이것에 의해, 결정 배향성 및 표면 평활성이 우수한 초전도 박막 재료가 얻어져서, 임계 전류 밀도 및 임계 전류치를 향상할 수 있다.
본 발명의 초전도 기기는 상기한 초전도 박막 재료의 제조 방법에 의해 제조된 초전도 박막 재료가 사용되고 있다.
본 발명의 초전도 기기에 의하면, 임계 전류 밀도 및 임계 전류치를 향상할 수 있다.
본 발명의 초전도 박막 재료는 제 1 초전도층과, 제 1 초전도층에 접하도록 형성된 제 2 초전도층을 구비하는 초전도 박막 재료로서, 임계 전류치가 110(A/cm폭)을 초과하고 있다.
한편, 본원 명세서에 있어서의 「RE123계」란 RExBayCuzO7 -d에서, 0.7≤x≤1.3, 1.7≤y≤2.3, 2.7≤z≤3.3인 것을 의미한다. 또한, 「RE123계」의 RE는 희토류 원소 및 이트륨 원소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질을 의미한다. 또한, 희토류 원소로서는 예컨대 네오디뮴(Nd), 가돌리늄(Gd), 홀미늄(Horminium)(Ho), 사마륨(Sm) 등이 포함된다.
(발명의 효과)
본 발명의 초전도 박막 재료의 제조 방법, 초전도 기기 및 초전도 박막 재료에 의하면, 임계 전류 밀도 및 임계 전류치를 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 초전도 박막 재료의 구성을 개략적으로 나타내는 부분 단면 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 초전도 박막 재료의 제조 방법을 나타내는 흐름도,
도 3은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 초전도층의 형성 상황을 모식적으로 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 다른 초전도 박막 재료의 구성을 개략적으로 나타내는 부분 단면 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 초전도 박막 재료의 구성을 개략적으로 나타내는 부분 단면 사시도,
도 6은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 초전도 박막 재료의 제조 방법을 나타내는 흐름도,
도 7은 본 발명의 실시예 3에 있어서의 초전도 박막 재료의 구성을 개략적으로 나타내는 부분 단면 사시도,
도 8은 본 발명의 실시예 3에 있어서의 초전도 박막 재료의 제조 방법을 나타내는 흐름도,
도 9는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 초전도층의 막 두께와 임계 전류치 Ic의 관계를 나타내는 도면,
도 10은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 초전도층의 막 두께와 표면 거칠기 Ra의 관계를 나타내는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 금속 기판 1a : 표면
1b : 이면 2 : 중간층
3~9 : 초전도층 10 : 초전도 박막 재료
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면에 기초해서 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 초전도 박막 재료의 구성을 개략적으로 나타내는 부분 단면 사시도이다. 도 1을 참조하여, 본 실시예에 있어서의 초전 도 박막 재료(10)는 테이프상의 형상을 갖고 있고, 금속 기판(1)과, 중간층(2)과, 기상 성장 초전도층(제 1 초전도층)으로서의 초전도층(3)과, 액상 성장 초전도층(제 2 초전도층)으로서의 초전도층(4)을 구비하고 있다. 초전도 박막 재료(10)는 예컨대 초전도 기기 등에 사용된다.
금속 기판(1)은 예컨대 스테인레스, 니켈 합금(예컨대 하스텔로이) 또는 은합금 등의 금속으로 이루어져 있다.
중간층(2)은 금속 기판(1)의 표면(1a) 상에 형성되어 있고, 확산 방지층으로서 기능한다. 중간층(2)은 예컨대 암석형, 페로브스카이트형 또는 파이로클로어형 중 어느 하나의 결정 구조를 갖는 산화물로 이루어져 있고, 구체적으로는 산화세륨, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 산화마그네슘, 산화이트륨, 산화이테르븀 또는 바륨 지르코니아 등의 재질로 이루어져 있다.
초전도층(3) 및 초전도층(4)은 중간층(2) 상에 적층되어 형성되어 있다. 초전도층(3) 및 초전도층(4)은 실질적으로 같은 재질의 재료로 이루어져 있고, 예컨대 RE123계의 조성을 갖고 있다.
한편, 도 1에 있어서는 중간층(2)을 설치한 구성에 대해서 설명했지만, 중간층(2)은 생략되어도 된다.
다음으로 본 실시예에 있어서의 초전도 박막 재료의 제조 방법에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 초전도 박막 재료의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 실시예의 초전도 박막 재료의 제조 방법으로서는 처음에 금속 기판(1)이 준비되고(스텝 S1), 이 금속 기판(1)의 표면(1a) 상에 예컨대 YSZ로 이루어지는 중간층(2)이 레이저 증착법에 의해 형성된다(스텝 S2). 다음으로 이 중간층(2) 상에, 예컨대 RE123계의 조성을 갖는 초전도층(3)이 기상법에 의해 형성된다(스텝 S3). 초전도층(3)을 형성할 때의 기상법으로서는 예컨대 레이저 증착법, 스퍼터링법 또는 전자빔 증착법 등이 사용된다. 계속해서, 초전도층(3)에 접하도록, 예컨대 RE123계의 조성을 갖는 초전도층(4)이 MOD 법 등의 액상법에 의해 형성된다(스텝 S4). 이상의 공정에 의해 초전도 박막 재료(10)가 완성된다.
한편, 중간층(2)이 생략되는 경우에는 상기한 중간층(2)의 형성 공정(스텝 S2)이 생략되고, 초전도층(3)의 형성 공정(스텝 S3)에 있어서 초전도층(3)이 금속 기판(1)의 표면(1a)에 접하도록 형성된다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 초전도층 형성 상황을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 3(a)를 참조하여, 본 실시예의 초전도 박막 재료(10) 및 그 제조 방법에 의하면, 초전도층(3)은 기상법에 의해 형성되기 때문에, 초전도층(3)의 막 두께 d1가 두꺼운 경우에는 그 표면 S1에 요철이 존재하는 경우가 있다. 그러나, 도 3(b)를 참조하여, 액상법에 의해 초전도층(4)을 형성할 때는 초전도층(4)의 성분이 포함되어 있는 용액이 요철 속에 들어가고, 초전도층(3)의 표면 S1을 핵으로 해서 초전도층(4)의 결정 성장이 일어난다. 이로써, 평활화된 표면 S2가 얻어진다. 또한, 도 3(a), (b)를 참조하여, 초전도층(3)의 막 두께 d1 및 초전도층(4)의 막 두께 d2를 합친 막 두께가 초전도 박막 재료의 막 두께 d3가 되기 때문 에, 초전도층(3)의 막 두께 d1 및 초전도층(4)의 막 두께 d2를 그렇게 두껍게 하지않아도 초전도 박막 재료의 막 두께 d3를 두껍게 할 수 있다. 이것에 의해, 초전도층(3)의 표면 S1의 평활성을 유지할 수 있고, 또한 초전도층(4)의 결정의 치밀성의 저하를 억지할 수 있다. 그 결과, 초전도 박막 재료의 표면 S2의 평활성 및 초전도 박막 재료의 결정의 치밀성이 양호한 상태로 초전도 박막 재료의 막 두께를 두껍게 할 수 있기 때문에, 막 두께의 증가에 따른 임계 전류 밀도의 저하를 억지할 수 있어, 임계 전류 밀도 및 임계 전류치를 향상할 수 있다.
또한, 액상법에 의해 초전도층(4)을 형성할 때에 초전도층(3)이 결정 성장의 핵이 되기 때문에, 초전도 박막 재료가 결정 성장하기 쉽다.
또한, 암석형, 페로브스카이트형 또는 파이로클로어형 중 어느 하나의 결정 구조를 갖는 산화물로 이루어지는 중간층(2)을 초전도층(3)과 금속 기판(1) 사이에 형성하고, 또한 초전도층(3) 및 초전도층(4)은 모두 RE123계의 조성을 갖고 있기 때문에, 표면의 평활성 및 결정의 치밀성이 우수한 초전도 박막 재료가 얻어져서, 임계 전류 밀도 및 임계 전류치를 향상할 수 있다.
또한, 기상법이 레이저 증착법, 스퍼터링법 또는 전자빔 증착법 중 어느 하나에 의해, 표면의 평활성 및 결정의 치밀성이 우수한 초전도 박막 재료가 얻어져서, 임계 전류 밀도 및 임계 전류치를 향상할 수 있다.
또한, 액상법이 MOD 법이기 때문에, 표면의 평활성 및 결정의 치밀성이 우수한 초전도 박막 재료가 얻어져서, 임계 전류 밀도 및 임계 전류치를 향상할 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서는 초전도 박막 재료를 구성하는 층 중 최상의 층이 초전도층(4)인 경우에 대해서 나타냈지만, 도 4에 나타낸 바와 같이, 초전도층(4)을 형성한(스텝 S4) 후에, 초전도층(4)에 접하도록 별도의 초전도층(9)이 형성되어도 된다. 이 초전도층(9)은 기상법에 의해서 형성되어도 되고, 액상법에 의해서 형성되어도 된다. 이것에 의해, 표면 평활성이 우수한 초전도층(4) 위에 별도의 초전도층(9)을 형성하여 초전도 박막 재료의 후막화를 도모할 수 있다.
(실시예 2)
도 5는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 초전도 박막 재료의 구성을 개략적으로 나타내는 부분 단면 사시도이다. 도 5를 참조하여, 본 실시예에 있어서의 초전도 박막 재료(10)는 금속 기판(1), 중간층(2), 제 1 기상 성장 초전도층으로서의 초전도층(3) 및 제 1 액상 성장 초전도층으로서의 초전도층(4) 외에, 제 2 기상 성장 초전도층으로서의 초전도층(5)과, 제 2 액상 성장 초전도층으로서의 초전도층(6)을 더 구비하고 있다.
초전도층(5) 및 초전도층(6)은 초전도층(4) 상에 적층해서 형성되어 있다. 초전도층(5) 및 초전도층(6)은 실질적으로 같은 재질의 재료로 이루어져 있고, 예컨대 RE123계의 조성을 갖고 있다.
다음으로 본 실시예에 있어서의 초전도 박막 재료의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 초전도 박막 재료의 제조 방법을 나 타내는 흐름도이다. 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 실시예의 초전도 박막 재료의 제조 방법으로서는 초전도층(4)을 형성한(스텝 S4) 후에, 초전도층(4)에 접하도록 예컨대 RE123계의 조성을 갖는 초전도층(5)이 기상법에 의해 형성된다(스텝 S5). 초전도층(5)을 형성할 때의 기상법으로서는 예컨대 레이저 증착법, 스퍼터링법 또는 전자빔 증착법 등이 사용된다. 계속해서, 초전도층(5)에 접하도록 예컨대 RE123계의 조성을 갖는 초전도층(6)이 MOD 법 등의 액상법에 의해 형성된다(스텝 S6). 이상의 공정에 의해 초전도 박막 재료(10)가 완성된다.
한편, 이 이외의 초전도 박막 재료(10) 및 그 제조 방법은 도 1 및 도 2에 나타내는 실시예 1에 있어서의 초전도 박막 재료 및 그 제조 방법과 마찬가지이기 때문에, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 반복하지 않는다.
본 실시예에 있어서의 초전도 박막 재료(10) 및 그 제조 방법에 의하면, 실시예 1의 초전도 박막 재료 및 그 제조 방법과 같은 효과를 얻을 수 있다. 더해서, 기상법에 의한 초전도층의 형성과 액상법에 의한 초전도층의 형성을 2회 교대로 실시함으로써 초전도 박막 재료를 제조하기 때문에, 초전도층(3)~초전도층(6) 각각의 막 두께가 얇은 상태로 초전도 박막 재료의 막 두께를 두껍게 할 수 있다. 이것에 의해, 임계 전류치를 한층 더 증가할 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서는 기상법에 의해 기상 성장 초전도층을 형성하는 2회의 기상 공정과, 액상법에 의해 액상 성장 초전도층을 형성하는 2회의 액상 공정이 교대로 행하여지는 경우에 대하여 나타내었다. 그러나, 기상법에 의한 초전도층의 형성과 액상법에 의한 초전도층의 형성이 2회 이상 교대로 행해져도 된다.
한편, 본 실시예에 있어서는 초전도층(6)이 초전도 박막 재료를 구성하는 층 중 최상의 층인 경우에 대하여 나타내었지만, 초전도층(6)을 형성한(스텝 S6) 후에, 초전도층(6)에 접하도록 별도의 초전도층이 형성되어도 된다. 이 초전도층은 기상법에 의해 형성되어도 되고, 액상법에 의해 형성되어도 된다. 이것에 의해, 표면 평활성이 우수한 초전도층(6) 위에 별도의 초전도층을 형성하여 초전도 박막 재료의 후막화를 도모할 수 있다.
(실시예 3)
도 7은 본 발명의 실시예 3에 있어서의 초전도 박막 재료의 구성을 개략적으로 나타내는 부분 단면 사시도이다. 도 7을 참조하여, 본 실시예에 있어서의 초전도 박막 재료(10)는 이면측 기상 성장 초전도층으로서의 초전도층(7)과, 이면측 액상 성장 초전도층으로서의 초전도층(8)을 더 구비하고 있다.
초전도층(7) 및 초전도층(8)은 금속 기판(1)의 이면(1b) 측에 적층하여 형성되어 있다. 초전도층(7) 및 초전도층(8)은 실질적으로 같은 재질의 재료로 이루어져 있고, 예컨대 RE123계의 조성을 갖고 있다.
다음으로 본 실시예에 있어서의 초전도 박막 재료의 제조 방법에 대해서 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 있어서의 초전도 박막 재료의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 실시예의 초전도 박막 재료의 제조 방법으로서는 초전도층(6)을 형성한(스텝 S6) 후에, 금속 기판(1)의 이면(1b) 에 접하도록 예컨대 RE123계의 조성을 갖는 초전도층(7)이 기상법에 의해 형성된다(스텝 S7). 초전도층(7)을 형성할 때의 기상법으로서는 예컨대 레이저 증착법, 스퍼터링법 또는 전자빔 증착법 등이 사용된다. 계속해서, 초전도층(7)에 접하도록 예컨대 RE123계의 조성을 갖는 초전도층(8)이 MOD 법 등의 액상법에 의해 형성된다(스텝 S8). 이상의 공정에 의해 초전도 박막 재료(10)가 완성된다.
본 실시예에 있어서의 초전도 박막 재료(10) 및 그 제조 방법에 의하면, 실시예 1의 초전도 박막 재료 및 그 제조 방법과 같은 효과를 얻을 수 있다. 더해서, 금속 기판(1)의 표면(1a) 측 및 이면(1b) 측 양쪽에 초전도 박막 재료를 형성할 수 있기 때문에, 초전도 선재의 전류의 경로를 늘릴 수 있어, 임계 전류 밀도 및 임계 전류치를 한층 더 향상할 수 있다.
한편, 초전도층(7)의 형성(스텝 S7) 및 초전도층(8)의 형성(스텝 S8)의 일련의 공정이 행해지는 타이밍은 임의이며, 예컨대 금속 기판(1)을 준비한(스텝 S1) 직후에 행해져도 되고, 초전도층(3)을 형성한(스텝 S2) 직후에 행해져도 된다. 또한, 금속 기판(1)과 초전도층(7) 사이에 중간층이 형성되어도 된다.
실시예 1~3에 있어서는 RE123계의 조성을 갖는 재료로 이루어지는 초전도층을 형성하는 경우에 대하여 나타내었지만, 본 발명은 이러한 경우로 한정되는 것이 아니라, 예컨대 비스무트계 등의 다른 재질의 초전도층을 형성하는 제조 방법에도 적용할 수 있다.
또한, 실시예 1~3에서는 금속 기판(1)의 표면(1a)에 중간층(2)이 형성되는 경우에 대해서 나타내었지만 중간층(2)은 생략되어도 된다. 이 경우에는 초전도 층(3)이 금속 기판(1)에 접하도록 형성된다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 초전도 박막 재료로서 이하의 비교예 A, 본 발명예 B, 본 발명예 C, 비교예 D 및 비교예 E 각각을 제조하고, 임계 전류치 및 표면 평활성을 측정했다.
비교예 A : Ni 합금 기판상에 기상 증착법을 이용하여 금속계 산화물로 이루어지는 중간층을 성막했다. 중간층 표면의 표면 거칠기 Ra는 5nm였다. 계속해서 PLD 법을 이용하여 중간층 위에 HoBa2Cu3Ox(HoBCO)로 이루어지는 초전도층을 0.2㎛의 막 두께로 성막했다.
본 발명예 B : 처음에, 비교예 A와 같은 구조를 제작했다. 계속해서, 초전도층 상에 MOD 법을 이용하여 HoBa2Cu3Ox(HoBCO)로 이루어지는 초전도층을 0.3㎛의 막 두께로 성막했다. 이것에 의해, 초전도층의 총 막 두께는 0.5㎛이 되었다.
본 발명예 C : 처음에, 본 발명예 B와 같은 구조를 제작했다. 계속해서, 초전도층 상에 PLD 법을 이용하여 HoBa2Cu3Ox(HoBCO)로 이루어지는 초전도층을 0.3㎛의 막 두께로 성막했다. 이것에 의해, 초전도층의 총 막 두께는 0.8㎛이 되었다.
비교예 D : 처음에, 비교예 A와 같은 구조를 제작했다. 계속해서, 초전도층 상에 PLD 법을 이용하여 HoBa2Cu3Ox(HoBCO)로 이루어지는 초전도층을 0.3㎛의 막 두께로 성막했다. 이것에 의해, 초전도층의 총 막 두께는 0.5㎛이 되었다.
비교예 E : 처음에, 비교예 D와 같은 구조를 제작했다. 계속해서, 초전도층 상에 PLD 법을 이용하여 HoBa2Cu3Ox(HoBCO)로 이루어지는 초전도층을 0.3㎛의 막 두께로 성막했다. 이것에 의해, 초전도층의 총 막 두께는 0.8㎛이 되었다.
비교예 A, 본 발명예 B, 본 발명예 C, 비교예 D 및 비교예 E 각각으로 측정된 1cm 폭당 임계 전류치 및 표면 거칠기 Ra를 표 1, 도 9 및 도 10에 나타낸다. 한편, 표면 거칠기 Ra란 JIS(Japanese Industrial Standards)에 규정된 산술 평균 거칠기 Ra의 것을 의미한다.
Figure 112008064548267-pct00001
표 1, 도 9 및 도 10을 참조하여, 비교예 A, 본 발명예 B 및 본 발명예 C 각각을 비교하여, 초전도층의 막 두께가 두껍게 됨에 따라서 임계 전류치가 증가하고 있다. 비교예 A, 비교예 D 및 비교예 E 각각을 비교한 경우에도, 초전도층의 두껍게 됨에 따라서 임계 전류치가 증가하고 있다. 이것은 초전도층의 막 두께가 두껍게 됨에 따라서 전류가 흐르는 부분의 단면적이 커지기 때문이다. 또한, 본 발명예 B와 비교예 D를 비교하여, 본 발명예 B와 비교예 D는 같은 막 두께임에도 불구하고, 본 발명예 B 쪽이 표면 거칠기 Ra가 작고, 또한 임계 전류값이 크다. 본 발명예 C와 비교예 E를 비교한 경우에도, 본 발명예 C와 비교예 E는 같은 막 두께임에도 불구하고, 본 발명예 C 쪽이 표면 거칠기 Ra가 작고, 또한 임계 전류치가 크다. 이 때문에, 본 발명예와 같이 기상법으로 초전도층을 형성한 후에 액상법으로 초전도층을 형성함으로써, 초전도층의 표면 평활성을 향상할 수 있어서, 임계 전류 밀도 및 임계 전류치를 향상할 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상에 개시된 실시예 및 실시예는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 이상의 실시예 및 실시예가 아니라, 청구의 범위에 의해서 나타내어지고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 수정이나 변형을 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명은 예컨대 초전도 한류기, 자장 발생 장치, 초전도 케이블, 초전도 부스바 및 초전도 코일 등을 포함하는 초전도 기기에 적합하다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 레이저 증착법에 의해 기상 성장 초전도층을 형성하는 n(n은 2 이상의 정수)회의 기상 공정과,
    유기 금속퇴적법에 의해 액상 성장 초전도층을 형성하는 n회의 액상 공정
    를 구비하되,
    상기 n회의 기상 공정 중 제 1 기상 공정에 있어서 제 1 기상 성장 초전도층을 형성하고,
    상기 n회의 액상 공정 중 제 1 액상 공정에 있어서 상기 제 1 기상 성장 초전도층에 접하도록 제 1 액상 성장 초전도층을 형성하며,
    상기 n회의 기상 공정 중 제 k(k는 n≥k≥2을 만족시키는 정수) 기상 공정에 있어서, 제 k-1 액상 성장 초전도층에 접하도록 제 k 기상 성장 초전도층을 형성하고,
    상기 n회의 액상 공정 중 제 k 액상 공정에 있어서, 제 k 기상 성장 초전도층에 접하도록 제 k 액상 성장 초전도층을 형성하는 것
    을 특징으로 하는 초전도 박막 재료의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 n 액상 공정의 후에, 상기 제 n 액상 성장 초전도층에 접하도록 초전도층을 형성하는 공정을 더 구비한 초전도 박막 재료의 제조 방법.
  7. 청구항 5에 기재된 초전도 박막 재료의 제조 방법에 의해 제조된 초전도 박막 재료를 이용한 초전도 기기.
  8. 삭제
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