KR101719266B1 - Superconductor, superconducting wire, and method of forming the same - Google Patents
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Abstract
초전도체는 희토류, 바륨 및 구리를 포함하는 초전도 전구체를 열처리하여 액상의 희토류-구리-바륨 산화물을 형성하는 제1 단계, 상기 액상의 희토류-구리-바륨 산화물로부터 에피택시 성장된 상기 희토류-구리-바륨 산화물의 제1 초전도체를 형성하는 제2 단계, 그리고 상기 제1 초전도체를 열처리하여 상기 희토류-구리-바륨 산화물의 제2 초전도체를 형성하는 제3 단계를 포함하는 공정으로 형성되고, 상기 제3 단계의 열처리는 상기 희토류-구리-바륨 산화물이 액상을 갖지 않는 분위기에서 수행된다. The superconductor comprises a first step of heat treating a superconducting precursor comprising rare earth, barium and copper to form a liquid rare earth-copper-barium oxide, the rare-earth copper-barium oxide epitaxially grown from the liquid rare earth- A second step of forming a first superconductor of oxide, and a third step of forming a second superconductor of rare earth-copper-barium oxide by heat-treating the first superconductor, The heat treatment is performed in an atmosphere in which the rare earth-copper-barium oxide does not have a liquid phase.
Description
본 발명은 초전도체에 관한 것이다.The present invention relates to a superconductor.
초전도체(superconductor)는 낮은 온도에서 전기 저항이 사라져 많은 양의 전류를 흘릴 수 있다. 최근, 이축 배향된 집합조직을 갖는 얇은 완충층 또는 금속 기판 상에 초전도체을 형성하는 2세대 고온초전도체(Coated Conductor)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 2세대 고온초전도체는 여러 가지 분야에 응용될 수 있다. 예를 들어, 2세대 고온초전도체를 이용한 선재는 일반적인 금속선 보다 월등히 우수한 단위 면적당 전류 수송 능력을 갖는다. 2세대 고온초전도체를 이용한 선재는 전력기기의 전력손실을 줄일 수 있으며, MRI, 초전도 자기부상열차 및 초전도 추진선박 등과 같은 분야에서 이용될 수 있다.Superconductors can dissipate a large amount of current due to the loss of electrical resistance at low temperatures. Recently, studies on a thin buffer layer having a biaxially oriented texture or a second generation high temperature superconductor (Coated Conductor) forming a superconductor on a metal substrate have been actively studied. Second generation high-temperature superconductors can be applied to various fields. For example, a wire using a second-generation high-temperature superconductor has a current-carrying capacity per unit area that is far superior to a general metal wire. The second-generation high-temperature superconductor-based wire rod can reduce the power loss of electric power equipment and can be used in fields such as MRI, superconducting magnetic levitation train, and superconducting propulsion vessel.
본 발명의 일 과제는 자속 고정점들을 함유하는 초전도체를 제공한다.An object of the present invention is to provide a superconductor containing magnetic flux fixing points.
본 발명의 다른 과제는 자속 고정점들을 함유하는 초전도 선재를 제공한다. Another object of the present invention is to provide a superconducting wire containing magnetic flux fixing points.
본 발명의 또 다른 과제는 자속 고정점들을 함유하는 초전도체를 형성하는 방법을 제공한다.Yet another object of the present invention is to provide a method of forming a superconductor containing magnetic flux fixing points.
초전도체의 형성방법이 제공된다. 상기 방법은 희토류, 바륨 및 구리를 포함하는 제1 초전도 전구체를 제공하고; 상기 제1 초전도 전구체에 전-열처리 공정을 수행하여, 희토류-구리-바륨 산화물이 에피택시 성장된 제1 초전도체를 형성하고; 그리고 상기 에피택시 성장된 제1 초전도체에 후-열처리 공정을 수행하여 제2 초전도체를 형성하는 것을 포함한다. 상기 전-열처리 공정은: 상기 제1 초전도 전구체를 제1 온도와 제1 산소분압으로 열처리하여 비정질의 제2 초전도 전구체를 형성하고; 상기 비정질의 제2 초전도 전구체를 상기 제1 온도와, 제1 산소분압보다 높은 제2 산소분압으로 열처리하여 희토류 산화물 알갱이들을 함유하는 액상의 제3 초전도 전구체를 형성하고; 그리고 상기 액상의 제3 초전도 전구체를 상기 제2 산소분압과, 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 열처리하여 상기 에피택시 성장된 제1 초전도체와, 상기 에피택시 성장된 제1 초전도체 내에 구리 산화물 알갱이들을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 후-열처리 공정은 상기 에피택시 성장된 제1 초전도체를 상기 제2 산소분압보다 높은 제3 산소분압과, 상기 제1 온도보다 낮고 상기 제2 온도보다 높은 제3의 온도로 열처리하여 상기 에피택시 성장된 제1 초전도체 내에 c-축 방향으로 정렬된 구리 산화물 플레이트들을 형성하는 것을 포함할 수 있다.A method of forming a superconductor is provided. The method includes providing a first superconducting precursor comprising rare earth, barium and copper; Performing a pre-heat treatment process on the first superconducting precursor to form a first superconductor in which rare-earth-copper-barium oxide is epitaxially grown; And subjecting the epitaxially grown first superconductor to a post-heat treatment process to form a second superconductor. Wherein the pre-heat treating step comprises: heat treating the first superconducting precursor at a first temperature and a first oxygen partial pressure to form an amorphous second superconducting precursor; Heat treating the amorphous second superconducting precursor at the first temperature and a second oxygen partial pressure higher than the first oxygen partial pressure to form a liquid third superconducting precursor containing rare earth oxide grains; And heat treating the liquid third superconducting precursor at a second oxygen partial pressure and a second temperature lower than the first temperature to form the first superconductor having the epitaxial growth and the copper oxide grains in the first epitaxially grown superconductor, Lt; / RTI > The post-annealing process may include annealing the epitaxially grown first superconductor at a third oxygen partial pressure higher than the second oxygen partial pressure and a third temperature lower than the first temperature and higher than the second temperature, And forming c-axis aligned copper oxide plates in the grown first superconductor.
일 예로, 상기 제1 초전도 전구체는 10-6 ~ 10-3 Torr의 상기 제1 산소분압과, 860℃의 상기 제1 온도로 열처리될 수 있다.As an example, the first superconducting precursor may be heat treated to the first oxygen partial pressure of 10 -6 to 10 -3 Torr and the first temperature of 860 ° C.
일 예로, 상기 비정질의 제2 초전도 전구체는 10-2 ~ 10-1 Torr의 상기 제2 산소 분압과, 860℃의 상기 제1 온도로 열처리될 수 있다.As an example, the amorphous second superconducting precursor may be heat treated to the second oxygen partial pressure of 10 -2 to 10 -1 Torr and the first temperature of 860 ° C.
일 예로, 상기 액상의 제3 초전도 전구체는 30mTorr의 상기 제2 산소 분압과, 740℃ 이하의 상기 제2 온도로 열처리될 수 있다.As an example, the liquid third superconducting precursor may be heat treated to the second oxygen partial pressure of 30 mTorr and the second temperature of 740 캜 or lower.
일 예로, 상기 에피택시 성장된 제1 초전도체는 300mTorr의 상기 제3 산소 분압과, 800℃의 상기 제3 온도로 열처리될 수 있다.As an example, the epitaxially grown first superconductor may be heat treated to the third oxygen partial pressure of 300 mTorr and the third temperature of 800 ° C.
일 예로, 상기 에피택시 성장된 제1 초전도체의 상기 희토류-구리-바륨 산화물은 상기 희토류 산화물 알갱이들로부터 형성될 수 있다.In one example, the rare earth-copper-barium oxide of the epitaxially grown first superconductor may be formed from the rare earth oxide grains.
일 예로, 상기 제2 초전도체는 그의 내부에 분산된 희토류 산화물의 알갱이 및 구리 산화물의 적층 결합을 함유할 수 있다.In one example, the second superconductor may contain a laminate of rare earth oxide particles and copper oxide dispersed therein.
일 예로, 상기 희토류 산화물은 RE2O3이고, 상기 제1 초전도체는 RE1+ xBa2 -xCu3O7-δ의 상을 갖고 상기 제2 초전도체는 RE1+ yBa2 - yCu3O7 -δ의 상을 갖고, 0<x<1, x>y, 및 0<δ<1이고, RE는 La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 및 Lu을 포함하는 란타늄족 원소 중의 적어도 하나 또는 Y을 포함할 수 있다.For example, the rare earth oxide is RE 2 O 3 , the first superconductor has an image of RE 1 + x Ba 2 - x Cu 3 O 7 -δ, the second superconductor is RE 1+ y Ba 2 - y Cu 3 Y, and Y have the phases of O 7 -δ , 0 <x <1, x> y, and 0 <δ <1, and RE is La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, , And at least one of the lanthanide elements including Lu, or Y.
일 예로, 상기 제2 초전도체는 RE2BaCuO5을 더 함유할 수 있다.In one example, the second superconductor may further contain RE 2 BaCuO 5 .
일 예로, 상기 희토류-구리-바륨 산화물은 테이프 형상의 기판 상에 형성되고, 상기 기판은 집합조직을 갖는 금속 기판 상에 형성된 산화물 버퍼층을 포함할 수 있다.In one example, the rare earth-copper-barium oxide is formed on a tape-shaped substrate, and the substrate may include an oxide buffer layer formed on the metal substrate having the texture.
일 예로, 상기 희토류 산화물 알갱이들은 상기 산화물 버퍼층으로부터 상기 액상의 제3 초전도 전구체 내에 성장될 수 있다.In one example, the rare earth oxide grains may be grown from the oxide buffer layer into the third superconducting precursor in the liquid phase.
본 발명의 실시예들에 따르면, 우수한 결정성을 갖는 초전도체를 보다 빠른 공정으로 형성할 수 있다. 이와 함께 초전도체 내부에 자속고정점들(pinning centers)로 기능할 수 있는 희토류 산화물의 알갱이 및/또는 적층 결함을 용이하게 형성할 수 있다. 나아가, 초전도체의 임계온도(Tc)를 증가시킬 수 있고, 자기장 하에서의 임계전류 특성을 개선할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, a superconductor having excellent crystallinity can be formed in a faster process. In addition, it is possible to easily form granular and / or laminated defects of rare earth oxides which can function as magnetic pinning centers in the superconductor. Further, the critical temperature Tc of the superconductor can be increased, and the critical current characteristic under the magnetic field can be improved.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 초전도체의 형성방법을 설명하는 플로우 챠트이다.
도 2A는 GdBCO의 상태도(phase diagram) 및 본 발명에 따른 전-열처리 공정의 일 예를 나타낸다.
도 2B는 GdBCO의 상태도(phase diagram) 및 본 발명에 따른 후-열처리 공정의 일 예를 나타낸다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 초전도체의 형성방법을 나타내는 단면도들이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예들에 따라 형성된 에피택시 초전도체의 TEM 이미지들이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따라 형성된 희토류-바륨-구리 산화물의 에피택시 초전도체의 XRD이다.
도 13a 및 도 13b은 각각 후-열처리 공정 전과 후-열처리 공정 후의 에피택시 초전도체의 TEM 이미지들이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따라 형성된 초전도체의 임계온도(Tc) 특성을 나타낸다.
도 15는 본 발명의 실시예들 따라 형성된 초전도체의 외부 인가 자기장 하에서의 임계전류(Jc) 특성을 나타낸다.
도 16 내지 도 19를 참조하여, 본 발명의 개념에 따른 초전도체 형성 장치의 일 예가 개략적으로 설명된다.1 is a flow chart illustrating a method of forming a superconductor according to embodiments of the present invention.
2A shows a phase diagram of GdBCO and an example of a pre-heat treatment process according to the present invention.
FIG. 2B shows an example of a phase diagram of GdBCO and a post-heat treatment process according to the present invention.
3 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of forming a superconductor according to embodiments of the present invention.
8 to 10 are TEM images of an epitaxial superconductor formed according to embodiments of the present invention.
11 is an XRD of an epitaxial superconductor of rare earth-barium-copper oxide formed in accordance with embodiments of the present invention.
13A and 13B are TEM images of epitaxial superconductors after the post-annealing process and after the annealing process, respectively.
Figure 14 shows the critical temperature (Tc) characteristics of a superconductor formed in accordance with embodiments of the present invention.
Figure 15 shows the critical current (Jc) characteristics under an externally applied magnetic field of a superconductor formed according to embodiments of the present invention.
16 to 19, an example of an apparatus for forming a superconductor according to the concept of the present invention will be schematically described.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. In addition, since they are in accordance with the preferred embodiment, the reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order.
이하의 실시예들에서는 초전도체로 GdBCO가 설명되지만 이에 한정되는 것은 아니다. GdBCO는 RE1+ xBa2 - xCu3O7 -δ(0<x<1, 0<δ<1)을 의미한다. 이하 보다 상세하게 설명된다.In the following embodiments, GdBCO is described as a superconductor, but the present invention is not limited thereto. GdBCO means RE 1 + x Ba 2 - x Cu 3 O 7 -δ (0 <x <1, 0 <δ <1). Will be described in more detail below.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 초전도체의 형성방법을 설명하는 플로우 챠트이다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 초전도체의 형성방법은 기판 상에 초전도 전구체 막을 형성하는 공정(S10), 에피택시 초전도체을 형성하는 전-열처리 공정(pre-annealing process, S20), 및 에피택시 성장된 초전도체의 성능을 향상시키는 후-열처리 공정(post-annealing process, S30)을 포함할 수 있다. 1 is a flow chart illustrating a method of forming a superconductor according to embodiments of the present invention. Referring to FIG. 1, a method of forming a superconductor according to embodiments of the present invention includes a step (S10) of forming a superconducting precursor film on a substrate, a pre-annealing process (S20) of forming an epitaxial superconductor, And a post-annealing process (S30) that improves the performance of epitaxially grown superconductors.
도 2A는 GdBCO의 상태도(phase diagram) 및 본 발명에 따른 전-열처리 공정의 일 예를 나타낸다. 도 2B는 GdBCO의 상태도(phase diagram) 및 본 발명에 따른 후-열처리 공정의 일 예를 나타낸다. 2A shows a phase diagram of GdBCO and an example of a pre-heat treatment process according to the present invention. FIG. 2B shows an example of a phase diagram of GdBCO and a post-heat treatment process according to the present invention.
도 2A 및 도 2B를 참조하여, 제1 영역(R1)은 대략 10-2 Torr 이하의 산소분압 및 850℃ 이하의 온도에서의 상태일 수 있다. 제2 영역(R2)은 대략 10-1 ~ 10-2 Torr 이하의 산소분압 및 850℃ 이상의 온도에서의 상태일 수 있다. 제3 영역(R3)은 대략 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2) 보다 높은 산소분압의 상태일 수 있다. 제3 영역(R3)과 제1 및 제2 영역들(R1, R2)은 경계선 I에 의하여 구분될 수 있다. 제1 영역(R1)에서, GdBCO는 Gd2O3, GdBa6Cu3O7 -δ(0<δ<1) 및 액상(liquid phase)을 갖는 것으로 이해될 수 있다. 여기서 액상은 Ba, Cu 및 O을 주성분으로 하고 Gd가 녹아 들어간 액체 상태이다. 제2 영역(R2)에서, GdBCO는 Gd2O3 및 액상을 갖는 것으로 이해될 수 있다. 제3 영역(R3)에서, GdBCO는 에피택시 GdBCO을 갖는 것으로 이해될 수 있다.Referring to Figs. 2A and 2B, the first region Rl may be in a state at an oxygen partial pressure of about 10 < -2 > Torr or less and a temperature of 850 DEG C or less. The second region R2 may be in an oxygen partial pressure of about 10 < -1 > to 10 < -2 > Torr or less and at a temperature of 850 DEG C or higher. The third region R3 may be in a state of higher oxygen partial pressure than the first region R1 and the second region R2. The third region R3 and the first and second regions R1 and R2 may be separated by a boundary line I. [ In the first region R1, GdBCO can be understood to have Gd 2 O 3 , GdBa 6 Cu 3 O 7 -δ (0 <δ <1) and a liquid phase. Here, the liquid phase is a liquid state containing Ba, Cu and O as main components and Gd dissolved therein. In the second region (R2), GdBCO may be understood to have a Gd 2 O 3 and liquid phases. In the third region R3, GdBCO can be understood to have an epitaxial GdBCO.
도 3 내지 도 7 및 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 초전도체의 형성방법을 나타내는 단면도들이다. 도 2 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 초전도체의 형성방법이 개략적으로 설명된다.3 to 7 and 12 are cross-sectional views illustrating a method of forming a superconductor according to embodiments of the present invention. Referring to Figs. 2 to 7, a method of forming a superconductor according to embodiments of the present invention will be schematically described.
도 3을 참조하여, 기판(10)이 제공된다. 기판(10)은 2축 배향된 집합조직(biaxially aligned textured structure)을 가질 수 있다. 기판(10)은 예를 들어, 금속 기판일 수 있다. 금속 기판은, 압연 열처리된 Ni, Ni계 합금(Ni-W, Ni-Cr, Ni-Cr-W 등), 스테인레스, 은, 은 합금, Ni-은 복합체 등의 입방정계 금속일 수 있다. 기판(10)은 판상 또는 선재를 위한 테이프 형상일 수 있다.Referring to Fig. 3, a
기판(10) 상에 IBAD 층(20)이 형성될 수 있다. IBAD 층(20)은 순차적으로 적층된 확산 방지막(예를 들면, Al2O3), 씨드막(예를 들면, Y2O3), 및 MgO 막을 포함할 수 있다. IBAD 층(20)은 IBAD 방법으로 형성된다. MgO 막 상에 에피택시 성장된 호모 에피 MgO(homoepi-MgO) 막이 더 형성될 수 있다. IBAD 층(20) 상에 버퍼층(30)이 형성될 수 있다. 버퍼층(30)은 LaMnO3, LaAlO3, CeO2 또는 SrTiO3 을 포함할 수 있다. 버퍼층(30)은 스퍼터링 방법으로 형성될 수 있다. IBAD 층(20) 및 버퍼층(30)은 기판(10)과 그 상부의 초전도 물질과의 반응을 방지하고 2축 배향된 집합조직의 결정성을 전달하는 역할을 한다.An IBAD
도 1 및 도 4를 참조하여, 버퍼층(30) 상에 초전도 전구체(precursor, 40)가 형성된다.(S10) 초전도 전구체(40)는, 예를 들어 희토류 원소(RE) 중의 적어도 하나(예를 들어, Gd), 구리(Cu) 및 바륨(Ba)을 포함할 수 있다. 희토류 원소(RE)는 이트륨(Y) 및 란타늄족 원소를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 란타늄족 원소는 잘 알려진 바와 같이, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 등을 포함한다. 1 and 4, a
초전도 전구체(40)는 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 초전도 전구체(40)는, 예를 들면 증발법(REactive co-evaporation), PLD, 스퍼터링, CVD, 유기금속 증착법(Metal Organic Deposition: MOD) 또는 졸-겔(sol-gel) 방법으로 형성될 수 있다. 초전도 전구체(40)의 형성은 전술한 특정방법에 한정되지 않는다. The
일 방법으로, 초전도 전구체(40)는 증발법으로 형성될 수 있다. 증발법은 희토류 원소(RE) 중의 적어도 하나, 구리(Cu) 및 바륨(Ba)을 담은 그릇들에 전자 빔을 조사하여, 생성되는 금속 증기(metal vapor)를 기판 상에 제공하여 초전도 전구체를 증착할 수 있다. As one method, the
다른 방법으로, 초전도 전구체(40)는 유기금속 증착법(Metal Organic Deposition: MOD)으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 유기 용매에 희토류(RE)-아세테이트, 바륨(Ba)-아세테이트, 구리(Cu)-아세테이트를 용해시키고, 증발 증류 및 재용해-중합(REfluxing) 공정을 거쳐서, 희토류 원소(RE) 중의 적어도 하나, 구리(Cu) 및 바륨(Ba)을 포함하는 금속 전구용액을 제조한다. 기판 상에 금속 전구용액을 도포한다. Alternatively, the
또 다른 방법으로, 초전도 전구체(40)는 희토류 원소(RE) 중의 적어도 하나(예를 들어, Gd), 구리(Cu) 및 바륨(Ba)을 포함하는 파우더들일 수 있다. Alternatively, the
이후, 에피택시 초전도체 형성을 위한 전-열처리 공정(pre-annealing process, S20)이 수행될 수 있다. 이하, 전-열처리 공정이 자세하게 설명된다.Thereafter, a pre-annealing process (S20) for forming an epitaxial superconductor may be performed. Hereinafter, the pre-heat treatment process will be described in detail.
도 2 및 도 5를 참조하여, 초전도 전구체(40)가 형성된 기판(10)을 제1 열처리한다. 제1 열처리는 10-3 Torr 내지 10-6 Torr의 산소분압 하에서 수행될 수 있다. 제1 열처리의 산소분압은, 예를 들어 대략 10-5 Torr일 수 있다. 제1 열처리의 온도는 800 ~ 1000℃ (예를 들면, 대략 860℃)로 상승될 수 있다. 제1 열처리는 도 2A의 경로 IA을 따라 수행될 수 있다. 제1 열처리에 의하여, 기판(10 상에 비정질의 초전도 전구체(40)가 형성될 수 있다.2 and 5, the
도 2 및 도 6을 참조하여, 비정질의 초전도 전구체(40)가 형성된 기판(10)을 제2 열처리한다. 제2 열처리는 800 ~ 1000℃ (예를 들면, 대략 860℃)의 온도에서 수행될 수 있다. 제2 열처리는 제1 열처리에서 보다 산소분압을 증가시켜 수행될 수 있다. 제2 열처리 동안의 산소분압은, 예를 들어 10-5 Torr로부터 10-2 Torr 내지 10-1 Torr(예를 들어 30mTorr)로 증가될 수 있다. 제2 열처리는 도 2A의 경로 IB를 따라 수행될 수 있다. 제2 열처리에 의하여, 비정질의 초전도 전구체(40)는 액상의 초전도 전구체(41)로 변하고, 액상의 초전도 전구체(41) 내에 희토류 산화물(예를 들면, Gd2O3)이 형성될 수 있다. 희토류 산화물(43)은 기판(10) 상의 버퍼층(30)으로부터 성장(dendric growth)될 수 있다. 즉, 경로 IB를 따른 제2 열처리에 의하여, 희토류 산화물(43)을 함유하는 액상의 초전도 전구체(41)가 형성된다. 2 and 6, the
도 2 및 도 7을 참조하여, 희토류 산화물(43)을 함유하는 액상의 초전도 전구체(41)를 제3 열처리한다. 제3 열처리는 대략 10-2 Torr 내지 10-1 Torr의 산소분압(예를 들면, 100mTorr) 하에서 온도를 감소시키는 냉각 공정(cooling process)일 수 있다. 냉각 속도는 1℃/1hr 이상(대략 5℃/1hr)일 수 있다. 제3 열처리는 도 2A의 경로 IC을 따라 수행될 수 있다. 제3 열처리에 의하여, 희토류-바륨-구리 산화물의 에피택시 초전도체(45)가 형성된다. 희토류-바륨-구리 산화물의 에피택시 초전도체(45)는 희토류 산화물(43)의 희토류를 소모하면서 액상의 초전도 전구체(41)로부터 생성될 수 있다. 이러한 방법으로, 매우 빠른 공정으로 결정성이 띄어난 에피택시 초전도체(45)가 형성될 수 있다. 에피택시 초전도체(45)는 RE1+ xBa2 - xCu3O7 -δ(0<x<1, 0<δ<1)의 상을 가질 수 있다. 2 and 7, the liquid
이와 함께, 희토류 산화물(43)의 크기는 줄어들고, 희토류 산화물(43)은 길쭉한 모양의 알갱이들로 변화된다. 희토류 산화물(43)의 알갱이들은 대략 1㎛이하의 크기를 가질 수 있다. 에피택시 초전도체(45) 내에는 희토류 산화물(43)의 알갱이들 뿐만 아니라, 액상의 잔류물(48) 및 구리 산화물(47)의 알갱이들이 추가로 생성될 수 있다. 에피택시 초전도체(45)의 상부면 상에는 또 다른 액상의 잔류물(49)이 잔류할 수 있다. 액상의 잔류물들(48, 49)은 에피택시 초전도체(45)로 변화되지 않은 액상의 초전도 전구체(41)에 기인하고, 바륨-구리 산화물일 수 있다.At the same time, the size of the
에피택시 초전도체(45) 내에 생성된 알갱이들(43, 47)은 초전도체의 자속 고정점들로 기능할 수 있다. 희토류 산화물(43)의 알갱이들의 폭은 대략 수십nm 내지 100nm일 수 있다. 희토류 산화물(43)의 알갱이들의 폭은, 바람직하게는 100nm 이하일 수 있다. The
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예들에 따라 형성된 에피택시 초전도체(45)의 TEM 이미지들이다. 도 8은 기판(10) 상에 형성된 에피택시 초전도체(45), 그 내부에 함유된 희토류 산화물(43)의 알갱이, 및 액상의 잔류물들(48, 49)을 보여준다. 도 9 및 도 10은 기판(10) 상에 형성된 에피택시 초전도체(45) 및 희토류 산화물(예를 들면, Gd2O3)(43)의 알갱이를 보여준다. 희토류 산화물(43)의 알갱이들의 폭은 대략 수십nm이었다. 8 to 10 are TEM images of an
도 11은 본 발명의 실시예들에 따라 형성된 희토류-바륨-구리 산화물의 에피택시 초전도체(45)의 XRD이다. 도 11은 희토류-바륨-구리 산화물의 에피택시 초전도체(45)의 좋은 결정성을 보여준다.11 is an XRD of a rare earth-barium-copper
전-열처리 공정(S20)을 위하여, 전술한 실시예들과 다른 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 전-열처리 공정은 도 2A 상태도의 경로 IIA 및 경로 IIB를 따라 수행될 수 있다. 먼저, 경로 IIA를 따른 제1 열처리가 수행될 수 있다. 경로 IIA를 따른 제1 열처리는, 예를 들면 10-2 ~ 10-1 Torr의 산소 분압 하에서 수행될 수 있다. 제1 열처리의 온도는 상온에서 대략 800℃ 이상(예를 들면, 850℃ 이상)으로 증가될 수 있다. 경로 IIA를 따른 제1 열처리는 도 2A의 상태도의 경계선 I를 지난다. 이에 따라, 희토류 산화물(43)을 함유하는 액상의 초전도 전구체(41)가 형성된다.(도 6 참조) For the pre-heat treatment step S20, a method different from the above-described embodiments can be used. For example, the pre-heat treatment process may be performed along path IIA and path IIB in the state diagram of FIG. 2A. First, a first heat treatment along path IIA can be performed. The first heat treatment along the path IIA can be carried out under an oxygen partial pressure of, for example, 10 -2 to 10 -1 Torr. The temperature of the first heat treatment can be increased to about 800 ° C or more (for example, 850 ° C or more) at room temperature. The first heat treatment along the path IIA passes the boundary line I of the state diagram of FIG. 2A. As a result, a liquid
다음, 경로 IIB를 따른 제2 열처리가 수행될 수 있다. 경로 IIB를 따른 제2 열처리는, 예를 들면 10-2 Torr 내지 10-1 Torr의 산소분압(예를 들면, 100mTorr) 하에서 온도를 감소시키는 냉각 공정(cooling process)일 수 있다. 이에 따라, 희토류 산화물(43)의 알갱이들 및 에피택시 초전도체(45)가 형성될 수 있다. 에피택시 초전도체(45)는 RE1+xBa2-xCu3O7-δ(0<x<1, 0<δ<1)의 상을 가질 수 있다. (도 7 참조)Next, a second heat treatment along path IIB may be performed. The second heat treatment along the path IIB may be a cooling process which reduces the temperature under an oxygen partial pressure of, for example, 10 -2 Torr to 10 -1 Torr (for example, 100 mTorr). Accordingly, the grains of the
전술한 실시예들에 따른 에피택시 초전도체의 성장 과정은 액상 에피택시 성장법(liquid Phase Epitaxy: LPE)과 유사하다. The growth process of the epitaxial superconductor according to the above-described embodiments is similar to the liquid phase epitaxy (LPE).
*이후, 에피택시 성장된 초전도체의 성능을 향상시키는 후-열처리 공정(post-annealing process)이 수행될 수 있다.After this, a post-annealing process may be performed to improve the performance of the epitaxially grown superconductor.
도 2B 및 도 12를 참조하여, 에피택시 초전도체(45)를 후-열처리한다. 후-열처리는 경로 III을 따라 수행될 수 있다. 후-열처리는 에피택시 초전도체(45)가 액상을 갖지 않는 분위기에서 수행된다. 예를 들어, 후-열처리는 10-3 Torr 이상, 대략 10-2 Torr 내지 수 Torr의 산소분압(예를 들면, 300mTorr) 하에서 700 ~ 800℃의 온도에서 수행될 수 있다. 후-열처리에 의하여, 에피택시 초전도체(45)로부터 구리 산화물(예를 들면, CuO 또는 Cu2O)(46)이 생성될 수 있다. 이와 함께, 에피택시 초전도체(45)는 RE1+ yBa2 - yCu3O7 -δ의 상으로 변할 수 있다. 이때, x>y이다. 즉, 후-열처리에 의하여, 에피택시 초전도체(45)에서 구리 산화물(예를 들면, CuO 또는 Cu2O)이 빠져나갈 수 있다. 이러한 구리 산화물(46)은 에피택시 초전도체(45)의 c-축 방향으로 정열되어 적층된 플레이트들일 수 있다. 다르게 표현하면, 이러한 구리 산화물(46)은 에피택시 초전도체(45)와 다른 상을 갖는 REBaCuO 화합물(예를 들면, RE1+zBa2-zCu4O7-δ, 0<z<1)로 이해될 수 있다. 결국, 이러한 구리 산화물(46)은 에피택시 초전도체(45) 내에 적층 결함(46, stacking faults)을 형성할 수 있다. Referring to Figs. 2B and 12, the
도 13a 및 도 13b은 각각 후-열처리 공정 전과 후-열처리 공정 후의 에피택시 초전도체(45)의 TEM 이미지들이다. 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 후-열처리 공정 후에, 에피택시 초전도체(45) 내에 분산된 희토류 산화물(43)의 알갱이들, 및 GdBCO의 c-축에 평행한 적층 결함(46)이 생성됨을 알 수 있다.13A and 13B are TEM images of the
도 14는 본 발명의 실시예들에 따라 형성된 초전도체의 임계온도(Tc) 특성을 나타낸다. (a)는 후-열처리를 수행하지 않은 경우, (b)는 300mTorr의 압력 하에서 800℃에서 5분 동안 후-열처리한 경우, (c)는 300mTorr의 압력 하에서 800℃에서 10분 동안 후-열처리한 경우, (d)는 300mTorr의 압력 하에서 800℃에서 30분 동안 후-열처리한 경우, 그리고 (e)는 300mTorr의 압력 하에서 800℃에서 120분 동안 후-열처리한 경우의 온도-저항 그래프들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 후-열처리에 의하여 임계온도(Tc)가 대략 4K 정도 상승하였다.Figure 14 shows the critical temperature (Tc) characteristics of a superconductor formed in accordance with embodiments of the present invention. (b) is a post-heat treatment for 5 minutes at 800 ° C under a pressure of 300 mTorr, (c) is a post-heat treatment for 10 minutes at 800 ° C under a pressure of 300 mTorr, In one case, (d) shows temperature-resistance graphs in the case of post-heat treatment at 800 캜 for 30 minutes under a pressure of 300 mTorr, and (e) in post-heat treatment at 800 캜 for 120 minutes under a pressure of 300 mTorr do. As shown, the post-heat treatment increased the critical temperature Tc by about 4K.
도 15는 본 발명의 실시예들 따라 형성된 초전도체의 외부 인가 자기장 하에서의 임계전류(Jc) 특성을 나타낸다. (a)는 후-열처리를 수행하지 않은 경우이고, (b)는 본 발명에 따른 후-열처리를 수행한 경우(예를 들어, 300mTorr의 압력 하에서 800℃에서 30분 동안 후-열처리)이다. 초전도 물질은 GdBCO이었다. 측정 온도는 77 K이었고, 자기장의 세기는 1 테슬라(1T)이었다. 자기장의 세기는 일정하게 하였고, 자기장의 방향을 바꾸면서 임계전류를 측정하였다. 그림에서 각도 0도는 자기장이 초전도 선재의 표면과 평행한 방향이고, 90도는 초전도 선재의 표면과 수직한 방향이다.( 확인 부탁합니다. PPT 자료에는 90도가 자기장이 ab면에 평행한 것으로 되어 있습니다.) (a)의 임계전류의 크기는 50% 이상 변하는 반면, 본 발명에 따른 초전도체의 임계전류의 크기(b)는 각도에 따라 대략 20% 이내에서 변하였다. 초전도체에 임계전류 이상의 전류를 흐르면, 초전도체는 초전도 특성을 잃어버린다. 모터나 발전기 등의 전력 기기에서는, 그의 내부에 흐르는 전류에 의해 자기장이 발생하고 자기장의 방향은 제어하기 어렵다. 따라서 초전도체의 임계전류는 각도에 따른 가장 작은 값에 의해 결정된다. 본 발명에 따른 초전도체는 각도에 따른 임계전류의 변화가 매우 적기 때문에 전력 기기에 응용하기에 매우 유리하다.Figure 15 shows the critical current (Jc) characteristics under an externally applied magnetic field of a superconductor formed according to embodiments of the present invention. (a) is a case where post-heat treatment is not performed, and (b) is a case where post-heat treatment according to the present invention is performed (for example, post-heat treatment at 800 캜 for 30 minutes under a pressure of 300 mTorr). The superconducting material was GdBCO. The measurement temperature was 77 K and the magnetic field strength was 1 Tesla (1T). The intensity of the magnetic field was constant and the critical current was measured while changing the direction of the magnetic field. In the figure, the magnetic field at an angle of 0 degrees is parallel to the surface of the superconducting wire , and 90 degrees is perpendicular to the surface of the superconducting wire The direction of the critical current of the superconductor according to the present invention, while varying (please check. PPT material is 90 degrees to the magnetic field is ab is in parallel geoteu. The plane) size of the critical current of (a) at least 50% The size (b) varied within approximately 20% depending on the angle. When a current over a critical current flows through the superconductor, the superconductor loses its superconducting characteristic. In a power device such as a motor or a generator, a magnetic field is generated by a current flowing in the power device, and the direction of the magnetic field is difficult to control. Therefore, the critical current of a superconductor is determined by the smallest value according to the angle. The superconductor according to the present invention is very advantageous for application to electric power equipment because the change of the critical current according to the angle is very small.
이러한 초전도체의 우수한 특성은 그의 내부에 생성된 희토류 산화물 알갱이들 및 적층 결함들이 초전도체의 자속 고정점들로 기능하기 때문이다.The superior property of such a superconductor is that rare earth oxide grains and stacking faults generated therein function as the flux fixation points of the superconductor.
한편, 도 2A 및 도 2B는 GdBCO의 상태도를 나타내기 때문에, 구체적인 산소 분압 및 열처리 온도는 희토류 원소(RE)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 2A and 2B show the state diagram of GdBCO, the specific oxygen partial pressure and the heat treatment temperature may be varied depending on the kind of the rare earth element RE.
전술한 방법으로 형성된 초전도체는 기판(10) 상에 박막(film)으로 형성되는 초전도체일 수 있다. 전술한 실시예들은 초전도막의 형성을 설명하지만, 이에 한정되지 않는다. 전술한 실시예들의 열처리는 벌크 초전도체에도 적용될 수 있음은 자명할 것이다. 예를 들어, 비정질의 희토류-바륨-구리 산화물을 준비한다. 전술한 열처리 공정을 통하여 비정질의 희토류-바륨-구리 산화물은 단결정 구조의 희토류-바륨-구리 산화물로 변화될 수 있을 것이다. 단결정 구조의 희토류-바륨-구리 산화물은 그의 내부에 분산되어 함유된 희토류 산화물의 알갱이들, 바륨-구리 산화물의 알갱이들, 및 적층 결함을 포함할 수 있다.The superconductor formed by the above-described method may be a superconductor formed as a film on the
도 16 내지 도 19를 참조하여, 본 발명의 개념에 따른 초전도체 형성 장치의 일 예가 개략적으로 설명된다. 도 16 내지 도 19를 참조하여 설명되는 초전도체 형성 장치는 본 발명에 따른 일 예로 초전도 선재를 위한 것이고, 본 발명의 개념이 이에 한정되는 것은 아니다.16 to 19, an example of an apparatus for forming a superconductor according to the concept of the present invention will be schematically described. The superconductor forming apparatus described with reference to FIGS. 16 to 19 is an example of the superconducting wire according to the present invention, and the concept of the present invention is not limited thereto.
도 16은 본 발명에 따른 초전도체 형성 장치를 개략적으로 도시한다. 도 16을 참조하여, 초전도체 형성장치는 기판 상에 초전도 전구체 막을 형성하기 위한 박막 증착 유닛(100), 박막 증착 유닛(100)에서 형성된 초전도 전구체 막을 포함하는 기판을 열처리하기 위한 열 처리 유닛(200) 및 기판 공급/회수 유닛(300)을 포함한다. 박막 증착 유닛(100), 열 처리 유닛(200) 및 기판 공급/회수 유닛(300) 사이에 기판이 통과하고 진공을 유지할 수 있는 진공 로드(20)가 추가로 제공될 수 있다.Figure 16 schematically shows a device for forming a superconductor according to the present invention. 16, the apparatus for forming a superconductor includes a thin
도 17은 본 발명에 따른 초전도체 형성장치의 박막 증착 유닛(100)의 단면을 개략적으로 도시한다. 도 16 및 도 17을 참조하여, 박막 증착 유닛(100)은, 공정 챔버(110), 릴투릴(REel to REel) 장치(120), 및 증착부재(130)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 공정 챔버(110)는 기판(10)에 초전도 전구체 막을 형성하는 증착 공정이 이루어지는 공간을 제공한다. 공정 챔버(110)는 서로 마주보는 제1 측벽(111) 및 제2 측벽(112)을 포함한다. 제1 측벽(111)에 기판 공급/회수 유닛(300)과 연결되는 인입부(113)가 제공되고, 제2 측벽(112)에 열 처리 유닛(200)에 연결되는 인출부(114)가 제공된다. 기판(10)은 선재 공급/회수 유닛(300)으로부터 인입부(113)를 통해 공정 챔버(110) 안으로 인입되고, 인출부(114)를 통해 열 처리 유닛(200)으로 인입된다.17 schematically shows a cross section of a thin
증착부재(130)는 릴투릴 장치(120)의 아래에 제공될 수 있다. 기판(10)의 표면에 초전도 물질의 증기를 제공한다. 일 실시예로, 증착부재(130)는 증발법(co-evaporation)을 이용하여, 기판(10) 상에 초전도 전구체 막을 제공할 수 있다. 증착부재(130)는, 기판(10) 하부에, 전자빔에 의하여 금속 증기를 제공하는 금속 증기 소스들(131, 132,133)을 포함할 수 있다. 금속 증기 소스들은 희토류를 위한 소스, 바륨을 위한 소스 및 구리를 위한 소스를 포함할 수 있다.The deposition member 130 may be provided under the reel-to-
도 18은 본 발명에 따른 릴투릴 장치의 평면도를 도시한다. 도 18을 참조하여, 릴투릴 장치(120)는 제1 릴 부재(121) 및 제2 릴부재(122)를 포함하며, 제1 릴부재(121) 및 제2 릴부재(122)는 서로 이격되어 마주한다. 증착부재(130)는 제1 릴부재(121)와 제2 릴부재(122) 사이에 위치하는 기판의 아래에 위치한다. 제1 릴부재(121) 및 제2 릴부재(122)는 초전도 전구체 막의 증착이 이루어지는 영역에서 기판(10)을 멀티턴(multiturn)시킨다. 즉, 기판(10)은 제1 릴부재(121)와 제2 릴부재(122) 사이를 왕복하며 제1 릴부재(121) 및 제2 릴부재(122)에 턴된다. 제1 릴부재(121)는 공정 챔버(110)의 제1 측벽(111)에 인접하여 제공되고, 제2 릴부재(122)는 공정 챔버(110)의 제2 측벽(112)에 인접하여 제공될 수 있다. 제1 릴부재(121) 및 제2 릴부재(122)는 서로 동일한 구성을 가질 수 있다. 제1 릴부재(121) 및 제2 릴부재(122)는 기판(10)의 왕복 방향에 교차하는 방향으로 연장할 수 있다.18 shows a top view of a reel truing apparatus according to the present invention. 18, the
제1 릴부재(121) 및 제2 릴부재(122)는 각각 제1 릴부재(121) 및 제2 릴부재(122)의 연장 방향으로 배치되어 결합되는 릴들을 포함한다. 기판(10)는 각각의 릴에서 한번 씩 턴한다. 각각의 릴은 독립적으로 구동될 수 있으며, 기판(10)과의 마찰력에 의해서 회전된다. 평면상에서 볼 때, 제2 릴부재(122)는 기판(10)의 멀티턴을 위해 제1 릴부재(121)와 약간 어긋나게 배치된다. 기판(10)은 제1 릴부재(121) 및 제2 릴부재(122)를 오가면서, 제1 릴부재 및 제2 릴부재(122)의 연장 방향으로 이동한다.The
도 19는 본 발명에 따른 초전도체 형성장치의 열처리 유닛(200)을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 19를 참조하여, 열 처리 유닛(200)은 기판(10)을 연속적으로 통과시킬 수 있고 차례로 인접한 제1 용기(210), 제2 용기(220) 및 제3 용기(230)를 포함할 수 있다. 제1 용기(210) 및 제3 용기(230)는 서로 이격된다. 제2 용기(220)의 중심 부분은, 제1 용기(210) 및 제3 용기(230)가 서로 이격된 공간에 대응될 수 있다. 제2 용기(220)는 제1 용기(210) 및 제3 용기(230) 각각의 일부들을 둘러싸도록 구성된다. 제1 용기(210), 제2 용기(220) 및 제3 용기(230)는 실린더형의 석영관(quartz)으로 구성될 수 있다. 제1 용기(210)는 박막 증착 유닛(100)의 인출부(114)와 연결될 수 있다. 제1 용기 및 제3 용기는 그 양단에 기판(10)이 통과할 수 있는 인입부들 및 인출부들(211, 212, 231, 232)을 포함할 수있다. 기판(10)은, 제1 용기의 제1 인입부(211)로 인입되어 제1 용기의 제1 인출부(212)로 인출되고, 제2 용기의 중심 부분을 통과하고, 제3 용기의 제2 인입부(231)로 인입되어 제3 용기의 제2 인출부(232)로 인출될 수 있다.19 is a cross-sectional view schematically showing a
제1 용기(210), 제2 용기(220) 및 제3 용기(230)는 독립적인 진공을 유지할 수 있다. 이를 위하여 제1 용기(210), 제2 용기(220) 및 제3 용기(230)는 각각 별도의 펌핑 포트들(214, 224, 234) 및 산소 공급부들(미도시)을 가질 수 있다. 산소 공급부들을 통하여 산소가 공급되어, 제1 용기(210), 제2 용기(220) 및 제3 용기(230) 내의 산소 분압이 서로 독립적으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 용기(210) 내의 산소 분압은 제3 용기(230) 내의 산소분압 보다 낮고, 제2 용기(220) 내의 산소분압은 제1 용기(210) 내와 제3 용기(230) 내의 산소분압의 사이로 유지되도록 될 수 있다. 제1 용기(210)에 인접한 부분에서 제3 용기(230)에 인접한 부분으로 갈수록, 제2 용기(220) 내의 산소분압은 증가할 수 있다.The
제1 용기(210), 제2 용기(220) 및 제3 용기(230)는 이들을 둘러싸는 퍼니스 내에 제공된다. 제1 용기(210) 및 제3 용기(230)가 이격된 부분이 퍼니스의 중심 부근에 위치할 수 있다. 이에 따라, 제2 용기(220)의 중심 부근의 온도는 제1 용기(210) 및 제3 용기(230) 내의 온도보다 높게 유지될 수 있다. 제1 용기(210) 및 제3 용기(230) 내의 온도는 제2 용기(220)의 중심 부분으로부터 멀어질수록 낮아질 수 있다.The
전술한 실시예들에 따른 열처리 과정이 도 19의 열처리 유닛(200)과 함께 설명된다. 경로 IA는 상기 기판(10)이 열처리 유닛(200)의 제1 용기(210)를 통과하면서 수행될 수 있다. 제1 용기(210)는 상대적으로 낮은 산소분압(예를 들면, 1×10-6 ~ 1×10-3 Torr)을 가질 수 있다. 제1 용기(210) 내의 온도는 제1 인입부(211)로부터 증가되어 제1 인출부(212)에서 대략 800℃가 될 수 있다. 경로 IB는 기판(10)이 열처리 유닛(200)의 제2 용기(220)의 중심 부분을 통과하면서 수행될 수 있다. 제2 용기(220)은, 예를 들면 1×10-2 ~ 10-1 Torr의 산소분압을 가질 수 있다. 제1 용기(210)에 인접한 부분에서 제3 용기(230)에 인접한 부분으로 갈수록, 제2 용기(220) 내의 산소분압은 증가할 수 있다. 제2 용기(220)의 중심 부분의 온도는 대략 850℃ 이상일 수 있다. 경로 IC는 기판(10)이 열처리 유닛(200)의 제3 용기(230)를 통과하면서 수행될 수 있다. 제3 용기(230)는, 예를 들면 5×10-2 ~ 3×10-1 Torr의 산소분압을 가질 수 있다. 제3 용기(230) 내의 온도는 제2 인입부(221)의 대략 850℃로부터 제2 인출부(222)로 갈수록 감소할 수 있다.The heat treatment process according to the above-described embodiments is described together with the
전술한 예에서는, 박막 증착 유닛(100), 열처리 유닛(200) 및 기판 공급/회수 유닛(300)이 일체로 구성되어, 기판(10)이 연속적으로 이송되는 것이 설명되었지만, 이에 한정되지 않는다. In the above-described example, the thin
일 실시예에서, 먼저 공급/회수 유닛(300)이 박막 증착 유닛(100) 및 열처리 유닛(200) 각각에 별도로 제공될 수 있다. 먼저, 기판을 감은 기판 공급/회수 유닛이 박막 증착 유닛(100)에 장착된다. 박막 증착 유닛(100)에서, 기판 상에 초전도 전구체가 형성된다. 박막 증착 유닛(100)은 전술한 예와 다른 구조일 수 있다. 예를 들면, 박막 증착 유닛(100)은 유기금속 증착(Metal Organic Deposition: MOD)을 위한 것일 수 있다. 다음, 초전도 전구체체가 형성된 기판을 감은 선재 공급/회수 유닛은, 박막 증착 유닛(100)으로부터 분리된다. 초전도 전구체가 형성된 기판은 열처리 유닛(200)에 장착될 수 있다. 이후 초전도 전구체가 형성된 기판은 열처리된다. In one embodiment, the supply /
다른 실시예에서, 기판은 선재 타입이 아니라 대면적의 판상일 수 있다. 이러한 경우, 공급/회수 유닛은 전술한 예와는 다른 구조를 가질 수 있다. 기판은 박막 증착장치에 제공되고, 기판 상에 초전도 전구체가 형성된다. 초전도 전구체가 형성된 기판은 전술한 열처리 단계들을 수행할 수 있는 장치에 제공되어 열처리된다.In another embodiment, the substrate may not be a wire type but may be a large area plate. In such a case, the supply / recovery unit may have a structure different from the above-described example. The substrate is provided in a thin film deposition apparatus, and a superconducting precursor is formed on the substrate. The substrate on which the superconducting precursor is formed is provided and heat treated in an apparatus capable of performing the above-described heat treatment steps.
Claims (11)
상기 제1 초전도 전구체에 전-열처리 공정을 수행하여, 희토류-구리-바륨 산화물이 에피택시 성장된 제1 초전도체를 형성하고; 그리고
상기 에피택시 성장된 제1 초전도체에 후-열처리 공정을 수행하여 제2 초전도체를 형성하는 것을 포함하되,
상기 전-열처리 공정은:
상기 제1 초전도 전구체를 제1 온도와 제1 산소분압으로 열처리하여 비정질의 제2 초전도 전구체를 형성하고;
상기 비정질의 제2 초전도 전구체를 상기 제1 온도와, 제1 산소분압보다 높은 제2 산소분압으로 열처리하여 희토류 산화물 알갱이들을 함유하는 액상의 제3 초전도 전구체를 형성하고; 그리고
상기 액상의 제3 초전도 전구체를 상기 제2 산소분압과, 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 열처리하여 상기 에피택시 성장된 제1 초전도체와, 상기 에피택시 성장된 제1 초전도체 내에 구리 산화물 알갱이들을 형성하는 것을 포함하되,
상기 후-열처리 공정은 상기 에피택시 성장된 제1 초전도체를 상기 제2 산소분압보다 높은 제3 산소분압과, 상기 제1 온도보다 낮고 상기 제2 온도보다 높은 제3 온도로 열처리하여 상기 에피택시 성장된 제1 초전도체 내에 c-축 방향으로 정렬된 구리 산화물 플레이트들을 형성하는 것을 포함하는 초전도체의 형성방법.Providing a first superconducting precursor comprising rare earth, barium and copper;
Performing a pre-heat treatment process on the first superconducting precursor to form a first superconductor in which rare-earth-copper-barium oxide is epitaxially grown; And
Performing a post-heat treatment process on the epitaxially grown first superconductor to form a second superconductor,
Wherein the pre-heat treating step comprises:
Heat treating the first superconducting precursor at a first temperature and a first oxygen partial pressure to form an amorphous second superconductor precursor;
Heat treating the amorphous second superconducting precursor at the first temperature and a second oxygen partial pressure higher than the first oxygen partial pressure to form a liquid third superconducting precursor containing rare earth oxide grains; And
Treating the liquid third superconducting precursor with the second oxygen partial pressure and a second temperature lower than the first temperature to form the first superconductor with the epitaxial growth and the copper oxide grains in the first epitaxially grown superconductor ≪ / RTI >
Wherein the post-heat treatment process comprises annealing the epitaxially grown first superconductor at a third oxygen partial pressure higher than the second oxygen partial pressure and a third temperature lower than the first temperature and higher than the second temperature, And forming copper oxide plates aligned in the c-axis direction in the first superconductor.
상기 제1 초전도 전구체는 10-6 ~ 10-3 Torr의 상기 제1 산소분압과, 860℃의 상기 제1 온도로 열처리되는 초전도체의 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the first superconducting precursor is heat treated at the first oxygen partial pressure of 10 -6 to 10 -3 Torr and at the first temperature of 860 ° C.
상기 비정질의 제2 초전도 전구체는 10-2 ~ 10-1 Torr의 상기 제2 산소 분압과, 860℃의 상기 제1 온도로 열처리되는 초전도체의 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the amorphous second superconducting precursor is heat treated at the second oxygen partial pressure of 10 -2 to 10 -1 Torr and at the first temperature of 860 ° C.
상기 액상의 제3 초전도 전구체는 30mTorr의 상기 제2 산소 분압과, 740℃ 이하의 상기 제2 온도로 열처리되는 초전도체의 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the liquid third superconducting precursor is heat treated at the second oxygen partial pressure of 30 mTorr and at the second temperature of 740 캜 or lower.
상기 에피택시 성장된 제1 초전도체는 300mTorr의 상기 제3 산소 분압과, 800℃의 상기 제3 온도로 열처리되는 초전도체의 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the epitaxially grown first superconductor is annealed at the third oxygen partial pressure of 300 mTorr and at the third temperature of 800 ° C.
상기 에피택시 성장된 제1 초전도체의 상기 희토류-구리-바륨 산화물은 상기 희토류 산화물 알갱이들로부터 형성되는 초전도체의 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the rare earth-copper-barium oxide of the epitaxially grown first superconductor is formed from the rare earth oxide grains.
상기 제2 초전도체는 그의 내부에 분산된 상기 희토류 산화물 알갱이들 및 상기 구리 산화물 알갱이들을 함유하는 초전도체의 형성방법.The method of claim 6,
Wherein the second superconductor comprises the rare earth oxide grains dispersed therein and the copper oxide grains.
상기 희토류 산화물은 RE2O3이고, 상기 제1 초전도체는 RE1+ xBa2 - xCu3O7 -δ의 상을 갖고 상기 제2 초전도체는 RE1+ yBa2 - yCu3O7 -δ의 상을 갖고, 0<x<1, x>y, 및 0<δ<1이고,
RE는 La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 및 Lu을 포함하는 란타늄족 원소 중의 적어도 하나 또는 Y을 포함하는 초전도체의 형성방법.The method of claim 6,
Wherein the rare earth oxide is RE 2 O 3 , the first superconductor has an image of RE 1 + x Ba 2 - x Cu 3 O 7 -δ and the second superconductor is RE 1+ y Ba 2 - y Cu 3 O 7 has a phase of -δ, 0 <x <1, and x> y, and 0 <δ <1,
RE is a lanthanide group element including La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu.
상기 제2 초전도체는 RE2BaCuO5을 더 함유하는 초전도체의 형성방법.The method of claim 7,
Wherein the second superconductor further comprises RE 2 BaCuO 5 .
상기 희토류-구리-바륨 산화물은 테이프 형상의 기판 상에 형성되고,
상기 기판은 집합조직을 갖는 금속 기판 상에 형성된 산화물 버퍼층을 포함하는 초전도체의 형성방법.The method according to claim 1,
The rare earth-copper-barium oxide is formed on a tape-shaped substrate,
Wherein the substrate comprises an oxide buffer layer formed on a metal substrate having a texture.
상기 희토류 산화물 알갱이들은 상기 산화물 버퍼층으로부터 상기 액상의 제3 초전도 전구체 내에 성장되는 초전도체의 형성방법.The method of claim 10,
Wherein the rare earth oxide grains are grown from the oxide buffer layer into the third superconducting precursor in the liquid phase.
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