KR102362674B1 - 증가된 공학 전류 밀도들을 가지는 라미네이팅된 고온 초전도 배선들 - Google Patents
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Abstract
라미네이팅된 초전도체 배선들(100)이 개시되고, 라미네이팅된 초전도체 배선들(100)은 그 반대쪽의 표면들과 직접적으로 접촉하는 2 개의 캡 층들(72a, 104a)을 가지는 고온 초전도체(HTS) 층(75a), 제 1 캡 층(104a)에 부착된 제 1 라미네이션 층(96a), 제 2 캡 층(72a)에 부착된 안정화기 층(70), 상기 안정화기의 반대쪽의 표면에, 또는 제 2 유사한 HTS 층(75b)의 캡 층(104b)에 부착된 제 2 라미네이션 층(96b), 및 라미네이트의 에지들을 따라 배치된 제 1 및 제 2 필렛들(108a, 108b)을 포함한다. 그 제작 방법들은 제 1 캡 층(들)을 안정화기에 부착하는 것, HTS 층(들)으로부터 기판(들)을 제거하는 것, 그리고 그 다음으로, 제 2 캡 층(들)을 라미네이션 층들에 부착하는 것을 수반한다.
Description
관련 출원들에 대한 상호-참조
이 출원은 이로써 그 내용들이 그 전체적으로 참조로 편입되는, 2017년 5월 12일자로 출원된 미국 실용신안 출원 제15/593,835호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로, 긴 길이의 고온 초전도(high temperature superconducting)("HTS") 배선들에 관한 것으로, 더 상세하게는, 증가된 공학 전류 밀도(engineering current density)들을 가지는 이러한 HTS 배선들에 관한 것이다.
HTS 재료들(즉, 77 K의 액체 질소(liquid nitrogen) 온도를 초과하여 그 초전도 성질들을 유지할 수 있는 재료)의 발견 이후로, 이러한 HTS 재료들을 이용하여 다양한 공학 애플리케이션들을 개발하기 위한 노력들이 있었다. 박막 초전도체 디바이스들 및 배선들에서는, 군사, 고에너지 물리학, 재료들 프로세싱, 수송, 및 의료적 용도들을 위한 케이블들, 모터들, 발전기들, 동기 콘덴서(synchronous condenser)들, 트랜스포머들, 전류 제한기들, 및 자석 시스템들을 포함하는 많은 애플리케이션들을 위한 선호된 재료로 유지되는 YBa2CuO7 -y의 널리-공지된 기본적인 조성물(이하, Y123 또는 YBCO로서 지칭됨)에서의 이트륨(yttrium), 바륨(barium), 구리(copper), 및 산소(oxygen)를 포함하는 옥사이드 초전도체(oxide superconductor)를 사용하는 디바이스들의 제작에 있어서 대부분의 진전이 행해졌다.
코팅된 전도체(Coated Conductor) 또는 2 세대(Second Generation; 2G) 배선으로서 통상적으로 지칭된, 이 YBCO 재료들에 기초한 HTS 배선은 롤-투-롤(roll-to-roll) 생산 라인들을 이용하여 77 K에서 3 MA/cm2 이상의 임계적 전류 밀도(critical current density)들, J c 및 자체-필드(self-field)를 갖는 수백 미터 또는 더 긴 연속적인 길이들로 제조되었다. 8 KA/cm2를 초과하는, 기판 및 안정화기(stabilizer) 재료의 두께를 참작하는 공학 전류 밀도들(Je)은 긴 길이들로 달성되었다.
HTS 배선을 다양한 전력 애플리케이션들을 위하여 더 바람직하게 하는 것을 계속하기 위하여, 공학 전류 밀도를 증가시키는 것이 매우 중요하다. HTS 층이 그 상에 배치되는, 하나 이상의 버퍼 층(buffer layer)들을 갖는 기판을 가지는 2G 배선들의 아키텍처는 오랫동안 확립되었고 고성능 2G 배선을 위하여 요구되었으므로, 궁극적으로, Je를 증가시키기 위하여 Jc를 증가시키는 것에 초점이 두어졌다. 그 결과, HTS 2G 배선의 전체적인 단면적이 기판 및 안정화기 층들의 두께로 인해 안정적으로 유지되었으므로, Je에서의 증가들은 다소 적당하였다.
추가적으로, 니켈 텅스텐(nickel tungsten; Ni5W)과 같은, HTS 배선들에서 이용된 어떤 기판들은 자기적 성질들을 가지고, AC 애플리케이션들에서의 최적 미만의 전기적 성능으로 귀착되었다. 노력들은 더 적은 자기적 재료(예컨대, Ni9W)를 이용함으로써 이러한 기판들에서의 자기적 성질들을 감소시키는 것에 초점을 맞추었지만, 필적하는 전체적인 전기적 성능 특성들을 유지함에 있어서의 도전들이 지속되었다.
그러므로, 증가된 공학 전류 밀도를 갖는 HTS 배선 뿐만 아니라, AC 애플리케이션들에서의 개선된 전기적 성능을 갖는 HTS 배선에 대한 필요성이 존재한다.
선행문헌 : US2015/0248952A1
선행문헌 : US2015/0248952A1
발명의 목적은 증가된 공학 전류 밀도를 갖는 HTS 배선을 생성하기 위한 것이다.
발명의 또 다른 목적은 AC 애플리케이션들에서 개선된 전기적 성능을 갖는 HTS 배선을 생성하기 위한 것이다.
발명의 추가의 목적은, 텍스처링된 기판(textured substrate)이 배선 제조 프로세스에서 제거되고, 제거된 텍스처링된 기판을 갖는 또 다른 HTS 배선을 생성하기 위하여 재이용되는 HTS 배선을 생성하기 위한 것이다.
하나의 양태에서, 발명은 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체(laminated superconductor wire assembly)를 포함하고, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체는 제 1 표면 및 제 2 표면과 반대쪽의 제 2 표면을 가지는 제 1 고온 초전도체 층(high temperature superconductor layer), 및 제 1 고온 초전도체 층의 제 1 표면을 오버레이(overlay)하고 제 1 고온 초전도체 층의 제 1 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 1 전기적 전도성 캡 층(electrically conductive cap layer)을 포함한다. 제 1 고온 초전도체 층의 제 2 표면을 오버레이하고 제 1 고온 초전도체 층의 제 2 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 2 전기적 전도성 캡 층, 및 제 1 전기적 전도성 캡 층을 오버레이하고 제 1 전기적 전도성 캡 층에 부착된 제 1 라미네이션 층(lamination layer)이 있다. 또한, 제 1 표면 및 제 1 표면과 반대쪽의 제 2 표면을 가지는 안정화기 층(stabilizer layer)이 있고, 안정화기 층의 제 1 표면은 제 2 전기적 전도성 캡 층을 오버레이하고 제 2 전기적 전도성 캡 층에 부착된다. 또한, 제 1 표면 및 제 1 표면과 반대쪽의 제 2 표면을 가지는 제 2 고온 초전도체 층, 및 제 2 고온 초전도체 층의 제 1 표면을 오버레이하고 제 2 고온 초전도체 층의 제 1 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 3 전기적 전도성 캡 층이 있다. 또한, 제 2 고온 초전도체 층의 제 2 표면을 오버레이하고 제 2 고온 초전도체 층의 제 2 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 4 전기적 전도성 캡 층, 및 제 4 전기적 전도성 캡 층을 오버레이하고 제 4 전기적 전도성 캡 층에 부착된 제 2 라미네이션 층이 있다. 안정화기 층의 제 2 표면은 제 3 전기적 전도성 캡 층을 오버레이하고 제 3 전기적 전도성 캡 층에 부착되고, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 1 에지(edge)를 따라 배치되고 제 1 라미네이션 층 및 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 1 필렛(fillet)이 포함된다. 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 2 에지를 따라 배치되고 제 1 라미네이션 층 및 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 2 필렛이 있다.
발명의 다른 양태들에서, 다음의 특징부들 중의 하나 이상이 포함될 수도 있다. 제 1 및 제 2 고온 초전도체 층들은 각각 희토류(rare earth)-알칼리토류(alkaline earth)-구리 옥사이드(copper oxide)를 포함할 수도 있다. 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 전기적 전도성 캡 층들은 각각 은(silver), 또는 은 합금(silver alloy), 또는 은 층(silver layer) 및 구리 층(copper layer)을 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 각각 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸(stainless steel), 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 제 1 및 제 2 고온 초전도체 층들의 폭을 초과하는 폭을 가질 수도 있다. 제 1 및 제 2 라미네이션 층들의 폭은 제 1 및 제 2 고온 초전도체 층들의 폭을 초과하는 0.01 내지 2 mm 사이일 수도 있다. 안정화기 층은 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함할 수도 있다. 제 2 전기적 전도성 캡 층은 에폭시(epoxy) 또는 솔더(solder)를 통해 안정화기 층의 제 1 표면에 부착될 수도 있고, 제 4 전기적 전도성 캡 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 안정화기 층의 제 2 표면에 부착될 수도 있고, 제 1 라미네이션은 에폭시 또는 솔더를 통해 제 1 전기적 전도성 캡 층에 부착될 수도 있고, 제 2 라미네이션은 에폭시 또는 솔더를 통해 제 4 전기적 전도성 캡 층에 부착될 수도 있고, 여기서, 제 1 및 제 2 필렛들은 에폭시 또는 솔더로 형성될 수도 있다. 에폭시는 에폭시를 전기적 전도성, 열적 전도성, 또는 전기적 및 열적 전도성으로 만들기 위한 재료로 도핑될 수도 있다.
또 다른 양태에서, 발명은 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체를 특징으로 하고, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체는 제 1 표면 및 제 1 표면과 반대쪽의 제 2 표면을 가지는 고온 초전도체 층을 포함한다. 고온 초전도체 층의 제 1 표면을 오버레이하고 고온 초전도체 층의 제 1 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 1 전기적 전도성 캡 층이 있다. 또한, 고온 초전도체 층의 제 2 표면을 오버레이하고 고온 초전도체 층의 제 2 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 2 전기적 전도성 캡 층, 및 제 1 전기적 전도성 캡 층을 오버레이하고 제 1 전기적 전도성 캡 층에 부착된 제 1 라미네이션 층이 있다. 제 1 표면 및 제 1 표면과 반대쪽의 제 2 표면을 가지는 안정화기 층 - 안정화기 층의 제 1 표면은 제 2 전기적 전도성 캡 층을 오버레이하고 제 2 전기적 전도성 캡 층에 부착 -, 및 안정화기 층의 제 2 표면을 오버레이하고 안정화기 층의 제 2 표면에 부착된 제 2 라미네이션 층이 추가로 포함된다. 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 1 에지를 따라 배치되고 제 1 라미네이션 층 및 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 1 필렛, 및 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 2 에지를 따라 배치되고 제 1 라미네이션 층 및 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 2 필렛이 포함된다.
발명의 또 다른 양태들에서, 다음의 특징부들 중의 하나 이상이 포함될 수도 있다. 고온 초전도체 층은 희토류-알칼리토류-구리 옥사이드를 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 전기적 전도성 캡 층들은 각각 은, 또는 은 합금, 또는 은 층 및 구리 층을 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 각각 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 제 1 및 제 2 고온 초전도체 층들의 폭을 초과하는 폭을 가질 수도 있다. 제 1 및 제 2 라미네이션 층들의 폭은 제 1 고온 초전도체 층의 폭을 초과하는 0.01 내지 2 mm 사이일 수도 있다. 안정화기 층은 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함할 수도 있다. 제 2 전기적 전도성 캡 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 안정화기 층의 제 1 표면에 부착될 수도 있고, 제 1 라미네이션은 에폭시 또는 솔더를 통해 제 1 전기적 전도성 캡 층에 부착될 수도 있고, 제 2 라미네이션은 에폭시 또는 솔더를 통해 안정화기 층의 제 2 표면을 갖는 제 2 전기적 전도성 캡 층에 본딩될 수도 있고; 제 1 및 제 2 필렛들은 에폭시 또는 솔더로 형성될 수도 있다. 에폭시는 에폭시를 전기적 전도성, 열적 전도성, 또는 전기적 및 열적 전도성으로 만들기 위한 재료로 도핑될 수도 있다.
하나의 양태에서, 발명은 라미네이팅된 초전도체 배선(laminated superconductor wire)을 제조하는 방법을 포함한다. 방법은 제 1 이축성(biaxially) 텍스처링된 기판을 오버레이하고 제 1 이축성 텍스처링된 기판과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 1 표면을 갖는 제 1 고온 초전도체 층, 및 제 1 초전도체 층의 제 2 표면을 오버레이하고 제 1 초전도체 층의 제 2 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 1 전기적 전도성 캡 층을 가지는 제 1 초전도체 인서트(superconductor insert)를 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 제 2 이축성 텍스처링된 기판의 제 1 표면을 오버레이하고 제 2 이축성 텍스처링된 기판의 제 1 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 1 표면을 갖는 제 2 고온 초전도체 층, 및 제 2 초전도체 층의 제 2 표면을 오버레이하고 제 2 초전도체 층의 제 2 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 2 전기적 전도성 캡 층을 가지는 제 2 초전도체 인서트를 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 제 1 초전도체 인서트의 제 1 전기적 전도성 캡 층을 안정화기 층의 제 1 표면에 부착하고, 제 2 초전도체 인서트의 제 2 전기적 전도성 캡 층을 안정화기 층의 제 1 표면과 반대쪽의 안정화기 층의 제 2 표면에 부착하는 단계를 포함한다. 방법은 추가적으로, 제 1 초전도체 층의 제 1 표면을 노출시키기 위하여 제 1 초전도체 층으로부터 제 1 이축성 텍스처링된 기판을 제거하고, 제 2 초전도체 층의 제 1 표면을 노출시키기 위하여 제 2 초전도체 층으로부터 제 2 이축성 텍스처링된 기판을 제거하는 단계를 포함한다. 방법은 제 3 전기적 전도성 캡 층을 제 1 초전도체 층의 제 1 표면에 부착하고; 그리고 제 4 전기적 전도성 캡 층을 제 2 초전도체 층의 제 1 표면에 부착하고 제 1 라미네이션 층을 제 3 전기적 전도성 캡 층에 부착하고; 그리고 제 2 라미네이션 층을 제 4 전기적 전도성 캡 층에 부착하는 단계를 더 포함한다. 제 1 및 제 2 라미네이션 층들을 부착하는 단계는 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 1 에지를 따르고 제 1 라미네이션 층 및 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 1 필렛을 배치하고, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 2 에지를 따르고 제 1 라미네이션 층 및 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 2 필렛을 배치하는 단계를 포함한다.
발명의 다른 양태들에서, 다음의 특징부들 중의 하나 이상이 포함될 수도 있다. 제 1 및 제 2 고온 초전도체 층들은 각각 희토류-알칼리토류-구리 옥사이드를 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 이축성 텍스처링된 기판들은 각각 하스테로이(hastelloy) 또는 니켈 합금 중의 하나를 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 이축성 텍스처링된 기판들은 각각 적어도 하나의 버퍼 층을 더 포함할 수도 있다. 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 전기적 전도성 캡 층들은 각각 은, 또는 은 합금, 또는 은의 층 및 구리의 층을 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 각각 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 제 1 및 제 2 고온 초전도체 층들의 폭을 초과하는 폭을 가질 수도 있다. 제 1 및 제 2 라미네이션 층들의 폭은 제 1 및 제 2 고온 초전도체 층들의 폭을 초과하는 0.01 내지 2 mm 사이일 수도 있다. 안정화기 층은 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함할 수도 있다. 제 2 전기적 전도성 캡 층은 에폭시(epoxy) 또는 솔더를 통해 안정화기 층의 제 1 표면에 부착될 수도 있고, 제 4 전기적 전도성 캡 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 안정화기 층의 제 2 표면에 부착될 수도 있고, 제 1 라미네이션은 에폭시 또는 솔더를 통해 제 1 전기적 전도성 캡 층에 부착될 수도 있고, 제 2 라미네이션은 에폭시 또는 솔더를 통해 제 2 전기적 전도성 캡 층에 부착될 수도 있고, 여기서, 제 1 및 제 2 필렛들은 에폭시 또는 솔더로 형성될 수도 있다. 방법은 또한, 제거된 제 1 및 제 2 이축성 텍스처링된 기판들 중의 하나를 오버레이하고 제거된 제 1 및 제 2 이축성 텍스처링된 기판들 중의 하나와 직접적으로 접촉하는 표면을 갖는 고온 초전도체 층을 각각 가지는 2 개의 초전도체 인서트들을 생성하기 위하여, 제 1 및 제 2 초전도체 층들로부터 제거된 제 1 및 제 2 이축성 텍스처링된 기판들을 재이용하는 단계를 포함할 수도 있다.
또 다른 양태에서, 방법은 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법을 포함하고, 방법은 제 1 표면 및 제 1 표면과 반대쪽의 제 2 표면을 갖는 고온 초전도체 층을 가지는 초전도체 인서트를 제공하는 단계를 포함한다. 제 1 표면은 이축성 텍스처링된 기판을 오버레이하고 이축성 텍스처링된 기판과 직접적으로 접촉하고, 제 1 전기적 전도성 캡 층은 초전도체 층의 제 2 표면을 오버레이하고 초전도체 층의 제 2 표면과 직접적으로 물리적 접촉한다. 방법은 초전도체 인서트의 제 1 전기적 전도성 캡 층을 안정화기 층에 부착하고, 제 1 초전도체 층의 제 1 표면을 노출시키기 위하여 제 1 초전도체 층으로부터 이축성 텍스처링된 기판을 제거하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 제 3 전기적 전도성 캡 층을 초전도체 층의 제 1 표면에 부착하고, 제 1 라미네이션 층을 제 2 전기적 전도성 캡 층에 부착하고, 제 2 라미네이션 층을 안정화기 층의 제 2 표면에 부착하는 단계를 포함한다. 제 1 및 제 2 라미네이션 층들을 부착하는 단계는 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 1 에지를 따르고 제 1 라미네이션 층 및 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 1 필렛을 배치하고, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 2 에지를 따르고 제 1 라미네이션 층 및 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 2 필렛을 배치하는 단계를 포함한다.
발명의 또 추가의 양태들에서, 다음의 특징부들 중의 하나 이상이 포함될 수도 있다. 고온 초전도체 층은 희토류-알칼리토류-구리 옥사이드를 포함할 수도 있다. 이축성 텍스처링된 기판은 하스테로이 또는 니켈 합금 중의 하나를 포함할 수도 있다. 이축성 텍스처링된 기판은 적어도 하나의 버퍼 층을 더 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 전기적 전도성 캡 층들은 각각 은, 또는 은 합금, 또는 은의 층 및 구리의 층을 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 각각 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 고온 초전도체 층의 폭을 초과하는 폭을 가질 수도 있다. 제 1 및 제 2 라미네이션 층들의 폭은 고온 초전도체 층의 폭을 초과하는 0.01 내지 2 mm 사이일 수도 있다. 안정화기 층은 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함할 수도 있다. 제 2 전기적 전도성 캡 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 안정화기 층의 제 1 표면에 부착될 수도 있고, 제 1 라미네이션은 에폭시 또는 솔더를 통해 제 1 전기적 전도성 캡 층에 본딩될 수도 있고, 제 2 라미네이션은 에폭시 또는 솔더를 통해 안정화기 층의 제 2 표면을 갖는 제 2 전기적 전도성 캡 층에 본딩될 수도 있고 제 1 및 제 2 필렛들은 에폭시 또는 솔더로 형성될 수도 있다. 방법은 제거된 이축성 텍스처링된 기판을 오버레이하고 제거된 이축성 텍스처링된 기판과 직접적으로 접속하는 표면을 갖는 고온 초전도체 층을 가지는 초전도체 인서트를 생성하기 위하여, 제 1 초전도체 층으로부터 제거된 이축성 텍스처링된 기판을 재이용하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 추가적인 특징들, 장점들, 및 실시예들은 다음의 상세한 설명, 도면들 및 청구항들의 고려로부터 기재될 수도 있다. 또한, 양자의 본 개시내용의 상기한 개요 및 다음의 상세한 설명은 예시적이고, 청구된 본 개시내용의 범위를 추가로 제한하지 않으면서 추가의 설명을 제공하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 종래 기술의 2G HTS 배선의 아키텍처를 도시한다.
도 2는 RABiTS/MOD 프로세스에 의해 도 1의 2G HTS 배선을 제조하기 위한 종래 기술의 릴-투-릴(reel-to-reel) 프로세스를 예시한다.
도 3은 이 발명의 실시예에 따라, 양면 HTS 배선을 제조하기 위한 릴투릴(reel to reel) 프로세스를 예시한다.
도 4는 도 3의 릴투릴 프로세스에 따라 제조된 양면 HTS 배선의 단면도이다.
도 5는 이 발명의 또 다른 실시예에 따라, 양면 HTS 배선을 제조하기 위한 릴투릴 프로세스를 예시한다.
도 6은 도 5의 릴투릴 프로세스에 따라 제조된 단면 HTS 배선의 단면도이다.
도 2는 RABiTS/MOD 프로세스에 의해 도 1의 2G HTS 배선을 제조하기 위한 종래 기술의 릴-투-릴(reel-to-reel) 프로세스를 예시한다.
도 3은 이 발명의 실시예에 따라, 양면 HTS 배선을 제조하기 위한 릴투릴(reel to reel) 프로세스를 예시한다.
도 4는 도 3의 릴투릴 프로세스에 따라 제조된 양면 HTS 배선의 단면도이다.
도 5는 이 발명의 또 다른 실시예에 따라, 양면 HTS 배선을 제조하기 위한 릴투릴 프로세스를 예시한다.
도 6은 도 5의 릴투릴 프로세스에 따라 제조된 단면 HTS 배선의 단면도이다.
종래 기술의 HTS 배선(10)의 예시적인 아키텍처가 도 1에서 도시된다. 이 아키텍처에서, HTS 배선(10)은 기판(16) 상부에 배치되고 기판(16)에 의해 지지된 다결정질 초전도체 층(polycrystalline superconductor layer)(12)을 포함하고, 다결정질 초전도체 층(12)과 기판(16) 사이에 하나 이상의 버퍼 층들(14)이 있다. 기판(16)은 임의의 적당한 금속 함유 재료로 형성될 수도 있는 플렉시블 금속 포일(flexible metal foil)을 포함한다. 하나의 실시예에 따르면, 플렉시블 금속 기판은 니켈 텅스텐 합금과 같은 니켈 함유 합금이다.
기판(16)은 초전도체 층(12)으로 전사(transfer)되는 텍스처를 포함할 수도 있다. 본원에서 설명된 바와 같이, 텍스처는 결정 면 정렬(crystal plane alignment)을 포함하는 마이크로구조체(microstructure)를 지칭한다. 초전도체 층에서의 높은 정도의 결정 면 정렬은 다결정질 초전도체 층(12)이 단일 결정-유사(single crystal-like) 성능을 나타내는 것을 허용한다. 텍스처링된 기판(16)은 위에서 설명된 다른 층들 중의 하나를 갖는 플렉시블 금속 막일 수도 있다. 대안적으로, 텍스처링된 기판(16)은 코팅된 전도체 내의 별도의 층일 수도 있다.
텍스처링된 기판(16)은 임의의 적절한 프로세스에 의해 생성될 수도 있다. 하나의 실시예에 따르면, 텍스처링된 기판(16)은 롤링-보조된 이축성 텍스처링된 기판(rolling-assisted biaxially textured substrate; RABiTS) 프로세스에 의해 생성될 수도 있다. RABiTS 프로세스는 롤링 보조된 프로세스에 의한 이축성 텍스처링된 금속 포일의 생성을 포함한다. 적어도 하나의 옥사이드 버퍼 층(14)은 그 다음으로, 텍스처링된 금속 기판(16) 상에서 제공되고, 옥사이드 버퍼 층은 금속 기판과 동일한 이축성 텍스처링된 마이크로구조체를 나타낸다. 이축성 텍스처링된 고온 초전도체 층(12)은 그 다음으로, 옥사이드 버퍼 층(들)(14) 상부에 퇴적된다. 옥사이드 버퍼 층(14)은 막으로부터 초전도체 층으로의 금속의 확산을 방지한다.
또 다른 실시예에 따르면, 텍스처링된 기판은 이온-빔 보조된 퇴적(ion-beam assisted deposition; IBAD)을 사용하는 프로세스에 의해 생성될 수도 있다. IBAD 프로세스는 비-텍스처링된(un-textured) 금속 포일의 표면 상에서의 텍스처링된 세라믹 버퍼 층의 이온-빔 보조된 퇴적을 포함한다. 초전도체 층은 그 다음으로, 텍스처링된 세라믹 버퍼 층 상부에 퇴적된다. 추가적인 버퍼 층들은 텍스처링된 세라믹 버퍼 층과 초전도체 층 사이, 및/또는 금속 막과 텍스처링된 세라믹 버퍼 층 사이에 제공될 수도 있다. IBAD 코팅된 전도체는 금속 막 기판, 텍스처링된 세라믹 옥사이드 버퍼 층, 옥사이드 버퍼 층들, 초전도체 층, 금속성 보호 층, 및 안정화기 층을 포함한다.
초전도체 층은 임의의 적당한 프로세스에 의해 코팅된 전도체 구조체의 기판 상부에 퇴적될 수도 있다. 하나의 실시예에 따르면, 초전도체 층은 금속-유기 퇴적 프로세스에 의해 퇴적될 수도 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 초전도체 층은 펄스화된 레이저 퇴적(pulsed laser deposition; PLD), 반응성 공동-증발(reactive co-evaporation; RCE), 금속-유기 화학적 기상 퇴적(metal-organic chemical vapor deposition; MOCVD), 전자 빔 퇴적(electron beam deposition), 화학적 기상 퇴적(chemical vapor deposition; CVD), 또는 스퍼터링 프로세스(sputtering process)에 의해 퇴적될 수도 있다. 초전도체 층은 임의의 적절한 두께를 가질 수도 있다. 하나의 실시예에 따르면, 초전도체 층은 1 μm를 초과하는 두께를 가진다. 또 다른 실시예에서, 초전도체 층은 약 1 μm 내지 약 2 μm의 범위인 두께를 가진다. 일부 실시예들에 따르면, 초전도체는 약 5 μm 미만의 두께를 가질 수도 있다.
당해 분야에서 알려져 있는 바와 같이, HTS 배선(10)은 또한, 초전도체 층(12) 상에서 배치된, Ag 층과 같은 금속성 보호 층(18a), 및 금속성 층(18a) 상에서 배치된 안정화기 층(20a)을 포함할 수도 있다. HTS 배선(10)은 또한, 버퍼 층들(14)이 그 상에서 배치되는 표면과 대향하는 기판(16)의 표면 상에서 배치된, Ag 층과 같은 금속성 보호 층(18b)을 포함할 수도 있다. 그리고, 안정화기 층(20b)은 금속성 층(18b) 상에서 배치될 수도 있다. 보호 층 및 안정화기 층은 조합하여 캡 층으로서 본원에서 지칭될 수도 있다.
보호 금속 층들(또는 캡 층들)(18a/18b)은 초전도체 층/기판을 보호하는 목적을 위하여 초전도체 층(14) 및 기판(16) 상부에 배치되고, 임의의 적당한 금속 함유 재료일 수도 있다. 하나의 실시예에 따르면, 보호 금속 층은 은 층이다. 보호 층은 임의의 적절한 두께를 가질 수도 있다. 하나의 실시예에 따르면, 보호 층은 3 μm의 두께를 가진다. 또 다른 실시예에 따르면, 보호 층은 약 1 μm의 두께를 가진다. 또 다른 실시예에 따르면, 보호 층은 약 0.5 μm의 두께를 가진다.
하나의 실시예에 따르면, 안정화기 층들(20a/20b)은 임의의 적당한 금속 함유 재료를 포함할 수도 있고, 25 μm를 초과하는 두께를 가질 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 안정화기 층들은 10 내지 25 μm의 두께들을 가질 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 안정화기 층들은 약 0.5 μm의 두께들을 가질 수도 있다. 하나의 실시예에서, 안정화기 층들은 구리이다. 다른 실시예들에서, 안정화기 층들은 스테인리스 스틸, 황동(brass), 또는 임의의 다른 적당한 금속 함유 재료이다. 하나의 실시예에서, 안정화기 층들의 폭은 HTS 층(12)의 폭과 동일하다. 또 다른 실시예에서, 안정화기 층들의 폭은 HTS 층(12)의 폭을 초과한다. 또 다른 실시예에서, 안정화기 층은 HTS 배선(10)의 모든 측부들 주위를 두를 수 있다.
초전도체 층(12)은 임의의 적절한 초전도체로 형성될 수도 있다. 하나의 실시예에 따르면, 초전도체 층은 희토류 금속-알칼리토류 금속-전이 금속-옥사이드(rare earth metal-alkaline earth metal-transition metal-oxide) 초전도체일 수도 있다. 하나의 실시예에 따르면, 초전도체 층(12)은 일반적인 공식을 갖는 초전도체를 함유할 수도 있다:
여기서, RE는 적어도 하나의 희토류 금속을 포함하고, 0 < 
< 0.65이다. 또 다른 실시예에 따르면, 초전도체 층은 일반적인 공식을 갖는 초전도체를 함유할 수도 있다:
(RE)Ba2Cu3O7
여기서, RE는 적어도 하나의 희토류 금속을 포함한다. 하나의 실시예에서, RE는 이트륨을 포함할 수도 있어서, 일반적인 공식 YBa2Cu3O7(YBCO)의 초전도체 층을 생성할 수도 있다. 초전도체 층은 편리성의 목적들을 위하여 YBCO 초전도체 층으로서 본원에서 지칭될 것이지만, 이 출원에서 논의된 방법들은 다른 적절한 초전도체 재료들에 동일하게 적용된다. 일부 경우들에는, RE가 2 개 이상의 희토류 금속들의 혼합물일 수도 있다.
초전도체 층(12)은 또한, 주 희토류 금속에 추가적으로, 도펀트(dopant)를 포함할 수도 있다. 도펀트는 희토류 금속일 수도 있다. 하나의 실시예에 따르면, YBCO 초전도체 층은 디스프로슘(dysprosium) 도펀트를 포함할 수도 있다. 도펀트는 주 희토류 금속에 비해 최대로 75 %의 양으로 존재할 수도 있다. 하나의 실시예에 따르면, 도펀트는 주 희토류 금속의 적어도 약 1 % 및 최대한으로 약 50 %의 양으로 존재한다. 또 다른 실시예에 따르면, 도펀트는 Zr, Nb, Ta, Hf, 또는 Au와 같은 전이 금속일 수도 있다. 도펀트는 단일 또는 혼합된 금속 옥사이드를 형성하기 위하여 초전도체에서의 다른 원소들과 합성할 수도 있다.
하나의 실시예에서, HTS 배선(10)은 그 길이를 따라 다수의 스트립(strip)들로 구획화(section)될 수도 있다. 구획화는 레이저 절단(laser cutting), 롤 슬리팅(roll slitting), 또는 펀칭(punching)을 포함하는 임의의 적절한 수단에 의해 행해질 수도 있다. 또한, HTS 배선(10)이 그 길이를 따라 다수의 스트립들로 구획화된 후에, 스트립들은 그 다음으로, 이하에서 설명된 바와 같이, 안정화기 층들(20a 및 20b)의 외부 표면들 상의 라미네이션들 사이에서 끼워질 수도 있다.
라미네이션들 뿐만 아니라 안정화기 층들(20a 및 20b)을 포함함으로써, HTS 배선 구조체는 적당하게 기계적으로 보강되고, HTS 배선 구조체가 전기적으로 안정화되도록, HTS 층(12)으로부터의 전기적 경로들과 함께 제공되었다. 그것은 그러므로, 예를 들어, HTS 전력 케이블에서와 같은 전기적 전력 애플리케이션에서 직접적으로 사용되도록 구성된다. 어떤 경우들에는, 희망되는 모든 것이 라미네이션들 층들을 갖지 않는 도 1의 HTS 배선 구조체를 포함하는 소위 "인서트(insert)" 배선이다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 이 발명에 따른 HTS 배선은 프로세스에서의 시작 포인트로서의 HTS 인서트(더 적은 금속성 층(18b) 및 안정화기(20b)로 구성된다.
도 2에서는, 형판(template)을 위한 RABiTS 기판 및 YBCO 층을 위한 MOD 프로세스를 이용하여 HTS 배선(10), 도 1과 같은 초전도 배선을 생성하기 위한 롤-투-롤 제조 프로세스(30)가 도시된다. 프로세스는 기판(16), 도 1과 같은 기판을 생성하기 위하여 프로세스 단계(32)에서의 기판 롤링 및 텍스처 어닐링을 포함하고, 버퍼 층들의 버퍼 층 퇴적 및 스퍼터 버퍼 퇴적은, 도 1의 버퍼 층들(14)과 같은 버퍼 층들을 생성하는 단계들(34 및 36)에서 각각 도시된다. 단계들(38, 40, 및 42)에서, HTS 층(예컨대, HTS 층(12), 도 1)은 버퍼링된 기판을 용액 기반 (RE)BCO 전구체(precursor)로 코팅함으로써 퇴적되고, 전구체는 분해되고, (RE)BCO 층은 성장된다. 다음으로, 단계(44)에서, Ag 보호 층들(예컨대, 층들(18a/18b), 도 1)은 HTS 층 및 기판 상에서 퇴적되고, 단계(46)에서는, 산화 열처리(oxygenation heat treatment)가 수행된다. 프로세스에서의 임의적인 단계는, 특히, 인가된 자기장들에서의 전기적 성능을 개선시키기 위하여 HTS 층에서의 피닝 마이크로구조체들의 균일한 분포를 생성하기 위하여 이용될 수도 있는 이온 조사(ion irradiation) 단계(48)이다. 이 프로세스 단계는 참조로 본원에 편입된 공개된 특허 출원, 미국 제2017/0062098호에서 더 완전히 설명된다. 프로세스에서의 단계(50)에서는, 도 1의 안정화기 층들(20a/20b)과 같은 안정화기 층들이 퇴적되고, 각각 단계들(52 및 54)에서의 라미네이션들의 슬리팅 및 적용이 뒤따른다.
다른 프로세스들이 형판, YBCO 퇴적, 또는 안정화를 위하여 이용될 때, 도 2에서 도시된 개별적인 프로세스 단계들이 대체될 수 있다는 것이 이해된다.
위에서 설명된 기본적인 HTS 배선 제조 프로세스를 이용하면, 추가적인/상이한 프로세싱 단계들은 증가된 공학 전류 밀도를 갖는 HTS 배선 뿐만 아니라, AC 애플리케이션들에서의 개선된 전기적 성능을 갖는 HTS 배선을 생성하기 위하여 이 발명에 따라 편입될 수도 있다. 추가적인 프로세싱 단계들 및 HTS 배선 아키텍처는 이하의 도 3 내지 도 7과 관련하여 설명된다.
도 3에서, 이 발명의 실시예에 따른 연속적인 릴투릴 프로세스(60)는, (금속성 층(18b) 및 안정화기(20b)를 제외하는) 도 1과 관련하여 위에서 설명된 HTS 인서트 배선에 필적할 수도 있는 HTS 인서트 배선(10a 및 10b)을 각각 반송하는 릴들(62 및 64)을 포함하도록 도시된다. 안정화기 재료(70)를 반송(carry)하는 추가적인 릴(reel)(68)이 있다. 하나의 실시예에서, 안정화기 재료(70)는 임의의 적당한 금속 함유 재료를 포함할 수도 있고, 10 μm를 초과하는 두께를 가질 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 안정화기 층은 1 내지 2 μm의 두께를 가질 수도 있다. 하나의 실시예에서, 안정화기 층은 구리이다. 다른 실시예들에서, 안정화기 층(70)은 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함한다. 프로세스(60)는 연속적인 프로세스인 것으로 도시되지만, 프로세스는 2 개 이상의 개별적인 단계들을 이용하여 대안적으로 수행될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
HTS 인서트 배선(10a)은 그 캡 층(72a)이 안정화기 재료(70)의 상단 표면과 대면하고 있도록, 릴(62)에서 풀어진다. HTS 인서트 배선(10b)은 그 캡 층(72b)이 안정화기 재료(70)의 하단 표면과 대면하고 있도록, 릴(64)에서 풀어진다. 캡 층들(72a 및 72b)의 대향하는 표면들은 각각 HTS 인서트 배선들(10a 및 10b)의 기판들 층들(74a 및 74b)이다. 기판 층들(74a/74b)은 또한, 하나 이상의 버퍼 층들을 포함할 수도 있다. HTS 인서트 배선들(10a 및 10b)은 안정화기(70)의 어느 한 측부 상에서 위치결정되고, 3 개의 재료들은 양면 HTS 배선 구조체(80)를 생성하기 위하여 2 개의 HTS 인서트 배선들(10a/10b)을 Sn 기반 솔더 재료의 얇은 층들을 통해 안정화기(70)의 반대쪽의 표면들에 병합하는 병합 머신(76)을 통해 이송된다. 또 다른 실시예에서, 얇은 에폭시를 전기적 전도성, 열적 전도성, 또는 전기적 및 열적 전도성으로 만들기 위한 재료로 도핑될 수도 있는 얇은 에폭시는 HTS 인서트들(10a/10b)을 안정화기(70)의 반대쪽의 표면들에 본딩하기 위하여 이용된다.
양면 HTS 배선 구조체(80)는 박리 디바이스(exfoliation device)(82)에 도입되어, 버퍼 층들을 포함하는 기판 층들(74a 및 74b)이 각각의 배선(10a 및 10b)으로부터 해제되거나 박리되게 하여 HTS 층들(75a 및 75b)을 노출시킨다. 박리 프로세스는 2 개의 HTS 인서트 스트립들(10a 및 10b)이 안정화기(70)에 본딩될 때, 복합 스트립(composite strip)(80)에서의 가장 약한 계면은 HTS 인서트 스트립들(10a 및 10b)에서의 HTS 층과 옥사이드 버퍼 층 사이에 있다는 사실에 의존한다. 이 계면은 < 1 MPa인 매우 낮은 박피(peel) 또는 균열(cleavage) 응력을 가진다. 복합 스트립(80)은 박리 디바이스(82)로 이송될 때, 박리된 인서트들(74a 및 74b)은 안정화기(90)의 표면에 대하여 5 내지 85 도 사이의 각도로 박피시킴으로써 안정화기(90)의 각각의 측부 상에서의 HTS 층들(75a 및 75b)로부터 분리된다. 대안적인 실시예에서, 박리는 인서트들(74a 및 74b)이 복합 스트립(80)을 가열함으로써 안정화기(90)의 각각의 측부 상에서의 HTS 층들(75a 및 75b)로부터 분리될 때, 인서트들(74a 및 74b) 사이의 추가적인 응력의 도입에 의해 보조될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 박리는 복합 스트립(80)을 냉각함으로써 보조될 수도 있다. 박리 프로세스는 Aspen Colorado, USA에서의 Coated Conductors For Applications 2016 (CCA2016) 회의에서, 2016년 9월 13일자로 "Recent Progress on SuNAM's Coated Conductor Development; Performance, Price & Utilizing ways"라는 명칭으로 한국의 SuNAM Co., LTD.에 의해 제공된 프리젠테이션에서 설명되었다.
박리된 기판들(74a 및 74b)은 복합 배선 구조체(90)를 남기는 연속적인 프로세스(60)의 일부로서 릴들(84 및 86) 상에서 수집된다. 복합 배선 구조체(90)는 안정화기(70)에 부착된 캡 층들(72a 및 72b), 및 안정화기 층(70)으로부터 노출되고 외향으로 대면하는 HTS 층들(75a 및 75b)을 포함한다. 박리된 버퍼링된 기판들(74a 및 74b)은 새로운 HTS 층들을 그 상에서 성장시키기 위한 형판들로서 재이용될 수도 있고, 이전에 이용되고 박리된 기판들을 갖는 HTS 배선들은 이 발명에 따른 HTS 배선들이 생성될 수도 있도록, 한 번 다시 박리되도록 하기 위하여 연속적인 프로세스(60)를 통해 이송될 수도 있다는 것이 주목되어야 한다. 하나의 실시예에서, 상단 이축성 텍스처링된 옥사이드 버퍼 층(14)은 그것이 새로운 HTS 층을 성장시키기 위한 형판으로서 이용되기 전에, 금속 기판(16) 상에서 재퇴적될 수도 있다. 하나의 실시예에서, 상단 버퍼 층(14)은 CeO2이다.
캡 층들은 복합 배선 구조체(90)의 HTS 층들(75a 및 75b)의 외부 표면들 상에서 퇴적된다. 캡 층들은 각각 은, 또는 은 합금, 또는 은 층 및 구리 층을 포함할 수도 있다. 구리의 층과 조합한 은의 층의 경우에, 2 개의 퇴적 단계들이 이용될 것이다. 하나의 실시예에서, 은 층은 진공 퇴적에 의해 퇴적될 수도 있고, 구리 층은 전기적 화학적 퇴적 프로세스에 의해 퇴적될 수도 있다. 은 층 및 구리 층의 예는 구리 층(20a)과 조합된 은 층(18a)으로서, 도 1에서의 종래 기술에서 도시된다.
프로세스에서의 임의적인 단계는, 특히, 인가된 자기장들에서의 전기적 성능을 개선시키기 위하여 HTS 층에서의 피닝 마이크로구조체들의 균일한 분포를 생성하기 위하여 이용될 수도 있는 이온 조사 단계(48), 도 2이다. 하나의 실시예에서, 이온 조사 단계(48)는 은 또는 은 합금 층(170)의 퇴적 전에 도입될 수도 있다. 대안적인 실시예에서, 이온 조사 단계(48)는 은 또는 은 합금 층(170)의 퇴적 후에 도입될 수도 있다.
캡 층들을 갖는 복합 배선 구조체(93)는 배선 슬리터(wire slitter)(94)로 이송되고, 배선 슬리터(94)는 예를 들어, 레이저 슬리터를 이용하여 배선 구조체(93)를, 라미네이션 디바이스(99)로 이송되는 복수의 개별적인 더 좁은 HTS 배선들(95)로 슬리팅(slit)한다. 라미네이션 디바이스(99)는 발명의 실시예에 따라, 복수의 복합 이중 HTS 층 배선들(100)을 형성하기 위하여, 슬릿 HTS 배선들(95)의 상부 및 하부 표면들 상에서, 릴들(97 및 98)로부터 각각 이송된 라미네이션들(96a 및 96b)을 배치한다.
하나의 실시예에서, 라미네이션 디바이스(99)는 라미네이션들을 복합 배선 구조체(95)에 부착하기 위한 솔더를 층에 제공하는 솔더 배스(solder bath)이다. 라미네이션 층들은 각각 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함할 수도 있다는 것이 주목되어야 한다. 또한, 라미네이션 층들은 0.01 내지 2 mm 사이만큼 HTS 층들을 초과하는 폭을 가질 수도 있다.
대안적인 실시예에서, 라미네이션 디바이스(99)는, 에폭시를 전기적 전도성, 열적 전도성, 또는 전기적 및 열적 전도성으로 만들기 위한 재료로 도핑될 수도 있는 에폭시를 통해, 라미네이션 층들(96a/96b)을 그 개개의 캡 층에 부착한다.
도 4에서 도시된 바와 같은 이중 HTS 층 배선(100)의 횡단 단면의 개략도는 솔더 또는 에폭시 층(102a)에 의해 안정화기(70)의 상부 표면에 부착된 은/구리 캡 층(72a)에 의해 캡핑된 HTS 층(75a)의 제 1 표면을 포함한다. 또한, 솔더 또는 에폭시 층(102b)에 의해 안정화기(70)의 하부 표면에 부착된 은/구리 캡 층(72b)에 의해 캡핑된 HTS 층(75b)의 제 1 표면이 도시된다. 솔더 또는 에폭시(106a)에 의해 라미네이션(96a)에 부착된 캡 층(104a)에 의해 캡핑된 HTS 층(75a)의 제 1 표면과 반대쪽의 제 2 표면. 솔더 또는 에폭시(106b)에 의해 라미네이션(96b)에 부착된 캡 층(104b)에 의해 캡핑된 HTS 층(75b)의 제 1 표면과 반대쪽의 제 2 표면. 라미네이션 디바이스(99), 도 3에 의한 라미네이션 프로세스 동안에, 솔더 또는 에폭시 필렛들(108a 및 108b)은 라미네이션들(96a 및 96b)을 기계적으로 그리고 전기적으로 접속하는 복수의 배선들(100)의 각각의 길이 및 에지들을 따라 배치된다.
라미네이션 디바이스(99)는 솔더를 이용하는 대신에, 라미네이션들을 HTS 배선들의 캡 층들에 부착하기 위하여 에폭시를 적용하도록 구성될 수도 있다는 것이 주목되어야 한다. 또한, 그 경우에, HTS 배선들의 길이 및 에지들을 따르는 필렛들(108a/108b)은 또한, 에폭시로 형성된다. 에폭시는 에폭시를 전기적 전도성, 열적 전도성, 또는 전기적 및 열적 전도성 기판으로 만들기 위한 재료로 도핑될 수도 있다.
도 4로부터 분명한 바와 같이, 기판/버퍼 층들(74a 및 74b)은 도 3에서 도시된 바와 같은 박리 프로세스로 인해, 이중 HTS 층 배선(100) 상에서 존재하지 않는다. 그 결과, 비-박리된 배선(70)과 동일한 라미나(lamina) 치수들 및 동일한 HTS 인서트 폭으로 구성된 이중 층 HTS 배선(100)의 Ic가 2 배로 된다. 이중 HTS 층 배선(100)의 두께는 각각의 HTS 층(74a 및 74b)을 위한 기판 및 버퍼 층(들)의 두께들과, 2 개의 라미나 층들의 두께 및 안정화기 층(70)의 두께의 차이만큼 감소된다. 그러므로, 이것은 이러한 표준 단일 HTS 층 비-박리된 배선에 비해 이중 HTS 층(100)의 공학 전류 밀도, Je에서의 증가를 생성한다. 또한, 최종적인 배선 제품으로부터 강자성(ferromagnetic) 기판들을 제거함으로써, 강자성 자기 기판들을 사용하는 배선들과 연관된 전기적 성능 쟁점들이 제거된다는 것에 상당히 주목한다.
1.2 μm 두께의 HTS 층, 75 μm 두께의 기판, 150 nm 두께의 버퍼 층, 및 12 x 0.05 mm의 치수들을 갖는 라미나로 이루어진 표준 HTS 배선은 77 K, 자체-필드에서 약 350 A의 최소 임계 전류(Ic)를 가진다. 이것은 약 155 A/mm2의 최소 Je로 귀착된다. 25 nm 두께의 안정화기 스트립과 함께 동일하게 시작하는 HTS 인서트 및 라미나로부터 생성된 새로운 이중 층 배선(100), 도 4는 77 K, 자체-필드에서 약 700 A의 최소 Ic를 가질 수 있다. 이것은 약 400 A/mm2까지의 최소 Je에서의 증가로 귀착된다. 도 5에서는, 도 1과 관련하여 위에서 설명된 HTS 인서트 배선에 필적할 수도 있는 HTS 인서트 배선(154)을 반송하는 단일 릴(152)을 포함하는, 이 발명의 또 다른 실시예에 따른 연속적인 릴투릴 프로세스(150)가 도시된다. 프로세스(150)는 연속적인 프로세스인 것으로 도시되지만, 프로세스는 2 개 이상의 개별적인 단계들을 이용하여 대안적으로 수행될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
안정화기 재료(158)를 반송하는 추가적인 릴(156)이 있다. 하나의 실시예에서, 안정화기 재료(158)는 임의의 적당한 금속 함유 재료를 포함할 수도 있고, 25 μm를 초과하는 두께를 가질 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 안정화기는 10 내지 25 μm의 두께를 가질 수도 있다. 하나의 실시예에서, 안정화기는 구리이다. 다른 실시예들에서, 안정화기 층(158)은 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함한다.
HTS 인서트 배선(154)은 그 캡 층(160)이 안정화기 재료(158)의 상단 표면과 대면하고 있도록, 릴(152)에서 풀어진다. 캡 층(160)의 대향하는 표면은 HTS 인서트 배선(154)의 기판(162)이다. 기판(162)은 또한, 하나 이상의 버퍼 층들을 포함할 수도 있다. 안정화기(158)의 하나의 측부 상의 HTS 인서트 배선(154)은, 단면 HTS 배선 구조체(166)를 생성하기 위하여 Sn 기반 솔더 재료의 얇은 층을 통해 HTS 인서트(154)를 안정화기(158)에 병합하는 병합 머신(164)을 통해 이송된다.
또 다른 실시예에서, 얇은 에폭시를 전기적 전도성, 열적 전도성, 또는 전기적 및 열적 전도성으로 만들기 위한 재료로 도핑될 수도 있는 얇은 에폭시는 단면 HTS 배선 구조체(166)를 생성하기 위하여 HTS 인서트(154)를 안정화기(158)에 본딩하기 위하여 이용된다.
단면 HTS 배선 구조체(166)는 박리 디바이스(168)에 도입되어, 버퍼 층들을 포함하는 기판 층(162)이 HTS 배선(152)으로부터 해제되거나 박리되게 하여 HTS 층(170)을 노출시킨다. 박리된 기판(162)은 복합 배선 구조체(174)를 남기는 연속적인 프로세스(150)의 일부로서 릴(172) 상에서 수집된다. 복합 배선 구조체(174)는 안정화기(158)에 부착된 캡 층(160), 및 안정화기 층(158)으로부터 노출되고 외향으로 대면하는 HTS 층(170)을 포함한다. 박리된 버퍼링된 기판들(162)은 새로운 HTS 층들을 그 상에서 성장시키기 위한 형판들로서 재이용될 수도 있고, 이전에 이용되고 박리된 기판을 갖는 HTS 배선들은 이 발명에 따른 HTS 배선들이 생성될 수도 있도록, 한 번 다시 박리되도록 하기 위하여 연속적인 프로세스(150)를 통해 이송될 수도 있다는 것이 주목되어야 한다. 하나의 실시예에서, 상단 이축성 텍스처링된 옥사이드 버퍼 층(14)은 그것이 새로운 HTS 층을 성장시키기 위한 형판으로서 이용되기 전에, 금속 기판(16) 상에서 재퇴적될 수도 있다. 하나의 실시예에서, 상단 버퍼 층(14)은 CeO2이다.
복합 배선 구조체(174)는 HTS 층(170)의 상단에서 캡 층을 생성하기 위하여 금속성 배스(metallic bath)(176)로 이송된다. 캡 층은 각각 은, 또는 은 합금, 또는 은 층 및 구리 층을 포함할 수도 있다. 구리의 층과 조합한 은의 층의 경우에, 2 개의 별도의 배스들이 이용될 것이다. 은 층 및 구리 층의 예는 구리 층(20a)과 조합된 은 층(18a)으로서, 도 1에서의 종래 기술에서 도시된다.
프로세스에서의 임의적인 단계는, 특히, 인가된 자기장들에서의 전기적 성능을 개선시키기 위하여 HTS 층에서의 피닝 마이크로구조체들의 균일한 분포를 생성하기 위하여 이용될 수도 있는 이온 조사 단계(48), 도 2이다. 하나의 실시예에서, 이온 조사 단계(48)는 은 또는 은 합금 층(170)의 퇴적 전에 도입될 수도 있다. 대안적인 실시예에서, 이온 조사 단계(48)는 은 또는 은 합금 층(170)의 퇴적 후에 도입될 수도 있다.
캡 층을 갖는 복합 배선 구조체(178)는 배선 슬리터(180)로 이송되고, 배선 슬리터(94)는 예를 들어, 레이저 슬리터를 이용하여 배선 구조체(178)를, 라미네이션 디바이스(184)로 이송되는 복수의 개별적인 더 좁은 HTS 배선들(182)로 슬리팅(slit)한다. 라미네이션 디바이스(184)는 복수의 복합 단면 HTS 층 배선들(190)을 형성하기 위하여, 슬릿 HTS 배선들(182)의 상부 및 하부 표면들 상에서, 릴들(187 및 189)로부터 각각 이송된 라미네이션 층들(186 및 188)을 배치한다.
하나의 실시예에서, 라미네이션 디바이스(184)는 라미네이션들을 복합 배선 구조체(182)에 부착하기 위한 솔더를 층에 제공하는 솔더 배스이다. 라미네이션 층들은 각각 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함할 수도 있다는 것이 주목되어야 한다. 또한, 라미네이션 층들은 0.01 내지 2 mm 사이만큼 HTS 층들을 초과하는 폭을 가질 수도 있다.
대안적인 실시예에서, 라미네이션 디바이스(184)는, 에폭시를 전기적 전도성, 열적 전도성, 또는 전기적 및 열적 전도성으로 만들기 위한 재료로 도핑될 수도 있는 에폭시를 통해, 라미네이션 층들(186/188)을 그 개개의 캡 층에 부착한다.
단면 HTS 층 배선(190)의 횡단 단면 개략도는 솔더 또는 에폭시 층(192)에 의해 안정화기(158)의 상부 표면에 부착된 HTS 층(170)의 제 1 은/구리 캡 층(160)을 포함하기 위하여 도 6에서 도시된다. 또한, HTS 층(170) 상의 제 2 은/구리 캡 층(194)이 도시된다. 캡 층(194)은 솔더 또는 에폭시 층(198)에 의해 라미네이션(186)에 부착된다. 안정화기(158)의 제 1 표면과 반대쪽의 제 2 표면 상에서는, 라미네이션(188)이 솔더 또는 에폭시 층(200)에 의해 그것에 부착된다. 라미네이션 디바이스(184), 도 5에 의한 라미네이션 프로세스 동안에, 솔더 또는 에폭시 필렛들(202 및 204)은 라미네이션들(186 및 188)을 기계적으로 그리고 전기적으로 접속하는 복수의 배선들(190)의 각각의 길이 및 에지들을 따라 배치된다.
도 4로부터 분명한 바와 같이, 기판/버퍼 층들(162)은 도 5에서 도시된 바와 같은 박리 프로세스로 인해, 단면 HTS 층 배선(190) 상에서 존재하지 않는다. 그 결과, 단면 HTS 층 배선(190)의 두께는 기판 및 버퍼 층(들) 두께와 안정화기 층 두께 사이의 차이만큼 감소된다. 약 75 μm의 기판 및 버퍼 층 두께 및 약 25 μm의 안정화기 층 두께에 대하여, 이것은 50 μm의 두께 감소가 된다. 그러므로, 이것은 [[비-박리된 HTS 배선 두께] / [비-박리된 HTS 배선 두께 - 50 μm]] x 100%만큼 많은 동일한 라미나 치수들을 이용하는 비-박리된 배선을 이용하는 이러한 단면 층 구조체에 비해, 단면 HTS 층(190)의 공학 전류 밀도, Je에서의 증가를 생성한다. 또한, 위에서 설명된 바와 같이, 최종적인 배선 제품에서 기판을 제거함으로써, 자기 기판들을 통상적으로 사용하는 배선들에서, 자기 기판들과 연관된 전기적 성능 쟁점들이 극복된다.
1.2 μm 두께의 HTS 층, 75 μm 두께의 기판 및 150 nm 두께의 버퍼 층, 및 4.4 x 0.15 mm의 치수들을 갖는 라미나로 이루어진 표준 HTS 배선은 77 K, 자체-필드에서 150 A의 최소 임계 전류(Ic)를 가질 수 있다. 이것은 85 A/mm2의 최소 Je로 귀착된다. 25 nm 두께의 안정화기 스트립과 함께 동일하게 시작하는 HTS 인서트 및 라미나로부터 생성된 새로운 단일 층(190), 도 6은 150 A의 I2를 가질 수 있다. 이것은 약 100 A/mm2의 최소 Je로 귀착된다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 본원에서 도시되고 설명되었지만, 다양한 수정들은 본 발명의 발명 사상으로부터 이탈하지 않으면서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 행해질 수도 있다. 따라서, 본 발명은 제한이 아니라 예시로서 설명되었다는 것이 이해되어야 한다. 다른 실시형태들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.
Claims (40)
- 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체로서,
제 1 표면 및 상기 제 1 표면과 반대쪽의(opposite) 제 2 표면을 가지는 제 1 고온 초전도체 층;
상기 제 1 고온 초전도체 층의 상기 제 1 표면을 오버레이(overlay)하고 상기 제 1 고온 초전도체 층의 상기 제 1 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 1 전기적 전도성 캡 층;
상기 제 1 고온 초전도체 층의 상기 제 2 표면을 오버레이하고 상기 제 1 고온 초전도체 층의 상기 제 2 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 2 전기적 전도성 캡 층;
상기 제 1 전기적 전도성 캡 층을 오버레이하고 상기 제 1 전기적 전도성 캡 층에 부착된 제 1 라미네이션(lamination) 층;
제 1 표면 및 상기 제 1 표면과 반대쪽의 제 2 표면을 가지는 안정화기 층(stabilizer layer) - 상기 안정화기 층의 상기 제 1 표면은 상기 제 2 전기적 전도성 캡 층을 오버레이하고 상기 제 2 전기적 전도성 캡 층에 부착됨 -;
제 1 표면 및 상기 제 1 표면과 반대쪽의 제 2 표면을 가지는 제 2 고온 초전도체 층;
상기 제 2 고온 초전도체 층의 상기 제 1 표면을 오버레이하고 상기 제 2 고온 초전도체 층의 상기 제 1 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 3 전기적 전도성 캡 층;
상기 제 2 고온 초전도체 층의 상기 제 2 표면을 오버레이하고 상기 제 2 고온 초전도체 층의 상기 제 2 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 4 전기적 전도성 캡 층; 및
상기 제 4 전기적 전도성 캡 층을 오버레이하고 상기 제 4 전기적 전도성 캡 층에 부착된 제 2 라미네이션 층을 포함하고,
상기 안정화기 층의 상기 제 2 표면은 상기 제 3 전기적 전도성 캡 층을 오버레이하고 상기 제 3 전기적 전도성 캡 층에 부착되고;
상기 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 1 에지를 따라 배치되고 상기 제 1 라미네이션 층 및 상기 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 1 필렛(fillet), 및 상기 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 2 에지를 따라 배치되고 상기 제 1 라미네이션 층 및 상기 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 2 필렛이 포함되며,
상기 제 1 필렛과 상기 제 2 필렛의 각각의 에지는 동일평면상에서 상기 제 1 라미네이션 층 및 상기 제 2 라미네이션 층의 각각의 에지와 정렬되는, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 고온 초전도체 층들은 각각 희토류-알칼리토류-구리 옥사이드(rare earth-alkaline earth-copper oxide)를 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 전기적 전도성 캡 층들은 각각 은(silver), 또는 은 합금, 또는 은 층 및 구리 층을 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 각각 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸(stainless steel), 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 상기 제 1 및 제 2 고온 초전도체 층들의 폭을 초과하는 폭을 가지는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 라미네이션 층들의 폭은 상기 제 1 및 제 2 고온 초전도체 층들의 폭을 초과하는 0.01 mm 내지 2 mm 사이인 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 안정화기 층은 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전기적 전도성 캡 층은 에폭시(epoxy) 또는 솔더(solder)를 통해 상기 안정화기 층의 상기 제 1 표면에 부착되고, 상기 제 4 전기적 전도성 캡 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 상기 안정화기 층의 상기 제 2 표면에 부착되고, 상기 제 1 라미네이션 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 상기 제 1 전기적 전도성 캡 층에 부착되고, 상기 제 2 라미네이션 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 상기 제 4 전기적 전도성 캡 층에 부착되며, 상기 제 1 및 제 2 필렛들은 에폭시 또는 솔더로 형성되는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 8 항에 있어서,
상기 에폭시는, 상기 에폭시를 전기적 전도성, 열적 전도성, 또는 전기적 및 열적 전도성으로 만들기 위한 재료(material)로 도핑되는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체로서,
제 1 표면 및 상기 제 1 표면과 반대쪽의 제 2 표면을 가지는 고온 초전도체 층;
상기 고온 초전도체 층의 상기 제 1 표면을 오버레이하고 상기 고온 초전도체 층의 상기 제 1 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 1 전기적 전도성 캡 층;
상기 고온 초전도체 층의 상기 제 2 표면을 오버레이하고 상기 고온 초전도체 층의 상기 제 2 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 2 전기적 전도성 캡 층;
상기 제 1 전기적 전도성 캡 층을 오버레이하고 상기 제 1 전기적 전도성 캡 층에 부착된 제 1 라미네이션 층;
제 1 표면 및 상기 제 1 표면과 반대쪽의 제 2 표면을 가지는 안정화기 층 - 상기 안정화기 층의 상기 제 1 표면은 상기 제 2 전기적 전도성 캡 층을 오버레이하고 상기 제 2 전기적 전도성 캡 층에 부착됨 -; 및
상기 안정화기 층의 상기 제 2 표면을 오버레이하고 상기 안정화기 층의 상기 제 2 표면에 부착된 제 2 라미네이션 층을 포함하고,
상기 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 1 에지를 따라 배치되고 상기 제 1 라미네이션 층 및 상기 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 1 필렛, 및 상기 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 2 에지를 따라 배치되고 상기 제 1 라미네이션 층 및 상기 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 2 필렛이 포함되며,
상기 제 1 필렛과 상기 제 2 필렛의 각각의 에지는 동일평면상에서 상기 제 1 라미네이션 층 및 상기 제 2 라미네이션 층의 각각의 에지와 정렬되는, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 10 항에 있어서,
상기 고온 초전도체 층은 희토류-알칼리토류-구리 옥사이드를 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 전기적 전도성 캡 층들은 각각 은, 또는 은 합금, 또는 은 층 및 구리 층을 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 각각 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 상기 고온 초전도체 층의 폭을 초과하는 폭을 가지는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 라미네이션 층들의 폭은 상기 고온 초전도체 층의 폭을 초과하는 0.01 mm 내지 2 mm 사이인 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 10 항에 있어서,
상기 안정화기 층은 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 전기적 전도성 캡 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 상기 안정화기 층의 상기 제 1 표면에 부착되고, 상기 제 1 라미네이션 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 상기 제 1 전기적 전도성 캡 층에 부착되고, 상기 제 2 라미네이션 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 상기 안정화기 층의 상기 제 2 표면을 갖는 상기 제 2 전기적 전도성 캡 층에 본딩되며, 상기 제 1 및 제 2 필렛들은 에폭시 또는 솔더로 형성되는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 제 17 항에 있어서,
상기 에폭시는, 상기 에폭시를 전기적 전도성, 열적 전도성, 또는 전기적 및 열적 전도성으로 만들기 위한 재료로 도핑되는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체. - 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법으로서,
제 1 이축성 텍스처링된 (biaxially textured) 기판을 오버레이하고 상기 제 1 이축성 텍스처링된 기판과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 1 표면을 갖는 제 1 고온 초전도체 층, 및 상기 제 1 고온 초전도체 층의 제 2 표면을 오버레이하고 상기 제 1 고온 초전도체 층의 제 2 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 1 전기적 전도성 캡 층을 가지는 제 1 초전도체 인서트(superconductor insert)를 제공하는 단계;
제 2 이축성 텍스처링된 기판의 제 1 표면을 오버레이하고 상기 제 2 이축성 텍스처링된 기판의 제 1 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 1 표면을 갖는 제 2 고온 초전도체 층, 및 상기 제 2 고온 초전도체 층의 제 2 표면을 오버레이하고 상기 제 2 고온 초전도체 층의 제 2 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 2 전기적 전도성 캡 층을 가지는 제 2 초전도체 인서트를 제공하는 단계;
상기 제 1 초전도체 인서트의 상기 제 1 전기적 전도성 캡 층을 안정화기 층의 제 1 표면에 부착하고, 상기 제 2 초전도체 인서트의 상기 제 2 전기적 전도성 캡 층을 상기 안정화기 층의 상기 제 1 표면과 반대쪽의 안정화기 층의 제 2 표면에 부착하는 단계;
상기 제 1 고온 초전도체 층의 상기 제 1 표면을 노출시키기 위하여 상기 제 1 고온 초전도체 층으로부터 상기 제 1 이축성 텍스처링된 기판을 제거하고, 상기 제 2 고온 초전도체 층의 상기 제 1 표면을 노출시키기 위하여 상기 제 2 고온 초전도체 층으로부터 상기 제 2 이축성 텍스처링된 기판을 제거하는 단계;
제 3 전기적 전도성 캡 층을 상기 제 1 고온 초전도체 층의 상기 제 1 표면에 부착하고, 제 4 전기적 전도성 캡 층을 상기 제 2 고온 초전도체 층의 상기 제 1 표면에 부착하는 단계; 및
제 1 라미네이션 층을 상기 제 3 전기적 전도성 캡 층에 부착하고, 제 2 라미네이션 층을 상기 제 4 전기적 전도성 캡 층에 부착하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 라미네이션 층들을 부착하는 단계는, 상기 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 1 에지를 따르고 상기 제 1 라미네이션 층 및 상기 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 1 필렛을 배치하고, 상기 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 2 에지를 따르고 상기 제 1 라미네이션 층 및 상기 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 2 필렛을 배치하는 단계를 포함하며,
상기 제 1 필렛과 상기 제 2 필렛의 각각의 에지는 동일평면상에서 상기 제 1 라미네이션 층 및 상기 제 2 라미네이션 층의 각각의 에지와 정렬되는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 고온 초전도체 층들은 각각 희토류-알칼리토류-구리 옥사이드를 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 이축성 텍스처링된 기판들은 각각 하스테로이(hastelloy) 또는 니켈 합금 중의 하나를 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 이축성 텍스처링된 기판들은 각각 적어도 하나의 버퍼 층을 더 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 전기적 전도성 캡 층들은 각각 은, 또는 은 합금, 또는 은 층 및 구리 층을 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 각각 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 상기 제 1 및 제 2 고온 초전도체 층들의 폭을 초과하는 폭을 가지는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 25 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 라미네이션 층들의 폭은 상기 제 1 및 제 2 고온 초전도체 층들의 폭을 초과하는 0.01 mm 내지 2 mm 사이인 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 안정화기 층은 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 2 전기적 전도성 캡 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 상기 안정화기 층의 상기 제 1 표면에 부착되고, 상기 제 4 전기적 전도성 캡 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 상기 안정화기 층의 상기 제 2 표면에 부착되고, 상기 제 1 라미네이션 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 상기 제 1 전기적 전도성 캡 층에 부착되고, 상기 제 2 라미네이션 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 상기 제 2 전기적 전도성 캡 층에 부착되며, 상기 제 1 및 제 2 필렛들은 에폭시 또는 솔더로 형성되는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 19 항에 있어서,
제거된 제 1 및 제 2 이축성 텍스처링된 기판들 중의 하나를 오버레이하고 상기 제거된 제 1 및 제 2 이축성 텍스처링된 기판들 중의 하나와 직접적으로 접촉하는 표면을 갖는 고온 초전도체 층을 각각 가지는 2 개의 초전도체 인서트들을 생성하기 위하여, 상기 제 1 및 제 2 초전도체 층들로부터 제거된 상기 제 1 및 제 2 이축성 텍스처링된 기판들을 재이용하는 단계를 더 포함하는, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법으로서,
제 1 표면 및 제 1 표면과 반대쪽의 제 2 표면을 갖는 고온 초전도체 층 - 상기 제 1 표면은 이축성 텍스처링된 기판을 오버레이하고 상기 이축성 텍스처링된 기판과 직접적으로 접촉함 -, 및 상기 고온 초전도체 층의 제 2 표면을 오버레이하고 상기 고온 초전도체 층의 제 2 표면과 직접적으로 물리적 접촉하는 제 1 전기적 전도성 캡 층을 가지는 초전도체 인서트를 제공하는 단계;
상기 초전도체 인서트의 상기 제 1 전기적 전도성 캡 층을 안정화기 층의 제 1 표면에 부착하는 단계;
상기 고온 초전도체 층의 상기 제 1 표면을 노출시키기 위하여 상기 고온 초전도체 층으로부터 상기 이축성 텍스처링된 기판을 제거하는 단계;
제 3 전기적 전도성 캡 층을 상기 고온 초전도체 층의 상기 제 1 표면에 부착하는 단계; 및
제 1 라미네이션 층을 제 2 전기적 전도성 캡 층에 부착하고, 제 2 라미네이션 층을 상기 안정화기 층의 제 2 표면에 부착하는 단계;
상기 제 1 및 제 2 라미네이션 층들을 부착하는 단계는, 상기 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 1 에지를 따르고 상기 제 1 라미네이션 층 및 상기 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 1 필렛을 배치하고, 상기 라미네이팅된 초전도체 배선 조립체의 제 2 에지를 따르고 상기 제 1 라미네이션 층 및 상기 제 2 라미네이션 층에 접속된 제 2 필렛을 배치하는 단계를 포함하며,
상기 제 1 필렛과 상기 제 2 필렛의 각각의 에지는 동일평면상에서 상기 제 1 라미네이션 층 및 상기 제 2 라미네이션 층의 각각의 에지와 정렬되는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 30 항에 있어서,
상기 고온 초전도체 층은 희토류-알칼리토류-구리 옥사이드를 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 30 항에 있어서,
상기 이축성 텍스처링된 기판은 하스테로이 또는 니켈 합금 중의 하나를 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 이축성 텍스처링된 기판은 적어도 하나의 버퍼 층을 더 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 30 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 전기적 전도성 캡 층들은 각각 은, 또는 은 합금, 또는 은 층 및 구리 층을 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 30 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 각각 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 30 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 라미네이션 층들은 상기 고온 초전도체 층의 폭을 초과하는 폭을 가지는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 라미네이션 층들의 폭은 상기 고온 초전도체 층의 폭을 초과하는 0.01 mm 내지 2 mm 사이인 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 30 항에 있어서,
상기 안정화기 층은 알루미늄, 구리, 은, 니켈, 철, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 구리 합금, 은 합금, 니켈 합금, 및 철 합금의 그룹으로부터 선택된 금속을 포함하는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 30 항에 있어서,
상기 제 2 전기적 전도성 캡 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 상기 안정화기 층의 제 1 표면에 부착되고, 상기 제 1 라미네이션 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 상기 제 1 전기적 전도성 캡 층에 본딩되고, 상기 제 2 라미네이션 층은 에폭시 또는 솔더를 통해 상기 안정화기 층의 상기 제 2 표면을 갖는 상기 제 2 전기적 전도성 캡 층에 본딩되며, 상기 제 1 및 제 2 필렛들은 에폭시 또는 솔더로 형성되는 것인, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법. - 제 30 항에 있어서,
제거된 이축성 텍스처링된 기판을 오버레이하고 상기 제거된 이축성 텍스처링된 기판과 직접적으로 접속하는 표면을 갖는 고온 초전도체 층을 가지는 초전도체 인서트를 생성하기 위하여, 상기 고온 초전도체 층으로부터 제거된 상기 이축성 텍스처링된 기판을 재이용하는 단계를 더 포함하는, 라미네이팅된 초전도체 배선을 제조하는 방법.
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