KR20070093050A - Thick superconductor films with improved performance - Google Patents

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KR20070093050A
KR20070093050A KR1020077009908A KR20077009908A KR20070093050A KR 20070093050 A KR20070093050 A KR 20070093050A KR 1020077009908 A KR1020077009908 A KR 1020077009908A KR 20077009908 A KR20077009908 A KR 20077009908A KR 20070093050 A KR20070093050 A KR 20070093050A
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지아오핑 리
토마스 코덴칸다트
에드워드 제이. 시갈
웨이 쯔항
마틴 더블유. 루피치
이빙 후안
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아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션
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    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

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Abstract

A method for producing a thick film includes disposing a precursor solution onto a substrate to form a precursor film. The precursor solution contains precursor components to a rare-earth/alkaline-earth-metal/transition-metal oxide including a salt of a rare earth element, a salt of an alkaline earth metal, and a salt of a transition metal in one or more solvents, wherein at least one of the salts is a fluoride-containing salt, and wherein the ratio of the transition metal to the alkaline earth metal is greater than 1.5. The precursor solution is treated to form a rare earth-alkaline earth-metal transition metal oxide superconductor film having a thickness greater than 0.8 Vm. solution.

Description

성능이 개선된 초전도체 후막{THICK SUPERCONDUCTOR FILMS WITH IMPROVED PERFORMANCE}Superconductor thick film with improved performance {THICK SUPERCONDUCTOR FILMS WITH IMPROVED PERFORMANCE}

관련 출원과의 상호 참조Cross Reference with Related Application

본 출원은 35 U.S.C. § 119(e) 하에 2004년 10월 1일자로 출원된 동시 계류 중인 미국 가출원 연속 제60/615,289호와, 2005년 7월 29일자로 출원된 동시 계류 중인 미국 가출원 연속 제60/703,836호를 우선권 주장의 기초 출원으로 한 것이며, 상기 가출원 둘 모두는 발명의 명칭이 "성능이 개선된 초전도체 후막(Thick Superconductor Films With Improved Performance)"이며 이 둘 모두는 본원에 참고로 인용된다.This application claims 35 U.S.C. Priority to co-pending US Provisional Serial No. 60 / 615,289, filed October 1, 2004, under § 119 (e), and US Provisional Serial No. 60 / 703,836, filed July 29, 2005. The provisional application of the claims, both of which are entitled "Thick Superconductor Films With Improved Performance", both of which are incorporated herein by reference.

본 출원은 하기 출원들:The present application provides the following applications:

2005년 7월 29일자로 출원되고 발명의 명칭이 "고온 초전도성 와이어 및 코일(high Temperature Superconductive Wires and Coils)"인 미국 특허 출원 연속 제60/703,815호; US Patent Application Serial No. 60 / 703,815, filed Jul. 29, 2005 and entitled "High Temperature Superconductive Wires and Coils";

2005년 7월 29일자로 출원되고 발명의 명칭이 "고온 초전도체 와이어를 위한 구성물(Architecture for High Temperature Superconductor Wire)"인 미국 특허 출원 연속 제11/193,262호US Patent Application Serial No. 11 / 193,262, filed Jul. 29, 2005, entitled "Architecture for High Temperature Superconductor Wire."

에 관한 것으로, 하기 출원들의 전체 내용은 본원에 참고 인용된다.In which the entire contents of the following applications are incorporated herein by reference.

기술분야Field of technology

본 발명은 일반적으로 초전도 재료의 임계 전류 밀도 용량 (critical current density carrying capacity)을 강화사키는 것에 관한 것이다. 또한 본 발명은 초전도 구조체 및 희토류 금속-알칼리 토금속-전이 금속 산화물 막의 초전도 특성을 개선시키는 방법에 관한 것이다.The present invention generally relates to enhancing the critical current density carrying capacity of superconducting materials. The invention also relates to a method for improving the superconducting properties of superconducting structures and rare earth metal-alkaline earth metal-transition metal oxide films.

고온 초전도 (high-temperature superconducting, HTS) 재료 (77 K의 액체 질소 온도 초과의 온도에서 초전도)의 발견 이래로 이러한 HTS 재료를 사용하여 다양한 공학적 용도를 연구 및 개발하려는 노력이 있어 왔다. 박막 초전도체 장치 및 와이어 (wire)에 있어서, 잘 알려진 YBa2Cu3O7 -x (이하, Y123 또는 YBCO로 칭함)의 기본 조성의 이트륨, 바륨, 구리 및 산소를 포함하는 산화물 초전도체가 이용되는 장치의 제작이 가장 많이 진보하였다. 또한 Y를 치환하는 희토류 원소 "RE"에서 큰 진보가 있었다. 2축 집합조직화 초전도 금속 산화물 (Biaxially textured superconductor metal oxides), 예를 들어, Y123에서는 코팅된 전도체 구성물에서 높은 임계 전류 밀도가 성취되었다. 이러한 와이어는 흔히 제2 세대 HTS 와이어로 칭해진다. 따라서, Y123은 케이블, 모터, 발전기, 동기 콘덴서, 변압기, 전류 리미터 (current limiters), 및 군 용도, 고에너지 물리학 용도, 재료 프로세싱 용도, 수송 용도 및 의료 용도를 위한 자기 시스템을 비롯한 다수의 용도에 바람직한 재료이다.Since the discovery of high-temperature superconducting (HTS) materials (superconductivity at temperatures above the liquid nitrogen temperature of 77 K), efforts have been made to research and develop various engineering applications using these HTS materials. In thin film superconductor devices and wires, devices in which oxide superconductors containing yttrium, barium, copper and oxygen in the basic composition of the well-known YBa 2 Cu 3 O 7 -x (hereinafter referred to as Y123 or YBCO) are used. Has made the most progress. There has also been a great advance in the rare earth element "RE" replacing Y. In biaxially textured superconductor metal oxides, for example Y123, high critical current densities have been achieved in coated conductor constructions. Such wires are often referred to as second generation HTS wires. The Y123 is therefore suitable for numerous applications, including cables, motors, generators, synchronous capacitors, transformers, current limiters, and magnetic systems for military, high energy physics, material processing, transportation, and medical applications. It is a preferred material.

이 분야에 있어서의 소정의 도전은 화학적으로 상용성인 2축 집합조직화 버퍼층의 비용 효율적인 제조 방법에 대한 필요성 뿐만 아니라, 충분한 두께의 높은 임계 전류 밀도 (Jc) 초전도층을 증착할 필요성을 포함한다. 제1 목적에 관해서는, 에피택셜 (epitaxial) 버퍼층을 갖는 변형 집합조직화 기판이 비용 효율적으로 제조될 수 있음이 나타났다. 초전도체 전구체 조성물의 두꺼운 층을 증착할 필요성에 관해서는, 다수의 기법이 평가되고 있다. 화학적 증착법 (chemical vapor deposition, CVD)이 전구체 물질의 매우 비싼 비용으로 인하여 이번에는 경쟁적인 방법으로 고려되지 않는다. 대부분의 물리적 증착 (physical vapor deposition, PVD) 방법 (예를 들어, 펄스형 레이저 융삭 방법(pulsed laser ablation), 반응성 스퍼터링 방법 (reactive sputtering) 및 전자 빔 증발 방법(electron beam evaporation))은 증착률, 조성의 제어, 및 높은 자본 비용에 의해 제한된다. 가능한 경제적인 PVD 방법으로는 희토류 원소, 구리 및 바륨 플루오라이드의 열 또는 전자 빔 증발 방법("바륨 플루오라이드" 공정으로 공지됨)이 있다. 이 공정은 직접적인 PVD 방법보다 더 빠른 것으로 나타났지만, 자본 비용 및 제어 시스템 비용이 여전히 너무 높은 것 같다. 부가적으로, 증착된 전구체 조성물은 그 후 개별적인 로 (furnace) 시스템에서 반응시켜 HTS 막을 형성하여야 한다.Certain challenges in this field include the need for a cost-effective method of manufacturing a chemically compatible biaxial textured buffer layer, as well as the need to deposit a high critical current density (Jc) superconducting layer of sufficient thickness. With regard to the first object, it has been shown that a strained textured substrate having an epitaxial buffer layer can be produced cost effectively. As to the need to deposit thick layers of superconductor precursor compositions, a number of techniques have been evaluated. Chemical vapor deposition (CVD) is not considered a competitive method at this time due to the very high cost of precursor materials. Most physical vapor deposition (PVD) methods (e.g., pulsed laser ablation, reactive sputtering and electron beam evaporation) are known as deposition rate, Limited by control of composition, and high capital costs. Possible economical PVD methods include thermal or electron beam evaporation methods of rare earth elements, copper and barium fluoride (known as “barium fluoride” processes). This process has been shown to be faster than the direct PVD method, but the cost of capital and control system still seems too high. In addition, the deposited precursor composition must then be reacted in a separate furnace system to form an HTS film.

용액 증착 방법도 평가되고 있는데, 이 방법은 진공 시스템이 제외되기 때문에 훨씬 더 낮은 비용을 제공하는 것으로 나타났다. 따라서, 자본 비용이 진공 시스템이 이용되는 다른 방법만큼 높지 않으며, 증착률이 상기 다른 방법만큼 낮지 않다. 트리플루오로아세테이트 (TFA) 용액 공정은 전구체 조성물에 있어서의 낮은 비용, 고증착률, 및 비-진공 프로세싱의 장점을 제공한다. 이러한 공정들은 예를 들어 미국 특허 제5,231,074호(Cima et al.) 및 국제특허 공개 제WO 98/58415호(1998년 12월 23일자로 공개됨)에 개시되어 있으며 전구체 조성물의 구성 성분들을 용해시켜 용액 상을 형성하는 것을 필요로 한다. 미국 특허 제5,231,074호 및 국제특허 공개 제WO 98/58415호는 본원에 그의 전체 내용이 참고 인용된다.Solution deposition methods are also being evaluated, which have been shown to provide much lower costs since the vacuum system is excluded. Thus, the capital cost is not as high as the other methods in which the vacuum system is used, and the deposition rate is not as low as the other methods. The trifluoroacetate (TFA) solution process offers the advantages of low cost, high deposition rate, and non-vacuum processing in the precursor composition. Such processes are disclosed, for example, in US Pat. No. 5,231,074 (Cima et al.) And WO 98/58415 (published Dec. 23, 1998) and by dissolving the components of the precursor composition to obtain a solution. It is necessary to form an image. US Patent No. 5,231,074 and WO 98/58415 are incorporated herein by reference in their entirety.

발명의 개요Summary of the Invention

일 태양에 있어서, 본 발명은 초전도막에 대한 전구체로서의 역할을 하는 조성물을 제공하며, 이는 고증착률을 이용하여 단일 도포로 큰 면적의 기판 상에 코팅되어 요망되는 막 두께를 생성할 수 있다. 전구체 조성물은 바람직하게는 단순 열 공정을 통하여 초전도 상으로 전환될 수 있다. 본 발명은 긴 길이의 기판 상의 희토류 초전도체의 후막 전구체 조성물을 저렴한 비용으로 제작하는 방법을 제공한다.In one aspect, the present invention provides a composition that serves as a precursor to a superconducting film, which can be coated onto a large area substrate in a single application using high deposition rates to produce the desired film thickness. The precursor composition may preferably be converted to a superconducting phase through a simple thermal process. The present invention provides a method for producing a low cost, thick film precursor composition of a rare earth superconductor on a long length substrate.

본 발명의 일 태양에 있어서, 초전도체 막의 제조 공정은 하나 이상의 용매 중에 희토류 원소의 염, 알칼리 토금속의 염, 및 전이 금속의 염을 포함하는 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물에 대한 전구체 성분들을 포함하는 제1 전구체 용액을 기판 상에 증착시켜 전구체 막을 형성하는 단계로서, 여기서 상기 염들 중 적어도 하나는 플루오라이드 함유 염이며, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비는 1.5 초과인 것인 단계; 및 전구체 막을 처리하여 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물 초전도체를 형성하는 단계로서, 여기서 전구체 막 중의 전이 금속 대 알칼리 토금속의 전체 비는 1.5 초과이며, 초전도체 막의 전체 두께는 0.8 ㎛ 초과인 것인 단계를 포함한다.In one aspect of the invention, a process for preparing a superconductor membrane comprises precursor components for rare earth-alkaline earth metal-transition metal oxides, including salts of rare earth elements, salts of alkaline earth metals, and salts of transition metals in one or more solvents. Depositing a first precursor solution on a substrate to form a precursor film, wherein at least one of the salts is a fluoride containing salt and the ratio of transition metal to alkaline earth metal is greater than 1.5; And treating the precursor film to form a rare earth-alkaline earth-transition metal oxide superconductor, wherein the total ratio of transition metal to alkaline earth metal in the precursor film is greater than 1.5 and the total thickness of the superconductor film is greater than 0.8 μm. Include.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 이 공정은 전구체 막을 처리하여 제1 전구체 용액의 희토류, 알칼리 토금속 및 전이 금속을 포함하는 금속 옥시플루오라이드 중간체 막을 형성하는 단계, 및 금속 옥시플루오라이드 중간체 막을 가열하여 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물 초전도체를 형성하는 단계를 포함한다. 금속 옥시플루오라이드 막은 이트륨, 바륨 및 구리를 포함하며, 기판/금속 옥시플루오라이드 경계면에 인접한 막의 바륨:구리의 비는 약 2:3이다. 금속 옥시플루오라이드 중간체 막은 이 막을 약 190℃ 내지 약 650℃ 범위의 온도에서 가열하여 제1 전구체 용액의 전구체 성분들을 분해시키거나, 이 막을 약 19O℃ 내지 약 400℃ 범위의 온도에서 가열하여 제1 전구체 용액의 전구체 성분들을 분해시킴으로써 얻어진다. 다른 실시 형태에 있어서, 금속 옥시플루오라이드 중간체 막은 총 압력이 약 0.1 torr 내지 약 760 torr이고 약 0.09 torr 내지 약 50 torr의 산소 및 약 0.01 torr 내지 약 150 torr의 수증기를 포함하는 환경에서 약 700℃ 내지 약 825℃ 범위의 온도에서 가열함으로써 얻어진다. In at least one embodiment, the process comprises treating the precursor film to form a metal oxyfluoride intermediate film comprising rare earth, alkaline earth metal and transition metal of the first precursor solution, and heating the metal oxyfluoride intermediate film to heat the rare earth- Forming an alkaline earth metal-transition metal oxide superconductor. The metal oxyfluoride film comprises yttrium, barium and copper and the barium: copper ratio of the film adjacent the substrate / metal oxyfluoride interface is about 2: 3. The metal oxyfluoride intermediate film may be heated to a temperature in the range of about 190 ° C. to about 650 ° C. to decompose the precursor components of the first precursor solution, or the film may be heated to a temperature in the range of about 190 ° C. to about 400 ° C. Obtained by decomposing the precursor components of the precursor solution. In another embodiment, the metal oxyfluoride intermediate membrane has a total pressure of about 0.1 torr to about 760 torr and about 700 ° C. in an environment that includes about 0.09 torr to about 50 torr of oxygen and about 0.01 torr to about 150 torr of water vapor. Obtained by heating at a temperature in the range from about 825 ° C.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 전구체 용액 또는 최종 산화물 초전도체 중의 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비는 1.6 초과이거나, 약 1.5 초과 내지 약 1.8 범위이다. 전이 금속은 구리일 수 있으며 알칼리 토금속은 바륨을 포함한다.In one or more embodiments, the ratio of transition metal to alkaline earth metal in the precursor solution or final oxide superconductor is greater than 1.6, or greater than about 1.5 to about 1.8. The transition metal may be copper and the alkaline earth metal comprises barium.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 제1 전구체 용액은 적어도 약 5 몰% 과량의 구리, 또는 적어도 약 20 몰% 과량의 구리를 포함한다.In one or more embodiments, the first precursor solution comprises at least about 5 mol% excess copper, or at least about 20 mol% excess copper.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 제1 전구체 용액은 바륨이 적어도 5 몰% 부족하거나 바륨이 적어도 20 몰% 부족하다.In one or more embodiments, the first precursor solution is at least 5 mol% barium or at least 20 mol% barium.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 제1 전구체 용액은 1.0 ㎛ 초과의 두께로 증착되고/되거나 초전도체 막은 전체 두께가 1.0 ㎛ 초과이다.In one or more embodiments, the first precursor solution is deposited to a thickness of greater than 1.0 μm and / or the superconductor film has a total thickness of greater than 1.0 μm.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 제1 전구체 용액은 2 이상의 증착 단계로 증착된다. 전구체 막의 증착 단계는 하나 이상의 용매 중에 희토류 원소의 염, 알칼리 토금속의 염, 및 전이 금속의 염을 포함하는 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물에 대한 전구체 성분들을 포함하는 제2 전구체 용액을 증착하는 단계로서, 여기서 상기 염들 중 적어도 하나는 플루오라이드 함유 염이고, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비는 약 1.5이며, 제2 전구체 조성은 제1 전구체 조성과 다른 것인 단계를 추가로 포함한다. In one or more embodiments, the first precursor solution is deposited in two or more deposition steps. The deposition of the precursor film comprises depositing a second precursor solution comprising precursor components for the rare earth-alkaline earth metal-transition metal oxide comprising salts of rare earth elements, salts of alkaline earth metals, and salts of transition metals in one or more solvents. Wherein at least one of the salts is a fluoride containing salt, the ratio of transition metal to alkaline earth metal is about 1.5 and the second precursor composition is different from the first precursor composition.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 제2 전구체 용액은 초전도 막에서의 자속선 고정점 (flux pinning site)의 형성을 위하여 선택되는 하나 이상의 첨가제 성분 또는 도펀트 (dopant) 성분을 포함한다. 첨가제 성분은 전구체 막의 처리에 사용되는 조건 하에 제2 상 나노입자를 형성하는 용해성 성분을 포함하며, 용해성 성분은 희토류, 알칼리 토금속, 전이 금속, 세륨, 지르코늄, 은, 알루미늄 및 마그네슘의 화합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 도펀트 성분은 산화물 초전도체의 희토류, 알칼리 토금속 또는 전이 금속을 부분적으로 치환하는 금속을 포함한다.In one or more embodiments, the second precursor solution comprises one or more additive components or dopant components selected for the formation of flux pinning sites in the superconducting film. The additive component includes a soluble component that forms second phase nanoparticles under the conditions used for the treatment of the precursor film, the soluble component consisting of a compound of rare earth, alkaline earth metal, transition metal, cerium, zirconium, silver, aluminum and magnesium Is selected from. The dopant component includes a metal that partially replaces the rare earth, alkaline earth metal or transition metal of the oxide superconductor.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 제2 전구체 용액은 제1 전구체 용액의 증착 이전에 증착될 수 있거나, 제2 전구체 용액이 제1 전구체 용액 이후에 증착될 수 있다.In one or more embodiments, the second precursor solution may be deposited prior to the deposition of the first precursor solution, or the second precursor solution may be deposited after the first precursor solution.

하나 이상의 실시 형태에 있어서는, 전체 두께가 0.8 ㎛ 미만인 산화물 초전도체 막을 형성하도록 제2 전구체 용액이 증착된다.In one or more embodiments, the second precursor solution is deposited to form an oxide superconductor film having a total thickness of less than 0.8 μm.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 기판은 2축 배향되며, 초전도체 막은 2축 배향되고 그 폭을 가로질러 실질적으로 일정한 c-축 배향을 가지며, 초전도체 막의 c-축 배향은 기판의 표면에 대하여 실질적으로 수직이다.In one or more embodiments, the substrate is biaxially oriented, the superconductor film is biaxially oriented and has a substantially constant c-axis orientation across its width, and the c-axis orientation of the superconductor film is substantially perpendicular to the surface of the substrate. to be.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 제1 전구체 용액은 초전도막에서 자속선 고정점의 형성을 위하여 선택되는 하나 이상의 첨가제 성분 또는 도펀트 성분을 포함한다. 첨가제 성분은 전구체 막의 처리에 사용되는 조건 하에 제2 상 나노입자를 형성하는 용해성 성분을 포함하며, 용해성 성분은 희토류, 알칼리 토금속, 전이 금속, 세륨, 지르코늄, 은, 알루미늄 및 마그네슘의 화합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 도펀트 성분은 산화물 초전도체의 희토류, 알칼리 토금속 또는 전이 금속을 부분적으로 치환하는 금속을 포함한다.In one or more embodiments, the first precursor solution includes one or more additive components or dopant components that are selected for the formation of flux line anchorage points in the superconducting film. The additive component includes a soluble component that forms second phase nanoparticles under the conditions used for the treatment of the precursor film, the soluble component consisting of a compound of rare earth, alkaline earth metal, transition metal, cerium, zirconium, silver, aluminum and magnesium Is selected from. The dopant component includes a metal that partially replaces the rare earth, alkaline earth metal or transition metal of the oxide superconductor.

본 발명의 다른 태양에 있어서, 초전도체 막의 제조 공정은, 하나 이상의 용매 중에 전이 금속의 염을 포함하는 제1 전구체 용액과, 하나 이상의 용매 중에 희토류 원소의 염, 알칼리 토금속의 염, 및 상기 전이 금속의 염을 포함하는 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물에 대한 전구체 성분들을 포함하는 제2 전구체 용액을 임의의 순서로 기판 상에 배치하여 전구체 막을 형성하는 단계로서, 여기서 상기 염들 중 적어도 하나는 플루오라이드 함유 염이며, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비는 적어도 1.5인 것인 단계; 및 전구체 막을 처리하여 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물 초전도체를 형성하는 단계로서, 여기서 전구체 막 중의 전이 금속 대 알칼리 토금속의 전체 비는 1.5 초과이며, 초전도체 막의 전체 두께는 0.8 ㎛ 초과 또는 1.0 ㎛ 초과인 것인 단계를 포함한다. 전구체 막을 처리하는 단계는 전구체 막을 처리하여 제1 및 제2 전구체 용액의 희토류, 알칼리 토금속, 및 전이 금속을 포함하는 중간체 막을 형성하는 단계; 및 중간체 막을 가열하여 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물 초전도체를 형성하는 단계를 포함한다.In another aspect of the present invention, a process for preparing a superconductor film includes a first precursor solution comprising a salt of a transition metal in at least one solvent, a salt of a rare earth element, a salt of an alkaline earth metal, and a transition metal in at least one solvent. Placing a second precursor solution comprising precursor components for the rare earth-alkaline earth-metal transition metal oxide comprising a salt on the substrate in any order to form a precursor film, wherein at least one of the salts contains fluoride Salt, and the ratio of transition metal to alkaline earth metal is at least 1.5; And treating the precursor film to form a rare earth-alkaline earth metal-transition metal oxide superconductor, wherein the total ratio of transition metal to alkaline earth metal in the precursor film is greater than 1.5 and the total thickness of the superconductor film is greater than 0.8 μm or greater than 1.0 μm. It comprises a step. Treating the precursor film includes treating the precursor film to form an intermediate film comprising rare earth, alkaline earth metal, and transition metal of the first and second precursor solutions; And heating the intermediate film to form a rare earth-alkaline earth metal-transition metal oxide superconductor.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 전구체 막은 각각의 전구체 용액의 증착 후 가열하여 전구체 용액의 금속 성분을 포함하는 중간체 막을 형성한다.In one or more embodiments, the precursor film is heated after deposition of each precursor solution to form an intermediate film comprising the metal component of the precursor solution.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 전체 비는 1.6 초과, 또는 약 1.5 초과 내지 약 1.8의 범위이다. 전이 금속은 구리를 포함하며 알칼리 토금속은 바륨을 포함한다.In one or more embodiments, the total ratio of transition metal to alkaline earth metal is in the range of greater than 1.6, or greater than about 1.5 to about 1.8. Transition metals include copper and alkaline earth metals include barium.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 제1 전구체 용액은 구리로 주구성된다.In one or more embodiments, the first precursor solution is predominantly made of copper.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 제1 전구체 용액은 제2 전구체 이전에 증착된다.In one or more embodiments, the first precursor solution is deposited before the second precursor.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 제2 전구체 용액은 구리 대 바륨의 비가 약 1.5이며, 제2 전구체 용액은 구리 대 바륨의 비가 1.5 초과이다.In one or more embodiments, the second precursor solution has a copper to barium ratio of about 1.5 and the second precursor solution has a copper to barium ratio greater than 1.5.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 제2 전구체는 고정 중심점 (pinning center)의 형성을 위하여 선택되는 첨가제 성분 및 도펀트 성분 중 적어도 하나를 추가로 포함한다.In one or more embodiments, the second precursor further comprises at least one of an additive component and a dopant component selected for the formation of a pinning center.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 본 방법은 구리 용액을 기판 상에 배치하여 구리 전구체 층을 형성하는 단계; 및 이트륨, 바륨 및 구리의 염을 포함하는 제2 전구체 용액을 구리 전구체 층 상에 배치하는 단계로서, 여기서 구리 대 바륨의 비는 적어도 1.5인 것인 단계를 포함한다.In one or more embodiments, the method includes disposing a copper solution on a substrate to form a copper precursor layer; And disposing a second precursor solution comprising salts of yttrium, barium and copper on the copper precursor layer, wherein the ratio of copper to barium is at least 1.5.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 기판은 2축 배향되며, 초전도체 막은 2축 배향되고 그 폭을 가로질러 실질적으로 일정한 c-축 배향을 가지며, 초전도체 막의 c-축 배향은 기판의 표면에 대하여 실질적으로 수직이다.In one or more embodiments, the substrate is biaxially oriented, the superconductor film is biaxially oriented and has a substantially constant c-axis orientation across its width, and the c-axis orientation of the superconductor film is substantially perpendicular to the surface of the substrate. to be.

본 발명의 다른 태양에 있어서, 물품은 상부에 초전도층을 갖는 2축 집합조직화 기판을 포함하며, 여기서 상기 초전도층은 희토류 바륨 구리 산화물 초전도체를 포함하고, 초전도층은 두께가 0.8 ㎛ 초과이며, Cu 대 Ba의 비가 1.5 초과이고, 초전도층은 플루오라이드를 포함한다. 구리 대 바륨의 비는 1.6 초과일 수 있고/있거나, 초전도체 막은 두께가 1.0 ㎛ 초과이다.In another aspect of the invention, an article comprises a biaxial textured substrate having a superconducting layer thereon, wherein the superconducting layer comprises a rare earth barium copper oxide superconductor, the superconducting layer having a thickness of greater than 0.8 μm, Cu The ratio of Ba to 1.5 is greater than 1.5, and the superconducting layer comprises fluoride. The ratio of copper to barium may be greater than 1.6 and / or the superconductor film is greater than 1.0 μm in thickness.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 기판은 세륨 산화물, 란탄 알루미늄 산화물, 란탄 망간 산화물, 스트론튬 티타늄 산화물, 마그네슘 산화물, 네오디뮴 가돌리늄 산화물, 및/또는 세륨 산화물/이트리아-안정화 지르코니아로 구성된 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 버퍼층(buffer layer)을 포함한다.In one or more embodiments, the substrate comprises a material selected from the group consisting of cerium oxide, lanthanum aluminum oxide, lanthanum manganese oxide, strontium titanium oxide, magnesium oxide, neodymium gadolinium oxide, and / or cerium oxide / yttria-stabilized zirconia. It includes a buffer layer.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 초전도층은 임계 전류 밀도가 77 K의 온도에서 적어도 200 Amps/cmW이다.In one or more embodiments, the superconducting layer has a critical current density of at least 200 Amps / cmW at a temperature of 77 K.

본 발명의 다른 태양에 있어서, 금속 옥시플루오라이드 막은 기판 상의 옥시플루오라이드 막을 포함하며, 이 막은 하나 이상의 희토류 원소, 하나 이상의 알칼리 토금속 및 하나 이상의 전이 금속을 포함하고, 이 막의 두께는 0.8 ㎛ 초과이며, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비는 1.5 초과이고, 기판/금속 옥시플루오라이드 경계면에 인접한 막의 바륨:구리의 비는 약 2:3이다. 구리 대 바륨의 비는 1.6 초과일 수 있고/있거나, 이 막의 두께는 1.0 ㎛ 초과이다.In another aspect of the invention, a metal oxyfluoride film comprises an oxyfluoride film on a substrate, the film comprising one or more rare earth elements, one or more alkaline earth metals and one or more transition metals, wherein the thickness of the film is greater than 0.8 μm. , The ratio of transition metal to alkaline earth metal is greater than 1.5, and the ratio of barium: copper of the film adjacent the substrate / metal oxyfluoride interface is about 2: 3. The ratio of copper to barium may be greater than 1.6 and / or the thickness of this film is greater than 1.0 μm.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 기판은 세륨 산화물, 란탄 알루미늄 산화물, 란탄 망간 산화물, 스트론튬 티타늄 산화물, 마그네슘 산화물, 네오디뮴 가돌리늄 산화물, 및 세륨 산화물/이트리아-안정화 지르코니아로 구성된 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 버퍼층을 포함한다.In one or more embodiments, the substrate comprises a material selected from the group consisting of cerium oxide, lanthanum aluminum oxide, lanthanum manganese oxide, strontium titanium oxide, magnesium oxide, neodymium gadolinium oxide, and cerium oxide / yttria-stabilized zirconia. It includes a buffer layer.

본 발명의 다른 태양에 있어서, 초전도체 막은 전구체 용액 중의 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비를 조정하는 단계로서, 여기서 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비는 1.5 초과인 것인 단계; 전구체 용액을 기판 상에 증착시켜 전구체 막을 형성하는 단계; 및 전구체 막을 분해시켜 전구체 막과 기판의 경계면에 인접한 막의 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비 약 1.5를 달성하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되며, 여기서 초전도체 막 중의 전이 금속 대 알칼리 토금속의 전체 비는 1.5 초과이고, 초전도체 막의 전체 두께는 0.8 ㎛ 초과이다.In another aspect of the invention, the superconductor membrane is adapted to adjust the ratio of transition metal to alkaline earth metal in the precursor solution, wherein the ratio of transition metal to alkaline earth metal is greater than 1.5; Depositing a precursor solution onto the substrate to form a precursor film; And decomposing the precursor film to achieve a ratio of about 1.5 transition metal to alkaline earth metal of the film adjacent the interface between the precursor film and the substrate, wherein the total ratio of transition metal to alkaline earth metal in the superconductor film is 1.5. And the total thickness of the superconductor film is greater than 0.8 μm.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비를 조정하는 단계는 전구체 용액 중의 전이 금속의 함량을 증가시키는 단계를 포함한다.In one or more embodiments, adjusting the ratio of transition metal to alkaline earth metal includes increasing the content of transition metal in the precursor solution.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 전구체 용액 중 전이 금속의 함량은 적어도 5% 또는 적어도 20% 증가된다.In one or more embodiments, the content of transition metal in the precursor solution is increased by at least 5% or at least 20%.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비를 조정하는 단계는 전구체 용액 중 알칼리 토금속의 함량을 감소시키는 단계를 포함한다.In one or more embodiments, adjusting the ratio of transition metal to alkaline earth metal comprises reducing the content of alkaline earth metal in the precursor solution.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 전구체 용액 중 알칼리 토금속의 함량은 적어도 5% 또는 적어도 20% 감소된다.In one or more embodiments, the content of alkaline earth metal in the precursor solution is reduced by at least 5% or at least 20%.

도면의 간단한 설명Brief description of the drawings

본 발명을 하기의 도면을 참고로 하여 기술하는데, 도면은 단지 예시 목적으로 주어진 것이며 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.The invention is described with reference to the following drawings, which are given for illustrative purposes only and are not intended to limit the invention.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 물품의 개략도이다.1 is a schematic view of a superconducting article according to the present invention.

도 2는 자기장 및 온도의 함수로서 산화물-버퍼 처리된 금속 기판 상의 Y123 (YBCO) 막의 Ic 의존도를 도시한 것이다.FIG. 2 shows the Ic dependence of the Y123 (YBCO) film on the oxide-buffered metal substrate as a function of magnetic field and temperature.

도 3은 Ic를 산화물-버퍼 처리된 금속 기판 상의 YBCO 막의 장 배향 (field orientation)의 함수로서 도시한 것이다.FIG. 3 shows Ic as a function of field orientation of the YBCO film on the oxide-buffered metal substrate.

도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른 집합조직화된 패턴화 산화물 초전도체 와이어의 제조에 사용되는 시스템 및 공정의 개략도이다.4 is a schematic diagram of a system and process used to make textured patterned oxide superconductor wires in accordance with one or more embodiments of the present invention.

도 5는 YBCO에 과량의 Cu를 첨가한 것의 함수로서 Ic를 도시한 것이다.5 shows Ic as a function of adding excess Cu to YBCO.

도 6은 부가 Cu 전구체 용액에 있어서의 스핀 속도의 함수로서 Ic를 도시한 것이다.FIG. 6 shows Ic as a function of spin rate in addition Cu precursor solution.

도 7은 제2 층 중의 과량 Cu를 포함하는 YBCO 막의 이중층과, YBCO 막의 이중층에 대한 측정된 Ic를 도시한 것이다.FIG. 7 shows measured Ic for the bilayer of the YBCO film comprising excess Cu in the second layer and the bilayer of the YBCO film.

도 8은 실시예 9에 기술되어 있는 HTS 와이어의 1 테슬라 (Tesla) 및 77 K에서의 자기장 배향 (

Figure 112007032618911-PCT00001
)에 대한 임계 전류 (Ic)의 도면이다.8 shows the magnetic field orientation at 1 Tesla and 77 K of the HTS wire described in Example 9.
Figure 112007032618911-PCT00001
Is a diagram of the threshold current Ic).

발명에 관한 상세한 설명Detailed description of the invention

기판 상에, 직접 기판 상에 또는 버퍼- 및/또는 중간체-코팅된 기판 상에 초전도 재료의 전구체 조성물을 증착시킴으로써 전구체 조성물로부터 2축 집합조직화 초전도 산화물 막을 형성하기 위한 전구체 조성물 및 방법이 기술되어 있다. 전구체 조성물은 하나 이상의 용매 중에 희토류 원소의 염, 알칼리 토금속의 염, 및 전이 금속의 염인 성분들을 포함한다.Precursor compositions and methods are described for forming a biaxially textured superconducting oxide film from a precursor composition by depositing a precursor composition of a superconducting material on a substrate, directly on a substrate, or on a buffer- and / or intermediate-coated substrate. . The precursor composition includes components that are salts of rare earth elements, salts of alkaline earth metals, and salts of transition metals in one or more solvents.

도 1에는 HTS 코팅 전도체의 일 실시 형태가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 특히 와이어 또는 테이프의 형태의 물품 (10)과 같은 고온 초전도체 (HTS) 물품은 일반적으로 표면 (12), 적어도 하나의 에피택셜 버퍼층 (13), 및 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물 초전도체 (RE-123)의 평면내 정렬된, c-축 배향된 초전도층의 상부층 (14)을 포함하는 적어도 하나의 2축-집합조직화 기판 (11)를 포함한다. 본원에 기술된 방법 및 조성물이 일반적으로 모든 RE-123 초전도체에 적용되지만, 본 방법 및 물품은 YBCO를 참조하여 예시된다. 금속 기판, 예를 들어, Ni, Ag, 또는 Ni 합금은 물품에 있어서 가요성을 제공하며 긴 길이 및 큰 면적에 걸쳐 제작될 수 있다. 금속 산화물 층, 예를 들어, LaAlO3, Y2O3, CeO2, 또는 이트리아-안정화 지르코니아 (yttria-stabilized zirconia, YSZ)는 다음 층을 구성하며 금속 기판과 활성층 사이의 화학적 장벽으로서의 역할을 한다. 버퍼층(들)은 산화에 대하여 이 기판보다 더 저항성을 가질 수 있으며 기판과 초전도체 층 사이에서의 화학종의 확산을 감소시킬 수 있다. 또한, 버퍼층(들)은 초전도체 재료와 잘 매치되는 열팽창 계수를 가질 수 있다.1 illustrates one embodiment of an HTS coated conductor. Referring to FIG. 1, high temperature superconductor (HTS) articles, in particular in the form of wires or tapes, generally have a surface 12, at least one epitaxial buffer layer 13, and a rare earth-alkaline earth metal-transition. At least one biaxially-assembled substrate 11 comprising an upper layer 14 of a c-axis oriented superconducting layer aligned in-plane of the metal oxide superconductor (RE-123). Although the methods and compositions described herein generally apply to all RE-123 superconductors, the methods and articles are illustrated with reference to YBCO. Metal substrates such as Ni, Ag, or Ni alloys provide flexibility in articles and can be fabricated over long lengths and large areas. The metal oxide layer, for example LaAlO 3 , Y 2 O 3 , CeO 2 , or yttria-stabilized zirconia (YSZ), constitutes the next layer and serves as a chemical barrier between the metal substrate and the active layer. do. The buffer layer (s) may be more resistant to oxidation than this substrate and may reduce the diffusion of species between the substrate and the superconductor layer. In addition, the buffer layer (s) may have a coefficient of thermal expansion that matches well with the superconductor material.

도 2에는 이 막의 평면에 대하여 평행으로 또는 수직으로 배향된 자기장에서 산화물-버퍼 처리된 금속 기판 상의 금속-유기물 증착된 (metal-organic deposited, MOD) YBCO 막의 전형적인 장 의존도가 도시되어 있다. 75 K에서, 막의 평면에 대하여 수직으로 배향된 자기장에서, 평행 배향에 있어서의 값으로부터 임계 전류 (Ic)가 유의하게 감소되며, 이는 다수의 코일 용도에 있어서 Y123 와이어의 유용성을 제한한다. 온도가 저하됨에 따라 성능이 개선되지만, 다수의 예기되는 용도는 막의 평면에 대하여 수직으로 배향되는 1 - 3 테슬라의 자기장에서 55 내지 65 K의 영역의 온도 - 이는 성능이 유의하게 강하되는 조건임 - 에 대하여 계획된다. 자기장에서의 YBCO 와이어의 평행 및 수직 성능 외에도, 도 3에 도시된 중간의 각도에서 장 성능을 조사하는 것이 중요하다. 도 3에 나타낸 바와 같이, YBCO 막은 전형적으로 c-축 (0 및 1800 이거나 또는 YBCO 막의 평면에 대하여 수직임)에서 작은 피크를 나타내며, 이는 연장된 평면 또는 선형 결함의 존재를 통하여 증강될 수 있다 (예를 들어, 쌍정 경계 (twin boundaries), 입계 (grain boundaries), a-축 결정립 (a-axis grains)). 그러나, 실제 용도에 있어서 YBCO 와이어 성능은 임의의 배향의 H에서의 최소 성능에 의해 결정되는 것으로서 수직 배향의 최소 성능에 의해서만 결정되는 것이 아니다.FIG. 2 shows a typical field dependence of a metal-organic deposited (MOD) YBCO film on an oxide-buffered metal substrate in a magnetic field oriented parallel or perpendicular to the plane of the film. At 75 K, in a magnetic field oriented perpendicular to the plane of the film, the critical current (Ic) is significantly reduced from the value in parallel orientation, which limits the usefulness of the Y123 wire in many coil applications. Performance improves as the temperature decreases, but many anticipated uses include temperatures in the region of 55 to 65 K in a magnetic field of 1-3 Tesla oriented perpendicular to the plane of the membrane, which is a condition where performance is significantly reduced. Is planned against. In addition to the parallel and vertical performance of the YBCO wire in the magnetic field, it is important to investigate the field performance at the intermediate angle shown in FIG. 3. As shown in FIG. 3, YBCO membranes typically exhibit small peaks on the c-axis (0 and 180 0 or perpendicular to the plane of the YBCO membrane), which can be augmented through the presence of elongated planar or linear defects. (E.g. twin boundaries, grain boundaries, a-axis grains). In practical use, however, YBCO wire performance is determined by the minimum performance in H of any orientation and not by the minimum performance of the vertical orientation.

금속 유기물 (용액계) 증착 (MOD) 공정을 이용하여 고도로 배향된 산화물 초전도막을 얻는다. MOD 공정은 매력적인 시스템을 제공하는데, 그 이유는 전구체 용액이 변하기 쉽고 광범위한 조성 및 농도에 걸쳐 변할 수 있기 때문이다. TFA 전구체로부터 RE-123 막을 제조하기 위한 MOD 공정에 있어서, 전구체 용액은 분해되어 RE-123의 중간체 (예를 들면, 금속 옥시할라이드 중간체)를 포함하는 막을 형성한다. 옥시플루오라이드 막은 RE-123 산화물 초전도체 막에 대한 전구체인 임의의 막인 것으로 간주되며, 이는 (1) BaF2, 희토류 옥시드 또는 플루오라이드 및/또는 전이 금속, 전이 금속 산화물 또는 전이 금속 플루오라이드의 혼합물, (2) RE-Ba-O-F 상으로 이루어진 화합물, 희토류 옥시드 또는 플루오라이드 및/또는 전이 금속 옥시드 또는 플루오라이드의 혼합물, 또는 (3) Ba-O-F 상으로 이루어진 화합물, 희토류 옥시드 또는 플루오라이드 및/또는 전이 금속 옥시드 또는 플루오라이드의 혼합물로 이루어진다. 이어서 중간체 막은 추가로 프로세싱되어 RE-123 산화물 초전도체 막을 형성할 수 있다.A highly oriented oxide superconducting film is obtained using a metal organic (solution based) deposition (MOD) process. The MOD process provides an attractive system because the precursor solution is variable and can change over a wide range of compositions and concentrations. In the MOD process for making a RE-123 film from a TFA precursor, the precursor solution decomposes to form a film comprising an intermediate of RE-123 (eg, a metal oxyhalide intermediate). The oxyfluoride membrane is considered to be any membrane that is a precursor to a RE-123 oxide superconductor membrane, which is (1) BaF 2 , rare earth oxides or fluorides and / or mixtures of transition metals, transition metal oxides or transition metal fluorides (2) a compound consisting of a RE-Ba-OF phase, a mixture of rare earth oxides or fluorides and / or a transition metal oxide or fluoride, or (3) a compound consisting of a Ba-OF phase, a rare earth oxide or fluorine A mixture of a lide and / or a transition metal oxide or fluoride. The intermediate film can then be further processed to form a RE-123 oxide superconductor film.

TFA 용액 증착 방법의 사용에 의해 제조된 YBCO 막 상에서의 RBS (Rutherford Back Scattering) 측정법 및 핵 활성화 측정법에 의하면, 분해된 금속 옥시할라이드 중간체 막의 두께를 관통하여 양이온이 분포한다는 것으로 나타났다. RBS 데이터를 피팅 (fitting)하기 위한 시뮬레이션에 의하면, 구리 농도는 표면에서 보다 높고 버퍼/YBCO 경계면에서 보다 낮으며, 바륨 농도는 표면에서 보다 낮고 상기 경계면에서 보다 높으며, Y의 농도는 상기 두께를 관통하여 상대적으로 일정한 것으로 밝혀졌다. 핵 활성화 분석에 의한 조사에 의하면, 불소는 두께 방향을 따라 분포되는데, 불소는 상기 경계면에서 증가하고 표면을 향해서는 감소되는 것으로 밝혀졌다. 중간체 분해 막에 있어서의 양이온 농도의 이러한 분포는 박막보다 후막 (예를 들어, 0.8 ㎛ 초과인 전체 막 두께)에 있어서 보다 문제시되는데, 이는 양이온이 반응 동안 재분포를 위하여 보다 먼 거리로 확산될 필요가 있기 때문이다. 이와는 대조적으로, 최종 산화물 초전도체 막에서 모든 원소는 균일하게 분포하는데, 이는 옥시플루오라이드 중간체 막의 산화물 초전도체로의 최종 반응 동안 원소가 재분포함을 나타내는 것이다. 산화물 초전도체 막은 또한 적지만 탐지가능한 플루오라이드 잔기를 나타낸다. HTS 막의 분석에 의하면 막의 상부에서의 Cu 농도의 증강이 나타나지만, 막의 벌크 분석에 의하면 막으로부터의 양이온의 실질적인 손실이 전혀 나타나지 않는다 (즉, 분해된 막에서의 금속의 농도는 전구체 용액의 금속 농도로부터 본질적으로 변화되지 않는다).The Rutherford Back Scattering (RBS) and nuclear activation assays on YBCO membranes prepared by the use of the TFA solution deposition method showed a distribution of cations across the thickness of the degraded metal oxyhalide intermediate membrane. Simulations for fitting RBS data show that the copper concentration is higher at the surface and lower at the buffer / YBCO interface, the barium concentration is lower at the surface and higher at the interface, and the concentration of Y penetrates the thickness. It was found to be relatively constant. Investigation by nuclear activation analysis revealed that fluorine was distributed along the thickness direction, with fluorine increasing at the interface and decreasing towards the surface. This distribution of cation concentrations in the intermediate decomposition membranes is more problematic for thick films (eg, overall film thicknesses greater than 0.8 μm) than thin films, which requires the cations to diffuse farther to redistribute during the reaction. Because there is. In contrast, all elements in the final oxide superconductor film are uniformly distributed, indicating that the elements redistribute during the final reaction of the oxyfluoride intermediate film to the oxide superconductor. Oxide superconductor membranes also exhibit small but detectable fluoride residues. Analysis of the HTS film shows an increase in the Cu concentration at the top of the film, but the bulk analysis of the film shows no substantial loss of cations from the film (ie, the concentration of metal in the degraded film is determined from the metal concentration of the precursor solution). Essentially unchanged).

TFA 전구체로부터의 YBCO 막의 제조를 위한 MOD 공정에 있어서, 버퍼층/금속 옥시플루오라이드 층 경계면에서의 YBCO의 핵형성(nucleation)은 집합조직 성장(texture development)에 있어서의 한 가지 인자이다. 결과의 개선을 위하여, 구성 원소는 핵핵성이 발생할 때 버퍼/YBCO 경계면에서 거의 화학량론적 비, 예를 들어, 거의 Ba:Cu 2:3이어야 한다. 화학량론적 전구체 용액 (Y:Ba:Cu=1:2:3)을 사용한 TFA 전구체로부터의 YBCO 막의 통상적인 프로세싱에 있어서, 옥시플루오라이드 막 전반에 걸친 불균일한 양이온 분포는 버퍼/YBCO 경계면에서 화학량론적 비를 벗어나게 된다. 예를 들어, 경계면 영역은 구리 대 바륨의 비가 1.5 미만이며, 막의 표면은 구리 대 바륨의 비가 일부 보다 두꺼운 막 (예를 들어, 0.8 ㎛ 초과의 막)에서 1.5 초과이다. 막 두께가 증가함에 따라 막의 상부 및 기저부에서의 Cu 및 Ba 농도 사이의 변동은 훨씬 현저해 진다. 버퍼/YBCO 경계면에서의 구리의 부족함, 예를 들어, 낮은 비의 구리 대 바륨은 YBCO의 불량한 핵형성 또는 감소된 성장 상의 동력학적 특성으로 이어짐으로써 YBCO 막의 성능 저하에 이르게 될 수 있다. 부가적으로, 막 두께 전반에 걸쳐 1.5 초과의 Cu 대 Ba의 비를 유지하면 막 두께 전반에 걸쳐 YBCO의 성장을 개선시킬 수 있다. 본원에서 사용되는 "거의 화학량론적 비"라는 용어는 RE-123 막에서 약 2:3의 알칼리 토금속 대 전이 금속의 비를 의미한다.In the MOD process for the production of YBCO films from TFA precursors, nucleation of YBCO at the buffer layer / metal oxyfluoride layer interface is one factor in texture development. In order to improve the results, the constituent elements should be at a nearly stoichiometric ratio at the buffer / YBCO interface, for example, almost Ba: Cu 2: 3 when nucleation occurs. In conventional processing of YBCO membranes from TFA precursors using stoichiometric precursor solutions (Y: Ba: Cu = 1: 2: 3), the heterogeneous cation distribution across the oxyfluoride membrane is stoichiometric at the buffer / YBCO interface. Get out of the rain. For example, the interface region has a copper to barium ratio of less than 1.5, and the surface of the film is greater than 1.5 in some thicker films (eg, films greater than 0.8 μm). As the film thickness increases, the variation between the Cu and Ba concentrations at the top and bottom of the film becomes even more pronounced. Lack of copper at the buffer / YBCO interface, for example, low ratios of copper to barium, can lead to poor nucleation or reduced growth kinetics of the YBCO, leading to degradation of the YBCO film. Additionally, maintaining a ratio of Cu to Ba of greater than 1.5 throughout the film thickness can improve the growth of YBCO throughout the film thickness. As used herein, the term “near stoichiometric ratio” means a ratio of alkaline earth metal to transition metal of about 2: 3 in the RE-123 membrane.

본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따르면, 전구체 용액 중의 전이 금속의 농도는 전이 금속 대 알칼리 토금속의 전체 비 1.5 초과를 달성하도록 조정된다. 전이 금속 대 알칼리 토금속의 전체 비는 적어도 1.6, 또는 적어도 1.8, 또는 적어도 2.0일 수 있거나 1.65 - 1.95 범위일 수 있다. 전구체 용액은 동일하거나 상이한 조성의 하나 이상의 층 내에 증착되어 전이 금속 대 알칼리 토금속의 전체 비 1.5 초과 및 전체 두께 약 0.8 ㎛ 또는 약 1.0 ㎛ 초과를 달성할 수 있다. 본원에서 사용되는 "전체"라는 용어는 초전도체 막의 형성에서 증착되는 하나 이상의 전체 층을 의미한다.According to one or more embodiments of the present invention, the concentration of the transition metal in the precursor solution is adjusted to achieve a total ratio greater than 1.5 of the transition metal to alkaline earth metal. The overall ratio of transition metal to alkaline earth metal can be at least 1.6, or at least 1.8, or at least 2.0 or can range from 1.65-1.95. The precursor solution may be deposited in one or more layers of the same or different composition to achieve a total ratio of transition metal to alkaline earth metal of greater than 1.5 and an overall thickness of about 0.8 μm or greater than about 1.0 μm. As used herein, the term "total" means one or more entire layers deposited in the formation of the superconductor film.

YBCO 막은 Cu 대 Ba의 전체 비 1.5 초과를 달성하도록 전구체 용액 중의 Cu 및 Ba 함량을 조정함으로써 제조될 수 있다. 이어서 전구체 막은 버퍼/YBCO 경계면 영역에서 거의 화학량론적인 Ba:Cu 2:3 및 Cu 대 Ba의 전체 비 1.5 초과를 갖는 금속 옥시플루오라이드 막을 달성하도록 분해된다.YBCO films can be prepared by adjusting the Cu and Ba content in the precursor solution to achieve a total ratio of Cu to Ba greater than 1.5. The precursor film is then degraded to achieve a metal oxyfluoride film having a nearly stoichiometric Ba: Cu 2: 3 and a total ratio of Cu to Ba of greater than 1.5 in the buffer / YBCO interface region.

YBCO 막은 전구체 용액 중의 Cu 함량을 증가시키고, 전구체 막을 분해시켜 버퍼/YBCO 경계면에서 거의 화학량론적인 Ba:Cu 2:3을 달성하도록 그리고 Cu 대 Ba의 전체 비 1.5 초과를 달성하도록 함으로써 제조될 수 있다. 전구체 용액 중의 Cu 함량은 화학량론적 비율의 구성 알칼리 토금속 및 전이 금속을 포함하는 전구체 용액의 제조에 필요한 금속 함량에 비하여 적어도 약 5 몰%, 또는 적어도 약 10 몰%, 또는 적어도 약 20 몰%, 또는 약 5-30 몰% 증가시킬 수 있다.YBCO films can be prepared by increasing the Cu content in the precursor solution, decomposing the precursor film to achieve a nearly stoichiometric Ba: Cu 2: 3 at the buffer / YBCO interface and to achieve a total ratio of Cu to Ba greater than 1.5. . The Cu content in the precursor solution is at least about 5 mol%, or at least about 10 mol%, or at least about 20 mol%, relative to the metal content required for the preparation of the precursor solution comprising a stoichiometric ratio of constituent alkaline earth metal and transition metal, or About 5-30 mole%.

YBCO 막은 전구체 용액 중의 Ba 함량을 감소시키고, 전구체 막을 분해시켜 버퍼/YBCO 경계면 영역에서 거의 화학량론적인 Ba:Cu 2:3을 달성하도록 그리고 Cu 대 Ba의 전체 비 1.5 초과를 달성하도록 함으로써 제조될 수 있다. 전구체 용액 중의 Ba의 함량은 화학량론적 비율의 구성 금속을 포함하는 전구체 용액의 제조에 필요한 금속 함량에 비하여 적어도 약 5 몰%, 또는 적어도 약 10 몰%, 또는 적어도 약 20 몰%, 또는 약 5-30 몰% 감소시킬 수 있다.YBCO films can be prepared by reducing the Ba content in the precursor solution, decomposing the precursor film to achieve a nearly stoichiometric Ba: Cu 2: 3 in the buffer / YBCO interface region and achieving a total ratio of Cu to Ba greater than 1.5. have. The content of Ba in the precursor solution is at least about 5 mol%, or at least about 10 mol%, or at least about 20 mol%, or about 5-, relative to the metal content required for the preparation of the precursor solution comprising a stoichiometric proportion of constituent metal. 30 mol% can be reduced.

YBCO 막은 전구체 용액 중의 Ba 함량을 감소시키면서 Cu 함량을 증가시키고, 전구체 막을 분해시켜 버퍼/YBCO 경계면 영역에서 거의 화학량론적인 Ba:Cu 2:3을 달성하도록 그리고 Cu 대 Ba의 전체 비 1.5 초과를 달성하도록 함으로써 제조될 수 있다. 화학량론적 비율의 구성 금속을 포함하는 전구체 용액의 제조에 필요한 금속 함량에 비하여 전구체 용액 중의 Cu의 함량은 적어도 5 몰%, 또는 적어도 약 10 몰%, 또는 적어도 약 20 몰%, 또는 약 5-30 몰% 증가시킬 수 있으며, 반면 전구체 용액 중의 Ba 함량은 적어도 약 5 몰%, 또는 적어도 약 10 몰%, 또는 적어도 약 20 몰%, 또는 약 10-30 몰% 감소시킬 수 있다.The YBCO film increases the Cu content while reducing the Ba content in the precursor solution, decomposes the precursor film to achieve a nearly stoichiometric Ba: Cu 2: 3 in the buffer / YBCO interface region and a total ratio of Cu to Ba greater than 1.5. It can be prepared by. The content of Cu in the precursor solution is at least 5 mol%, or at least about 10 mol%, or at least about 20 mol%, or about 5-30 relative to the metal content required for the preparation of the precursor solution comprising a stoichiometric ratio of the constituent metal. The molar percentage can be increased, while the Ba content in the precursor solution can be reduced by at least about 5 mole percent, or at least about 10 mole percent, or at least about 20 mole percent, or about 10-30 mole percent.

전구체 용액의 조성은 초전도막에서 1.5 초과의 전체 전이 금속 대 알칼리 토금속 비를 유지하면서 개선된 성능을 갖는 산화물 초전도층을 제공하도록 추가로 조정될 수도 있다. 예를 들면, 산화물 초전도체의 결정립(grain) 중의 나노스케일의 결점 또는 나노입자의 존재는 자속선 고정 중심점으로서의 역할을 하며, 이는 자기장에서의 전기적 성능을 개선시킨다. 본 발명의 일 태양에 있어서, 전체 전이 금속 대 알칼리 토금속 비가 1.5 초과인 희토류/알칼리 토금속/전이 금속 산화물 (이하, "RE-123")의 형성을 위한 전구체 성분과, 자속선 고정점의 형성을 위한 첨가제 성분 및/또는 도펀트 성분을 포함하는 전구체 용액이 고정 중심점을 갖는 초전도막의 수득을 위한 용액 기판의 방법에서 사용된다.The composition of the precursor solution may be further adjusted to provide an oxide superconducting layer with improved performance while maintaining a total transition metal to alkaline earth metal ratio of greater than 1.5 in the superconducting film. For example, the presence of nanoscale defects or nanoparticles in the grains of oxide superconductors acts as a flux line center of fixation, which improves electrical performance in magnetic fields. In one aspect of the invention, a precursor component for formation of a rare earth / alkaline earth metal / transition metal oxide (hereinafter “RE-123”) having a total transition metal to alkaline earth metal ratio of greater than 1.5, and formation of a magnetic flux anchor point Precursor solutions comprising additive components and / or dopant components are used in the method of solution substrates for obtaining superconducting films having a fixed center point.

도펀트 성분은 전구체 용액의 전구체 성분의 금속을 부분적으로 치환하는 도펀트 금속을 제공한다. 일반적으로, 도펀트 성분은 전구체 용액에 포함되는 용매(들)에서 용해성이며, 산화물 초전도체의 형성을 위하여 프로세싱될 때 산화물 초전도체의 원소를 치환하는 도펀트 금속을 제공하는 임의의 금속 화합물일 수 있다.The dopant component provides a dopant metal that partially replaces the metal of the precursor component of the precursor solution. In general, the dopant component may be any metal compound that is soluble in the solvent (s) included in the precursor solution and provides a dopant metal that substitutes for the element of the oxide superconductor when processed for the formation of the oxide superconductor.

첨가제 성분은 희토류, 알칼리 토금속 또는 전이 금속, 세륨, 지르코늄, 은, 알루미늄, 또는 마그네슘의 용해성 화합물을 포함하며, 이들 화합물은 산화물 초전도체 막에서 고정점으로서 작용하는 제2 상 나노입자를 형성할 수 있다. 하나 이상의 실시 형태에 있어서, 첨가제 성분은 전구체 성분으로서 전구체 용액에 포함되는 화학량론적 과량의 용해성 화합물을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 용해성 이트륨 염은 Y123의 형성에 필요한 것보다 과량으로 전구체 용액 중에 포함될 수도 있다. 과량의 이트륨은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따라 프로세싱되어 이트륨-농후한 제2 상 나노입자, 예를 들어, Y2BaCuO5 (Y211), Y2Cu2O5 및/또는 Y2O3을 형성하며, 그 나노입자는 초전도 산화물 막에서 미립자 고정점으로서의 역할을 한다. 일반적으로, 첨가제 성분은 전구체 용액 중에 포함되는 용매(들) 중에 용해성이며 산화물 초전도체 막 중 금속 산화물 또는 금속을 형성하는 임의의 금속 화합물일 수 있다. 예시적 첨가제 성분은 전구체 성분의 것의 과량 또는 전구체 성분의 것 이외의 희토류, 알칼리 금속 또는 전이 금속 화합물을 포함한다. 나노입자의 형성에 사용되는 금속 화합물의 용해성 화합물은 이들 금속, 예를 들어, 희토류, 예를 들어, 이트륨, 네오디뮴, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 및 루테튬, 알칼리 토금속, 예를 들어, 칼슘, 바륨 및 스트론튬, 전이 금속, 예를 들어, 스칸듐, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈 및 지르코늄, 세륨, 은, 알루미늄, 및 마그네슘의 화합물을 나타내며, 이들 화합물은 전구체 용액에 포함된 용매 중에 용해될 수 있다. 이러한 화합물로는 예를 들어 이들 금속의 염 (예를 들어, 니트레이트, 아세테이트, 알콕시드, 할라이드, 설페이트, 및 트리플루오로아세테이트), 산화물 및 수산화물을 들 수 있다. 또한 첨가제 성분은 분말로서 전구체 용액에 첨가되어 나노입자 분산물을 형성할 수도 있다.Additive components include soluble compounds of rare earths, alkaline earth metals or transition metals, cerium, zirconium, silver, aluminum, or magnesium, which can form second phase nanoparticles that act as anchor points in the oxide superconductor film. . In one or more embodiments, the additive component may include a stoichiometric excess of the soluble compound included in the precursor solution as the precursor component. For example, soluble yttrium salt may be included in the precursor solution in excess of that required for the formation of Y123. Excess yttrium may be processed according to one or more embodiments of the present invention to provide a yttrium-rich second phase nanoparticle, such as Y 2 BaCuO 5 (Y211), Y 2 Cu 2 O 5 and / or Y 2 O 3. And the nanoparticles serve as a particulate anchoring point in the superconducting oxide film. In general, the additive component may be any metal compound that is soluble in the solvent (s) included in the precursor solution and forms a metal oxide or metal in the oxide superconductor film. Exemplary additive components include rare earth, alkali metal or transition metal compounds other than those of the precursor component or those of the precursor component. Soluble compounds of the metal compounds used in the formation of nanoparticles are those metals, for example rare earths, such as yttrium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, and lutetium Compounds of alkaline earth metals such as calcium, barium and strontium, transition metals such as scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel and zirconium, cerium, silver, aluminum, and magnesium These compounds can be dissolved in a solvent included in the precursor solution. Such compounds include, for example, salts of these metals (eg nitrates, acetates, alkoxides, halides, sulfates, and trifluoroacetates), oxides and hydroxides. The additive component may also be added to the precursor solution as a powder to form a nanoparticle dispersion.

전구체 용액에 사용하기에 적합한 첨가제 및 도펀트에 대한 추가의 정보는 동시 계류 중이며 공동 소유된, 발명의 명칭이 "나노도트 자속선 고정 중심점을 지닌 산화물 막( Oxide Films with Nanodot Flux Pinning Centers)"인 미국 특허 출원 제10/758,710호에서 발견되는데, 상기 특허 출원은 본원에 참고 인용된다.Additional information on suitable additives and dopants for use in precursor solutions is co-pending and co-owned in the United States, entitled "Oxide Films with Nanodot Flux Pinning Centers". Patent Application No. 10 / 758,710, which is incorporated herein by reference.

전구체 층은 단일 단계로 증착될 수 있다. 예를 들어, YBCO의 구성 금속을 포함하고 Cu 대 Ba의 비가 1.5 초과인 전구체 용액은 적어도 0.8 ㎛의 두께로 증착되며, 전구체 막은 수증기 환경에서 분해되어 금속 옥시플루오라이드 막을 형성하는데, 상기 금속 옥시플루오라이드 막은 버퍼/YBCO 경계면에서 거의 화학량론적인 Ba:Cu의 함량이 2:3이고, 전체 Cu 대 Ba의 비가 1.5 초과이며, 전체 두께가 0.8 ㎛ 초과이거나 약 1.0 ㎛ 초과이다. 전구체 용액 중의 Cu 대 Ba의 비는 과량의 구리, 부족한 바륨, 또는 이 둘 모두를 포함하는 용액을 사용하여 달성할 수 있으며, 적어도 약 5 몰%, 또는 적어도 약 20 몰%일 수 있다. 본원에서 사용되는 "과량"이라는 용어는 산화물 초전도체의 화학량론적 비율의 구성 금속을 포함하는 전구체 용액의 제조에 필요한 양보다 과량인 금속의 양을 의미한다. 본원에서 사용되는 "부족한"이라는 용어는 산화물 초전도체의 화학량론적 비율의 구성 금속을 포함하는 전구체 용액의 제조를 위하여 부족한 것이 되는 금속의 양을 의미한다.The precursor layer may be deposited in a single step. For example, a precursor solution comprising the constituent metal of YBCO and having a Cu to Ba ratio greater than 1.5 is deposited to a thickness of at least 0.8 μm and the precursor film decomposes in a vapor environment to form a metal oxyfluoride film, the metal oxyfluoride. Ride films have a nearly stoichiometric Ba: Cu content of 2: 3 at the buffer / YBCO interface, a total Cu to Ba ratio of greater than 1.5, and an overall thickness of greater than 0.8 μm or greater than about 1.0 μm. The ratio of Cu to Ba in the precursor solution can be achieved using a solution comprising excess copper, barium deficient, or both, and can be at least about 5 mol%, or at least about 20 mol%. As used herein, the term “excess” refers to the amount of metal that is excess than the amount required to prepare the precursor solution comprising the constituent metals in the stoichiometric proportion of the oxide superconductor. As used herein, the term “poor” refers to the amount of metal that is deficient for the preparation of precursor solutions comprising the constituent metals in a stoichiometric proportion of oxide superconductors.

전구체 층은 2 이상의 단계로 그리고 2 이상의 상이한 전구체 용액을 사용하여 증착시킬 수 있으며, 여기서, 이 단계들 중 하나 이상은 과량의 구리를 포함하는 층을 제공한다. 과량의 구리를 포함하는 층은 산화물 초전도체의 모든 구성 금속을 포함하는 구리-농후 RE-123 전구체 용액을 사용하여 증착시킬 수도 있거나, 이것은 구리만의 (copper-only) 전구체 용액일 수도 있다.The precursor layer may be deposited in two or more steps and using two or more different precursor solutions, where one or more of these steps provide a layer comprising excess copper. The layer comprising excess copper may be deposited using a copper-rich RE-123 precursor solution including all constituent metals of the oxide superconductor, or it may be a copper-only precursor solution.

일 실시 형태에 있어서, 제1 전구체 층은 제2 전구체 층이 증착 및 분해되기 전에 기판 상에 증착되고 분해될 수도 있다. 다른 실시 형태에 있어서, 전구체 층은 2 이상의 단계로 증착되고 단일한 단계로 분해될 수 있다.In one embodiment, the first precursor layer may be deposited and degraded on the substrate before the second precursor layer is deposited and degraded. In other embodiments, the precursor layer may be deposited in two or more steps and degraded in a single step.

하나 이상의 실시 형태에 있어서, 구리 함유 층은 제1 및 제2 RE-123 전구체 층 사이에 증착될 수도 있다. 제1 전구체 층은 구리층이 증착되기 전에 기판 상에 증착되고 분해될 수도 있다. 임의의 중간체 층은 전구체 물질과 구조적으로 그리고 화학적으로 상용성이고, 예를 들어 에피택셜 초전도체 층의 증착을 허용하는 집합조직화 결정 구조물(textured crystalline structure)을 형성하여야 한다.In one or more embodiments, a copper containing layer may be deposited between the first and second RE-123 precursor layers. The first precursor layer may be deposited and degraded on the substrate before the copper layer is deposited. Any intermediate layer must form a textured crystalline structure that is structurally and chemically compatible with the precursor material, for example allowing the deposition of the epitaxial superconductor layer.

중간체 층은 전형적으로 온도에 따라 CuO 또는 Cu2O이다. 그러나, 이 층은 박층이기 때문에, 그리고 고온에서의 전환 공정 도중이기 때문에, 이 산화구리 층은 상부 또는 하부 층 내로 확산될 수 있다. 분해 후, 이 층은 SEM 하에 관찰가능하지만, 산화물 초전도체로의 고온 반응 후에는 이 층은 더 이상 관찰되지 않는다. 구리 산화물이 매트릭스 내로 확산되기 때문에, 매트릭스 내의 Cu 함량은 높아지게 된다.The intermediate layer is typically CuO or Cu 2 O depending on the temperature. However, because this layer is a thin layer and during the conversion process at high temperatures, this copper oxide layer can diffuse into the top or bottom layer. After decomposition, this layer is observable under SEM, but after high temperature reaction to the oxide superconductor this layer is no longer observed. Since copper oxide diffuses into the matrix, the Cu content in the matrix becomes high.

중간체 층의 두께는 일반적으로 20 nm 내지 200 nm 범위이며, 예를 들어 스퍼터링 방법, 증발 증착 방법 또는 펄스형 기상 증착 방법(pulsed vapor deposition), 또는 기타 통상적인 방법으로 증착된다. 이 층은 또한 용해성 구리 전구체로서 증착될 수도 있으며 이는 분해되어 구리 산화물을 형성한다. 산화물 초전도체의 형성을 위하여 필요한 열처리 동안, 중간체 층으로부터의 구리 중 일부 또는 전부는 둘 모두의 전구체 층 내로 확산되어 구리-농후 초전도체 층을 형성한다.The thickness of the intermediate layer is generally in the range of 20 nm to 200 nm and is deposited by, for example, a sputtering method, an evaporation deposition method or a pulsed vapor deposition method, or other conventional method. This layer may also be deposited as a soluble copper precursor, which decomposes to form copper oxide. During the heat treatment necessary for the formation of the oxide superconductor, some or all of the copper from the intermediate layer diffuses into both precursor layers to form a copper-rich superconductor layer.

일 실시 형태에 있어서, YBCO 막은 구리 전구체 용액의 제1 층을 증착시키고, 구성 금속 Y, Ba, Cu를 약 1:2:3의 비 (예를 들어, 화학량론적 비)로 포함하는 YBCO 전구체 용액의 제2 층을 증착시킴으로써 제조될 수 있으며, 여기서, 둘 모두의 층의 전체 조성은 1.5 초과의 알칼리 토금속 대 전이 금속 비를 제공한다. 전구체 막은 수증기 환경에서 분해되어 버퍼/YBCO 경계면에서 거의 화학량론적인 1:2:3의 Y:Ba:Cu, 1.5 초과의 전체 Cu 대 Ba 비, 및 약 0.8 ㎛ 또는 약 1.0 ㎛ 초과의 전체 두께가 성취된다. 구리 전구체 용액은 적어도 약 5 몰%, 또는 적어도 약 20 몰%, 또는 적어도 약 30 몰%의 과량의 Cu 함량이 제공되도록 증착될 수 있다. 또한 YBCO 전구체 용액이 과량의 구리 (또는 부족한 바륨)를 포함할 수도 있으며, 이 경우, 구리 전구체 층 중의 구리의 양은 그에 따라 적절히 조정된다.In one embodiment, the YBCO film deposits a first layer of copper precursor solution and comprises a constituent metal Y, Ba, Cu in a ratio of about 1: 2: 3 (eg, stoichiometric ratio). By depositing a second layer of wherein the overall composition of both layers provides an alkaline earth metal to transition metal ratio of greater than 1.5. The precursor film decomposes in a water vapor environment, yielding a nearly stoichiometric Y: Ba: Cu at a buffer / YBCO interface, an overall Cu to Ba ratio of greater than 1.5, and an overall thickness of greater than about 0.8 μm or about 1.0 μm. Is achieved. The copper precursor solution may be deposited to provide an excess Cu content of at least about 5 mol%, or at least about 20 mol%, or at least about 30 mol%. The YBCO precursor solution may also comprise excess copper (or insufficient barium), in which case the amount of copper in the copper precursor layer is adjusted accordingly.

다른 실시 형태에 있어서, YBCO 막은 과량의 Cu 함량을 갖는 YBCO 전구체 용액의 층, Cu 전구체 용액의 층, 및 구성 금속 Y, Ba, Cu를 약 1:2:3의 비로 포함하는 YBCO 전구체 용액의 층을 증착시킴으로써 제조할 수 있다. 3개의 층의 전체 조성은 1.5 초과의 Cu:Ba 비를 제공한다. 수증기 환경에서의 전구체 막의 분해는 버퍼/YBCO 경계면에서 거의 화학량론적인 1:2:3의 Y:Ba:Cu, 1.5 초과의 전체 Cu 대 Ba 비, 및 약 0.8 ㎛ 또는 약 1.0 ㎛ 초과의 전체 두께를 제공한다. 다수의 두꺼운 층의 도포에 의해 매력적인 집합조직 및 전류 용량을 가지면서 예외적인 두께의 최종 YBCO 막이 제공된다.In another embodiment, the YBCO film comprises a layer of YBCO precursor solution with excess Cu content, a layer of Cu precursor solution, and a layer of YBCO precursor solution comprising constituent metals Y, Ba, Cu in a ratio of about 1: 2: 3. It can be prepared by depositing. The overall composition of the three layers gives a Cu: Ba ratio of greater than 1.5. Decomposition of the precursor film in a water vapor environment results in a nearly stoichiometric 1: 2: 3 Y: Ba: Cu, a total Cu to Ba ratio of greater than 1.5, and an overall thickness of greater than about 0.8 μm or about 1.0 μm at the buffer / YBCO interface. To provide. The application of multiple thick layers provides an exceptional thickness of the final YBCO film with attractive texture and current capacity.

다른 실시 형태에 있어서, 구리-농후 (또는 바륨-부족) YBCO 전구체 용액의 다수의 층이 증착된다. YBCO 막은 과량의 Cu 함량을 갖는 YBCO 전구체 용액, 과량의 Cu 함량을 갖는 전구체 용액의 다른 YBCO 층을 증착시키고, 수증기 환경에서 이 전구체 막을 분해시켜 버퍼/YBCO 경계면에서 거의 화학량론적인 2:3의 Ba:Cu, 1.5 초과의 전체 Cu 대 Ba 비, 및 0.8 ㎛ 초과의 전체 두께를 달성한다. 다수의 두꺼운 층의 도포에 의해 매력적인 집합조직 및 전류 용량을 가지면서 예외적인 두께의 최종 YBCO 막이 제공된다.In another embodiment, multiple layers of copper-rich (or barium-poor) YBCO precursor solution are deposited. The YBCO film deposits another YBCO layer of YBCO precursor solution with excess Cu content, another YBCO layer of precursor solution with excess Cu content, and decomposes the precursor film in a water vapor environment to yield a nearly stoichiometric 2: 3 Ba at the buffer / YBCO interface. A: Cu, an overall Cu to Ba ratio of greater than 1.5, and an overall thickness of greater than 0.8 μm. The application of multiple thick layers provides an exceptional thickness of the final YBCO film with attractive texture and current capacity.

다른 실시 형태에 있어서, YBCO 막은 과량의 Cu 함량을 갖는 YBCO 전구체 용액의 제1 층, 과량의 Cu (또는 바륨-부족) 함량을 갖는 YBCO 전구체 용액의 제2 층을 증착시키고, 수증기 환경에서 이 전구체 막을 분해시켜 버퍼/YBCO 경계면에서 거의 화학량론적인 2:3의 Ba:Cu, 1.5 초과의 전체 Cu 대 Ba 비, 및 0.8 ㎛ 초과의 전체 두께를 성취한다. 다수의 두꺼운 층의 도포에 의해 매력적인 집합조직 및 전류 용량을 가지면서 예외적인 두께의 최종 YBCO 막이 제공된다.In another embodiment, the YBCO film deposits a first layer of YBCO precursor solution with excess Cu content, a second layer of YBCO precursor solution with excess Cu (or barium-lack) content, and deposits the precursor in a vapor environment. The membrane is degraded to achieve a nearly stoichiometric Ba: Cu, total Cu to Ba ratio of greater than 1.5, and a total thickness of greater than 0.8 μm at the buffer / YBCO interface. The application of multiple thick layers provides an exceptional thickness of the final YBCO film with attractive texture and current capacity.

다른 실시 형태에 있어서, YBCO 막은 과량의 Cu (또는 바륨-부족) 함량을 갖는 YBCO 전구체 용액의 제1 층을 증착시키고, 전구체 막을 수증기 환경에서 분해시켜 버퍼/YBCO 경계면에서 거의 화학량론적인 2:3의 Ba:Cu를 달성하고, 구성 금속 Y, Ba, Cu를 약 1:2:3 (예를 들어, 화학량론적)의 비로 포함하거나 과량의 구리 (또는 부족한 바륨) 함량을 포함하는 YBCO 전구체 용액의 제2 층을 증착시키고 - 여기서, 이트륨 중 일부는 도펀트 공급원에 의해 부분적으로 치환됨 - , 전구체 막을 수증기 환경에서 분해시켜 도펀트를 포함하는 중간체 막을 달성함으로써 제조할 수 있다. 전체 Cu 대 Ba 비는 1.5 초과이며, 중간체 층의 전체 두께는 0.8 ㎛ 초과이다. 다수의 두꺼운 층의 도포에 의해 매력적인 집합조직 및 전류 용량을 가지면서 예외적인 두께의, 그리고 자속선 고정점을 포함하는 층을 포함하는 최종 YBCO 막이 제공된다.In another embodiment, the YBCO film deposits a first layer of YBCO precursor solution with excess Cu (or barium-lack) content and decomposes the precursor film in a water vapor environment to provide a nearly stoichiometric 2: 3 at the buffer / YBCO interface. Of the YBCO precursor solution to achieve a Ba: Cu, comprising constituent metals Y, Ba, Cu in a ratio of about 1: 2: 3 (e.g., stoichiometric) or comprising excess copper (or insufficient barium) content By depositing a second layer, where some of the yttrium is partially substituted by the dopant source, decomposing the precursor film in a vapor environment to achieve an intermediate film comprising the dopant. The total Cu to Ba ratio is greater than 1.5 and the total thickness of the intermediate layer is greater than 0.8 μm. The application of multiple thick layers provides a final YBCO film comprising a layer of exceptional thickness and comprising a flux line anchor point with attractive texture and current capacity.

다른 실시 형태에 있어서, YBCO 막은 과량의 Cu (또는 바륨-부족) 함량을 갖는 YBCO 전구체 용액의 제1 층을 증착시키고, 전구체 막을 수증기 환경에서 분해시켜 버퍼/YBCO 경계면에서 거의 화학량론적인 2:3의 Ba:Cu를 달성하고, 구성 금속 Y, Ba, Cu를 약 1:2:3 (예를 들어, 화학량론적)의 비로 포함하거나 과량의 구리 (또는 부족한 바륨) 함량을 포함하고 산화물 초전도체의 형성에 사용되는 조건 하에 제2 상 나노입자를 형성하는 첨가제 또는 도펀트를 추가로 포함하는 YBCO 전구체 용액의 제2 층을 증착시킴으로써 제조할 수 있다. 전체 Cu 대 Ba 비는 1.5 초과이며, 중간체 층의 전체 두께는 0.8 ㎛ 초과이다. 이 층들은 예외적인 두께의 막을 제공하며 제2 상 나노입자를 갖는 층을 포함한다.In another embodiment, the YBCO film deposits a first layer of YBCO precursor solution with excess Cu (or barium-lack) content and decomposes the precursor film in a water vapor environment to provide a nearly stoichiometric 2: 3 at the buffer / YBCO interface. To form Ba: Cu and to form constituent metals Y, Ba, Cu in a ratio of about 1: 2: 3 (e.g., stoichiometric) or contain excess copper (or insufficient barium) content and form an oxide superconductor It can be prepared by depositing a second layer of YBCO precursor solution further comprising an additive or a dopant to form second phase nanoparticles under the conditions used for. The total Cu to Ba ratio is greater than 1.5 and the total thickness of the intermediate layer is greater than 0.8 μm. These layers provide films of exceptional thickness and include layers with second phase nanoparticles.

알칼리 토금속 대 전이 금속의 비가 1.5 초과인 전구체 용액은 적어도 0.8 ㎛의 전체 두께의 완전히 반응한 산화물 초전도체 막을 제공하기에 충분한 양으로 증착시킨다. 이 용액은 보다 큰 두께로 증착되어, 예를 들어 적어도 1.0 ㎛, 또는 0.8 - 3.0 ㎛의 두께의 충분히 반응된 산화물 초전도체 막을 제공할 수 있다. 전구체 용액의 다수의 층들을 도포함으로써, 집합조직 또는 전류 용량의 하락 없이 최대 3 ㎛의 최종 두께가 기도된다.Precursor solutions with an alkaline earth metal to transition metal ratio greater than 1.5 are deposited in an amount sufficient to provide a fully reacted oxide superconductor film of a total thickness of at least 0.8 μm. This solution can be deposited to a greater thickness to provide a sufficiently reacted oxide superconductor film, for example, at least 1.0 μm, or 0.8-3.0 μm thick. By applying a plurality of layers of the precursor solution, a final thickness of up to 3 μm is prayed without a drop in texture or current capacity.

상기의 전구체 용액 및 방법으로부터 제조되는 초전도막은 임계 전류에서의 개선을 나타내었다. YBCO 두께가 약 1 ㎛인 초전도체 막의 임계 전류는 약 200 Amps/cmW 내지 약 250 Amps/cmW 범위이다.Superconducting films prepared from the precursor solutions and methods described above showed an improvement in critical current. The critical current of the superconductor film having a YBCO thickness of about 1 μm ranges from about 200 Amps / cmW to about 250 Amps / cmW.

적합한 전구체 성분은 하나 이상의 희토류 원소, 하나 이상의 알칼리 토금속 및 하나 이상의 전이 금속의 용해성 화합물을 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 희토류 원소, 알칼리 토금속 및 전이 금속의 "용해성 화합물"은 전구체 용액 중에 포함된 용매 중에 용해될 수 있는 이들 금속의 화합물을 나타낸다. 이러한 화합물은 예를 들어 이들 금속의 염 (예를 들어, 니트레이트, 아세트테이트, 알콕시드, 할라이드, 설페이트 및 트리플루오로아세테이트), 산화물 및 수산화물을 포함한다. 이 화합물들 중 적어도 하나는 불소 함유 화합물, 예를 들어, 트리플루오로아세트테이트이다.Suitable precursor components include soluble compounds of one or more rare earth elements, one or more alkaline earth metals and one or more transition metals. As used herein, “soluble compounds” of rare earth elements, alkaline earth metals and transition metals refer to compounds of these metals that can be dissolved in a solvent included in the precursor solution. Such compounds include, for example, salts of these metals (eg, nitrates, acetates, alkoxides, halides, sulfates and trifluoroacetates), oxides and hydroxides. At least one of these compounds is a fluorine containing compound such as trifluoroacetate.

일반적으로, 희토류 금속염은 전구체 용액 중에 포함되는 용매(들) 중에 용해성이며, 중간체 (예를 들어, 금속 옥시할라이드 중간체)를 형성하도록 프로세싱될 때 희토류 산화물(들) (예를 들어, Y2O3)을 형성하는 임의의 희토류 금속염일 수 있다. 희토류 원소는 이트륨, 세륨, 네오디뮴, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이터븀 및 루테튬의 군으로부터 선택될 수도 있다. 전형적으로, 알칼리 토금속은 바륨, 스트론튬 또는 칼슘이다. 일반적으로, 알칼리 토금속염은 전구체 용액 중에 포함되는 용매(들) 중에 용해성이며, 중간체 (예를 들어 금속 옥시할라이드 중간체)를 형성하도록 프로세싱될 때 알칼리 토금속 할라이드 화합물 (예를 들어, BaF2, BaCl2, BaBr2, BaI2)을 형성한 후 알칼리 토금속 산화물(들) (예를 들어, BaO)을 형성하는 임의의 알칼리 토금속염일 수 있다. 일반적으로 전이 금속은 구리이다. 전이 금속염은 전구체 용액 중에 포함되는 용매(들) 중에 용해성이어야 한다. 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 있어서, 희토류 및 알칼리 토금속 원소는 희토류 옥시드 및 알칼리 토금속 플루오라이드 대신에 또는 그 외에 금속 또는 혼합 금속 옥시플루오라이드를 형성할 수 있다.In general, rare earth metal salts are soluble in the solvent (s) included in the precursor solution and are rare earth oxide (s) (eg, Y 2 O 3 when processed to form intermediates (eg, metal oxyhalide intermediates). May be any rare earth metal salt that forms The rare earth element may be selected from the group of yttrium, cerium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium. Typically, the alkaline earth metal is barium, strontium or calcium. In general, alkaline earth metal salts are soluble in the solvent (s) included in the precursor solution and are alkaline earth metal halide compounds (eg, BaF 2 , BaCl 2 when processed to form intermediates (eg, metal oxyhalide intermediates). , BaBr 2 , BaI 2 ), which may be any alkaline earth metal salt that forms alkaline earth metal oxide (s) (eg, BaO). Generally the transition metal is copper. The transition metal salt should be soluble in the solvent (s) included in the precursor solution. In one or more embodiments of the present invention, the rare earth and alkaline earth metal elements may form metals or mixed metal oxyfluorides in place of or in addition to the rare earth oxides and alkaline earth metal fluorides.

적합한 구리 전구체 용액은 용매(들) 중에 적절한 농도로 용해성인 구리염을 포함한다. 이러한 화합물은 구리 니트레이트, 아세테이트, 알콕시드, 할라이드, 설페이트 또는 트리플루오로아세테이트를 포함한다. 적합한 화합물은 프로프리온산구리이다.Suitable copper precursor solutions include copper salts that are soluble at appropriate concentrations in the solvent (s). Such compounds include copper nitrate, acetates, alkoxides, halides, sulfates or trifluoroacetates. Suitable compounds are copper propionate.

일 실시 형태에 있어서, 전구체 용액은 이트륨, 바륨 및 구리를 포함하며, Cu 대 Ba의 비는 약 1.5 초과이다. 다른 실시 형태에 있어서, 전구체 용액은 Cu 대 Ba의 비가 적어도 1.6인 이트륨, 바륨 및 구리를 포함한다. 다른 실시 형태에 있어서, 전구체 용액은 이트륨, 바륨 및 구리를 포함하며, 여기서 Cu 대 Ba의 비는 적어도 1.8이다.In one embodiment, the precursor solution comprises yttrium, barium and copper and the ratio of Cu to Ba is greater than about 1.5. In another embodiment, the precursor solution comprises yttrium, barium and copper having a Cu to Ba ratio of at least 1.6. In another embodiment, the precursor solution comprises yttrium, barium and copper, wherein the ratio of Cu to Ba is at least 1.8.

전구체 용액에서 사용되는 용매 또는 용매의 조합은 금속염 (예를 들어, 금속 카르복실산염(들))을 용해시킬 수 있는 임의의 용매 또는 용매의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 용매는 예를 들어 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 부탄올을 비롯한 알코올을 포함한다.The solvent or combination of solvents used in the precursor solution may include any solvent or combination of solvents that can dissolve metal salts (eg, metal carboxylate (s)). Such solvents include, for example, alcohols including methanol, ethanol, isopropanol and butanol.

금속염 용액이 트리플루오로아세테이트 이온 및 알칼리 토금속 양이온 (예를 들어, 바륨)을 포함하는 실시 형태에 있어서, 트리플루오로아세테이트 이온의 총량은 이 금속염 용액에 포함되는 불소 (트리플루오로아세테이트의 형태) 대 이 금속염 용액에 포함되는 알칼리 토금속 (예를 들어 바륨 이온)의 몰비가 적어도 약 2:1 (예를 들어 약 2:1 내지 약 18.5:1, 또는 약 2:1 내지 약 10:1)이 되도록 선택될 수 있다.In embodiments wherein the metal salt solution comprises trifluoroacetate ions and alkaline earth metal cations (eg, barium), the total amount of trifluoroacetate ions is fluorine (in the form of trifluoroacetate) contained in the metal salt solution. The molar ratio of alkaline earth metal (eg barium ions) to the metal salt solution is at least about 2: 1 (eg, about 2: 1 to about 18.5: 1, or about 2: 1 to about 10: 1). May be selected.

초전도 조성물을 기저층 상에 (예를 들어, 기판, 예를 들어 합금층을 갖고 하나 이상의 버퍼층이 그 위에 배치된 기판의 표면 상에) 배치하는 방법은 스핀 코팅, 딥 코팅 (dip coating), 슬롯 코팅, 웨브 코팅 및 기타 당업계에 공지된 기술을 포함한다. CeO2/YSZ/Y2O3/NiW의 구성을 갖는 집합조직화 주형 상에 전구체 막을 증착시키는 웨브 코팅 방법이 도 4에 도시되어 있다. 집합조직화 주형은 약 1 내지 10 cm의 폭으로 제공된다.The method of disposing a superconducting composition on a base layer (e.g., on a surface of a substrate, for example a substrate having an alloy layer and having at least one buffer layer disposed thereon) may be spin coating, dip coating, slot coating. , Web coatings and other techniques known in the art. A web coating method for depositing a precursor film on an assemblage template having a structure of CeO 2 / YSZ / Y 2 O 3 / NiW is shown in FIG. 4. Textured molds are provided in a width of about 1-10 cm.

도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 스테이션 (410)에서, 와이어 기판은 2축 집합조직을 수득하도록 처리된다. 바람직하게는, 기판 표면은 상대적으로 잘 규정된 결정학적 배향을 갖는다. 예를 들어, 이 표면은 2축 집합조직화 표면 (예를 들어, (113)[211] 표면) 또는 입방체 집합조직화 표면 (예를 들어, (10O)[O11] 표면 또는 (10O)[OOl] 표면)일 수 있다. 바람직하게는 표면 (110)의 X-선 회절 극점도 측정 장치 (pole figure)에서의 피크는 FWHM가 약 20O 미만 (예를 들어, 약 15O 미만, 약 10O 미만, 또는 약 5O 내지 약 10O)이다.As shown in FIG. 4, at the first station 410, the wire substrate is processed to obtain biaxial texture. Preferably, the substrate surface has a relatively well defined crystallographic orientation. For example, this surface may be a biaxial textured surface (eg, (113) [211] surface) or a cube textured surface (eg, (10O) [O11] surface or (10O) [OOl] surface. May be). Preferably the peak at the X-ray diffraction pole figure of the surface 110 has an FWHM of less than about 20 O (eg, less than about 15 O, less than about 10 O , or from about 5 O to). About 10 0 ).

표면은 예를 들어 롤링 (rolling) 및 어닐링에 의해 제조될 수 있다. 또한, 표면은 진공 공정, 예를 들어, 이온 빔 보조 증착, 경사 기판 증착 및 당업계에 공지된 기타 진공 기술을 이용하여 제조하여 예를 들어 랜덤하게 배향된 다결정 표면 상에 2축 집합조직화 표면을 형성할 수 있다. 소정 실시 형태에 있어서 (예를 들어 이온 빔 보조 증착법이 이용될 때), 기판의 표면은 집합조직화될 필요가 없다 (예를 들어, 이 표면은 랜덤하게 배향된 다결정일 수 있거나 표면은 비결정질일 수 있음).The surface can be produced, for example, by rolling and annealing. The surface may also be prepared using a vacuum process, such as ion beam assisted deposition, gradient substrate deposition, and other vacuum techniques known in the art to form biaxial textured surfaces on, for example, randomly oriented polycrystalline surfaces. Can be formed. In certain embodiments (eg, when ion beam assisted deposition is used), the surface of the substrate need not be aggregated (eg, the surface may be randomly oriented polycrystalline or the surface may be amorphous). has exist).

기판은 버퍼층 스택 및/또는 초전도체 재료의 층을 지지할 수 있는 임의의 물질로 형성될 수 있다. 기판로서 사용될 수 있는 기판 물질의 예는 예를 들어 금속 및/또는 합금, 예를 들어, 니켈, 은, 구리, 아연, 알루미늄, 철, 크롬, 바나듐, 팔라듐, 몰리브덴 및/또는 이들의 합금을 포함한다. 몇몇 실시 형태에 있어서, 기판은 초합금으로 형성될 수 있다. 소정 실시 형태에 있어서, 기판은 표면적이 상대적으로 큰 물체의 형태 (예를 들어, 테이프 또는 웨이퍼)일 수 있다. 이러한 실시 형태에 있어서, 기판은 상대적으로 가요성인 물질로 형성되는 것이 바람직하다.The substrate may be formed of any material capable of supporting the buffer layer stack and / or the layer of superconductor material. Examples of substrate materials that can be used as the substrate include, for example, metals and / or alloys such as nickel, silver, copper, zinc, aluminum, iron, chromium, vanadium, palladium, molybdenum and / or alloys thereof do. In some embodiments, the substrate may be formed of superalloy. In certain embodiments, the substrate may be in the form of an object (eg, tape or wafer) having a relatively large surface area. In such embodiments, the substrate is preferably formed of a relatively flexible material.

이러한 실시 형태들 중 몇몇 실시 형태에 있어서, 기판은 2종의 하기 금속을 포함하는 2원 (binary) 합금이다: 구리, 니켈, 크롬, 바나듐, 알루미늄, 은, 철, 팔라듐, 몰리브덴, 텅스텐, 금 및 아연. 예를 들어, 2원 합금은 니켈 및 크롬으로 형성될 수 있다 (예를 들어, 니켈 및 최대 20 원자%의 크롬, 니켈 및 약 5 원자% 내지 약 18 원자%의 크롬, 또는 니켈 및 약 10 원자% 내지 약 15 원자%의 크롬). 다른 예로서, 2원 합금은 니켈 및 구리로 형성될 수 있다 (예를 들어, 구리 및 약 5 원자% 내지 약 45 원자%의 니켈, 구리 및 약 10 원자% 내지 약 40 원자%의 니켈, 또는 구리 및 약 25 원자% 내지 약 35 원자%의 니켈). 추가의 예로서, 2원 합금은 니켈 및 텅스텐 (예를 들어, 약 1 원자%의 텅스텐 내지 약 20 원자%의 텅스텐, 약 2 원자%의 텅스텐 내지 약 10 원자%의 텅스텐, 약 3 원자%의 텅스텐 내지 약 7 원자%의 텅스텐, 약 5 원자%의 텅스텐)을 포함할 수 있다. 2원 합금은 상대적으로 소량인 불순물 (예를 들어, 약 0.1 원자% 미만의 불순물, 약 0.01 원자% 미만의 불순물, 또는 약 0.005 원자% 미만의 불순물)을 추가로 포함할 수 있다.In some of these embodiments, the substrate is a binary alloy comprising two of the following metals: copper, nickel, chromium, vanadium, aluminum, silver, iron, palladium, molybdenum, tungsten, gold And zinc. For example, binary alloys may be formed of nickel and chromium (eg, nickel and up to 20 atomic% chromium, nickel and about 5 atomic% to about 18 atomic% chromium, or nickel and about 10 atoms % To about 15 atomic% chromium). As another example, the binary alloy may be formed of nickel and copper (eg, copper and about 5 atomic% to about 45 atomic% nickel, copper and about 10 atomic% to about 40 atomic% nickel, or Copper and about 25 atomic% to about 35 atomic% nickel). As a further example, the binary alloy may comprise nickel and tungsten (eg, from about 1 atomic% tungsten to about 20 atomic% tungsten, about 2 atomic% tungsten to about 10 atomic% tungsten, about 3 atomic% Tungsten to about 7 atomic percent tungsten, about 5 atomic percent tungsten). Binary alloys may further comprise relatively small amounts of impurities (eg, less than about 0.1 atomic percent, less than about 0.01 atomic percent, or less than about 0.005 atomic percent).

소정의 이러한 실시 형태에 있어서, 기판은 2종 초과의 금속 (예를 들어, 4원 합금 또는 4원 합금)을 포함한다. 몇몇의 이러한 실시 형태에 있어서, 합금은 하나 이상의 산화물 형성체 (예를 들어, Mg, Al, Ti, Cr, Ga, Ge, Zr, Hf, Y, Si, Pr, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Lu, Th, Er, Tm, Be, Ce, Nd, Sm, Yb 및/또는 La - Al이 바람직한 산화물 형성체임 - )와, 2종의 하기 금속을 포함할 수 있다: 구리, 니켈, 크롬, 바나듐, 알루미늄, 은, 철, 팔라듐, 몰리브덴, 금 및 아연. 소정의 이러한 실시 형태에 있어서, 합금은 2종의 하기 금속: 구리, 니켈, 크롬, 바나듐, 알루미늄, 은, 철, 팔라듐, 몰리브덴, 금 및 아연을 포함할 수 있으며, 임의의 전술한 산화물 형성체는 실질적으로 없을 수 있다.In certain such embodiments, the substrate comprises more than two metals (eg, quaternary alloys or quaternary alloys). In some such embodiments, the alloy may comprise one or more oxide formers (eg, Mg, Al, Ti, Cr, Ga, Ge, Zr, Hf, Y, Si, Pr, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Lu, Th, Er, Tm, Be, Ce, Nd, Sm, Yb and / or La-Al are preferred oxide formers-) and two kinds of the following metals: copper, nickel, chromium Vanadium, aluminum, silver, iron, palladium, molybdenum, gold and zinc. In certain such embodiments, the alloy may comprise two of the following metals: copper, nickel, chromium, vanadium, aluminum, silver, iron, palladium, molybdenum, gold and zinc, and any of the foregoing oxide formers. May be substantially absent.

합금이 산화물 형성체를 포함하는 실시 형태에 있어서, 합금은 적어도 약 0.5 원자%의 산화물 형성체 (예를 들어, 적어도 약 1 원자%의 산화물 형성체, 또는 적어도 약 2 원자%의 산화물 형성체), 그리고 최대 약 25 원자%의 산화물 형성체 (예를 들어, 최대 약 10 원자%의 산화물 형성체, 또는 최대 약 4 원자%의 산화물 형성체)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 합금은 산화물 형성체 (예를 들어, 적어도 약 0.5 알루미늄), 약 25 원자% 내지 약 55 원자%의 니켈 (예를 들어, 약 35 원자% 내지 약 55 원자%의 니켈, 또는 약 40 원자% 내지 약 55 원자%의 니켈)을 포함할 수 있으며, 잔량은 구리이다. 다른 예로서, 합금은 산화물 형성체 (예를 들어, 적어도 약 0.5 원자%의 알루미늄), 약 5 원자% 내지 약 20 원자%의 크롬 (예를 들어, 약 10 원자% 내지 약 18 원자%의 크롬, 또는 약 10 원자% 내지 약 15 원자%의 크롬)를 포함할 수 있으며, 잔량은 니켈이다. 합금은 상대적으로 소량인 추가 금속 (예를 들어, 약 0.1 원자% 미만의 추가 금속, 약 0.01 원자% 미만의 추가 금속, 또는 약 0.005 원자% 미만의 추가 금속)을 포함할 수 있다. In embodiments wherein the alloy comprises an oxide former, the alloy is at least about 0.5 atomic% oxide former (eg, at least about 1 atomic% oxide former, or at least about 2 atomic% oxide former). And up to about 25 atomic% oxide formers (eg, up to about 10 atomic% oxide formers, or up to about 4 atomic% oxide formers). For example, the alloy may comprise an oxide former (eg, at least about 0.5 aluminum), about 25 atomic% to about 55 atomic% nickel (eg, about 35 atomic% to about 55 atomic% nickel, or about 40 atomic% to about 55 atomic% nickel), the balance being copper. As another example, the alloy may comprise an oxide former (eg, at least about 0.5 atomic% aluminum), about 5 atomic% to about 20 atomic% chromium (eg, about 10 atomic% to about 18 atomic% chromium). Or from about 10 atomic% to about 15 atomic% chromium), with the balance being nickel. The alloy may comprise a relatively small amount of additional metal (eg, less than about 0.1 atomic percent additional metal, less than about 0.01 atomic percent additional metal, or less than about 0.005 atomic percent additional metal).

합금으로 형성된 기판은 예를 들어 분말 형태의 구성 성분들을 조합하고, 용융 및 냉각시킴으로써, 또는 고체 상태의 분말형 구성 성분들을 함께 확산시킴으로써 제조할 수 있다. 이어서 합금은 집합조직화 표면 (예를 들어, 2축 집합조직화 또는 정방형 집합조직화됨)의 형성을 위하여 변형 집합조직화 (예를 들어, 어닐링 및 롤링, 스웨이징 (swaging), 압출 및/또는 연신)에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로는, 합금 구성 성분은 젤리 롤 형태로 스태킹되고, 이어서 변형 집합조직화될 수 있다. 몇몇 실시 형태에 있어서, 열팽창 계수가 상대적으로 낮은 물질 (예를 들어, Nb, Mo, Ta, V, Cr, Zr, Pd, Sb, NbTi, 금속간 물질, 예를 들어, NiAl 또는 Ni3Al, 또는 그 화합물)은 로드 (rod)로 형성되고 합금 내로 매립된 후 변형 집합조직화될 수 있다.Substrates formed of alloys can be produced, for example, by combining, melting and cooling the components in powder form, or by diffusing together the powdered components in the solid state. The alloy is then subjected to deformation texture (eg, annealing and rolling, swaging, extrusion, and / or stretching) to form texture texture surfaces (eg, biaxial texture or square texture). It can be formed by. Alternatively, the alloy constituents can be stacked in the form of jelly rolls and then deformed texture. In some embodiments, materials having a relatively low coefficient of thermal expansion (eg, Nb, Mo, Ta, V, Cr, Zr, Pd, Sb, NbTi, intermetallic materials, such as NiAl or Ni 3 Al, Or the compound) may be formed into rods and embedded into an alloy and then deformed texture.

몇몇 실시 형태에 있어서, 표면에서의 안정한 산화물 형성은 기판의 표면 상에 배치된 중간체 층을 이용하여 2축 집합조직화 합금 표면 상에 제1 에피택셜 (예를 들어 버퍼) 층이 형성될 때까지 경감될 수 있다. 중간체 층은 에피택셜 버퍼층 막의 초기 성장에 필요한 온도 및 PO2에 의해 확립된 조건에 노출될 때 표면 산화물을 형성하지 않는 에피택셜 금속 또는 합금 층을 포함한다. 또한, 버퍼층은 기판 원소(들)이 중간체 층의 표면으로 이동하고 에피택셜 층의 초기 성장 동안 산화물을 형성하는 것을 방지하는 장벽으로서 작용한다. 이러한 중간체 층이 없다면, 기판 중의 하나 이상의 원소는 기판 표면에서 열역학적으로 안정한 산화물(들)을 형성할 것으로 기대되며, 상기 산화물은 예를 들어 상기 산화물 층에서의 집합조직의 결여로 인하여 에피택셜 층의 증착을 유의하게 방해할 수 있다.In some embodiments, stable oxide formation at the surface is alleviated until a first epitaxial (eg, buffer) layer is formed on the biaxial textured alloy surface using an intermediate layer disposed on the surface of the substrate. Can be. The intermediate layer comprises an epitaxial metal or alloy layer that does not form a surface oxide when exposed to the conditions required by the temperature and PO 2 required for the initial growth of the epitaxial buffer layer film. The buffer layer also acts as a barrier to prevent substrate element (s) from moving to the surface of the intermediate layer and forming oxides during the initial growth of the epitaxial layer. In the absence of such an intermediate layer, one or more elements of the substrate are expected to form thermodynamically stable oxide (s) at the substrate surface, which oxide may, for example, be formed of the epitaxial layer due to lack of texture in the oxide layer. Can significantly interfere with deposition.

몇몇의 이러한 실시 형태에 있어서, 중간체 층은 사실상 일시적이다. 본원에서 사용되는 바와 같이 "일시적"이라는 것은 초기 핵형성 및 에피택셜 막의 성장 이후 전적으로 또는 부분적으로 2축 집합조직화 기판 내로 혼입되거나 그와 함께 존재하는 중간체 층을 나타낸다. 심지어 이들 상황 하에서도, 중간체 층과 2축 집합조직화 기판은 증착된 막의 에피택셜 성질이 확립될 때까지 별개로 남아 있다. 일시적 중간체 층의 이용은 중간체 층이 몇몇의 바람직하지 못한 특성을 가질 때, 예를 들어, 중간체 층이 자성체, 예를 들어, 니켈일 때 바람직할 수 있다.In some such embodiments, the intermediate layer is virtual in nature. As used herein, “temporary” refers to an intermediate layer incorporated into or present with a biaxial aggregated substrate wholly or partially after initial nucleation and growth of the epitaxial film. Even under these circumstances, the intermediate layer and the biaxial textured substrate remain separate until the epitaxial properties of the deposited film are established. The use of a temporary intermediate layer may be desirable when the intermediate layer has some undesirable properties, for example when the intermediate layer is magnetic, eg nickel.

예시적인 금속 중간체 층은 니켈, 금, 은, 팔라듐 및 이들의 합금을 포함한다. 추가적인 금속 또는 합금은 니켈 및/또는 구리의 합금을 포함할 수도 있다. 중간체 층 상에 증착된 에피택셜 막 또는 층은 금속 산화물, 칼코겐화물(chalcogenide), 할라이드, 및 질화물을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 금속 중간체 층은 에피택셜 막 증착 조건 하에 산화되지 않는다.Exemplary metal intermediate layers include nickel, gold, silver, palladium and alloys thereof. Additional metals or alloys may include alloys of nickel and / or copper. The epitaxial film or layer deposited on the intermediate layer may include metal oxides, chalcogenides, halides, and nitrides. In some embodiments, the metal intermediate layer is not oxidized under epitaxial film deposition conditions.

초기 버퍼층 구조체의 핵형성 및 성장에 의해 에피택셜층이 확립되기 이전에 증착 중간체 층이 기판 내로 완전히 혼합되지 않거나 기판 내로 완전히 확산되지 않도록 주의하여야 한다. 이는 기판 합금에서의 확산 상수, 실제의 에피택셜 버퍼층 성장 조건 하에서의 산화에 대한 열역학적 안정성 및 에피택셜 층과의 격자 매칭과 같은 적당한 속성에 대하여 금속 (또는 합금)을 선택한 후, 증착 금속층의 두께를 에피택셜 층 증착 조건, 특히 온도에 따라 수정하여야 함을 의미한다.Care must be taken to ensure that the deposition intermediate layer does not fully mix into or diffuse into the substrate before the epitaxial layer is established by nucleation and growth of the initial buffer layer structure. It selects the metal (or alloy) for suitable properties such as diffusion constant in the substrate alloy, thermodynamic stability against oxidation under actual epitaxial buffer layer growth conditions, and lattice matching with the epitaxial layer, and then epitaxially deposits the thickness of the deposited metal layer. This means that it must be modified according to the conditions for the deposition of the layer, especially the temperature.

금속 중간체 층의 증착은 증발 또는 스퍼터링과 같은 진공 공정에서 행하거나, 전기 화학적 수단, 예를 들어, 전기 도금 (전극봉 (electrode)을 포함하거나 포함하지 않음)에 의해 행할 수 있다. 이러한 증착된 금속 중간체 층은 증착 후 (증착 동안의 기판의 온도에 따라) 에피택셜할 수 있거나 에피택셜할 수 없지만, 그 후에 에피택셜 배향이 증착 후 열처리 동안 얻어질 수 있다.Deposition of the metal intermediate layer can be carried out in a vacuum process such as evaporation or sputtering, or by electrochemical means, for example electroplating (with or without electrode). This deposited metal intermediate layer may or may not be epitaxial after deposition (depending on the temperature of the substrate during deposition), but then epitaxial orientation may be obtained during post-deposition heat treatment.

소정 실시 형태에 있어서, 황이 중간체 층의 표면 상에 형성될 수 있다. 황은 예를 들어 중간체 층을 황 공급원 (예를 들어, H2S, 탄탈륨 호일 또는 은 호일) 및 수소 (예를 들어, 수소, 또는 수소와 불활성 가스의 혼합물, 예를 들어, 5%의 수소/아르곤 가스 혼합물)을 포함하는 가스 환경에 일정 시간 동안 (예를 들어 약 10초 내지 약 1시간, 약 1분 내지 약 30분, 약 5분 내지 약 15분) 노출시킴으로써 중간체 층의 표면 상에 형성시킬 수 있다. 이는 승온 (예를 들어, 약 450℃ 내지 약 1100℃, 약 600℃ 내지 약 900℃, 850℃의 온도)에서 수행될 수 있다. 수소 (또는 수소/불활성 가스 혼합물)의 압력은 상대적으로 낮거나 (예를 들어, 약 1 torr 미만, 약 1x10-3 torr 미만, 약 1x10-6 torr 미만) 또는 상대적으로 높을 수 있다 (예를 들어, 약 1 torr 초과, 약 100 torr 초과, 약 760 torr 초과).In certain embodiments, sulfur may be formed on the surface of the intermediate layer. Sulfur, for example, comprises an intermediate layer comprising a sulfur source (eg H 2 S, tantalum foil or silver foil) and hydrogen (eg hydrogen, or a mixture of hydrogen and an inert gas, eg 5% hydrogen / Formed on the surface of the intermediate layer by exposure to a gaseous environment comprising an argon gas mixture for a period of time (e.g., from about 10 seconds to about 1 hour, about 1 minute to about 30 minutes, about 5 minutes to about 15 minutes) You can. This can be done at elevated temperatures (eg, temperatures of about 450 ° C. to about 1100 ° C., about 600 ° C. to about 900 ° C., 850 ° C.). The pressure of hydrogen (or hydrogen / inert gas mixture) may be relatively low (eg, less than about 1 torr, less than about 1x10 -3 torr, less than about 1x10 -6 torr) or relatively high (eg , Greater than about 1 torr, greater than about 100 torr, greater than about 760 torr).

이론에 의해 한정하고자 하는 것은 아니지만, 상기 조건 하에서 황 공급원에 집합조직화된 기판 표면을 노출시키면 집합조직화된 기판 표면 상에 황의 초구조 물(superstructure) (예를 들어, c(2X2) 초구조물)이 형성될 수 있다고 생각된다. 또한, 이 초구조물은 중간체 층의 표면의 안정화 (예를 들어, 화학적 및/또는 물리적 안정화)에 효과적일 수 있다고 생각된다.While not wishing to be bound by theory, exposing the textured substrate surface to a sulfur source under the above conditions results in the formation of a sulfur superstructure (eg, c (2X2) superstructure) on the textured substrate surface. It is believed that it can be formed. It is also contemplated that this superstructure may be effective for stabilizing (eg, chemical and / or physical stabilization) of the surface of the intermediate layer.

황 초구조물을 형성하기 위한 한 가지 접근법을 기술하였지만, 이러한 초구조물의 다른 형성 방법도 사용될 수 있다. 예를 들어, 황 초구조물 (예를 들어, S c(2X2))는 적절한 가스 환경에서 적절한 온도로 가열함으로써 중간체 층의 표면에 적절한 유기 용액을 도포함으로써 형성시킬 수 있다.While one approach has been described for forming sulfur superstructures, other methods of forming such superstructures may also be used. For example, sulfur superstructures (eg, S c (2 × 2)) can be formed by applying a suitable organic solution to the surface of the intermediate layer by heating to a suitable temperature in a suitable gaseous environment.

또한, 중간체 층의 표면 상에서의 황 초구조물의 형성을 기술하였지만, 다른 초구조물이 표면의 안정화 (예를 들어, 화학적 및/또는 물리적 안정화)에 또한 효과적일 수 있다고 생각된다. 예를 들어, 표면 상에 배치된 산소 초구조물, 질소 초구조물, 탄소 초구조물, 칼륨 초구조물, 세슘 초구조물, 리튬 초구조물 또는 셀레늄 초구조물이 표면의 안정성 증강에 효과적일 수 있다고 생각된다.In addition, although the formation of sulfur superstructures on the surface of the intermediate layer has been described, it is contemplated that other superstructures may also be effective for stabilizing the surface (eg, chemical and / or physical stabilization). For example, it is contemplated that oxygen superstructures, nitrogen superstructures, carbon superstructures, potassium superstructures, cesium superstructures, lithium superstructures, or selenium superstructures disposed on the surface may be effective in enhancing the stability of the surface.

제2 프로세싱 스테이션 (420)에 있어서, 버퍼층이 집합조직화 기판 상에 형성된다. 버퍼층은 이온 빔 보조 증착법 (ion beam assisted deposition, IBAD)을 이용하여 형성시킬 수 있다. 이 기술에 있어서, 버퍼층 재료는, 이온 빔 (예를 들어 아르곤 이온 빔)을 증발되는 버퍼층 재료가 증착되는 기판의 매끄러운 비결정질 표면으로 향하게 하면서 예를 들어 전자 빔 증발 방법, 스퍼터링 증착 방법, 또는 펄스형 레이저 증착 방법을 이용하여 증발시킨다. In the second processing station 420, a buffer layer is formed on the textured substrate. The buffer layer may be formed using ion beam assisted deposition (IBAD). In this technique, the buffer layer material is for example an electron beam evaporation method, a sputtering deposition method, or a pulsed type while directing an ion beam (eg an argon ion beam) to a smooth amorphous surface of the substrate on which the evaporation buffer layer material is deposited. Evaporate using a laser deposition method.

예를 들어, 버퍼층은 기판의 매끄러운 비결정질 표면 (예를 들어, 제곱 평균 제곱근 조도가 약 100 옹스트롬 미만인 표면) 상으로 암염 유사 구조를 갖는 버퍼층 재료 (예를 들어, 암염 구조를 갖는 재료, 예를 들어 산화물 - MgO를 포함함 - 또는 질화물)를 증발시킴으로써 이온 빔 보조 증착법에 의해 형성시켜서 버퍼층 재료가 평면내 및 평면외 둘 모두에서 상당한 정렬 (예를 들어, 약 130 이하)을 갖는 표면을 갖도록 할 수 있다.For example, the buffer layer may be a buffer layer material (eg, a material having a rock salt structure) having a rock salt like structure onto a smooth amorphous surface of the substrate (eg, a surface having a root mean square roughness of less than about 100 angstroms). Oxides, including MgO, or nitrides) to be formed by ion beam assisted deposition to ensure that the buffer layer material has a surface with significant alignment (eg, about 13 0 or less), both in and out of plane. Can be.

버퍼층 재료의 증착 동안 사용되는 조건은 예를 들어 약 약 0℃ 내지 약 750℃ (예를 들어, 약 0℃ 내지 약 400℃, 대략 실온 내지 약 75O℃, 대략 실온 내지 약 400℃)의 기판 온도, 1초 당 약 1.0 옹스트롬 내지 1초 당 약 4.4 옹스트롬의 증착 속도, 약 200 eV 내지 약 1200 eV의 이온 에너지, 및/또는 1 제곱 센티미터 당 약 110 마이크로암페어 내지 1 제곱 센티미터 당 약 120 마이크로암페어의 이온 유속을 포함할 수 있다.Conditions used during the deposition of the buffer layer material may be, for example, substrate temperatures of about 0 ° C. to about 750 ° C. (eg, about 0 ° C. to about 400 ° C., about room temperature to about 75 ° C., about room temperature to about 400 ° C.). A deposition rate of about 1.0 angstroms per second to about 4.4 angstroms per second, ion energy of about 200 eV to about 1200 eV, and / or about 110 microamps per square centimeter to about 120 microamps per square centimeter. Ionic flow rates.

몇몇 실시 형태에 있어서, IBAD를 사용할 경우, 기판은 상이한 재료 (예를 들어, Si3N4)로 형성되는 매끄러운 비결정질 표면을 갖는 다결정질의 비-무정형 기본 구조를 갖는 재료 (예를 들어, 금속 합금, 예를 들어, 니켈 합금)로 형성된다.In some embodiments, when using IBAD, the substrate is a material having a polycrystalline non-amorphous base structure (eg, a metal alloy) having a smooth amorphous surface formed from a different material (eg, Si 3 N 4 ). , For example, nickel alloys).

소정의 실시 형태에 있어서, 복수의 버퍼층은 원래의 IBAD 표면 상에 에피택셜 성장에 의해 증착될 수 있다. 각각의 버퍼층은 평면내 및 평면외 둘 모두에서 상당한 정렬 (예를 들어, 약 13O 이하)을 가질 수 있다.In certain embodiments, a plurality of buffer layers may be deposited by epitaxial growth on the original IBAD surface. Each buffer layer may have significant alignment (eg, about 13 0 or less) in both in-plane and out-of-plane.

버퍼는 금속 유기물 증착법을 포함하는 용액상 기술, 예를 들어, 문헌[S. S. Shoup et al., J. Am. Cer. Soc, vol. 81, 3019]; 문헌[D. Beach et al.. Mat. Res. Soc. Symp. Proc, vol. 495, 263 (1988)]; 문헌[M. Paranthaman et al., Superconductor Sci. Tech., vol. 12, 319 (1999)]; 문헌[DJ. Lee et al., Japanese J. Appl. Phys., vol. 38, L178 (1999)] 및 문헌[M.W. Rupich et al., I.E.E.E. Trans, on Appl. Supercon. vol. 9, 1527]에 개시되어 있는 것을 이용하여 제조할 수 있다. 소정의 실시 형태에 있어서, 용액 코팅 공정이 집합조직화 기판 상에의 임의의 산화물 층들 중 하나 또는 그 조합의 증착에 이용될 수 있지만, 상기 공정은 집합조직화 금속 기판 상에의 초기 (시드 (seed)) 층의 증착에 특히 적용가능할 수 있다. 시드층의 역할은 1) 기판에 관하여 산화 환경에서 실시될 때 다음 산화물 층의 증착 (예를 들어, 산화물 표적으로부터의 이트리아-안정화 지르코티아의 마그네트론 (magnetron) 스퍼터 증착) 동안 기판을 산화로부터 보호하는 것; 및 2) 이후의 산화물 층의 성장을 위한 에피택셜 주형을 제공하는 것이다. 이러한 요건의 충족을 위하여, 시드층은 금속 기판의 전 표면에 걸쳐 에피택시 방식으로 성장하고 이후의 에피택셜 산화물 층의 증착을 간섭할 수도 있는 모든 오염 물질이 없어야 한다.The buffer is a solution phase technique comprising metal organic deposition, for example, S. S. Shoup et al., J. Am. Cer. Soc, vol. 81, 3019; D. Beach et al. Res. Soc. Symp. Proc, vol. 495, 263 (1988); M. Paranthaman et al., Superconductor Sci. Tech., Vol. 12, 319 (1999); DJ. Lee et al., Japanese J. Appl. Phys., Vol. 38, L178 (1999) and in M.W. Rupich et al., I.E.E.E. Trans, on Appl. Supercon. vol. 9, 1527] can be manufactured using. In certain embodiments, a solution coating process may be used to deposit one or a combination of any of the oxide layers on the textured substrate, although the process may be performed on seeded metal substrates (seed). May be particularly applicable to the deposition of layers. The role of the seed layer is to: 1) remove the substrate from oxidation during deposition of the next oxide layer (e.g., magnetron sputter deposition of yttria-stabilized zirconia from an oxide target) when carried out in an oxidizing environment with respect to the substrate. To protect; And 2) providing an epitaxial template for subsequent growth of the oxide layer. To meet this requirement, the seed layer should be free of any contaminants that may grow epitaxially over the entire surface of the metal substrate and may interfere with subsequent deposition of the epitaxial oxide layer.

산화물 버퍼층의 형성은 하부 기판 층의 습윤을 촉진하도록 실시될 수 있다. 부가적으로, 특정 실시 형태에 있어서, 금속 산화물 층의 형성은 금속 알콕시드 전구체 (예를 들어, "졸 겔" 전구체)를 사용하여 실시할 수 있다.Formation of the oxide buffer layer may be carried out to promote wetting of the underlying substrate layer. Additionally, in certain embodiments, the formation of the metal oxide layer can be carried out using a metal alkoxide precursor (eg, a "sol gel" precursor).

일단 버퍼층을 포함하는 집합조직화 기판이 제조되면, 전구체 용액을 상기한 바와 같이 스테이션 (430)에서 증착시킨다. 상기에 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 층을 증착시켜 요망되는 두께 및 전체 조성을 갖는 전구체 층을 형성한다.Once the textured substrate comprising the buffer layer is prepared, the precursor solution is deposited at station 430 as described above. As indicated above, one or more layers are deposited to form a precursor layer having the desired thickness and overall composition.

후속 스테이션 (440)에서, 전구체 성분을 분해시킨다. 전구체 성분의 산화물 초전도체로의 전환은 연속 전구체 후막에 대하여 이전에 보고된 바와 같이 실시한다. 적어도 하나의 플루오라이드 함유 염을 포함하는 전구체 성분의 경우, 가열 단계의 제1 단계를 수행하여 금속 유기 분자를 요망되는 초전도체 재료의 하나 이상의 옥시플루오라이드 중간체로 분해시킨다.In a subsequent station 440, the precursor component is decomposed. The conversion of the precursor component to the oxide superconductor is carried out as previously reported for continuous precursor thick films. In the case of precursor components comprising at least one fluoride containing salt, the first step of the heating step is performed to decompose the metal organic molecules into one or more oxyfluoride intermediates of the desired superconductor material.

전형적으로, 이 단계에서의 초기 온도는 대략 실온이며, 최종 온도는 약 190℃로부터 약 210℃까지, 바람직하게는 약 200℃까지의 온도까지이다. 바람직하게는, 이 단계는 1분 당 적어도 약 5℃의 온도 램프, 더 바람직하게는 1분 당 적어도 약 1O℃의 온도 램프, 가장 바람직하게는 1분 당 적어도 약 15℃의 온도 램프를 이용하여 수행한다. 이 단계 동안, 명목 상의 가스 환경에서의 수증기의 분압은 바람직하게는 약 5 Torr 내지 약 50 Torr, 더 바람직하게는 약 5 Torr 내지 약 30 Torr, 가장 바람직하게는 약 20 Torr 내지 약 30 Torr에서 유지된다. 명목 상의 가스 환경에서의 산소의 분압은 약 0.1 Torr 내지 약 760 Torr, 바람직하게는 약 730 - 740 Torr에서 유지된다.Typically, the initial temperature at this stage is approximately room temperature and the final temperature is from about 190 ° C to about 210 ° C, preferably up to about 200 ° C. Preferably, this step uses a temperature ramp of at least about 5 ° C. per minute, more preferably a temperature ramp of at least about 10 ° C. per minute, most preferably a temperature ramp of at least about 15 ° C. per minute. To perform. During this step, the partial pressure of water vapor in the nominal gaseous environment is preferably maintained at about 5 Torr to about 50 Torr, more preferably about 5 Torr to about 30 Torr, most preferably about 20 Torr to about 30 Torr. do. The partial pressure of oxygen in the nominal gaseous environment is maintained at about 0.1 Torr to about 760 Torr, preferably about 730-740 Torr.

이어서 가열은 1분 당 약 0.05℃ 내지 1분 당 약 5℃ (예를 들어, 1분 당 약 0.5℃ 내지 1분 당 약 1℃)의 온도 램프를 이용하여 약 200℃ 내지 약 290℃의 온도로 계속한다. 바람직하게는, 이 가열 동안 가스 환경은 샘플을 초기 온도로부터 약 190℃ 내지 약 215℃까지로 가열할 때 사용되는 명목 상의 가스 환경과 실질적으로 동일하다.The heating is then performed at a temperature of about 200 ° C. to about 290 ° C. using a temperature ramp of about 0.05 ° C. per minute to about 5 ° C. per minute (eg, about 0.5 ° C. per minute to about 1 ° C. per minute). Continue to Preferably, the gaseous environment during this heating is substantially the same as the nominal gaseous environment used when heating the sample from the initial temperature to about 190 ° C to about 215 ° C.

가열을 약 650℃의 온도로, 또는 더 바람직하게는 약 400℃의 온도로 추가로 계속하여 옥시플루오라이드 중간체를 형성한다. 이 단계는 1분 당 적어도 약 2℃, 더 바람직하게는 1분 당 적어도 약 3℃, 가장 바람직하게는 1분 당 적어도 약 5℃의 온도 램프를 이용하여 수행하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 이 가열 단계 동안 가스 환경은 샘플을 초기 온도로부터 약 190℃ 내지 약 215℃까지로 가열할 때 사용되는 명목 상의 가스 환경과 실질적으로 동일하다.Heating is further continued to a temperature of about 650 ° C., or more preferably to a temperature of about 400 ° C. to form the oxyfluoride intermediate. This step is preferably carried out using a temperature ramp of at least about 2 ° C. per minute, more preferably at least about 3 ° C. per minute, most preferably at least about 5 ° C. per minute. Preferably, the gaseous environment during this heating step is substantially the same as the nominal gaseous environment used when heating the sample from the initial temperature to about 190 ° C to about 215 ° C.

택일적 실시 형태에 있어서, 바륨 플루오라이드는 건조된 용액을, 약 5 Torr 내지 약 50 Torr의 수증기 (예를 들어, 약 5 Torr 내지 약 30 Torr의 수증기, 또는 약 10 Torr 내지 약 25 Torr의 수증기)의 수증기압에서 초기 온도 (예를 들어 실온)로부터 약 19O℃ 내지 약 215℃ (예를 들어 약 21O℃)까지 가열함으로써 형성시킨다. 산소의 명목상의 분압은 예를 들어 약 0.1 Torr 내지 약 760 Torr일 수 있다. 이러한 실시 형태에 있어서, 그 후 가열을 약 5 Torr 내지 약 50 Torr의 수증기 (예를 들어, 약 5 Torr 내지 약 30 Torr의 수증기, 또는 약 10 Torr 내지 약 25 Torr의 수증기)의 수증기압에서 약 22O℃ 내지 약 290℃ (예를 들어 약 22O℃)의 온도까지 계속한다. 산소의 명목상의 분압은 예를 들어 약 0.1 Torr 내지 약 760 Torr일 수 있다. 이것 후에 약 5 Torr 내지 약 50 Torr의 수증기 (예를 들어 약 5 Torr 내지 약 30 Torr의 수증기, 또는 약 10 Torr 내지 약 25 Torr의 수증기)의 수증기압에서 1분 당 적어도 약 2℃ (예를 들어, 1분 당 적어도 약 3℃, 또는 1분 당 적어도 약 5℃)의 속도로 약 400℃로 가열하여 바륨 플루오라이드를 형성한다. 산소의 명목상의 분압은 예를 들어 약 0.1 Torr 내지 약 760 Torr일 수 있다.In an alternative embodiment, the barium fluoride is used to convert the dried solution to about 5 Torr to about 50 Torr of water vapor (e.g., about 5 Torr to about 30 Torr of water vapor, or about 10 Torr to about 25 Torr of water vapor. It is formed by heating from an initial temperature (eg room temperature) to about 19O < 0 > The nominal partial pressure of oxygen can be, for example, about 0.1 Torr to about 760 Torr. In this embodiment, the heating is then performed at a water vapor pressure of about 5 Torr to about 50 Torr (e.g., about 5 Torr to about 30 Torr, or about 10 Torr to about 25 Torr). Continue to a temperature of from about < RTI ID = 0.0 > The nominal partial pressure of oxygen can be, for example, about 0.1 Torr to about 760 Torr. This is followed by at least about 2 ° C. per minute at a water vapor pressure of about 5 Torr to about 50 Torr (eg about 5 Torr to about 30 Torr, or about 10 Torr to about 25 Torr). , At least about 3 ° C. per minute, or at least about 5 ° C. per minute) to about 400 ° C. to form barium fluoride. The nominal partial pressure of oxygen can be, for example, about 0.1 Torr to about 760 Torr.

소정 실시 형태에 있어서, 건조된 용액을 가열하여 바륨 플루오라이드를 형성하는 것은 (예를 들어 적어도 약 100℃, 적어도 약 150℃, 적어도 약 200℃, 최대 약 300℃, 최대 약 250℃, 약 200℃에서) 사전 가열된 로에 코팅된 샘플을 두는 것을 포함한다. 로 내의 가스 환경은 예를 들어 약 760 Torr의 총 가스 압력, 수증기의 소정의 분압 (예를 들어, 적어도 약 10 Torr, 적어도 약 15 Torr, 최대 약 25 Torr, 최대 약 20 Torr, 약 17 Torr)을 가질 수 있으며, 나머지 torr는 산소 분자이다. 코팅된 샘플이 로의 온도에 도달한 후, 로의 온도는 소정의 온도 램프 비율 (예를 들어, 1분 당 적어도 약 0.5℃, 1분 당 적어도 약 O.75℃, 1분 당 최대 약 2℃, 1분 당 최대 약 1.5℃, 1분 당 약 1℃)로 증가시킬 수 있다 (예를 들어, 적어도 약 225℃까지, 적어도 약 24O℃까지, 최대 약 275℃까지, 최대 약 260℃, 약 250℃까지). 이 단계는 제1 가열 단계에서 사용되는 동일한 명목상의 가스 환경을 이용하여 수행될 수 있다. 이어서 로의 온도를 소정의 온도 램프 비율 (예를 들어, 1분 당 적어도 약 5℃, 1분 당 적어도 약 8℃, 1분 당 최대 약 2O℃, 1분 당 최대 약 12℃, 1분 당 약 10℃)로 추가로 증가시킬 수 있다 (예를 들어, 적어도 약 350℃까지, 적어도 약 375℃까지, 최대 약 45O℃까지, 최대 약 425℃, 약 45O℃까지). 이 단계는 제1 가열 단계에서 사용되는 동일한 명목상의 가스 환경을 이용하여 수행할 수 있다. In certain embodiments, heating the dried solution to form barium fluoride (eg, at least about 100 ° C., at least about 150 ° C., at least about 200 ° C., at most about 300 ° C., at most about 250 ° C., about 200 Placing the coated sample in a preheated furnace). The gaseous environment in the furnace is for example a total gas pressure of about 760 Torr, a predetermined partial pressure of water vapor (e.g., at least about 10 Torr, at least about 15 Torr, up to about 25 Torr, up to about 20 Torr, about 17 Torr) And the remaining torr is an oxygen molecule. After the coated sample reaches the temperature of the furnace, the temperature of the furnace is determined by a predetermined temperature ramp rate (eg, at least about 0.5 ° C. per minute, at least about O.75 ° C. per minute, up to about 2 ° C. per minute, Up to about 1.5 ° C. per minute, about 1 ° C. per minute) (eg, at least about 225 ° C., at least about 24 ° C., up to about 275 ° C., up to about 260 ° C., about 250 Up to ℃). This step can be performed using the same nominal gaseous environment used in the first heating step. The temperature of the furnace is then determined by a predetermined temperature ramp rate (eg, at least about 5 ° C. per minute, at least about 8 ° C. per minute, up to about 20 ° C. per minute, up to about 12 ° C. per minute, about per minute). 10 ° C.) (eg, up to at least about 350 ° C., up to at least about 375 ° C., up to about 45 ° C., up to about 425 ° C., up to about 45 ° C.). This step can be performed using the same nominal gaseous environment used in the first heating step.

금속염 용액의 상기 처리에 의해 구성 금속 산화물 및 금속 플루오라이드가 막 전반에 걸쳐 균질하게 분포된 옥시플루오라이드 중간체 막이 생성될 수 있다. 바람직하게는, 이 전구체는 상대적으로 낮은 결점 밀도를 가지며 중간체 두께를 관통하여 본질적으로 균열이 없다. 바륨 플루오라이드 형성에 대한 용액 화학적 특성이 개시되어 있지만, 다른 방법도 기타 전구체 용액에 사용될 수 있다.The treatment of the metal salt solution can produce an oxyfluoride intermediate film in which the constituent metal oxide and the metal fluoride are homogeneously distributed throughout the film. Preferably, this precursor has a relatively low defect density and is essentially free of cracks through the intermediate thickness. While solution chemical properties for barium fluoride formation are disclosed, other methods may be used for other precursor solutions.

이어서 추가의 프로세싱 스테이션 (450)에서 요망되는 초전도체 층을 형성하기 위하여 초전도체 중간체 막을 가열할 수 있다. 전형적으로 이 단계는 1분 당 약 25℃ 초과의 온도 램프로, 바람직하게는 1분 당 약 100℃ 초과의 온도 비율로, 더 바람직하게는 1분 당 약 200℃ 초과의 온도 비율로 대략 실온으로부터 약 700℃ 내지 약 825℃의 온도까지, 바람직하게는 약 74O℃ 내지 800℃의 온도까지, 더 바람직하게는 약 750℃ 내지 약 790℃까지의 온도까지 가열함으로써 수행한다. 이 단계는 또한 중간체 옥시플루오라이드 막의 형성에 사용되는 약 400 - 65O℃의 최종 온도로부터 출발할 수 있다. 이 단계 동안, 공정 가스를 막 표면 위에 유동시켜 가스 반응물을 막에 공급하고 가스 반응 산물을 막으로부터 제거한다. 이 단계 동안의 명목상의 가스 환경은 총 압력이 약 0.1 Torr 내지 약 760 Torr이며, 약 0.09 Torr 내지 약 50 Torr의 산소 및 약 0.01 Torr 내지 약 150 Torr의 수증기 및 약 0 Torr 내지 약 750 Torr의 불활성 가스 (질소 또는 아르곤)로 이루어진다. 더 바람직하게는 명목상의 가스 환경은 총 압력이 약 0.15 Torr 내지 약 5 Torr이며 약 0.1 Torr 내지 약 1 Torr의 산소 및 약 0.05 Torr 내지 약 4 Torr의 수증기로 이루어진다.The superconductor intermediate film may then be heated to form the desired superconductor layer in further processing station 450. Typically this step is from about room temperature with a temperature ramp of greater than about 25 ° C. per minute, preferably at a temperature rate of greater than about 100 ° C. per minute, more preferably at a temperature rate of greater than about 200 ° C. per minute. By heating to a temperature of about 700 ° C. to about 825 ° C., preferably to a temperature of about 74 ° C. to 800 ° C., more preferably to a temperature of about 750 ° C. to about 790 ° C. This step may also start from a final temperature of about 400-65 ° C. used to form the intermediate oxyfluoride membrane. During this step, process gas is flowed over the membrane surface to feed the gaseous reactants to the membrane and remove the gaseous reaction product from the membrane. The nominal gaseous environment during this stage has a total pressure of about 0.1 Torr to about 760 Torr, oxygen of about 0.09 Torr to about 50 Torr and water vapor of about 0.01 Torr to about 150 Torr and inertness of about 0 Torr to about 750 Torr. Consists of gas (nitrogen or argon). More preferably, the nominal gaseous environment has a total pressure of about 0.15 Torr to about 5 Torr and consists of about 0.1 Torr to about 1 Torr of oxygen and about 0.05 Torr to about 4 Torr of water vapor.

이어서 막을 약 700℃ - 825℃에서, 바람직하게는 약 740℃ 내지 800℃의 온도로, 더 바람직하게는 약 750℃ 내지 약 79O℃의 온도로, 적어도 약 5분 내지 약 120분의 시간 동안, 바람직하게는 적어도 약 15분 내지 약 60분의 시간 동안, 더 바람직하게는 적어도 약 15분 내지 약 30분의 시간 동안 유지한다. 이 단계 동안, 공정 가스를 막 표면 위에 유동시켜 가스 반응물을 막에 공급하고 가스 반응 산물을 막으로부터 제거한다. 이 단계 동안 명목상의 가스 환경은 총 압력이 약 0.1 Torr 내지 약 760 Torr이며, 약 0.09 Torr 내지 약 50 Torr의 산소 및 약 0.01 Torr 내지 약 150 Torr의 수증기 및 약 0 Torr 내지 약 750 Torr의 불활성 가스 (질소 또는 아르곤)로 이루어진다. 더 바람직하게는, 명목상의 가스 환경은 총 압력이 약 0.15 Torr 내지 약 5 Torr이며, 약 0.1 Torr 내지 약 1 Torr의 산소 및 약 0.05 Torr 내지 약 4 Torr의 수증기로 이루어진다.The membrane is then at a temperature of about 700 ° C.-825 ° C., preferably at a temperature of about 740 ° C. to 800 ° C., more preferably at a temperature of about 750 ° C. to about 79 ° C., for a time period of at least about 5 minutes to about 120 minutes, Preferably for at least about 15 minutes to about 60 minutes, more preferably for at least about 15 minutes to about 30 minutes. During this step, process gas is flowed over the membrane surface to feed the gaseous reactants to the membrane and remove the gaseous reaction product from the membrane. The nominal gaseous environment during this stage has a total pressure of about 0.1 Torr to about 760 Torr, oxygen of about 0.09 Torr to about 50 Torr and water vapor of about 0.01 Torr to about 150 Torr and inert gas of about 0 Torr to about 750 Torr. (Nitrogen or argon). More preferably, the nominal gaseous environment has a total pressure of about 0.15 Torr to about 5 Torr and consists of about 0.1 Torr to about 1 Torr of oxygen and about 0.05 Torr to about 4 Torr of water vapor.

이어서 막은 산소 압력이 약 0.05 Torr 내지 약 150 Torr, 바람직하게는 약 0.1 Torr 내지 약 0.5 Torr, 더 바람직하게는 약 0.1 Torr 내지 약 0.2 Torr인 명목상의 가스 환경에서 실온으로 냉각시킨다.The membrane is then cooled to room temperature in a nominal gaseous environment with an oxygen pressure of about 0.05 Torr to about 150 Torr, preferably about 0.1 Torr to about 0.5 Torr, more preferably about 0.1 Torr to about 0.2 Torr.

생성된 초전도체 층은 잘 배열된 것이다 (예를 들어, 평면에서, 또는 평면 바깥의 c-축에서 2축 집합조직화되고 평면에서 2축 집합조직화됨). 실시 형태들에 있어서, 초전도체 재료의 벌크는 2축 집합조직화된다. 초전도체 층은 적어도 약 1 마이크로미터 두께 (예를 들어, 적어도 약 2 마이크로미터 두께, 적어도 약 3 마이크로미터 두께, 적어도 약 4 마이크로미터 두께, 적어도 약 5 마이크로미터 두께)일 수 있다. 산화물 초전도체는 그의 폭을 가로질러 실질적으로 일정한 c-축 배향을 가지며, 초전도체의 c-축 배향은 와이어 또는 테이프의 표면에 대하여 실질적으로 수직이다.The resulting superconductor layers are well arranged (e.g. biaxially aggregated in plane or on c-axis outside the plane and biaxially aggregated in plane). In embodiments, the bulk of the superconductor material is biaxially textured. The superconductor layer can be at least about 1 micrometer thick (eg, at least about 2 micrometer thick, at least about 3 micrometer thick, at least about 4 micrometer thick, at least about 5 micrometer thick). The oxide superconductor has a substantially constant c-axis orientation across its width and the c-axis orientation of the superconductor is substantially perpendicular to the surface of the wire or tape.

스테이션 (460)에서의 귀금속 증착, 스테이션 (470)에서의 산소 어닐링, 스테이션 (480)에서의 적층화 및 스테이션 (490)에서의 슬릿팅에 의한 추가의 프로세싱에 의해 이 공정을 완료함으로써 낮은 ac 손실의 코팅된 전도체 와이어의 저렴한 비용의 제작을 허용한다. 본 발명을 하기 실시예에서 보다 상세하게 설명하는데, 실시예는 단지 예시하기 위한 것이며, 이는 다수의 변형예 및 변경예가 당업계의 숙련자에게 자명할 것이기 때문이다.Low ac loss by completing this process by further processing by precious metal deposition at station 460, oxygen annealing at station 470, lamination at station 480, and slitting at station 490. Allows low cost fabrication of coated conductor wires. The invention is described in more detail in the following examples, which are intended to illustrate only, as many variations and modifications will be apparent to those skilled in the art.

실시예Example 1:  One: Y123Y123 막의 제조 Manufacture of membrane

Y:Ba:Cu의 화학량론적 비가 1:2:3인 YBCO 전구체 용액은 약 0.83 그램의 Y(CF3CO2)3, 약 1.60 그램의 Ba(CF3CO2)2, 및 약 1.28 그램의 Cu(C2H5CO2)2를 약 4.85 ml의 메탄올 (CH3OH) 및 약 0.15 ml의 프로피온산 (C2H6CO2)에 용해시킴으로써 제조하였다. 이 용액의 최종 부피는 메탄올로 약 5 ml로 조정하였다.A YBCO precursor solution having a stoichiometric ratio of 1: 2: 3 of Y: Ba: Cu contains about 0.83 grams of Y (CF 3 CO 2 ) 3 , about 1.60 grams of Ba (CF 3 CO 2 ) 2 , and about 1.28 grams Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 was prepared by dissolving in about 4.85 ml of methanol (CH 3 OH) and about 0.15 ml of propionic acid (C 2 H 6 CO 2 ). The final volume of this solution was adjusted to about 5 ml with methanol.

전구체 용액은 Ni(5at%)/W/Y2O3/YSZ/CeO2의 구조를 갖는 1 cm 폭의, 소정 길이 (1.5 cm 내지 2 cm)의 2축 집합조직화 산화물 버퍼 금속 기판 상에 2000 RPM의 속도로 스핀 코팅 (spin coating) 기술로 증착시켰다. 충분한 양의 전구체 용액을 증착시켜 약 0.8 ㎛ 두께의 YBa2Cu3O7 -x 막을 생성하였다. The precursor solution was fabricated on a 1 cm wide, 1 cm wide (1.5 cm to 2 cm) biaxially textured oxide buffer metal substrate having a structure of Ni (5at%) / W / Y 2 O 3 / YSZ / CeO 2 . It was deposited by spin coating technique at a rate of RPM. Sufficient amount of precursor solution was deposited to yield a YBa 2 Cu 3 O 7 -x film about 0.8 μm thick.

코팅된 샘플은, 총 가스 압력이 약 760 torr (약 24 torr의 수증기압 및 나머지 torr의 산소)인 유동 가스 환경에서 1분 당 약 15℃의 속도로 실온 내지 약 200℃, 이어서 1분 당 약 0.9℃의 속도로 약 200℃ 내지 약 250℃, 이어서 1분 당 약 5℃의 속도로 약 250℃ 내지 약 400℃로 2.25" 직경의 관상로에서 가열함으로써 금속 옥시플루오라이드 중간체 막으로 분해시켰다.The coated sample is from room temperature to about 200 ° C. at a rate of about 15 ° C. per minute in a flow gas environment with a total gas pressure of about 760 torr (water vapor pressure of about 24 torr and oxygen of the remaining torr), followed by about 0.9 ° per minute The metal oxyfluoride intermediate membrane was decomposed by heating in a 2.25 "diameter tubular furnace at a rate of about 200 ° C. to about 250 ° C., then about 250 ° C. to about 400 ° C. at a rate of about 5 ° C. per minute.

이어서 금속 옥시플루오라이드 막을 열처리하여 산화물 초전도체를 형성하였 다. 짧은 길이 (1 - 2 cm)의 중간체 막을 튜브형 로에서 1분 당 약 200℃의 속도로 약 785℃로 가열하고 총 가스 압력이 약 240 mtorr (약 90 mtorr의 수증기압, 및 약 150 mtorr의 산소 가스 압력)인 환경에서 약 30분 동안 유지하였다. 30분간의 유지 후, H2O 증기를 가스 환경으로부터 제거하고 이어서 막을 약 150 mtorr의 O2에서 실온으로 냉각시켰다. 생성된 막은 두께가 약 0.8 미크론이었다.The metal oxyfluoride film was then heat treated to form an oxide superconductor. A short length (1-2 cm) intermediate membrane is heated in a tubular furnace to about 785 ° C. at a rate of about 200 ° C. per minute and the total gas pressure is about 240 mtorr (water vapor pressure of about 90 mtorr, and about 150 mtorr of oxygen gas). Pressure) for about 30 minutes. After 30 minutes of maintenance, the H 2 O vapor was removed from the gaseous environment and the membrane was then cooled to room temperature at about 150 mtorr O 2 . The resulting film was about 0.8 microns thick.

이어서 이 샘플을 열증발로 2 ㎛ 두께의 Ag 층으로 코팅하고, 100% O2에서 55O℃에서 30분 동안 어닐링하고, 이어서 로를 실온으로 냉각시켰다.It was then coated with a layer of Ag 2 ㎛ thickness of the sample by thermal evaporation and annealing at 55O ℃ in 100% O 2 for 30 minutes, then cooled to room temperature.

실시예Example 2: 2: 과량의 Cu를 포함한 Containing excess Cu Y123Y123 막의 제조 Manufacture of membrane

Y:Ba:Cu의 화학량론적 비가 1:2:3.34인 YBCO 전구체 용액은 약 0.83 그램의 Y(CF3CO2)3, 약 1.60 그램의 Ba(CF3CO2)2 및 약 1.54 그램의 Cu(C2H5CO2)2를 약 4.85 ml의 메탄올 (CH3OH) 및 약 0.15 ml의 프로피온산 (C2H6CO2)에 용해시킴으로써 제조하였다. 이 용액의 최종 부피는 메탄올로 약 5 ml로 조정하였다.A YBCO precursor solution having a stoichiometric ratio of Y: Ba: Cu of 1: 2: 3.34 contains about 0.83 grams of Y (CF 3 CO 2 ) 3 , about 1.60 grams of Ba (CF 3 CO 2 ) 2, and about 1.54 grams of Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 was prepared by dissolving in about 4.85 ml of methanol (CH 3 OH) and about 0.15 ml of propionic acid (C 2 H 6 CO 2 ). The final volume of this solution was adjusted to about 5 ml with methanol.

이 전구체는 실시예 1에 기술한 바와 같이 코팅, 분해 및 프로세싱하였다. 생성된 막은 두께가 약 0.8 미크론이었다. 이 제법은 다양한 과량의 Cu 농도를 이용하여 반복하였다. 도 5에는 Cu 농도가 증가함에 따라 Ic도 대략 20% 과량의 Cu까지 증가하며, 그 후 Ic는 감소하기 시작한다는 것이 도시되어 있다.This precursor was coated, decomposed and processed as described in Example 1. The resulting film was about 0.8 microns thick. This preparation was repeated using various excess Cu concentrations. 5 shows that with increasing Cu concentration, Ic also increases to approximately 20% excess Cu, after which the Ic begins to decrease.

실시예Example 3: 3: 과량의 Cu 및 부족한 Excess Cu And Scarce BaBa 를 포함하는 Containing Y123Y123 막의 제조 Manufacture of membrane

Y:Ba:Cu의 화학량론적 비가 1:1.6:3.6인 YBCO 전구체 용액은 약 0.83 그램의 Y(CF3CO2)3, 약 1.28 그램의 Ba(CF3CO2)2 및 약 2.3 그램의 Cu(C2H5CO2)2를 약 4.85 ml의 메탄올 (CH3OH) 및 약 0.15 ml의 프로피온산 (C2H6CO2)에 용해시킴으로써 제조하였다. 이 용액의 최종 부피는 메탄올로 약 5 ml로 조정하였다.The YBCO precursor solution with a stoichiometric ratio of 1: 1.6: 3.6 of Y: Ba: Cu yields about 0.83 grams of Y (CF 3 CO 2 ) 3 , about 1.28 grams of Ba (CF 3 CO 2 ) 2 and about 2.3 grams of Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 was prepared by dissolving in about 4.85 ml of methanol (CH 3 OH) and about 0.15 ml of propionic acid (C 2 H 6 CO 2 ). The final volume of this solution was adjusted to about 5 ml with methanol.

이 전구체는 실시예 1에 기술한 바와 같이 코팅, 분해 및 프로세싱하였다. 생성된 막은 두께가 약 0.8 미크론이었다. 최종 막의 임계 전류는 219 A/cmW인 것으로 밝혀졌다.This precursor was coated, decomposed and processed as described in Example 1. The resulting film was about 0.8 microns thick. The critical current of the final film was found to be 219 A / cmW.

실시예Example 4: 4: 화학량론적Stoichiometric 용액층Solution layer 이전에 Cu 층을 포함하는  Previously containing a Cu layer Y123Y123 막의 제조 Manufacture of membrane

Y:Ba:Cu의 화학량론적 비가 1:2:3인 YBCO 전구체 용액은 약 0.83 그램의 Y(CF3CO2)3, 약 1.60 그램의 Ba(CF3CO2)2 및 약 1.28 그램의 Cu(C2H5CO2)2를 약 4.85 ml의 메탄올 (CH3OH) 및 약 0.15 ml의 프로피온산 (C2H6CO2)에 용해시킴으로써 제조하였다. 이 용액의 최종 부피는 메탄올로 약 5 ml로 조정하였다.A YBCO precursor solution having a stoichiometric ratio of Y: Ba: Cu 1: 2: 3 contains about 0.83 grams of Y (CF 3 CO 2 ) 3 , about 1.60 grams of Ba (CF 3 CO 2 ) 2 and about 1.28 grams of Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 was prepared by dissolving in about 4.85 ml of methanol (CH 3 OH) and about 0.15 ml of propionic acid (C 2 H 6 CO 2 ). The final volume of this solution was adjusted to about 5 ml with methanol.

Cu 전구체 용액은 약 1.54 그램의 Cu(C2H5CO2)2를 약 4.85 ml의 메탄올 (CH3OH) 및 약 0.15 ml의 프로피온산 (C2H6CO2)에 용해시킴으로써 제조하였다. 이 용액의 최종 부피는 메탄올로 약 5 ml로 조정하였다.Cu precursor solutions were prepared by dissolving about 1.54 grams of Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 in about 4.85 ml of methanol (CH 3 OH) and about 0.15 ml of propionic acid (C 2 H 6 CO 2 ). The final volume of this solution was adjusted to about 5 ml with methanol.

이 Cu 전구체 용액은 Ni(5at%)/W/Y2O3/YSZ/CeO2의 구조를 갖는 1 cm 폭의, 소정 길이 (1.5 cm 내지 2 cm)의 2축 집합조직화 산화물 버퍼 금속 기판 상에 1000 - 3000 RPM의 속도로 스핀 코팅 기술로 증착시켰다. 충분한 양의 전구체 용액을 증착시켜 충분한 두께의 Cu 막을 얻었다.This Cu precursor solution was formed on a biaxial aggregated oxide buffer metal substrate of a predetermined length (1.5 cm to 2 cm) having a structure of Ni (5at%) / W / Y 2 O 3 / YSZ / CeO 2 . Deposited by spin coating technology at a rate of 1000-3000 rpm. Sufficient amount of precursor solution was deposited to obtain a Cu film of sufficient thickness.

이어서, YBCO 전구체 용액을 Cu 막 상에 2000 RPM의 속도로 스핀 코팅 기술로 증착시켰다. 충분한 양의 전구체 용액을 증착시켜 약 0.8 ㎛ 두께의 YBa2Cu3O7 -x 막을 생성하였다. The YBCO precursor solution was then deposited onto the Cu film by spin coating technology at a rate of 2000 RPM. Sufficient amount of precursor solution was deposited to yield a YBa 2 Cu 3 O 7 -x film about 0.8 μm thick.

코팅된 샘플은 실시예 1에 기술한 바와 같이 분해 및 프로세싱하였다. 생성된 막은 두께가 약 0.8 미크론이었다. 도 6에는 77 K, 자체 장에서 막의 임계 전류가 스핀 속도의 증가에 따라 증가하지만 부가적인 Cu 층이 전혀 존재하지 않을 때에는 감소한다는 것이 도시되어 있다.The coated sample was digested and processed as described in Example 1. The resulting film was about 0.8 microns thick. 6 shows that the critical current of the film at 77 K, in its own field increases with increasing spin rate but decreases when no additional Cu layer is present.

실시예Example 5:  5: 화학량론적Stoichiometric 용액을 이용한  Solution 이중층Double layer 코팅을 포함하는  Containing coating Y123Y123 막의 제조 Manufacture of membrane

Y:Ba:Cu의 화학량론적 비가 1:2:3인 YBCO 전구체 용액은 약 0.83 그램의 Y(CF3CO2)3, 약 1.60 그램의 Ba(CF3CO2)2 및 약 1.28 그램의 Cu(C2H5CO2)2를 약 4.85 ml의 메탄올 (CH3OH) 및 약 0.15 ml의 프로피온산 (C2H6CO2)에 용해시킴으로써 제조하였다. 이 용액의 최종 부피는 메탄올로 약 5 ml로 조정하였다.A YBCO precursor solution having a stoichiometric ratio of Y: Ba: Cu 1: 2: 3 contains about 0.83 grams of Y (CF 3 CO 2 ) 3 , about 1.60 grams of Ba (CF 3 CO 2 ) 2 and about 1.28 grams of Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 was prepared by dissolving in about 4.85 ml of methanol (CH 3 OH) and about 0.15 ml of propionic acid (C 2 H 6 CO 2 ). The final volume of this solution was adjusted to about 5 ml with methanol.

이 YBCO 전구체 용액은 Ni(5at%)/W/Y2O3/YSZ/CeO2의 구조를 갖는 1 cm 폭의, 소정 길이 (1 미터)의 2축 집합조직화 산화물 버퍼 금속 기판 상에 슬롯 다이 코팅 (slot die coating) 기술로 증착시켰다. 충분한 양의 전구체 용액을 증착시켜 약 0.8 ㎛ 두께의 YBa2Cu3O7 -x 막을 생성하였다. 코팅된 샘플은 실시예 1에 기술되어 있는 온도 프로필 및 분위기로 릴 (reel)에 의해 릴 시스템으로 변질시켰다.This YBCO precursor solution is a slot die on a 1 cm wide, predetermined length (1 meter) biaxial aggregated oxide buffer metal substrate having a structure of Ni (5at%) / W / Y 2 O 3 / YSZ / CeO 2 . It was deposited by a slot die coating technique. Sufficient amount of precursor solution was deposited to yield a YBa 2 Cu 3 O 7 -x film about 0.8 μm thick. The coated sample was denatured to a reel system by reel with the temperature profile and atmosphere described in Example 1.

변질된 테이프를 2개의 0.5 m 조각으로 절단하였다. Y:Ba:Cu의 화학량론적 비가 1:2:3인 YBCO 전구체 용액의 제2 층을 제1의 0.5 m 분해 테이프 상에 슬롯 다이 코팅 기술로 증착시켰다. 충분한 양의 전구체 용액을 증착시켜 0.6 ㎛ 두께의 YBa2Cu307-x 막을 생성하였다. 제2 층 분해에서 분해 동안의 PH2O는 7 torr이고 나머지 torr는 산소라는 것을 제외하고는, 코팅된 샘플을 상기와 같이 릴에 의해 릴 시스템으로 변질시키고 프로세싱하였다.The deteriorated tape was cut into two 0.5 m pieces. A second layer of YBCO precursor solution with a stoichiometric ratio of Y: Ba: Cu 1: 2: 3 was deposited on the first 0.5 m decomposition tape by slot die coating technique. Sufficient amount of precursor solution was deposited to produce a 0.6 μm thick YBa 2 Cu 3 0 7-x film. The coated sample was denatured and processed by the reel to the reel system as above, except that P H 2 O during decomposition in the second layer decomposition was 7 torr and the remaining torr was oxygen.

변질된 테이프를 1 cm x 2 cm 조각으로 절단하고 고정식 로에서 프로세싱하였다. 샘플은 먼저 150 mtorr의 O2 및 300 mtorr의 H2O의 분위기에서 58O℃로 가열하였는데, O2 유량은 11 cc/분이고 H2O 유량은 누출 밸브를 통하여 조정하여 요망되는 pH2O를 성취한다. 가열 속도는 약 200℃/분이다. 샘플을 10분 동안 유지하고 이어서 H2O를 잠갔다. 샘플을 건조한 150 mtorr의 O2 분위기에서 실온으로 냉각시켰다.The altered tape was cut into 1 cm x 2 cm pieces and processed in a stationary furnace. The sample was first heated to 58 ° C. in an atmosphere of 150 mtorr O 2 and 300 mtorr H 2 O, with an O 2 flow rate of 11 cc / min and an H 2 O flow rate adjusted through the leak valve to achieve the desired pH 2 O. do. The heating rate is about 200 ° C./min. The sample was held for 10 minutes and then H 2 O was locked. The sample was cooled to room temperature in a dry 150 mtorr O 2 atmosphere.

이어서 샘플은 건조한 150 mtorr의 O2에서 약 200℃/분의 가열 속도로 785℃로 가열하였다. 일단 샘플이 785℃의 유지 온도에 도달하면, 200 mtorr의 H2O 증기를 도입하여 전구체를 YBa2Cu3Ox 상으로 전환시켰다. 유지 시간은 약 60분이다. 60분간의 유지 후, H2O를 잠그고, 샘플을 150 mtorr의 건조 O2에서 실온으로 냉각시켰다.The sample was then heated to 785 ° C. at a heating rate of about 200 ° C./min in dry 150 mtorr O 2 . Once the sample reached a holding temperature of 785 ° C., 200 mtorr of H 2 O vapor was introduced to convert the precursor to the YBa 2 Cu 3 O x phase. The holding time is about 60 minutes. After 60 minutes of maintenance, H 2 O was locked off and the sample was cooled to room temperature in 150 mtorr of dry O 2 .

이어서 샘플은 실시예 1에 기술된 바와 같이 Ag 코팅하고 O2 어닐링하였다.The sample was then Ag coated and O 2 annealed as described in Example 1.

최종 막의 임계 전류는 77 K, 자체 장에서 사탐침법 (four probe method)으로 측정하였다. 측정된 임계 전류는 도 7에 도시되어 있으며 이 도면에서 "기준선"으로 나타내어져 있다.The critical current of the final membrane was measured by four probe method at 77 K, in its own field. The measured threshold current is shown in FIG. 7 and is indicated by "baseline" in this figure.

실시예Example 6: 제2 층 중 과량의 Cu 용액을 이용한  6: using excess Cu solution in the second layer 이중층Double layer 코팅을 포함하는 Y123 막의 제조 Preparation of Y123 Membrane Including Coating

Y:Ba:Cu의 화학량론적 비가 1:2:3.6인 제2 YBCO 전구체 용액은 약 0.83 그램의 Y(CF3CO2)3, 약 1.60 그램의 Ba(CF3CO2)2 및 약 1.54 그램의 Cu(C2H5CO2)2를 약 4.85 ml의 메탄올 (CH3OH) 및 약 0.15 ml의 프로피온산 (C2H6CO2)에 용해시킴으로써 제조하였다. 이 용액의 최종 부피는 메탄올로 약 5 ml로 조정하였다.A second YBCO precursor solution having a stoichiometric ratio of Y: Ba: Cu of 1: 2: 3.6 contains about 0.83 grams of Y (CF 3 CO 2 ) 3 , about 1.60 grams of Ba (CF 3 CO 2 ) 2 and about 1.54 grams Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 was prepared by dissolving in about 4.85 ml of methanol (CH 3 OH) and about 0.15 ml of propionic acid (C 2 H 6 CO 2 ). The final volume of this solution was adjusted to about 5 ml with methanol.

제2 YBCO 전구체 용액은 실시예 5에서 언급된 0.5 m 길이의 분해된 전구체 테이프의 제2 조각 상에 슬롯 다이 코팅 기술로 증착시켰다. 충분한 양의 전구체 용액을 증착시켜 약 0.6 ㎛ 두께의 YBa2Cu3O7 -x 막을 생성하였다. 코팅된 샘플은 실시예 5에 기술되어 있는 바와 같이 분해 및 프로세싱하였다.A second YBCO precursor solution was deposited by a slot die coating technique on a second piece of 0.5 m long degraded precursor tape mentioned in Example 5. A sufficient amount of precursor solution was deposited to produce a YBa 2 Cu 3 O 7 -x film about 0.6 μm thick. The coated sample was digested and processed as described in Example 5.

변질된 테이프를 1 cm x 2 cm의 조각으로 절단하고 고정식 로에서 프로세싱하였다. 샘플은 먼저 150 mtorr의 O2 및 300 mtorr의 H2O의 분위기에서 58O℃로 가열하였는데, O2 유량은 11 cc/분이고 H2O 유량은 누출 밸브를 통하여 조정하여 요망되는 pH2O를 성취한다. 가열 속도는 약 200℃/분이다. 샘플을 10분 동안 유지하고 이어서 H2O를 잠갔다. 샘플을 건조한 150 mtorr의 O2 분위기에서 실온으로 냉각시켰다.The altered tape was cut into pieces of 1 cm × 2 cm and processed in a stationary furnace. The sample was first heated to 58 ° C. in an atmosphere of 150 mtorr O 2 and 300 mtorr H 2 O, with an O 2 flow rate of 11 cc / min and an H 2 O flow rate adjusted through the leak valve to achieve the desired pH 2 O. do. The heating rate is about 200 ° C./min. The sample was held for 10 minutes and then H 2 O was locked. The sample was cooled to room temperature in a dry 150 mtorr O 2 atmosphere.

이어서 샘플은 건조한 150 mtorr의 O2에서 약 200℃/분의 가열 속도로 785℃로 가열하였다. 일단 샘플이 785℃의 유지 온도에 도달하면, 200 mtorr의 H2O 증기를 도입하여 전구체를 YBa2Cu3Ox 상으로 전환시켰다. 유지 시간은 약 60분이다. 60분간의 유지 후, H2O를 잠그고, 샘플을 150 mtorr의 건조 O2에서 실온으로 냉각시켰다.The sample was then heated to 785 ° C. at a heating rate of about 200 ° C./min in dry 150 mtorr O 2 . Once the sample reached a holding temperature of 785 ° C., 200 mtorr of H 2 O vapor was introduced to convert the precursor to the YBa 2 Cu 3 O x phase. The holding time is about 60 minutes. After 60 minutes of maintenance, H 2 O was locked off and the sample was cooled to room temperature in 150 mtorr of dry O 2 .

이어서 샘플은 실시예 1에 기술된 바와 같이 Ag 코팅하고 O2 어닐링하였다.The sample was then Ag coated and O 2 annealed as described in Example 1.

최종 막의 임계 전류는 77 K, 자체 장에서 사탐침법으로 측정하였다. 측정된 임계 전류는 도 7에 도시되어 있으며 이 도면에서 "Cu+20%"로 나타내어져 있다.The critical current of the final membrane was measured by means of four probes at 77 K in its own field. The measured threshold current is shown in FIG. 7 and is shown as “Cu + 20%” in this figure.

실시예Example 7: 15 몰%의 과량의 Cu 및 50%의  7: 15 mol% excess Cu and 50% DyDy 가 첨가된 Added DyDy -- Y123Y123 초전도막의Superconducting 제조 Produce

전구체 용액은 약 0.83 그램의 Y(CF3CO2)3, 약 0.336 그램의 Dy(CH3CO2)3, 약 1.60 그램의 Ba(CF3CO2)2 및 약 1.47 그램의 Cu(C2H5CO2)2를 약 4.85 ml의 메탄올 (CH3OH) 및 약 0.15 ml의 프로피온산 (C2H6CO2)에 용해시킴으로써 제조하였다. 이 용액의 최종 부피는 메탄올로 약 5 ml로 조정하였다.The precursor solution is about 0.83 grams of Y (CF 3 CO 2 ) 3 , about 0.336 grams of Dy (CH 3 CO 2 ) 3 , about 1.60 grams of Ba (CF 3 CO 2 ) 2 and about 1.47 grams of Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 was prepared by dissolving in about 4.85 ml of methanol (CH 3 OH) and about 0.15 ml of propionic acid (C 2 H 6 CO 2 ). The final volume of this solution was adjusted to about 5 ml with methanol.

전구체는 실시예 1에 기술된 바와 같이 코팅, 분해, 프로세싱 및 Ag 코팅하 였다. 코팅은 0.8 ㎛인 이론적인 Y123 두께로 수행한다. 생성된 막은 매끄러운 광택성 표면을 갖는다. 전환 후의 최종 두께는 1.1 ㎛이다. 최종 막의 x-선 회절 패턴에 의하면 (00ℓ) 집합조직화 Y(Dy)Ba2Cu3O7-x가 존재함이 나타났으며 77 K 및 자체 장에서의 Ic 값은 360A/cm-w 초과이다.The precursors were coated, decomposed, processed and Ag coated as described in Example 1. Coating is carried out at a theoretical Y123 thickness of 0.8 μm. The resulting film has a smooth glossy surface. The final thickness after conversion is 1.1 μm. The x-ray diffraction pattern of the final film showed the presence of (00 L) texture Y (Dy) Ba 2 Cu 3 O 7-x with Ic values greater than 360 A / cm-w at 77 K and its own field. .

실시예Example 8: Cu 중간체 층을 포함하는 이중 코팅  8: double coating comprising Cu intermediate layer 초전도층의Superconducting 제조 Produce

Y:Ba:Cu의 화학량론적 비가 1:2:3.23인 기준선 YBCO 전구체 용액은 약 0.85 그램의 Y(CF3CO2)3, 약 1.45 그램의 Ba(CF3CO2)2 및 약 1.35 그램의 Cu(C2H5CO2)2를 약 4.85 mL의 메탄올 (CH3OH) 및 약 0.15 mL의 프로피온산 (C2H6CO2)에 용해시킴으로써 제조하였다. 이 용액의 최종 부피는 메탄올로 약 5 mL로 조정하였다.A baseline YBCO precursor solution having a stoichiometric ratio of Y: Ba: Cu of 1: 2: 3.23 contains about 0.85 grams of Y (CF 3 CO 2 ) 3 , about 1.45 grams of Ba (CF 3 CO 2 ) 2, and about 1.35 grams Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 was prepared by dissolving in about 4.85 mL of methanol (CH 3 OH) and about 0.15 mL of propionic acid (C 2 H 6 CO 2 ). The final volume of this solution was adjusted to about 5 mL with methanol.

1.2M의 Cu(C2H5CO2)2 용액은 1.24 g의 Cu(C2H5CO2)2 분말을 4.85ml의 메탄올 및 0.15 ml의 C2H5CO2H에 용해시킴으로써 제조하였다.A 1.2 M Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 solution was prepared by dissolving 1.24 g of Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 powder in 4.85 ml of methanol and 0.15 ml of C 2 H 5 CO 2 H. .

기준선 전구체 용액은 먼저 슬롯 다이 코팅 기술에 의해 Ni(5at%)W/Y2O3/YSZ/CeO2 구조를 갖는 2축 집합조직화된 산화물 버퍼 금속 기판 상에 증착시켰다. 이 용액을 버퍼 처리된 기판 상에 목표로 정한 양으로 코팅하여 0.8 ㎛ 두께의 REBa2Cu307 -x 막을 형성하였다.The baseline precursor solution was first deposited on a biaxial textured oxide buffer metal substrate having a Ni (5at%) W / Y 2 O 3 / YSZ / CeO 2 structure by slot die coating technique. This solution was coated on the buffered substrate in the desired amount to form a 0.8 μm thick REBa 2 Cu 3 0 7 -x film.

코팅된 샘플은, 총 가스 압력이 약 760 torr (약 24 torr의 수증기압 및 나머지 torr의 산소)인 유동 가스 환경에서 1분 당 약 15℃의 속도로 실온 내지 약 200℃, 이어서 1분 당 약 0.9℃의 속도로 약 200℃ 내지 약 250℃, 이어서 1분 당 약 5℃의 속도로 약 250℃ 내지 약 400℃로 2.25" 직경의 관상로에서 가열함으로써 금속 옥시플루오라이드 중간체 막으로 분해시켰다.The coated sample is from room temperature to about 200 ° C. at a rate of about 15 ° C. per minute in a flow gas environment with a total gas pressure of about 760 torr (water vapor pressure of about 24 torr and oxygen of the remaining torr), followed by about 0.9 ° per minute The metal oxyfluoride intermediate membrane was decomposed by heating in a 2.25 "diameter tubular furnace at a rate of about 200 ° C. to about 250 ° C., then about 250 ° C. to about 400 ° C. at a rate of about 5 ° C. per minute.

이어서 금속 옥시플루오라이드 막을 0.1 ㎛의 목표로 정한 두께로 Cu(C2H5CO2)2 용액의로 코팅하였다. 코팅된 막은 가열된 터널을 통하여 95℃에서 건조시켰다. 이어서 건조된 막을 0.6 ㎛의 표적 최종 두께의 기준선으로 이전에 언급한 바와 같이 제조한 기준선 용액을 이용하여 다시 코팅하였다.The metal oxyfluoride film was then coated with a Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 solution to a target thickness of 0.1 μm. The coated film was dried at 95 ° C. through a heated tunnel. The dried membrane was then recoated with a baseline solution prepared as previously mentioned with a baseline of the target final thickness of 0.6 μm.

이전에 언급한 것과 동일한 공정에 의해 코팅된 테이프를 다시 분해시켜 중간체 금속 옥시플루오라이드를 형성하되, 단, 이번에는 H2O 증기압을 약 6.5 torr로 제어하였다.By the same process as mentioned previously, the coated tape was again decomposed to form intermediate metal oxyfluoride, but this time the H 2 O vapor pressure was controlled to about 6.5 torr.

변질된 테이프를 열처리하여 산화물 초전도체를 형성하였다. 이 테이프는 전면 및 후면 둘 모두에서 4 m의 유사하게 코팅된 NiW 리더 (leader) 테이프와 결합시켜 반응 동안의 균일한 제어 환경을 확립하였다. 이어서 테이프를 하기 파라미터를 이용하여 785℃에서 반응시켰다. 테이프를 약 520℃/분의 평균 램프 (ramp) 속도로 최대 785℃까지 램핑시켰다 (ramped). 반응 동안, 반응 동안의 총 압력은 약 1 torr로 제어하였다. H2O 분압은 약 800 mtorr이고 산소 분압은 약 200 mtorr였다. 반응 시간은 약 1분이었다. 냉각 동안 약 1 torr의 총 압력이 사용되었으며, 산소 분압은 약 200 mtorr이고 N2 분압은 약 8OO mtorr였다.The deteriorated tape was heat treated to form an oxide superconductor. This tape was combined with 4 m of similarly coated NiW leader tape at both front and back to establish a uniform control environment during the reaction. The tape was then reacted at 785 ° C. using the following parameters. The tape was ramped up to 785 ° C. at an average ramp rate of about 520 ° C./min. During the reaction, the total pressure during the reaction was controlled to about 1 torr. The partial pressure of H 2 O was about 800 mtorr and the partial pressure of oxygen was about 200 mtorr. The reaction time was about 1 minute. A total pressure of about 1 torr was used during cooling, the oxygen partial pressure was about 200 mtorr and the N 2 partial pressure was about 80 mtorr.

반응한 막은 3㎛의 Ag 보호층으로 코팅하고 이어서 760 torr의 산소 환경에서 어닐링하였다. 생성된 막은 Ic가 1 cm의 폭 당 약 35OA이거나 Jc가 약 2.5MA/cm2 - 77K, 자체 장에서 - 이었다.The reacted film was coated with an Ag protective layer of 3 mu m and then annealed in an oxygen environment of 760 torr. The resulting film or Ic is approximately per 1 cm width of about 35OA Jc 2.5MA / cm 2 - was - 77K, in self-field.

실시예Example 9: 상이한 조성 및 Cu 중간체 층을 갖는 이중 코팅된  9: double coated with different composition and Cu intermediate layer 초전도층의Superconducting 제조 Produce

Y:Ba:Cu의 화학량론적 비가 1:2:3.23인 기준선 YBCO 전구체 용액은 약 0.85 그램의 Y(CF3CO2)3, 약 1.45 그램의 Ba(CF3CO2)2 및 약 1.35 그램의 Cu(C2H5CO2)2를 약 4.85 mL의 메탄올 (CH3OH) 및 약 0.15 mL의 프로피온산 (C2H6CO2)에 용해시킴으로써 제조하였다. 이 용액의 최종 부피는 메탄올로 약 5 mL로 조정하였다.A baseline YBCO precursor solution having a stoichiometric ratio of Y: Ba: Cu of 1: 2: 3.23 contains about 0.85 grams of Y (CF 3 CO 2 ) 3 , about 1.45 grams of Ba (CF 3 CO 2 ) 2, and about 1.35 grams Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 was prepared by dissolving in about 4.85 mL of methanol (CH 3 OH) and about 0.15 mL of propionic acid (C 2 H 6 CO 2 ). The final volume of this solution was adjusted to about 5 mL with methanol.

50%의 디스프로슘이 첨가되고 Y:Dy:Ba:Cu의 화학량론적 비가 1:0.5:2:3.23인 기준선 YBCO 전구체 용액은 약 1.70 그램의 Dy(CH3CO2)3, 및 약 20 mL의 기준선용 용액 중 약 1.90 mL의 메탄올 (CH3OH)을 용해시킴으로써 제조하였다. 이 용액의 최종 부피는 기준선용 용액의로 약 25 mL로 조정하였다.A baseline YBCO precursor solution with 50% dysprosium added and a stoichiometric ratio of Y: Dy: Ba: Cu 1: 0.5: 2: 3.23 yields about 1.70 grams of Dy (CH 3 CO 2 ) 3 , and about 20 mL of baseline Prepared by dissolving about 1.90 mL of methanol (CH 3 OH) in the sun solution. The final volume of this solution was adjusted to about 25 mL with that of the baseline solution.

1.2M의 Cu(C2H5CO2)2 용액은 1.24g의 Cu(C2H5CO2)2 분말을 4.85 ml의 메탄올 및 0.15 ml의 C2H5CO2H에 용해시킴으로써 제조하였다.A 1.2 M Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 solution was prepared by dissolving 1.24 g of Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 powder in 4.85 ml of methanol and 0.15 ml of C 2 H 5 CO 2 H. .

50%의 Dy가 첨가된 전구체 용액은 슬롯 다이 코팅 기술에 의해 Ni(5at%)W/Y2O3/YSZ/CeO2 구조를 갖는 2축 집합조직화 산화물 버퍼 금속 기판 상에 증착시켰다. 이 용액을 목표로 하는 양으로 버퍼 기판 상에 코팅하여 0.8 ㎛ 두께의 REBa2Cu307 -x 막을 형성하였다.A precursor solution with 50% Dy added was deposited on a biaxial textured oxide buffer metal substrate having a Ni (5at%) W / Y 2 O 3 / YSZ / CeO 2 structure by slot die coating technique. This solution was coated onto the buffer substrate in the desired amount to form a 0.8 μm thick REBa 2 Cu 3 0 7 -x film.

코팅된 샘플은, 총 가스 압력이 약 760 torr (약 24 torr의 수증기압 및 나머지 torr의 산소)인 유동 가스 환경에서 1분 당 약 15℃의 속도로 실온 내지 약 200℃, 이어서 1분 당 약 0.9℃의 속도로 약 200℃ 내지 약 250℃, 이어서 1분 당 약 5℃의 속도로 약 250℃ 내지 약 400℃로 2.25" 직경의 관상로에서 가열함으로써 금속 옥시플루오라이드 중간체 막으로 분해시켰다.The coated sample is from room temperature to about 200 ° C. at a rate of about 15 ° C. per minute in a flow gas environment with a total gas pressure of about 760 torr (water vapor pressure of about 24 torr and oxygen of the remaining torr), followed by about 0.9 ° per minute The metal oxyfluoride intermediate membrane was decomposed by heating in a 2.25 "diameter tubular furnace at a rate of about 200 ° C. to about 250 ° C., then about 250 ° C. to about 400 ° C. at a rate of about 5 ° C. per minute.

이어서 금속 옥시플루오라이드 막을 0.1 ㎛의 목표로 정한 두께로 Cu(C2H5CO2)2 용액의로 코팅하였다. 코팅된 막은 가열된 터널을 통하여 95℃에서 건조시켰다. 이어서 건조된 막을 0.6 ㎛의 표적 최종 두께의 YBa2CuOx로 이전에 언급한 바와 같이 제조한 기준선 용액을 이용하여 다시 코팅하였다.The metal oxyfluoride film was then coated with a Cu (C 2 H 5 CO 2 ) 2 solution to a target thickness of 0.1 μm. The coated film was dried at 95 ° C. through a heated tunnel. The dried film was then recoated with a baseline solution prepared as mentioned previously with YBa 2 CuOx at a target final thickness of 0.6 μm.

이전에 언급한 것과 동일한 공정에 의해 코팅된 테이프를 다시 분해시켜 중간체 금속 옥시플루오라이드를 형성하되, 단, 이번에는 H2O 증기압을 약 6.5 torr로 제어하였다.By the same process as mentioned previously, the coated tape was again decomposed to form intermediate metal oxyfluoride, but this time the H 2 O vapor pressure was controlled to about 6.5 torr.

변질된 테이프를 열처리하여 산화물 초전도체를 형성하였다. 이 테이프는 전면 및 후면 둘 모두에서 4 m의 유사하게 코팅된 NiW 리더 (leader) 테이프와 결합시켜 반응 동안의 균일한 제어 환경을 확립하였다. 이어서 테이프를 하기 파라미터를 이용하여 785℃에서 반응시켰다. 테이프를 약 520℃/분의 평균 램프 속도로 최대 785℃까지 램핑시켰다. 반응 동안, 반응 동안의 총 압력은 약 1 torr로 제어하였다. H2O 분압은 약 800 mtorr이고 산소 분압은 약 200 mtorr였다. 반응 시간은 약 11분이었다. 냉각 동안 약 1 torr의 총 압력이 사용되었으며, 산소 분 압은 약 200 mtorr이고 N2 분압은 약 8OO mtorr였다.The deteriorated tape was heat treated to form an oxide superconductor. This tape was combined with 4 m of similarly coated NiW leader tape at both front and back to establish a uniform control environment during the reaction. The tape was then reacted at 785 ° C. using the following parameters. The tape was ramped up to 785 ° C with an average ramp rate of about 520 ° C / min. During the reaction, the total pressure during the reaction was controlled to about 1 torr. The partial pressure of H 2 O was about 800 mtorr and the partial pressure of oxygen was about 200 mtorr. The reaction time was about 11 minutes. A total pressure of about 1 torr was used during cooling, the oxygen partial pressure was about 200 mtorr and the N 2 partial pressure was about 80 mtorr.

반응한 막은 3㎛의 Ag 보호층으로 코팅하고 이어서 760 torr의 산소 환경에서 어닐링하였다. 생성된 막은 Ic가 1 cm의 폭 당 약 35OA이거나 Jc가 약 2.5MA/cm2 - 77K, 자체 장에서 - 이었다. 77 K 및 1 테슬라에서 임계 전류 (Ic) 대 자기장 배향 (

Figure 112007032618911-PCT00002
)이 도 8에 도시되어 있다. 77 K 및 1 테슬라에서, HTS 와이어는, 각각 샘플 표면에 대하여 평행하거나 수직인 장에서 전체 Ic가 1 cm 폭 당 78 A 및 113 A이다.The reacted film was coated with an Ag protective layer of 3 mu m and then annealed in an oxygen environment of 760 torr. The resulting film or Ic is approximately per 1 cm width of about 35OA Jc 2.5MA / cm 2 - was - 77K, in self-field. Critical Current (Ic) vs. Magnetic Field Orientation at 77 K and 1 Tesla (
Figure 112007032618911-PCT00002
) Is shown in FIG. 8. At 77 K and 1 Tesla, the HTS wires are 78 A and 113 A per cm width with an overall I c in a field parallel or perpendicular to the sample surface, respectively.

인용된 참고 문헌Cited References

다음의 문헌들은 본원에 참고 인용되어 있다: 1993년 7월 27일자로 허여되고 발명의 명칭이 "Preparation of Highly Textured Oxide Superconducting Films from MOD Precursor Solutions"인 미국 특허 제5,231,074호, 2000년 2월 8일자로 허여되고 발명의 명칭이 "Low Vacuum Process for Producing Superconductor Articles with Epitaxial Layers"인 미국 특허 제6,022,832호, 2000년 2월 22일자로 허여되고 발명의 명칭이 "Low Vacuum Process for Producing Epitaxial Layers"인 미국 특허 제6,027,564호, 2001년 2월 20일자로 허여되고 발명의 명칭이 "Thin Films Having Rock-Salt-Like Structure Deposited on Amorphous Surfaces"인 미국 특허 제6,190,752호, 2000년 10월 5일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Alloy Materials"인 국제특허 공개 제WO 00/58530호, 2000년 10월 5일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Alloy Materials"인 국제특허 공개 제WO/58044호, 1999년 4월 8일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Substrates with Improved Oxidation Resistance"인 국제특허 공개 제WO 99/17307호, 1999년 4월 8일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Substrates for Superconductors"인 국제특허 공개 제WO 99/16941호, 1998년 12월 23일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Controlled Conversion of Metal Oxyfluorides into Superconducting Oxides"인 국제특허 공개 제WO 98/58415호, 2001년 2월 15일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Multi-Layer Articles and Methods of Making Same"인 국제특허 공개 제WO 01/11428호, 2001년 2월 1일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Multi-Layer Articles And Methods Of Making Same"인 국제특허 공개 제WO 01/08232, 2001년 2월 1일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Methods And Compositions For Making A Multi-Layer Article"인 국제특허 공개 제WO 01/08235호, 2001년 2월 1일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Coated Conductor Thick Film Precursor"인 국제특허 공개 제WO 01/08236호, 2001년 2월 1일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Coated Conductors With Reduced A.C. Loss"인 국제특허 공개 제WO 01/08169호, 2001년 3월 1일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Surface Control Alloy Substrates And Methods Of Manufacture Therefor"인 국제특허 공개 제WO 01/15245호, 2001년 2월 1일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Enhanced Purity Oxide Layer Formation"인 국제특허 공개 제WO 01/08170호, 2001년 4월 12일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Control of Oxide Layer Reaction Rates"인 국제특허 공개 제WO 01/26164호, 2001년 4월 12일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Oxide Layer Method"인 국제특허 공개 제WO 01/26165호, 2001년 2월 1일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Enhanced High Temperature Coated Superconductors"인 국제특허 공개 제WO 01/08233호, 2001년 2월 1일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Methods of Making A Superconductor"인 국제특허 공개 제WO 01/08231호, 2002년 4월 20일자로 공개되고 발명의 명칭이 "Precursor Solutions and Methods of Using Same"인 국제특허 공개 제WO 02/35615호, 2000년 5월 26일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Oxide Bronze Compositions And Textured Articles Manufactured In Accordance Therewith"인 미국 특허 제6,436,317호, 2001년 7월 31일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Multi-Layer Superconductors And Methods Of Making Same"인 미국 가출원 제60/309,116호, 2002년 7월 30일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Superconductor Methods and Reactor"인 미국 특허 출원 제10/208,134호, 2001년 7월 31일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Superconductor Methods and Reactors"인 미국 가출원 제60/308,957호, 1999년 11월 18일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Superconductor Articles and Compositions and Methods for Making Same"인 미국 가출원 제60/166,297호, 2000년 7월 14일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Superconductor Articles and Compositions and Methods for Making Same"인 공동 소유된 미국 특허 출원 제09/615,999호(이들 양 출원은 모두 본원에 참고로 인용되어 있음).The following documents are incorporated herein by reference: US Pat. No. 5,231,074, issued Feb. 27, 1993, entitled “Preparation of Highly Textured Oxide Superconducting Films from MOD Precursor Solutions”, Feb. 8, 2000 US Patent No. 6,022,832, entitled "Low Vacuum Process for Producing Superconductor Articles with Epitaxial Layers," issued February 22, 2000, and entitled "Low Vacuum Process for Producing Epitaxial Layers" Patent No. 6,027,564, issued Feb. 20, 2001, and entitled “Thin Films Having Rock-Salt-Like Structure Deposited on Amorphous Surfaces” US Patent No. 6,190,752, published on October 5, 2000 International Patent Publication No. WO 00/58530 entitled "Alloy Materials", published October 5, 2000, and International Patent Publication No. WO / 58044 entitled "Alloy Materials", April 1999 8 Published on a date WO 99/17307, entitled "Substrates with Improved Oxidation Resistance," published on April 8, 1999 and entitled WO 99/16941, entitled "Substrates for Superconductors," WO 98/58415, published on Dec. 23, 1998, entitled "Controlled Conversion of Metal Oxyfluorides into Superconducting Oxides," published on Feb. 15, 2001, and entitled "Multi- Layer Articles and Methods of Making Same "WO 01/11428, published on February 1, 2001 and entitled" Multi-Layer Articles And Methods Of Making Same "WO 01 / 08232, published on February 1, 2001 and entitled "Methods And Compositions For Making A Multi-Layer Article" WO 01/08235, published on February 1, 2001, International Patent Publication WO 01 / entitled "Coated Conductor Thick Film Precursor" 08236, published February 1, 2001 and entitled "Coated Conductors With Reduced A.C. Loss "WO 01/08169, published March 1, 2001 and entitled" Surface Control Alloy Substrates And Methods Of Manufacture Therefor "WO 01/15245, 2001 WO 01/08170, published on February 1 and entitled "Enhanced Purity Oxide Layer Formation," published on April 12, 2001, and entitled "Control of Oxide Layer Reaction Rates." International Patent Publication No. WO 01/26164, published on April 12, 2001 and entitled "Oxide Layer Method" International Patent Publication No. WO 01/26165, published on February 1, 2001 WO 01/08233, entitled "Enhanced High Temperature Coated Superconductors," published on February 1, 2001, and entitled "Methods of Making A Superconductor" WO 01/08231 Issue, published April 20, 2002 and entitled "Precursor Solutions and Methods of U" sing Same "WO 02/35615, filed May 26, 2000, and US Patent No. 6,436,317, entitled" Oxide Bronze Compositions And Textured Articles Manufactured In Accordance Therewith ", July 2001 US Provisional Application No. 60 / 309,116, filed 31 March and entitled "Multi-Layer Superconductors And Methods Of Making Same," US Application, filed July 30, 2002, entitled "Superconductor Methods and Reactor" Patent Application No. 10 / 208,134, filed Jul. 31, 2001 and filed with the provisional application "Superconductor Methods and Reactors" US Provisional Application No. 60 / 308,957, filed Nov. 18, 1999, entitled " United States Provisional Application No. 60 / 166,297, filed July 14, 2000, entitled "Superconductor Articles and Compositions and Methods for Making Same" and co-owned US patent application entitled "Superconductor Articles and Compositions and Methods for Making Same" Article 09 / 615,999, both of which are incorporated herein by reference.

Claims (56)

초전도체 산화물 막의 제조 방법으로서,As a method for producing a superconductor oxide film, 하나 이상의 용매 중에 희토류 원소의 염, 알칼리 토금속의 염, 및 전이 금속의 염을 포함하는 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물에 대한 전구체 성분들을 포함하는 제1 전구체 용액을 기판 상에 증착시켜 전구체 막을 형성하는 단계로서, 여기서 상기 염들 중 적어도 하나는 플루오라이드 함유 염이며, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비는 1.5 초과인 것인 단계; 및 A first precursor solution comprising precursor components for rare earth-alkaline earth metal-transition metal oxides comprising salts of rare earth elements, salts of alkaline earth metals, and salts of transition metals in one or more solvents is deposited on a substrate to form a precursor film Wherein at least one of the salts is a fluoride containing salt and the ratio of transition metal to alkaline earth metal is greater than 1.5; And 전구체 막을 처리하여 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물 초전도체를 형성하는 단계로서, 여기서 전구체 막 중의 전이 금속 대 알칼리 토금속의 전체 비는 1.5 초과이며, 산화물 초전도체의 전체 두께는 약 0.8 ㎛ 초과인 것인 단계Treating the precursor film to form a rare earth-alkaline earth-transition metal oxide superconductor, wherein the total ratio of transition metal to alkaline earth metal in the precursor film is greater than 1.5 and the total thickness of the oxide superconductor is greater than about 0.8 μm. 를 포함하는 방법. How to include. 제1항에 있어서, 전구체 막의 처리 단계는 The method of claim 1, wherein the treating the precursor film is 전구체 막을 처리하여 제1 전구체 용액의 희토류, 알칼리 토금속 및 전이 금속을 포함하는 금속 옥시플루오라이드 중간체 막을 형성하는 단계; 및 Treating the precursor film to form a metal oxyfluoride intermediate film comprising rare earth, alkaline earth metal and transition metal of the first precursor solution; And 금속 옥시플루오라이드 중간체 막을 가열하여 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물 초전도체를 형성하는 단계Heating the metal oxyfluoride intermediate film to form a rare earth-alkaline earth metal-transition metal oxide superconductor 를 포함하는 것인 방법.Method comprising a. 제2항에 있어서, 금속 옥시플루오라이드 막은 이트륨, 바륨 및 구리를 포함하며, 기판/금속 옥시플루오라이드 경계면에 인접한 막의 바륨:구리의 비는 약 2:3인 것인 방법.The method of claim 2, wherein the metal oxyfluoride film comprises yttrium, barium, and copper, and the barium: copper ratio of the film adjacent the substrate / metal oxyfluoride interface is about 2: 3. 제1항에 있어서, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비가 약 1.6 초과인 방법.The method of claim 1 wherein the ratio of transition metal to alkaline earth metal is greater than about 1.6. 제1항에 있어서, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비가 약 1.5 초과 내지 약 1.8 범위인 방법.The method of claim 1 wherein the ratio of transition metal to alkaline earth metal is in the range of greater than about 1.5 to about 1.8. 제1항에 있어서, 전이 금속은 구리를 포함하고, 알칼리 토금속은 바륨을 포함하는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the transition metal comprises copper and the alkaline earth metal comprises barium. 제6항에 있어서, 제1 전구체 용액은 적어도 약 5 몰% 과량의 구리를 포함하는 것인 방법.The method of claim 6, wherein the first precursor solution comprises at least about 5 mol% excess copper. 제6항에 있어서, 제1 전구체 용액은 적어도 약 20 몰% 과량의 구리를 포함하는 것인 방법.The method of claim 6, wherein the first precursor solution comprises at least about 20 mole% excess copper. 제6항에 있어서, 제1 전구체 용액은 바륨이 적어도 5 몰% 부족한 것인 방법.The method of claim 6, wherein the first precursor solution is at least 5 mole% deficient in barium. 제6항에 있어서, 제1 전구체 용액은 바륨이 적어도 20 몰% 부족한 것인 방법.The method of claim 6, wherein the first precursor solution is at least 20 mole% deficient in barium. 제1항에 있어서, 제1 전구체 용액은 약 1.0 ㎛ 초과의 두께로 증착시키는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the first precursor solution is deposited to a thickness greater than about 1.0 μm. 제1항에 있어서, 산화물 초전도체의 전체 두께가 약 1.0 ㎛ 초과인 방법.The method of claim 1 wherein the total thickness of the oxide superconductor is greater than about 1.0 μm. 제1항에 있어서, 제1 전구체 용액은 2 이상의 증착 단계로 증착시키는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the first precursor solution is deposited in two or more deposition steps. 제1항에 있어서, 전구체 막의 증착 단계는 The method of claim 1, wherein the depositing the precursor film is 하나 이상의 용매 중에 희토류 원소의 염, 알칼리 토금속의 염, 및 전이 금속의 염을 포함하는 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물에 대한 전구체 성분들을 포함하는 제2 전구체 용액을 증착시키는 단계로서, 여기서 상기 염들 중 적어도 하나는 플루오라이드 함유 염이고, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비는 적어도 1.5이고, 제2 전구체 조성은 제1 전구체 조성과 다른 것인 단계Depositing a second precursor solution comprising precursor components for a rare earth-alkaline earth metal-transition metal oxide comprising salts of rare earth elements, salts of alkaline earth metals, and salts of transition metals in at least one solvent, wherein the salts At least one of is a fluoride containing salt, the ratio of transition metal to alkaline earth metal is at least 1.5, and the second precursor composition is different from the first precursor composition 를 추가로 포함하는 것인 방법.Further comprising. 제14항에 있어서, 제2 전구체 용액은 초전도 막에서의 자속선 고정점 (flux pinning site)의 형성을 위하여 선택되는 하나 이상의 첨가제 성분 또는 도펀트 (dopant) 성분을 추가로 포함하는 것인 방법.The method of claim 14, wherein the second precursor solution further comprises one or more additive components or dopant components selected for formation of flux pinning sites in the superconducting film. 제15항에 있어서, 첨가제 성분은 전구체 막의 처리에 사용되는 조건 하에 제2 상 나노입자를 형성하는 용해성 성분을 포함하는 것인 방법.The method of claim 15, wherein the additive component comprises a soluble component that forms second phase nanoparticles under the conditions used to treat the precursor film. 제16항에 있어서, 용해성 성분은 희토류, 알칼리 토금속, 전이 금속, 세륨, 지르코늄, 은, 알루미늄 및 마그네슘의 화합물로 구성된 군으로부터 선택하는 것인 방법.The method of claim 16 wherein the soluble component is selected from the group consisting of compounds of rare earths, alkaline earth metals, transition metals, cerium, zirconium, silver, aluminum and magnesium. 제15항에 있어서, 도펀트 성분은 산화물 초전도체의 희토류, 알칼리 토금속 또는 전이 금속을 부분적으로 치환하는 금속을 포함하는 것인 방법.The method of claim 15, wherein the dopant component comprises a metal that partially replaces the rare earth, alkaline earth metal, or transition metal of the oxide superconductor. 제14항에 있어서, 제2 전구체 용액은 제1 전구체 용액의 증착 이전에 증착시키는 것인 방법.The method of claim 14, wherein the second precursor solution is deposited prior to the deposition of the first precursor solution. 제14항에 있어서, 제2 전구체 용액은 제1 전구체 용액 이후에 증착시키는 것인 방법.The method of claim 14, wherein the second precursor solution is deposited after the first precursor solution. 제14항에 있어서, 제2 전구체 용액은 전체 두께가 약 0.8 ㎛ 미만인 산화물 초전도체를 형성하도록 증착시키는 것인 방법.The method of claim 14, wherein the second precursor solution is deposited to form an oxide superconductor having a total thickness of less than about 0.8 μm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 기판은 2축 배향하며, The substrate is biaxially oriented, 산화물 초전도체는 2축 배향하고 그 폭을 가로질러 실질적으로 일정한 c-축 배향을 가지며, 산화물 초전도체의 c-축 배향은 기판의 표면에 대하여 실질적으로 수직인 것인 방법.The oxide superconductor is biaxially oriented and has a substantially constant c-axis orientation across its width, wherein the c-axis orientation of the oxide superconductor is substantially perpendicular to the surface of the substrate. 제1항에 있어서, 제1 전구체 용액은 초전도막에서 자속선 고정점의 형성을 위하여 선택되는 하나 이상의 첨가제 성분 또는 도펀트 성분을 추가로 포함하는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the first precursor solution further comprises one or more additive components or dopant components selected for formation of the flux line anchor point in the superconducting film. 제23항에 있어서, 첨가제 성분은 전구체 막의 처리에 사용되는 조건 하에 제2 상 나노입자를 형성하는 용해성 성분을 포함하는 것인 방법.The method of claim 23, wherein the additive component comprises a soluble component that forms second phase nanoparticles under the conditions used to treat the precursor film. 제24항에 있어서, 용해성 성분은 희토류, 알칼리 토금속, 전이 금속, 세륨, 지르코늄, 은, 알루미늄 및 마그네슘의 화합물로 구성된 군으로부터 선택하는 것인 방법.The method of claim 24, wherein the soluble component is selected from the group consisting of compounds of rare earths, alkaline earth metals, transition metals, cerium, zirconium, silver, aluminum and magnesium. 제24항에 있어서, 도펀트 성분은 산화물 초전도체의 희토류, 알칼리 토금속 또는 전이 금속을 부분적으로 치환하는 금속을 포함하는 것인 방법.The method of claim 24, wherein the dopant component comprises a metal that partially replaces the rare earth, alkaline earth metal or transition metal of the oxide superconductor. 초전도체 막의 제조 방법으로서,As a method for producing a superconductor membrane, (i) 하나 이상의 용매 중의 전이 금속의 염으로 주구성된 제1 전구체 용액과, 하나 이상의 용매 중에 희토류 원소의 염, 알칼리 토금속의 염, 및 전이 금속의 염을 포함하는 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물에 대한 전구체 성분들을 포함하는 제2 전구체 용액으로서, 여기서 상기 염들 중 적어도 하나는 플루오라이드 함유 염이며, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비는 적어도 1.5인 것인 제2 전구체 용액을 임의의 순서로 기판 상에 배치하여 전구체 막을 형성하는 단계; 및 (i) a rare earth-alkaline earth metal-transition metal oxide comprising a first precursor solution consisting predominantly of salts of transition metals in one or more solvents, and salts of rare earth elements, salts of alkaline earth metals, and salts of transition metals in one or more solvents A second precursor solution comprising precursor components for a substrate, wherein at least one of said salts is a fluoride containing salt and wherein the ratio of transition metal to alkaline earth metal is at least 1.5; Disposed in to form a precursor film; And (ii) 전구체 막을 처리하여 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물 초전도체를 형성하는 단계로서, 여기서 전구체 막 중의 전이 금속 대 알칼리 토금속의 전체 비는 1.5 초과이며, 산화물 초전도체의 전체 두께는 0.8 ㎛ 초과인 것인 단계(ii) treating the precursor film to form a rare earth-alkaline earth-transition metal oxide superconductor, wherein the total ratio of transition metal to alkaline earth metal in the precursor film is greater than 1.5 and the total thickness of the oxide superconductor is greater than 0.8 μm. Stage 를 포함하는 방법.How to include. 제27항에 있어서, 전구체 막의 처리 단계는 The method of claim 27, wherein the treating the precursor film is 전구체 막을 처리하여 제1 및 제2 전구체 용액의 희토류, 알칼리 토금속, 및 전이 금속을 포함하는 중간체 막을 형성하는 단계; 및 Treating the precursor film to form an intermediate film comprising rare earth, alkaline earth metal, and transition metal of the first and second precursor solutions; And 중간체 막을 가열하여 희토류-알칼리 토금속-전이 금속 산화물 초전도체를 형성하는 단계Heating the intermediate film to form a rare earth-alkaline earth-transition metal oxide superconductor 를 포함하는 방법.How to include. 제28항에 있어서, 전구체 막은 각각의 전구체 용액의 증착 후 가열하여 전구체 용액의 금속 성분들을 포함하는 중간체 막을 형성하는 것인 방법.The method of claim 28, wherein the precursor film is heated after deposition of each precursor solution to form an intermediate film comprising the metal components of the precursor solution. 제27항에 있어서, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 전체 비가 약 1.6 초과인 방법.The method of claim 27, wherein the total ratio of transition metals to alkaline earth metals is greater than about 1.6. 제27항에 있어서, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 전체 비가 약 1.5 초과 내지 약 1.8의 범위인 방법.The method of claim 27, wherein the total ratio of transition metal to alkaline earth metal is in the range of greater than about 1.5 to about 1.8. 제27항에 있어서, 제1 전구체 용액은 구리로 주구성되는 것인 방법.The method of claim 27, wherein the first precursor solution is predominantly composed of copper. 제27항에 있어서, 제1 전구체 용액은 제2 전구체 이전에 증착시키는 것인 방법.The method of claim 27, wherein the first precursor solution is deposited before the second precursor. 제27항에 있어서, 제2 전구체 용액의 구리 대 바륨의 비가 약 1.5인 방법.The method of claim 27, wherein the ratio of copper to barium in the second precursor solution is about 1.5. 제34항에 있어서, 제2 전구체는 고정 중심점 (pinning center)의 형성을 위하여 선택되는 첨가제 성분 및 도펀트 성분 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 것인 방법.35. The method of claim 34, wherein the second precursor further comprises at least one of an additive component and a dopant component selected for formation of a pinning center. 제27항에 있어서, 제2 전구체 용액의 구리 대 바륨의 비가 1.5 초과인 방법.The method of claim 27, wherein the ratio of copper to barium in the second precursor solution is greater than 1.5. 제36항에 있어서, 제2 전구체는 고정 중심점의 형성을 위하여 선택되는 첨가제 성분 및 도펀트 성분 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 것인 방법.The method of claim 36, wherein the second precursor further comprises at least one of an additive component and a dopant component selected for formation of a fixed center point. 제27항에 있어서, 초전도 막의 전체 두께가 약 1.0 ㎛ 초과인 방법.The method of claim 27, wherein the total thickness of the superconducting film is greater than about 1.0 μm. 제27항에 있어서,The method of claim 27, 구리 용액을 기판 상에 배치하여 구리 전구체 층을 형성하는 단계; 및 Disposing a copper solution on the substrate to form a copper precursor layer; And 이트륨, 바륨 및 구리의 염을 포함하는 제2 전구체 용액을 구리 전구체 층 상에 배치하는 단계로서, 여기서 구리 대 바륨의 비는 적어도 1.5인 것인 단계Disposing a second precursor solution comprising salts of yttrium, barium and copper on the copper precursor layer, wherein the ratio of copper to barium is at least 1.5. 를 포함하는 방법.How to include. 제27항에 있어서,The method of claim 27, 기판은 2축 배향하며, The substrate is biaxially oriented, 산화물 초전도체는 2축 배향하고 그 폭을 가로질러 실질적으로 일정한 c-축 배향을 가지며, 산화물 초전도체의 c-축 배향은 기판의 표면에 대하여 실질적으로 수직인 것인 방법.The oxide superconductor is biaxially oriented and has a substantially constant c-axis orientation across its width, wherein the c-axis orientation of the oxide superconductor is substantially perpendicular to the surface of the substrate. 상부에 초전도층을 갖는 2축 집합조직화 기판(biaxially textured substrate)을 포함하는 물품으로서, An article comprising a biaxially textured substrate having a superconducting layer thereon, 상기 초전도층은 희토류 바륨 구리 산화물 초전도체를 포함하고,The superconducting layer comprises a rare earth barium copper oxide superconductor, 상기 초전도층의 두께는 0.8 ㎛ 초과이며, The thickness of the superconducting layer is greater than 0.8 μm, 상기 초전도층의 Cu 대 Ba의 비는 1.5 초과이고, The ratio of Cu to Ba of the superconducting layer is greater than 1.5, 상기 초전도층은 플루오라이드를 포함하는 것인 물품.Wherein said superconducting layer comprises fluoride. 제41항에 있어서, 상기 기판은 세륨 산화물, 란탄 알루미늄 산화물, 란탄 망간 산화물, 스트론튬 티타늄 산화물, 마그네슘 산화물, 네오디뮴 가돌리늄 산화물, 및 세륨 산화물/이트리아-안정화 지르코니아로 구성된 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 버퍼층을 포함하는 것인 물품.The substrate of claim 41, wherein the substrate comprises a material selected from the group consisting of cerium oxide, lanthanum aluminum oxide, lanthanum manganese oxide, strontium titanium oxide, magnesium oxide, neodymium gadolinium oxide, and cerium oxide / yttria-stabilized zirconia. An article comprising a buffer layer. 제41항에 있어서, 구리 대 바륨의 비가 약 1.6 초과인 물품.42. The article of claim 41, wherein the ratio of copper to barium is greater than about 1.6. 제41항에 있어서, 산화물 초전도체의 두께가 약 1.0 ㎛ 초과인 물품.The article of claim 41, wherein the oxide superconductor has a thickness greater than about 1.0 μm. 제41항에 있어서, 상기 초전도층의 임계 전류 밀도가 77 K의 온도에서 적어도 200 Amps/cmW인 물품.42. The article of claim 41, wherein the critical current density of the superconducting layer is at least 200 Amps / cmW at a temperature of 77 K. 하나 이상의 희토류 원소, 하나 이상의 알칼리 토금속 및 하나 이상의 전이 금속을 포함하는 기판 상의 옥시플루오라이드 막을 포함하고, An oxyfluoride film on a substrate comprising at least one rare earth element, at least one alkaline earth metal and at least one transition metal, 여기서 막의 두께는 0.8 ㎛ 초과이며, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비는 1.5 초과이고, 기판/금속 옥시플루오라이드 경계면에 인접한 막의 바륨:구리의 비는 약 2:3인 것인 금속 옥시플루오라이드 막.Wherein the thickness of the film is greater than 0.8 μm, the ratio of transition metal to alkaline earth metal is greater than 1.5, and the barium: copper ratio of the film adjacent the substrate / metal oxyfluoride interface is about 2: 3. 제46항에 있어서, 상기 기판은 세륨 산화물, 란탄 알루미늄 산화물, 란탄 망간 산화물, 스트론튬 티타늄 산화물, 마그네슘 산화물, 네오디뮴 가돌리늄 산화물, 및 세륨 산화물/이트리아-안정화 지르코니아로 구성된 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 버퍼층을 포함하는 것인 금속 옥시플루오라이드 막.47. The substrate of claim 46, wherein the substrate comprises a material selected from the group consisting of cerium oxide, lanthanum aluminum oxide, lanthanum manganese oxide, strontium titanium oxide, magnesium oxide, neodymium gadolinium oxide, and cerium oxide / yttria-stabilized zirconia. A metal oxyfluoride membrane comprising a buffer layer. 제46항에 있어서, 구리 대 바륨의 비가 1.6 초과인 금속 옥시플루오라이드 막.47. The metal oxyfluoride film of claim 46 wherein the ratio of copper to barium is greater than 1.6. 제46항에 있어서, 막의 두께가 1.0 ㎛ 초과인 금속 옥시플루오라이드 막.47. The metal oxyfluoride membrane of claim 46, wherein the thickness of the membrane is greater than 1.0 [mu] m. 전구체 용액 중의 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비를 조정하는 단계로서, 여기서 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비는 1.5 초과인 것인 단계; Adjusting the ratio of transition metal to alkaline earth metal in the precursor solution, wherein the ratio of transition metal to alkaline earth metal is greater than 1.5; 전구체 용액을 기판 상에 증착시켜 전구체 막을 형성하는 단계; 및 Depositing a precursor solution onto the substrate to form a precursor film; And 전구체 막을 분해시켜 전구체 막과 기판의 경계면에 인접한 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비 약 1.5를 달성하는 단계Decomposing the precursor film to achieve a ratio of about 1.5 transition metal to alkaline earth metal adjacent the interface of the precursor film and the substrate. 를 포함하는 방법에 의해 제조된 산화물 초전도체로서, An oxide superconductor manufactured by a method comprising: 산화물 초전도체 중의 전이 금속 대 알칼리 토금속의 전체 비는 1.5 초과이고, 산화물 초전도체의 전체 두께는 0.8 ㎛ 초과인 것인 산화물 초전도체. Wherein the total ratio of transition metals to alkaline earth metals in the oxide superconductor is greater than 1.5 and the total thickness of the oxide superconductor is greater than 0.8 μm. 제50항에 있어서, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비를 조정하는 단계는 전구체 용액 중의 전이 금속의 함량을 증가시키는 단계를 포함하는 것인 산화물 초전도체.51. The oxide superconductor of claim 50, wherein adjusting the ratio of transition metal to alkaline earth metal comprises increasing the content of transition metal in the precursor solution. 제50항에 있어서, 전구체 용액 중의 전이 금속의 함량은 적어도 5% 증가시키는 것인 산화물 초전도체.51. The oxide superconductor of claim 50, wherein the content of transition metal in the precursor solution is increased by at least 5%. 제50항에 있어서, 전구체 용액 중의 전이 금속의 함량은 적어도 20% 증가시키는 것인 산화물 초전도체.51. The oxide superconductor of claim 50 wherein the content of transition metal in the precursor solution is increased by at least 20%. 제50항에 있어서, 전이 금속 대 알칼리 토금속의 비를 조정하는 단계는 전구체 용액 중의 알칼리 토금속의 함량을 감소시키는 단계를 포함하는 것인 산화물 초전도체.51. The oxide superconductor of claim 50, wherein adjusting the ratio of transition metal to alkaline earth metal comprises reducing the content of alkaline earth metal in the precursor solution. 제54항에 있어서, 전구체 용액 중의 알칼리 토금속의 함량은 적어도 5% 감소시키는 것인 산화물 초전도체.55. The oxide superconductor of claim 54 wherein the amount of alkaline earth metal in the precursor solution is reduced by at least 5%. 제54항에 있어서, 전구체 용액 중 알칼리 토금속의 함량은 적어도 50% 감소시키는 것인 산화물 초전도체.The oxide superconductor of claim 54, wherein the content of alkaline earth metal in the precursor solution is reduced by at least 50%.
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