KR20150016969A

KR20150016969A - 초전도층 기판의 제조 방법

Info

Publication number: KR20150016969A
Application number: KR1020147035618A
Authority: KR
Inventors: 앤더스 크리스티안 울프
Original assignee: 덴마크스 텍니스케 유니버시테트
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2015-02-13
Also published as: ES2585058T3; CA2873456A1; JP6214637B2; JP2015525434A; DK2852987T3; US9496477B2; CN104396038A; EP2852987A1; CN104396038B; US20150087524A1; WO2013174380A1; KR102159059B1; RU2014151597A; BR112014028906A2; IN2014DN10582A; EP2852987B1; RU2626052C2

Abstract

장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판(600)의 제조 방법이 제공되고, 상기에서 예를 들어 변형 공정은 층상 고체 요소 내에서 파열 스트립을 형성하기위해 이용되고, 층상 고체 요소의 상부 층(316) 및 하부 층(303) 사이의 언더컷 볼륨(330, 332)을 형성시키는데 에칭이 이용된다. 언더컷 볼륨들(330, 332)은 물질 층들을 분리시키는데 유용할 수 있기 때문에, 상기 비교적 간단한 단계들은 감소된 AC 손실을 갖는 초전도 구조, 예를 들어 초전도 테이프로 전환될 수 있는 기판을 제공하는 것을 가능케 한다. 추가적인 실시예에서, 감소된 AC 손실을 갖는 초전도 구조를 제공하기 위해, 상부 층(316) 및/또는 하부 층(303)의 최상단 상에 초전도 층이 위치한다.

Description

초전도층 기판의 제조 방법{Method for Producing Substrates for Superconducting Layers}

본 발명은 기판을 제조하기 위한 방법과 관련있고, 특히 장방형(elongated) 초전도 요소(element)를 지지하는데 적합한 기판과 관련있으며, 상기 기판을 사용하고 제조하는 방법에 관한 것이다.

초전도 구조는 그들이 저항 손실 없이 전류의 전도를 가능케 하기 때문에 유리한 것처럼 보일 수 있다. 초전도 테이프와 같은 초전도 구조는 그러므로 제너레이터 및 트랜스포머와 같은 수많은 응용을 위해 이용된다. 그러나 비록 그들이 훌륭한 특성을 갖는다 하더라도, 그들은 교류(AC) 응용에 이용되는 때에 높은 손실을 보일 수 있다.

현재 가능한 AC 손실을 줄이기 위한 수단은 초전도 테이프의 긴 길이를 처리하기위해 간단한 방법으로 적용되지 않을 것이다.

미국 출원 US7,593,758 B2에는 세그먼트화된 고온 초전도 층을 갖는 테이프를 기재하고 있다. 테이프 기판의 하나, 버퍼 층 및 초전도층에서 형성된 파열 스트립(Distruptive strip)은, 스트립스 또는 필라멘트-유사 구조 내로의 초전도 층의 전류-운반 요소를 분리하는 초전도층 내에서 평행 단절(parallel discontinuities)를 형성한다. 요소들을 운반하는 전류의 세그먼트화는 AC 손실 감소의 효과를 갖는다. 상기 초전도 테이프를 제조하는 방법 및 상기 테이프에서의 AC 손실들을 감소시키는 방법들이 또한 공지되어 있다.

출원 US 4,101,731에는, A-15 유형 중간금속 초전도체의 장방형 기판-수송(elongated substrate-carrying)하는, 길이-방향(longitudinally-directed)의, 스퍼터된 비연속 필라멘트(sputtered discrete filament)를 포함하는 복합 멀티필라멘트 초전도 구조가 기재되어 있다. 바람직한 절차에서, 장방형 필라멘트 기판, 바람직하게는 금속 와이어의 표면 상에 복수의 이격된 길이방향 홈들(longitudinal grooves)이 일반적으로 형성된다. 기판 표면 상의 홈들의 벽들은 두 인접한 홈 사이에 위치한 기판의 곡선(curvilinear) 표면을 언더컷 하도록 성형되고, 이로써 적어도 홈들의 몇몇 벽면 부(wall portions)는 초전도체가 기판 상으로 스퍼터되는 연속 스퍼터화 단계 동안 기하학적으로 가려진다(geometrically shadowed). 특히, Nb₃Ge와 같은 A-15 결정질 구조를 갖는 적합한 초전도 중간금속 화합물의 막이, 홈들의 바닥 및 홈들 사이의 기판의 표면 부들에서 홈 형성된 기판 및 증착물(deposits) 상으로 바로 스퍼터된다. 가려진 벽면 부들은 실질적으로 증착-프리 상태로 남아있고, 이로써 결과적으로 생성 배치된 증착물은 기판을 따라 구별되는 라인 또는 밴드에 걸쳐있으며, 이에 의해 초전도 필라멘트들을 구성한다. 복수의 상기 기판들은, 원한다면, 기판을 번들링하고, 용융 금속을 통해 통과시킴으로써, 추가적인 복합 구조들 내로 통합 시킬 수 있다. 그런 뒤, 결과적인 구조는 포랄(foral) 산물로서, 금속의 서라운딩 매트릭스 내의 초전도 필라멘트를 포함하는 기판들의 복합체를 수득하기 위해 크기가 정해질 수 있다.

종래 기술 방법들은 그들이 상기 테이프, 초전도 테이프에 대한 효과적이고, 값싸고, 낮은 원료 소비를 가능케하고 및/또는 좋은 품질의 기판을 제공하는, 긴 길이 상기 테이프의 연속적인 처리공정에 적합하지 않은 문제가 있는 것으로 보인다. 감소된 AC 손실을 갖는 초전도 테이프를 위한 기판을 제조하는 방법의 획득은 이점이 있을 것이고, 상기 방법은 긴 길이의 상기 테이프의 연속 처리공정에 적합하고, 상기 방법은 효과적이고, 값싸고 및/또는 종래 기술에 비하여 개선된 초전도 테이프에 대한 기판을 제공한다.

본 발명의 추가적인 목적은 종래 기술에 대한 대안을 제공하는 것이다.

특히, 감소된 AC 손실을 갖는 초전도 테이프용 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 볼 수 있고, 상기 방법은 긴 길이의 상기 테이프의 연속 처리공정에 적합하며, 효과적이고, 값싸고 및/또는 종래 기술의 상기 언급한 문제들을 해소하는 초전도 테이프에 대한 개선된 기판을 제공한다.

상술한 목적 및 몇몇의 다른 목적들은 본 발명의 첫 번째 양태로부터 감소된 AC 손실을 갖는 초전도 테이프와 같은 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법을 제공하는 것에 의해 달성될 수 있고, 상기 방법은 하기 단계들을 포함한다:

- 다음을 포함하는 층상 고체 요소(a layered solid element)를 제공하는 단계;

ㅇ 니켈 기반 합금(a nickel based alloy), 하스텔로이(a Hastelloy), 스테인리스 강(a stainless steel)과 같은 하부 층(a lower layer) 및

ㅇ 가스-경화 층(a gas-hardened layer), 변형 경화 층(deformation hardened layer), 산화물 층(an oxide layer), 질화물 층(a nitride layer), Kapton® 막(film), 왁스, 래커(lacquer)와 같은, 하부 층의 근처에 위치하며, 적어도 하부 층의 일부를 덮는 상부 층(an upper layer),

- 각각 파열 스트립(disruptive strip)을 따라 형성된, 하부 층의 복수의 노출된 영역들의 형성에 의해, 상부 층 내에서 복수의 파열 스트립을 형성[예를 들어, 변형 공정(a deformation process) 내의 형성]하는 단계;

- 노출된 영역을 에칭(etching)함으로써 상부층과 하부층 사이에 언더컷 볼륨(undercut volume)을 형성하고, 각각의 언더컷 볼륨은 파열 스트립을 따라 형성되며, 상기 에칭은 상부 층에 대한 에칭율(etch rate)보다 하부 층에 대한 에칭율이 더 높은 에칭 단계.

본 발명은 특히 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판을 제조하기 위한 방법을 얻는데 이점이 있으나 이에 제한되지는 않으며, 상기 방법은 많은 수의 하부 층 물질을 적용하는 것을 가능케 하고, 예를 들어 상기 방법은 하부 층을 위한 많은 다른 물질들 사이의 선택을 가능케 하는데, 이는 언더컷을 얻는데 있어서 이방성 에칭율(anisotropic etch rate)이 필요없기 때문이다. 또 다른 이점으로는 본 방법이 상부 층에 대한 많은 다른 물질들 사이의 선택을 가능케 한다는 것이다. 예를 들어 상부 층은 파열 스트립이 형성될 때 유리할 수 있는 딥-코팅된 버퍼 층(dip-coated buffer layer)과 같은 버퍼 층일 수 있고, 상부 층의 남아있는 부분은 즉시 초전도 층의 증착(deposition)을 위해 준비될 수 있다. 게다가 본 방법에 의해 제조된 기판은 인접하여 위치한 초전도 물질의 라인들을 효과적으로 분리시킬 수 있다.

본 발명의 요지는, 몇몇 비교적 간단한 단계들 내에서, 감소된 AC 손실을 갖는 초전도 테이프와 같은 초전도 구조로 전환될 수 있는 기판을 제공하는 것을 가능케 하는 방법을 제공하는 것으로 볼 수 있다. 본 발명의 기초가 되는 기본적인 통찰력은 언더컷 볼륨(예를 들어, 층상 고체 요소와 같은 구조 내의 언더컷 볼륨)이 물질의 층들을 분리하는데 유용할 수 있다는 통찰력으로서 기술되고, 상기 물질 층들은 언더컷 볼륨을 포함하는 상기 구조의 최상단에 위치하고, 언더컷 볼륨은 이방성(anisotropy)이 층상 구조("샌드위치 구조"라고 또한 지칭될 수 있다)에 의해 도입된 층상 고체 요소 내의 에칭에 의해 형성될 수 있으며, 상기 층들은 서로에 대하여 에칭율(etch rate)이 다르고, 파열 스트립은 변형 공정(deformation process), 스크래칭 공정(scratching process), 그라인딩 공정(griding process) 또는 폴리싱 공정(polishing process) 또는 라인을 따라 상부 층을 제거 또는 대체할 수 있고 이에 의해 스트립을 따라 하부 층의 영역을 노출시키는 유사 공정들에서 형성될 수 있다. 그러므로 비교적 간단한 단계들, 예를 들어 경화(hardeneing)(이에 의해 층상 고체 요소의 상부 층이 제공되는) 단계, 변형(deformation)(이에 의해 파열 스트립들이 형성되는)단계 및 에칭(etching)(이에 의해 언터컷들이 형성되는)단계들이 조합(combination)에 적용될 수 있고, 이에 의해 "몇몇 비교적 간단한 단계들이 초전도 구조내로 전환될 수 있는 기판의 제공을 가능케 하는 방법을 제공하는 것"의 기술적인 문제에 대한 해결책이 제시될 수 있다. 상대적인 단계들의 또 다른 집합에 있어서, 산화물(oxide)/질화물(nitride) 층이 상부 층으로서 형성될 수 있고, 파열 스트립은 상기 산화물/질화물 층 내에 형성될 수 있으며, 언더컷들은 에칭을 통해 형성될 수 있다. 초전도 요소 또는 초전도 구조(superconducting structure)는 예를 들어, 층상 고체 요소의 최상단 상에 초전도 물질 층을 증착하는 것(depositing)에 의해 실현할 수 있고, 언더컷들은 파열 스트립을 따라 형성된다. 언더컷들은 각각의 파열 스트립의 측면 및 파열 스트립 내의 초전도 물질 상의 초전도 물질을 물리적으로 분리시키기 위해 제공되고, 이에 의해 홈이 형성된 초전도 층을 효과적으로 형성한다.

게다가 상기 방법은 심지어 큰 규모(large scale)에서도 비교적 간단한 절차, 예를 들어 표면을 경화시키고, 예를 들어 경화된 표면에서의 변형(deformation)을 수행하고, 또는 경화된 표면에서 스크래칭(scratching)하거나 경화된 표면의 일 부(a portion)를 그라인딩(grinding)하는 절차로 진행되기 때문에, 큰-규모 생산(large-scale manufacturing)에 적용할 수 있고, 예를 들면 적절하다(well-suited). 예를 들면 광저항(photoresist)이 코팅되고, 예를들어 UV-광에 노출되고, 이어서 연속적인 에칭 처리에서 에칭되지 않는 보호 스트립들을 형성시켜야 하므로 큰 규모 생산에 적합하지 않은 리소그래픽 기술을 이용하는 프로필링 및 에칭(profiling and etching)과 대조적이다. 게다가 제거된 물질은 재사용 가능하지 않다.

그러므로 큰 스케일 제조가 본 발명의 실시예들에 의해 가능하고, 게다가 재료 비용을 최소화시키면서 가능하다.

게다가 예를 들어, 비용 효율적으로 보이지 않는 레이저 스트립핑(laser stripping)과는 대조적으로 본 발명의 실시예들은 비용 효율적일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 스트립 형성된 물질의 재증착(redeposition)으로부터 피해를 입지 않고 레이저 스트립핑에 비해 더욱 이점을 가질 것으로 보인다.

상기 단계들은 그들이 기재된 순서에 따라 필수적으로 정렬되지 않는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서 상부 층 내에 복수의 파열 스트립을 형성하는 단계는 하부 층 및 상부 층을 포함하는 층상 요소(layered element)를 제공하는 단계 전에 수행될 수 있다. 예를 들어, 홈이 형성된 상부 층은, 예를 들어 하부 층 근처에 위치하고 적어도 부분적으로 하부 층을 덮고 있는 Kapton® 막의 복수의 스트립에 의해 제공될 수 있고, Kapton® 막의 스트립들 사이의 상기 영역들은 노출된 영역들을 수반하는 파열 스트립을 형성한다. 그러나 또 다른 실시예에서, 층상 고체 요소를 제공하는 단계는 상부 층 상에 복수의 파열 스트립을 형성하기 전에 수행될 수 있다[예를 들어, 프라이머리 고체 요소의 프라이머리 상부 층의 상위 부(upper portion)를 산화(oxidizing) 또는 가스-경화(gas-hardening) 시키는 것에 의해].

본 출원에 있어서, "Kapton® 막"은 폴리(4,4'-옥시디페닐렌-피로멜리티미드)(poly(4,4'-oxydiphenylene-pyromellitimide)의 막인 DuPont^TM 으로부터 잘 알려진 제품을 의미하는 것으로 이해된다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 단계들은 그들이 기재된 순서대로 정렬된다.

"장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판"은 초전도 물질이 구비될 수 있는(예를 들어, 증착되는 것과 같이) 고체 요소로 이해되고, 이로써 기판 및 초전도 요소는 함께 장방형 초전도 요소를 형성할 수 있다. 장방형 초전도 요소는 일 방향으로, 전류가 전도되는 방향에 대한 직교 방향의 전도체의 너비에 비하여 2, 5, 10, 100, 1000, 10000 또는 100000 배 더욱 긴 것과 같이 유의적으로 더욱 긴 거리로 전류를 전도할 수 있는 초전도 요소로 이해된다.

특정 실시예에서, 상기 기판은 "테이프"이고, 예를 들어 유의적으로 더 작은 두께[첫 번째 디멘젼(dimension)을 따르는 길이], 예를 들어 10, 100 또는 1000배 만큼 그 너비(두 번째 디멘젼을 따르는 길이)에 비해 더 작은 두께를 가지며, 상기 너비는 그 길이(세 번째 디멘젼을 따르는 길이)에 비해 유의적으로 더 작은, 예를 들어 10, 100, 또는 1000배 만큼 더 작은 너비를 갖는 요소(element)이다.

층상 고체 요소를 제공하는 단계는 다음 중 어느 하나로 이해될 수 있다: (미리 제조된) 층상 고체 요소를 얻고, 층상 고체 요소를 제조하는 단계. 층상 고체 요소를 제조하는 단계는 특정 실시예에서 (물질의)하부 층의 최상단 상에 (물질의)상부 층을 위치시키는 단계 또는 물질의 상위 부(upper portion)의 특성들을 변화시키는 단계를 포함할 수 있고, 이로써 효과적으로 (이전에 균일한 물질이었던 물질의) 상부 층과 하부층을 획득할 수 있다. 하부 층의 최상단 상에 물질의 상부 층을 위치시키는 단계는 하부 층의 최상단 상에 Kapton® 막, 왁스 또는 래커(lacquer)와 같은 막을 위치시키는 것에 의하여 실시될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상부 층 상의 파열 스트립들은 그것이 하부 층 상에 위치되기 전 및/또는 후에 형성될 수 있다.

"하부 층" 및 "상부 층"은 평행한 방향에서 서로 인접하여 위치한 층들로 이해되고, 각각의 층들의 평면에 대하여 직교하는 방향에 따라 서로에 대하여 대체된다.

상부 층이 하부 층 근처에 위치하고, 적어도 부분적으로 하부 층을 덮을 때에 상부 층은 하부층을 보호하고, 이로써 상부 층상에 위치한 에칭액(etchant)은 하부 층으로 접근할 수 없고, 예를 들어 상부 층에 의해 덮힌 하부 층의 부분(portion)은 접근되지 않는다.

"파열 스트립"은 상부 층 물질이 부재하는 라인으로 이해되고, 상부 층 물질을 파열 스트립의 양 사이드 상의 상부 층 물질로 분리한다. 파열 스트립은 일관성있는(coherent) 물질 내 임에도 불구하고 간격(gap)으로 보일 수 있다. 일관성있는 물질, 예를 들어 물질의 일관성 있는 층이 파열 스트립에 의해 횡단되면, 이에 의해 일관성있는 물질의 연속성은 두 분리된 물질(물질 층)로 나뉘어진다.

"하부 층의 노출된 영역"은 상부 층에 의해 미리 덮힌, 예를 들어 하부 층과 같은 하부 물질의 부분(portion)으로서 노출된 부분으로 이해되고, 이로써 노출된 영역들은 상부 층의 추가적인 부분들을 제거함이 없이 에칭에 민감할 것이다.

"노출된 영역들을 에칭하는 단계"는 하부 물질의 노출된 영역들이 에칭액(etchant)에 의해 에칭되는 것으로 이해된다. 에칭액은 특정 실시예들에서 다음에 언급된 물질 중 어느 하나 일 수 있다: 플라즈마(plasma), 액체(liquid) 및 기체(gas). 특정 실시예에서 RIE(Reactive Ion Etching)이 이용되었다.

방향의 용어들에 있어서, "상향(up)"을 언급할 때에, 상-하 축은 상기 상부 및 하부 층 사이의 계면(interface)의 평면에 대하여 직교하는 방향으로서 정의되고, "상향"은 하부 층으로부터 상부 층 방향이며, "하향"방향에 대하여 반대인 것으로 이해된다. 상-하 축은 도면들에 나타낸 y-축에 대하여 평행인 것으로 이해되고, "상향"은 양의 y-방향이다. 방향의 상기 정의는 또한 그들의 일반적인 의미를 갖는 "위(above)"및 "아래(below)"용어들을 사용하는 때에도 적용된다.

"언더컷 볼륨"은 하부 층의 에칭된 볼륨으로 이해되고, 상기 볼륨은 하부 층 및/또는 상부 층의 남아있는 부분들 아래에 있을 수 있다. 그러므로 언더컷 볼륨은 상부 층 및/또는 하부 층의 돌출된(overhanging) 부분들에 의해 가려질 수 있다. 그러므로'상부 층 및 하부 층'(또는 '하부 층')을 포함하는 샌드위치 위(above)의 위치에서부터 상-하 축을 따르는 방향으로 물질의 증착을 위한 가시선 공정(line-of-sight process)을 이용하여, 물질이 '상부 층 및 하부 층'(또는 '하부층', 예를 들어 오직 하부 층, 예를 들어 상부 층의 제거 후)을 포함하는 샌드위치 상에 증착되고, 언더컷 부분들은 하부 층 상에 형성될 때, 물질은 언더컷 볼륨들의 테두리를 두르는 '상부 층 및 하부 층'(또는 '하부 층')의 부분들 상에 증착되지 않는다.

"하부 층에 대한 에칭율(etch rate)이 상부 층에 대한 에칭율보다 더 높은 에칭액(etchant)"은 상부 층의 물질에서보다 하부 층의 물질에서 더 많은 언더컷 볼륨 물질(예를 들어, 시간 단위 당 더욱 긴 길이 단위로 에칭되는)을 에칭하는 에칭액으로 이해된다.

"하스텔로이(hastelloy)"는 주된 합금 성분은 니켈이고, 다른 합금 성분들이 첨가되는, 예를 들어 다음 성분들 중 하나 또는 그 이상이 다양한 퍼센트 비율로 함유되는 합금으로 이해된다: 몰리브덴, 크롬, 코발트, 철, 구리, 망간, 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 탄소 및 텅스텐. 특정 실시예에서, 하스텔로이는 Ni, Cr, Fe, Mo, Co, W, C 성분들을 포함하는 합금이다. 더욱 구체적인 실시예에서, 상기 합금은 또한 Ni, Cr, Fe, Mo, Co, W, C과 더불어, Mn, Si, Cu, Ti, Zr, Al 및 B 중에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 성분을 포함한다. 더욱 구체적인 실시예에서, 상기 합금은 대략 47 중량% Ni, 22 중량% Cr, 18 중량% Fe, 9 중량% Mo, 1.5 중량% Co, 0.6 중량% W, 0.10 중량% C, 1 중량% 미만의 Mn, 1 중량% 미만의 Si 및 0.008 중량% 미만의 B를 포함하는 것으로 이해된다. 하스텔로이는 종래 기술에서 "초합금(superalloy)" 또는 "고성능 합금(high-performance alloy)"로 지칭될 수 있다.

"스테인리스 강(stainless steel)"은 일반적으로 종래에 알려져 있다. 특정 실시예에서, 예를 들어 초전도 층의 작동 온도에서 부식 및/또는 산화 저항성이고, 기계적으로 안정하며, 비-자성인 스테인리스 강을 제공하기 위하여, 니켈 및/또는 크롬을 갖는 스테인리스 강이 제공된다,

특정 실시예에서 본 발명은 상부 및 하부 층 사이에 삽입된, 하나 또는 그 이상의 물질의 중간 층들을 포함하고, 예를 들어 상부 및 하부 층을 나누는 하나 또는 그 이상의 중간 층, 예를 들어 상부 및 하부 층 사이의 열, 전류, 및 원자들, 이온 및/또는 분자들의 확산 중 어느 하나에 대한 장벽으로서 기능하는 하나 또는 그 이상의 중간 층들을 포함한다. 하나 또는 그 이상의 중간 층들을 갖는 것의 이점은 그것이 층상 고체 요소를 더 강하게(stronger) 또는 더욱 단단하게(rigid) 만드는 것과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있다는 것이다. 그러므로 "근처에(adjacent to)"의 용어 사용은 반드시 상부 층 및 하부 층이 직접적 물리적 접촉된 것을 의미하지 않는 것으로 이해된다. 그러나 구체적 실시예에서, 상부 층 및 하부 층은 직접 물리적 접촉되어 있다.

다른 실시예에서, 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판을 제조하는 방법이 제공되고, 상기 언더컷 볼륨들은, 하부 층의 돌출된 부분들에 의해 가려진 언더컷 볼륨들과 같은 하부 층의 남아있는 부분들 아래에 있다. 그러므로 언더컷 볼륨들은, 하부 층의 일부분이 언더컷 볼륨들의 아래에 있고, 하부 층의 또 다른 부분이 언더컷 볼륨의 위에 있도록 위치하는 것으로 이해된다. 본 실시예의 가능한 이점은 언더컷 볼륨들이, 심지어 상부층이 제거된 경우에도 여전히 존재할 수 있다는 것이다. 상기의 가능한 이점은 상부 층이 추가적인 공정 및/또는 최종의 장방형 초전도 요소의 특성에 대하여 이로운 것으로 간주되지 않는다는데 있다.

특정의 실시예에서, 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판을 제조하는 방법이 제공되고,

- 상부 층에 복수의 파열 스트립을 형성하고, 이에 의해 하부 층에 각각 파열 스트립을 따라 형성된 복수의 노출된 영역을 형성하는 단계,

는 변형 공정을 포함한다. 특정 실시예에서, 변형 공정은 파열 스트립의 위치들(positions) 아래의 하부 층의 부분을 변형(deforming), 예를 들어 압축(compressing)시키는 단계를 포함하고, 이는 상부 층의 평면의 원 위치(original position) 아래의 상부 층의 하위 부(lower portion)들을 위함이고, 이는 하부 층의 영역들을 노출시키기 위함이다.

"변형 공정"은 물질이 변형되는 공정으로 이해되고, 예를 들어 상부 층 및/또는 하부 층의 물질과 같은 물질들이 변형되는 공정에 의한 것이다. 변형 공정은 접촉 힘(contact forces)들을 포함하는 공정으로 이해될 수 있다.

대체 실시예에 있어서, 상기 변형 공정은 컷팅 공정, 스크래칭 공정, 그라인딩 공정 및 폴리싱 공정 중 어느 하나로 대체될 수 있다.

"스크래칭 공정"은 상부 층의 일 부분 및 하부 층의 가능한 일 부분을, 예를 들어 스크랩핑 하는 것(scraped off)과 같이, 스크래칭 하는 것(scratched off)으로 이해된다.

"그라인딩 공정"은 상부 층의 일 부분 및 가능한 하부 층의 일 부분을 그라인딩 공정 또는 폴리싱에 의해 제거하는 것으로 이해되고, 예를 들어 상기 물질의 마이너 부분들을 제거하기 위해 반복적으로 스크래핑하는 것(scraping off)으로 이해된다. "폴리싱 공정"은 주어진 문맥상에서 "그라인딩 공정"과 유사한 것으로 이해된다.

"컷팅 공정"은 물질이 제거되기 보다는 대체되는 공정으로 이해된다. 이는 비교적 날카로운 도구를 이용하여 달성될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 층상 고체 요소를 제공하는 단계는 다음을 포함하는 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법이 제공된다:

- 실질적으로(substantially) 고정된(uniform) 프라이머리 상부층(314)을 갖는 프라이머리(primary) 고체 요소(202)를 제공하는 단계,

- 층상 고체 요소의 상부층(316)을 다음 중 하나에 의해 형성하는 단계:

ⅰ. 가스 경화 공정(gas hardening process) 내의 경화와 같은 프라이머리 상부층(314)의 상위부(upper portion) 경화,

ⅱ. 프라이머리 상부층(314)의 상위부(upper portion) 도핑(doping),

ⅲ. 프라이머리 상부층의 상위부 내의 산화물 층 또는 질화물 층의 준비.

상기 프라이머리 고체 요소의 상기 프라이머리 상부 층은 상부 층[프라이머리 상부 층의 상위 부(upper portion)과 일치] 및 하부 층[프라이머리 상부 층이 아닌 적어도 프라이머리 상부 층의 부분(portion) 중 일부(a part)와 일치, 예를 들어 프라이머리 상부 층의 상위 부가 아닌 프라이머리 상부 층의 부분과 일치]으로 변형될 수 있는 것으로 이해된다.

대표적인 가스 경화 공정은 기판을, 예들 들어 적어도 500℃, 예를 들어 적어도 800℃, 예를 들어 적어도 1000℃까지 온도를 상승시키기 위해, 노 내에서, 조절된 가스들(예를 들어 적어도 99.9% 순도로 제공되는 질소, 탄소, 붕소 또는 산소)로 노를 채우고 가열하는 단계들을 포함할 수 있고, 이에 의해 경화된 층의 원하는 두께를 제조할 수 있다. 경화된 층의 두께는 가스가 노 내에서 제어되는 시간의 양, 노 내의 온도 및/또는 제어된 가스의 조성을 변화시킴으로써 제어할 수 있다. 도핑을 위한 대표적인 도판트(dopant)는 질소, 탄소, 산소일 수 있다. 가스 경화(gas hardening)를 도입하는 것의 가능한 이점은 매우 고정된(uniform) 경화를 제공할 수 있다는 것이다.

산화 층 또는 질화 층을 형성시키기 위한 대표적인 공정은 기판을, 예들 들어 적어도 500℃, 예를 들어 적어도 800℃, 예를 들어 적어도 1000℃까지 온도를 상승시키기 위해, 노 내에서, 조절된 가스들(예를 들어 적어도 99.9% 순도로 제공되는 질소, 탄소, 붕소 또는 산소)로 노를 채우고 가열하는 단계들을 포함할 수 있고, 이에 의해 질화/산화 층의 원하는 두께를 제조할 수 있다. 경화된 층의 두께는 가스가 노 내에서 제어되는 시간의 양, 노 내의 온도 및/또는 제어된 가스의 조성을 변화시킴으로써 제어할 수 있다.

또한 고체 확산(solid diffusion)-, 플라즈마- 및 염욕(salt bath) 기초 방법들의 공정들을 적용함으로써 상부 층이 형성될 수 있다는 것은 본 발명의 내용으로 통합된다.

다른 실시예에서, 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법에 있어서, 변형 과정 내에서 상부층에 복수의 파열 스트립을 형성하는 단계는 상부층의 일 부(portion)를 하부층(303)으로(into) 압력을 가하는 단계, 예를 들어 롤링 단계, 예를 들어 저온 롤링 단계(a cold rolling step)에서의, 예를 들어 테이프 기판을 하나의 릴(reel)로부터 다른 릴로 이동시키는 때의, 예를 들어 드로잉(drawing) 공정 내에서의 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

"프레싱(pressing)"은 롤러와 같은 다른 요소를 통하여 인가되는 압축력이 있는 접촉 힘을 이용하여 물질이 대체되는 단계로 이해되는, 압력을 가하는 단계로 이해된다. 프레싱 단계를 적용하는 것의 이점은 물질의 변형을 가능케 할 수 있다는 것이고, 예를 들어 간단하고, 값싸고, 및/또는 효율적인 방법으로 복수의 파열 스트립을 형성시킬 수 있다는 것이다. 특정 실시예에서, 물질이 제거되지 않는다. 이것은 압력이 가해지는 것(compressed)과 같이 물질이 대체(displaced)되기 때문에 가능할 수 있다. 프레싱 단계를 적용하는 것의 또 다른 가능한 이점은 그것이 경화의 결과를 이끌어 낼 수 있다는 것이고, 예를 들어 전체적인 산출 강도(strength) 및/또는 하부 층의 경도와 같은 기판의 경도(hardness)를 증가 시킬 수 있는 변형 경화(deformation hardening)를 이끌어 낸다는 것이다.

"드로잉 공정"은 적어도 상부 층 및 하부 층의 일 부분이 플라스틱 변형(plastic deformation)에서 변형되는 공정으로 이해되고, 예를 들어 비가역적 변형에서, 예를 들어 다이(die)를 통해 그것을 드로잉함으로써, 프로필(profile)의 형상을 변형시킨다. "프로필(profile)" 은 평면 내의 상부 층 및 하부 층의 일 부분의 형상으로 이해되고, 예를 들어 도면의 방향에 직교하는 단면으로 이해된다.

또 다른 실시예에 있어서, 층상 고체 요소의 상부 층의 두께는 1 nm-100 μm, 예를 들어 10 nm-1000 nm, 예를 들어 0.1 nm-10mm, 예를 들어 1 nm-1 mm, 예를 들어 1 nm-0.1 mm, 예를 들어 1 nm-10000 nm, 예를 들어 1 nm-1000 nm, 예를 들어 1 nm-100 nm, 예를 들어 10 nm-1 mm, 예를 들어 10 nm-0.1 mm, 예를 들어 10 nm-10000 nm, 예를 들어 10 nm-1000 nm, 예를 들어 100 nm-1 mm, 예를 들어 100 nm-0.1 mm, 예를 들어 100 nm-10000 nm, 예를 들어 100 nm-1000 nm, 예를 들어 10 nm 이하, 예를 들어 100 nm 이하, 예를 들어 1000 nm 이하, 예를 들어 10000 nm 이하, 예를 들어 0.1 mm 이하, 예를 들어 1.0 mm 이하, 예를 들어 10 mm이하인, 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법이 제공된다. 비교적 얇은 두께를 갖는 것의 이점은, 예를 들어 상부 층의 물질을 성장(growing) 또는 증착(depositing)하는데 걸리는 시간과 같은, 상부 층을 제공하기 위한 시간을 단축시킨다는 것이다. 너무 얇은 상부 층을 갖지 않는 것의 이점은 너무 얇은 층은 충분히 강하지(robust) 않을 수 있다는 것이다.

또 다른 실시예에 있어서, 복수의 파열 스트립들 내에서 인접한 파열 스트립 사이의 거리는 예를 들어 1 μm-1 mm, 예를 들어 10-100 μm, 예를 들어 0.1 nm-10 mm, 예를 들어 1 nm-1000 μm, 예를 들어 1 nm-100 μm, 예를 들어 1 nm-10 μm, 예를 들어 10 nm-1000 μm, 예를 들어 10 nm-100 μm, 예를 들어 10 nm-10 μm, 예를 들어 100 nm-1000 μm, 예를 들어 100 nm-100 μm, 예를 들어 100 nm-10 μm, 예를 들어 1-1000 μm, 예를 들어 1-100 μm, 예를 들어 1-10 μm, 예를 들어 10-1000 μm, 예를 들어 20-200 μm, 예를 들어 100-1000 μm, 예를 들어 10 μm 이하, 예를 들어 100 μm 이하, 예를 들어 200 μm 이하, 예를 들어 1000 μm 이하, 예를 들어 10 mm 이하인 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법이 제공된다. 상기 범위 내의 인접한 파열 스트립들 사이의 거리를 갖는 것의 이점은 AC 손실을 감소시킬 수 있다는 것이다. 파열 스트립들 사이의 거리는 상부 층 및 하부 층 사이의 계면(interface)의 평면에 대하여 평행한 방향, 및 파열 스트립의 방향에 직교하여 측정되는 것으로 이해된다. 파열 스트립들은 특정 실시예에서 실질적으로 평행하고, 예를 들면 평행하다.

또 다른 실시예에 있어서, 파열 스트립의 너비(width)는 1 μm, 예를 들어 2 μm, 예를 들어 5 μm, 예를 들어 10 μm, 예를 들어 30 μm, 예를 들어 100 μm, 예를 들어 1 mm, 예를 들어 4 mm, 예를 들어 5 mm, 예를 들어 10 mm, 예를 들어 1 μm-1 mm, 예를 들어 1 μm-10 mm, 예를 들어 1 mm-10 mm인 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법이 제공된다. 상기 범위의 너비를 갖는 것의 이점은 기판 상에 쌓인 층들을 물리적으로 이격시키는 것이 가능하다는 것이다. 상기 너비는 상부 층 및 하부 층 사이의 계면(interface)의 평면에 대하여 평행한 방향, 및 파열 스트립의 방향에 직교하여 측정되는 것으로 이해된다.

또 다른 실시예에 있어서, 하부 층의 상면(upper surface) 또는 상부 층의 상면과 평행한 평면(plane)과 복수의 파열 스트립의 바닥(bottom)에 접한(being tangential) 평면(plane) 사이의 거리가 충분히 커서(large enough), 기판 상에 위치한 초전도 물질이 파열 스트립 내 부분 및 물리적으로 분리된 파열 스트립들 사이의 부분(portion)들을 가질 수 있도록 하는, 상술한 발명들 중 어느 하나에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법이 제공된다. 특정 실시예에서, 상기 거리는 50 nm-10 μm 범위이다. "기판 상(on the substrate)"을 지칭할 때, 초전도 물질은 상부 층(파열 스트립의 외부에 위치한) 상 및 파열 스트립 내에 증착되지만, 특정 실시예들에서 상기 방법은 상부 층을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 실시예들에서 초전도 물질은 하부 층(파열 스트립의 외부에 위치한) 상(on) 및 파열 스트립 내(within)에 증착된다.

또 다른 실시예에 있어서, 하부 층의 상면(upper surface)과 평행한 평면과 복수의 파열 스트립의 바닥(bottom)에 접한(being tangential) 평면 사이의 거리는 50 nm-10 μm, 예를 들어 1-100 μm, 예를 들어 0.1 nm-10 mm, 예를 들어 1 nm-1000 μm, 예를 들어 1 nm-100 μm, 예를 들어 1 nm-10 μm, 예를 들어 10 nm-1000 μm, 예를 들어 10 nm-100 μm, 예를 들어 10 nm-10 μm, 예를 들어 0.1-1000 μm, 예를 들어 0.1-1000 μm, 예를 들어 0.1-100 μm, 예를 들어 0.1-10 μm, 예를 들어 1-1000 μm, 예를 들어 1-10 μm, 예를 들어 10-1000 μm, 예를 들어 10-100 μm, 예를 들어 10 μm 이하, 예를 들어 100 μm 이하, 예를 들어 200 μm 이하, 예를 들어 1000 μm 이하, 예를 들어 10 mm 이하인 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법이 제공된다.

또 다른 실시예에 있어서, 상부 층의 상면(upper surface)과 평행한 평면과 복수의 파열 스트립의 바닥(bottom)에 접한(being tangential) 평면 사이의 거리는 50 nm-10 μm, 예를 들어 1-100 μm, 예를 들어 0.1 nm-10 mm, 예를 들어 1 nm-1000 μm, 예를 들어 1 nm-100 μm, 예를 들어 1 nm-10 μm, 예를 들어 10 nm-1000 μm, 예를 들어 10 nm-100 μm, 예를 들어 10 nm-10 μm, 예를 들어 0.1-1000 μm, 예를 들어 0.1-1000 μm, 예를 들어 0.1-100 μm, 예를 들어 0.1-10 μm, 예를 들어 1-1000 μm, 예를 들어 1-10 μm, 예를 들어 10-1000 μm, 예를 들어 10-100 μm, 예를 들어 10 μm 이하, 예를 들어 100 μm 이하, 예를 들어 200 μm 이하, 예를 들어 1000 μm 이하, 예를 들어 10 mm 이하인 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법이 제공된다.

또 다른 실시예에 있어서, 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법이 제공되고, 예를 들어 장방형 초전도 요소의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은 층상 고체 요소의 상부층 및/또는 하부층 상에 초전도 물질 층을 위치시키는 단계(placing)를 추가로 포함하여, 언더컷 볼륨이 초전도 물질의 물리적으로 분리된 개별 라인들(individual lines)을 제공하는 단계를 추가로 더 포함하는 방법을 제공한다. 언더컷 볼륨이 초전도 물질의 물리적으로 분리된 개별 라인들(individual lines)을 제공하도록 층상 고체 요소의 상부층 및/또는 하부층 상에 초전도 물질 층을 위치시키는 것의 이점은, 물리적으로 분리되고 이에 의해 AC 손실을 효과적으로 감소시키는 초전도 물질의 복수의 라인들을 제공할 수 있다는 것일 수 있다. 가능한 이점은 물리적 분리를 실현하기 위해 초전도 물질을 제거할 필요가 없기 때문에, 낮은 물질 소비가 가능하다는 것이다.

또 다른 실시예에 있어서, 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법이 제공되고, 예를 들어 장방형 초전도 요소의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은, 다음을 위치시키는 단계, 예를 들어 증착하는 단계(depositing)를 추가적으로 더 포함하고,

- 층상 고체 요소의 상부 층 및/또는 하부 층 상의 버퍼 물질 층, 및

- 상기 버퍼 물질 층 상의 초전도 물질 층,

이에 의해 언더컷 볼륨이 초전도 물질의 물리적으로 분리된 개별 라인들을 제공하도록 하는 방법이 제공된다.

층상 고체 요소의 상부 층 및/또는 하부 층 상에 버퍼 물질 층을 위치시키는 것의 가능한 이점은 버퍼 층의 최상단(top) 상에 초전도 물질 층을 위치시키는 것이 가능하다는 것이고, 상기 초전도 층의 초전도 특성들은 버퍼 층 상에 위치함으로써 상부 층 및/또는 하부 층 상에 직접적으로 위치시키는 것에 비하여 개선 및/또는 보호된다. 더욱 구체적으로, 버퍼 물질이 초전도 물질의 초전도 특성들을 향상시키는 관점에서 이로운 텍스쳐(texture)를 제공할 수 있기 때문에 상기 초전도 물질은 개선될 수 있다. 예를 들어 기판이 비교적 거친 기판을 갖는 경우, 상기 기판 상에 버퍼 층을 위치시키는 것은, 예를 들어 0.1 nm_RMS-10 nm_RMS의 (버퍼의) 거칠기(roughnesss)(이에 의해 그 표면에 초전도 층이 위치할 수 있는)를 갖는 것이 가능할 수 있다. 더욱 구체적으로, 버퍼 물질이 (초전도 특성들의 관점에서) 잠재적으로 해로운 요소들, 예를 들어 상부 층 및/또는 하부 층으로부터 초전도 물질로 확산되어 초전도 특성들을 저하시킬 수 있는 원자들, 이온들 및/또는 분자들에 대항하는 벽(barrier)을 제공할 수 있기 때문에, 상기 초전도 물질은 보호될 수 있다. 버퍼 물질 상에 초전도 물질 층을 위치시키는 것의 이점은 초전도 구조(superconducting structure)를 제공할 수 있도록 하는 것이다. 이를 통해 언더컷 볼륨이 초전도 물질의 물리적으로 분리된 개별 라인들 및/또는 버퍼 물질을 제공하도록 하는 것의 이점은 물리적으로 분리되고, 이에의해 AC 손실들은 효율적으로 감소시킬 수 있는 초전도 물질의 복수의 라인들을 제공할 수 있다는 것일 수 있다. (상부 층 및 하부 층의 평면에 직교하는 방향에 있어서의) 초전도 물질 층의 두께는 100 nm, 예를 들어 1000 nm, 예를 들어 3 μm, 예를 들어 5 μm, 예를 들어 100 nm-3 μm 범위, 예를 들어 100 nm-5 μm 범위일 수 있다. 비교적 얇은 초전도 층을 갖는 것의 이점은, 너무 두꺼운 층들은 부러지기 쉽고(brittle), 예를 들어 코일 내로 구부리고(bending)/감는(winding) 과정에서 파손될 수 있다는 것이고 이에 유의해야 한다. 매우 두꺼운 초전도 층들[화학식 YBa₂Cu₃O₇-x(YBCO)를 갖는 결정질 화합물(crystalline chemical compound)인, 이트륨 바륨 구리 산화물로부터 만들어진]은 더 얇은 층들과 비교하여 더 낮은 임계 전류 밀도(a lower critical current density)를 갖는 것으로 알려져 있다. 중간 버퍼 층들을 갖는 YBCO 멀티층들은 전체적으로 더 높은 임계 전류를 갖는 효율적인 두께의 초전도체 스텍(stack)을 제조하기 위한 하나의 방법이다.

전기적으로 디커플링된 인접 라인들을 갖는 것의 이점을 얻기 위해, 버퍼 물질 상에 위치할 때 초전도인 물질 층의 라인들은 인접한 라인들로부터 스스로 물리적으로 분리될 필요가 없는 것으로 이해된다. 사이의 물질의 대응되는 라인들은 초전도가 아닌 반면에, 버퍼 물질의 라인들이 분리됨으로써 초전도 물질 층이 오직 버퍼 물질 라인들을 따라(along)(및 위(above)) 초전도인 것으로 충분하다.

일 실시예에 있어서, 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법이 제공되고, 예를 들어 장방형 초전도 요소의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은, 층상 고체 요소의 상부 층 및/또는 하부 층 상에 초전도 물질 층을 위치시키는 단계, 예를 들어 증착에 의해 언더컷 볼륨들이 초전도 물질의 물리적으로 분리된 개별 라인들을 제공하는 단계를 추가적으로 더 포함하고, 상기 방법은 다음을 위치시키는 단계, 예를 들어 증착시키는 단계(depositing)를 추가적으로 더 포함한다:

- 초전도 물질, 예를 들어 초전도 물질의 최상단(top), 예를 들어 하부 층으로부터 이격된 초전도 물질의 측면 상의 버퍼 물질 층.

예를 들어 초전도 YBCO의 에피텍셜 성장(epitaxial growth) 및 강한 텍스쳐는 매우 두꺼운 층들(예를 들어 500 nm-5 μm 두께)에 대해 얻기가 어려울 수 있다. 높은 초전도 YBCO 층 두께에서 텍스쳐 및 에피텍셜 성장이 붕괴될 수 있음을 유의해야 한다. 초전도 물질 상에 (추가적인) 버퍼 물질 층을 위치시키는 것의 가능한 이점은, (추가적인) 버퍼 층이 다시 텍스쳐의 프랙션(fraction) 및 에피텍셜 성장의 레벨을 증가시키기 때문에, 추가적인 초전도 층의 초전도 성질들이 향상될 수 있다는 것이다. 그러므로 초전도 물질 상에 버퍼 물질 층을 위치시키는 것의 가능한 이점은 높은 품질의 초전도 막(film)들의 "스텍(stack)"을 형성하는 것이 가능하다는 것이다.

또 다른 실시예에 있어서, 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법이 제공되고, 예를 들어 장방형 초전도 요소를 제조하는 방법에 있어서, 초전도 물질 및/또는 버퍼 물질 층을 위치시키는 단계, 예를 들어 증착시키는 단계는 가시선 공정(line-of-sight process), 예를 들어 물리적 증기 증착 공정(a physical vapour deposition process), 예를 들어 펄스화 레이저 증착 공정(a pulsed laser deposition process), 예를 들어 RF 스퍼터링(RF sputtering), 예를 들어 E-빔 발산(E-beam evaporation), 예를 들어 IBAD(Ion Beam Assisted Deposition)이다.

"가시선(line-of sight)" 공정은 다른 위치(position), 예를 들어 기판 위(above)의 일 위치에서 직선을 따라 보이는 기판의 위치들 상에서만 물질의 증착을 가능케 하는 어떠한 공정으로 이해된다. 그러므로 "가시선" 공정은 증착된 물질이 증착에 앞서 직선들을 따르는 공정들 및 유사 효과를 갖는 증착의 공정들을 포함하는 것으로 넓게 해석된다. 특정 실시예에 있어서, 상기 가시선 공정은 다이(die) 코팅, 버블젯 코팅(bubble jet coating) 및 잉크젯 코팅(ink jet coating) 중 어느 하나이다.

가시선 공정을 이용하는 것의 가능한 이점은 물질이 오직 언터컷 볼륨들의 외부에 증착되는 것을 가능케 하고, 이로써 간단한 단계에서 동시에 언더컷 볼륨들의 외부에 물질들의 증착을 얻고, 언더컷 볼륨들 내에 물질의 증착이 없도록 하는 것을 가능케 한다는 것이다.

특정 실시예들에 있어서, "가시선"은 증착된 물질이 소스(source)로부터의 그 기원(origin)을 갖도록하고, 직선을 따라 그로 부터 증착된 위치까지 이동하게 하는 공정으로 이해된다. 다시 말해서, 어떠한 장애물(obstacles)도 가로지르지 않는 소스에 대한 직선을 그릴 수 있는 위치들 상에는 오직 증착된 물질만이 존재할 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 소스는 언더컷 볼륨들 위에 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 소스는 하부 층 위에서 매우 멀리 있어서, 소스로부터 언더컷 볼륨들 내의 다른 위치들까지의 가상 선들이 실질적으로 평행하다.

또 다른 실시예에 있어서, 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법이 제공되고, 예를 들어 장방형 초전도 요소의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은 초전도 물질 층 상에 션트 층(shunt layer)을 위치시키는 단계를 추가로 더 포함한다.

"션트 층(shunt layer)"은 높은 열 전도성 및 높은 전기 전도성을 갖는 초전도 물질 층 상에 위치하는 물질 층으로 이해된다. 션트 층을 갖는 것의 이점은 기저의(underlying) 초전도체가 특정의 위치에서 잘 전도되지 않는 경우, (높은 전도성) 션트 층을 통해 상기 (낮은 전도성) 위치를 통과함으로써 저항성 가열(resistive heating)로 인한 구조의 실패(a failure of the structure)를 피할 수 있다는 것이다. 상기 션트 층의 대표적인 물질들은 은(Ag) 및/또는 구리(Cu) 및/또는 금(Au)을 포함할 수 있다. 상기 션트 층은 초전도 물질 층에 대하여 화학적으로 활성이지 않다. 파열 스트립들과 연관된 언더컷 볼륨들이 또한 션트 층을 물리적으로 분리할 수 있고, 예를 들어 각각의 파열 스트립의 양 사이드 상의 션트 층 물질 및 파열 스트립 내의 션트 층 물질을 물리적으로 분리하여, 효율적으로 홈이 있는(striated) 션트 층을 형성하고, 예를 들어 션트 층을 션트 층 물질의 줄무늬로 전환하는 점에서, 언더컷 볼륨들은 션트 층에 대하여 이로울 수 있다. 홈이 있는 션트 층을 형성하는 것의 이점은, 언더컷 볼륨들에 의해 역시 분리되어 있는 초전도 물질의 라인들 사이의 높은 전도성 접촉(션트 층을 통한)을 제거할 수 있으면서도 여전히 외부 지지 구조(supporting structure)에 대한 열적 전도가 가능하고, 낮은 전도도(정상의 전류 방향과 평형한)의 포텐셜 위치들을 전류가 통과하는 것을 허용하며, 이에 의해 급냉(quench)의 상황에서 초전도체의 정상의 냉각 및 보호를 모두 가능케 한다는 것이다. 션트 층은 종래 알려진 방법, 예를 들어 증착(deposition), 스퍼터 증착(sputter deposition), 전기화학적 증착(electrochemical deposition), 갈바닉 증착(galvanic deposition), 또는 유사 방법들을 이용하여 초전도 물질 상에 위치시킬 수 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법이 제공되고, 예를 들어 장방형 초전도 요소를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은 기판, 버퍼 층 및/또는 초전도 물질 내에 가상 크로스-컷(virtual cross-cuts)을 도입하는 단계를 추가적으로 더 포함한다. 상기 가상 횡 크로스-컷(virtual transverse cross-cuts)들은 Zhang et al.,"AC Loss Reduction in Filamentized YBCO Coated Conductors With Virtual Transverse Cross-Cuts", IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 21, NO. 3, JUNE 2011, 3301-3306에 기재되어 있으며, 전체로서 본 명세서 상에 참조로서 삽입된다.

본 발명의 두 번째 양태에 따르면, 본 발명은 장방형 초전도 요소, 예를 들어 감소된 AC 손실을 갖는 초전도 테이프를 지지하는데 적합한 기판을 제공하고, 상기 기판은 다음을 포함한다:

다음을 포함하는 층상 고체 요소(layered solid element);

ㅇ 하부층, 예를 들어 니켈 기반 합금, 및

ㅇ 상부 층의 라인들, 예를 들어 가스-경화 층(a gas-hardened layer), 예를 들어 변형 경화 층(deformation hardened layer), 예를 들어 산화물 층(an oxide layer),

상기 상부 층의 라인들은 상기 하부 층에 인접하여 위치하고 부분적으로 하부 층을 덮으며,

상기 상부 층의 라인들 사이의 복수의 파열 스트립들은 상부 층의 라인들을 분리하고, 및

언더컷 볼륨들은 상기 상부층 및 상기 하부 층 사이에 존재하며, 각각의 언더컷 불륨은 파열 스트립을 따라 형성된다.

또 다른 실시예에 있어서, 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판이 제공되고, 상기 기판은 테이프이다.

본 발명의 세 번째 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 장방형 초전도 요소를 제공한다:

- 본 발명의 두 번째 양태에 따른 기판,

- 상기 기판상에 위치, 예를 들어 증착되어 언더컷 볼륨들이 초전도 물질의 개별 라인들을 물리적으로 분리하도록 하는 초전도 층.

본 발명의 네 번째 양태에 따르면, 본 발명은 본 발명의 세 번째 양태에 따르는 장방형 초전도 요소의 용도를 제공하고, 이는 자성 코일, 변압기, 제너레이터, 자기 공명 스캐너, 저온 유지 장치 자석(cryostat magnet), 입자 가속기(a particle accelerator), 대형 하드론 입자가속기(a large hadron collider), AC 파워그리드 케이블, 스마트 그리드 중 어느 하나이다.

본 발명의 다섯 번째 양태에 따르면, 본 발명은 본 발명의 첫 번째 양태에 따르는 방법을 수행하기 위한, 예를 들어 배열된, 장치를 제공한다.

본 발명의 첫 번째, 두 번째, 세 번째, 네 번째, 다섯 번째 양태는 각각 다른 양태들과 결합될 수 있다. 본 발명의 상기 양태들 및 다른 양태들은 이하에 설명된 실시예들을 참조하여 설명되고 명확해질 것이다.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:

(a) 본 발명은 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판 및 이의 제조 방법을 제공한다

(b) 본 발명의 기판을 이용하면, 감소된 AC 손실을 갖는 초전도 구조를 제공할 수 있다.

도 1은 전형적인 초전도 구조를 나타낸다.
도 2는 (a) 홈이 형성되지 않은 초전도체 및 (b) 홈이 형성된 초전도체를 나타낸다.
도 3은 제조 공정의 단계를 나타낸다.
도 4 및 도 5는 표준 저온 롤링 중(standard cold rolling)에 수행되는 변형(deformation) 단계를 나타낸다.
도 6은 제조 공정의 단계를 나타낸다.
도 7은 파열 스트립들의 치수들을 나타낸다.
도 8은 초전도 구조의 치수들을 나타낸다.
도 9 내지 도 13은 실시예 A의 방법에 따라 제공된 샘플을 나타낸다.
도 14는 실시예 A의 방법을 이용하여 제조한 샘플의 이미지를 나타낸다.
도 15는 상부 및 하부 롤을 나타내는 개념도를 나타낸다.
도 16은 실시예 B로부터의 코팅 및 롤링 파트를 이용하여 제조된 샘플의 평면도(top-view)를 나타낸다.
도 17은 실시예 B를 이용하여 제조한 샘플의 단면도를 나타낸다.
도 18은 실시예 C에 기재된 방법의 개념도를 나타낸다.
도 19는 실시예 F에 기재된 방법의 개념도를 나타낸다.
도 20은 실시예 I에 따른 방법의 개략적인 예시를 나타낸다.
도 21은 에칭 과정 동안 보호를 위해 막(film)이 이용되는 "실시예 A"를 이용하여 제조한 샘플의 평면(top-view)의 광학 현미경 이미지를 나타낸다.
도 22은 본 발명의 첫 번째 양태에 따르는 방법을 수행하기 위한 장치를 나타낸다.

본 발명의 첫 번째, 두 번째, 세 번째 및 네 번째 양태들은 첨부된 도면들과 관련하여 더욱 자세하게 기술될 것이다. 상기 도면들은 본 발명의 실시의 하나의 방법을 나타내고, 기재된 청구항 전체의 범위 내에서 이끌어 낼 수 있는 다른 가능한 실시예들을 제한하는 것으로 확장 해석되지 않는다.

도 1은 초전도 구조의 전형적인 구조를 나타내고, 이는 기판(106), 버퍼 층(104) 및 초전도 물질(102)를 포함하는 샌드위치 구조이다. 본 도면에서 전류는 z-방향으로 초전도 물질(102)을 통해 흐르는 것으로 가정된다.

초전도 물질이 비교적 넓은(wide) 물질 층인 경우, 예를 들어 넓은(wide) 평면 기판 상의 층으로서 형성되는 경우, 상기 초전도 층은 각각 큰 AC 손실을 보이고, 이는 단일(single)의 넓은(wide) 초전도 층이 복수의 비교적 좁은 라인들로 전환되는 것에 의해 감소될 수 있다(예를 들면 x-방향에서 측정된 상기 너비들이 본래의 넓은 층에 비하여 더 작은, yx-평면에의 횡단면을 갖는 라인들).

도 2는 초전도 물질의 평면도(top view)를 나타내고, 좌측면 (a)는 평면 층 상에 형성된 홈이 형성되지 않은 초전도체(208)를 나타내고, 우측면 (b)는 홈이 형성된 초전도체를 나타내고, 비-초전도 라인들(212)에 의해 인접한 초전도 물질 라인들로부터 분리되어 형성된 초전도 물질의 개별 라인들(210)을 나타낸다. 전류는 라인들과 평행한 방향으로 흐르고, 너비는 전류의 방향에 직교하는 방향의 라인들의 치수인 것으로 이해된다.

전자기 효과들로 인해, AC 손실들이 초전도 테이프에서 나타나고, 이 문제는 초전도체의 너비에 따라 확장된다. 결과적으로 상기 문제를 해결하기 위해 넓은 초전도체 층(도 2(b)의 초전도체 층과 같은)을 복수의 얇은 초전도체 라인들(도 2(a)의 분리된, 인접 라인들과 같은)로 대체하는 것이 제안된다.

도 3은 제조 공정의 단계들을 나타내고, 이에 의해 장방형 초전도 요소, 예를 들어 감소된 AC 손실을 갖는 초전도 테이프를 지지하는데 적합한 기판을 제조하는 방법을 나타낸다.

도 3a는 실질적으로 고정된 프라이머리 상부 층(314)을 갖는 프라이머리 고체 요소(202)의 사시도를 나타낸다.

일반적으로, as-rolled(또는 as-prepared) 조건에서, 예를 들어 최종의 두께에 가까운 두께를 갖는 프라이머리 고체 요소 물질(테이프/와이어/실린더)은 보호 환경 또는 공기 내에서 열 처리 동안, 완전히 또는 부분적으로 어닐링될 수 있다.

도 3b는 프라이머리 고체 요소의 측면도를 나타내고 프라이머리 고체 요소(202)의 측면을 볼 수 있다.

도 3c는 층상 고체 요소를 제조하는 방법 단계를 나타내고, 상기 방법 단계는 프라이머리 상부 층(314)의 상위부를 경화시키는 것에 의해, 예를 들어 가스 경화 공정에서, 도면에 나타낸 것처럼 프라이머리 상부 층(314)으로 확산되는 가스 원자들(318)에 의해 경화시키는 것에 의해 층상 고체 요소의 상부 층(316)을 형성하는 단계를 포함한다. 프라이머리 고체 요소(202)의 하위부는 하부 층(303)으로 지칭된다. 대안으로서, 경화(hardening)는 프라이머리 상부 층(314)의 상위부를 도핑하는 것 또는 산화(oxide) 또는 질화(nitride) 층의 제조를 이용하여 수행될 수 있다.

그러므로 도면은 층상 고체 요소를 제조하는 방법을 나타내고, 상기 층상 고체 요소는 하부 층(303), 예를 들어 니켈 기반 합금, 및 상부 층(316), 예를 들어 가스-경화 층을 포함하고, 상기 상부 층은 하부 층에 인접하여 위치하고, 적어도 부분적으로 하부 층을 덮는다.

표면 경화(또는 표면 도핑)는 상부 층(316)과 하부 층(303)(예를 들어, 벌크 물질) 사이의 에칭율을 유의하게 변경시키기 위해 수행된다. 이는 표면 영역(예를 들어, 10-1000 nm)에서 질소 원자들의 용해(dissolution)을 이용함으로써 달성될 수 있다. 실제 층의 두께는 서로 다른 도핑 원자, 기간, 온도 및 압력을 인가하여 최적화시킬 수 있다.

도 3d는 변형 단계를 위한 준비를 보여주고, 상기 변형 단계는 압력을 가하는 단계, 예를 들어 저온 롤링 단계이고, 프레싱 요소(320)는 상부 층(316) 내로의 힘(322)에 의해 상부 층(316)을 통하여 하부 층(303)내로 압력이 가해질 준비가 되어 있다. 게다가 도면은 하부 층(303)의 두께(360), 및 상부 층의 두께(362)를 나타낸다. 양 두께들은 y-방향으로 측정된다.

도 3e는 압력을 가하는 단계를 나타내고, 프레싱 요소(320)는 상부 층(316)으로의 힘(322)으로 상부 층(316)을 통해 하부 층(303) 내로 압력이 가해진다.

그러므로 도 3d-e에서는 변형 공정의 예를 나타내고, 상부 층(316) 내의 복수의 파열 스트립이 형성된다(비록 도면에는 오직 하나만이 보여지더라도).

본 방법에서, 좁은 줄무늬들(예를 들어, 너비 10-100 μm 및 깊이 1-100 μm)을 갖는 표면 프로필은 기계적 변형(예를 들어, 저온 롤링)에 의해 준비될 수 있다. 언더-에칭에 대한 가장 적절한 프로필을 제조하기 위한, 미리 언급된 어닐링 절차를 통해 모서리 날카로움에 대하여, 최종적인 프로필은 최적화 될 수 있다.

도 3f는 압력을 가하는 단계 이후의 상황을 나타내고, 하부 층(303)의 복수의 노출된 영역(323)이 형성되고, 각각의 노출된 영역은 파열 스트립을 따라 형성된다. 상부 층은 상위부(324, 326)와 하위부(317)로 나누어 진다.

도 3g는 노출된 영역(323)의 에칭 후의 상황을 나타내고, 이에 의해 상부 층(324, 326) 및 하부 층(303) 사이의 언더컷 볼륨(330, 332)을 갖는 파열 스트립(328)을 형성하는 공동(cavity)을 형성하며, 예를 들어 위에서 바라볼 때 가려진 하부 층의 부분들을 형성하고, 각각의 언더컷 볼륨이 파열 스트립을 따라 형성되며, 에칭액은 하부 층(303)에 대한 에칭율이 상부 층(316)(또는 분리된 부분들(324, 326, 317)에 대한 에칭율보다 더 높은 것이 이용되었다.

에칭은 산성 용액(예를 들어 3H₂O:2HNO₃:HF)에서 대략 5분간, 예를 들어 5분간 기판 물질을 딥핑(dipping)하는 것에 의해 수행될 수 있다. 표면 거칠기(roughness)의 감소를 또한 가능케 하는 실험에서 적용된 개별 산(individual acid)의 에칭율(etching rate)을 조절하기 위해 추가로(또는 딥핑 대신) 전기-폴리싱(electro-polishing) 단계가 도입될 수 있다. 잔류 산(Residual acid)은 증류수/에탄올을 흘려줌으로써 제거하였다.

최종적인 표면 프로필, 프로필 단면 및 표면 텍스쳐는, 마이크로텍스쳐를 측정하는 수단, 예를 들어 EBSD(equipped with an Electron Backscatter Diffraction Detector)를 구비한 SEM(scanning eletron microscope)을 이용하여 관찰할 수 있고, 이는 특정 실시예에서 텍스쳐를 측정하고 분석하기 위한 소프트웨어, 예를 들어 HKL Technology-Channel 5 소프트웨어를 이용할 수 있다. 텍스쳐 측정들은 텍스쳐화된 기판 물질들에 대해서만 필요함을 유념한다.

도 3h는 도 3G에서의 상황과 유사한 상황을 나타내고, 또한 상부 층(316)의 분리된 부분들(324, 326, 317)은 제거되었다.

도 4 및 도 5는 표준 저온 롤링 중(standard cold rolling)에 수행되는 압력을 가하는 단계(pressing step)를 나타낸다.

도 4는 상부 롤(416) 및 하부 롤(418)을 통해 처리되어 더 얇은 요소(420)로 전환되는 비교적 두꺼운(thick) 요소(414)를 나타낸다.

도 5는 롤링의 더 구체적인 실시예를 나타내고, 프로필 롤러(516)는 성형되어 소정의 방향(522)으로 롤링할 때, 요소(514)의 선택된 부분들만을 압력을 가하도록 하며, 이에 의해 복수의 압축된 스트립들을 형성한다.

RABiTS(Rolling Assisted Bi-axially Textured Substrates)가 기술에 대한 예시로서 제공된다.

기계적 롤링이 금속 바에 적용되고 테이프 모양으로 롤링된다(참조: 도 4). 어닐링이 고온에서 연속적으로 수행되고, 두-단계 어닐링 시퀀스는 텍스쳐 형성에 유용하다. 그런 뒤 RABiTS는 예를 들어 가스 노(gas furnace) 내에서(참조: 도 3C) 표면을 경화, 도핑 및/또는 산화시키고, 이는 또한 어닐링 처리로서 작동될 수 있다. 어닐링 열 처리 전/후의 테이프 제조의 마지막 단계에서, 프로필들(참조: 도 3D-E 및/또는 도 5)은 프로필 롤러[롤러(516)과 유사한]에 의한 추가적인(extra) 롤링 단계를 도입함으로써 형성될 수 있다. 에칭이 릴-투-릴 에칭-베스(reel-to-reel etching-bath) 시스템을 이용하여 수행되고, 이어서 증류수/에탄올로 세척하였다. RABiTS 표면 품질은 (몇몇 생산들에 대해서) 전기화학 폴리싱(electropolishing)에 의해 최적화됨을 유념한다.

도 6은 장방형 초전도 요소를 제조하는 제조 공정의 단계를 나타낸다.

도 6a는 도 3H의 상황과 유사한 상황을 나타낸다.

도 6b는 층상 고체 요소의 하부 층(303) 상의 버퍼 물질층(640)을 위치시키는 단계, 예를 들어 증착하는 것을 나타낸다. 하부 층(303) 및 버퍼 물질(640)은 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 대표적 기판(600)을 형성한다.

세라믹 버퍼 층 스텍(예를 들어, 텍스쳐 기판에 대한 Y₂O₃/YSZ/CeO₂) 및 초전도 층(예를 들어, YBa₂Cu₃O₇)은 층상 고체 요소의 하부 층(303) 상에 위치시킬 수 있고, 예를 들어 증착, 예를 들어 표준 세팅(standard settings)을 이용하는 PLD(pulsed laser deposition)에 의해 증착시킬 수 있다.

도 6c는 언더컷 볼륨들이 초전도 물질의 물리적으로 분리된 개별 라인들을 제공하도록, 버퍼 물질 상에 초전도 물질층(642, 644, 646)을 위치시키는 단계를 나타낸다. 파열 스트립 및 기판 물질 층 사이의 거리(648)는 버퍼 물질 상의 초전도 물질 층의 나누어진 부분들(642, 644, 646)이 물리적으로 나누어진 것을 확실히 하기에 충분히 큰 것으로 이해된다.

세라믹 버퍼층들 및 초전도 층(적어도 하나의 층은 물리적 증발 기술/방향성 증착에 의해 증착된다)의 증착은 오직 기판의 수평면들(horizontal surfaces) 상에만 물질을 증착시킨다. 완성된 스트립 디커플링이 언더컷 볼륨들을 통해 얻어지고, 게다가 물질 사용은 최소화된다. 초전도 층의 최상단 상에 추가된 추가 층들(은/구리) 또한 디커플링된다.

임계 전류 밀도(J_c), 임계 전류(I_c), AC-손실(W) 및 주파수 의존성(F_d)에 대한 초전도 물질의 능력은 진동하는 샘플 측정(vibrating sample measurement) 및 다양한 적용 필드(various applied fields) 및 온도들에서의 작은 모델 샘플들(5×5 mm²) 상의 운반 측정에 의해 측정될 수 있다. 전체 스케일, 예를 들어 초전도 테이프는 코일 내로 감길 수 있고, 다양한 자기장 및 전송 전류를 적용 적용하여 77 K에서 시험할 수 있다.

본 발명의 실시예들의 가능한 이점은 더욱 큰 임계 전류(Ic)가 특정 너비를 갖는 구조를 지지할 수 있다는 것이다. 초전도 물질 층의 분리 부분들(642, 644, 646)의 전체 너비가 종래 기술 용액들에 비하여 비교적 크다는 것이고, 초전도 물질의 라인들 사이의 물질은 도 2에서 보인 실시예에서와 같이 비-초전도이며, 홈이 형성된 초전도체의 전체 너비(참조: 도 2(b))는 홈이 형성되지 않은 초전도체(non-striated superconductor)(참조: 도 2(a))의 너비의 대략 절반이다. 본 발명의 실시예들과 비교하여, 초전도 물질이 파열 스트립들의 사이 및 내(within)에 모두 위치하므로, 홈이 형성된 초전도체의 전체 너비는 홈이 형성되지 않은 초전도체의 너비의 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 0.95, 또는 0.99 배 이상 이다.

도 7은 파열 스트립들의 치수를 나타낸다. 비록 도면이 하부 층(703)에 형성된 추가적인 파열 스트립(328)을 나타내고 있지만, 본 도면은 도 3H 또는 도 6A와 유사한 상황을 나타낸다. 게다가 하부 층의 상면(upper surface)과 평행한 평면 및 복수의 파열 스트립들의 바닥과 접하는 평면 사이의 거리(748)는 y-방향에서 측정된 하부 층에서의 파열 스트립들의 깊이 이내이다. 게다가 x-방향에서 측정되는 하부 층 내의 파열 스트립들의 너비(750)를 나타내고, 상기 너비는 대표적 실시예로서 1 μm, 예를 들어 2 μm, 예를 들어 5 μm, 예를 들어 10 μm, 예를 들어 30 μm, 예를 들어 100 μm, 예를 들어 1 mm, 예를 들어 1 μm-1 mm이다. 게다가 x-방향에서 측정된 복수의 파열 스트립들 중의 인접한 파열 스트립들 사이의 거리(752)를 나타낸다.

도 8은 그의 너비(856)보다 유의하게 작은, 예를 들어 10, 100 또는 1000 배 더 작은 두께(854)(y-축에 놓인, 첫 번째 치수를 따르는 길이)를 갖는 초전도 구조의 치수들을 나타내고, 너비(856)는 z-축에 평행한 세 번째 치수를 따르는 길이보다 유의하게 더 작으며, 예를 들어 10, 100, 또는 1000배 더 작다. 게다가 본 도면은 하부 층(803)의 최상단 상의 초전도 물질의 두 층(842, 844)을 나타낸다. 대표적 실시예에서의 두께(854)는 10 μm, 예를 들어 20, 예를 들어 50 μm, 예를 들어 100 μm, 예를 들어 1 mm, 예를 들어 10 μm-1 mm이다. 대표적인 실시예에서의 너비(856)는 특정 실시예들에서 1 μm, 예를 들어 10 μm, 예를 들어 100 μm, 예를 들어 1 mm, 예를 들어 10 mm, 예를 들어 100 mm, 예를 들어 1 m, 예를 들어 1 μm-1 m이다. 특정 실시예들에서 길이(858)는 1 m, 예를 들어 100 m, 예를 들어 1 km, 예를 들어 20 km, 예를 들어 100 km, 예를 들어 100 km 이상, 예를 들어 1 m-30 km, 예를 들어 1 km-30 km일 수 있다.

실시예

실시예 A: "코팅-컷-에칭된"-테이프

A1. 상부 층을 제공하는 단계: 표면 층 /코팅

출발 물질은 상업적으로 이용가능한 Hastelloy C276 테이프이고, Stahlwerk Ergste Westig GmbH로부터 공급되고, 어닐링되고, 밝은 표면 마무리(a brighr surface finish)를 갖는다. 하스텔로이 테이프는 프라이머리 고체 요소로 간주될 수 있다. 전형적인 치수들(길이 ~100 mm, 너비 ~10 mm 및 두께 ~0.1 mm)을 갖는 샘플들을 25분간 아세톤과 에탄올의 혼합물(10:1)을 이용하여 초음파 수조(ultrasonic bath) 내에서 세척한 뒤, 에탄올에서 딥핑하였고, 압축 공기로 건조시켰다. 이어서 샘플들은 3시간 동안 표면 층/코팅(산화물/질화물)의 성장 동안 충분한 양의 새로운 공기를 공급하기 위해 팬을 구비한 열린 튜브 노(open tube furnace) 내에서 800-1000℃에서 가열 처리 하였다. 표면 층은 상부 층으로 간주될 수 있다. 테이프 사이드들, 예를 들어 테이프의 평면과 평행한 양 사이드가 샘플 홀더들과 접촉하지 않도록, 쿼츠-기반(quartz-based) 홀더는 샘플의 수직 위치선정(upright positioning)을 가능케 한다.

이는 일반적으로 불균일하고, 거친, 다공성의 표면 층(산화물/질화물)을 초래할 수 있기 때문에, 아래쪽 방향의 일 사이드로 테이프가 위치하는 것을 피하는 것이 이로울 수 있다.

A2. 파열 스트립들의 형성 단계: 컷팅 파열 라인들

산화물/질화물 코팅된 테이프의 표면 층에 약 1 mm로 간격으로, 평행한 파열 라인들을 수동으로 자르기 위해 표준 메스(scalpel) 및 플라스틱 자를 이용하였다. 육안으로 관찰하는 동안 밝은 라인들이 명확히 보일 때까지, 하나 또는 그 이상의 절단을 일반적으로 수행하였다. 밝은 라인들은 노출된 영역들이 형성된 것을 나타낸다. 약 20 mm의 길이를 갖는 더 짧은 샘플들을 표준 종이 가위를 이용하여 테이프로부터 절단하였다.

더 이상 표면층으로 코팅하지 않을, 컷팅에 의해 생성된 샘플 말단은 Kapton® 막들을 이용하여 보호하였다. 약 1 mm가 상기 말단 주위에서 파열 라인들을 갖는 영역 상으로 접혀 있고, 또한 샘플들의 뒷면 상에 단단히 적용되고, 이에 따라 일반적으로 샘플 뒷면을 또한 덮는다.

A3. 노출 영역들을 에칭하여 언더컷을 형성하는 단계: 언더컷 에칭

20℃에서 50 ml의 15% 질산(HNO₃)을 갖는 유리 컨테이너를 표준 플라스틱 코팅된 자성 교반기를 이용하여 교반하였다. 하나의 스테인리스 강 전극(규격; 길이=50 mm, 너비 = 10 mm 및 두께 = 2 mm)을 유리 컨테이너 내에 위치시키고, 전원의 마이너스 출력에 연결시켰다. 테이프 보호의 말단 반대쪽에 위치한 엘리게이터 클립을 이용하여 전원의 양의 단부에 샘플을 연결시켰다. 샘플 및 스테인리스 강 전극 사이의 거리는 약 20 mm였다. 전류계는 전원 및 엘리게이터 클립 사이에 삽입시켰다. 클립과 샘플 사이의 충분한 전기적 접촉을 보장하기 위해 클립을 단단히 고정시키는 동안 샘플은 움직임을 보였다.

샘플의 약 10 mm가 산(acid) 내에 담갔고, 전류, 예를 들어 400 mA, 425 mA 또는 450 mA(약 2 V의 전압을 갖는)의 전류를 60 초 동안 인가하였다. 이어서 샘플을 세 개의 별개의 수조를 이용하여 세척하였고, 세척 단계는 약 2분간 각각의 수조에서 헹구는 단계를 포함하였으며, 최종적으로 종이 티슈를 이용하여 샘플을 건조시켰다.

은( silver ) 층 증착( 실시예 A에서 선택된 샘플들만을 적용)

은 증착에 대한 샘플들을 접착 카본 패드 또는 작은 금속 홀더를 이용하여 장착시켰다. 실시예 A에 기재된 방법을 이용하여 제조한 샘플을 물리적 증발 증착(E-beam evaporation, Alcatel machine)을 이용하여 은 층으로 코팅하였다. ~7Å/초 증착률 및 ~6×10⁶ mbar 압력 조건에서 500 nm 두께 은 층을 제조하였다.

결과

도 9-13은 실시예 A의 방법에 따라 제조된 샘플을 보여주고, 프로필은 1분간 450 mA가 인가된 15% HNO₃에서의 에칭에 의해 형성시켰다. 도 9-13에서 샘플들 상에 은이 증착되지 않았다.

도 9는 "실시예 A"(관찰 각이 도 3F와 유사)로부터의 코팅 및 컷팅 파트를 이용하여 제조한 샘플의 단면의 광학 현미경 이미지를 나타낸다. 이 샘플은 이미지를 얻기 전에 에칭되지 않았음을 유념해야한다. 상부 층에서의 클리어 오프닝(924)은 노출된 영역(923), 예를 들어 하부 층(903)의 노출된 영역이 제공되도록, 컷팅이 수행된 위치에서의 상부층의 중간, 예를 들어 상부 표면 층(upper surface layer)(산화물 층)에 제시된다.

도 10은 "실시예 A"로부터의 코팅 및 컷팅 파트를 이용하여 제조한 샘플의 상단에서 바라본 스캐닝 전자 현미경 이미지이다. 본 샘플은 이미지를 얻기 전에 에칭하지 않은 것을 유념한다. 상부 층, 예를 들어 표면 층(산화물 층)은 변형되고, 표면층은 컷팅이 수행된 위치로부터 제거 및/또는 운반된다. 밝은 중앙 스트립(bright center strip)은 하스텔로이 금속 테이프 내로 열린다.

도 11-13은 "방법 A"를 이용하여 제조한 샘플의 단면의 광학 현미경 이미지(예를 들어 도 7과 바라보는 각이 일치하는)이다. 프로필은 450 mA가 인가된 15% HNO₃ 내에서 1분 동안 에칭하여 형성시켰다.

언더컷 프로필은 하스텔로이 금속 테이프에서 제조되었고, 표면 층 코팅 및 메탈 테이프 사이의 유일한 특성은 아니고, 예를 들어 언더컷 볼륨들은 하부 층의 남아있는 부분들 아래에 있다.

도 11은 두 언더컷 프로필들, 예를 들어 에칭된 볼륨들(1128a, 1128b)를 나타낸다. 언더컷 프로필들은 하스텔로이 금속 테이프, 예를 들면 하부 층(903) 내에서 제조된다.

도 12는 도 11에서의 좌측 에칭 볼륨(1128a)의 확대를 나타낸다. 화살표는 언더컷 프로필 가장자리(1229)를 나타낸다.

도 13은 도 12로에서의 좌측 에칭 볼륨(1128a)의 확대를 나타낸다. 언더컷 볼륨(1330)은 ~20 μm 너비이고, 이는 물리적 증발 증착 층을 물리적으로 분리시키기에 충분하다(이는 도 14에서 은(silver) 층에 의해 입증되었다). 본 도면은 또한 상부 층의 남아있는 부분(1324)을 나타낸다.

도 14는 "실시예 A"를 이용하여 제조한 샘플의 단면의 광학 현미경 이미지를 나타내고, 프로필은 425 mA 인가된 15% HNO₃에서의 1분간 에칭에 의해 제조된다.

게다가 500 nm 은 층(1464, 1466)은 은(silver) 소스 위에 평행하게 위치한 샘플 상에 증착되고, 예를 들어 정상의 샘플 표면은 은 소스로부터 가시선(line-of-sight) 방향에 평행하다.

은 층은, 하스텔로이 금속 테이프인 하부 층(1403) 및 산화물/질화물 표면 코팅인 상부 층(1424) 사이의 언더컷 특성에서 기인한 프로필의 좌 측면에서의 간격(1465)에서 나타낸 바와 같이 물리적으로 분리된다. 중요하게도 약 5 μm의 언더컷 특성(주어진 도면에서 상부층(1424)의 튀어나온 남아있는 부분에 의해 주어지는)은 상부층(1424)의 최상단 상의 은 층(1464) 및 에칭 볼륨의 바닥의 은 층(1466)의 유의한 분리를 형성하기에 충분하다.

실시예 B: "코팅-롤-에칭된"-테이프

B1. 표면 층 /코팅

A1과 동일하다.

B2. 롤링/파열 라인들

본 방법에 있어서 파열 라인들을 제조할 때, 프로필-롤의 특별한 세트를 이용하였고, 도 15는 롤의 개략도를 나타낸다.

도 15은 상부 프로필 롤러(upper profiled roller) 및 하부 롤러(lower roller)(1518)인 상부 롤(upper roll)(1516)을 보여주는 개략 도이다. 상부 프로필 롤러의 곡선 파트의 내부 파트 및 곡선 파트 롤의 가장자리 사이의 높이 차이(1519)는 10 μm이다. 도면은 정확한 스케일로 그려진 것이 아님을 유념한다.

코팅된 테이프는 윤활 없이 낮은 롤링 속도로, Clyburn 스패너(Swedish 형태)의 세트를 이용하여 수행되는 롤링에서 처럼, 수동으로 롤링하였다. PPR(per pass reduction)은 대략 1-20 μm였다. 롤링 속도는 대략 초당 10 mm였다. 밝은 라인들(bright lines)(노출된 영역을 나타내는)은 프로필 롤의 가장자리가 테이프를 변형한 위치에서 명백하고, 이어지는 관찰 동안 볼 수 있다. 라인들은 테이프의 길이에 대하여 수직인 단계적 프로필에 수반된다.

B3. 언더컷 에칭

본 샘플은 120초 동안 에칭한 것을 제외하고 A3와 동일하다.

결과

도 16은 "실시예 B"로부터의 코팅 및 롤링 파트를 이용하여 제조한 샘플의 상단에서 바라본 스캐닝 전자 현미경 이미지이다. 표면 층(산화물 층)이 파열된 롤링 라인들은 밝은 줄무늬들(1668)로 명확히 보인다. 다중 롤 라인들(밝은 라인들)은 본 도면에서 보이고, 개별 프로필의 표면, 예를 들어 롤-제조 공정의 결과인 많은 더 작은 트랙들(tracks)로 구성된 각각의 단일 곡선 프로필 파트로부터 기인한다.

롤 프로필은 도면 상의 상위부와 접촉하지 않고, 따라서 여기에서 줄무늬들이 관찰되지 않는다.

도 17은 "실시예 B"를 이용하여 제조한 샘플의 단면의 광학 현미경 이미지이다. 프로필은 450 mA 적용된 15% HNO₃에서 2분 동안 에칭함으로써 형성되었다. 언더컷 프로필, 예를 들어 언더컷 볼륨(1730)(검은 화살표로 나타낸)은 하스텔로이 금속 테이프, 예를 들어 하부 층(1703)에서 명확히 나타난다. 언더컷 볼륨은 하부 층의 남아있는 부분들 아래에 있다. 산화물 층(표면 층)은 본 샘플(참조: 흰 화살표), 예를 들어 상부 층(1724) 상에서 제거되지 않는다.

대안적 실시예들 : 실시예 C, D, E, F

일반적으로 Kapton® 막은 모든 제조 방법들에 대한 추가적인 단계로서, 예를 들어 프로필이 존재하지 않는 영역들, 예를 들어 파열 스트립들 또는 노출된 영역들 상에 위치하는 경우 최종 폴리싱을 최소화하기 위해 적용될 수 있다.

실시예 C: "롤-코팅-컷/컷-롤-1"

C1 . 프로필 롤링

샘플은 도 15에 나타낸 것과 유사한 프로필 롤[예를 들어 10 μm인 롤의 깊이(1519)를 갖는 "컷팅-모서리"를 갖거나/갖지않는]을 이용한 코팅에 앞서 롤링된다.

C2 . 상부 층의 형성: 표면 층 /코팅

최초(C1) 롤링 후에 표면 코팅이 준비된다(A1 참조 또는 예를들어 Kapton®막을 이용하여). 본 표면 층은 전체 샘플 표면을 덮는다.

C3 . 파열 스트립의 형성: 컷팅 /컷-롤링/ 그라인딩

이어지는 컷팅 또는 컷-롤링(날카로운 컷팅-프로필을 갖는 롤, 도 15 참조)은 프로필의 바닥에서 수행되고, 예를 들어 프로필의 바닥의 표면 코팅의 수평 파트의 오직 작은 파트 또는 도 18에 보인 것과 같이 프로필의 바닥의 전체 표면 코팅을 제거하여 수행된다.

도 18은 실시예 C("롤-코트-컷" 방법)에서 설명된 방법의 개략도이다. 하위 도면 a-d는 다음을 나타낸다: (a) 롤링된 샘플, (b) 표면 코팅 후, (c) 컷팅 후 및 (d) 에칭 후.

실시예 C에서 롤링 단계(C1)가 컷팅 단계(C3)에 앞서는 반면에, 그 반대, 예를 들어 컷팅이 롤링에 앞서는 단계들의 순서도 가능하다.

C4 . 언더컷 -에칭

A3과 동일하다.

실시예 D: "코트-롤-컷"

실시예 C와 유사하지만 최초의 프로필 롤링(C1) 없이 가능하고, 언더컷-프로필이 형성될 수 있는 위치들에서 표면 층을 열고/파괴하기에 좋은 롤링/컷-롤링 후에 추가적인 컷팅 단계가 도입된다. 본 단계에 이어 에칭 단계가 이어지고, A3을 참조할 수 있다.

실시예 D의 이점은 상부 층이 최초 롤링/컷-롤링에서 파괴되지 않는 경우에, 그것은 추가적인 컷팅 단계에서 깨질 수 있다는 것이다.

실시예 D에서 롤링/컷-롤링이 컷팅 단계에 앞서지만, 반대도 또한 가능하다.

실시예 E: "코트-컷"

상부 층이 보호 층, 예를 들어 UV 리쏘그래피에 대한 표준 포토레지스트, Kapton® 막 또는 스카치 테이프에 의해 제공된다.

예를 들어 포토레지스트의 보호 층[예를 들어 다이 슬롯 코팅(die slot coating) 또는 딥 코팅(dip coating)을 이용하여 제조된] 또는 Kapton® 막, 또는 스카치 테이프가 샘플 표면(예를 들어 하부 층)으로 적용된다. 파열 라인들은, 보호층 내로의 컷팅 또는 롤-컷팅 라인들, 그리고 이어지는 제거, 예를 들어 평행하지만 분리된 예를 들어 Kapton® 막 영역들에 의해 샘플 표면이 덮히도록, 보호 층의 얇은 스트립들 각각을 제거하는 것에 의해 만들어진다. 샘플은 A3에서 처럼 에칭된다.

실시예 F: "테이프- 에치 ( etch )-왁스- 에치 ( etch )"

출발 물질, 예를 들어 하부 층(예를 들어 하스텔로이 테이프)은 Kapton® 막[또는 왁스 또는 래커(lacquer)]으로 금속 테이프의 길이에 평행한 줄무늬들로 코팅된다. 상기 줄무늬들은 예를 들어 1 mm 너비이고 예를 들어 1 mm 간격으로 위치한다. 그리고 나서 샘플은 에칭되고(A3 참조), 세척되며, 이어서 건조되었다. 추가적인 Kapton® 막 줄무늬들(또는 왁스 또는 래커)을 도 19에 나타낸 바와 같이 첫 번째 Kapton® 막 줄무늬들과 같은 위치들에 위치시켰으나, 상기 줄무늬들은 예를 들어 200 μm 너비이고, 예를 들어 두 번째 Kapton® 막 너비는 1.2 mm이다.

도 19는 실시예 F("테이프-에치-왁스-에치")에서 설명한 방법의 개략도이다. 하위 도면 a-e는 다음을 나타낸다: (a) 줄무늬로 코팅된 샘플, (b) 에칭 후, (c) 추가적 코팅 후, (d) 두 번째 에칭 후, (e) 코팅의 제거 후.

대안적으로 두 번째 코팅(예를 들어 단계(c) 참조), 예를 들어 두 번째 Kapton® 막, 왁스 또는 래커가 Kapton® 막 및 금속 테이프 사이의 교차점에서만 적용된다. Kapton® 막은 샘플에, 예를 들어 브러쉬 또는 고무 롤을 이용하여 단단히 부착될 것이고, 그 뒤 다시 에칭된다(A3 참조). 언더컷 프로필은 두 번째 에칭 공정 동안 형성된다.

추가적인 실시예들

다음의 실시예들은 하나 또는 그 이상의 이전의 실시예들과 결합될 수 있는 방법 단계들을 포함한다:

실시예 G: 코팅/ 산화물 층을 제거하는 방법

본 방법 단계는, 예를 들어 A1에 기술된 방법 단계를 포함하는 실시예들과의 조합에서 적용가능하고, 상부층은 산화물/질화물 층인 표면 코팅으로서 형성된다.

샘플을 산 컨테이너에 위치시키는 동안 펄스화되고 교류화된 전류의 조합을 이용하고, 최종적으로 초음파 에탄올/아세톤/물 수조를 이용함으로써, 상기 표면 코팅을 제거하였다.

더욱 구체적으로, 상기 샘플을 15% 농도의 HCl, HNO₃ 또는 완충된 HF 산 내로 약 10 mm 담갔다. 전류 레벨은 50 mA 및 500 mA 사이(전압은 1-20 볼트, 예를 들어 ~ 2 볼트)에서 세팅되었고, 양성(positive) 출력이 샘플로부터 약 20 mm에 위치한 스테인리스 강 전극에 연결된 반면에, 음성(negative) 전원 출력이 샘플에 연결되었다. 출력은 층 제거의 약 10초 후에, 양성 출력이 샘플에 연결되고 스테인리스 강 전극에 음성 출력이 연결되도록 반전되었다. 전류의 방향을 반전시키는 상기 절차는 샘플이 표면 코팅 층으로부터 사실상 제거될 때까지 수행하였다. 시간은 일반적으로 30초에서 5분이 걸렸다. 잔여물들은 초음파 세척 절차(3 분 동안 에탄올, 아세톤 또는 물에서)에서 제거하였다. 표면 층(예를 들어 상부 층이 산화물/질화물 층인 경우들에서 상부 층)에 대한 기계적 변형, 예를 들어 롤링 단계는 코팅-제거 공정을 도울 수 있었다.

실시예 H: 전기- 폴리싱의 방법

표면 층, 예를 들어 상부층을 제거한 후, 예를 들어 버퍼 및/또는 초전도 층들의 추가적 증착에 특별히 적용가능할 수 있는 부드러운 표면 조건을 얻기 위해 추가적인 전기-폴리싱이 요구될 수 있다. 전해질은 예를 들어 H₃PO₄, HCl 및 H₂SO₄로 구성된 그룹 또는 유사 전해질로부터 선택될 수 있다.

당업자는 상기 절차를 수행할 수 있을 것이고, 상기 절차에 대한 표준이 되는 " Electropolishing Stainless Steels ", by Alenka Kosmac, Euro Inox, Materials and Applications Series, Volume 11, ISBN:978-2-87997-310-4를 참조할 수 있고, 상기 내용은 전체로서 본 명세서에 통합된다.

실시예 I: 전기- 폴리싱 동안의 언더컷 -프로필 보호

변성 언더컷-프로필을 초래하지 않는 샘플 표면의 유의한 전기-폴리싱을 보장 하기 위해, 다음의 방법들이 이용될 수 있다:

보호 방법-I.A:

접착 면을 갖는 보호 막(film), 예를 들어 Kapton® 막은, 도 20에 나타낸 것 처럼 폴리싱된 영역의 작은 프랙션만을 덮을 수 있도록, 프로필 가장자리에 위치할 수 있다. 그러므로 샘플 표면은, 예를 들어 테이프 상에서 부드러운 브러쉬들의 세트를 이용함으로써, 표면에 단단히 부착된 평행하고 얇은 보호 막들로 덮일 수 있다.

도 20은 에칭된 볼륨(2028) 파트로서의 언더컷 볼륨을 갖는 하부 층(2003)을 나타내는 개략도이다. 언더 컷 볼륨에 인접한 하부 층의 부분은 보호 층(2068), 예를 들어 Kapton® 막, 래커 또는 왁스로 덮인다.

도 21은 "실시예 A"를 이용하여 제조된 샘플의 상단에서 바라본 광학 현미경 이미지를 나타낸다. 프로필은 450 mA 적용된 15% HNO₃에서 1분 동안 에칭함으로써 형성되었다. 점선(2169)는 에칭 단계 동안 보호 Kapton® 막의 위치를 나타낸다(상기 막은 오직 점선의 좌측편에만 위치한다). Kapton® 막은 은 증착 전에 제거되었음을 유념한다. 이미지의 좌측편은 컷-라인, 예를 들어 에칭 단계 없고, 은 층을 갖는 노출된 영역(2123)을 나타낸다. 우측편은 에칭 후의, 예를 들어 에칭된 영역(2128) 및 은 층을 갖는 컷-라인을 나타낸다. 도면은, 예를 들어 Kapton® 막이 에칭에 대한 보호를 제공하는 것을 보여준다.

보호 방법-I.B:

보호 래커 또는 왁스는 슬롯 다이 코팅기구(coater) 또는 대안의 표준 코팅 공정을 이용하여 평행한 라인들 내에서 코팅될 수 있다. 상기 래커 또는 왁스는, 예를 들어 아세톤 또는 열 수(hot water)를 이용하여 연속적으로 제거될 수 있다.

본 발명의 첫 번째 양태에 따른 방법을 수행하기 위한 기구:

도 22는 본 발명의 첫 번째 양태에 따른 방법을 수행하기 위한, 예를 들어 배열된, 장치를 나타낸다. 상기 도면은 릴-투-릴(reel-to-reel) 시스템을 나타내고, 금속 테이프는 첫 번째 릴(reel)(2271)로부터 두 번째 릴(2287)로 옮겨지고, 공정 중에 아세톤 및/또는 에탄올을 포함하는 초음파 세척 수조(2272), 공기 또는 질소(N₂)를 사용하는 건조기(2273), 공기 및/또는 질소(N₂)를 사용하여 산화물/질화물 층으로서의 상부층을 형성시키는 히터(2274), 파열 스트립들 및 노출된 영역들(점선에 의해 나타낸 것 처럼 테이프는 연속되는 것을 유념)을 형성하도록 상부 롤(2216) 및 하부 롤(2218)(예를 들어 도 15에서의 롤과 유사한 롤)을 포함하는 롤들의 세트, 테이프가 에칭되는 HNO₃를 갖는 에칭 수조(2277), 물을 갖는 첫 번째 세척 수조(2278), 초음파, 예를 들어 HCl 및/또는 에탄올 내의 초음파를 이용할 수 있는 산화물-제거 수조(2279), 물을 갖는 두 번째 세척 수조(2280), 공기 또는 질소(N2)를 이용하는 건조기(2281)(점선에 의해 나타낸 것 처럼 테이프는 연속되는 것을 유념), 프로필 테이프/왁스/래커를 적용하기 위한 기구(2282)(실시예 I에 나타낸 것 처럼), H3PO4를 포함하는 전기화학 폴리싱 수조(2283), 물을 갖는 세 번째 세척 수조(2284), 물을 갖는 네 번째 세척 수조(2285), 공기 또는 질소(N2)를 이용하는 건조기(2286), 및 최종의 두 번째 릴(2287).

종합하면, 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판(600)의 제조 방법이 제공되고, 상기에서 예를 들어 변형 공정은 층상 고체 요소 내에서 파열 스트립을 형성하기위해 이용되고, 층상 고체 요소의 상부 층(316) 및 하부 층(303) 사이의 언더컷 볼륨(330, 332)을 형성시키는데 에칭이 이용된다. 언더컷 볼륨들(330, 332)은 물질 층들을 분리시키는데 유용할 수 있기 때문에, 상기 비교적 간단한 단계들은 감소된 AC 손실을 갖는 초전도 구조, 예를 들어 초전도 테이프로 전환될 수 있는 기판을 제공하는 것을 가능케 한다. 추가적인 실시예에서, 감소된 AC 손실을 갖는 초전도 구조를 제공하기 위해, 상부 층(316) 및/또는 하부 층(303)의 최상단 상에 초전도 층이 위치한다.

대표적 실시예들인 E1-E15에서, 본 발명은 다음과 관련된다:

E1. 다음 단계를 포함하는 장방형(elongated) 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법:

- 하부층(303) 및 상기 하부층 근처에 위치하고, 하부층을 적어도 부분적으로 덮고 있는 상부층(316)을 포함하는 층상(layered) 고체 요소(element)를 제공하는 단계;

- 상부층(316) 상에 복수의 파열 스트립(disruptive strips)을 형성하고, 이에 의해 파열 스트립을 따라 각각 형성된 하부층(303)의 복수의 노출 영역(323)을 형성하는 단계;

- 하부층(303)의 에칭률(etch rate)이 상부층(316)의 에칭률보다 더 높은 에칭 시약(etchant)을 이용하여, 노출 영역(323)을 에칭(etching)하여, 상부층(316) 및 하부층(303) 사이에 파열 스트립을 따라 각각 형성된 언더컷 볼륨(undercut volume)(330, 332)을 형성하는 단계.

E2. 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법에 있어서,

- 상부층(316) 상에 복수의 파열 스트립(disruptive strips)을 형성하고, 이에 의해 파열 스트립을 따라 각각 형성된 하부층(303)의 복수의 노출 영역(323)을 형성하는 단계는 변형 과정(deformation process)을 포함하는 방법.

E3. 앞선 실시예들 중 어느 하나에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판(600)의 제조 방법에 있어서, 상기 층상 고체 요소를 제공하는 단계는 다음 단계를 포함하는 방법:

(a) 실질적으로(substantially) 고정된 프라이머리 상부층(314)을 갖는 프라이머리(primary) 고체 요소(202)를 제공하는 단계,

(b) 층상 고체 요소의 상부층(316)을 다음 중 하나에 의해 형성하는 단계:

(ⅰ) 가스 경화 공정(gas hardening process) 내의 경화와 같은 프라이머리 상부층(314)의 상위부(upper portion) 경화,

(ⅱ) 프라이머리 상부층(314)의 상위부(upper portion) 도핑(doping),

(ⅲ) 프라이머리 상부층의 상위부 내의 산화물 또는 질화물 층의 준비.

E4. 실시예 E2에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판(600)의 제조 방법에 있어서, 변형 과정 내에서 상부층(316)에 복수의 파열 스트립을 형성하는 단계는 상부층의 일 부(portion)를 하부층(303)으로(into) 압력을 가하는 단계를 포함하는 방법.

E5. 앞선 실시예들 중 어느 하나에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판(600)의 제조 방법에 있어서, 상기 층상 고체 요소의 상부층(316)의 두께(362)는 1 nm 내지 100 μm인 방법.

E6. 앞선 실시예들 중 어느 하나에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판(600)의 제조 방법에 있어서, 복수의 파열 스트립 간의 인접한 파열 스트립 사이의 거리(752)는 1 μm 내지 1 mm인 방법.

E7. 앞선 실시예들 중 어느 하나에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판(600)의 제조 방법에 있어서, 하부층(303)의 상면(upper surface) 또는 상부층(326)의 상면과 평행한 평면(plane)과 복수의 파열 스트립의 바닥(bottom)에 접한(being tangential) 평면 사이의 거리(748)는, 기판 상에 위치한 초전도 물질이 파열 스트립 내 부분 및 물리적으로 분리된 파열 스트립들 사이의 부분(portion)들을 가질 수 있도록 충분히 큰 방법.

E8. 장방형 초전도 요소의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은 앞선 실시예들 중 어느 하나에 따른 층상 고체 요소의 상부층(316) 및/또는 하부층(303) 상에 초전도 물질 층(642, 644, 646)을 위치시킴으로써, 언더컷 볼륨(330, 332)이 초전도 물질의 물리적으로 분리된 개별 라인들을 제공하는 단계를 추가로 더 포함하는 방법.

E9. 실시예 E8에 따른 장방형 초전도 요소를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은 다음을 추가로 더 위치시킴으로써, 언더컷 볼륨(330, 332)이 초전도 물질 및/또는 버퍼 물질의 물리적으로 분리된 개별 라인들을 제공하는 단계를 추가로 더 포함하는 방법:

(a) 실시예 E1-E6 중 어느 하나에 따른 층상 고체 요소의 상부층(316) 및/또는 하부층(303) 상의 버퍼 물질 층(640); 및

(b) 상기 버퍼 물질 상의 초전도 물질 층(642, 644, 646).

E10. 실시예 E8-E9 중 어느 하나에 따른 장방형 초전도 요소의 제조 방법에 있어서, 상기 초전도 물질 층(642, 644, 646) 및/또는 버퍼 물질 층(640)을 위치시키는 단계는 가시선 공정(line-of-sight process)인 방법.

E11. 실시예 E8-E10 중 어느 하나에 따른 장방형 초전도 요소의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은 초전도 물질 층(642, 644, 646) 상에 션트(shunt) 층을 위치시키는 단계를 추가로 더 포함하는 방법.

E12. 다음을 포함하는 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판:

하부층(303);

상부층(316)의 라인들;을 포함하는 층상 고체 요소;

상기 상부층(316)의 라인들은 하부 층(303) 근처에 위치하고, 부분적으로 하부층을 덮고 있으며,

상부층(316)의 라인들 사이의 복수의 파열 스트립들은 상부층(316)의 라인들을 분리시키고,

파열 스트립을 따라 형성된 각각의 언더컷 볼륨(330, 332)은 상부층(316)의 라인 및 하부층(303) 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.

E13. 실시예 E12에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판(600)에 있어서, 상기 기판은 테이프(tape)인 기판.

E14. 다음을 포함하는 장방형 초전도 요소:

- 실시예 E12-E13 중 어느 하나에 따른 기판;

- 상기 기판 상에 위치하여 언더컷 볼륨(330, 332)이 초전도 물질의 개별 라인들을 물리적으로 분리하도록 하는 초전도 층.

E15. 자성 코일, 변압기, 제너레이터, 자기 공명 스캐너, 저온 유지 장치 자석(cryostat magnet), 대형 하드론 입자가속기(a large hadron collider), AC 파워그리드 케이블, 스마트 그리드 중 어느 하나에 있어서의 실시예 E14에 따른 장방형 초전도 요소의 용도.

본 발명이 구체화된 실시예들과 연관지어 기술되었지만, 제시된 예시들에 대해 어떠한 방식으로든 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 수반되는 청구항 세트에 의해 정해진다. 청구항들의 문맥에서, 포함하는(comprising) 또는 포함한다(comprises)는 다른 가능한 요소들 또는 단계들을 제외하지 않는다. 또한, 단수의 표현은 복수를 제외하는 것으로 해석될 수 없다. 청구항들 내의 도면들 내에서 표시된 요소들에 관한 참조 표시들의 사용은 또한 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석될 수 없다. 게다가 다른 청구항들에서 언급된 개별적 특징들은 가능한한 유리하게 통합될 수 있고, 다른 청구항들에서의 이러한 특징들의 언급은 특징들의 조합이 가능하지 않거나, 유리하지 않은 것을 배제하지 않는다.

Claims

다음 단계를 포함하는 장방형(elongated) 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법:
하부층(303) 및 상기 하부층 근처에 위치하고, 하부층을 적어도 부분적으로 덮고 있는 상부층(316)을 포함하는 층상(layered) 고체 요소(element)를 제공하는 단계;
상부층(316) 상에 복수의 파열 스트립(disruptive strips)을 형성하고, 이에 의해 파열 스트립을 따라 각각 형성된 하부층(303)의 복수의 노출 영역(323)을 형성하는 단계;
하부층(303)의 에칭률(etch rate)이 상부층(316)의 에칭률보다 더 높은 에칭 시약(etchant)을 이용하여, 노출 영역(323)을 에칭(etching)하여, 상부층(316) 및 하부층(303) 사이에 파열 스트립을 따라 각각 형성된 언더컷 볼륨(undercut volume)(330, 332)을 형성하는 단계.
제 1 항에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 언더컷 볼륨은 상기 하부층의 남아있는 부분(remaining portions) 아래에 있는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판의 제조 방법에 있어서,
상기 상부층(316) 상에 복수의 파열 스트립(disruptive strips)을 형성하고, 이에 의해 파열 스트립을 따라 각각 형성된 하부층(303)의 복수의 노출 영역(323)을 형성하는 단계는 변형 과정(deformation process)을 포함하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판(600)의 제조 방법에 있어서, 상기 층상 고체 요소를 제공하는 단계는 다음 단계를 포함하는 방법:
(a) 실질적으로 고정된 프라이머리 상부층(314)을 갖는 프라이머리(primary) 고체 요소(202)를 제공하는 단계,
(b) 층상 고체 요소의 상부층(316)을 다음 중 하나에 의해 형성하는 단계:
(ⅰ) 가스 경화 공정(gas hardening process) 내의 경화와 같은 프라이머리 상부층(314)의 상위부(upper portion) 경화,
(ⅱ) 프라이머리 상부층(314)의 상위부(upper portion) 도핑(doping),
(ⅲ) 프라이머리 상부층의 상위부 내의 산화물 또는 질화물 층의 준비.
제 3 항에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판(600)의 제조 방법에 있어서, 변형 과정 내에서 상부층(316)에 복수의 파열 스트립을 형성하는 단계는 상부층의 일 부(portion)를 하부층(303)으로(into) 압력을 가하는 단계를 포함하는 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판(600)의 제조 방법에 있어서, 상기 층상 고체 요소의 상부층(316)의 두께(362)는 1 nm 내지 100 μm인 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판(600)의 제조 방법에 있어서, 복수의 파열 스트립 간의 인접한 파열 스트립 사이의 거리(752)는 1 μm 내지 1 mm인 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판(600)의 제조 방법에 있어서, 하부층(303)의 상면(upper surface) 또는 상부층(326)의 상면과 평행한 평면(plane)과 복수의 파열 스트립의 바닥(bottom)에 접한(being tangential) 평면 사이의 거리(748)는, 기판 상에 위치한 초전도 물질이 파열 스트립 내 부분 및 물리적으로 분리된 파열 스트립들 사이의 부분(portion)들을 가질 수 있도록 충분히 큰 방법.
장방형 초전도 요소의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 층상 고체 요소의 상부층(316) 및/또는 하부층(303) 상에 초전도 물질 층(642, 644, 646)을 위치시킴으로써, 언더컷 볼륨(330, 332)이 초전도 물질의 물리적으로 분리된 개별 라인들을 제공하는 단계를 추가로 더 포함하는 방법.
장방형 초전도 요소의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 층상 고체 요소의 상부층(316) 및/또는 하부층(303) 상의 초전도 물질 층(642, 644, 646)을 위치시킴으로써, 언더컷 볼륨(330, 332)이 초전도 물질의 물리적으로 분리된 개별 라인들을 제공하는 단계를 추가로 더 포함하는 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 따른 장방형 초전도 요소를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은 다음을 추가로 더 위치시킴으로써, 언더컷 볼륨(330, 332)이 초전도 물질 및/또는 버퍼 물질의 물리적으로 분리된 개별 라인들을 제공하는 단계를 추가로 더 포함하는 방법:
(a) 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 층상 고체 요소의 상부층(316) 및/또는 하부층(303) 상의 버퍼 물질 층(640); 및
(b) 상기 버퍼 물질 상의 초전도 물질 층(642, 644, 646).
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 장방형 초전도 요소의 제조 방법에 있어서, 상기 초전도 물질 층(642, 644, 646) 및/또는 버퍼 물질 층(640)을 위치시키는 단계는 가시선 공정(line-of-sight process)인 방법.
제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 장방형 초전도 요소의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은 초전도 물질 층(642, 644, 646) 상에 션트(shunt) 층을 위치시키는 단계를 추가로 더 포함하는 방법.
다음을 포함하는 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판:
하부층(303);
상부층(316)의 라인들;을 포함하는 층상 고체 요소;
상기 상부층(316)의 라인들은 하부 층(303) 근처에 위치하고, 부분적으로 하부층을 덮고 있으며,
상부층(316)의 라인들 사이의 복수의 파열 스트립들은 상부층(316)의 라인들을 분리시키고,
파열 스트립을 따라 형성된 각각의 언더컷 볼륨(330, 332)은 상부층(316)의 라인 및 하부층(303) 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14 항에 따른 장방형 초전도 요소를 지지하는데 적합한 기판(600)에 있어서, 상기 기판은 테이프(tape)인 기판.
다음을 포함하는 장방형 초전도 요소:
제 14 항 또는 제 15 항에 따른 기판;
상기 기판 상에 위치하여 언더컷 볼륨(330, 332)이 초전도 물질의 개별 라인들을 물리적으로 분리하도록 하는 초전도 층.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치.
자성 코일, 변압기, 제너레이터, 자기 공명 스캐너, 저온 유지 장치 자석(cryostat magnet), 대형 하드론 입자가속기(a large hadron collider), AC 파워그리드 케이블, 스마트 그리드 중 어느 하나에 있어서의 제 16 항에 따른 장방형 초전도 요소의 용도.