超導(dǎo)線及其形成方法
【專利摘要】提供了一種形成超導(dǎo)線的方法。在該方法中，緩沖層形成在基板上。然后，超導(dǎo)前驅(qū)膜形成在形成有釘扎籽層的基板上。之后，形成有超導(dǎo)前驅(qū)膜的基板被熱處理以在基板上形成包括磁通量釘扎中心的超導(dǎo)膜。磁通量釘扎中心包括釘扎籽層中包含的至少一種元素和超導(dǎo)前驅(qū)膜中包含的至少一種元素。
【專利說明】超導(dǎo)線及其形成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開這里涉及一種超導(dǎo)線。

【背景技術(shù)】
[0002]超導(dǎo)體在臨界溫度以下失去其全部電阻，大量電流可以沒有損失地流過超導(dǎo)體。近來，已經(jīng)研究了第二代高溫超導(dǎo)線(被涂覆的導(dǎo)體)，包括在金屬基板上或在薄的緩沖層上的包括雙軸取向紋理結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)膜。與金屬導(dǎo)體相比，第二代高溫超導(dǎo)線橫截面的每單位面積能夠傳輸更多的電流。第二代高溫超導(dǎo)線可以用于具有低功耗的超導(dǎo)電力傳輸和分配電纜、核磁共振成像(MRI)、磁懸浮列車、超導(dǎo)推進(jìn)船等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題
[0004]本公開提供包括磁通量釘扎中心的超導(dǎo)線。
[0005]本公開還提供形成包括磁通量釘扎中心的超導(dǎo)線的方法。
[0006]對(duì)于技術(shù)問題的方案
[0007]本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例提供形成超導(dǎo)線的方法，該方法包括:在基板上形成釘扎籽層；在形成有釘扎籽層的基板上沉積超導(dǎo)前驅(qū)膜；以及熱處理沉積有該超導(dǎo)前驅(qū)膜的基板，以在基板上形成包括磁通量釘扎中心的超導(dǎo)膜，其中磁通量釘扎中心包括釘扎籽層中包含的至少一種元素和超導(dǎo)前驅(qū)膜中包含的至少一種元素。
[0008]超導(dǎo)前驅(qū)膜的沉積可以包括在基板上提供稀土元素、鋇和銅。
[0009]超導(dǎo)前驅(qū)膜可以通過反應(yīng)共蒸發(fā)工藝形成。
[0010]釘扎籽層可以包括鋯氧化物、鋯、錫氧化物、鈦氧化物、鈦、鉿氧化物、鉿、釔氧化物、鈰氧化物或鈰。
[0011 ] 磁通量釘扎中心可以包括鋇鋯氧化物、鋇鈦氧化物、鋇鉿氧化物或鋇鈰氧化物。
[0012]基板可以包括金屬或在金屬基板上的具有紋理結(jié)構(gòu)的氧化物緩沖層。
[0013]本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例提供了超導(dǎo)線，包括:釘扎籽層，在基板上；和超導(dǎo)膜，直接接觸釘扎籽層并包含豎直地布置在基板上的磁通量釘扎中心，其中磁通量釘扎中心包括釘扎籽層中包含的至少一種元素和超導(dǎo)膜中包含的至少一種元素。
[0014]超導(dǎo)膜可以包括稀土元素、鋇和銅。
[0015]磁通量釘扎中心可以包括鋇金屬氧化物。
[0016]基板可以包括金屬或在金屬基板上的具有紋理結(jié)構(gòu)的氧化物緩沖層。
[0017]本發(fā)明的有益效果
[0018]根據(jù)本發(fā)明，磁通量釘扎中心能夠被容易地形成。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1至圖5是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思實(shí)施例的形成超導(dǎo)線的方法的截面圖；
[0020]圖6是釔鋇銅氧化物(YBCO)系統(tǒng)的相圖；
[0021]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示范性實(shí)施例的用于形成超導(dǎo)線的方法的相圖；
[0022]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思另一示范性實(shí)施例的用于形成超導(dǎo)線的方法的相圖；
[0023]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示范性實(shí)施例的形成超導(dǎo)線的裝置的方框圖；
[0024]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示范性實(shí)施例的形成超導(dǎo)線的裝置的膜沉積單元的截面圖；
[0025]圖11是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示范性實(shí)施例的卷到卷裝置的平面圖；
[0026]圖12是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示范性實(shí)施例的形成超導(dǎo)線的裝置的熱處理單元的截面圖；以及
[0027]圖13是示出通過根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示范性實(shí)施例的方法形成的超導(dǎo)線的電性能和物理性能的圖形。

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明構(gòu)思的示范性實(shí)施例。然而，本發(fā)明構(gòu)思可以以許多不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)被解釋為限于這里闡述的實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例使得本公開將透徹和完整，并將本發(fā)明構(gòu)思的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。此外，由于描述了示范性實(shí)施例， 所以根據(jù)描述的次序公開的附圖標(biāo)記不限于該次序。
[0029]在下面的實(shí)施例中，將示范地描述YBCO和SmBCO作為超導(dǎo)體的示例，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。在本發(fā)明構(gòu)思的示范性實(shí)施例中，盡管YBCO和SmBCO已經(jīng)被描述為超導(dǎo)體的示例，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于YBCO超導(dǎo)體和SmBCO超導(dǎo)體。超導(dǎo)體可以包括Re1+xBa2_xCu307_y，其中O≤x≤0.5，O≤y≤0.5。稀土元素(Re)可以包括釔⑴、鑭系元素中的元素或其組合。鑭系元素中的元素包括鑭(La)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)JL (Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、欽(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)等。
[0030]圖1至圖5是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的形成超導(dǎo)線的方法的截面圖。圖6是釔鋇銅氧化物(YBCO)系統(tǒng)的相圖。將參照?qǐng)D1至圖5簡要地描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示范性實(shí)施例的形成超導(dǎo)線的方法。
[0031]參照?qǐng)D1，提供基板10?；?0可以具有雙軸取向的紋理結(jié)構(gòu)?；?0可以是金屬基板。金屬基板10可以包括立方晶格金屬諸如鎳(Ni)、鎳合金(N1-W、N1-Cr、N1-Cr-W等)、不銹鋼、銀(Ag)、銀合金、被熱軋的鎳-銀合成物?；?0可以具有用于涂覆導(dǎo)體的帶形。例如，基板10可以是金屬線。
[0032]參照?qǐng)D2，IBAD層20可以形成在基板10上。IBAD層20可以包括順序地堆疊的擴(kuò)散停止層(例如，Al2O3)、籽層(例如，Y2O3)和MgO層。IBAD層20通過IBAD方法形成。外延生長的同質(zhì)外延MgO層還可以形成在IBAD層20上。此外，緩沖層30可以形成在IBAD層20上。緩沖層可以包括LaMn03、LaA103*SrTi03等。緩沖層可以通過濺射方法形成。IBAD層20和緩沖層30能夠防止基板與基板上的超導(dǎo)體材料之間的反應(yīng)并轉(zhuǎn)移雙軸取向的紋理結(jié)構(gòu)的結(jié)晶性質(zhì)。
[0033]參照?qǐng)D3，釘扎籽層40可以形成在緩沖層30上。釘扎籽層40可以包括能在超導(dǎo)膜中引起磁通量釘扎中心的形成的材料。釘扎籽層40可以包括例如鋯氧化物、鋯、錫氧化物、鈦氧化物、鈦、鉿氧化物、鉿、釔氧化物、鈰氧化物或鈰。金屬氧化物諸如鋯氧化物、錫氧化物、鈦氧化物、鉿氧化物、釔氧化物、鈰氧化物等還可以包括鋇。釘扎籽層40可以通過濺射方法或電子束方法形成。釘扎籽層40可以具有約幾十納米的厚度。
[0034]參照?qǐng)D4，超導(dǎo)前驅(qū)膜50可以形成在釘扎籽層40上?？梢岳斫猓瑢?dǎo)前驅(qū)膜50處于還沒有經(jīng)受晶化的非晶態(tài)。超導(dǎo)前驅(qū)膜50可以包括稀土(RE)元素中的至少一種、銅(Cu)和鋇(Ba)。
[0035]超導(dǎo)前驅(qū)膜50可以通過各種方法形成。例如，超導(dǎo)前驅(qū)膜50可以通過反應(yīng)共蒸發(fā)法、激光燒蝕法、化學(xué)氣相沉積(CVD)法、金屬有機(jī)沉積(MOD)法或溶膠凝膠法形成。
[0036]在示范性實(shí)施例中，超導(dǎo)前驅(qū)膜50可以通過反應(yīng)共蒸發(fā)法形成。為了沉積超導(dǎo)前驅(qū)膜，反應(yīng)共蒸發(fā)法可以包括提供金屬蒸汽，該金屬蒸汽通過照射電子束到包含稀土元素中的至少一種、銅(Cu)和鋇(Ba)的坩堝上而產(chǎn)生。稀土元素可以包括釔(Y)、鑭系元素中的元素或其組合。鑭系元素中的元素包括鑭(La)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、欽(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)等。
[0037]在另一示范性實(shí)施例中，超導(dǎo)前驅(qū)膜50可以通過MOD法形成。例如，金屬前驅(qū)溶液通過在溶劑中溶解稀土元素-醋酸鹽、鋇醋酸鹽和銅醋酸鹽、蒸發(fā)和蒸餾該溶解的溶液以及回流該蒸餾的蒸汽來制備。金屬前驅(qū)溶液可以涂覆在基板上。
[0038]參照?qǐng)D5，其上形成超導(dǎo)前驅(qū)膜50的基板10被熱處理，使得超導(dǎo)膜51外延生長在基板10上。通過熱處理，包含在釘扎籽層40中的材料可以移動(dòng)到超導(dǎo)前驅(qū)膜50。包含在釘扎籽層40中的材料可以與包含在超導(dǎo)前驅(qū)膜50中的材料快速地反應(yīng)以產(chǎn)生納米尺寸的缺陷53。在外延生長的超導(dǎo)膜51中產(chǎn)生的缺陷53可以用作用于超導(dǎo)體的磁通量釘扎中心。缺陷53可以在基板10上豎直地布置為彼此分離的團(tuán)塊。缺陷53可以包括釘扎籽層40中包含的至少一種元素以及超導(dǎo)前驅(qū)膜50中包含的至少一種元素(例如，鋇)。缺陷53可以包括鋇金屬氧化物，諸如鋇鋯氧化物、鋇鈦氧化物、鋇鉿氧化物或鋇鈰氧化物。雖然附圖示出即使在熱處理之后釘扎籽層40也保留，但是本發(fā)明不限于此。也就是說，包含在釘扎籽層40中的全部的材料可以移動(dòng)到缺陷53，使得釘扎籽層40可以不保留。
[0039]參照?qǐng)D6，將更詳細(xì)地描述超導(dǎo)前驅(qū)膜50的熱處理。REBC0，其是參照?qǐng)D1至4描述的超導(dǎo)前驅(qū)膜50，可以被理解為RE2BaCuO5 (在下文稱為“211”)、RE2O3 (在下文，稱為“100”)、REBa3Cu2O6 (在下文，稱為“132”)、以及液體(在下文，稱為“L”)?！癓”指示包括Ba、Cu和O作為主要組分的液體，RE可以被溶解到其中。在灰色區(qū)域中，出現(xiàn)熱力學(xué)地穩(wěn)定的 REBCO。
[0040]其上形成超導(dǎo)前驅(qū)膜50的基板10被熱處理。氧分壓和/或熱處理溫度可以被控制使得在REBCO的分解成分當(dāng)中，制成包括Ba、Cu和O作為主要組分的液態(tài)“L”，RE能夠部分地溶解到其中。此時(shí)，在REBCO系統(tǒng)經(jīng)過“L”和“100”的雙相區(qū)(參照?qǐng)D6中示出的區(qū)域A)時(shí)，REBCO可以被形成。通過控制氧分壓和/或熱處理溫度，在REBCO系統(tǒng)經(jīng)過邊界I時(shí)，穩(wěn)定的外延超導(dǎo)膜可以通過來自液態(tài)的“L”的“100”的反應(yīng)而形成。更具體地，晶核由共存在基板10上的“L”中的“100”形成，使得超導(dǎo)膜51外延生長(參照?qǐng)D6所示的區(qū)域B)。
[0041]再次參照?qǐng)D5，具有與超導(dǎo)膜51不同相位的殘留膜55可以進(jìn)一步形成在REBCO超導(dǎo)膜51上。在REBCO超導(dǎo)膜51中，稀土元素、鋇和銅的比率為約1:2:3，在殘留膜55中，稀土元素、鋇和銅的比率可以不同于REBCO超導(dǎo)膜51中的比率。這是因?yàn)殡m然REBCO超導(dǎo)膜51從“L”和“100”外延生長，但是超導(dǎo)前驅(qū)體保留在REBCO超導(dǎo)膜51上。因此，包括非化學(xué)計(jì)量的氧化物(其是超導(dǎo)前驅(qū)體的痕量)的殘留層55可以形成在最后形成的REBCO超導(dǎo)膜51上。殘留膜55可以包括具有不同于REBCO超導(dǎo)膜51的晶體結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)相。REBCO超導(dǎo)膜51還可以包括“100”的顆粒。
[0042]在形成如上所述的REBCO超導(dǎo)膜51的方法中，超導(dǎo)前驅(qū)膜50可以形成為使得稀土元素、鋇和銅的比率是約1:x:3(0<x<2)。例如，超導(dǎo)前驅(qū)膜可以形成為使得稀土元素、鋇和銅的比率為約1:1.5:3。由于其中稀土元素、鋇和銅的比率是約1:2:3的REBCO前驅(qū)體通常在空氣中分解，所以包括約1:2:3的比率的REBCO前驅(qū)體是不穩(wěn)定的。與包括約1:2:3的比率的REBCO前驅(qū)體相反，其中稀土元素、鋇和銅的比率是約1: 1.5:3的REBCO前驅(qū)體在空氣中是穩(wěn)定的。因此，盡管具有約1:2:3的比率的REBCO前驅(qū)膜在REBCO前驅(qū)膜的熱處理工藝之前應(yīng)當(dāng)處于真空下，但是具有約1: 1.5:3的比率的REBCO前驅(qū)膜在REBCO前驅(qū)膜的熱處理工藝之前可以暴露于空氣。通過如上所述的熱處理工藝，具有約1:X:3(l〈x〈2)的比率的REBCO前驅(qū)膜可以變成其中稀土元素、鋇和銅的比率是約1:2:3的REBCO超導(dǎo)膜51以及其中稀土元素、鋇和銅的比率不同于REBCO超導(dǎo)膜51中的比率的殘留膜55。在這種情況下，殘留膜55可以包括處于固態(tài)的BaCu2O2 (在下文，稱為“012”)?！?100”在REBCO超導(dǎo)膜51的外延生長期間被消耗。
[0043]將參照?qǐng)D6的YBCO相圖中的各種熱處理路徑的示例來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示范性實(shí)施例的超導(dǎo)線的方法。圖7和8是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示范性實(shí)施例的用于形成超導(dǎo)線的方法的相圖。
[0044]將參照?qǐng)D7描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示范性實(shí)施例的形成超導(dǎo)線的方法。
[0045]如上所述，超導(dǎo)前驅(qū)膜形成在基板上。超導(dǎo)前驅(qū)膜REBCO可以被理解為分解成“100”和“1/’?！癓 ”在低溫處于固態(tài)，固體的主要成分是“012”。也就是說，在分解REBCO的工藝期間，出現(xiàn)固體“012”。
[0046]其上沉積超導(dǎo)前驅(qū)膜的基板被熱處理。熱處理工藝可以根據(jù)圖7所示的相圖的路徑進(jìn)行。根據(jù)路徑I的熱處理工藝可以在相對(duì)低的氧分壓(例如，約lX10_5TOrr至I X I(T4Torr)下進(jìn)行。熱處理工藝的溫度可以從室溫增加到約800°C。
[0047]氧分壓和/或熱處理溫度根據(jù)圖7所示的相圖的路徑2來控制，使得REBCO的分解成分的“012”處于液態(tài)。例如，氧分壓可以增加到約IX 10_2Torr至約SXKT1Torrt5熱處理工藝的溫度可以例如高于800°C。此時(shí)，REBCO可以被理解為包括“L”和“100”的共存。
[0048]由于氧分壓和/或熱處理溫度沿圖7所示的相圖的路徑3控制，其交叉邊界I，所以穩(wěn)定的外延REBCO膜可以由“ L ”形成。例如，氧分壓可以在約5 X I (T2Torr至約3X 1^1Torr的范圍內(nèi)。熱處理溫度可以減少到約800°C或更小，例如至室溫。更具體地，晶核從基板上的共存在液態(tài)中的“L”和“ 100”產(chǎn)生，使得REBCO超導(dǎo)膜外延生長。
[0049]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思另一示范性實(shí)施例的用于形成超導(dǎo)線的方法的相圖。
[0050]將參照?qǐng)D8描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示范性實(shí)施例的形成超導(dǎo)線的方法。將省略與上述示范性實(shí)施例相同的技術(shù)特征和功能相關(guān)的任何重復(fù)的說明。
[0051]以與如上所述的示范性實(shí)施例相同的方式，超導(dǎo)前驅(qū)膜形成在基板上。其上形成超導(dǎo)前驅(qū)膜的基板被熱處理。熱處理工藝可以根據(jù)圖8中示出的相圖的路徑進(jìn)行。例如，根據(jù)路徑I的熱處理工藝可以在約5X KT2Torr至約3 X KT1Torr的氧分壓下進(jìn)行。熱處理溫度可以從室溫增加到約800°C或更高。氧分壓和/或熱處理溫度根據(jù)路徑I被控制使得“012”可以處于液態(tài)。此時(shí)，REBCO可以被理解為包括在液態(tài)的“100”和“L”的共存。
[0052]由于氧分壓和/或熱處理溫度根據(jù)圖8所示的相圖的路徑2控制，其交叉邊界I，所以可以形成穩(wěn)定的REBCO超導(dǎo)膜。例如,氧分壓可以在約5X10_2Torr至約SXKT1Torr的范圍內(nèi)。熱處理溫度可以降低到約800°C或更小，例如至室溫。更具體地，晶核從基板上與處于液態(tài)的“L”共存的“ 100”產(chǎn)生，從而REBCO超導(dǎo)膜外延地生長。
[0053]根據(jù)上面描述的示范性實(shí)施例的REBCO超導(dǎo)膜的生長過程類似于液相外延(LPE)。由于圖6、圖7和圖8是YBCO系統(tǒng)的相圖，所以氧分壓和熱處理溫度可以根據(jù)稀土元素而改變。
[0054]將參照?qǐng)D6至9描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示范性實(shí)施例的形成超導(dǎo)線的系統(tǒng)。參照?qǐng)D6至9描述的形成超導(dǎo)線的系統(tǒng)是本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示范性實(shí)施例，本發(fā)明構(gòu)思不限于參照?qǐng)D6至9描述的形成超導(dǎo)線的系統(tǒng)。
[0055]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示范性實(shí)施例的形成超導(dǎo)線的裝置的方框圖。參照?qǐng)D9，形成超導(dǎo)線的裝置包括膜沉積單元100、熱處理單元200和線供應(yīng)/收集單元300。膜沉積單元100在基板上形成超導(dǎo)前驅(qū)膜。熱處理單元200熱處理其上形成超導(dǎo)前驅(qū)膜的基板。真空管20可以進(jìn)一步提供在膜沉積單元100、熱處理單元200和線供應(yīng)/收集單元300之間。真空管20保持真空狀態(tài)，線基板10穿過真空管20。
[0056]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示范性實(shí)施例的形成超導(dǎo)線的裝置的膜沉積單元100的截面圖。參照?qǐng)D9和10，膜沉積單元100包括工藝腔室110、卷到卷裝置120和沉積構(gòu)件130。例如，工藝腔室110提供其中進(jìn)行用于在基板10上形成超導(dǎo)前驅(qū)膜的沉積工藝的空間。工藝腔室I1包括彼此面對(duì)的第一側(cè)壁111和第二側(cè)壁112。第一側(cè)壁111提供有進(jìn)入部分113，進(jìn)入部分113連接到線供應(yīng)/收集單元300。第二側(cè)壁112提供有連接到熱處理單元200的引出部分114?；?0被從線供應(yīng)/收集單元300轉(zhuǎn)移以通過引入部分113進(jìn)入工藝腔室110。然后，基板10通過引出部分114從工藝腔室110出來以進(jìn)入熱處理單元200。
[0057]沉積構(gòu)件130可以提供在卷到卷器件120下面。沉積構(gòu)件130提供超導(dǎo)體材料的蒸汽到基板10的表面。在示范性實(shí)施例中，沉積構(gòu)件130可以使用共蒸發(fā)法在基板10上提供超導(dǎo)前驅(qū)膜。沉積構(gòu)件130可以包括使用電子束在基板10以下提供金屬蒸汽的金屬蒸汽源131、132和133。金屬蒸汽源可以包括用于稀土元素、鋇和銅的源。
[0058]圖11是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示范性實(shí)施例的卷到卷裝置的平面圖。參照?qǐng)D9和圖10，卷到卷裝置包括第一卷軸構(gòu)件121和第二卷軸構(gòu)件122。彼此面對(duì)的第一和第二卷軸構(gòu)件121和122被彼此分離。沉積構(gòu)件130設(shè)置在基板以下，該基板設(shè)置在第一和第二卷軸構(gòu)件121和122之間。第一和第二卷軸構(gòu)件121和122在其中沉積超導(dǎo)前驅(qū)膜的區(qū)域多次翻轉(zhuǎn)基板10。例如，基板10在第一和第二卷軸構(gòu)件121和122之間行進(jìn)并被第一和第二卷軸構(gòu)件121和122翻轉(zhuǎn)。第一卷軸構(gòu)件121鄰近工藝腔室110的第一側(cè)壁111，第二卷軸構(gòu)件122鄰近工藝腔室110的第二側(cè)壁112。第一卷軸構(gòu)件121的結(jié)構(gòu)可以與第二卷軸構(gòu)件122的結(jié)構(gòu)基本上相同。第一和第二卷軸構(gòu)件121和122可以在交叉基板10的行進(jìn)方向的方向上延伸。
[0059]第一和第二卷軸構(gòu)件121和122的每個(gè)可以包括沿第一和第二卷軸構(gòu)件121和122的延伸方向設(shè)置并彼此結(jié)合的卷軸?；?0被每個(gè)卷軸翻轉(zhuǎn)。每個(gè)卷軸可以被獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)并通過與基板10摩擦而滾動(dòng)。當(dāng)在平面圖中觀看時(shí)，第二卷軸構(gòu)件122可以與第一卷軸構(gòu)件121略微地偏移從而基板10通過第一和第二卷軸構(gòu)件121和122多次翻轉(zhuǎn)?；?0沿第一和第二卷軸構(gòu)件121和122的延伸方向在第一和第二卷軸構(gòu)件121和122之間行進(jìn)。
[0060]圖12是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示范性實(shí)施例的形成超導(dǎo)線的裝置的熱處理單元300的截面圖。參照?qǐng)D12，熱處理單元200可以包括彼此依次相鄰的第一容器210、第二容器220和第三容器230?；?0能夠依次通過第一容器210、第二容器220和第三容器230。第一容器210和第三容器230彼此分離。第二容器220的中心部分可以設(shè)置為對(duì)應(yīng)于第一和第三容器210和230的分離區(qū)。第二容器220可以圍繞第一容器210的部分和第三容器230的部分。第一容器210、第二容器220和第三容器230可以包括使用石英形成的基本上圓柱形的管。第一容器210可以連接到膜沉積單元100的引出部分114。第一容器210可以包括分別形成在第一容器210的兩端的用于傳遞基板10的第一引入部分211和第一引出部分212，第三容器230可以包括分別形成在第三容器210的兩端的用于傳遞基板10的第二引入部分231和第二引出部分232?；?0通過第一容器210的第一引入部分211進(jìn)入第一容器210并通過第一容器210的第一引出部分212從第一容器210出來。然后,在基板10經(jīng)過第二容器220的中心部分之后，基板100通過第二引入部分231進(jìn)入第三容器230并通過第二引出部分232從第三容器230出來。
[0061]第一、第二和第三容器210、220和230可以分別包括抽吸口 214、224和234。因此，第一、第二和第三容器210、220和230可以獨(dú)立地保持真空狀態(tài)。由于氧通過供氧管路215、225和235提供，所以第一容器210的氧分壓、第二容器220的氧分壓和第三容器230的氧分壓可以被獨(dú)立地控制。例如，第一容器210的氧分壓可以低于第三容器230的氧分壓，第二容器220的氧分壓可以在第一容器210的氧分壓和第三容器230的氧分壓之間。在第二容器220中，隨著從鄰近于第一容器210的第一部分到鄰近于第三容器230的第二部分，氧分壓可以增加。
[0062]第一容器210、第二容器220和第三容器230可以提供在圍繞第一容器210、第二容器220和第三容器230的熔爐中。第一容器210和第三容器230的分離區(qū)可以定位為對(duì)應(yīng)于熔爐的中心部分。因此，在第二容器220的中心部分的溫度可以比第一和第三容器210和230中的溫度高。第一容器210中的溫度和第三容器230的溫度可以隨著遠(yuǎn)離第二容器220的中心部分而降低。
[0063]參照?qǐng)D7描述的熱處理工藝將通過圖12中示出的熱處理單元200描述。當(dāng)基板10經(jīng)過熱處理單元200的第一容器210時(shí)，可以進(jìn)行沿路徑I的處理工藝。第一容器210可以具有相對(duì)低的氧分壓。例如，第一容器210的氧分壓可以在約lX10_5Torr至約lX10_4Torr的范圍內(nèi)。隨著從第一引入部分211到第一引出部分212,第一容器210中的溫度可以升高。例如，在第一引出部分212，第一容器210中的溫度可以是約800°C。當(dāng)基板10經(jīng)過熱處理單元200的第二容器220時(shí)，可以進(jìn)行沿路徑2的處理工藝。例如，第二容器220的氧分壓可以在約lX10_2Torr至約SXKT1Torr的范圍內(nèi)。在第二容器220中，隨著從鄰近于第一容器210的第一部分到鄰近于第三容器230的第二部分，氧分壓可以增加。在第二容器220的中心部分的溫度可以等于或高于約800°C。當(dāng)基板10經(jīng)過熱處理單元200的第二容器220的第二部分和第三容器230時(shí)，可以進(jìn)行沿路徑3的處理工藝。例如，第三容器230的氧分壓可以在約5 X KT2Torr至約3 X KT1Torr的范圍內(nèi)。在第三容器230中，隨著從第二引入部分231到第二引出部分232，溫度可以降低。例如，在第三容器230中，第二引入部分221處的溫度可以為約800°C。
[0064]將通過圖12中示出的熱處理單元200描述參照?qǐng)D8描述的熱處理工藝。第一、第二和第三容器210、220和230被構(gòu)造為不是獨(dú)立地而是從屬地保持真空狀態(tài)。在示范性實(shí)施例中，第一、第二和第三容器210、220和230可以使用單個(gè)抽吸口保持真空狀態(tài)。在另一示范性實(shí)施例中，第一、第二和第三容器210、220和230可以被構(gòu)造為單個(gè)圓筒形容器。
[0065]當(dāng)基板10從熱處理單元200的進(jìn)入部分行進(jìn)到熱處理單元200的中心部分時(shí)，可以進(jìn)行沿路徑I的處理工藝。當(dāng)基板10從熱處理單元200的中心部分行進(jìn)到熱處理單元200的引出部分時(shí)，可以進(jìn)行沿路徑2的處理工藝。例如，熱處理單元200的氧分壓可以在約IX KT2Torr至約3X KT1Torr的范圍內(nèi)。在熱處理單元200的中心部分處的溫度可以等于或高于約800°C。在熱處理單元200中，隨著從中心部分到進(jìn)入部分以及從中心部分到引出部分，溫度可以降低。
[0066]在如上所述的示范性實(shí)施例中，盡管膜沉積單元100、熱處理單元200和線供應(yīng)/收集單元300被構(gòu)造為單個(gè)使得基板被依次轉(zhuǎn)移，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于該示范性實(shí)施例。例如，線供應(yīng)/收集單元可以被提供到膜沉積單元100和熱處理單元200的每個(gè)。被基板10纏繞的卷軸被提供到膜沉積單元100的線供應(yīng)/收集單元。膜沉積單元100在基板10上形成超導(dǎo)前驅(qū)膜。膜沉積單元100可以具有不同于如上所述的示范性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。例如，膜沉積單元100可以被用于金屬有機(jī)沉積(MOD)。被其上形成超導(dǎo)前驅(qū)膜的基板纏繞的卷軸從膜沉積單元100分離。其上形成超導(dǎo)前驅(qū)膜的基板10可以被提供到熱處理單元200。然后，其上形成超導(dǎo)前驅(qū)膜的基板被加熱。
[0067]圖13示出通過根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示范性實(shí)施例的方法形成的超導(dǎo)線和通過一般方法形成的超導(dǎo)線在外部磁場下的臨界電流性質(zhì)。具體地，圖13的(a)對(duì)應(yīng)于釘扎籽層包括鉿的情形，(b)對(duì)應(yīng)于釘扎籽層包括鋯的情形，(C)對(duì)應(yīng)于通過一般方法形成的超導(dǎo)線的情形。此測量中的超導(dǎo)材料是SmBCO，超導(dǎo)線的溫度是77K，磁場是6300高斯。磁場被維持在恒定值，在磁場的方向改變時(shí)測量臨界電流。在附圖中，角度“O”指示磁場的方向平行于超導(dǎo)線的表面，角度“90”指示磁場的方向垂直于超導(dǎo)線的表面。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的超導(dǎo)線的臨界電流根據(jù)角度在20%內(nèi)改變，而通過一般方法形成的超導(dǎo)線的臨界電流在50%以上改變。當(dāng)臨界電流以上的電流流過超導(dǎo)線時(shí)，它失去其超導(dǎo)電性。在功率器件諸如電機(jī)、發(fā)電機(jī)等中，磁場由從其流過的電流產(chǎn)生，難以控制產(chǎn)生的磁場的方向。因此，超導(dǎo)線的臨界電流由根據(jù)角度的最小值確定。由于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的超導(dǎo)線在臨界電流上具有較少的變化，所以它們可以有利地應(yīng)用于功率器件。
[0068]根據(jù)該本發(fā)明，磁通量釘扎中心能夠被容易地形成。
[0069]以上公開的主題應(yīng)被認(rèn)為是說明性的，而不是限制的，權(quán)利要求旨在覆蓋落在本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)際精神和范圍內(nèi)的所有這樣的修改、增強(qiáng)和其他的實(shí)施例。因此，至法律所允許的最大程度，本發(fā)明構(gòu)思的范圍由以下權(quán)利要求及其等同物的最寬可允許解釋確定，而不應(yīng)被以上的詳細(xì)說明限制或限定。
【權(quán)利要求】
1.一種形成超導(dǎo)線的方法，包括: 在基板上形成釘扎籽層； 在形成有所述釘扎籽層的所述基板上沉積超導(dǎo)前驅(qū)膜；以及 熱處理沉積有所述超導(dǎo)前驅(qū)膜的所述基板，以形成包括磁通量釘扎中心的超導(dǎo)膜， 其中所述磁通量釘扎中心包括所述釘扎籽層中包含的至少一種元素和所述超導(dǎo)前驅(qū)膜中包含的至少一種元素。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述超導(dǎo)前驅(qū)膜的沉積包括在所述基板上提供稀土元素、鋇和銅。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述超導(dǎo)前驅(qū)膜通過反應(yīng)共蒸發(fā)工藝形成。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述釘扎籽層包括鋯氧化物、鋯、錫氧化物、鈦氧化物、鈦、鉿氧化物、鉿、釔氧化物、鈰氧化物或鈰。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述磁通量釘扎中心包括鋇鋯氧化物、鋇鈦氧化物、鋇鉿氧化物或鋇鈰氧化物。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基板包括金屬或在金屬基板上的具有紋理結(jié)構(gòu)的氧化物緩沖層。
7.一種超導(dǎo)線，包括: 基板； 釘扎籽層，在所述基板上；以及 超導(dǎo)膜，直接接觸所述釘扎籽層并包含豎直地布置在所述基板上的磁通量釘扎中心， 其中所述磁通量釘扎中心包括所述釘扎籽層中包含的至少一種元素和所述超導(dǎo)膜中包含的至少一種兀素。
8.如權(quán)利要求7所述的超導(dǎo)線，其中所述超導(dǎo)膜包括稀土元素、鋇和銅。
9.如權(quán)利要求8所述的超導(dǎo)線，其中所述磁通量釘扎中心包括鋇金屬氧化物。
10.如權(quán)利要求7所述的超導(dǎo)線，其中所述基板包括金屬或在金屬基板上的具有紋理結(jié)構(gòu)的氧化物緩沖層。
【文檔編號(hào)】H01B13/00GK104054143SQ201380005413
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月17日
【發(fā)明者】文勝鉉, 李憲周, 李宰勛 申請(qǐng)人:株式會(huì)社瑞藍(lán)