KR100721901B1 - Superconducting article and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 SrTiO3 단일 버퍼층을 사용하여 YBCO coated conductor를 형성하는 2세대 초전도 선재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 2축 배향성을 갖는 금속기판을 준비하는 단계; 상기 금속기판 상에 물리적 진공 증착법에 의하여 헤테로-에피 SrTiO3 시드층을 증착하는 단계; 상기 SrTiO3 시드층의 상부에 물리적 진공 증착법에 의하여 호모-에피 SrTiO3 버퍼층을 500 내지 800nm의 두께로 증착하는 단계; 및 상기 SrTiO3 버퍼층의 상부에 희토류계 고온 초전도층을 물리적 진공 증착법으로 증착하는 단계의 공정으로 제조된다. 이에 따라, 공정을 단순화시켜 생산 비용을 저감시킬 수 있으며, 동일한 진공 챔버 안에서 연속적으로 희토류계 고온 초전도층까지 증착하므로 초전도체가 갖는 특성을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a second generation superconducting wire to form a YBCO coated conductor using a SrTiO 3 single buffer layer, and a method of manufacturing the same; preparing a metal substrate having a biaxial orientation; Depositing a hetero-epitaxial SrTiO 3 seed layer on the metal substrate by physical vacuum deposition; Depositing a homo-epi SrTiO 3 buffer layer on the SrTiO 3 seed layer with a thickness of 500 to 800 nm by physical vacuum deposition; And depositing a rare earth-based high temperature superconducting layer on the SrTiO 3 buffer layer by physical vacuum deposition. Accordingly, the production cost can be reduced by simplifying the process, and the rare earth-based high temperature superconducting layer is continuously deposited in the same vacuum chamber, thereby improving the characteristics of the superconductor.
초전도, 선재, 2세대, SrTiO3, 버퍼층, 희토류계 고온 초전도층Superconductivity, Wire Rod, Second Generation, SrTiO3, Buffer Layer, Rare Earth High-Temperature Superconducting Layer
Description
도 1은 본 발명에 따른 초전도 선재의 구조1 is a structure of the superconducting wire according to the present invention
도 2는 본 발명에 따라 증착된 SrTiO3 박막의 XRD θ-2θ 스캔2 is an XRD θ-2θ scan of the SrTiO 3 thin film deposited according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따라 증착된 SrTiO3 (002) 결정면의 오메가(ω) 스캔 및 파이(φ) 스캔3 is an omega (ω) scan and a pi (φ) scan of a SrTiO 3 (002) crystal plane deposited according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따라 증착된 SrTiO3 (110) 결정면의 극점도(pole figure)4 is a pole figure of a SrTiO 3 (110) crystal plane deposited according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따라 증착된 SrTiO3 박막 표면의 주사전자현미경 사진5 is a scanning electron micrograph of the surface of the SrTiO 3 thin film deposited according to the present invention
도 6은 본 발명에 따라 증착된 YBCO의 XRD θ-2θ 스캔6 is an XRD θ-2θ scan of YBCO deposited according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따라 증착된 박막의 오메가(ω) 스캔 및 파이(φ) 스캔7 is an omega (ω) scan and a pie (φ) scan of a thin film deposited according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11 금속 기판 12 SrTiO3 버퍼층11
13 YBCO 초전도층 14 Ag 보호층13 YBCO
본 발명은 YBCO를 이용한 초전도 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SrTiO3 단일 버퍼층을 사용하여 그 상부에 YBCO 초전도층을 형성하는 2세대 초전도 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a superconducting device using YBCO and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a second generation superconducting wire which forms a YBCO superconducting layer thereon using a SrTiO 3 single buffer layer and a method of manufacturing the same.
일반적으로 초전도 선재는 임계온도 이하에서 전기저항이 제로가 되는 특성을 가지고 있기 때문에 이를 이용하여 변압기, 모터, 발전기, 전력 저장장치, NMR 및 MRI에 사용되는 초전도 자석, 송전케이블, 자기부상열차 등 고전력을 필요로 하는 많은 분야에서 활용될 것으로 보인다.In general, superconducting wires have a characteristic that the electrical resistance becomes zero below the critical temperature. It is likely to be used in many fields that require it.
금속 초전도체의 경우, 금속의 변형성(전성, 연성)을 이용하여 자유자재로 선재의 형성, 가공, 변형이 가능하다. 예를 들면 나이오븀(Nb)계 합금인 Nb3Sn이나 NbTi 등과 같은 금속형 초전도체의 경우에는 튜브나 분말의 복잡한 공정이 필요 없이 선재의 형성이 가능하다. 그러나, 이러한 금속형 초전도체는 초전도체로의 상전이가 일어나는 온도가 영하 250℃ 이하의 매우 낮은 온도로서 냉매로써 고가의 액체 헬륨이 필요하게 된다.In the case of a metal superconductor, the wire rod can be freely formed, processed, and deformed using the metal's deformability (electricity and ductility). For example, in the case of a metal superconductor such as Nb 3 Sn or NbTi, which is a niobium (Nb) alloy, wire rods can be formed without a complicated process of a tube or powder. However, such a metal superconductor requires an expensive liquid helium as a refrigerant at a very low temperature below which the phase transition to the superconductor occurs at less than 250 ° C.
1980년대 후반에 발견된 산화물 초전도체의 경우는 상전이가 일어나는 온도가 영하 193℃ 이상으로 저렴한 냉매인 액체 질소의 비등점보다 높은 온도에서도 저항이 영인 초전도상을 가지게 된다. 특히, 이트륨 바륨 산화물(YBa2Cu3O7- δ; 이하 YBCO)이나 희토류 바륨 산화물(REBa2Cu3O7; RE: Rare Earth)와 같은 고온 초전도체는 액체 질소 온도(영하 196℃)에서 전기 저항이 제로가 되는 초전도 특성을 가지 고 있다. 이러한 고온 초전도막을 전성이나 연성이 좋은 Ni 등의 금속 테이프 위에 증착한 구조인 박막형 초전도 선재(coated conductor)는 현재 사용되고 있는 일반 금속선 보다 단위 면적당 수송 능력이 훨씬 뛰어난 장점이 있어 세계적으로 많은 연구가 진행되고 있다.Oxide superconductors discovered in the late 1980s have a superconducting phase with zero resistance even at temperatures above the boiling point of liquid nitrogen, which is an inexpensive refrigerant, with phase transition temperatures below minus 193 ° C. In particular, high-temperature superconductors, such as yttrium barium oxide (YBa 2 Cu 3 O 7- δ ; YBCO) and rare earth barium oxide (REBa 2 Cu 3 O 7 ; RE: Rare Earth), can be used at liquid nitrogen temperatures (zero below 196 ° C). It has a superconducting property of zero resistance. The thin film superconducting wire, which is a structure in which the high temperature superconducting film is deposited on a metal tape such as Ni, which is malleable or ductile, has a much higher transport capacity per unit area than the current metal wire. have.
그러나, 고온 초전도막은 세라믹으로, 다결정 상태이고 다수의 결정립(grain)이 무질서하게 결합된 상태로 되어 있다. 즉, 각 결정립의 c축은 기판의 표면에 대하여 수직으로 배향되어 있으나 a축과 b축은 무질서한 방향으로 배향되어 있다.However, the high temperature superconducting film is a ceramic, and is in a polycrystalline state, in a state in which a plurality of grains are disorderedly coupled. That is, the c-axis of each crystal grain is oriented perpendicular to the surface of the substrate, but the a-axis and the b-axis are oriented in a disordered direction.
이와 같이, 결정립과 그 이웃한 결정립 사이의 결정각 즉, 결정립의 경계각이 다양하게 분포되어 있어 결정입계(grain boundary)에서 초전도 상태의 양자적 결합성(quantum coupling)이 상실된 결과 초전도 특성 특히, 임계전류 밀도가 저하되는 것으로 알려져 왔다. 특히, 경계각이 10도 이상일 때는 임계전류 밀도가 급격히 감소된다. 따라서, 이러한 결정립의 경계각이 작을 수록 단위 면적당 흐를 수 있는 최대 전류 밀도 값 즉, 임계전류 밀도(Jc)가 증가되므로, 경계각을 감소시키야 한다.As such, the crystallization angle between the grains and the neighboring grains, that is, the boundary angle of the grains, is variously distributed, resulting in the loss of the quantum coupling of the superconducting state at the grain boundary. It has been known that the critical current density is lowered. In particular, when the boundary angle is 10 degrees or more, the critical current density decreases rapidly. Therefore, as the boundary angle of such grains is smaller, the maximum current density value that can flow per unit area, that is, the critical current density Jc, is increased, so the boundary angle should be reduced.
이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 방법으로 YBCO 등의 희토류계 산화물 고온 초전도체를 박막의 평면 방향으로 2축 배향(biaxial alignment)을 갖도록 만드는 것이 있다. 이것을 위한 방법은 크게 두가지로 나누어지며, 첫째는 기판으로 사용되는 모재 자체를 단결정처럼 만들어 그 상부의 다결정 초전도체 박막이 2축 배향을 갖도록 하는 기술이고, 둘째는 기판으로 사용되는 모재와는 상관없이 모재 상부의 템플릿(template) 층을 단결정처럼 조절하는 기술이다. 첫 번째 방법이 RABiTS(rolling assisted biaxially textured substrate)이고, 두 번째 방법이 IBAD(ion beam assisted deposition) 방법이다.One way to solve this problem is to make a rare earth oxide high temperature superconductor such as YBCO to have a biaxial alignment in the planar direction of the thin film. The method for this is divided into two types. First, the base material used as the substrate itself is made of a single crystal so that the polycrystalline superconductor thin film on the upper side has a biaxial orientation. Second, the base material is independent of the base material used as the substrate. It is a technique to control the upper template layer like a single crystal. The first method is a rolling assisted biaxially textured substrate (RABiTS), and the second method is an ion beam assisted deposition (IBAD) method.
RABiTS 방법으로 만들어진 Ni 등의 금속기판에 초전도층을 증착하기 위해서는 이들의 사이에 버퍼층(buffer layer)을 사용하는 것일 일반적이다. 금속기판의 2축 집합구조(textured structure)가 초전도층까지 유지되어 전달되기 위해서는, 버퍼층의 격자상수가 금속기판 및 초전도층의 것과 차이가 적어야 한다. 또한, 화학적으로 안정된(chemically compatible) 구조를 가져야 하는데, 상하부의 물질층과 화학 반응을 일으켜 그 구조에 영향을 미치는 일이 발생되지 않게 하기 위함이다. In order to deposit a superconducting layer on a metal substrate such as Ni made by the RABiTS method, it is common to use a buffer layer between them. In order for the biaxial textured structure of the metal substrate to be maintained and transferred to the superconducting layer, the lattice constant of the buffer layer should be smaller than that of the metal substrate and the superconducting layer. In addition, it must have a chemically compatible (chemically compatible) structure, in order to cause a chemical reaction with the upper and lower material layers to affect the structure does not occur.
이러한 조건을 만족시키는 버퍼층으로 종래에는 CeO2/YSZ/CeO2, CeO2/YSZ/Y 2O3 등의 층상 구조를 갖는 다층의 산화물 버퍼층을 사용하였다. Conventionally, a multi-layer oxide buffer layer having a layered structure, such as CeO 2 / YSZ / CeO 2 , CeO 2 / YSZ / Y 2 O 3 , has been used as a buffer layer that satisfies these conditions.
그러나, 이러한 다층의 산화물 버퍼층은 제조시 각각의 물질에 따른 증착방법이 다르기 때문에 공정상에 어려움이 있으며, 재현성에도 많은 어려움이 있었다.However, such a multilayer oxide buffer layer has a difficulty in the process because the deposition method for each material is different during manufacturing, and also has a lot of difficulties in reproducibility.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, SrTiO3 단일 버퍼층을 사용하여 YBCO coated conductor를 제조함으로써, 공정을 단순화시켜 생산 비용을 저감시킬 수 있는 초전도 소자 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, by producing a YBCO coated conductor using a single SrTiO 3 buffer layer, a superconducting device that can simplify the process and reduce the production cost and its manufacture It is to provide a method.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초전도 소자의 제조방법은, 2축 배향성을 갖는 금속기판을 준비하는 단계; 상기 금속기판 상에 물리적 진공증착법에 의하여 헤테로-에피 SrTiO3 시드층을 증착하는 단계; 상기 SrTiO3 시드층의 상부에 물리적 진공증착법에 의하여 에피 SrTiO3 버퍼층을 500 내지 800nm의 두께로 증착하는 단계; 및 상기 SrTiO3 버퍼층의 상부에 희토류계 고온 초전도층을 물리적 진공 증착법으로 증착하여, 상기 2축 배향성을 갖는 금속기판에 대하여 에피 성장된 희토류계 고온 초전도층을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a superconducting device according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a metal substrate having a biaxial orientation; Depositing a hetero-epitaxial SrTiO 3 seed layer on the metal substrate by physical vacuum deposition; Depositing an epi SrTiO 3 buffer layer in a thickness of 500 to 800 nm on the SrTiO 3 seed layer by physical vacuum deposition; And depositing a rare earth-based high temperature superconducting layer on the SrTiO 3 buffer layer by physical vacuum deposition to obtain a rare earth-based high temperature superconducting layer epitaxially grown on the biaxially oriented metal substrate.
상기 헤테로-에피 SrTiO3 시드층을 증착하기 전에, 기판의 산화를 방지하기 위하여 상기 기판을 환원 분위기에서 가열시키는 것을 특징으로 하며, 환원 분위기는 아르곤에 4%의 수소를 포함한 가스 분위기인 것을 특징으로 한다.Before depositing the hetero-epi SrTiO 3 seed layer, the substrate is heated in a reducing atmosphere to prevent oxidation of the substrate, and the reducing atmosphere is a gas atmosphere including 4% hydrogen in argon. do.
상기 헤테로-에피 SrTiO3 시드층은 기판의 온도 660∼800℃, 5×10-6Torr 이하의 고진공 하에서 증착되는 것을 특징으로 한다.The hetero-epithelial SrTiO 3 seed layer is deposited under high vacuum at a temperature of 660-800 ° C. and 5 × 10 −6 Torr of the substrate.
상기 SrTiO3 시드층의 증착 후, 기판의 온도 650∼800℃, 0.1∼10 mTorr 범위의 산소 분압에서 호모-에피 SrTiO3 버퍼층을 증착하는 것을 특징으로 한다.After depositing the SrTiO 3 seed layer, the homo-epi SrTiO 3 buffer layer is deposited at an oxygen partial pressure in the range of 0.1 to 10 mTorr at a temperature of 650 to 800 ° C. of the substrate.
상기 희토류계 고온 초전도층은 YBa2Cu3O7-δ이며, 기판 온도 700∼800℃, 산소분압 100mTorr 이상에서 증착되는 것을 특징으로 한다.The rare earth-based high temperature superconducting layer is YBa 2 Cu 3 O 7 -δ, and is characterized in that it is deposited at a substrate temperature of 700 to 800 ° C and an oxygen partial pressure of 100 mTorr or more.
상기 증착은 레이저 에너지 밀도 1∼2J/㎠에서 수행되는 것을 특징으로 한다.The deposition is characterized in that it is carried out at a laser energy density of 1 ~ 2J / ㎠.
상기 초전도층의 증착 후, 550℃까지 5℃/min의 속도로 서냉시키고, 산소를 500 Torr의 압력까지 주입하여 열처리하는 것을 특징으로 한다.After deposition of the superconducting layer, it is slowly cooled to 550 ° C. at a rate of 5 ° C./min, and oxygen is injected to a pressure of 500 Torr to heat treatment.
본 발명의 다른 양상에 따른 초전도 소자는 본 발명에 따른 초전도 소자의 제조방법으로 제조되어, 금속기판/헤테로-에피 SrTiO3/호모-에피 SrTiO3/희토류계 고온초전도층으로 구성된 것을 특징으로 한다.Superconducting device according to another aspect of the present invention is manufactured by the method of manufacturing a superconducting device according to the present invention, characterized in that composed of a metal substrate / hetero-Epi SrTiO 3 / homo-Epi SrTiO 3 / rare earth-based high-temperature superconducting layer.
본 발명의 또 다른 양상에 따른 초전도 소자는 2축 배향성을 갖는 금속기판; 상기 금속기판 상에 증착된 산소가 결핍된 헤테로-에피 SrTiO3 시드층; 상기 SrTiO3 시드층의 상에 물리적 진공증착법에 의하여 증착된 호모-에피 SrTiO3 버퍼층; 및 상기 SrTiO3 버퍼층의 상에 물리적 진공증착법으로 증착되어 상기 2축 배향성을 갖는 금속기판에 대하여 에피 성장된 희토류계 고온초전도층을 포함하는 것을 특징으로 한다.Superconducting device according to another aspect of the present invention is a metal substrate having a biaxial orientation; An oxygen-deficient hetero-epi SrTiO 3 seed layer deposited on the metal substrate; A homo-epi SrTiO 3 buffer layer deposited on the SrTiO 3 seed layer by physical vacuum deposition; And a rare earth-based high temperature superconducting layer deposited on the SrTiO 3 buffer layer by physical vacuum deposition and epitaxially grown on the biaxially oriented metal substrate.
이와 같은 본 발명에 따르면, YBCO 등의 희토류계 고온 초전도 소자 특히, 초전도 선재의 제조 공정을 단순화시키고, 초전도 물성을 보다 향상시킬 수 있게 된다. According to the present invention, it is possible to simplify the manufacturing process of rare earth-based high-temperature superconducting devices such as YBCO, in particular, superconducting wire, and to further improve superconducting properties.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 초전도 소자의 제조방법에 대하여 설명한다. 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.Hereinafter, a method of manufacturing a superconducting device according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. This embodiment is not intended to limit the scope of the invention, but is presented by way of example only.
SrTiO3는 퍼로프스카이트(perovskite) 구조를 갖는 물질로, 기판으로 많이 사용되는 Ni과 초전도층인 YBCO와 격자상수 차이가 적으며, 열적 화학적으로 안정적인 물질이다. 본 발명은 이러한 SrTiO3를 버퍼층으로 사용하는 것인데, 펄스 레이저 증착법(pulse laser deposition)을 이용하여 최적의 SrTiO3 단일 버퍼층을 형성하고, 동일한 진공 챔버 속에서 연속적으로 YBCO 초전도층을 형성한다. SrTiO 3 is a material having a perovskite structure, and has a small lattice constant difference between Ni and YBCO, which is used as a substrate, and YBCO. The present invention uses the SrTiO 3 as a buffer layer. The optimal SrTiO 3 single buffer layer is formed by using pulse laser deposition, and the YBCO superconducting layer is continuously formed in the same vacuum chamber.
도 1은 본 발명에 따른 초전도 선재의 구조를 도시한 것이다. 금속 기판(11)/ SrTiO3 버퍼층(12)/ YBCO 초전도층(13)/ Ag 보호층(14)으로 구성된다. 금속기판(11)은 3wt%의 W이 함유된 Ni 합금으로 된 금속 테이프이며, 2축 방향으로 배향된 집합구조를 갖는다. 금속기판은 Ni에 한정되지 않고 일반적으로 초전도 선재에서 사용되는 것이 가능하다. 즉, Ag, Co, Mo, Cd, Pd, Pt, Ni 및 이들 금속의 합금 등이며, 이에 함유되는 첨가물 또한 W 외에도 다양한 금속 물질이 사용될 수 있다.1 illustrates the structure of a superconducting wire according to the present invention. A
본 발명에 따른 초전도 선재의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 제1 단계로, 금속기판(11)으로 사용되는 금속 테이프를 증착 챔버에 고정하고, 기판의 배면에 장착된 히터를 사용하여 기판을 650∼800℃의 온도로 가열시킨다. 이때 금속기판의 산화를 방지하기 위하여 환원 분위기(Ar과 H2의 혼합가스)에서 가열되도록 하며, 압력은 100mTorr 이상이다. The manufacturing method of the superconducting wire according to the present invention is as follows. First, in a first step, a metal tape used as the
원하는 증착온도에 도달하면, 제2 단계로 5×10-6Torr의 고진공 하에서 SrTiO3 시드층(seed layer)을 얇은 두께로 증착한다. 증착방법은 펄스 레이저 증착법이며, 타겟면과 30°의 각도로 입사되도록 KrF 엑시머 레이저 빔을 조사한다. 레이저 빔은 248nm의 파장으로 가지며, 빔의 크기는 1mm×4mm이다. 빔과 타겟과의 거리는 65mm이며, 레이저의 에너지 밀도는 1∼2J/㎠이다. 보다 바람직한 밀도는 1.7J/㎠이다. 이렇게 증착된 SrTiO3 박막은 약간의 산소가 결핌되어 성장되며, 2축 집합구조인 Ni 합금의 배향을 따라 헤테로-에피(hetero-epitaxy) 성장된다.Once the desired deposition temperature is reached, a second step deposits a thin layer of SrTiO 3 seed layer under high vacuum of 5 × 10 −6 Torr. The deposition method is a pulsed laser deposition method, and irradiates the KrF excimer laser beam to be incident at an angle of 30 ° with the target surface. The laser beam has a wavelength of 248 nm and the size of the beam is 1 mm x 4 mm. The distance between the beam and the target is 65 mm, and the energy density of the laser is 1 to 2 J /
이후 제3 단계로, 650∼800℃의 온도, 0.1∼10 mTorr 범위의 산소 분압에서 나머지 SrTiO3 박막을 증착한다. SrTiO3 박막의 증착율은 0.04nm/sec이며, 최종적인 두께는 600∼800nm 이다. 이렇게 증착된 SrTiO3 박막은 헤테로 에피 성장된 SrTiO3 시드층의 결정 방향을 따라 호모-에피(homo-epitaxy) 성장된다. Thereafter, in the third step, the remaining SrTiO 3 thin film is deposited at a temperature of 650 to 800 ° C. and an oxygen partial pressure in the range of 0.1 to 10 mTorr. The deposition rate of the SrTiO 3 thin film is 0.04 nm / sec, and the final thickness is 600 to 800 nm. The SrTiO 3 thin film thus deposited is homo-epitaxy grown along the crystal direction of the hetero epitaxially grown SrTiO 3 seed layer.
제4 단계로 SrTiO3 버퍼층의 상부에 YBCO 초전도층을 펄스 레이저 증착법으로 증착한다. YBCO 초전도층은 기판 온도 700∼800℃, 산소분압 100mTorr 이상에서 증착되며, 레이저 에너지 밀도는 1∼2J/㎠이다. 보다 바람직한 밀도는 1.7J/㎠이다. 본 실시예에서 사용되는 초전도체는 YBCO에 한정되는 것은 아니며, 희토류계 산화물 고온초전도체가 적용 가능함은 자명할 것이다.In a fourth step, a YBCO superconducting layer is deposited on the SrTiO 3 buffer layer by pulse laser deposition. The YBCO superconducting layer is deposited at a substrate temperature of 700 to 800 ° C. and an oxygen partial pressure of 100 mTorr or more, and the laser energy density is 1 to 2 J /
제5 단계로 YBCO 초전도층의 증착 후, 550℃까지 5℃/min의 속도로 서냉시키고, 산소를 500 Torr의 압력까지 주입하여 열처리한다. 이에 따라 증착된 시드층, 버퍼층 및 초전도층을 어닐함에 따라 증착 과정에 생성된 여러가지 결함들을 치유 하게 된다.After the deposition of the YBCO superconducting layer in the fifth step, the mixture is slowly cooled to 550 ° C. at a rate of 5 ° C./min, and heat-treated by injecting oxygen to a pressure of 500 Torr. Accordingly, by annealing the deposited seed layer, the buffer layer and the superconducting layer, various defects generated during the deposition process are healed.
이상에서는 SrTiO3 박막, 초전도층의 증착을 위해 펄스 레이저 증착법을 사용하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 다양한 방법의 물리적 진공증착법 또한 사용할 수 있음을 자명하다.In the above, the pulsed laser deposition method is used for the deposition of the SrTiO 3 thin film and the superconducting layer, but the present invention is not limited thereto, and it is apparent that various methods of physical vacuum deposition may also be used.
도 2 내지 도 4는 증착된 SrTiO3 박막의 X-선 회절(X-ray Diffraction) 결과이다.2 to 4 show X-ray diffraction results of the deposited SrTiO 3 thin film.
도 2는 에피택시(epitaxial) 증착된 SrTiO3 박막의 θ-2θ 스캔을 도시한 것이다. 증착온도는 각각 670, 700, 730℃로, 모두 Ni의 (00l) 결정면을 따라 (00l) 방향으로 잘 성장되어 있음을 알 수 있다.2 shows a θ-2θ scan of epitaxially deposited SrTiO 3 thin film. Deposition temperature is 670, 700, 730 ℃, respectively, it can be seen that all well grown in the (00l) direction along the (00l) crystal surface of Ni.
도 3은 증착된 SrTiO3 박막의 에피 성장 여부를 알기 위하여 out-of-plane인 SrTiO3 (002) 결정면의 오메가(ω) 스캔을 도시한 것으로, FWHM(Full Width Half Maximum) 값은 3.6 정도였다. 또한, 전술한 방법으로 증착된 SrTiO3 박막의 in-plane인 SrTiO3 (110) 결정면의 파이(φ) 스캔이 도시된다. FWHM(Full Width Half Maximum) 값은 6.9 정도였다. 도 4는 에피택시(epitaxial) 증착된 SrTiO3 (110) 결정면의 극점도(pole figure)을 도시한 것이다. SrTiO3 박막이 에피택시(epitaxial) 증착되고, 잘 배열되어 있는 것을 알 수 있다.FIG. 3 illustrates an omega scan of an out-of-plane SrTiO 3 (002) crystal surface to determine epitaxial growth of the deposited SrTiO 3 thin film. The FWHM (Full Width Half Maximum) value is about 3.6. . Also shown is a pi scan of the SrTiO 3 (110) crystal plane, which is an in-plane of the SrTiO 3 thin film deposited by the method described above. The Full Width Half Maximum (FWHM) value was about 6.9. FIG. 4 shows the pole figure of the epitaxially deposited SrTiO 3 (110) crystal plane. It can be seen that the SrTiO 3 thin film is epitaxially deposited and well arranged.
도 5는 에피택시(epitaxial) 증착된 SrTiO3 박막 표면을 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscopy; SEM)으로 관찰한 사진을 도시한 것이다.FIG. 5 shows a photograph of an epitaxial deposited SrTiO 3 thin film surface observed by scanning electron microscopy (SEM).
도 6은 SrTiO3 박막을 증착한 후 YBCO 초전도층을 인-시츄(in-situ)로 증착한 박막에 대한 θ-2θ 스캔을 도시한 것이다. (00l) 방향으로 에피탁시 성장된 것을 알 수 있다.FIG. 6 shows a θ-2θ scan for a thin film of YBCO superconducting layer deposited in-situ after depositing a SrTiO 3 thin film. It can be seen that the epitaxy was grown in the (00l) direction.
도 7은 YBCO/SrTiO3/Ni-3wt%W, SrTiO3/Ni-3wt%W, Ni-3wt%W에 대한 오메가 스캔 및 파이 스캔을 도시한 것이다. 모두 2축 배향된 집합구조를 갖는 Ni에 대하여 에피택시 성장된 것을 알 수 있다.FIG. 7 shows the omega scan and pi scan for YBCO / SrTiO 3 / Ni-3wt% W, SrTiO 3 / Ni-3wt% W, Ni-3wt% W. It can be seen that all are epitaxy grown for Ni having a biaxially oriented aggregate structure.
이상에서는 고온 초전도체로 YBCO를 설명하고 있으나, 이에 한정하지 않고 REBCO 즉, 희토류계 고온 초전도체에서도 적용될 수 있음은 자명하다.The above describes YBCO as a high temperature superconductor, but the present invention is not limited thereto, and it is obvious that the present invention may be applied to REBCO, that is, a rare earth high temperature superconductor.
이와 같이 본 발명에 의하면, SrTiO3 단일 버퍼층을 사용하여 YBCO coated conductor를 제조함으로써, 공정을 단순화시켜 생산 비용을 저감시킬 수 있으며, 동일한 진공 챔버 안에서 연속적으로 YBCO 고온 초전도층까지 증착하므로, 초전도체가 갖는 특성을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by manufacturing the YBCO coated conductor using a single SrTiO 3 buffer layer, the production cost can be reduced by simplifying the process, and since the YBCO high temperature superconducting layer is continuously deposited in the same vacuum chamber, the superconductor has There is an effect that can improve the characteristics more.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호 범위에 속하게 될 것이다.
The embodiments of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention as long as it will be apparent to those skilled in the art.
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