セラミック線材形成方法、セラミック線材形成システム、及びこれを利用する超伝導線材
【課題】セラミック線材を形成する方法を提供する。
【解決手段】線材基板の上にセラミック前駆体を提供し、前記セラミック前駆体が提供された線材基板を熱処理して結晶化されたセラミック線材が得られる。前記熱処理工程は、前記セラミック前駆体が液体状態を有するようにプロセッシングチャンバーの温度及び／又は酸素分圧を調節し、前記液体状態のセラミック薄膜から前記線材基板の上にエピタキシセラミック薄膜を形成することを含む。
【解決手段】線材基板の上にセラミック前駆体を提供し、前記セラミック前駆体が提供された線材基板を熱処理して結晶化されたセラミック線材が得られる。前記熱処理工程は、前記セラミック前駆体が液体状態を有するようにプロセッシングチャンバーの温度及び／又は酸素分圧を調節し、前記液体状態のセラミック薄膜から前記線材基板の上にエピタキシセラミック薄膜を形成することを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミック線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導体（ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）は低い温度で電気抵抗が‘０’に近くなって多量の電流を流すことがあり得る。最近、異軸配向された集合組織を有する薄い緩衝層又は金属基板上に超伝導膜を形成する２世代高温超伝導線材（Ｃｏａｔｅｄ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）に対する研究が活発に進行されている。前記２世代高温超伝導線材は一般的な金属線より著しく優れた単位面積当たりの電流輸送能力を有する。前記２世代高温超伝導線材は電力損失が少ない電力分野、ＭＲＩ、超伝導磁気浮上列車及び超伝導推進船舶等のような分野で利用され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は厚いセラミックのセラミック線材を形成する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態はセラミック線材形成方法を提供する。本発明にしたがう実施形態で、前記方法は線材基板の上にセラミック前駆体膜を蒸着することと、前記セラミック前駆体膜が蒸着された線材基板を熱処理することと、を含み、前記線材基板を熱処理することは前記セラミック前駆体膜が液体状態を有するように前記線材基板が提供されたプロセッシングチャンバーの温度及び／又は酸素分圧を調節することと、前記液体状態のセラミック前駆体膜から前記線材基板の上にエピタキシセラミック薄膜を形成することと、を包含できる。
【０００５】
本発明の実施形態は超伝導線材を提供する。前記超伝導線材はテープ形状の基板と、前記基板の上のバッファ層と、前記バッファ層の上に、希土類、バリウム、及び銅を含む超伝導膜と、を含み、前記超伝導膜は前記バッファ層に隣接し、超伝導相を有する第１部分と、前記第１部分の上に超伝導相と異なる相を有する第２部分と、を包含できる。
【０００６】
本発明の実施形態はセラミック線材形成システムを提供する。前記セラミック線材形成システムは線材基板の上にセラミック薄膜を形成するための薄膜蒸着ユニット；及び前記薄膜蒸着ユニットで形成されたセラミック薄膜を含む線材基板を熱処理するための熱処理ユニットを含み、前記熱処理ユニットは、前記線材基板を連続的に通過させ、順に隣接する第１容器、第２容器、及び第３容器を含み、前記第１容器、前記第２容器、及び前記第３容器は互いに独立的にポンピングされて独立的な真空を維持し、互いに独立的に温度を維持できるように構成される。
【発明の効果】
【０００７】
速い速度でセラミック厚膜のセラミック線材を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態によるセラミック線材の形成方法を示すフローチャートである。
【図２】ＹＢＣＯの相態図（ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ）を示す。
【図３】本発明の実施形態にしたがって形成されたセラミック線材の断面を図示する。
【図４】本発明の一実施形態によるセラミック線材の形成方法を示すＹＢＣＯの状態図（ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ）である。
【図５】本発明の他の実施形態によるセラミック線材の形成方法を示すＹＢＣＯの状態図（ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ）である。
【図６】本発明にしたがうセラミック線材形成装置の概略図である。
【図７】本発明にしたがうセラミック線材形成装置の膜蒸着ユニットの断面の概略図である。
【図８】本発明にしたがうリール−トー−リール装置の平面図を図示する。
【図９】本発明にしたがうセラミック線材形成装置の熱処理ユニットを概略的に図示する。
【図１０】本発明にしたがって形成されたセラミック線材の電気的物理的特性を示す。
【図１１】本発明にしたがって形成されたセラミック線材の電気的物理的特性を示す。
【図１２】本発明にしたがって形成されたセラミック線材の電気的物理的特性を示す。
【図１３】本発明にしたがって形成されたセラミック線材の電気的物理的特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されるものではなく、他の形態に具体化できる。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底して完全になり得るように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達できるようにするために提供されるものである。また、望ましい実施形態にしたがうことであるので、説明の順序にしたがって提示される参照符号はその順序に必ずしも限定されない。
【００１０】
本発明では、セラミック物質は典型的に超伝導体であり得る。しかし、セラミック物質が超伝導体に限定されるものではない。以下の実施形態ではセラミック物質として超伝導体が例を挙げて説明される。また、超伝導体の例としてＹＢＣＯ及びＳｍＢＣＯが説明されるがこれに限定されるものではない。即ち、前記超伝導体はＲｅＢＣＯを包含できる。ＲｅＢＣＯはＲｅ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏ７−ｙに示され、このとき、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５であり得る。前記希土類元素ＲｅはイットリウムＹ及びランタン族元素、又はこれらの組合せであることとして理解できる。ランタン族元素は公知されたように、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等を包含できる。
【００１１】
図１は本発明の実施形態によるセラミック線材の形成方法を示すフローチャートである。図２はＹＢＣＯ（ｙｔｔｒｉｕｍ ｂａｒｉｕｍ ｃｏｐｐｅｒ ｏｘｉｄｅ）の状態図（ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ）である。図１及び図２を参照して、本発明にしたがうセラミック線材の形成方法が概略的に説明される。
【００１２】
第１段階（Ｓ１０）において、線材基板の上にセラミック前駆体膜が形成される。前記セラミック前駆体膜は結晶化が進行されない非晶質状態である。前記線材基板は２軸配向された集合組織（ｂｉａｘｉａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する母材であり得る。前記母材は集合組織を有する金属、単結晶基板、又は金属基板上に提供された集合組織を有する酸化物バッファ層を包含できる。前記金属又は単結晶基板は、圧延熱処理されたＮｉ、Ｎｉ系合金（Ｎｉ−Ｗ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ等）、銀、銀合金、Ｎｉ−銀複合体等の立方晶系金属であり得る。前記酸化物バッファ層はセラミック中間層、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ３、ＬａＭｎＯ３、又はＳｒＴｉＯ３等であり得る。前記バッファ層は前記母材とその上部のセラミック物質との反応を防止し、２軸配向された集合組織の結晶性を伝達する役割を果たす。
【００１３】
前記セラミック前駆体膜は多様な方法によって形成され得る。前記セラミック前駆体膜は、例えば蒸発法（ｃｏ−ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、レーザーアブレーション（ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ）、ＣＶＤ、有機金属蒸着法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）、又はソル−ゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）方法によって形成され得る。
【００１４】
一方法に、前記セラミック前駆体膜は蒸発法によって形成され得る。前記蒸発法は希土類元素Ｒｅの中で少なくとも１つ、銅Ｃｕ及びバリウムＢａを盛る容器へ電子ビームを照射して生成される金属蒸気（ｍｅｔａｌ ｖａｐｏｒ）を前記線材基板の上へ提供してセラミック前駆体膜（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ ｆｉｌｍ）を蒸着することを包含できる。前記希土類元素ＲｅはイットリウムＹ及びランタン族元素、又はこれらの組合せであることとして理解できる。ランタン族元素は広く公知されたように、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等を含む。
【００１５】
他の方法において、前記セラミック前駆体膜は有機金属蒸着法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）によって製造され得る。例えば、有機溶媒に希土類Ｒｅ−アセテート、バリウムＢａ−アセテート、銅Ｃｕ−アセテートを溶解させ、蒸発蒸留及び再溶解−重合（Ｒｅｆｌｕｘｉｎｇ）工程を経て、希土類元素Ｒｅの中の少なくとも１つ、銅Ｃｕ及びバリウムＢａを含む金属前駆溶液を製造する。前記線材基板の上に前記金属前駆溶液を塗布する。
【００１６】
図２を参照して、前記第１段階（Ｓ１０）で形成された前記セラミック前駆体膜であるＲｅＢＣＯは、Ｒｅ２ＢａＣｕＯ５（以下、“２１１”）、ＲｅＢａ３Ｃｕ２Ｏ６（以下、“１３２”）、及びＢａＣｕ２Ｏ２（以下、“０１２”）に分解された状態として理解できる。ここで“０１２”は低温で固体状態である。即ち、ＲｅＢＣＯの分解過程で“０１２”の固体状態が示される。“０１２”はハッチングされた領域で液体状態を有する。グレー色領域（ｇｒａｙ ａｒｅａ）は熱力学的に安定されたＲｅＢＣＯを有する。
【００１７】
第２段階（Ｓ２０）において、前記セラミック前駆体膜が蒸着された前記線材基板が熱処理される。ＲｅＢＣＯの分解成分の中の“０１２”が液体状態を有するように、酸素分圧及び／又は熱処理温度が調節される（Ｓ２１）。このとき、ＲｅＢＣＯは液体状態の“０１２”内に“２１１”及び“１３２”が溶けていることとして理解できる（図２の領域Ａ）。酸素分圧及び／又は熱処理温度が調節されて境界線Ｉを経ることにしたがって、“０１２”液体状態から安定されたエピタキシＲｅＢＣＯ膜が形成され得る（Ｓ２２）。より具体的に、液体状態の“０１２”内に溶けていた“２１１”及び“１３２”から、前記線材基板の表面上に核が生成され、これからＲｅＢＣＯ膜がエピタキシ成長できる（図２の領域Ｂ）。
【００１８】
図３を参照して、このような方法によってバッファ層１１を有する線材基板１０の上に形成されたＲｅＢＣＯ膜１２は、前記バッファ層１１に隣接し、超伝導相を有する第１部分１３と、前記第１部分１３の上に超伝導相と異なる相を有する第２部分１４を包含できる。前記第１部分１３で希土類：バリウム：銅の比は１：２：３であり、前記第２部分１４で希土類：バリウム：銅の比は１：２：３と異なり得る。なぜならば、ＲｅＢＣＯ膜の下部で前記液体状態の“０１２”に溶けていた“２１１”及び“１３２”からＲｅＢＣＯ膜がエピタキシ成長される間に、前記ＲｅＢＣＯエピタキシ薄膜の上部には相変わらず、セラミック前駆体が残存する。これによって、最終的に形成されたＲｅＢＣＯ膜の上部表面は前記第２部分１４に、前記セラミック前駆体の跡である非化学量論的な酸化物を包含できる。前記第２部分１４は前記第１部分１３と異なる結晶構造を有する少なくとも１つの相を包含できる。前記第１部分１３はＲｅ２Ｏ３の粒を追加的に含有できる。
【００１９】
一方、前述したＲｅＢＣＯ膜形成方法で、前記セラミック前駆体膜は希土類：バリウム：銅の比が１：ｘ：３（０＜ｘ＜２）、例えば１：１．５：３になるように形成され得る。一般的に１：２：３の比を有するＲｅＢＣＯ前駆体は空気の中で分解される不安定（ｕｎｓｔａｂｌｅ）構造である反面、例えば１：１．５：３の比を有するＲｅＢＣＯ前駆体は空気の中でも安定された構造を有することができる。そのため、１：２：３の比を有するＲｅＢＣＯ前駆体膜は熱処理工程の前まで真空の下にあるはずであるが、１：１．５：３の比を有するＲｅＢＣＯ前駆体膜は空気の中に露出され得る。１：ｘ：３（０＜ｘ＜２）の比を有するＲｅＢＣＯ前駆体膜は前述した熱処理工程によって、希土類：バリウム：銅の比が１：２：３である第１部分１３と、前記第１部分１３上に希土類：バリウム：銅の比が１：２：３とは異なる前記第２部分１４を含むＲｅＢＣＯ超伝導膜になり得る。この場合、前記第２部分１４は固体状態の“０１２”を包含できる。“２１１”及び“１３２”は前記第１部分１３のエピタキシ成長の間に消耗され得る。
【００２０】
本発明にしたがうセラミック線材の形成方法は、図２のＹＢＣＯ状態図上の多様な熱処理経路の例を考慮してより具体的に説明される。図４及び５は本発明の実施形態によるセラミック線材の形成方法を示すＹＢＣＯの状態図（ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ）である。
【００２１】
図１及び図４を参照して、本発明の一実施形態によるセラミック線材の形成方法が説明される。
【００２２】
第１段階（Ｓ１０）において、前述したような方法によって、前記線材基板の上に前記セラミック前駆体膜が形成される。前記第１段階（Ｓ１０）で形成された前記セラミック前駆体膜であるＲｅＢＣＯはＲｅ２ＢａＣｕＯ５（以下、“２１１”）、ＲｅＢａ３Ｃｕ２Ｏ６（以下、“１３２”）及びＢａＣｕ２Ｏ２（以下、“０１２”）に分解された状態を含む。ここで、“０１２”は低温で固体状態である。即ち、ＲｅＢＣＯの分解過程で“０１２”の固体状態が示される。
【００２３】
第２段階（Ｓ２０）において、前記セラミック前駆体膜が蒸着された前記線材基板が熱処理される。前記熱処理工程は、図４の状態図の経路にしたがって遂行できる。経路１にしたがう熱処理工程は相対的に低い酸素分圧（例えば、１×１０−５〜１×１０−４Ｔｏｒｒ）下で遂行される。熱処理温度は常温で大略８００℃に増加され得る。
【００２４】
ＲｅＢＣＯの分解成分の中で“０１２”が液体状態を有するように、図４の状態図の経路２にしたがって酸素分圧及び／又は熱処理温度が調節される（Ｓ２１）。前記酸素分圧は、例えば１×１０−２〜３×１０−１Ｔｏｒｒに増加され得る。前記熱処理温度は、例えば８００℃以上であり得る。このとき、ＲｅＢＣＯは液体状態の“０１２”内に“２１１”及び“１３２”が溶けていることとして理解できる。
【００２５】
図４の状態図の経路３にしたがって酸素分圧及び／又は熱処理温度が調節されて境界線Ｉを経ることにしたがって“０１２”液体状態から安定されたエピタキシＲｅＢＣＯ膜が形成され得る（Ｓ２２）。前記酸素分圧は、例えば５×１０−２〜３×１０−１Ｔｏｒｒであり得る。前記熱処理温度は８００℃以下の温度、例えば常温に減少され得る。より具体的に、液体状態の“０１２”内に溶けていた“２１１”及び“１３２”から、前記線材基板の表面上に核が生成され、これからＲｅＢＣＯ膜がエピタキシ成長できる。
【００２６】
図５は本発明の他の実施形態によるセラミック線材の形成方法を示すＹＢＣＯの状態図（ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ）である。
【００２７】
図１及び図５を参照して、本発明の他の実施形態によるセラミック線材の形成方法が説明される。説明を簡単にするために、前述した一実施形態と重複される技術的特徴と同一な説明及び同一な機能をする技術的特徴に対しての説明は省略される。
【００２８】
第１段階（Ｓ１０）において、前述した一実施形態のような方法によって、前記線材基板の上にセラミック前駆体膜が形成される。第２段階（Ｓ２０）において、前記セラミック前駆体膜が蒸着された前記線材基板が熱処理される。前記熱処理工程は図５の状態図の経路にしたがって遂行できる。経路１にしたがう熱処理は、例えば５×１０−２〜３×１０−１Ｔｏｒｒの酸素分圧の下で遂行できる。熱処理温度は常温で大略８００℃以上に増加され得る。経路１にしたがって酸素分圧及び／又は熱処理温度が調節されて、“０１２”が液体状態を有することができる。このとき、ＲｅＢＣＯは液体状態の“０１２”内に“２１１”及び“１３２”が溶けていることとして理解できる（Ｓ２１）。
【００２９】
図５の状態図の経路２にしたがって酸素分圧及び／又は熱処理温度が調節されて境界線Ｉを経ることにしたがって安定されたＲｅＢＣＯ膜が形成され得る（Ｓ２２）。前記酸素分圧は、例えば５×１０−２〜３×１０−１Ｔｏｒｒであり得る。前記熱処理温度は８００℃以下の温度、例えば常温に減少され得る。より具体的に、液体状態の“０１２”内に溶けていた“２１１”及び“１３２”から、前記線材基板の表面上に核が生成され、これからＲｅＢＣＯ膜がエピタキシ成長できる。
【００３０】
前述した実施形態によるＲｅＢＣＯ膜の成長過程は液相エピタキシ成長法（ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＬＰＥ）と類似である。一方、図２、図４、及び図５はＹＢＣＯの状態図を示すので、具体的な酸素分圧及び熱処理温度は希土類元素Ｒｅの種類にしたがって異なることがあり得る。
【００３１】
図６乃至図９を参照して、本発明にしたがうセラミック線材形成システムの一例が概略的に説明される。図６乃至図９を参照して説明されるセラミック線材形成システムは本発明にしたがう一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３２】
図６は本発明にしたがうセラミック線材形成システムを概略的に図示する。図６を参照して、前記セラミック線材形成装置は線材基板の上にセラミック前駆体膜を形成するための薄膜蒸着ユニット１００、前記薄膜蒸着ユニット１００で形成されたセラミック前駆体膜を含む線材基板を熱処理するための熱処理ユニット２００及び線材供給／回収ユニット３００を含む。前記薄膜蒸着ユニット１００、前記熱処理ユニット２００、及び前記線材供給／回収ユニット３００の間に前記線材基板が通過し、真空を維持できる真空パイプ２０が追加に提供され得る。
【００３３】
図７は本発明にしたがうセラミック線材形成装置の薄膜蒸着ユニット１００の断面を概略的に図示する。図６及び図７を参照して、前記薄膜蒸着ユニット１００は、工程チャンバー１１０、リール−トー−リール（ｒｅｅｌ ｔｏ ｒｅｅｌ）装置１２０、及び蒸着部材１３０を包含できる。具体的に、前記工程チャンバー１１０は前記線材基板１０に前記セラミック前駆体膜を形成する蒸着工程が成される空間を提供する。前記工程チャンバー１１０は互いに対向する第１側壁１１１及び第２側壁１１２を含む。前記第１側壁１１１に前記線材供給／回収ユニット３００に連結される引込み部１１３が提供され、前記第２側壁１１２に前記熱処理ユニット２００に連結される引出部１１４が提供される。前記線材基板１０は前記線材供給／回収ユニット３００から前記引込み部１１３を通じて前記工程チャンバー１１０の内へ引き込まれ、前記引出部１１４を通じて前記熱処理ユニット２００へ引き込まれる。
【００３４】
前記蒸着部材１３０は前記リール−トー−リール装置１２０の下に提供され得る。前記線材基板１０の表面に前記セラミック物質の蒸気を提供する。一実施形態において、前記蒸着部材１３０は蒸発法（ｃｏ−ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）を利用して前記線材基板１０の上に前記セラミック前駆体膜を提供できる。前記蒸着部材１３０は、前記線材基板１０の下部に、電子ビームによって、金属蒸気を提供する金属蒸気ソース１３１、１３２、１３３を包含できる。前記金属蒸気ソースは希土類用ソース、バリウム用ソース及び銅用ソースを包含できる。
【００３５】
図８は本発明にしたがうリール−トー−リール装置の平面図を図示する。図７及び図８を参照して、前記リール−トー−リール装置１２０は第１リール部材１２１及び第２リール部材１２２を含み、前記第１リール部材１２１及び第２リール部材１２２は互いに離隔されて対向する。前記蒸着部材１３０は前記第１リール部材１２１と前記第２リール部材１２２との間に位置する前記線材基板の下に位置する。前記第１リール部材１２１及び第２リール部材１２２は前記セラミック前駆体膜の蒸着が行われる領域で前記線材基板１０をマルチターン（ｍｕｌｔｉｔｕｒｎ）させる。即ち、前記線材基板１０は前記第１リール部材１２１と前記第２リール部材１２２との間を往復し、前記第１リール部材１２１及び前記第２リール部材１２２にターンされる。前記第１リール部材１２１は前記工程チャンバー１１０の第１側壁１１１に隣接して提供され、前記第２リール部材１２２は前記工程チャンバー１１０の第２側壁１１２に隣接して提供され得る。前記第１リール部材１２１及び前記第２リール部材１２２は互いに同一な構成を有することができる。前記第１リール部材１２１及び前記第２リール部材１２２は前記線材基板１０の往復方向に交差する方向に延長できる。
【００３６】
前記第１リール部材１２１及び前記第２リール部材１２２は各々前記第１リール部材１２１及び前記第２リール部材１２２の延長方向に配置されて結合されるリールを含む。前記線材基板１０は各々のリールで１回ずつターンする。各々のリールは独立的に駆動されることが可能で、前記線材基板１０との摩擦力によって回転される。平面の上から見る時、前記第２リール部材１２２は前記線材基板１０のマルチターンのために前記第１リール部材１２１と若干ずれるように配置される。前記線材基板１０は前記第１リール部材１２１及び前記第２リール部材１２２を往復しながら、前記第１リール部材及び前記第２リール部材１２２の延長方向に移動する。
【００３７】
図９は本発明にしたがうセラミック線材形成装置の熱処理ユニット２００を概略的に図示する断面図である。図９を参照して、前記熱処理ユニット２００は前記線材基板１０を連続的に通過させることができ、順に隣接する第１容器２１０、第２容器２２０、及び第３容器２３０を包含できる。前記第１容器２１０及び前記第３容器２３０は互いに離隔される。前記第２容器２２０の中心部分は、前記第１容器２１０及び前記第３容器２３０が互いに離隔された空間に対応され得る。前記第２容器２２０は前記第１容器２１０及び前記第３容器２３０の各々の一部を囲むように構成される。前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０はシリンダー形の石英管（ｑｕａｒｔｚ）で構成され得る。前記第１容器２１０は前記薄膜蒸着ユニット１００の前記引出部１１４に連結され得る。前記第１容器及び前記第３容器はその両端に前記線材基板１０が通過できる引込み部及び引出部２１１、２１２、２３１、２３２を包含できる。前記線材基板１０は、前記第１容器の第１引込み部２１１に引き込まれて前記第１容器の第１引出部２１２に引き出され、前記第２容器の中心部分を通過し、前記第３容器の第２引込み部２３１に引き込まれて前記第３容器の第２引出部２３２に引き出され得る。
【００３８】
前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０は独立的な真空を維持することができる。このために前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０は各々別のポンピングポート２１４、２２４、２３４を有することができる。酸素供給ライン２１５、２２５、２３５を通じて酸素が供給されて前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０内の酸素分圧が互いに独立的に調節され得る。例えば、前記第１容器２１０内の酸素分圧は前記第３容器２３０の内の酸素分圧より低くて、前記第２容器２２０内の酸素分圧は前記第１容器２１０内と前記第３容器２３０内との酸素分圧の間に維持され得る。前記第１容器２１０に隣接する部分で前記第３容器２３０に隣接する部分に行くほど、前記第２容器２２０内の酸素分圧は増加することができる。
【００３９】
前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０はこれらを囲む熱処理炉の内へ提供される。前記第１容器２１０及び前記第３容器２３０が離隔された部分が前記熱処理炉の中心付近に位置することができる。これによって、前記第２容器２２０の中心付近の温度は前記第１容器２１０及び前記第３容器２３０内の温度より高く維持され得る。前記第１容器２１０及び前記第３容器２３０内の温度は前記第２容器２２０の中心部分から遠くなるほど、低くなり得る。
【００４０】
図４を参照して説明された一実施形態による熱処理過程が図９で前述した熱処理ユニット２００と共に説明される。前記経路１の処理過程は前記線材基板１０が前記熱処理ユニット２００の前記第１容器２１０を通過しながら遂行できる。前記第１容器２１０は相対的に低い酸素分圧（例えば、１×１０−５〜１×１０−４Ｔｏｒｒ）を有することができる。前記第１容器２１０内の温度は前記第１引込み部２１１から増加されて前記第１引出部２１２で大略８００℃になり得る。前記経路２の処理過程は前記線材基板１０が前記熱処理ユニット２００の前記第２容器２２０の中心部分を通過しながら遂行できる。前記第２容器２２０は、例えば１×１０−２〜３×１０−１Ｔｏｒｒの酸素分圧を有することができる。前記第１容器２１０に隣接する部分で前記第３容器２３０に隣接する部分に行くほど、前記第２容器２２０内の酸素分圧は増加することができる。前記第２容器２２０の中心部分の温度は大略８００℃以上であり得る。前記経路３の処理過程は前記線材基板１０が前記熱処理ユニット２００の前記第３容器２３０を通過しながら遂行できる。前記第３容器２３０は、例えば５×１０−２〜３×１０−１Ｔｏｒｒの酸素分圧を有することができる。前記第３容器２３０内の温度は前記第２引込み部２２１の大略８００℃から前記第２引出部２２２に行くほど、減少することができる。
【００４１】
図５を参照して説明された他の実施形態による熱処理過程が図９で前述した熱処理ユニット２００と共に説明される。前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０は独立的な真空を維持しないように構成される。例えば、前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０は１つのポンピングポートによって真空を維持することができる。他の例として、前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０は１つのシリンダー形の容器であり得る。
【００４２】
前記経路１の処理過程は前記線材基板１０が前記熱処理ユニット２００の引込み部から中心部分に向かう過程で遂行できる。前記経路２の処理過程は前記線材基板１０が前記熱処理ユニット２００の中心部分で引出部に向かう過程で遂行できる。前記熱処理ユニット２００は、例えば１×１０−２〜３×１０−１Ｔｏｒｒの酸素分圧を有することができる。前記熱処理ユニット２００の中心部分の温度は大略８００℃以上であり得る。前記熱処理ユニット２００内の温度は前記中心部分から前記引込み部及び前記引出部に向かうほど、低くなり得る。
【００４３】
前述した例では、前記薄膜蒸着ユニット１００、前記熱処理ユニット２００、及び前記線材供給／回収ユニット３００が一体に構成されて、前記線材基板１０が連続的に移送されることが説明されたが、これに限定されるものではない。例えば、先ず前記線材供給／回収ユニットが前記薄膜蒸着ユニット１００及び前記熱処理ユニット２００の各々に別に提供され得る。まず、前記線材基板１０を巻くリールが前記薄膜蒸着ユニット１００の前記線材供給／回収ユニットに装着される。前記薄膜蒸着ユニット１００で、前記線材基板１０の上に前記セラミック前駆体膜が形成される。前記薄膜蒸着ユニット１００は前述した例と異なる構造であり得る。例えば、前記薄膜蒸着ユニット１００は有機金属蒸着（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）のためのものであり得る。次に、前記セラミック前駆体膜が形成された前記線材基板１０を巻く前記リール、前記薄膜蒸着ユニット１００から分離される。前記セラミック前駆体膜が形成された線材基板１０は前記熱処理ユニット２００に装着され得る。その後、前記セラミック前駆体膜が形成された前記線材基板１０は熱処理される。
【００４４】
図１０乃至図１３は本発明にしたがって形成されたセラミック線材の電気的構造的特性を示す。本発明にしたがって、例えば形成されたセラミック線材はＳｍＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘであり、その厚さは１．５μｍであった。
【００４５】
図１０は本発明にしたがって形成されたＳｍＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘセラミック線材の臨界温度Ｔｃが９４．５Ｋであることを示している。図１１は本発明にしたがって形成されたＳｍＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘセラミック線材の電気的特性を示す。測定に使用されたセラミック線材はＳｍＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ上にＡｇが覆われた構造であり、４１０Ａ程度の臨界電流Ｉｃを示し、臨界電流密度は２．２７ＭＡ／ｃｍ２であった。図１２及び図１３は本発明にしたがって形成されたＳｍＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘセラミック線材の結晶性を示す。優れた結晶特性を示した。
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミック線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導体（ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）は低い温度で電気抵抗が‘０’に近くなって多量の電流を流すことがあり得る。最近、異軸配向された集合組織を有する薄い緩衝層又は金属基板上に超伝導膜を形成する２世代高温超伝導線材（Ｃｏａｔｅｄ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）に対する研究が活発に進行されている。前記２世代高温超伝導線材は一般的な金属線より著しく優れた単位面積当たりの電流輸送能力を有する。前記２世代高温超伝導線材は電力損失が少ない電力分野、ＭＲＩ、超伝導磁気浮上列車及び超伝導推進船舶等のような分野で利用され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は厚いセラミックのセラミック線材を形成する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態はセラミック線材形成方法を提供する。本発明にしたがう実施形態で、前記方法は線材基板の上にセラミック前駆体膜を蒸着することと、前記セラミック前駆体膜が蒸着された線材基板を熱処理することと、を含み、前記線材基板を熱処理することは前記セラミック前駆体膜が液体状態を有するように前記線材基板が提供されたプロセッシングチャンバーの温度及び／又は酸素分圧を調節することと、前記液体状態のセラミック前駆体膜から前記線材基板の上にエピタキシセラミック薄膜を形成することと、を包含できる。
【０００５】
本発明の実施形態は超伝導線材を提供する。前記超伝導線材はテープ形状の基板と、前記基板の上のバッファ層と、前記バッファ層の上に、希土類、バリウム、及び銅を含む超伝導膜と、を含み、前記超伝導膜は前記バッファ層に隣接し、超伝導相を有する第１部分と、前記第１部分の上に超伝導相と異なる相を有する第２部分と、を包含できる。
【０００６】
本発明の実施形態はセラミック線材形成システムを提供する。前記セラミック線材形成システムは線材基板の上にセラミック薄膜を形成するための薄膜蒸着ユニット；及び前記薄膜蒸着ユニットで形成されたセラミック薄膜を含む線材基板を熱処理するための熱処理ユニットを含み、前記熱処理ユニットは、前記線材基板を連続的に通過させ、順に隣接する第１容器、第２容器、及び第３容器を含み、前記第１容器、前記第２容器、及び前記第３容器は互いに独立的にポンピングされて独立的な真空を維持し、互いに独立的に温度を維持できるように構成される。
【発明の効果】
【０００７】
速い速度でセラミック厚膜のセラミック線材を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態によるセラミック線材の形成方法を示すフローチャートである。
【図２】ＹＢＣＯの相態図（ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ）を示す。
【図３】本発明の実施形態にしたがって形成されたセラミック線材の断面を図示する。
【図４】本発明の一実施形態によるセラミック線材の形成方法を示すＹＢＣＯの状態図（ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ）である。
【図５】本発明の他の実施形態によるセラミック線材の形成方法を示すＹＢＣＯの状態図（ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ）である。
【図６】本発明にしたがうセラミック線材形成装置の概略図である。
【図７】本発明にしたがうセラミック線材形成装置の膜蒸着ユニットの断面の概略図である。
【図８】本発明にしたがうリール−トー−リール装置の平面図を図示する。
【図９】本発明にしたがうセラミック線材形成装置の熱処理ユニットを概略的に図示する。
【図１０】本発明にしたがって形成されたセラミック線材の電気的物理的特性を示す。
【図１１】本発明にしたがって形成されたセラミック線材の電気的物理的特性を示す。
【図１２】本発明にしたがって形成されたセラミック線材の電気的物理的特性を示す。
【図１３】本発明にしたがって形成されたセラミック線材の電気的物理的特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されるものではなく、他の形態に具体化できる。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底して完全になり得るように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達できるようにするために提供されるものである。また、望ましい実施形態にしたがうことであるので、説明の順序にしたがって提示される参照符号はその順序に必ずしも限定されない。
【００１０】
本発明では、セラミック物質は典型的に超伝導体であり得る。しかし、セラミック物質が超伝導体に限定されるものではない。以下の実施形態ではセラミック物質として超伝導体が例を挙げて説明される。また、超伝導体の例としてＹＢＣＯ及びＳｍＢＣＯが説明されるがこれに限定されるものではない。即ち、前記超伝導体はＲｅＢＣＯを包含できる。ＲｅＢＣＯはＲｅ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏ７−ｙに示され、このとき、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５であり得る。前記希土類元素ＲｅはイットリウムＹ及びランタン族元素、又はこれらの組合せであることとして理解できる。ランタン族元素は公知されたように、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等を包含できる。
【００１１】
図１は本発明の実施形態によるセラミック線材の形成方法を示すフローチャートである。図２はＹＢＣＯ（ｙｔｔｒｉｕｍ ｂａｒｉｕｍ ｃｏｐｐｅｒ ｏｘｉｄｅ）の状態図（ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ）である。図１及び図２を参照して、本発明にしたがうセラミック線材の形成方法が概略的に説明される。
【００１２】
第１段階（Ｓ１０）において、線材基板の上にセラミック前駆体膜が形成される。前記セラミック前駆体膜は結晶化が進行されない非晶質状態である。前記線材基板は２軸配向された集合組織（ｂｉａｘｉａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する母材であり得る。前記母材は集合組織を有する金属、単結晶基板、又は金属基板上に提供された集合組織を有する酸化物バッファ層を包含できる。前記金属又は単結晶基板は、圧延熱処理されたＮｉ、Ｎｉ系合金（Ｎｉ−Ｗ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ等）、銀、銀合金、Ｎｉ−銀複合体等の立方晶系金属であり得る。前記酸化物バッファ層はセラミック中間層、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ３、ＬａＭｎＯ３、又はＳｒＴｉＯ３等であり得る。前記バッファ層は前記母材とその上部のセラミック物質との反応を防止し、２軸配向された集合組織の結晶性を伝達する役割を果たす。
【００１３】
前記セラミック前駆体膜は多様な方法によって形成され得る。前記セラミック前駆体膜は、例えば蒸発法（ｃｏ−ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、レーザーアブレーション（ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ）、ＣＶＤ、有機金属蒸着法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）、又はソル−ゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）方法によって形成され得る。
【００１４】
一方法に、前記セラミック前駆体膜は蒸発法によって形成され得る。前記蒸発法は希土類元素Ｒｅの中で少なくとも１つ、銅Ｃｕ及びバリウムＢａを盛る容器へ電子ビームを照射して生成される金属蒸気（ｍｅｔａｌ ｖａｐｏｒ）を前記線材基板の上へ提供してセラミック前駆体膜（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ ｆｉｌｍ）を蒸着することを包含できる。前記希土類元素ＲｅはイットリウムＹ及びランタン族元素、又はこれらの組合せであることとして理解できる。ランタン族元素は広く公知されたように、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等を含む。
【００１５】
他の方法において、前記セラミック前駆体膜は有機金属蒸着法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）によって製造され得る。例えば、有機溶媒に希土類Ｒｅ−アセテート、バリウムＢａ−アセテート、銅Ｃｕ−アセテートを溶解させ、蒸発蒸留及び再溶解−重合（Ｒｅｆｌｕｘｉｎｇ）工程を経て、希土類元素Ｒｅの中の少なくとも１つ、銅Ｃｕ及びバリウムＢａを含む金属前駆溶液を製造する。前記線材基板の上に前記金属前駆溶液を塗布する。
【００１６】
図２を参照して、前記第１段階（Ｓ１０）で形成された前記セラミック前駆体膜であるＲｅＢＣＯは、Ｒｅ２ＢａＣｕＯ５（以下、“２１１”）、ＲｅＢａ３Ｃｕ２Ｏ６（以下、“１３２”）、及びＢａＣｕ２Ｏ２（以下、“０１２”）に分解された状態として理解できる。ここで“０１２”は低温で固体状態である。即ち、ＲｅＢＣＯの分解過程で“０１２”の固体状態が示される。“０１２”はハッチングされた領域で液体状態を有する。グレー色領域（ｇｒａｙ ａｒｅａ）は熱力学的に安定されたＲｅＢＣＯを有する。
【００１７】
第２段階（Ｓ２０）において、前記セラミック前駆体膜が蒸着された前記線材基板が熱処理される。ＲｅＢＣＯの分解成分の中の“０１２”が液体状態を有するように、酸素分圧及び／又は熱処理温度が調節される（Ｓ２１）。このとき、ＲｅＢＣＯは液体状態の“０１２”内に“２１１”及び“１３２”が溶けていることとして理解できる（図２の領域Ａ）。酸素分圧及び／又は熱処理温度が調節されて境界線Ｉを経ることにしたがって、“０１２”液体状態から安定されたエピタキシＲｅＢＣＯ膜が形成され得る（Ｓ２２）。より具体的に、液体状態の“０１２”内に溶けていた“２１１”及び“１３２”から、前記線材基板の表面上に核が生成され、これからＲｅＢＣＯ膜がエピタキシ成長できる（図２の領域Ｂ）。
【００１８】
図３を参照して、このような方法によってバッファ層１１を有する線材基板１０の上に形成されたＲｅＢＣＯ膜１２は、前記バッファ層１１に隣接し、超伝導相を有する第１部分１３と、前記第１部分１３の上に超伝導相と異なる相を有する第２部分１４を包含できる。前記第１部分１３で希土類：バリウム：銅の比は１：２：３であり、前記第２部分１４で希土類：バリウム：銅の比は１：２：３と異なり得る。なぜならば、ＲｅＢＣＯ膜の下部で前記液体状態の“０１２”に溶けていた“２１１”及び“１３２”からＲｅＢＣＯ膜がエピタキシ成長される間に、前記ＲｅＢＣＯエピタキシ薄膜の上部には相変わらず、セラミック前駆体が残存する。これによって、最終的に形成されたＲｅＢＣＯ膜の上部表面は前記第２部分１４に、前記セラミック前駆体の跡である非化学量論的な酸化物を包含できる。前記第２部分１４は前記第１部分１３と異なる結晶構造を有する少なくとも１つの相を包含できる。前記第１部分１３はＲｅ２Ｏ３の粒を追加的に含有できる。
【００１９】
一方、前述したＲｅＢＣＯ膜形成方法で、前記セラミック前駆体膜は希土類：バリウム：銅の比が１：ｘ：３（０＜ｘ＜２）、例えば１：１．５：３になるように形成され得る。一般的に１：２：３の比を有するＲｅＢＣＯ前駆体は空気の中で分解される不安定（ｕｎｓｔａｂｌｅ）構造である反面、例えば１：１．５：３の比を有するＲｅＢＣＯ前駆体は空気の中でも安定された構造を有することができる。そのため、１：２：３の比を有するＲｅＢＣＯ前駆体膜は熱処理工程の前まで真空の下にあるはずであるが、１：１．５：３の比を有するＲｅＢＣＯ前駆体膜は空気の中に露出され得る。１：ｘ：３（０＜ｘ＜２）の比を有するＲｅＢＣＯ前駆体膜は前述した熱処理工程によって、希土類：バリウム：銅の比が１：２：３である第１部分１３と、前記第１部分１３上に希土類：バリウム：銅の比が１：２：３とは異なる前記第２部分１４を含むＲｅＢＣＯ超伝導膜になり得る。この場合、前記第２部分１４は固体状態の“０１２”を包含できる。“２１１”及び“１３２”は前記第１部分１３のエピタキシ成長の間に消耗され得る。
【００２０】
本発明にしたがうセラミック線材の形成方法は、図２のＹＢＣＯ状態図上の多様な熱処理経路の例を考慮してより具体的に説明される。図４及び５は本発明の実施形態によるセラミック線材の形成方法を示すＹＢＣＯの状態図（ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ）である。
【００２１】
図１及び図４を参照して、本発明の一実施形態によるセラミック線材の形成方法が説明される。
【００２２】
第１段階（Ｓ１０）において、前述したような方法によって、前記線材基板の上に前記セラミック前駆体膜が形成される。前記第１段階（Ｓ１０）で形成された前記セラミック前駆体膜であるＲｅＢＣＯはＲｅ２ＢａＣｕＯ５（以下、“２１１”）、ＲｅＢａ３Ｃｕ２Ｏ６（以下、“１３２”）及びＢａＣｕ２Ｏ２（以下、“０１２”）に分解された状態を含む。ここで、“０１２”は低温で固体状態である。即ち、ＲｅＢＣＯの分解過程で“０１２”の固体状態が示される。
【００２３】
第２段階（Ｓ２０）において、前記セラミック前駆体膜が蒸着された前記線材基板が熱処理される。前記熱処理工程は、図４の状態図の経路にしたがって遂行できる。経路１にしたがう熱処理工程は相対的に低い酸素分圧（例えば、１×１０−５〜１×１０−４Ｔｏｒｒ）下で遂行される。熱処理温度は常温で大略８００℃に増加され得る。
【００２４】
ＲｅＢＣＯの分解成分の中で“０１２”が液体状態を有するように、図４の状態図の経路２にしたがって酸素分圧及び／又は熱処理温度が調節される（Ｓ２１）。前記酸素分圧は、例えば１×１０−２〜３×１０−１Ｔｏｒｒに増加され得る。前記熱処理温度は、例えば８００℃以上であり得る。このとき、ＲｅＢＣＯは液体状態の“０１２”内に“２１１”及び“１３２”が溶けていることとして理解できる。
【００２５】
図４の状態図の経路３にしたがって酸素分圧及び／又は熱処理温度が調節されて境界線Ｉを経ることにしたがって“０１２”液体状態から安定されたエピタキシＲｅＢＣＯ膜が形成され得る（Ｓ２２）。前記酸素分圧は、例えば５×１０−２〜３×１０−１Ｔｏｒｒであり得る。前記熱処理温度は８００℃以下の温度、例えば常温に減少され得る。より具体的に、液体状態の“０１２”内に溶けていた“２１１”及び“１３２”から、前記線材基板の表面上に核が生成され、これからＲｅＢＣＯ膜がエピタキシ成長できる。
【００２６】
図５は本発明の他の実施形態によるセラミック線材の形成方法を示すＹＢＣＯの状態図（ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ）である。
【００２７】
図１及び図５を参照して、本発明の他の実施形態によるセラミック線材の形成方法が説明される。説明を簡単にするために、前述した一実施形態と重複される技術的特徴と同一な説明及び同一な機能をする技術的特徴に対しての説明は省略される。
【００２８】
第１段階（Ｓ１０）において、前述した一実施形態のような方法によって、前記線材基板の上にセラミック前駆体膜が形成される。第２段階（Ｓ２０）において、前記セラミック前駆体膜が蒸着された前記線材基板が熱処理される。前記熱処理工程は図５の状態図の経路にしたがって遂行できる。経路１にしたがう熱処理は、例えば５×１０−２〜３×１０−１Ｔｏｒｒの酸素分圧の下で遂行できる。熱処理温度は常温で大略８００℃以上に増加され得る。経路１にしたがって酸素分圧及び／又は熱処理温度が調節されて、“０１２”が液体状態を有することができる。このとき、ＲｅＢＣＯは液体状態の“０１２”内に“２１１”及び“１３２”が溶けていることとして理解できる（Ｓ２１）。
【００２９】
図５の状態図の経路２にしたがって酸素分圧及び／又は熱処理温度が調節されて境界線Ｉを経ることにしたがって安定されたＲｅＢＣＯ膜が形成され得る（Ｓ２２）。前記酸素分圧は、例えば５×１０−２〜３×１０−１Ｔｏｒｒであり得る。前記熱処理温度は８００℃以下の温度、例えば常温に減少され得る。より具体的に、液体状態の“０１２”内に溶けていた“２１１”及び“１３２”から、前記線材基板の表面上に核が生成され、これからＲｅＢＣＯ膜がエピタキシ成長できる。
【００３０】
前述した実施形態によるＲｅＢＣＯ膜の成長過程は液相エピタキシ成長法（ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＬＰＥ）と類似である。一方、図２、図４、及び図５はＹＢＣＯの状態図を示すので、具体的な酸素分圧及び熱処理温度は希土類元素Ｒｅの種類にしたがって異なることがあり得る。
【００３１】
図６乃至図９を参照して、本発明にしたがうセラミック線材形成システムの一例が概略的に説明される。図６乃至図９を参照して説明されるセラミック線材形成システムは本発明にしたがう一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３２】
図６は本発明にしたがうセラミック線材形成システムを概略的に図示する。図６を参照して、前記セラミック線材形成装置は線材基板の上にセラミック前駆体膜を形成するための薄膜蒸着ユニット１００、前記薄膜蒸着ユニット１００で形成されたセラミック前駆体膜を含む線材基板を熱処理するための熱処理ユニット２００及び線材供給／回収ユニット３００を含む。前記薄膜蒸着ユニット１００、前記熱処理ユニット２００、及び前記線材供給／回収ユニット３００の間に前記線材基板が通過し、真空を維持できる真空パイプ２０が追加に提供され得る。
【００３３】
図７は本発明にしたがうセラミック線材形成装置の薄膜蒸着ユニット１００の断面を概略的に図示する。図６及び図７を参照して、前記薄膜蒸着ユニット１００は、工程チャンバー１１０、リール−トー−リール（ｒｅｅｌ ｔｏ ｒｅｅｌ）装置１２０、及び蒸着部材１３０を包含できる。具体的に、前記工程チャンバー１１０は前記線材基板１０に前記セラミック前駆体膜を形成する蒸着工程が成される空間を提供する。前記工程チャンバー１１０は互いに対向する第１側壁１１１及び第２側壁１１２を含む。前記第１側壁１１１に前記線材供給／回収ユニット３００に連結される引込み部１１３が提供され、前記第２側壁１１２に前記熱処理ユニット２００に連結される引出部１１４が提供される。前記線材基板１０は前記線材供給／回収ユニット３００から前記引込み部１１３を通じて前記工程チャンバー１１０の内へ引き込まれ、前記引出部１１４を通じて前記熱処理ユニット２００へ引き込まれる。
【００３４】
前記蒸着部材１３０は前記リール−トー−リール装置１２０の下に提供され得る。前記線材基板１０の表面に前記セラミック物質の蒸気を提供する。一実施形態において、前記蒸着部材１３０は蒸発法（ｃｏ−ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）を利用して前記線材基板１０の上に前記セラミック前駆体膜を提供できる。前記蒸着部材１３０は、前記線材基板１０の下部に、電子ビームによって、金属蒸気を提供する金属蒸気ソース１３１、１３２、１３３を包含できる。前記金属蒸気ソースは希土類用ソース、バリウム用ソース及び銅用ソースを包含できる。
【００３５】
図８は本発明にしたがうリール−トー−リール装置の平面図を図示する。図７及び図８を参照して、前記リール−トー−リール装置１２０は第１リール部材１２１及び第２リール部材１２２を含み、前記第１リール部材１２１及び第２リール部材１２２は互いに離隔されて対向する。前記蒸着部材１３０は前記第１リール部材１２１と前記第２リール部材１２２との間に位置する前記線材基板の下に位置する。前記第１リール部材１２１及び第２リール部材１２２は前記セラミック前駆体膜の蒸着が行われる領域で前記線材基板１０をマルチターン（ｍｕｌｔｉｔｕｒｎ）させる。即ち、前記線材基板１０は前記第１リール部材１２１と前記第２リール部材１２２との間を往復し、前記第１リール部材１２１及び前記第２リール部材１２２にターンされる。前記第１リール部材１２１は前記工程チャンバー１１０の第１側壁１１１に隣接して提供され、前記第２リール部材１２２は前記工程チャンバー１１０の第２側壁１１２に隣接して提供され得る。前記第１リール部材１２１及び前記第２リール部材１２２は互いに同一な構成を有することができる。前記第１リール部材１２１及び前記第２リール部材１２２は前記線材基板１０の往復方向に交差する方向に延長できる。
【００３６】
前記第１リール部材１２１及び前記第２リール部材１２２は各々前記第１リール部材１２１及び前記第２リール部材１２２の延長方向に配置されて結合されるリールを含む。前記線材基板１０は各々のリールで１回ずつターンする。各々のリールは独立的に駆動されることが可能で、前記線材基板１０との摩擦力によって回転される。平面の上から見る時、前記第２リール部材１２２は前記線材基板１０のマルチターンのために前記第１リール部材１２１と若干ずれるように配置される。前記線材基板１０は前記第１リール部材１２１及び前記第２リール部材１２２を往復しながら、前記第１リール部材及び前記第２リール部材１２２の延長方向に移動する。
【００３７】
図９は本発明にしたがうセラミック線材形成装置の熱処理ユニット２００を概略的に図示する断面図である。図９を参照して、前記熱処理ユニット２００は前記線材基板１０を連続的に通過させることができ、順に隣接する第１容器２１０、第２容器２２０、及び第３容器２３０を包含できる。前記第１容器２１０及び前記第３容器２３０は互いに離隔される。前記第２容器２２０の中心部分は、前記第１容器２１０及び前記第３容器２３０が互いに離隔された空間に対応され得る。前記第２容器２２０は前記第１容器２１０及び前記第３容器２３０の各々の一部を囲むように構成される。前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０はシリンダー形の石英管（ｑｕａｒｔｚ）で構成され得る。前記第１容器２１０は前記薄膜蒸着ユニット１００の前記引出部１１４に連結され得る。前記第１容器及び前記第３容器はその両端に前記線材基板１０が通過できる引込み部及び引出部２１１、２１２、２３１、２３２を包含できる。前記線材基板１０は、前記第１容器の第１引込み部２１１に引き込まれて前記第１容器の第１引出部２１２に引き出され、前記第２容器の中心部分を通過し、前記第３容器の第２引込み部２３１に引き込まれて前記第３容器の第２引出部２３２に引き出され得る。
【００３８】
前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０は独立的な真空を維持することができる。このために前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０は各々別のポンピングポート２１４、２２４、２３４を有することができる。酸素供給ライン２１５、２２５、２３５を通じて酸素が供給されて前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０内の酸素分圧が互いに独立的に調節され得る。例えば、前記第１容器２１０内の酸素分圧は前記第３容器２３０の内の酸素分圧より低くて、前記第２容器２２０内の酸素分圧は前記第１容器２１０内と前記第３容器２３０内との酸素分圧の間に維持され得る。前記第１容器２１０に隣接する部分で前記第３容器２３０に隣接する部分に行くほど、前記第２容器２２０内の酸素分圧は増加することができる。
【００３９】
前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０はこれらを囲む熱処理炉の内へ提供される。前記第１容器２１０及び前記第３容器２３０が離隔された部分が前記熱処理炉の中心付近に位置することができる。これによって、前記第２容器２２０の中心付近の温度は前記第１容器２１０及び前記第３容器２３０内の温度より高く維持され得る。前記第１容器２１０及び前記第３容器２３０内の温度は前記第２容器２２０の中心部分から遠くなるほど、低くなり得る。
【００４０】
図４を参照して説明された一実施形態による熱処理過程が図９で前述した熱処理ユニット２００と共に説明される。前記経路１の処理過程は前記線材基板１０が前記熱処理ユニット２００の前記第１容器２１０を通過しながら遂行できる。前記第１容器２１０は相対的に低い酸素分圧（例えば、１×１０−５〜１×１０−４Ｔｏｒｒ）を有することができる。前記第１容器２１０内の温度は前記第１引込み部２１１から増加されて前記第１引出部２１２で大略８００℃になり得る。前記経路２の処理過程は前記線材基板１０が前記熱処理ユニット２００の前記第２容器２２０の中心部分を通過しながら遂行できる。前記第２容器２２０は、例えば１×１０−２〜３×１０−１Ｔｏｒｒの酸素分圧を有することができる。前記第１容器２１０に隣接する部分で前記第３容器２３０に隣接する部分に行くほど、前記第２容器２２０内の酸素分圧は増加することができる。前記第２容器２２０の中心部分の温度は大略８００℃以上であり得る。前記経路３の処理過程は前記線材基板１０が前記熱処理ユニット２００の前記第３容器２３０を通過しながら遂行できる。前記第３容器２３０は、例えば５×１０−２〜３×１０−１Ｔｏｒｒの酸素分圧を有することができる。前記第３容器２３０内の温度は前記第２引込み部２２１の大略８００℃から前記第２引出部２２２に行くほど、減少することができる。
【００４１】
図５を参照して説明された他の実施形態による熱処理過程が図９で前述した熱処理ユニット２００と共に説明される。前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０は独立的な真空を維持しないように構成される。例えば、前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０は１つのポンピングポートによって真空を維持することができる。他の例として、前記第１容器２１０、前記第２容器２２０、及び前記第３容器２３０は１つのシリンダー形の容器であり得る。
【００４２】
前記経路１の処理過程は前記線材基板１０が前記熱処理ユニット２００の引込み部から中心部分に向かう過程で遂行できる。前記経路２の処理過程は前記線材基板１０が前記熱処理ユニット２００の中心部分で引出部に向かう過程で遂行できる。前記熱処理ユニット２００は、例えば１×１０−２〜３×１０−１Ｔｏｒｒの酸素分圧を有することができる。前記熱処理ユニット２００の中心部分の温度は大略８００℃以上であり得る。前記熱処理ユニット２００内の温度は前記中心部分から前記引込み部及び前記引出部に向かうほど、低くなり得る。
【００４３】
前述した例では、前記薄膜蒸着ユニット１００、前記熱処理ユニット２００、及び前記線材供給／回収ユニット３００が一体に構成されて、前記線材基板１０が連続的に移送されることが説明されたが、これに限定されるものではない。例えば、先ず前記線材供給／回収ユニットが前記薄膜蒸着ユニット１００及び前記熱処理ユニット２００の各々に別に提供され得る。まず、前記線材基板１０を巻くリールが前記薄膜蒸着ユニット１００の前記線材供給／回収ユニットに装着される。前記薄膜蒸着ユニット１００で、前記線材基板１０の上に前記セラミック前駆体膜が形成される。前記薄膜蒸着ユニット１００は前述した例と異なる構造であり得る。例えば、前記薄膜蒸着ユニット１００は有機金属蒸着（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）のためのものであり得る。次に、前記セラミック前駆体膜が形成された前記線材基板１０を巻く前記リール、前記薄膜蒸着ユニット１００から分離される。前記セラミック前駆体膜が形成された線材基板１０は前記熱処理ユニット２００に装着され得る。その後、前記セラミック前駆体膜が形成された前記線材基板１０は熱処理される。
【００４４】
図１０乃至図１３は本発明にしたがって形成されたセラミック線材の電気的構造的特性を示す。本発明にしたがって、例えば形成されたセラミック線材はＳｍＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘであり、その厚さは１．５μｍであった。
【００４５】
図１０は本発明にしたがって形成されたＳｍＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘセラミック線材の臨界温度Ｔｃが９４．５Ｋであることを示している。図１１は本発明にしたがって形成されたＳｍＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘセラミック線材の電気的特性を示す。測定に使用されたセラミック線材はＳｍＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ上にＡｇが覆われた構造であり、４１０Ａ程度の臨界電流Ｉｃを示し、臨界電流密度は２．２７ＭＡ／ｃｍ２であった。図１２及び図１３は本発明にしたがって形成されたＳｍＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘセラミック線材の結晶性を示す。優れた結晶特性を示した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材基板の上にセラミック前駆体膜を蒸着することと、
前記セラミック前駆体膜が蒸着された線材基板を熱処理することと、を含み、
前記線材基板を熱処理することは、前記セラミック前駆体膜が液体状態を有するように前記線材基板が提供されたプロセッシングチャンバーの温度及び／又は酸素分圧を調節することと、前記液体状態のセラミック前駆体膜から前記線材基板の上にエピタキシセラミック薄膜を形成することと、を含むセラミック線材形成方法。
【請求項２】
前記セラミック前駆体膜が液体状態を有するようにすることは、前記セラミック前駆体膜が蒸着された線材基板の温度を増加させることを含み、前記エピタキシセラミック薄膜を形成することは前記線材基板の温度を減少させることを含む請求項１に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項３】
前記セラミック前駆体膜が液体状態を有するようにすること又は前記エピタキシセラミック薄膜を形成することは、前記プロセッシングチャンバーの酸素分圧を増加させることを含む請求項２に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項４】
前記セラミック前駆体膜を蒸着することと前記線材基板を熱処理することとは互いに離隔されて分離された空間で遂行される請求項１に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項５】
前記プロセッシングチャンバーは順に隣接する第１容器、第２容器、及び第３容器を含み、
前記セラミック前駆体膜が蒸着された線材基板を熱処理することは、
前記線材基板を連続的に通過させ、前記第１容器、前記第２容器、及び前記第３容器内で順次的に遂行される請求項１に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項６】
前記第１容器内の酸素分圧は前記第３容器内の酸素分圧より低くて、前記第２容器内の酸素分圧は前記第１容器内と前記第３容器内との酸素分圧の間に維持されるようにする請求項５に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項７】
前記第１容器に隣接する部分から前記第３容器に隣接する部分に行くほど、前記第２容器内の酸素分圧は増加する請求項６に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項８】
前記第２容器内の温度は前記第１容器及び前記第３容器内の温度より高い請求項５に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項９】
前記第１容器及び前記第３容器内の温度は前記第２容器から遠くなるほど、低くなる請求項８に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項１０】
前記第２容器内の温度は８００℃以上であり、前記第２容器内の酸素分圧は０．０１Ｔｏｒｒから０．３Ｔｏｒｒの範囲内である請求項５に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項１１】
前記セラミック前駆体膜が蒸着された線材基板を熱処理することは、
前記線材基板を連続的に通過させ得る前記プロセッシングチャンバー内で遂行され、前記プロセッシングチャンバー中心部分から遠くなるほど、温度は減少する請求項１に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項１２】
前記セラミック前駆体膜を蒸着することは、前記線材基板の上に希土類Ｒｅ、バリウムＢａ及び銅Ｃｕを提供することを含む請求項１に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項１３】
前記セラミック前駆体膜はＲｅ２ＢａＣｕＯ５、ＲｅＢａ３Ｃｕ２Ｏ６、及びＢａＣｕ２Ｏ２に分解された状態を有し、前記セラミック前駆体膜が液体状態を有するようにすることは前記セラミック前駆体膜でＢａＣｕ２Ｏ２が液体状態を有するようにすることを含む請求項１２に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項１４】
前記セラミック前駆体膜は蒸発法又は有機金属蒸着法によって形成される請求項１に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項１５】
テープ形状の基板と、
前記基板の上のバッファ層と、
前記バッファ層の上に、希土類、バリウム、及び銅を含む超伝導膜と、を含み、
前記超伝導膜は前記バッファ層に隣接し、超伝導相を有する第１部分と、前記第１部分上に超伝導相と異なる相を有する第２部分と、を含む超伝導線材。
【請求項１６】
前記第２部分は前記第１部分と異なる結晶構造を有する少なくとも１つの相を含む請求項１５に記載の超伝導線材。
【請求項１７】
前記超伝導線材は７７Ｋの温度で１ＭＡ／ｃｍ２以上の電流密度を有する請求項１５に記載の超伝導線材。
【請求項１８】
線材基板の上にセラミック薄膜を形成するための薄膜蒸着ユニットと、
前記薄膜蒸着ユニットで形成されたセラミック薄膜を含む線材基板を熱処理するための熱処理ユニットと、を含み、
前記熱処理ユニットは、前記線材基板を連続的に通過させることができ、順に隣接する第１容器、第２容器、及び第３容器を含み、前記第１容器、前記第２容器、及び前記第３容器は互いに独立的にポンピングされて独立的な真空を維持でき、互いに独立的に温度を維持できるように構成されたセラミック線材形成システム。
【請求項１９】
前記第１容器内の酸素分圧は前記第３容器内の酸素分圧より低くて、前記第２容器内の酸素分圧は前記第１容器内と前記第３容器内との酸素分圧との間に維持される請求項１８に記載のセラミック線材形成システム。
【請求項２０】
前記第２容器内の温度は前記第１容器及び前記第３容器内の温度より高い請求項１９に記載のセラミック線材形成システム。
【請求項２１】
前記第１容器及び前記第３容器内の温度は前記第２容器から離れるほど、低くなる請求項１９に記載のセラミック線材形成システム。
【請求項１】
線材基板の上にセラミック前駆体膜を蒸着することと、
前記セラミック前駆体膜が蒸着された線材基板を熱処理することと、を含み、
前記線材基板を熱処理することは、前記セラミック前駆体膜が液体状態を有するように前記線材基板が提供されたプロセッシングチャンバーの温度及び／又は酸素分圧を調節することと、前記液体状態のセラミック前駆体膜から前記線材基板の上にエピタキシセラミック薄膜を形成することと、を含むセラミック線材形成方法。
【請求項２】
前記セラミック前駆体膜が液体状態を有するようにすることは、前記セラミック前駆体膜が蒸着された線材基板の温度を増加させることを含み、前記エピタキシセラミック薄膜を形成することは前記線材基板の温度を減少させることを含む請求項１に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項３】
前記セラミック前駆体膜が液体状態を有するようにすること又は前記エピタキシセラミック薄膜を形成することは、前記プロセッシングチャンバーの酸素分圧を増加させることを含む請求項２に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項４】
前記セラミック前駆体膜を蒸着することと前記線材基板を熱処理することとは互いに離隔されて分離された空間で遂行される請求項１に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項５】
前記プロセッシングチャンバーは順に隣接する第１容器、第２容器、及び第３容器を含み、
前記セラミック前駆体膜が蒸着された線材基板を熱処理することは、
前記線材基板を連続的に通過させ、前記第１容器、前記第２容器、及び前記第３容器内で順次的に遂行される請求項１に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項６】
前記第１容器内の酸素分圧は前記第３容器内の酸素分圧より低くて、前記第２容器内の酸素分圧は前記第１容器内と前記第３容器内との酸素分圧の間に維持されるようにする請求項５に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項７】
前記第１容器に隣接する部分から前記第３容器に隣接する部分に行くほど、前記第２容器内の酸素分圧は増加する請求項６に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項８】
前記第２容器内の温度は前記第１容器及び前記第３容器内の温度より高い請求項５に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項９】
前記第１容器及び前記第３容器内の温度は前記第２容器から遠くなるほど、低くなる請求項８に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項１０】
前記第２容器内の温度は８００℃以上であり、前記第２容器内の酸素分圧は０．０１Ｔｏｒｒから０．３Ｔｏｒｒの範囲内である請求項５に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項１１】
前記セラミック前駆体膜が蒸着された線材基板を熱処理することは、
前記線材基板を連続的に通過させ得る前記プロセッシングチャンバー内で遂行され、前記プロセッシングチャンバー中心部分から遠くなるほど、温度は減少する請求項１に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項１２】
前記セラミック前駆体膜を蒸着することは、前記線材基板の上に希土類Ｒｅ、バリウムＢａ及び銅Ｃｕを提供することを含む請求項１に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項１３】
前記セラミック前駆体膜はＲｅ２ＢａＣｕＯ５、ＲｅＢａ３Ｃｕ２Ｏ６、及びＢａＣｕ２Ｏ２に分解された状態を有し、前記セラミック前駆体膜が液体状態を有するようにすることは前記セラミック前駆体膜でＢａＣｕ２Ｏ２が液体状態を有するようにすることを含む請求項１２に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項１４】
前記セラミック前駆体膜は蒸発法又は有機金属蒸着法によって形成される請求項１に記載のセラミック線材形成方法。
【請求項１５】
テープ形状の基板と、
前記基板の上のバッファ層と、
前記バッファ層の上に、希土類、バリウム、及び銅を含む超伝導膜と、を含み、
前記超伝導膜は前記バッファ層に隣接し、超伝導相を有する第１部分と、前記第１部分上に超伝導相と異なる相を有する第２部分と、を含む超伝導線材。
【請求項１６】
前記第２部分は前記第１部分と異なる結晶構造を有する少なくとも１つの相を含む請求項１５に記載の超伝導線材。
【請求項１７】
前記超伝導線材は７７Ｋの温度で１ＭＡ／ｃｍ２以上の電流密度を有する請求項１５に記載の超伝導線材。
【請求項１８】
線材基板の上にセラミック薄膜を形成するための薄膜蒸着ユニットと、
前記薄膜蒸着ユニットで形成されたセラミック薄膜を含む線材基板を熱処理するための熱処理ユニットと、を含み、
前記熱処理ユニットは、前記線材基板を連続的に通過させることができ、順に隣接する第１容器、第２容器、及び第３容器を含み、前記第１容器、前記第２容器、及び前記第３容器は互いに独立的にポンピングされて独立的な真空を維持でき、互いに独立的に温度を維持できるように構成されたセラミック線材形成システム。
【請求項１９】
前記第１容器内の酸素分圧は前記第３容器内の酸素分圧より低くて、前記第２容器内の酸素分圧は前記第１容器内と前記第３容器内との酸素分圧との間に維持される請求項１８に記載のセラミック線材形成システム。
【請求項２０】
前記第２容器内の温度は前記第１容器及び前記第３容器内の温度より高い請求項１９に記載のセラミック線材形成システム。
【請求項２１】
前記第１容器及び前記第３容器内の温度は前記第２容器から離れるほど、低くなる請求項１９に記載のセラミック線材形成システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２０１３−５１９２０１（Ｐ２０１３−５１９２０１Ａ）
【公表日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５１８９６（Ｐ２０１２−５５１８９６）
【出願日】平成２２年８月３日（２０１０．８．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１０／００５１０３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９６６２４
【国際公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【出願人】（５１２２０２７３８）スナム カンパニー リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３日（２０１０．８．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１０／００５１０３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９６６２４
【国際公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【出願人】（５１２２０２７３８）スナム カンパニー リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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