多層フィラメント超伝導性物品、およびその形成方法
超伝導性物品であって、基板、基板の上に横たわるバッファ層、及びバッファの上に横たわる高温超伝導性（ＨＴＳ）材料よりなるフィラメントを持つものが与えられる。フィラメントは基板の長さに沿って伸び、かつ、隣接するフィラメントから水平方向にある空間だけ空けて配置されている。多層フィラメント超伝導性テープは、少なくとも約０．４である臨界電流保持比を持つ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
開示の分野
本発明は、多層フィラメント超伝導性物品に向けられており、かつ、特に低ＡＣロス多層フィラメント超伝導性物品に向けられている。
【０００２】
関連する技術の記録
超伝導体材料は技術社会において永く知られ、理解されてきた。液体ヘリウムの使用を要求する温度(４.２Ｋ)で超伝導特性を示す低温超伝導体（低−ＴC又はＬＴＳ）は１９９１年以来知られてきた。しかしながら、酸化物ベースの高温（高−ＴC）超伝導体が発見されたのは幾分最近になってからである。１９８６年あたりに液体窒素温度(７７Ｋ)以上の温度で超伝導特性を有する最初の高温超伝導体(ＨＴＳ)、すなわちＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X（ＹＢＣＯ）が発見され、これにつづいて過去１５年にわたってＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+y（ＢＳＣＣＯ）及びその他、を含む付加的な材料が開発されてきた。高温超伝導体（高−Ｔｃ超伝導体）の開発は、このような超伝導体を比較的高価な液体ヘリウムに基づく極低温基盤構造で動作させるよりむしろ、液体窒素で動作させるとコストを低下できることに部分的に依存して、このような材料を含む超伝導体要素および他の装置の経済的に実現可能な発展の可能性を、創り出してきた。
【０００３】
非常に多くの可能な応用の中で産業はこのような材料の発電、送電、配電、および貯蔵を含む電力産業における使用を展開させることを求めてきた。この点に関し、銅ベースの商用電力要素の本質的な抵抗は、毎年数十億ドルの電力の損失を生じていると評価されており、したがって、電力産業は送電および配電電力ケーブル、発電機、変圧器及び故障電流妨害器／制限器等の電力要素における高温超伝導体の利用に基づき、利益を得る立場にある。さらに、電力産業における高温超伝導体の他の利点は、従来技術に対する、電力処理能力の３−１０％の増加、電力設備の大きさ（すなわち、接地面積）および重量の実質的な低減、環境衝撃の低減、より大きい安全性、および容量の増大を含む。このような高温超伝導体の利点が極めて強力なものであり続けている間にも、多くの技術的挑戦が、高温超伝導体の製造及び商業化において大規模に存在しつづけている。
【０００４】
高温超伝導体の商業化に関連した挑戦の多くは、種々の電力要素の形成に用いることのできる超伝導性テープセグメントの製造の回りに存在する。超伝導性テープセグメントの第１世代は上述のＢＳＣＣＯ高温超伝導体の使用を含む。この材料は一般に、貴金属、代表的には銀、のマトリックス内に埋め込まれた分離したフィラメントの形で設けられる。このような導体は電力産業で実施するに必要な長い長さ（キロメートルのオーダー等）に作ることができるが、材料及び製造コストのためにこのようなテープは広く商業的に実現可能な製品を代表するものではない。
【０００５】
したがって、多くの興味は優秀な商業的な実行可能性を持つ、いわゆる第２世代ＨＴＳテープで生じてきた。これらのテープは代表的に層構造に依拠し、これは一般に機械的サポートを与えるフレキシブル基板、基板上に横たわる少なくとも１つのバッファ層、バッファ層は任意に複数の膜を含む、バッファ膜の上に横たわるＨＴＳ層、及び超伝導体層の上に横たわる任意のキャップ層、及び／又はキャップ層の上に、又は全体構造の周りに横たわる任意の電気的安定化層を含む。しかしながら今日まで、このような第２世代テープ、及びこのようなテープを組み込んでいる装置の十分な商業化に先立って、数多くの工学的および製造上の挑戦が続いている。
【０００６】
新しい技術の出現は新しい問題を生じるが、ＨＴＳテープの場合においては交流（ＡＣ）電流を低減すること、及びその間臨界電流容量を維持することは、特に煩雑である。ＡＣロスは導体の有効性を低減し、かつ超伝導性物品を通って電流を流すことにより生成される磁界によって生じせしめられる。いくらかの超伝導体設計がＡＣロスを軽減するよう示唆されてきたが、これらの物品の形成及び利用は第２世代ＨＴＳテープの複雑な多層化構造を与えられてユニークな障害を課してきた。特に、このような構造を商業的に実現可能な長い長さの導体に形成することは、このような物品が、増大する電力需要を向上した性能および耐性をもって処理する能力を持つよう期待されるよりより大きい主要な障害を残す。
【発明の開示】
【０００７】
１つの側面によれば、多層フィラメント超伝導性テープセグメントよりなる超伝導性テープであって、基板テープ、基板の上に横たわるバッファ層、及びバッファ層の上に横たわる高温超伝導性（ＨＴＳ）材料よりなる複数フィラメントを含むものが開示されている。複数フィラメントは基板の長さに沿って伸び、隣接するフィラメントから水平方向に空間によりスペースを空けられており、かつ縦方向にはギャップによりスペースを空けられている。多層フィラメント超伝導性テープセグメントは、約１００ミクロンより大きくない水平方向フィラメント間不整列を持つ。
【０００８】
もう１つの側面によると、超伝導性物品であって、基板テープ、基板の上に横たわるバッファ層、及びバッファ層の上に横たわる高温超伝導性（ＨＴＳ）材料よりなる複数フィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性テープセグメントを含むものが開示されている。複数フィラメントは、基板の長さに沿って伸び、かつ隣接するフィラメントから水平方向に空間によりスペースを空けられている。また、多層フィラメント超伝導性テープセグメントは、少なくとも約０．６の臨界電流保持比を持つ。
【０００９】
第３の側面によれば、多層フィラメント超伝導性テープの形成方法が与えられ、これは、超伝導性テープをリールツーリールプロセスで移送することを含み、ここで、超伝導性テープは、基板、該基板の上に横たわるバッファ層、および、該バッファ層の上に横たわる高温超伝導性（ＨＴＳ）層を含む。該方法はさらに、前記超伝導体層上にマスクを形成すること、及び研磨粒子を使ってマスクの部分、及びＨＴＳ層の部分を除去し、ＨＴＳ材料よりなる複数のフィラメントを持ち、かつ超伝導性テープの長さに沿って伸び、かつ隣接する複数フィラメントから水平方向に空間によりスペースを空けられた多層フィラメント超伝導性テープを形成することを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６,１９０,７５２号明細書
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示は添付の図面を参照することにより、当業者によってよりよく理解され、かつその多くの特徴および利点が当業者により明らかとなるであろう。
【図１Ａ】図１Ａは１つの実施形態による超伝導性物品の一般化された構造を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品の一般化された構造を示す斜視図である。
【図２】図２は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品の一部の立面図を含む。
【図３】図３は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品の一部の平面図を含む。
【図４】図４は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を形成するプロセスを図示するフローチャートである。
【図５】図５は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を形成するプロセスを図示するフローチャートである。
【図６】図６は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を形成するプロセスを図示するフローチャートである。
【図７】図７は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を形成するにおいて用いられる基板ホルダの斜視図である。
【図８】図８は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を形成するにおいて用いられる基板ホルダおよびレティクルを図示する。
【図９】図９は１つの実施形態による、登録マークを有するレティクル、及び多層フィラメント超伝導性物品を形成するにおいて用いられる登録マークを有する多層フィラメント超伝導性物品を含む。
【図１０】図１０は１つの実施形態による、リールツーリールプロセスで多層フィラメント超伝導性物品を形成するプロセスの図的な表現を与える一連の図示を含む。
【図１１】図１１は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を含む無効電流制限器を含む。
【図１２】図１２は１つの実施形態による変形構造を持つ多層フィラメント超伝導性物品の一部の断面図を含む。
【図１３】図１３は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品のＡＣロス低減を図示する電力対磁界のプロットを含む。
【図１４】図１４は故障状態での従来のＦＣＬ装置についての電流対時間のグラフを図示する。
【図１５】図１５は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を組み込んでいるＦＣＬ装置の電流対時間のグラフを図示する。
【図１６】図１６は故障状態における従来のＦＣＬ装置についての電圧対時間のグラフを図示する。
【図１７】図１７は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を組み込んでいるＦＣＬ装置についての電圧対時間のグラフを図示する。 異なる図面における同じ参照符号の使用は、同様の、又は同じ項目を示す。
【発明の概要】
【００１２】
図１に戻って、本発明の１つの実施形態による超伝導性物品１００の一般化された層化構造が描かれている。超伝導性物品は、基板１０、基板１０の上に横たわるバッファ層１２、超伝導性層１４、それにつづく代表的には貴金属よりなるキャップ層１６、及び代表的には銅等の非貴金属よりなる安定化層１８を含む。バッファ層１２はいくつかの異なる膜より構成される。安定化層１８は超伝導性物品１００の周囲の周りに伸び、これによりそれを完全に包む。
【００１３】
基板１０は一般に金属ベースのものであり、かつ代表的に少なくとも２つの金属元素の合金である。特に、適切な基板材料は、公知のＨａｓｔｅｌｌｏｙ(登録商標)またはＩｎｃｏｎｅｌ(登録商標)グループの合金等のニッケルベースの金属合金を含む。これらの合金は、膨張係数、引っ張り強度、降伏強度、及び伸長を含む所望のクリープな、化学的及び機械的特性を持つ傾向がある。これらの金属は、一般にスプールドテープの形で商業的に利用可能であり、代表的にリールツーリールテープ処理を利用する超伝導性テープの製造に特に適している。
【００１４】
基板１０は、代表的に高い寸法比を持つテープ状の形状をしている。ここで用いられるように、用語“寸法比”は、基板又はテープの長さの、次の長さ寸法、すなわち基板又はテープの幅、に対する比を記すのに用いられる。例えば、例えば、テープの幅は、一般に約０．１から約１０ｃｍのオーダーであり、かつテープの長さは、代表的に少なくとも約０．１ｍであり、最も代表的には約５ｍより大きい。実際、基板１０を含む超伝導性テープは、１００ｍ又はそれ以上のオーダーの長さをもつであろう。したがって、基板は、１０より小さくない、１０2より小さくない、あるいは１０3よりさえ小さくないオーダーの、かなり高い寸法比を持ち得る。ある実施形態は、１０4およびそれより高い寸法比を持ち、より長い。
【００１５】
１つの実施形態において、基板は、超伝導性テープの構成層の続いて起こる堆積のために望ましい表面特性を持つように処理される。例えば、表面は所望の平坦さ、及び表面粗さを持つように研磨される。さらに基板は、公知のＲＡＢｉＴＳ(ｒｏｌｌ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｂｉａｘｉａｌｌｙ ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)技術等により、技術において理解されるように２軸テキスチャされるように取り扱うことができる、ただしここでの実施形態は、代表的に上記した商業的に利用可能なニッケルベースのテープのようにテキスチャされていない多結晶基板を利用する。
【００１６】
バッファ層１２に戻って、バッファ層は単一層であってよく、あるいはより共通に数枚の膜よりなっていてもよい。最も代表的に、バッファ層は一般に膜の面内および面外の両方の結晶軸に沿って整列された結晶性テキスチャを持つ２軸テキスチャ膜を含む。このような２軸テキスチャはＩＢＡＤで達成することができる。技術において理解されるように、ＩＢＡＤは優れた超伝導特性のための望ましい結晶学的方位を持つ超伝導性層のつづいての形成のために適切にテキスチャされたバッファ層を形成するのに有利に用いられる技術である、イオンビームアシスティッドデポジションの頭字語である。酸化マグネシウムはＩＢＡＤ膜のための選択の代表的な材料であり、かつ約５から約５０ナノメーター等、約１から約５００ナノメーターのオーダーであり得る。一般に、ＩＢＡＤ膜は米国特許第６,１９０,７５２号明細書、参照によりここに組み入れられる、で定義され、記述された岩塩状結晶構造を持つ。
【００１７】
バッファ層は、ＩＢＡＤ膜および基板に直接接触し、かつ両者間に置かれるよう設けられるバリア膜等の、付加的な膜を含むことができる。この点に関し、バリヤ膜は、イットリア等の酸化物により有利に形成することができ、かつ基板をＩＢＡＤ膜から絶縁するように機能する。バリア膜はまた、窒化シリコン等の非酸化物により形成することもできる。バリア膜の堆積のための適切な技術は、化学気相成長、及びスパッタリングを含む物理気相成長を含む。バリア膜の代表的な厚さは、約１から約２００ナノメーターの範囲内にある。またさらに、バリヤ層はまた、ＩＢＡＤ膜上に形成されたエピタキシャル成長膜をも含むことができる。この文脈において、エピタキシャル成長膜は、ＩＢＡＤ膜の厚さを増大するのに有効であり、かつＭｇＯまたは他の互換性のある材料等のＩＢＡＤ層に用いられたのと原理的に同じ材料よりなるのが望ましい。
【００１８】
ＭｇＯベースのＩＢＡＤ膜及び／又はエピタキシャル膜を用いる実施形態において、ＭｇＯ材料と超伝導性層材料の間には格子不整合が存在する。したがって、バッファ層はさらにもう１つのバッファ膜を含むことができ、これは特に超伝導性層とその下にあるＩＢＡＤ膜及び／又はエピタキシャル膜の間の格子定数不整合を低減するように用いられる。このバッファ膜はＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ストロンチウムルテネート、ランタン（ランタナム）マンガネート、及び一般にぺロブスカイト構造セラミック材料等の材料により形成され得る。バッファ膜は種々の物理気相堆積技術により堆積され得る。
【００１９】
上記は原理的に、ＩＢＡＤ等のテキスチャプロセスによるバッファスタック（層）内の２軸テキスチャされた膜の実行に焦点を置いたものであるが、代替的に基板表面自体を２軸テキスチャすることもできる。この場合バッファ層は一般に、テキスチャされた基板上にバッファ層内での２軸テキスチャを維持するようにエピタキシャル成長される。２軸テキスチャされた基板を形成するための１つのプロセスは、技術においてＲＡＢｉＴＳ(ｒｏｌｌ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｂｉａｘｉａｌｌｙ ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ)として知られている公知の技術であり、一般に技術において理解されている。
【００２０】
超伝導性層１４は、一般に高温超伝導体（ＨＴＳ）層の形をしている。ＨＴＳ材料は代表的に液体窒素の温度、７７Ｋ以上で超伝導特性を示す高温超伝導材料のいずれかから選択される。このような材料は、たとえば、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x，Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏz，Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+y，Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+y，およびＨｇＢａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ8+yを含み得る。１つのクラスの材料は、ＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-xを含み、ここで、ＲＥは希土類元素、または希土類元素の結合である。上記の中で、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x、これはまた一般にＹＢＣＯとも言われる、が有利に用いられる。ＹＢＣＯは、希土類材料、たとえばサマリウム、等のドーパントの付加をもって、あるいはその付加無しで使用し得る。超伝導性層１４は、厚膜及び薄膜形成技術を含む種々の技術の任意の１つにより形成され得る。好ましくは、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）等の薄膜物理気相成長技術を高堆積速度のために用い得、あるいは化学気相成長技術をより低いコスト、及びより大きい表面領域処理のために用い得る。代表的には、超伝導性層は、超伝導性層１４と関連した所望のアンペアレートを得るために、約０．１から約３０ミクロンの、最も代表的には、約１から約５ミクロン等の、約０．５から約２０ミクロンの、オーダーの厚さを持つ。
【００２１】
超伝導性物品はまた、キャップ層１６及び安定化層１８を含み、これらは一般に、低抵抗インタフェースを与えるために、かつ実際の使用における超伝導体のバーンアウトの防止を助ける電気的安定化のために含まれている。より特定的には、層１６および１８は、冷却が失敗したとき、あるいは臨界電流密度を超えたときに超伝導体に沿っての電荷の連続した流れを助け、そして該超伝導性層は超伝導状態から移行して抵抗性になる。代表的には、貴金属が単数又は複数の安定化層と超伝導性層１４の間の不所望の相互作用を防止するためにキャップ層１６に用いられる。代表的な貴金属は金、銀、プラチナ、及びパラジウムを含む。銀は代表的にそのコストおよび一般的な入手容易さのために用いられる。キャップ層１６は代表的に安定化層１８から超伝導性層１４への構成要素の不所望の拡散を防ぐに十分な厚さに形成されるが、しかしこれはコスト（生の材料および処理コスト）面より一般に薄く形成される。ＤＣマグネトロンスパッタリング等の物理気相成長を含む種々の技術をキャップ層１６の堆積に用いることができる。
【００２２】
安定化層１８は、一般に超伝導性層１４の上に横たわるように、かつ特に図１に示される特定の実施形態においては、キャップ層１６の上に横たわり、かつ直接接触するように組み入れられている。安定化層１８は、厳格な環境条件および超伝導性クェンチに対する安定性を向上する保護／分路層として機能する。この層は一般に稠密であり、かつ熱的に、かつ電気的に伝導性であり、かつ超伝導性層の失敗の場合には、あるいはもし超伝導性層の臨界電流を超えたときは電流をバイパスするように機能する。それは、プリフォームされた銅ストリップを超伝導性テープ上に積層することによる、半田のような中間のボンディング材料を用いることによる等の種々の厚膜および薄膜形成技術の任意の１つにより形成され得る。他の技術は代表的に、蒸着またはスパッタリング等の物理気相成長ばかりでなく、無電解めっき等のウェットケミカルプロセス、及び電気めっきに焦点を当ててきた。この点に関し、キャップ層１６はその上に銅を堆積するためのシード層として機能し得る。顕著には、キャップ層１６及び安定化層１８は種々の実施形態に従って以下に記述されるように順序を変えてもよく、あるいは使用しなくてもよい。
【００２３】
図１Ｂを参照して、例示的な多層フィラメント超伝導性物品１５０の斜視図が図示されている。図示されるように、多層フィラメント超伝導性物品１５０は以前に記述したように基板１０及びその上に横たわるバッファ層１２を含み得る。しかしながら一般化された超伝導性物品と異なり、多層フィラメント超伝導性物品１５０はバッファ層の上に横たわるフィラメント２１、２２、及び２３（２１−２３）を含む。一般にフィラメントは第１の端、及び第２の端を持つ長いセグメントである。１つの実施形態によれば、フィラメント２１−２３はＨＴＳ材料を含み得る。顕著には、フィラメント２１−２３は物品の長さに沿って伸び、かつおのおのの形状および大きさを持ち、水平方向には他のフィラメントから空間距離だけ隔てられ、かつ縦方向にはギャップ距離だけ隔てられた分離した物品である。さらに図示されるように１つの実施形態においては、このような多層フィラメント超伝導性物品はフィラメント２１−２３の上に横たわるキャップ層１６ばかりでなく、キャップ層１６の上に横たわる安定化層１８を含む。
【００２４】
分離したフィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性物品の形成は低ＡＣロス超伝導性物品の形成を可能とする。超伝導性テープセグメントの長さに沿っての分離したフィラメントの形成はＨＴＳ層を通って流れる電流により引き起こされる磁気的干渉の低減を可能とする。したがって、ＨＴＳ材料よりなるフィラメントを持つ超伝導性物品の形成は高効率の、かつ低ＡＣロスの超伝導性物品の形成を可能とする。
【００２５】
図１ＢはＨＴＳ材料のみを含むフィラメント２１−２３を図示するが、もう１つの実施形態においては、フィラメントは構成層内の材料より形成され得る。このように１つの特定の実施形態においては、フィラメント２１−２３は、ＨＴＳ材料及びバッファ層１２が該フィラメントを形成するようパターン化されるように形成され得る。もう１つの特定的な実施形態においては、フィラメント２１−２３は、ＨＴＳ材料及びキャップ層１６がパターン化されてフィラメントを形成するように形成され得る。該フィラメントが、異なる層が安定化層１８、キャップ層１６、ＨＴＳ層１４、及びバッファ層を含むフィラメントを形成するようパターン化されて形成され得ることは理解されるであろう。
【００２６】
図２を参照して、多層フィラメント超伝導性物品の一部の平面図が、図示されている。該物品はベース層２０１を含み、これは、ここで記述されるように基板及びその上に横たわるバッファ層を含み得る。多層フィラメント超伝導性物品はさらに、ベース層２０１の部分上に横たわるフィラメント２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８、２０９、及び２１０（２０３−２１０）を含み得る。フィラメントはＨＴＳ材料ばかりでなく、実施形態によってはバッファ層、キャップ層、及び安定化層からの材料を含み得る。
【００２７】
図示されるように、フィラメント２０３−２１０は多層フィラメント超伝導性物品の長さに沿って伸びる。一般に、フィラメント２０３−２１０は少なくとも約１００ミクロンの連続的な長さ２１７を持つ。もう１つの実施形態においては、フィラメント２０３−２１０は少なくとも約２００ミクロン、あるいは少なくとも約４００ミクロン、あるいはさらに少なくとも約１０００ミクロンのより長い長さを持ち得る。１つの特定の実施形態において、フィラメント２０３−２１０は本質的にテープセグメントの全長に沿って伸びる連続的な長さを持つ。以前に記述したように、このような長さはミクロンサイズよりもはるかに大きいものであり得る、なぜなら、多層フィラメント超伝導性テープセグメントは、少なくとも約５ｍ、かつより代表的には少なくとも約１０ｍ、またはさらには少なくとも約１００ｍのオーダーの長さを持ち得るからである。１つの特定の実施形態においては、ここでの多層フィラメント超伝導物品は約５ｍと約１００ｍ間の範囲内のように、約１ｍと約１ｋｍ間の範囲内の長さを持つことができる。
【００２８】
フィラメント２０３−２１０は矢印２１３で図示される空間距離だけ水平方向に空間を空けられ得る。一般に、隣接するフィラメントを分離する空間距離２１３は約１ｍｍより大きくない。他の実施形態においては、スペース２１３は約０．５ｍｍより大きくない、約０．２５ｍｍより大きくない、あるいはさらに約１ｍｍよりさえ大きくない、のようにより小さくあり得る。１つの特定の実施形態においては、隣接するフィラメントの間隔を開ける空間距離２１３は約０．０５ｍｍと約１ｍｍの間の範囲内にあり、より特定的には約０．１ｍｍと約０．５ｍｍの間の範囲内にある。
【００２９】
１つの実施形態によれば、フィラメント２０３−２１０は縦方向にテープセグメントの長さに沿って伸びる、矢印２１５で示されるギャップにより分離され得る。一般に、このようなギャップは、フィラメント２０３−２１０の長さより短い長さを持つ。１つの実施形態によれば、ギャップは約３ｍｍより大きくなく、たとえば約１ｍｍより大きくなく、特定の場合にはより短い。例えば、１つの実施形態においては、ギャップ２１５は約１００ミクロン、７５ミクロン、５０ミクロンより大きくなく、あるいは約２０ミクロンよりさえ大きくない。さらに、１つの特定の実施形態においては、ギャップは約１００ミクロンと約４００ミクロンの間の範囲内にある。１つの特定の実施形態においては、フィラメント２０３−２１０は本質的に基板テープの全長に渡って伸びることができ、この場合、実質的なギャップは存在しない。
【００３０】
図３は図２に示される多層フィラメント超伝導性物品の一部を図示する。特に、図３はフィラメント２０３及びフィラメント２０７の一部を図示する。以前に記述したように、フィラメント２０３と２０７はギャップ２１５により分離され得る。１つの実施形態によれば、フィラメントは対応するフィラメント２０３と２０７の２分軸間の距離３０３により示されるように水平方向のフィラメント間不整列を持ち得る。水平方向フィラメント間不整列３０３は互いに縦方向に間隔を開けられた２つのフィラメント間の水平変位の示しである。図３に示されるように、水平方向フィラメント間不整列３０３はそれぞれフィラメント２０３及び２０７の対応する２分軸３０４及び３０５に基づく、フィラメント２０３および２０７の長さに直交する測定である。１つの実施形態によれば、水平方向フィラメント間不整列３０３は約１００ミクロンより大きくない。もう１つの実施形態においては、水平方向フィラメント間不整列３０３は約５０ミクロンより大きくなく、または約２５ミクロンより大きくなく、あるいは約１０ミクロンよりさえ大きくない。１つの特定の実施形態において、水平フィラメント間不整列３０３は約５ミクロンと約１００ミクロンの間の範囲内にあり、より特定的には約１０ミクロンと約５０ミクロンの間の範囲内にある。分離したフィラメント間のこのような水平方向フィラメント間不整列３０３を持つ多層フィラメント超伝導性物品を形成すれば、正確に整列されたフィラメント、およびＡＣロスの低減等の優秀な電気的特性を持つ超伝導性物品を形成することが可能となる。
【００３１】
図４は１つの実施形態により多層フィラメント超伝導性物品を形成するプロセスを与えるフローチャートを図示する。特に、図４は長尺の多層フィラメント超伝導性物品の形成を可能とする、リールツーリールプロセスを用いた多層フィラメント超伝導性物品の形成方法を与える。したがって、プロセスはステップ４０１で超伝導性テープをフィードリールから移送することで始まる。超伝導性テープは基板、基板の上に横たわるバッファ層、及びバッファ層の上に横たわるＨＴＳ層を含む。顕著には、この時点でのＨＴＳ層は、分離したフィラメントがＨＴＳ層からパターン化される前に、一般にバッファ層上に横たわる等角の材料よりなる層である。
【００３２】
プロセスはさらにステップ４０３でマスクテープをフィードリールから移送することを含む。特に、マスクテープはテープの形をした長尺材料よりなる。１つの実施形態によれば、マスクテープは超伝導性テープのそれに類似した寸法を持つ。このように、１つの実施形態においては、マスクテープは少なくとも約１０：１である寸法比を持つ。もう１つの実施形態においては、マスクテープは少なくとも１００：１の、あるいは少なくとも約１０００：１でさえある寸法比を持つ。
【００３３】
特にある寸法を参照して、１つの実施形態においては、マスクテープは超伝導性テープセグメントと一般に同じである平均幅を持つ。１つの実施形態において、マスクテープは約１０ｃｍより大きくない平均幅を持つ。もう１つの実施形態において、マスクテープの平均幅は約５ｃｍより大きくなく、たとえば約１ｃｍより大きくない。１つの特定の実施形態において、マスクテープは約１ｍｍと約１ｃｍの間の範囲内の平均幅を持つ。
【００３４】
もう１つの実施形態において、マスクテープは約５ｍｍより大きくない平均厚さを持つ。まだ、もう１つの実施形態によれば、マスクテープは約２ｍｍより大きくない、たとえば約１ｍｍより大きくない、あるいは約０．５ｍｍよりさえ大きくない平均厚さを持つ。ある実施形態においては、マスクテープは約０．０５ｍｍと約０．２５ｍｍの間の範囲内の平均厚さを持ち、特に薄いことが望ましい。
【００３５】
１つの実施形態によれば、マスクテープは放射線−感受性材料よりなる。たとえば、エレクトロニクス産業で用いられるフォトリソグラフィ材料またはレジスト材料を含む。１つの実施形態においては、マスクテープは樹脂等の有機材料を含む。
【００３６】
それぞれステップ４０１及び４０３で与えられるように超伝導性テープ及びマスクテープをフィードリールから移送する間に、プロセスはステップ４０５で超伝導性テープ上にマスクテープを形成してマスクされた超伝導性テープを形成することで継続される。マスクテープを超伝導性テープ上に形成するプロセスは、２つのテープをマスクテープが超伝導性テープのＨＴＳ層上に横たわるように結合することを含む。１つの実施形態によれば、マスクテープを超伝導性テープ上に形成するプロセスは、マスクテープを超伝導性テープ上に、両テープを水平方向に揃え、かつ両テープを互いに押圧して積層することを含む。１つの特定の実施形態において、マスクテープを超伝導性テープ上に積層するプロセスは、マスクされたテープ及び超伝導性テープを一緒に基板ホルダを通して移送し、かつ両テープに圧力を加えることを含む。たとえば、マスクテープ及び超伝導性テープは基板ホルダを通して移送し、かつ両テープにローラを介して圧力を印加することができる。より特定的な実施形態において、マスクテープを超伝導性テープ上に形成するプロセスはさらに、マスクテープ及び超伝導性テープを加熱して適切な積層を可能にすることを含む。熱は両テープに局所的に印加されて両テープの積層を可能にする。１つの実施形態においては、熱と圧力を結合して印加して積層を完了することができる。熱を用いるある実施形態においては、温度は約５０°Ｆより高く、たとえば約７５°Ｆより高くあり得る。代表的に、積層の間に両テープに局所的に与えられる温度は約１５０°Ｆより高くない。
【００３７】
積層プロセスの間に、湿化剤をマスクされたテープ、または超伝導性テープ、またはその両方に添加することができる。湿化剤の付加は、エアロゾル、またはスプレーの形で与えられ、これは接触するよう結合されるべき各テープの表面に添加され得る。代表的に、超伝導性テープおよびマスクテープに湿化の目的で適用される材料は、超伝導性テープまたはマスクテープの構成層を汚染しない材料である。このように、１つの実施形態においては、湿化剤は水溶性ベースの溶液を含む。特定の実施形態において、湿化剤は本質的に脱イオン化水よりなり得る。
【００３８】
ステップ４０５で与えられるようにマスクテープを超伝導性テープ上に結合してマスクされた超伝導性テープを形成した後に、プロセスは、ステップ４０７で与えられるようにマスクされた超伝導性テープを第１の登録マークを持つ基板ホルダを通して、かつ第２の登録マークを持つレティクル下で移送させることで継続される。
【００３９】
図７及び８を簡単に参照して、これらの図はマスクされた超伝導性テープを、リールツーリールプロセスのある部分の間にここでの実施形態に従って整列させるのに用いられる物品（たとえば、基板ホルダおよびレティクル）の図示を与える。図７は１つの実施形態による基板ホルダを示し、図８は１つの実施形態による基板ホルダ、及びその上にあるレティクルを示す。特に図７は長尺のテープ、特にマスクされた超伝導性テープを受け入れ、整列させるためのチャネル７０１を持つ基板ホルダ７００の斜視図を示す。１つの特定の実施形態において、基板ホルダ７００は１つの登録マーク、または一連の登録マークを含む。図７に示されるように、基板ホルダ７００はチャネル７０１の側部から伸びるシェルフ７０３の表面上に登録マーク７０４および７０５を含む。登録マーク７０４及び７０５は基板ホルダ７００をもう１つの対象と整列させるのに適切であり、かつこのようなマークは穴、ギザギザ、スクラッチ等の適切なインデシアを含み得る。
【００４０】
図８はレティクル８０１の下にある基板ホルダ７００の斜視図を示す。図示されるように、レティクル８０１は、基板ホルダ７００の上に横たわっており、かつ基板ホルダ７００の登録マーク７０４および７０５と垂直方向に整列している登録マーク８０４および８０５を持ち、レティクル８０１の基板ホルダ７００に対する整列を可能にしている。レティクル８０１の登録マーク８０４及び８０５は、基板ホルダ７００上のそれらと類似したインデシアを含む。
【００４１】
さらに、登録マークを整列させるために用いられる方法及び装置は、機械的、電気的、又は光学的な方法を含み得る。たとえば、１つの特定の実施形態において、整列の光学的な方法は登録マークを整列させるレーザおよびセンサを含む。機械的な方法はそれらの各々の表面から突出し、かつスイッチをトリップする登録マークを含む。
【００４２】
ステップ４０７で与えられるように、マスクされた超伝導性のテープを、基板ホルダを通して、かつレティクル下で移送させた後に、プロセスはステップ４０９でマスクされた超伝導性テープをレティクルを通って向けられた放射に露出させてパターン化された超伝導性テープを形成することで継続される。特定の実施形態によれば、放射は、マスクされた超伝導性テープの部分が放射に露出され、かつマスクされた超伝導性テープの他の部分が放射に露出されないように前記レティクル内のあるパターンを通るように向けられ得る。このようなプロセスは、放射に露出されたマスクされたテープ部分の硬さを、放射に露出されなかった部分に比較しより軟かくする、のように変更することを可能とする。
【００４３】
一般に、レティクルを通るように向けられる放射は特定の波長のものである。適切な波長は、一般に約５０ナノメーターより小さい放射波長を含む。１つの実施形態において、放射はより短い波長を持ち、これによりそれは、代表的に約４００ナノメーターより小さい、あるいは約３５０ナノメーターよりさえ小さいそれらの波長を含み、紫外、又は深紫外波長と言われる。
【００４４】
再び、前記テープの部分を放射に露出するプロセスをさらに図解する図８を簡単に参照して、レティクル８０１はパターン化された部分８０３を含み、これは、放射がそれを通って向けられるとき、特定のパターンを超伝導性テープ８０５の表面上に投射し、これによりマスクテープをパターン化する。一般に、パターン化された部分８０３は、分離したフィラメントを持つ超伝導性テープの形成を可能とするパターンを含む。すなわち、１つの実施形態において、パターン化された部分８０３は、もし同じでなくても多層フィラメント超伝導性テープ上に形成されるフィラメントの最終パターンと類似したパターンよりなる。基板ホルダ７００上に横たわるレティクル８０１の結合は、連続的なリールツーリールプロセスを可能とし、かつより特定的には超伝導性テープセグメントの長さのほとんどに沿って伸びるフィラメントの形成を可能とする。１つの特定的な実施形態においては、基板ホルダ７００とレティクル８０１との結合は、超伝導性テープセグメントの全長に沿ってギャップなしで伸びるフィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性テープの形成を可能とする。
【００４５】
図４で与えられたプロセスに戻って、ステップ４０９でパターン化された超伝導性テープを形成した後に、プロセスはステップ４１１でマスクテープの部分及びＨＴＳテープの部分を研磨剤粒子を用いて除去して多層フィラメント超伝導性テープを形成することで継続される。１つの実施形態によれば、このようなプロセスは研磨剤粒子を用いることを含み、かつより特定的にはパターン化された超伝導性テープの表面を高速に加速された研磨剤粒子で高圧で研磨することを含み、ここで、放射に露出されたマスクテープの部分は、前記マスクテープのより硬くかつ研磨剤粒子を跳ね返す部分と反対により柔らかくなり、下にあるＨＴＳ層の部分とともに除去される。このようなプロセスはリールツーリールプロセスを用いて完了することができ、そこでは、パターン化された超伝導性テープはフィードリールから研磨ゾーンを通って供給され、該研磨ゾーンでは、高圧下の研磨剤粒子はパターン化された超伝導性テープの表面に向けられてマスクテープの部分およびその下にあるＨＴＳ層の部分を除去する。テープを研磨ゾーンを通って移送させた後に、超伝導性テープは巻き取りスプール上に集められる。
【００４６】
研磨剤粒子は、有機材料、たとえば酸化物、窒化物、ボロン化物、又はそれらの任意の結合等を含む。１つの特定の実施形態において、適切な研磨剤粒子は、シリカ、アルミナ、シリコンカーバイド、ダイヤモンド、キュービックボロンナイトライド、又はそれらの任意の結合を含む。１つの特定の実施形態において、研磨剤粒子は、シリカ、又はアルミナを含み得る。
【００４７】
平均粒子サイズは、リールツーリールプロセスを用いたフィラメントのパターニングを可能とするのに適切である。したがって、１つの実施形態において、研磨剤粒子は１００ミクロンより大きくない平均粒子サイズを持つ。もう１つの実施形態において、研磨剤粒子はより小さく、例えば、約７５ミクロンより大きくない、約５０ミクロンより大きくない、約２５ミクロンより大きくない、あるいはさらに、約１０ミクロンより大きくない等、である。特定の実施形態によれば、研磨剤粒子の粒子サイズは、約１ミクロンと約７５ミクロンの間の範囲内にあり、かつより特定的には、約５ミクロンと約５０ミクロンとの間の範囲内にある。
【００４８】
マスクテープの部分、及びＨＴＳテープの部分を研磨剤粒子を用いて除去して分離したフィラメントを有する多層フィラメント超伝導性テープを形成した後に、マスクテープの部分はまだ前記研磨剤粒子により除去されていないテープの部分の上に横たわり得る。したがって、プロセスはさらに、マスクテープのそれらの部分を、それらを洗浄剤に露出することによって除去することを含む。適切な洗浄剤は無機または有機材料を含む。１つの特定の実施形態において、洗浄剤は水溶性ベースの溶液である。より特定的な実施形態において、洗浄剤は脱イオン化水を含む。１つの特定の実施形態において、多層フィラメント超伝導性テープを洗浄するプロセスは、該多層フィラメント超伝導性テープをリールツーリールプロセスで浴槽を通して移送させることを含む。このような浴槽は、多層フィラメント超伝導性テープを熱に露出させて前記ＨＴＳフィラメント上に横たわるマスクテープの部分を除去することを含む。もう１つの実施形態においては、多層フィラメント超伝導性テープを洗浄するプロセスは、さらに該多層フィラメント超伝導性テープの上表面を洗浄剤でスプレーすることを含み、さらにまた、超音波振動による等、前記多層フィラメント超伝導性テープをかくはんすることを含む。
【００４９】
図５は１つの実施形態により多層フィラメント超伝導性テープを形成するためのプロセスを含む。図５に示されるプロセスのある部分は、図４のプロセスにしたがって以前に記述したプロセスと同様である。特にステップ５０１、５０３、及び５０５は、図４で記述されたプロセスと実質的に同じである。該プロセスのステップ５０７は、第１の登録マークを有するマスクされた超伝導性テープを第２の登録マークを有するレティクル下で移送することを含む。この特定の実施形態においては、マスクされた超伝導性テープは登録マークを含み、したがって、このようなプロセスは基板ホルダを使用しない。
【００５０】
図９を簡単に参照して、登録マークを有するマスクされた超伝導性テープ、及び対応する登録マークを有するマスクされた超伝導性テープの上に横たわるレティクルの斜視図が与えられる。図示されるように、マスクされた超伝導性テープ９０１はテープの長さに沿って空間を空けて配置された登録マーク９０３及び９０４を含む。さらにレティクル９０５は登録マーク９０３及び９０４とそれぞれ対応し、かつこれと整列する登録マーク９０６及び９０７を含む。登録マーク９０３及び９０４の登録マーク９０６及び９０７との整列は、マスクされた超伝導性テープ９０１のレティクル９０５との整列を可能とし、かつそこにおいてマスクテープの効率的なかつ有効なパターニングを可能にする。さらに、登録マーク９０３及び９０４のタイプは図７及び８にしたがって以前に記述したものと同じでよい。
【００５１】
さらに図９に図示されるように、マスクされた超伝導性テープは登録マーク９０３及び９０４を含むためのマスクされた超伝導性テープ９０１の長さに沿った部分９０９及び９１１を含む。１つの実施形態において、部分９０９及び９１１はマスクされた超伝導性テープのセグメントを含み、そこではマスクされたテープは超伝導性テープセグメントの上には横たわらない。もう１つの実施形態において、部分９０９及び９１１はマスクされた超伝導性テープのセグメントを含み、そこでは、部分９０９及び９１１が最終的に形成される多層フィラメント超伝導性テープ内のフィラメント間のギャップに対応するように、該マスクテープ下にはＨＴＳ層は存在しない。前記部分９０９及び９１１は、マスクされた超伝導性テープ９０１のレティクルとの整列を登録マーク９０３及び９０４を介して可能とするものであり、かつ最終的に形成される多層フィラメント超伝導性テープ内の中間領域９１０内に形成されるフィラメント間のギャップの形成を可能とするものである。
【００５２】
まだ図９を参照して、登録マーク９０３及び９０４を有するマスクされた超伝導性テープ９０１を移送させるプロセスは、リールツーリールプロセス内で完了することができる。１つの特定の実施形態において、リールツーリールプロセスはステッピングプロセスを含み、そこでは、リールはある距離だけ移送されたのち停止して超伝導性テープ９０１の登録マーク９０３及び９０４をレティクル９０５の登録マーク９０６及び９０７と整列させ、かつその後、マスクされた超伝導性テープ９０１の中間部分９１０を放射に露出させる。１つの部分が放射に露出された後に、テープは再びある距離だけ移送されて停止し、かつマスクされた超伝導性テープ９０１の長さに沿った異なる登録マークが再びレティクル９０５の登録マーク９０６及び９０７と整列し、そして露光プロセスが繰り返される。マスクされた超伝導性テープ９０１上の登録マーク９０３及び９０４の登録マーク９０６及び９０７との整列の方法は図７及び８により上記で記述した方法と同一である。
【００５３】
再び図５を参照して、登録マスクを有するマスクされた超伝導性テープをレティクル下で移送させた後に、プロセスは図４にしたがって記述されたのと同じ態様で継続される。特に、プロセスは継続され、そこでは、マスクされた超伝導性テープの部分をレティクルを通るように向けられた放射に露出させてステップ５０９で与えられるようなパターン化された超伝導性テープを形成し、かつさらに、該マスクテープの部分、及び該マスクテープの部分の下にあるＨＴＳ層の部分を研磨剤を用いて除去してステップ５１１で与えられるような多層フィラメント超伝導性テープを形成する。
【００５４】
図６は１つの実施形態にしたがってリールツーリールプロセスで多層フィラメント超伝導性テープを製造する方法を図示する。該プロセスは、ステップ６０１で印刷可能なテープ材料をフィードリールからプリンタを介して移送し、かつその表面上にパターンを印刷して印刷されたテープを形成することで始まる。１つの実施形態によれば、印刷可能なテープ材料は、放射の特定の波長に対して透明である、又は実質的に透明である長尺のテープ材料を含み得る。１つの特定の実施形態においては、印刷可能なテープ材料は有機材料を含む。もう１つの実施形態においては、印刷可能なテープ材料はポリエステル及びポリエチレン、又はそれらの結合等の有機材料を含む。より特定的な実施形態では、印刷可能なテープ材料は２軸方向付けされたポリエチレンテレフタレートポリエステル膜、Mylar （登録商標)ともいわれる、よりなる。
【００５５】
印刷可能なテープ材料はリールツーリールプロセスで移送し得るので、印刷可能なテープ材料は一般に、超伝導性テープ材料に類似したそれらの寸法を持つ。１つの実施形態によれば、印刷可能なテープ材料は約１０：１より小さくない寸法比を持つ。もう１つの実施形態においては、印刷可能なテープ材料は１００：１より小さくない、あるいは１０００：１よりさえ小さくない寸法比を持つ。
【００５６】
上記したように、印刷可能なテープ材料はある波長の放射に対して実質的に透明であり得る。１つの特定の実施形態において、印刷可能なテープ材料は約５００ｎｍより小さい、かつより特定的には約４００ｎｍより小さい波長を持つ放射である紫外放射に対して透明である。さらに、印刷可能なテープ材料は、放射をしてその厚みを通って伝播することを許す適切な平均厚さを持つ。１つの特定の実施形態において、印刷可能なテープ材料は約５ｍｍより大きくない平均厚さを持つ。他の実施形態において、印刷可能なテープ材料はより薄く、たとえばその平均厚さが約３ｍｍより大きくない、あるいは約１ｍｍよりさえ大きくない。１つの特定の実施形態において、印刷可能なテープ材料は約０．０５ｍｍと約０．２５ｍｍの間の範囲内の平均厚さを持つ。
【００５７】
印刷可能なテープ材料の表面上にパターンを印刷するプロセスを参照して、一般に印刷可能なテープ材料はリールツーリールプロセスでプリンタを通して移送されて印刷されたテープを形成する。上記表面上のパターンは、最終多層フィラメント超伝導性テープ上に形成されるべきフィラメントを表すものであり得る。すなわち、該パターンは、相互に空間を空けて配置されたフィラメントに類似する、かつフィラメントグループ間のギャップを含む、分離したイメージを持つフィラメントのイメージを含み得る。
【００５８】
ステップ６０１で印刷されたテープを形成したのち、プロセスはステップ６０３で、印刷されたテープを放射感受性テープ材料と結合させてリールツーリールプロセスにて印刷されたマスクテープを形成することで継続される。印刷されたテープは第１のフィードリールから巻き戻され、放射感受性材料は第２のリールから巻き戻され、かつ２つのテープは単一の巻き取りリール上に結合され、集められる。一般に、この実施形態で使用される放射感受性テープ材料は図４および５で記述された実施形態で用いられたのと同じ材料である。すなわち、放射感受性テープ材料は、一般に樹脂等の有機材料を含む。さらに、該放射感受性テープ材料は、放射の特定の波長に露出されたとき、柔らかくなる材料を含む。
【００５９】
印刷されたテープを放射感受性テープ材料と結合させるプロセスは、積層プロセスを含む。積層プロセスは、図４を参照して以前に記述したのと類似したプロセスを含む。このように、積層プロセスは各テープを一緒にロールすることを含み、これはさらに、圧力、熱、又は湿気、及びそれらの任意の結合を含む。
【００６０】
１つの特定の実施形態において、印刷されたテープは、該印刷されたテープの表面上のパターンが放射感受性テープ材料の表面と接触しないように、該放射感受性テープ材料と結合され得る。あるいは、もう１つの実施形態においては、印刷されたテープは、該印刷されたテープの表面上のパターンが放射感受性テープ材料の主表面と接触するように、該放射感受性テープ材料と結合され得る。
【００６１】
印刷されたマスクテープをステップ６０３で形成した後に、プロセスはステップ６０５で、印刷されたマスクされたテープを放射ゾーンを通って移送し、かつ印刷されたマスクテープの部分を放射に露出してパターン化されたマスクテープを形成することで継続される。したがって、印刷されたマスクテープ上のパターンは、特に該パターンのより暗い部分は放射をブロックすることができ、一方、印刷されていない部分は、放射がそれを通ることを許し、下にある放射感受性テープ材料を現像せしめる。以前に記述されたように、放射に露出された印刷されたマスクされたテープの部分、特に放射感受性テープ材料よりなる印刷されたマスクテープのそれらの部分は放射に露出されることにより、より柔らかくなり得る。
【００６２】
ステップ６０５でパターン化されたマスクされたテープを形成した後に、プロセスはステップ６０７で、印刷されたテープをパターン化されたマスクされたテープより除去することで継続される。１つの特定の実施形態においては、印刷されたマスクされたテープの部分を放射に露出した後に、印刷されたテープを放射感受性テープ材料から分離することができる。１つの実施形態においては、インターリーフストリッパを用いてパターンマスクされたテープから印刷されたテープを除去することができる。
【００６３】
ステップ６０９でパターン化されたマスクされたテープから印刷されたテープを除去したのちに、プロセスはステップ６０９で継続され、ここでは、パターン化されたマスクされたテープを超伝導性のマスクされたテープとリールリールプロセスで結合する。一般に、超伝導性テープは基板、基板の上に横たわるバッファ層、及びバッファ層の上に横たわる等角のＨＴＳ層を含む。１つの実施形態においては、超伝導性のテープはまた、キャップ層又は安定化層、あるいはその両者を含む。パターン化されたマスクされたテープを超伝導性テープと結合するには、ここで記述したような積層プロセスを含めばよい。
【００６４】
ステップ６０９でパターン化されたマスクテープを超伝導性テープと結合した後に、プロセスはステップ６１１で、図４を用いて以前に記述したように、パターン化されたマスクされたテープの部分、及びＨＴＳ層の部分を研磨剤を用いて除去して多層フィラメント超伝導性テープを形成することで継続される。このように、プロセスは結合されたパターン化されたマスクされたテープおよび超伝導性テープを研磨領域を通って移送させることを含み、そこでは、研磨粒子がパターン化されたマスクされたテープおよび超伝導性テープの表面に高圧で向けられてパターン化されたマスクされたテープおよびＨＴＳ層の部分を除去する。
【００６５】
図１０は図６で記述されたプロセスに従い、多層フィラメント超伝導性物品をリールツーリールプロセスで形成するプロセスの図的表現を与える一連の図示である。図示されるように、プロセスはステップ１００１で、その表面上に印刷されたパターンを持つ印刷されたテープ１００２を放射感受性テープ材料１００４と結合することで始まる。印刷されたテープ１００２は、その表面上にテープの長さに沿って伸び、かつ水平方向にある空間距離だけ間隔を空けて配置された、かつ縦方向には該テープの長さに沿って伸びるギャップを含むＨＴＳフィラメントに類似するパターンを含む。
【００６６】
印刷されたテープ１００２を放射感受性テープ材料１００４と結合して印刷されたマスクされたテープを形成した後に、プロセスはステップ１００３で継続され、そこでは、印刷されたマスクされたテープ１００６は放射ゾーン１００８を通って移送され、そこで、放射は印刷されたマスクされたテープ１００６の表面に向けられて放射感受性テープ材料１００４の部分を露出させる。ここで記述されるように、このようなプロセスは、放射感受性テープ材料１００４の放射に露出された部分を柔らかくする。
【００６７】
ステップ１００３で印刷されたマスクされたテープ１００６の部分を放射に露出させた後に、プロセスはステップ１００５で継続され、そこでは、パターン化されたマスクされたテープ１０１０は超伝導性テープ１０１２と結合される。ここで記述されるように、テープを放射に露出させた後に、上に横たわる印刷されたテープ１００２を除去して、より柔らかい部分１０２２に比較してより硬い部分１０２０を含むパターン化されたマスクされたテープ１０１０（すなわち、放射感受性テープ材料）をその背後に残す。超伝導性テープ１０１２は基板１０１８、基板の上に横たわるバッファ層１０１６、及びバッファ層の上に横たわるＨＴＳ層１０１４を含み得る。１つの実施形態によれば、超伝導性テープ１０１２はさらにＨＴＳ層１０１４の上に横たわるキャップ層を含む。もう１つの実施形態においては、超伝導性テープ１０１２はさらにＨＴＳ層１０１４の上に横たわる安定化層を含む。
【００６８】
ステップ１００５でパターン化されたマスクされたテープ１０１０を超伝導性テープ１０１２と結合させた後に、プロセスはステップ１００７で継続し、そこでは、パターン化されたマスクされたテープ１０１０及びＨＴＳ層１０１２の部分は研磨剤粒子を用いて除去される。その上に横たわるパターン化されたマスクされたテープ１０１０を持つ超伝導性テープ１０１２は、研磨剤粒子１０２６を圧力下でパターン化されたマスクされたテープ１０１０の表面に向かわせる研磨ゾーン１０２４を通って移送される。このようなプロセスは、パターン化されたマスクされたテープ１０１０のある部分ばかりでなく、パターン化されたマスクされたテープ１０１０のより柔らかい部分１０２２の下にあるＨＴＳ層１０１４の部分の除去を可能にする。したがって、テープを研磨ゾーン１０２４を通って移送させた後に、ＨＴＳ層１０１４の部分、及びパターン化されたマスクされたテープの部分１０２０はまだ残っており、これはフィラメントに似ている。
【００６９】
プロセスはステップ１００９で継続され、そこでは、パターン化されたマスクされたテープ１０１０の部分を除去してバッファ層１０１６の上に横たわるフィラメント１０２８を形成した後に、パターン化されたマスクされたテープの残っている部分１０２０が除去される。したがって、フィラメント１０２８の上に横たわるパターン化されたマスクされたテープ１０２０の部分を除去するプロセスは、図４にしたがってここで述べたようなリンスを含み得る。このプロセスの後に、キャップ層、及び／又は安定化層がフィラメント１０２８上に設けられる。図１０はＨＴＳ層のみよりなるフィラメントを有する多層フィラメント超伝導性物品の形成を図示するが、他の多層フィラメント超伝導性物品も同じプロセスで形成でき、かつバッファ層、キャップ層、安定化層の部分、又はそれらの任意の結合を含むフィラメントを含み得る。
【００７０】
このように、ここでの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品の形成は改善された電流容量を持つ超伝導性物品の形成を可能とする。ここで図解されるように、ここで形成される多層フィラメント超伝導性物品は少なくとも約０．６の臨界電流保持比を持つ。ある実施形態においては、この比はより大きく、たとえば、少なくとも約０．６５、少なくとも約０．７０、あるいは少なくとも約０．７５でさえある。１つの特定の実施形態においては、臨界電流保持比は約０．６０と約０．９０の間の範囲内にある。
【００７１】
図１１を参照して、故障電流制限器（ＦＣＬ）装置１１００の上面図が与えられる。ＦＣＬ装置１１００はＨＴＳ材料よりなるフィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１を含み、該フィラメントは該テープセグメントの長さに沿って伸び、かつここで記述された実施形態の１つにしたがって形成される。一般に、超伝導性テープセグメント１１０１は約０．１ｍより小さくない長さを持ち、たとえば、約５ｍより小さくなく、あるいは約１０ｍより小さくなく、あるいは約１００ｍよりさえ小さくない。代表的に、超伝導性テープセグメント１１０１は約１ｋｍより大きくない長さを持つ。
【００７２】
１つの実施形態において、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１は、該多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１のパスが実質的に非誘導性であるようにベース１１０２上にて懸架され、かつコンタクト１１０３、１１０４、１１０５、１１０６、１１０７，１１０８、１１０９、１１１０、１１１１（１１０３−１１１１）の回りに巻きつけられている。一般に、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１はコンタクト１１０３−１１１１の間に懸架されて冷却媒体への露出を可能にしている。したがって、１つの実施形態においては、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１の全外部表面領域の約５０％より小さくない部分が冷却媒体に露出されている。もう１つの実施形態においては、超伝導性テープの全外部表面領域の約７５％より小さくない部分、たとえば、約９０％より小さくない部分、あるいは約９８％よりさえ小さくない部分が冷却媒体に露出されている。
【００７３】
特定の図示された実施形態においては、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１はベース１１０２上でコンタクト間に懸架されている。特定の実施形態によれば、該多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１はベース上を覆ってその側部上に懸架され、テープセグメントの上面及び底面に正接となる平面がベース１１０２の主平面に垂直に、又は実質的に垂直になるようになっている。１つの実施形態によれば、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１の全長の約７５％より少なくない部分がベース１１０２上に懸架されている。もう１つの実施形態においては、テープセグメントの全長の約９０％より小さくない部分が、また他の実施形態においては、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１の本質的に全長が、ベース１１０２上で懸架されている。
【００７４】
多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１は分路回路１１２１に電気的に結合され得る。したがって、ＦＣＬ装置はメアンダーパスの全距離をスパンする単一の、又は複数の分路回路を含み得る。図１１に示されるように、分路回路１１２１は電気的コンタクトをすることなく多くのコンタクトをスパンする。１つの実施形態によれば、分路回路１１２１は少なくとも１つのインピーダンス要素（たとえば、抵抗及び／又はインダクタ）を、かつより代表的には、メアンダーパスの距離をスパンする複数のインピーダンス要素を含み得る。１つの実施形態においては、複数のインピーダンス要素は互いに直列に接続され得る。直列に接続されるインピーダンス要素の数は一般に約２より大きく、たとえば、約５より小さくなく、あるいは約１０個のインピーダンス要素より少なくない。
【００７５】
一般に、インピーダンス要素は、分路回路がスパンする多層フィラメント超伝導性テープセグメントの長さに基づく特定のインピーダンスを持つように選択されて、各インピーダンス要素は、多層フィラメント超伝導性テープセグメントのある長さを保護するようにしている。１つの実施形態においては、分路回路は、保護されるべきテープのメータあたり約０．１ミリオームより小さくないインピーダンスを持つインピーダンス要素を含む。他の実施形態は、保護されるべきテープの長さ当たりのより大きいインピーダンスを利用し、たとえば、インピーダンス要素は、保護されるべきテープの長さ当たり約１ミリオームより小さくない、あるいは保護されるべきテープの長さ当たり約５ミリオームより小さくない、あるいは保護されるべきテープの長さ当たり約１０ミリオームよりさえ小さくない、かつ保護されるべきテープの長さ当たり約１．０オームまでの値を持つ。
【００７６】
１つの特定の実施形態によれば、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０２は、そこでは多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１がチルトされ、または回転される回転領域１１１７及び１１１９を持つ。図示された実施形態によれば、回転領域１１１７および１１１９は特に超伝導性テープセグメント４０１の直線部分に沿って局在化されている。このような回転領域１１１７及び１１１９は超伝導性テープセグメント４０１の電気的コンタクト１１１３及び１１１５への結合を可能とし、これは今度は、超伝導性テープセグメント１１０１を分路回路１１２１に結合させる。顕著には、回転領域１１１７及び１１１９内で多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１は回転せられて、これにより超伝導性テープセグメント４０１の少なくとも一部がベース１１０２に平行であり、かつ電気的コンタクト１１１３及び１１１５のコンタクト表面に対してフラットであるようにしている。このようなＦＣＬ装置が、直列に結合されかつ動作する、あるいは代替的に、並列構成で動作できる複数の多層フィラメント超伝導性物品を含み得ることは理解されるであろう。
【００７７】
図１２はＦＣＬ装置において使用される多層フィラメント超伝導性テープセグメント１２０１の一部の断面図である。特に、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１２０１は基板１２０３、及び基板１２０３の上に横たわるフィラメント１２０２、１２０３、１２０４、及び１２０５（１２０２−１２０５）を含む。１つの特定の実施形態において、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１２０１は、特定の層がテープセグメントの長さに沿って伸びるフィラメント１２０２−１２０５内に含まれるように形成されている。１つの実施形態においては、フィラメント１２０２−１２０５はバッファ層１２０７、ＨＴＳ層１２０９、及びキャップ層１２１１を含む。１つの実施形態においては、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１２０１はさらにすべての層の上に横たわる光学的安定化層１２１３を含む。代表的に、このような多層フィラメント超伝導性テープセグメント１２０１は、通常の化学エッチングプロセスを用いてこれを形成するのは、異なる層のおのおのを選択的にエッチングするために異なる化学物質を用いなければならないので困難であろう。しかしながら、この構成を有する多層フィラメント超伝導性テープセグメントは、ここで記述されたプロセスを用いて容易に形成される。
【００７８】
例
テーブル１を参照して、ここで与えられた実施形態にしたがって形成された多層フィラメント超伝導性テープセグメントの、化学エッチングプロセスを用いて形成された従来の多層フィラメント超伝導性テープセグメントと対比される改善された電流保持能力を図解する。サンプル１−６はマスキング、パターニング、及び研磨除去技術を含む、ここで記述されたプロセスを介して形成されたサンプルを含む。サンプル１−５は、ＨＴＳ層よりなるフィラメント及び、Inconel 基板及びMgO を含む２軸テキスチャされたバッファ層の上に横たわる安定化剤を含む多層フィラメント超伝導性テープセグメントである。
【００７９】
標準サンプル１−３は０．５モルクエン酸の使用を含む標準化学エッチングプロセスを用いて形成された。標準サンプル１−３はInconel基板、その上に横たわる等角２軸テキスチャバッファ層、及びフィラメントを形成するようパターン化されたＨＴＳ層及び安定化層を含む。テーブル１で与えられたサンプルのおのおのにおいて、フィラメントは３３ｃｍ長さ、６００ミクロン幅、及び、水平方向の分離のための４００ミクロンのスペース幅を有して形成されている。ギャップ長は２．５ｍｍである。すべてのサンプルのテープセグメントは１ｍ長、かつ４ｍｍ幅である。
【００８０】
テーブル１はテープセグメントの、フィラメントの形成前、及びフィラメントの形成後の臨界電流（Ｉｃ）値((Ic Before )、及び(Ic After ))を与える。臨界電流(Ic) はＨＴＳテープの電流運搬能力、すなわち超伝導性物品の重要な特徴、の示しである。より特定的には、テーブル１は臨界電流保持比に関するデータを与え、これは多層フィラメント構造を形成するのに貢献した、失われた電流運搬能力のパーセントを示す。テーブル１に示されるように、ここで記述された実施形態により形成されたサンプル１−５のおのおのは、化学エッチングプロセスを用いて形成された標準サンプル（例えば、Std.1-3 ）に対比してより大きい臨界電流保持比を証明した。
【００８１】
より特定的には、サンプル１−５のおのおのは少なくとも０．６０（すなわち、４０％）の臨界電流保持比を証明した、これは、化学エッチングプロセスにより形成された最善の多層フィラメントＨＴＳサンプル（すなわち、サンプルStd.1 ）より約３０％大きく、かつこれにより、少なくとも約３０％より大きい電流を扱うことのできる多層フィラメント超伝導性テープである。サンプル１−６のすべてはもし少なくとも０．６５でなくとも、少なくとも０．６０の臨界電流保持比を証明した。
【００８２】
さらに、標準サンプル１−５のおのおのは、フィラメントの形成の後により大きい絶対電流運搬能力を証明した。フィラメントの形成の後の標準サンプルについての最も大きい電流値は６２Ａであり、一方サンプル１−５の中で最も低い電流値は８８Ａの電流を持つサンプル２であった。したがって、サンプル１−５はすべての標準サンプルと対比される形成プロセス後の改善された絶対電流容量値を証明する。
【００８３】
標準サンプルのおのおのはサンプル１−５と、サンプルのすべてはほとんど同じ程度のＡＣロスの低減を示したので、十分な目的を持って比較された。ＡＣロスの低減は長い長さの導体においては電荷の移動（すなわち、電流）により生ずる干渉する磁界による電力損失を最小化するのに望ましい。このように、サンプル１−５はパターニング後の同じ程度のＡＣロス低減を持ってのより大きい電流運搬能力を証明し、一方、標準サンプルはより小さい電流運搬能力を証明する。
【００８４】
さらに、サンプル１−５はパターン化されていない超伝導性物品よりより大きいＡＣロス低減を持つ。図１３を参照して、制御サンプル、及びテーブル１で与えられたサンプル１−５についての、電力（Ｗ／ｍ）対 磁界（Ｂ）を示すプロットが与えられる。特に、図１３はサンプルに供給される電力のある範囲にわたっての該サンプルのおのおのについて生成される磁界を図示する。制御サンプルについてのプロット１３０１は層の各々内に同じ材料を含むパターン化されていない超伝導性テープである。サンプル１−５についてのプロット１３０３は増大する電力の範囲を通して、かつしたがって、より大きいＡＣロス低減の範囲を通して生成されるより低い磁界を証明する、なぜなら、該サンプルを通して与えられる任意のレベルの電力につきより低い磁界が生成され、かつこれによりＡＣロスが低減されるからである。
【００８５】
テーブル１及び図１３で与えられる情報は、ここでの実施形態にしたがって形成される多層フィラメント超伝導性テープが、従来の多層フィラメント超伝導性物品、及びパターン化されていない超伝導性物品に対して優れていることを図示する。ここで記述された多層フィラメント超伝導性テープは、従来の超伝導性テープに比較し、より大きい臨界電流保持比、及び改善されたＡＣロス低減を与える。なんら特定の理論に結合することを期待していないが、発明者らは、ここで与えられるプロセスは化学エッチングプロセスに関して起こるアンダーカット現象を低減させることに気づく。顕著には、アンダーカッティングは、層の部分を除去するために化学エッチを用いるときには、ウェット化学エッチャントは高い水平エッチングを生ずる材料、及びフィラメントにおけるＨＴＳ層に対するダメージを異方的に除去するので、広く行き渡っている。
【００８６】
さらに、現在開示された多層フィラメント超伝導性物品をＦＣＬ装置内へ組み込むと、ＦＣＬ特性の改善を生じる。図１４−１７はＦＣＬ装置内で用いられる従来の多層フィラメント超伝導性物品の機能を、ここで記述されたプロセスにしたがってＦＣＬ装置内で形成された多層フィラメント超伝導性物品と比較している。
【００８７】
図１４は従来のプロセスにより形成された多層フィラメント超伝導性物品についての、故障電流の印加の間の電流対時間のプロットを含む。比較により、図１５はここで開示されたプロセスにしたがって形成された多層フィラメント超伝導性物品についての、故障電流の印加、及び続いての回復の間の電流対時間のプロットを含む。図１４の従来のサンプルは、フィラメントを持たず、かつ、Inconel 基板、２軸テキスチャバッファ層、ＨＴＳ材料層、及びキャップ材料層を含む、線を付けられていない超伝導性物品である。多層フィラメント超伝導性物品はまた、フィラメントの上に横たわる等角の安定化剤層を含んでいた。図１５の非従来のサンプルはここで記述された実施形態にしたがって形成され、顕著には、多層フィラメント超伝導性設計を含み、かつInconel 基板、及び基板の上に横たわるフィラメントの一般構造を持つ、ここで、各フィラメントは２軸テキスチャされたバッファ層、ＨＴＳ層、及びキャップ材料を含む。該フィラメントは８００ミクロン幅、３３ミクロン長であり、かつ水平方向に２００ミクロンの空間間隔を置いて配置されている。
【００８８】
７７Ｋで液体窒素浴槽内で行われたテストの間に、図１４の従来のサンプルは１６８Ａの電流を持ち、かつ失敗時の負荷電流は約１６００Ａであり、一方、図１５の非従来のサンプルは１４１Ａの電流を持ち、失敗時の負荷電流は３５４０Ａであった。すべてのサンプルは２．５ミリオーム分路コイルに接続されていた。図１４と１５を比較することにより図解されるように、従来サンプルの応答時間（すなわち、完全回復に戻るための時間）は故障電流の印加の後約８０秒であり、一方、非従来のサンプルの応答時間は故障電流の印加の後約１０秒である。非従来のサンプルは比較可能な負荷電流の持つ大きさの２倍以上の大きさの故障電流にさらされるとき、優秀な応答時間を持つ。
【００８９】
図１６及び１７を参照して、図１６は従来のプロセスにしたがって形成される線をつけられていない（すなわち、フィラメントを持たない）超伝導性物品についての故障電流の印加の間の電圧対時間のプロットを含む。図１７はここで記述されたプロセスにしたがって形成された多層フィラメント超伝導性物品についての故障電流の印加の間の電圧対時間のプロットを含む。サンプルは図１４及び１５の説明に関して上記で記述されたのと同じ構造を持っていた。再び、図１６と１７の比較において、図１７の非従来のサンプルは大きさが２倍の故障電流にさらされたときにも優秀な応答時間を証明する。
【００９０】
したがって、ここで記述された多層フィラメント超伝導性物品、装置、及びプロセスは従来技術からの旅立ちを証明する。ここでの実施形態は、改善された長い長さの多層フィラメント超伝導性物品を形成するのに適した、リールツーリールプロセス、多数テープ、マスキングプロセス、パターニングプロセス、露出技術、及び特定の研磨技術を含む要素の結合を用いて多層フィラメント超伝導性物品を形成するプロセスを記述している。このようなプロセスは、登録マークの特徴と結合した基板ホルダ、レティクルを含む、特定の装置の使用によりさらに向上される。このようなプロセスと装置の結合は、低い水平方向フィラメント間不整列、改善されたＡＣロス低減、及び改善された電流運搬能力を持つ正確に整列されたフィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性物品の形成を可能とする。さらに、ここで与えられたプロセスは、異なる材料層を含むフィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性物品を形成するための、多数の化学エッチング及び／又は異なる化学エッチングの必要を除去する。ここで開示された同じ形成プロセスの任意の１つは異なる材料の層を含むフィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性物品を形成するために用いることができる。
【００９１】
ある文献、例えば米国特許出願２００７／０１９７３９５、及び米国特許出願２００６／００４０８３０は、研磨ミリングまたは砂研磨を用いた多層フィラメント超伝導性酸化物膜のパターニングの可能性を広く認識しているが、このような文献は、特に化学パターニング技術に向けられている。かつ実際、中間膜を酸化物超伝導体に変換する前に中間膜をパターニングしている。さらに、このような文献、特に米国特許出願２００７／０１９７３９５は、ＨＴＳ材料がより柔らかい中間膜に比較して研磨技術により除去するにはより硬く、あるいはＨＴＳ層を形成した後には、それは一般に脆弱な酸化物層であるのでダメージとなることを明確に開示している。さらに、一般の過ぎ去った文献は研磨剤の使用に向けてなされているが、これらの文献はいずれもここで記述されたリールツーリールプロセス、リールツーリール動作を可能とする装置、特定のマスキング技術、または研磨剤研磨技術の特徴の結合を開示していない。さらには、前記文献のいずれも改善された臨界電流保持、またはＡＣロス低減を持つ長尺多層フィラメント超伝導性物品の形成を証明しておらず、ＦＣＬ物品において使用されたときの応答時間の改善を言及していない。
【００９２】
発明は、特定の実施形態の文脈で図示され、記述されたが、種々の修正および置換が本発明の範囲からどのようにも離れることなくなされることができるので、示された詳細に限定されるものではない。例えば、付加的な、あるいは等価な置換を与えることができ、かつ、付加的な、あるいは等価な製造ステップを用いることができる。このように、ここで記述された発明の更なる修正および等価物は普通の実験以上のものを行わなくても当業者に起こることであり、かつ、すべてのこのような修正及び等価物は、以下の請求項により定義される発明の範囲内にあるものと信じられる。
【背景技術】
【０００１】
開示の分野
本発明は、多層フィラメント超伝導性物品に向けられており、かつ、特に低ＡＣロス多層フィラメント超伝導性物品に向けられている。
【０００２】
関連する技術の記録
超伝導体材料は技術社会において永く知られ、理解されてきた。液体ヘリウムの使用を要求する温度(４.２Ｋ)で超伝導特性を示す低温超伝導体（低−ＴC又はＬＴＳ）は１９９１年以来知られてきた。しかしながら、酸化物ベースの高温（高−ＴC）超伝導体が発見されたのは幾分最近になってからである。１９８６年あたりに液体窒素温度(７７Ｋ)以上の温度で超伝導特性を有する最初の高温超伝導体(ＨＴＳ)、すなわちＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X（ＹＢＣＯ）が発見され、これにつづいて過去１５年にわたってＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+y（ＢＳＣＣＯ）及びその他、を含む付加的な材料が開発されてきた。高温超伝導体（高−Ｔｃ超伝導体）の開発は、このような超伝導体を比較的高価な液体ヘリウムに基づく極低温基盤構造で動作させるよりむしろ、液体窒素で動作させるとコストを低下できることに部分的に依存して、このような材料を含む超伝導体要素および他の装置の経済的に実現可能な発展の可能性を、創り出してきた。
【０００３】
非常に多くの可能な応用の中で産業はこのような材料の発電、送電、配電、および貯蔵を含む電力産業における使用を展開させることを求めてきた。この点に関し、銅ベースの商用電力要素の本質的な抵抗は、毎年数十億ドルの電力の損失を生じていると評価されており、したがって、電力産業は送電および配電電力ケーブル、発電機、変圧器及び故障電流妨害器／制限器等の電力要素における高温超伝導体の利用に基づき、利益を得る立場にある。さらに、電力産業における高温超伝導体の他の利点は、従来技術に対する、電力処理能力の３−１０％の増加、電力設備の大きさ（すなわち、接地面積）および重量の実質的な低減、環境衝撃の低減、より大きい安全性、および容量の増大を含む。このような高温超伝導体の利点が極めて強力なものであり続けている間にも、多くの技術的挑戦が、高温超伝導体の製造及び商業化において大規模に存在しつづけている。
【０００４】
高温超伝導体の商業化に関連した挑戦の多くは、種々の電力要素の形成に用いることのできる超伝導性テープセグメントの製造の回りに存在する。超伝導性テープセグメントの第１世代は上述のＢＳＣＣＯ高温超伝導体の使用を含む。この材料は一般に、貴金属、代表的には銀、のマトリックス内に埋め込まれた分離したフィラメントの形で設けられる。このような導体は電力産業で実施するに必要な長い長さ（キロメートルのオーダー等）に作ることができるが、材料及び製造コストのためにこのようなテープは広く商業的に実現可能な製品を代表するものではない。
【０００５】
したがって、多くの興味は優秀な商業的な実行可能性を持つ、いわゆる第２世代ＨＴＳテープで生じてきた。これらのテープは代表的に層構造に依拠し、これは一般に機械的サポートを与えるフレキシブル基板、基板上に横たわる少なくとも１つのバッファ層、バッファ層は任意に複数の膜を含む、バッファ膜の上に横たわるＨＴＳ層、及び超伝導体層の上に横たわる任意のキャップ層、及び／又はキャップ層の上に、又は全体構造の周りに横たわる任意の電気的安定化層を含む。しかしながら今日まで、このような第２世代テープ、及びこのようなテープを組み込んでいる装置の十分な商業化に先立って、数多くの工学的および製造上の挑戦が続いている。
【０００６】
新しい技術の出現は新しい問題を生じるが、ＨＴＳテープの場合においては交流（ＡＣ）電流を低減すること、及びその間臨界電流容量を維持することは、特に煩雑である。ＡＣロスは導体の有効性を低減し、かつ超伝導性物品を通って電流を流すことにより生成される磁界によって生じせしめられる。いくらかの超伝導体設計がＡＣロスを軽減するよう示唆されてきたが、これらの物品の形成及び利用は第２世代ＨＴＳテープの複雑な多層化構造を与えられてユニークな障害を課してきた。特に、このような構造を商業的に実現可能な長い長さの導体に形成することは、このような物品が、増大する電力需要を向上した性能および耐性をもって処理する能力を持つよう期待されるよりより大きい主要な障害を残す。
【発明の開示】
【０００７】
１つの側面によれば、多層フィラメント超伝導性テープセグメントよりなる超伝導性テープであって、基板テープ、基板の上に横たわるバッファ層、及びバッファ層の上に横たわる高温超伝導性（ＨＴＳ）材料よりなる複数フィラメントを含むものが開示されている。複数フィラメントは基板の長さに沿って伸び、隣接するフィラメントから水平方向に空間によりスペースを空けられており、かつ縦方向にはギャップによりスペースを空けられている。多層フィラメント超伝導性テープセグメントは、約１００ミクロンより大きくない水平方向フィラメント間不整列を持つ。
【０００８】
もう１つの側面によると、超伝導性物品であって、基板テープ、基板の上に横たわるバッファ層、及びバッファ層の上に横たわる高温超伝導性（ＨＴＳ）材料よりなる複数フィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性テープセグメントを含むものが開示されている。複数フィラメントは、基板の長さに沿って伸び、かつ隣接するフィラメントから水平方向に空間によりスペースを空けられている。また、多層フィラメント超伝導性テープセグメントは、少なくとも約０．６の臨界電流保持比を持つ。
【０００９】
第３の側面によれば、多層フィラメント超伝導性テープの形成方法が与えられ、これは、超伝導性テープをリールツーリールプロセスで移送することを含み、ここで、超伝導性テープは、基板、該基板の上に横たわるバッファ層、および、該バッファ層の上に横たわる高温超伝導性（ＨＴＳ）層を含む。該方法はさらに、前記超伝導体層上にマスクを形成すること、及び研磨粒子を使ってマスクの部分、及びＨＴＳ層の部分を除去し、ＨＴＳ材料よりなる複数のフィラメントを持ち、かつ超伝導性テープの長さに沿って伸び、かつ隣接する複数フィラメントから水平方向に空間によりスペースを空けられた多層フィラメント超伝導性テープを形成することを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６,１９０,７５２号明細書
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示は添付の図面を参照することにより、当業者によってよりよく理解され、かつその多くの特徴および利点が当業者により明らかとなるであろう。
【図１Ａ】図１Ａは１つの実施形態による超伝導性物品の一般化された構造を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品の一般化された構造を示す斜視図である。
【図２】図２は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品の一部の立面図を含む。
【図３】図３は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品の一部の平面図を含む。
【図４】図４は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を形成するプロセスを図示するフローチャートである。
【図５】図５は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を形成するプロセスを図示するフローチャートである。
【図６】図６は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を形成するプロセスを図示するフローチャートである。
【図７】図７は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を形成するにおいて用いられる基板ホルダの斜視図である。
【図８】図８は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を形成するにおいて用いられる基板ホルダおよびレティクルを図示する。
【図９】図９は１つの実施形態による、登録マークを有するレティクル、及び多層フィラメント超伝導性物品を形成するにおいて用いられる登録マークを有する多層フィラメント超伝導性物品を含む。
【図１０】図１０は１つの実施形態による、リールツーリールプロセスで多層フィラメント超伝導性物品を形成するプロセスの図的な表現を与える一連の図示を含む。
【図１１】図１１は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を含む無効電流制限器を含む。
【図１２】図１２は１つの実施形態による変形構造を持つ多層フィラメント超伝導性物品の一部の断面図を含む。
【図１３】図１３は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品のＡＣロス低減を図示する電力対磁界のプロットを含む。
【図１４】図１４は故障状態での従来のＦＣＬ装置についての電流対時間のグラフを図示する。
【図１５】図１５は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を組み込んでいるＦＣＬ装置の電流対時間のグラフを図示する。
【図１６】図１６は故障状態における従来のＦＣＬ装置についての電圧対時間のグラフを図示する。
【図１７】図１７は１つの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品を組み込んでいるＦＣＬ装置についての電圧対時間のグラフを図示する。 異なる図面における同じ参照符号の使用は、同様の、又は同じ項目を示す。
【発明の概要】
【００１２】
図１に戻って、本発明の１つの実施形態による超伝導性物品１００の一般化された層化構造が描かれている。超伝導性物品は、基板１０、基板１０の上に横たわるバッファ層１２、超伝導性層１４、それにつづく代表的には貴金属よりなるキャップ層１６、及び代表的には銅等の非貴金属よりなる安定化層１８を含む。バッファ層１２はいくつかの異なる膜より構成される。安定化層１８は超伝導性物品１００の周囲の周りに伸び、これによりそれを完全に包む。
【００１３】
基板１０は一般に金属ベースのものであり、かつ代表的に少なくとも２つの金属元素の合金である。特に、適切な基板材料は、公知のＨａｓｔｅｌｌｏｙ(登録商標)またはＩｎｃｏｎｅｌ(登録商標)グループの合金等のニッケルベースの金属合金を含む。これらの合金は、膨張係数、引っ張り強度、降伏強度、及び伸長を含む所望のクリープな、化学的及び機械的特性を持つ傾向がある。これらの金属は、一般にスプールドテープの形で商業的に利用可能であり、代表的にリールツーリールテープ処理を利用する超伝導性テープの製造に特に適している。
【００１４】
基板１０は、代表的に高い寸法比を持つテープ状の形状をしている。ここで用いられるように、用語“寸法比”は、基板又はテープの長さの、次の長さ寸法、すなわち基板又はテープの幅、に対する比を記すのに用いられる。例えば、例えば、テープの幅は、一般に約０．１から約１０ｃｍのオーダーであり、かつテープの長さは、代表的に少なくとも約０．１ｍであり、最も代表的には約５ｍより大きい。実際、基板１０を含む超伝導性テープは、１００ｍ又はそれ以上のオーダーの長さをもつであろう。したがって、基板は、１０より小さくない、１０2より小さくない、あるいは１０3よりさえ小さくないオーダーの、かなり高い寸法比を持ち得る。ある実施形態は、１０4およびそれより高い寸法比を持ち、より長い。
【００１５】
１つの実施形態において、基板は、超伝導性テープの構成層の続いて起こる堆積のために望ましい表面特性を持つように処理される。例えば、表面は所望の平坦さ、及び表面粗さを持つように研磨される。さらに基板は、公知のＲＡＢｉＴＳ(ｒｏｌｌ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｂｉａｘｉａｌｌｙ ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)技術等により、技術において理解されるように２軸テキスチャされるように取り扱うことができる、ただしここでの実施形態は、代表的に上記した商業的に利用可能なニッケルベースのテープのようにテキスチャされていない多結晶基板を利用する。
【００１６】
バッファ層１２に戻って、バッファ層は単一層であってよく、あるいはより共通に数枚の膜よりなっていてもよい。最も代表的に、バッファ層は一般に膜の面内および面外の両方の結晶軸に沿って整列された結晶性テキスチャを持つ２軸テキスチャ膜を含む。このような２軸テキスチャはＩＢＡＤで達成することができる。技術において理解されるように、ＩＢＡＤは優れた超伝導特性のための望ましい結晶学的方位を持つ超伝導性層のつづいての形成のために適切にテキスチャされたバッファ層を形成するのに有利に用いられる技術である、イオンビームアシスティッドデポジションの頭字語である。酸化マグネシウムはＩＢＡＤ膜のための選択の代表的な材料であり、かつ約５から約５０ナノメーター等、約１から約５００ナノメーターのオーダーであり得る。一般に、ＩＢＡＤ膜は米国特許第６,１９０,７５２号明細書、参照によりここに組み入れられる、で定義され、記述された岩塩状結晶構造を持つ。
【００１７】
バッファ層は、ＩＢＡＤ膜および基板に直接接触し、かつ両者間に置かれるよう設けられるバリア膜等の、付加的な膜を含むことができる。この点に関し、バリヤ膜は、イットリア等の酸化物により有利に形成することができ、かつ基板をＩＢＡＤ膜から絶縁するように機能する。バリア膜はまた、窒化シリコン等の非酸化物により形成することもできる。バリア膜の堆積のための適切な技術は、化学気相成長、及びスパッタリングを含む物理気相成長を含む。バリア膜の代表的な厚さは、約１から約２００ナノメーターの範囲内にある。またさらに、バリヤ層はまた、ＩＢＡＤ膜上に形成されたエピタキシャル成長膜をも含むことができる。この文脈において、エピタキシャル成長膜は、ＩＢＡＤ膜の厚さを増大するのに有効であり、かつＭｇＯまたは他の互換性のある材料等のＩＢＡＤ層に用いられたのと原理的に同じ材料よりなるのが望ましい。
【００１８】
ＭｇＯベースのＩＢＡＤ膜及び／又はエピタキシャル膜を用いる実施形態において、ＭｇＯ材料と超伝導性層材料の間には格子不整合が存在する。したがって、バッファ層はさらにもう１つのバッファ膜を含むことができ、これは特に超伝導性層とその下にあるＩＢＡＤ膜及び／又はエピタキシャル膜の間の格子定数不整合を低減するように用いられる。このバッファ膜はＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ストロンチウムルテネート、ランタン（ランタナム）マンガネート、及び一般にぺロブスカイト構造セラミック材料等の材料により形成され得る。バッファ膜は種々の物理気相堆積技術により堆積され得る。
【００１９】
上記は原理的に、ＩＢＡＤ等のテキスチャプロセスによるバッファスタック（層）内の２軸テキスチャされた膜の実行に焦点を置いたものであるが、代替的に基板表面自体を２軸テキスチャすることもできる。この場合バッファ層は一般に、テキスチャされた基板上にバッファ層内での２軸テキスチャを維持するようにエピタキシャル成長される。２軸テキスチャされた基板を形成するための１つのプロセスは、技術においてＲＡＢｉＴＳ(ｒｏｌｌ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｂｉａｘｉａｌｌｙ ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ)として知られている公知の技術であり、一般に技術において理解されている。
【００２０】
超伝導性層１４は、一般に高温超伝導体（ＨＴＳ）層の形をしている。ＨＴＳ材料は代表的に液体窒素の温度、７７Ｋ以上で超伝導特性を示す高温超伝導材料のいずれかから選択される。このような材料は、たとえば、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x，Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏz，Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+y，Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+y，およびＨｇＢａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ8+yを含み得る。１つのクラスの材料は、ＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-xを含み、ここで、ＲＥは希土類元素、または希土類元素の結合である。上記の中で、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x、これはまた一般にＹＢＣＯとも言われる、が有利に用いられる。ＹＢＣＯは、希土類材料、たとえばサマリウム、等のドーパントの付加をもって、あるいはその付加無しで使用し得る。超伝導性層１４は、厚膜及び薄膜形成技術を含む種々の技術の任意の１つにより形成され得る。好ましくは、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）等の薄膜物理気相成長技術を高堆積速度のために用い得、あるいは化学気相成長技術をより低いコスト、及びより大きい表面領域処理のために用い得る。代表的には、超伝導性層は、超伝導性層１４と関連した所望のアンペアレートを得るために、約０．１から約３０ミクロンの、最も代表的には、約１から約５ミクロン等の、約０．５から約２０ミクロンの、オーダーの厚さを持つ。
【００２１】
超伝導性物品はまた、キャップ層１６及び安定化層１８を含み、これらは一般に、低抵抗インタフェースを与えるために、かつ実際の使用における超伝導体のバーンアウトの防止を助ける電気的安定化のために含まれている。より特定的には、層１６および１８は、冷却が失敗したとき、あるいは臨界電流密度を超えたときに超伝導体に沿っての電荷の連続した流れを助け、そして該超伝導性層は超伝導状態から移行して抵抗性になる。代表的には、貴金属が単数又は複数の安定化層と超伝導性層１４の間の不所望の相互作用を防止するためにキャップ層１６に用いられる。代表的な貴金属は金、銀、プラチナ、及びパラジウムを含む。銀は代表的にそのコストおよび一般的な入手容易さのために用いられる。キャップ層１６は代表的に安定化層１８から超伝導性層１４への構成要素の不所望の拡散を防ぐに十分な厚さに形成されるが、しかしこれはコスト（生の材料および処理コスト）面より一般に薄く形成される。ＤＣマグネトロンスパッタリング等の物理気相成長を含む種々の技術をキャップ層１６の堆積に用いることができる。
【００２２】
安定化層１８は、一般に超伝導性層１４の上に横たわるように、かつ特に図１に示される特定の実施形態においては、キャップ層１６の上に横たわり、かつ直接接触するように組み入れられている。安定化層１８は、厳格な環境条件および超伝導性クェンチに対する安定性を向上する保護／分路層として機能する。この層は一般に稠密であり、かつ熱的に、かつ電気的に伝導性であり、かつ超伝導性層の失敗の場合には、あるいはもし超伝導性層の臨界電流を超えたときは電流をバイパスするように機能する。それは、プリフォームされた銅ストリップを超伝導性テープ上に積層することによる、半田のような中間のボンディング材料を用いることによる等の種々の厚膜および薄膜形成技術の任意の１つにより形成され得る。他の技術は代表的に、蒸着またはスパッタリング等の物理気相成長ばかりでなく、無電解めっき等のウェットケミカルプロセス、及び電気めっきに焦点を当ててきた。この点に関し、キャップ層１６はその上に銅を堆積するためのシード層として機能し得る。顕著には、キャップ層１６及び安定化層１８は種々の実施形態に従って以下に記述されるように順序を変えてもよく、あるいは使用しなくてもよい。
【００２３】
図１Ｂを参照して、例示的な多層フィラメント超伝導性物品１５０の斜視図が図示されている。図示されるように、多層フィラメント超伝導性物品１５０は以前に記述したように基板１０及びその上に横たわるバッファ層１２を含み得る。しかしながら一般化された超伝導性物品と異なり、多層フィラメント超伝導性物品１５０はバッファ層の上に横たわるフィラメント２１、２２、及び２３（２１−２３）を含む。一般にフィラメントは第１の端、及び第２の端を持つ長いセグメントである。１つの実施形態によれば、フィラメント２１−２３はＨＴＳ材料を含み得る。顕著には、フィラメント２１−２３は物品の長さに沿って伸び、かつおのおのの形状および大きさを持ち、水平方向には他のフィラメントから空間距離だけ隔てられ、かつ縦方向にはギャップ距離だけ隔てられた分離した物品である。さらに図示されるように１つの実施形態においては、このような多層フィラメント超伝導性物品はフィラメント２１−２３の上に横たわるキャップ層１６ばかりでなく、キャップ層１６の上に横たわる安定化層１８を含む。
【００２４】
分離したフィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性物品の形成は低ＡＣロス超伝導性物品の形成を可能とする。超伝導性テープセグメントの長さに沿っての分離したフィラメントの形成はＨＴＳ層を通って流れる電流により引き起こされる磁気的干渉の低減を可能とする。したがって、ＨＴＳ材料よりなるフィラメントを持つ超伝導性物品の形成は高効率の、かつ低ＡＣロスの超伝導性物品の形成を可能とする。
【００２５】
図１ＢはＨＴＳ材料のみを含むフィラメント２１−２３を図示するが、もう１つの実施形態においては、フィラメントは構成層内の材料より形成され得る。このように１つの特定の実施形態においては、フィラメント２１−２３は、ＨＴＳ材料及びバッファ層１２が該フィラメントを形成するようパターン化されるように形成され得る。もう１つの特定的な実施形態においては、フィラメント２１−２３は、ＨＴＳ材料及びキャップ層１６がパターン化されてフィラメントを形成するように形成され得る。該フィラメントが、異なる層が安定化層１８、キャップ層１６、ＨＴＳ層１４、及びバッファ層を含むフィラメントを形成するようパターン化されて形成され得ることは理解されるであろう。
【００２６】
図２を参照して、多層フィラメント超伝導性物品の一部の平面図が、図示されている。該物品はベース層２０１を含み、これは、ここで記述されるように基板及びその上に横たわるバッファ層を含み得る。多層フィラメント超伝導性物品はさらに、ベース層２０１の部分上に横たわるフィラメント２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８、２０９、及び２１０（２０３−２１０）を含み得る。フィラメントはＨＴＳ材料ばかりでなく、実施形態によってはバッファ層、キャップ層、及び安定化層からの材料を含み得る。
【００２７】
図示されるように、フィラメント２０３−２１０は多層フィラメント超伝導性物品の長さに沿って伸びる。一般に、フィラメント２０３−２１０は少なくとも約１００ミクロンの連続的な長さ２１７を持つ。もう１つの実施形態においては、フィラメント２０３−２１０は少なくとも約２００ミクロン、あるいは少なくとも約４００ミクロン、あるいはさらに少なくとも約１０００ミクロンのより長い長さを持ち得る。１つの特定の実施形態において、フィラメント２０３−２１０は本質的にテープセグメントの全長に沿って伸びる連続的な長さを持つ。以前に記述したように、このような長さはミクロンサイズよりもはるかに大きいものであり得る、なぜなら、多層フィラメント超伝導性テープセグメントは、少なくとも約５ｍ、かつより代表的には少なくとも約１０ｍ、またはさらには少なくとも約１００ｍのオーダーの長さを持ち得るからである。１つの特定の実施形態においては、ここでの多層フィラメント超伝導物品は約５ｍと約１００ｍ間の範囲内のように、約１ｍと約１ｋｍ間の範囲内の長さを持つことができる。
【００２８】
フィラメント２０３−２１０は矢印２１３で図示される空間距離だけ水平方向に空間を空けられ得る。一般に、隣接するフィラメントを分離する空間距離２１３は約１ｍｍより大きくない。他の実施形態においては、スペース２１３は約０．５ｍｍより大きくない、約０．２５ｍｍより大きくない、あるいはさらに約１ｍｍよりさえ大きくない、のようにより小さくあり得る。１つの特定の実施形態においては、隣接するフィラメントの間隔を開ける空間距離２１３は約０．０５ｍｍと約１ｍｍの間の範囲内にあり、より特定的には約０．１ｍｍと約０．５ｍｍの間の範囲内にある。
【００２９】
１つの実施形態によれば、フィラメント２０３−２１０は縦方向にテープセグメントの長さに沿って伸びる、矢印２１５で示されるギャップにより分離され得る。一般に、このようなギャップは、フィラメント２０３−２１０の長さより短い長さを持つ。１つの実施形態によれば、ギャップは約３ｍｍより大きくなく、たとえば約１ｍｍより大きくなく、特定の場合にはより短い。例えば、１つの実施形態においては、ギャップ２１５は約１００ミクロン、７５ミクロン、５０ミクロンより大きくなく、あるいは約２０ミクロンよりさえ大きくない。さらに、１つの特定の実施形態においては、ギャップは約１００ミクロンと約４００ミクロンの間の範囲内にある。１つの特定の実施形態においては、フィラメント２０３−２１０は本質的に基板テープの全長に渡って伸びることができ、この場合、実質的なギャップは存在しない。
【００３０】
図３は図２に示される多層フィラメント超伝導性物品の一部を図示する。特に、図３はフィラメント２０３及びフィラメント２０７の一部を図示する。以前に記述したように、フィラメント２０３と２０７はギャップ２１５により分離され得る。１つの実施形態によれば、フィラメントは対応するフィラメント２０３と２０７の２分軸間の距離３０３により示されるように水平方向のフィラメント間不整列を持ち得る。水平方向フィラメント間不整列３０３は互いに縦方向に間隔を開けられた２つのフィラメント間の水平変位の示しである。図３に示されるように、水平方向フィラメント間不整列３０３はそれぞれフィラメント２０３及び２０７の対応する２分軸３０４及び３０５に基づく、フィラメント２０３および２０７の長さに直交する測定である。１つの実施形態によれば、水平方向フィラメント間不整列３０３は約１００ミクロンより大きくない。もう１つの実施形態においては、水平方向フィラメント間不整列３０３は約５０ミクロンより大きくなく、または約２５ミクロンより大きくなく、あるいは約１０ミクロンよりさえ大きくない。１つの特定の実施形態において、水平フィラメント間不整列３０３は約５ミクロンと約１００ミクロンの間の範囲内にあり、より特定的には約１０ミクロンと約５０ミクロンの間の範囲内にある。分離したフィラメント間のこのような水平方向フィラメント間不整列３０３を持つ多層フィラメント超伝導性物品を形成すれば、正確に整列されたフィラメント、およびＡＣロスの低減等の優秀な電気的特性を持つ超伝導性物品を形成することが可能となる。
【００３１】
図４は１つの実施形態により多層フィラメント超伝導性物品を形成するプロセスを与えるフローチャートを図示する。特に、図４は長尺の多層フィラメント超伝導性物品の形成を可能とする、リールツーリールプロセスを用いた多層フィラメント超伝導性物品の形成方法を与える。したがって、プロセスはステップ４０１で超伝導性テープをフィードリールから移送することで始まる。超伝導性テープは基板、基板の上に横たわるバッファ層、及びバッファ層の上に横たわるＨＴＳ層を含む。顕著には、この時点でのＨＴＳ層は、分離したフィラメントがＨＴＳ層からパターン化される前に、一般にバッファ層上に横たわる等角の材料よりなる層である。
【００３２】
プロセスはさらにステップ４０３でマスクテープをフィードリールから移送することを含む。特に、マスクテープはテープの形をした長尺材料よりなる。１つの実施形態によれば、マスクテープは超伝導性テープのそれに類似した寸法を持つ。このように、１つの実施形態においては、マスクテープは少なくとも約１０：１である寸法比を持つ。もう１つの実施形態においては、マスクテープは少なくとも１００：１の、あるいは少なくとも約１０００：１でさえある寸法比を持つ。
【００３３】
特にある寸法を参照して、１つの実施形態においては、マスクテープは超伝導性テープセグメントと一般に同じである平均幅を持つ。１つの実施形態において、マスクテープは約１０ｃｍより大きくない平均幅を持つ。もう１つの実施形態において、マスクテープの平均幅は約５ｃｍより大きくなく、たとえば約１ｃｍより大きくない。１つの特定の実施形態において、マスクテープは約１ｍｍと約１ｃｍの間の範囲内の平均幅を持つ。
【００３４】
もう１つの実施形態において、マスクテープは約５ｍｍより大きくない平均厚さを持つ。まだ、もう１つの実施形態によれば、マスクテープは約２ｍｍより大きくない、たとえば約１ｍｍより大きくない、あるいは約０．５ｍｍよりさえ大きくない平均厚さを持つ。ある実施形態においては、マスクテープは約０．０５ｍｍと約０．２５ｍｍの間の範囲内の平均厚さを持ち、特に薄いことが望ましい。
【００３５】
１つの実施形態によれば、マスクテープは放射線−感受性材料よりなる。たとえば、エレクトロニクス産業で用いられるフォトリソグラフィ材料またはレジスト材料を含む。１つの実施形態においては、マスクテープは樹脂等の有機材料を含む。
【００３６】
それぞれステップ４０１及び４０３で与えられるように超伝導性テープ及びマスクテープをフィードリールから移送する間に、プロセスはステップ４０５で超伝導性テープ上にマスクテープを形成してマスクされた超伝導性テープを形成することで継続される。マスクテープを超伝導性テープ上に形成するプロセスは、２つのテープをマスクテープが超伝導性テープのＨＴＳ層上に横たわるように結合することを含む。１つの実施形態によれば、マスクテープを超伝導性テープ上に形成するプロセスは、マスクテープを超伝導性テープ上に、両テープを水平方向に揃え、かつ両テープを互いに押圧して積層することを含む。１つの特定の実施形態において、マスクテープを超伝導性テープ上に積層するプロセスは、マスクされたテープ及び超伝導性テープを一緒に基板ホルダを通して移送し、かつ両テープに圧力を加えることを含む。たとえば、マスクテープ及び超伝導性テープは基板ホルダを通して移送し、かつ両テープにローラを介して圧力を印加することができる。より特定的な実施形態において、マスクテープを超伝導性テープ上に形成するプロセスはさらに、マスクテープ及び超伝導性テープを加熱して適切な積層を可能にすることを含む。熱は両テープに局所的に印加されて両テープの積層を可能にする。１つの実施形態においては、熱と圧力を結合して印加して積層を完了することができる。熱を用いるある実施形態においては、温度は約５０°Ｆより高く、たとえば約７５°Ｆより高くあり得る。代表的に、積層の間に両テープに局所的に与えられる温度は約１５０°Ｆより高くない。
【００３７】
積層プロセスの間に、湿化剤をマスクされたテープ、または超伝導性テープ、またはその両方に添加することができる。湿化剤の付加は、エアロゾル、またはスプレーの形で与えられ、これは接触するよう結合されるべき各テープの表面に添加され得る。代表的に、超伝導性テープおよびマスクテープに湿化の目的で適用される材料は、超伝導性テープまたはマスクテープの構成層を汚染しない材料である。このように、１つの実施形態においては、湿化剤は水溶性ベースの溶液を含む。特定の実施形態において、湿化剤は本質的に脱イオン化水よりなり得る。
【００３８】
ステップ４０５で与えられるようにマスクテープを超伝導性テープ上に結合してマスクされた超伝導性テープを形成した後に、プロセスは、ステップ４０７で与えられるようにマスクされた超伝導性テープを第１の登録マークを持つ基板ホルダを通して、かつ第２の登録マークを持つレティクル下で移送させることで継続される。
【００３９】
図７及び８を簡単に参照して、これらの図はマスクされた超伝導性テープを、リールツーリールプロセスのある部分の間にここでの実施形態に従って整列させるのに用いられる物品（たとえば、基板ホルダおよびレティクル）の図示を与える。図７は１つの実施形態による基板ホルダを示し、図８は１つの実施形態による基板ホルダ、及びその上にあるレティクルを示す。特に図７は長尺のテープ、特にマスクされた超伝導性テープを受け入れ、整列させるためのチャネル７０１を持つ基板ホルダ７００の斜視図を示す。１つの特定の実施形態において、基板ホルダ７００は１つの登録マーク、または一連の登録マークを含む。図７に示されるように、基板ホルダ７００はチャネル７０１の側部から伸びるシェルフ７０３の表面上に登録マーク７０４および７０５を含む。登録マーク７０４及び７０５は基板ホルダ７００をもう１つの対象と整列させるのに適切であり、かつこのようなマークは穴、ギザギザ、スクラッチ等の適切なインデシアを含み得る。
【００４０】
図８はレティクル８０１の下にある基板ホルダ７００の斜視図を示す。図示されるように、レティクル８０１は、基板ホルダ７００の上に横たわっており、かつ基板ホルダ７００の登録マーク７０４および７０５と垂直方向に整列している登録マーク８０４および８０５を持ち、レティクル８０１の基板ホルダ７００に対する整列を可能にしている。レティクル８０１の登録マーク８０４及び８０５は、基板ホルダ７００上のそれらと類似したインデシアを含む。
【００４１】
さらに、登録マークを整列させるために用いられる方法及び装置は、機械的、電気的、又は光学的な方法を含み得る。たとえば、１つの特定の実施形態において、整列の光学的な方法は登録マークを整列させるレーザおよびセンサを含む。機械的な方法はそれらの各々の表面から突出し、かつスイッチをトリップする登録マークを含む。
【００４２】
ステップ４０７で与えられるように、マスクされた超伝導性のテープを、基板ホルダを通して、かつレティクル下で移送させた後に、プロセスはステップ４０９でマスクされた超伝導性テープをレティクルを通って向けられた放射に露出させてパターン化された超伝導性テープを形成することで継続される。特定の実施形態によれば、放射は、マスクされた超伝導性テープの部分が放射に露出され、かつマスクされた超伝導性テープの他の部分が放射に露出されないように前記レティクル内のあるパターンを通るように向けられ得る。このようなプロセスは、放射に露出されたマスクされたテープ部分の硬さを、放射に露出されなかった部分に比較しより軟かくする、のように変更することを可能とする。
【００４３】
一般に、レティクルを通るように向けられる放射は特定の波長のものである。適切な波長は、一般に約５０ナノメーターより小さい放射波長を含む。１つの実施形態において、放射はより短い波長を持ち、これによりそれは、代表的に約４００ナノメーターより小さい、あるいは約３５０ナノメーターよりさえ小さいそれらの波長を含み、紫外、又は深紫外波長と言われる。
【００４４】
再び、前記テープの部分を放射に露出するプロセスをさらに図解する図８を簡単に参照して、レティクル８０１はパターン化された部分８０３を含み、これは、放射がそれを通って向けられるとき、特定のパターンを超伝導性テープ８０５の表面上に投射し、これによりマスクテープをパターン化する。一般に、パターン化された部分８０３は、分離したフィラメントを持つ超伝導性テープの形成を可能とするパターンを含む。すなわち、１つの実施形態において、パターン化された部分８０３は、もし同じでなくても多層フィラメント超伝導性テープ上に形成されるフィラメントの最終パターンと類似したパターンよりなる。基板ホルダ７００上に横たわるレティクル８０１の結合は、連続的なリールツーリールプロセスを可能とし、かつより特定的には超伝導性テープセグメントの長さのほとんどに沿って伸びるフィラメントの形成を可能とする。１つの特定的な実施形態においては、基板ホルダ７００とレティクル８０１との結合は、超伝導性テープセグメントの全長に沿ってギャップなしで伸びるフィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性テープの形成を可能とする。
【００４５】
図４で与えられたプロセスに戻って、ステップ４０９でパターン化された超伝導性テープを形成した後に、プロセスはステップ４１１でマスクテープの部分及びＨＴＳテープの部分を研磨剤粒子を用いて除去して多層フィラメント超伝導性テープを形成することで継続される。１つの実施形態によれば、このようなプロセスは研磨剤粒子を用いることを含み、かつより特定的にはパターン化された超伝導性テープの表面を高速に加速された研磨剤粒子で高圧で研磨することを含み、ここで、放射に露出されたマスクテープの部分は、前記マスクテープのより硬くかつ研磨剤粒子を跳ね返す部分と反対により柔らかくなり、下にあるＨＴＳ層の部分とともに除去される。このようなプロセスはリールツーリールプロセスを用いて完了することができ、そこでは、パターン化された超伝導性テープはフィードリールから研磨ゾーンを通って供給され、該研磨ゾーンでは、高圧下の研磨剤粒子はパターン化された超伝導性テープの表面に向けられてマスクテープの部分およびその下にあるＨＴＳ層の部分を除去する。テープを研磨ゾーンを通って移送させた後に、超伝導性テープは巻き取りスプール上に集められる。
【００４６】
研磨剤粒子は、有機材料、たとえば酸化物、窒化物、ボロン化物、又はそれらの任意の結合等を含む。１つの特定の実施形態において、適切な研磨剤粒子は、シリカ、アルミナ、シリコンカーバイド、ダイヤモンド、キュービックボロンナイトライド、又はそれらの任意の結合を含む。１つの特定の実施形態において、研磨剤粒子は、シリカ、又はアルミナを含み得る。
【００４７】
平均粒子サイズは、リールツーリールプロセスを用いたフィラメントのパターニングを可能とするのに適切である。したがって、１つの実施形態において、研磨剤粒子は１００ミクロンより大きくない平均粒子サイズを持つ。もう１つの実施形態において、研磨剤粒子はより小さく、例えば、約７５ミクロンより大きくない、約５０ミクロンより大きくない、約２５ミクロンより大きくない、あるいはさらに、約１０ミクロンより大きくない等、である。特定の実施形態によれば、研磨剤粒子の粒子サイズは、約１ミクロンと約７５ミクロンの間の範囲内にあり、かつより特定的には、約５ミクロンと約５０ミクロンとの間の範囲内にある。
【００４８】
マスクテープの部分、及びＨＴＳテープの部分を研磨剤粒子を用いて除去して分離したフィラメントを有する多層フィラメント超伝導性テープを形成した後に、マスクテープの部分はまだ前記研磨剤粒子により除去されていないテープの部分の上に横たわり得る。したがって、プロセスはさらに、マスクテープのそれらの部分を、それらを洗浄剤に露出することによって除去することを含む。適切な洗浄剤は無機または有機材料を含む。１つの特定の実施形態において、洗浄剤は水溶性ベースの溶液である。より特定的な実施形態において、洗浄剤は脱イオン化水を含む。１つの特定の実施形態において、多層フィラメント超伝導性テープを洗浄するプロセスは、該多層フィラメント超伝導性テープをリールツーリールプロセスで浴槽を通して移送させることを含む。このような浴槽は、多層フィラメント超伝導性テープを熱に露出させて前記ＨＴＳフィラメント上に横たわるマスクテープの部分を除去することを含む。もう１つの実施形態においては、多層フィラメント超伝導性テープを洗浄するプロセスは、さらに該多層フィラメント超伝導性テープの上表面を洗浄剤でスプレーすることを含み、さらにまた、超音波振動による等、前記多層フィラメント超伝導性テープをかくはんすることを含む。
【００４９】
図５は１つの実施形態により多層フィラメント超伝導性テープを形成するためのプロセスを含む。図５に示されるプロセスのある部分は、図４のプロセスにしたがって以前に記述したプロセスと同様である。特にステップ５０１、５０３、及び５０５は、図４で記述されたプロセスと実質的に同じである。該プロセスのステップ５０７は、第１の登録マークを有するマスクされた超伝導性テープを第２の登録マークを有するレティクル下で移送することを含む。この特定の実施形態においては、マスクされた超伝導性テープは登録マークを含み、したがって、このようなプロセスは基板ホルダを使用しない。
【００５０】
図９を簡単に参照して、登録マークを有するマスクされた超伝導性テープ、及び対応する登録マークを有するマスクされた超伝導性テープの上に横たわるレティクルの斜視図が与えられる。図示されるように、マスクされた超伝導性テープ９０１はテープの長さに沿って空間を空けて配置された登録マーク９０３及び９０４を含む。さらにレティクル９０５は登録マーク９０３及び９０４とそれぞれ対応し、かつこれと整列する登録マーク９０６及び９０７を含む。登録マーク９０３及び９０４の登録マーク９０６及び９０７との整列は、マスクされた超伝導性テープ９０１のレティクル９０５との整列を可能とし、かつそこにおいてマスクテープの効率的なかつ有効なパターニングを可能にする。さらに、登録マーク９０３及び９０４のタイプは図７及び８にしたがって以前に記述したものと同じでよい。
【００５１】
さらに図９に図示されるように、マスクされた超伝導性テープは登録マーク９０３及び９０４を含むためのマスクされた超伝導性テープ９０１の長さに沿った部分９０９及び９１１を含む。１つの実施形態において、部分９０９及び９１１はマスクされた超伝導性テープのセグメントを含み、そこではマスクされたテープは超伝導性テープセグメントの上には横たわらない。もう１つの実施形態において、部分９０９及び９１１はマスクされた超伝導性テープのセグメントを含み、そこでは、部分９０９及び９１１が最終的に形成される多層フィラメント超伝導性テープ内のフィラメント間のギャップに対応するように、該マスクテープ下にはＨＴＳ層は存在しない。前記部分９０９及び９１１は、マスクされた超伝導性テープ９０１のレティクルとの整列を登録マーク９０３及び９０４を介して可能とするものであり、かつ最終的に形成される多層フィラメント超伝導性テープ内の中間領域９１０内に形成されるフィラメント間のギャップの形成を可能とするものである。
【００５２】
まだ図９を参照して、登録マーク９０３及び９０４を有するマスクされた超伝導性テープ９０１を移送させるプロセスは、リールツーリールプロセス内で完了することができる。１つの特定の実施形態において、リールツーリールプロセスはステッピングプロセスを含み、そこでは、リールはある距離だけ移送されたのち停止して超伝導性テープ９０１の登録マーク９０３及び９０４をレティクル９０５の登録マーク９０６及び９０７と整列させ、かつその後、マスクされた超伝導性テープ９０１の中間部分９１０を放射に露出させる。１つの部分が放射に露出された後に、テープは再びある距離だけ移送されて停止し、かつマスクされた超伝導性テープ９０１の長さに沿った異なる登録マークが再びレティクル９０５の登録マーク９０６及び９０７と整列し、そして露光プロセスが繰り返される。マスクされた超伝導性テープ９０１上の登録マーク９０３及び９０４の登録マーク９０６及び９０７との整列の方法は図７及び８により上記で記述した方法と同一である。
【００５３】
再び図５を参照して、登録マスクを有するマスクされた超伝導性テープをレティクル下で移送させた後に、プロセスは図４にしたがって記述されたのと同じ態様で継続される。特に、プロセスは継続され、そこでは、マスクされた超伝導性テープの部分をレティクルを通るように向けられた放射に露出させてステップ５０９で与えられるようなパターン化された超伝導性テープを形成し、かつさらに、該マスクテープの部分、及び該マスクテープの部分の下にあるＨＴＳ層の部分を研磨剤を用いて除去してステップ５１１で与えられるような多層フィラメント超伝導性テープを形成する。
【００５４】
図６は１つの実施形態にしたがってリールツーリールプロセスで多層フィラメント超伝導性テープを製造する方法を図示する。該プロセスは、ステップ６０１で印刷可能なテープ材料をフィードリールからプリンタを介して移送し、かつその表面上にパターンを印刷して印刷されたテープを形成することで始まる。１つの実施形態によれば、印刷可能なテープ材料は、放射の特定の波長に対して透明である、又は実質的に透明である長尺のテープ材料を含み得る。１つの特定の実施形態においては、印刷可能なテープ材料は有機材料を含む。もう１つの実施形態においては、印刷可能なテープ材料はポリエステル及びポリエチレン、又はそれらの結合等の有機材料を含む。より特定的な実施形態では、印刷可能なテープ材料は２軸方向付けされたポリエチレンテレフタレートポリエステル膜、Mylar （登録商標)ともいわれる、よりなる。
【００５５】
印刷可能なテープ材料はリールツーリールプロセスで移送し得るので、印刷可能なテープ材料は一般に、超伝導性テープ材料に類似したそれらの寸法を持つ。１つの実施形態によれば、印刷可能なテープ材料は約１０：１より小さくない寸法比を持つ。もう１つの実施形態においては、印刷可能なテープ材料は１００：１より小さくない、あるいは１０００：１よりさえ小さくない寸法比を持つ。
【００５６】
上記したように、印刷可能なテープ材料はある波長の放射に対して実質的に透明であり得る。１つの特定の実施形態において、印刷可能なテープ材料は約５００ｎｍより小さい、かつより特定的には約４００ｎｍより小さい波長を持つ放射である紫外放射に対して透明である。さらに、印刷可能なテープ材料は、放射をしてその厚みを通って伝播することを許す適切な平均厚さを持つ。１つの特定の実施形態において、印刷可能なテープ材料は約５ｍｍより大きくない平均厚さを持つ。他の実施形態において、印刷可能なテープ材料はより薄く、たとえばその平均厚さが約３ｍｍより大きくない、あるいは約１ｍｍよりさえ大きくない。１つの特定の実施形態において、印刷可能なテープ材料は約０．０５ｍｍと約０．２５ｍｍの間の範囲内の平均厚さを持つ。
【００５７】
印刷可能なテープ材料の表面上にパターンを印刷するプロセスを参照して、一般に印刷可能なテープ材料はリールツーリールプロセスでプリンタを通して移送されて印刷されたテープを形成する。上記表面上のパターンは、最終多層フィラメント超伝導性テープ上に形成されるべきフィラメントを表すものであり得る。すなわち、該パターンは、相互に空間を空けて配置されたフィラメントに類似する、かつフィラメントグループ間のギャップを含む、分離したイメージを持つフィラメントのイメージを含み得る。
【００５８】
ステップ６０１で印刷されたテープを形成したのち、プロセスはステップ６０３で、印刷されたテープを放射感受性テープ材料と結合させてリールツーリールプロセスにて印刷されたマスクテープを形成することで継続される。印刷されたテープは第１のフィードリールから巻き戻され、放射感受性材料は第２のリールから巻き戻され、かつ２つのテープは単一の巻き取りリール上に結合され、集められる。一般に、この実施形態で使用される放射感受性テープ材料は図４および５で記述された実施形態で用いられたのと同じ材料である。すなわち、放射感受性テープ材料は、一般に樹脂等の有機材料を含む。さらに、該放射感受性テープ材料は、放射の特定の波長に露出されたとき、柔らかくなる材料を含む。
【００５９】
印刷されたテープを放射感受性テープ材料と結合させるプロセスは、積層プロセスを含む。積層プロセスは、図４を参照して以前に記述したのと類似したプロセスを含む。このように、積層プロセスは各テープを一緒にロールすることを含み、これはさらに、圧力、熱、又は湿気、及びそれらの任意の結合を含む。
【００６０】
１つの特定の実施形態において、印刷されたテープは、該印刷されたテープの表面上のパターンが放射感受性テープ材料の表面と接触しないように、該放射感受性テープ材料と結合され得る。あるいは、もう１つの実施形態においては、印刷されたテープは、該印刷されたテープの表面上のパターンが放射感受性テープ材料の主表面と接触するように、該放射感受性テープ材料と結合され得る。
【００６１】
印刷されたマスクテープをステップ６０３で形成した後に、プロセスはステップ６０５で、印刷されたマスクされたテープを放射ゾーンを通って移送し、かつ印刷されたマスクテープの部分を放射に露出してパターン化されたマスクテープを形成することで継続される。したがって、印刷されたマスクテープ上のパターンは、特に該パターンのより暗い部分は放射をブロックすることができ、一方、印刷されていない部分は、放射がそれを通ることを許し、下にある放射感受性テープ材料を現像せしめる。以前に記述されたように、放射に露出された印刷されたマスクされたテープの部分、特に放射感受性テープ材料よりなる印刷されたマスクテープのそれらの部分は放射に露出されることにより、より柔らかくなり得る。
【００６２】
ステップ６０５でパターン化されたマスクされたテープを形成した後に、プロセスはステップ６０７で、印刷されたテープをパターン化されたマスクされたテープより除去することで継続される。１つの特定の実施形態においては、印刷されたマスクされたテープの部分を放射に露出した後に、印刷されたテープを放射感受性テープ材料から分離することができる。１つの実施形態においては、インターリーフストリッパを用いてパターンマスクされたテープから印刷されたテープを除去することができる。
【００６３】
ステップ６０９でパターン化されたマスクされたテープから印刷されたテープを除去したのちに、プロセスはステップ６０９で継続され、ここでは、パターン化されたマスクされたテープを超伝導性のマスクされたテープとリールリールプロセスで結合する。一般に、超伝導性テープは基板、基板の上に横たわるバッファ層、及びバッファ層の上に横たわる等角のＨＴＳ層を含む。１つの実施形態においては、超伝導性のテープはまた、キャップ層又は安定化層、あるいはその両者を含む。パターン化されたマスクされたテープを超伝導性テープと結合するには、ここで記述したような積層プロセスを含めばよい。
【００６４】
ステップ６０９でパターン化されたマスクテープを超伝導性テープと結合した後に、プロセスはステップ６１１で、図４を用いて以前に記述したように、パターン化されたマスクされたテープの部分、及びＨＴＳ層の部分を研磨剤を用いて除去して多層フィラメント超伝導性テープを形成することで継続される。このように、プロセスは結合されたパターン化されたマスクされたテープおよび超伝導性テープを研磨領域を通って移送させることを含み、そこでは、研磨粒子がパターン化されたマスクされたテープおよび超伝導性テープの表面に高圧で向けられてパターン化されたマスクされたテープおよびＨＴＳ層の部分を除去する。
【００６５】
図１０は図６で記述されたプロセスに従い、多層フィラメント超伝導性物品をリールツーリールプロセスで形成するプロセスの図的表現を与える一連の図示である。図示されるように、プロセスはステップ１００１で、その表面上に印刷されたパターンを持つ印刷されたテープ１００２を放射感受性テープ材料１００４と結合することで始まる。印刷されたテープ１００２は、その表面上にテープの長さに沿って伸び、かつ水平方向にある空間距離だけ間隔を空けて配置された、かつ縦方向には該テープの長さに沿って伸びるギャップを含むＨＴＳフィラメントに類似するパターンを含む。
【００６６】
印刷されたテープ１００２を放射感受性テープ材料１００４と結合して印刷されたマスクされたテープを形成した後に、プロセスはステップ１００３で継続され、そこでは、印刷されたマスクされたテープ１００６は放射ゾーン１００８を通って移送され、そこで、放射は印刷されたマスクされたテープ１００６の表面に向けられて放射感受性テープ材料１００４の部分を露出させる。ここで記述されるように、このようなプロセスは、放射感受性テープ材料１００４の放射に露出された部分を柔らかくする。
【００６７】
ステップ１００３で印刷されたマスクされたテープ１００６の部分を放射に露出させた後に、プロセスはステップ１００５で継続され、そこでは、パターン化されたマスクされたテープ１０１０は超伝導性テープ１０１２と結合される。ここで記述されるように、テープを放射に露出させた後に、上に横たわる印刷されたテープ１００２を除去して、より柔らかい部分１０２２に比較してより硬い部分１０２０を含むパターン化されたマスクされたテープ１０１０（すなわち、放射感受性テープ材料）をその背後に残す。超伝導性テープ１０１２は基板１０１８、基板の上に横たわるバッファ層１０１６、及びバッファ層の上に横たわるＨＴＳ層１０１４を含み得る。１つの実施形態によれば、超伝導性テープ１０１２はさらにＨＴＳ層１０１４の上に横たわるキャップ層を含む。もう１つの実施形態においては、超伝導性テープ１０１２はさらにＨＴＳ層１０１４の上に横たわる安定化層を含む。
【００６８】
ステップ１００５でパターン化されたマスクされたテープ１０１０を超伝導性テープ１０１２と結合させた後に、プロセスはステップ１００７で継続し、そこでは、パターン化されたマスクされたテープ１０１０及びＨＴＳ層１０１２の部分は研磨剤粒子を用いて除去される。その上に横たわるパターン化されたマスクされたテープ１０１０を持つ超伝導性テープ１０１２は、研磨剤粒子１０２６を圧力下でパターン化されたマスクされたテープ１０１０の表面に向かわせる研磨ゾーン１０２４を通って移送される。このようなプロセスは、パターン化されたマスクされたテープ１０１０のある部分ばかりでなく、パターン化されたマスクされたテープ１０１０のより柔らかい部分１０２２の下にあるＨＴＳ層１０１４の部分の除去を可能にする。したがって、テープを研磨ゾーン１０２４を通って移送させた後に、ＨＴＳ層１０１４の部分、及びパターン化されたマスクされたテープの部分１０２０はまだ残っており、これはフィラメントに似ている。
【００６９】
プロセスはステップ１００９で継続され、そこでは、パターン化されたマスクされたテープ１０１０の部分を除去してバッファ層１０１６の上に横たわるフィラメント１０２８を形成した後に、パターン化されたマスクされたテープの残っている部分１０２０が除去される。したがって、フィラメント１０２８の上に横たわるパターン化されたマスクされたテープ１０２０の部分を除去するプロセスは、図４にしたがってここで述べたようなリンスを含み得る。このプロセスの後に、キャップ層、及び／又は安定化層がフィラメント１０２８上に設けられる。図１０はＨＴＳ層のみよりなるフィラメントを有する多層フィラメント超伝導性物品の形成を図示するが、他の多層フィラメント超伝導性物品も同じプロセスで形成でき、かつバッファ層、キャップ層、安定化層の部分、又はそれらの任意の結合を含むフィラメントを含み得る。
【００７０】
このように、ここでの実施形態による多層フィラメント超伝導性物品の形成は改善された電流容量を持つ超伝導性物品の形成を可能とする。ここで図解されるように、ここで形成される多層フィラメント超伝導性物品は少なくとも約０．６の臨界電流保持比を持つ。ある実施形態においては、この比はより大きく、たとえば、少なくとも約０．６５、少なくとも約０．７０、あるいは少なくとも約０．７５でさえある。１つの特定の実施形態においては、臨界電流保持比は約０．６０と約０．９０の間の範囲内にある。
【００７１】
図１１を参照して、故障電流制限器（ＦＣＬ）装置１１００の上面図が与えられる。ＦＣＬ装置１１００はＨＴＳ材料よりなるフィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１を含み、該フィラメントは該テープセグメントの長さに沿って伸び、かつここで記述された実施形態の１つにしたがって形成される。一般に、超伝導性テープセグメント１１０１は約０．１ｍより小さくない長さを持ち、たとえば、約５ｍより小さくなく、あるいは約１０ｍより小さくなく、あるいは約１００ｍよりさえ小さくない。代表的に、超伝導性テープセグメント１１０１は約１ｋｍより大きくない長さを持つ。
【００７２】
１つの実施形態において、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１は、該多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１のパスが実質的に非誘導性であるようにベース１１０２上にて懸架され、かつコンタクト１１０３、１１０４、１１０５、１１０６、１１０７，１１０８、１１０９、１１１０、１１１１（１１０３−１１１１）の回りに巻きつけられている。一般に、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１はコンタクト１１０３−１１１１の間に懸架されて冷却媒体への露出を可能にしている。したがって、１つの実施形態においては、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１の全外部表面領域の約５０％より小さくない部分が冷却媒体に露出されている。もう１つの実施形態においては、超伝導性テープの全外部表面領域の約７５％より小さくない部分、たとえば、約９０％より小さくない部分、あるいは約９８％よりさえ小さくない部分が冷却媒体に露出されている。
【００７３】
特定の図示された実施形態においては、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１はベース１１０２上でコンタクト間に懸架されている。特定の実施形態によれば、該多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１はベース上を覆ってその側部上に懸架され、テープセグメントの上面及び底面に正接となる平面がベース１１０２の主平面に垂直に、又は実質的に垂直になるようになっている。１つの実施形態によれば、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１の全長の約７５％より少なくない部分がベース１１０２上に懸架されている。もう１つの実施形態においては、テープセグメントの全長の約９０％より小さくない部分が、また他の実施形態においては、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１の本質的に全長が、ベース１１０２上で懸架されている。
【００７４】
多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１は分路回路１１２１に電気的に結合され得る。したがって、ＦＣＬ装置はメアンダーパスの全距離をスパンする単一の、又は複数の分路回路を含み得る。図１１に示されるように、分路回路１１２１は電気的コンタクトをすることなく多くのコンタクトをスパンする。１つの実施形態によれば、分路回路１１２１は少なくとも１つのインピーダンス要素（たとえば、抵抗及び／又はインダクタ）を、かつより代表的には、メアンダーパスの距離をスパンする複数のインピーダンス要素を含み得る。１つの実施形態においては、複数のインピーダンス要素は互いに直列に接続され得る。直列に接続されるインピーダンス要素の数は一般に約２より大きく、たとえば、約５より小さくなく、あるいは約１０個のインピーダンス要素より少なくない。
【００７５】
一般に、インピーダンス要素は、分路回路がスパンする多層フィラメント超伝導性テープセグメントの長さに基づく特定のインピーダンスを持つように選択されて、各インピーダンス要素は、多層フィラメント超伝導性テープセグメントのある長さを保護するようにしている。１つの実施形態においては、分路回路は、保護されるべきテープのメータあたり約０．１ミリオームより小さくないインピーダンスを持つインピーダンス要素を含む。他の実施形態は、保護されるべきテープの長さ当たりのより大きいインピーダンスを利用し、たとえば、インピーダンス要素は、保護されるべきテープの長さ当たり約１ミリオームより小さくない、あるいは保護されるべきテープの長さ当たり約５ミリオームより小さくない、あるいは保護されるべきテープの長さ当たり約１０ミリオームよりさえ小さくない、かつ保護されるべきテープの長さ当たり約１．０オームまでの値を持つ。
【００７６】
１つの特定の実施形態によれば、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０２は、そこでは多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１がチルトされ、または回転される回転領域１１１７及び１１１９を持つ。図示された実施形態によれば、回転領域１１１７および１１１９は特に超伝導性テープセグメント４０１の直線部分に沿って局在化されている。このような回転領域１１１７及び１１１９は超伝導性テープセグメント４０１の電気的コンタクト１１１３及び１１１５への結合を可能とし、これは今度は、超伝導性テープセグメント１１０１を分路回路１１２１に結合させる。顕著には、回転領域１１１７及び１１１９内で多層フィラメント超伝導性テープセグメント１１０１は回転せられて、これにより超伝導性テープセグメント４０１の少なくとも一部がベース１１０２に平行であり、かつ電気的コンタクト１１１３及び１１１５のコンタクト表面に対してフラットであるようにしている。このようなＦＣＬ装置が、直列に結合されかつ動作する、あるいは代替的に、並列構成で動作できる複数の多層フィラメント超伝導性物品を含み得ることは理解されるであろう。
【００７７】
図１２はＦＣＬ装置において使用される多層フィラメント超伝導性テープセグメント１２０１の一部の断面図である。特に、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１２０１は基板１２０３、及び基板１２０３の上に横たわるフィラメント１２０２、１２０３、１２０４、及び１２０５（１２０２−１２０５）を含む。１つの特定の実施形態において、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１２０１は、特定の層がテープセグメントの長さに沿って伸びるフィラメント１２０２−１２０５内に含まれるように形成されている。１つの実施形態においては、フィラメント１２０２−１２０５はバッファ層１２０７、ＨＴＳ層１２０９、及びキャップ層１２１１を含む。１つの実施形態においては、多層フィラメント超伝導性テープセグメント１２０１はさらにすべての層の上に横たわる光学的安定化層１２１３を含む。代表的に、このような多層フィラメント超伝導性テープセグメント１２０１は、通常の化学エッチングプロセスを用いてこれを形成するのは、異なる層のおのおのを選択的にエッチングするために異なる化学物質を用いなければならないので困難であろう。しかしながら、この構成を有する多層フィラメント超伝導性テープセグメントは、ここで記述されたプロセスを用いて容易に形成される。
【００７８】
例
テーブル１を参照して、ここで与えられた実施形態にしたがって形成された多層フィラメント超伝導性テープセグメントの、化学エッチングプロセスを用いて形成された従来の多層フィラメント超伝導性テープセグメントと対比される改善された電流保持能力を図解する。サンプル１−６はマスキング、パターニング、及び研磨除去技術を含む、ここで記述されたプロセスを介して形成されたサンプルを含む。サンプル１−５は、ＨＴＳ層よりなるフィラメント及び、Inconel 基板及びMgO を含む２軸テキスチャされたバッファ層の上に横たわる安定化剤を含む多層フィラメント超伝導性テープセグメントである。
【００７９】
標準サンプル１−３は０．５モルクエン酸の使用を含む標準化学エッチングプロセスを用いて形成された。標準サンプル１−３はInconel基板、その上に横たわる等角２軸テキスチャバッファ層、及びフィラメントを形成するようパターン化されたＨＴＳ層及び安定化層を含む。テーブル１で与えられたサンプルのおのおのにおいて、フィラメントは３３ｃｍ長さ、６００ミクロン幅、及び、水平方向の分離のための４００ミクロンのスペース幅を有して形成されている。ギャップ長は２．５ｍｍである。すべてのサンプルのテープセグメントは１ｍ長、かつ４ｍｍ幅である。
【００８０】
テーブル１はテープセグメントの、フィラメントの形成前、及びフィラメントの形成後の臨界電流（Ｉｃ）値((Ic Before )、及び(Ic After ))を与える。臨界電流(Ic) はＨＴＳテープの電流運搬能力、すなわち超伝導性物品の重要な特徴、の示しである。より特定的には、テーブル１は臨界電流保持比に関するデータを与え、これは多層フィラメント構造を形成するのに貢献した、失われた電流運搬能力のパーセントを示す。テーブル１に示されるように、ここで記述された実施形態により形成されたサンプル１−５のおのおのは、化学エッチングプロセスを用いて形成された標準サンプル（例えば、Std.1-3 ）に対比してより大きい臨界電流保持比を証明した。
【００８１】
より特定的には、サンプル１−５のおのおのは少なくとも０．６０（すなわち、４０％）の臨界電流保持比を証明した、これは、化学エッチングプロセスにより形成された最善の多層フィラメントＨＴＳサンプル（すなわち、サンプルStd.1 ）より約３０％大きく、かつこれにより、少なくとも約３０％より大きい電流を扱うことのできる多層フィラメント超伝導性テープである。サンプル１−６のすべてはもし少なくとも０．６５でなくとも、少なくとも０．６０の臨界電流保持比を証明した。
【００８２】
さらに、標準サンプル１−５のおのおのは、フィラメントの形成の後により大きい絶対電流運搬能力を証明した。フィラメントの形成の後の標準サンプルについての最も大きい電流値は６２Ａであり、一方サンプル１−５の中で最も低い電流値は８８Ａの電流を持つサンプル２であった。したがって、サンプル１−５はすべての標準サンプルと対比される形成プロセス後の改善された絶対電流容量値を証明する。
【００８３】
標準サンプルのおのおのはサンプル１−５と、サンプルのすべてはほとんど同じ程度のＡＣロスの低減を示したので、十分な目的を持って比較された。ＡＣロスの低減は長い長さの導体においては電荷の移動（すなわち、電流）により生ずる干渉する磁界による電力損失を最小化するのに望ましい。このように、サンプル１−５はパターニング後の同じ程度のＡＣロス低減を持ってのより大きい電流運搬能力を証明し、一方、標準サンプルはより小さい電流運搬能力を証明する。
【００８４】
さらに、サンプル１−５はパターン化されていない超伝導性物品よりより大きいＡＣロス低減を持つ。図１３を参照して、制御サンプル、及びテーブル１で与えられたサンプル１−５についての、電力（Ｗ／ｍ）対 磁界（Ｂ）を示すプロットが与えられる。特に、図１３はサンプルに供給される電力のある範囲にわたっての該サンプルのおのおのについて生成される磁界を図示する。制御サンプルについてのプロット１３０１は層の各々内に同じ材料を含むパターン化されていない超伝導性テープである。サンプル１−５についてのプロット１３０３は増大する電力の範囲を通して、かつしたがって、より大きいＡＣロス低減の範囲を通して生成されるより低い磁界を証明する、なぜなら、該サンプルを通して与えられる任意のレベルの電力につきより低い磁界が生成され、かつこれによりＡＣロスが低減されるからである。
【００８５】
テーブル１及び図１３で与えられる情報は、ここでの実施形態にしたがって形成される多層フィラメント超伝導性テープが、従来の多層フィラメント超伝導性物品、及びパターン化されていない超伝導性物品に対して優れていることを図示する。ここで記述された多層フィラメント超伝導性テープは、従来の超伝導性テープに比較し、より大きい臨界電流保持比、及び改善されたＡＣロス低減を与える。なんら特定の理論に結合することを期待していないが、発明者らは、ここで与えられるプロセスは化学エッチングプロセスに関して起こるアンダーカット現象を低減させることに気づく。顕著には、アンダーカッティングは、層の部分を除去するために化学エッチを用いるときには、ウェット化学エッチャントは高い水平エッチングを生ずる材料、及びフィラメントにおけるＨＴＳ層に対するダメージを異方的に除去するので、広く行き渡っている。
【００８６】
さらに、現在開示された多層フィラメント超伝導性物品をＦＣＬ装置内へ組み込むと、ＦＣＬ特性の改善を生じる。図１４−１７はＦＣＬ装置内で用いられる従来の多層フィラメント超伝導性物品の機能を、ここで記述されたプロセスにしたがってＦＣＬ装置内で形成された多層フィラメント超伝導性物品と比較している。
【００８７】
図１４は従来のプロセスにより形成された多層フィラメント超伝導性物品についての、故障電流の印加の間の電流対時間のプロットを含む。比較により、図１５はここで開示されたプロセスにしたがって形成された多層フィラメント超伝導性物品についての、故障電流の印加、及び続いての回復の間の電流対時間のプロットを含む。図１４の従来のサンプルは、フィラメントを持たず、かつ、Inconel 基板、２軸テキスチャバッファ層、ＨＴＳ材料層、及びキャップ材料層を含む、線を付けられていない超伝導性物品である。多層フィラメント超伝導性物品はまた、フィラメントの上に横たわる等角の安定化剤層を含んでいた。図１５の非従来のサンプルはここで記述された実施形態にしたがって形成され、顕著には、多層フィラメント超伝導性設計を含み、かつInconel 基板、及び基板の上に横たわるフィラメントの一般構造を持つ、ここで、各フィラメントは２軸テキスチャされたバッファ層、ＨＴＳ層、及びキャップ材料を含む。該フィラメントは８００ミクロン幅、３３ミクロン長であり、かつ水平方向に２００ミクロンの空間間隔を置いて配置されている。
【００８８】
７７Ｋで液体窒素浴槽内で行われたテストの間に、図１４の従来のサンプルは１６８Ａの電流を持ち、かつ失敗時の負荷電流は約１６００Ａであり、一方、図１５の非従来のサンプルは１４１Ａの電流を持ち、失敗時の負荷電流は３５４０Ａであった。すべてのサンプルは２．５ミリオーム分路コイルに接続されていた。図１４と１５を比較することにより図解されるように、従来サンプルの応答時間（すなわち、完全回復に戻るための時間）は故障電流の印加の後約８０秒であり、一方、非従来のサンプルの応答時間は故障電流の印加の後約１０秒である。非従来のサンプルは比較可能な負荷電流の持つ大きさの２倍以上の大きさの故障電流にさらされるとき、優秀な応答時間を持つ。
【００８９】
図１６及び１７を参照して、図１６は従来のプロセスにしたがって形成される線をつけられていない（すなわち、フィラメントを持たない）超伝導性物品についての故障電流の印加の間の電圧対時間のプロットを含む。図１７はここで記述されたプロセスにしたがって形成された多層フィラメント超伝導性物品についての故障電流の印加の間の電圧対時間のプロットを含む。サンプルは図１４及び１５の説明に関して上記で記述されたのと同じ構造を持っていた。再び、図１６と１７の比較において、図１７の非従来のサンプルは大きさが２倍の故障電流にさらされたときにも優秀な応答時間を証明する。
【００９０】
したがって、ここで記述された多層フィラメント超伝導性物品、装置、及びプロセスは従来技術からの旅立ちを証明する。ここでの実施形態は、改善された長い長さの多層フィラメント超伝導性物品を形成するのに適した、リールツーリールプロセス、多数テープ、マスキングプロセス、パターニングプロセス、露出技術、及び特定の研磨技術を含む要素の結合を用いて多層フィラメント超伝導性物品を形成するプロセスを記述している。このようなプロセスは、登録マークの特徴と結合した基板ホルダ、レティクルを含む、特定の装置の使用によりさらに向上される。このようなプロセスと装置の結合は、低い水平方向フィラメント間不整列、改善されたＡＣロス低減、及び改善された電流運搬能力を持つ正確に整列されたフィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性物品の形成を可能とする。さらに、ここで与えられたプロセスは、異なる材料層を含むフィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性物品を形成するための、多数の化学エッチング及び／又は異なる化学エッチングの必要を除去する。ここで開示された同じ形成プロセスの任意の１つは異なる材料の層を含むフィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性物品を形成するために用いることができる。
【００９１】
ある文献、例えば米国特許出願２００７／０１９７３９５、及び米国特許出願２００６／００４０８３０は、研磨ミリングまたは砂研磨を用いた多層フィラメント超伝導性酸化物膜のパターニングの可能性を広く認識しているが、このような文献は、特に化学パターニング技術に向けられている。かつ実際、中間膜を酸化物超伝導体に変換する前に中間膜をパターニングしている。さらに、このような文献、特に米国特許出願２００７／０１９７３９５は、ＨＴＳ材料がより柔らかい中間膜に比較して研磨技術により除去するにはより硬く、あるいはＨＴＳ層を形成した後には、それは一般に脆弱な酸化物層であるのでダメージとなることを明確に開示している。さらに、一般の過ぎ去った文献は研磨剤の使用に向けてなされているが、これらの文献はいずれもここで記述されたリールツーリールプロセス、リールツーリール動作を可能とする装置、特定のマスキング技術、または研磨剤研磨技術の特徴の結合を開示していない。さらには、前記文献のいずれも改善された臨界電流保持、またはＡＣロス低減を持つ長尺多層フィラメント超伝導性物品の形成を証明しておらず、ＦＣＬ物品において使用されたときの応答時間の改善を言及していない。
【００９２】
発明は、特定の実施形態の文脈で図示され、記述されたが、種々の修正および置換が本発明の範囲からどのようにも離れることなくなされることができるので、示された詳細に限定されるものではない。例えば、付加的な、あるいは等価な置換を与えることができ、かつ、付加的な、あるいは等価な製造ステップを用いることができる。このように、ここで記述された発明の更なる修正および等価物は普通の実験以上のものを行わなくても当業者に起こることであり、かつ、すべてのこのような修正及び等価物は、以下の請求項により定義される発明の範囲内にあるものと信じられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導性物品であって、以下のものからなる：
以下のものからなる多層フィラメント超伝導性テープセグメント：
基板；
前記基板の上に横たわるバッファ層； 及び
前記バッファ層の上に横たわり、かつ前記基板の長さに沿って伸びる超伝導性（ＨＴＳ）材料よりなるフィラメントであって、隣接するフィラメントから水平方向にある空間だけ空けられ、かつ縦方向にあるギャップだけ間隔を空けられており、ここで、該フィラメントは約１００ミクロンより大きくない水平方向フィラメント間不整列を持つ。
【請求項２】
請求項１記載の超伝導性物品であって、前記水平方向フィラメント間不整列は約５０ミクロンより大きくない。
【請求項３】
請求項１記載の超伝導性物品であって、前記多層フィラメント超伝導性テープセグメントは少なくとも約５ｍの長さを持つ。
【請求項４】
請求項１記載の超伝導性物品であって、前記ＨＴＳフィラメントは少なくとも約１００ミクロンの連続長さを持つ。
【請求項５】
請求項１記載の超伝導性物品であって、前記ＨＴＳフィラメントは前記基板の長さに沿って伸びるギャップにより分離されており、該ギャップは前記ＨＴＳフィラメントの長さより大きくない長さを持つ。
【請求項６】
請求項５記載の超伝導性物品であって、前記ギャップは約３ｍｍより大きくない長さを持つ。
【請求項７】
請求項１記載の超伝導性物品であって、前記空間は約１ｍｍより大きくない。
【請求項８】
請求項１記載の超伝導性物品であって、前記バッファ層は前記膜の面内、及び面外の両方で２軸整列された結晶を持つ２軸整列テキスチャ膜よりなる。
【請求項９】
請求項１記載の超伝導性物品であって、前記多層フィラメント超伝導性テープセグメントは、以下のものを備えた故障電流制限器（ＦＣＬ）装置である：
該多層フィラメント超伝導性テープセグメントに並列に電気的に接続された分路回路。
【請求項１０】
以下のものよりなる超伝導性物品：
以下のものよりなる多層フィラメント超伝導性テープセグメント：
基板；
前記基板の上に横たわるバッファ層； 及び
前記バッファ層の上に横たわり、かつ前記基板の長さに沿って伸びる超伝導性（ＨＴＳ）材料よりなるフィラメントであって、隣接するフィラメントから水平方向にある空間だけ空けられており、ここで、該多層フィラメント超伝導性テープセグメントは、少なくとも約０．６の臨界電流保持比を持つ。
【請求項１１】
請求項１０記載の超伝導性物品であって、前記臨界電流保持比は少なくとも０．６５である。
【請求項１２】
多層フィラメント超伝導性テープを形成する方法であって、以下のことよりなる：
リールツーリールプロセスで超伝導性テープを移送させること、
前記超伝導性テープは、以下のものよりなる：
基板；
前記基板の上に横たわるバッファ層； 及び
前記バッファ層の上に横たわるＨＴＳ層；
前記超伝導性テープの上に横たわるマスクを形成すること； 及び、
前記マスクの部分及び前記ＨＴＳ層の部分を研磨粒子を用いて除去して、前記超伝導性テープの長さに沿って伸び、かつ隣接するフィラメントからある空間だけ空けられて水平方向に配置されたＨＴＳフィラメントを持つ超伝導性テープを形成すること。
【請求項１３】
請求項１２の方法であって、前記マスクを形成することは以下のことよりなる：
マスクテープを、フィードリールから移送すること；
前記超伝導性テープをフィードリールから移送すること； 及び
前記マスクテープを前記超伝導性テープ上に積層して、マスクされた超伝導性テープを形成すること。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、さらに以下のことを備える：
前記マスクされた超伝導性テープを第１の登録マスクを有する基板ホルダを通して移送させること； 及び、
前記マスクされた超伝導性テープの部分を第２の登録マスクを有するレティクルを通って向けられる放射に露出させること、ここで、前記第２の登録マスクは前記第１の登録マスクに対応し、かつ整列している。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法において、さらに以下のことを備える：
前記第１の登録マスクを有するマスクされた超伝導性テープを、第２の登録マスクを有するレティクル下にて移送させること； 及び、
前記マスクされた超伝導性テープの部分を前記レティクルを通って向けられた放射に露出させて、パターン化された超伝導性テープを形成すること。
【請求項１６】
請求項１２の方法において、前記マスクを形成することは以下のことよりなる：
印刷可能なテープ材料をフィードリールからプリンタを通して移送させること； 及び、
前記プリンタ内で前記印刷可能なテープ材料の表面上にパターンを印刷して、プリントされたテープを形成すること。
【請求項１７】
請求項１６の方法において、前記印刷可能なテープ材料はポリエステルよりなる。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法であって、さらに以下のことよりなる：
前記印刷可能なテープ材料を第１のフィードリールより移送させること；
放射感受性テープ材料を第２のフィード材料より移送させること；
前記印刷されたテープと前記放射感受性テープ材料とを結合させて印刷されたテープを形成すること； 及び
前記印刷されたテープを巻き取りリールに移送させること。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、さらに以下のことよりなる：
前記印刷されたマスクテープをフィードリールから放射ゾーンを通って移送させて、パターン化された放射感受性マスクテープを形成すること；
前記印刷されたテープを前記パターン化された放射感受性マスクテープから除去すること； 及び、
前記パターン化された放射感受性マスクテープを前記超伝導性テープセグメント上に積層すること。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、さらに以下のことよりなる：
前記パターン化された放射感受性マスクテープの表面を、約７５ミクロンより大きくない平均粒子サイズを持つ研磨剤粒子を、圧力下で前記パターン化されたマスクテープの主表面に向けさせて前記パターン化された放射感受性マスクテープの部分、及び前記ＨＴＳ層の部分を除去することにより研磨して、前記超伝導性テープの長さに沿って伸びるＨＴＳフィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性テープを形成すること。
【請求項１】
超伝導性物品であって、以下のものからなる：
以下のものからなる多層フィラメント超伝導性テープセグメント：
基板；
前記基板の上に横たわるバッファ層； 及び
前記バッファ層の上に横たわり、かつ前記基板の長さに沿って伸びる超伝導性（ＨＴＳ）材料よりなるフィラメントであって、隣接するフィラメントから水平方向にある空間だけ空けられ、かつ縦方向にあるギャップだけ間隔を空けられており、ここで、該フィラメントは約１００ミクロンより大きくない水平方向フィラメント間不整列を持つ。
【請求項２】
請求項１記載の超伝導性物品であって、前記水平方向フィラメント間不整列は約５０ミクロンより大きくない。
【請求項３】
請求項１記載の超伝導性物品であって、前記多層フィラメント超伝導性テープセグメントは少なくとも約５ｍの長さを持つ。
【請求項４】
請求項１記載の超伝導性物品であって、前記ＨＴＳフィラメントは少なくとも約１００ミクロンの連続長さを持つ。
【請求項５】
請求項１記載の超伝導性物品であって、前記ＨＴＳフィラメントは前記基板の長さに沿って伸びるギャップにより分離されており、該ギャップは前記ＨＴＳフィラメントの長さより大きくない長さを持つ。
【請求項６】
請求項５記載の超伝導性物品であって、前記ギャップは約３ｍｍより大きくない長さを持つ。
【請求項７】
請求項１記載の超伝導性物品であって、前記空間は約１ｍｍより大きくない。
【請求項８】
請求項１記載の超伝導性物品であって、前記バッファ層は前記膜の面内、及び面外の両方で２軸整列された結晶を持つ２軸整列テキスチャ膜よりなる。
【請求項９】
請求項１記載の超伝導性物品であって、前記多層フィラメント超伝導性テープセグメントは、以下のものを備えた故障電流制限器（ＦＣＬ）装置である：
該多層フィラメント超伝導性テープセグメントに並列に電気的に接続された分路回路。
【請求項１０】
以下のものよりなる超伝導性物品：
以下のものよりなる多層フィラメント超伝導性テープセグメント：
基板；
前記基板の上に横たわるバッファ層； 及び
前記バッファ層の上に横たわり、かつ前記基板の長さに沿って伸びる超伝導性（ＨＴＳ）材料よりなるフィラメントであって、隣接するフィラメントから水平方向にある空間だけ空けられており、ここで、該多層フィラメント超伝導性テープセグメントは、少なくとも約０．６の臨界電流保持比を持つ。
【請求項１１】
請求項１０記載の超伝導性物品であって、前記臨界電流保持比は少なくとも０．６５である。
【請求項１２】
多層フィラメント超伝導性テープを形成する方法であって、以下のことよりなる：
リールツーリールプロセスで超伝導性テープを移送させること、
前記超伝導性テープは、以下のものよりなる：
基板；
前記基板の上に横たわるバッファ層； 及び
前記バッファ層の上に横たわるＨＴＳ層；
前記超伝導性テープの上に横たわるマスクを形成すること； 及び、
前記マスクの部分及び前記ＨＴＳ層の部分を研磨粒子を用いて除去して、前記超伝導性テープの長さに沿って伸び、かつ隣接するフィラメントからある空間だけ空けられて水平方向に配置されたＨＴＳフィラメントを持つ超伝導性テープを形成すること。
【請求項１３】
請求項１２の方法であって、前記マスクを形成することは以下のことよりなる：
マスクテープを、フィードリールから移送すること；
前記超伝導性テープをフィードリールから移送すること； 及び
前記マスクテープを前記超伝導性テープ上に積層して、マスクされた超伝導性テープを形成すること。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、さらに以下のことを備える：
前記マスクされた超伝導性テープを第１の登録マスクを有する基板ホルダを通して移送させること； 及び、
前記マスクされた超伝導性テープの部分を第２の登録マスクを有するレティクルを通って向けられる放射に露出させること、ここで、前記第２の登録マスクは前記第１の登録マスクに対応し、かつ整列している。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法において、さらに以下のことを備える：
前記第１の登録マスクを有するマスクされた超伝導性テープを、第２の登録マスクを有するレティクル下にて移送させること； 及び、
前記マスクされた超伝導性テープの部分を前記レティクルを通って向けられた放射に露出させて、パターン化された超伝導性テープを形成すること。
【請求項１６】
請求項１２の方法において、前記マスクを形成することは以下のことよりなる：
印刷可能なテープ材料をフィードリールからプリンタを通して移送させること； 及び、
前記プリンタ内で前記印刷可能なテープ材料の表面上にパターンを印刷して、プリントされたテープを形成すること。
【請求項１７】
請求項１６の方法において、前記印刷可能なテープ材料はポリエステルよりなる。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法であって、さらに以下のことよりなる：
前記印刷可能なテープ材料を第１のフィードリールより移送させること；
放射感受性テープ材料を第２のフィード材料より移送させること；
前記印刷されたテープと前記放射感受性テープ材料とを結合させて印刷されたテープを形成すること； 及び
前記印刷されたテープを巻き取りリールに移送させること。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、さらに以下のことよりなる：
前記印刷されたマスクテープをフィードリールから放射ゾーンを通って移送させて、パターン化された放射感受性マスクテープを形成すること；
前記印刷されたテープを前記パターン化された放射感受性マスクテープから除去すること； 及び、
前記パターン化された放射感受性マスクテープを前記超伝導性テープセグメント上に積層すること。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、さらに以下のことよりなる：
前記パターン化された放射感受性マスクテープの表面を、約７５ミクロンより大きくない平均粒子サイズを持つ研磨剤粒子を、圧力下で前記パターン化されたマスクテープの主表面に向けさせて前記パターン化された放射感受性マスクテープの部分、及び前記ＨＴＳ層の部分を除去することにより研磨して、前記超伝導性テープの長さに沿って伸びるＨＴＳフィラメントを持つ多層フィラメント超伝導性テープを形成すること。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１Ｂ】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公表番号】特表２０１１−５２２３８０（Ｐ２０１１−５２２３８０Ａ）
【公表日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１１８１９（Ｐ２０１１−５１１８１９）
【出願日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４５４８２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５５０５３
【国際公開日】平成２１年１２月２３日（２００９．１２．２３）
【出願人】（５０５４４８７９６）スーパーパワー インコーポレイテッド (18)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４５４８２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５５０５３
【国際公開日】平成２１年１２月２３日（２００９．１２．２３）
【出願人】（５０５４４８７９６）スーパーパワー インコーポレイテッド (18)
【Ｆターム（参考）】
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