Выпуски бюллетеня

ТомНомер
13 1
12 1 2 3 4 5 6
11 1 2 3 4 5 6
10 1 2 3 4 5
9 1 2 3 4 5
8 1 2 3 4 5
7 1
6 1 2 3 4
5 1 2 3 4 5 6
4 1 2 3 4 5 6
3 1 2 3 4 5 6
2 1 2 3 4 5
1 1 2
0 0

Тематический указатель

ВТСП-ленты от компании SuNAM

2014, Tом 11, выпуск 4
Тематика: ВТСП материалы 2-го поколения

Существующая более 10 лет корейская компания SuNAM (Superconductor, Nano & Advanced Materials) в течение первых 3-х лет своего существования (до 2007 года) занималась оптимизацией процессов создания ВТСП лент совместно с Сеульским национальным университетом, а затем приступила к выпуску сверхпроводящей продукции. На сегодняшний день, SuNAM является одним из крупнейших производителей сверхпроводников 2-го поколения [1]. Компания SuNAM разработала новую технологию производства ВТСП лент - метод осаждения из газовой фазы в результате реактивного испарения с последующей реакцией (RCE-DR), модифицировав процесс, ранее используемый компанией Theva [2]. Изготовленные по данной технологии ВТСП ленты показали отличные транспортные свойства: критический ток составил 794 А/см (при 77 К в собственном поле) при коэффициенте однородности по длине - 2,1%, максимальная длина проводника достигала 750 м. Важной особенностью используемой SuNAM технологии является высокая производительность: общая скорость производственного процесса составляет 120 м/ч, скорость же самого процесса реактивного испарения составляет 360 м/ч, при этом скорость роста пленки для RCE-DR метода достигает около 100 нм/с. Для сравнения скорость роста пленки у PLD и MOCVD методов составляет 10 нм/с, а для MOD метода - около 1 нм/с. В настоящее время SuNAM выпускает ВТСП ленточные проводники шириной от 4 до 12 мм. Их текущую стоимость сотрудники оценивают в 100 $/kA×m.

 

Рис.1. Архитектура ВТСП-ленты второго поколения от компании SuNAM

 

 

Архитектура сверхпроводящих лент, производимых SuNAM, представлена на Рис. 1, в их состав входят следующие слои:

Для стабилизации ВТСП лента покрывается слоем меди. Общая толщина ВТСП ленты составляет около 0,102 мм.

Рис.2. Принципиальная схема процесса RCE-DR и

программы автоматизированного контроля осаждения

 

 

Рассмотрим RCE-DR процесс более подробно. Это двухэтапный процесс, который состоит из быстрого совместного испарения исходных пленок при малой температуре при низком давлении кислорода (РО2) и последующего отжига при высокой температуре под высоким давлением кислорода РО2 как показано на Рис. 2 [4]. Вначале исходная аморфная пленка осаждается на ленту (с нанесёнными на нее буферными слоями) при помощи RCE системы, снабженной электронно-лучевой пушкой Пирса, которая настроена на работу по заданной схеме сканирования для одновременного испарения при температуре 400°С трех различных мишеней из Gd, Ba и Cu. Осаждение из каждой мишени контролируется с помощью пьезокварцевого микровзвешивания (QCM) и системы обратной связи с компьютерным управлением, которая синхронизирует схему сканирования и ток пучка. Специально разработанное программное обеспечение контролирует скорость осаждения каждого элемента, регулируя продолжительность, с которой электронный луч светит на каждый источник металла, а также ток пучка, для получения надлежащего состава аморфной пленки. Номинальный состав такой аморфной пленки Gd:Ba:Cu ≈ 1:1:2,5. Такое соотношение катионов было выбрано, чтобы обеспечить высокое содержание частиц Gd2O3 в кристаллической решетке GdBCO. Затем осажденная аморфная пленка пропускается через трубчатую печь при температуре 860 °C с двумя разными зонами по давлению кислорода. В первой зоне поддерживается более низкое давление кислорода в 10-5 Торр, а во второй зоне, где за несколько секунд аморфная пленка преобразовывается в пленку GdBCO, давление кислорода составляет около 150 мТорр.

В отличие от некоторых других процессов совместного испарения, таких как RCE-CDR (разрабатывается компанией STI) или испарения с барабана в двойной камере (EDDC), требующих нескольких циклов осаждения и преобразования, RCE-DR процесс SuNAM позволяет формировать сверхпроводящий слой за один проход. Аморфная стекловидная фаза, ранее осажденная путем совместного испарения, быстро (<30 сек) превращается в сверхпроводящую фазу. Преимуществами RCE-DR процесса являются также высокая скорость осаждения на большие участки подложки, малая стоимость системы и легкость масштабирования производства из-за относительной простоты технологии. Компания SuNAM уже наладила выпуск длинномерных (более 500 м) отрезков ВТСП-лент с током порядка 800 А-см ширины при 77 К и неоднородности критического тока по длине на уровне 4 % при производительности, достигающей 120 метров ВТСП ленты в час.

С другой стороны, преимуществом используемой STI технологии является отсутствие необходимости формировать слой LMO, так как сверхпроводящий слой наносится прямо на слой MgO. При увеличении объемов производства отказ от LMO слоя может оказаться существенным с экономической точки зрения.

Анализ рентгеновской дифракции: качество текстуры,определяемое шириной линии рентгеновской дифракции на полувысоте линии в плоскости ab (ф-скан), составляет   Δϕ = 2,83 градуса, вне плоскости ab (кривая качания) Δω = 1,27 градусов при толщине сверхпроводящего слоя 1,8 мкм. Качество текстуры несколько хуже, чем у STI (Δϕ =2,4 градуса, Δω =0,36 градусов).

Рис. 3. Величина критического тока, характерная для ВТСП-лент GdBCO,

изготовленных с помощью процесса RCE-DR

 

 

ВТСП ленты, изготовленные с помощью процесса RCE-DR, показывают отличную токонесущую способность (см. Рис. 3). Среднее значение измеренных значений критического тока для коротких образцов достигало 794 А/см (при 77 К в собственном поле) со стандартным отклонением 17 А и коэффициентом однородности по длине - 2,1%. Компанией SuNAM было проведено исследование зависимости критического тока от типа подложки. Было показано, что при использовании в качестве подложки нержавеющей стали значения критического тока составляют 804 А/см с коэффициентом однородности по длине 5,0%, а при использование хастеллоя критический ток достигал 619 А-см с коэффициентом однородности по длине - 3,6% [5]. Хотя максимальная толщина сверхпроводящего слоя в 1,8 мкм и плотность критического тока в 3 МА/см2 меньше, чем рекордные значения полученные PLD методом, зато результаты достигнутые на коротких образцах прекрасно воспроизводятся на длинномерных отрезках.

Рис. 4. Поперечное сечение ТЕМ изображения ВТСП-ленты GdBCO и (б) ТЕМ изображение, сосредоточенное на слое GdBCO

 

TEM анализ показывает равномерно нанесенную многослойную структуру, а также равномерную дисперсию второй фазы Gd2O3 (рис. 4). Предполагается, что дополнительные фазы Gd2O3 необходимы для правильного формирования пленки GdBCO в ходе RСЕ-DR процесса.

Характеристики сверхпроводящих лент в магнитном поле остаются слабой стороной продукции SuNAM. ВТСП ленты SuNAM отличаются высокой анизотропией токонесущей способности в магнитном поле (см. Рис. 5). Высокие значения критической плотности тока при 77 К и 65 К в собственном поле (2,92 МА/см2 и 5,37 МА/см2, соответственно) при увеличении магнитного поля до 1 Тл падают более чем в 10 раз (см. Рис. 6). По мнению авторов работы [6] процесс формирования, роста и упорядочения ответственных за пиннинг частиц Gd2O3 в ходе  формирования ВТСП пленки по RCE-DR методу пока недостаточно изучен, его исследование и совершенствование даст возможность улучшить полевые характеристики лент.

 

Рис. 5. Зависимость Jc от магнитного поля

 

Рис. 6 Анизотропия Jc при 77 К и 65 К в (а) 1 Т

и (б) 3 Т для GdBCO.

 

На конференции EUCAS-2013 компания SuNAM представила планы по дальнейшему расширению производства ВТСП лент. Согласно докладу, для преодоления стоимостного барьера в 25 $/кА×м, необходимого для широкого выхода на рынок, (стоимость электротехнической меди) компания SuNAM должна увеличить ширину исходной ВТСП ленты до с 12 мм до 360 мм, что, по мнению представителей компании, вполне возможно осуществить на базе процесса RCE-DR. Являясь в данный момент одним из крупнейших мировых производителей ВТСП лент 2-го поколения (1000 км/год за 2013 год), эта корейская компания планирует увеличить объем производства в обозримом будущем до 75 000 км/год.

 

1.       http://www.i-SuNAM.com/home/en

2.       Гоял А. (Ред.). Токонесущие ленты второго поколения на основе высокотемпературных сверхпроводников: Под редакцией Амита Гояла. Пер. с англ. 2009. Твердый переплет. 432 с.

3.       IEEE transactions on applied superconductivity, vol. 23, no. 3, june 2013, Soon-Mi Choi, Jung-Woo Lee, Gang-Hwan Shin, Jae-Hun Lee, Gye-Won Hong, Seung-Hyun Moon, and Sang-Im Yoo, «Characteristics of High-Jc GdBCO Coated Conductors Fabricated by the RCE-DR Process»

4.       IEEE/CSC & ESAS superconductivity news forum (global edition), october 2013, Jae-Hun Lee, Jung-Woo Lee, Soon-Mi Choi, Sang-Im Yoo and Seung-Hyun Moon, «RCE-DR, a novel process for coated conductor fabrication with high throughput»

5.       Seung Hyun Moon, EUCAS 2013, «SuNAM developed new process named RCE-DR: The practical highest throughput process», September 15 – 19, 2013

6.      IEEE transactions on applied superconductivity, vol. 23, no. 3,june 2013 Soon-Mi Choi, Jung-Woo Lee, Gang-Hwan Shin, Jae-Hun Lee, Gye-Won Hong, Seung-Hyun Moon, and Sang-Im Yoo “Characteristics of High-JcGdBCO Coated Conductors Fabricated by the RCE-DR Process”

 

 

 

О.И. Свистунова

Главная | Новости | Бюллетень | Конференции | Поиск публикаций в базе данных | Новое в базе данных
Российские организации | Энциклопедия | Цели сайта | Контакты | Полезные ссылки | Карта сайта | Помощь

© Copyright 2006-2012. Использование материалов сайта возможно только с обязательной ссылкой на сайт.
Свои замечания и пожелания вы можете направлять по адресу perst@isssph.kiae.ru
Техническая поддержка Alexey, дизайн Teodor.