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

Технология ВТСП второго поколения: различные пути к одной цели

2007, Tом 4, выпуск 4
Тематика: ВТСП материалы 2-го поколения

В основе технологии ВТСП-проводников второго поколения лежат методы получения эпитаксиальных (состоящих из монокристаллических зёрен заданной ориентации) оксидных слоев. Эпитаксиальные слои необходимо получать на очень большой площади, новую сверхпроводниковую технологию даже сравнивали с полупроводниковой. Действительно, площадь проводника шириной 1 см и длиной 100 м составляет 1 квадратный метр, а объем микронного покрытия на такой ленте составляет 1 см3! Если сверхпроводники будут производиться в промышленных масштабах, то можно говорить о том, что для ВТСП проводов потребуется больше эпитаксиального материала, чем для полупроводниковой технологии.

Методы получения эпитаксиальных покрытий требуют серьёзного научного подхода и нетривиального оборудования, а результат зависит от точности поддержания большого числа параметров. Что самое важное, эти параметры ещё надо знать; для буферного слоя и для ВТСП значимыми могут быть совершенно разные аспекты. Это относится как к внешне простой технологии разложения металлорганических соединений (Metal-Organic Deposition MOD), так и к существенно более сложным физическим методам.

Сложность технологической задачи отражается в сегодняшней ситуации с широким спектром методов, используемых разными компаниями. В самом деле, трудно назвать методы получения плёнок, которые не пробовали применить для получения буферных и ВТСП-слоев; покрытия неплохого качества можно получать, используя как минимум десяток разных подходов.

Среди методов получения покрытий можно выделить большую группу физических методов (Pulsed Laser Deposition PLD, Ion Beam Assisted Deposition IBAD, Inclined Substrate Deposition ISD, термическое испарение и другие). Все они характеризуются использованием достаточно высокого вакуума, из-за чего осаждение покрытия может происходить только в прямой видимости от мишени или источника (line-of-sight methods). В стоящем несколько особняком методе MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) осаждение происходит также из газовой фазы, но при гораздо более высоком давлении от 1 до 20 мбар. Для транспорта летучих веществ (прекурсоров) используются газовые потоки. Это позволяет осуществлять осаждение на поверхности сложной формы и большой площади. В третью группу входят разновидности метода металлорганического разложения (MOD). Этот метод не требует вакуума и также позволяет относительно просто покрывать большие площади.

Какие бы результаты не позволял получать выбранный метод, со временем на первый план выходят его производительность, стоимость покрытий и т.д. Производительность физических методов можно повысить, например, увеличивая размеры источника или применяя одновременно несколько источников (multi-plume approach) [1]. Подходы, позволяющие максимально эффективно использовать зону осаждения, мы попытались суммировать на рис.1.

Рис.1. Способы повышения эффективности осаждения покрытий в технологии ВТСП-проводников

Первые два способа наиболее эффективны при использовании физических методов осаждения. Так, осаждение на ленту методом испарения, намотанную на крутящийся барабан, используют, например, в Корее (Korea Electrotechnology Research Institute KERI, Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST) [2]. Диаметр барабана составляет 40 см, длина 70 см, а вмещает он почти 100 м ленты. Зона равномерного осаждения составляет 25*50 см2. Интересно, что похожим образом – в намотанном на барабан виде – проводят текстурообразующий отжиг металлической ленты в дрезденском институте твердого тела и материалов. Использование барабана с намотанной на него лентой позволяет не только повысить эффективность, но и несколько упростить технологию нанесения (обработки), так как такую конструкцию легко равномерно нагреть в трубчатой печи. Однако максимальная длина ленты при этом ограничена размерами барабана. Помимо этого, металлическая лента при высокой температуре может менять свою форму, то есть, приобрести форму спирали.

Рис.2. Расположение ленты для многократного прохождения через реактор (SuperPower, США) [3].

Второй способ часто называют многопроходным ("multi-turn approach"). Его используют в США, Японии, Корее для IBAD, PLD и MOCVD. Именно использование этого способа позволило многократно повысить скорость осаждения покрытий в SuperPower (рис. 2) [3]. Такой способ протяжки ленты предъявляет серьёзные требования к ее механическим свойствам. По этой причине его, в основном, применяют для подложек из нержавеющей стали или сплава Hastelloy.

Третий подход заключается в многократном осаждении на одну и ту же ленту, что иногда возможно осуществлять в одной системе (стоящие друг за другом камеры осаждения, через которые последовательно проходит лента). Это позволяет получать толстые покрытия в условиях, оптимизированных для тонких покрытий. Установку такого типа используют японцы из Chubu Electric, называя процесс "multiple-stage MOCVD" [4].

Четвертый подход заключается в осаждении на широкую ленту с последующей резкой ее на более узкие. Так, SuperPower осаждает покрытия на ленту шириной 12 мм с последующей резкой на три ленты, а в American Superconductor (AMSC) уже давно освоили процесс получения покрытий методом MOD на ленту шириной 4 см и планируют переход на стандарт 10 см [5]. Резку осуществляют на роликовых ножницах (рис.3).

Рис.3. Резка ленты на SuperPower [6].

Пока ещё нельзя с уверенностью сказать, какая именно технология позволит в будущем обеспечить лучшее соотношение цена/качество для ВТСП проводников, которые, будучи изготовлены по различным технологиям, на этапе разработки мало отличаются как по своим свойствам, так и по цене.

С.В. Самойленков

  1. Teranishi et al., Supercond. Sci. Technol., 19, S4 (2006).
  2. A. Goyal, “Status of HTS conductor R&D and manufacturing in S. Korea and China”, Presented at 2007 DOE Wire Development Work-shop, USA, Florida, Panama City.
  3. V. Selvamanickam, “SuperPower’s second generation HTS conductors: status & outlook”, Presented at 2006 DOE Wire Development Workshop, USA, Florida, St. Petersburg.
  4. Kashima et al., Physica C, 426-431, 887 (2005); Kashima et al., IEEE Trans. Appl. Su-per., 15, 2763 (2005).
  5. M. Rupich, “Performance and status of manufacturing scale up of 344 superconductors”, Presented at 2007 DOE Wire Development Workshop, USA, Florida, Panama City.
  6. V. Selvamanickam, “Scale up of coated conductor technology at SuperPower”, Presented at Superconductivity for Electric Systems 2004 Annual DOE Peer Review, USA, Washington.
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.