«СуперОкс» означает оксидные материалы суперкачества
2007, Tом 4, выпуск 1
Тематика: Российские компании
За рубежом рисковый бизнес, основанный на новых научных открытиях с перспективным, но коммерчески неоднозначным применением, как правило, делают небольшие частные компании. Их начальный капитал нередко составляют государственные гранты и интеллектуальные наработки основателя (основателей). И вот, 20 лет спустя, первая компания такого рода появилась в России – это ЗАО “СуперОкс”, костяк которой составил коллектив, руководи-мый проф. Андреем Рафаиловичем Каулем. Естественно, создание компании было бы невозможным без участия инвесторов. К счастью, такой инвестор нашёлся. За плечами коллектива – многолетний опыт работы по синтезу различных оксидных материалов. Что-бы понять, откуда появилось название компании – «СуперОкс», только перечислим оксиды, синтезированные коллективом, руководимым проф. А.Р.Каулем:
CMR материалы:
(La,A)MnO3 (A=Ca, Sr, Pb, Na, K, Ag), (Pr,A)MnO3 (A=Ca,Sr), (La,Pr)0.7Ca0.3MnO3, La1-xMnO3, Nd1-xMnO3, (Nd,Sr)(Mn,Ru)O3, (Sr,Ce)MnO3
Проводники металлического типа
RuO2, CaRuO3, (La,Sr)CoO3, LaNiO3
Перовскиты с переходом металл-диэлектрик:
RNiO3 (R = Pr, Nd, Sm, Gd)
Смешанные ионно-электронные проводники:
(La,Sr)CoO3, (Ba,Sr)(Co,Fe)O3, La2NiO4, (La,Sr)2NiO4
Сегнетоэлектрики и мультиферроики (материалы, в которых сосуществуют магнитное и электрическое упорядочение):
PbTiO3, (Ba,Sr)TiO3, KNbO3, BiFeO3
ВТСП:
RBa2Cu3O7 (R = Y, Lu, Ho, Gd, Eu, Nd), Bi2Sr2CaCu2Ox, (Hg,Pb)Ca2Ba2Cu3Ox
Гетероструктуры:
RBa2Cu3O7-δ/CeO2/Al2O3, PbTiO3/CaRuO3/PrOx/YSZ, (La,Sr)CoO3/PbTiO3/(La,Sr)CoO3, NdNiO3/(La,Ca)MnO3/LaAlO3, NdNiO3/EuFeO3/LaAlO3, (La,Ca)MnO3/NdFeO3/LaAlO3, RBa2Cu3O7/(La,Ca)MnO3/LaAlO3
Буферные слои
CeO2, CeO2(R2O3) (R = Nd, Gd, Y, Lu), ZrO2(Y2O3), PrOx, LaAlO3, (La,Sr)(Mn,Cr)O3
Теплозащитные покрытия - ZrO2(Y2O3).
На фото – микроизображение эпитаксиальных пле-нок YBa2Cu3O7-y на буферном слое СеО2: атомно-гладкие границы раздела доказывают отсутствие химического взаимодействия между слоями.
Хотя для нашего бюллетеня интерес представляют только ВТСП-оксиды и буферные оксидные слои, мы привели этот перечень, чтобы подчеркнуть пройденную коллективом дистанцию и, что более важно, универсальность избранного группой Кауля метода синтеза – химическое осаждение из паров металлоорганических соединений (принятая аббревиатура – MOCVD - Metal Organic Chemical Vapor Deposition). Действительно, все перечисленные соединения и гетеростуктуры получены в виде тонких пленок именно этим методом.
Почему в ЗАО «СуперОкс» в качестве базовой технологии 2G-ВТСП избрали MOCVD?
Достоинства МОСVD:
- высокая скорость осаждения (для YBCO - до 10 мкм/час);
- высокое качество пленок (получены пленки RBCO с Tc ≈ 90 K и jc(77K)>106A/см2);
- несложная низковакуумная аппаратура (0.1...10 мбар);
- возможность двухстороннего осаждения;
- относительная простота реализации непрерывного процесса осаждения;
- возможность осаждения буферного и ВТСП слоев в едином процессе.
Не зря этот метод используется для получения YBCO лидерами производства пленочных сверхпроводников – американской компанией IGC SuperPower. В «СуперОксе» MOCVD будет использоваться не только для ВТСП, но и для производства буферных слоев. Метод MOCVD нельзя назвать простым; велико количество параметров, оказывающих прямое влияние на структуру и свойства плёнок. В компании эти трудности компенсируются большим опытом работы в этой области и имеющимися в арсенале оригинальными техническими решениями. Компанией освоен синтез металло-органических соединений, используемых в качестве прекурсоров в технологии MOCVD – бетадикетонатов соответствующих металлов. Помимо того, что эти соединения летучи при 200-300ºC, они
- нетоксичны,
- хорошо изучены,
- образуются большинством металлов,
- могут производиться в масштабах заводского производства,
- имеют умеренную цену при их масштабном потреблении.
В основу технологии изготовления металлических лент с биаксиальной текстурой по схеме RABiTS (Rolling Assisted Bi-Axially Textured Substrates) легли результаты многолетней кооперации группы Кауля и ИФМ УРО РАН (д.ф.-м.н. Родионов Д.П. и сотрудники). Технология включает в себя следующие операции: литье, горячая ковка, холодная ковка, отжиг, прокатка, текстурообразующий отжиг.
Текстурированная лента из никелевого сплава, изготовленная в ИФМ УРО РАН.
Затем на текстурированную ленту с использованием метода MOCVD последовательно наносятся буфер-ный и ВТСП-слои. Слой сверхпроводника покрыва-ют тонким слоем серебра, и полученную ленту за-щищают толстым стабилизирующим слоем меди. Все эти операции осуществляют в непрерывном ре-жиме при поступательном движении ленты. Качест-во продукта контролируют на различных этапах ме-тодами рентгеновской дифракции, оптической и электронной микроскопии, поверхностной дифрак-ции отраженных электронов, атомно-силовой мик-роскопии. В заключение осуществляется контроль критического тока по длине ленты.
Цель проекта ЗАО «СуперОкс»
Создание к концу 2009 г. опытного производства ВТСП-лент 2-го поколения на основе концепции «RABiTS–MOCVD» со следующими показателями:
• производительность 30 км/год;
• длина отрезков не менее 100 м;
• ширина ленты 10 мм;
• Ic не менее 100 А на 1 см ширины ленты.
Развиваемые в ЗАО «СуперОкс» подходы ориентированы на снижение себестоимости конечного продукта. Хотя точные расчёты сейчас привести трудно, в компании полагают, что при ширине ленты 1 см, толщине ВТСП-слоя 1 мкм и производительности 30 км/год (опытное производство) она может составить величину порядка 20 долл. за метр ленты (что при токе 100А на см ширины соответствует 200 долл./кАм, при 200А 100 долл./кАм и так далее).