Способ изготовления высокотемпературной сверхпроводящей ленты и лента



Владельцы патента RU 2696182:

Общество с ограниченной ответственностью "С-Инновации" (ООО "С-Инновации") (RU)

Изобретение относится к способу изготовления высокотемпературной сверхпроводящей ленты. Осуществляют осаждение буферных слоев на подложку в следующей последовательности: слой оксида алюминия, слой оксида иттрия, слой оксида магния, слой гомоэпитаксиального оксида магния и слой манганита лантана, осаждение слоя высокотемпературного сверхпроводника на буферные слои и нанесение по меньшей мере одного защитного слоя. Слои оксида магния и гомоэпитаксиального оксида магния осаждают путем электронно-лучевого испарения. Слой оксида магния осаждают при одновременном облучении зоны осаждения потоком ионов аргона, слой гомоэпитаксиального оксида магния осаждают при нагреве подложки до температуры 400-800°С. Нанесение слоя высокотемпературного сверхпроводника на буферные слои проводят путем импульсного лазерного осаждения при нагреве подложки до 500-900°С и последующего отжига при температуре 300-500°С в атмосфере кислорода. В результате повышается стабильность свойств получаемой высокотемпературной сверхпроводящей ленты. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники.

Изобретение относится к технологии изготовления высокотемпературных сверхпроводящих проводников (ВТСП) второго поколения в виде многослойных тонкопленочных лент и может быть использовано при промышленном производстве длинномерных ВТСП для создания токопроводящих кабелей, токоограничителей, обмоток электродвигателей и т.д.

Предшествующий уровень техники.

ВТСП ленты второго поколения представляют собой многослойные тонкопленочные структуры на гибких металлических лентах- подложках.

В качестве сверхпроводящего слоя в ВТСП используют такое химическое соединение как ReBa2Cu3O7 (ReBCO), где Re - редкоземельный элемент.

Для подложек ВТСП лент традиционно используют металлические ленты из сплавов на основе никеля или железа. Ленты-подложки могут обладать биаксиальной текстурой, т.н. RABiTS (Rolling-Assisted Biaxially Textured Substrate) или не обладать такой текстурой. В последнем случае текстура создается на дополнительных слоях, расположенных между подложкой и ВТСП слоем. Такие слои называются буферными.

В процессе нанесения буферных слоев происходит либо передача текстуры подложки ВТСП слою за счет эпитаксиального роста (в случае, если подложка сама обладает текстурой), либо создание такой текстуры непосредственно на буферных слоях и передача текстуры ВТСП слою за счет эпитаксиального роста.

За счет передачи текстуры от подложки или от каждого предыдущего буферного слоя к последующему и далее к сверхпроводящему слою, обеспечиваются высокие эксплуатационные характеристики всей сверхпроводящей ленты.

Эпитаксию легко осуществить, если различие постоянных решеток между слоями не превышает 5-7%. В противном случае эпитаксиальный рост сильно затруднен или невозможен.

В этом смысле для передачи текстуры ВТСП слою за счет эпитаксиального роста важна последовательность расположения буферных слоев.

Так, в патенте RU 2481673 слои на подложку наносят в следующей последовательности: подложка, биаксиально текстурированные слои оксида магния, бифторида стронция и оксида церия или оксида иттрия, ВТСП слой, после чего полученный материал отжигают при 780-850°С для облегчения и ускорения процесса растворения фторидного подслоя в оксиде церия.

Такой ВТСП проводник, как сообщается в цитируемом патенте, имеет максимально простую архитектуру, причем, осаждение каждого последующего буферного слоя не приводит к существенному росту шероховатости поверхности ВТСП.

Осаждение слоев может происходить различными методами. И методы нанесения также могут сыграть свою отрицательную или положительную роль.

В патенте RU 2481673 осаждение всех буферных и сверхпроводящего слоя осуществляют методом химического осаждения из паровой фазы (MOCVD - Metal-Organic Chemical Vapor Deposition). Давление во всех случаях поддерживается на уровне 3-30 мбар, в качестве газа-носителя для паров прекурсоров выступает аргон.

В патенте отмечают, что предложенный подход к созданию сверхпроводящих материалов может быть успешно реализован и при использовании иных методов осаждения слоев, таких, как импульсное лазерное напыление, электронно-лучевое или термическое испарение, молекулярно-лучевая эпитаксия и др.

Однако, с этим сложно согласиться, поскольку зачастую технология нанесения какого-либо из слоев сильно зависит от состава наносимого слоя и не все так очевидно, как кажется на первый взгляд. Кроме того, от использования той или иной технологии нанесения слоев сильно зависят их свойства.

Наиболее близкое техническое решение описано в статье «Progress in High Throughput Processing of Long-Length, High quality and Low Cost IBAD MgO and Buffer Tapes at SuperPower», Xuming Xiong и др. IEEE Transactions on Applied Superconductivity (Volume: 19, Issue: 3, June 2009), стр. 3319-3322).

В статье раскрывается высокотемпературный сверхпроводник со следующей архитектурой:

подложка из никелевого сплава Хастеллой с толщиной 50 мкм;

буферные слои, нанесенные в следующей последовательности слой Al2O3 толщиной 75 нм и слой Y2O3 толщиной 7 нм, полученные реактивным магнетронным распылением;

слой MgO, полученный по технологии реактивного ионного пучкового распыления с одновременным облучением зоны осаждения потоком ионов аргона (нанесение путем ионного ассистирования: IBAD - Ion Beam Assisted Deposition) толщиной 10 нм;

полученный магнетронным распылением в камере постоянного тока гомоэпитаксиальный слой MgO толщиной 30 нм и

полученный радиочастотным магнетронным распылением слой LaMnO3 толщиной 30 нм.

Далее на слой LaMnO3 наносился слой высокотемпературного сверхпроводника методом MOCVD толщиной 1 мкм, после чего наносились защитные слои из серебра толщиной 2 мкм и меди толщиной 20 мкм.

Использование всех перечисленных технологий, привязанных к конкретному химическому составу осаждаемого слоя, позволило значительно увеличить производительность процесса нанесения слоев. Так, авторы статьи утверждают, что производительность получения ВТСП ленты увеличилась до 500 км в год.

Однако независимые исследования получаемой по этой технологии ленты (см. L Rossi, X Hu, F Kametani, D Abraimov, A Polyanskii, J Jaroszynski and D С Larbalestier, Sample and length-dependent variability of 77 and 4.2K properties in nominally identical RE123 coated conductors, Supercond. Sci. Technol. 29 (2016) 054006 и D. Abraimov, H.W. Weijers, W.D. Markiewicz, M. Santos, J. McCallister, J. Jaroszynski, J. Jiang, J. Lu, V. Toplosky, B. Jarvis, Y.L. Viouchkov, and D.C. Larbalestier, Characterization of (Re)BCO conductor for development of 32 T all superconducting magnet, presented at ICEC/ICMC 2014, 7-11 July 2014, Twente, the Netherlands, available online at https://indico.cern.ch/event/244641/contributions/1563095/attachments/418145/580797/O3-2_Dmytro_Abraimov-Tue-Mo-O1.pdf показали, что сверхпроводящие свойства получаемой ленты во внешнем магнитном поле невоспроизводимы и очень слабо коррелируют со сверхпроводящими свойствами при температуре 77 К в отсутствие внешнего магнитного поля. Так, отношение критического тока ленты, получаемой по описанной технологии, измеренного при 77 К в отсутствие внешнего магнитного поля к критическому току той же ленты при 4,2 К в магнитном поле 17 Тл для разных образцов варьировало в диапазоне 1,4-4,6, то есть максимальное значение более чем в 3 раза превышает минимальное значение.

В патенте ЕР 1042820 В1 указывается на важность наличия электрической связи между ВТСП слоем и металлической подложкой и приведен способ создания такой связи путем специального удаления изолирующих оксидных буферных слоев. В нашем изобретении благодаря малой толщине оксидных буферных слоев электрическая связь между лентой-подложкой и ВТСП слоем существует без введения дополнительных технологических процессов.

Указанные выше неудовлетворительные свойства ВТСП лент, получаемых по известным технологиям, в настоящее время представляют определенную техническую проблему, которую мы устраняем нашим изобретением.

Раскрытие изобретения.

Задачей изобретения является повышение стабильности свойств получаемой высокотемпературной сверхпроводящей ленты, а также снижение трудоемкости получения ВТСП ленты за счет обеспечения электрической связи между слоем ВТСП и металлической подложкой без введения дополнительных технологических процессов. Поставленная задача решается способом изготовления высокотемпературной сверхпроводящей ленты, включающим осаждение буферных слоев на подложку в следующей последовательности: слой оксида алюминия, слой оксида иттрия, слой оксида магния, слой гомоэпитаксиального оксида магния и слой манганита лантана, осаждение слоя высокотемпературного сверхпроводника на буферные слои и нанесение, по меньшей мере, одного защитного слоя, отличающийся тем, что слои оксида магния и гомоэпитаксиального оксида магния осаждают путем электронно-лучевого испарения, при этом слой оксида магния осаждают при одновременном облучении зоны осаждения потоком ионов аргона, слой гомоэпитаксиального оксида магния осаждают при нагреве подложки до температуры 400-800°С, нанесение слоя высокотемпературного сверхпроводника на буферные слои проводят путем импульсного лазерного осаждения при нагреве подложки до 500-900°С и последующего отжига при температуре 300-500°С в атмосфере кислорода.

В частных воплощениях изобретения в качестве высокотемпературного сверхпроводящего слоя наносят слой GdBa2Cu3O7.

В наиболее желательных воплощениях изобретения слой оксида иттрия и слой оксида манганита лантана осаждают методом импульсного магнетронного распыления.

В данном случае слой оксида манганита лантана в частных воплощениях изобретения осаждают при нагреве подложки до 500-850°С.

Слой оксида алюминия наносят на подложку с шероховатостью не более 1,0 нм.

Желательно слой оксида алюминия осаждать методом высокочастотного магнетронного распыления.

Защитный слой наиболее желательно осаждать методом магнетронного распыления на постоянном токе.

В качестве защитного слоя преимущественно наносят слой серебра.

Поставленная задача также решается высокотемпературной сверхпроводящей лентой, которая получена в соответствии с описанным способом, и содержит подложку, буферные слои, высокотемпературный сверхпроводящий слой и, по меньшей мере, один защитный слой, расположенные в следующей последовательности: слой оксида алюминия, слой оксида иттрия, слой оксида магния, слой гомоэпитаксиального оксида магния, слой оксида манганита лантана, слой высокотемпературного сверхпроводника и, по меньшей мере, один защитный слой.

В частных воплощениях изобретения лента в качестве высокотемпературного сверхпроводящего слоя содержит слой GdBa2Cu3O7.

Лента в качестве защитного слоя может содержать слой серебра.

На фиг. 1 схема послойного строения тонкопленочной сверхпроводящей ленты. Сущность изобретения состоит в следующем.

Послойное строение ВТСП лент (архитектура ВТСП лент), относящихся к ВТСП проводникам второго поколения, представляет собой несколько буферных оксидных слоев (пленок), размещенных на металлической подложке, ВТСП слой и защитное покрытие, например, на основе серебра.

Высокая плотность критического тока в ВТСП пленках реализуется только при наличии острой биаксиальной текстуры слоя.

Увеличение углов разориентации соседних зерен сверхпроводника друг относительно друга приводит к падению критической плотности тока.

Расположение буферных слоев, в частности, приведенное на фиг. 1, подбирается таким образом, чтобы снизить разориентацию соседних зерен.

Для передачи текстуры немаловажным фактором является способ осаждения как буферных слоев, так и ВТСП слоя.

Способ в соответствии с изобретением предусматривает замену некоторых технологий нанесения слоев известного способа, не меняя при этом архитектуры ВТСП ленты.

В частности, при осаждении слоев оксида магния по процессу IBAD, т.е. с одновременным облучением зоны осаждения потоком ионов аргона, реакционное ионное испарение (известный способ) заменяется на электронно-лучевое испарение оксида магния, при осаждении гомоэпитаксиального оксида магния магнетронное распыление (известный способ) заменяется на электронно-лучевое испарение оксида магния, осуществляемое при нагреве подложки до температуры 400-800°С, а при нанесении ВТСП слоя на буферные слои вместо нанесения методом MOCVD (известный способ) используют методом импульсного лазерного осаждения при нагреве подложки до 500-900°С (под импульсным лазерным осаждением понимается получение пленок и покрытий путем конденсации на поверхности подложки продуктов взаимодействия в вакууме импульсного лазерного излучения с материалом мишени).

Эти технологии не только улучшают токонесущую способность ВТСП ленты, но также значительно улучшают воспроизводимость сверхпроводящих свойств ВТСП ленты во внешнем магнитном поле и обеспечивают электрическую связь между ВТСП слоем и металлической подложкой.

С одной стороны, такое улучшение может быть связано с тем, что при использовании этих технологий рост слоев происходит с очень большими скоростями и материал покрытий не загрязняется, состав слоев остается стабильным в силу конгруэнтного переноса материала мишени.

Однако, важным является то, что только при наличии всех этих операций в заявленной технологии обеспечивается данный технический результат, при этом, важна не только последовательность и вид технологических операций, но также и параметры осуществления этих операций.

Осаждение гомоэпитаксиального оксида магния проходит при нагреве подложки до 400-800°С, а нанесение ВТСП слоя - при нагреве подложки до 500-900°С и при выходе за заявленные пределы - технический результат не достигается. Данные температуры обеспечивают хорошую адгезию наносимых слоев.

Температура отжига составляет 300-500°С. В этом интервале химическое соединение, полученное импульсным лазерным осаждением, достаточно стабильно для того, чтобы принять кислород и создать химическое соединение со стехиометрическим составом, соответствующим ReBa2Cu3O7-x или с небольшими отклонениями от него, как правило, соответствующими области гомогенности этого состава.

При температуре менее 300°С реакции с кислородом практически не протекают, при температуре более 500°С нарушается стехиометрия.

Осаждение предварительного слоя оксида магния осуществляется при одновременном облучении зоны осаждения потоком ионов аргона (технология IBAD). Такое облучение осуществляется, как правило, из высокочастотного ионного источника с энергией ионов 500-1200 эВ. Облучение потоком ионов аргона позволяет получить слой оксида магния с биаксиальной текстурой, которая за счет эпитаксиального роста последующих буферных слоев передается слою ВТСП для обеспечения максимальных сверхпроводящих свойств.

Частные воплощения изобретения касаются уточнения некоторых параметров осуществления способа.

Так, наиболее желательно, чтобы в качестве высокотемпературного сверхпроводящего слоя наносили слой GdBa2Cu3O7-x, что не ограничивает способ получения ВТСП ленты с другими ВТСП слоями.

Как уже указывалось, в наиболее желательных воплощениях изобретения слой оксида иттрия и слой манганита лантана осаждают методом импульсного магнетронного распыления, что обеспечивает заявленной технологии дополнительные преимущества в виде увеличения производительности процесса. При этом слой манганита лантана осаждают на нагретую до 500-850°С подложку, а слой оксида иттрия - без нагрева подложки.

Слой оксида алюминия выполняет функцию барьерного слоя - он предотвращает диффузию металлических компонентов подложки в слой ВТСП. Слой характеризуется аморфной структурой. Желательно, чтобы осаждение этого слоя осуществлялось с помощью высокочастотного магнетронного распыления без нагрева подложки. Слой оксида алюминия может быть нанесен и другими методами, как, например, в известном способе - методом реактивного магнетронного распыления. Несмотря на то, что в известном способе слой оксида алюминия наносится быстрее, чем в предложенном, высокочастотное магнетронное распыление обеспечивает более равномерное распределение оксида алюминия и гарантирует отсутствие не полностью окисленных включений алюминия.

Для получения качественного изолирующего слоя оксида алюминия, подложка должна быть с шероховатостью не более 1,0 нм. Такая шероховатость может быть достигнута предварительным полированием поверхности подложки.

Функция слоя оксида иттрия - это образование «затравочной» поверхности, которая благоприятствует формированию биаксиальной текстуры при нанесении слоя IBAD MgO, которая улучшается на последующей стадии нанесения гомоэпитаксиального слоя MgO и передается ВТСП слою через буферный слой манганита лантана.

Слой манганита лантана в частных воплощениях изобретения осаждают методом импульсного магнетронного распыления при нагреве подложки до 500-850°С. В качестве защитного слоя традиционно наносят слои серебра и, при необходимости, меди, хотя выбор не ограничивается этими двумя элементами. Защитный слой серебра в примерах конкретного выполнения осаждали методом магнетронного распыления на постоянном токе, хотя изобретение не ограничено использованием данного метода для нанесения слоя серебра.

Заявленное изобретение осуществляли следующим образом.

В качестве подложки использовали ленту из сплава на основе никеля, например, Хастеллой С-276 или нержавеющей стали, например, марки 310S.

Толщина подложки составляла от от 25 до 200 мкм.

Подложку предварительно полировали до уровня средней шероховатости не более 1.0 нм (при анализе с площади 5×5 мкм).

На подложку наносили буферные слои (слои между металлической подложкой и сверхпроводником), слой сверхпроводника, защитный слой серебра. Все слои наносили в вакууме.

Слой оксида алюминия (Al2O3) наносили на металлическую ленту методом высокочастотного магнетронного распыления керамической мишени из Al2O3. Толщина слоя варьировалась от 15 до 150 нм (преимущественно 50 нм). Процесс проходил без нагревания подложки.

Слой оксида иттрия (Y2O3) наносили на слой оксида алюминия методом импульсного магнетронного распыления из мишени металлического иттрия. В результате реакции с кислородом в вакуумной камере на подложку осаждался оксид иттрия. Толщина слоя варьировалась от 1 до 40 нм (преимущественно 3 нм). Процесс проходил без нагревания подложки.

Слой оксида магния (MgO)) наносили двумя разными последовательными процессами. В первом процессе на слой оксида иттрия методом электронно-лучевого испарения осаждали оксид магния из керамических или монокристаллических гранул оксида магния, зона осаждения одновременно облучалась потоком ионов аргона из высокочастотного ионного источника с энергией ионов 500-1200 эВ (так называемое нанесение путем ионного ассистирования = IBAD). Толщина слоя, полученного в этом процессе составляла 2-30 нм. Процесс проходил без нагревания подложки. Получаемый слой MgO является биаксиально текстурированным (имеет преимущественную ориентацию кристаллической структуры).

Во втором процессе нанесения оксида магния осаждение осуществлялось на слой оксида магния, полученный методом IBAD. Происходил гомоэпитаксиальный рост (т.е. слой MgO растет эпитаксиально на слое MgO). Процесс гомоэпитаксиального роста проводился методом электронно-лучевого испарения. Оксид магния осаждался из керамических или монокристаллических гранул оксида магния при нагревании ленты (до 400-800°С). Толщина слоя варьировалась от 5 до 300 нм (преимущественно 45 нм). Получаемый слой MgO являлся биаксиально текстурированным, повторяя и обостряя текстуру предыдущего слоя.

Слой оксида манганита лантана (LaMnO3) наносился на слой оксида магния методом импульсного магнетронного распыления из керамической мишени манганита лантана. Толщина слоя варьируется от 10 до 300 нм (преимущественно 50 нм). Процесс проходил при нагревании подложки до 500-850°С. Получаемый слой LaMnO3 являлся биаксиально текстурированным, повторяя текстуру предыдущего слоя.

Слой сверхпроводника (GdBa2Cu3O7-x) наносится на слой манганита лантана методом импульсного лазерного осаждения из керамической мишени Gd-Ba-Cu-O.

Состав сверхпроводника мог отклоняться от стехиометрии GdBa2Cu3O7-x, а также иметь включения других составов до 30%. Толщина слоя варьировалась от 200 до 6000 нм (преимущественно 1700 нм). Процесс проходил при нагревании подложки до 500-900°С. Получаемый слой GdBa2Cu3O7-x являлся биаксиально текстурированным, повторяя и обостряя текстуру предыдущего слоя.

Защитный слой (металлическое серебро) наносился на слой сверхпроводника методом магнетронного распыления металлической мишени из серебра на постоянном токе. Толщина слоя варьировалась от 200 до 8000 нм (преимущественно 2000 нм). Процесс проходил без нагревания ленты.

После нанесения слоя серебра ленту отжигали в атмосфере кислорода при температуре 300-500°С.

После отжига лента аттестовалась по критерию токонесущей способности (измерялся критический ток).

Пример осуществления способа.

В соответствии с вышеизложенным, получали ленту со следующими параметрами:

Толщина подложки из сплава Хастеллой - 60 мкм

Толщина слоя оксида алюминия - 50 нм

Толщина слоя оксида иттрия - 3 нм

Толщина слоя MgO IBAD - 5 нм

Толщина слоя MgO Homo epi - 50 нм

Толщина слоя LaMnO3 - 50 нм

Толщина слоя Gd-Ba-Cu-О - 1600 нм

Толщина слоя Ag - 2000 нм

Слои наносили в соответствии со следующим:

Полирование подложки в электролите состава H3PO4 50%, H2SO4 25%, H2O 25%, режимы: плотность тока 70 А/дм2, время полирования 35 с, до уровня средней шероховатости не более 1.0 нм (при анализе с площади 5×5 мкм).

Слой оксида алюминия (Al2O3) наносили на металлическую ленту методом высокочастотного магнетронного распыления керамической мишени из Al2O3 без нагревания подложки. Режимы: мощность распыления 2800 Вт, давление 1 мТорр.

Слой оксида иттрия (Y2O3) наносили на слой оксида алюминия методом импульсного магнетронного распыления из мишени металлического иттрия в вакуумной камере с подачей смеси аргона и кислорода. Процесс проходил без нагревания подложки. Режимы распыления следующие: мощность 750 Вт, частота 150 кГц, давление 1.8 мТорр.

Слой оксида магния (MgO)) наносили на слой оксида иттрия методом электронно-лучевого испарения из керамических гранул оксида магния, зона осаждения одновременно облучалась потоком ионов аргона из высокочастотного ионного источника с энергией ионов 1000 эВ без нагревания подложки. Режимы электронно-лучевого испарения: мощность 1 кВт, скорость осаждения на подложке 0,5 нм/с.

Второй слой оксида магния (MgO Homo epi) осаждали на слой оксида магния, полученный методом IBAD, методом электронно-лучевого испарения из керамических или монокристаллических гранул оксида магния при нагревании ленты 600°С. Режимы осаждения следующие: мощность 1 кВт, скорость осаждения на подложке 0,6 нм/с.

Слой манганита лантана (LaMnO3) наносили на слой оксида магния методом импульсного магнетронного распыления из керамической мишени манганита лантана при нагревании подложки до 650°С. Режимы нанесения слоя следующие: мощность 1100 Вт, частота 150 кГц, давление 2.1 мТорр.

Слой сверхпроводника (GdBa2Cu3O7) наносится на слой манганита лантана методом импульсного лазерного осаждения из керамической мишени Gd-Ba-Cu-О в следующем режиме: температура нагревателя 950-1050°С, парциальное давление кислорода 50-80 Па, скорость протяжки ленты через зону осаждения 50 м/ч, испарение подложки осуществляется сфокусированным лазерным излучением с длиной волны 308 нм (эксимерный лазер) и частотой 200 Гц.

Материал этого слоя (GdBa2Cu3O7) повторял текстуру предыдущего слоя.

Защитный слой (металлическое серебро) наносился на слой сверхпроводника методом магнетронного распыления металлической мишени из серебра на постоянном токе. Процесс проходил без нагревания ленты в следующем режиме: давление 3 мТорр, мощность магнетронов 2300 Вт и 1150 Вт, скорость протяжки ленты 60 м/ч.

После нанесения слоя серебра ленту отжигали в атмосфере кислорода при температуре 480°С.

Полученная лента обладала следующими характеристиками: критический ток 600-650 А на 12 мм ширины, стандартное отклонение < 10 A.

Электрическое сопротивление между ВТСП слоем и металлической лентой-подложкой составляло < 1 Ом.

Как следует из приведенных данных, ВТСП ленты характеризуются высокими значениями критического тока.

Кроме того, при получении ленты с использованием заявленного изобретения сверхпроводящие свойства ленты во внешнем магнитном поле гораздо более воспроизводимы, чем в известном способе: разброс между отношением критического тока, измеренного при 77 К в отсутствие внешнего магнитного поля к критическому току той же ленты при 4,2 К в магнитном поле 17 Тл ленты в соответствии с изобретением не превышает 1,7 раза, в то время, как по известному способу такой разброс может достигать 4,6.

Также изобретение позволяет снизить трудоемкость получения ленты, поскольку для образования электрической связи между подложкой и ВТСП слоем не предусмотрено удаление изолирующих буферных слоев, как это делается в известных решениях.

1. Способ изготовления высокотемпературной сверхпроводящей ленты, включающий осаждение буферных слоев на подложку в следующей последовательности: слой оксида алюминия, слой оксида иттрия, слой оксида магния, слой гомоэпитаксиального оксида магния и слой манганита лантана, осаждение слоя высокотемпературного сверхпроводника на буферные слои и нанесение по меньшей мере одного защитного слоя, отличающийся тем, что слои оксида магния и гомоэпитаксиального оксида магния осаждают путем электронно-лучевого испарения, при этом слой оксида магния осаждают при одновременном облучении зоны осаждения потоком ионов аргона, а слой гомоэпитаксиального оксида магния осаждают при нагреве подложки до температуры 400-800°С, при этом нанесение слоя высокотемпературного сверхпроводника на буферные слои осуществляют путем импульсного лазерного осаждения при нагреве подложки до 500-900°С и последующего отжига при температуре 300-500°С в атмосфере кислорода.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве высокотемпературного сверхпроводника наносят слой GdBa2Cu3O7-x.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой оксида иттрия и слой оксида манганита лантана осаждают методом импульсного магнетронного распыления.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что слой оксида манганита лантана осаждают при нагреве подложки до 500-850°С.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой оксида алюминия наносят на подложку с шероховатостью не более 1,0 нм.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой оксида алюминия осаждают методом высокочастотного магнетронного распыления.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что защитный слой осаждают методом магнетронного распыления на постоянном токе.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве защитного слоя наносят слой серебра.

9. Высокотемпературная сверхпроводящая лента, полученная способом по одному из пп.1-8, содержащая подложку, буферные слои, высокотемпературный сверхпроводящий слой и по меньшей мере один защитный слой, расположенные в следующей последовательности: слой оксида алюминия, слой оксида иттрия, слой оксида магния, слой гомоэпитаксиального оксида магния, слой оксида манганита лантана, слой высокотемпературного сверхпроводника и по меньшей мере один защитный слой.

10. Лента по п. 9, отличающаяся тем, что в качестве высокотемпературного сверхпроводника она содержит слой GdBa2Cu3O7-x.

11. Лента по п. 10, отличающаяся тем, что в качестве защитного слоя она содержит слой серебра.



 

Похожие патенты:

Использование: для изготовления сверхпроводящих материалов. Сущность изобретения заключается в том, что способ содержит укладку слоя огнеупорной подушки поверх катушки; намотку первого слоя сверхпроводящего кабеля поверх слоя огнеупорной подушки; реакционную термическую обработку сверхпроводящего кабеля на катушке; и разматывание первого слоя сверхпроводящего кабеля с катушки.

Изобретение относится к области тонкопленочной сверхпроводниковой микроэлектроники, в частности к изготовлению высокочувствительных болометров, электронных охладителей, одноэлектронных транзисторов, содержащих свободно висящий микромостик нормального металла и сверхпроводниковые переходы типа сверхпроводник-изолятор-нормальный металл (СИН), сверхпроводник-изолятор-другой сверхпроводник (СИС'), а также андреевские контакты (сверхпроводник-андреевский контакт-нормальный металл) и структуры с барьером Шоттки (сверхпроводник-барьер Шоттки-полупроводник).

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для изготовления высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) проводов нового поколения. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения высокотемпературной сверхпроводящей пленки на аморфной кварцевой подложке включает нанесение на предварительно очищенную поверхность подложки трехслойного покрытия, при этом первый слой покрытия формируют из кварца толщиной 100-400 нм методом магнетронного распыления, второй слой формируют из диоксида циркония, стабилизированного иттрием толщиной 100-300 нм, третий - из диоксида церия толщиной 150-350 нм.

Изобретение относится к области технологий получения эпитаксиальных оксидных сверхпроводящих покрытий на металлической подложке, предварительно покрытой биаксиально текстурированным оксидным слоем и буферными оксидными слоями, или на биаксиально текстурированной металлической подложке, предварительно покрытой оксидными буферными слоями, и может быть использовано для получения сверхпроводящих проводников второго поколения.

Использование: для осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности материалов. Сущность изобретения заключается в том, что используют невырожденный или слабовырожденный полупроводниковый материал, размещают на его поверхности или в его объеме электроды 1 и 2, образующие выпрямляющие контакты с материалом, такие как контакты металл-полупроводник, контакты Шоттки, при этом расстояние между электродами D выбирают не более 4Λ, D≤4Λ, где Λ - длина когерентности; размер площади контакта электрода с материалом а выбирают не более четверти длины упругой волны в материале а≤λ/4, λ=V/F, где V - скорость упругой волны в материале с частотой F=108 Гц; устанавливают и поддерживают согласованную электромагнитную связь части материала, примыкающей к электроду 1, или (и) части материала, примыкающей к электроду 2, или материала или части материала, расположенного между электродами 1 и 2, с высокочастотным (высокочастотными) (ВЧ) и (или) сверхвысокочастотным (сверхвысокочастотными) (СВЧ) замедляющим устройством (замедляющими устройствами), таким (такими) как коаксиальная линия, волноводная линия, полосковая линия, резонатор, колебательный контур, которые характеризуются резонансными частотами f в диапазоне от 106 Гц до 3⋅1015 Гц и добротностями Q≥10; материал нагревают до температуры Т, равной или превышающей температуру гиперпроводящего перехода Th, Th≤Т≤Т*; измеряют электрическое и (или) тепловое сопротивление материала между электродами и (или) эффект Мейснера; в результате электрическое сопротивление и тепловое сопротивление материала между электродами обращаются в ноль, то есть осуществляется гиперпроводимость и сверхтеплопроводность в материале между электродами 1 и 2, усиливается эффект Мейснера.

Использование: для поддержки удлиненного сверхпроводящего элемента. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает предоставление слоистого сплошного элемента, причем слоистый сплошной элемент включает нижний слой (303) и верхний слой (316), причем верхний слой расположен рядом с нижним слоем и, по меньшей мере частично, закрывает нижний слой, формирование нескольких разрывных полос в верхнем слое (316), посредством чего формируют несколько открытых областей (323) нижнего слоя (303), где каждая открытая область выполнена вдоль разрывной полосы, травление открытых областей (323), чтобы сформировать подтравленные объемы (330, 332) между верхним слоем (316) и нижним слоем (303), причем каждый подтравленный объем выполнен вдоль разрывной полосы, и причем применяют травитель, у которого скорость травления нижнего слоя (303) выше, чем скорость травления верхнего слоя (316).

Использование: для создания структур высокотемпературный сверхпроводник – диэлектрик – высокотемпературный сверхпроводник. Сущность изобретения заключается в том, что на слой высокотемпературного сверхпроводника 123-типа направляют поток атомных частиц, в качестве высокотемпературного сверхпроводника берут сверхпроводник состава REBa2Cu3O7, где RE - редкоземельный металл или иттрий.

Использование: для создания сверхпроводящего объекта. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения сверхпроводящего объекта включает: обеспечение оксида редкоземельного элемента-меди-бария, содержащего редкоземельный элемент, барий и медь, и проведение термической обработки указанного оксида редкоземельного элемента-меди-бария с образованием сверхпроводника, содержащего распределенные в нем зерна оксида редкоземельного элемента, при этом проведение указанной термической обработки включает: первую стадию термической обработки, на которой температуру повышают с обеспечением жидкой фазы указанного оксида редкоземельного элемента-меди-бария, содержащей оксид редкоземельного элемента, и вторую стадию термической обработки, на которой температуру и/или давление кислорода изменяют по сравнению с их значением на первой стадии термической обработки с получением монокристаллического оксида редкоземельного элемента-меди-бария.

Использование: для изготовления сверхпроводниковых туннельных переходов, джозефсоновских переходов. Сущность изобретения заключается в том, что наносят без разрыва вакуума трехслойную структуру сверхпроводник - изолятор - нормальный металл (СИН контакт); наносят резист, проводят экспозицию, проявление; селективное химическое или ионное травление трехслойной структуры, после стравливания трехслойной структуры проводят планаризацию поверхности напылением через маску диэлектрика толщиной, равной толщине трехслойной структуры, после чего удаляют диэлектрик вне области туннельных переходов и наносят тонкую пленку перемычки (абсорбера) из нормального металла или другого сверхпроводника, при этом этот слой перемычки наносится на планаризованную поверхность и может быть существенно тоньше предыдущих слоев, менее 10 нм.

Использование: для получения многослойного высокотемпературного сверхпроводящего материала. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения включает нанесение на гибкую металлическую текстурированную подложку или на металлическую подложку, покрытую промежуточным биаксиально текстурированным оксидным слоем, по меньшей мере, одного эпитаксиального оксидного буферного слоя из прекурсора, получаемого из золя оксида-гидроксида выбранного элемента или нерастворимой соли выбранного элемента в водном растворе температурно-зависимого полимера, путем нагревания при температуре, превышающей температуру фазового перехода температурно-зависимого полимера, нанесение на буферный слой, по меньшей мере, одного эпитаксиального слоя сверхпроводникового материала и его термообработку, при этом после нанесения эпитаксиального оксидного буферного слоя осуществляют его обработку в переменном магнитном поле с амплитудой напряженности не более 0,10 Тл и частотой 10-40 Гц в течение 100 и более секунд.
Изобретение относится к способу защиты блиска газотурбинного двигателя из титановых сплавов от пылеабразивной эрозии и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению эрозионно-стойких теплозащитных покрытий методом плазменного напыления. Может применяться в ракетно-космической технике при изготовлении теплонагруженных элементов ЖРД, например камер сгорания.

Изобретение относится к системе многослойных покрытий для коррозионно нагруженных деталей. Система покрытия для подложки включает первый, второй и третий слои, при этом первый слой выполнен как усиливающий сцепление слой, второй слой представляет собой пластичный металлический слой со столбчатой структурой, а самый верхний, третий, слой представляет собой керамический оксидный слой с твердостью по меньшей мере 20 ГПа.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят нанесение многослойного покрытия.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят нанесение многослойного покрытия.
Изобретение относится к области антибликового остекления приборов радиоэлектронной техники. Антибликовое покрытие содержит первый внутренний слой из TiO2 толщиной 10-17 нм, второй слой из SiO2 толщиной 27-36 нм, третий слой из TiO2 толщиной 102-120 нм и четвертый слой из SiO2 толщиной 87-95 нм.

Изобретение относится к процессу термодиффузионной обработки изделий в порошковых смесях. Может использоваться для повышения коррозионной стойкости деталей и узлов механизмов, работающих в агрессивных средах, в частности, оборудования нефтяной и газовой промышленности, эксплуатируемого в среде, содержащей сероводород.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят нанесение многослойного покрытия.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят нанесение многослойного покрытия.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят нанесение многослойного покрытия.

Изобретение относится к способу получения тонких алмазных пленок и может быть использовано в различных областях промышленности и науки для получения тонкопленочных упрочняющих покрытий и активных слоев тонкопленочных наноструктур.
Наверх