[發明專利]高溫超導體層配置體

無效

• 申請號: 200910138784.3
• 申請日: 2009-03-27
• 公開（公告）號: CN101546630A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: M·貝克爾;O·布倫卡爾
• 申請（專利權）人: Z能源電力有限公司
• 主分類號: H01B12/06
• 分類號: H01B12/06;H01B13/00;H01L39/24;C04B35/50
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 李 帆

技術領域

本發明涉及高溫超導體層配置體，該配置體包括至少一個襯底和一個織構化的(textured)緩沖層，該緩沖層允許高溫超導體(HTSC)層的織構化生長。

背景技術

緩沖層具有一系列不同的功能。首先，緩沖層旨在從織構化的襯底盡可能完全和完美地向待生長的HTSC層傳遞織構，所述織構化的襯底顯示出盡可能最高程度的織構化。在該背景中必須考慮到，襯底在雙軸向被織構化到盡可能最大的程度，即都垂直于層且在層內處于軸向方向。高溫超導體的相應雙軸織構化對于實現高臨界電流和高電流密度是必需的。此外，緩沖層旨在有效地抑制襯底的任何組分或污染物擴散進HTSC層，因為這可降低高溫超導體的臨界電流密度和/或絕對臨界電流，或者可破壞超導狀態。另外，緩沖層旨在對襯底和待生長的高溫超導體均顯示出盡可能最大的粘接強度。緩沖層在制備和工作條件下還必須顯示出足夠的機械和溫度循環性質。此外，緩沖層應該允許在高加工速度下盡可能最簡單的、可重復的制備。

另外，緩沖層材料還應該在襯底上顯示出良好的生長性質，該襯底可由金屬或金屬合金構成。特別地，生長性質對織構傳遞的品質、生長層在襯底上的粘接強度和生長層的均勻性都很重要，生長層應盡可能無微裂紋、孔隙或者其它結構缺陷，并且無異質相(foreign?phase)，例如因不完美結晶得到的非晶相、析出相、化學副反應產物等。此外，就其本身而言，緩沖層對HTSC層的生長性質具有決定性的意義，其中必須再次考慮上述問題。

至今，許多不同的材料已被用作緩沖層材料，例如釔穩定的氧化鋯(YSZ)，各種鋯酸鹽例如鋯酸釓、鋯酸鑭等，鈦酸鹽例如鈦酸鍶，簡單氧化物例如氧化鈰、氧化鎂等。為了滿足現今復雜和苛刻的總體要求，并特別為保證高程度的織構傳遞和有效的擴散屏障，緩沖層由包含多種不同緩沖材料的層組合構成，有時為五個以上的層。

例如，已經發現氧化鈰(CeO₂)非常適合作為待生長的HTSC層的襯底。然而，氧化鈰僅形成不良的擴散屏障，并且因此幾乎不適于在金屬襯底上直接生長。另外還發現，為了獲得氧化鈰的足夠良好且快速的結晶，過度還原性氣氛例如合成氣體(forming?gas)(例如，具有約2-5體積％的H₂)在結晶步驟中是不合適的。然而已證明，使用由純氮構成的氣氛不適合用于金屬襯底，因為痕量的殘留氧總是以ppm的范圍存在于氣體中，因為這些痕量的氧會導致氧化，例如在鎢摻雜的鎳帶材的情形中形成高度穩定且有害的鎳鎢氧化物。因此，通常使用具有由不同材料制成的多個不同獨立層的緩沖層來制備現代的HTSC層配置體。

然而，施加緩沖材料的幾個層在工藝工程方面是極復雜的，并且顯著地降低了制備功能性HTSC層配置體的整個過程的制備速度，因為在施加每一層緩沖材料之后、在使用化學溶液沉積(CSD)施加另外層之前，退火步驟是必需的。因而，制備HTSC層配置體的成本很大程度上取決于緩沖層的形成。然而，使用由常規材料制成的單層緩沖層尚不足以滿足復雜的總體要求。

此外，還需要在高溫超導體層的均勻性和織構方面進一步提高高溫超導體層的品質。另一方面，施加多個緩沖層會起相反作用，這是不言而喻的，因為重復的新生長過程導致上述的生長和結晶問題，這最終也對HTSC層的均勻性產生負面影響，這也導致織構從襯底層到HTSC層的傳遞劣化。

盡可能地，還特別有待由如下的HTSC層配置體滿足上述要求，其中可以通過化學溶液沉積來制備緩沖層和/或HTSC層。由于緩沖層和HTSC層的熱形成期間的相關過程，還必須對這些層的制備提出特殊要求。特別地，層形成和結晶的動力學根本上不同于通過物理方法例如脈沖激光沉積(PLD)、熱共蒸發(TCE)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)等制備這些層的要求。

發明內容

本發明旨在提供一種高溫超導體層配置體，該配置體在襯底上顯示出良好的生長性質，該配置體可由盡可能少的獨立層組成，并且允許盡可能簡單地和最無瑕地生長HTSC層。

這個目的由根據權利要求1所述的HTSC層配置體解決，其中至少一層緩沖材料由稀土元素鈰氧化物構成。意外的是，這提供了具有良好的擴散屏障性質的層，該層在襯底上顯示出良好的生長性質以及在所述層上良好地生長HTSC材料并將高程度的織構傳遞到HTSC材料，并且可以在沒有不希望的異質相的情況下制備該層。這使得能夠制備僅具有一個緩沖層并滿足非常高要求的HTSC層配置體，該緩沖層可另外由化學溶液沉積制備。而且，可以制備高品質的緩沖層，即使具有相對高的層厚度。

由從屬權利要求得到進一步的改善。