KR101323249B1 - The method and apparatus to fabricate superconducting coated conductor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초전도 선재 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 챔버와; 상기 챔버 내부에 형성된 기판과; 상기 기판 후면에 형성되어 외부 전원에 연결되어 발열되고, 기판에 열을 전달시키는 히터와; 상기 기판에 대응되게 형성되어, 기판에 증착되는 두 가지 이상의 원료물질이 액체상태로 혼합수용되고, 혼합된 원료물질이 이동되어 기화부에서 혼합 원료물질이 증발되는 증발기; 그리고, 상기 기판과 증발기 사이에 형성되고, 등간격으로 산소노즐이 형성되어 상기 기판측으로 산소를 공급시키는 산소공급부;를 포함하여 구성되는 초전도 선재 제조장치를 기술적 요지로 한다. 그리고 본 발명은 챔버내에서 두 가지 이상의 원료물질을 증발기에 액체상태로 혼합수용시키고 혼합된 원료물질을 이송시켜 기화부에서 혼합 원료물질을 증발시켜 기판에 박막을 증착시키고, 상기 기판에 인접한 산소공급부에 형성된 산소노즐을 이용하여 기판 측으로 산소를 공급시키고, 히터를 이용하여 외부에서 열을 공급시킴에 의해 기판을 열처리하고 동시에 공급되는 산소에 의해 기판에 형성되는 박막이 산화반응되는 초전도 선재 제조방법을 또한 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 일정한 조성비를 갖는 액체상태 원료물질이 액체유도관(620)을 통하여 지속적으로 공급되고 동시에 산소를 공급시켜 박막을 형성시킴에 의해, 시간에 따른 조성비 변화가 없는 박막이 형성되고 즉각적인 열처리에 의해 안정된 산화물 초전도체층이 형성된 초전도 선재가 형성되는 이점이 있다. The present invention relates to a superconducting wire manufacturing apparatus and a manufacturing method, the chamber; A substrate formed inside the chamber; A heater formed on a rear surface of the substrate and connected to an external power source to generate heat, and configured to transfer heat to the substrate; An evaporator formed corresponding to the substrate, wherein two or more raw materials deposited on the substrate are mixed and accommodated in a liquid state, and the mixed raw materials are moved to evaporate the mixed raw materials in the vaporization unit; In addition, an oxygen nozzle is formed between the substrate and the evaporator, and an oxygen nozzle is formed at equal intervals to supply oxygen to the substrate side. In the present invention, in the chamber, two or more raw materials are mixed and accommodated in an evaporator in a liquid state, and the mixed raw materials are transferred to vaporize the mixed raw materials in a vaporization unit to deposit a thin film on a substrate, and an oxygen supply unit adjacent to the substrate. A method of manufacturing a superconducting wire rod in which oxygen is supplied to the substrate side using an oxygen nozzle formed in the substrate, and heat is applied to the substrate by using a heater to heat the substrate, and the thin film formed on the substrate is oxidized by oxygen supplied at the same time. It is also a technical point. Accordingly, the liquid raw material having a constant composition ratio is continuously supplied through the liquid induction pipe 620 and at the same time by supplying oxygen to form a thin film, thereby forming a thin film having no composition ratio change over time and performing immediate heat treatment. As a result, there is an advantage in that a superconducting wire having a stable oxide superconductor layer is formed.

Description

초전도 선재 제조장치 및 제조방법{The method and apparatus to fabricate superconducting coated conductor}Superconducting wire manufacturing apparatus and manufacturing method {The method and apparatus to fabricate superconducting coated conductor}

본 발명은 초전도 선재 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수개의 원료물질을 증착하되, 증착되는 박막이 균일한 조성영역을 가지도록 함과 동시에 증착되는 박막을 증착과 동시에 산화반응시켜 초전도 선재를 형성시키는 초전도 선재 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a superconducting wire manufacturing apparatus and a manufacturing method, and more particularly, to deposit a plurality of raw materials, while the deposited thin film to have a uniform composition region and at the same time the deposition of the deposited thin film and the oxidation reaction The present invention relates to a superconducting wire manufacturing apparatus and a manufacturing method for forming a superconducting wire.

박막제조에는 여러 가지 방법이 존재하고 있으며 크게 물리적방법(physical vapor deposition, 이하 PVD라 함)과 화학적 방법(chemical vapor deposition)으로 나눌 수 있다. There are many methods in thin film manufacturing, and it can be divided into physical method (physical vapor deposition, PVD) and chemical method (chemical vapor deposition).

PVD의 대표적인 증착법인 PLD법(Pulsed Laser Deposition), 스퍼터링(sputtering) 증착법 및 증발 증착법이 존재한다.PLD method (Pulsed Laser Deposition), sputtering deposition method and evaporation deposition method which are typical deposition methods of PVD exist.

PLD 증착법은 타겟에 고에너지 레이저를 입사시켜 순간적인 플라즈마를 형성하고 입자들이 방사되어 기판에 증착되는 방법이다. 장점은 조성비에 맞게 제조된 타겟을 사용하므로 증착시 조성비 조절을 할 필요가 없다. 증착면적이 작으므로 산업적으로 사용되기 힘들고, 연구소 및 학교에서 많이 사용된다.The PLD deposition method is a method in which a high energy laser is incident on a target to form an instant plasma, and particles are emitted to be deposited on a substrate. The advantage is that it does not need to adjust the composition ratio during deposition because it uses a target prepared according to the composition ratio. Because of the small deposition area, it is difficult to be used industrially and is widely used in laboratories and schools.

스퍼터링(sputtering) 증착법인 경우, 불활성가스의 원자를 이온화시켜 전기장에 의해 가속시키고 타겟과 충돌시켜 운동량 교환에 의하여 타겟의 물질을 떼어낸 뒤 기판에 입사시키는 증착법이다. 일단 단위면적당 증착률은 작으나 대면적이 가능하므로 산업화하기에 유리하다. 그러나 후술하는 증발(Evaporation) 증착법에 비해서는 10배 정도 생산력이 떨어진다. 조성비에 맞게 제조된 타겟을 사용하므로 증착시 조성비 조절을 할 필요가 없다. 그러나 대면적 타겟 비용이 크고, 증착시스템의 초기투자비용이 크다.In the sputtering deposition method, an atom of an inert gas is ionized to be accelerated by an electric field, collided with a target to remove a target material by momentum exchange, and then incident on a substrate. Once the deposition rate per unit area is small, but large area is possible, it is advantageous for industrialization. However, compared to the evaporation deposition method described below, the productivity is about 10 times lower. Since the target is prepared according to the composition ratio, it is not necessary to adjust the composition ratio during deposition. However, large area target costs are high, and initial investment costs for deposition systems are high.

증발(Evaporation) 증착법은, 모든 물질은 온도에 따른 증기압이 존재하는바, 예를 들어 물을 가열하면 수면에서 수증기가 나오게 되는데 이때 증발되는 수증기량은 온도가 증가할수록 증가한다. 물 뿐만 아니라 모든 물질은 증기압이 존재한다. 이 원리를 이용한 것이 증발 증착법(evaporation)이다. 그런데 각 물질의 증기압 곡선은 다르다. 이런 자연현상 때문에 다원자 화합물을 제조할때 조성비를 조절하기 위해서는 구성원자수에 해당하는 가열기가 독립적으로 존재해야 하며 독립적으로 온도를 조절하여 증착하게 된다.Evaporation In the vapor deposition method, all materials have a vapor pressure depending on the temperature. For example, when water is heated, water vapor comes out of the water surface, and the amount of water vapor evaporated increases with increasing temperature. All materials as well as water have a vapor pressure. Using this principle is evaporation. However, the vapor pressure curve of each substance is different. Due to this natural phenomenon, in order to control the composition ratio when manufacturing a multiatomic compound, a heater corresponding to the number of members must exist independently and be deposited by controlling the temperature independently.

예를 들어 Sm1Ba2Cu3O7 초전도 물질을 생각하여 보자. For example, consider Sm 1 Ba 2 Cu 3 O 7 superconducting material.

각 온도별로 증기압 크기를 비교해 보면 Ba>Sm>Cu의 순서이다. 도가니 표면에서 10㎚/sec의 증착률을 얻기 위해서는 Sm, Ba, Cu의 온도를 대략 700℃, 800℃, 1300℃도로 가열해야 한다. When comparing the magnitude of the vapor pressure for each temperature, Ba> Sm> Cu. In order to obtain a deposition rate of 10 nm / sec on the surface of the crucible, the temperatures of Sm, Ba, and Cu should be heated to approximately 700 ° C, 800 ° C, and 1300 ° C.

원하는 조성비의 박막을 얻기 위해서는 증착률 센서를 이용하여 각 원소의 증착률을 감지하고, 각 가열기의 온도를 조절하여 증착률의 비를 제어하여야 한다. 이를 구현하기 위한 열 증발 증착법의 기본 구성장치는 1)구성원자수에 해당하는 증발기, 2)각 증발기에 따른 독립가열장치 3)구성원자수에 해당하는 증착률 감지기 4)펌핑장치 5)기판 이동장치 등이 필요하다In order to obtain a thin film having a desired composition ratio, the deposition rate of each element may be sensed using a deposition rate sensor, and the ratio of the deposition rate should be controlled by adjusting the temperature of each heater. The basic components of the thermal evaporation deposition method for realizing this are 1) evaporator corresponding to the number of elements, 2) independent heating device for each evaporator, 3) deposition rate detector corresponding to the number of members, 4) pumping device, 5) substrate moving device, etc. Need this

즉, 종래기술에 따른 열 증발 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 증발물질에 대응하는 증발기(100)가 따로 구비되어 있으며, 기판(200)의 전면에는 셔터(300)가 형성되어 있으며, 각 증발기(100)에서 증발된 물질은 증착 영역인 기판(200)에 증착되게 된다. That is, the thermal evaporator according to the prior art, as shown in Figure 1, is provided with a separate evaporator 100 corresponding to each evaporation material, the shutter 300 is formed on the front surface of the substrate 200 The material evaporated in each evaporator 100 is deposited on the substrate 200 which is a deposition region.

그런데, 다수개의 증발물질을 증착하는 경우 각 가열기의 온도를 조절하여 증착률의 비를 제어하여야 하는바, 온도 제어를 위하여 다수개의 증발기가 존재하여야하며 이로 인해 증착 장치의 크기가 대형화된다는 문제점이 있다. By the way, when depositing a plurality of evaporation materials to control the ratio of the deposition rate by adjusting the temperature of each heater, there must be a plurality of evaporators for temperature control, which causes a problem that the size of the deposition apparatus is large .

그리고, 도 2 와 같이, 다수개의 이종물질을 동시에 증발할 경우 일정한 두께분포가 형성된다. 이 경우 두께 분포뿐만 아니라 조성비가 불균일하게 되며, 조성비 균일영역을 확보하기 위해 단일원자물질을 증착할 때보다 증착 영역은 더욱 좁아진다. 따라서, 증착 영역을 확보하기 위해서는 챔버의 크기는 더욱 커지게 되고 동반되는 챔버 제작비도 기하급수적으로 커지게 되어 챔버는 커지고 증착영역은 좁은 기형적인 형태를 가지게 되는 문제점이 있다.And, as shown in Figure 2, when a plurality of dissimilar materials are evaporated at the same time a constant thickness distribution is formed. In this case, not only the thickness distribution but also the composition ratio becomes nonuniform, and the deposition region becomes narrower than when the single atomic material is deposited to secure a uniform composition ratio region. Therefore, in order to secure the deposition region, the size of the chamber is further increased, and the accompanying chamber fabrication cost is also increased exponentially, so that the chamber is large and the deposition region has a narrow malformed form.

또한, 상기 종래기술과 같이 챔버내에서 다수개의 이종물질을 증발시켜 증착하더라도 증착된 박막은 산소 분위기에서 열처리를 따로 하여야만 초전도 산화물층등이 형성된 박막이 완성되므로 따로 산소분위기에서 열처리를 하는 등의 공정을 거쳐야 하는 등의 문제점이 존재한다.In addition, even if a plurality of heterogeneous materials are evaporated and deposited in the chamber as in the prior art, the deposited thin film is only heat treated in an oxygen atmosphere, so that a thin film on which a superconducting oxide layer is formed is completed, such as heat treatment in an oxygen atmosphere. There are problems such as having to go through.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 원료물질이 담긴 증발기를 액체저장부와 기화부로 따로 형성하여 액체저장부에서 혼합된 원료물질이 기화부로 이동되어 노즐을 통하여 증발되어 기판에 증착되고 동시에 증착되는 박막을 산화반응시켜 초전도 선재를 형성시키는 초전도 선재 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, the evaporator containing the raw material is formed separately into the liquid storage and the vaporization unit, the raw material mixed in the liquid storage is moved to the vaporization unit through the nozzle An object of the present invention is to provide a superconducting wire manufacturing apparatus and a method for producing a superconducting wire by oxidizing a thin film which is evaporated and deposited on a substrate and simultaneously deposited.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 챔버와; 상기 챔버 내부에 형성된 기판과; 상기 기판 후면에 형성되어 외부 전원에 연결되어 발열되고, 기판에 열을 전달시키는 히터와; 상기 기판에 대응되게 형성되어, 기판에 증착되는 두 가지 이상의 원료물질이 액체상태로 혼합수용되고, 혼합된 원료물질이 이동되어 기화부에서 혼합 원료물질이 증발되는 증발기; 그리고, 상기 기판과 증발기 사이에 형성되고, 등간격으로 산소노즐이 형성되어 상기 기판측으로 산소를 공급시키는 산소공급부;를 포함하여 구성되는 초전도 선재 제조장치를 기술적 요지로 한다. The present invention for achieving the above object, the chamber; A substrate formed inside the chamber; A heater formed on a rear surface of the substrate and connected to an external power source to generate heat, and configured to transfer heat to the substrate; An evaporator formed corresponding to the substrate, wherein two or more raw materials deposited on the substrate are mixed and accommodated in a liquid state, and the mixed raw materials are moved to evaporate the mixed raw materials in the vaporization unit; In addition, an oxygen nozzle is formed between the substrate and the evaporator, and an oxygen nozzle is formed at equal intervals to supply oxygen to the substrate side.

그리고 본 발명은 챔버내에서 두 가지 이상의 원료물질을 증발기에 액체상태로 혼합수용시키고 혼합된 원료물질을 이송시켜 기화부에서 혼합 원료물질을 증발시켜 기판에 박막을 증착시키고, 상기 기판에 인접한 산소공급부에 형성된 산소노즐을 이용하여 기판 측으로 산소를 공급시키고, 히터를 이용하여 외부에서 열을 공급시킴에 의해 기판을 열처리하고 동시에 공급되는 산소에 의해 기판에 형성되는 박막이 산화반응되는 초전도 선재 제조방법을 또한 기술적 요지로 한다. In the present invention, in the chamber, two or more raw materials are mixed and accommodated in an evaporator in a liquid state, and the mixed raw materials are transferred to vaporize the mixed raw materials in a vaporization unit to deposit a thin film on a substrate, and an oxygen supply unit adjacent to the substrate. A method of manufacturing a superconducting wire rod in which oxygen is supplied to the substrate side using an oxygen nozzle formed in the substrate, and heat is applied to the substrate by using a heater to heat the substrate, and the thin film formed on the substrate is oxidized by oxygen supplied at the same time. It is also a technical point.

상기 기판은 일측은 풀림롤에 감기고 타측은 감김롤에 감겨져 풀림롤에서 풀려진 기판이 감김롤에 감겨지는 것이 바람직하다. The substrate is preferably wound on one side of the unwinding roll and the other side of the unwinding roll so that the substrate unwinded from the unwinding roll is wound on the unwinding roll.

상기 증발기는, 원료물질이 혼합되고, 외부의 열원에 의해 가열되어 액체상태의 원료물질이 저장되는 액체저장부와; 상기 액체저장부와 연결되어 상기 액체저장부에 저장된 원료물질이 유동되는 액체 유도관과; 상기 액체 유도관과 연결되고, 상기 액체저장부에서 유동된 원료물질을 외부 열원에 의해 상기 액체저장부의 온도보다 상대적으로 높은 온도로 가열시켜 증발시키는 기화부;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.The evaporator may include: a liquid storage unit in which raw materials are mixed and heated by an external heat source to store raw materials in a liquid state; A liquid induction tube connected to the liquid storage part and configured to flow raw materials stored in the liquid storage part; And a vaporization unit connected to the liquid induction tube and configured to heat and evaporate the raw material flowing in the liquid storage unit to a temperature relatively higher than the temperature of the liquid storage unit by an external heat source.

상기 액체 저장부를 가열시키는 외부 열원은 유도코일인 것이 바람직하다.The external heat source for heating the liquid reservoir is preferably an induction coil.

상기 기화부를 가열시키는 외부 열원은 유도코일인 것이 바람직하다.The external heat source for heating the vaporization unit is preferably an induction coil.

상기 액체저장부에는 기체상태의 원료물질이 포함되는 것이 바람직하다.The liquid storage unit preferably includes a gaseous raw material.

상기 기화부에는 상기 액체저장부의 액체상태 원료물질과 동일한 높이의 액체상태 원료물질이 충전되는 것이 바람직하다.Preferably, the vaporization part is filled with a liquid raw material having the same height as the liquid raw material of the liquid storage part.

상기 기화부는 관형상으로 형성되는 것이 바람직하다.It is preferable that the said vaporization part is formed in tubular shape.

이에 따라, 원료물질이 담긴 증발기를 액체저장부와 기화부로 따로 형성하여 액체저장부에서 혼합된 원료물질이 기화부로 이동되어 노즐을 통하여 증발되어 기판에 증착되고, 동시에 증착되는 박막을 산화반응시켜 초전도 선재를 형성시킨다는 이점이 있다. Accordingly, the evaporator containing the raw material is formed separately into the liquid storage part and the vaporization part so that the raw material mixed in the liquid storage part is moved to the vaporization part and evaporated through the nozzle to be deposited on the substrate, and at the same time, the thin film deposited is oxidized and superconducted. There is an advantage of forming the wire rod.

다수개의 원료물질을 증착하되, 증착되는 박막이 균일한 조성영역을 가지도록 함과 동시에 증착되는 박막을 증착과 동시에 산화반응시켜 초전도 선재를 형성시키는 초전도 선재 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a superconducting wire manufacturing apparatus and a method for manufacturing a superconducting wire by depositing a plurality of raw materials and having a uniform composition region and simultaneously oxidizing and depositing a thin film to be deposited.

도 1은 종래기술에 따른 다수의 증발기가 구비된 열 증발 증착장치의 개략도이고,
도 2는 종래기술에 따른 다수의 증발기가 구비된 열 증발 증착장치의 개략도 및 이에 따른 증착 막박의 불균일 가능성을 나타낸 도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초전도 선재 제조장치를 나타낸 개략도이고,
도 4는 도 3의 A 부분을 하측에서 본 개략도이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 증발기의 개략도이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 기판에 박막이 형성되는 개략적인 형상을 나타낸도이다. 1 is a schematic diagram of a thermal evaporation deposition apparatus equipped with a plurality of evaporators according to the prior art,
Figure 2 is a schematic diagram of a thermal evaporation deposition apparatus equipped with a plurality of evaporators according to the prior art, and thereby showing the possibility of non-uniformity of the deposition film,
3 is a schematic view showing a superconducting wire manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention,
4 is a schematic view of a portion A of FIG. 3 viewed from below;
5 is a schematic diagram of an evaporator according to an embodiment of the present invention,
6 is a view showing a schematic shape in which a thin film is formed on a substrate according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초전도 선재 제조장치를 나타낸 개략도이고, 도 4는 도 3의 A 부분을 하측에서 본 개략도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 증발기의 개략도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 기판에 박막이 형성되는 개략적인 형상을 나타낸 도이다.Figure 3 is a schematic view showing a superconducting wire manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a schematic view of the lower portion A of Figure 3, Figure 5 is a schematic view of an evaporator according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a view showing a schematic shape in which a thin film is formed on a substrate according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초전도 선재 제조장치는 크게 챔버(500)와; 기판(200)과; 히터(700)와; 증발기(600); 그리고, 산소공급부(800);로 구성된다. As shown, the superconducting wire manufacturing apparatus according to the present invention is large chamber 500; A substrate 200; A heater 700; Evaporator 600; And, the oxygen supply unit 800; consists of.

상기 챔버(500)는 하우징 형태로 구성되어 챔버(500) 내부에서 후술하는 기판(200)에 박막을 형성시킨다. 챔버(500)는 일반적인 공지의 기술이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다. The chamber 500 is configured in the form of a housing to form a thin film on the substrate 200 to be described later in the chamber 500. Since the chamber 500 is a general known technique, further description thereof will be omitted.

상기 기판(200)은 테이프 형태로 구성되고, 상기 기판(200)에 증착 물질이 증착되어 박막이 형성된다. 상기 기판(200)은 일측은 상기 챔버(500) 내부에 설치된 풀림롤(410)에 결합되고, 타측은 상기 챔버(500) 내부에 설치된 감김롤(420)에 결합되어 릴투릴 방식으로 기판(200)이 풀림롤(410)에서 풀림되고 박막이 형성된 후 감김롤(420)에 감김되는 형태로 구성된다. 여기서 상기 기판(200)도 공지의 기술이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다. The substrate 200 has a tape shape, and a deposition material is deposited on the substrate 200 to form a thin film. One side of the substrate 200 is coupled to the unwinding roll 410 installed inside the chamber 500, and the other side of the substrate 200 is coupled to the winding roll 420 installed inside the chamber 500. ) Is unrolled from the unwinding roll 410 and is formed in a form in which a thin film is wound around the unwinding roll 420. Here, since the substrate 200 is also known, further detailed description thereof will be omitted.

상기 기판(200)의 일측면 측에는 소정 이격되게 상기 챔버(500) 내부에 히터(700)가 설치된다. 상기 히터(700)는 외부의 전원을 인가받아 발열되고, 발열된 열을 상기 기판(200)측으로 전달시켜 후술하는 증발기(600)에서 증발된 원료물질이 기판(200)에 증착 반응하여 박막을 형성하는 경우 반응에 필요한 열을 제공한다. The heater 700 is installed inside the chamber 500 at a predetermined distance from one side of the substrate 200. The heater 700 generates heat by receiving external power, and transfers the generated heat to the substrate 200 to form a thin film by depositing and reacting the raw material evaporated in the evaporator 600, which will be described later, onto the substrate 200. If necessary, provide the heat required for the reaction.

상기 기판(200)의 타측면에는 소정 이격되게 산소공급부(800)가 형성된다. 상기 산소공급부(800)는 기판(200)을 중심으로 기판(200)의 하측에 한 쌍이 설치되고, 상기 산소공급부(800)에는 산소공급부(800)에 충전된 산소를 기판(200) 측으로 배출시키는 산소노즐(810)이 형성된다. The oxygen supply unit 800 is formed on the other side of the substrate 200 at a predetermined distance. The oxygen supply unit 800 is a pair is installed on the lower side of the substrate 200 around the substrate 200, the oxygen supply unit 800 to discharge the oxygen charged in the oxygen supply unit 800 to the substrate 200 side Oxygen nozzle 810 is formed.

여기서, 상기 산소공급부(800)에서 산소노즐(810)을 통하여 기판(200)측으로 배출된 산소는 후술하는 증발기(600)에서 증발된 원료물질이 기판(200)에 증착되어 초전도 박막을 형성하는 경우 필요한 산소이며, 산소 공급에 의해 기판(200)에 박막이 증착됨과 동시에 박막이 산화반응을 일으켜 산화물 초전도체인 초전도 선재가 형성된다. Here, when the oxygen discharged from the oxygen supply unit 800 to the substrate 200 side through the oxygen nozzle 810, the raw material evaporated in the evaporator 600 to be described later is deposited on the substrate 200 to form a superconducting thin film. Oxygen is required, and a thin film is deposited on the substrate 200 by oxygen supply, and at the same time, the thin film is oxidized to form a superconducting wire which is an oxide superconductor.

상기 기판(200)의 타측면 측에는 소정 이격되어 원료물질을 포함하는 증발기(600)가 설치된다. The other side of the substrate 200 is provided with an evaporator 600 spaced apart a predetermined amount containing a raw material.

도 5에서 상기 증발기(600)는 크게 액체저장부(610)와, 액체유도관(620)과, 기화부(630)로 구성되어, 기판(200)에 증착되는 두 가지 이상의 원료물질을 열을 이용하여 액화시켜 액체상태로 혼합수용하고, 수용된 혼합 원료물질을 액체유도관(620)을 통하여 기화부(630)로 이동시켜 기화부(630)에서 상기 기판(200)측으로 증발시키는 구성이다. In FIG. 5, the evaporator 600 includes a liquid storage unit 610, a liquid induction tube 620, and a vaporization unit 630 to heat two or more raw materials deposited on the substrate 200. It is configured to liquefy and mix in a liquid state, and the received mixed raw material is moved to the vaporization unit 630 through the liquid induction pipe 620 to evaporate from the vaporization unit 630 toward the substrate 200.

먼저 액체저장부(610)에 대해 설명한다. First, the liquid storage unit 610 will be described.

상기 액체저장부(610)는 상부가 개구된 원통 형태로 구성되고, 내부에 수용부가 형성된 형태이며, 상부는 덮개(611)로 밀폐된다. 상기 수용부 내부에는 일정한 조성비를 가지는 두 가지 이상의 원료 물질이 수용된다. 그리고 상기 액체 저장부(610)의 하부면에는 내부와 관통된 유출구(612)가 형성되고 상기 유출구(612)는 후술하는 액체유도관(620)과 연결되어 상기 액체저장부(610)에 저장된 원료물질이 후술하는 액체유도관(620)으로 유동된다. The liquid storage part 610 is formed in a cylindrical shape with an upper portion open, a receiving portion is formed therein, and the upper portion is closed by a cover 611. Two or more raw materials having a constant composition ratio are accommodated in the accommodation portion. And the lower surface of the liquid storage unit 610 is formed with an outlet 612 penetrated therein and the outlet 612 is connected to the liquid induction pipe 620 to be described later stored in the liquid storage unit 610 The material is flowed into the liquid induction pipe 620, which will be described later.

상기 액체저장부(610)의 외주면에는 유도코일(640)의 형성되는바, 상기 액체저장부(610)의 외주면을 감싸는 형태로 유도코일(640)이 형성된다. The induction coil 640 is formed on the outer circumferential surface of the liquid storage unit 610, and the induction coil 640 is formed to surround the outer circumferential surface of the liquid storage unit 610.

상기 유도코일(640)은 외부 전원과 반응하여 발열되고 발열된 열이 상기 액체저장부(610)의 수용부 내부에 수용된 원료물질에 전달되어 상기 원료물질을 액화시킨다. 여기서 상기 유도코일(640)에 의해 발열되는 열량은 상기 원료물질을 액화시키는 정도의 열량이며 충분하다. 상기 유도코일(640)에 의해 전달된 열에 의해 상기 수용부의 원료물질의 대부분은 액체상태로 존재하나 일부는 기화되어 상기 액체상태 원료물질 상부에 기체상태로 존재한다. The induction coil 640 generates heat by reacting with an external power source, and the generated heat is transferred to the raw material contained in the receiving part of the liquid storage part 610 to liquefy the raw material. The amount of heat generated by the induction coil 640 is sufficient to liquefy the raw material. Most of the raw material of the receiving part is present in the liquid state by the heat transferred by the induction coil 640, but a part of the raw material is vaporized to exist in the gaseous state on the liquid raw material.

상기 기체상태 원료물질 부피는 액체상태 원료물질의 부피 대비 가능한 적은 것이 바람직하다. 이를 상세히 살펴보면 기체상태 원료물질의 증기압이 1 Torr이고 부피비가 1:1이라면 액체상태 원료물질과 기체상태 원료물질의 원자개수비는 106:1 정도를 유지하게 되므로 기체상태 원료물질의 존재가 액체상태 원료물질의 조성비에 거의 영향을 미치지 못한다는 것을 의미한다.The gaseous raw material volume is preferably as small as possible relative to the volume of the liquid raw material. In detail, when the vapor pressure of the gaseous raw material is 1 Torr and the volume ratio is 1: 1, the atomic number ratio of the liquid raw material and the gaseous raw material is maintained at about 10 6 : 1, so that the presence of the gaseous raw material is liquid. It means that it has little effect on the composition ratio of state raw materials.

상기 액체유도관(620)은 관형상으로 형성되고, 상기 액체저장부(610)의 유출구(612)와 연통되어 상기 액체저장부(610)에 수용된 액체상태 원료물질이 상기 액체 유도관(620)을 통하여 후술하는 기화부(630)로 유동된다. The liquid induction pipe 620 is formed in a tubular shape, and the liquid raw material contained in the liquid storage part 610 communicates with the outlet 612 of the liquid storage part 610. It flows through the vaporization unit 630 to be described later.

여기서 상기 액체유도관(620)의 내부 직경은 기화부(630)와 액체저장부(610)의 물질이 확산에 의하여 섞이지 않을 정도로 흐름 속도를 빠르게 하기 위하여 충분히 작도록 형성된다. Here, the inner diameter of the liquid induction pipe 620 is formed to be small enough to speed up the flow rate so that the material of the vaporization unit 630 and the liquid storage unit 610 is not mixed by diffusion.

상기 기화부(630)는 관형상으로 형성되고, 일측은 상기 액체유도관(620)과 연결되고 타측은 상기 기판(200)측을 향하도록 하여 개방된 형태로 구성된다. The vaporization unit 630 is formed in a tubular shape, one side is connected to the liquid induction pipe 620 and the other side is configured to be open to face the substrate 200 side.

상기 기화부(630)의 타측의 높이는 상기 액체저장부(610)의 액체상태 원료물질의 수면높이보다 조금 높은 형태로 형성되어, 상기 기화부(630)에는 상기 액체유도관(620)을 통하여 유입된 액체상태 원료물질이 상기 기화부(630)에 일정 높이만큼 충전되는바, 충전양은 상기 액체저장부(610)의 액체상태 원료물질과 같은 정도의 수면 높이를 유지하도록 충전된 상태가 된다. The height of the other side of the vaporization unit 630 is formed to be slightly higher than the water level of the liquid raw material of the liquid storage unit 610, the vaporization unit 630 is introduced through the liquid induction pipe 620 The liquid raw material is filled in the vaporization unit 630 by a certain height, the filling amount is filled to maintain the same water level as the liquid raw material of the liquid storage unit 610.

그리고 상기 기화부(630)의 타측 단부에는 필요시 증발된 원료물질이 분출되는 노즐을 설치하여도 무방하다. And the other end of the vaporization unit 630 may be provided with a nozzle for ejecting the evaporated raw material if necessary.

상기 기화부(630)의 외표면에는 코일 형태의 유도코일(650)이 설치되는바, 상기 기화부(630)에 충전된 액체상태 원료물질을 증발시키기 위한 열을 제공한다. 상기 기화부(630)의 외표면에 설치된 유도코일(650)에 의한 열이 상기 액체저장부(610)의 외표면에 설치된 유도코일(640)에 의해 발생되는 열의 온도보다 상대적으로 높은바, 이는 기화부(630)의 단부측에서 액체상태의 원료물질을 급속 증발시키기 위한 것이다. A coil-shaped induction coil 650 is installed on an outer surface of the vaporizer 630 to provide heat for evaporating the liquid raw material filled in the vaporizer 630. The heat generated by the induction coil 650 installed on the outer surface of the vaporization unit 630 is relatively higher than the temperature of the heat generated by the induction coil 640 installed on the outer surface of the liquid storage unit 610. It is for rapidly evaporating the raw material of the liquid state at the end side of the vaporization unit 630.

상기의 구성의 의한 작동효과는 후술하는 바와 같다. The operation effect by the above configuration is as described later.

사용자은 챔버(500) 내부에 풀림롤(410)과 감김롤(420)을 설치하고 기판(200)을 풀림롤(410)에서 감김롤(420)로 감겨지도록 설치한다. The user installs the unwinding roll 410 and the winding roll 420 inside the chamber 500 and installs the substrate 200 to be wound by the winding roll 420 on the unwinding roll 410.

그리고 기판(200)의 일측면에는 히터(700)를 설치하고 히터(700)를 발열시키 기판(200)측으로 열이 전달되게 한다. And the heater 700 is installed on one side of the substrate 200 to heat the heater 700 to transfer heat to the substrate 200 side.

상기의 상태에서 상기 기판(200)의 타측면에는 상기 기판(200)과 소정 이격 되게 한 쌍의 산소공급부(800)를 설치하고 산소노즐(810)을 상기 기판(200)을 향하도록 설치하고 산소노즐(810)을 통하여 기판(200)측으로 산소를 공급시킨다. 또한 증발기(600)를 상기 기판(200)과 이격되게 설치한다. In the above state, on the other side of the substrate 200, a pair of oxygen supply units 800 are installed to be spaced apart from the substrate 200 and the oxygen nozzle 810 is installed to face the substrate 200. Oxygen is supplied to the substrate 200 through the nozzle 810. In addition, the evaporator 600 is installed to be spaced apart from the substrate 200.

그런 다음, 사용자는 챔버(500) 내부에 형성된 증발기(600)의 액체저장부 덮개(611)를 개방하고, 액체저장부(610)의 수용부 내부에 필요한 조성비의 원료물질 A,B,C를 넣고 아르곤 가스 등을 넣은 다음 덮개(611)를 밀폐시킨다. 여기서 상기 아르곤 가스는 챔버(500) 내부를 아르곤 가스 분위기로 형성시켜도 무방하다. Then, the user opens the liquid reservoir cover 611 of the evaporator 600 formed in the chamber 500, and the raw material A, B, C of the composition ratio required inside the receiving portion of the liquid reservoir 610. Put argon gas and the like and then seal the cover 611. Here, the argon gas may be formed inside the chamber 500 in an argon gas atmosphere.

상기의 상태에서, 액체저장부의 유도코일(640)을 인덕션으로 가열시키고, 필요시 동시에 상기 기화부(630)의 유도코일(650)을 인덕션으로 가열시킨다. In the above state, the induction coil 640 of the liquid storage unit is heated by induction, and at the same time, the induction coil 650 of the vaporization unit 630 is heated by induction.

액체저장부의 온도에 의하여 액화가 이루어졌을 때, 아르곤 가스를 잠그고 진공상태를 유지한다. 상기의 가열에 의해 액체저장부(610)에 저장된 원료물질은 액체상태의 원료물질로 액화되고, 일부는 기화되어 상기 액체상태 원료물질 상부에 기화상태 원료물질로 존재한다. When liquefaction is achieved by the temperature of the liquid reservoir, the argon gas is shut off and maintained in a vacuum. The raw material stored in the liquid storage unit 610 by the heating is liquefied into the raw material of the liquid state, a part of the vaporized is present as the vaporized raw material on the liquid raw material.

동시에 액화된 액체상태 원료물질은 유출구(612)를 통하고 액체유도관(620)을 통하고 기화부(630)로 유입된 후, 기화부(630)에서 전달된 열에 의해 빠른 속도로 증발되어 노즐을 통하여 증발되고 증발된 원료물질은 기판(200)측으로 이동하여 기판(200)에 증착된다. At the same time, the liquefied liquid raw material flows through the outlet 612, through the liquid induction pipe 620, and into the vaporization unit 630, and then rapidly evaporates by the heat transferred from the vaporization unit 630 to the nozzle. Evaporated through the evaporated raw material is moved to the substrate 200 side is deposited on the substrate 200.

기판에 증착되어 박막을 형성하는 과정에 상기 도6에 도시된 바와 같이, 산소노즐(810)에 의해 산소가 공급되어 산소분압이 높은 측으로 증발되는 원료물질은 산소와의 산화반응을 일으키게 되며, 히터에서 전달된 열에 의해 증착이 완료되어 박막을 형성시키게 된다. As shown in FIG. 6 in the process of forming a thin film deposited on a substrate, oxygen is supplied by the oxygen nozzle 810 and the raw material evaporated to the high oxygen partial pressure causes an oxidation reaction with oxygen. The deposition is completed by the heat transferred from the to form a thin film.

도6과 같이, 산소노즐(810)을 등간격으로 설치하여 증착시킴에 의해 산화방응과 증착이 주기적으로 진행되는 형태로 하여 기판상에 초전도 산화물층이 형성되어 초전도 선재가 완성된다. As shown in FIG. 6, the oxygen nozzles 810 are installed at equal intervals to be deposited so that oxidation response and deposition are performed periodically so that a superconducting oxide layer is formed on the substrate to complete the superconducting wire.

따라서, 일정한 조성비를 갖는 액체상태 원료물질이 액체유도관(620)을 통하여 지속적으로 공급되고 동시에 산소를 공급시켜 박막을 형성시킴에 의해, 시간에 따른 조성비 변화가 없는 박막이 형성되고 즉각적인 열처리에 의해 안정된 산화물 초전도체층이 형성된 초전도 선재가 형성되는 것이다. Therefore, the liquid raw material having a constant composition ratio is continuously supplied through the liquid induction pipe 620 and at the same time by supplying oxygen to form a thin film, thereby forming a thin film with no change in composition ratio with time, and by instant heat treatment The superconducting wire having the stable oxide superconductor layer formed thereon is formed.

200 : 기판 410 : 풀림롤
420 : 감김롤 500 : 챔버
600 : 증발기 610 : 액체저장부
611 : 덮개 612 : 유출구
620 : 액체유도관 630 : 기화부
640 : 유도코일 650 : 유도코일
700 : 히터 800 : 산소공급부
810 : 산소노즐200: substrate 410: unrolling roll
420: winding roll 500: chamber
600: evaporator 610: liquid storage
611 cover 612 outlet
620: liquid guide pipe 630: vaporization unit
640: guide coil 650: guide coil
700: heater 800: oxygen supply
810: oxygen nozzle

Claims (16)

챔버와;
상기 챔버 내부에 형성된 기판과;
상기 기판 후면에 형성되어 외부 전원에 연결되어 발열되고, 기판에 열을 전달시키는 히터와;
상기 기판에 대응되게 형성되어, 기판에 증착되는 두 가지 이상의 원료물질이 액체상태로 혼합수용되고, 혼합된 원료물질이 이동되어 기화부에서 혼합 원료물질이 증발되는 증발기; 그리고,
상기 기판과 증발기 사이에 형성되고, 등간격으로 산소노즐이 형성되어 상기 기판측으로 산소를 공급시키는 산소공급부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 초전도 선재 제조장치.A chamber;
A substrate formed inside the chamber;
A heater formed on a rear surface of the substrate and connected to an external power source to generate heat, and configured to transfer heat to the substrate;
An evaporator formed corresponding to the substrate, wherein two or more raw materials deposited on the substrate are mixed and accommodated in a liquid state, and the mixed raw materials are moved to evaporate the mixed raw materials in the vaporization unit; And,
And an oxygen supply unit formed between the substrate and the evaporator and having oxygen nozzles formed at equal intervals to supply oxygen to the substrate side. 제1항에 있어서, 상기 기판은 일측은 풀림롤에 감기고 타측은 감김롤에 감겨져 풀림롤에서 풀려진 기판이 감김롤에 감겨짐을 특징으로 하는 초전도 선재 제조장치.The superconducting wire manufacturing apparatus according to claim 1, wherein one side of the substrate is wound around the unwinding roll and the other side is wound around the unwinding roll so that the substrate unwinded from the unwinding roll is wound around the unwinding roll. 제 1항에 있어서, 상기 증발기는,
원료물질이 혼합되고, 외부의 열원에 의해 가열되어 액체상태의 원료물질이 저장되는 액체저장부와;
상기 액체저장부와 연결되어 상기 액체저장부에 저장된 원료물질이 유동되는 액체 유도관과;
상기 액체 유도관과 연결되고, 상기 액체저장부에서 유동된 원료물질을 외부 열원에 의해 상기 액체저장부의 온도보다 상대적으로 높은 온도로 가열시켜 증발시키는 기화부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 초전도 선재 제조장치.The method of claim 1, wherein the evaporator,
A liquid storage unit in which raw materials are mixed and heated by an external heat source to store raw materials in a liquid state;
A liquid induction tube connected to the liquid storage part and configured to flow raw materials stored in the liquid storage part;
A superconducting wire connected to the liquid induction pipe and configured to heat and evaporate the raw material flowing in the liquid storage to a temperature relatively higher than the temperature of the liquid storage by an external heat source. Manufacturing equipment. 제3항에 있어서, 상기 액체 저장부를 가열시키는 외부 열원은 유도코일임을 특징으로 하는 초전도 선재 제조장치.The superconducting wire manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the external heat source for heating the liquid reservoir is an induction coil. 제3항에 있어서, 상기 기화부를 가열시키는 외부 열원은 유도코일임을 특징으로 하는 초전도 선재 제조장치.The superconducting wire manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the external heat source for heating the vaporization unit is an induction coil. 제3항에 있어서, 상기 액체저장부에는 기체상태의 원료물질이 포함됨을 특징으로 하는 초전도 선재 제조장치.The superconducting wire manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the liquid storage part includes a gaseous raw material. 제3항에 있어서, 상기 기화부에는 상기 액체저장부의 액체상태 원료물질과 동일한 높이의 액체상태 원료물질이 충전됨을 특징으로 하는 초전도 선재 제조장치.The superconducting wire manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the vaporization part is filled with a liquid raw material having the same height as the liquid raw material of the liquid storage part. 제3항에 있어서, 상기 기화부는 관형상으로 형성됨을 특징으로 하는 초전도 선재 제조장치.The superconducting wire manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the vaporization unit is formed in a tubular shape. 챔버내에서 두 가지 이상의 원료물질을 증발기에 액체상태로 혼합수용시키고 혼합된 원료물질을 이송시켜 기화부에서 혼합 원료물질을 증발시켜 기판에 박막을 증착시키고,
상기 기판에 인접한 산소공급부에 형성된 산소노즐을 이용하여 기판 측으로 산소를 공급시키고,
히터를 이용하여 외부에서 열을 공급시킴에 의해 기판을 열처리하고 동시에 공급되는 산소에 의해 기판에 형성되는 박막이 산화반응됨을 특징으로 하는 초전도 선재 제조방법.In the chamber, two or more raw materials are mixed and accommodated in an evaporator in a liquid state, and the mixed raw materials are transferred to the evaporator to evaporate the mixed raw materials to deposit a thin film on the substrate.
Supplying oxygen to the substrate using an oxygen nozzle formed in an oxygen supply unit adjacent to the substrate,
A method of manufacturing a superconducting wire, characterized in that the heat treatment of the substrate by supplying heat from the outside using a heater and the thin film formed on the substrate is oxidized by oxygen supplied at the same time. 제9항에 있어서, 상기 기판은 일측은 풀림롤에 감기고 타측은 감김롤에 감겨져 풀림롤에서 풀려진 기판이 감김롤에 감겨짐을 특징으로 하는 초전도 선재 제조방법.The method of claim 9, wherein the substrate is wound on the unwinding roll on one side and wound on the unwinding roll, and the substrate unwinded on the unwinding roll is wound on the unwinding roll. 제 9항에 있어서, 상기 증발기는,
원료물질이 혼합되고, 외부의 열원에 의해 가열되어 액체상태의 원료물질이 저장되는 액체저장부와;
상기 액체저장부와 연결되어 상기 액체저장부에 저장된 원료물질이 유동되는 액체 유도관과;
상기 액체 유도관과 연결되고, 상기 액체저장부에서 유동된 원료물질을 외부 열원에 의해 상기 액체저장부의 온도보다 상대적으로 높은 온도로 가열시켜 증발시키는 기화부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 초전도 선재 제조방법.The method of claim 9, wherein the evaporator,
A liquid storage unit in which raw materials are mixed and heated by an external heat source to store raw materials in a liquid state;
A liquid induction tube connected to the liquid storage part and configured to flow raw materials stored in the liquid storage part;
A superconducting wire connected to the liquid induction pipe and configured to heat and evaporate the raw material flowing in the liquid storage to a temperature relatively higher than the temperature of the liquid storage by an external heat source. Manufacturing method. 제11항에 있어서, 상기 액체 저장부를 가열시키는 외부 열원은 유도코일임을 특징으로 하는 초전도 선재 제조방법.12. The method of claim 11, wherein the external heat source for heating the liquid reservoir is an induction coil. 제11항에 있어서, 상기 기화부를 가열시키는 외부 열원은 유도코일임을 특징으로 하는 초전도 선재 제조방법.The method of claim 11, wherein the external heat source for heating the vaporization unit is an induction coil. 제11항에 있어서, 상기 액체저장부에는 기체상태의 원료물질이 포함됨을 특징으로 하는 초전도 선재 제조방법.The superconducting wire manufacturing method according to claim 11, wherein the liquid storage part comprises a gaseous raw material. 제11항에 있어서, 상기 기화부에는 상기 액체저장부의 액체상태 원료물질과 동일한 높이의 액체상태 원료물질이 충전됨을 특징으로 하는 초전도 선재 제조방법.The superconducting wire manufacturing method according to claim 11, wherein the vaporization part is filled with a liquid raw material having the same height as the liquid raw material of the liquid storage part. 제11항에 있어서, 상기 기화부는 관형상으로 형성됨을 특징으로 하는 초전도 선재 제조방법.The superconducting wire manufacturing method according to claim 11, wherein the vaporization portion is formed in a tubular shape.
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