KR102275410B1 - Remote Plasma Assisted Reactive Co-Evaporation System for Fabricating Superconductor Wire - Google Patents
Remote Plasma Assisted Reactive Co-Evaporation System for Fabricating Superconductor Wire Download PDFInfo
- Publication number
- KR102275410B1 KR102275410B1 KR1020210032936A KR20210032936A KR102275410B1 KR 102275410 B1 KR102275410 B1 KR 102275410B1 KR 1020210032936 A KR1020210032936 A KR 1020210032936A KR 20210032936 A KR20210032936 A KR 20210032936A KR 102275410 B1 KR102275410 B1 KR 102275410B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- metal oxide
- deposition
- metal
- unit
- remote plasma
- Prior art date
Links
- 238000010549 co-Evaporation Methods 0.000 title abstract description 17
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 title description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 185
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 160
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 160
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 140
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 123
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 123
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 71
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 71
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 71
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 30
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 203
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 53
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 claims description 31
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 14
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 14
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical group [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 9
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 9
- 238000001883 metal evaporation Methods 0.000 claims description 9
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims description 5
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 5
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 5
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 3
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 claims description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims 3
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 claims 2
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 72
- 239000010408 film Substances 0.000 description 49
- 230000008569 process Effects 0.000 description 37
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 19
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 13
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 13
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 13
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 10
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 4
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 3
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000007735 ion beam assisted deposition Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000209149 Zea Species 0.000 description 2
- FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N benzyl N-[2-hydroxy-4-(3-oxomorpholin-4-yl)phenyl]carbamate Chemical compound OC1=C(NC(=O)OCC2=CC=CC=C2)C=CC(=C1)N1CCOCC1=O FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002480 Cu-O Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018247 LaSiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000007736 thin film deposition technique Methods 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009279 wet oxidation reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
- C23C14/562—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/10—Glass or silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
- C23C14/30—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/58—After-treatment
- C23C14/5806—Thermal treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/58—After-treatment
- C23C14/5826—Treatment with charged particles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
- H01J37/32183—Matching circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream
-
- H01L39/2422—
-
- H01L39/2464—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0296—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0661—Processes performed after copper oxide formation, e.g. patterning
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 초전도 선재 제조를 위한 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고품질의 금속 산화물 초전도 막 또는 선재를 제조하기 위해 단원자 산소를 공급하는 리모트 플라즈마 발생부를 포함하는 반응성 동시 증착 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system for manufacturing a superconducting wire, and more particularly, to a reactive simultaneous deposition including a remote plasma generator for supplying monoatomic oxygen to manufacture a high-quality metal oxide superconducting film or wire It's about the system.
산화물 초전도체는 액체 질소 온도에서 초전도성을 나타낸다. 산화물 초전도체는 전류 손실이 낮아 이를 초전도 선재로 가공해서 전력 공급용의 초전도 도체 혹은 초전도 코일로 사용할 수 있다.Oxide superconductors exhibit superconductivity at liquid nitrogen temperatures. Oxide superconductors have low current loss, so they can be processed into superconducting wires and used as superconducting conductors or superconducting coils for power supply.
산화물 초전도체를 선제로 가공하는 방법은 금속 테이프 기판 위에 버퍼층을 증착하고 산화물 초전도층을 형성하며 이 산화물 초전도층 위에 보호층을 형성하는 방법이 있다.A method of pre-processing an oxide superconductor includes depositing a buffer layer on a metal tape substrate, forming an oxide superconducting layer, and forming a protective layer on the oxide superconducting layer.
도 1은 금속 테이프 기판상부에 적층 구조의 금속 산화물로 이루어진 초전도 선재의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a superconducting wire made of a metal oxide having a laminated structure on a metal tape substrate.
버퍼층은 다음과 같이 형성한다. 금속 산화물 초전도 선재는 하스텔로이(Ni-합급 테이프) 또는 50㎛~100㎛ 두께의 SUS 테이프 기판상에 전해연마(electropolishing) 공정을 이용하여 표면을 처리한 후, 금속 테이프 기판에서부터 표면으로 확산되는 불순물 등을 방지하기 위해서 스퍼터링 증착법(sputtering deposition method)을 이용하여 약 40㎚의 두께를 갖는 Al2O3 확산방지층을 증착하여 형성한다. 상기 Al2O3 확산방지층 상부 표면에 약 7~10㎚ 두께를 갖는 Y2O3 씨드층을 스퍼터링 증착법을 이용하여 증착한다. 상기 Y2O3 씨드층 상부에 전자빔 증착법으로 Mg 호스트 입자와 동시에 고에너지를 갖는 이온빔을 보조 증착하여 호스트 Mg 입자로 운동에너지를 전환시켜 2축 정렬로 배향성을 갖도록 표면에서의 표면속도를 제어된 IBAD-MgO층이 형성한다.The buffer layer is formed as follows. The metal oxide superconducting wire is surface treated on a Hastelloy (Ni-alloy tape) or SUS tape substrate with a thickness of 50 μm to 100 μm using an electropolishing process, and impurities that diffuse from the metal tape substrate to the surface Al 2 O 3 having a thickness of about 40 nm using a sputtering deposition method to prevent It is formed by depositing a diffusion barrier layer. The Al 2 O 3 A Y 2 O 3 seed layer having a thickness of about 7 to 10 nm is deposited on the upper surface of the diffusion barrier layer by sputtering deposition. On the Y 2 O 3 seed layer, an ion beam with high energy and an Mg host particle are auxiliary deposited by electron beam deposition to convert kinetic energy to the host Mg particle, thereby controlling the surface speed at the surface to have biaxial alignment. An IBAD-MgO layer is formed.
상기 2축 정렬의 배향성을 갖는 IBAD-MgO 상부에 동종의 결정성을 갖는 약 50㎚ 이하의 MgO 에피층을 성장시킨다. 결정성을 높이기 위해서 고온의 열처리 공정이 동시에 수행될 수 있다. 상기 2축 정렬의 배향성을 갖는 호모 에피 MgO(50) 상부에 향후 초전도 막과의 격자 불일치와 열팽창계수의 차이에 의해서 발생하는 스트레인 제어하기 위해서 약 30~50㎚의 두께를 갖는 LMO(LaMnO) 스트레인 정합층을 스퍼터링 증착법을 이용하여 형성한다.An MgO epitaxial layer of about 50 nm or less having the same crystallinity is grown on the IBAD-MgO having the biaxial alignment. In order to increase crystallinity, a high-temperature heat treatment process may be simultaneously performed. LMO (LaMnO) strain having a thickness of about 30-50 nm to control the strain caused by the lattice mismatch with the future superconducting film and the difference in the thermal expansion coefficient on the homo-epi MgO (50) with the biaxial alignment orientation The matching layer is formed using a sputtering deposition method.
상기 금속 테이프 선재 기판상부에 형성되고, 버퍼층으로 사용되는 확산방지층/씨드층/IBAD-MgO층/homo-epi MgO층/스트레인 정합층은 금속 산화물 초전도체 또는 금속 산화물 선재에 대한 제2의 기판으로 사용되는 템플레이트(template) 역할과 기능을 수행하므로, 상기 템플레이트 기판의 2축 정렬의 배향성과 균일성에 의해서 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재의 물리적, 화학적, 전기적 특성을 직접적으로 결정하는 핵심 구조이다.The diffusion barrier layer/seed layer/IBAD-MgO layer/homo-epi MgO layer/strain matching layer formed on the metal tape wire substrate and used as a buffer layer is used as a second substrate for a metal oxide superconductor or metal oxide wire It is a core structure that directly determines the physical, chemical, and electrical properties of a metal oxide superconducting film or a metal oxide superconducting wire by the orientation and uniformity of the biaxial alignment of the template substrate.
상기 템플레이트 기판으로 사용하기 위해서는 우수한 2축 정렬의 배향성과 균일성이 필수적으로 확보되어야 하며, 이를 해결하기 위해서는 고진공의 연속 공정으로 일괄적으로 진행되는 인라인 시스템(in-line system)에 의해 생산 공정이 구축되어야만 한다. 따라서, 버퍼층 형성은 균일한 두께의 우수한 2축 정렬의 배향성을 갖는 템플레이트 기판에 의해서 금속 산화물 초전도체 또는 금속 산화물 선재의 성능과 생산 수율을 결정하는 가장 중요한 공정이다.In order to be used as the template substrate, excellent biaxial alignment and uniformity must be secured, and in order to solve this problem, the production process is performed by an in-line system that is carried out in a batch with a high vacuum continuous process. must be built Therefore, the buffer layer formation is the most important process for determining the performance and production yield of a metal oxide superconductor or metal oxide wire rod by a template substrate having a uniform thickness and excellent biaxial alignment orientation.
상기 템플레이트 기판상부에 1~2㎛의 두께를 갖는 희토류 물질을 포함하는 REBaCuO 초전도 금속 산화물을 반응성 동시 증발(RCE: reactive co-evorporation), 펄스 레이져 증착(PLD: pulse laser deposition), 유기화학기상증착(MOCVD: metal organic chemical vapor doposition) 및 유기금속증착(MOD; metal organic deposition) 등의 방법을 이용하여 형성한다.Reactive co-evaporation (RCE), pulse laser deposition (PLD), organic chemical vapor deposition of REBaCuO superconducting metal oxide containing a rare earth material having a thickness of 1 to 2 μm on the template substrate It is formed using methods such as (MOCVD: metal organic chemical vapor doposition) and metal organic deposition (MOD).
상기 희토류계 물질을 포함하는 REBaCuO 초전도 금속 산화물을 보호하기 위해서 스퍼터링 증착법을 이용하여 템플레이트 기판의 상/하/좌/우 입체 면적에 약 2㎛ 두께를 갖는 Ag 보호층을 형성한다. 실제 사용되고 있는 초전도 선재는 길이 방향으로 장축이며 두께와 폭은 각각 55㎛, 4㎜이다.In order to protect the REBaCuO superconducting metal oxide containing the rare earth material, an Ag protective layer having a thickness of about 2 μm is formed on the top/bottom/left/right three-dimensional area of the template substrate by sputtering deposition. The superconducting wire actually used has a long axis in the longitudinal direction, and the thickness and width are 55㎛ and 4mm, respectively.
이후 각각의 공정별 또는 층별 열처리가 수행되고 최종적으로 전해연마 또는 라미네이션 방식으로 이용하여 두꺼운 Cu를 형성한다.After that, heat treatment is performed for each process or layer, and finally, thick Cu is formed by using an electrolytic polishing or lamination method.
도 2는 특허문헌 1 등에 사용된 2세대 고온 초전도 막 또는 선재를 형성하기 위한 반응성 동시 증발(reactive co-evaporation; RCE) 장비의 단면 개념도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a reactive co-evaporation (RCE) equipment for forming a second-generation high-temperature superconducting film or wire used in
RCE는 진공 챔버 내에 템플레이트 기판을 일 방향으로 이송하는 릴투릴(reel-to-reel) 방식의 이송부와 릴 하부의 증착영역과 상기 하부의 증착영역과 평형하게 배치되며, 고에너지의 금속 증기를 발생시키는 복수의 도가니 갖는 전자빔 발생부로 구성된다. 전자빔 발생부에서 형성된 복수의 금속 원자들은 롤 하부의 증착 일부 또는 전 영역에 걸쳐서 형성된다. 초전도 선재의 금속 산화물을 형성시키기 위해서 사용되는 금속 소오스는 희토류계 물질(RE), Ba, Cu와 고순도(99.999%) 이원자 산소(O2)이며, 캐리어 가스로 비활성 Ar, N2 가스를 사용한다.RCE is arranged in parallel with the reel-to-reel type transfer unit for transferring the template substrate in one direction in the vacuum chamber, the deposition area under the reel and the deposition area under the reel, and generates high-energy metal vapor It is composed of an electron beam generator having a plurality of crucibles. A plurality of metal atoms formed in the electron beam generator are formed over a portion or the entire area of deposition under the roll. The metal source used to form the metal oxide of the superconducting wire is rare earth material (RE), Ba, Cu and high purity (99.999%) diatomic oxygen (O 2 ), and inert Ar, N 2 gas is used as the carrier gas. .
또한, 전자빔 발생부에서 고에너지를 갖는 복수의 금속 원자들을 발생시키기 위해서는 챔버의 공정압력은 약 5x10- 5torr 이하의 고진공을 유지해야만 발생된 금속 증기가 불순물에 의한 충돌없이 충분한 자유행정거리를 가지고 수직방향의 증착영역 표면에서 운동 에너지의 상호 반응이 진행된다.In addition, in order to generate a plurality of metal atoms having high energy in the electron beam generator, the process pressure of the chamber must be maintained at a high vacuum of about 5x10 - 5 torr or less, so that the generated metal vapor has a sufficient free travel distance without collision by impurities. A mutual reaction of kinetic energy proceeds on the surface of the deposition region in the vertical direction.
종래의 반응성 동시 증착법에 의해서 형성된 초전도막 또는 초전도 선재는 금속 산화물로써, 수~수십 kV의 고전압에 의한 전자빔이 금속 타겟을 타격하여 그에 의해서 형성된 금속 원자와 호스트(host) 가스로 주입되는 이원자 산소(O2)가 가열된 금속 테이프 선재 기판의 증착영역에 초전도체 물질이 형성된다. 이때 금속테이프 선재 기판상에 형성된 버퍼층 상부에 형성되는 금속 산화물 초전도 선재는 산소보다 많은 금속 함류량을 포함하는 금속 과잉(metal-rich) 박막으로 형성된다.The superconducting film or superconducting wire formed by the conventional reactive simultaneous deposition method is a metal oxide, and an electron beam by a high voltage of several to tens of kV strikes a metal target, thereby forming metal atoms and diatomic oxygen injected into a host gas ( O 2 ) A superconducting material is formed in the deposition region of the heated metal tape wire substrate. In this case, the metal oxide superconducting wire formed on the buffer layer formed on the metal tape wire substrate is formed as a metal-rich thin film containing more metal than oxygen.
따라서, 반응성 동시 증착법으로 형성된 금속 산화물은 화학량론적 조성비 제어를 통한 물리적, 화학적, 전기적 특성을 갖는 성능을 구현시키기 위해서 반드시 열처리 공정이 수반된다.Therefore, the metal oxide formed by the reactive simultaneous deposition method is necessarily accompanied by a heat treatment process in order to realize the performance having physical, chemical, and electrical properties through the stoichiometric composition ratio control.
특허문헌 2에 플라즈마를 이용한 저온 박막 증착 방법이 개시되어 있다. 박막 증착 챔버 내부에 플라즈마를 생성시키고, 상기 금속 기판에 양(+)의 전압을 가하여 플라즈마 내의 전자가 금속기판을 향하도록 하여, 가속된 전자들이 금속 기판 표면에 충돌하면서, 상기 금속 기판의 온도를 가열시켜 증착시스템의 온도를 낮추는 방법을 기재하고 있다.
그러나 특허문헌 2는 증착 시스템 내에 직접적으로 플라즈마를 형성시키므로 금속 기판의 증착영역에 형성되는 호스트 금속 소오스에 직접적인 손상을 미치는 영향을 초래한다.However, since
따라서, 반응성 동시 증착법에 의해서 고품질의 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재의 성능 및 생산성을 향상시키기 위해서는 금속 테이프 선재 기판의 증착 온도를 높이거나 금속 원자들과 반응하는 산소의 결합 효율을 증가시키는 것이 요구된다. Therefore, in order to improve the performance and productivity of a high-quality metal oxide superconducting film or metal oxide superconducting wire by the reactive simultaneous deposition method, it is recommended to increase the deposition temperature of the metal tape wire substrate or increase the bonding efficiency of oxygen reacting with metal atoms. is required
상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 금속과 산소의 반응성을 향상시키고자 리모트 플라즈마 발생장치를 포함한 반응성 동시 증착 시스템을 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention is to provide a reactive simultaneous deposition system including a remote plasma generator in order to improve the reactivity of metal and oxygen.
상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명에 따른 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템은, 템플레이트 기판 인출부(10); 상기 템플레이트 기판상에 형성된 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재 증착부(100); 상기 증착부에서 형성된 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재 회수부(20); 서로 다른 진공 분위기에서도 연속 공정이 가능하도록 상기 인출부, 증착부 및 회수부의 외부 연결 통로의 폭, 길이, 높이를 조절하는 복수의 슬릿(11, 101, 102, 21); 상기 증착부는 반응성 동시 증착 챔버(150)로 구성되고, 인출부에서 제공된 템플레이트 기판상에 금속 산화물 형성을 위한 장축의 긴 템플레이트 기판을 일 방향으로 이동시키도록 형성되되, 릴 각각의 중심을 기준으로 장축 방향의 이송부(105); 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 구성하는 금속 원자를 증착영역으로 증발시켜 공급하는 금속 소오스 공급부(151) 및 상기 반응성 동시 증착 챔버와 외부에서 연결되고, 상기 템플레이트 기판상의 증착 영역에 단원자 산소(O)를 제공하는 리모트 플라즈마 발생부(200)를 포함하고, 상기 리모트 플라즈마 발생부(200)는, RF 발생기(210)와 임피턴스 매칭 네트워크(220) 및 플라즈마 챔버(230)로 구성되며, 여기된 단원자 산소(O)(260) 균일하게 증착영역으로 주입시키기 위해서 노즐 분사의 제1 인젝션 장치(240)와 메시판 상부에 콘씨드(corn seeds)로 구성된 제2 인젝션 장치(250)를 포함하는 것을 특징으로 한다.A remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system according to the present invention for the above-described problems, the template substrate lead-out
상기 템플레이트 기판상의 증착 영역에 형성되는 금속 산화물 초전도 막 또는 초전도 선재의 결합에너지를 높이는 리모트 플라즈마 열처리로를 더 포함한다.It further includes a remote plasma heat treatment furnace for increasing the bonding energy of the metal oxide superconducting film or the superconducting wire formed in the deposition region on the template substrate.
상기 템플레이트 기판은 금속 테이프 선재 기판상부에 확산층, 씨드층, 2축 정렬의 배향층 및 스트레인 제어층의 적층된 구조이며, 상기 템플레이트 기판상에 희토류 원소(RE), Ba, Cu 및 산소 복합체로 구성된 금속 산화물 초전도 막 또는 초전도 선재를 형성한다.The template substrate has a stacked structure of a diffusion layer, a seed layer, a biaxial alignment layer, and a strain control layer on a metal tape wire substrate, and is composed of a rare earth element (RE), Ba, Cu and oxygen complex on the template substrate. A metal oxide superconducting film or superconducting wire is formed.
상기 템플레이트 기판 이송부를 포함하는 증착영역과 금속 소오스 공급부 영역은 서로 다른 분압에 의해서 공간적으로 이격 배치된 것을 특징으로 한다.The deposition region including the template substrate transfer unit and the metal source supply region are spatially spaced apart from each other by different partial pressures.
여기된 단원자 산소(O)를 제공하는 리모트 플라즈마 발생부는, 반응성 동시 증착 챔버내에서 직접적인 플라즈마를 발생시키지 않고 이격된 거리에 배치되고, 템플레이트 기판상의 증착 영역에 주입되어 금속 소오스 발생부에서 발생된 금속 원자들과 결합하여 금속 산화물 초전도 막 또는 초전도 선재를 형성하는 것을 특징으로 한다.The remote plasma generator providing excited monoatomic oxygen (O) is disposed at a distance without generating plasma directly in the reactive co-deposition chamber, is injected into the deposition region on the template substrate, and is generated by the metal source generator. It is characterized in that it combines with metal atoms to form a metal oxide superconducting film or a superconducting wire.
상기 리모트 플라즈마 발생부에 의해서 여기되는 단원자 산소(O)는 고순도 이원자 산소(O2) 또는 N2O 가스가 사용되며, 리모트 플라즈마 발생부에서 반응성 동시 증착 챔버로 주입되는 여기된 단원자 산소(O)는 아르곤(Ar), 질소(N2), 네온(Ne) 또는 Kr을 캐리어 가스로 사용하는 것을 특징으로 한다.As the monoatomic oxygen (O) excited by the remote plasma generator, high-purity diatomic oxygen (O 2 ) or N 2 O gas is used, and excited monoatomic oxygen injected into the reactive co-deposition chamber from the remote plasma generator ( O) is characterized by using argon (Ar), nitrogen (N 2 ), neon (Ne), or Kr as a carrier gas.
템플레이트 기판상의 증착영역내로 주입된 여기 단원자 산소(O)는 이원자 산소(O2)보다 큰 활성화에너지로 금속 원자와 결합하는 것을 특징으로 한다.Excitation monoatomic oxygen (O) injected into the deposition region on the template substrate is characterized in that it bonds with metal atoms with an activation energy greater than that of diatomic oxygen (O 2 ).
상기 리모트 플라즈마 발생부는 RF 발생 소오스와 임피턴스 정합 네트워크 장치로 구성되며, RF 발생 소오스의 주파수는 13.56MHz 내지 100MHz를 사용하는 것을 특징으로 한다.The remote plasma generating unit is composed of an RF generating source and an impedance matching network device, and the frequency of the RF generating source is 13.56 MHz to 100 MHz.
본 발명의 다른 실시예로서, 금속 산화물 초전도 막 및 금속 산화물 초전도 선재를 형성하기 위한 연속 공정의 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템은, 템플레이트 기판 인출부(10); 상기 템플레이트 기판상에 형성된 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재 증착부(100); 상기 증착부에서 형성된 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재 회수부(20); 서로 다른 진공 분위기에서도 연속 공정이 가능하도록 상기 인출부, 증착부 및 회수부의 외부 연결 통로의 폭, 길이, 높이를 조절하는 복수의 슬릿; 상기 증착부는, 반응성 동시 증착 챔버(150)로 구성되고, 인출부에서 제공된 템플레이트 기판상에 금속 산화물 형성을 위한 장축의 긴 템플레이트 기판을 일 방향으로 이동시키도록 형성되되, 릴 각각의 중심을 기준으로 장축 방향의 이송부(105); 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 구성하는 금속 원자를 증착영역으로 증발시켜 공급하는 금속 소오스 공급부(151) 및 상기 반응성 동시 증착 챔버와 외부에서 연결되고, 상기 템플레이트 기판상의 증착 영역에 단원자 산소(O)를 제공하는 리모트 플라즈마 발생부(200)을 포함하고, 상기 템플레이트 기판 이송부와 증착영역을 포함하는 증착챔버는 서로 다른 분압에 의해서 공간적으로 이격 배치되며, 상기 리모트 플라즈마 발생부는 상기 템플레이트 기판상의 증착 영역에 일정한 간격으로 이격된 단원자 산소(O)를 공급하는 인젝션 노즐부를 포함하는 것을 특징으로 한다.As another embodiment of the present invention, a continuous process remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system for forming a metal oxide superconducting film and a metal oxide superconducting wire includes: a template substrate lead-
상기 템플레이트 기판상의 증착 영역에 형성되는 금속 산화물 초전도 막 또는 초전도 선재의 결합에너지를 높이기 위한 리모트 플라즈마 열처리로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it further comprises a remote plasma heat treatment furnace for increasing the bonding energy of the metal oxide superconducting film or the superconducting wire formed in the deposition region on the template substrate.
상기 템플레이트 기판은 금속 테이프 선재 기판상부에 확산층, 씨드층, MgO, 호모 에피 MgO 및 스트레인 제어층의 적층된 구조이며, 상기 템플레이트 기판상에 희토류 원소(RE), Ba, Cu 및 산소 복합체로 구성된 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 형성한다.The template substrate has a stacked structure of a diffusion layer, a seed layer, MgO, homo epi MgO, and a strain control layer on a metal tape wire substrate, and a metal composed of a rare earth element (RE), Ba, Cu and oxygen complex on the template substrate. An oxide superconducting film or a metal oxide superconducting wire is formed.
상기 템플레이트 기판 이송부를 포함하는 증착영역과 금속 원자를 제공하는 금속 소오스 공급부 영역은 서로 다른 분압에 의해서 공간적으로 이격 배치된다.The deposition region including the template substrate transfer unit and the metal source supply region providing metal atoms are spatially spaced apart from each other by partial pressures.
여기된 단원자 산소(O)를 제공하는 리모트 플라즈마 발생부는 반응성 동시 증착 챔버내로 직접적인 플라즈마를 발생시키지 않고 이격된 거리에 배치되어 있으며, 템플레이트 기판상의 증착 영역에 주입되어 금속 소오스 공급부에 의해서 형성된 금속 원자와 결합하여 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 형성한다.The remote plasma generator for providing excited monoatomic oxygen (O) is disposed at a distance without generating plasma directly into the reactive co-deposition chamber, and the metal atoms injected into the deposition region on the template substrate and formed by the metal source supply unit. combined to form a metal oxide superconducting film or a metal oxide superconducting wire.
상기 플라즈마 발생부에 의해서 여기되는 단원자 산소(O)는 이원자 산소(O2) 또는 N2O 가스가 사용되며, 플라즈마 발생부에서 반응성 동시 증착 챔버로 주입되는 여기된 단원자 산소(O)는 아르곤(Ar), 질소(N2), 네온(Ne) 또는 Kr을 캐리어 가스로 사용하는 것을 특징으로 한다. Diatomic oxygen (O 2 ) or N 2 O gas is used as the monoatomic oxygen (O) excited by the plasma generator, and the excited monoatomic oxygen (O) injected into the reactive simultaneous deposition chamber from the plasma generator is It is characterized in that argon (Ar), nitrogen (N 2 ), neon (Ne) or Kr is used as a carrier gas.
템플레이트 기판상의 증착영역내로 주입된 여기 단원자 산소(O)는 이원자 산소(O2) 보다 큰 활성화에너지로 금속 원자와 결합하는 것을 특징으로 한다.Excitation monoatomic oxygen (O) injected into the deposition region on the template substrate is characterized in that it bonds with metal atoms with greater activation energy than diatomic oxygen (O 2 ).
상기 리모트 플라즈마 발생부는 RF 발생 소오스와 임피턴스 정합 네트워크 장치로 구성되며, RF 발생 소오스의 주파수는 13.56MHz 내지 100MHz를 사용하는 것을 특징으로 한다.The remote plasma generating unit is composed of an RF generating source and an impedance matching network device, and the frequency of the RF generating source is 13.56 MHz to 100 MHz.
여기된 단원자 산소(O) 노즐부는 증착영역 중심 또는 증착영역을 포함하는 이격된 거리로 배치되고, 샤워 헤드 형, 원형, 및 일정 각을 갖는 다각형 구조로 구성되며, 증착 영역과 평형, 수직, 일정 방향의 각으로 주입되는 것을 특징으로 한다.The excited monoatomic oxygen (O) nozzle unit is arranged at a distance from the center of the deposition area or at a distance including the deposition area, and has a shower head-shaped, circular, and polygonal structure having a certain angle, parallel to, perpendicular to, and It is characterized in that it is injected at an angle in a certain direction.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 금속 산화물 초전도 막 및 금속 산화물 초전도 선재를 형성하기 위한 연속 공정의 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템은, 템플레이트 기판 인출부(10); 상기 템플레이트 기판상에 형성된 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재 증착부(100); 상기 증착부에서 형성된 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재 회수부(20); 서로 다른 진공 분위기에서도 연속 공정이 가능하도록 상기 인출부, 증착부 및 회수부의 외부 연결 통로의 폭, 길이, 높이를 조절하는 복수의 슬릿; 상기 증착부는, 반응성 동시 증착 챔버(150)로 구성되고, 인출부에서 제공된 템플레이트 기판상에 금속 산화물 형성을 위한 장축의 긴 템플레이트 기판을 일 방향으로 이동시키도록 형성되되, 릴 각각의 중심을 기준으로 장축 방향의 이송부(105); 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 구성하는 금속 원자를 증착영역으로 증발시켜 공급하는 금속 소오스 공급부(151) 및 상기 반응성 동시 증착 챔버와 외부에서 연결되고, 상기 템플레이트 기판상의 증착 영역에 단원자 산소(O)를 제공하는 리모트 플라즈마 발생부(200) 및 상기 금속 소오스 공급부와 수평 방향으로 일정한 이격 거리에 배치되어 있는 적어도 하나의 금속 증발원을 포함한다.As another embodiment of the present invention, a continuous process remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system for forming a metal oxide superconducting film and a metal oxide superconducting wire includes: a template
상기 금속 증발원은 유도가열, 저항가열 또는 레이저 조사 가열에 의하여 금속을 증발시키며, 상기 금속 소오스 공급부와 수평방향으로 일정한 이격 거리를 두고 배치되고, 증착영역과 40~60o 각으로 배치된 것을 특징으로 한다.The metal evaporation source evaporates the metal by induction heating, resistance heating, or laser irradiation heating, and is disposed at a predetermined distance from the metal source supply unit in the horizontal direction, and is disposed at an angle of 40 to 60 o from the deposition area. do.
상기 증착부의 증착영역으로 주입된 여기 단원자 산소(O)는 이원자 산소(O2) 보다 활성화에너지가 크며 증착 표면에서 운동에너지에 의해서 자속 고정점을 형성하는 금속 및 상기 금속 산화물 또는 희토류 원소인 이트륨 및 란타늄족을 포함하는 금속 증기들과 동일한 동작 온도에서 상호 결합하는 것을 특징으로 한다.Excited monoatomic oxygen (O) injected into the deposition region of the deposition unit has a greater activation energy than diatomic oxygen (O 2 ) and forms a magnetic flux fixing point by kinetic energy on the deposition surface, and yttrium as the metal oxide or rare earth element and lanthanide-containing metal vapors and mutually bonding at the same operating temperature.
상기 리모트 플라즈마 발생부에서 여기된 단원자 산소(O)는 균일한 궤적의 분포를 갖는 노즐부로 구성되며, 상기 노줄부는 증착 영역 중심 방향 또는 증착 영역을 포함하는 입체 궤적의 방향으로 이격된 거리에 배치되고, 샤워 헤드 형, 원형, 및 일정 각을 갖는 다각형 구조로 구성되며, 증착 영역과 평형, 수직, 일정 방향의 각으로 주입되는 것을 특징으로 한다.The monoatomic oxygen (O) excited by the remote plasma generating unit is composed of a nozzle unit having a uniform trajectory distribution, and the nozzle unit is disposed at a distance spaced apart from the center of the deposition area or in the direction of the three-dimensional trajectory including the deposition area. It is composed of a shower head type, a circular shape, and a polygonal structure having a predetermined angle, and is characterized in that it is injected at an angle in a direction parallel to, perpendicular to, and in a predetermined direction with the deposition area.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 금속 산화물 초전도 선재 형성을 위한 인라인 시스템은, 금속 테이프 선재 기판의 인출부; 상기 인출부에서 인출된 금속 테이프 기판상부에 적층 구조의 금속 산화물 버퍼층을 포함하는 템플레이트 기판 형성을 위한 버퍼층 증착 시스템; 상기 템플레이트 기판상부에 복수의 금속 집합체를 포함하는 금속 산화물 초전도 선재를 형성하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템 및 상기 형성된 초전도 선재를 회수하는 회수부를 포함하고, 상기 인출부, 상기 버퍼층 증착 시스템, 상기 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템 및 상기 회수부는, 연속적으로 외부와 연결된 통로의 슬릿의 폭, 길이, 또는 높이로 면적을 제어하여, 서로 다른 진공 분위기에서도 연속적으로 고온 초전도 선재 형성 공정을 제공한다.As another embodiment of the present invention, an in-line system for forming a metal oxide superconducting wire includes: a lead-out portion of a metal tape wire substrate; a buffer layer deposition system for forming a template substrate including a metal oxide buffer layer having a stacked structure on the metal tape substrate drawn out from the lead-out part; A remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system for forming a metal oxide superconducting wire including a plurality of metal aggregates on the template substrate, and a recovery part for recovering the formed superconducting wire, the withdrawing part, the buffer layer deposition system, the remote The plasma-assisted reactive simultaneous deposition system and the recovery unit provide a continuous high-temperature superconducting wire forming process even in different vacuum atmospheres by continuously controlling the area by the width, length, or height of the slit of the passage connected to the outside.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 금속 산화물 초전도 선재 형성을 위한 인라인 시스템은, 금속 테이프 기판의 인출부; 상기 인출부에서 인출된 금속 테이프 기판상부에 적층 구조의 금속 산화물 버퍼층을 포함하는 템플레이트 기판 형성을 위한 버퍼층 증착 시스템; 상기 템플레이트 기판상부에 복수의 금속 집합체를 포함하는 금속 산화물 초전도 선재를 형성하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템; 상기 금속 산화물 초전도 선재를 열처리하는 열처리로 및 열처리된 금속 산화물 초전도 선재를 회수하는 회수부를 포함하고, 상기 인출부, 상기 버퍼층 증착 시스템, 상기 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템, 열처리로 및 상기 회수부는, 연속적으로 외부와 연결된 통로의 슬릿의 폭, 길이, 또는 높이로 면적을 제어하여, 서로 다른 진공 분압에서도 연속적으로 고온 초전도 선재 형성 공정을 제공한다.As another embodiment of the present invention, an in-line system for forming a metal oxide superconducting wire includes: a lead-out portion of a metal tape substrate; a buffer layer deposition system for forming a template substrate including a metal oxide buffer layer having a stacked structure on the metal tape substrate drawn out from the lead-out part; a remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system for forming a metal oxide superconducting wire including a plurality of metal aggregates on the template substrate; a heat treatment furnace for heat-treating the metal oxide superconducting wire and a recovery unit for recovering the heat-treated metal oxide superconducting wire, the withdrawing unit, the buffer layer deposition system, the remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system, the heat treatment furnace and the recovery unit, By controlling the area by the width, length, or height of the slit of the passage continuously connected to the outside, a high-temperature superconducting wire forming process is provided continuously even at different vacuum partial pressures.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 금속 산화물 초전도 선재 형성을 위한 인라인 시스템은, 금속 테이프 기판의 인출부; 상기 인출부에서 인출된 금속 테이프 기판상부에 적층 구조의 금속 산화물 버퍼층을 포함하는 템플레이트 기판 형성을 위한 버퍼층 증착 시스템; 상기 템플레이트 기판상부에 복수의 금속 집합체를 포함하는 금속 산화물 초전도 선재를 형성하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템; 상기 금속 산화물 초전도 선재를 열처리하는 열처리로 및 상기 열처리된 금속 산화물 초전도 선재를 회수하는 회수부를 포함하고, 상기 인출부, 상기 버퍼층 증착 시스템, 상기 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템, 열처리로 및 상기 회수부는, 연속적으로 외부와 연결된 통로의 슬릿의 폭, 길이, 또는 높이로 면적을 제어하여, 서로 다른 진공 분압에서도 연속적으로 고온 초전도 선재 형성 공정을 제공한다.As another embodiment of the present invention, an in-line system for forming a metal oxide superconducting wire includes: a lead-out portion of a metal tape substrate; a buffer layer deposition system for forming a template substrate including a metal oxide buffer layer having a stacked structure on the metal tape substrate drawn out from the lead-out part; a remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system for forming a metal oxide superconducting wire including a plurality of metal aggregates on the template substrate; a heat treatment furnace for heat-treating the metal oxide superconducting wire and a recovery unit for recovering the heat-treated metal oxide superconducting wire, wherein the withdrawing unit, the buffer layer deposition system, the remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system, the heat treatment furnace and the recovery unit , by controlling the area by the width, length, or height of the slit of the passage continuously connected to the outside, to provide a process for forming a high-temperature superconducting wire continuously even at different vacuum partial pressures.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 연속 공정의 금속 산화물 초전도 선재의 열처리 시스템은, 적층 구조의 금속 산화물을 구성되는 버퍼층을 포함하는 템플레이드 기판 인출 블록; 상기 템플레이트 기판상에 형성된 자속 고정점을 갖는 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재 증착 블록; 상기 증착 블록에서 형성된 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 열처리하는 열처리 블록; 상기 열처리된 금속 산화물 초전도 막 또는 초전도 선재를 냉각시키는 냉각 블록 및상기 냉각 블록에서 냉각된 금속 산화물 막 또는 금속 산화물 선재의 회수 블록을 포함하고, 상기 증착 블록은 반응성 동시 증발부, 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증발부, 금속 증발원을 갖는 반응성 동시 증발부 또는 금속 증발원을 갖는 리모트 플라즈마 반응성 동시 증발부로 구성되며, 상기 열처리 블록은 금속 산화물 초전도 선재의 반대 방향 또는 20~80o의 범위 각도 기울기로 배치되어 단원자 산소(O)를 공정 가스로 주입되며, 상기 냉각 블록은 수냉식 냉각 방식이고, 상기 인출 블록, 증착 블록, 열처리 블록, 냉각블록 및 회수 블록은 외부 연결 통로의 슬릿를 조절하여 서로 다른 진공 분위기에서도 연속 공정이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.As another embodiment of the present invention, a heat treatment system for a metal oxide superconducting wire in a continuous process includes: a template substrate take-out block including a buffer layer comprising a metal oxide having a laminate structure; a metal oxide superconducting film or a metal oxide superconducting wire deposition block having a magnetic flux fixing point formed on the template substrate; a heat treatment block for heat-treating the metal oxide superconducting film or the metal oxide superconducting wire formed in the deposition block; and a cooling block for cooling the heat-treated metal oxide superconducting film or superconducting wire and a recovery block for the metal oxide film or metal oxide wire cooled in the cooling block, wherein the deposition block is a reactive co-evaporator, remote plasma-assisted reactive simultaneous Consists of an evaporation unit, a reactive co-evaporation unit having a metal evaporation source, or a remote plasma reactive co-evaporation unit having a metal evaporation source, wherein the heat treatment block is disposed in the opposite direction of the metal oxide superconducting wire or at an angular inclination in the range of 20 to 80 o Oxygen (O) is injected as a process gas, and the cooling block is a water cooling type cooling method, and the withdrawal block, deposition block, heat treatment block, cooling block and recovery block control the slit of the external connection passage to allow continuous processing in different vacuum atmospheres. It is characterized in that it is configured to be possible.
상기 반응성 보조 동시 증착 시스템은, 외부적으로 이격되어 배치된 H2O 버블링 설비와 버블링 설비에서 기화된 H2O 증기 가스를 금속 원자와 결합하는 산소 공급원으로 사용하여 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 형성하는 것을 특징으로 한다.The reactive auxiliary simultaneous deposition system is a metal oxide superconducting film or metal using an H 2 O bubbling facility and H 2 O vapor gas vaporized in the bubbling facility as an oxygen source for bonding with metal atoms, which are externally spaced apart. It is characterized in that the oxide superconducting wire is formed.
기화된 H2O 증기 가스와 유량 차이를 두고 병행 또는 동시 고순도 산소(O2) 또는 단원자 산소(O) 가스를 제공하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by providing parallel or simultaneous high-purity oxygen (O 2 ) or monoatomic oxygen (O) gas with a difference in flow rate with the vaporized H 2 O vapor gas.
본 발명에 따른 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템은 리모트 플라즈마 발생장치를 이용하여 반응성이 높은 단원자 산소를 생성하여 템플레이트 증착영역의 낮은 증착온도에서도 금속 원자와 결합 효율을 향상시켜 화학량론적 조성비 제어를 통한 2축 정렬의 배향 결정성을 갖는 금속 산화물 초전도 막 또는 초전도 선재를 형성할 수 있다. The remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system according to the present invention generates highly reactive monoatomic oxygen using a remote plasma generator to improve bonding efficiency with metal atoms even at a low deposition temperature in the template deposition area, thereby controlling the stoichiometric composition ratio. A metal oxide superconducting film or a superconducting wire having biaxial alignment crystallinity can be formed.
본 발명에 따른 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템은 초전도 막을 품질이 우수하고, 생산수율을 증대시킬 수 있고 생산비을 절감할 수 있는 현저한 효과가 있다.The remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system according to the present invention has a remarkable effect in that the quality of the superconducting film is excellent, the production yield can be increased, and the production cost can be reduced.
도 1은 금속 테이프 선재 기판상부에 적층 구조의 금속 산화물로 이루어진 2세대 고온 초전도 선재의 단면 사시도이다.
도 2는 종래의 기술로서, 2세대 고온 초전도 막 또는 선재를 형성하기 위한 반응성 동시 증발(reactive co-evaporation: RCE) 장비의 단면 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실험예로서, 이원자 산소(O2)와 단원자 산소(O)를 이용하여, 실리콘 산화 공정의 시간과 온도 변화에 따른 형성된 실리콘 산화막(SiO2) 두께 비교의 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 금속 테이프 기판상부에 적층 구조의 템플레이트 기판을 형성시키기 위한 연속 공정의 버퍼층 증착 시스템의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 고온 금속 산화물 초전도 선재를 형성시키기 위한 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증발(remote plasma assisted reactive co-evaporation: RPA-RCE) 시스템의 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예로서, 복수의 집합체 구조를 갖는 금속 산화물 고온 초전도 선재내의 자속 고정점(pinning center)를 형성시키기 위한 추가적인 증발원(evaporation source)을 갖는 RPA-RCE 시스템의 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서, 버퍼층 증착 시스템과 RPA-RCE 시스템이 연속 공정으로 구성된 고온 금속 산화물 초전도 선재 형성을 위한 인라인 시스템(in-line system)의 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예로서, 버퍼층 증착 시스템, RPA-RCE 시스템 및 열처리 공정을 위한 열처리로(furnace)가 연속 공정으로 구성되어 고온 금속 산화물 초전도 선재를 형성하는 인라인 시스템의 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예로서, 연속 공정의 리모트 플라즈마 소오스를 이용한 고온 초전도 선재의 열처리 시스템의 개략 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예로서, 연속 공정의 열처리로의 상세 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예로서, 쿨링 드럼(cooling drum)을 갖는 고온 초전도 선재 생산을 위한 연속 공정의 인라인 시스템의 개략 단면도이다.1 is a cross-sectional perspective view of a second-generation high-temperature superconducting wire made of a metal oxide having a laminate structure on a metal tape wire substrate.
2 is a cross-sectional conceptual view of a reactive co-evaporation (RCE) equipment for forming a second-generation high-temperature superconducting film or wire rod as a prior art.
3 is an experimental example of the present invention, using diatomic oxygen (O 2 ) and monoatomic oxygen (O), a silicon oxide film (SiO 2 ) thickness comparison according to the time and temperature change of the silicon oxidation process is a graph of comparison.
4 is a perspective view of a buffer layer deposition system in a continuous process for forming a template substrate having a laminate structure on a metal tape substrate according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic cross-sectional view of a remote plasma assisted reactive co-evaporation (RPA-RCE) system for forming a high-temperature metal oxide superconducting wire according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic cross-sectional view of an RPA-RCE system having an additional evaporation source for forming a magnetic flux pinning center in a metal oxide high temperature superconducting wire having a plurality of aggregate structures, as an embodiment of the present invention. .
7 is a schematic cross-sectional view of an in-line system for forming a high-temperature metal oxide superconducting wire in which a buffer layer deposition system and an RPA-RCE system are configured in a continuous process according to an embodiment of the present invention.
8 is a schematic cross-sectional view of an in-line system in which a buffer layer deposition system, an RPA-RCE system, and a heat treatment furnace for a heat treatment process are configured in a continuous process to form a high-temperature metal oxide superconducting wire according to an embodiment of the present invention.
9 is a schematic cross-sectional view of a system for heat treatment of a high-temperature superconducting wire using a remote plasma source of a continuous process as an embodiment of the present invention.
10 is a detailed cross-sectional view of a heat treatment furnace in a continuous process as an embodiment of the present invention.
11 is a schematic cross-sectional view of an in-line system in a continuous process for production of a high-temperature superconducting wire having a cooling drum, according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일부 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다. Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to components in each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible even though they are displayed in different drawings.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외한 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.In addition, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. are only for distinguishing the components from other components, and the terms The essence, order, or order of the corresponding components is not limited by the Throughout the specification, when a part 'includes' or 'includes' a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
또한, 명세서에 기재된 '~부', '~모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어이 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as '~ unit' and '~ module' described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.
종래의 기술인 반응성 동시증발법에 의해서 형성된 복수의 복합체로 구성된 초전도 선재는 금속 과잉(metal-rich)이며, 상대적으로 다량의 산소가 결핍된 산소 공공(vacancy) 포함하는 화학량론적 조성비의 제어가 어려운 금속 산화물 복합체이다. 이러한 산소 결핍으로 인해서 전기의 통전을 담당하는 Cu-O 결합의 부족과 비전도성 물질인 희토류계 물질(RE)-O 결합 클러스터가 ~100㎚ 이상으로 형성되어 자속 고정점인 피닝 센터(pinning center)로 기능을 할 수 없다.A superconducting wire composed of a plurality of composites formed by the conventional reactive co-evaporation method is a metal-rich metal, and it is difficult to control the stoichiometric composition ratio including oxygen vacancies that are relatively oxygen-deficient. It is an oxide complex. Due to this oxygen deficiency, the lack of Cu-O bonds responsible for the conduction of electricity and the formation of rare-earth material (RE)-O bond clusters, which are non-conductive materials, with a size of ~100 nm or more, the pinning center, which is the fixed point of magnetic flux. cannot function as
이러한 다량의 산소 결핍에 의한 산소 공공을 갖는 금속 과잉의 산화물 초전도 선재는 다량의 결정 결함(defect)이 발생한다. 복수의 금속 복합체 형성과정에서 각각의 금속(RE/Ba/Cu)-O결합 및 금속(Re/Ba/Cu)-금속(Re/Ba/Cu) 간의 격자상수와 열팽창계수의 차이에 의해서 형성과정 중에 전위(dislocation) 등과 같은 다량의 결정 결합을 포함한다.A large amount of crystal defects occur in the metal-excessive oxide superconducting wire having oxygen vacancies due to such a large amount of oxygen deficiency. Formation process by the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between each metal (RE/Ba/Cu)-O bond and metal (Re/Ba/Cu)-metal (Re/Ba/Cu) in the process of forming a plurality of metal complexes It contains a large amount of crystal bonds such as dislocations in the middle.
따라서, 반응성 동시 증발법에 의해서 형성된 금속 과잉의 복수의 복합체로 구성된 초전도 선재의 성능을 확보하기 위해서 열처리로(furnace) 장비를 이용하여 750~880℃ 범위 내에서 열처리 온도와 이원자 산소(O2) 압력을 변화시켜서 수행해야만 다량의 산소 결핍에 의한 산소 공공을 일부 보상시킬 수 있다. 그러나 추가적인 열처리 공정은 1~2㎛ 두께 범위를 갖는 복수의 복합체로 구성되는 초전도 선재의 표면에서 열에너지에 의한 공급되는 이원자 산소(O2)와 운동에너지 상호 작용이 일어나지만 열에너지가 약하기 때문에 두께에 대해 수직인 깊이 방향으로 충분히 이원자 산소가 침투하지 못한다. 왜냐하면, 이원자 산소는 매우 상호 결합에너지가 매우 강하여 안정한 에너지 상태를 유지하며, 750~880℃ 온도 범위 내에서 열처리 공정이 진행하여도, 결합에너지가 매우 강하여 전반적인 해리 작용이 일어나지 않아서 반응성 동시 증발 공정 초기부터 강한 열과 운동에너지를 갖는 복수의 금속 원자들과 결합할 수 있는 단원자 산소(O)가 충분히 공급되지 못하기 때문이다.Therefore, in order to secure the performance of the superconducting wire composed of a plurality of composites with excess metal formed by the reactive co-evaporation method, the heat treatment temperature and diatomic oxygen (O 2 ) are used within the range of 750 to 880 ° C using a heat treatment furnace equipment. Only by changing the pressure can partly compensate for the oxygen vacancy caused by the large amount of oxygen deficiency. However, in the additional heat treatment process, kinetic energy interaction with diatomic oxygen (O 2 ) supplied by thermal energy occurs on the surface of the superconducting wire composed of a plurality of composites having a thickness of 1 to 2 μm, but the thermal energy is weak. Diatomic oxygen does not penetrate sufficiently in the vertical depth direction. This is because diatomic oxygen maintains a stable energy state due to its very strong mutual bond energy, and even if the heat treatment process is performed within the temperature range of 750 to 880 ° C, the binding energy is very strong and the overall dissociation action does not occur. This is because monoatomic oxygen (O) that can combine with a plurality of metal atoms having strong heat and kinetic energy is not sufficiently supplied.
통상적으로, 비활성 가스인 이원자 수소(H2) 및 질소(N2) 가스는 1400℃의 고온에서 10시간 이상 장시간의 열처리 공정에서 해리되지 않은 강한 결합에너지를 가지고 있어 1200℃ 이상의 고온 MOCVD 장비를 이용한 280㎚ 이하의 AlGaN-계 UVC-LED 에피택셜 성장에서 캐리어 가스로 사용된다. 단원자 질소(N) 소오스는 고순도(6N) NH3 가스가 사용되며, 400℃부터 해리가 되어 1000℃에서 충분하게 해리가 된다.In general, diatomic hydrogen (H 2 ) and nitrogen (N 2 ) gases, which are inert gases, have strong binding energy that did not dissociate in a heat treatment process for 10 hours or more at a high temperature of 1400 ° C. Used as carrier gas in AlGaN-based UVC-LED epitaxial growth below 280 nm. As the monoatomic nitrogen (N) source, high purity (6N) NH 3 gas is used, and it is dissociated from 400° C. and is sufficiently dissociated at 1000° C.
이러한 문제를 다소 해결하기 위해서, 이원자 산소(O2)를 높은 압력 분위기에서 장시간의 열처리 공정을 해야 하므로 수율 저하 및 생산성 저하의 문제를 초래한다.In order to somewhat solve these problems, diatomic oxygen (O 2 ) has to be heat-treated for a long time in a high pressure atmosphere, thereby causing problems in yield and productivity.
도 3은 단원자 산소를 사용한 본 발명의 실험예로서, 이원자 산소(O2)와 단원자 산소(O)를 이용하여, 실리콘 산화 공정의 시간과 온도 변화에 따른 형성된 실리콘 산화막(SiO2) 두께 비교의 그래프를 도시한다. 도 3(a)를 참조하면, 760torr 분위기에서 실리콘 웨이퍼를 건식 산화(dry oxidation) 공정의 산화시간에 따른 SiO2 산화막의 두께 변화를 보여주는 것으로서, 800℃ 산화 온도에서 8시간이 진행될 때, 약 300Å 두께가 형성된다. 이러한 결과는 이원자 산소는 강한 결합에너지를 가지고 있기 때문에 상기 산화 온도에서는 해리가 거의 일어나지 않기 때문이다.3 is an experimental example of the present invention using monoatomic oxygen, using diatomic oxygen (O 2 ) and monoatomic oxygen (O), the silicon oxide film (SiO 2 ) thickness formed according to the time and temperature change of the silicon oxidation process A graph of the comparison is shown. Referring to FIG. 3( a ), it shows the change in the thickness of the SiO 2 oxide film according to the oxidation time of the dry oxidation process of the silicon wafer in the 760 torr atmosphere. When the oxidation temperature of 800 ° C. for 8 hours proceeds, about 300 Å thickness is formed. This result is because dissociation hardly occurs at the oxidation temperature because diatomic oxygen has a strong binding energy.
산화 온도가 900℃에서 4시간이 산화 시간일 때, SiO2 산화막의 두께는 약 900Å으로 산화 온도의 증가에 따른 상대적으로 높은 열에너지가 실리콘 표면에 전달되어 산소 해리가 많이 일어난다.When the oxidation temperature is 900° C. and the oxidation time is 4 hours, the thickness of the SiO 2 oxide film is about 900 Å. As the oxidation temperature increases, relatively high thermal energy is transferred to the silicon surface, and oxygen dissociation occurs a lot.
도 3(b)를 참조하면, 단원자 산소(O) 결합을 하고 있는 H2O를 이용한 실리콘 웨이퍼의 습식 산화(wet oxidation) 공정의 산화 시간 및 온도에 따른 SiO2 산화막의 두께 변화를 보여준다. 920℃ 산화 온도에서, 30분의 산화시간 동안 약 1000Å의 두께를 갖는 SiO2 산화막이 형성된다. 이는 H2O 결합에너지가 약하기 때문에 동일한 산화 온도에서도 실리콘 표면에서 해리된 단원자 산소(O)가 충분히 제공되기 때문이다.Referring to FIG. 3(b), a change in the thickness of the SiO 2 oxide film according to the oxidation time and temperature of a wet oxidation process of a silicon wafer using H 2 O having a monoatomic oxygen (O) bond is shown. At an oxidation temperature of 920° C., an SiO 2 oxide film having a thickness of about 1000 Å was formed during an oxidation time of 30 minutes. This is because, since the H 2 O binding energy is weak, monoatomic oxygen (O) dissociated from the silicon surface is sufficiently provided even at the same oxidation temperature.
결합에너지 또는 결합엔탈피는 화학 결합의 세기를 측정하는 방식으로, 결합에너지는 기체 상태의 해리 에너지, 즉 기체 상태의 원자 1몰의 공유 결합을 끊어서 구성입자(원자 또는 이온)로 만드는데 필요한 에너지이다. 같은 종류의 분자에서 같은 종류의 결합을 끊는데 필요한 에너지는 항상 동일하고, 결합에너지가 클수록 분자의 에너지 준위가 더 낮아지고, 따라서 더 안정하다. 또한 상기 결합에너지는 결합의 세기를 나타내는 척도이며, 결합이 강할수록 결합을 끊는데 에너지가 많이 들기 때문이고 결합에너지는 결합이 강할수록, 극성이 클수록, 단일결합보다는 다중 결합일수록 증가한다.Binding energy or binding enthalpy is a method of measuring the strength of a chemical bond, and the binding energy is the dissociation energy of the gaseous state, that is, the energy required to break the covalent bond of 1 mole of atoms in the gaseous state to form constituent particles (atoms or ions). The energy required to break a bond of the same kind in a molecule of the same kind is always the same, and the higher the binding energy, the lower the energy level of the molecule, and therefore more stable. In addition, the binding energy is a measure of the strength of the bond, because the stronger the bond, the more energy it takes to break the bond, and the binding energy increases as the bond becomes stronger, the polarity increases, and the more multiple bonds than single bonds.
따라서, 본 발명에서 종래의 이원자 산소(O2)의 사용에 따른 금속 과잉(metal-rich) 및 산소 결핍에 의한 다량의 산소 공공을 포함하는 복수의 복합체로 구성된 금속 산화물 초전도 선재의 성능 향상과 생산성 향상을 위해서 리모트 플라즈마를 이용하여 여기된 단원자 산소(O)를 공급하는 리모트 플라즈마 발생장치를 포함하는 반응성 동시 증착 시스템을 제공한다.Therefore, in the present invention, the performance and productivity of a metal oxide superconducting wire composed of a plurality of composites including a large amount of oxygen vacancies due to metal-rich and oxygen deficiency according to the use of conventional diatomic oxygen (O 2 ) For improvement, a reactive simultaneous deposition system including a remote plasma generator for supplying excited monoatomic oxygen (O) using a remote plasma is provided.
도 4는 본 발명의 실시예로서, 금속 테이프 선재 기판상부에 적층 구조의 버퍼층을 갖는 템플레이트 기판을 형성하기 위한 버퍼층 증착 시스템(300)을 도시한다.4 shows a buffer
본 발명은 금속 테이프 선재 기판에서부터 적층 구조의 버퍼층을 갖는 템플레이트 기판 형성까지의 모든 공정이 진공 상태에서 장비 간 연결되는 슬릿의 간격을 제어하여 서로 다른 분압을 제어하면서 연속으로 진행되는 장 선재의 성능 향상시키고 효과적인 생산성 제어를 통한 수율 향상을 제공한다.The present invention improves the performance of long wire rods in which all processes from the metal tape wire substrate to the formation of a template substrate having a buffer layer of a laminated structure are continuously performed while controlling the different partial pressures by controlling the spacing of the slits connected between equipment in a vacuum state and provide yield improvement through effective productivity control.
상기 버퍼층 증착 시스템(300)은 금속 테이프 선재 기판을 인출하는 인출부(310), 적층 구조의 버퍼층을 포함하는 템플레이트 기판을 회수하는 회수부(380), 상기 인출부에서 인출된 금속 테이프 선재 기판에 확산 방지층(Al2O3)을 형성하는 스퍼터(320, 330), 상기 확산 방지층 상부에 씨드막(Y2O3)을 형성하는 스퍼터(340), 상기 씨드층 상부에 얇은 MgO층을 형성하는 이온빔보조증착기(IBAD, 350), 상기 IBAD-MgO 상부에 호모 에피(homo-epi) MgO층을 형성하는 전자빔 증착기(360) 및 상기 호모 에피 MgO 상부에 LMO(LaMnO) 스트레인 정합층을 형성하는 스퍼터(360)를 포함한다.The buffer
상기 적층 구조의 산화물로 구성된 버퍼층(이하 '템플레이트 기판'이라 함)은, 반응성 동시 증발(RCE: Reactive Co-Evaporation), PLD(Pulse Laser Deposition), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapour Deposition) 또는 MOD(Metal Organic Deposition) 장비를 이용할 수 있다. 금속 산화물 초전도 선재의 구조적, 물리적, 화학적, 전기적 특성은 제2의 기판으로 사용되는 템플레이드 기판의 물성 및 표면 상태에 의존하여 결정된다. 따라서, 특히 상기 적층 구조의 버퍼층을 갖는 템플레이트 기판에서, IBAD(Ion Beam Assisted Deposition)-MgO층의 2축 정렬의 배향성에 의해서 호모 에피 MgO층의 배향성이 결정되며, 이러한 2축 정렬의 배향성은 LMO(LaMnO, CeO2, LaSiO3) 스트레인 정합층까지 전파된다.The buffer layer (hereinafter referred to as a 'template substrate') composed of the oxide of the stacked structure is formed by reactive co-evaporation (RCE), Pulse Laser Deposition (PLD), Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), or Metal (MOD). Organic Deposition) equipment can be used. The structural, physical, chemical, and electrical properties of the metal oxide superconducting wire are determined depending on the physical properties and surface state of the template substrate used as the second substrate. Therefore, in particular, in the template substrate having the buffer layer of the stacked structure, the orientation of the homo-epi MgO layer is determined by the orientation of the biaxial alignment of the Ion Beam Assisted Deposition (IBAD)-MgO layer, and the orientation of the biaxial alignment is the LMO. (LaMnO, CeO2, LaSiO3) The strain propagates to the matching layer.
상기 2축 정렬의 배향성을 갖는 템플레이트 기판은 금속 산화물 초전도 선재의 초기 2축 정렬의 배향성에 막대한 영향을 주기 때문에, RPA-RCE 시스템을 이용하여 복수의 금속 산화물 복합체 구조의 초전도 선재를 형성하기 이전에, 상기 템플레이트 상부에 형성된 LMO(LaMnO)층 표면에 리모트 플라즈마 발생부에서 여기된 단원자 산소(O)를 비활성 캐리어 가스와 함께 공급하여 산소 과잉(oxygen-rich)을 형성한 후, 600~900℃ 범위 내에서 열처리 공정을 수행하면 2축 정렬의 배향 결정성을 회복된다.Since the template substrate having the biaxial alignment orientation greatly affects the initial biaxial alignment orientation of the metal oxide superconducting wire, before forming the superconducting wire having a plurality of metal oxide composite structures using the RPA-RCE system , After forming oxygen-rich by supplying monoatomic oxygen (O) excited from the remote plasma generator to the surface of the LMO (LaMnO) layer formed on the upper part of the template together with an inert carrier gas, 600 ~ 900 ℃ If the heat treatment process is performed within the range, the orientation crystallinity of the biaxial alignment is restored.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 산화물 초전도 선재의 성능 및 수율, 생산속도 등의 생산성 향상을 갖는 금속 산화물 초전도을 형성시키기 위한 RPA-RCE 장비의 개략 단면도이다.5 is a schematic cross-sectional view of RPA-RCE equipment for forming a metal oxide superconductor having improved productivity such as performance, yield, and production speed of an oxide superconducting wire as an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 RPA-RCE 시스템은, 적층 구조의 버퍼층을 포함하는 템플레이트 기판 인출부(10), 상기 템플레이트 기판상에 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재 형성을 위한 증착부(100) 및 상기 증착부에서 형성된 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재 회수부(20)로 구성되며, 상기 템플레이트 기판의 인출부(10) 및 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재 회수부(20)는 일 방향으로 외부와 연결된 통로의 슬릿(11, 101, 102, 21)의 폭, 길이, 높이 등으로 면적을 조절하여 서로 다른 진공(압력) 분위기에서도 연속 공정이 가능하도록 구성되고, 상기 템플레이트 기판(1) 상에 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재(2)를 형성하는 증착영역(121)은 반응성 동시 증발 챔버(150)로 구성되며, 상기 증착 챔버 구성(100)에서 상기 인출부(10)에서 제공된 템플레이트 기판상에 금속 산화물 초전도 선재 형성을 위한 장축의 긴 템플레이트 기판의 일 방향으로 이동시키도록 형성되되, 릴(105a, 105b) 각각의 중심을 기준으로 장축 방향의 이송부(105); 상기 템플레이트 기판(1) 상의 증착영역(121); 상기 증착영역(121)에 대향하여 평행하게 배치되고, 상기 증착영역(121)에 상기 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재(2)를 형성시키는 금속 증기를 증착영역에 수직 방향으로 증발시키는 복수의 금속 도가니(151(a), 151(b), 151(c))를 포함하는 전자빔 공급부 및 금속 증기의 균일한 두께 형성을 제어하기 위한 수정진동자(103)가 배치되며, 상기 반응성 동시 증착 챔버(150)와 외부에서 연결되고, 상기 템플레이트 기판상의 증착영역에 여기된 단원자 산소(O, 260)를 제공하는 플라즈마 발생부(200)를 포함한다.The RPA-RCE system according to the present invention includes a template substrate lead-out
전자빔 발생부의 전압은 10kV에서 100kV 범위 내이며, 더욱 상세하게는 10~50kV 범위이고, 초전도 막 또는 초전도 선재를 구성하는 금속 소오스에 비례하여 복수의 도가니를 포함한다.The voltage of the electron beam generator is in the range of 10 kV to 100 kV, more specifically, in the range of 10 to 50 kV, and includes a plurality of crucibles in proportion to the metal source constituting the superconducting film or the superconducting wire.
도 5를 참조하면. 템플레이트 기판(1) 이송부(105)를 포함하는 증착영역(121)의 압력이 전자빔 발생부보다 높은 공간적으로 이격된 배치 구조를 형성한다.Referring to Figure 5. The pressure of the
여기된 단원자 산소(260)를 제공하는 리모트 플라즈마 발생부(200)는 반응성 동시 증발 챔버 내에서 직접적으로 플라즈마를 발생시키지 않고, 이격된 거리에 배치되어 있으며, 템플레이트 기판상의 증착영역(121)에 주입되어 전자빔 발생부에 의해 형성되어 증착영역(121) 표면상에 원형 또는 타원형의 입체 궤적(153)를 갖는 금속 증기(152)와 결합하여 금속 산화물 초전도 막 또는 초전도 선재(2)를 형성한다. The remote
상기 리모트 플라즈마 발생부(200)는 RF 발생기(210)와 임피턴스 매칭 네트워크(220) 및 플라즈마 챔버(230)로 구성되며, 여기된 단원자 산소(O)(260) 균일하게 증착영역으로 주입시키기 위해서 노즐 분사의 제1 인젝션 장치(240)와 메시판 상부에 콘씨드(corn seeds)로 구성된 제2 인젝션 장치(250)로 구성된다. 상기 제1 또는 제2 인젝션 장치는 동시 또는 별도로 구성된다. 상기 RF 발생기의 주파수는 13.56MHz에서 100MHz 범위이며, 더욱 상세하게는 13.56HMz에서 60MHz 범위이다.The
여기된 단원자 산소(O) 인젝션 장치는 증착영역 중심 또는 증착영역을 포함하는 이격된 거리에 배치되고, 샤워 헤드 형, 원형, 및 일정 각을 갖는 다각형 구조로 구성되며, 증착영역과 평형, 수직, 일정 방향의 각으로 주입 또는 분사되는 것을 특징으로 한다.The excited monoatomic oxygen (O) injection device is arranged at a distance from the center of the deposition area or at a distance including the deposition area, and has a shower head type, circular, and polygonal structure with a certain angle, and is parallel and perpendicular to the deposition area. , characterized in that it is injected or injected at an angle in a certain direction.
상기 증착영역에서 금속 소오스에서 형성된 고에너지를 갖는 금속 원자와 결합하는 산소 공급원으로, 반응성 보조 동시 증착시스템과 일정하게 이격되어 배치된 H2O 버블링 장치에 의해서 약 95℃ 가열온도에서 기화된 H2O 증기 가스를 산소 공급원으로 하여 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 선재를 형성하는 것을 제공하며, 성능과 생산성 및 신뢰성에 확보를 위해서 고순도 이원자 산소 및 단원자 산소 가스를 일정한 유량차이를 두고 동시 또는 병행하여 제공할 수 있다. H vaporized at a heating temperature of about 95° C. by an H 2 O bubbling device that is spaced apart from the reactive auxiliary simultaneous deposition system as an oxygen source that combines with metal atoms having high energy formed in the metal source in the deposition region. Provides the formation of a metal oxide superconducting film or a metal oxide wire using 2 O vapor gas as an oxygen source, and simultaneously or in parallel with high purity diatomic oxygen and monoatomic oxygen gas with a certain flow rate difference in order to secure performance, productivity and reliability can be provided.
도 6은 본 발명의 다른 실시예로서, 임계전류(critical current)의 성능 향상을 위한 자속 고정점(pinning center)을 갖는 금속 산화물 초전도 선재를 형성시키기 위한 금속 증발원으로 오믹 히팅원(ohmic heating source)을 갖는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템이다.6 is an ohmic heating source as a metal evaporation source for forming a metal oxide superconducting wire having a magnetic flux pinning center for improving critical current performance as another embodiment of the present invention; It is a remote plasma-assisted reactive co-deposition system with
상기 오믹 히팅원 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템은, 도 5의 RPA-RCE 시스템에 오믹 히팅원(ohmic heating source)이 더 포함된다.The ohmic heating source remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system further includes an ohmic heating source in the RPA-RCE system of FIG. 5 .
상기 오믹 히팅원(170, 172)은 전자빔 공급부와 수평방향으로 소정의 이격 거리와 수직 방향으로 놓여져 있는 증착영역(121)과 소정의 각도로 배치되며 오믹 히팅원의 인출부 부근에 셔터(171)를 포함한다.The
상기 오믹 히팅원은 증착영역에서 자속 고정점을 갖는 형성되는 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재의 물리적, 화학적, 전기적 성능 및 두께 균일도에 의한 생산성을 향상시키기 위하여 단일 또는 복수 개가 배치된다.The ohmic heating source is arranged singly or in plurality in order to improve the productivity by the physical, chemical and electrical performance and thickness uniformity of the metal oxide superconducting film or the metal oxide superconducting wire formed having a magnetic flux fixed point in the deposition region.
상기 자속 고정점을 형성하기 위한 금속 증발원은 오믹히팅원으로 한정되지 않으며 유도가열, 저항가열 및 레이저 증착방식이 사용될 수 있는데, 상기 자속고정점을 형성하기 위해서 상대적으로 낮은 증착률을 갖는 방식이 효과적이며, 상기 증발원 앞에 초파(chopper)를 설치하여 정밀한 증착률 제어가 가능하다.The metal evaporation source for forming the magnetic flux anchoring point is not limited to an ohmic heating source, and induction heating, resistance heating, and laser deposition methods may be used. In order to form the magnetic flux anchoring point, a method having a relatively low deposition rate is effective. And, by installing a chopper in front of the evaporation source, it is possible to precisely control the deposition rate.
이퓨젼 셀(effusion cell)과 같은 오믹 히팅원은 균일한 두께 균일도의 자속 고정점(pinning center)을 형성하는 금속 및 금속 산화물을 ReBaCuO, YBaCuO의 금속 산화물 복합체로 구성된 초전도 막 또는 초전도 선재의 형성 초기부터 균일한 형상, 크기, 밀도 및 방향을 제어하여 높은 임계전류밀도의 성능을 구현할 수 있다.An ohmic heating source such as an effusion cell is a superconducting film composed of a metal oxide complex of ReBaCuO and YBaCuO or a superconducting wire that forms a metal and metal oxide forming a magnetic flux pinning center with uniform thickness uniformity. It is possible to realize the performance of high critical current density by controlling the uniform shape, size, density and direction.
오믹 히팅원은 이퓨젼 셀에 의해서 발생한 금속 원자를 공급하여 REBaCuO 또는 YBaCuO 금속 산화물으로 구성된 초전도 선재의 형성 초기부터 형상, 크기, 밀도, 방향을 균일하게 제어하여, 희토류 원소 또는 바륨과 결합한 수 ㎚에서 수십 ㎚ 크기를 갖는 자속 고정점을 제공한다.The ohmic heating source supplies metal atoms generated by the fusion cell to uniformly control the shape, size, density, and direction from the beginning of the formation of the superconducting wire composed of REBaCuO or YBaCuO metal oxide. A magnetic flux anchoring point having a size of several tens of nm is provided.
또한, 상기 초전도 선재내에 균일한 형상, 크기, 밀도 및 크기를 갖는 자속 고정점을 제어 및 형성시키기 위해서 리모트 플라즈마 소오스에서 공급되는 운동 에너지가 활발한 단원자 산소를 충분하게 공급하여 산소 결핍에 의한 산소 공공을 효과적으로 제어하여 양질의 자속 고정점을 갖는 초전도 막 또는 초전도 선재를 제공한다.In addition, in order to control and form a magnetic flux fixing point having a uniform shape, size, density, and size in the superconducting wire, monoatomic oxygen with active kinetic energy supplied from the remote plasma source is sufficiently supplied to cause oxygen vacancy due to oxygen deficiency. to provide a superconducting film or a superconducting wire having a high-quality magnetic flux fixing point by effectively controlling the
도 7은 본 발명의 다른 실시예로서, 버퍼층 증착 시스템과 RPA-RCE 시스템이 연속 공정으로 구성된 금속 산화물 초전도 선재 형성을 위한 인라인 시스템(in-line system) 개념도이다.FIG. 7 is a conceptual diagram of an in-line system for forming a metal oxide superconducting wire in which a buffer layer deposition system and an RPA-RCE system are continuous processes according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 인라인 시스템은, 금속 테이프 선재 기판(1)의 인출부(10), 상기 인출부(10)에서 인출된 금속 테이프 기판(1) 상부에 적층 구조의 버퍼층을 포함하는 템플레이트 기판 형성을 위한 버퍼층 증착 시스템(300)과 상기 템플레이트 기판상부에 복수의 금속 집합체를 포함하는 금속 산화물 초전도 선재(2)를 형성하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템(100) 및 형성된 초전도 선재(2)를 회수하는 회수부(20)로 구성된다.The in-line system of the present invention is for forming a template substrate including a buffer layer of a stacked structure on the lead-out
상기 인출부(10), 상기 버퍼층 증착 시스템(300), 상기 RPA-RCE 시스템(100) 및 상기 회수부(20)는 연속적으로 외부와 연결된 슬릿(11, 301, 302, 101, 102, 21)의 폭, 길이, 높이 등으로 면적을 조절하여 서로 다른 진공 분위기에서도 연속 공정이 가능하도록 구성된다.The
상기 인라인 시스템(500)은 적층 구조의 버퍼층을 갖는 템플레이트 기판(303) 형성시키기 위한 버퍼층 증착 시스템(300)이 연속으로 연결되어, 2축 정렬의 배향 결정성을 유지하며, 상기 RPA-RCE 시스템에 직접 공급됨으로써, 외부 노출에 대한 템플레이트 기판(303)의 손상을 최소화시켜 진공 분위기에서 초전도 선재(2)를 형성할 수 있어서, 성능 개선 및 생산 속도를 향상시켜 생산수율 및 제조 비용 절감을 할 수 있다.In the inline system 500, the buffer
도 8은 본 발명의 다른 실시예로서, 버퍼층 증착 시스템(300)과 RPA-RCE 시스템(100) 및 열처리로(400)가 연속 공정으로 구성된 금속 산화물 초전도 선재 형성을 위한 인라인 시스템이다. 8 is an in-line system for forming a metal oxide superconducting wire in which the buffer
도 8을 참조하면, 금속 테이프 선재 기판(1)의 인출부(10), 상기 인출부(10)에서 인출된 금속 테이프 선재 기판(1) 상부에 적층 구조의 버퍼층을 포함하는 템플레이트 기판 형성을 위한 버퍼층 증착 시스템(300)과 상기 템플레이트 기판(303) 상부에 복수의 금속 집합체를 포함하는 금속 산화물 초전도 선재(2)를 형성하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템(100) 및 형성된 초전도 선재(2)를 회수하는 회수부(20)로 구성되며, 상기 인출부(10), 상기 버퍼층 증착 시스템(300), 상기 RPA-RCE 시스템(100)과 상기 열처리로(400) 및 상기 회수부(20)는 연속적으로 외부와 연결된 슬릿[(11, 301, 302, 101, 102, 401, 402, 21)의 폭, 길이, 높이 등으로 면적을 조절하여 서로 다른 진공 분위기에서도 연속 공정이 가능하도록 구성된다.Referring to FIG. 8 , for forming a template substrate including a buffer layer having a stacked structure on the lead-out
도 9는 본 발명의 다른 실시예로서, 연속 공정의 리모트 플라즈마 소오스를 이용한 고온 금속 산화물 초전도 선재의 열처리 시스템의 구성 개념도이다.9 is a schematic diagram of a system for heat treatment of a high-temperature metal oxide superconducting wire using a remote plasma source of a continuous process as another embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 금속 테이프 선재 기판을 인출하는 인출부(10), 고온 초전도 선재에 대한 회수부(20), 금속 테이프 선재 기판상에 적층 구조의 버퍼층인 2축 정렬의 배향성을 갖는 템플레이트 기판을 형성하는 버퍼층 증착 시스템(미도시)과 상기 템플레이트 기판상에 자속 고정점을 포함하는 금속 산화물 초전도 선재를 형성하는 반응성 동시 증발 또는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템(100), 및 리모트 플라즈마 소오스를 이용한 금속 산화물 고온 초전도 선재의 열처리로(400)로 구성된다.Referring to FIG. 9 , a template substrate having a biaxial alignment orientation that is a buffer layer of a laminated structure on a metal tape wire substrate, a
연속 공정을 위한 프로세스1 모듈(PM1), 프로세스2 모듈(PM2) 및 프로세스3 모듈(PM3)로 구성되며, 일련의 서로 다른 금속 산화물로 진공 상태에서 형성 공정이 진행되어야 하므로 각각의 블록을 제작하여 슬릿의 폭, 길이, 높이 등으로 면적을 조절하여 서로 다른 진공 분위기에서도 연속 공정이 가능하도록 구성하여 효과적인 생산라인을 제공한다.It consists of a
상기 열처리로(400)에서 금속 산화물 초전도 선재의 효과적인 열처리 공정을 위한 여기된 단원자 산소를 제공하는 리모트 플라즈마 소오스를 포함되며, 고순도(99.9999%) 이원자 산소(O2)를 단원자 산소(O)의 여기원으로 사용된다.A remote plasma source for providing excited monoatomic oxygen for an effective heat treatment process of the metal oxide superconducting wire in the
도 10은 연속 공정의 리모트 플라즈마 소오스를 이용한 고온 초전도 선재의 열처리 시스템에 대한 상세 구성도이다.10 is a detailed configuration diagram of a heat treatment system for a high-temperature superconducting wire rod using a remote plasma source of a continuous process.
도 10을 참조하면, 프로세스 모듈이 PM2와 PM3 사이에 연속 공정이 가능하도록 열처리로-1과 열처리로-2로 배치되며 각각 드라이 펌프(P-1, P-2)로 연결되어 공정 압력을 독립적으로 제어한다. 상기 열처리로-1은 열처리로-2의 온도 변화를 최소화시키기 위해서 질량유량계(MFC)가 연결된 이원자 질소(N2)와 산소(O2) 및 아르곤(Ar) 가스를 공급하여 주변 온도 분위기를 최대한 유지한다.Referring to FIG. 10 , the process module is arranged as a heat treatment furnace-1 and a heat treatment furnace-2 to enable a continuous process between PM2 and PM3, and is connected to each of the dry pumps P-1 and P-2 to independently control the process pressure. control with The heat treatment furnace-1 supplies diatomic nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), and argon (Ar) gas to which a mass flow meter (MFC) is connected in order to minimize the temperature change of the heat treatment furnace-2 to maximize the ambient temperature atmosphere. keep
또한, 상기 열처리로-2는 초전도 선재의 일 방향의 수직 방향으로 이격된 거리에 10~80o 범위의 기울기를 가지고 배치되고, 초전도 선재의 일 방향과 수평으로 배치되는 리모트 플라즈마 소오스에서 여기된 단원자 산소를 공급하고 고순도 이원자 산소 및 질소 가스를 캐리어 가스로 사용한다. In addition, the heat treatment furnace-2 is arranged with a slope in the range of 10 to 80 o at a distance vertically spaced apart in one direction of the superconducting wire, and a unit excited from a remote plasma source disposed horizontally in one direction of the superconducting wire Autogenous oxygen is supplied and high-purity diatomic oxygen and nitrogen gas are used as carrier gases.
상기 도시된 리모트 플라즈마 소오스와 캐리어 가스로 사용되는 고순도 이원자 산소와 질소의 위치는 금속 산화물 초전도 일 방향에 따라서 상(上)/하(下)의 배치가 바뀔 수가 있으며, 배치 자체가 고정되어 있는 것은 아니다.The positions of the high-purity diatomic oxygen and nitrogen used as the remote plasma source and carrier gas shown above can be changed according to one direction of metal oxide superconductivity, and the arrangement itself is fixed. no.
상기 열처리 시스템은 3가지 영역으로 공정 온도와 각각의 공정영역에서 온도계(TC1, TC2, TC3)가 배치되어 온도 제어기를 통하여 각각의 영역을 독립적으로 제어하며, 더욱 상세한 온도 제어를 위해서 공정영역을 3개 이상으로 확장 가능하며, 금속 산화물 초전도 선재의 성능이 확보되는 범위의 길이 내에서 제한되고 그에 따른 열처리로(furnace-1 & 2)의 길이와 폭이 결정된다.The heat treatment system is divided into three zones, each with a process temperature and a thermometer (TC1, TC2, TC3) disposed in each process zone to independently control each zone through a temperature controller, and divide the process zone into 3 process zones for more detailed temperature control. It can be expanded to more than one, and the performance of the metal oxide superconducting wire is limited within the range in which the performance is secured, and the length and width of the heat treatment furnaces (furnace-1 & 2) are determined accordingly.
상기 리모트 플라즈마 소오스는 RF 발생기(210), 임피던스 매칭네트워크(220) 및 플라즈마 챔버(230)로 구성되며 상기 여기된 단원자 산소를 공정 열처리로-2에 주입할 수 있는 분사방식의 노즐로 구성된다.The remote plasma source is composed of an
도 11은 본 발명의 다른 실시예로서, 쿨링 드럼(cooling drum)을 갖는 금속 산화물 초전도 선재의 연속 생산 공정의 인라인 시스템의 개념도이다.11 is a conceptual diagram of an in-line system of a continuous production process of a metal oxide superconducting wire having a cooling drum as another embodiment of the present invention.
도 11를 참조하면, 금속 테이프 선재 기판을 인출하는 인출부(10), 고온 초전도 선재에 대한 회수부(20)로 구성되며, 금속 기판상에 적층 구조의 버퍼층인 2축 정렬의 배향성을 갖는 템플레이트 기판을 형성하는 버퍼층 증착 시스템(미도시)과 상기 템플레이트 기판상에 금속 증발원에 의해 형성된 자속 고정점을 포함하는 금속 산화물의 고온 초전도 선재를 형성하는 반응성 동시 증발 또는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템(100) 및 리모트 플라즈마 소오스를 이용한 금속 산화물 초전도 선재의 열처리 시스템(400)과 상기 금속 산화물 초전도 선재를 효과적으로 냉각시키기 위한 쿨링 드럼을 포함한다.Referring to FIG. 11 , a template having a biaxial alignment orientation, which is a buffer layer of a stacked structure on a metal substrate, is composed of a lead-out
연속 공정을 위한 프로세스1 모듈(PM1), 프로세스2 모듈(PM2) 및 프로세스3 모듈(PM3) 및 상기 PM3와 연결된 쿨링 드럼 시스템으로 구성되며, 일련의 서로 다른 금속 산화물로 진공 상태에서 형성 공정이 진행되어야 하므로 각각의 블록을 제작하여 슬릿의 폭, 길이, 높이 등으로 면적을 조절하여 서로 다른 진공 분위기에서도 연속 공정이 가능하도록 구성하여 효과적인 생산라인을 제공한다.It consists of a
상기 쿨링 드럼 시스템(900)은 쿨링 드럼(910)과 쿨림 드럼 내부의 순환되는 냉각수 라인(920)으로 열처리된 금속 산화물 초전도 선재를 효과적으로 냉각시킨다.The
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예의 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예이 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of this embodiment, and various modifications and variations will be possible by those skilled in the art to which this embodiment belongs without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are for explanation rather than limiting the technical spirit of the present embodiment, and the scope of the technical spirit of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of this embodiment should be interpreted by the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present embodiment.
10: 인출부 20: 회수부
11, 101, 102, 21: 슬릿 100: 증착부
150: 증착 챔버 151: 금속 소오스 공급부
200: 리모트 플라즈마 발생부 210: RF 발생기
220: 임피턴스 매칭 네트워크 230: 플라즈마 챔버
240: 제1 인젝션 장치 250: 제2 인젝션 장치
260: 단원자 산소10: withdrawal unit 20: recovery unit
11, 101, 102, 21: slit 100: vapor deposition unit
150: deposition chamber 151: metal source supply unit
200: remote plasma generator 210: RF generator
220: impedance matching network 230: plasma chamber
240: first injection device 250: second injection device
260: monoatomic oxygen
Claims (29)
템플레이트 기판을 인출하는 인출부(10);
상기 템플레이트 기판상에 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 증착하는 증착부(100);
상기 증착부에서 형성된 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 회수하는 회수부(20) 및
서로 다른 진공 분위기에서도 연속 공정이 가능하도록 상기 인출부, 증착부 및 회수부의 외부 연결 통로의 폭, 길이, 높이를 조절하는 복수의 슬릿(11, 101, 102, 21)을 포함하되,
상기 증착부는, 반응성 동시 증착 챔버(150)로 구성되고,
상기 인출부에서 제공된 템플레이트 기판상에 금속 산화물 형성을 위한 장축의 긴 템플레이트 기판을 일 방향으로 이동시키도록 형성하되, 릴 각각의 중심을 기준으로 장축 방향으로 이동시키는 이송부(105);
금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 구성하는 금속 원자를 증착영역으로 증발시켜 공급하는 금속 소오스 공급부(151) 및
상기 반응성 동시 증착 챔버 내에서 직접적으로 플라즈마를 발생시키지 않고 이격된 외부에 배치되며, 상기 템플레이트 기판상의 증착 영역에 단원자 산소(O)를 주입하여 금속 원자들과 결합하여 금속 산화물을 형성하는 리모트 플라즈마 발생부(200)을 포함하고,
상기 리모트 플라즈마 발생부는, RF 발생기(210)와 임피턴스 매칭 네트워크(220) 및 플라즈마 챔버(230)로 구성되며, 여기된 단원자 산소(260)를 균일하게 증착영역으로 주입시키기 위해서 노즐 분사의 제1 인젝션 장치(240)와 메시판 상부에 콘씨드(corn seeds)로 구성된 제2 인젝션 장치(250)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.A continuous process remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system for forming a metal oxide superconducting film and a metal oxide superconducting wire, the system comprising:
a lead-out unit 10 for taking out the template substrate;
a deposition unit 100 for depositing a metal oxide superconducting film or a metal oxide superconducting wire on the template substrate;
a recovery unit 20 for recovering the metal oxide superconducting film or the metal oxide superconducting wire formed in the deposition unit; and
A plurality of slits (11, 101, 102, 21) for adjusting the width, length, and height of the external connection passages of the extraction unit, the deposition unit, and the recovery unit to enable a continuous process even in different vacuum atmospheres,
The deposition unit is composed of a reactive simultaneous deposition chamber 150,
a transfer unit 105 formed to move a long template substrate having a long axis for metal oxide formation on the template substrate provided in the lead unit in one direction, and moving in the long axis direction based on the center of each reel;
a metal source supply unit 151 for evaporating and supplying metal atoms constituting the metal oxide superconducting film or the metal oxide superconducting wire to the deposition region; and
Remote plasma that is disposed outside the reactive co-deposition chamber without generating plasma directly, and combines with metal atoms to form metal oxide by injecting monoatomic oxygen (O) into the deposition region on the template substrate Including the generator 200,
The remote plasma generator is composed of an RF generator 210, an impedance matching network 220, and a plasma chamber 230. In order to uniformly inject the excited monoatomic oxygen 260 into the deposition region, the Remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system, characterized in that it comprises a first injection device 240 and a second injection device 250 composed of corn seeds on the mesh plate.
상기 템플레이트 기판상의 증착 영역에 형성되는 금속 산화물 초전도 막 또는 초전도 선재의 결합에너지를 높이는 리모트 플라즈마 열처리로(400)를 더 포함하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.According to claim 1,
The remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system further comprising a remote plasma heat treatment furnace 400 that increases the bonding energy of the metal oxide superconducting film or the superconducting wire formed in the deposition region on the template substrate.
상기 템플레이트 기판은 금속 테이프 선재 기판상부에 확산층, 씨드층, 2축 정렬의 배향층 및 스트레인 제어층의 적층된 구조이며, 상기 템플레이트 기판상에 희토류 원소(RE), Ba, Cu 및 산소 복합체로 구성된 금속 산화물 초전도 막 또는 초전도 선재를 형성하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.According to claim 1,
The template substrate has a stacked structure of a diffusion layer, a seed layer, a biaxial alignment layer, and a strain control layer on a metal tape wire substrate, and is composed of a rare earth element (RE), Ba, Cu and oxygen complex on the template substrate. A remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system, characterized in that a metal oxide superconducting film or a superconducting wire is formed.
상기 템플레이트 기판 이송부를 포함하는 증착영역과 금속 소오스 공급부 영역은 서로 다른 분압에 의해서 공간적으로 이격 배치된 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.According to claim 1,
A remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system, characterized in that the deposition region including the template substrate transfer unit and the metal source supply region are spatially spaced apart by different partial pressures.
상기 리모트 플라즈마 발생부는 고순도 이원자 산소(O2) 또는 N2O 가스가 사용되며, 리모트 플라즈마 발생부에서 반응성 동시 증착 챔버로 주입되는 여기된 단원자 산소는 아르곤(Ar), 질소(N2), 네온(Ne) 또는 크립톤(Kr)을 캐리어 가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.According to claim 1,
The remote plasma generator uses high-purity diatomic oxygen (O 2 ) or N 2 O gas, and the excited monoatomic oxygen injected into the reactive simultaneous deposition chamber from the remote plasma generator is argon (Ar), nitrogen (N 2 ), A remote plasma-assisted reactive co-deposition system, characterized in that neon (Ne) or krypton (Kr) is used as a carrier gas.
템플레이트 기판상의 증착영역내로 주입된 여기 단원자 산소(O)는 이원자 산소(O2)보다 큰 활성화에너지로 금속 원자와 결합하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.According to claim 1,
Excitation monoatomic oxygen (O) injected into the deposition region on the template substrate is combined with metal atoms with an activation energy greater than diatomic oxygen (O 2 ).
상기 리모트 플라즈마 발생부는 RF 발생 소오스와 임피턴스 정합 네트워크 장치로 구성되며, RF 발생 소오스의 주파수는 13.56MHz 내지 100MHz를 사용하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.According to claim 1,
The remote plasma generating unit is composed of an RF generating source and an impedance matching network device, the frequency of the RF generating source is a remote plasma assisted reactive simultaneous deposition system, characterized in that using 13.56 MHz to 100 MHz.
템플레이트 기판을 인출하는 인출부(10);
상기 템플레이트 기판상에 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 증착하는 증착부(100);
상기 증착부에서 형성된 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 회수하는 회수부(20) 및
서로 다른 진공 분위기에서도 연속 공정이 가능하도록 상기 인출부, 증착부 및 회수부의 외부 연결 통로의 폭, 길이, 높이를 조절하는 복수의 슬릿을 포함하되,
상기 증착부는, 반응성 동시 증착 챔버(150)로 구성되고,
상기 인출부에서 제공된 템플레이트 기판상에 금속 산화물 형성을 위한 장축의 긴 템플레이트 기판을 일 방향으로 이동시키도록 형성하되, 릴 각각의 중심을 기준으로 장축 방향으로 이동시키는 이송부((105);
금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 구성하는 금속 원자를 증착영역으로 증발시켜 공급하는 금속 소오스 공급부(151) 및
상기 반응성 동시 증착 챔버 내에서 직접적으로 플라즈마를 발생시키지 않고 이격된 외부에 배치되며, 상기 템플레이트 기판상의 증착 영역에 단원자 산소(O)를 주입하여 금속 원자들과 결합하여 금속 산화물을 형성하는 리모트 플라즈마 발생부(200)을 포함하고,
상기 템플레이트 기판 이송부와 증착영역을 포함하는 증착챔버는 서로 다른 분압에 의해서 공간적으로 이격 배치되며,
상기 리모트 플라즈마 발생부는 상기 템플레이트 기판상의 증착 영역에 단원자 산소를 공급하기 위하여 메시판 상부에 콘씨드(corn seeds)로 구성된 제2 인젝션 장치(250)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.A continuous process remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system for forming a metal oxide superconducting film and a metal oxide superconducting wire, the system comprising:
a lead-out unit 10 for taking out the template substrate;
a deposition unit 100 for depositing a metal oxide superconducting film or a metal oxide superconducting wire on the template substrate;
a recovery unit 20 for recovering the metal oxide superconducting film or the metal oxide superconducting wire formed in the deposition unit; and
A plurality of slits for adjusting the width, length, and height of the external connection passages of the extraction unit, the deposition unit, and the recovery unit to enable continuous processes in different vacuum atmospheres
The deposition unit is composed of a reactive simultaneous deposition chamber 150,
a transfer unit (105) configured to move a long template substrate having a long axis for metal oxide formation in one direction on the template substrate provided in the lead unit, and moving in the long axis direction based on the center of each reel;
a metal source supply unit 151 for evaporating and supplying metal atoms constituting the metal oxide superconducting film or the metal oxide superconducting wire to the deposition region; and
Remote plasma that is disposed outside the reactive simultaneous deposition chamber without generating plasma directly, and combines with metal atoms to form metal oxide by injecting monoatomic oxygen (O) into the deposition region on the template substrate Including the generator 200,
The template substrate transfer unit and the deposition chamber including the deposition region are spatially spaced apart by different partial pressures,
The remote plasma generating unit remote plasma-assisted reactivity simultaneous, characterized in that it comprises a second injection device 250 composed of corn seeds (corn seeds) on the upper mesh plate to supply monoatomic oxygen to the deposition region on the template substrate. deposition system.
상기 템플레이트 기판상의 증착 영역에 형성되는 금속 산화물 초전도 막 또는 초전도 선재의 결합에너지를 높이기 위한 리모트 플라즈마 열처리로(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.10. The method of claim 9,
Remote plasma assisted reactive simultaneous deposition system, characterized in that it further comprises a remote plasma heat treatment furnace 400 for increasing the bonding energy of the metal oxide superconducting film or superconducting wire formed in the deposition region on the template substrate.
상기 템플레이트 기판은 금속 테이프 선재 기판상부에 확산층, 씨드층, MgO, 호모 에피 MgO 및 스트레인 제어층의 적층된 구조이며, 상기 템플레이트 기판상에 희토류 원소(RE), Ba, Cu 및 산소 복합체로 구성된 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 형성하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.10. The method of claim 9,
The template substrate has a stacked structure of a diffusion layer, a seed layer, MgO, homo-epit MgO, and a strain control layer on a metal tape wire substrate, and a metal composed of a rare earth element (RE), Ba, Cu and oxygen complex on the template substrate. A remote plasma assisted reactive co-deposition system for forming oxide superconducting films or metal oxide superconducting wires.
상기 템플레이트 기판 이송부를 포함하는 증착영역과 금속 원자를 제공하는 금속 소오스 공급부 영역은 서로 다른 분압에 의해서 공간적으로 이격 배치된 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.10. The method of claim 9,
A remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system in which the deposition region including the template substrate transfer unit and the metal source supply region providing metal atoms are spatially spaced apart by different partial pressures.
상기 플라즈마 발생부에 의해서 여기되는 단원자 산소(O)는 이원자 산소(O2) 또는 N2O 가스가 사용되며, 플라즈마 발생부에서 반응성 동시 증착 챔버로 주입되는 여기된 단원자 산소(O)는 아르곤(Ar), 질소(N2), 네온(Ne) 또는 크립톤(Kr)을 캐리어 가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.10. The method of claim 9,
Diatomic oxygen (O 2 ) or N 2 O gas is used as the monoatomic oxygen (O) excited by the plasma generator, and the excited monoatomic oxygen (O) injected into the reactive simultaneous deposition chamber from the plasma generator is Argon (Ar), nitrogen (N 2 ), neon (Ne) or krypton (Kr) as a carrier gas, characterized in that the remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system.
템플레이트 기판상의 증착영역내로 주입된 여기 단원자 산소(O)는 이원자 산소(O2)보다 큰 활성화에너지로 금속 원자와 결합하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.10. The method of claim 9,
Excitation monoatomic oxygen (O) injected into the deposition region on the template substrate is combined with metal atoms with an activation energy greater than diatomic oxygen (O 2 ).
상기 리모트 플라즈마 발생부는 RF 발생 소오스와 임피턴스 정합 네트워크 장치로 구성되며, RF 발생 소오스의 주파수는 13.56MHz 내지 100MHz를 사용하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.10. The method of claim 9,
The remote plasma generating unit is composed of an RF generating source and an impedance matching network device, the frequency of the RF generating source is a remote plasma assisted reactive simultaneous deposition system, characterized in that using 13.56 MHz to 100 MHz.
템플레이트 기판을 인출하는 인출부(10);
상기 템플레이트 기판상에 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 증착하는 증착부(100);
상기 증착부에서 형성된 금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 회수하는 회수부(20) 및
서로 다른 진공 분위기에서도 연속 공정이 가능하도록 상기 인출부, 증착부 및 회수부의 외부 연결 통로의 폭, 길이, 높이를 조절하는 복수의 슬릿을 포함하되,
상기 증착부는, 반응성 동시 증착 챔버(150)로 구성되고,
인출부에서 제공된 템플레이트 기판상에 금속 산화물 형성을 위한 장축의 긴 템플레이트 기판을 일 방향으로 이동시키도록 형성되되, 릴 각각의 중심을 기준으로 장축 방향으로 이동시키는 이송부(105);
금속 산화물 초전도 막 또는 금속 산화물 초전도 선재를 구성하는 금속 원자를 증착영역으로 증발시켜 공급하는 금속 소오스 공급부(151) 및
상기 반응성 동시 증착 챔버 내에서 직접적으로 플라즈마를 발생시키지 않고 이격된 외부에 배치되며, 상기 템플레이트 기판상의 증착 영역에 단원자 산소(O)를 주입하여 금속 원자들과 결합하여 금속 산화물을 형성하는 리모트 플라즈마 발생부(200) 및
상기 금속 소오스 공급부와 수평 방향으로 일정한 이격 거리에 배치되어 있는 적어도 하나의 금속 증발원을 포함하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.A continuous process remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system for forming a metal oxide superconducting film and a metal oxide superconducting wire, the system comprising:
a lead-out unit 10 for taking out the template substrate;
a deposition unit 100 for depositing a metal oxide superconducting film or a metal oxide superconducting wire on the template substrate;
a recovery unit 20 for recovering the metal oxide superconducting film or the metal oxide superconducting wire formed in the deposition unit; and
A plurality of slits for adjusting the width, length, and height of the external connection passages of the extraction unit, the deposition unit, and the recovery unit to enable a continuous process even in different vacuum atmospheres,
The deposition unit is composed of a reactive simultaneous deposition chamber 150,
a transfer unit 105 formed to move a long template substrate having a long axis for metal oxide formation on the template substrate provided in the lead unit in one direction, and moving in the long axis direction based on the center of each reel;
a metal source supply unit 151 for evaporating and supplying metal atoms constituting the metal oxide superconducting film or the metal oxide superconducting wire to the deposition region; and
Remote plasma that is disposed outside the reactive co-deposition chamber without generating plasma directly, and combines with metal atoms to form metal oxide by injecting monoatomic oxygen (O) into the deposition region on the template substrate generator 200 and
A remote plasma-assisted reactive simultaneous deposition system comprising at least one metal evaporation source disposed at a predetermined distance from the metal source supply unit in a horizontal direction.
상기 금속 증발원은 유도가열, 저항가열 또는 레이저 조사 가열에 의하여 금속을 증발시키며, 상기 금속 소오스 공급부와 수평방향으로 일정한 이격 거리를 두고 배치되고, 증착영역과 40~60o 각도로 배치된 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.19. The method of claim 18,
The metal evaporation source evaporates the metal by induction heating, resistance heating, or laser irradiation heating, and is disposed at a constant distance from the metal source supply unit in the horizontal direction, and is disposed at an angle of 40 to 60 o from the deposition area. A remote plasma-assisted reactive co-deposition system.
상기 증착부의 증착영역으로 주입된 여기 단원자 산소(O)는 이원자 산소(O2) 보다 활성화에너지가 크며 증착 표면에서 운동에너지에 의해서 자속 고정점을 형성하는 금속 및 상기 금속 산화물 또는 희토류 원소인 이트륨 및 란타늄족을 포함하는 금속 증기들과 동일한 동작 온도에서 상호 결합하는 것을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 보조 반응성 동시 증착 시스템.19. The method of claim 18,
Excited monoatomic oxygen (O) injected into the deposition region of the deposition unit has a greater activation energy than diatomic oxygen (O 2 ) and forms a magnetic flux fixing point by kinetic energy on the deposition surface, and yttrium as the metal oxide or rare earth element and lanthanide-containing metal vapors and mutually coupled at the same operating temperature.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210032936A KR102275410B1 (en) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | Remote Plasma Assisted Reactive Co-Evaporation System for Fabricating Superconductor Wire |
| KR1020210080431A KR102312749B1 (en) | 2021-03-12 | 2021-06-21 | Remote Plasma Assisted Reactive Co-Evaporation System for Fabricating Superconductor Wire |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210032936A KR102275410B1 (en) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | Remote Plasma Assisted Reactive Co-Evaporation System for Fabricating Superconductor Wire |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210080431A Division KR102312749B1 (en) | 2021-03-12 | 2021-06-21 | Remote Plasma Assisted Reactive Co-Evaporation System for Fabricating Superconductor Wire |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102275410B1 true KR102275410B1 (en) | 2021-07-09 |
Family
ID=76865045
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210032936A KR102275410B1 (en) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | Remote Plasma Assisted Reactive Co-Evaporation System for Fabricating Superconductor Wire |
| KR1020210080431A KR102312749B1 (en) | 2021-03-12 | 2021-06-21 | Remote Plasma Assisted Reactive Co-Evaporation System for Fabricating Superconductor Wire |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210080431A KR102312749B1 (en) | 2021-03-12 | 2021-06-21 | Remote Plasma Assisted Reactive Co-Evaporation System for Fabricating Superconductor Wire |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (2) | KR102275410B1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102283721B1 (en) | 2020-12-17 | 2021-07-29 | 김용건 | Wound Retractor for Laparoscopic Surgery |
| KR102293147B1 (en) | 2021-01-22 | 2021-08-25 | 주식회사 건바이오 | Wound Retractor for Laparoscopic Surgery |
| CN114279740A (en) * | 2021-12-27 | 2022-04-05 | 东部超导科技（苏州）有限公司 | Sampling test method without interrupting growth of superconducting tape |
| CN115584473A (en) * | 2022-11-02 | 2023-01-10 | 广东振华科技股份有限公司 | Double-sided electron beam evaporation winding coating device and using method thereof |
| KR102620664B1 (en) | 2023-10-11 | 2024-01-03 | (주)마루엘앤씨 | Device for preventing contamination of chamber windows in pulsed laser deposition |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102593634B1 (en) * | 2023-07-07 | 2023-10-26 | 주식회사 마루엘앤씨 | Wire rod deposition system |
| KR102591747B1 (en) * | 2023-07-07 | 2023-10-23 | 주식회사 마루엘앤씨 | Wire rod deposition system |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080114316A (en) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | 주성엔지니어링(주) | Apparatus for depositing thin film |
| KR20090103635A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-01 | 주식회사 서남 | Superconductor wire inspecting apparatus, method of inspecting for superconductor wire using the same and superconductor wire fabricating apparatus having the same |
| KR20090122171A (en) * | 2007-03-09 | 2009-11-26 | 파나소닉 주식회사 | Deposition apparatus and method for manufacturing film by using deposition apparatus |
| KR101088642B1 (en) * | 2003-06-05 | 2011-12-02 | 수퍼파워, 인크. | Ultravioletuv and plasma assisted metalorganic chemical vapro depostionmocvd system |
| KR101243284B1 (en) | 2009-09-28 | 2013-03-13 | 한국전기연구원 | low temperature thin film deposition mathod using plasma |
| KR20130084639A (en) * | 2012-01-17 | 2013-07-25 | 주식회사 서남 | Superconducting wire and method of forming the same |
| KR20190032077A (en) * | 2017-09-19 | 2019-03-27 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | Remote plasma-based atomic layer deposition system |
| KR20200110604A (en) * | 2019-03-15 | 2020-09-24 | 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 | Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus and non-transitory computer-readable recording medium |
-
2021
- 2021-03-12 KR KR1020210032936A patent/KR102275410B1/en active IP Right Grant
- 2021-06-21 KR KR1020210080431A patent/KR102312749B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101088642B1 (en) * | 2003-06-05 | 2011-12-02 | 수퍼파워, 인크. | Ultravioletuv and plasma assisted metalorganic chemical vapro depostionmocvd system |
| KR20090122171A (en) * | 2007-03-09 | 2009-11-26 | 파나소닉 주식회사 | Deposition apparatus and method for manufacturing film by using deposition apparatus |
| KR20080114316A (en) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | 주성엔지니어링(주) | Apparatus for depositing thin film |
| KR20090103635A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-01 | 주식회사 서남 | Superconductor wire inspecting apparatus, method of inspecting for superconductor wire using the same and superconductor wire fabricating apparatus having the same |
| KR101243284B1 (en) | 2009-09-28 | 2013-03-13 | 한국전기연구원 | low temperature thin film deposition mathod using plasma |
| KR20130084639A (en) * | 2012-01-17 | 2013-07-25 | 주식회사 서남 | Superconducting wire and method of forming the same |
| KR101429553B1 (en) | 2012-01-17 | 2014-09-22 | 주식회사 서남 | Superconducting wire and method of forming the same |
| KR20190032077A (en) * | 2017-09-19 | 2019-03-27 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | Remote plasma-based atomic layer deposition system |
| KR20200110604A (en) * | 2019-03-15 | 2020-09-24 | 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 | Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus and non-transitory computer-readable recording medium |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102283721B1 (en) | 2020-12-17 | 2021-07-29 | 김용건 | Wound Retractor for Laparoscopic Surgery |
| KR102293147B1 (en) | 2021-01-22 | 2021-08-25 | 주식회사 건바이오 | Wound Retractor for Laparoscopic Surgery |
| CN114279740A (en) * | 2021-12-27 | 2022-04-05 | 东部超导科技（苏州）有限公司 | Sampling test method without interrupting growth of superconducting tape |
| CN114279740B (en) * | 2021-12-27 | 2024-02-20 | 东部超导科技（苏州）有限公司 | Sampling test method without interrupting superconducting tape growth |
| CN115584473A (en) * | 2022-11-02 | 2023-01-10 | 广东振华科技股份有限公司 | Double-sided electron beam evaporation winding coating device and using method thereof |
| KR102620664B1 (en) | 2023-10-11 | 2024-01-03 | (주)마루엘앤씨 | Device for preventing contamination of chamber windows in pulsed laser deposition |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102312749B1 (en) | 2021-10-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102275410B1 (en) | Remote Plasma Assisted Reactive Co-Evaporation System for Fabricating Superconductor Wire | |
| KR101119957B1 (en) | Biaxially-textured film deposition for superconductor coated tapes | |
| US7220315B2 (en) | Method of producing polycrystalline thin film and method of producing an oxide superconducting element | |
| KR101429553B1 (en) | Superconducting wire and method of forming the same | |
| WO1998017846A1 (en) | Process for preparing polycrystalline thin film, process for preparing oxide superconductor, and apparatus therefor | |
| US20100065417A1 (en) | Methods for forming superconducting conductors | |
| US20210408359A1 (en) | Superconductor flux pinning without columnar defects | |
| RU2386732C1 (en) | Method of obtaining two-sided superconductor of second generation | |
| JP5292054B2 (en) | Thin film laminate and manufacturing method thereof, oxide superconducting conductor and manufacturing method thereof | |
| JP4131771B2 (en) | Polycrystalline thin film, manufacturing method thereof and oxide superconducting conductor | |
| JP3634078B2 (en) | Oxide superconducting conductor | |
| JP5145109B2 (en) | Method for producing polycrystalline thin film and method for producing oxide superconducting conductor | |
| JPH10231122A (en) | Production of polycrystalline thin film, and production of oxide superconductor, and device for producing polycrystalline thin film | |
| JPH0817253B2 (en) | Method for forming oxide superconducting film | |
| US5362711A (en) | Method for producing single crystal superconducting LnA2 Cu3 O7-x films | |
| JP2639544B2 (en) | Single crystal thin film of LaA Lower 2 Cu 3 Lower O 7 Lower 3 x with three-layer perovskite structure and LaA Lower 2 Cu Lower 3 O Lower 7 Lower 7 x thin film manufacturing method | |
| Shchukin et al. | Approaches to Increasing the Current-Carrying Characteristics in Second-Generation HTSC Tapes | |
| JP2704625B2 (en) | Method for producing LnA lower 2 Cu lower 3 O-low 7-x single crystal thin film and LnA lower 2 Cu lower 3 O lower 7-x thin film having three-layer perovskite structure | |
| JP2000203836A (en) | Production of oxide superconductor | |
| JP3231065B2 (en) | Method of forming oxide superconductor thin film | |
| JP2660246B2 (en) | Superconducting device | |
| KR101456152B1 (en) | Superconductor and method of forming the same | |
| JP4128557B2 (en) | Oxide superconducting conductor | |
| JPH0195575A (en) | Formation of oxide superconducting material | |
| JPH0556281B2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |