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Title:
METHOD FOR PRODUCING A METAL FLAT BASE MATERIAL PARTICULARLY FOR A SUPERCONDUCTING LAYER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/012166
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for producing a metal flat base material for applying a superconducting layer. In order to be able to implement a method of this type in a comparatively cost-effective manner, the invention provides that a metal layer (3) is galvanically produced on a monocrystalline substrate (1), and the metal layer (3), while producing the base material, is removed from the substrate (1). The invention also relates to a base material produced according to said method and to the use thereof.

Inventors:
KRUEGER URSUS (DE)
DE VOGELAERE MARC (DE)
Application Number:
PCT/DE2002/002687
Publication Date:
February 13, 2003
Filing Date:
July 17, 2002
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
KRUEGER URSUS (DE)
DE VOGELAERE MARC (DE)
International Classes:
C23C2/02; C23C2/26; C25D1/00; H01L39/24; (IPC1-7): C23C18/31; H01L39/24
Foreign References:
US5968877A1999-10-19
US5741377A1998-04-21
Other References:
DATABASE WPI Section Ch, Week 200317 Derwent Publications Ltd., London, GB; Class M11, AN 2002-031979 XP002249052 & KR 2001 063 692 A (KOREA INST OF MACHINENRY & MAT), 9. Juli 2001 (2001-07-09) -& US 6 346 181 B1 (KOREA INST OF MACHINERY AND MAT) 12. Februar 2002 (2002-02-12)
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen eines flächenhaften Basismaterials aus Metall zum Aufbringen einer supraleitenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem einkristallinen Substrat (1) eine Metallschicht (3) galvanisch erzeugt wird und die Metallschicht (3) unter Gewinnung des Basismaterials von dem Substrat (1) gelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Substrat (1) verwendet wird, dessen Gitterstruktur zu der der aufzubringenden supraleitenden Schicht passt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem galvanischen Erzeugen der Metallschicht (3) eine metallische Hilfsschicht (2) auf dem Substrat (1) gebildet wird und zumindest die Metallschicht (3) unter Gewinnung des Ba sismaterials von dem Substrat (1) gelöst wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem galvanischen Erzeugen der Metallschicht (3) eine metallische Hilfsschicht (2) auf dem Substrat (1) gebildet wird und mindestens eine isolierende Pufferschicht (4,5) auf die Metallschicht (3) und darauf wiederum eine supraleitende Schicht (6) aufgebracht wird und anschließend der so gebildete Schichtverbund mindestens unter Einbeziehung der Metallschicht von dem Substrat (1) gelöst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtverbund um eine Metallauflage (7) ergänzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallauflage (7) mittels PVD erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer aufzubringenden hochtemperatursupraleitenden Schicht aus YBCO (YBa2 Cu3 07) Saphir als Substrat (1) ver wendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für die Hilfsschicht (2) Titan verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallauflage (7) mittels PVD (Physical Vapour Deposi tion) erzeugt wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallschicht (3) aus Nickel oder einer Nickellegie rung aufgebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallschicht (3) aus Silber oder Kupfer oder einer Silberoder Kupferlegierung aufgebracht wird.
12. Flächenhaftes Basismaterial aus Metall zum Aufbringen ei ner supraleitenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass es ein mittels eines einkristallinen Substrates (1) galva nisch hergestelltes Basismaterial (3) ist.
13. Basismaterial nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht.
14. Basismaterial nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Silber oder Kupfer einer Silberoder Kupferlegie rung besteht.
15. Verwendung eines mittels eines einkristallinen Substrates (1) galvanisch hergestellten flächenhaften Basismaterials (3) aus Metall als Träger für eine Schicht aus einem supralei tenden Material zur Bildung eines supraleitenden Leiters.
Description:
Beschreibung Verfahren zum Erzeugen eines flächenhaften Basismaterials aus Metall, danach hergestelltes Basismaterial und seine Anwen- dung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen ei- nes flächenhaften Basismaterials aus Metall zum Aufbringen einer supraleitenden Schicht.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der Zeitschrift "Supercond. Sci. Technol."12 (1999), Seiten 624 bis 632 be- kannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein Band aus Me- tall mit einer Textur versehen, indem Walzprozeduren mit Bän- dern aus Nickel oder Silber bzw. aus Legierungen mit diesen Metallen in Verbindung mit nachfolgenden Glühungen zur Initi- ierung von Rekristallisierungsprozessen durchgeführt werden.

In der Fachwelt werden solche Bänder als RABITS (Rolling assisted biaxial testuring of substrates) bezeichnet. Solche RABITS bilden das Basismaterial zum Herstellen supraleitender Leiter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen eines flächenhaften Basismaterials zum Aufbringen einer supraleitenden Schicht anzugeben, das sich nicht nur vergleichsweise kostengünstig durchführen lässt, sondern mit dem auch Basismaterial herstellbar ist, mit dem sich supra- leitende, insbesondere hochtemperatursupraleitende Bau- elemente mit sehr guten Supraleitungseigenschaften schaffen lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß auf einem ein- kristallinen Substrat eine Metallschicht galvanisch erzeugt

und die Metallschicht unter Gewinnung des Basismaterials von dem Substrat gelöst.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be- steht darin, dass mit einem einkristallinen Substrat als "Matrize"durch jeweils einen einfachen Galvanikprozess und anschließendes Lösen der Metallschicht von der Matrize bzw. von dem Substrat ein flächenhaftes Basismaterial aus Metall erzeugt werden kann, das zum Aufbringen einer Schicht aus ei- nem supraleitendem Werkstoff, insbesondere aus einem hoch- temperatursupraleitenden Werkstoff zur Bildung eines Supra- leiters sehr gut geeignet ist, weil dieses Basismaterial die für diesen Zweck günstige Textur des Substrates aufweist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil beruht darin, dass das-teure- Substrat wieder verwendbar ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können unterschiedliche Substrate eingesetzt werden. Als besonders vorteilhaft wird es aber angesehen, wenn ein Substrat verwendet wird, dessen Gitterstruktur zu der der aufzubringenden supraleitenden Schicht passt, damit ein qualitativ hochwertiger Supraleiter gewonnen werden kann.

Um das Abscheiden der Metallschicht auf dem einkristallinen Substrat zu erleichtern, wird vorteilhafterweise vor dem gal- vanischen Erzeugen der Metallschicht eine metallische Hilfs- schicht auf dem Substrat gebildet, und zumindest die Metall- schicht wird unter Gewinnung des Basismaterials von dem Sub- strat gelöst. Die Hilfsschicht lässt sich in vorteilhafter Weise mittels z. B. PCT (Physical Vapour Deposition) erzeu- gen. Die Hilfsschicht kann also auf dem Substrat verbleiben ; wird sie jeweils mit abgelöst, dann lässt sich die so gebil-

dete Doppelschicht leichter von dem Substrat ohne Beschädi- gungen lösen und anschließend weiter bearbeiten.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens wird vor dem galvanischen Erzeugen der Metallschicht eine metallische Hilfsschicht auf dem Sub- strat gebildet und mindestens eine isolierende Pufferschicht auf die Metallschicht und darauf wiederum die supraleitende Schicht aufgebracht und anschließend der so gebildete Schichtverbund mindestens unter Einbeziehung der Metall- schicht von dem Substrat gelöst. Aus diesem Schichtenverbund - mit uns ohne Hilfsschicht-lassen sich durch verhältnis- mäßig einfache mechanische Strukturierung supraleitende Bau- elemente gewinnen.

Der Schichtverbund kann in einfacher Weise-entweder vor seiner Ablösung von diesem Substrat oder später-durch eine Metallauflage, z. B. aus einem Edelmetall, ergänzt werden, um ein supraleitendes Bauelement mit einem Shunt herstellen zu können.

Diese Metallauflage kann in unterschiedlicher Weise gebildet werden. Als besonders vorteilhaft wird es erachtet, wenn die Metallauflage mittels PVD (Physical Vapour Deposition) er- zeugt wird.

Als supraleitender bzw. hochtemperatursupraleitender Werk- stoff ist YBCO (YBa2 CU3 07) bekannt. Soll ein Supraleiter mit diesem Werkstoff hergestellt werden, dann wird vorteilhafter- weise Saphir als Substrat verwendet.

Als Hilfsmittel ist bei einem solchen Substrat Titan beson- ders geeignet, das vorteilhaft mittels PVD aufgebracht wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können Metallschichten aus unterschiedlichen Metallen auf dem Substrat erzeugt wer- den. Vorteilhaft kann das Aufbringen einer Metallschicht aus Nickel oder einer Nickellegierung sein. Besonders vorteilhaft erscheint es jedoch, wenn eine Metallschicht aus Silber oder Kupfer oder aus einer Silber-oder Kupferlegierung aufge- bracht wird, weil bei einem späteren Einsatz in einem magne- tischen Wechselfeld-anders als bei Nickel-durch Verluste aufgrund von Paramagnetismus keine störenden Einflüsse auf- treten.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein beson- ders kostengünstig erzeugbares und für die Herstellung von Supraleitern besonders gut geeignetes flächenhaftes Basisma- terial anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß das flächen- hafte Basismaterial ein mittels eines einkristallinen Sub- strats galvanisch hergestelltes Basismaterial.

Vorteilhafterweise besteht das flächenhafte Basismaterial aus Nickel oder einer Nickellegierung oder aus Silber oder Kupfer oder aus einer Silber-oder Kupferlegierung.

Als zur Erfindung gehörend wird ferner die Verwendung eines mittels eines einkristallinen Substrates galvanisch herge- stellte flächenhafte Basismaterial aus Metall, wie z. B. Sil- ber oder einer Silberlegierung, als Träger für eine Schicht aus einem supraleitenden Material zur Bildung eines supralei- tenden Leiters angesehen. Ein solcher supraleitender Leiter verursacht bei einem Basismaterial aus Silber oder Kupfer

keine störenden Einflüsse bei einem Einsatz in magnetischen Wechselfeldern.

Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nachfolgend anhand einer Figur mehrere Ausführungsbei- spiele des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in je- dem Falle ein einkristallines Substrat erforderlich, das bei- spielsweise aus Saphir hergestellt sein kann.

Die Darstellung 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem einkri- stallinen Substrat 1, auf das durch PVD eine Hilfsschicht 2 z. B. aus Titan aufgebracht ist. Anschließend ist-wie die Darstellung 2 zeigt-auf die Hilfsschicht 2 galvanisch eine Metallschicht 3 erzeugt, die die Textur des Substrats 1 über- nommen hat.

Der Aufbau aus den beiden Schichten 2 und 3 kann von dem Sub- strat 1 abgelöst werden, um als Basismaterial für supralei- tende Bauelemente weiter verwendet zu werden.

Wie die weiteren Teildarstellungen 3 bis 6 der Figur erkennen lassen, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch so ausge- führt bzw. weitergeführt werden, dass zunächst-gemäß Teil- darstellung zu mittels PVD epitaxiale Pufferschichten 4 und 5 aus z. B. CuO2 und YSZ auf die epitaxiale Metallschicht 3 aufgebracht werden, auf die dann wiederum (vgl. Teildarstel- lung 4) ebenfalls z. B. mittels PVD eine hochtemperatursupra- leitende Schicht 6 aus beispielsweise YBCo erzeugt wird. Der insoweit hergestellte Schichtenverbund kann von dem Substrat 1 abgezogen werden und nach mechanischer Strukturierung supraleitende Bauelemente bilden.

Sollen solche Bauelemente integriert einen elektrisch Shunt aufweisen, dann wird gemäß Teildarstellung 5 vor dem Ablösen mittels PVD eine Metallauflage 7 beispielsweise aus Gold auf die epitaxiale supraleitende Schicht 6 aufgebracht.

Die Teildarstellung 6 zeigt den Schichtenverbund nach der Ab- lösung vor dem Substrat 1.