[논문]PLD법에 의한 YBCO Coated Conductor를 위한 다층 산화물 박막의 증착 조건 연구

신기철; 고락길; 박유미; 정준기; 최수정; 송규정; 하홍수; 김호섭

PLD법에 의한 YBCO Coated Conductor를 위한 다층 산화물 박막의 증착 조건 연구
Study on deposition condition of multi-layer oxide buffer by PLD for YBCO Coated Conductor 원문보기

신기철 (부산대학교 무기재료공학과) , 고락길 (한국전기연구원) , 박유미 (한국전기연구원) , 정준기 (한국전기연구원) , 최수정 (한국전기연구원) , 송규정 (한국전기연구원) , 하홍수 (한국전기연구원) , 김호섭 (한국전기연구원)

The multi-layer oxide buffer layer for the coated conductor was deposited on biaxially textured Ni substrates using pulsed laser deposition. Oxygen partial pressure, 4％$H_2$/Ar partial pressure, and deposition temperature were deposition variables investigated to find the optimum deposition conditions. $Y_2$O$_3$seed layer was deposited epitaxially on metal substrate. The full buffer architecture of $Y_2$O$_3$/YSZ/CeO$_2$was successfully prepared on metal substrate.

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문제 정의

본 연구에서는 RABiTS를 이용한 coated conductor 제조에서 가장 널리 이용되어 왔던 YBCO\CeO2\YSZ\CeO2\Ni 구조에서 1차 완충층인 CeO₂ 의 수십 nm 이상의 두께에서의 cracking 현상을 보완하기 위해 이를 Y2O3로대처하고 나머지 산화물 박막들의 최적의 증착조건을 찾아 장선의 선재 제조를 위한 초기 연구로 Pulsed Laser Deposition (PLD)법을 이용하여 cube texture를 가지는 금속기판 위에 다층 산화물 박막을 증착하는 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 YBCO/CeO₂/YSZ/Y2O₃ 다층 박막 구조의 최적의 증착 조건을 찾기 위한 연구를 수행하였다. 먼저 1차 완충층의 증착조건을 찾기 위해 폭과 길이가 각각 3mm, 10mm 인 <100>{100} cube-textured Ni 기판을 이용하여 펄스레이저 증착법으로 丫2。3 박막을 증착하였다.

제안 방법

01~20mTorr가 사용되었다. 여기서 제조된 양질의 丫2。3박막위에 나머지 완충 층들의 조건을 찾기 위한 실험을 수행하였다. in-plane 및 out-of-plane texture 정도를 알기 위한 $-scan 및 (fl-scan을 XRD (Bruker사의 D8 discover with GADDS) 를 이용하여 얻었으며, 표면 미세 구조와 박막두께는 각각 SEM (Hitachi, S-2700) 과 stylus profilometer (Tencor, Alpha -step 500)를 이용하여 분석하였다.
YBCO coated conductor 제조의 한 단계로 cube texture된 Ni 기판 위에 Y2O₃ 1차 완충층박막의 최적 증착 조건을 찾기 위해 증착 챔버의산소 및 H₂/Ar 혼합가스 분압과 기판 온도를 변화시키면서 산화물 박막을 증착하였다.증착 온도 600~750℃, 산소분압 0.
여기서 제조된 양질의 丫2。3박막위에 나머지 완충 층들의 조건을 찾기 위한 실험을 수행하였다. in-plane 및 out-of-plane texture 정도를 알기 위한 $-scan 및 (fl-scan을 XRD (Bruker사의 D8 discover with GADDS) 를 이용하여 얻었으며, 표면 미세 구조와 박막두께는 각각 SEM (Hitachi, S-2700) 과 stylus profilometer (Tencor, Alpha -step 500)를 이용하여 분석하였다.
이상의 실험에서 얻은 정보를 기초로 나머지 YSZ와 CeO₂ 박막을 증착하였다. Y2O₃와 YSZ 박막의 두께는~200 nm , CeO₂박막은 ~50nm였으며, 증착속도는 각각의 박막이~0.

대상 데이터

펄스레이저 증착법으로 丫2。3 박막을 증착하였다. 증착에 이용된 PLD systeme PVD Products 사의 PLD 2000로 그림 1.
박막을 증착시켰다. KrF 엑시머 레이저 (Lamda Physik Lpx 220i, 248nm)를이용하였으며, 레이저 에너지 200mJ, 타겟과기판 사이의 거리 6.5 cm. 증착 온도 500~ 900℃, 산소분압 0.

성능/효과

lmTorr에서 금속 기판의 집합조직을 그대로 유지하며 박막이 증착되었고 다른 증착 온도와 산소 분압에 비해 상대적으로 깨끗한 표면을 가지는 丫2。3 박막을 얻을 수 있었다. 또한 그 위에 증착온도 780℃, 산소분압 O.lmTorr에서 증착된 나머지 YSZ와 CeO2박막도 out-of-plane 방향으로 texture가이루어졌음을 확인하였다.

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