多层制品及其制造方法技术

本发明专利技术涉及多层制品及制造此类制品的方法。该方法包括首先调理一个基础层，如一个缓冲层或一个超导体层的表面，然后将一个材料层配置到经调理的表面上。该经调理的表面可以是一个高质量的表面。通过这些方法制造的超导体制品能够表现出较高的临界电流密度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的相互引用本专利技术申请根据35 U.S.C.§119(e)(1)要求1999年11月18日提交的题为“”的共同拥有的美国临时专利申请60/166,140的优先权。通常，除增强多层超导体的强度以外，衬底应该表现某些其它的性质。例如，衬底应该具有低居里温度，以使衬底在超导体的应用温度下不具铁磁性。另外，衬底内的化学物种应该不能扩散到超导体材料层中，并且衬底的热膨胀系数应与超导体材料大致相同。此外，如果衬底用于氧化物超导体，衬底材料应该是相对抗氧化的。对于某些材料，如钇-钡-铜-氧化物(YBCO)，材料处于超导体状态时提供高输送电流的能力取决于该材料的结晶取向。例如，当材料的表面被双轴织构时，这样的一种材料能够表现较高的临界电流密度(Jc)。本文所使用的“双轴织构的”是指一个表面，对于此表面，晶粒与该表面平面的一个方向成精调直线。双轴织构的表面的一个典型例子是立方织构的表面，在该表面中晶粒几乎与该表面的垂直方向成精调直线。立方织构的表面的例子包括(100)和(100)表面，双轴织构的表面的一个例子是(113)[211]表面。对于某些多层超导体，超导体材料层为一个外延层。本文所使用的“外延层”是指一个材料层，其结晶取向与一个材料层的表面的结晶取向直接相关，在该材料层表面上沉积外延层。例如，对于一种具有沉积到一个衬底上的一个超导体材料外延层的多层超导体，超导体材料层的结晶取向与衬底的结晶取向直接相关。因此，除上述的衬底性质外，衬底具有一个双轴织构的表面或一个立方织构的表面也是需要的。某些衬底并不能容易地表现所有上述的特性，因此可以在衬底和超导体层之间沉积一个或多个通常称为缓冲层的中间层。缓冲层的抗氧化性可以比衬底更强，并减少衬底与超导体层之间的化学物种的扩散。此外，缓冲层能够具有一个与超导体材料很匹配的热膨胀系数。典型地，一个缓冲层就是一个外延层，因此其结晶取向与沉积了缓冲层的表面的结晶取向直接相关。例如，在一个具有一个衬底、一个外延缓冲层和一个超导体材料外延层的多层超导体上，缓冲层表面的结晶取向与衬底表面的结晶取向直接相关，且超导体材料层的结晶取向与缓冲层表面的结晶取向直接相关。因此，具有一个缓冲层的多层超导体所表现出的超导特性可能依赖于缓冲层表面的结晶取向。缓冲层表面可能包含某些缺陷和/或杂质。这些缺陷和/或杂质能够影响沉积在缓冲层(例如，超导体材料的一个外延层)表面上的外延层的结晶取向，这可能降低所获得的多层超导体表现某些超导特性的能力。本文使用的“化学调理”是指一种方法，该方法使用一种或多种化学物种(例如气相化学物种和/或溶液相化学物种)来影响在一个材料层如缓冲层或超导体材料层的表面中的变化。本文使用的“热调理”是指一种方法，该方法伴随或不伴随化学调理，使用高温影响在一个材料层如缓冲层或超导体材料层的表面中的变化。优选热调理在受控环境(例如温度和压力)中进行。本专利技术一种多层制品的制造方法的一个方面的特征是，该方法包括化学调理一个缓冲层或超导体层的表面以形成经调理的表面，然后将第二材料层沉积到经调理的表面上。本专利技术一种多层制品的制造方法的另一方面的特征是，该方法包括将一个缓冲层或超导体层的表面加热至高于该层的沉积温度或结晶温度至少约5℃的温度。在低于约700托的氧气压力下加热该层以形成一个被调理的表面。该方法还包括将第二材料层沉积到经调理的表面上。本文使用的“沉积温度”是指正被调理的层被沉积时的温度。本文使用的“结晶温度”是指最初非结晶或无定形的材料呈现结晶形态时的温度。本专利技术一种多层制品的制造方法的一个进一步的特征是，该方法包括将一个缓冲层或超导体层的表面加热至高于该层的结晶或沉积温度至少约5℃的温度以形成一个经调理的表面。该缓冲层或超导体层被沉积到一种多晶材料的表面上。该方法还包括将第二材料层沉积到经调理的表面上。多晶材料的例子包括通过变形织构形成的材料和通过真空沉积(例如离子束辅助沉积)形成的材料。在某些实施方案中，可以结合两种或多种前述方法。经调理的表面可以是双轴织构的。第二材料可以是一种缓冲材料、覆盖材料、超导体材料或超导体材料的一种前体。多层制品可以包括额外的材料层，如，例如超导体材料层和/或缓冲材料层。一个或多个额外层的表面可以按照此处的描述进行调理，并表现出如此处所述的经调理的表面的性质。多层制品可以具有一个或多个临界电流密度至少约为1×106安培/平方厘米的超导体材料层。本专利技术的一个潜在的优点是其能够提供具有一个或多个具有较高临界电流密度的超导体材料层的多层超导体，以及制造此类超导体的方法。本专利技术的另一个潜在的优点是其能够提供一种多层制品(例如一种多层超导体)以及制造此类多层制品的方法，该多层制品具有一个缓冲层和/或一个具有高质量表面的超导体层。例如，该表面可以较光滑、具有较高的密度、具有较低的杂质密度、表现与其它材料层的增强的粘合性，和/或当用X-射线测量时，较小的摇摆曲线宽度。本专利技术另外的一个潜在优点是其能够提供制造多层制品(例如多层超导体)的方法，该方法可以利用宽范围的条件(例如温度、气体环境和气体压力)进行。本专利技术的一个进一步的潜在优点是其能够提供制造多层制品(例如多层超导体)的方法，该方法在制备一个或多个基础材料层如缓冲层和/或超导体材料层的过程中不使用高的氧气压力。这可以允许将对氧气较为敏感的材料如银或镍用作基础层(例如衬底)。本专利技术的再一个进一步的潜在优点是其能够提供制造一种多层制品(例如一种多层超导体)的方法，该方法例如在制备一个缓冲层和/或一个超导体材料层的过程中，使用化学调理对一个或多个基础材料层的表面进行调理。这可以降低与制备该多层制品有关的成本和复杂性。本专利技术的另一个潜在优点是其能够提供制造一种多层超导体的方法，其中，超导体材料或其一种前体可以沉积在一个基础层(例如一个超导体材料层或一个缓冲层)的经调理的表面上，而不需要先行将经调理的表面退火。这可以降低与制备基础层有关的成本的复杂性。在将多个基础层(例如多个缓冲层和/或多个超导体材料层)用于多层制品中的实施方案中，前述的方法和/或优点可以应用到多个基础层的一层或多层上。在某些实施方案中，优选超导体材料由YBCO(例如YBa2Cu3O7-x)制成。如果没有另外定义，本文使用的所有的技术和科学术语的含义与本专利技术所属领域的普通技术人员通常所理解的含义一致。尽管在实施本专利技术过程中可以使用与本文所述的材料和方法相似或等同的方法和材料，但下文将描述合适的方法和材料。在发生冲突时，应以本专利技术说明书，包括定义为准。另外，材料、方法和实施例仅为示例而非限制。从附图、优选实施方案的描述及权利要求可明显看出本专利技术的其它特征、方面和优点。按照本专利技术的方法调理的表面可以具有清晰的结晶取向。优选该表面为双轴织构的表面(例如一个(113)[211]表面)，如立方织构的表面(例如一个(100)表面或一个(100)表面)。优选此类一个经调理的表面的X-射线衍射极图中的峰值具有小于约20°的半高宽(FWHM)(例如小于约15°、小于约10°或约5°到约10°)。按照本专利技术的方法调理的表面可能较为光滑。例如，在化学调理和/或热调理后，根据由高分辨率扫描电子显微术或原子力显微术的测定，表面可能比调理前更为光滑。通过X-射线衍射测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造多层制品的方法，其包括：对第一材料层的表面进行化学调理以形成一个经调理的表面，所述的第一材料包括选自由缓冲材料和超导体材料组成的组中的一种材料；和将第二材料层配置到经调理的表面上。

【技术特征摘要】
1.一种制造多层制品的方法，其包括对第一材料层的表面进行化学调理以形成一个经调理的表面，所述的第一材料包括选自由缓冲材料和超导体材料组成的组中的一种材料；和将第二材料层配置到经调理的表面上。2.权利要求1所述的方法，其中第一材料包括超导体材料。3.权利要求1所述的方法，其中第一材料包括缓冲材料。4.权利要求1所述的方法，其中经调理的表面为双轴织构的。5.权利要求1所述的方法，其中第二材料包括选自由超导体材料和超导体材料的前体组成的组中的一种材料。6.权利要求1所述的方法，其中第二材料包括缓冲材料。7.权利要求1所述的方法，其中第二材料包括覆盖材料。8.权利要求1所述的方法，其中在经调理的表面退火之前将第二材料层配置在经调理的表面上。9.权利要求1所述的方法，其还包括将第三材料层配置在第二材料层的表面上。10.权利要求9所述的方法，其还包括，在将第三材料层配置到第二材料层的表面上之前，调理第二材料层的表面。11.权利要求10所述的方法，其中调理第二材料层的表面包括化学调理第二材料层的表面。12.权利要求10所述的方法，其中调理第二材料层的表面包括热调理第二材料层的表面。13.权利要求10所述的方法，其中，在调理第二材料层的表面之后，第二材料层的表面是双轴织构的。14.权利要求1所述的方法，其还包括热调理经调理的表面。15.权利要求1所述的方法，其还包括，在化学调理第一材料层的表面之前，在第三材料层的表面上配置第一材料层。16.权利要求15所述的方法，其中第三材料包括衬底材料。17.权利要求15所述的方法，其中第三材料层的表面是双轴织构的。18.权利要求15所述的方法，其中第三材料包括单晶材料。19.权利要求1所述的方法，其中第二材料具有至少约1×106安培/平方厘米的临界电流密度。20.一种制造多层制品的方法，其包括在低于约700乇的氧气气体压力下，将第一材料层的表面加热到一个温度，该温度高于选自第一材料层的分解温度和第一材料层的结晶温度的温度至少约5℃，以形成一个经调理的表面，所述的第一材料包括选自由缓冲材料和超导体材料组成的组中的一种材料；和在经调理的表面上配置第二材料层。21.权利要求20所述的方法，其中第一材料包括缓冲材料。22.权利要求20所述的方法，其中第一材料包括超导体材料。23.权利要求20所述的方法，其中经调理的表面是双轴织构的表面。24.权利要求20所述的方法，其中第二材料包括选自由超导体和超导体的前体组成的组中的一种材料。25.权利要求20所述的方法，其中第二材料包括缓冲材料。26.权利要求20所述的方法，其中第二材料包括覆盖材料。27.权利要求20所述的方法，其中第二材料层具有一个双轴织构的表面。28.权利要求20所述的方法，其中的温度高于选自第一材料层的分解温度和第一材料层的结晶温度的温度约10℃至约500℃。29.权利要求20所述的方法，其中的温度高于选自第一材料层的分解温度和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张威，马丁W鲁皮科，祖雷斯安纳瓦拉普，莱斯利G弗里策迈尔，爱德华J西格尔，瓦莱里普吕尼耶，李齐，
申请(专利权)人：美国超导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]