專利名稱：新穎超導(dǎo)制品及其形成和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及超導(dǎo)體制品及其形成方法。本發(fā)明尤其涉及具有涂層導(dǎo)體形 式的超導(dǎo)體制品以及與其相結(jié)合的設(shè)備。
背景技術(shù)：
很久以來，技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)就已獲知并理解超導(dǎo)體材料。早在1911年前后就已獲 知在使用液氦的溫度(4.2 K)下呈現(xiàn)超導(dǎo)性的低溫(low-Tc)超導(dǎo)體。然而直到近些年 才發(fā)現(xiàn)基于氧化物的高溫(high-Tc)超導(dǎo)體。約在1986年發(fā)現(xiàn)了第一種在高于液氮 溫度(77 K)下具有超導(dǎo)性的高溫超導(dǎo)體(HTS)， S口 YBa2Cu307.x(YBCO)，其后15 年伴隨著包括Bi2Sr2Ca2Cu50,y(BSCCO)和其他附加材料的發(fā)展。部分由于使 用液氮超導(dǎo)體比基于液氦的低溫基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)更經(jīng)濟(jì)，所以high-Tc超導(dǎo)體的發(fā)展為 結(jié)合這些材料的超導(dǎo)體部件的發(fā)展提供了巨大的經(jīng)濟(jì)潛力。
在諸多潛在的應(yīng)用中，業(yè)已找到了這些材料在電力工業(yè)中包括發(fā)電、輸電、 配電和存儲的的發(fā)展應(yīng)用。據(jù)估計(jì)在此方面，由于銅基商用電力部件的固有阻抗所 導(dǎo)致的電力損失每年高達(dá)幾十億美元。因此電力工業(yè)可因?yàn)殡娏Σ考?諸如輸配電 電纜、發(fā)電機(jī)、變壓器以及故障電流斷路器等等)中高溫超導(dǎo)體的應(yīng)用而持續(xù)獲利。 此外，比之傳統(tǒng)技術(shù)在電力工業(yè)中使用高溫超導(dǎo)體的其他好處包括3到10倍的增 加電力處理能力、大幅縮減電力設(shè)備的大小(即占地面積)、減輕對環(huán)境的不利影 響、增加安全性以及增加了容量。雖然高溫超導(dǎo)體的這些潛在長處仍然引人注目， 但是在高溫超導(dǎo)體的大規(guī)模制造和商業(yè)化過程中依舊存在各種技術(shù)挑戰(zhàn)。
在與高溫超導(dǎo)體商業(yè)化相關(guān)聯(lián)的各種挑戰(zhàn)中，有許多在被利用形成各種電力 設(shè)備的超導(dǎo)條帶制造過程中出現(xiàn)。第一代超導(dǎo)條帶包括對上述BSCCO高溫超導(dǎo) 體的使用。這一材料通常是以嵌入貴金屬(通常是銀)的基體中的離散細(xì)絲(filament) 形式提供的。雖然可以將這些材料制成電力工業(yè)所需的長度(諸如，幾公里的量級)， 但因?yàn)椴牧虾椭圃斐杀揪薮?，使得這些條帶無法作為商業(yè)可行的產(chǎn)品。
因此，人們對基于較高商業(yè)發(fā)展能力的所謂第二代HTS給予了巨大的關(guān)注。 這些條帶通常具有分層結(jié)構(gòu)，大致包括提供機(jī)械支持的柔性基底、覆在基底上的至
少一層緩沖層、覆在緩沖薄膜上的HTS層以及覆在超導(dǎo)體層上并通常由至少一種 貴金屬形成的電穩(wěn)定劑層，而其中上述緩沖層可任選地包含多層薄膜。然而至今為 止，各種工程和生產(chǎn)的挑戰(zhàn)使得仍然無法完全商業(yè)化第二代-條帶。
因此由前可知，在超導(dǎo)體領(lǐng)域里仍有諸多需要，尤其是提供可商用超導(dǎo)條帶 及其形成方法，以及利用該超導(dǎo)條帶的電力部件的需要。
除了上述領(lǐng)域內(nèi)的普遍需要，在AC損耗尤為關(guān)鍵的應(yīng)用中也希望提供具有 期望工作特性的超導(dǎo)制品。在這點(diǎn)上，當(dāng)今最常用的電力形式是交流(AC)電形 式。包括線圈或巻繞導(dǎo)體的超導(dǎo)制品尤其容易遭受AC損耗而限制其商業(yè)應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供一種超導(dǎo)制品，該制品包括基底、覆在基 底上的多個超導(dǎo)體條片(strip)，其中上述超導(dǎo)體條片具有相互毗鄰的第一和第 二超導(dǎo)體條片，以及至少與所述第一和第二傳導(dǎo)片相互耦合的至少一個傳導(dǎo)橋 路?；椎某叽绫韧ǔ２恍∮?0。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種傳導(dǎo)條帶(tape)形成方法，該方法包 括提供基底，沉積覆在基底上的超導(dǎo)體層，基底的尺寸比不少于102，并且通 過光刻形成超導(dǎo)體層的圖案。
圖1根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例示出了超導(dǎo)條帶一般結(jié)構(gòu)的透視圖。 圖2-5示出了形成本發(fā)明一個實(shí)施例的工藝流程。 圖6示出了本發(fā)明的另一個實(shí)施例。
圖7根據(jù)本發(fā)明的一個方面示出了超導(dǎo)體條帶布局的頂視圖。
圖8示出了一個變壓器的示意圖。
圖9示出了一個發(fā)電機(jī)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖1，根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例描繪了超導(dǎo)制品的大致分層結(jié)構(gòu)。超導(dǎo)制 品包括基底IO、覆在基底IO上的緩沖層12、其上覆有通常為貴金屬層的覆蓋
層16 (可任選)的超導(dǎo)體層14以及通常為非貴金屬的穩(wěn)定劑層18 (可任選)。 基底10 —般以金屬為基礎(chǔ)并且通常是至少兩種金屬元素的合金。尤為合 適的基底材料包括以鎳為基礎(chǔ)的金屬合金，諸如已知的Incone啦合金組。 lncone膨合金趨向于具有期望的蠕變(creep)、化學(xué)和機(jī)械性質(zhì)，包括膨脹系數(shù)、 抗張強(qiáng)度、抗屈強(qiáng)度和延伸率。這些金屬通常以巻軸條帶的形式作為商品提供， 尤其適用于利用從一個巻軸到另一個巻軸的方式傳送條帶的超導(dǎo)體條帶的制 造。
基底10通常有類似條帶的結(jié)構(gòu)并具有較大的尺寸比。例如，條帶的寬度 通過在0.4至10cm的量級，而條帶的長度通常至少100m，大多數(shù)情況下大 于500 m。的確，本發(fā)明實(shí)施例提供的超導(dǎo)條帶包括了長度在1 km或以上量 級的基底10。因此，基底的尺寸比就相當(dāng)高，在不小于10，不小于102甚至 不小于103的量級。某些實(shí)施例還可以更長，具有104甚至更高的尺寸比。在 此使用的術(shù)語"尺寸比"是用于表示基底或條帶的長度對于下一個最長的尺寸， 即基底或條帶的寬度之比。
在一個實(shí)施例中，加工基底使其具有可用于后續(xù)沉積超導(dǎo)體條帶組分層所 期望的表面性質(zhì)。例如，可以將表面略加拋光至期望的平坦度和表面粗糙度。 此外，還可將基底加工成本領(lǐng)域內(nèi)已知的雙軸向織構(gòu)(biaxially textured),諸如 通過已知的RABiTS (軋制形成的雙軸向織構(gòu)基底)技術(shù)。
轉(zhuǎn)到緩沖層12，緩沖層可以是單層，或在更多情況下包含若干薄膜。最典 型地，緩沖層包括雙軸向織構(gòu)薄膜，它具有通常沿著薄膜平面內(nèi)和平面外晶軸 排列的晶體結(jié)構(gòu)。這些雙軸向織構(gòu)可由IBAD實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域內(nèi)已知，IBAD是 離子束輔助沉積的首字母縮寫，這一技術(shù)有利于形成具有合適織構(gòu)的緩沖層， 用于具有所期望結(jié)晶取向從而獲取較高超導(dǎo)性質(zhì)的超導(dǎo)體層的后續(xù)形成。氧化 鎂是用于IBAD薄膜的典型材料，并且其厚度在50至500埃的量級，諸如50 至200埃。諸如結(jié)合在此作為參考的美國專利6,190, 752中所定義和描述的那 樣，IBAD薄膜通常具有巖鹽狀晶體結(jié)構(gòu)。
緩沖層可包括額外的薄膜，諸如設(shè)置成位于IBAD薄膜和基底之間并與它
們直接接觸的阻擋層薄膜。在這點(diǎn)上，最好使用諸如氧化釔的氧化物來形成該 阻擋層，并起到隔離基底和IBAD薄膜的作用。也可使用諸如氮化硅的非氧化 物形成阻擋層。沉積阻擋層的合適技術(shù)包括化學(xué)汽相沉積以及包括濺射的物理
汽相沉積。阻擋層膜的典型厚度約在100至200埃的范圍內(nèi)。此外，阻擋層還 可包括在IBAD膜上形成的外延生長膜。在此的外延生長膜可以有效增加IBAD 膜的厚度，并期望主要由與IBAD膜相同的材料(諸如MgO)組成。
在利用以MgO為基礎(chǔ)的IBAD膜和/或外延膜的實(shí)施例中存在MgO材料和 超導(dǎo)體層材料之間的晶格失配。因此，緩沖層還可包括另一緩沖膜，這一緩沖 膜是為了降低超導(dǎo)體層和其下IBAD膜和/或外延膜之間晶格常數(shù)的失配而特別 采用的。這一緩沖層可由諸如YSZ(氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)釕酸鍶、錳酸鑭以及 通常的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的陶瓷材料之類的材料形成?？梢酝ㄟ^各種物理汽相沉積技 術(shù)沉積緩沖層膜。
雖然前述主要討論了在緩沖堆疊(層)內(nèi)通過諸如IBAD的織構(gòu)形成工藝 實(shí)現(xiàn)雙軸向織構(gòu)層，但是基底表面也可以本身就是雙軸向織構(gòu)的。在這種情況 下，通常就在具有織構(gòu)的基底上外延生長該緩沖層以保持緩沖層內(nèi)的雙軸向織 構(gòu)。形成雙軸向織構(gòu)基底的一種工藝是本領(lǐng)域內(nèi)已知并了解的RABiTS (軋制 形成的雙軸向織構(gòu)基底)工藝。
超導(dǎo)體層14通常是高溫超導(dǎo)體(HTS)層。可以是從在77K液氮溫度之上仍 呈現(xiàn)超導(dǎo)性質(zhì)的任何高溫超導(dǎo)材料中選擇典型的HTS材料。例如，這些材料可 以包括YBa2Cu307_x 、 Bi2Sr2Ca2Cu5O10+y 、 Ti2Ba2Ca2Cu3O10+y以及 HgBa2Ca2Cu308+y。 一類材料包括REBa2Cu307.x，其中RE是稀土元素。前述中， 為使用方便通常將YBa2Cii307.x稱為YBCO。半導(dǎo)體層14可以由包括厚膜和薄 膜形成技術(shù)的多種技術(shù)中的任何一種形成。優(yōu)選地，可以為高沉積速率使用諸 如脈沖激光沉積(PLD)的薄膜物理汽相沉積技術(shù)，或?yàn)榈统杀竞痛蟊砻鎱^(qū)域加 工使用化學(xué)汽相沉積技術(shù)。超導(dǎo)體層通常的厚度在約1至30微米的量級，最 常用的厚度在2至20微米(諸如2至10微米)之間，以獲取與超導(dǎo)體層14
相關(guān)聯(lián)的期望額定安培數(shù)。
覆蓋層16和穩(wěn)定劑層化通常用以提供低電阻界面以及在實(shí)際應(yīng)用中輔助 防止超導(dǎo)體燒毀的電學(xué)穩(wěn)定性。更具體地，在冷卻失效或超過臨界電流密度并 且超導(dǎo)體層從超導(dǎo)狀態(tài)變?yōu)橛凶杩範(fàn)顟B(tài)的情況下，層16和18幫助電荷沿著超
導(dǎo)體繼續(xù)流動。通常使用貴金屬作為覆蓋層16以防止穩(wěn)定劑層和半導(dǎo)體層14
之間非希望的交互。典型的貴金屬包括金、銀、鉑和鈀。通常由于成本以及可
獲取性的原因而使用銀。覆蓋層16通常足夠厚以防止穩(wěn)定劑層18的組分非期 望地?cái)U(kuò)散至超導(dǎo)體層14，但是因?yàn)槌杀?原材料和工藝成本)原因通常又較薄。 覆蓋層16的典型厚度在0.1到10.0微米范圍內(nèi)，諸如0.5到5.0微米?？梢?使用各種技術(shù)來沉積覆蓋層16。包括諸如DC磁控管濺射的物理汽相沉積。
通常包含穩(wěn)定劑層18以覆在超導(dǎo)體層14之上，并且在圖1所示的特定實(shí) 施例中，特別覆在覆蓋層16上并與其直接接觸。穩(wěn)定劑層18作為保護(hù)/分流 層來增強(qiáng)惡劣環(huán)境條件和超導(dǎo)性弱化下的穩(wěn)定性。通常，該層致密并導(dǎo)熱導(dǎo)電， 且在超導(dǎo)層失效時起到旁路電流的作用。它可由各種厚膜和薄膜形成技術(shù)中的 任何一種形成，諸如通過使用諸如焊劑或熔劑的中間接合材料將預(yù)形成的銅條 層壓在超導(dǎo)條帶之上。其他技術(shù)則著重于通常是蒸發(fā)或?yàn)R射的物理汽相沉積、 諸如化學(xué)鍍的濕法化學(xué)工藝以及電鍍。在這點(diǎn)上，覆蓋層16可以作為銅沉積 于其上的晶種層。
以上結(jié)合圖1描述了超導(dǎo)體條帶的大致結(jié)構(gòu)，但參考圖2至圖5所示并根 據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例示出長超導(dǎo)條帶圖案形成工藝的流程圖就能夠更明了本 發(fā)明各實(shí)施例的其他更詳細(xì)特征。根據(jù)示出的過程，利用將光刻膠暴露在適于 圖案成形的能量源(諸如，在可見光光譜或紫外光光譜的波長)下，就可通過 光刻工藝在條帶上做出3維圖案。這一過程通常由預(yù)處理(priming)工藝開始， 其中清洗并預(yù)處理要形成圖案的表面。在本文中，通過使條帶從一個巻軸到另 一個巻軸傳送的方式經(jīng)過除水烘干步驟移除吸收的水分，可以實(shí)現(xiàn)條帶的蒸汽 預(yù)處理。此外，也可使用諸如HMDS展開化學(xué)預(yù)處理以促進(jìn)對超導(dǎo)條帶沉積光 刻膠的粘附?？梢允褂酶鞣N適用方法開展化學(xué)預(yù)處理。其他的預(yù)處理方法包括 電暈放電處理和等離子處理。
在任何預(yù)處理步驟之后，通常就對超導(dǎo)條帶涂佈光刻膠。由此在圖2中就 示出了覆在超導(dǎo)條帶上的光刻膠層40，所述超導(dǎo)條帶形成的層結(jié)構(gòu)包括基底 10、緩沖層12、超導(dǎo)體層14、覆蓋層16和穩(wěn)定劑18?？梢允褂冒ū∧ず?厚膜成形技術(shù)的各種技術(shù)中的任何一種，諸如通過干膜迭片浸漬和噴射涂覆方
法以及刮片來沉積光刻膠?？梢詮母鞣N商業(yè)光刻膠中選擇任何一種，諸如那些 通常在半導(dǎo)體工業(yè)中使用的光刻膠做為實(shí)際的光刻膠成分。例如可以包括以丙
烯酸鹽為基礎(chǔ)的光刻膠，諸如標(biāo)準(zhǔn)UV卜線(UVI-line)光刻膠。光刻膠可以是負(fù) 性或正性膠。在這點(diǎn)上，負(fù)性膠中的圖形與用于形成圖案的光掩模上找出的圖 案相反，而正性膠則形成與光掩模內(nèi)形成的圖案相同的圖形。先進(jìn)的光刻技術(shù) 通常使用正性膠。
在涂佈光刻膠之后，就對光刻膠進(jìn)行軟烤(softbake)操作，在此操作中可以 去除光刻膠中剩余的溶劑并改善光刻膠和其下超導(dǎo)條帶之間的粘合。通過使超 導(dǎo)條帶在熱板上按步進(jìn)方式(一種停停-走走的移動過程)，或者通過在熱板上 或加熱環(huán)境內(nèi)連續(xù)移動的過程，就可實(shí)施軟烤工藝。移動可借助從一個巻軸至 另一個巻軸傳送的裝置執(zhí)行。在一個實(shí)施例中，可以在真空中實(shí)現(xiàn)軟烤。
在任何烘烤操作之后，通常就通過對準(zhǔn)和曝光工藝形成光刻圖案。在本文 中，使用期望頻率的光源照射其上放置光掩模并依據(jù)上述負(fù)性或正性光刻技術(shù) 以曝光所選部分的光刻膠。由此應(yīng)注意圖2，箭頭200示出選擇暴露的光刻膠 40，其中UV光源照射光掩模200，從而僅允許所選部分202照射光刻膠層40。 示出的實(shí)施例利用了正性光刻方法，并且如圖3所示在光刻膠層40內(nèi)形成的 最終圖案與光掩模200內(nèi)形成的圖案相同。
關(guān)于實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)和曝光的實(shí)際機(jī)制，則可通過連續(xù)工藝對條帶迸行移動，而 在所述持續(xù)工藝中的光掩模和光源保持固定以確保移動過程期間的持續(xù)照射。 可選地，可以設(shè)定光掩模200的大小以使其具有擴(kuò)展的長度，其中可以移動、 停止、曝光、再移動該超導(dǎo)條帶，在此可稱為分區(qū)曝光(step-and-repeat)工藝。 例如，可以定位光掩模和光源以提供1至50cm的曝光窗，例如涉及在單個曝 光步驟中暴露的超導(dǎo)條帶的實(shí)際長度。通過前述工藝的實(shí)施，就可在繼續(xù)如下 所述的光刻膠顯影和蝕刻之前大致實(shí)現(xiàn)對整個長度超導(dǎo)條帶的曝光。
曝光之后就可顯影光刻膠。在使用正性光刻膠時，暴露在光照下的光刻膠 部分溶解在顯影液中。顯影液的一個實(shí)例包括P/。Na2C03水溶液。在使用商用 I-線光刻膠的情況下，最常用的顯影液是在光刻工業(yè)中具有若干共同配方的 TMAH。圖3中示出了完全顯影的光刻膠，其中光刻膠40具有暴露出其下部分 超導(dǎo)條帶層的多個通道42。
顯影之后就對光刻膠進(jìn)行硬烤，即一種能夠蒸發(fā)顯影過程中任何殘留溶劑 并使光刻膠變硬的熱處理。
通常由圖3所示蝕刻劑21 0來蝕刻超導(dǎo)條帶。在此使用的蝕刻劑包括一組 不同的蝕刻劑種類，具有適當(dāng)?shù)倪x擇性、各種不同的蝕刻率以及超導(dǎo)條帶各材
料的完全蝕刻，而在示出的實(shí)施例中，所述超導(dǎo)條帶包括穩(wěn)定劑層18、覆蓋層 16和超導(dǎo)層14的材料。
蝕刻可由包括化學(xué)和/或物理方法的各種技術(shù)中的一種實(shí)現(xiàn)。例如，干法蝕 刻通常將超導(dǎo)條帶暴露于可與其進(jìn)行物理和/或化學(xué)相互作用的等離子體，從而 移除條帶暴露出的材料。濕法蝕刻利用液體化學(xué)制品從超導(dǎo)條帶中化學(xué)地移除 材料。 一個實(shí)施例利用濕法蝕刻，具體是利用氯化銅溶液(CuCl2)，通常是含有 10%CuCl2的水溶液。如上所述，可以將不同的化學(xué)制品用于超導(dǎo)條帶的不同 材料。
在蝕刻操作之后，就可提供如圖4所示的結(jié)構(gòu)，其中超導(dǎo)條片或細(xì)絲14a、 14b和14c在蝕刻操作后被保留。如圖所示，條片由間隙g相互隔開并具有W 的條片或細(xì)絲寬度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，條片通常與條帶的縱軸平行，且通 常相互平行，同時由平均間隙g相互隔開，所述間隙g至少1微米，通常不小 于5微米，諸如不小于10微米。雖然在圖4中所示超導(dǎo)條片間的間隙大致恒 定，但是應(yīng)該理解可以在超導(dǎo)條帶的各相鄰條片間使用非恒定的間隙。
此外，超導(dǎo)條片的平均寬度應(yīng)不小于5微米，并且在一個實(shí)施例中不小于 8微米，甚至不小于10微米。超導(dǎo)條片可以具有大致相同的寬度或變化的寬度。 此外，雖然示出的實(shí)施例共平面，但是應(yīng)該理解可以利用各種超導(dǎo)材料級或?qū)樱?從而提供超導(dǎo)條片相互不共平面的結(jié)構(gòu)。
蝕刻之后就可移除光刻膠，諸如將光刻膠置于合適的水溶液中。在一個實(shí) 施例中，將超導(dǎo)條帶置于2-3重量/重量％的NaOH水溶液中，隨后再進(jìn)行DI 清洗。在光刻膠曝光和清洗之后，通常就可通過諸如02等離子處理來清潔超導(dǎo) 條帶。
在光刻圖案成形工藝完成之后，就需要對超導(dǎo)條帶進(jìn)行進(jìn)一步的沉積操作 以形成附加層。如圖5所示，通過沉積由合適的鈍化材料組成的鈍化層50完 成超導(dǎo)條帶，所述鈍化層可以起到多種作用，包括提供對抗污染物的保護(hù)阻擋
層以防止對超導(dǎo)層的非期望污染。鈍化層50也實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)條帶的結(jié)構(gòu)完整性。
用于鈍化層的材料實(shí)例包括Si02、 YSZ、類鉆碳、有機(jī)聚合物等等。
雖然前述實(shí)施例的公開結(jié)合了圖2至圖5所示在覆蓋層16和穩(wěn)定層18 形成之后實(shí)施的光刻技術(shù)圖案形成的流程圖，但是應(yīng)該注意到也可以在沉積這 些層之前形成圖案。在本文中，應(yīng)注意圖6所示在形成覆蓋層16和穩(wěn)定層18 之前就形成超導(dǎo)體層14圖案的情況。如圖所示，覆蓋層16相對共形的，而穩(wěn) 定層則以非共形結(jié)構(gòu)提供。
以上使用關(guān)于各工藝特征特定細(xì)節(jié)公開了本發(fā)明實(shí)施例的各個特征，現(xiàn)在 則轉(zhuǎn)到根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例示出超導(dǎo)細(xì)絲體系結(jié)構(gòu)的頂視圖的圖7。在此提 供了其中含有多個橋路20的多個細(xì)絲14a、 14b、 14c和14d。在一個實(shí)施例中， 橋路20如上結(jié)合圖2至圖5中流程圖所示，由同一超導(dǎo)層14形成。因此，可 以使用相同的超導(dǎo)材料形成傳導(dǎo)橋路以做為層14的平衡，即超導(dǎo)條片。這些 橋路或橋接細(xì)絲20可用于改善超導(dǎo)條帶的成品率。更具體地，傳導(dǎo)細(xì)絲內(nèi)的 開口或間隔對成品率有不利影響。通過利用圖7所示可在相鄰條片之間周期性 排列的橋接細(xì)絲20，就能夠并聯(lián)含有開口的傳導(dǎo)條片的離散長度。通常，超導(dǎo) 條帶在每100m基底的兩個相鄰細(xì)絲之間通常包括至少一個橋路，更常見的是 每50m基底至少一個，而在某些實(shí)施例中是每10m基底至少一個。其他實(shí)施 例則包括每lm基底至少一個橋路。雖然典型地是傳導(dǎo)橋路被沿著基底長度周 期隔開，但這些傳導(dǎo)橋路也可被隨機(jī)定向或非周期地排列。對于傳導(dǎo)橋路形成 的集成，這些橋路可方便地與上述圖案形成過程同時形成。
除了結(jié)合上述超導(dǎo)導(dǎo)體或條帶的特定體系結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)之外，實(shí)施例還 涉及部件，諸如包含這些導(dǎo)體的工業(yè)或商業(yè)功率部件。示出的某些實(shí)施例是一 類已知做為"旋轉(zhuǎn)機(jī)械"的功率部件，這廣義地包括發(fā)電機(jī)和電動機(jī)。
圖8示意性地示出了電力變壓器，它具有其周圍環(huán)繞有初級繞組72和次 級繞組74的中心核76。應(yīng)該注意到圖8原本就是示意性地，并且變壓器的實(shí) 際幾何配置可以按照本領(lǐng)域內(nèi)已知的方式進(jìn)行變化。但是變壓器應(yīng)該至少包括 基本的初級和次級繞組。由此在圖8所示的實(shí)施例中，初級繞組的匝數(shù)大于初 級繞組74的匝數(shù)，這表示一種降低輸入功率信號電壓的降壓變壓器。與之相 反，相比于次級繞組而在初級繞組內(nèi)提供較少的匝數(shù)則提供升壓。由此，在輸
電變電站內(nèi)通常使用升壓變壓器升高電壓以降低長距離傳輸?shù)碾娏p失，而將 降壓變壓器整合入配電站用于之后將電力分配給終端用戶的步驟。初級和次級 繞組的至少一個或最好兩個都包括前述的超導(dǎo)條帶。
現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖9，提供了發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)包括由本領(lǐng)域內(nèi)已知技術(shù)
驅(qū)動(諸如，通過渦輪機(jī))的轉(zhuǎn)子86。轉(zhuǎn)子86包括由轉(zhuǎn)子線圈87組成以形成 發(fā)電所需的期望電磁場的高強(qiáng)度電磁體。電磁場的生成在包括至少一個導(dǎo)電繞 組89的定子88內(nèi)產(chǎn)生電力。根據(jù)該實(shí)施例的特定特征，轉(zhuǎn)子線圈和/或定子線 圈包括根據(jù)上述實(shí)施例的超導(dǎo)帶。在定子繞組內(nèi)使用的低損耗超導(dǎo)體通?？梢?充分降低磁滯損失。
雖然在此描述了本發(fā)明特定發(fā)明的某些特性，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng) 該理解對此做出的任何修改仍處于本權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)制品，包括基底；覆在所述基底上的多個超導(dǎo)條片，所述超導(dǎo)條片包括相互鄰近的第一和第二超導(dǎo)體條片；以及使至少所述第一和第二傳導(dǎo)條片彼此電氣耦合的至少一個傳導(dǎo)橋路，其中所述基底具有不小于10的尺寸比。
2. 如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述超導(dǎo)體條片彼此大 致平行。
3. 如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述超導(dǎo)體條片相互隔 開至少l，的平均間隙寬度。
4. 如權(quán)利要求3所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述平均間隙寬度不少 于5戸。
5. 如權(quán)利要求3所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述超導(dǎo)體條片相互隔 開大致恒定的間隙。
6. 如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述第一和所述第二超 導(dǎo)體條片的平均寬度至少為5，。
7. 如權(quán)利要求5所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述第一和第二超導(dǎo)體 條片的寬度大致相同。
8. 如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述傳導(dǎo)條片彼此大致 共平面，從而形成超導(dǎo)體層。
9. 如權(quán)利要求8所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述超導(dǎo)體層通過沉積 形成以覆在所述基底上。
10. 如權(quán)利要求8所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述超導(dǎo)體層經(jīng)過光刻 處理以形成所述超導(dǎo)條片。
11. 如權(quán)利要求IO所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述光刻處理對所述 超導(dǎo)體層的一些部分的移除起作用，并保留所述超導(dǎo)體條片。
12. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述至少一個傳導(dǎo)橋路 包括由超導(dǎo)體材料構(gòu)成的多個傳導(dǎo)橋路。
13. 如權(quán)利要求12所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述超導(dǎo)條片和多個傳導(dǎo)橋路大致共平面，并由超導(dǎo)材料的形成圖案層形成。
14. 如權(quán)利要求12所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述傳導(dǎo)橋路沿著所 述基底長度方向被大致周期性地隔開。
15. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述制品每100m基底 最少包括一個橋路。
16. 如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述制品每50m基底 最少包括一個橋路。
17. 如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述制品每10m基底 最少包括一個橋路。
18. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述制品每lm基底最 少包括一個橋路。
19. 如權(quán)利要求12所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述傳導(dǎo)橋路沿著所述基底長度方向被大致周期性地隔開。
20. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，還包括覆在所述超導(dǎo)體 層上的至少一層傳導(dǎo)分流層。
21. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，還包括其上設(shè)置有所述 超導(dǎo)體層的雙軸向織構(gòu)層。
22. 如權(quán)利要求21所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述雙軸向織構(gòu)層包 括IBAD層。
23. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述超導(dǎo)體條片含有高 溫超導(dǎo)體。
24. 如權(quán)利要求23所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述高溫超導(dǎo)體包括 REBa2Cu307.x，其中RE是稀土元素。
25. 如權(quán)利要求24所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述超導(dǎo)體材料包括 YBa2Cu307。
26. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述基底的尺寸比不小 于102。
27. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述基底的尺寸比不小于103。
28. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述制品具有超導(dǎo)條帶 的形式。
29. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述基底、所述超導(dǎo)條 片以及所述傳導(dǎo)橋路形成超導(dǎo)條帶，所述制品包括具有多個超導(dǎo)條帶的線圈。
30. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述制品是電力變壓器， 所述電力變壓器至少包括初級繞組和次級繞組，其中所述初級繞組和次級繞組 中的至少一個包括超導(dǎo)條帶的盤繞線圈，所述超導(dǎo)條帶包括所述基底、所述超 導(dǎo)條片以及所述傳導(dǎo)橋路。
31. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述制品是旋轉(zhuǎn)機(jī)械， 所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械包括最少一個繞組，其中所述至少一個繞組包括由所述基底、所 述超導(dǎo)條片以及所述傳導(dǎo)橋路組成的超導(dǎo)條帶。
32. 如權(quán)利要求31所述的超導(dǎo)制品，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械是發(fā)電 機(jī)或電動機(jī)。
33. —種形成超導(dǎo)條帶的方法，包括沉積覆在基底上的超導(dǎo)體層，所述基底的尺寸比不小于102;以及由光刻法形成所述超導(dǎo)體層的圖案。
34. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，在從一個巻軸至另一個巻 軸傳送的過程中形成所述圖案。
35. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，通過沉積光刻層并曝光光 刻層以形成光刻層圖案的方式來形成圖案，其中通過分區(qū)曝光工藝實(shí)施曝光， 從而實(shí)現(xiàn)以對若干分開的區(qū)段光刻層曝光。
36. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，通過沉積光刻層并曝光光 刻層以形成光刻層圖案的方式來形成圖案，其中通過連續(xù)過程實(shí)施曝光，從而 在曝光過程中使所述基底移動。
37. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述基底的尺寸比不小于103。
38. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述基底的尺寸比不小于104。
39. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，還包括在所述基底上沉積 緩沖層，在所述緩沖層上沉積所述超導(dǎo)體層。
40. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，還包括沉積覆在所述超導(dǎo) 體層上的電分流層。
41. 如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，在形成圖案之前沉積所述 電分流層。
42. 如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，在形成圖案之后沉積所述 電分流層。
全文摘要
公開了一種超導(dǎo)條帶，包括基底、覆在基底上的緩沖層、覆在緩沖層上的超導(dǎo)體層以及覆在超導(dǎo)體層上的電鍍穩(wěn)定劑層。還公開了組成超導(dǎo)條帶的部件及其生產(chǎn)和使用方法。所述條帶的AC損耗低，并尤其適于在AC損耗衰減很關(guān)鍵的部件中使用，諸如在旋轉(zhuǎn)機(jī)械內(nèi)使用。
文檔編號H02K3/00GK101164175SQ200480038151
公開日2008年4月16日 申請日期2004年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者A·R·諾爾, C·賴斯, V·塞爾瓦曼尼克姆 申請人:美國超能公司