DE19740964A1 - Verfahren zum Herstellen eines Substrates als Träger für eine, insbesondere supraleitende, Funktionsschicht sowie einer Struktur mit einem Supraleiter - Google Patents

Description

Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates als Träger für eine, insbesondere supraleitende, Funktions­ schicht, ein Substrat als Träger für eine, insbesondere supraleitende, Funk­ tionsschicht, ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur mit einer supralei­ tenden Funktionsschicht sowie auf eine Struktur mit einem Supraleiter.

Es ist bekannt, daß supraleitende Drähte und Bänder auf der Basis des BI-Sy­ stems (BI 2212, BI 2223) erfolgreich hergestellt wurden. Solche supra­ leitende Drähte fanden bereits ihre erste Anwendung bei tiefen Temperaturen bzw. in moderaten Magnetfeldern.

Angestrebt wird die Anwendung supraleitender Strukturen, insbesondere Drähte und Bänder bei Temperaturen oberhalb von 77 Kelvin und in äuße­ ren Magnetfeldern, vorzugsweise von mehr als einem Tesla. Hierzu werden sogenannte Hochtemperatursupraleitermaterialien verwendet. Bei Temperaturen oberhalb von 77 Kelvin und äußeren Magnetfeldern von mehr als einem Tesla ergeben sich bei den bekannten Hochtemperatursupraleiterwerkstoffen unterschiedliche Problematiken. In diesem Zusammenhang kann angeführt werden, daß zwischen einzelnen Körnern des supraleitenden Werkstoffes eine schwache Kopplung, sogenannter weak-link, besteht die mit einer geringen kritischen Stromdichte einhergeht. Des weiteren kann ein Verlust des Pinnings bzw. eine Entartung der Flußschläuche zu "pan-cake" vortices innerhalb der einzelner Körner der stark anisotropen Systeme (BI 2212, BI 2223, TI-Sy­ stem; Hg-System) auftreten. Zur Vermeidung des Pinningverlustes werden für die BI-Systeme insbesondere Bestrahlungstechniken verwendet.

Bei SE 123 ((SE) Ba₂ Cu₃ O_7-x) hat sich zur Vermeidung der weak-link Problematik die Erzeugung einer biaxialen Textur im Supraleitermaterial als eine erfolgreiche Methode erwiesen. Zur Erzeugung einer biaxialen Textur ist hierzu auf eine aus der Halbleitertechnik bekannt Dünnschichttechnologie (ion beem assisted deposition) zurückgegriffen worden. Hierdurch sind Stromdichten von mehr als 10⁶ A/cm² erreicht worden.

Zur Ausbildung einer biaxialen Textur im supraleitenden Material schlägt die WO 96/32 201 ein Substrat vor, das eine Oberfläche mit einer Textur hat, durch die ein orientiertes Kristallwachstum eines supraleitenden Materials erzielt werden soll.

Durch B. Soylu et al. "Texturing of 123 compounds by use of a composi­ tional reaction texturing technique", presented in European conference on applied superconductivity - EUCAS 95, University of Edingburgh, 3.-6. Juli 1995, Edinburgh, Scottland, ist ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Materials auf einem Substrat bekannt. Hierzu wird auf ein Substrat eine Vielzahl von Keimenkristallen positioniert. Anschließend wird ein supraleitendes Material zwischen den relativ zueinander ausgerichteten Keimkristallen eingebracht, so daß ein Kristallwachstum des supraleitenden Materials durch die Ausrichtung der Keimkristalle vorgegeben wird.

Ausgehend vom dem bekannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Zielsetzung zugrunde ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates als Träger für eine, insbesondere supraleitende, Funktionsschicht, welches eine kostengünstige Herstellung einer Funktionsschicht ermöglicht, anzugeben. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Substrat als Träger für eine, insbesondere supraleitende, Funktionsschicht anzugeben. Des weiteren liegt der Erfindung die Zielsetzung zugrunde ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur mit einer supraleitenden Funktionsschicht anzugeben.

Diese Zielsetzung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Substrat als Träger für eine, insbesondere supraleitende, Funktionsschicht gemäß Anspruch 11, ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur mit einer supraleitenden Funktionsschicht nach Anspruch 19 bzw. eine Struktur mit einer supraleitenden Funktionsschicht nach Anspruch 23 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Substrates als Träger für eine Funktionsschicht zeichnet sich damit aus, daß das Substrat aus wehigstens zwei Phasen für eine Keimbildung und ein Kristallwachstum einer Funktionsschicht gebildet wird. Dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Substrates als Träger für eine Funktionsschicht, insbesondere für eine supraleitende Funktionsschicht, liegt der Grundgedanke zugrunde, daß eine Keimbildung und/oder ein Kristallwachstum eine Funktionsschicht durch die wenigstens zwei Phasen des Substrates angeregt wird. Durch diese wenigstens zwei Phasen ist es nicht mehr notwendig, wie von Soylu vor­ geschlagen, Kristalle auf eine Trägerschicht aufzubringen, die eine Keimbil­ dung und/oder ein Kristallwachstum eines supraleitenden Material oder eines zur Supraleitung geeigneten Vormaterials bewirken.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß mindestens zwei Phasen des Substrates wenigstens teilweise so anein­ ander grenzend ausgebildet werden, daß das Substrat eine bevorzugte, für eine Keimbildung und ein Kristallwachstum einer Funktionsschicht geeignete, Ausrichtung aufweist. In diesem Zusammenhang kann von einer topographi­ schen Ausrichtung der Phasen des Substrates gesprochen werden.

Alternativ oder zusätzlich zu einer bevorzugten Ausrichtung mindestens zweier Phasen wird vorgeschlagen, daß mindestens ein Teil der Kristalle wenigstens einer Phase so ausgerichtet werden, daß das Substrat eine bevor­ zugte, für eine Keimbildung und ein Kristallwachstum einer Funktionsschicht geeignete, Ausrichtung aufweist. Man kann in diesem Zusammenhang von einer kristallographischen Ausrichtung des Substrates sprechen. Eine Über­ lagerung der topographischen als einer kristallographischen Ausrichtung ist möglich, so daß diese Überlagerung für eine Keimbildung und ein Kristall­ wachstum einer Funktionsschicht förderlich ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vor­ geschlagen, daß wenigstens eine der Phasen aus einem Material gebildet wird, welches in wenigstens einer kristallographischen Ebene der Phase wenigstens eine Epitaxierelation zu einer Funktionsschicht erfüllt.

Eine Epitaxierelation liegt insbesondere dann vor, wenn die Kristallstruktur der Phase im wesentlichen der Kristallstruktur des supraleitenden Materials entspricht.

Nach einem weiteren vorteilhaften Gedanken wird zur Herstellung eines Substrates als Träger für eine, insbesondere supraleitende, Funktionsschicht vorgeschlagen, daß wenigstens eine der Phasen wenigstens teilweise mit einer Textur, insbesondere einer biaxialen Textur, ausgebildet. Zur Ausbildung einer solchen Textur wird vorgeschlagen, daß das Substrat aus einem Vor­ material gebildet wird, daß einem Ur- und/oder einem Umformvorgang unterzogen wird. Bei einem solchen Umfangvorgang kann es sich um einen Walz- oder Ziehvorgang handeln.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weitergestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß das Substrat einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt. Hierbei wird die vorzugsweise Ausrichtung der mindestens einen Phase auf das Oxyd übertragen. Die Ausbildung eines Oxyds hat den Vorteil, daß eine Epitaxie einer Funktionsschicht, insbesondere eines supralei­ tenden Materials, begünstigt wird.

Wenigstens eine der Phasen liegt vorzugsweise in Form von Fasern vor. Hierbei kann das Vormaterial auch beispielsweise in Form eines Verbund­ werkstoffes vorliegen. Die Fasern können aus einem keramischen Werkstoff bestehen. Aufgrund der Geometrie der Fasern kann eine bevorzugte Aus­ richtung, insbesondere parallel zur Verformungsrichtung, erreicht werden. Die Fasern als solche müssen hierbei nicht notwendigerweise verformbar sein.

Dadurch, daß das Substrat wenigstens zweiphasig vorliegt, kann bei ge­ eigneter geometrischen Anordnung der Fasern mittels sogenannter künstlichen Epitaxie eine Bildung biaxial texturierter supraleitender Funktionsschichten auf dem Substrat erreicht werden.

Das erfindungsgemäße Substrat als Träger für ein supraleitendes Material, zeichnet sich dadurch aus, daß es aus einem Material mit wenigstens zwei Phasen gebildet ist, wobei wenigstens eine der Phasen, für eine Keimbildung und/oder ein Kristallwachstum einer Funktionsschicht begünstigt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Substrates wird vorgeschlagen, daß minde­ stens zwei Phasen des Substrates wenigstens teilweise so aneinander grenzen, daß das Substrat eine bevorzugte, für eine Keimbildung und/oder ein Kri­ stallwachstum einer Funktionsschicht geeignete, Ausrichtung aufweist. Durch diese Weiterbildung des Substrates wird erreicht, daß an den einander grenzenden Flächen der Phasen eine Keimbildung und ein Keimwachstum erfolgt. Das Substrat kann mehrere im Abstand zueinander weisende Berei­ che haben, die mindestens zwei Phasen enthalten, die wenigstens teilweise so einander grenzen, daß das Substrat eine bevorzugte, für eine Keimbildung und ein Kristallwachstum einer Funktionsschicht geeignete, Ausrichtung aufweist. Hierbei kann bei der Herstellung einer Funktionsschicht auf dem Substrat erreicht werden, daß zwischen zwei benachbarten Bereichen ein Gradient, insbesondere ein Konzentrationsgradient der Funktionsschicht entsteht, durch den eine gerichtete Ausbildung einer Funktionsschicht erreicht wird. Der Gradient kann in Form eines Konzentrationsgradienten und/oder eines Temperaturgradienten vorliegen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Substrates wird vor­ geschlagen, daß dieses so ausgebildet ist, daß mindestens ein Teil der Kristalle wenigstens einer Phase so ausgerichtet sind, daß das Substrat eine bevorzugte, für eine Keimbildung und ein Kristallwachstum einer Funktions­ schicht, insbesondere einer supraleitenden Funktionsschicht, geeignete, Aus­ richtung aufweist.

Bevorzugt wird ein Substrat, bei dem die für eine Keimbildung und ein Kristallwachstum einer Funktionsschicht geeignete Phase aus einem Material gebildet ist, daß in wenigstens einer kristallographischen Ebene der Phase mindestens eine Epitaxierelation einer Funktionsschicht erfüllt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Substrates wird vor­ geschlagen, daß wenigstens eine Oberfläche des Substrates eine Textur aufweist, vorzugsweise eine biaxiale Textur, die auch dadurch erreicht werden kann, daß ein Vormaterial des Substrates einem Ur- und/oder einem Umformvorgang unterzogen wurde. Insbesondere weist das Substrat wenig­ stens teilweise ein Oxyd, vorzugsweise ein metallisches Oxyd auf, daß eine biaxiale Textur hat.

Das Substrat kann aus einem oder mehreren Metallen oder Legierungen bestehen. Vorzugsweise weist das Substrat wenigstens eine Phase auf, die in Form von Fasern vorliegt. Die Fasern sind nicht zwingend verformbar. Sollen die Fasern nicht verformbar sein, so wird vorgeschlagen, daß diese aus einem keramischen Werkstoff bestehen, wodurch eine Epitaxie auf dem Substrat ermöglicht wird.

Durch das erfindungsgemäße Substrat wird eine effiziente Herstellung einer Funktionsschicht, insbesondere eines Supraieiters auf dem Substrat ermög­ licht, da das Substrat eine vorzugsweise Ausrichtung aufweist, die für eine Keimbildung und eine gerichtetes Wachstum einer Funktionsschicht geeignet ist.

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken wird ein Verfahren zum Herstellen eine Supraleiters auf einem Substrat vorgeschlagen, bei dem das Substrat nach einem der Ansprüche 1-10 gebildet wird, und auf das Substrat ein zur Supraleitung geeignetes Material aufgebracht und danach einer geeigneten Wärmebehandlung unterzogen wird. Durch die Wärmebe­ handlung wird eine Ausrichtung der Phasen ermöglicht. Vorzugsweise wird die geeignete Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre durch­ geführt, wodurch eine Oxidbildung wenigstens einer Phase des Substrats bewirkt wird. Hierdurch kann eine Epitaxie eines supraleitenden Materials auf dem Substrat vereinfacht werden, da diese auf einem ionischen Kristall besser verläuft.

Durch die Wärmebehandlung des Substrates mit dem auf dem Substrat zur Supraleitung geeigneten Material kann es auch zur Konzentrations- und/oder Temperaturgradienten zwischen benachbarten Phasen des Substrates kommen, wodurch eine Keimbildung und eine gerichtetes Kristallwachstum des supra­ leitenden Material erreicht wird.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß das Substrat mit dem zur Supraleitung geeigneten Material beschichtet wird. Die Beschichtung des Substrates kann mittels einer Dickschicht- oder Dünnschichttechnologie erfolgen. Insbesondere wird vorgeschlagen, daß ein zur Supraleitung geeignetes Material durch Elektrolyse PFD, CFD, im OCVD, LPE, Plasmaspritzen und/oder Begießen erfolgt. Diese Techniken sind an und für sich bekannt. Sie eröffnen jedoch eine kostengünstige Mög­ lichkeit ein Substrat mit einem zur Supraleitung geeigneten Material zu beschichten.

Insbesondere ist die Beschichtung des Substrates mit einem supraleitenden Material durch Elektrolyse von besonderer Bedeutung, da die Elektrolysetech­ nik als solche, und das damit verbundene Equipment bekannt ist. Es ist daher nicht notwendig zusätzliche Einrichtungen zur Beschichtung des Sub­ strates bereitzustellen.

Vorzugsweise ist das Substrat mit einem zur Supraleitung geeigneten supra­ leitenden Material aus der Gruppe der selten Erden-Barium-Kupfer-Oxyden (SE-123), insbesondere mit YBa₂Cu₃O₇ beschichtet. Das Substrat kann auch mit Mischkristallen (SE1_x, SE2_y, SE3_z . . .) Ba₂ Cu₃ O_7-x aus der Gruppe der selten Erden-Barium-Kupfer-Oxyden beschichtet werden.

Nach einem weiteren erfinderischen Gedanken wird eine Struktur mit einem Supraleiter auf einem Substrat vorgeschlagen, wobei das Substrat als Träger für eine supraleitende Funktionsschicht dient. Das Substrat weist wenigstens zwei Phasen auf, die für eine Keimbildung und ein Kristallwachstum der Funktionsschicht geeignet sind. Durch die Phasen wird eine Keimbildung und ein Kristallwachstum des zur Supraleitung geeigneten Materials erreicht, wodurch die Struktur eine supraleitende Funktionsschicht hat.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Struktur wird vorgeschla­ gen, daß diese mindestens zwei Phasen aufweist, die wenigstens teilweise so einander grenzend ausgebildet sind, daß das Substrat eine bevorzugte, für eine Keimbildung und ein Kristallwachstum einer supraleitenden Funktions­ schicht geeignete, Ausrichtung aufweist. Insbesondere wird vorgeschlagen, daß mindestens ein Teil der Kristalle wenigstens einer Phase des Substrates so ausgerichtet sind, daß das Substrat eine bevorzugte, für eine Keimbildung und ein Kristallwachstum einer supraleitenden Funktionsschicht geeignete Ausrichtung hat.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Struktur wir vorgeschla­ gen, daß wenigstens eine Phase des Substrates aus einem Material gebildet ist, das in wenigstens eine Kristallebene der Phase wenigstens eine Epitaxie­ relation einer supraleitenden Funktionsschicht erfüllt.

Insbesondere wird vorgeschlagen, daß wenigstens eine der Phasen der Struktur wenigstens teilweise mit einer Textur, insbesondere einer biaxialen Textur, ausgebildet ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Substrates wird vor­ geschlagen, daß das Substrat wenigstens teilweise ein Oxyd enthält, daß eine biaxiale Textur aufweist.

Weiter vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Substrates sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Verfahren, des Substrates und der Struktur mit einem Supraleiter auf einem Substrat werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur mit einer supraleitenden Schicht,

Fig. 2 schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Substra­ tes,

Fig. 3 schematisch ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Substrates,

Fig. 4 schematisch ein drittes Verfahren zum Herstellen eines Substrates,

Fig. 5 schematisch ein Substrat,

Fig. 6 einen ersten Ausschnitt eines Substrates,

Fig. 7 einen zweiten Ausschnitt eines Substrates,

Fig. 8 einen dritten Ausschnitt eines Substrates und

Fig. 9 einen vierten Ausschnitt eines Substrates.

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur 9 mit einer supraleitenden Schicht 8, die auf einem Substrat 4 ausgebildet ist.

Ein Vormaterial 1, welches aus zwei Phasen 2, 3 besteht, wird einem Umformvorgang in einer Umformstation 5 unterzogen. Bei der Umform­ station 5 kann es sich beispielsweise um eine Walzstation handeln. Die Ausgestaltung der Umformstation ist davon abhängig, welche geometrische Form dem Substrat 4 verliehen werden soll. Nach dem Umformvorgang in der Umformstation 5 ist die zweite Phase 3, bei der sich beispielsweise um Fasern handeln kann, so ausgerichtet, daß diese eine bevorzugte Orientierung haben. Nach dem Umformvorgang wird das Vormaterial 1 einer Wärmebe­ handlung unterzogen. Die Wärmebehandlung erfolgt in einer Wärmebehand­ lungsstation 6. Vorzugsweise erfolgt die Wärmebehandlung in einer oxidie­ renden Atmosphäre. Das so behandelte Vormaterial bildet ein Substrat 4, das wenigstens eine texturierte Oberfläche aufweist. Auf die Oberfläche des Substrates 4 wird in einer Station 7 ein supraleitendes Material aufgebracht. In der Station 7 erfolgt auch eine Wärmebehandlung des supraleitenden Material mit dem Substrat 4. Hierbei geht das supraleitende Material in eine flüssige Phase über. Aufgrund der bevorzugten Orientierung der wenigstens einen Phase des Substrates 4 erfolgt eine Keimbildung des supraleitenden Materials, wodurch ein biaxial texturierter Supraleiter auf dem Substrat 4 wächst. Nach geeigneten Abkühlbedingungen verläßt eine Struktur 9 die Station 7. Die Struktur 9 weist das Substrat 4, auf dem das supraleitende Material 8 eine supraleitende Schicht bildet.

Die zweiphasige Ausgestaltung des Substrates 4 hat den Vorzug, daß die eine Phase des Substrates für eine Keimbildung eines supraleitenden Materi­ als geeignet ist, während die zweite Phase des Substrates weitere Funktions­ eigenschaften hat. Die zweite Phase kann beispielsweise im wesentlichen die mechanischen Eigenschaften der Struktur bestimmen.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines Substrates 4. Aus einem Vormaterial 1, welches zwei Phasen 2, 3 aufweist, wird einem Umformvorgang unterzogen. Das Vor­ material enthält die Phase 3 in Form von regellos in der Phase 2 integrier­ ten Kristallen. Durch den Umformvorgang entsteht ein Vormaterial 1', bei dem die zweite Phase 3 in einer Vorzugsrichtung orientiert ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Phase 3 im Vormaterial 1 enthalten. Um eine Keimbildung und Kristallwachstum zu verbessern, wird das Vor­ material 1' einem Bearbeitungsvorgang unterzogen, durch den die Phase 3 einen Teil einer Oberfläche des Substrates 4 bildet.

Die Phase 2 kann in Form eines Metalls vorliegen. Die Phase 3 kann eine Keramik sein.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Substrates 4. Ein Vormaterial 1, das aus zwei Phasen 2, 3 gebildet ist, bei dem es sich jeweils um metallische Phasen handelt, vorzugsweise um unterschiedliche Metalle, wird einem Umformvorgang unterzogen. Durch den Umformvorgang erhält man ein Vormaterial 1', bei dem eine vororientierte Phase 3 innerhalb der Phase 2 enthalten ist. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die innere Struktur des Vormaterials 1 freigelegt, so daß nach dem Freilegen das Vormaterial 1' ein Substrat 4 bildet. Im rechten Teil der Fig. 3 wird dargestellt, daß die Phase 3 einen Teil der Oberfläche des Substrates 4 ist. Die Phase 3 liegt in Form von Strängen vor, die im Abstand zueinander im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Der Verlauf der Phase 3 ist im wesentlichen abhängig von den Umformparametern.

Eine weitere Ausgestaltung eines Verfahrens zum Herstellen eines Substrates zeigt die Fig. 4. Aus einem Vormaterial 1, welches zwei Phasen 2, 3 aufweist, wird durch einen Umformvorgang ein Vormaterial 1' gebildet. Die Phase 3 liegt in Form von Fasern vor. Wie aus der Darstellung des Vor­ materials 1 ersichtlich ist, sind die Phasen 1 regellos in der Phase 2 ver­ teilt. Durch den Umformvorgang kommt es zu einer Ausrichtung der Fasern innerhalb der Phase 2. In einem darauf folgenden Verfahrensschritt wird die Phase 3 wenigstens teilweise freigelegt, so daß diese einen Teil der Ober­ fläche des Substrates 4 bildet. Das so hergestellte Substrat kann weiteren Behandlungsschritten unterzogen werden.

In der Fig. 2, 3 u. 4 sind schematisch Verfahren dargestellt, bei denen das Vormaterial 1 einem Umformvorgang unterzogen wird, um eine orientierte Ausbildung der Phase 3 zu erreichen. Statt eines Umformvorgangs kann das Substrat auch durch einen geeigneten Urformprozeß hergestellt werden.

Fig. 5 zeigt schematisch ein Substrat 4. Das Substrat 4 weist eine erste Phase 2 auf, innerhalb der die zweite Phase 3 ausgerichtet ist. Die zweite Phase 3 hat, wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, eine bevorzugte Ausrich­ tung. Diese makroskopisch betrachtet bevorzugte Ausrichtung der zweiten Phase 3 kann auch als eine topographische Ausrichtung der zweiten Phase 3 bezeichnet werden. Durch die Pfeile innerhalb der zweiten Phase 3 ist angedeutet, daß die Kristalle der zweiten Phase 3 auch eine bevorzugte Ausrichtung haben. Diese bevorzugte Ausrichtung der Kristalle der zweiten Phase 3 kann als eine kristallographische Ausrichtung bezeichnet werden.

Die erste Phase 2 und die zweite Phase 3 grenzen so aneinander an, daß das Substrat 4 eine bevorzugte, für eine Keimbildung und ein Kristallwachs­ tum einer Funktionsschicht geeignete, Ausrichtung aufweist. Neben dieser Eigenschaft des Substrates 4 wird durch die Ausrichtung der Kristalle der zweiten Phase 3 zusätzlich eine Keimbildung und ein Kristallwachstum einer Funktionsschicht begünstigt.

Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt des Substrates 4. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß die Kristalle der zweiten Phase 3 eine bevorzugte Ausrich­ tung aufweisen, wodurch eine klassische Epitaxie ermöglicht wird. Der Unterschied der Gitterkonstanten ist vorzugsweise kleiner als 5%.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Substrates sowie des Substrates kann auf dem Substrat eine Funk­ tionsschicht, insbesondere eine supraleitende Funktionsschicht, mittels einer Graphoepitaxie aufgebracht werden.

Fig. 7 zeigt, daß zwischen der Phase 2 und der Phase 3 des Substrates 4 ein Höhenunterschied besteht, durch den unter anderem eine Brechung der Symmetrie der Diffusionsfelder erreicht wird. Hierdurch wird eine Keimbil­ dung und ein gerichtetes Kristallwachstum der Funktionsschicht erreicht.

Fig. 8 und 9 zeigen jeweils einen Ausschnitt eines Substrates 4, bei denen eine Keimbildung und/oder ein Kristallwachstum einer Funktionsschicht mittels einer sogenannten künstlichen Epitaxie erreicht werden kann.

Die Phasen 2, 3 weisen unterschiedliche Eigenschaften auf. Beispielsweise ist die Wärmeleitfähigkeit λ, die Dichte etc. unterschiedlich. Die Phasen 2, 3 sind inert. Durch die unterschiedlichen Eigenschaften weist das Substrat lokal unterschiedliche Temperaturen auf, durch die eine Keimbildung und ein gerichtetes Kristallwachstum einer Funktionsschicht erreicht wird.

Ist das Substrat selbst reaktiv, wie dies in der Fig. 9 angedeutet ist, so entsteht ein Konzentrationsprofil c, welches eine Keimbildung und/oder Kristallwachstum einer Funktionsschicht begünstigt.

Claims (31)

1. Verfahren zum Herstellen eines Substrates (4) als Träger für eine, insbesondere supraleitende, Funktionsschicht (8), bei dem aus wenigstens zwei Phasen (2, 3) ein Substrat (4) für eine Keimbildung und/oder ein Kristallwachstum einer Funktionsschicht (8) gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mindestens zwei Phasen (2, 3) wenigstens teilweise so aneinandergrenzend ausgebildet werden, daß das Substrat (4) eine bevorzugte, für eine Keimbildung und/oder ein Kri­ stallwachstum einer Funktionsschicht (8) geeignete, Ausrichtung aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mindestens ein Teil der Kristalle wenigstens einer Phase (2, 3) so ausgerichtet werden, daß das Substrat (4) eine bevorzugte, für eine Keimbildung und/oder ein Kri­ stallwachstum einer Funktionsschicht (8) geeignete, Ausrichtung aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 bei dem die für eine Keimbil­ dung und ein Kristallwachstum einer Funktionsschicht (8) geeignete Phase (3) aus einem Material gebildet wird, welches in wenigstens einer kristallographischen Ebene der Phase (3) wenigstens eine Epitaxie­ relation zu einer Funktionsschicht (8) erfüllt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 bei dem wenigstens eine der Phasen (2, 3) wenigstens teilweise mit einer Textur, insbesondere einer biaxialen Textur, ausgebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Substrat (4) aus einem Vor­ material (1) gebildet und das Vormaterial (1) zur Erzielung einer Textur einem Ur- und/oder einem Umformvorgang unterzogen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Substrat (4) einer Wärmebehandlung unterzogen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre durch geführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Phase (3) in Form von Fasern ausgebildet ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem wenigstens eine Phase (3) wenigstens teilweise aus einem keramischen Werkstoff besteht.

11. Substrat als Träger für eine, insbesondere supraleitende, Funktionsschicht (8), welches wenigstens zwei Phasen (2, 3) aufweist, wobei wenigstens eine der Phasen (2, 3) eine Keimbildung und/oder ein Kristallwachstum einer Funktionsschicht (8) begünstigt.

12. Substrat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Phasen (2, 3) wenigstens teilweise so aneinandergrenzen, daß das Substrat (4) eine bevorzugte, für eine Keimbildung und/oder ein Kri­ stallwachstum einer Funktionsschicht (8) geeignete, Ausrichtung aufweist.

13. Substrat nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Kristalle wenigstens einer Phase (2, 3) so ausgerichtet sind, daß das Substrat (4) eine bevorzugte, für eine Keim­ bildung und/oder ein Kristallwachstum einer Funktionsschicht (8) ge­ eignete, Ausrichtung aufweist.

14. Substrat nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die für eine Keimbildung und/oder ein Kristallwachstum einer Funktions­ schicht (8) geeignete Phase (3) aus einem Material gebildet ist, das in wenigstens einer kristallographischen ebene der Phase (3) wenigstens eine Epitaxierelation zu einer Funktionsschicht (8) erfüllt.

15. Substrat nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Phasen (2, 3) wenigstens teilweise eine Textur, insbesondere eine biaxiale Textur, aufweist.

16. Substrat nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dieses wenigstens teilweise ein Oxyd enthält, das eine biaxiale Textur aufweist.

17. Substrat nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Phase (3) in Form von Fasern ausgebildet ist.

18. Substrat nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Phase (3) aus einem keramischen Werkstoff be­ steht.

19. Verfahren zum Herstellen einer Struktur (9) mit einem Supraleiter (8) auf einem Substrat (4), bei dem das Substrat (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gebildet wird, und auf das Substrat (4) ein zur Supraleitung geeignetes Material oder Vormaterial (8) aufgebracht und danach einer Wärmebehandlung unterzogen wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das Substrat (4) mit dem zur Supraleitung geeigneten Material (8) beschichtet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Beschichtung des Substrates (4) mit dem Material (8) durch Elektrolyse, PVD, CVD, MOCVD, LPE, Plasmaspritzen und/oder begießen erfolgt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19, 20 oder 21, bei dem das Substrat (4) zur Ausbildung eines Supraleiters mit einem Material (8) aus der Gruppe der Seltenerden-Barium-Kupfer-Oxide z. B. (SE-123) und/oder deren Mischkristallen z. B. (SE1_x, SE2_y, SE3_z . . .), Ba₂ Cu₃ O_7-x beschichtet wird.

23. Struktur (9) mit einem Supraleiter (8) auf einem Substrat (4), wobei das Substrat (4) wenigstens zwei Phasen (2, 3) aufweist, wobei wenig­ stens eine der Phasen (3) eine bevorzugte, für eine Keimbildung und/oder Kristallwachstum eines zur Supraleitung geeigneten Materials (8) geeignete, Ausrichtung aufweist, und auf dem Substrat (4) ein Supralei­ ter (8) ausgebildet ist.

24. Struktur nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Phasen (2, 3) wenigstens teilweise so aneinandergrenzen, daß das Substrat (4) eine bevorzugte, für eine Keimbildung und ein Kristall­ wachstum einer Funktionsschicht (8) geeignete, Ausrichtung hat.

25. Substrat nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Kristalle wenigstens einer Phase (2, 3) so ausgerichtet sind, daß das Substrat (4) eine bevorzugte, für eine Keim­ bildung und ein Kristallwachstum einer Funktionsschicht (8) geeignete, Ausrichtung aufweist.

26. Substrat nach Anspruch 23, 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die für eine Keimbildung und ein Kristallwachstum einer Funktions­ schicht (8) geeignete Phase (3) aus einem Material gebildet ist, das in wenigstens einer kristallographischen Ebene der Phase (3) wenigstens eine Epitaxierelation zu einer Funktionsschicht (8) erfüllt.

27. Substrat nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Phasen (2, 3) wenigstens teilweise eine Textur, insbesondere eine biaxiale Textur, aufweist.

28. Substrat nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) wenigstens teilweise ein Oxyd enthält, das eine biaxiale Textur aufweist.

29. Substrat nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Phase (3) in Form von Fasern ausgebildet ist.

30. Substrat nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Phase (3) aus einem keramischen Werkstoff be­ steht.

31. Struktur nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) zur Ausbildung eines Supraleiters mit einem Material (8) aus der Gruppe der Seltenerden-Barium-Kupfer-Oxiden z. B. (SE-123) und/oder deren Mischkristallen (SE1_x, SE2_y, SE3_z . . .), Ba₂ Cu₃ O_7-x beschichtet ist.