전기전자/정보통신

Fujikura Technical Journal_2016.06_Vol.1. No.129 (www.fujikura.co.jp)

후지쿠라 기보
초전도 재료 특집


[권두언]
● 고온 초전도재료 발견 30주년 기념 -- 밝은 미래를 향하여 --   
Y. Shihohara / 国際超電導産業技術研究센터　超電導工学研究所　元名誉所長

2016년은 고온산화물 초전도재료가 1986년에 발견되어 30주년을 맞고 있다. 지하철을 타고, 차내를 보면 남녀노소를 불문하고 스마트폰을 보는 모습을 볼 수 있다. 최근에는 익숙한 모습이지만, 30년전에 본다면 이상한 광경으로 보일 것이다. 1988년에 NTT가 어깨에 메고 다니는「Shoulder Phone」의 포터블타입을 발매했지만, 그 중량이 3Kg였다. 그 후 1987년에 중량 900g의「휴대전화」가 발매되어, 실용화, 다기능화가 급속하게 진행되어, 2007년에 발매가 개시된 iPhone을 계기로 스마트폰 시대에 들어와 시장이 확대되고, 현재에 이르게 되었다. 이 휴대전화의 보급은, 휴대전화의 패키지 내에 반도체칩이 봉지되어 있고, 그 칩에 1천만개 이상이 넘는 수위 소자로 구성된 대규모집적회로가 휴대전화의 기능을 가능하게 만드는 것이다.

1947년의 트랜지스터 발명이래 약 70년이 경과하는데, 이 수십 년간의  소자의 크기는 경탄할 만한 속도로 축소되어 왔다. 현재는 소자 1개의 면적이 40년전의 백만 분의 1로까지 축소되어 잇다. 이 반도체 칩의 대규모집적회로가 휴대전화의 기능을 향상시켜왔다. 현재에는 10억개 이상의 소자가 집적되어 있는 초초대규모집적회로(ULSI)도 존재하기까지 개발이 이루어져 왔다 이 휴대전화의 보급·진화는 모든 반도체 산업계가 이룩해온 노력의 산물이다.

본제의 고온 초전도재료의 연구개발은, 1986년에 스위스 IBM의 Bednorz & Muller박사에 의해 산화물 초전도재료가 발견되고, 1987년에는 미국 Houston대학의 Chu박사에 의해 초전도 임계온도가 액체질소온도 (섭씨 마이너스 196도)를 넘어서는 Yttrium계 동산화물 초전도재료가 발견되어, 세게 중에「초전도 Fever」를 불러일으켰지만, 이 산화물초전도재료에 기대 되었던 만큼의 전류가 흐르지 않는다는 비관적이고 부정적인 보고와 보도들로 세계 중의 많은 연구자가 철퇴하게 되었다.    

이 치명적이라던 과제를 해결하는 제법을 최초로 개발한 것이, ㈜후지쿠라의 이이지마 씨로, 1991년에 이온 빔 어시스트 증착 (IBAD)법을 개발하여, 고강도 다결정 금속기판 위에 중간층으로서의 산화물을 성막하여, 결정립을 배향시켜, 입계경각을 수도 이하로 억제하는 것에 성공하고, 그 중간층상의 초전도 층을 흐르는 초전도전류밀도가 1평방센티미터당 수백만 암페어가 넘는 것을 확인했다. 이 성공에 의해, 한번에 고온 초전도산화물을 이용한 선재가 꿈이 아니라는 것을 세계 중에 인식시켰다.

초전도 기술은, 에너지시스템에 있어 고효율화, 성에너지, CO2배출감소 등 사회에의 공헌이 기대되고 있고, 전력기기, 산업응용기기, 수송기기, 진단·의료기기 등에 폭넓은 응용이 기대되는 기술이다. 기술적으로 실용화가 가까워지고 있고, 그 경제성이 중요한 개발과제로 인식되어 오고 있다. 이를 위해 고온초전도기술의 활용이 초전도응용기기개발을 중심으로 되어 있고, 제 2세대 선재로 칭하는 Y계 선재의 시장도입의 시작과 더불어, Y계 선재를 이용한 기기개발이 왕성하게 되었다. Y계 선재 응용기기에서는 그 자장 중 특성에서 압도적인 우위성으로, 마그네트의 응용 (예를 들면, SMES, 모터, 발전기, 가속기, NMR, MRI, 연구용 초고자장 마그네트 등)으로 개발이 진행되고 있다.

대량의 선재를 사용하는 기기용 마그네트의 코일(권선)에 Y계 선재를 적용하는 경우, 자장 중 임계전류특성의 향상, 장척화, 양산화, 수율향상, 저 코스트화 뿐만 아니라, 응력과 환경의 변화 등의 외부의 영향에 의한 변화를 저지하는 로버스트성, 안정성과 함께. 직류기기라고 해도, 그 승자·감자의 경우의 자화 손실의 저감, 자화의 완화 및 차폐전류·차폐자장에 의한 시간적·공간적인 코일발생 자장의 불균일성 해소를 위한 기술개발이 필수불가결하고, 아직 개발과제가 산적되어 있는 상황이다. 고온 초전도 선재인 Y계 선재의 구조, 초전도 특성 및 열적, 전자적, 기계적 특성은 현재 범용되고 있는 Nb계 저온 초전도 선재와는 크게 다르다. 이를 위해 Yㄱㅖ 선재의 특성에 대응한 코일개발과 협조한 연구개발이 중요하다.      


[특집기사]

● 강 자장 응용용 Yttrium계 초전도선재
(Y-Based Coated Conductors for Applications Generating Strong Magnetic Fields)
M. igarashi 외 8명/ 에너지기술연구부


● 멀티 필라멘트형 Yttrium계 초전도선재
(Multi-filamenary Y-based Coated Conductors)
C. Kurihara 외 8명/ 九州大學 超電導시스템과학연구센터 교수　　


● 가속기 응용을 위한 Yttrium계 초전도 코일의 열적 안정성평가
(Thermal Stability of Yttrium Based Superconducting coil for Accererator Application)
S. Fujita 외 6명/ 고 에너지 가속기연구기구 가속기 연구시설 교수


● 고온 초전도 전력케이블의 저 손실화
(Reducing Transmission loss of the High Temperature Superconducting Power Cable)
K. Watanabe 외 9명/ 에너지 기술연구부


[논문기사]

● 2 Kw 출력 싱글모드 Fiber Laser
(2 Kw Single-mode Fiber Laser)
Y. Mashiko 외 4명/ Fiber laser연구부


● 고휘도 려기(勵起) LD모듈
(High Brightness Pump Module)
Y. kasai 외 4명/ 선단기술종합연구소 Fiber laser연구부


● Fiber Laser 려기(勵起)용 고출력 반도체 레이저
(High Power Semiconductor Laser Diode for Fiber Laser Pumping)
Y. Yamagawa 외 4명/ 선단기술종합연구소 광 디바이스연구부


● 2000심 고밀도 광 화이바 케이블
(2000-fiber Ultra-high density Underground Cable)
N. Ito 외 3명/ 광케이블 시스템사업부 개발부


● LCP기판을 이용한 60 GHz대 도파관 급전형 다이폴 안테나
(LCP Based Dipole Antenna Fed by Rectangular Waveguide Operating at 60 GHz band)
R. Hosono 외 6명/ 선단기술종합연구소 응용전자기연구실


● 하중 검지 형 B-Surface SBR 센서
(B-Surface SBR of Load Detection Type)
T. kawahira 외 8명/ 자동차전장컴퍼니 차재모듈 기술부

        -- 끝 --