Введение к работе
Актуальность темы. Исследование физических процессов, происходящих при формировании тонких пленок, и разработка новой технологии микроэлектроники стимулируют развитие друг друга. Сраэу после открытия в 1986 году Беднордцом и Мюллером явления высокотемпературной сверхпроводимости были предприняты попытки вырастить эпитаксиальные пленки высокотемпературных сверхпроводников СВТСГО различными вакуумными методами. Наиболее распространенными методами, использующимися для получения пленок ВТСП, стали традиционные методы вакуумного напыления: магнетронное распыление, электронно-лучевое напыление, молекулярно-лучевая эпитаксия, лазерное испарение. Основные проблемы всех вакуумных методов получения пленок ВТСП связаны со сложностью сохранения стехиометрии слоя ВТСП и с малыми скоростями роста. Ухе в первых работах по получению пленок сложного состава обращалось внимание на основное свойство импульсного лазерного испарения веществ -конгруэнтность испарения. Вскоре основное свойство метода лазерного напыления было использовано исследователями для получения эпитаксиальных пленок ВТСП.
Это резко повысило активность исследователей в поисках получения этим методом многослойных структур, включающих тонкие пленки высокотемпературных сверхпроводников, диэлектриков, металлов и полупроводников. Метод лазерного напыления позволяет создавать многослойные структуры, в том числе и сверхрешетки, необходимые как при проведении фундаментальных исследований, так и при разработке новых устройств на пленках ВТСП.
Физика процесса взаимодействия импульса света с веществом сложна и в каждом частном случае при переходе от одного типа лазера к другому или смене материала мишени требует дополнительных исследований, например таких, как влияние мощности и длины волны излучения и характеристик испаряемой мишени и многого другого на качество формирующегося слоя.
Серьезной проблемой лазерного напыления является эффект
-4- ' г
брызгообразозания и вынос твердых частиц, препятствующих обраво ванию гладкой поверхности слоя. Преципитаты и "лазерные капли" делают трудным получение многослойных структур с эффективно изолирующими барьерами. Разработка методов контроля in situ процессов, происходящих при лазерном напылении, является актуальной задачей улучшения сверхпроводящих свойств пленок ВТСП. Метод время-пролетной оптической спектроскопии позволяет получать во время напыления информацию о процессах взаимодействия лазерного факела с кислородом в пространстве мишень-подлох-їі, выбрать оптимальное расстояние между мишень» к подложкой и мощность лазерного импульса.
В настоящее время лучшие пленки ВТСП получены при использовании лазеров, работавших ь режиме модулированной добротности. Однако при этой существуют значительные трудности при получении достаточно толстых пленок ВТСП большой площади, необходимых при разработке ряда микроэлектрокных устройств, в том числе для СВЧ применений. Задачей исследования является раовитие методов получения высококачественных пленок ВТСП с высокой скоростью осаждения.
Цель диссертационной работа состояла ь исследовании процессов получения пленок о бсяьеаын скоростями осаждения при лазерном испарении, исследовании свойств пленок YEa Си 0? и использовании этих пленок в микроэлехтронких устройствах.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Предложен и исследован метод кристаллизации пленок YBa Си 0 „ ІШИ высоких лгаведекнык скоростях осаждения до
а з 7-Х ' * г
40 А/с в квазинепрерывном режиме лазерного напыления. Использование тонкой мснокристаляической пленки-затравки YBa Сиз07 х, полученной лазерным испарением в режиме модулированной добротности позволило при ее доращивании в квазинепрерывном режиме лазерного напыления получить
опитаксиальные пленки УВа Си 0 ...
Развит метод контроля процессов при лазерном напылении с помощь» время-пролетной оптической спектроскопии факела, позволяющий проводить контроль процессов при высоких давлениях кислорода в реальних условиях напыления. Показано, что контроль процессов образования молекулярных окислов Y0 с помощь» спектроскопии факела может эффективно использоваться для оптимизации условий роста высококачественных пленок сверхпроводников Y8i2Cu_07_x.
Предложена модификация метода лазерного напыления, сочетающая преимущества внеосезого лазерного напыления и метода горячей стенки. Данным методом получены эпктаксиальные пленки YBa Си 0 „, имеющие гладку» поверхность. Пленки на С0013 MqO, С100) LaAlO^ и LiNbO (YZ-среэЗ улъп-л высокие критические параметры.
Исследована возможность создания болометрического приемника ИК диапазона с чувствительность» не менее 10~7 Дж/см2 на основе тонкой монокристаллической пленки Y3a,Curi07_x на подложке НдО.
Предложен к исследован спектрально-селективный ИК фотспри-емлик на основе многослойной тонкопленочной структуры нслат Dv/YSZ/YBa Си 0 vr работащий при температуре SO К.
t. 2 3 "7 —А
Обнаружено и исследовано выпрямление гармонического сигнала на нелинейном участке вольт-амперной характеристики ?гикромостика на основе эпктэксиальной пленки YBa.Си,0, v.
Праэтическая ценность
В работе развит метод получения моиокристаллпчеекпх пленок YBa Си.0,, у с высокой приведенной скорость» осаждения. Оптико-спектральные исследования лазерного факела позволили оптимизировать условия получения эпитаксиальных пленок. В квазиненрэрывком режиме лазерного напыления реализована кристаллизация с высокими скоростями при гладкой морфологии поверхности пленок. Предложена новая модификация метода лазерного напыления - вкеосевое напыление в квазизамкнуто.ч объеме, позволяющая осаждать эпитаксиальньге
пленки ВТСП с высокими критическими параметрами. Получение эпитаксиальных пленок YBa Си 0 „на пьеэоподложках и исследова-
2 3 7-А
ние спектрально - селективных фотоприемников на основе системы органический краситель - сверхпроводник открывает возможность создания координатно - чувствительных спектрально селективных фотоприемников, сканируемых поверхностной акустической волной. За счет целенаправленного синтеза органического красителя спектральная селективность такого фотоприемника может быть реализована во всем видимом или ближнем ИК диапазоне.
Положения, выносимые на защиту:
1. Разработанный метод осаждения эпитаксиальных пленок
YBa„Cu О х с высокими приведенными скоростями роста в квазине
прерывном режиме лазерного напыления ка тонкой эпитаксиальной
затравке YBa2Cu307_x, осажденной в режиме модулированной
добротности.
-
Результаты исследований методом время - пролетной оптической спектроскопии механизмов образования молекулярных окислов Y0 в лазерном факеле YBaaCu307_x, позволившие оптимизировать условия получения высококачественных пленок ВТСП.
-
Модификация метода лазерного напыления, сочетающая преимущества внеосевого лазерного.напыления и метода горячей стенки, позволившая получить пленки ВТСП с высокими критическими параметрами.
-
Результаты исследований болометрического приемника на основе эпитаксиальной пленки YBa Си 07_х и спектрально-селективного фотоприемника на основе тонкопленочной структуры органический краситель - сверхпроводник.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на научном семинаре ИРЭ РАН, на всесоюзной конференции по процессам роста и синтеза полупроводниковых кристаллов и пленок (6-ая, Новосибирск, 1986), на международной конференции по технологии сверхпроводящих пленок
CColorado, USA, 1990), на IV всесоюзной конференции "Актуальные проблемы получения и применения сегнето-, пьеэо-, пироэлектрические и родственных,им материалов" (Москва, 1991г.), на всероссийской научно - технической конференции с международным участием СТаганрог, 1994Э, на международной конференции ICEC-15 CGenova, Italy, 1994}, на международной конференции по сверхпроводимости CKitakuyshu, Japan, 19943.
Публикации По теме дисертации опубликовано 15 работ.
Объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, занимающих 113 страниц машинописного текста из них 33 рисунка. Список цитированной литературы включает 72 наименования.
