Введение к работе
Актуальность темы. Высокотемпературные сверхпроводящие (ВТСП) пленки состава YBa2Cu307-s на ферримагнитных подложках прздставляют собой уникальный объект в исследовании проблемы сосуществования сверхпроводимости и магнетизма, а также перспективны как базовый элемент при создании управляемых устройств спин-волновой микроэлектроники СВЧ [1]. В качестве ферримагнитных ПОДЛОЖеК ИСПОЛЬЗУЮТСЯ НИКеЛЬ-ЦИНКОВЫе Nio.79Zn02lFe204
и марганец-цинковые Mno7Zno.3Fe204 феррошпинели, иттриевые УзРв50і2 и иттрий-гадолиниевые Y3-«GdKFe50i2 феррофанаты. Однако наиболее перспективными являются монокристаллические пленки иттриевого феррограната Узг^Оіг, эпитаксиально выращенные на гадолиний-галлиевом фанате Gd3Ga50)2 ориентации (111). Для получения ВТСП-пленок толщиной от одного до сотен микрон на подложках больших геометрических размеров и различной конфигурации целесообразно применение химических методов. В литературе опубликованы результаты получения ВТСП-пленок химическими методами на диэлектрических подложках (ЭгТЮз, MgO, А1г03 и др.), полупроводниковых кремниевых подложках (Si) и металлических из меди, никеля и стали [2]. При этом проблема получения сверхпроводящих пленок непосредственно на ферримагнитных подложках, обладающих структурой фаната и шпинели, без использования буферных слоев не решена. Интерес к созданию сверхпроводящих пленок на ферримагнитных подложках химическими методами и изучению условий формирования фаницы раздела в структурах, сверхпровод-ник-ферримагнетик, перспективы их использования в микроэлектронике СВЧ J определили актуальность темы диссертационной работы.
Основная цель работы состоит в выборе ффективного химического метода, разработке технологии получения ВТСП-пленок состава УВа2Сиз07-б на ферримагнитных и металлических (медь, никель, нержавеющая сталь) подложках и исследовании формирования границы раздела пленка-подложка (протяженность, элементный и фазо-
вый составы) в зависимости от технологических факторов в структурах-
сверхпроводник - феррогранат (УВагСцзС^-я -YsFesO^); сверхпроводник - феррошпинель (YBa2Cu307^ - Mno.7Zno.3Fe2P4, YBa2Cu307-s -Nib79Zno.2iFe204); сверхпроводник - металл (УВагСизО?^ - Fe).
Основное внимание уделено созданию пленочных гетерострук-тур ВТСП-ферримагнетикУВагСизСт-а-УзРебО.. и исследованию взаимосвязи состояния границы раздела пленка-подложка и электрофизических параметров: температуры конца перехода в сверхпроводящее состояние (TCR=0, К ), удельного сопротивления при комнатной температуре (р (300), ом»см) и амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) магнитост'атических волн (МСВ) в СВЧ диапазоне.
научная новизна работы состоит в следующем : 1.Установлено, что метод пиролиза суспензии ВТСП-порошка с органическим связующим (мгтод трафаретной печати) является эффективным химическим методом получения ВТСП-пленок состава YBa2Cu307^ на ферримагнитных (феррогранатовых и феррошли-нельных) подложках.
2. Впервые разработан способ получения ВТСП-пленок состава
YBa2Cu307.5 на подложках из поликристаллического иттрий-гадоли-
' ниевого феррограната Y3-xGdxFe50i2 и монокристаллического ит-триевого феррограната YsFesO^ ориентации (110) (пиролиз суспензии ВТСП-порошка с органическим связующим).
-
Впервые получены пленочные гегэроструктуры сверхпроводник-ферришгнетнк, представляющие собой ВТСП-пленку состава УВа-СиэС7.8, нанесенную методом пиролиза суспензии ВТСП-порошка с органическим связующим на пленку иттриевого феррогра-натаУзРе50іг, .эпитаксиально выращенную на гадолиний-галлиевом гранате Gd3Ga5012 ориентации (1">1).
-
Впервые проведены исследования влияния технологических факторов на формирование границы раздела в структурах: сверхпроводник—металл (Fe); сверхпроводник — феррошпинель (Mno7Zno3Fe204, Ni07sZno.2tFe20,j );
сверхчроводник-феррогранат (УзРевОіг).
Показана возможность управления протяженностью границы раздела пленка-подложка концентрацией серебра 'Ад), введенного в пленку ВТСП. Установлена корреляция содержания серебра в ВТСП-пленке с электрофизическими параметрами (T0R=0,K и р (300) ) и амплитудно-частотными характеристг.ками (АЧХ) магнитостатических волн (МСВ) в СВЧ-диапазоне пленочных гетероструктур ВТСП-ферримагнетик. .
5. Разработан метод модифицирования поликристаллической структуры поверхностного слоя пленш иттриевога феррограната (YsFesO^) в монокристаллическуга, используя ионную имплантацию в сочетании с термообработкой: Установлено влияние структуры поверхностного слоя подложки (плнкаУзРе50іг) на электрофизические и микроволновые свойства пленочных гетероструктур ВТСП — ферримагнетик.
Научные положения, выносимые на защиту: 1. Необходимым условием получения ВТСП-пленок состава УВа2Сиз07.8 методом пиролиза ВТСП-порошка с органическим связующим при кратковременном режиме термообработки является применение тонкодисперсного, гомогенного по составу и активного к спеканию ВТСП-порошка, синтезированного из раствора нитратов иттрия, бария и меди в присутствии полимера (поливиниловый спирт)
2.Ввиду сильного диффузионного взаимодействия ферримагнитной подложки и ВТСП-пленки на границе раздела в гетероструктурах при высокотемпературном обжиге разработаны режимы термообработки, соответствующие химической активности материала ферримагнитной подложки. По химической активности к УВагСизОгл материалы подложек располагаются следующим обра. мР Y3Fe50,2 < Mn-Zn ф^ррошпинель < Ni-Zn феррошлинель. З.Состоянием граница раздела пленка-подложка (протяженность, элементный и фазовый составы) в гетчроструктурах сведхпроводник-ферримагнетик можно управлять режимом термообработки, модифи-
кацией структуры поверхностного слоя подложки и введением серебра различной концентрации в ВТСП-пленку. 4.По кривым распределения интенсивности рентгеновского излучения элементов, входящих в состав сверхпроводящей пленки и фео-римагнитной подложки установлена оптимальная концентрация серебра, вводимого в ВТСП-пленку, равная 30масс.% сверх стехио-метрического состава, при которой наблюдается минимальная глубина проникновения железа из подложки в пленку. Наблюдается корреляция содержания серебра в ВТСП-лленке с электрофизическими параметрами TCR=0,K и р(300) и амплитудно-частотными характеристиками магнитостатических волн в СВЧ диапазоне.
Практическая ценность работы:
Разработан способ (патент №2030817) и получены ВТСП-пенки на феррогранатовых и феррошпинельных подложках с критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние TCR" > 77 К. Впервые, на основе разработанного метода созданы пленочные гетероструктуры ВТСП-ферримагнетик и проведены их исследования в СВЧ - диапазоне в интервале частот 2 + 5 Ггц при 77К. Показано влияние сверхпроводящих свойств ВТСП-пленки и состояния границы раздела пленка-подложка на амплитудно-частотные характеристики магнитостатических спиновых волн. Пленочные гетероструктуры ВТСП-ферримагнетик являются базовым элементом при создании устройств слин-волноаой СВЧ-микроэлектроники.
Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались на научно-технической конференции "Перспективные материалы твердотельной электроники* (1990г., Минск); Всесоюзном семинаре магнитоэлектроники (1991г., Симферополь); Xlll-м Всесоюзном семинаре "Новые магнитные материалы магнитоэлектроники" (1992г., Астрахань); конференции "Оксидные магнитные материалы" (1992 г., Санкт-Петербург); lV-м Межрегиональном совещании "Тонкие пленки в электронике" (1093г.; Москва — Улан-Удэ); Vlt-м семинаре по спин-волновой электронике СВЧ (1993г.; Саратов); Международной конференции "INTERMAG 96" '1996г., Сиэтл, США).
Тезисы докладов опубликованы в печати.
Исследовачие свойств и получение пленочных гетероструктур
сверхпроводник-ферримагнатик проводились р соответствии с про
граммами грантов JAD-100 (Международный Научный Фонд Сороса)
и 96-02-16297-а (Российский Фонд Фундаментальных Исследований
1996-1997гг.) . '
Публикации. По результатам работы опубликовано 14 печатных работ
Структура и объем "диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и сглска литературы. Она содержит 92 страницы основного текста, 40 рисунков, 16 таблиц и список использованных литературных источников из 132 наименований. Общий объем диссертации 157 с. раниц.
