Разработка методов получения и исследование свойств высокотемпературных сверхпроводниковых пленочных структур Сотников, Игорь Леонидович

Введение к работе

Актуальность темы. Открытие материалов с температурой перехода в сверхпроводящее состояние выше температуры кипения жидкого азота (77 К) создало возможность широкого применения приборов и устройств на основе эффекта сверхпроводимости, позволив значительно снизить затраты на криообеспечение. Появилась возможность создания нового класса электронных приборов с уникальными свойствами.

Формирование таких сверхпроводникоаих приборов как СКВИДм, болометры, СВЧ резонаторы, зттеньюатсры. переключатели и т.д. с высокими эксплуатационными параметрами необходимо проводить из подложках различных типов на основе тонхопленочных слоев, имеющих мзлое число дефектов. Перспективным методом получения таких пленок является магнетронное распыление. Достоинством этого метода является возможность формирования однородных по свойствам пленок многокомпонентных материалов на подложках большого диаметра, гладкость рельефа поверхности, возможность осаждение нескольких слоев в едином технологическом цикле. Таким образом проблема применения магнетронних методоз для получения 8ТСП слоев является одной из актуальных.

Цель и задачи работы, Целью данной работы явилась разработка маг-нетронных методов получения и исследование свойстз тонких ВТСЛ пленок УВазСизОт-х на сзпфирових подложках с промежуточными буферными слоями Zr(Y}0₂ и SrTi0₃.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

— изучение г'роцессоа влияющих на свойства Yn^CtijOy-x. Zr(Y)Cb и SrTiOa
тонних пленок при формировании их в традиционной плзнарной мзгнетронкои сис
теме;

— разработка конструкции риспылительных систем для формирования
ориентироззиных УЗазСизС^-х. ZrfY)02 и SrTiOj пленок;

— исследование влияния режимов осаждения на процессы кристаллизации
ZrtyjOj и БгТЮз буферных слсев и определение условий, позволяющих выращивать

ориентированные пленки в пяанарной высокочастотной мзгнетронной системе;

изучение влияния условий осаждения на электрофизические свойства и кристаллическую структуру YB32C113O7-X пленок, формируемых в расп"лительной системе с встречным размещением мишеней (ВРМ):

изучение возможности создания на базе ВТСП пленочных структур С8Ч резонаторов с параметрами, превышающими характеристики аналогов а обычном исполнении.

Научная новизна работы. В результате проведенных исследований « работе получены следующие новые данные:

изучено влияние на кристаллическую структуру и морфологию поверхности 2r(Y)0j и SrTi03 буферных слоев режимов магнетронного осаждения в пяанарной системе. Определены условия формирования Zr(Y)02 буферных слоев, обладающих структурой блочного монокристалла и БгТіОз слоев со структурой мозаичного кристалла;

установлено, что бомбардировка растущих буферных слое? Аг+ ионами с энергиями 20-35 эВ способствует улучшению их кристаллической структуры;

— реализован способ, позволяющий повысить качество кристаллической
структуры в приповерхностной области буферных слоев за счет плавного понижения
мощности разряда при окончании процесса осаждения:

показана эффективность использования системы с встречным размещением мишеней (8 Р№) для формирования YB32CU3O7-X пленок. Установлено, что наличие в ВРМ системе продольного магнитного поля позволяв.- повысить скорость осаждения по сравнению с системой из двух встречно размещенных пленарных магнетронов;

разработаны модели для расчета условий термализации распыленных компонент УВагСизОу-х мишени и распределения по подложке осажденного в ВРМ системе вещества;

изучено влияние условий осаждения в ВРМ системе УВагСизОу-х пленок на их электрофизические свойства и кристаллическую структуру. Определены режимы формирования ВТСП пленок со труктурой мозаичного кристалла.

ОБШ \Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Открытие материалов с температурой перехода о сверхпроводящее состояние выше температуры кипения жидкого азота (77 К) создало возможности широкого применения приборов и устройств на основе эффекта сверхпроводимости, позволив значительно снизить затраты на криообеспечение. Появилась возможность создания нового класса электронных приборов с уникальными свойствами.

Формирование таких сверхпроводниковых приборов как СК8ИДы, болометры, СВЧ резонатора, аттеньюэторы. переключатели и т.д. с высокими эксплуатационными параметрами необходимо проводить на подложках различных типов на основе тонкопленочных слоев, имеющих малое число дефектов. Перспективным методом получения таких пленок является магнетронное распыление. Достоинством этою метода является возможность формирования однородных по свойствам пленок многокомпонентных материалов на подложках большого диаметра, гладкость рельефа поверхности, возможность осаждение нескольких слоев в едином технологическом цикле. Таким образом проблема применения магнетронних методов дпя получения ВТСП слоев является одной из актуальных.

Цель и задачи работы, Целью данной работы явилась разработка магнетронних методов получения и исследование свойств тонких ВТСП пленок УВа2Сиз07-х *>³ сапфировых подложках с промежуточными буферными слоями Zr(Y}0₂ и SrTi0₃.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

— изучение процессов влияющих на свойства YD^Ci^Or-x- їпУКп и 5гТЮз
тонких пленок при формировании их з традиционной пленарной магнетронной сис
теме;

разработка конструкции ркпылительнм систем для формирования ориентированных УВа2Сиз07-х. Zr(Y)02 и БгТіОз пленок;

исследование влияния режимов осаждения на процессы кристаллизации ZffYJOj и БгТіОз буферных елсев и определение условий, позволяющих выращивать

ориентированные пленки в планарной высокочастотной мэгнетронной системе;

изучение влияния условий осаждения на электрофизические свойства и кристаллическую структуру YBajCujOv-x пленок, формируемых в расп' 'лительной системе с встречным размещением мишеней (ВРМ):

изучение возможности создания на Сазе ВТСП пленочных структур СВЧ резонаторов с параметрами, превышающими характеристики аналогов в обычной исполнении.

Научная новизна работы. В результате проведенных исследований в работе получены следующие новые данные:

изучено влияние на кристаллическую структуру и морфологию поверхности Zr(V)02 и SrTiOo буферных слоев режимов магнетронного осаждения в пленарной системе. Определены условия формирования 2г(У}Ог буферных слоев, обладающих структурой блочного монокристалла и БгТЮз слоев со структурой мозаичного кристалла;

установлено, что бомбардировка растущих буферных слове Аг+ ионами с энергиями 20-35 эВ способствует улучшению их кристаллической структуры;

— реализован способ, позволяющий повысить качество кристаллической
структуры в приповерхностной области буферных слоев за счет плавного понижения
мощности разряда при окончании процесса осаждения;

показана эффективность использования системы с встречным размещением мишеней (ВРМ) для формирования YBajCu^Ov-x пленок. Установлено, что наличие в ВРМ системе продольного магнитного поля позволяет повысить скорость осаждения по сравнению с системой из двух встречно размещенных планарных магнетронов;

разработаны модели для расчета условий термализации распыленных компонент УВэгСизОу-х мишени и распределения по подложке осажденного в ВРМ системе вещества;

изучено влияние условий осаждения в ВРМ системе УВагСизОу-х пленок на их электрофизические свойства и кристаллическую структуру. Определены режимы формирования ВТСП пленок ее труктурой мозаичного кристалла.

Шашдасказлшиж іь.рзботы.сослсжтаследукшаи;

— на сапфировых подложках с буферным слоем получены
сверхпроводниковые пленки УВагСизОтх толщиной 0,05...0,35 мкм, имеющие
структуру мозаичного кристалла и температуры начала критического переход? Ten
и окончания Tee 89...90 К и 87.,.89 К соответственно, плотность критического тока
J С" (1...2)-10⁶ А/см²;

на основе YB32Cu307-x/Zriy)02/Alj03 структур изготовлены кольцевые резонаторы с добротностью 1000...2000 при температуре 77 К;

нз сапфировых подложках получены буферные Zr(Y)02 слои со структурой блочного монокристалла и SrTiOj слои со структурой мозаичного кристалла.

ОїШоа^мз.палджения..вцшіаамгіа.іШ-заіц!Ду,

1. Метод Формирования на сапфировых подложках в планарной магнетронной системе буферных слоев Zr(Y)02 со структурой блочного монокристалла и БгТЮз слоев со структурой мозаичного кристалла.

2. Метод формирования в ВРМ системе на сапфировых подложках с буферным слоем сверхпроводящих УВа_гСиз07-х пленок со структурой мозаичного кристалла.

3. Закономерности формирования на сапфировых подложках
кристаллической структуры буферных Zr(Y}02 и БгТЮз слоев в планарной маг
нетронной системе « УВйзСиз^Ъ-х &ТСП пленок в ВМ распылительной системе.

йВДСйашалаймы^Основные результаты диссертационной работы докладывались на II Всесоюзной конференции по высокотемпературной сверхпроводимости (Киев, 1989 г,), на межотраслевом научно-техническом семннзре "Современная технология получения материалов и элементов высокотемпературных сверхпрозод-ну-ковых микросхем" (Минск, 1990 г.), на III Международной конференции "Матеріали и механизмы сверхпроводимости высокотемпературных сверхпроводников" (Клмззава, Япония, 1991г.), на IX Международной конференции по тонким пленкам (Вена, Австрия, 1993г.}.

Публикации. По материалам диссертации опубликооано 12 печатных работ, в числе которых 2 авторских свидетельства.

Структура и овьем пнсс.вр-тяиуі'и. Диссертация состой из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложения.

Работа представлена на 161 стр. печатного текста, содержит 57 писунков, 3 таблицы, список литературы включает 123 наименования.

Похожие диссертации на Разработка методов получения и исследование свойств высокотемпературных сверхпроводниковых пленочных структур

Разработка методов акустической микроскопии для исследования структуры и свойств твердотельных материаловЧжан Сунгэнь

Получение и исследование свойств наноразмерных пленочных структур на основе аморфного кремния и его соединенийНефедов Денис Владимирович

Формирование и исследование электрофизических свойств планарных структур на основе углеродных нанотрубок Бобринецкий Иван Иванович

Углеродные и неуглеродные наноматериалы и композитные структуры на их основе: строение и электронные свойства. Полуэмпирические исследованияЗапороцкова Ирина Владимировна

Разработка методов синтеза графеновых структур для создания самосовмещенных элементов микро- и наноэлектроникиКондрашов Владислав Андреевич

Разработка методов и средств обеспечения технологичности МОП-структур микроэлектронных устройств в условиях автоматизированного производстваДанчишин, Игорь Васильевич

Разработка литографических методов и спецоборудования для создания СБИС и транзисторных структур с субмикронными размерами элементовКривоспицкий, Анатолий Дмитриевич

Разработка методов получения фоточувствительных полупроводниковых слоев на основе соединений A2B6 для тандемных солнечных элементовКоновалов, Александр Владимирович

Электронные свойства структур с квантовой ямой InxGa1-xAs (0.2 x 0.6) на подложках GaAs и InPЮзеева, Наталия Александровна

Влияние дефектов на электрофизические свойства структур металл-полупроводник и металл-диэлектрик-полупроводникБогданов Сергей Александрович