Способ получения сверхпроводящего тонкого слоя оксидного материала

 

Изобретение относится к способам получения сверхпроводящего тонкого слоя из оксидного материала. Цель изобретения - упрощение способа получения . Используется подложка из Y2Cu2Oy, на которую наносится слой BaCuOg., или подложка из на которую наносится слой . Кроме того, может использоваться в качестве подложки YЈBaCuO, на который наносится слой из смеси СиО(40мол.%) и ВаСиО (60 мол.%). Для получений пленки на основе LaxMe2 xCu04, где Me - Ca, Sr, Ba, а , используют слой LagCuO. и LaMeCuO. 5 з.п. ф-лы. S IB

СОЮЗ СООЕТСНИХ

РЕСаЧЬЛИН

ОУ (11) (д )у Н 01 L 39/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ОРИ ГКНТ СССР. (21) 4356199/25 (22) 26.07.88 (31) 8701788 (32) 29, 07.87 (33) NL (46) 15.09.91. Бюл. h 34 (71) Н.В.Филипс Глоэлампенфабрикен (FAIL) (72) Ян Виллем Северин, Гийсбертус Де

Вит, Дагоберт Мишель Де Леув, Корнелис Лдрианус Хенрикус Антониус Мутсарс (0?.) (53) 538.945 (088.8) (56) Ohkuma Haruo, Takashi Kauke Yoka, Men Zhongmin, Yokojama Shiv Asano Hajime, Iguchi Iemari, Jamaka

Е 150 Jap. J. "Appl. Phys",. 1987, Pt 2, 26, МД9, L 1484-1485.

Laibowitz R.Â. а.с. in Physical

Review В., 35, (16), рр. 8821-8823, 198 7.

Изобретение относится к способу получения сверхпроводящего тонкого слоя из окисного материала.

Целью изобретения является предотвращение нежелательного взаимодействия сверхпроводящего слоя и подложки.

Изобретение основывается на экспериментально установленном явлении, в соответствии с которым за счет диффузии исходных материалов и последующей химической реакции между ними можно добиться образования сверхпроводимого слоя, состав которого незначительно изменяется в направлении, перпендикулярном этому тонкому слою. Часть

2 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ТОНКОГО СЛОЯ ОКСИДНОГО MATEPHAIIA (57) Изобретение относится к способам получения сверхпроводящего тонкого слоя из оксидного материала. Цель изобретения — упрощение способа полу" чения. Используется подложка из

YO+, на которую наносится слой

BaCuOg, или подложка из Y BagO, на которую наносится слой Y Ва+От . Кроме того, может использоваться в качестве подложки У ВаСиО, на который наносится слой из смеси СиО (40 мол.Х) и ВаСиОу (60 мол.Ж). Дпя получений пленки на основе La>kfeg CuO, где

Ме — Са, Sr, Ва, à 1 z х 2, используют слой La

С:: этого слоя имеет состав с оптимальньг

,ми сверхпроводимыми свойствами. Поскольку сопротивление этого слоя при

его использовании равно нулю, то передача электрического тока происходит (по существу) исключительно через этот слой.

Исходные материалы могут контактировать друг с другом, например, в виде двух объемных материалов подложки, на поверхности раздела которых образуется сверхпроводимый слой.

В предпочтительном варианте способа по изобретению один из исходных материалов образует подложку, на ко1678219

45

50 торую наносится другой (другие) исходный материал (материалы) в форме тонкого слоя, после чего всю композипию нагревают.

В альтернативном варианте способа по изобретению исходные материалы наносятся на инертный субстрат в форме двух тонких слоев, после чего следует этап повышения температуры. 1О

После этапа повышения температуры сверхпроводимый тонкий слой может факультативно подвергаться обработке при высокой температуре в окислительной атмосфере. 15

В предпочтительном варианте способа по изобретению повышение температуры с целью стимулирования диффузии и химической реакции осуществляется в окислитсльных условиях.

Наиболее приемлемым для данного случая сверхпроводящим материалом является УВа<Си 073 с Тс = 90 К. Значение о равно примерно О, 1 — О, 5.

Кислород можно частично заменить фто- 25 ром, например, до 1 атома в приведенной общей формуле, что приводит к некоторому повышению Тс.

В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения используется подложка из Y Cu О, на которой обра30 зован тонКий слои ВаСиО<. Богатые Ва соединения обычно менее пригодны для использования в качестве подложки по причинам их неудовлетворительного для данного случая сплавляющего свойства З5 и довольно сильной их подверженности отрицательному влиянию со стороны влаги.

В альтернативном варианте изобретения используется подложка из СиО с 40 образованным на ее поверхности тонким слоем YzÂà40 . К преимуществам этого варианта изобретения относятся то, что подходящую подложку можно легко и просто изготовить из. СиО а также то, что в у2ва407 ионы иттрия и ионы бария уже присутствуют в желаемом соотношении, так что имеется возможность получить материал состава, Который можно точно определить.

Следует также иметь ввиду, что

У<3а4О>, как правило, существует в виде карбонатного YZBa<07 COz. Это соединение не оказывает никакого влияния на диффузию и химическую реакцию °

В еще одном предпочтительном вариI анте изобретения используется подложка У<ВаСи0, на которой образован тонкий слой смеси Си0 (40 мол.%) и

ВаСиО (60 мол.%).

Способ по изобретению можно использовать для изготовления сверхпроводящих окисных материалов, например, купратов Bi Са и Sr.

Другая группа приемлемых сверхпроводимых материалов изготавливается на основе Ьа„Ие2 хСи04, причем в данном случае Ие выбирают из группы CaSr u

Ва, а "х" колеблется между 1 и 2. La можно заменить, например, У, Т получаемой пленки Тс = 40 К, Тонкий слой этих сверхпроводимых материалов можно легко и просто получить в результате образования тонких слоев Là Си04 и LaNeCuOy один на поверхности другого на инертной подложке с последующим этапом повышения температуры с целью стимулирования протекания желаемых диффузии и химической реакции.

Пример 1. Иэостатически прессуют соответствующее количество порошка Y2CuzO< под давлением в

800 ИПа с конечным образованием таблетки диаметром 25 мм. Затем в течение 30 мин в атмосфере воздуха сжимают эту таблетку под давлением в

100 ИПа до момента достижения плотности, которая равна 95-100% теоретической плотности. Затем тщательно полируют поверхность до образования шероховатости менее 1 мкм °

С помощью лазерного метода напыления в вакууме образуем на поверхности слой ВаСиО толщиной в 1 мкм. Этот слой аморфный и состоит из BaCO, которое при последующем нагревании преобразуется в ВаСиО . Мольное отношение Ва и Си в этом слое предпочтительно 1 1 °

Затем подложку и образованный тонкий слой нагревают до 850 С со скоростью 200 С/ч и выдерживают при о этой температуре в течение 2 ч. Затем образованныи таким образом блок охлаждают со скоростью 100 С/ч до о

20 С. Вся эта процедура происходит в о атмосфере кислорода при давлении

0,1 ИПа.

Результаты измерений дифракции рентгеновских лучей дают основание утверждать, что в результате химической реакции Y>Cu<0< + 4ВаСи02 + п02-

:- 2YBa

Образованное количество ВаСиО< полностью не быпо использовано, а

16 78 219 между сверхпроводящим споем (толщиной примерно в 0,5 MKM) и подложкой образуется более тонкий слой УВаСи<0>.

Затем на поверхности наносили царапины и образовывали методом осаждения из паровой фазы слой золота, чтобы гарантировать хорошие электрические контакты со сверхпроводимым слоем. Результаты измерений сопротивления указывают на то, что значение Тс примерно равно 93 К, а ширина переходной зоны равна примерно 10 К. При

240 К в температурном интервале 10 К происходило относительно резкое уменьыение сопротивления на 5-10Х.

Вполне возможно, что это было вызвано наличием здесь других фаз и изменениями в составе YBa0>g в пределах существующегo диапазона этого

20 соединения. Поскольку Т зависит от состава и так как оптимальный слой всегда оказывает решающее влияние на результаты измерения, то в позиции и толщине слоя, в котором измеряется сопротивление, могут происходить некоторые изменения.

Пример 2. С помощью метода распыления до состояния плазмы образовывали на подложке из СиО слой

У>Ва40> толщиной примерно в 3 мкм.

Затем осуществляли описанный в примере 1 этап нагревания, в ходе которого после диффузии происходит следующая химическая реакция:

30

6 CuO + Y Bà O СО + и Π—

2 YBagCu О g + 00 .

Во всем слое взаимные количества

Y и Ва достигают желаемого значения. 4О

В точках, где сверхпроводимый слой богат содержанием СиО слой менее орторомбический или просто менее ромбический, а следовательно, и менее сверхпроводимый. И тем не менее, с 45 помощью способа по изобретению можно получать слои оптимального состава и с Т примерно в 90 К. Этот способ легко поддается регулированию, так как образование оптимального сверхпроводящего слоя не зависит критическим образом от параметров процесса образования слоя.

Пример 3. С помощью метода напькения на подложке из У ВаСиО образуется слой, состоящий из смеси

СиО и ВаСиО, с мольным отношением

2:3. Затем осуществляют этап нагревания по примеру 1 в течение которого сразу же после завершения диффузии происходит следующая химическая реакция:

Y

+ n 0 - 2 УВа Си

П р и и е р 4 . Г1етодом осаждения из паровой фазы на подложке из сапфира (окись алюминия) образовывали слой

LaSrCuOy. Па этой же подложке тем же методом образовали слой Еа Си04. За- о тем в результате нагрепания до 950 С в течение 2 ч вьгзывали диффузию и химическую реакцию в TBåðäoé фазе:

La

Формула изобретения

1. Способ получения сверхпроводящего тонкого слоя аксидного материала путем нанесения исходных оксидных материалов на подложку с последующей термообработкой в окислительной среде, отличающийся тем, что, с целью предотвращения взаимодействия сверхпроводящего слоя и подложки, используют по меньшей мере два исходных оксидных материала, которые нано- сят в виде двух слоев, расположенных друг над другом в механическом контакте, а обработку в окислительной среде проводят в режиме образования сверхпроводящего тонкого слоя на границе раздела слоев за счет диффузии и химической реакции, происходящих в твердой фазе.

2. Способ до п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в качестве одного слоя исходного оксидного материала используют подложку.

3. Способ по п.2, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью получения сверхпроводящего тонкого слоя

УВа Сия07, в качестве материала подложки используют У<СиО<, на которую наносят .слой YÂàCuO .

4. Способ по п.2, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью получения сверхпроводящего тонкого слоя

1678 219

YBaCuqO + в качестве материала подложки используют СиО, на поверхность которого наносят У Ва40т.

Составитель В. Кручинкина

Редактор Н.Швыпкая Техред А. Кравчук Корректор А.Обручар

Заказ 3319 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

5. Способ по п.2, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью получе-, / ния тонкого сверхпроводящего слоя

YBa Cu>0>g в качестве материала . подложки используют УКВаси069 на ко- торый наносят тонкий слой оксидного материала, состоящего из соотношения

40 мол.7. СиО и 60 мол.X BaCuO .

6. Способ по п.1, отличаюшийся тем, что, с целью получения тонкого сверхпроводящего слоя

?,ахИея х Си0у, где Ие - Са, Sr и Ва

1<х с 2, в качестве исходных оксидных материалов используют La CuO+ и

LaMeCu04