Способ одновременного формирования на двухсторонних диэлектрических подложках тонких пленок yba2cu3o7-x

Авторы патента:

Сычев Сергей Александрович (RU)

Серопян Геннадий Михайлович (RU)

Петров Александр Геннадьевич (RU)

Федосов Денис Викторович (RU)

H01L39/24 - способы и устройства для изготовления или обработки предусмотренных в H01L 39/00 приборов или их частей (не предназначенные специально для этой цели H01L 21/00; магнитное разделение сверхпроводящих материалов от других материалов, например с использованием эффекта Мейснера, B03C 1/00)[2]

Владельцы патента RU 2539749:

Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные решения" (RU)

Изобретение относится к способам формирования сверхпроводящих пленок с двух сторон диэлектрических подложек. Изобретение обеспечивает создание однородных по толщине сверхпроводящих пленок с двух сторон подложки в одном технологическом цикле. В способе формирования сверхпроводящих пленочных структур из материала YBaCuO с двух сторон подложки методом лазерной абляции вращение подложки осуществляют так, что каждая сторона подложки поочередно обращена к мишени YBa₂Cu₃О₇ в течение времени 5÷7 секунд, при расстоянии до мишени 25÷30 мм. Данный способ позволяет формировать сверхпроводящие пленки YBaCuO как полностью однородные по толщине, так и с необходимым распределением толщины по поверхности подложки. 1 ил.

Изобретение относится к способам формирования сверхпроводящих пленок с двух сторон диэлектрических подложек. Необходимость создания сверхпроводящих YBCO пленок с двух сторон подложки обусловлена возможностью более полного использования площадей подложки для изготовления на ней элементов сверхпроводниковой электроники.

Известен способ одновременного напыления ВТСП пленки с двух сторон подложки, в котором использован метод скрещенных лазерных лучей, позволяющий проводить напыление от двух мишеней (В.Г. Прохоров и др. //СФХТ, 1992, №3, с.505-509).

Недостатком способа является необходимость в двух лазерах и возможное образование новых сложных не сверхпроводящих частиц в плазме двух скрещенных факелов и в связи с этим неидентичность электрофизических параметров полученных пленок с разных сторон подложки.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ формирования многослойных структур из материала YBaCuO с двух сторон подложки с помощью держателя со смещенным центром тяжести (патент РФ 2189090). Недостатком способа является зависимость способа от смещение центра тяжести, при котором происходит смещение подложки относительно лазерного факела, что обуславливает неоднородность напыляемой пленки по составу и толщине.

Задачей изобретения является создание способа формирования пленок YBaCuO с двух сторон подложки: однородных по толщине или с заданным распределением толщины по подложке в одном технологическом цикле (in situ) без изменения установленного перед началом напыления давления в камере.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе формирования тонкой сверхпроводящей пленки с двух сторон подложки методом лазерной абляции вращение подложки осуществляют так, что каждая сторона подложки поочередно обращена к мишени YBa₂Cu₃O₇ в течение времени τ=5÷7 секунд, при расстоянии до мишени L=25÷30 мм.

При этом на фиг.1 подложку 1 устанавливают внутри цилиндрической кварцевой печи 2 на нихромовом держателе звездчатой формы 3 на расстоянии 1-3 см от мишени 4, который соединен со штоком 5 с постоянным магнитом 6 на конце, выходящем из печи с нагревателем 7. Управление вращением осуществляют перемещением штока 5 постоянным магнитом 8, расположенным вне вакуумной камеры и соединенным с реечным шаговым двигателем 9, управляемым компьютером. Это позволяет осуществлять как вращение подложки на 360 градусов и обратно с заданной частотой, так и фиксированный наклон ее под определенным углом к лазерному факелу с целью получения необходимого распределения толщины пленки по поверхности подложки. Для получения сверхпроводящей пленки температура подложки может достигать внутри печи 850 и более градусов Цельсия. Поэтому все детали держателей подложки, мишени, механизмов перемещения должны быть сделаны из огнеупорного материала, стойкого к окислению при указанных температурах, например нихрома (фехраля) или керамики (шамотной, кордиеритовой, глиноземной и др.) или их сочетания. В качестве подложек можно использовать монокристаллические материалы SrTiO_з, LaAlO₃, MgO. Регулирование температуры подложки осуществляется варьированием мощности питания вакуумной печи с контролем температуры термопарным датчиком 10 (хромель-алюмель, платина - платина-родий). Время поочередного обращения подложки τ=5÷7 секунд получено экспериментально и косвенно связано с такими параметрами, как температура подложки 800÷840°С, температура мишени 600-700°С, давление в вакуумной камере 50-100 Па, расстояние мишень-подложка 25-30 мм, плотность мощности лазерного излучения на поверхности YBCO мишени (3-5)·10⁸ Вт/см.

Таким образом, в процессе проведенных исследований создан способ формирования сверхпроводящих пленок YBaCuO как полностью однородных по толщине, так и с необходимым распределением толщины по поверхности подложки. Экспериментально установлены параметры лазерного излучения, геометрического расположения и температурного режима для напыления качественных сверхпроводящих пленок.

Устройство, при помощи которого реализуется предлагаемый способ, включает в себя импульсный лазер, кварцевую вакуумную камеру, систему линз для фокусировки лазерного луча на мишень. Установка имеет также систему вакуумной откачки с контролем вакуума и регулируемого напуска воздуха или кислорода. Вакуумная камера имеет кварцевое окно для прохождения лазерного излучения и контроля за ходом эксперимента. Предложенный способ можно пояснить примером получения ВТСП пленок с двух сторон подложки со следующими параметрами: критический ток 10⁶ А/см²; критическая температура 92,3 К; ширина сверхпроводящего перехода 0,8-1,0 К.

Пример 1. Мишень состава YBa₂Cu₃О_6,88-6,92, приготовленная по пиролизной керамической технологии, устанавливается на нихромовом держателе внутри вакуумной кварцевой цилиндрической печи.

Подложки типа SrTi₃, LaAlO, отполированные с двух сторон, фиксируются на нихромовом держателе звездчатой формы по нормали к поверхности мишени на расстоянии 25-30 мм. Вакуумная камера откачивается до давления 50-100 Па, включается печь и подложка нагревается до температуры 800-840°С. Далее включается механизм перемещения штока постоянным магнитом, соединенным с шаговым двигателем, управляемым компьютером, который осуществляет возвратно-поступательные движения, поворачивая подложку к мишени то одной, то другой стороной. Такой режим позволяет напылять однородные пленки с двух сторон подложки как одинаковой толщины (одинаковое время нахождения поверхности перед распыляемой мишенью), так и разной толщины (разное время нахождения поверхностей перед распыляемой мишенью). Более того, фиксируя положение поверхностей перед распыляемой мишенью под разными углами, можно напылять пленки с заданным распределением толщины по поверхности подложки. Включается импульсный лазер с длительностью импульса 5-20 нс, сфокусированный на мишени в пятно диаметром 0,1-1 мм, плотностью мощности излучения 10⁸-10⁹ Вт/см и с частотой следования импульсов 10-15 Гц. При этих характеристиках излучения лазера пленка напыляется со скоростью 20-40 нм/мин. После получения пленки необходимой толщины на разных сторонах подложки лазер отключается, камера наполняется воздухом и напыленная подложка извлекается из камеры после охлаждения печи. Проведенные исследования показали, что качество, морфология и электрофизические свойства полученных пленок соответствуют эпитаксиальному росту без микробрызг. Морфология поверхности пленок наблюдалась на туннельном и атомно-силовом микроскопе, а электрофизические свойства измерялись четырехзондовым методом и бесконтактным индуктивным методом.

Способ формирования сверхпроводящих пленочных структур из материала YBaCuO с двух сторон подложки методом лазерной абляции, отличающийся тем, что вращение подложки осуществляют так, что каждая сторона подложки поочередно обращена к мишени YBa₂Cu₃O₇ в течение времени τ=5÷7 секунд, при расстоянии до мишени L=25÷30 мм.

Изобретение относится к формированию на диэлектрических подложках золотых контактных площадок к пленкам YBa2Cu3O7-х. Изобретение обеспечивает получение качественных золотых контактных площадок к сверхпроводящим пленкам.

Способ формирования yba2cu3o7-x-х пленок с высокой токонесущей способностью на золотом буферном подслое // 2538931

Изобретение относится к способам формирования методом лазерного напыления сверхпроводящих пленок. Изобретение обеспечивает получение на золотом буферном подслое сверхпроводящих пленок с высокими токонесущими свойствами, обеспечивающими значения плотности сверхпроводящего критического тока не ниже 105 А/см2.

Способ электроискрового формирования тонкопленочной втсп схемы // 2508576

Изобретение относится к технологии криоэлектроники и может быть использовано при изготовлении высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) схем. Техническим результатом изобретения является повышение качества ВТСП схем, увеличение их температурного рабочего диапазона, повышение удельного сопротивления ВТСП материала в нормальном состоянии путем введения ферромагнитной примеси в ВТСП пленку при электроискровой обработке отрицательными импульсами, мощность которых находится из заявленного соотношения.

Металлическая сборка, заготовка для сверхпроводника, сверхпроводник и способ, пригодный для получения сверхпроводника // 2507636

Изобретение относится к сборке из металлических элементов, составляющей заготовки для сверхпроводника. Сборка содержит, по меньшей мере, один проводниковый элемент, адаптированный для обеспечения сверхпроводящей нити в конечном сверхпроводнике, и по меньшей мере один легирующий элемент, обеспечивающий источник легирования для легирования проводникового элемента, и источник олова.

Устройство и способ для нанесения сверхпроводящих слоев // 2503096

Изобретение относится к области высокотемпературной сверхпроводимости и может использоваться для изготовления ленточных высокотемпературных сверхпроводников второго поколения.

Способ осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности // 2497236

Изобретение относится к электричеству, к электрофизике и теплопроводности материалов, к явлению нулевого электрического сопротивления, т.е. к гиперпроводимости, и нулевого теплового сопротивления, т.е.

Способ изготовления подложки для высокотемпературных тонкопленочных сверхпроводников и подложка // 2481674

Изобретение относится к технологии изготовления тонкопленочных высокотемпературных сверхпроводящих материалов, в частности к изготовлению подложек для этих материалов.

Способ изготовления тонкопленочного высокотемпературного сверхпроводящего материала // 2481673

Изобретение относится к технологии изготовления тонкопленочных высокотемпературных сверхпроводящих материалов и может быть использовано при промышленном производстве длинномерных сверхпроводящих лент для создания токопроводящих кабелей, токоограничителей, обмоток мощных электромагнитов, электродвигателей и т.д.

Способ обработки высокотемпературного сверхпроводника // 2477900

Изобретение относится к области сверхпроводимости и нанотехнологий, а именно к способу получения и обработки композитных материалов на основе высокотемпературных сверхпроводников (BTCП), которые могут быть использованы в устройствах передачи электроэнергии, для создания токоограничителей, трансформаторов, мощных магнитных систем.

Способ изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов // 2476373

Изобретение относится к области получения сверхпроводящих соединений и изготовления нанопроводников и приборов на их основе, что может быть использовано в электротехнической, радиотехнической, медицинской и других отраслях промышленности, в частности для оптического тестирования интегральных микросхем, исследования излучения квантовых точек и в системах квантовой криптографии.

Способ изготовления сверхпроводникового детектора // 2539771

Использование: для получения высокотемпературных сверхпроводников и изготовления высокочувствительных приемников электромагнитного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает в себя формирование пленки из высокотемпературного сверхпроводящего материала, который представляет собой монофазный текстурированный сверхпроводник состава (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10, на диэлектрической подложке методом магнетронного распыления из мишени, изготовление чувствительного элемента, антенны и подводящих линий выполняется в едином процессе на одном слое образованной пленки ВТСП (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10. Технический результат: обеспечение возможности повышения рабочей температуры детектора терагерцевого излучения и расширения частотного диапазона приемной антенны, увеличение надежности прибора.

Способ формирования сверхпроводящей ультратонкой пленки yba2cu3o7-x на диэлектрических подложках // 2539911

Изобретение относится к способам формирования методом лазерного напыления сверхпроводящих ультратонких пленок сложного металлооксидного соединения состава YBa2Cu3O7-x путем оптимизации параметров лазерного излучения и условий постростового отжига в напылительной камере. Изобретение обеспечивает получение ультратонких сверхпроводящих пленок толщиной 12-25 нм с неровностью поверхности в пределах 1-2 нм. В способе формирования сверхпроводящей ультратонкой пленки YBa2Cu3O7-x на диэлектрических подложках на керамическую мишень YBa2Cu3O7-x воздействуют лазерным излучением плотностью мощности 3·108÷5·108 Вт/см2, длиной волны 1,06 мкм, длительностью импульса 10-20 нс и частотой следования импульсов 10 Гц в течение времени 15÷30 с при давлении 50÷100 Па, при температуре мишени 600÷700°С, температуре подложки 800-840°С, в результате формируют сверхпроводящую пленку толщиной 12-25 нм, после чего в диапазоне температур 840-780°С производят отжиг пленки со скоростью остывания 4°С/мин, в диапазоне температур 780-700°С - со скоростью остывания 10°С/мин, в диапазоне температур 700-400°С - со скоростью остывания 15°С/мин, в диапазоне температур 400-20°С - со скоростью остывания 19°С/мин. 2 ил.

Способ получения сверхпроводящего покрытия smba2cu3o7 // 2541240

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению сверхпроводящего материала в виде покрытия, и может быть использовано при изготовлении экранов электронных схем от воздействия электромагнитного и ионизирующего излучений в энергетике, транспорте, связи, приборостроении, в ракетной и аэрокосмической отраслях промышленности. Способ получения сверхпроводящего покрытия включает подачу в плазмотрон порошка материала покрытия фракцией 80-150 мкм, его нагрев до температуры плавления в прикатодной высокотемпературной области плазменной струи и напыление на подложку с предварительно нанесенным на ее поверхность изоляционным слоем. При напылении плазменную струю с напыляемым порошком SmBa2Cu3O7 на всей дистанции напыления охватывают коаксиальным цилиндрическим потоком кислорода, а подложку охлаждают теплоносителем, при этом путем регулирования расхода кислорода и скорости взаимного перемещения плазменной струи и подложки обеспечивают температуру в пятне напыления 940-980°С. Сокращается время процесса получения сверхпроводящего материала с сохранением структуры и стехиометрии исходного спеченного материала. 4 ил.

Способ изготовления сверхпроводящих наноэлементов с туннельными или джозефсоновскими переходами // 2541679

Использование: для изготовления сверхпроводниковых туннельных или джозефсоновских переходов. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления сверхпроводящих наноэлементов с туннельными или джозефсоновскими переходами включает формирование нанопроводов из веществ, обладающих сверхпроводящими свойствами, и преобразование их в несверхпроводящие в выбранных разделительных участках заданной ширины за счет селективного изменения атомного состава путем воздействия пучком ускоренных частиц через защитную маску с заданным рельефом. Технический результат: обеспечение возможности повышения производительности. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Высокотемпературный сверхпроводящий ленточный провод, имеющий высокую допустимую токовую нагрузку // 2548946

Использование: для изготовления провода, кабеля, намотки и катушки. Сущность изобретения заключается в том, что высокотемпературный сверхпроводящий ленточный провод с гибкой металлической подложкой содержит по меньшей мере один промежуточный слой, который расположен на гибкой металлической подложке, и который на стороне, противоположной гибкой металлической подложке, содержит террасы, причем средняя ширина террас меньше 1 мкм, а средняя высота террас больше 20 нм, и который содержит по меньшей мере один расположенный на промежуточном слое высокотемпературный сверхпроводящий слой, который расположен на по меньшей мере одном промежуточном слое и имеет толщину слоя более 3 мкм, причем допустимая токовая нагрузка высокотемпературного сверхпроводящего ленточного провода, отнесенная к ширине провода, при 77 K превышает 600 А/см. Технический результат: обеспечение возможности создания ВТС-провода с большой предельно допустимой токовой нагрузкой. 9 з.п. ф-лы, 9 ил., 2 табл.

Самоохлаждаемый автономный наноприбор и способ его формирования // 2555512

Изобретение относиться к способам формирования самоохлаждаемых автономных приборов и элементов электроники, которые могут эффективно работать без использования технологии жидкого азота, и другой криогенной техники. Способ формирования самоохлаждаемого автономного наноприбора заключается в том, что на подложке из монокристаллического материала с сформированным с одной стороны СКВИД-приемником на обратной стороне размещают устройство для поглощения тепла, которое содержит катод и анод, имеющие различную энергию Ферми электронов. Затем подложку через отверстие для монтажа заключают в вакуумную оболочку из ситалла, содержащую контактные электроды для двух сторон подложки. После этого отверстие для монтажа подложки закрывают крышкой из ситалла. Размещают данное устройство в вакуумной камере, в которой располагают также мишень из ситалла. Откачивают до давления 10-1 Па, нагревают мишень и крышку из ситалла до температуры 450÷500°С. Затем лазером с длиной волны излучения 1,06 мкм, длительностью импульса 10-20 нс и частотой повторения импульсов 10 Гц, плотностью мощности 5·108÷8·108 Вт/см2 распыляют мишень из ситалла, находящуюся на расстоянии 8÷10 мм от крышки из ситалла в течение 10 минут. Изобретение обеспечивает создание такой конструкции СКВИДа (сверхпроводящего квантового интерференционного датчика), в которой исключены: деградация сверхпроводящих свойств в воздушной среде, зависимость достижения рабочей температуры от использования жидкого азота или других внешних криогенных установок с большими габаритами. 1 ил.

Пленки с чрезвычайно низким сопротивлением и способы их модифицирования или создания // 2567021

Изобретение относится к пленкам с чрезвычайно низким сопротивлением (ЧНС-пленки). Способ улучшения рабочих характеристик пленки с чрезвычайно низким сопротивлением, содержащей материал с чрезвычайно низким сопротивлением (ЧНС-материал), имеющий кристаллическую структуру, включает: наслаивание модифицирующего материала на грань ЧНС-материала, которая не является по существу параллельной с-плоскости кристаллической структуры ЧНС-материала ЧНС-пленки, чтобы создать модифицированную ЧНС-пленку, при этом модифицированная ЧНС-пленка обладает улучшенными рабочими характеристиками по сравнению с ЧНС-пленкой без модифицирующего материала. Изобретение обеспечивает получение ЧНС пленок с улучшенными рабочими характеристиками. 3 н. и 35 з.п. ф-лы, 46 ил.

Оксидный сверхпроводящий провод и способ изготовления оксидного сверхпроводящего провода // 2570047

Изобретение относится к сверхпроводникам и технологии их получения. Оксидный сверхпроводящий провод включает лентообразный оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, сформированный путем нанесения промежуточного слоя 4 на стороне передней поверхности металлической лентообразной подложки 3, оксидного сверхпроводящего слоя 5 на промежуточном слое 4 и защитного слоя 6 на оксидном сверхпроводящем слое 5, и покрытие, включающее металлическую ленту 2 и слой металла с низкой точкой плавления 7, при этом ширина металлической ленты 2 больше, чем ширина оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, и лента 2 закрывает поверхность защитного слоя 6 оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, обе боковые поверхности оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1 и оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3 в поперечном направлении, причем оба концевых участка металлической ленты 2 в поперечном направлении закрывают оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3а, слой металла с низкой точкой плавления 7 заполняет щели между оксидным сверхпроводящим слоистым материалом 1 и металлической лентой 2, окружающей оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, и соединяет металлическую ленту 2 и оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1 друг с другом, а часть 7с заполняющего слоя металла с низкой точкой плавления продолжается в область углубленного участка 2d, сформированного между обоими концевыми участками металлической ленты 2 в поперечном направлении. Полученная структура сверхпроводящего провода способна предотвращать проникновение влаги, в результате чего оксидный сверхпроводящий слой не разрушается. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил., 6 табл.

Текстурированная подложка для формирования эпитаксиальной пленки и способ ее изготовления // 2575286

Изобретение относится к текстурированной подложке для выращивания на ней эпитаксиальной пленки оксидного сверхпроводящего материала для использования в различных типах электросилового оборудования. Текстурированная подложка содержит слой текстурированного металла, по меньшей мере, на одной стороне, который включает в себя слой меди, имеющий кубическую текстуру, и слой никеля, имеющий толщину 100-20000 нм, сформированный на слое меди; слой никеля имеет слой оксида никеля, сформированный на его поверхности, имеющий толщину 1-30 нм, и слой никеля дополнительно включает в себя палладий-содержащую область, сформированную из палладий-содержащего никеля, на поверхности раздела со слоем оксида никеля. Верхний слой текстурированной подложки, т.е. слой оксида никеля, имеет шероховатость поверхности преимущественно 10 нм или менее. Ультратонкий слой оксида никеля оказывает улучшающее воздействие на ростовые свойства и адгезию эпитаксиальной пленки. Подложка имеет кристаллическую ориентацию, обеспечивающую возможность формирования высококачественной эпитаксиальной пленки на ее поверхности. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 табл.

Способ формирования сверхпроводящей тонкой пленки с локальными областями переменной толщины // 2580213

Использование: для формирования в сверхпроводящих тонких пленках областей с требуемыми значениями плотности критического тока. Сущность изобретения заключается в том, что способ формирования областей переменной толщины сверхпроводящей тонкой пленки методом лазерного распыления мишени YBa2Cu3O7-x, в котором между мишенью и подложкой располагают затеняющую пластину, затем воздействуют на мишень лазерным излучением плотностью мощности Ρ=(1÷2)·109 Вт/см2, длиной волны λ=1,06 мкм, длительностью импульса τ=10÷20 нс и частотой следования импульсов ν=10 Гц в течение времени t=175÷185 с, при температуре мишени Тм=600÷700°С, температуре подложки Тп=800÷840°С, расстоянии между подложкой и затеняющей пластиной L=0,1÷0,2 мм, при этом вне затеняющей пластины формируется сверхпроводящая пленка толщиной D2=160÷200 нм с плотностью критического тока j>106 А/см2, а под затеняющей пластиной формируется сверхпроводящая пленка толщиной D2=40-50 нм с плотностью критического тока j=(1÷5)·103 А/см2. Технический результат: обеспечение возможности упрощения технологии создания микромостиков сверхпроводящей пленки с требуемыми значениями критического тока. 3 пр., 4 ил.