Самоохлаждаемый автономный наноприбор и способ его формирования

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.

 

Изобретение относится к способам формирования сверхпроводящих элементов электроники и может быть использовано для формирования самоохлаждаемых автономных приборов и элементов электроники, которые могут эффективно работать без использования технологии жидкого азота, и другой криогенной техники, имеющей большие габариты. При использовании автономных приборов отпадает необходимость технологического достижения «комнатной» сверхпроводимости.

Известен СКВИД (патент РФ №2289870 от 22.06.2005 г.), содержащий диэлектрическую подложку из оксида магния, магниточувствительный элемент из пленки высокотемпературного сверхпроводящего материала, в котором магниточувствительный элемент выполнен в виде полоски, помещенной между двумя трансформаторами магнитного потока, выполненными из того же пленочного высокотемпературного сверхпроводящего материала. Недостатками данного прибора являются: деградация сверхпроводящих свойств ВТСП в воздушной среде, зависимость прибора от внешних воздействий, поскольку для достижения рабочего интервала температур сверхпроводимости 92 K постоянно требуется жидкий азот.

Известен элемент СКВИД-магнитометра (патент РФ №2457502 от 28.04.2011 г.), содержащий немагнитный вакуумный криостат с плоской донной частью и фланцем на горловине, скрепленным с подвеской, размещенную в донной части криостата и установленную на подвеске совокупность градиентометров, подключенных к сверхпроводниковым квантовым интерференционным датчикам (СКВИД) постоянного тока, связанным с системой регистрации. Недостатками данного прибора являются: большие габариты, а также зависимость прибора от внешних воздействий, поскольку для достижения рабочего интервала температур сверхпроводимости постоянно требуется жидкий азот.

Известен СКВИД (патент РФ №2184407 от 02.11.2000 г.), содержащий приемный контур, контур связи для введения магнитного потока в измерительный контур, включающий ПТ-СКВИД с элементами Джозефсона, при этом магнитометр изготовлен на одном слое ВТСП пленки толщиной 10-100 нм, сформированной на изолирующей подложке, в центре которой размещен измерительный контур, часть которого, не содержащая джозефсоновских элементов, непосредственно контактирует с контуром связи, состоящим из двух витков, включенных навстречу друг другу, приемный контур окружает часть контура связи, расположенную вокруг измерительного контура, а на остальной части подложки размещен контур модуляции и обратной связи, окружающий приемный контур и часть контура связи, удаленную от измерительного контура. Недостатками данного прибора являются: деградация сверхпроводящих свойств ВТСП в воздушной среде, зависимость прибора от внешних воздействий, поскольку для достижения рабочего интервала температур сверхпроводимости 92 K постоянно требуется жидкий азот.

Известно также устройство для выделения и поглощения тепла (патент РФ №2394306 от 28.08.2008 г.), содержащее катод и анод, имеющие различную энергию Ферми электронов и подключенные к источнику электрического напряжения, катод и анод расположены с зазором между собой 10-100 мкм, при этом катод включает в себя игольчатые электроды, а в качестве материалов катода и анода выбраны такие материалы, для которых выполняется условие

q/Q=1+(Фк-Фа)/eU,

где q - дополнительное тепловыделение или теплопоглощение;

Q=IU, I - ток в цепи, U - приложенное напряжение;

Фк, Фа - энергии Ферми катода и анода соответственно,

при q>0 - анод нагревается, при q<0 - анод охлаждается.

Особенностью данного устройства при его работе в режиме теплопоглощения является выделение тепла в основном только в цепи питания, выходящей за пределы охлаждаемой области, коэффициент производства «холода» у предложенного устройства оценочно составляет до 60% от затрачиваемой электрической энергии.

Известно, что сверхпроводящие структуры электронных приборов, выполненные из различных керамик с различными критическими температурами сверхпроводимости Тс: YBa2Cu3O7 (92 K), Tl2Ca2Ba (127 K), Bi2Sr2CaCu2O8 (85 K), имеют следующие недостатки:

1. Теряют свои сверхпроводящие свойства в воздушной среде.

2. Для достижения рабочего интервала температур сверхпроводимости (85÷127 K) постоянно требуется жидкий азот, что повышает зависимость прибора от внешних воздействий.

Задачей заявляемого изобретения является создание такой конструкции СКВИДа (сверхпроводящего квантового интерференционного датчика), в которой исключены: деградация сверхпроводящих свойства в воздушной среде, зависимость достижения рабочей температуры от использования жидкого азота или других внешних криогенных установок с большими габаритами.

Указанный технический результат достигается тем, что на подложке, где сформирован СКВИД, с обратной стороны выполнено устройство для выделения и поглощения тепла, содержащее катод и анод, имеющие различную энергию Ферми электронов с возможностью подключения к источнику электрического напряжения, при этом вся подложка с сформированными на ней элементами с двух сторон заключена в вакуумную оболочку из немагнитного материала, содержащую контактные электроды.

Возможность достижения и поддержания низких температур обуславливается тем, что при к.п.д. до 60% от потребляемой электроэнергии устройство выделяет тепло за пределами вакуумной оболочки. В процессе работы СКВИДа при низких температурах Тс примерно от 77 до 92 K Тс выделяется минимальное количество тепла значительно меньшее, чем мощность холодильного устройства. При этом устройство выделяет тепло, в том числе и собственное, за пределами вакуумной оболочки.

Известен (патент РФ №2298260 от 09.11.2005 г.) способ изготовления сверхпроводникового прибора, включающий формирование джозефсоновского перехода в высокотемпературной пленке на монокристаллической подложке MgO при помощи атомно-силового микроскопа, при этом материалом текстурированной высокотемпературной сверхпроводниковой пленки является (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10, на которой методом фотолитографии изготавливается дорожка, поперек которой протаскивают зонд атомно-силового микроскопа, формируя область переменной толщины для создания джозефсоновского перехода. Недостатком данного способа являются низкие функциональные возможности изготовленного сверхпроводящего прибора - зависимость от внешних воздействий, поскольку для достижения рабочего интервала температур сверхпроводимости 85 K постоянно требуется жидкий азот.

Известен (патент РФ N2325005 от 29.09.2006 г.) способ изготовления СКВИДов с субмикронными джозефсоновскими переходами в пленке высокотемпературного сверхпроводника, включающий нанесение пленки высокотемпературного сверхпроводника YBa2Cu3O7-x на бикристаллическую подложку методом лазерной абляции, образование методами фотолитографии токоподводов, промежуточной топологии СКВИД, и реперных шкал, размещаемых параллельно бикристаллической границе, последовательное нанесение слоев углерода, германия, позитивного электронного резиста и формирование электронной литографией основной топологии СКВИДов путем перемещения поля электронной экспозиции относительно реперных шкал, плазмохимическое травление в ВЧ-разряде с последовательным вскрытием окон в слоях германия и углерода и травление открытых участков пленки YBa2Cu3O7-х в пучке положительно заряженных ионов аргона с получением СКВИДов, при этом образуют по меньшей мере две промежуточные топологии СКВИД с различающимися внешними размерами контуров, реперные шкалы выполняют гребенчатыми, штыри которых гальванически связаны через перемычку с одним из токоподводов и основной массой, при этом одну из реперных шкал размещают между промежуточными топологиями, а остальные - снаружи их, формирование основной топологии начинают с промежуточной топологии СКВИД, имеющей большую площадь. Недостатком данного способа также являются низкие функциональные возможности изготовленного сверхпроводящего прибора - зависимость от внешних воздействий, поскольку для достижения рабочего интервала температур сверхпроводимости 92 K постоянно требуется жидкий азот.

Задачей заявляемого изобретения является создание такого способа формирования СКВИДа, полученная конструкция которого исключает: деградацию сверхпроводящих свойств в воздушной среде, зависимость достижения рабочей температуры от использования технологии жидкого азота или других внешних криогенных установок с большими габаритами.

Указанный технический результат достигается тем, что на подложке из монокристаллического материала типа SrTiO3, LaAlO3, MgO с сформированным с одной стороны СКВИДом на обратной стороне подложки 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°C, затем лазером длиной волны 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. При этом формируется пленка из ситалла толщиной примерно 1 мкм, покрывающая крышку и выемку между отверстием для монтажа подложки в вакуумной оболочки и крышкой. Для удобства закрывания и более надежного вакуумирования отверстие для монтажа подложки в вакуумной оболочке и крышка выполнены в форме усеченного конуса, при этом толщина отверстия для монтажа подложки больше толщины крышки на 1÷2 мм, что обеспечивает использование сил адгезии не только на отрыв, но и на сдвиг.

Для осуществления способа использовалась экспериментальная установка для напыления пленок представленная на фиг.1. Установка содержит напылительную вакуумную камеру 1 с помещенной внутри нее цилиндрической кварцевой печью 2, в которой устанавливается: распыляемая лазером 3 мишень 4, размещенные через отверстие для монтажа подложки 5 в вакуумной оболочке 6 - подложка 7, СКВИД 8, устройство для поглощения тепла 9, закрытые крышкой 10. При давлении воздуха в камере 1÷2 10-1 Па температура крышки 10 и температура мишени 4 составляет 450÷500°С. В установке используется твердотельный импульсный лазер Nd:YAG с длиной волны излучения 1,06 мкм, длительностью импульса 16 нс и частотой повторения импульсов 10 Гц. Плотность мощности лазерного излучения на поверхности мишени составляет 5·108÷8·108 Вт/см2. Лазерный луч падает на мишень 4, пройдя через оптическую систему 11 и кварцевое окно 12 вакуумной камеры 1. Распыляемый материал мишени 4 осаждается на крышку 10, вакуумную оболочку 6, отверстие для монтажа подложки 5 и выемку между отверстием для монтажа подложки в вакуумной оболочки и крышкой 13, в результате чего на крышке 10, отверстии для монтажа подложки 5 и выемке 13 при указанных выше технологических параметрах напыления вырастает пленка 14 ситалла СТ-50-1 примерно 1 мкм за 10 минут. В качестве мишени 4 используют ситалл СТ-50-1. В качестве материала крышки 10 и вакуумной оболочки 6 также используются ситалл СТ-50-1. Расстояние мишень-крышка составляет 8÷10 мм. Температура печи 2 и мишени 5 контролируется термопарой 15.

Измеренная методом отрыва адгезия пленки из ситалла к крышке и вакуумной оболочке из ситалла превышает 25 МПа. Кроме того, используемое расстояние мишень-подложка обеспечивает однородное напыление площадки диаметром не менее 10 мм, что достаточно для однородного покрытия щели между отверстием для монтажа подложки в вакуумной оболочке и крышкой, размер которого не превышает размер подложки для СКВИДа 10×10 мм. Достичь высокой степени адгезии пленки из ситалла с крышкой и вакуумной оболочкой из ситалла удается за счет использования технологии лазерного напыления, при котором разогретая до температур порядка 104 K плазма лазерного факела активно взаимодействует с поверхностью вакуумной оболочки и крышкой. На используемом расстоянии 8÷10 мм от мишени при давлении 10-1 Па температура плазмы составляет примерно 104 K, что приводит к реакции плазмы с поверхностью крышки и вакуумной оболочки и глубокому внедрению частиц ситалла в крышку и оболочку из ситалла на глубину до нескольких десятков микрометров, обеспечивая: эксплуатационную и механическую прочность, надежное вакуумирование, исключение деградации сверхпроводящих свойств автономного наноприбора.

Способ формирования самоохлаждаемого автономного наноприбора, заключающийся 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°C, затем лазером длиной волны 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.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

Изобретение относится к пигментам для белых красок и покрытий, в том числе для терморегулирующих покрытий космических аппаратов, и может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии и в широких отраслях промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов.

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения композиционного материала на основе хитозана, содержащего аспарагиновую или глутаминовую аминокислоты в количестве от 2 до 5% мас., а также фосфаты кальция с соотношением Ca/P от 1,0 до 1,67.
Изобретение относится к области медицины, а именно к полимерной композиции для медицинских изделий, включающей поликарбонат со степенью полимеризации n=200-2000 в количестве 100 мас.ч., полимерную добавку, в качестве которой используется полисульфон со степенью полимеризации n=70-150, в количестве от 5 до 40 мас.ч., комплексный стабилизатор, в качестве которого используется стерически затрудненный фосфит, в количестве от 0,045 до 1,5 мас.ч., компатибилизатор, представляющий собой малеинизированный полипропилен, в количестве от 0,025 до 5,0 мас.ч., наноструктурирующую добавку, представляющую собой суперконцентрат углеродных нанотрубок с содержанием нанотрубок 20-40 мас.ч.
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ инкапсуляции лекарственного препарата методом осаждения нерастворителем, отличающийся тем, что в качестве ядра нанокапсул используется сульфат хондроитина, в качестве оболочки - конжаковая камедь, которую осаждают из суспензии в бутиловом спирте путем добавления гексана в качестве нерастворителя при 25°С.
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ инкапсуляции лекарственного препарата методом осаждения нерастворителем, отличающийся тем, что в качестве ядра нанокапсул используется албендазол, в качестве оболочки - альгинат натрия, который осаждают из суспензии в бутаноле путем добавления хлороформа в качестве нерастворителя при 25°С.
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ инкапсуляции лекарственного препарата методом осаждения нерастворителем, отличающийся тем, что в качестве ядра нанокапсул используется сульфат хондроитина, в качестве оболочки - каррагинан, который осаждают из суспензии в бутиловом спирте путем добавления гексана в качестве нерастворителя при 25°С.

Изобретение относится к области наноэлектроники. В туннельном полевом транзисторе с изолированным затвором, содержащем электроды истока и стока, выполненные из монослойного графена и лежащие на изолирующей подложке в одной плоскости, а также затвор, выполненный из проводящего материала и расположенный над областями истока, туннельного перехода и стока, электроды истока и стока ориентированы друг к другу кристаллографически ровным краем типа зигзаг и разделены туннельно-прозрачным для носителей заряда вакуумным барьером.

Многопереходное фотоэлектрическое устройство содержит первый и второй электроды, фотоэлектрический стек в электрическом контакте с указанными первым и вторым электродами и содержащий множество фотоэлектрических переходов, при этом каждый указанный фотоэлектрический переход включает электроноакцепторный полупроводниковый слой и светопоглощающий полупроводниковый слой, имеющий, в основном, большую рабочую функцию, чем указанный электроноакцепторный полупроводниковый слой, при этом указанные фотоэлектрические переходы разделены: рекомбинационной областью, включающей слой прозрачного и токопроводящего дырочного слоя в омическом контакте с указанным светопоглощающим полупроводниковым слоем указанного первого фотоэлектрического перехода, и прозрачный токопроводящий электроноакцепторный слой в омическом контакте с указанным электроноакцепторным полупроводниковым слоем указанного второго фотоэлектрического перехода; указанная рекомбинационная областью формирует градиентную рабочую функцию указанного прозрачного и токопроводящего дырочного слоя в омическом контакте с указанным светопоглощающим полупроводниковым слоем указанного первого фотоэлектрического перехода к указанному прозрачному и токопроводящему электроноакцепторному слою в омическом контакте с указанным электроноакцепторным полупроводниковым слоем указанного второго фотоэлектрического перехода, и имеющая толщину в пределах одного порядка величины суммы дебаевой длины всех слоев указанной рекомбинационной области.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к дерматологии и микологии, и может быть использована в лечении кожи и ее придатков. Фармацевтическая композиция наружного применения содержит наночастицы для лазерной термотерапии инфекционных поражений кожи и ее придатков.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в многожильных проводах для воздушных линий электропередачи. На сердечник (1) из стальной проволоки намотаны повивы из двух типов токопроводящих проволок - алюминиевой проволоки (2) и нанокомпозитной проволоки (3).

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ экстракции ДНК из клеток крови. Добавляют в образец магнитные частицы и ферромагнитные наносферы CoNiFe2O4 50 нм. Лизируют биологический материал. Промывают ДНК и снимают ДНК с носителя. Преимуществом заявленного способа является повышение количества ДНК в полученном образце. 3 ил., 1 пр.

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 Втсм2 распыляют мишень из ситалла, находящуюся на расстоянии 8÷10 мм от крышки из ситалла в течение 10 минут. Изобретение обеспечивает создание такой конструкции СКВИДа, 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.

Наверх