Способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник



Способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник
Способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник

 


Владельцы патента RU 2606940:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) (RU)

Использование: для создания структур высокотемпературный сверхпроводник – диэлектрик – высокотемпературный сверхпроводник. Сущность изобретения заключается в том, что на слой высокотемпературного сверхпроводника 123-типа направляют поток атомных частиц, в качестве высокотемпературного сверхпроводника берут сверхпроводник состава REBa2Cu3O7, где RE - редкоземельный металл или иттрий. Технический результат: обеспечение возможности формирования слоев без дополнительного напыления ВТСП, что удешевляет производство и уменьшает вероятность разрушения изделия. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области получения сверхпроводящих материалов и изделий из них, в частности к способам получения изделий из высокотемпературных сверхпроводящих материалов (ВТСП) 123-типа: ReBa2Cu3O7, где Re редкоземельный металл или иттрий, и может быть использовано для создания различного рода датчиков и счетчиков в сверхбыстродействующих электронных устройствах, криоэлектронных приборах, детекторов СВЧ и др.

Известен способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник методом магнитронного напыления диэлектрика на сверхпроводящий слой ВТСП с последующим напылением на него другого слоя ВТСП [Журнал технической физики, 2014, том 84, вып. 10, с. 68-72.]

Недостатком способа является необходимость напылять слои диэлектрика и ВТСП, что удорожает производство. Кроме того, из-за разницы коэффициентов линейного расширения диэлектрика и ВТСП при циклах охлаждение - нагрев происходит быстрое разрушение изделий.

Известен также способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник методом лазерного напыления [Метод лазерного напыления в синтезе ВТСП пленок / М.Р. Предтеченский, 46 с. ил. 20 см, Новосибирск, ИТФ, 1990.]

Недостатком способа является необходимость напылять слои диэлектрика и ВТСП, что удорожает производство. Кроме того, из-за разницы коэффициентов линейного расширения диэлектрика и ВТСП при циклах охлаждение - нагрев происходит быстрое разрушение изделий. Наиболее близким способом является способ, по которому на слой ВТСП 123-типа DyBa2Cu3O7 направляют поток ионов аргона с энергией, необходимой для их проникновения в материал на глубину, равную требуемой толщине диэлектрика.

При таком способе ионы аргона аморфизируют ВТСП 123-типа DyBa2Cu3O7, при этом происходит необратимое разрушение сверхпроводящего соединения и превращение его в диэлектрик с базовым химическим составом, описываемым формулой 0,5Dy2O3+2BaO2+1,5CuO2. [Способ получения структуры металл/диэлектрик/высокотемпературный сверхпроводник. Патент RU 2156016].

Недостатком способа является необходимость напылять на слой такого диэлектрика слой ВТСП, что удорожает производство. Кроме того, созданные таким способом слои ВТСП и диэлектрика имеют разные коэффициенты термического расширения, что приводит к разрушению созданной структуры при циклах охлаждение - нагрев.

Задачей изобретения является получение структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник без использования операций напыления диэлектрического слоя и слоя ВТСП, т.е. создание другого способа образования слоев.

Техническим результатом данного решения является создание способа формирования слоев без дополнительного напыления ВТСП, позволяющего упростить технологию, что удешевляет производство и уменьшает вероятность разрушения изделия, улучшает совместимость слоев при циклах охлаждение - нагрев за счет уменьшения разницы в коэффициентах линейного расширения диэлектрика и ВТСП.

Технический результат достигается тем, что в качестве высокотемпературного сверхпроводника берут сверхпроводник состава REBa2Cu3O7, где RE - редкоземельный металл или иттрий. В качестве атомных частиц используют ионы водорода с энергией, необходимой для проникновения в сверхпроводник на суммарную глубину диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник, проводят формирование ими слоя диэлектрика. Затем на сформированный слой диэлектрика направляют поток ионов кислорода с энергией, необходимой для их проникновения на глубину слоя ВТСП, проводят формирование ими слоя ВТСП.

Согласно изобретению слой ВТСП ReBa2Cu3O7, где Re редкоземельный металл или иттрий, в виде тонкой пленки на подложке из монокристалла либо поликристалла помещают в вакуумную камеру, после чего напускают в нее водород, поддерживая давление ~2⋅10-1 Па. Затем производится ионизация водорода в камере.

Ионизация водорода в камере производится, например, при помощи ионной пушки с напряжением от +500 до +4000 вольт. При этом ВТСП подвергается воздействию ионов водорода, время облучения составляет от пяти минут до двух часов, в зависимости от необходимой глубины обработки. При этом образуется диэлектрический слой состава ReBa2Cu3Oy (y от 6,5 до 6,0).

Коэффициент термического линейного расширения такого диэлектрика практически совпадает с коэффициентом термического линейного расширения исходного ВТСП, т.к. не происходит разрушения сверхпроводящего соединения на отдельные компоненты. Изменяется только тип кристаллической решетки, тогда как параметры решетки меняются незначительно, что обуславливает практически неизменные механические свойства, в том числе коэффициент термического линейного расширения. Однако изменение типа кристаллической решетки приводит к существенному изменению электрических свойств соединения от сверхпроводника к диэлектрику.

Сформированный диэлектрический слой легко может быть обратимо переведен в исходный сверхпроводник, что позволяет формировать на нем необходимый слой ВТСП. Для этого слой диэлектрика обрабатывается ионами кислорода на требуемую глубину при ускоряющем напряжении от 500 до 2000 В от 1 мин до 2-х час.

Пример. Пленку ВТСП 123 типа состава YBa2Cu3O7 подвергали воздействию ионов водорода при ускоряющем напряжении 1500 В в течение 25 минут. При этом был сформирован слой диэлектрика толщиной порядка 20 микрон.

На фиг. 1 приведены фрагменты дифрактограмм соединения 123, снятые на отфильтрованном Cu Kα-излучении: а) ромбическая решетка (исходное соединение); б) тетрагональная решетка (после облучения ионами водорода).

В результате воздействия ионов водорода на ВТСП происходило изменение его решетки от ромбической к тетрагональной. Такое изменение типа решетки характерно для случая уменьшения содержания кислорода в соединении YBa2Cu3Oy («y» меняется от 7 до 6), что и приводит к изменению электрических свойств от сверхпроводящих к диэлектрическим [Грабой И.Э., Кауль А.Р., Метлин Ю.Г. Химия и технология высокотемпертурных сверпроводников. «Химия твердого тела» (Итоги науки и техники ВНИТИ АН СССР), 1988, 6, с. 3-142].

Важно, что в данном случае соединение YBa2Cu3O7 не распадается на более простые соединения, а только восстанавливается до YBa2Cu3O6. Затем слой такого диэлектрика подвергли воздействию ионами кислорода при ускоряющим напряжении 1000 В в течение 10 минут. При этом ионы кислорода окислили YBa2Cu3O6 до YBa2Cu3O7 на глубину порядка 5 мкм. Таким образом на слое диэлектрика был сформирован слой ВТСП.

1. Способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник, по которому на слой высокотемпературного сверхпроводника 123-типа направляют поток атомных частиц, отличающийся тем, что в качестве высокотемпературного сверхпроводника берут сверхпроводник состава REBa2Cu3O7, где RE - редкоземельный металл или иттрий.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве атомных частиц используют ионы водорода с энергией, необходимой для проникновения в сверхпроводник на суммарную глубину диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник, проводят формирование ими слоя диэлектрика.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на сформированный слой диэлектрика направляют поток ионов кислорода с энергией, необходимой для их проникновения на глубину слоя ВТСП, проводят формирование ими слоя ВТСП.



 

Похожие патенты:

Использование: для создания сверхпроводящего объекта. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения сверхпроводящего объекта включает: обеспечение оксида редкоземельного элемента-меди-бария, содержащего редкоземельный элемент, барий и медь, и проведение термической обработки указанного оксида редкоземельного элемента-меди-бария с образованием сверхпроводника, содержащего распределенные в нем зерна оксида редкоземельного элемента, при этом проведение указанной термической обработки включает: первую стадию термической обработки, на которой температуру повышают с обеспечением жидкой фазы указанного оксида редкоземельного элемента-меди-бария, содержащей оксид редкоземельного элемента, и вторую стадию термической обработки, на которой температуру и/или давление кислорода изменяют по сравнению с их значением на первой стадии термической обработки с получением монокристаллического оксида редкоземельного элемента-меди-бария.

Использование: для изготовления сверхпроводниковых туннельных переходов, джозефсоновских переходов. Сущность изобретения заключается в том, что наносят без разрыва вакуума трехслойную структуру сверхпроводник - изолятор - нормальный металл (СИН контакт); наносят резист, проводят экспозицию, проявление; селективное химическое или ионное травление трехслойной структуры, после стравливания трехслойной структуры проводят планаризацию поверхности напылением через маску диэлектрика толщиной, равной толщине трехслойной структуры, после чего удаляют диэлектрик вне области туннельных переходов и наносят тонкую пленку перемычки (абсорбера) из нормального металла или другого сверхпроводника, при этом этот слой перемычки наносится на планаризованную поверхность и может быть существенно тоньше предыдущих слоев, менее 10 нм.

Использование: для получения многослойного высокотемпературного сверхпроводящего материала. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения включает нанесение на гибкую металлическую текстурированную подложку или на металлическую подложку, покрытую промежуточным биаксиально текстурированным оксидным слоем, по меньшей мере, одного эпитаксиального оксидного буферного слоя из прекурсора, получаемого из золя оксида-гидроксида выбранного элемента или нерастворимой соли выбранного элемента в водном растворе температурно-зависимого полимера, путем нагревания при температуре, превышающей температуру фазового перехода температурно-зависимого полимера, нанесение на буферный слой, по меньшей мере, одного эпитаксиального слоя сверхпроводникового материала и его термообработку, при этом после нанесения эпитаксиального оксидного буферного слоя осуществляют его обработку в переменном магнитном поле с амплитудой напряженности не более 0,10 Тл и частотой 10-40 Гц в течение 100 и более секунд.

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.
Изобретение относится к текстурированной подложке для выращивания на ней эпитаксиальной пленки оксидного сверхпроводящего материала для использования в различных типах электросилового оборудования.

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.

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 относиться к способам формирования самоохлаждаемых автономных приборов и элементов электроники, которые могут эффективно работать без использования технологии жидкого азота, и другой криогенной техники.

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.
Наверх