FR2617645A1 - Dispositif en materiau supraconducteur et procede de realisation - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif en matériau supraconducteur comportant notamment, sur un substrat en matériau conducteur ionique de l'oxygène, au moins une couche de matériau supraconducteur. Le procédé de l'invention prévoit que l'ajustage de la teneur en oxygène de la couche supraconductrice se fait par passage d'ions oxygène à travers le substrat. L'invention est applicable à la réalisation de tout dispositif en matériau supraconducteur.
Description
DISPOSITIF EN MATERIAU SUPRACONDUCTEUR
ET PROCEDE DE REALISATION
L'invention concerne un dispositif supraconducteur et son procédé de réalisation. Plus particulièrement, elle concerne une structure permettant d'optimiser la teneur en oxygène du matériau supraeonductellr et le procédé qui, en liaison avec cette siructure permet d'atteindre cette optimisation. De plus, la structure de l'invention permet de conserver de façon stable la composition en oxygène atteinte quelles que soient les conditions extérieures dans lesquelles est placée la structure supraconductrice.
ET PROCEDE DE REALISATION
L'invention concerne un dispositif supraconducteur et son procédé de réalisation. Plus particulièrement, elle concerne une structure permettant d'optimiser la teneur en oxygène du matériau supraeonductellr et le procédé qui, en liaison avec cette siructure permet d'atteindre cette optimisation. De plus, la structure de l'invention permet de conserver de façon stable la composition en oxygène atteinte quelles que soient les conditions extérieures dans lesquelles est placée la structure supraconductrice.
Dans les conceptions connues, récentes, les nouveaux matériaux supraconducteurs sont des composés du type MxLa2~x Cu O4~y (M pouvant être du baryum, du strontium, etc.) ou du type Y- Ba- Cu- O, obtenus par frittage de poudres (matériaux massifs) ou en couches minces réalisées par diverses techniques de dépôt, comme, par exemple, la pulvérisation cathodique telle que décrite dans le document
Japanese Journal of Applied Physics Vol. 26, n0 4,
April 1987 PP. L508-509.
Japanese Journal of Applied Physics Vol. 26, n0 4,
April 1987 PP. L508-509.
Les résultats obtenus à ce jour font apparaître une forte dépendance des propriétés supraconductrices de ces matériaux composés avec les post-traitements de recuit en atmosphère contenant de l'oxygène tel que cela est décrit par CAVA et al dans Physic Review Letters, 58, 1987, page 408 . En d'autres termes on constate- une forte dépendance des propriétés supraconductrices avec la teneur en oxygène du matériau.
L'invention concerne donc une structure, ainsi qu'un procédé utilisant nécessairement une telle structure, -et - permettant de fixer avec précision la teneur en oxygène d'une couche supraconductrice.
L'invention concerne donc un dispositif en matériau supraconducteur comportant une couche d'un matériau supraconducteur déposée sur un substrat, caractérisé en ce que le substrat est en matériau permettant une conduction ionique de l'oxygène .
En liaison avec cette structure ainsi décrite l'invention concerne également un procédé de réalisation d'une structure supraconductrice selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes
~ une étape d'encapsulation par une couche étanche à l'oxygène
- une étape de réalisation d'une couche d'un matériau supraconducteur sur un substrat en matériau permettant la conduction d'oxygène ionisé
- une étape -d'oxydation ou de réduction de la couche de matériau supraconducteur par passage d'ions d'oxygène à travers le substrat.
~ une étape d'encapsulation par une couche étanche à l'oxygène
- une étape de réalisation d'une couche d'un matériau supraconducteur sur un substrat en matériau permettant la conduction d'oxygène ionisé
- une étape -d'oxydation ou de réduction de la couche de matériau supraconducteur par passage d'ions d'oxygène à travers le substrat.
L'invention concerne également une structure permettant de fixer la teneur en oxygène de la couche supraconductrice mals aussi de la conserver quelles que soient les conditions ambiantes dans lesquelles est utilisée la couche supraconductrice.
L'invention concerne donc un dispositif en matériau supraconducteur . comportant une couche d'un matériau supraconducteur déposée sur un substrat, caractérisé en ce qu'il comporte une couche recouvrant la couche de matériau supraconducteur et réalisée en un matériau permettant une conduction ionique de l'oxygène.
Elle concerne aussi un procédé lié à cette structure. Ce procédé de réalisation d'une structure supraconductrice selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes
- une étape de réalisation d'une couche d'un m. térísu supraconducteur sur le substrat
- une étape de réalisation d'une couche en matériau permettant la conduction d'oxygène ionisé et recouvrant la couche de matériau supraconducteur
- une étape d'oxydation de la couche ou de réduction de la couche de matériaux' supraconducteur par passage d'ions d'oxygène à travers la couche en matériau permettant la conduction d oxygène ionisé.
- une étape de réalisation d'une couche d'un m. térísu supraconducteur sur le substrat
- une étape de réalisation d'une couche en matériau permettant la conduction d'oxygène ionisé et recouvrant la couche de matériau supraconducteur
- une étape d'oxydation de la couche ou de réduction de la couche de matériaux' supraconducteur par passage d'ions d'oxygène à travers la couche en matériau permettant la conduction d oxygène ionisé.
Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple en se reportant aux figures annexées qui représentent
- la figure 1, un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention dans lequel le substrat est conducteur ionique de l'oxygène
- la figure 2, un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention comportant une couche d'un matériau conducteur ionique de l'oxygène située sur la couche de matériau supraconducteur
- la figure 3, une variante de l'exemple de réalisation du dispositif de la figure 2 comporte, sur la couche conductrice ionique de l'oxygène, une couche métallique;;
- la figure 4, le dispositif de la figure 3 auxquels a été connecté un générateur de courant pour réaliser le procédé de l'invention;
- la figure fi, une variante de réalisation du dispositif de la figure 4
- la figure 6, une variante de réalisation combinant les dispositifs des figures 3 et 5 ;
- la figure 7, une autre variante de réalisation du dispositif de l'invention comportant, sur la couche de matériau supraconducteur, une couche passivante.
- la figure 1, un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention dans lequel le substrat est conducteur ionique de l'oxygène
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- la figure 6, une variante de réalisation combinant les dispositifs des figures 3 et 5 ;
- la figure 7, une autre variante de réalisation du dispositif de l'invention comportant, sur la couche de matériau supraconducteur, une couche passivante.
Le but de l'invention est donc de réaliser une structure supraronductrice présentant une teneur en oxygène précise et un procédé qui permette à j'aide de cette structure de régler la teneur en oxygène de la couche supraconductrice.
L'invention consiste donc en la réalisation d'une structure comportant un substrat en matériau semiconducteur, isolant, métallique ou électrolyte solide conducteur ionique de l'oxygène, recouvert d'au moins une couche d'oxyde supraconducteur possédant une teneur en oxygène déterminée.
Pour ajuster la teneur en oxygène de la couche supraconductrice, le substrat peut être un conducteur ionique de l'oxygène. De phls, la couche de matériau supraconducteur peut être elle même recouverte d'au moins une couche d'électrolyte solide conducteur ionique de l'oxygène ou d'une couche de passivation, permettant de réaliser l'isolement de la couche supraconductrice par rapport à l'atmosphère extérieure.
La figure 1, représente un premier mode de réalisation de la structure de l'invention. Cette structure comporte, sur un substrat 1, une couche 2 d'un matériau supraconducteur.
Le substrat 1 est en matériau électroniquement semiconducteur ,~ conducteur ou isolant. Par contre, selon l'invention, il est conducteur ionique de l'oxygène.
Selon des exemples de réalisation qui seront décrits en relations -avec les autres figures, la couche de matériau supraconducteur 2 de la figure 1 peut comporter une couche protectrice (non représentée) conservant la teneur en oxygène de la couche 2 et l'abritant notamment de toute oxydation ou réduction ultérieure.
A titre d'exemple non limitatif, le substrat 1 peut être un matériau à base de zirconium tel qu'un produit connu sous le nom de Zircone stabilisée (YSZ : Yttria Stabilized Zirconia en terminologie anglosaxone) de formule#
(Y2 03) m (Zr 02) 1-m dans laquelle Y2 O 3 intervient dans une proportion molaire de 8 à 50 % donc avec 0,086 m 0,5.
(Y2 03) m (Zr 02) 1-m dans laquelle Y2 O 3 intervient dans une proportion molaire de 8 à 50 % donc avec 0,086 m 0,5.
Le procédé de réalisation du dispositif à couches de matériau supraconducteur ainsi décrit comporte donc
a) une étape de réalisation d'au moins une couche 2 de matériau supraconducteur sur le substrat 1, cette étape pouvant être réalisée par toute méthode connut sortant du cadre de l'in invention
b > puis une étape d'ajustement de la teneur en oxygène (oxydation ou réduction) de la couche 2 de matériau supraconducteur.
a) une étape de réalisation d'au moins une couche 2 de matériau supraconducteur sur le substrat 1, cette étape pouvant être réalisée par toute méthode connut sortant du cadre de l'in invention
b > puis une étape d'ajustement de la teneur en oxygène (oxydation ou réduction) de la couche 2 de matériau supraconducteur.
L'étape d'oxydation réduction de la couche 2 selon l'inve ntion peut être
- soit une oxydation réduction au travers du substrat 1 après encapsulation de la couche supraconductrice 2
- soit une oxydation directe de la couche 2
- soit encore une oxydation simultanée à travers le substrat 1 et directement de la couche 2.
- soit une oxydation réduction au travers du substrat 1 après encapsulation de la couche supraconductrice 2
- soit une oxydation directe de la couche 2
- soit encore une oxydation simultanée à travers le substrat 1 et directement de la couche 2.
L'oxydation réduction à travers le substrat 1 peut se faire selon un mécanisme complexe aboutissant à l'incorporation d'oxygène dans le matériau conductellr ionique et a son transport sous forme d'ions O2- dans ce même matériau. La face libre du substrat 1, ne portant pas la couche 2 de matériau supraconducteur est en contact avec de l'oxygène, soit pur, soit mélangé avec du gaz non réducteur oll tout simplement de l'air.
Cet oxygène (ou cette composition) est porté à une température telle qu a l'interface entre l'atmosphère contenant l'oxygène et - Ie substrat 1, les molécules d'oxygène se dissocient et diffusent sous forme d'ions à travers le substrat 1 jusqu'à la couche de matériau supraconducteur 2 pour oxyder le matériau supraconducteur. La température de traitement peut être à titre indicatif comprise entre 600 et 1500 C. Cet échauffement pourra se faire sous pression normale, soit 1 atm (101 325 Pascal) ou sous une pression réduite Orl encore sous pression supérieure à la pression atmosphérique, ce qui aura pour effet d'accélérer les processus de dissociation des - molécules d'oxygène sur la face libre du substrat.
L'oxydation à travers le substrat 1 peut également se faire par formation d'un plasma d'ions oxygène. Pour cela, I'at- mosphère contenant de l'oxygène est ohauffee sous pression très réduite et un champ électrique est appliqué. Par exemple. l'opé ration se fera à une température d'environ 3000C sous une pres sion de 10 à 10-2 Pascals.
De même, selon l'invention on prévoit l'oxydation ou la réduction de la couche supraconductrice simultanément par passage d'ions oxygène à travers le substrat et par oxydation directe en plaçant l'ensemble de l'échantillon (couche 2 - substrat 1) dans une enceinte permettant de réaliser l'un des deux procédés décrits précédemment.
Les propriétés de transport de l'oxygène sous forme d'ions o2- dans les zircones stabilisées (en couches minces ou matériaux massifs) ainsi que certaines applications exploitant la croissance ou la réduction d'oxyde de semiconducteurs ont été décrites dans les demandes de brevets suivantes
- NO 82.li215 (Michel CROSET, Michel
MERCANDALLI) ayant pour titre "Procédé de réduction de composé en couche sur une substrat et son application à la fabrication de structure semiconductrice à effet de champ".
- NO 82.li215 (Michel CROSET, Michel
MERCANDALLI) ayant pour titre "Procédé de réduction de composé en couche sur une substrat et son application à la fabrication de structure semiconductrice à effet de champ".
- ND 83.04051 (Michel CROSET, Dominique
DIEUMEGARD, Disiez PRIBAT) ayant pour titre "Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur du type comprenant au moins une couche de silicium sur un substrat isolant".
DIEUMEGARD, Disiez PRIBAT) ayant pour titre "Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur du type comprenant au moins une couche de silicium sur un substrat isolant".
A titre d'exemple, un mécanisme possible d'enrichissement en oxygène de la couche #upraconductrice, tel que décrit pour une autre application dans l'article de D. PRIBAT; L.M MERCANDALLI, J. SIEJIKA et J: PERRIERE publiée dans le
Journal Applied Physic, Vol 58, n0 1 du ler juillet 1985, peut être le suivant en utilisant la structure décrite sur la figure 1.
Journal Applied Physic, Vol 58, n0 1 du ler juillet 1985, peut être le suivant en utilisant la structure décrite sur la figure 1.
Pour que ! 'oxydation de la couche supraconductrice soit possible, il faut, ainsi que cela est décrit dans les documents cités ci-dessus, que la pression partielle de l'oxygène dans le milieu extérieur soit supérieure à la priez ion partielle d'oxygène en équilibre avec le matériau supraconducteur à température de traitement et inversement pour la réduction (bien que le mécanisme ci-dessous soit spécifique de l'oxydation).
a) Interface milieu extérieur/électrolyte solide (ou substrat 1).
Dans cette formule, on a
O2 est l'oxygène moléculaire gazeux dans le milieu extérieur
VoES@ est une lacune d'oxygène chargée (2+) dans et à la surface de l'électrolyte solide (noté ES)
OoESx est un ion oxygène O2 fixé sur une lacune VO sur un site anionique normal dans et à la surface de
o l'électrolyte solide (l'ensemble est neutre)
h ES est un trou d'électron dans et à la surface de l'électrolyte solide.
O2 est l'oxygène moléculaire gazeux dans le milieu extérieur
VoES@ est une lacune d'oxygène chargée (2+) dans et à la surface de l'électrolyte solide (noté ES)
OoESx est un ion oxygène O2 fixé sur une lacune VO sur un site anionique normal dans et à la surface de
o l'électrolyte solide (l'ensemble est neutre)
h ES est un trou d'électron dans et à la surface de l'électrolyte solide.
b) Interface électrolyte solide/supraconducteur
S = Supraconducteur.
Le couple "pression partielle d'oxygène dans le milieu extérieur - Température de la structure" sera choisi de manière à obtenir soit
- un enrichissement en oxygène du matériau supraconducteur par traitement en température de la structure en milieu extérieur contenant de l'oxygène (Pression partielle de gaz, plasma d'oxygène); c'est à dire que l'on aura transfert d'oxygène du milieu extérieur vers le supraconducteur au travers de l'électrolyte solide.
- un enrichissement en oxygène du matériau supraconducteur par traitement en température de la structure en milieu extérieur contenant de l'oxygène (Pression partielle de gaz, plasma d'oxygène); c'est à dire que l'on aura transfert d'oxygène du milieu extérieur vers le supraconducteur au travers de l'électrolyte solide.
- une perte en oxygène du matériau supraconducteur par traitement en température en atmosphere réductrice (Example mélange gazeux H2/H20). C'est à dire celle l'on aura transfert d'oxygène du supraconducteur vers le milieu extérieur au travers l'électrolyte solide.
La figure 2 représente un autre mode de réalisation de la structure de l'invention. Cette structure comporte, sur un substrat 1, une couche 2 d'un matériau supraconducteur recouverte elle-même d'une couche 3 d'un matériau conducteur ionique de l'oxygène. Ce matériau peut être du type utilisé pour le substrat 1 du dispositif de la figure 1.
Selon une première variante de ce mode de réalisation, le substrat 1 n'est pas conducteur ionique de l'oxygène. Par contre, selon une deuxième variante de réalisation le substrat 1 est conducteur ionique de l'oxygène comme dans l'exemple de réalisation de la figure 1.
Le procédé de réalisation du dispositif de la figure 2 comprend alors les étapes successives suivantes
a) une première étape de réalisation d'une couche 2 d'un matériau supraconducteur sur un substrat 1 par tout procédé connu sortant du cadre de l'invention;
b) une deuxième étape de réalisation d'une couche 3 d'un matériau conducteur ionique de l'oxygène par tout procédé sortant du cadre de l'invention
c) une troisième étape d'oxydation réduction de la couche 2 de matériau supraconducteur par l'un des procédés décrits ci-après.
a) une première étape de réalisation d'une couche 2 d'un matériau supraconducteur sur un substrat 1 par tout procédé connu sortant du cadre de l'invention;
b) une deuxième étape de réalisation d'une couche 3 d'un matériau conducteur ionique de l'oxygène par tout procédé sortant du cadre de l'invention
c) une troisième étape d'oxydation réduction de la couche 2 de matériau supraconducteur par l'un des procédés décrits ci-après.
SI le substrat n'est pas conducteur ionique de l'oxygène, l'oxydation réduction de la couche 2 se fait à travers la couche 3, selon un mécanisme similaire à celui décrit précédemment dans le cas de l'oxydation.
Si le substrat 1 est conducteur ionique de oxygène, réduction de la couche 2 se fait aussi bien à travers le substrat qu'à travers la couche 3 tolljours selon le mécanisme précédemment décrit dans le cas de l'oxydation.
strat qu'à travers la couche 3 toujours selon le mécanisme précédemment décrit dans le cas de l'oxydation.
Cette oxydation/réduction peut se faire selon l'un des procédés décrits en relation avec la figure 1, soit par traitement thermique dans une atmosphère gazeuse, soit par création dtun plasma oxydant ou réducteur. La couche 3 est de préférence une couche mince d'un matériau électrolyte solide.
Cet électrolyte solide est un conducteur ionique de l'oxygène (par exemple les zircones stabilisées à l'oxyde d'yttrium ou de calcium) sous forme 02
son utilisation dans la structure décrite ci-dessus permet ainsi de réaliser trois fonctions essentielles qui sont
- un transport contrôlé de l'oxygène au travers de la couche mince d'électrolyte solide du milieu extérieur vers le matériau supraconducteur (enrichissement en oxygène ou oxydation) ou du matériau supraconducteur vers le milieu extérieur (perte en oxygène ou réduction)
- un blocage du transport de cations contenus dans la couche supraconductrice lors du traitement d'oxydation, de ré diction, ou de tout traitement thermique ultérieur en atmosphère neutre ou réactive
- une protection mécanique et chimique (passivation) de la surface supraconductrice par rapport au milieu extérieur.
son utilisation dans la structure décrite ci-dessus permet ainsi de réaliser trois fonctions essentielles qui sont
- un transport contrôlé de l'oxygène au travers de la couche mince d'électrolyte solide du milieu extérieur vers le matériau supraconducteur (enrichissement en oxygène ou oxydation) ou du matériau supraconducteur vers le milieu extérieur (perte en oxygène ou réduction)
- un blocage du transport de cations contenus dans la couche supraconductrice lors du traitement d'oxydation, de ré diction, ou de tout traitement thermique ultérieur en atmosphère neutre ou réactive
- une protection mécanique et chimique (passivation) de la surface supraconductrice par rapport au milieu extérieur.
Dans la variante qui consiste à utiliser un substrat qui est aussi un électrolyte solide conducteur ionique de l'oxygène, l'oxydation ou la réduction de la couche supraconductrice est réalisée simultanément par transport d'oxygène depuis les faces avant et arrière de la structure représentée en figure 2.
En ce qui concerne le blocage du transport des cations vers la phase gazeuse, les électrolytes solides utilisés pour la couche 3 sont des matériaux très stables par suite d'énergies de liaisons inter-atomiques fortes (rv 5 eV) d'sù l'effet de blocage à la diffusion des cations dans la couche jusqutà des températures d'environ 12000C et plus; ils permettent ainsi d'effectuer, sans perte cationique, des traitements thermi
La couche d'électrolyte solide assure par ailleurs une protection mécanique de la surface de la couche de supraconducteur.En effet, la dureté de la zircone stabilisée (8,5 dans l'échelle de Mohs) lorsque l'électrolyte solide est de la zircone stabilisée est comparable à celle du saphir et assure une protection de grande efficacité de la couche supraconductrice vis à vis du milieu extérieur.
La couche d'électrolyte solide assure par ailleurs une protection mécanique de la surface de la couche de supraconducteur.En effet, la dureté de la zircone stabilisée (8,5 dans l'échelle de Mohs) lorsque l'électrolyte solide est de la zircone stabilisée est comparable à celle du saphir et assure une protection de grande efficacité de la couche supraconductrice vis à vis du milieu extérieur.
La figure 3, représente une autre variante de réalisation du dispositif de l'invention. Selon cette variante, une couche métallique 4 très mince et transparente à oxygène recouvre la couche 3 de matériau conducteur ionique de l'oxygène (ou électrolyte solide) qui recouvre la couche 2 de matériau supraconducteur.
Cette couche métallique 4 peut être en platine poreux par exemple.
En liaison avec la structure du dispositif de la figure 3, le procédé de l'invention prévoit d'utiliser cette couche métallique 4 et la couche supraconductrice 2 comme électrodes de polarisation de la couche 3 d'électrolyte solide. Selon le signe de polarisation de l'électrode supraconductrice, par rapport à la couche métallique, il y aura transport d'oxygène vers cette électrode (comportement anodique) ou vers l'élec- trode de platine (comportement cathodique).
Selon le procédé on prévoit donc, comme cela est représenté en figure 4, de connecter un générateur de courant G à la couche 2 de matériau supraconducteur et à la couche métallique 4. Ce générateur G permet ainsi d'appliquer un champ électrique à la couche d'électrolyte 3.
La figure 5 représente une variante de réalisation du dispositif des figures 3 et 4. Dans cette variante, le substrat est un électrolyte solide et comporte une face recouverte d'une couche 6 de métal poreux tel que du platine poreux et la couche 3 est une couche étanche à l'oxygène.
Selon le procédé de réalisation lié A cette variante, la couche métallique 6 et la couche supracondrlctrice 2 sont utili sées comme électrodes de polarisation du substrat 1 (électrolyte). Un générateur G est connecté à la couche 6 et à la couche supraconductrice appliquant ainsi un champ électrique au substrat l.
La couche 6 de métal poreux est en contact avec un milieu oxydant, neutre ou réducteur ce qui permet d'obtenir un transfert d'ions oxygène vers la couche 2 supraconductrice (oxydation) ou vers le milieu neutre ou réducteur (réduction).
La figure 6 représente une combinaison des structures des figures 3 et 5. Sur cette figure 6, le substrat 1 ainsi que la couche 3 sont des électrolytes ; ils possèdent tous deux une face recouverte d'une couche métallique (4, 6).
L'opération d'oxydation réduction peut donc se faire soit comme cela est décrit en relation avec la figure 4, soit comme cela est décrit en relation avec la figure 5 soit en combinant les deux modes de polarisation.
L'invention permet -ainsi des traitements d'oxydation ou de réduction de la couche supraconductrice sous champ électrique à basse température telle que la température ambiante (exemple : oxydation dans des plasmas d'oxygène ou réduction dans un plasma d'hydrogène ou d'Argon. On peut aussi utiliser des milieux électrolytes liquides en milieux aqueux ou non (oxydants tels que des sels fondus ou réducteurs). On notera que ces variante ne peuvent fonctionner que dans le cas où le matériau supraconducteur, à la température de traitement considérée, est polarisable, c'est-dire qu'il se comporte comme un métal ou un semiconducteur dopé.
La figure 7, représente une autre variante de réalisation du dispositif de l'invention. Selon cette variante, la couche 2 de matériau supraconducteur recouvrant le substrat 1 est elle même recouverte par une couche passivante, inerte 5. Cette couche 5 est étanche à l'oxygène et aux cations. Le matériau utilisé pour cette couche 5 est réalisé à partir de Si3
N4, Si 2 ou M# par exemple.
N4, Si 2 ou M# par exemple.
Le procédé selon l'invention permettant de réaliser un dispositif supraconducteur, en liaison avec une structure telle que décrite précédemment en relation avec la figure 5, comporte les étapes suivantes
- une étape de réalisation de la couche de matériau supraconducteur 2 sur le substrat
- une étape de réalisation d'un couche passivante inerte et étanche 5 sur la couche de matériau supraconducteur 2
- une étape d'oxydation ou de réduction de la couche de matériau supraconducteur 2 au travers de la couche passivante 5.
- une étape de réalisation de la couche de matériau supraconducteur 2 sur le substrat
- une étape de réalisation d'un couche passivante inerte et étanche 5 sur la couche de matériau supraconducteur 2
- une étape d'oxydation ou de réduction de la couche de matériau supraconducteur 2 au travers de la couche passivante 5.
Cette dernière étape se fait par implantation ionique au travers de la couche 5
- soit d'ions oxygène quant on veut diminuer le nombre de lacunes anioniques ce qui conduit à une oxydation de la couche 2 de matériau supraconducteur
- soit de cations quand on veut diminuer la quantité d'oxygène contenue dans la couche 2 de matériau supraconducteur ce qui conduit à une réduction de cette couche.
- soit d'ions oxygène quant on veut diminuer le nombre de lacunes anioniques ce qui conduit à une oxydation de la couche 2 de matériau supraconducteur
- soit de cations quand on veut diminuer la quantité d'oxygène contenue dans la couche 2 de matériau supraconducteur ce qui conduit à une réduction de cette couche.
Pour réaliser une implantation ionique, le substrat 1 portant la couche 2 de matériau supraconducteur recouverte de la couche de passivation 5 est disposé dans un implanteur ionique produisant un faisceau d'ions oxygène. L'ensemble est disposé dans l'espace de manière à exposer la couche de passivation 5 à ce bombardement ionique. de façon préférentielle de manière à ce que la surface externe de la couche de passivation 5 soit approximativement orthogonale à la direction moyenne de propagation des ions.En outre, le faisceau a une énergie telle que le parcours moyen de ions oxygène, projeté sur la direction perpendiculaire au plan de la couche de passivation 5 et donc également de la couche 2 soit supérieur à l'épaisseur de la couche de passivation 5 et inférieur à la somme de l'épaisseur de la couche do passîvation 5 et de celle de la couche 2 de matériau supraconducteur. En effet, somme de l'épaisseur de la couche de passivation 5 et de celle de la couche 2 de matériau supraconducteur.En effet, lorqsqu'un ion oxygène O pénètre dans le réseau cristallin des couches 5 et 2, celui-ci subit par interaction avec les mailles du réseau, des déflections successives se traduisant par une déviation latérale projetée sur la direction perpendicu laire au plan de la couche 2., la valeur du parcours total doit être donc telle que seule la couche 2 subit l'implantation des Ions oxygène. Il faut éviter au maximum d'implanter des ions oxygène à l'intérieur du substrat 1, ce qui perturberait l'ordonnancement des couches. Le faisceau doit être également dosé de manière à implanter suffisamment d'ions d'oxygène pour obtenir une oxydation déterminée de la couche 2. Pour ce faire, pour une énergie donnée correspondant à un parcours moyen projeté, il est nécessaire d'ajuster le temps d'exposition.
L'implantation des cations se fait de manière analogue.
Cette étape d'implantation est suivie d'un traitement thermique approprié.
Les différents procédés de réalisation qui précèdent peuvent être suivis selon l'invention d'une étape de recuit thermique permettant une redistribution de l'oxygène dans la couche 2 de matériau supraconducteur.
La description qui précède n'a été faite qu'à titre d'exemple non limitatif. Les exemples numériques et de compositions n'ont été fournis que pour éclairer la description. De plus, d'autres variantes de réalisation des dispositifs selon l'invention et des procédés de réalisation peuvent être envisagées sans sortir dil cadre de l'invention.
Claims (24)
1. Dispositif en matériau supraconducteur comportant au moins une première couche (2) d'un matériau supraconducteur comprise entre une deuxième couche (1) et une troisième couche (3, 5), caractérisé en ce que l'une au moins de la deuxième ou de la troisième couche est conductrice ionique de l'oxygène.
2. Dispositif en matériau supraconducteur selon la revendication 1,caractérisé en ce que la deuxième couche est un substrat (1) en matériau permettant nne conduction ionique de ltoxy- gène.
3. Dispositif en matériau supraconducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la troisième couche (3, 5) est étanche à l'oxygène.
4. Dispositif en matériau supraconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la troisième couche (3) est réalisée en un matériau permettani une conduction ionique de l'oxygène.
5. Dispositif en matériau supraconducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la troisième couche (3) est réalisée en un matériau permettant une conduction ionique de l'oxygène.
6. Dispositif en matériau supraconducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau permettant une conduction ionique de l'oxygène.
est un électrolyte du type solide.
7. Dispositif en matériau supraconducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'électrolyte est un matériau à base d'oxyde de zirconium stabilisé.
8. Dispositif en matériau supraconducteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la troisième couche (3) est réalisée en matériau electrolytiqvle de type solide et est recouverte d'une couche d'un matériau (4) perméable à l'oxygène moléculaire ou atomique.
9. Dispositif en matériau supraconducteur selon l'une des revendications 2 ou 7, caractérisé en ce que le substrat (1) comporte une face recouverte d'une couche d'un matériau métallique (6) perméable à l'oxygène.
10. Dispositif en matériau supraconducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première couche (2) en matériau supraconducteur est recouverte d'une couche de passivation (5) étanche à l'oxygène.
11. Procédé de réalisation d'une structure supraconductrice selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes
- une étape de réalisation d'une couche (2) d'un matériau supraconducteur sur un substrat (1) en matériau permettant la conduction d'oxygène ionisé
- une étape d'encapsulation par une couche (3, 5) étanche à l'oxygène ;
- une étape d'oxydation ou de réduction de la couche (2) de matériau supraconducteur par passage d'ions d'oxygène à travers le substrat (1).
12. Procédé -de réalisation d'une structure supraconductrice selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes
- une étape de réalisation d'une couche (2) d'un matériau supraconducteur sur un substrat (1)
- une étape de réalisation d'une couche (3) en matériau permettant la conduction d'oxygène ionisé et recouvrant la couche (2) de matériau supraconducteur;
- une étape d'oxydation ou de réduction de la couche (2) de matériau supraconducteur par passage d'ions d'oxygène à travers la couche (3) en matériau permettant la conduction d'oxygène ionisé
13.Procédé de réalisation d'une structure supraconductrice selon la revendication n 12, caractérisé en ce que le substrat (1) est en matériau permettant la conduction ionique de l'oxygène et que l'étape d'oxydation réduction de la couche (2) de matériau supraconducteur prévoit aussi un passage d'ions d'oxygène à travers le substrat (1).
14. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que l'étape d'oxyda tion/réduction se fait à l'aide d'un couple de valeurs pres sion d'oxygène/température tel que l'on ait un transport d'oxygène du milieu extérieur vers la couche de matériau supraconducteur (2), c'est à dire qu'a la température du traitement, la pression partielle d'oxygène dans le milieu extérieur est supérieure à la pression d'oxygène en équilibre avec le matériau supraconducteur à l'interface électrolyte so lide/supraconducteùr.
15. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12; caractérisé en ce que l'étape d'oxydatlon/réduction se fait à l'aide d'un couple de valeurs pression d'oxygène/température tel que l'on ait un transport d'oxygène de la couche de matériau supraconducteur (2) vers le milieu extérieur, c'est à dire qu'à la température du traitement la pres sion partielle d'oxygène dans le milieu extérieur est Inférieur à la pression d'oxygène en équilibre avec le matériau supraconducteur à l'interface électrolyte so lide/supraconducteur.
16. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12 caractérisé en ce que ltétape d'oxydation réduction se fait par formation d'un plasma d'oxygène å proximité du matériau conducteur ionique d'oxygène.
17. Procédé de réalisation d'une structure supraconductrice selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes
- une étape de réalisation d'une couche (2) d'un matériau supraconducteur sur un substrat (1); .
- une étape d'oxydation ou de réduction de la couche (2), de matériau supraconducteur par passage d'ions d'oxygène à travers la couche (3) en matériau permettant la conduction d'oxygène ionisé et à travers la couche métallique (4).
une étape de réalisation, sur la couche (3) en matériau permettant le passage d'oxygène ionisé, d'une couche métallique poreuse (4) à l'oxygène moléculaire ou atomique
- une étape de réalisation d'une couche (3) en matériau permettant la conduction d'oxygène ionisé et recouvrant la couche (2) de matériau supraconducieur
18. Procédé de réalisatioTl d'une structure supraconductrice selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'étape d'oxydation ou de réduction se fait par application d'un champ électrique entre la couche (2) de matériau supraconducteur et la couche métallique (4).
19. Procédé de réalisation d'une structure supraconductrice selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes
- une étape de réalisation d'une couche (2) d'un matériau supraconducteur sur une première face d'un substrat (1) en matériau permettant la conduction d'oxygène ionisé
- une étape de réalisation d'une couche (5) en matériau empêchant la conduction d'oxygène ionisé et recouvrant la couche (2) de matériau supraconducteur
- une étape de réalisation, sur une deuxième face du substrat (1) d'une couche métallique poreuse (6)
- une étape d'oxydation ou de réduction de la couche (2), de matériau supraconducteur par passage d'ions d'oxygène à travers le substrat (1) et à travers la couche métallique (6) par application d'un champ électrique entre la couche (2) de matériau supraconducteur et la couche métallique (6).
20. Procédé de réalisation selon l'une des revendications 17 ou 19 caractérisé en ce que l'étape d'oxydation/réduetion se fait en milieu oxydant ce qui conduit a une oxydation.
21. Procédé de réalisation selon l'une des revendications 17 ou Iq caractérisé en ce que l'étape d'oxydation/réduction se fait en milieu réducteur ce qui conduit a une réduction.
22. Procédé de réalisation d'une structure supraconductrice selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes
- une étape de réalisation d'une couche (2) d'un matériau supraconducteur sur un substrat (i)
- une étape de réalisation d'une couche de passivation (5) sur la couche (2) de matériau. supraconducteur;
- une étape d'oxydation réduction par implantation ionique d'oxygène ou de cations à travers la couche de passivation (5).
23. Procédé de réalisation d'une structure supraconductrice selon la revendication 22, caractérisé en ce que l'implantation ionique se fait à l'aide d'un faisceau d'ions oxygène, l'énergie de ce faisceau étant ajustée de manière que la projection, sur une direction orthogonale au plan de la couche de matériau supraconducteur, du parcours moyen des ions oxygène à l'intérieur de la couche de passivation (5) et la couche de matériau supraconducteur (2) soit supérieur à l'épaisseur de la couche de passivation (5) et Inférieur à la somme des épaisseurs de la couche de passivation (5) et de la couche de matériau supraconducteur (2), le faisceau d'ions oxygène étant dosé de manière à obtenir une oxydation déterminée de la couche de matériau supraconducteur (2).
24. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications 11 à 23, caractérisé en ce que l'étape d'oxydation réduction est suivie d'une étape de recuit.
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| FR8709463A FR2617645B1 (fr) | 1987-07-03 | 1987-07-03 | Dispositif en materiau supraconducteur et procede de realisation |
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| FR2617645B1 (fr) | 1989-10-20 |
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