PL158574B1 - Podloze do osadzania warstw nadprzewodników wysokotemperaturowych PL - Google Patents

Podloze do osadzania warstw nadprzewodników wysokotemperaturowych PL

Info

Publication number
PL158574B1
PL158574B1 PL1989280089A PL28008989A PL158574B1 PL 158574 B1 PL158574 B1 PL 158574B1 PL 1989280089 A PL1989280089 A PL 1989280089A PL 28008989 A PL28008989 A PL 28008989A PL 158574 B1 PL158574 B1 PL 158574B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
mixture
substrate
deposition
single crystal
temperature
Prior art date
Application number
PL1989280089A
Other languages
English (en)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Priority to PL1989280089A priority Critical patent/PL158574B1/pl
Publication of PL158574B1 publication Critical patent/PL158574B1/pl

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B7/00Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

1. Podloze do osadzania warstw nadprzewodników wysokotemperaturowych o strukturze typu K2N1F4, znamienne tym, ze stanowi je plytka z monokrysztalu o wzorze ogólnym A B C O 4 , w którym A oznacza wapn, stront, bar lub ich mieszanine, B oznacza itr lub lantanowiec od lantanu do gadolinu lub ich mieszanine, C oznacza glin, gal lub ich mieszanine, a O - tlen, przy czym % atom. poszczególnych skladników A:B:C:0 sa równe 14,3:14,3:14,3:57,1. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest podłoże do osadzania warstw nadprzewodników wysokotemperaturowych, będące płytką z monokryształu galanów lub glinianów ziem alkalicznych i lantanowców lub itru o strukturze tetragonalnej typu K2MF4.
Znane są materiały służące do osadzania zarówno w postaci cienkich jak i grubych warstw związków wszystkich znanych ceramicznych materiałów nadprzewodzących (związki grupy itrowej np. Y-Ba-Cu-O, bizmutowej np. Bi-Sr-Ca-Cu-0 i talowej np. Tl-Ca-Ba-Cu-O). Proces wytwarzania warstwy nadprzewodnika ceramicznego składa się w zasadzie z dwóch etapów: przeniesienia na podłoże składników o określonym składzie stechiometrycznym, oraz obróbki cieplnej w temperaturze w zakresie 1000-1300 K w atmosferze tlenu, w celu uzyskania właściwej fazy i stopnia nasycenia tlenem sieci krystalicznej nadprzewodnika. Materiał przenoszony jest na podłoże przy użyciu technik próżniowych (napylanie, naparowywanie), chemicznych (strącenie z roztworu, transport chemiczny), fizycznych (natrysk, malowanie, sitodruk) lub plazmowych (natrysk plazmowy), właściwa stechiometria zapewniona jest przez odpowiedni skład materiału wyjściowego, lub przez odpowiedni stosunek szybkości dostarczania odpowiednich składników do podłoża. Proces obróbki cieplnej może być połączony z procesem przenoszenia materiału na podłoże, poprzez prowadzenie go w wysokiej temperaturze i w odpowiedniej atmosferze lub też może być prowadzony niezależnie już po osadzeniu warstwy nadprzewodzącej.
Wymagania stawiane podłożom dla warstw nadprzewodników wysokotemperaturowych są znacznie ostrzejsze niż dla innych materiałów. Obok oczywistych wymagań gładkości, stabilności chemicznej i mechanicznej, przewodności cieplnej, dobrych własności dielektycznych w zakresie niskich i wysokich częstotliwości, specyfika procesu otrzymywania warstw nadprzewodników wysokotemperaturowych wymaga od podłoża zachowania powyższych warunków w bardzo szerokim zakresie temperatur od 77 do 1200 K. Ze względu na prowadzoną w czasie syntezy warstw obróbkę termiczną żąda się dodatkowo, aby w podłożu nie występowały przejścia fazowe w interesującym zakresie temperatur. Dodatkowym wymaganiem może być możliwość epitaksjalnego dopasowania stałych sieci krystalicznej materiału podłoża do komórki elementarnej nadprzewodnika wysokotemperaturowego. Ze znanch materiałów zaledwie kilka może być skutecznie użytych na podłoże pod warstwę nadprzewodnika wysokotemperaturowego.
Powszechnie stosowanymi materiałami podłożowymi są: dwutlenek cyrkonu (ΖγΟς) stabilizowany itrem lub gadolinem, tlenek magnezu (MgO) oraz tytanian strontu (SrTiOa). Z wymienionych materiałów jedynie tytanian strontu umożliwia osadzanie warstw epitaksjalnych. Niestety jego niekorzystne własności dielektryczne (stała dielektryczna ε oraz tg 5 w temperaturze ciekłego azotu odpowiednio ε>1900 i tg <5 = 5.8 X 102, praktycznie uniemożliwiają jakiekolwiek zastosowanie w elektronice, szczególnie mikrofalowej. Z oczywistych powodów zastosowania w elektronice muszą również odrzucić homoepitaksję na podłożu z monokryształu nadprzewodzącego, gdyż takie podłoże zawierałoby naniesioną na nim warstwę. Znane są także nowe materiały z rodziny perowskitów, tytanian wapnia (CaTiOa), galat lantanowy (LaGaCh) oraz aluminat lantanowy (LaAlCb), mające dobre własności dielektryczne i umożliwiające wzrost epitaksjalny warstw
158 574 nadprzewodników tlenkowych. Stała dielektryczna galatu lantanowego wynosi ok. 25, natomiast aluminatu lantanowego ok. 15. Współczynniki strat dla obu materiałów kształtują się w zakresie 10 4. Niestety zarówno galat jak i aluminat charakteryzują się występowaniem przejść fazowych w zakresie temperatur stosowanych w procesie otrzymywania warstw. Podłoże do osadzania warstw nadprzewodników wysokotemperaturowych, według wynalazku jest płytką wyciętą z monokryształu o strukturze tetragonalnej typu K2NiF4 tak aby płaszczyzna <001> leżała w płaszczyźnie płytki.
Monokryształ z którego wycięta jest płytka określony jest wzorem ogólnym ABCO4, w którym A oznacza wapń, stront, bar lub ich mieszaninę, B oznacza itr lub lantanowiec od lantanu do gadolinu lub ich mieszaninę, a C glin, gal lub ich mieszaninę, O natomiast tlen. Procenty wagowe poszczególnych składników są równe: 14,3:14,3:14,3:57,1.
W zależności od warunków wytwarzania monokryształu, z którego wykonane jest podłoże według wynalazku, jego skład chemiczny może wykazywać nieznaczne odstępstwo od stechiometrii i może być wyrażony wzorem ABi-xCi+xO4, w którym x może przyjmować wartości od 0 do 0,005.
Otrzymywanie podłoża według wynalazku zostanie bliżej objaśnione na następującym przykładzie. Monokryształ CaNdAlO, można wytwarzać przez krystalizację z roztopu jedną ze znanych metod Czochralskiego, Bridgmanna lub topnienia strefowego. Najkorzystniejszym sposobem wytwarzania jest sposób wyciągania monokryształu z roztopu metodą Czochralskiego. Stosowany do tej metody roztop otrzymuje się przez stopienie w tyglu irydowym mieszaniny bardzo czystych sproszkowanych tlenków metali wchodzących w skład wyciąganego monokryształu. Skład roztopu jest w zasadzie taki sam jak skład wyciąganego monokryształu. Dopuszczalne są niewielkie odstępstwa w granicach poniżej 0,5% atomowego. Zamiast tlenków można stosować węglany tychże metali, które w trakcie ogrzewania rozkładają się przechodząc w odpowiednie tlenki a następnie topią się. W przypadku stosowania węglanów trzeba ograniczyć szybkość podnoszenia temperatury, aby umożliwić ich rozkład termiczny. Następnie do roztopu, którego temperatura jest nieznacznie wyższa od temperatury topnienia wyciąganego materiału, zanurzany jest zorientowany monokrystaliczny zarodek o małej średnicy, który następnie jest powoli podnoszony do góry i jednocześnie obracany wokół osi pionowej. Na wyciąganym zarodku narasta monokryształ o orientacji odpowiadającej orientacji krystalograficznej zarodka. Średnica wyciąganego monokryształu jest regulowana (sterowana) przez zmianę temperatury roztopu. Przez powolne obniżanie temperatury roztopu średnica wyciąganego monokryształu jest powiększona aż do osiągnięcia wymaganego rozmiaru. Po zakończeniu procesu wyciągania monokryształ jest odrywany od roztopu przez szybkie podniesienie do góry, a następnie powoli studzony do temperatury pokojowej.
Kryształy wytwarzane przez krystalizację z roztopu metodą Czochralskiego mają skład chemiczny nieco odmienny od składu stechiometrycznego. Zależy on od rodzaju składników monokryształu oraz od orientacji krystalograficznej a także składu początkowego roztopu. Odchyłki w składzie są stosunkowo niewielkie i mieszczą się w granicach 0,25 procenta atomowego. Materiał wyjściowy składający się z 31,38 części wagowych CaCO3, 52,60 NdzO3 i 16,02 AI2O3 w postaci dokładnie wymieszanych proszków umieszczany jest w tyglu irydowym, który następnie powoli jest ogrzewany za pomocą prądów indukcyjnych w. cz. w urządzeniu do wyciągania monokryształów metodą Czochralskiego. Materiał ogrzewany jest w atmosferze azotu do temperatury nieco wyższej od temperatury topnienia CaNdAlC, tj. ok. 1860°C. Monokrystaliczny zarodek zorientowany w kierunku <001 > przymocowany do rurki z AI2O3 opuszczany jest aż do zetknięcia z powierzchnią roztopu, a następnie podnoszony jest do góry z szybkością 4mm/h i równocześnie obracany wokół osi pionowej. Średnica kryształu jest powiększana przez obniżanie temperatury roztopu aż do osiągnięcia wymaganego rozmiaru. Następnie stała średnica wyciąganego kryształu utrzymywana jest automatycznie, poprzez kontrolę masy wyciąganego kryształu. Prędkość obrotowa zarodka zależna jest od średnicy wyciąganego kryształu.
W przypadku kryształu o średnicy 15,5 mm wyciąganego z tygla o średnicy 35 mm szybkość obrotowa zarodka wynosi 45-50 obr./min. Po zakończeniu procesu wyciągania monokryształ jest odrywany od powierzchni roztopu a następnie powoli ostudzony do temperatury pokojowej. Skład chemiczny otrzymanego kryształu zależy nieznacznie od krystalograficznego kierunku wzrostu i od
158 574 początkowego składu roztopu. Kryształ rosnący w płaszczyźnie <001 > ma skład, który w przybliżeniu wyraża następujący wzór CaNdo,998Ali 002O4.
Badania otrzymanego kryształu pokazały, że w części cylindrycznej jest on wolny od wrostków irydu i innych faz stałych i nie zawiera defektów obniżających jego jakość optyczną, takich jak pęknięcia, cherzyki kp. Parametry stałej s^ci takiego materiału wynoszą a = 3.688^. i c = 12.15^ i nie występują w nim przejścia fazowe w zakresie temperatur stosowanych w procesie otrzymywania warstw. Tak wytworzony monokryształ jest cięty na płytki prostopadle do kierunku <001>. Wycięte płytki są szlifowane i polerowane.
Wypolerowaną płytkę o grubości ok. 0,5 mm wyciętą z monokryształu CaNdA104 o orientacji <001 > poddaje się odtłuszczaniu i myciu w rozpuszczalnikach organicznych. Tak przygotowane podłoże umieszcza się w komorze próżniowej nad magnetronowym źródłem par w odległości 30 mm od targetu magnetronu prądu stałego. Jako target stosuje się pyłtkę ceramiczną o grubości
2,5 mm wykonaną z ceramiki nadprzewodzącej o składzieBiiSr-iCaiCu2Oxprzygrzaną do pierścienia miedzianego o średnicy wewnętrznej równej średnicy zewnętrznej płytki ceramicznej i grubości równej grubości płytki. Proces rozpylania prowadzi się w atmosferze argonu przy ciśnieniu 10~2Tr. Po uzyskaniu na podłożu warstwy o grubości 0,5//m podłoża z naniesioną warstwą poddaje się obróbce termicznej. Obróbkę termiczną prowadzi się w piecu rurowym wprowadzając podłoże z osadzoną warstwą do pieca nagrzanego do 895°C w atmosferze powietrza. Po upływie 5 min. zasilanie pieca jest odłączane i podłoże z warstwą chłodzone jest do temperatury pokojowej w powietrzu przez 2,5 godziny.
Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.
Cena 5000 zł.

Claims (2)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Podłoże do osadzania warstw nadprzewodników wysokotemperaturowych o strukturze tetragonalnej typu K2N1F4, znamienne tym, że stanowi je płytka z monokryształu o wzorze ogólnym ABCO4, w którym A oznacza wapń, stront, bar lub ich mieszaninę, B oznacza itr lub lantanowiec od lantanu do gadolinu lub ich mieszaninę, C oznacza glin, gal lub ich mieszaninę, a O - tlen, przy czym % atom, poszczególnych składników A:B:C:O są równe 14,3:14,3:14,3:57,1.
  2. 2. Podłoże według zastrz. 1, znamienne tym, że odchylenia w jego składzie chemicznym są wyrażone wzorem ABi-xCi+xO4, w którym x przyjmuje wartości od 0 do 0,005.
PL1989280089A 1989-06-19 1989-06-19 Podloze do osadzania warstw nadprzewodników wysokotemperaturowych PL PL158574B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL1989280089A PL158574B1 (pl) 1989-06-19 1989-06-19 Podloze do osadzania warstw nadprzewodników wysokotemperaturowych PL

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL1989280089A PL158574B1 (pl) 1989-06-19 1989-06-19 Podloze do osadzania warstw nadprzewodników wysokotemperaturowych PL

Publications (1)

Publication Number Publication Date
PL158574B1 true PL158574B1 (pl) 1992-09-30

Family

ID=20047647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL1989280089A PL158574B1 (pl) 1989-06-19 1989-06-19 Podloze do osadzania warstw nadprzewodników wysokotemperaturowych PL

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL158574B1 (pl)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU751092B2 (en) Controlled conversion of metal oxyfluorides into superconducting oxides
US5055445A (en) Method of forming oxidic high Tc superconducting materials on substantially lattice matched monocrystalline substrates utilizing liquid phase epitaxy
Klemenz et al. Liquid phase epitaxy of high-Tc superconductors
CA1315649C (en) Epitaxial ba-y-cu-o superconductor film
McIntyre et al. Texture development in Ba2YCu3O7− x films from trifluoroacetate precursors
US5998050A (en) Composite metal oxide material
US5407907A (en) Method of preparing metal oxide crystal
Giannini et al. Growth and characterization of Bi2Sr2Ca2Cu3O10 and (Bi, Pb) 2Sr2Ca2Cu3O10− δ single crystals
US5030613A (en) Epitaxial Ba--Y--Cu--O ceramic superconductor film on perovskite structure substrate
US5536704A (en) Composite material and method of preparing same
PL158574B1 (pl) Podloze do osadzania warstw nadprzewodników wysokotemperaturowych PL
Wang et al. Double crucible method for the growth of large superconducting YBCO single crystals
EP0636715A1 (en) Composite seed material
Yang et al. Solution-based processing of YBa2Cu3Ox superconducting thin films
JPH01148796A (ja) 酸化物超電導体結晶の製造方法
JPH0818910B2 (ja) 酸化物超電導単結晶の製造方法
JPS63310798A (ja) 酸化物超電導素子ウェ−ハの製造方法
JPH01148794A (ja) 酸化物超電導体結晶の製造方法
JPH06321693A (ja) 酸化物超電導材料の製造方法
Sasaura et al. Crystal growth and characterization of rare-earth gallates
JPH0480976A (ja) 基板結晶材料及びその製造方法
JPH01148795A (ja) 酸化物超電導体結晶の製造方法
JPH01131098A (ja) 酸化物超電導体結晶の製造方法
JPH05306198A (ja) 基板結晶材料及びその製造方法