RU2087995C1 - Способ нанесения высокотемпературных сверхпроводящих покрытий - Google Patents
Способ нанесения высокотемпературных сверхпроводящих покрытий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2087995C1 RU2087995C1 RU9494037834A RU94037834A RU2087995C1 RU 2087995 C1 RU2087995 C1 RU 2087995C1 RU 9494037834 A RU9494037834 A RU 9494037834A RU 94037834 A RU94037834 A RU 94037834A RU 2087995 C1 RU2087995 C1 RU 2087995C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- density
- laser
- pulse
- radiation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 27
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 5
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 2
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области технологии получения тонких ВТСП пленок YBaCuO методом лазерной абляции. Сущность изобретения заключается в следующем. При определенных значениях плотности мощности лазерного излучения в импульсе капли на поверхности пленки появляются, лишь спустя некоторое время (время запаздывания) после начала облучения мишени лазером. Для мишени YBaCuO с известной плотностью определяется зависимость времени запаздывания от плотности мощности лазерного излучения в импульсе. При выборе технологического режима плотность мощности в импульсе выбирается такой, чтобы время непрерывного воздействия на мишень лазерного излучения было меньше времени запаздывания, соответствующего выбранной плотности мощности излучения. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области технологии получения тонких ВТСП пленок YBaCuO методом лазерной абляции.
Одной из проблем при получении ВТСП пленок методом лазерной абляции является проблема получения гладкой поверхности, не содержащей каких-либо макроскопических включений типа застывших на поверхности пленки капель ВТСП материала, которые, осаждаясь на поверхности, делают ее шероховатой, вызывают различные нарушения, снижая в целом качество пленок. Это требование является исключительно важным при использовании фотолитографических методов при нанесении рисунка на поверхность.
В литературе описано несколько способов получения ВТСП пленок с гладкой поверхностью. Чтобы избежать (или хотя бы уменьшить) попадание капель на поверхность пленки вращают мишень, чтобы каждый последующий импульс попадал на новое место мишени [1]
Недостатком данного метода является необходимость иметь технические устройства, позволяющие это сделать, кроме того, этот способ не является достаточно надежным.
Недостатком данного метода является необходимость иметь технические устройства, позволяющие это сделать, кроме того, этот способ не является достаточно надежным.
Другой способ получения гладких ВТСП пленок заключается в том, что в области плазменного факела помещается экран, а подложка находится в области его геометрической тени [2] В этом случае полностью исключается попадание макрочастиц на поверхность пленки, однако существенно снижается скорость роста пленки (примерно на порядок по сравнению с прямой геометрией напыления). Кроме того, данный способ не позволяет получать однородные по толщине пленки большой площади.
Задачей изобретения является создание способа получения гладких ВТСП пленок высокого качества, в котором предотвращается эффект образования капель на пленке при сохранении высокой скорости роста пленки.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе нанесения высокотемпературных сверхпроводящих покрытий, основанном на распылении мишени лазером и осаждении распыляемого материала на подложку, предварительно для мишени из материала с известной плотностью снимают зависимость времени запаздывания появления капель на поверхности формируемого покрытия относительно момента начала облучения мишени лазером от плотности мощности лазерного излучения в импульсе. При нанесении покрытия выбирают плотность мощности лазерного излучения в области значений, где время запаздывания отлично от нуля и превышает необходимое время непрерывного воздействия импульсного излучения на мишень. При этом используют ту же мишень или мишень из материала с той же плотностью и те же параметры импульсного режима работы лазера.
Авторами установлено, что при определенных условиях капли на поверхности пленки появляются, лишь спустя некоторое время после начала воздействия лазерных импульсов на мишень, даже если лазерный луч попадает на одно и то же место мишени. Это время запаздывания мы обозначим τd. На временах воздействия лазерного излучения на мишень t > τd на поверхности пленки появляются капли, а при t < τd капли отсутствуют. Как показали эксперименты, время запаздывания τd зависит от плотности мощности лазерного излучения в импульсе и плотности мишени.
На фиг. 1 представлена зависимость времени запаздывания τd от плотности мощности лазерного излучения в импульсе Wi mp для различных плотностей мишени ρ 1-4,03 г/см3; 2-4,68 г/см3; 3-4,93 г/см3; 4-5,64 г/см3. На фиг.2 представлена зависимость временил запаздывания td от плотности мишени ρ для различных плотностей мощности лазерного излучения в импульсе Wi mp: 1-7,96•108 Вт/см2; 2-9,55•108 Вт/см2; 3-1,48•109 Вт/см2. Экспериментальные зависимости, изображенные на фиг. 1 и 2, получены при частоте повторения импульсов n 12 Гц с длительностью импульса t 20 нс и длиной волны излучения l 1,06 мкм.
Из представленных результатов видно, что время запаздывания td стремится к нулю при плотности мощности лазерного излучения в импульсе 
и пропорционально ρ при фиксированном значении Wi mp, если 
При использовании в технологии получения пленок плотностей мощности меньше или сравнимых с критическим значением 
[3,4,5] вращение мишени и малая частота следования импульсов не могут служить надежной гарантией получения гладких ВТСП пленок.
Таким образом, выбирая плотность мощности такой, чтобы время запаздывания появления капель на пленке превышало время непрерывного воздействия импульсного лазерного излучения на мишень, можно получать качественные ВТСП пленки без капель на поверхности.
Способ осуществляется с помощью установки, схема которой приведена на фиг. 3. Напыление пленок производится в вакуумной камере 1, в которой размещается подложка 2 и имеется печь для нагрева подложек. Луч лазера 3 фокусируется длиннофокусной линзой 4 и через кварцевое окно 5 попадает на мишень 6. При взаимодействии лазерного излучения с мишенью 6 образуется плазменный факел 7, в зоне которого расположена подложка 2.
Способ нанесения ВТСП пленок YBaCuO реализуется в следующей последовательности. Для конкретной мишени YBaCuO с плотностью ρ определяется зависимость времени запаздывания от плотности мощности лазерного излучения в импульсе для следующего режима работы лазера с длиной волны l 1,06 мкм: длительностью импульса t 20 нс, частотой следования импульсов n 12 Гц. Для этого проводится ряд экспериментов по напылению пленок с различными временами напыления и плотностями мощности лазерного излучения в импульсе по следующей схеме.
После установки подложки 2 и мишени 6 камера 1 откачивается до давления 10-9 торр. Затем в камеру напускается кислород до давления 0,5 торр, при достижении в печи температуры 800-860oC производится напыление в режиме работы лазера, указанном выше. После окончания процесса напыления печь отключается и подложка остывает со скоростью 25 oC/мин. Время запаздывания td для данной плотности мощности лазерного излучения в импульсе Wi mp определяется как максимально возможное время напыления, при котором наблюдается отсутствие капель на подложке. По экспериментальным результатам определяется критическая плотность мощности лазерного излучения в импульсе 
, т.е. такое значение плотности мощности, при котором время запаздывания τd равно нулю. С помощью полученных данных производится выбор плотности мощности лазерного излучения в импульсе. Плотность мощности выбирается такой, чтобы она превышала критическое значение 
, а время запаздывания τd, соответствующее этой мощности, превышало время непрерывного воздействия импульсного лазерного излучения на мишень. После выбора плотности мощности производится напыление пленок в указанном выше режиме.
При данном способе сохраняется прямая геометрия напыления и, следовательно, высокая скорость роста пленки.
При использовании лазера Nd: YAG с длиной волны излучения λ 1,06 мкм, длительностью импульса t 20 нс, частотой повторения n 12 Гц авторами были получены ВТСП пленки YBaCuO с гладкой поверхностью, температурой начала перехода Tc= 91-92 К, шириной перехода DT 1-2 К, площадью поверхности 6 см2 на монокристаллических подложках SrTiO3, LaAlO3 и сапфире.
Источники, принятые во внимание.
1. Григорьев Г.Ю. Технология получения и некоторые свойства ВТСП пленок. Сверхпроводимость: физика, химия, техника. 1990, т.3, N 8, ч.2, стр.1761-1794.
2. Коньков А.Э. Молчанов А.С. Получение пленок YBaCuO методом лазерного напыления. Сверхпроводимость: физика, химия, техника. 1992, т.5, N4, стр. 738-743
3. Vase P.Shen Y.Q. Freltoft T. Magnetic and electrical characterization of YBa2Cu3O7 thin films made by lazer ablation Physica C. 1991, v.180, p. 90-93.
3. Vase P.Shen Y.Q. Freltoft T. Magnetic and electrical characterization of YBa2Cu3O7 thin films made by lazer ablation Physica C. 1991, v.180, p. 90-93.
4. Romeo C. Boffa V. at al. Superconducting properties of YBaCuO thin films grown in sutu by lazer ablation. Physica C. 1991, v.180, p. 77-80.
5. Karkut M.G. Guilloux-Viry M. at al. Surface and in-plane characterization of YBa2Cu3O7 thin films grown by lazer ablation. Physica C. 1991, v. 179, p. 262-268.
Claims (1)
- Способ нанесения высокотемпературных сверхпроводящих покрытий, основанный на распылении мишени лазером и осаждении распыляемого материала на подложку, отличающийся тем, что предварительно для мишени из материала с известной плотностью снимают зависимость времени запаздывания появления капель на поверхности формируемого покрытия относительно момента начала облучения мишени лазером от плотности мощности лазерного излучения в импульсе и при нанесении покрытия выбирают плотность мощности лазерного излучения в области значений, где время запаздывания отлично от нуля и превышает необходимое время непрерывного воздействия импульсного излучения на мишень, при этом используют ту же мишень или мишень из материала с той же плотностью и те же параметры импульсного режима работы лазера.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9494037834A RU2087995C1 (ru) | 1994-10-10 | 1994-10-10 | Способ нанесения высокотемпературных сверхпроводящих покрытий |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9494037834A RU2087995C1 (ru) | 1994-10-10 | 1994-10-10 | Способ нанесения высокотемпературных сверхпроводящих покрытий |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94037834A RU94037834A (ru) | 1996-12-27 |
| RU2087995C1 true RU2087995C1 (ru) | 1997-08-20 |
Family
ID=20161469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9494037834A RU2087995C1 (ru) | 1994-10-10 | 1994-10-10 | Способ нанесения высокотемпературных сверхпроводящих покрытий |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2087995C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450389C1 (ru) * | 2011-01-11 | 2012-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Способ формирования гладких ультратонких ybco пленок повышенной проводимости |
| RU2645167C2 (ru) * | 2016-07-19 | 2018-02-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт") | Способ создания интегрированного криогенного адаптера питания на одном чипе в одном технологическом процессе |
-
1994
- 1994-10-10 RU RU9494037834A patent/RU2087995C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Григорьев Г.Ю. Технология получения и некоторые свойства ВТСП пленок. Сверхпроводимость: физика, химия, техника. - 1990, т. 3, N 8, ч. 2, с. 1761-1794. Коньков А.Э., Молчанов А.С. Получение пленок YBa CuO методом лазерного напыления. Сверхпроводимость: физика, химия, техника. - 1992, т. 5, N 4, с. 738-743. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450389C1 (ru) * | 2011-01-11 | 2012-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Способ формирования гладких ультратонких ybco пленок повышенной проводимости |
| RU2645167C2 (ru) * | 2016-07-19 | 2018-02-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт") | Способ создания интегрированного криогенного адаптера питания на одном чипе в одном технологическом процессе |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94037834A (ru) | 1996-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5432151A (en) | Process for ion-assisted laser deposition of biaxially textured layer on substrate | |
| EP0398374B1 (en) | Method of and apparatus for fabricating oxide superconducting wire | |
| Jackson et al. | Oxide superconductor and magnetic metal thin film deposition by pulsed laser ablation: a review | |
| Fork et al. | Preparation of oriented Bi‐Ca‐Sr‐Cu‐O thin films using pulsed laser deposition | |
| US5372089A (en) | Method of forming single-crystalline thin film | |
| DE58902536D1 (de) | Verfahren zur herstellung einer schicht aus einem metalloxidischen supraleitermaterial mittels laser-verdampfens. | |
| RU2382440C1 (ru) | СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ НА ПОДЛОЖКЕ МНОГОСЛОЙНЫХ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ НАНОПЛЕНОК yBaCuO | |
| Afonso et al. | Good-quality Ge films grown by excimer laser deposition | |
| Blank et al. | High Tc thin films prepared by laser ablation: material distribution and droplet problem | |
| RU2087995C1 (ru) | Способ нанесения высокотемпературных сверхпроводящих покрытий | |
| O'Brien et al. | The effect of laser fluence on the ablation and deposition of YBa2Cu3O7 | |
| Ishiguro et al. | MgO (200) highly oriented films on Si (100) synthesized by ambient-controlled pulsed KrF excimer laser deposition method | |
| JPH04104901A (ja) | 酸化物超電導薄膜の作製方法 | |
| El‐Kader et al. | Formation of luminescent silicon by laser annealing of a‐Si: H | |
| US4925700A (en) | Process for fabricating high density disc storage device | |
| KR100194617B1 (ko) | 펄스레이저를 사용한 YBa2Cu3O7-X 고온초전도 박막의 증착방법 | |
| EP0486054A2 (en) | Process for preparing a superconducting thin oxide film | |
| AU2003235235A1 (en) | Process for producing oxide superconductive thin-film | |
| Kuzanyan | PLD of large area films onto substrate undergoing translational motion by mask method | |
| EP0451782B1 (en) | Method of preparing oxide superconducting film | |
| Park et al. | Crystal structure and microwave resistance of YBa2Cu3O7− δ films prepared by cross-beam pulsed-laser deposition | |
| RU2189090C2 (ru) | СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР ИЗ МАТЕРИАЛА YВaСuО С ДВУХ СТОРОН ПОДЛОЖКИ | |
| US4950644A (en) | Method for the epitaxial preparation of a layer of a metal-oxide superconducting material with a high transition temperature | |
| Karl et al. | In-plane lattice constant relaxation during laser ablation of YBCO and yttria-stabilized zirconia | |
| EP0434436A2 (en) | Deposition apparatus and method for manufacturing a mono-crystalline oxide superconductor thin film |