RU2308789C1 - Способ изготовления толстопленочной структуры на основе высокотемпературного сверхпроводника - Google Patents
Способ изготовления толстопленочной структуры на основе высокотемпературного сверхпроводника Download PDFInfo
- Publication number
- RU2308789C1 RU2308789C1 RU2006111822/28A RU2006111822A RU2308789C1 RU 2308789 C1 RU2308789 C1 RU 2308789C1 RU 2006111822/28 A RU2006111822/28 A RU 2006111822/28A RU 2006111822 A RU2006111822 A RU 2006111822A RU 2308789 C1 RU2308789 C1 RU 2308789C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- layer
- film
- temperature superconductor
- thick
- Prior art date
Links
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к отрасли криоэлектроники и может быть использовано при изготовлении толстопленочных структур на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) и элементов, использующих эффект высокотемпературной сверхпроводимости. Сущность изобретения: способ изготовления толстопленочной структуры на основе высокотемпературного сверхпроводника включает нанесение на подложку промежуточного слоя Bi2О3, сушку и термообработку. Температура термообработки соответствует температуре плавления Bi2O3 и составляет 825°С. Время термообработки промежуточного слоя Bi2O3 составляет 5-6 минут. Затем наносится слой высокотемпературного сверхпроводника системы Bi-Sr-Ca-Cu-O, который сушится и ожигается для окончательного формирования требуемой кристаллической структуры и сверхпроводящих свойств. Технический результат изобретения состоит в обеспечении адгезии пленки высокотемпературного сверхпроводника висмутовой системы Bi-Sr-Ca-Cu-0 к подложке без потери сверхпроводящих свойств и улучшении качественных характеристик толстопленочной ВТСП структуры путем введения в структуру промежуточного слоя Bi2O3. 1 ил.
Description
Изобретение относится к отрасли криоэлектроники и может быть использовано при изготовлении толстопленочных структур на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) и элементов, использующих эффект высокотемпературной сверхпроводимости.
Известен способ получения буферного слоя Zr(Y)O2 для тонкопленочных ВТСП структур [1]. Буферный слой формируется методом высокочастотного (ВЧ) магнетронного распыления мишеней, представляющих собой смесь оксидов циркония ZrO2 и иттрия Y2О3, на подложки сапфира. Недостатками указанного способа являются:
- сложность аппаратурного оформления процесса получения;
- трудоемкость процесса;
- зависимость качества буферного слоя от большого числа операционных и технологических параметров.
Для толстопленочных ВТСП структур системы Bi-Sr-Ca-Cu-O буферные слои Zr(Y)O2 непригодны, во-первых, из-за слабой адгезии ВТСП слоя и, во-вторых, из-за возможного загрязнения ВТСП слоя иттрием в процессе высокотемпературной обработки структур и нарушения вследствие этого сверхпроводящих свойств.
Известен способ изготовления сверхпроводящих покрытий на керамических подложках MgO [2], где в качестве промежуточного слоя между подложкой и покрытием используется слой серебра. Недостатком указанного способа является то, что подслой серебра не обеспечивает необходимой адгезии в многослойной структуре как со стороны подложки, так и со стороны сверхпроводящего слоя и приводит к разрушению структуры при термоциклировании.
Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления подложки для ВТСП покрытий на основе MgO керамики и серебра, при котором готовят смесь порошков MgO и Ag, содержащую от 30 до 70% серебра, затем ее прессуют и обжигают при температуре порядка 1000°С. Далее уплотняют внедрением тугоплавкого материала и после обжига шлифуют поверхность, на которую по толстопленочной технологии наносится ВТСП покрытие [3].
Недостатками указанного способа являются:
- отсутствие серийно выпускаемых подложек и высокая стоимость из-за присутствия в их составе драгоценного металла - серебра;
- трудоемкость процесса изготовления;
- недостаточная адгезия ВТСП толстопленочного покрытия к подложке из-за высокого содержания в ее составе серебра.
Технический результат изобретения состоит в обеспечении адгезии пленки высокотемпературного сверхпроводника висмутовой системы Bi-Sr-Ca-Cu-O к подложке без потери сверхпроводящих свойств и улучшении качественных характеристик толстопленочной ВТСП структуры путем введения в структуру промежуточного слоя Bi2O3.
Предложенный способ изготовления толстопленочной структуры на основе высокотемпературных сверхпроводников позволяет решить эту задачу.
На подложке поликристаллического MgO методом осаждения из спиртовой взвеси осаждается слой Bi2O3. Слой Bi2О3 сушится с целью удаления спирта и подвергается высокотемпературной термообработке при температуре плавления Bi2O3, составляющей 825°С.
На поверхности подложки образуется гладкая, однородная, прозрачно-желтая пленка Bi2O3, хорошо сцепленная с поверхностью подложки благодаря проникновению расплава в поры поликристаллической подложки.
Качественные характеристики промежуточного слоя Bi2O3 зависят от режима термообработки.
Оптимальный режим термообработки промежуточного слоя Bi2O3 при температуре 825°С в течение 5-6 минут.
Более высокие температуры нецелесообразны. При температуре термообработки менее 825°С не обеспечивается необходимая плотность и адгезия слоя Bi2O3 к подложке: полученный слой Bi2O3 рыхлый, слабо сцепленный с поверхностью подложки, легко осыпается.
При продолжительности термообработки менее 5 минут при 825°С происходит неполное расплавление Bi2O3 и образовавшийся слой Bi2О3 неоднороден по своему фазовому составу и плотности. Образование однородного, хорошо сцепленного с подложкой слоя Bi2O3 заканчивается через 5-6 минут при температуре 825°С. Более продолжительная термообработка при этой температуре может привести к неконтролируемому растеканию слоя Bi2O3 и его частичному испарению. Возможно нарушение целостности слоя вследствие локального истончения на выступающих геометрических неоднородностях поверхности подложки.
На подложку с промежуточным слоем Bi2O3 методом шелкографии наносится слой высокотемпературного сверхпроводника состава (Bi,Pb)2Sr2Са2Cu3Ох. После предварительной сушки в термошкафу при температуре 145°С в течение 2 часов проводится высокотемпературный отжиг при температуре 860°С в течение 40 часов для окончательного формирования требуемой кристаллической структуры и сверхпроводящих свойств.
В результате формируется толстопленочная ВТСП структура на основе высокотемпературного сверхпроводника системы Bi-Sr-Ca-Cu-O. ВТСП слой хорошо сцеплен с поверхностью подложки, плотный, не отслаивается. Имеет поликристаллическую структуру.
Пример.
На подложку поликристаллического MgO методом осаждения из спиртовой взвеси осаждается слой Bi2O3. Взвесь готовится из изопропилового спирта марки «осч 13-5» ТУ-6-09-07-1718-91 и порошка Bi2O3 «осч 13-3» ТУ-6-09-02-298-90. Взвесь заливается в сосуд, на дне которого располагается подложка MgO. После выпаривания спирта подложка MgO со слоем Bi2O3 подвергается сушке в термошкафу при температуре 145°С в течение 2 часов. Затем проводится термообработка. Подложка со слоем Bi2O3 помещается в печь и нагревается до температуры плавления Bi2O3=825°С. Выдерживается при этой температуре в течение 5-6 минут. Слой Bi2O3 расплавляется, и на поверхности подложки образуется гладкая, хорошо сцепленная с поверхностью подложки пленка. На поверхность промежуточного слоя Bi2О3 методом шелкографии наносится слой высокотемпературного сверхпроводника Bi1,7Pb0,4Sr2Ca2Cu3Ox. Проводится сушка при температуре 145°С в течение 2 часов и высокотемпературная термообработка на воздухе при температуре 860°С в течение 40 часов.
Проведено измерение температурной зависимости относительного сопротивления (R/R(300)) толстопленочной структуры MgO/Bi2O3/Bi1,7Pb0,4Sr2Ca2Cu3Ox, изготовленной по описанному способу. Толщина промежуточного слоя Bi2O3 составляла 80 мкм. Толщина слоя Bi1,7Pb0,4Sr2Ca2Cu3Ox составляла 150 мкм.
Для сравнения были изготовлены образцы толстопленочных структур MgO/Bi1,7Pb0,4Sr2Ca2Cu3Ox без промежуточного слоя при аналогичных режимах термообработки. Слои Bi1,7Pb0,4Sr2Ca2Cu3Ox имели недостаточную адгезию к подложке, легко царапались и отслаивались после первого термоцикла при погружении в жидкий азот.
Результаты экспериментальных исследований температурной зависимости относительного сопротивления приведены на чертеже.
Результаты исследований показали наличие сверхпроводящих свойств как в толстопленочных структурах MgO/Bi1,7Pb0,4Sr2Ca2Cu3Ox без промежуточного слоя (фиг.1а), так и в структурах MgO/Bi2O3/Bi1,7Pb0,4Sr2Ca2Cu3Ox с промежуточным слоем (фиг.1б). Причем наличие промежуточного слоя Bi2O3 не ухудшает критических параметров сверхпроводящей структуры.
Экспериментальные данные подтверждают достижение заявляемого технического результата.
Использование предложенного способа изготовления толстопленочных структур на основе высокотемпературного сверхпроводника обеспечивает следующие преимущества:
- обеспечивается необходимая адгезия ВТСП слоя;
- не происходит загрязнения ВТСП слоя нежелательными химическими элементами при высокотемпературной термообработке благодаря использованию в качестве промежуточного слоя оксида висмута, входящего в состав ВТСП слоя;
- в процессе высокотемпературной термообработки происходит дополнительное уплотнение ВТСП слоя благодаря тому, что процесс протекает в жидкой фазе расплавленного подслоя Bi2O3;
- простота аппаратурного оформления и технологичность процесса получения промежуточного слоя;
- наличие подслоя Bi2O3 предотвращает обеднение ВТСП слоя висмутом, компенсируя испарение этого самого легколетучего компонента из слоя высокотемпературного сверхпроводника. Благодаря этому использование промежуточного слоя Bi2O3 обеспечивает сохранение сверхпроводящих свойств толстопленочной структуры.
Источники информации
1. Нанотехнологии в электронике. Под. ред. Ю.А.Чаплыгина. - М., Техносфера, 2005, с.362-363.
2. Технология толстых и тонких пленок. Под ред. А. Рейсмана, К.Роуза. - М., Мир, 1972, с.9-13; 83-87.
3. Способ изготовления подложки для ВТСП покрытий на основе MgO-керамики и серебра. Игумнов В.Н., Буев А.Р., Скулкин Н.М., Иванов В.В., Филимонов В.Е. Патент РФ 2234167 от 10.08.2004. 7 Н01L 39/24. Приор. от 14.04.2003. - прототип.
Claims (1)
- Способ изготовления толстопленочной структуры на основе высокотемпературного сверхпроводника, включающий нанесение на подложку промежуточного слоя и толстой пленки высокотемпературного сверхпроводника висмутовой системы Bi-Sr-Ca-Cu-O, отличающийся тем, что в качестве промежуточного слоя используется слой Bi2O3, прошедший стадии предварительной сушки и термообработки при температуре плавления Bi2O3 в течение 5-6 мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006111822/28A RU2308789C1 (ru) | 2006-04-12 | 2006-04-12 | Способ изготовления толстопленочной структуры на основе высокотемпературного сверхпроводника |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006111822/28A RU2308789C1 (ru) | 2006-04-12 | 2006-04-12 | Способ изготовления толстопленочной структуры на основе высокотемпературного сверхпроводника |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2308789C1 true RU2308789C1 (ru) | 2007-10-20 |
Family
ID=38925448
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006111822/28A RU2308789C1 (ru) | 2006-04-12 | 2006-04-12 | Способ изготовления толстопленочной структуры на основе высокотемпературного сверхпроводника |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2308789C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2567021C2 (ru) * | 2009-10-02 | 2015-10-27 | АМБАЧЕР Эл.Эл.Си. | Пленки с чрезвычайно низким сопротивлением и способы их модифицирования или создания |
RU2738320C1 (ru) * | 2017-08-25 | 2020-12-11 | Токемек Энерджи Лтд | СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ СТЫК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТСЛОЕННОГО ReBCO |
-
2006
- 2006-04-12 RU RU2006111822/28A patent/RU2308789C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2567021C2 (ru) * | 2009-10-02 | 2015-10-27 | АМБАЧЕР Эл.Эл.Си. | Пленки с чрезвычайно низким сопротивлением и способы их модифицирования или создания |
RU2738320C1 (ru) * | 2017-08-25 | 2020-12-11 | Токемек Энерджи Лтд | СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ СТЫК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТСЛОЕННОГО ReBCO |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lee et al. | Preparation of Y‐Ba‐Cu‐O thin films on MgO by dc magnetron sputtering from a stoichiometric Y1Ba2Cu3O7− δ target | |
US5112802A (en) | Superconducting ceramics elongated body and method of manufacturing the same | |
RU2308789C1 (ru) | Способ изготовления толстопленочной структуры на основе высокотемпературного сверхпроводника | |
RU2352025C1 (ru) | Способ изготовления толстопленочной структуры на основе высокотемпературного сверхпроводника | |
SU1678219A3 (ru) | Способ получени сверхпровод щего тонкого сло оксидного материала | |
JPH01152772A (ja) | 基板上に超伝導酸化物層を製造する方法 | |
JP2590142B2 (ja) | 超伝導体 | |
JPH0297421A (ja) | 高温超伝導薄膜の製造方法 | |
US20020165099A1 (en) | Dip coating of YBCO precursor films on substrates | |
KR0174382B1 (ko) | 고온 초전도 박막의 제조방법 | |
JP2702711B2 (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
JPS63252316A (ja) | 超電導体の製造方法 | |
US5126320A (en) | Method for manufacturing an oxide superconducting thin-film | |
JP2595670B2 (ja) | 超電導膜形成基板の製造方法 | |
Remiens et al. | Structural and electrical properties of PbTiO3 thin films grown on silicon substrates | |
US20020173426A1 (en) | Dip coating of phase pure YBCO films on substrates | |
JP2821885B2 (ja) | 超伝導薄膜の形成方法 | |
EP0497503B1 (en) | Process for producing single phase TlCaBaCuO thin films | |
JPH04295017A (ja) | 自立形ペロブスカイト型タンタル酸鉛スカンジウム薄膜の製造方法 | |
WO2002071502A2 (en) | Automated system for dip coating ybco films on substrates | |
JP2577056B2 (ja) | 複合酸化物超電導薄膜の作製方法 | |
Rautioaho et al. | Studies To Prepare Superconducting Thick Films On Aluminium Oxide And Zirconium Oxide Substrates | |
JPH01107420A (ja) | 酸化物超伝導体 | |
JPH01126208A (ja) | 超電導薄膜の製造法 | |
Greenwald et al. | Ibad Diffusion Barriers Between YBaCuO and Si |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140413 |