RU2580213C1 - Способ формирования сверхпроводящей тонкой пленки с локальными областями переменной толщины - Google Patents
Способ формирования сверхпроводящей тонкой пленки с локальными областями переменной толщины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2580213C1 RU2580213C1 RU2015103313/28A RU2015103313A RU2580213C1 RU 2580213 C1 RU2580213 C1 RU 2580213C1 RU 2015103313/28 A RU2015103313/28 A RU 2015103313/28A RU 2015103313 A RU2015103313 A RU 2015103313A RU 2580213 C1 RU2580213 C1 RU 2580213C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- critical current
- superconducting
- substrate
- film
- shading plate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0296—Processes for depositing or forming superconductor layers
- H10N60/0521—Processes for depositing or forming superconductor layers by pulsed laser deposition, e.g. laser sputtering; laser ablation
Abstract
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. Технический результат: обеспечение возможности упрощения технологии создания микромостиков сверхпроводящей пленки с требуемыми значениями критического тока. 3 пр., 4 ил.
Description
Изобретение относится к способам формирования в сверхпроводящих тонких пленках областей с требуемыми значениями плотности критического тока путем создания локальных областей переменной толщины. Необходимость создания в пленках областей с заданной плотностью критического тока обусловлена возможностью изготовления из этих пленок микромостиков, обладающих джозефсоновскими свойствами и используемых в высокочувствительных пленочных сквидах, которые находят применение в биомагнетизме, геофизике, сквид-микроскопии и т.д.
В настоящее время существуют различные способы структурирования сверхпроводящих тонких и сверхтонких пленок, которые используются для изготовления тонкопленочных сквидов и совмещенных с ними на одной подложке сверхпроводящих трансформаторов потока и сверхпроводящих планарных градиометров первого и второго порядка.
Известен способ структурирования сверхпроводящих пленок путем варьирования толщины пленки (патент РФ №2133525). Результаты исследований механизма роста YBCO пленок и зависимости сверхпроводящих свойств пленки от ее толщины показывают, что существует некоторый интервал значений толщин, при котором плотность критического тока пленки меняется скачком почти на два порядка. Таким образом, путем варьирования толщины пленки можно задавать необходимую плотность критического тока. Основным недостатком данного способа является то, что совмещенные со сквидом на одной подложке сверхпроводящий трансформатор потока и петли градиометра также изготавливаются из сверхтонкой пленки, а, следовательно, обладают низкими значениями плотности критического тока и обладают слабой устойчивостью к воздействию окружающей среды и к термоциклированию.
Известен способ (патент РФ №2199796) структурирования сверхпроводящих пленок, названный авторами способом «контролируемой закалки», связанный с замораживанием механических напряжений в монокристаллической пленке при быстром охлаждении в постростровом режиме отжига. Основная идея использования этого способа заключалась в следующем: после напыления пленки подбором скорости остывания можно организовать в пленке необходимую степень механических напряжений и, следовательно, необходимое значение плотности критического тока. При высоких скоростях остывания в пленке образуются домены напряжений, границы между которыми представляют сильнонапряженные участки, что и приводит к подавлению критического тока. Основным недостатком данного способа структурирования пленки является то, что джозефсоновские микромостики, изготовленные из напряженных пленок, неустойчивы к релаксациям упругих напряжений, что делает нестабильным критический ток мостиков - со временем значение критического тока мостика релаксирует до высоких значений, что сопровождается понижением чувствительности сквида. Еще одним недостатком данного способа структурирования пленки является то, что выращиваемая сверхпроводящая пленка является напряженной по всей площади, а следовательно, совмещенные со сквидом на одной подложке сверхпроводящий трансформатор потока и петли градиометра также изготавливаются из напряженных участков пленки, что приводит к ухудшению их качества.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ структурирования сверхпроводящих пленок путем формирования импульсным лазерным излучением локальных областей механических напряжений в подложке, на которой затем выращивают сверхпроводящую пленку, в которой формируется поле механических напряжений для создания требуемых значений критического тока джозефсоновских переходов (патент РФ №2375789). Основным недостатком данного способа является сложность контроля степени упругих напряжений в материале монокристаллической подложки при облучении мощным импульсным лазерным излучением. Это приводит к усложнению технологии создания микромостиков сверхпроводящей пленки с требуемыми значениями критического тока.
Задачей изобретения является разработка способа формирования сверхпроводящих тонких пленок, имеющих области с различными требуемыми для изготовления сверхпроводящих устройств значениями плотности критического тока, обеспечивающего при упрощении технологии изготовления слабых связей повышение стабильности работы, надежность и воспроизводимость характеристик данных устройств.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ формирования областей переменной толщины сверхпроводящей тонкой пленки методом лазерного распыления мишени YBa2Cu3O7-х, 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 D1=160÷200 нм с плотностью критического 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.
Способ реализуется следующим образом.
Перед напылением по нормали к рабочей поверхности подложки закрепляется металлическая игла с помощью прижимной пластины, как показано на фиг. 1. Острие иглы протыкает затеняющую металлическую пластину и касается подложки в том месте, где впоследствии будут сформированы слабые связи, например джозефсоновские переходы сквида. В пределе затеняющей пластины может и не быть достаточно одной иглы. Под затеняющей пластиной или одной иглой образуется область тени, куда попадает меньше частиц распыляемого материала мишени, и в этом месте формируется участок пленки пониженной толщины, как показано на фиг. 2. Форма и размер затеняющей пластины определяет форму и размер области пленки пониженной толщины. Время напыления t, плотность мощности лазерного излучения Ρ и расстояние от затеняющей пластины до подложки L позволяют варьировать толщину тонкой пленки под затеняющей пластиной, при этом пленка пониженной толщины будет обладать пониженным значением критического тока. Остальные области пленки имеют толщину, необходимую для изготовления на этих участках таких элементов криоэлектроники, как сверхпроводящий трансформатор потока, градиометр первого порядка и др.
Как показывают исследования пленок на атомно-силовом микроскопе, в области тени происходит преимущественно 2D рост пленки. На фиг. 3 показано распределение кристаллитов по размеру в материале пленки, сформированной в области тени. Большая часть кристаллитов имеют размер менее 150 нм, что указывает на преимущественный рост пленки в области тени из парогазовой фазы распыляемого материала. На фиг. 4 представлено АСМ изображение поверхности пленки в области тени. На поверхности пленки отсутствуют частицы микронных размеров, что существенно снижает процент брака при формировании джозефсоновских переходов.
Пример 1
При времени напыления t=175 с, плотности мощности лазерного излучения Ρ=(1-2)·109 Вт/см2 и расстоянии между подложкой и затеняющей пластиной L=0,1-0,2 мм за пределами тени формируется сверхпроводящая пленка толщиной D1=156-194 нм с плотностью критического тока j>106 А/см2, а под затеняющей пластиной формируется сверхпроводящая пленка толщиной D2=39-49 нм с плотностью критического тока j=(1-5)·103 А/см2.
Пример 2
При времени напыления t=180 с, плотности мощности лазерного излучения Ρ=(1-2)·109 Вт/см2 и расстоянии между подложкой и затеняющей пластиной L=0,1-0,2 мм за пределами тени формируется сверхпроводящая пленка толщиной D1=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.
Пример 3
При времени напыления t=185 с, плотности мощности лазерного излучения Ρ=(1-2)·109 Вт/см2 и расстоянии между подложкой и затеняющей пластиной D1=0,1-0,2 мм за пределами тени формируется сверхпроводящая пленка толщиной 164-206 нм с плотностью критического тока j>106 А/см2, а под затеняющей пластиной формируется сверхпроводящая пленка толщиной D2=41-51 нм с плотностью критического тока j=(1-5)·103 А/см2.
Таким образом, решается техническая задача формирования сверхпроводящих тонких пленок, имеющих области с различными требуемыми для изготовления сверхпроводящих устройств значениями плотности критического тока, обеспечивающего при упрощении технологии изготовления слабых связей повышение стабильности работы, надежности и воспроизводимости характеристик данных устройств.
Claims (1)
- 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 Р=(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÷485 с, при температуре мишени Тм=600÷700°C, 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015103313/28A RU2580213C1 (ru) | 2015-02-02 | 2015-02-02 | Способ формирования сверхпроводящей тонкой пленки с локальными областями переменной толщины |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015103313/28A RU2580213C1 (ru) | 2015-02-02 | 2015-02-02 | Способ формирования сверхпроводящей тонкой пленки с локальными областями переменной толщины |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2580213C1 true RU2580213C1 (ru) | 2016-04-10 |
Family
ID=55793950
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015103313/28A RU2580213C1 (ru) | 2015-02-02 | 2015-02-02 | Способ формирования сверхпроводящей тонкой пленки с локальными областями переменной толщины |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2580213C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2054212C1 (ru) * | 1990-12-25 | 1996-02-10 | Институт физики твердого тела и полупроводников АН Республики Беларусь | Способ изготовления тонких сверхпроводящих пленок |
US5616539A (en) * | 1993-05-28 | 1997-04-01 | Superconductor Technologies, Inc. | High temperature superconductor lumped element band-reject filters |
US20090149330A1 (en) * | 2006-02-16 | 2009-06-11 | Sumitomo Electriv Industries, Ltd. | Method of manufacturing superconducting thin film material, superconducting device and superconducting thin film material |
US20100144536A1 (en) * | 2006-12-14 | 2010-06-10 | Xavier Obradors Berenguer | NANOSTRUCTURED SUPERCONDUCTING MATERIAL OF TYPE REBa2Cu3O7 (RE = RARE EARTH OR YTTRIUM) WITH A HIGH DENSITY OF VORTEX ANCHORING CENTRES AND PREPARATION METHOD THEREOF |
RU2476945C2 (ru) * | 2008-08-20 | 2013-02-27 | Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. | Способ изготовления оксидной сверхпроводящей тонкой пленки |
RU2538932C2 (ru) * | 2013-05-06 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные решения" | СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОНТАКТНЫХ ПЛОЩАДОК К YBA2CU3O7-x ПЛЕНКАМ |
-
2015
- 2015-02-02 RU RU2015103313/28A patent/RU2580213C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2054212C1 (ru) * | 1990-12-25 | 1996-02-10 | Институт физики твердого тела и полупроводников АН Республики Беларусь | Способ изготовления тонких сверхпроводящих пленок |
US5616539A (en) * | 1993-05-28 | 1997-04-01 | Superconductor Technologies, Inc. | High temperature superconductor lumped element band-reject filters |
US20090149330A1 (en) * | 2006-02-16 | 2009-06-11 | Sumitomo Electriv Industries, Ltd. | Method of manufacturing superconducting thin film material, superconducting device and superconducting thin film material |
US20100144536A1 (en) * | 2006-12-14 | 2010-06-10 | Xavier Obradors Berenguer | NANOSTRUCTURED SUPERCONDUCTING MATERIAL OF TYPE REBa2Cu3O7 (RE = RARE EARTH OR YTTRIUM) WITH A HIGH DENSITY OF VORTEX ANCHORING CENTRES AND PREPARATION METHOD THEREOF |
RU2476945C2 (ru) * | 2008-08-20 | 2013-02-27 | Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. | Способ изготовления оксидной сверхпроводящей тонкой пленки |
RU2538932C2 (ru) * | 2013-05-06 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные решения" | СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОНТАКТНЫХ ПЛОЩАДОК К YBA2CU3O7-x ПЛЕНКАМ |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Posen et al. | Advances in Nb3Sn superconducting radiofrequency cavities towards first practical accelerator applications | |
Senatore et al. | Field and temperature scaling of the critical current density in commercial REBCO coated conductors | |
Zheng et al. | The magnetization and Curie temperature of compositionally modulated Cu/Ni films | |
Herzog et al. | Experimental test of theories describing the magnetic ac susceptibility of differently shaped superconducting films: Rectangles, squares, disks, and rings patterned from YBa 2 Cu 3 O 7− δ films | |
Gorshunov et al. | Direct observation of the superconducting energy gap in the optical conductivity of the iron pnictide superconductor Ba (Fe 0.9 Co 0.1) 2 As 2 | |
Kakimoto et al. | Fabrication of long-Y123 coated conductors by combination of IBAD and PLD | |
Golovchanskiy et al. | Significant tunability of thin film functionalities enabled by manipulating magnetic and structural nano-domains | |
Crisan et al. | Nano‐engineered pinning centres in YBCO superconducting films | |
Wakana et al. | Influence of counter-layer deposition condition on critical current spread in interface-modified ramp-edge junction arrays | |
RU2580213C1 (ru) | Способ формирования сверхпроводящей тонкой пленки с локальными областями переменной толщины | |
Hamada et al. | Superconductivity of vacuum-deposited bismuth films | |
Zhang et al. | Anomalous magnetization jumps in granular Pb superconducting films | |
Cyberey et al. | NbTiN/AlN/NbTiN SIS junctions realized by reactive bias target ion beam deposition | |
Nevirkovets et al. | Josephson junctions based on amorphous MoGe: Prospects for use in superconducting electronics | |
Weides et al. | Ferromagnetic 0–π Josephson junctions | |
Sheyerman et al. | Spin-triplet electron transport in hybrid superconductor heterostructures with a composite ferromagnetic interlayer | |
Porokhov et al. | Investigation of the superconducting properties of NbN films deposited by DC magnetron sputtering on a high-k dielectric HfO2 buffer layer | |
RU2275714C1 (ru) | Способ формирования периодических микроструктур на втсп пленках с джозефсоновскими свойствами | |
RU2375789C1 (ru) | Способ формирования сверхпроводящей тонкой пленки, имеющей области с различными значениями плотности критического тока | |
Xing et al. | Growth of TlBa2Ca2Cu3O9 epitaxial thin films by two-step method in argon | |
Hall et al. | High Performance Next-Generation Nb3Sn Cavities for Future High Efficiency SRF LINACs | |
Ongun et al. | Fabrication and characterization of SmCo5/Nb ferromagnetic/superconducting hybrid thin films grown by RF magnetron sputtering technique | |
CN105695940A (zh) | 一种提高ybco厚膜临界电流的方法 | |
Liepe et al. | Nb3sn for SRF application | |
Polychroniou et al. | Investigation of NanoSQUIDs fabricated with a range of focused ion beam sources |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180203 |