SU1823932A3 - Способ формирования тонкой высокотемпературной сверхпроводящей пленки на основе иттрия - Google Patents

Description

Изобретение относится к сверхпроводниковой микроэлектронике.а именно к способам формирования тонких высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) пленок на основе иттрия.

Известен способ формирования ВТСП пленок, заключающийся в нанесении пленок стехиометрического состава на монокристаллические пластины металлооксидов (ЭгТЮз, ZrO₂, MgO и др.) и их термическом отжиги при температуре 1100-1400 К в течение 10³-10⁵ с. Однако возможности этого способа ограничиваются сложностью и стоимостью изготовления материала подложек, на которых формируется ВТСП пленка.

Известен способ формирования ВТСП пленок, заключающийся в очистке поверхности кремниевых пластин, нанесении пле’ нок буферного слоя ZrO₂, его обработке и нанесении и формировании ВТСП пленок. Однако у этого метода имеются существен ные недостатки, так пленка ZrO₂ при модификации трескается и поэтому образуется ВТСП пленка с мозаичной морфологией. Особенно чувствительны к свойствам поверхности буферного слоя ВТСП пленки толщиной менее 0,8 мкм.

Техническим результатом изобретения является улучшение свойств иттриевых ВТСП пленок: уменьшение ширины сверхпроводящего перехода ДТ_С, увеличения плотности критического тока; улучшение морфологии поверхности.

Согласно предлагаемому способу в известном способе формирования ВТСП пленки, включающем нанесение на очищенную пластину буферного слоя, его модификацию, нанесение и формирование ВТСП пленки, модификацию буферного слоя проводят путем пересечения потока высокоэнтальпийной (> 10⁷ Дж/кг) низкотемпературной (< 10⁵ К) плазмы атмос-

1823932 АЗ ферного давления пластиной с буферным слоем. Длительность разового воздействия плазмы выбирают в диапазоне 0,01-0,1 секунды. Плотность теплового потока на границе плазма - поверхность выбирают в пределах 10⁶-10⁸ Вт/м². При использовании в качестве буферного слоя оксидной пленки плазменный поток формируется кислородсодержащей смесью газа. Согласно данному техническому решению буферный слой подвергается комплексному воздейст вию: тепловым потоком высокой плотности со стороны плазмы (> 10 Вт/м ); потоком электронов с энергией менее 1 эВ: потоком тяжелых части плазмы с энергией ~ 0,1 эВ и потоком электромагнитного излучения рЮ эВ). Эти воздействия обеспечивают низкотемпературную нетепловую модификацию пленок буферного слоя за время воздействия менее одной секунды. Отсутствие высокоэнергетических частиц обеспечивает формирование совершенной кристаллической структуры на поверхности и в приповерхностном слое буферной пленки, что позволяет приблизить свойства буферных слоев к свойствам монокристаллических пластин соответствующих материалов. Обеспечивается согласование кристаллических структур ВТСП пленки и буферного слоя. В сочетании с очисткой поверхности от адсорбированных слоев это создает условия для формирования вышележащих ВТСП пленок более высокого качества по сравнению с ВТСП пленками, нанесенными на необработанные буферные слои. Импульсное воздействие высокоэнтальпийного плазменного потока обеспечивает релаксацию механических напряжений в структуре подложка-пленка без механических нарушений ее.

Пример 1. На пластины монокристаллического кремния с ориентацией поверхности (100) марки КДБ-10, диаметром 86 мм, после стандартной жидкостной химической очистки в одном технологическом про цессе электронно-лучевым испарением мишени диоксида циркония наносят буферный слой толщиной 0,1-0,3 мкм. Часть пластин с нанесенным буферным слоем подвергается воздействию потока высокоэнтальпийной низкотемпературной плазмы атмосферного давления. Длительность разового воздействия потока плазмы на буферный слой выбирают в диапазоне 0 01-0.1 секунды. Плотность теплового потока на границе плазма - поверхность находится в пределах 10^е—10⁷ Вт/м². На пластины с обработанным и необработанным буферным слоем в одном технологическом процессе магнетронным распылением составной металлической мишени нанесены пленки YBaCuO (0,2-1 мкм). После нанесе5 ния пленки отжигались в кислороде при давлении 10⁵ Па, при температуре 800-900°С-в течении 10³-10 секунд с последующим охлаждением со скоростью 1-10°С/мин. YBaCuO пленки на пластинах кремния с бу10 ферным слоем, модифицированным в плазме, имели зеркальный блеск, Тс (R = 0) = =83-87 К и плотность критического тока (3 + 1) 10⁵ А/см² при 77 К. Для ВТСП пленок на буферном слое, не обработанном р плазме, 15 получены Тс (R = 0) = 80 К и J_c ~ 10³ А/см² при 77 К и дендритная морфология поверхности.

Пример 2. Режимы обработки и нанесения буферного слоя и ВТСП пленок 20 аналогичны примеру 1 за исключением того, что в качестве подложки использовалась пластина монокристаллического сапфира.

YBaCuO пленки толщиной 0,07-0,1 мкм на пластинах сапфира с буферным слоем 25 оксида циркония, модифицированным в плазме, имели Т_с (R = 0) = 86-90 К плотность критического тока 10⁴ А/см² при 77 К и поверхностное сопротивление 15 Ом/р при 300 К. Для ВТСП пленок на буферном слое, 30 не обработанном в плазме, получены Т_с <

<4.2 К и поверхностное сопротивление при 300 К больше 100 Ом/,ι.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   35 1. Способ формирования тонкой высокотемпературной сверхпроводящей пленки на основе иттрия, включающий нанесение и модификацию буферного слоя, на пластину, нанесение и формирование в.ысокотемпера40 турной сверхпроводящей пленки, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности критического тока, уменьшения ширины перехода ДТ_С, модификацию буферного слоя проводят путем пересечения

   45 потока высокоэнтальпийной низкотемпературной плазмы атмосферного давления пластиной с нанесенным на нее буферным слоем, причем длительность разового воздействия плазмы 0,01-0,1 с, плотность теп50 лового потока на границе плазма поверхность Г10⁶-5 10⁷ Вт/м².
2. 2. Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве буферного слоя используют оксидные пленки, а поток высокоэн55 тальпийной низкотемпературной плазмы формируют из кислородсодержащей смеси газа.