WO2017091112A2 - Способ получения высокотемпературной сверхпроводящей пленки на кварцевой подложке - Google Patents

Способ получения высокотемпературной сверхпроводящей пленки на кварцевой подложке Download PDF

Info

Publication number
WO2017091112A2
WO2017091112A2 PCT/RU2016/050044 RU2016050044W WO2017091112A2 WO 2017091112 A2 WO2017091112 A2 WO 2017091112A2 RU 2016050044 W RU2016050044 W RU 2016050044W WO 2017091112 A2 WO2017091112 A2 WO 2017091112A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
substrate
superconducting
ybco
quartz
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/050044
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Николай Владимирович ПРОХОРОВ
Дмитрий Александрович ХРЫКИН
Николай Викторович КЛЕНОВ
Александр Геннадьевич МАРЕСОВ
Олег Васильевич СНИГИРЕВ
Станислав Александрович ЕВЛАШИН
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова"
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 by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова"
Publication of WO2017091112A2 publication Critical patent/WO2017091112A2/ru

Links

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
    • 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 copper oxide superconductor layers
    • H10N60/0521—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers by pulsed laser deposition, e.g. laser sputtering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • 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 copper oxide superconductor layers
    • H10N60/0576—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers characterised by the substrate
    • H10N60/0632—Intermediate layers, e.g. for growth control

Definitions

  • the invention relates to a cryogenic technique and can be used in the technology for producing a new generation of high-temperature superconducting (HTSC) wires (using flexible dielectric carriers) used both in high-current superconducting equipment (for example, superconducting transmission lines, current limiters), and in a low-current superconducting electronics (e.g., superconducting magnetic flux transformers and axial gradiometers for superconducting quantum magnetometers (SQUIDs), superconductors dyaschie information transmission line).
  • HTSC high-temperature superconducting
  • the losses in the second generation HTSC wires are composed of the hysteresis contribution due to magnetization reversal by an external and own magnetic field, eddy currents, and contact losses (as Loss analysis for superconducting generator armatures wound with subdivided Y-Ba-Cu-0 coated tape / Charles E. Oberly, Larry Long, Gregory L. Rhoads, W. James Carr Jr // Cryogenics. - 2001. - Vol. 41, no. 2. - P. 117 - 124). Loss due to intrinsic magnetic field can be eliminated by using non-magnetic substrates and buffer layers.
  • the losses for the second-generation Y-Ba-Cu-0 (YBCO) tape strongly depend on the angle between the normal to the surface of the tape and the direction of the magnetic field lines: the losses in a parallel magnetic field are several times weaker than in a perpendicular one.
  • YBCO tapes are of little use.
  • YBCO second-generation tapes still cannot replace their low-temperature counterparts for the implementation of superconducting magnetic flux transformers and axial gradiometers for superconducting quantum magnetometers (SQUIDs), information transmission lines, and connecting elements.
  • the solution to this problem may consist in creating wires based on dielectric substrates with a small aspect ratio.
  • Substrates in the form of oxide fibers (sapphire, quartz, etc.) look very attractive from this point of view.
  • Certain results were obtained using crystalline filaments as a substrate: recently, the properties of HTSC YBa 2 Cu307-x (YBCO) films deposited on a sapphire faceted yarn-substrate (YBa2Cu307-5 films grown on faceted sapphire fiber / Y. Xu, N Djeu, Z. Qian et al. // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. - 2011. - Vol. 21, no. 3 PART 3. - P. 3281-3284).
  • the method of depositing an oxide superconductor on a substrate involves the use of epitaxial deposition of superconducting oxide films of a thickness of 0.05-2 microns on flat sapphire substrates.
  • faceted ceramic fibers, tapes or strips and epitaxial devices therefrom Faceted ceramic fibers, tapes or ribbons and epitaxial devices therefrom
  • a fiber, film or tape has at least one crystallographic face along their length, usually not less than one meter. In the case of sapphire, this is the R-, ⁇ -, C- or A-plane of the faces.
  • Epitaxial objects can be formed on a filament, film or tape.
  • the epitaxial layer has a single epitaxial orientation.
  • the thread, film or tape is a metal oxide selected from the group consisting of Al 2 O s , MgO, zirconia stabilized with yttrium oxide (YSZ), SrTi0 3 , NdGa0 3 , LaA10 3 , YA10 3 and LSAT.
  • the cross section of the aforementioned filament, film or tape is elliptical with flat faces at two wide ends, rhombohedral with four flat faces, hexagonal with six flat faces, square with four flat faces, elliptical with flat faces at two wide ends and additional minor faces on curved sides , or rectangular with four flat faces.
  • the oxide buffer layer is selected from the group consisting of Ce0 2 , impurity Ce0 2 , perovoskite, impurity reminder, pyrochlore, impurity pyrochlore, fluorite, rock salt and spinel. It is indicated that this structure allows to reduce losses.
  • the application “Textured substrate tape and devices thereof” (US2004003768 (Al), Amit Goyal, Ut-Battelle, Lie, 2004-01-08 (US7087113 (B2)) describes a method for forming strictly a biaxially textured substrate, which includes obtaining a deformed metal substrate, followed by heating above the secondary recrystallization temperature, and controlling the secondary recrystallization texture using either a thermal gradient and / or using a seed. A seed is selected to remove a stable texture below a given rate perature.
  • Strictly biaxially textured substrate can be made into a film having a length of 1 km or more.
  • Epitaxial objects can be formed of epitaxial films for use electromagnetic active layer. Electromagnetic active layer may be superconducting.
  • Thallium group superconducting wire (EP0718897 (Al), NABATAME et. Al., 1996-06-26 describes a method for producing a crystal-oriented high-quality superconducting wire of a waist group having a high critical current density in the application.
  • a superconducting film of the waist group is formed on oxide single crystal filaments with flat faces and polygonal sections.
  • the c-axis of the superconducting film is oriented perpendicularly, while the a- and b-axes are oriented They are mounted parallel to the longitudinal axis of the aforementioned filament, respectively, resulting in a high-quality superconducting wire of the group with a critical current of 10 5 A / cm 2 or more at a temperature of 77 K.
  • the buffer layer was then sprayed by magnetron sputtering followed by a superconducting layer of a YBCO film.
  • a critical current of more than 1 MA / cm 2 was demonstrated at 77 K own field.
  • Experimental results showed that fiber orientation and surface smoothness are critical for the characteristics of YBCO films and the desired parameters can be achieved using the presented technology.
  • the invention provides the creation of smooth ultrathin YBCO films on a single crystal substrate.
  • a common drawback of all the solutions described with respect to the problems of creating third-generation HTSC wires is that the use of crystalline substrates requires a complex technology for growing faceted strands (the cross section of such a thread is a truncated circle) with the correct orientation of the crystal lattice relative to the face onto which it is sprayed HTSC material. The manufacture of such threads of sufficient length today is not possible.
  • amorphous fibers have long been used in fiber optic technology, their length can reach several kilometers, and the manufacturing technology does not cause difficulties.
  • the fundamental difficulty in using quartz fibers lies in the large difference in the thermal expansion coefficients of amorphous quartz and YBCO (KTP YBCO is an order of magnitude higher), which leads to cracking of the VSTP film and the impossibility of using such conductors.
  • KTP YBCO is an order of magnitude higher
  • the objective of the invention is to develop a new method for producing a thin (up to 500 nm) high-temperature (critical temperature not lower than 77.3 K) superconducting layer on a quartz substrate.
  • the presented technique can be used to create technology for high-temperature superconducting (HTSC) wires on flexible amorphous quartz carrier threads.
  • the technical result of the invention is to obtain a high-quality coating.
  • the inventive method allows the deposition of a thin layer of silicon dioxide (Si02) on a substrate of amorphous quartz without cracking the sprayed next YBCO layer. Due to the large difference in the thermal expansion coefficients of YBCO and amorphous quartz, so far, YBCO sputtering led to cracking of the film with a crack period of the order of several microns, which made it impossible to use this material for overcurrent transport.
  • the present invention solves this problem.
  • the problem is solved by the development of a method for producing a high-temperature superconducting film on an amorphous quartz substrate, including applying a three-layer coating to a pre-cleaned surface of the substrate, wherein the first coating layer is formed from quartz 100-400 nm thick by magnetron sputtering, the second layer is formed from yttrium stabilized zirconia 100-300 nm thick, the third - from cerium dioxide 150 - 350 nm thick.
  • the first layer with a thickness of 100 - 400 nm can be formed by radio frequency magnetron sputtering using the following values technological parameters: power - 230-235 W, pressure Ar 5-5,2 ⁇ 10 "2 Torr, substrate temperature - 500-520 ° C, deposition rate - 0.4 - 1 nm / s, the duration of deposition of the layer material - 400 -410 s, the distance from the sample to the target is 12-12.5 cm.
  • the second layer with a thickness of 100 - 300 nm can be formed by pulsed laser deposition using an KrF gas excimer laser in accordance with the following regime: substrate temperature - 750-760 ° C, laser energy density - 1.89-1.9 J / cm 2 , number of pulses - 1950-2000, pulse frequency - 5 Hz, deposition time - 6 min 30 s - 6 min 40 s, distance from target to sample - 4.9-5 cm, pressure in the chamber - 1 ⁇ 10 ⁇ 4 - 1.1 ⁇ 10 ⁇ 4 mbar.
  • the third layer with a thickness of 150-350 nm can be formed by pulsed laser deposition using an KrF gas excimer laser in an oxygen atmosphere without breaking the vacuum, in accordance with the following mode: substrate temperature - 720-730 ° C, laser energy density - 1, 89-1,9 J / cm 2, the number of pulses - 5950-6000, the pulse frequency - 10 Hz, the duration of the deposition - 10 min - 10 min 20 sec, the distance from the target to the sample - 4,9-5 cm, the oxygen pressure - 0.7-0.71 mbar.
  • oxygen annealing is additionally carried out at an oxygen pressure of 800-810 mbar for 50-60 minutes.
  • the preliminary surface cleaning of the substrate is carried out by immersing the substrate in a container with acetone for 10-12 minutes, then the substrate is placed in a vessel with isopropyl alcohol until the acetone dries (as quickly as possible), while cleaning the surface of the substrate is carried out in the container with isopropyl alcohol in an ultrasonic bath for 10-12 minutes, after which the substrate is dried with nitrogen for 10-15 seconds.
  • the problem is also solved by obtaining a high-temperature superconducting coating formed on an amorphous quartz substrate, including three layers, the first of which is made of quartz with a thickness of 100-400 nm, and placed directly on the surface of the quartz substrate, the second layer is placed on the first layer and formed from zirconium dioxide stabilized with yttrium 100 - 300 nm thick, the third layer placed on the second layer is made of cerium dioxide 150 - 350 nm thick.
  • the key difference between the proposed method and the known ones is the deposition of a thin (from 100 to 400 nm thick) S1O2 layer on a substrate before spraying a buffer layer of yttrium-stabilized zirconium dioxide (YSZ) and a superconducting layer of UVagCscCb-x (YBCO).
  • YSZ yttrium-stabilized zirconium dioxide
  • YBCO superconducting layer of UVagCscCb-x
  • the coefficient of thermal expansion (CTE) of a thin quartz layer is higher than the CTE of a bulk sample, which allows stresses to relax in the S1O2 film.
  • the deposition of a Si0 2 layer prevents the contact of impurities and surface defects of the substrate with the YSZ buffer layer, which also improves the quality of the buffer layer.
  • Figure 2 presents a diagram of an experimental sample created by the presented method, where: 10 is an amorphous quartz substrate 10x10x1 mm, 11 is an Si0 2 layer deposited by an rf magnetron, 12 is a YSZ buffer layer deposited by pulsed laser deposition, 13 is pulsed by laser deposition YBCO layer.
  • Fig.3 presents a photograph from a scanning electron microscope of the surface of the experimental sample created by the presented method, showing the absence of cracks.
  • a high-temperature superconducting film is formed on the surface of an amorphous quartz substrate with a thickness of, for example, 0.5-1 mm.
  • the surface of the amorphous quartz substrate is preliminarily cleaned by any method known in the art that provides the surface of the substrate of the 14th class of purity (surface roughness less than 50 nm).
  • a three-layer coating is formed on the cleaned surface, the first layer of which consists of quartz 100-400 nm thick, the second - yttrium stabilized zirconia (YSZ) 100-300 nm thick, the third - cerium dioxide 150 - 350 nm thick.
  • the first coating layer is formed from a quartz target by the method of magnetron sputtering (item 11 in FIG. 2), in particular, by the method of radio frequency magnetron sputtering, for example, using the Leybold LH Z400 apparatus.
  • the presence of this layer avoids the occurrence of cracks with a period of the order of several microns during the formation of the YBCO layer (13 in FIG. 2).
  • the formation of the first layer can be realized under the following conditions:
  • the presence of the second layer (12 in FIG. 2) of zirconia allows you to create a texture for the epitaxial growth of the third layer of YBCO.
  • the second layer is formed on the surface of the already formed first layer by the pulsed laser deposition method using an KrF gas excimer laser (FIG. 1), for example, Lambda Physik brand.
  • FOG. 1 KrF gas excimer laser
  • the following modes of forming the second layer may be proposed:
  • the third layer (13 in FIG. 2) of cerium dioxide is also formed by the pulsed laser deposition method on the surface of the formed second layer using an KrF gas excimer laser (FIG. 1) in an oxygen atmosphere without breaking the vacuum in accordance with the following mode:
  • the temperature of the substrate is 720-730 ° C
  • the oxygen pressure is 0.7-0.71 mbar.
  • oxygen annealing is carried out at an oxygen pressure of 800-810 mbar for 50-60 minutes.
  • the preliminary surface cleaning of the substrate is carried out by immersing the substrate first in a container with acetone for 10-12 minutes, then in a vessel with isopropyl alcohol until the acetone dries (as quickly as possible), while cleaning the surface of the substrate is carried out in a container with isopropyl alcohol in an ultrasonic bath for 10-12 minutes, after which the substrate is dried with nitrogen for 10-15 seconds.
  • a control inspection of the surface of the substrate is carried out using an optical microscope with a two-fold increase, and in the absence of streaks or other defects on the surface of the substrate, the formation of a high-temperature superconducting film is initiated. Otherwise, the surface is cleaned again.
  • the following equipment is required: an ultrasonic bath, an RF magnetron with the ability to control the temperature of the substrate, an apparatus for pulsed laser deposition (PLD) with the ability to supply oxygen to the vacuum chamber and control the temperature of the substrate (in FIG. 1 is an example implementation) as well as consumables - a quartz target for an RF magnetron, a UVagCisCb-x yttrium barium copper target for pulsed laser deposition, a zirconia target stabilized with yttrium oxide Zr0 2 + Y2O3 UVa 2 SEC07- x for pulsed laser deposition, oxygen for supply to the vacuum chamber (9 in FIG. 1).
  • PLD pulsed laser deposition
  • the inventive method was obtained an experimental sample with a high-quality coating, a photograph of which is presented in photo.Z, confirming the achievement of the technical result.
  • the obtained experimental sample contained an S1O2 layer 400 nm thick.
  • the layer was sprayed using an RF magnetron with heating of the substrate to 500 ° C.
  • the substrate surface was cleaned in an ultrasonic bath in a container with acetone for 10 minutes.
  • the substrate was placed in a vessel with isopropyl alcohol until the acetone dried, then it was placed in a container with isopropyl alcohol in an ultrasonic bath for 10 minutes, after which the sample was dried with nitrogen for 10 s.
  • the first layer was sprayed using radio frequency magnetron sputtering in accordance with the following mode:
  • the YSZ buffer layer was sprayed (12 in FIG. 2) by pulsed laser deposition using an KrF gas excimer laser (5 in FIG. 1) in accordance with the following mode:
  • the third superconducting layer of YBCO (12 in FIG. 2) was sprayed by pulsed laser deposition using an excimer laser (5 in FIG. 1) on a KrF gas mixture in an oxygen atmosphere without breaking the vacuum, in accordance with the following mode:
  • the obtained sample with sprayed layers was subjected to oxygen annealing at an oxygen pressure of 800 mbar for 1 hour.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в технологии высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) проводов нового поколения (с использованием гибких диэлектрических носителей) с применениями как в сильноточной сверхпроводниковой технике (например, сверхпроводящие линии передач, ограничители тока), так и в слаботочной сверхпроводниковой электронике (например, сверхпроводящие трансформаторы магнитного потока и аксиальные градиометры для сверхпроводящих квантовых магнитометров (СКВИДов), сверхпроводящие линии передачи информации). Представляемая методика позволяет решить технологическую проблему напыления тонкой пленки YBCO на подложку из аморфного кварца и предотвратить растрескивание пленки YBCO. Ключевым пунктом представляемой методики является напыление тонкого слоя SiO2 на подложку перед напылением буферного слоя YSZ и сверхпроводящего слоя YBCO. Коэффициент температурного расширения (КТР) тонкого слоя кварца оказывается выше КТР объемного образца, что позволяет напряжениям срелаксировать в пленке SiO2.

Description

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ПЛЕНКИ НА КВАРЦЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в технологии получения высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) проводов нового поколения (с использованием гибких диэлектрических носителей), применяемых как в сильноточной сверхпроводниковой технике (например, сверхпроводящие линии передач, ограничители тока), так и в слаботочной сверхпроводниковой электронике (например, сверхпроводящие трансформаторы магнитного потока и аксиальные градиометры для сверхпроводящих квантовых магнитометров (СКВИДов), сверхпроводящие линии передачи информации).
Уровень техники
Несмотря на заметный прогресс в направлении уменьшения стоимости высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) проводов второго поколения и улучшения их характеристик, остается нерешённой проблема относительно высоких резистивных потерь на переменном токе, особенно во внешнем магнитном поле (например, Clem J.R., Malozemoff А.Р. Theory of ас loss in power transmission cables with second generation high temperature superconductor wires // Superconductor Science and Technology. 2010. Vol. 23, no. 3; Losses in Power Cables Made of 2G HTS Wires with Different Substrates / S.S. Fetisov, V.V. Zubko, A.A. Nosov et al. // Physics Procedia. 2012. Vol. 36, no. 0. P. 1319 - 1323). В общем случае, потери в ВТСП проводах второго поколения складываются из гистерезисного вклада за счет перемагничивания внешним и собственным магнитным полем, вихревых токов и контактных потерь (ас Loss analysis for superconducting generator armatures wound with subdivided Y-Ba-Cu-0 coated tape / Charles E. Oberly, Larry Long, Gregory L. Rhoads, W. James Carr Jr // Cryogenics. - 2001. - Vol. 41, no. 2. - P. 117 - 124). Потери за счет собственного магнитного поля могут быть устранены путем использования немагнитных подложек и буферных слоев. Однако, как показано в (Comparison of the AC losses of BSCCO and YBCO conductors by means of numerical analysis / Svetlomir Stavrev, Francesco Grilli, Bertrand Dutoit, Stephen P Ashworth // Superconductor Science and Technology. - 2005. - Vol. 18, no. 10. - P. 1300), определяющее гистерезисные потери отношение ширины сечения сверхпроводящего слоя к высоте оказывается ключевым фактором, оказывающим влияние на величину потерь на ненулевой частоте. Так, например, потери для Y-Ba-Cu-0 (YBCO) ленты второго поколения сильно зависят от угла между нормалью к поверхности ленты и направлением силовых линий магнитного поля: потери в параллельном магнитном поле оказываются в несколько раз слабее, чем в перпендикулярном. Таким образом, в приложениях, чувствительных к диссипации энергии, YBCO ленты оказываются малопригодными. В частности, YBCO лентами второго поколения до сих пор не удается заменить их низкотемпературные аналоги для реализации сверхпроводящих трансформаторов магнитного потока и аксиальных градиометров для сверхпроводящих квантовых магнитометров (СКВИДов), линий передачи информации, соединительных элементов.
Решение этой проблемы может состоять в создании проводов на базе диэлектрических подложек с малым отношением сторон сечения. Подложки в виде оксидных волокон (сапфир, кварц и др.) с этой точки зрения выглядят весьма привлекательно. Определенные результаты были получены при использовании кристаллических нитей в качестве подложки: недавно были представлены свойства ВТСП YBa2Cu307-x (YBCO) пленки, нанесенной на сапфировую фасетированную нить- подложку (YBa2Cu307-5 films grown on faceted sapphire fiber / Y. Xu, N. Djeu, Z. Qian et al. // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. - 2011. - Vol. 21, no. 3 PART 3. - P. 3281-3284). При этом использовались ориентированная в г- плоскости плоская фасетка нити-подложки и буферный слой диоксида церия (Се02). Полученные образцы показали хорошие сверхпроводящие свойства.
В области методик нанесения ВТСП пленок на диэлектрические подложки известны следующие изобретения.
Метод напыления окисдного сверхпроводника на подложку (Method of depositing an oxide superconductor on a substrate) (EP0364068 (A2), John Joseph Talvacchio, Westinghouse Electric Corporation, US, 18.04.1990) предполагает использование эпитаксиального нанесения сверхпроводящих оксидных пленок толщиной 0,05-2 мкм на плоские сапфировые подложки.
В изобретении - фасетированные керамические нити, ленты или полоски и эпитаксиальные устройства из них (Faceted ceramic fibers, tapes or ribbons and epitaxial devices therefrom) (WO2009042363 (A2), Ut-Battelle, Lie [US]; Amit Goyal, US— 2009-04- 02; US8227082 (B2)— 2012-07-24), описан кристаллический объект, который включает в себя монокристаллическую керамическую нить, пленку или ленту. Волокно, пленка или лента имеют, по крайней мере, одну кристаллографическую грань вдоль их длины протяженностью, как правило, не менее одного метра. В случае сапфира, это R-, Μ-, С- или А-плоскости граней. Эпитаксиальные объекты, включая и сверхпроводящие, могут быть сформированы на нити, пленке или ленте. Эпитаксиальный слой имеет единственную эпитаксиальную ориентацию. Нить, пленка или лента представляют собой оксид металла, выбранный из группы, состоящей из Al2Os, MgO, оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (YSZ), SrTi03, NdGa03, LaA103, YA103 и LSAT. Сечение вышеупомянутых нити, пленки или ленты - эллиптическое с плоскими гранями на двух широких торцах, ромбоэдрическое с четырьмя плоскими гранями, гексагональное с шестью плоскими гранями, квадратное с четырьмя плоскими гранями, эллиптическое с плоскими гранями на двух широких торцах и дополнительными незначительными гранями на изогнутых сторонах, или прямоугольное с четырьмя плоскими гранями. Оксидный буферный слой выбирается из группы, состоящей из Се02, примесного Се02, перовоскита, примесного перевоскита, пирохлора, примесного пирохлора, флюорита, каменной соли и шпинеля. Указывается, что данная структура позволяет уменьшить потери.
В заявке «Текстурированные подложки-ленты и устройства из них» (Textured substrate tape and devices thereof) (US2004003768 (Al), Amit Goyal, Ut-Battelle, Lie, 2004- 01-08 (US7087113 (B2)) описан метод формирования строго биаксиально текстурированной подложки, который включает в себя получение деформированной металлической подложки с последующим нагреванием выше температуры вторичной рекристаллизации, и контролем над текстурой вторичной рекристаллизации с помощью или теплового градиента, и/или использования затравки. Затравка выбирается для снятия стабильной текстуры ниже заданной температуры. Строго биаксиально текстурированная подложка может быть выполнена в виде пленки, имеющей длину 1 км и более. Эпитаксиальные объекты могут быть сформированы из пленок для использования эпитаксиального электромагнитного активного слоя. Электромагнитный активный слой может быть сверхпроводящим.
Усовершенствованный метод, позволяющий получать сверхпроводящие пленки с меньшими потерями за счет более эффективного пининга вихрей дефектами представлен в заявке Superconductor films with improved flux pinning and reduced AC losses (US7919435 (B2), Amit Goyal, Ut-Battelle, Lie, 05.05.2011). В изобретении «Сверхпроводящие провода на основе диборида магния, изготовленные с использованием тонких высокотемпературных нитей» (Magnesium- boride superconducting wires fabricated using thin high temperature fibers) (US6946428 (B2), Rey Christopher Mark, 2005-09-20) представлен новый подход к изготовлению низкотемпературно сверхпроводящего (НТСП) провода или ВТСП кабеля на основе диборида магния (MgB2). Этот метод использует высокотемпературную нить или пленку как высокоэффективный материал подложки. Высокотемпературные подложки на основе нитей имеют низкую стоимость, круглые, легкие, немагнитные, и способные выдерживать без разрушения высокие температуры реакции, необходимые для формирования сверхпроводящей фазы MgB2.
В заявке «Изготовление материала для оксидного сверхпроводящего провода» (Manufacture of oxide superconducting wire material) JP8148047 (A) Kitamura et al., 1996- 06-07, описано получение за короткие сроки сверхпроводящей пленки, имеющей превосходные электрофизические характеристики, на нитях оксида монокристалла. Здесь в растворе, полученном в верхней части Y203 производственного тигля, путем непрерывного погружения нитей оксида монокристалла, состоящего из YSZ, или применением других методов, таких как метод лазерного пьедестала для нанесения фазы YBa2Cu307-Y, формируется на нити система сверхпроводящей пленки.
В заявке «Сверхпроводящий провод на основе сверхпроводников группы талия» Thallium group superconducting wire (EP0718897 (Al), NABATAME et. al., 1996-06-26 описан метод получении кристаллически-ориентированного высококачественного сверхпроводящего провода группы талия, имеющего высокую плотность критического тока. Сверхпроводящая пленка группы талия формируется на оксидных монокристаллических нитях с плоскими гранями и полигональными сечениями. В сверхпроводящем проводе группы талия с-оси сверхпроводящей пленки ориентированы перпендикулярно, при этом а- и b-оси ориентированы параллельно продольной оси вышеуказанной нити, соответственно. В результате получается высококачественный сверхпроводящий провод группы с критическим током 105 А/см2 и более при температуре 77К.
В статье «Пленки YBa2Cu307-z выращенные на фасетированных сапфировых волокнах» (YBa2Cu307-z Films Grown on Faceted Sapphire Fiber) Yongli Xu представлен новый подход к изготовлению тонкого граненого сапфирового волокна как подложки для роста тонкой пленки YBCO по технологии выращивания опорной положки лазерным разогревом. Были выращены однокристаллические сапфировые волокна диаметром 100 мкм с двумя р-планарными гранями на краях. Процесс был настроен на рост а-оси с очень плавными р-плоскостями на краях путем регулировки скорости, ориентации и оптимизации процесса. Буферный слой был затем напылен путем магнетронного распыления с последующим сверхпроводниковым слоем пленки YBCO. Критический ток более 1 МА/см2 был продемонстрирован при 77 К собственного поля. Экспериментальные результаты показали, что ориентация волокна и гладкость поверхности критичны для характеристик пленок YBCO и нужные параметры могут быть достигнуты с использованием представленной технологии.
В рекламном сообщении http ://w w . sbir . go у/sbirsearch/detail/ 11587 «Новые покрытые YBCO филаменты для сверхпроводящих магнитов» (Novel YBCO Coated Filaments for Superconducting Magnets) о выполненной в 2010 году г-н Yongli Xu Dr работе по контракту DE-FG02-10ER85976, приводится следующая информация. Потери на переменном токе являются серьезной проблемой для традиционных проводников, созданных на подложках из металлических пленок. Разрезание широкой пленки на небольшие полоски для уменьшения соотношения сторон может минимизировать потери на переменном токе. Однако при этом остаются серьезные технологические ограничения. В то же время магнитные потери в подложке и потери за счет вихревых токов являются неизбежными в существующей технологии покрытых проводников. Более того, с точки зрения приложений, покупателям скорее нужны тонкие провода или несколько нитей для объединения в кабелях, чем широкие пленки покрытых проводников. Недавно началась разработка волокон YBCO на сапфире, однако, из-за кристаллической структуры и несоответствий в процессе выращивания YBCO на сапфире существует много ограничений (таких как: использование поверхности всего порядка 50%, огромное несовпадение 12%, ограничение на толщину YBCO и ориентаций роста менее благоприятна). Подложки из титаната строниция SrTi03, алюмината лантана LaA103 и/или из диоксида циркония, стабилизированный иттрием YSZ, отлично подходят для напыления YBCO и могут быть выращены в виде волокна с соотношением сторон близким к 1. Отсутствие буфера или возможность использования очень простого буфера значительно уменьшит чрезвычайно высокую на сегодняшний день стоимость технологического процесса.
Имеется финальный отчет Центра исследования материалов Стендфордского университета (http ://www .osti. gov/energycitations/serylets/purl/ 105033 - Vd8rER/webviewable/ 105033.pdf), посвященный выращиванию сверхпроводниковых волокон с использованием лазерного нагрева «Выращивание высокотемпературных сверхпроводящих волокон с использованием процесса с уменьшенной зоной лазерного нагрева» (Growth of high Тс superconducting fibers using a miniaturized laser-heated float zone process. Final technical report, January 15, 1989— December 31, 1994).
В отечественной литературе не установлено источников, в которых более подробно или предметно, чем в вышеуказанных иностранных, рассматривались бы объекты данного патентного исследования. В изобретении RU2450389, «Способ формирования гладких ультратонких YBCO пленок повышенной проводимости» описан способ формирования методом лазерного напыления нанопленок сложного металлооксидного соединения состава YBa2Cu307-x (YBCO) повышенной проводимости и может быть использовано при создании элементов наноэлектроники. Сущность изобретения: в способе формирования гладких ультратонких YBCO пленок повышенной проводимости на монокристаллической подложке методом лазерного распыления мишени YBa2Cu307 x, формируют пленку толщиной L=5^-7 нм с неровностью поверхности 1- 2 нм и удельным сопротивлением 0,8^-1,1 · 10~6 Ом м, путем воздействия на мишень лазерным излучением плотностью мощности Р=3 108-^5 108 Вт/см2, длиной волны 1,06 мкм, длительностью импульса 10-20 не и частотой следования импульсов 10 Гц в течение времени t=7-H0 с, при давлении воздуха р=50^-100 Па, температуре мишени Т=600^-700°С, температуре подложки Т=800^-840°С. Изобретение обеспечивает создание гладких ультратонких пленок YBCO на монокристаллической подложке.
В патенте RU2304827C1 Игумнов и др., ГОУВПО МГТУ от 20.08.2007 «Способ формирования высокотемпературного сверхпроводникового покрытия» описана технология, в которой перед нанесением ВТСП покрытия поверхность буферного подслоя обрабатывают ионно-плазменным травлением до 10-13 класса и одновременно легируют поверхность буферного подслоя 20-30% легирующей добавки материалов, повышающих критические параметры ВТСП покрытия.
Общий недостаток всех описанных решений применительно к задачам создания ВТСП-проводов третьего поколения состоит в том, что использование кристаллических нитей-подложек требует сложной технологии выращивания фасетированных нитей (сечение такой нити представляет собой усеченную окружность) с правильной ориентацией кристаллической решетки относительно грани, на которую распыляется ВТСП материал. Изготовление таких нитей достаточной длины на сегодняшний день не представляется возможным.
С другой стороны, аморфные волокна уже давно используются в оптоволоконной технике, их длина может достигать нескольких километров, и технология изготовления не вызывает сложностей. Принципиальная сложность в использовании кварцевых волокон заключается в большой разнице в коэффициентах термического расширения аморфного кварца и YBCO (КТР YBCO на порядок выше), что приводит к растрескиванию ВСТП пленки и невозможности использования таких проводников. Представляемая методика позволяет решить эту технологическую проблему и предотвратить растрескивание ВТСП пленки.
Сущность изобретения
Задача изобретения заключается в разработке нового способа получения тонкого (до 500 нм) высокотемпературного (критическая температура не ниже 77,3 К) сверхпроводящего слоя на кварцевой подложке. Представляемая методика может быть использована для создания технологии высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) проводов на гибких аморфных кварцевых нитях-носителях.
Техническим результатом изобретения является получение высококачественного покрытия. Заявляемый способ позволяет производить напыление тонкого слоя диоксида кремния (Si02) на подложку из аморфного кварца без растрескивания напыляемого далее YBCO слоя. Из-за большой разницы в коэффициентах термического расширения YBCO и аморфного кварца, до сих пор, напыление YBCO приводило к растрескиванию пленки с периодом трещин порядка нескольких микрон, что не давало возможности использовать данный материал для транспорта сверхтока. Данное изобретение решает эту проблему.
Поставленная задача решается разработкой способа получения высокотемпературной сверхпроводящей пленки на аморфной кварцевой подложке, включающего нанесение на предварительно очищенную поверхность подложки трехслойного покрытия, при этом первый слой покрытия формируют из кварца толщиной 100-400 нм методом магнетронного распыления, второй слой формируют из диоксида циркония, стабилизированного иттрием толщиной 100-300 нм, третий - из диоксида церия толщиной 150 - 350 нм.
Первый слой толщиной 100 - 400 нм может быть сформирован методом радиочастотного магнетронного распыления при использовании следующих значений технологических параметров: мощности— 230-235 Вт, давлении Аг 5-5,2 · 10"2 Торр, температуре подложки - 500-520 °С, скорости осаждения - 0,4 - 1 нм/с, длительности осаждения материала слоя - 400-410 с, расстоянии от образца до мишени - 12-12,5 см.
Второй слой толщиной 100 - 300 нм может быть сформирован методом импульсного лазерного осаждения с использованием эксимерного лазера на газовой смеси KrF в соответствии со следующим режимом: температура подложки - 750-760 °С, плотность энергии лазера - 1,89-1,9 Дж/см2, число импульсов - 1950-2000, частота импульсов - 5 Гц, длительность осаждения - 6 мин 30 с - 6 мин 40 с, расстояние от мишени до образца - 4,9-5 см, давление в камере - 1 · 10~4 - 1,1 · 10~4 мБар.
Третий слой толщиной 150-350 нм может быть сформирован методом импульсного лазерного осаждения с использованием эксимерного лазера на газовой смеси KrF в атмосфере кислорода без разрыва вакуума, в соответствии со следующим режимом: температура подложки - 720-730 °С, плотность энергии лазера - 1,89-1,9 Дж/см2, число импульсов - 5950-6000, частота импульсов - 10 Гц, длительность осаждения - 10 мин - 10 мин 20 сек, расстояние от мишени до образца - 4,9-5 см, давление кислорода - 0,7-0,71 мБар.
После нанесения трехслойного покрытия дополнительно осуществляют кислородный отжиг при давлении кислорода 800-810 мБар в течение 50-60 минут.
В одном из вариантов осуществления изобретения предварительную очистку поверхности подложки осуществляют посредством погружения подложки в емкость с ацетоном на 10-12 минут, затем подложку помещают в сосуд с изопропиловым спиртом до момента высыхания ацетона (как можно быстрее), при этом очистку поверхности подложки проводят в емкости с изопропиловым спиртом в ультразвуковой ванне в течение 10-12 минут, после чего подложку сушат азотом в течение 10-15 с.
Поставленная задача решается также за счет получения высокотемпературного сверхпроводящего покрытия, сформированного на аморфной кварцевой подложке, включающего три слоя, первый из которых выполнен из кварца толщиной 100-400 нм, и размещен непосредственно на поверхности кварцевой подложки, второй слой размещен на первом слое и сформирован из диоксида циркония, стабилизированного иттрием толщиной 100 - 300 нм, третий слой, размещенный на втором слое, выполнен из диоксида церия толщиной 150 - 350 нм.
Ключевым отличием заявляемого способа от известных является напыление тонкого (от 100 до 400 нм толщиной) слоя S1O2 на подложку перед напылением буферного слоя иттрий-стабилизированного диоксида циркония (YSZ) и сверхпроводящего слоя УВагСщСЪ-х (YBCO). Коэффициент температурного расширения (КТР) тонкого слоя кварца оказывается выше КТР объемного образца, что позволяет напряжениям срелаксировать в пленке S1O2. Более того, нанесение слоя Si02 позволяет предотвратить контакт примесей и дефектов поверхности подложки с буферным слоем YSZ, что так же улучшает качество буферного слоя.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена схема установки импульсного лазерного осаждения, на которой позициями обозначены следующие элементы: 1 - вакуумная камера, 2 - образец, 3 - вращающиеся мишени, 4 - нагреваемый держатель образца, 5 - эксимерный лазер Lambda Physik LPX 200, рабочая длина волны λ = 248 нм, 6 - фокусирующая линза, 7 - шаговый двигатель для смены мишеней, 8 - факел абляции, 9 - баллон с кислородом.
На фиг.2 представлена схема экспериментального образца, созданного по представляемой методике, где: 10 - аморфная кварцевая подложка 10x10x1 мм, 11 - напыленный rf-магнетроном слой Si02, 12 - напыленный импульсным лазерным осаждением буферный слой YSZ, 13 - напыленный импульсным лазерным осаждением слой YBCO.
На фиг.З представлен снимок с растрового электронного микроскопа поверхности экспериментального образца, созданного по представляемой методике, демонстрирующий отсутствие трещин.
Осуществление изобретения
Высокотемпературную сверхпроводящую пленку формируют на поверхности аморфной кварцевой подложки толщиной, например, 0,5 - 1 мм. Перед нанесением высокотемпературной сверхпроводящей пленки проводят предварительную очистку поверхности аморфной кварцевой подложки любым известным из уровня техники способом, обеспечивающим получение поверхности подложки 14-го класса чистоты (шероховатость поверхности менее 50 нм). На очищенной поверхности затем формируют трехслойное покрытие, первый слой которого состоит из кварца толщиной 100-400 нм, второй - из диоксида циркония, стабилизированного иттрием (YSZ) толщиной 100-300 нм, третий - из диоксида церия толщиной 150 - 350 нм. Первый слой покрытия формируют из кварцевой мишени методом магнетронного распыления (поз. 11 на ФИГ.2), в частности, методом радиочастотного магнетронного распыления, например, с использованием установки Leybold LH Z400. Наличие данного слоя позволяет избежать возникновение трещин с периодом порядка нескольких микрон при формировании слоя YBCO (13 на ФИГ.2). При этом формирование первого слоя может быть реализовано при следующих условиях:
• Мощность— 230-235 Вт
• Давление Аг 5-5,2 · 10"2 Торр
• Температура подложки— 500-520 °С
• Скорость осаждения— 0,4 - 1 нм/с
• Длительность осаждения— 400-410 с
• Расстояние до мишени— 12-12,5 см
Наличие второго слоя (12 на ФИГ.2) из диоксида циркония позволяет создать текстуру для эпитаксиального роста третьего слоя YBCO. Второй слой формируют на поверхности уже сформированного первого слоя методом ипмульсного лазерного осаждения с использованием эксимерного лазера на газовой смеси KrF (ФИГ.1), например, марки Lambda Physik. В одном из вариантов осуществления могут быть предложены следующие режимы формирования второго слоя:
• Температура подложки— 750-760 °С
• Плотность энергии лазера— 1,89-1,9 Дж/см2
• Число импульсов— 1950-2000
• Частота импульсов— 5 Гц
• Длительность осаждения— 6 мин 30 с - 6 мин 40 с
• Расстояние от мишени до образца— 4,9-5 см
• Давление в камере— 1 · 10~4 - 1,1 · 10~4 мБар7
Третий слой (13 на ФИГ.2) из диоксида церия также формируют методом ипмульсного лазерного осаждения на поверхности сформированного второго слоя с использованием эксимерного лазера на газовой смеси KrF (ФИГ.1) в атмосфере кислорода без разрыва вакуума в соответствии со следующим режимом:
• Температура подложки— 720-730 °С
• Плотность энергии лазера— 1,89-1,9 Дж/см2
• Число импульсов— 5950-6000 • Частота импульсов— 10 Гц
• Длительность осаждения— 10 мин - 10 мин 20 сек
• Расстояние от мишени до образца— 4,9-5 см
• Давление кислорода— 0,7-0,71 мБар.
После напыления третьего слоя осуществляют кислородный отжиг при давлении кислорода 800-810 мБар в течение 50-60 минут.
В одном из вариантов конкретного осуществления изобретения предварительную очистку поверхности подложки осуществляют посредством погружения подложки сначала в емкость с ацетоном на 10-12 минут, затем в сосуд с изопропиловым спиртом до момента высыхания ацетона (как можно быстрее), при этом очистку поверхности подложки проводят в емкости с изопропиловым спиртом в ультразвуковой ванне в течение 10-12 минут, после чего подложку сушат азотом в течение 10-15 с. После сушки проводят контрольный осмотр поверхности подложки с использованием оптического микроскопа с двухсоткратным увеличением, и при отсутствии разводов или иных дефектов на поверхности подложки инициируют формирование высокотемпературной сверхпроводящей пленки. В противном случае, очистку поверхности осуществляют повторно.
Таким образом, для осуществления изобретения необходимо следующее оборудование: ультразвуковая ванна, RF-магнетрон с возможностью контроля температуры подложки, установка для импульсного лазерного осаждения (PLD) с возможностью подачи кислорода в вакуумную камеру и контроля температуры подложки (на ФИГ.1 - пример реализации), а также расходные материалы - кварцевая мишень для RF-магнетрона, мишень оксида иттрия бария меди УВагСизСЪ-х для импульсного лазерного осаждения, мишень диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия Zr02 + Y2O3 УВа2Сиз07-х для импульсного лазерного осаждения, кислород для подачи в вакуумную камеру (9 на ФИГ.1).
Заявляемым способом был получено экспериментальный образец с высококачественным покрытием, фотография которого представлена на фото.З, подтверждающая достижение технического результата.
Изобретение поясняется примером конкретного выполнения
Полученный экспериментальный образец содержал слой S1O2, толщиной 400 нм. Напыление слоя производилось с помощью RF магнетрона с подогревом подложки до 500 °С. Очистку поверхности подложки проводили в ультразвуковой ванне в емкости с ацетоном в течение 10 минут. Затем подложку помещали в сосуд с изопропиловым спиртом до момента высыхания ацетона, затем помещали в емкость с изопропиловым спиртом в ультразвуковую ванну на 10 минут, после чего образец сушили азотом в течение 10 с. Напыление первого слоя проводили с помощью радиочастотного магнетронного распыления в соответствии со следующим режимом:
• Мощность— 230 Вт
• Давление Аг 5 - 10~2 Торр
• Температура подложки— 500 С
• Скорость осаждения— 0.4 - 1 нм/с
• Длительность осаждения— 400 с
• Расстояние до мишени— 12 см
• Толщина пленки S1O2— 200 нм
Напыление буферного слоя YSZ (12 на ФИГ.2), осуществляли методом импульсного лазерного осаждения с использованием эксимерного лазера на газовой смеси KrF (5 на ФИГ.1) в соответствии со следующим режимом:
• Температура подложки (2 на ФИГ.1 )— 760 °С
• Плотность энергии лазера— 1,9 Дж/см2
• Число импульсов— 2000
• Частота импульсов— 5 Гц
• Длительность осаждения— 6 мин 40 с
• Расстояние от мишени (3 на ФИГ.1) до образца (2 на ФИГ.1)— 5 см
• Толщина пленки— 100 нм
• Давление в камере— 1 - 10~4 мБар
Третий сверхпроводящий слой YBCO (12 на ФИГ.2) напыляли методом импульсного лазерного осаждения с использованием эксимерного лазера (5 на ФИГ.1) на газовой смеси KrF в атмосфере кислорода без разрыва вакуума, в соответствии со следующим режимом:
• Температура подложки (2 на ФИГ.1 )— 730°С
• Плотность энергии лазера— 1,9 Дж/см2
• Число импульсов— 6000
• Частота импульсов— 10 Гц
• Длительность осаждения— 10 мин • Расстояние от мишени (3 на ФИГ.1) до образца (2 на ФИГ.1)— 5 см
• Толщина пленки— 300 нм
• Давление кислорода— 0,7 мБар
Полученный образец с напыленными слоями подвергали кислородному отжигу при давлении кислорода 800 мБар в течение 1 часа.
В результате на аморфной кварцевой подложке был получен слой YBCO толщиной 300 нм без трещин. Снимок подобного образца в растровом электронном микроскопе, демонстрирующий возможность осуществления изобретения, представлен на Фиг.З.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ получения высокотемпературной сверхпроводящей пленки на аморфной кварцевой подложке, включающий нанесение на предварительно очищенную поверхность подложки трехслойного покрытия, при этом первый слой покрытия формируют из кварца толщиной 100 - 400 нм методом магнетронного распыления, второй слой формируют из диоксида циркония, стабилизированного иттрием толщиной 100 - 300 нм, третий - из диоксида церия толщиной 150 - 350 нм.
2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что предварительную очистку поверхности подложки осуществляют посредством погружения подложки в емкость с ацетоном на 10-12 минут, затем подложку помещают в сосуд с изопропиловым спиртом до момента высыхания ацетона (как можно быстрее), при этом очистку поверхности подложки проводят в емкости с изопропиловым спиртом в ультразвуковой ванне в течение 10-12 минут, после чего подложку сушат азотом в течение 10-15 с.
3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что первый слой толщиной 100 - 400 нм формируют методом радиочастотного магнетронного распыления при использовании следующих значений параметров: мощности - 230-235 Вт, давлении Аг 5- 5,2 · 10~2 Торр, температуре подложки -500-520 °С, скорости осаждения - 0,4 - 1 нм/с, длительности осаждения материала слоя - 400-410 с, расстоянии от образца до мишени - 12-12,5 см.
4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что второй слой толщиной 100 -
300 нм формируют методом импульсного лазерного осаждения с использованием эксимерного лазера на газовой смеси KrF в соответствии со следующим режимом: температура подложки - 750-760 °С, плотность энергии лазера - 1,89-1,9 Дж/см2, число импульсов - 1950-2000, частота импульсов - 5 Гц, длительность осаждения - 6 мин 30 с - 6 мин 40 с, расстояние от мишени до образца - 4,9-5 см, ддавление в камере - 1 · 10~4 - 1,1 · 10"4 мБар
5. Способ по п.1, характеризующийся тем , что третий слой толщиной 150- 350 нм формируют методом импульсного лазерного осаждения с использованием эксимерного лазера на газовой смеси KrF в атмосфере кислорода без разрыва вакуума, в соответствии со следующим режимом: температура подложки - 720-730 °С, плотность энергии лазера - 1,89-1,9 Дж/см2 , число импульсов - 5950-6000, частота импульсов - 10 Гц, длительность осаждения - 10 мин - 10 мин 20 сек, расстояние от мишени до образца - 4,9-5 см, давление кислорода - 0,7-0,71 мБар.
6. Способ по п.1, характеризующийся тем , что после нанесения трехслойного покрытия, осуществляют кислородный отжиг при давлении кислорода 800-810 мБар в течение 50-60 минут.
7. Высокотемпературное сверхпроводящее покрытие, сформированное на аморфной кварцевой подложке, включающее три слоя, первый из которых выполнен из кварца толщиной 100-400 нм, и размещен непосредственно на поверхности кварцевой подложки, второй слой размещен на первом слое и сформирован из диоксида циркония, стабилизированного иттрием толщиной 100 - 300 нм, третий слой, размещенный на втором слое, выполнен из диоксида церия толщиной 150 - 350 нм.
PCT/RU2016/050044 2015-11-25 2016-09-30 Способ получения высокотемпературной сверхпроводящей пленки на кварцевой подложке WO2017091112A2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015150399 2015-11-25
RU2015150399A RU2629136C2 (ru) 2015-11-25 2015-11-25 Способ получения высокотемпературной сверхпроводящей пленки на кварцевой подложке

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017091112A2 true WO2017091112A2 (ru) 2017-06-01

Family

ID=58763608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/050044 WO2017091112A2 (ru) 2015-11-25 2016-09-30 Способ получения высокотемпературной сверхпроводящей пленки на кварцевой подложке

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2629136C2 (ru)
WO (1) WO2017091112A2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110866575A (zh) * 2019-11-04 2020-03-06 西安交通大学 一种基于磁畴编程的信息加密承载方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7012275B2 (en) * 2004-02-17 2006-03-14 The University Of Chicago Method for fabrication of high temperature superconductors
JP4690246B2 (ja) * 2006-05-19 2011-06-01 住友電気工業株式会社 超電導薄膜材料およびその製造方法
US8664163B2 (en) * 2009-01-15 2014-03-04 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. High temperature superconductive films and methods of making them
RU2387050C1 (ru) * 2009-01-28 2010-04-20 Фатима Христофоровна Чибирова Способ получения многослойного высокотемпературного сверхпроводящего материала и многослойный высокотемпературный сверхпроводящий материал
RU2518505C1 (ru) * 2012-11-26 2014-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "НАНОЭЛЕКТРО" Ленточный втсп-провод

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110866575A (zh) * 2019-11-04 2020-03-06 西安交通大学 一种基于磁畴编程的信息加密承载方法
CN110866575B (zh) * 2019-11-04 2020-11-17 西安交通大学 一种基于磁畴编程的信息加密承载方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2629136C2 (ru) 2017-08-24
RU2015150399A (ru) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101119957B1 (ko) 초전도체 코팅된 테이프들용 2축-텍스처링된 막 증착
KR100683186B1 (ko) 다층 제품 및 그의 제조방법
US6610428B2 (en) Controlled conversion of metal oxyfluorides into superconducting oxides
US6673387B1 (en) Control of oxide layer reaction rates
KR101429553B1 (ko) 초전도 선재 및 초전도 선재 형성방법
JP2002505032A5 (ru)
WO2001026164A2 (en) Control of oxide layer reaction rates
JP2009507357A (ja) 超伝導体構成素子
KR101664465B1 (ko) 산화물 초전도 선재 및 산화물 초전도 선재의 제조 방법
Cai et al. Completely etch-free fabrication of multifilamentary coated conductor using inkjet printing and electrodeposition
WO2006071543A1 (en) HIGH RATE BUFFER LAYER FOR IBAD MgO COATED CONDUCTORS
Selvamanickam High temperature superconductor (HTS) wires and tapes
Goyal et al. Using RABiTS to fabricate high-temperature superconducting wire
US20110245083A1 (en) Thick oxide film by single coating
WO2006071542A2 (en) Architecture for coated conductors
RU2629136C2 (ru) Способ получения высокотемпературной сверхпроводящей пленки на кварцевой подложке
US20190131044A1 (en) Dielectric substrate for superconductive device and superconductive article utilizing such substrate
Liu et al. Development of long REBCO coated conductors by PLD-REBCO/Sputter-CeO 2/IBAD-MgO at SJTU and SSTC
RU2641099C2 (ru) Высокотемпературная сверхпроводящая пленка на кристаллической кварцевой подложке и способ ее получения
Li et al. Texture development and superconducting properties of YBCO thick films deposited on buffered metal substrates at various deposition rates
Shchukin et al. Approaches to Increasing the Current-Carrying Characteristics in Second-Generation HTSC Tapes
KR101487831B1 (ko) 세라믹 선재의 제조장치 및 그를 이용한 세라믹 선재의 제조방법
Sandra et al. Applications-Oriented Development of Buffer Architecture for REBCO Films on Nonmetallic Substrates
Holzapfel et al. Substrates and Functional Buffer Layers
Rombola et al. RF sputtering deposition of buffer layers for Si/YBCO integrated microelectronics

Legal Events

Date Code Title Description
WA Withdrawal of international application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE