Физико-технологические основы осаждения тонких ВТСП-плёнок YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-\delta}$

В. С. Флис$^{1}$, В. М. Пан$^{1}$, В. А. Комашко$^{1}$, В. О. Москалюк$^{1}$, И. И. Пешко$^{2}$

$^1$Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^2$Институт физики НАН Украины, просп. Науки, 46, 03028 Киев, Украина

Получена: 19.04.2006. Скачать: PDF

Проведены тщательные теоретические и экспериментальные исследования и модернизация отдельных процессов лазерного и магнетронного методов осаждения с целью создания YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-\delta}$ пленок и барьерных слоев СеО$_2$ с контролируемой кристаллической структурой и высокими сверхпроводящими свойствами пленок YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-\delta}$. В результате работы разработаны физико-технологические основы получения сверхпроводящих пленок YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-\delta}$ на диэлектрических (сапфировых) подложках с использованием барьерного слоя CeO$_{2}$, как методом двухлучевого лазерного осаждения, так и магнетронного распыления. Проведена оптимизация технологических режимов осаждения пленок обоими методами. Показано, что при оптимальных условиях осаждения можно получать эпитаксиальные пленки YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-\delta}$ с контролируемой наноструктурой, как методом импульсного лазерного осаждения, так и методом магнетронного распыления. При этом возможно контролируемо изменять сверхпроводящие свойства ВТСП-пленок YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-\delta}$, как по токонесущей способности, так и по поверхностному импедансу на сверхвысоких частотах. Плотность критического тока сверхпроводящих пленок в зависимости от количества линейных дефектов (краевых дислокаций) может колебаться от $7\cdot10^6$ A/см$^2$ при 77 К в нулевом магнитном поле для плотности линейных дефектов около $10^{11}$ см$^{−2}$ до $×10^5$ A/см$^2$ в таких же условиях измерения для плотности линейных дефектов около $10^{10}$ см$^{−2}$. В то же время поверхностное сопротивление для тех же пленок, измеренное при 77 К на частоте 135 ГГц, в зависимости от плотности линейных дефектов изменяется от 160 мОм до 115 мОм, соответственно. Разработанные технологии в дальнейшем могут использоваться для изготовления пленочных СВЧ-фильтров в мобильной, сотовой и спутниковой связи, а также для создания длинномерных, так называемых покрытых проводников с высокой токонесущей способностью в сильных магнитных полях для электротехнических применений и в сетях электропередач.

Ключевые слова: лазерное осаждение, магнетронное распыление, YBCO-плёнки, барьерные слои, структура, плотность критического тока, поверхностное сопротивление.

PACS: 61.72.Lk, 74.72.Bk, 74.76.Bz, 81.15.Cd, 81.15.Fg, 81.40.Rs, 85.25.-j

Citation: V. S. Flis, V. M. Pan, V. A. Komashko, V. O. Moskalyuk, and I. I. Peshko, Physicotechnological Principles of Deposition of Thin High-T$_{c}$ Superconducting Films of YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-\delta}$, Usp. Fiz. Met., 7, No. 4: 189—241 (2006) (in Ukrainian), doi: 10.15407/ufm.07.04.189


Цитированная литература (37)  
  1. С. И. Анисимов, Я. А. Имас, Г. С. Романов, Ю. В. Ходыко, Действие излучения большой мощности на металлы (Ред. А. М. Бонч-Бруевич, М. А. Ельяшевич) (Москва: Наука: 1970), с. 272.
  2. D. W. Gregg and S. J. Thomas, J. Appl. Phys., 37, No. 12: 4313 (1966). Crossref
  3. P. Langer, G. Tonon, F. Floux, and A. Ducauze, IEEE J., QE-2, No. 9: 499 (1966).
  4. R. K. Singh and J. Narayan, Phys. Rev. B, 41, No. 13: 8843 (1990). Crossref
  5. E. Bernal, J. F. Ready, and L. P. Levine, Phys. Letts., 19, No. 8: 645 (1966).
  6. R. F. Wood and G. E. Giles, Phys. Rev. B, 23, No. 6: 2923 (1981). Crossref
  7. A. E. Bell, RCA Review, 40: 295 (1979).
  8. T. Venkateson, X. D. Wu, A. Inam, and J. B. Wachtman, Appl. Phys. Lett., 52, No. 14: 1193 (1988). Crossref
  9. J. P. Zheng, Z. Q. Huang, D. T. Shaw, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett., 54, No. 3: 280 (1989). Crossref
  10. Z. Trajanovic, L. Senapati, R. P. Sharma, and T. Venkatesan, Appl. Phys. Lett., 66, No. 18: 2418 (1995). Crossref
  11. B. Holzapfel, B. Roas, L. Schultz, P. Bauer et al., Appl. Phys. Lett., 61, No. 26: 3178 (1992). Crossref
  12. E. V. Peshen, A. V. Varlashkin, S. I. Krasnosvobodtsev, B. Brunner et al., Appl. Phys. Lett., 66, No. 17: 2292 (1995). Crossref
  13. M. D. Strikovsky, E. B. Klyuenkov, S. V. Gaponov, J. Schubert et al., Appl. Phys. Lett., 63, No. 8: 1146 (1993).
  14. Z. Trajanovic, S. Choopun, R.P. Sharma, and T. Venkatesan, Appl. Phys. Lett., 70, No. 25: 3461 (1997).
  15. F. Müller, K. Mann, P. Simon et al., Proc. SPIE, OEL’93: 1858 (1993).
  16. H. S. Kwok, Thin Solid Films, 218: 177 (1992).
  17. M. Lorenz, H. Hochmuth, D. Natusch et al., IEEE Trans. on Appl. Supercond., 7, No. 2: 1240 (1997).
  18. H. S. Kwok, P. Mattocks, L. Shi, X. W. Wang et al., Appl. Phys. Lett., 52, No. 21: 1825 (1988).
  19. L. Lynds, B. R. Weinberger, G. G. Peterson, and H. A. Krasinski, Appl. Phys. Lett., 52, No. 4: 320 (1988).
  20. Q. Y. Ying, D. T. Shaw, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett., 53, No. 18: 1762 (1988). Crossref
  21. G. Piquero, P. M. Mejias, and R. Martinez-Herrero, Opt. Commun., 107: 179 (1994).
  22. BK Periodic library: CD CHIP, No. 12 (1998).
  23. Н. И. Коротеев, И. Л. Шумай, Физика мощного лазерного излучения (Москва: Наука: 1991), с. 310.
  24. E. G. Erichson, Laser Focus, No. 4: 16 (1970).
  25. А. А. Каминский, Г. Р. Вердун, В. Коешнер, Ф. А. Кузнецов и др., Кв. электроника, 19, № 10: 941 (1992).
  26. M. W. Denhoff and J. P. McCaffrey, J. Appl. Phys., 70: 3986 (1991).
  27. X. D. Wu, R. C. Dye, R. E. Münchausen, S. R. Foltyn et al., Appl. Phys. Lett., 58: 2165 (1991). Crossref
  28. P. Merchant, R. D. Jacowitz, K. Tibbs, R. C. Taber, and S. S. Laderman, Appl. Phys. Lett., 60: 763 (1992).
  29. R. Wördenweber, J. Einfeld, R. Kutzner, A. G. Zaitsev et al., IEEE Trans. Appl. Supercond., 9: 2486 (1999).
  30. R. K. Hollmann, O. G. Vendik, A. G. Zaitsev, and B. T. Melekh, Supercond. Sci. Technol., 7: 609 (1994).
  31. A. G. Zaitsev, R. Wördenweber, G. Ockenfuß, R. Kutoier et al., IEEE Trans. Appl. Supercond., 7: 1482 (1997).
  32. K. D. Develos, M. Kusunoki, and S. Ohshima, Jap. J. Appl. Phys., 37: 6161 (1998).
  33. R.-J. Lin, L.-J. Chen, L.-J. Lin, Y.-C. Yu, W. Wang, and E. K. Lin, Jap. J. Appl. Phys., 35: 5805 (1996).
  34. J. H. Lee, W. I. Yang, H. J. Kwon, V. A. Komashko, and S. Y. Lee, Supercond. Sci. Technol., 13: 989 (2000).
  35. K. Conder, J. Karpinski, E. Kaldis et al., Physica C., 196: 164 (1992).
  36. V. M. Pan, V. S. Flis, O. P. Karasevska, V. I. Matsui et al., J. Supercond. Inc. Novel Magn., 14: 109 (2001).
  37. V. A. Komashko, A. G. Popov, V. L. Svetchnikov, A.V. Pronin et al., Supercond. Sci. Technol., 12: 1 (1999).