Тонкопленочные гибридные сверхпроводниковые гетеропереходы на основе металлооксидных иттрий-бариевых купратов

• Автор: Комиссинский, Филипп Викторович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 106 с. : ил

Содержание
Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Кристаллическая структура YBa2Cu3Ox. Методики

получения YBCO пленок

1.2. Эффекты Джозефсона. Резистивная модель

джозефсоновского перехода

1.3. Симметрия сверхпроводящего параметра порядка YBCO и токо-фазовая зависимость сверхпроводящего тока в джозсфсоновских переходах на основе YBCO

1.4. Связанные андреевские состояния в N/D

гетеропереходах

1.5. Применение YBCO пленок и устройств на их основе в сверхпроводниковой электронике
Глава 2. Тонкие пленки YBCO и их свойства. Методики
изготовления планарных тонкопленочных гетеропереходов на основе YBCO
2.1. Рост эпитаксиальных YBCO пленок методом лазерного распыления
2.2. С-ориентированные пленки YBCO
2.3. Пленки YBCO на наклонных подложках
2.4. Технология изготовления планарных гетеропереходов Au/YBCO и Nb/Au/YBCO
Глава 3. Гетеропереходы Au/YBCO (001) и Nb/Au/YBCO (001)
и их свойства
3.1. Температурные зависимости проводимости гетероперех одов
3.2. Влияние содержание кислорода в пленке YBCO на проводимость гетеропереходов Au/YBCO (001 )

3.3. Вольт-амперные характеристики гетеропереходов
№>/Аи/УВСО (001)
3.4. Фазовая зависимость сверхпроводящего тока в гетеропереходах ЫЬ/Аи/УВСО (001)
Глава 4. Гетеропереходы Аи/УВСО и 1ЧЬ/Аи/УВСО на
наклонных подложках МСаОз
4.1. Температурные зависимости сопротивления
гетеропереходов
4.2. Уширение андреевских состояний
4.3. Магнитно-полевые зависимости
4.4. Влияние андреевских состояний на сверхпроводящий
ток в гетеропереходах ЫЬ/Аи/УВСО (1 120)
4.5. Фазовая зависимость сверхпроводящего тока гетеропереходов ТЧЬ/Аи/УВСО (1 1 20)
Глава 5. Торцевые гетеропереходы микронных и
субмикронных размеров
5.1. Технология изготовления торцевых гетеропереходов
5.2. Транспортные свойства торцевых гетеропереходов
Заключение
Список цитированной литературы

Введение.
Эффект Джозефсона был открыт в 1962 г. [1] и уже в течении четырех десятилетий вызывает интерес большим разнообразием его применений в самых различных отраслях. Системы с джозефсоновскими контактами активно используются в качестве приемников сверхвысокочастотного излучения в диапазоне частот более 100 ГГц [2]; для детектирования слабых магнитных полей при создании магнитных карт человеческого тела, необходимых для лечения болезней [3]. В последнее время активно развиваются также цифровые устройства на основе эффекта Джозефсона - быстрая одноквантовая логика, в которой информация хранится и записывается в джозсфсоновских переходах (ДП) в виде квантов магнитного потока [4]. В настоящее время изготовлен и тестируется 16 разрядный процессор на основе ДП, разработанный для N6-АЮх-ИЬ технологии и содержащий около 100000 ДП [5].
Новым толчком для развития сверхпроводниковой электроники послужило открытие в 1986 году в металлооксидных соединениях сверхпроводимости с высоким значением температуры перехода в сверхпроводящее состояние (Тс) - высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) [6]. Высокие значения Тс в ВТСП материалах позволили реализовать ДП, работающие при температуре жидкого азота 77 К и по своим параметрам превосходящие ДП на основе металлических (низкотемпературных) сверхпроводников [7].
Однако, несмотря на то, что с момента открытия ВТСП прошло более 15 лет, последовательное объяснение эффекта сверхпроводимости с высокой критической температурой до сих пор не найдено. Кроме того, в отличие от обычных металлических сверхпроводников, для металлооксидных сверхпроводников характерны многокомпонентность, высокая анизотропия кристаллической решетки и электронно-транспортных свойств, а также наличие <ТДу2-типа (<7-) симметрии сверхпроводящего параметра порядка, получившее в последние годы экспериментальное подтверждение [8]. Все это

постоянной решетки с УВСО к утроенной постоянной решетки а, вызванной совпадением металла стабилизирующего кристаллическую решетку УВСО (Си) и его сверхпроводящих слоев (Си02) [87,88]. Их геометрические размеры могут быть различными, однако для эпитаксиальных пленок УВСО их более длинная сторона как правило совпадает с кристаллографическими осями подложки, что и наблюдается для наших пленок УВСО.
Если увеличить температуру осаждения Т8иЬ>770°С, то на поверхности пленки формируются мелкие частицы с х<0.2 мкм и г~10-15 нм и q> 108 см"2, которые могут являться оксидами У, Ва и Си или другими соединениями, возникающими в результате отклонения состава пленки от стехиометрического (рис. 2.5(6)). Отклонения от стехиометрии могут быть включены в формирующуюся пленку в виде включений, дефектов замещения, атомов в междоузлиях [12,89]. Однако все эти возможности позволяют растворить в пленке лишь небольшое количество избыточного материала. Избыточный материал, не растворенный в пленке, часто концентрируется в области ее дефектов - например, на границе кристаллитов или на дислокациях [90]. После накопления критической концентрации избыточный материал выделяется в частицу побочной фазы - оксид одного или нескольких элементов, скапливающихся в области дефекта. В нашем случае данные частицы, по-видимому, являются оксидом иттрия (У203), избыточное содержание которого наблюдается в центральной части факела вследствие различного рассеяния У, Ва и Си при переносе распыленного материала на подложку [21]. При оптимальной температуре осаждения Т5иЬ=760 °С оксид У203, по-видимому, включен в пленку УВСО, так как его решетка может когерентным образом встраиваться в решетку УВСО [15,91,92].
Для изучения шероховатости поверхности пленок УВСО с помошью микроскопа атомных сил с высоким разрешением проводились измерения профиля участков поверхности размерами до 1x1 мкм2 (рис. 2.6(а)). С-ориентированные УВСО пленки демонстрировали максимальную неровность