Магнетронное напыление и исследование пленок высокотемпературного сверхпроводника YBa2Cu3O7-б для применений в пассивных высокочастотных устройствах

• Автор: Мастеров, Дмитрий Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Глава 1. Способы получения, методы исследования и основные свойства тонких пленок высокотемпературного сверхпроводника УВагСизОт-в

1.1. Введение

1.2. Микроструктура и свойства тонких пленок YBCO

1.3. Способы получения эпитаксиальных пленок YBCO

1.4. Физический механизм распыления материалов

под действием ионной бомбардировки

1.5. Магнстронный разряд и особенности получения тонких пленок

ВТСП методом магнетронного напыления

1.6. Методы исследования структуры и элементного состава пленок YBCO

1.7. Выводы
Глава 2. Анализ элементного состава мишеней и пленок УВагСизО?^ методом электронной оже-спектроскопии
2.1. Введение
2.2. Физические основы метода электронной оже-спектроскопии
2.3. Послойный оже-анализ тест-структур:
роль ионно-стимулированных процессов
2.3.1. Анализ структур М0/В4С, Mo/Si
2.3.2. Анализ структур InxGai-xAs/GaAs с квантовыми ямами
2.4. Оже-анализ мишеней и пленок YBCO
2.5. Выводы
Глава 3. Влияние катионного состава мишеней на сверхпроводящие и микроструктурпые свойства пленок УВагСизО?^, получаемых в магнетронной системе напыления 90° off-axis конфигурации
3.1. Введение
3.2. Экспериментальная установка магнетронного напыления
конфигурации 90° off-axis

3.3. Анализ зависимости свойств YBCO пленок от состава мишеней
3.4. Выводы

Глава 4. Исследование особенностей получения УВагСизСЬ-б пленок в планарной магнетронной системе напыления on-axis конфигурации
4.1. Введение
4.2. Экспериментальная установка магнетронного напыления
конфигурации on-axis
4.3. Характеристики YBCO пленок, получаемых в MPC
конфигурации on-axis
4.4. Изменение напряжения магнетронного разряда и скорости осаждения
YBCO пленок в процессе эксплуатации мишени
4.5. Выводы
Глава 5. Применение УВагС^СЬ-а пленок, получаемых в магнетронной напылительной системе on-axis, в пассивных ВЧ и СВЧ устройствах
5.1. Введение
5.2. Примеры применений YBCO пленок, получаемых в системе
напыления on-axis, в пассивных приборах ВЧ и СВЧ диапазонов
5.2.1. Дисковый СВЧ резонатор
5.2.2. Фильтры мегагерцового диапазона
5.3. Анализ механизмов потерь в структурах на основе пленок YBCO
в мегагерцовом диапазоне
5.4. Выводы
Заключение
Список цитированной литературы
Список работ автора по теме диссертации

Актуальность темы
В настоящее время сформировалась область практических применений сверхпроводников, в том числе, высокотемпературных (ВТСП) [1-7]. Особенно интенсивно развиваются технологии осаждения сложных многослойных структур, содержащих ВТСП слои для задач электроэнергетики и получения: сильных магнитных полей - провода, токовводы [8, 9]: Тонкие ВТСП пленки находят применение: в различных устройствах. Главное преимущество ВТСП перед нормальными металлами - низкое поверхностное сопротивление, что и обусловило применение ВТСП в ВЧ и СВЧ'электронике: Для таких применений наиболее часто ис-пользуются соединения^ВагСизСНа (УВСО) и Т1-Ва-Са-Си-0 с критическимитемпература-ми 92 К и 125 К соответственно. Несмотря на,то, что таллиевые пленки имеют более высокую температуру перехода в сверхпроводящее состояние, в.температурном диапазоне 60-77 К оба эти материала имеют примерно одинаковые высокочастотные свойства: Этот факт, а также ядовитость, таллиевых соединений,1 обусловили г: наибольшее количество исследований и применений УВСО пленок-и объемных образцов. Основное применение УВССТпленкишахо- • дят в приборах магнитометрии, и высокочастотных устройствах: резонаторах, перестраиваемых и нспсрестраиваемых фильтрах, антеннах, суммирующих. устройствах; (мультиплексорах), приемных катушках для медицинских томографов, СКВИДах. В сильноточной,электро-нике используются пленочные ВТСП ограничители тока [10]. Использование ВТСП позволяет существенно улучшить параметры элементов и аппаратуры в целом, [3-6];
Слоистые ВТСП, к которым относится и материал УВСО; представляют интерес также и с точки зрения изучения фундаментальных вопросов сверхпроводимости [11]. Однако ВТСП пленки, получаемые с помощью существующих технологий; имеют разнообразные дефекты структуры, которые оказывают существенное влияние на их сверхпроводящие свойства. Можно сказать, что свойства ВТСП пленок,и характеристики устройств на их основе определяются именно реальной структурой пленок, а не фундаментальными ограничениями ВТСП материала. В связи с этим при реализации технических приложений ВТСП пленок до сих пор существуют серьезные трудности. Вопрос влияния.реальной; микроструктуры ВТСП пленок на их электрические параметры наиболее изучен для СВЧ1диапазона; но не настолько, чтобы,-, это позволило получать ВТСП пленки с заданными свойствами;и систематически,улучшать конструкцию и характеристики приборов на их.основе. Исследованию свойств; ВТСП,пленок, и устройств на их основе в ВЧ диапазоне посвящены единичные работы.
ным; пучком) с той областью кратера, где происходит наиболее интенсивное распыление мишени (Рис.2.4). Эта процедура позволяет практически устранить, влияние инструментальных погрешностей [88]. Из формулы (2!б) видно, что для резких переходов, когда Дхц < ^.максимальное разрешение по глубине Az, которое может быть достигнуто,, ограничено фундаментальными физическими параметрами: глубиной выхода оже-элекгронов Х£ и длиной области атомного перемешивания Д и, таким образом^ определяется непосредственно из физических принципов, свободных от многочисленных случайных погрешностей.
2.3. Послойный ожс-анализ тест-структур: роль ионно-стимулированных процессов
Для повышения разрешения по глубине при послойном оже-анализе необходимо снижать искажения, вносимые ионным распылением, до- уровня, глубины выхода оже-электронов. Существенную: роль в этом, вопросе играет наличие. тест-объектов необходимого .качества — с переходными, областями, шириной в несколько, атомных монослоев и атомарно-гладкой поверхностью. В данной'работе в качестве таких тест-объектов .использовались металлические сверхрешетки М0/В4С и Mo/Si с периодом несколько нанометров. -Основной сферой применения этих структур является рентгеновская оптика [89, 90]. Другим объектом исследования, требующим: оптимизации условий послойного анализа, являются полупроводниковые наноструктуры с квантовыми ямами, которые широко используются в приборах опто- и микроэлектроники. Кроме того, методом послойного оже-анализа был исследован приповерхностный слой мишени В4С, которая использовалась при магнетронном напылении структур М0/В4С, для выяснения соответствия между со-ставом мишени и слоями карбида бора в многослойной структуре.
2.3.1. Анализ структур М0/В4С, Mo/Si
С целью выяснения! условий послойного оже-анализа, необходимых. для достижения фундаментальных физических ограничений было исследовано распределение элементов в структурах M0/B4G со сверхтонкими слоями, изготовленных методом магнетронного напыления. Результаты послойного анализа структуры №1, имеющей период d = 9.2 нм (бМо = 2.5 нм; dB4c = 6.7 нм) представлены на Рис.2.5. В связи с перекрытием пика бора В (180