Влияние буферных слоёв на ориентированный рост плёнок RBa2Cu3O7-δ (Ρ - редкоземельный элемент) и их сверхпроводящие характеристики

• Автор: Маркелов, Антон Викторович
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Содержание:
1. Введение
2. Обзор литературы
2.1. Сверхпроводимость и ВТСП
2.1.1. История открытия сверхпроводимости
2.1.2. Основные физические свойства
2.1.3. Явление пиннинга в ВТСП. Критический ток
2.1.4. Структура ВТСП-купратов
2.1.5. Сверхпроводящие свойства ЫВагСизО?^, И = У, Ьа-Ьи
2.1.6. Фазовые равновесия в системах 11-Ва-Си-О
2.2. Тонкие плёнки ВТСП
2.2.1. Методы осаждения
2.2.2. МОСУБ (Мйакнеашс СУБ)
2.2.3. Прекурсоры
2.2.4. Подложки и буферные слои
2.2.5. Оптимальные условия нанесения плёнок ВТСП
2.2.6. Вторые фазы в плёнках ИВагСизСЬ-а
2.3. Эпитаксия и ориентированный рост
2.3.1. Эпитаксиальный рост
2.3.2. Преимущественная ориентация плёнок КВагСизСЬ-Б
2.3.2.1. Ориентация вне плоскости подложки
2.3.2.2. Ориентация в плоскости подложки
2.4. Сверхпроводящие свойства тонких плёнок ЯВСО
2.4.1. Критическая плотность тока. Влияние толщины плёнки
2.4.2. Искусственные центры пиннинга
2.5. Постановка задачи
3. Экспериментальная часть
3.1. Получение тонкоплёночных гетероструктур
3.2. Химический анализ
3.3. Рентгеновская и электронная дифракция
3.3.1. Рентгенофазовый анализ
3.3.2. Исследования ориентации плёнок методами ср- и ш-сканирования
3.3.3. Исследования ориентации плёнок методом дифракции обратно-рассеянных электронов (ДОЭ)

3.4. Исследование морфологии плёнок методами оптической, сканирующей электронной (СЭМ) и атомно-силовой микроскопии (АСМ)
3.5. Электронная микроскопия высокого разрешения (ПЭМРВ)
3.6. Определение толщины образцов
3.7. Электрофизические и магнитные измерения
3.7.1. Резистивные измерения
3.7.2. Измерения магнитной восприимчивости
3.7.3. Измерения ^ для различной ориентации магнитного поля
3.7.4. Прямые измерения^
4. Обсуждение результатов
4.1. Индивидуальные тонкие плёнки ЫЗагСизОу-з
4.1.1. Оптимальные условия осаждения
4.1.2. Свойства плёнок ШЗСО (В = УЬ, У, Об) на подложках БТО (100)
4.1.3. Плёнки УВСО на металлической текстурированной ленте
4.2. Гетероструктуры типа К'ВагСизОу-зЯ^ВагСизОу.з
4.2.1. Ориентация и микроструктура плёнок Я'ВСОЖ^СО
4.2.2. Сверхпроводящие свойства плёнок К’ВСОЛ^ВСО
4.3. Модель роста плёнок 11ВСО
4.4. Гетероструктуры ОбВСО/ИгОз/БТО
4.4.1. Микроструктура и ориентация плёнок ОбВСО/8ТО
4.4.2. Осаждение тонких плёнок ОбВСО/КгОз/БТО
4.5. Гетероструктуры УВСО/ВагЮзЛУ^О
4.5.1. Гетероструктуры YBCO/BaZrOз на монокристаллических подложках (001)МцО.
4.5.2. Гетероструктуры YBCO/BaZrOз на металлических текстурированных подложках
4.6. Заключение
5. Выводы
Список использованной литературы:

1. Введение
Одним из наиболее актуальных направлений исследований в области сверхпроводящих материалов является создание так называемых ВТСП-проводов второго поколения, токонесущим элементом которых является текстурированный слой ВТСП состава КВагСизСЬ.б (ИВСО, II - редкоземельный элемент). Сверхпроводниковое оборудование на основе ВТСП-проводов крайне востребовано в различных областях современной энергетики, транспорта, физики высоких энергий и медицины. Использование сверхпроводников для создания линий электропередач, генераторов, моторов, трансформаторов, токоограничителей и магнитов позволяет снизить энергозатраты, уменьшить массу и размер этих устройств. Неугасающий интерес к оксидным сверхпроводникам вызван чрезвычайно высоким значением критической плотности тока ф в этих соединениях уже при температуре жидкого азота (77К), в том числе во внешнем магнитном поле. В ряде случаев ВТСП-материалы позволяют создать новое уникальное оборудование, нереализуемое в рамках традиционных подходов.
Высокая плотность критического тока в ВТСП плёнках реализуется только при наличии острой биаксиальной текстуры слоя. Увеличение разориентации соседних зёрен сверхпроводника друг относительно друга приводит к искажению на их границе слоёв [СиСЬ], благодаря которым и реализуются сверхпроводящие свойства в сложных купратах. Это приводит к падению критической плотности тока при увеличении угла разориентации. Плотность критического тока уменьшается почти на порядок величины уже при значении угла разориентации 10°. Очевидно, что создание длинномерных проводов с высокими сверхпроводящими характеристиками требует тщательного контроля текстуры плёнки 11ВСО. Наиболее высокая плотность критического тока реализуется при ориентации оси с структуры ЯВСО параллельно нормали к поверхности подложки и наличию единственного типа ориентации в плоскости аЬ, параллельной подложке.
Текстурированные металлические ленты, используемые в качестве подложек для роста плёнок ВТСП, обладают несовершенной текстурой со средним углом разориентации зёрен около 5°. Текстура плёнки ВТСП в данном случае определяется остротой текстуры подложки. Однако на ориентированный рост в немалой степени влияет также кристаллическая структура и параметры элементарной ячейки материала подложки. Даже при использовании монокристаллических подложек, в ряде случаев для плёнок КВСО характерно появление примесной ориентации как в плоскости подложки (поворот зёрен в плоскости относительно друг друга), так в направлении нормали к поверхности (вне плоскости подложки). Насколько нам известно, в литературе отсутствуют универсальные

материала подложки. Однако это влияние далеко не идентично. Плёнки ВТСП на перовскитных подложках (БгТЮз, ЬаАЮз и др.) с параметрами, близкими к ЯВСО, имеют чрезвычайно острую текстуру в плоскости, Д<р обычно не превышает 1.5° [например, 103]. С другой стороны, М§0, имеющий большое рассогласование с ЯВСО и потому эффективно промотирующий с-ориентированный рост, позволяет реализовать несколько вариантов ориентаций зёрен сверхпроводника в плоскости подложки, при которых ячейки повёрнуты друг относительно друга на угол 0°, 45°, а также достаточно широкий интервал промежуточных значений (Рис. 28, слева) [91].
Ф, град. Доля зёрен, повёрнутых на 45°
Рис. 28. Распределение кристаллитов УВСО в плоскости подложки MgO (слева). Зависимость критической плотности тока плёнок YBCO/MgO при 77К от содержания зёрен с эпитаксиальным отношением в плоскости <ЮО>УВСО // <110>MgO (справа).
Влияние примесной ориентации на критическую плотность тока в целом аналогично зависимости ]с от Аф (Рис. 28, справа) [104]. Увеличение примесной 45°-ориентации приводит к быстрому падению критической плотности тока вплоть до нуля.
Преимущественная ориентация плёнок (001) УВСО/(001 )М§0 в плоскости претерпевает изменение с увеличением температуры (Рис. 29) [91], а также, по всей видимости, зависит от предварительной обработки поверхности подложки [91, 105].