Конструкторско-технологические принципы проектирования и изготовления радиоэлектронных компонентов из сверхпроводящих иттрий-бариевых купратов

• Автор: Фирсов, Николай Илларионович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 332 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ.

1 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВЕРХПРОВОДНИКОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ

1.1 Основные свойства сверхпроводников.

1.1.1 Критическая температура и критическое магнитное поле.

1.1.2 Куперовские пары и нормальные возбуждения в сверхпроводнике.

1.1.3 Квантовые свойства куперовских пар.

1.1.4 Разрушение сверхпроводящего состояния

1.2 Эффект Джозефсона

1.2.1 Туннелирование куперовских пар в системе сверхпроводникизоляторсверхпроводник Б
1.2.2 Стационарный и нестационарный эффекты
Джозефсона в туннельных структурах
1.2.3 Влияние магнитного поля на джозефсоновский переход.
1.2.4 Эффекты Джозефсона в слабосвязанных сверхпроводниках
1.2.5 Системы джозефсоновских контактов
1.3 Применение слабосвязанных сверхпроводников. СКВИДмагнитометры
1.3.1 Физические основы работы магнитометров.
1.3.2 Принципиальная блоксхема ВЧ СКВИДа и анализ ее работы
1.3.3 Шумы ВЧ СКВИД магнитометра
1.3.4 Техническая реализация ВЧ СКВИД магнитометров.
1.3.5 Электронные устройства на основе СКВИДов
1.4 Активные и пассивные ВТСП элементы в электронных устройствах.
1.4.1 Формирование рынка ВТСП элементов.
3.4.2 Характеристики современных ВТСП СКВИДов.
1.4.3 Основные характеристики ВТСП магнитных экранов
Ь 1.4.4 Материалы для изготовления ВТСП элементов
электронной техники
1.5 Цель и задачи исследований.
2 ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И РЕЗИСТИВНЫЕ СВОЙСТВА ИТТРИЙ БАРИЕВЫХ КУПРАТОВ
2.1 Схема технологического маршрута
2.2 Выбор и дозировка исходного сырья
2.3 Выбор режимов помола смеси и брикетирование.
2.4 Граничные режимы и особенности протекания твердофазной реакции в системе УОз ВаСОз СиО.
2 5 Методы контроля I стадии технологического процесса
2.6 Выбор режимов дробления спека, помола и таблетирования
2 7 Граничные режимы высокотемпературного отжига ВТО
2.8 Качественная модель физикохимических процессов при ВТО.
. Морфологические особенности иттриевой керамики
2.9 Факторный эксперимент для технологических режимов изготовления керамики
Резюме к главе
3 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКРАНИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ОБЪЕМНЫХ ВТСП МАГНИТНЫХ ЭКРАНОВ
3.1 Метод горячег о литья под давлением.
3.2 Технологические режимы изготовления ВТСП объемных
магнитных экранов.
3.3 Коэффициент экранирования монолитного и составного ВТСП магнитных экранов
3.4 Модель джозефсоновской среды и основные внутренние параметры керамических ВТСП магнитных экранов
3.5 Резюме к главе
4 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОБЪЕМНЫХ ВТСП КВАНТОВЫХ ИНТЕРФЕРОМЕТРОВ
РАЗЛИЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ
4.1 Технология изготовления объемных ВТСП интерферометров
4.2 Методика определения работоспособности ВТСП
интерферометров.
4.3 Технологические приемы улучшения параметров ВТСП интерферометров и технология восстановления их работоспособности
4.4 Методы защиты слабой связи ВТСП интерферометров
4.5 Резюме к главе 4.
5 ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВТСП ВЧ СКВИДМАГНИТОМЕТРА И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА
ЕГО ОСНОВЕ
5.1 Исследование работы СКВИДмагнитометра на основе объемных ВТСП интерферометров различных конструкций.
5.2 Исследование основных технических характеристик ВТСП градиентометра для магнитокардиографа.
5.3 Исследование основных технических характеристик установки для измерения магнитной восприимчивости на основе
ВТСП ВЧ СКВИДмагнитометра
5.4 Применение объемных ВТСП СКИ и магнитного экрана в измерителе ослабления электромагнитных колебаний в радиочастотном диапазоне
5.5 Резюме к главе 5.
6 ХИМИКОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГРУППОВОГО СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОЛСТОПЛЕНОЧНЫХ
ВТСП РАДИОКОМПОНЕНТОВ.
6.1 Технология изготовления толстых пленок.
6.2 Электрофизические свойства толстых поликристаллических пленок УВагСщОбх.
6.3 Оценка внутренних параметров толстых пленок из вольтполевых характеристик
6.4 Технологический маршрут и основные технологические операции изготовления толстопленочных ВТСП микроэлементов
6.5 Микропрофилирование керамических пластин
6.6 ВТСП спиральный резонатор с перестраиваемой частотой
6.7 Проектирование толстопленочного интерферометра
ВТСП квантового интерферометра.
6.8 Резюме к главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Прежде всего оценим размер куперовской пары, исходя из соотношения неопределенности ДеДт Ь Размер куперовской пары принято еще трактовать как расстояние, на котором проявляется корреляция электронов сверхпроводника. Это расстояние принято называть длиной корреляции или когерентности и обозначать символом Е,. Если в металле длина свободного пробега электрона проводимости Е,, ТО кУр 2Д. Ур скорость электронов на поверхности Ферми. Значения для ряда элементов приведены в табл. Выражения 1. Т сТс. При повышении температуры Т Тс возрастает по закону
1
Обратимся теперь к конденсату куперовских пар и рассмотрим его некоторые свойства. Для описания свойств конденсата удобно использовать введенное Гинзбургом и Ландау 5 понятие волновой функции Ч, описывающей параметр порядка спаренных электронов сверхпроводника. Дг и хг в тех или иных экспериментальных условиях. Из соотношения 1. X не входит в свойства сверхпроводников, зависящих от плотности конденсата. Напротив, она играет существенную роль во всех кинетических явлениях. V Vx. Для того чтобы понять некоторые свойства конденсата обратимся к теории поля. В ней используется понятие векторного потенциала А. V2 4i, 1. V , 1. Рассмотрим односвязный сверхпроводник. Д. V, то из 1. V2V, V2V, 1. X 2 i2. Параметр X называют лондоновской глубиной проникновения. Экспериментально определенные значения X X при Т 0 К приведены в табл. Решение уравнений 1. I Мейснера. Нс. Рассмотрим не односвязный сверхпроводник, как выше, а сверхпроводник с отверстием. Для него уже нельзя полагать 0. Тогда согласно 1. Ад1 тИ. Но, так как Н пЛА, контурный интеграл от А равен интегралу по поверхности, натянутой на контур, т е. Аг ин1Ф,
где Ф магнитный поток, пронизывающий контур. Ф тФ0, 1. Ф0 квант магнитного поля в сверхпроводнике. Левая часть этого уравнения называется флюксоидом. Соотношение 1. Ф0 2. Вб 1. Квантование магнитного потока через отверстие в сверхпроводнике неоднократно проверялось экспериментально. Он всегда оказывался равным целому числу квантов. У8, что справедливо до тех пор, пока скорость У5 достаточно мала. Глубина проникновения играет существенную роль в свойствах сверхпроводников, особенно если их размеры не очень велики. Приведенные в табл. I. В другом крайнем случае , глубина проникновения X Х1У,0 . Тс глубина проникновения должна возрастать. В первом приближении X А. У,. Если энергия его движения достигнет энергии разрыва пар, произойдет разрушение сверхпроводящего состояния. Критической скорости конденсата V . Плотность критического тока металлов в сверхпроводящем состоянии очень велика и составляет при Т К порядка 8 Асм2. Если скорость V,. У8С, то происходит изменение плотности пар. Величина связана с критическим магнитным полем. Первый случай соответствует сверхпроводникам I рода, второй сверхпроводникам II рода. Деление сверхпроводников на два рода определяется поверхностной энергией на границе раздела нормальной и сверхпроводящей фаз. При этом поверхностная энергия положительна, если 0. I рода и отрицательна, если 0. Е, сверхпроводник II рода. Из табл. ЫЬ относится к сверхпроводникам II рода. Распределение магнитного поля в сверхпроводниках II рода было рассчитано Абрикосовым. Он показал, что поле проникает в сверхпроводник в виде отдельных нитей вихрей. В каждой нити сосредоточен поток, кратный Ф0. Магнитное поле удерживается в центре нити сверхпроводящими токами, циркулирующими вокруг нее. Структура вихря и их распределение в образце приведены на рис. Рис. Они были обнаружены экспериментально рис 1. Рис. Топография распределения поля в сверхпроводнике Пго рода чрные точки участки с полем. Если по сверхпроводнику II рода пропустить транспортный ток, то под действием силы Лоренца Р х нити придут в движение. В реальных сверхпроводниках нити закрепляют на различных дефектах. Явление закрепления нитей на дефектах называют пиннингом. Для технических целей стремятся приготовить материалы с максимально возможным пиннингом. В таких материалах удается достичь плотности тока Асм2 во внешних магнитных полях 4 Дум. Критическая плотность тока для различных сверхпроводящих сплавов приведена на рис.