Лазерное напыление и исследование пленок высокотемпературного сверхпроводника YBa2 Cu3 O7- δ для применений в пассивных высокочастотных устройствах

• Автор: Парафин, Алексей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 162 с. : ил

Содержание
Введение
Глава 1. Исследование процессов роста пленок высокотемпературного сверхпроводника УВСО на сапфире

1.1. Введение

1.2. Структура и свойства тонких пленок УВСО

1.3. Подложки и подслои для эпитаксиального роста УВСО

1.4. Способы получения эпитаксиальных пленок УВСО и подслоев

1.5. Экспериментальная установка лазерного напыления

1.6. Методы измерения параметров тонких пленок

1.7. Исследование процесса роста подслоев окиси циркония на сапфире

1.8. Исследование процесса роста и свойств пленок УВСО на сапфире

с подслоем
1.9. Выводы
Глава 2. Исследование структуры и транспортных свойств УВСО пленок наномегровой толщины
2.1. Введение
2.2. Измерение толщины слоев УВСО
2.3. Орторомбическая структура в тонких и сверхтонких слоях УВСО
2.4. Транспортные свойства сверхтонких и тонких пленок УВСО
2.5. Выводы
Глава 3. Исследование влияния низкотемпературного отжига на структуру и свойства тонких пленок высокотемпературного сверхпроводника УВСО
3.1. Введение
3.2. Содержание кислорода и свойства ВТСП
3.3. Низкотемпературный отжиг пленок УВСО
3.4. Выводы
Глава 4. Исследование нелинейных свойств пленок УВСО в резонансных системах
4.1. Введение
4.2. Нелинейные свойства ВТСГ генерация гармоник и интермодуляция
4.3. Измерение интермодуляции в резонаторе с одной связью
4.4. Экспериментальные исследования нелинейных свойств ВТСП пленок
4.5. Выводы.
Глава 5. Высокодобротный перестраиваемый ВЧ контур
5.1. Введение
5.2. Резонансные ВТСП устройства ВЧ и УКВ диапазона
5.3. Конструкция высокодобротного перестраиваемого контура и технология
изготовления ВТСП катушек индуктивности
5.4. Характеристики одиночных ВТСП катушек
5.5. Зависимость частоты контура от расстояния между катушками
5.6. Зависимость добротности перестраиваемого контура от частоты
5.7. Выводы
Заключение
Приложение к Главе 4. Расчет генерации комбинационной гармоники в цилиндрическом и диэлектрическом резонаторах
Список цитированной литературы


Изучены процессы формирования тонких пленок высокотемпературного сверхпроводника на сапфире с подслоем. Методами рентгеновской дифракции исследована структура пленок УВСО в зависимости от температуры роста. Проведено измерение температуры сверхпроводящего перехода и СВЧ поверхностного сопротивления пленок. Показано, что оптимальный интервал температур осаждения для формирования пленок с низким поверхностным сопротивлением составляет около °С. Получены пленки УВСО толщиной 0им на сапфире с поверхностным сопротивлением менее 1мОм на частоте ЮГГц и при температуре К. Вторая глава посвящена проблеме получения и исследования тонких и сверхтонких, толщиной в несколько монослоев УВСО, эпитаксиальных пленок. Изучение сверхтонких слоев позволяет понять процессы, происходящие на начальном этапе роста пленки. Большой интерес представляет исследование предельных возможностей метода лазерного напыления по изготовлению пленки УВСО толщиной в несколько постоянных решетки по оси с. Для решения этих задач необходимо проводить измерение толщины и сверхпроводящих свойств очень тонких пленок, что само по себе является достаточно серьезной проблемой. В этой главе рассмотрены методики измерения толщины и свойств сверхтонких пленок. Проведено исследование структуры, температуры перехода в сверхпроводящее состояние и поверхностного СВЧ сопротивления пленок УВСО в диапазоне толщин от 5 до ЗООнм на подложке алюмината лантана. Оказалось, тгто пленки толщиной более 9нм сохраняют электрические свойства объемного материала. Для пленок меньшей толщины наблюдается деградация транспортных свойств, наиболее вероятной причиной которой является уменьшение оргоромбичности УВСО. В третьей главе предложено использовать для модификации свойств ВТСП пленок низкотемпературный отжиг при температурах ~0°С при различных давлениях кислорода. Показано, что изменение свойств пленки при таком отжиге обусловлено изменением содержания кислорода в структуре. Применение столь низких температур позволило подробно проследить влияние такого отжига на структуру, критическую температуру и удельное электросопротивление пленки и нормальном состоянии. Обнаружено, что в пленках высокотемпературного сверхпроводника УВСО может наблюдаться “переокислепное” состояние с пониженной критической температурой, и с помощью отжига может быть увеличепа критическая температура пленки. Четвертая глава посвящена анализу нелинейности в пленках ВТСП. В этой главе предложена новая методика измерения нелинейности. Методика основана на использовании одновходового резонатора с критической величиной связи, что позволяет повысить чувствительность измерений в 1/К раз, где Я - малый коэффициент отражения сигнала накачки от резонатора. Б. В диэлектрическом резонаторе проведены измерения нелинейных свойств пленок УВСО на частоте ГГц. Получены зависимости мощности сигнала на комбинационной частоте от мощности накачки, соответствующие кубической нелинейности, что позволило, используя решение задачи о генерации комбинационной частоты, определить нелинейные характеристики пленок. Решение такой задачи для цилиндрического и диэлектрического резонаторов приведено в Приложении к Главе 4. Пятая глава написана по результатам работы, направленной на применение пленок УВСО в ВЧ диапазоне. Здесь описана конструкция высокодобротного перестраиваемого контура и технология изготовления планарных катушек индуктивности для такого контура. Проведено исследование добротности одиночных катушек индуктивности, изготовленных на подложках тнтаната стронция, алюмината лантана и гапата неодима. Оказалось, что при использовании подложек галата неодима могут быть достигнуты добротности 0> для частот -МГц. На основе двух планарных катушек создан механически перестраиваемый колебательный контур ВЧ диапазона, имеющий рекордные диапазон перестройки резонансной частоты (8МГц - МГц) и собственную добротность выше 5 при температуре жидкого азота. В главе представлены зависимости добротности и коэффициента передачи перестраиваемого контура от частоты. В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертационной работе.