Исследование и разработка технологии получения пленок высокотемпературного сверхпроводника состава (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10 методом магнетронного нанесения

• Автор: Верюжский, Иван Васильевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 167 с. : ил.

Содержание

Список обозначений и сокращений

Введение.

1 Электрофизические свойства высокотемпературного сверхпроводника

состава В8г7Са2СияОю. Основные методы получения в пленочном виде

1.1 Сверхпроводпиковыс пленки системы В1РЬ8гСаСиО. Их основные свойства

1.2 Влияние материала подложки на сверхпроводящие свойства пленок ВКРДОгСаСиО.

1.3 Основные методы получения пленок состава В1РЬ8гСаСиО

1.3.1 Термическое испарение

1.3.2 Метод молекулярнолучевой эпитаксии

1.3.3 Лазерное испарение.

1.3.4 Химические методы осаждения
1.3.5 Магнетронное нанесение.
1.4 Формирование ВТСП пленок В1РЬ8гСаСиО при термической
обработке
Выводы по главе 1.
2 Моделирование процессов магнетронного нанесения многокомпонентных пленок.
2.1 Моделирование процессов распыления мишени.
2.2 Перенос атомов от мишени к подложке.
2.3 Осаждение на подложку.
2.4 Программа расчета и проверка адекватности модели
2.4.1. Проверка адекватности модели
Выводы по главе 2.
3. Оптимизация конструкции магиетронной распылительной системы
3.1 Оптимизация конструкции магнетронного источника.
3.1.1 Моделирование источников распыления различной конструкции
3.1.2 Разработка конструкции распылительного узла.
3.2 Конструкции столика для крепления подложек
3.3 Исследование и разработка конструкции мишени с улучшенным теплоотводом
3.4 Конструкция и характеристики базовых модулей установки магнетронного распыления
Выводы по главе 3.
4. Исследование влияния технологических факторов на параметры осажденного слоя
4.1 Методика подготовки подложек перед напылением.
4.2 Ранжирование технологических факторов, влияющих на состав нанесенной пленки
4.2.1 Оборудование для исследования состава пленок
4.2.2 Влияние мощности разряда.
4.2.3 Влияние температуры подложки на состав нанесенной пленки
4.3 Поиск оптимальных давлений газов методом планированного эксперимента.
5 Исследование влияния режимов термообработки на формирование кристаллической сруктурь сверхпроводника. Электрофизические свойства сверхпроводниковых пленок
5.1. Оборудование для рскрнсгаллизанионного огжига и исследования
электрических свойств сверхпроводниковых пленок.
5.1.1 Оборудование для рекристаллизационного высокотемпературного
5.1.2 Оборудование и методика для измерения электрофизических свойств ВТСП пленок
5.1.3 Оборудование для исследования толщины изготовленных пленок
5.2 Исследование процессов в пленке при отжиге
5.2.1 Влияние температуры отжига на свойства ВТСП пленок
5.2.2 Влияние состава атмосферы на свойства пленок
5.2.3 Влияние длительности отжига на свойства свсрхпроводниковых пленок.
5.3 Методика отжига в парах летучих компонентов.
5.4 Изготовление свсрхпроводниковых пленок с толщиной слоя менее
5.5 Исследование возможносги использования сверхпроводниковых пленок
в элементах электроники.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Предложена методика формирования кристаллической структуры сверхпроводника фазы В1- с помощью высокотемпературного рекристаллизационного отжига. В1-, изготовленных по разработанной методике. Предложен метод получения на монокристаллической подложке сверхпроводниковых пленок В1- с критической температурой выше 0 К, свойства которых позволяют их использовать для изготовления элементов электронной техники. Оптимизирована конструкция магнетронной распылительной системы, которая позволяет получать однородные но толщине и составу многокомпонентные пленки (ВцРЬЬВ^СагСизОю на подложках диаметром мм. Предложен способ изготовления устойчивой к растрескиванию мишени дш магнетронного метода нанесения многокомпонентных пленок сверхпроводника системы В1(РЬ)$гСаСиО. Получены данные о критических температурах, плотностях тока и магнитных свойствах пленок , которые могут быть использованы при разработке элементов электронной техники. Продемонстрирована возможность изготовления сверхпроводниковых электронных элементов на основе пленок сверхпроводника Вь. Тл. Личный вклад автора. Автору принадлежит решение задач, перечисленных в разделе цель исследования и основные задачи. Это разработка модели нанесения пленок при магнетронном распылении многокомпонентной мишени, оптимизация конструкции магнетронной распылительной системы (MPC), модернизация установки магнетронного нанесения В ГСП пленок (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O|0, разработка способа изготовления мишени для магнетронного распыления, определение технолог ических параметров, при которых формируется пленка заданного состава, разработка технологии высокотемперату рного отжига нанесенных пленок с целью формирования структуры сверхпроводника, формулировка критериев выбора параметров отжига, при которых происходит преимущественный рост высокотемпературной фазы , выполнение большей части экспериментов, анализ результатов, формулировка научных положений и выводов, выносимых на защиту. Достоверность научных положений, результатов и выводов. Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждена: комплексным характером проведенных исследований, сравнительными результатами исследований методами электронной и атомно-силовой микроскопии, рентгенофазового анализа. Полученные экспериментальные результаты и предложенные методики не противоречат известным теоретическим моделям и представлениям, которые были экспериментально подтверждены. Их коррскгность подтверждается результатами других исследователей. Все исследования проведены на сертифицированном оборудовании. Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы используются в ООО «Вортис», ЗАО «Импеданс» для изготовления датчиков магнитного поля, а также в учебном процессе МИЭТ. Технология получения на подложке MgO эпитаксиальных сверхпроводящих пленок состава (В^РЬ^ГгСагСизОю толщиной менее 0 нм с критической температурой выше 0 К на основе метода магнетронного распыления. Метод расчета конструктивных параметров системы магнетронного распыления для получения однородных по составу и толщине многокомпонентных пленок. Технология формирования кристаллической структуры сверхпроводника (ВцРЬ^пСагСизОю с преимущественным содержанием этой фазы при термической обработке. Результаты экспериментальных исследований электрофизических и магнитных свойств полученных структур сверхпроводника (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cuio. Апробация работы. НТК «Микроэлектроника и информатика» (Москва г. НТК «Микроэлектроника и наноинженерия» (Москва г. НТК «Физика и технология микро- и наносистем» (Санкт-Петербург г. НТК "Proceedings of“Nauka i inowacja-” (Przemysl, 1 lr. Публикации. По теме диссертации опубликовано печатных работ: 5 статей в журналах, в том числе одна в зарубежном журнале, 9-в трудах конференций, 2 патента РФ. Перечень ВАК. ГББ, №7-ГБ-1 -РНП-СИМЭ, №1-ГББ-СПМЭ, №НК-9П. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений. Содержание диссертации изложено на 3 страницах и включает: рисунков, таблиц и список использованных источников, включающий 8 наименований. В приложениях содержатся акты о внедрении результатов диссертационной работы.