Способ получения толстых пленок, обладающих высокотемпературной сверхпроводимостью

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОЛСТЫХ ПЛЕНОК, ОБЛАДАЮЩИХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПРОВОДИМОСТЬЮ, на основе соединений Bi Sr Ca Cu O, включающий нанесение смеси из окислов и карбонатов элементов, входящих в соединение, на подложку, нагрев и последующий отжиг, отличающийся тем, что, с целью расширения класса используемых подложек, нагрев осуществляют 1 20 мин при 910 950^oС, а последующий отжиг проводят при 840 890^oС в течение более 3 ч.

Изобретение относится к электронике, а именно к получению на поликоровых (поликристаллический Al₂О₃) подложках токопроводящих элементов и покрытий в виде толстых пленок на основе соединений системы Bi-Sr-Ca-Cu-O, обладающих сверхпроводимостью при температурах выше температуры кипения жидкого азота (высокотемпературная сверхпроводимость ВТСП).
Известно несколько способов получения толстых пленок с ВТСП на основе соединений системы Bi-Sr-Ca-Cu-О. Исходную смесь требуемого состава в виде порошка или пасты с органическими добавками наносят на подложки и проводят ее спекание в диапазоне 830-900^оС в течение 30-60 мин.
Сверхпроводящие пленки были получены при использовании монокристаллических подложек из MgО или SrTiО₃. На подложках из Al₂О₃ сверхпроводящие пленки не удалось изготовить при описываемых режимах.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения толстых сверхпроводящих пленок на основе известной системы Bi₂Sr₂Са Cu₂О_х.
По этому способу смесь из порошков оксидов и карбонатов исходных веществ наносят на подложку из монокристаллического MgО. Подложку со смесью нагревают до 1200^оС, при которой выдерживают 30 мин. Затем подложку охлаждают до 700-900^оС и затем отжигается за время до 2 ч.
Однако в этом способе под действием высокой температуры и больших времен нагрева происходит химическое взаимодействие пленок с подложкой, пленки распадаются на отдельные небольшие участки и получающиеся образцы не обладают сверхпроводящими свойствами.
Целью изобретения является расширение класса используемых подложек.
Цель достигается тем, что нагрев осуществляют 1-20 мин при 910-950^оС, а последующий отжиг проводят при 840-890^оС в течение более 3 ч.
Цель изобретения достигается тем, что нагрев при высокой температуре (910-950^оС) приводит к кратковременному плавлению исходной смеси и ее взаи- модействию с подложкой для получения хорошей адгезии. Последующий отжиг при более низкой температуре способствует образованию сверхпроводящей фазы в пленках.
П р и м е р. Для нанесения пленок используют смесь из порошков Bi₂О₃, SrCO₃, CaCO₃ и CuО. Порошки смешивают для получения конечного соединения Bi₂Sr₂Ca Cu₂О_у в следующем соотношении Bl₂O₃:SrCO₃:CaCO₃:CuO 4,7:1,6:3,0: 1,0. Полученную смесь тщательно перетирают 10-15 мин в агатовой ступке. Если в дальнейшем требуется употребление пасты, то в полученной после перетирания смеси добавляют глицерин в соотношении порошковая смесь: глицерин 3:1 ч. В качестве органической добавки для получения пасты может использоваться также ланолин или вазелиновое масло в том же соотношении.
Полученную смесь порошка массой 0,3 г наносят в виде прямой линии 40х2мм² на прямоугольную поликоровую подложку размером 60х50х1мм³. Подложку устанавливают в печь, предварительно нагретую до 920^оС. После выдержки в течение 5 мин температуру в печи уменьшают до 870^оС и проводят отжиг в течение 6 ч. После отжига подложку с полученной пленкой извлекают из печи и охлаждают на воздухе.
Электрические параметры пленок измеряют по четырехзондовой схеме, где в качестве источника тока используют звуковой генератор ЗГ-10 и в качестве измерителя напряжения селективный микровольтметр У2-8. Электрические контакты к пленке получены нанесением с помощью втирания расплавленного In и припаивания к ним тонких проволочек из Сu. Расстояние между контактами 10-12 мм.
При измерениях подложку опускают в ванну с жидким азотом и фиксируют величиной напряжения. При напряжении между средними зондами порядка десятков милливольт при комнатной температуре и отсутствии напряжения при азотной температуре пленка считается сверхпроводящей.
Проведенные измерения показывают, что пленка, полученная в описываемом режиме, обладает сверхпроводимостью при температуре жидкого азота. Результаты, получаемые на пленках, изготовленных при других режимах, приведены в таблице.
Предлагаемый способ получения сверхпроводящих пленок на поликоровых подложках позволяет решить задачу по изготовлению электронных схем со сверхпроводящими соединениями на подложках, широко используемых в настоящее время. Технология изготовления поликоровых подложек хорошо отработана и их стоимость значительно ниже подложек из монокристаллических SrTiО₃ или МgО. Предлагаемый способ позволяет также упростить изготовление приборов, использующих эффект сверхпроводимости при температуре жидкого азота, типа переходов Джозефсона, СВЧ-резонаторов, экранов и др.
Способ получения толстых пленок, обладающих высокотемпературной сверхпроводимостью. Использование: электроника. Сущность изобретения: нагревают 1 - 20 мин при 810 - 950°С, отжигают при 840 - 890°С более 3 ч. 1 табл.