Способ получения сверхпроводящих метастабильных фаз

аса сеерц ОП ИСАИ 4 ив ИЗОБРЕТЕН ИЯ виДД 1433 Союз Соввтскмн Социалмстм нескин Республикннтельное к авт, саид.ву -влено 23,07.76(21) 2387526118 25 М. Кл. единением заявки2387535/2 01 Ь 39 Государственный ноннтет СССР ео делам нэооретеннй н открытий,326 Дата опубликован описания 08,03.79 етросян, О. И, Васин, С, И. Степин, П. А, Скрипки и Н. Ф. Бондаренко(72) Авторы изобретенн ики полупроводник 1) Заявитель АН ССС тит ТАСТАБИЛЬНЫХ ФАЗ Я 4) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХП Изобретение относится к области элек-. тротехники и электроники, преимуществеи- но микроэлектроникр, и может быть исспользовано для изготовления сверхпроводников и пленочных микросхем, в том числе криоэлектронных,В современной микроэлектронике применяются слои элементов и соединений со структурой стабильных кристаллических модификаций, Однако, далеко не все вещества с нормальной кристаллической решеткой являются сверхпроводниками. В то же время у многих этих веществ метастабильные структурные модифнка-. пии обладают сверхпроводимостью.Для получения сверхпроводящих мета- стабильных фаэ используются высокие давления, благодаря чему получаемые мес. тастабильные фазы принято называть фазами высокого давления, В этзм способе кристаллы с нормальной решеткой подвергаются действию давлений в десятки и сотни килобар, затем охлаждаются до температур, при которых некоторые метастабильные фазы сохраняются при атмосферном давлении, и давление снимается Я,Однако, способ с использованием высоких давлений непригоден для получения пленок метастабильных фаэ, пленочных структур и микросхем, а громоздкость оборудования, используемого в данном способе, делает его сложным и дорогостоящим.Известен более простой и доступныйспособ получения метастабильных фаз,пригодный для получения слоев метастабильных фаз 121,Способ заключается в том, что ростслоев проводят при температуре 300 Ки выше со скоростью 0,2 - 0,8 мкм/с,превышающей скорость фазовмх переходов. В этих условиях проявляется новыймеханизм кристаллизации;. при быстройконденсации структурные фазовые превращения запаздывают во времени и кристаллизация идет из аморфной фазы вконечную нормальную структуру черезкристаллические метастабильные фазы" -"саций являются кратковременность существования метастабильных фаэ (ихвремя жизни не превышает 0,02 с) иотсутствие воэможности управления продолжительностью времени жизни метастабильных фаз.Цель предлагаемого изобретенияувеличение времени жизни метастабильныхфаэ и управление его продолжительностью,Она достигается тем, что рост слоевведут при температурах ниже температуры перехода через метастабильные фазыв конечную структуру, затем изменяюттемпературу до величины, обеспечивающей переход в метастабильную фазу,после чего устанавливают температуру,обеспечивающую заданное время жизниметастабильной фазы, причем изменениевелйчины температуры проводят в течение времени жизни метастабильной фазы,Так как время жизни Г определяется кинетикой процесса фазовых превращений и связано по закону Аррениуса стемпературой (Т) экспоненциальноС"-А(Вт),где А, В - коэффициенты,то, изменяя температуру, время жизниможно увеличивать и управлять его про-должительностью в широких пределах(от долей секунды до десятков и сотенлет), Таким образом, реализуются возможности существенного увеличения времени жизни метастабильных фаз и управления его продолжительностью,Далее в заданное время производятнагрев слоев вьппе точки фазового перехода метастабильных фаз .в конечнуюструктуру. В этом диапазоне температурметастабильные фазы теряют свою устой-4(чивость и превращаются в конечнуюструктуру. Таким обрезом, реализуетсявозможность в течение заданного временистабилизировать метастабильные фазы,Стимулирование указанных фазовых переходов находится вне зависимости отсюсоба энергетического воздействия иможет быть вызвано омичееким нагревом, током, токами высокой частоты, облучением лучистой энергией и т. д.П р и м е р. Получение метастабильных фаз антимонида индия, висмута исурьмы осуществляется испарением иконденсацией паров в вакууме на изолируюших подложках. Скорость конденсации (роста) слоев превышает скоростьфазовых переходов и составляет 1 мкм/с,Высокие скорости роста достигаются испарением порошкообразных порций вещества весом 25 мг из тантал-ниобиевоголенточно-шелевого испарителя путем егооразогрева до 1600 - 1800 С мощнымимпульсом тока ( ф 100 А) длительностью 1 - 2 с. Пленки имеют толщифну 500 - 1000 А.фазовые переходы регистрируются по электропроводности пленок, оптически, а также электронографически. Перед получением пленок на подложку наносятся металлические измерительные контакты, подложка укрепляется на охлаждаемом держателе, контакты подсоединяются к измерительной схеме, о помощью которойведется непрерывная запись проводимости пленок, в испаритель помещаетсянавеска выбранного вещества, и система-4твакуумируется до 10 - 10 тор,Затем подложка охлаждается до температуры 80 К, при которой заведомо конденсируются аморфные слои, и проводится напыление аморфной пленки. После-дующий нагрев пленки приводит к последовательности фазовых переходов: аморфная фаза - метастабильные фазы - конечная структура. В процессе температурных воздействий ведется запись проводимости пленки. Фазовые превращениясопровождаются большими (на несколько порядков) скачками проводимости плен.нок, по которым определяются точкифазовых переходов, Для слоев антимонида индия температура переходов аморфнойфазы в метастабильные и метастабильных фаз в конечную структуру соответственно равна Тд,= 205 К и Тцц =240 К.Аналогичным образом определяютсяточки фазовых переходов дая висмута исурьмы. Температура переходов аморфнойфазы в метастабильные и метастабильных в конечную структуру для этих веществ соответственно равнаТдм= 90 К и Тмк = 270 К - цляслоев висмутаТ,115 К и Т = 245 К - дляслоев сурьмы,После определения точек фазовых пе+реходов проводятся повторные опыты пополучению и стабилизации метастабильных фаз, Слои аморфных фаз получаются при любых температурах ниже точкиТщфазового перехода аморфной фазыв метастабильную. Далее, нагревом до