Способ получения монокристаллов высокотемпературных сверхпроводников

(5 Т И Изобретен монокристалл сверхпроводн быть использо технике низких ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт струкАН СССР(56) Козеева Л,П, и др, Выращивание иисследование кристаллов УВа 2 СозОх, -Расширенные тезисы 7-й Всесоюзной конференции по росту кристаллов. М,: 1988, т. ,с. 406.Александров В.И, и др. Синтез и выращивание монокристаллов УВа 2 Сцз 06,5+х израсплава и использование метода прямоговысокочастотного нагрева в холодном контейнере, - Расширенные тезисы 7-й Всесоюзной конференции по росту кристаллов.М 1988, т, , с. 378-379,Мелех Б,Т, и др, Получение из расплаваполи- и монокристаллов соединенийпВа 2 Сцз 07.6 ( и - У, За, бд, Но, Оу, Ег). -Расширенные тезисы 7-й Всесоюзной конференции по росту кристаллов. М,; 1988, т,, с. 416,%18 турной макрокийетики ие относится к получению ов высокотемпературных ков ВТСП, которые могут аны в микроэлектронике и температур;.Известен способ получения монокриаллов высокотемпературных сверхпроодников, в частности УВа 2 СозОх, лючающий плавление исходного веществ тигле и кристаллизацию расплава.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ(57) Изобретение относится к получению. монокристаллов высокотемпературных сверх- проводников (ВТСП), которые могут найти применение в микроэлектронике и технике низких температур, Обеспечивает получение монокристаллов в системе В-Яг-Са-СоОС одинаковой температуры перехода Т - Тс в сверхпроводящее состояние, а также увеличение однородности кристаллов и Т, Способ включает индукционное плавление исходного материала в холодном тигле и кристаллизацию .расплава перемещением тигля относительно индуктора. Сначала перемещение тигля ведут со скоростью 1-5 . мм/ч при постоянном значении напряжения на индукторе. а после его изменения - со скоростью 0,01-0,80 мм/ч до полной кристаллизации расплава, а затем ее увеличивают до 10 мм/ч, Кристаллы отжигают в среде кислорода при 300-550 С, Получены кристаллы размером 4 х 2 х 0,05 с воспроизводимостью свойств по Тс до 100. 1 з.п.флы, 1 табл,. 3 ил. Недостатками этого способа являются загрязнение получаемых кристаллов материалом тигля и получение монокристаллов с различными температурами перехода в сверхпроводящее состояние.Известен способ получения монокристаллов УВа 2 Соз 06,6 х, включающий прямое индукционное плавление исходной шихты в холодном тигле и. направленную кристаллизацию расплава со скоростью 1-3 мм/ч.йе происходит и именно на этом участке осу-.ществляют перемещение тигля со скоро стью 1-5 мм/ч.При использовании на этом участке скоростей меньше 1 мм/ч существенным образом успевает измениться фазовый состав зародышевых кристаллов, что ухудшает усНедостатками данного способа являются получение монокристаллов лишь в системе У-Ва-Сц-О и невозможность получения монокристаллов с одинаковой температурой перехода в сверхпроводящее состояние.Известен способ получения монокристаллов 1 пВа 2 Сцз 07-6, где и-У,Яе,бб,Оу, Но,Гг, включающий прямое индукционное плавление исходного вещества в холодном тигле и кристаллизацию расплава перемещением тигля относительно индуктора,Недостатком известного способа являются различные температуры перехода в сверхпроводящее состояние получаемых кристаллов и невозможность выращивания монокристаллов в системе В 1-Яг-Са-Сц-О.Целью изобретения является получение монокристаллов в системе В 1-Зг-Са-Сц-О с одинаковой температурой перехода всверхпроводящее состояние, а также увеличение однородности кристаллов и температуры перехода в сверхпроводящее состояние,Поставленная цель достигается тем, чтов способе получения монокристаллов сверх- проводников, включающем индукционное плавление исходного материала в холодном тигле и кристаллизацию расплава перемещением тигля относительно индуктора, перемещения тигля сначала ведут со скоростью 1-5 мм/ч при постоянном значении напряжения на индукторе, после его изменения - со скоростью 0,01-0,8 мм/ч до полной кристаллизации расплава, а затемее увеличением до 10 мм/ч, и кристаллы отжигают в среде кислорода при 300-550 С.На фиг, 1 показана характерная зависимость напряжения на индукторе от временив процессе получения кристаллов, Послеподачи Вч напряжения на индуктор веще ство стартового нагрева нагревается, плавится, расплавляется и шихта в тигле (область 1), затем процесс стабилизируется (область П), после чего для уменьшения перегрева расплава снижают напряжение на индукторе и выдерживают некоторое времй в стационарном режиме - стадия гомогени, зации расплава (область 111) и лишь затем осуществляют направленную кристаллиэацию. расплава (область 1 Ч) перемещениемтигля относительно индуктора, На участке 1 Ч а изменения напряжения 5 10 15 20253035404550 ловия получения кристаллов высокотемпературных сверхпроводников в системе В 1 Зг-Са-Сц-О с одинаковой температуройперехода в сверхпроводящее состояние.Использование скоростей свыше 5 мм/чухудшает условия гомогениэации расплава.С момента изменения напряжения наиндукторе (т 4) скорость перемещения тигля устанавливают 0,01 - 0,8 мм/ч и поддерживают до полной кристаллизациирасплава, после чего увеличивают скорость.перемещения тигля до 10 мм/ч, реализуетсяотжиг полученного материала (область Ч).Уменьшение скорости перемещениятигля меньше 0,01 мм/ч не улучшаетсвойств полученных монокристаллов повоспроизводимости температуры переходав сверхпроводящее состояние Тс измененной при сопротивлении, близком к нулю, носущественно снижает Тс этих кристаллов.Увеличение скорости перемещения тигля научасткеЧ больше 0,8 мм/ч препятствуетполучению монокристаллов с одинаковойтемпературой перехода в сверхпроводящеесостояние,При использовайии после кристаллизации расплава скоростей перемещения тигляболее 10 мм/ч ухудшаются условия отжига,т.е, хуже устраняются термические напряжения и в итоге ухудшается качество кристаллов, в частности повышается иххрупкость, затрудняется их извлечение избули и снижается температура перехода всверхпроводящее состояние.Процесс получения монокристаллов может проводиться как на воздухе, так и всреде кислорода.Насыщение отдельно выделенных кристаллов кислородом в среде кислорода при300-550 С приводит к повышению Тс на 812 С, при этом для кристаллов, имевшиходинаковую Т, Тс возрастает на одну величину, т,е. наблюдается воспроизводимостьсвойств и после насыщения кислородом,П р и м е р 1. В камеру с индукторомпомещают холодный тигель диаметром70 мм, в который засыпают высокотемпературный сверхпроводник составаВ 123 г 2 СаСц 20 з-х сдисперсностью не менее1 мм. В центр тигля помещают это же вещество в виде плотноспеченных кусков с размерами 10-15 мм (вещество стартовогонагрева). На индуктор подают высокочастотное напряжение до 3 кВ. Идет нагревкрупных кусков исходного вещества, плавление их и плавление порошкообраэного вещества в тигле, Формируется ваннарасплава, Процесс стабилизируется. Дляуменьшения перегрева расплава снижают1733515 Тсдля кристаллов после насыщения кислородом, К Температура перехода в сверхпроводящее состояние Тдля кристаллов К Рабочая скорость перемещения тигля Ч 2, мм/ч Начальна скорость перемеще ния тигл Ч 1, мм/ч Воспроизводи"МОСТЬСВОЙСТВристалОВ ПО Тс,/ Скорость Количестперемеще- во крисния тигля таллов из послекрис- серии в 10 таллизации штук с одирасплава наковой Чз, мм/ч Т, шт. 2 х 1,5 х 0,021 х 1 х 0,021,5 х 1,5 х 0,022 х 1,5 х 0,02Зх 1,5 х 0,054 х 2 х 0,054 х 2 х 0,05 0,51,510,50,10,05.0,01 70 66 65 63 50 90 100 100 72 69 10 10 напряжение на индукторе до 0,6 кВ и послеустановления стационарного режима (зна, чение Ц постоянно) выдерживают его втечение 1,5 - 2 ч, Затем включают перемещение тигля со скоростью 2 мм/ч и через 2,5 ч 5включают перемещение тигля со скоростью0,8 мм/ч. Через 34 ч скорость перемещениятигля увеличивают до 3 мм/ч и еще через 5ч отключают напряжение на индукторе, Изтигля извлекают булю покрученного текстурированного материала; из которой выделяют тонкопластинчатые монокристаллы схарактерными размерами 2 х 1,5 х 0,02 мм,Из були выделяют 10 произвольно взятых монокристаллов и стандартным 4-контактным методом на постоянном токеисследуют температурные зависимости ототносительного сопротивления й(Т)Я 29 з,Из этих монокристаллов 7 монокристалловимеют температуру перехода в сверхпроводящее состояние Тс, равную 69 К, т.е. воспроизводимость свойств полученныхмонокристаллов по температуре переходасоставляет 70%, На фиг. 2 показаны характерные температурные зависимости относительного сопротивления для этой сериикристаллов.После отжига в кислороде кристаллов содинаковой Т = 68 К при Т = 400 С для всехэтих кристаллов Тс повысилась до 81 К (фиг, 303),Другие конкретные. примеры способапредставлены в таблице с указанием режимов.Использование предлагаемого способа 35получения монокристаллов ВТСП обеспечивает получение монокристаллов ВТСП в системе В 1-Яг-Са-Сц-О; а также получение монокристаллов с одинаковой температурой перехода в сверхпроводящее состояние,Получение монокристаллов ВТСП в системе В 1-Яг-Са-Сц-О с одинаковой температурой перехода в сверхпроводящее состояние существенно расширяет возможности исследования свойств монокристаллов и области их практического применения в микроэлектронике и технике низких температур,Формула изобретения 1, Способ получения монокристаллов высокотемпературных сверхпроводников, включающий индукционное плавление исходного материала в холодном тигле и кристаллизацию расплава перемещением тигля относительно индуктора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью получения моно- кристаллов в системе В 1-Яг-Са-Си-О с одинаковой температурой перехода в сверхпроводящее состояние, перемещения тигля сначала ведут со скоростью 1 - 5 мм/ч при постоянном значении напряжения на индукторе, после его изменения - со скоростью 0,01 - 0,8 мм/ч до полной кристаллизации расплава, а затем ее увеличением до 10 мм/ч.2. Способ по и, 1, отл и ча ю щи й с я тем, что, с целью увеличения однородности кристаллов и температуры перехода в сверхпроводящее состояние, кристаллы отжигают в среде кислорода при 300-550 С, 17335151733515 ТК ктор Е.Ко орректор О.Кравцов Заказ 1642 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 КНТ СС изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 г(б/г Составитель В.БезбородовТехред М.Моргентал