А.Б.Муравьев, А.А.Скутин, К.К.Югай, К.Н.Югай, Г.М.Серопян, С.А.Сычев, Омский государственный университет, кафедра общей физики
Как известно, только определенные виды материалов могут быть применены в качестве подложек для выращивания высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) пленок, в частности, YBaCuO пленок. Причина такого ограничения заключается в высокой химической активности соединения YBaCuO, а также в том, что сверхпроводящие свойства весьма чувствительны к значениям параметров кристаллической решетки. Тем не менее, количество материалов, пригодных для выращивания качественных ВТСП пленок, постоянно увеличивается, что позволяет расширять область применения ВТСП пленок как основы для сверхпроводящей электроники. Одновременно с этим необходимо использование более дешевых подложек, чем, например, SrTiO3 (100), а также подложек с определенными физическими свойствами. Эта проблема во многих случаях решается использованием буферных слоев из различных материалов. Так, сильное химическое взаимодействие полупроводниковых материалов с YBaCuO не позволяет получать сверхпроводящие пленки на кремниевых подложках. В работе [1] такая задача успешно решена при помощи использования различных буферных слоев, например CaF2 и BaF2. Большая химическая стабильность золота к соединению YBaCuO [2-4] послужила причиной исследования возможности применения Au в качестве буферных слоев. Это позволило бы решить многие проблемы, связанные с созданием надежного электрического контакта к весьма чувствительным к термическим и вакуумным воздействиям YBaCuO пленкам. Еще одно важное применение золотых пленок может быть связано с формированием различных многослойных структур типа SNS, где S - сверхпроводник, а N - прослойка из нормального металла.
Пленки из золота были выращены на монокристаллических подложках SrTiO3 (100) методом лазерной абляции со следующими значениями параметров лазерного излучения: длина волны излучения 1,06 мкм, длительность импульса 20 нс, частота повторения импульсов 12 Гц. Температура подложки при выращивании золотой пленки составляла 350oC, в камере поддерживался вакуум при  торр, расстояние золотая мишень - подложка составляло 3 см, время напыления - 10 мин, что соответствовало толщине пленок  нм. Золото напылялось на часть подложки, другая часть прикрывалась маской, которая удалялась при напылении YBaCuO пленки. Источником лазерного излучения служил импульсный лазер ЛТИ-403 с Nd:YAG стержнем. Плотность мощности излучения на по-
Таблица 1
| YBaCuO/SrTiO3 YBaCuO/Au/SrTiO3 |
| N |
 |
 |
 А/см2 |
|
|
А/см2 |
| 1 |
91.1 |
3.6 |
 |
89.8 |
1,0 |
 |
| 2 |
91.0 |
1.2 |
 |
89.0 |
2.8 |
 |
| 3 |
89.4 |
2.0 |
 |
88.6 |
2.0 |
 |
| 4 |
89.0 |
2.2 |
 |
88.6 |
3.0 |
 |
Таблица 2
| YBaCuO/SrTiO3 YBaCuO/Au/SrTiO3 |
| n |
 |
 |
А/см2 |
|
|
А/см2 |
| 0 |
89.0 |
2.2 |
|
88.6 |
3.0 |
|
| 20 |
89.2 |
2.2 |
 |
87.4 |
3.2 |
 |
| 30 |
89.2 |
2.4 |
 |
87.0 |
3.6 |
 |
| 40 |
89.2 |
2.4 |
 |
86.6 |
3.4 |
 |
| 50 |
89.2 |
2.6 |
 |
87.0 |
3.8 |
 |
| 60 |
89.0 |
2.4 |
 |
86.6 |
4.0 |
 |
| 70 |
89.0 |
2.4 |
 |
87.4 |
4.4 |
 |
| 80 |
88.6 |
2.6 |
 |
89.0 |
4.4 |
|
| 100 |
89.0 |
2.8 |
 |
88.4 |
4.4 |
 |
| 140 |
88.8 |
2.8 |
 |
88.2 |
5.2 |
|
| 200 |
88.6 |
3.0 |
 |
88.6 |
8.4 |
 |
* - значение Jc ниже уровня чувствительности измерительной аппаратуры.
верхности мишени составляла  Вт/см2. Затем, на Au/SrTiO3 подложке по методике, описанной в работе [5], выращивалась YBaCuO пленка. Измерения сверхпроводящих параметров ( и Jc) проводились по четырехзондовой методике. Значению критического тока соответствовало возникновение на вольт-амперной характеристике напряжения в 1 мкм.
Следует отметить, что подслой из золота наносился лишь на половине SrTiO3 подложки для того, чтобы сравнивать свойства YBaCuO/Au/SrTiO3 и YBaCuO/SrTiO3 пленок. Как оказалось, YBaCuO/Au/SrTiO3 пленки имеют сверхпроводящие свойства. Более того, значения сверхпроводящих параметров оказались достаточно высокими. В табл. 1 приведены значения СП параметров критической температуры Tc, ширины перехода  и плотности критического тока Jc для YBaCuO/Au/SrTiO3 и YBaCuO/SrTiO3 пленок. Как видно, значения критических температур Tc для YBaCuO/Au/SrTiO3 пленок чуть меньше, чем для YBaCuO/SrTiO3 пленок (отличие составляет  ), хотя значение ширины перехода для YBaCuO/Au/SrTiO3 не коррелирует со значением для YBaCuO/SrTiO3 и может быть даже существенно меньше (образец 1 в табл. 1). Самый неожиданный результат связан с исследованиями критической плотности тока Jc. Высокие значения Jc для YBaCuO/Au/SrTiO3 пленок, достигающих значений порядка 106 А/см2, указывают на следующее важное обстоятельство: формирование YBaCuO пленки на подложке Au/SrTiO3 не является результатом простого механического переноса вещества YBaCuO мишени, а представляет собой эпитаксиальный рост. Очевидно, что условием эпитаксиального роста YBaCuO пленки является эпитаксиальный рост самой золотой пленки. В связи с этим необходимо проведение дополнительных исследований, связанных с выявлением зависимости значений СП параметров YBaCuO пленок от толщины золотого подслоя.
Для образца 4 были проведены исследования на устойчивость к деградаци при термоциклировании по следующей методике: образец охлаждался до  со скоростью  град/с в жидком азоте, затем нагревался со скоростью  град/с до комнатной температуры. нагревание производилось на воздухе при нормальных условиях, что способствует процессу деградации СП параметров YBaCuO пленок. В табл. 2 сведены значения и Jc при различном числе термоциклов n. Как видно, критическая температура начала перехода Tc мало зависит от числа термоциклов n для обоих видов пленок, хотя наблюдается существенное уширение для YBaCuO/Au/SrTiO3, тогда как для YBaCuO/SrTiO3 меняется незначительно.
На зависимостях Jc (n) для обеих пленок наблюдается эффект возрастания критического тока, и значения Jc при n=140 уменьшаются примерно в два раза. При n > 140 значение Jc меняется незначительно для YBaCuO/SrTiO3 пленок, тогда как для пленок YBaCuO/Au/SrTiO3 происходит резкое падение Jc более, чем на два порядка. Из результатов данных исследований видно, что YBaCuO/Au/SrTiO3 пленки проявляют достаточную устойчивость к деградации и при n более 140.
В заключение отметим, что по результатам исследований можно говорить о возможности использования золотых пленок в качестве буферных слоев для выращивания высококачественных YBaCuO пленок, значения СП параметров которых могут быть:  ,  , Jc > 106 А/см2. Полученные на золоте сверхпроводящие пленки проявляют стабильность к деградации при термоциклировании, что важно для технических приложений.
Список литературы
Берт Н.А., Карманенко С.Ф., Конников С.Г. и др. //СФХТ. 1991. N4. С.756.
Williams R.S., Chaudhury S. //Chemistry of HTSQ 2. Washington: American Chemical Society. 1988. Ch. 22.
Куприянов М.Ю., Лихарев К.К. // УФН. 1989. Т.160. В.5. С.49.
Gavaler J.R. et al. //IEEE Trans. Magn. 1989. V.25. P.803.
Югай К.Н., Скутин А.А., Серопян Г.М. и др. //СФХТ. 1994. Т.7,N.6. С.1026.
|
