Выращивание высокотемпературных сверхпроводящих пленок YBaCuO на золоте (стр. 1 из 2)
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.